Title page	5
	Inhalt	7
	Vorwort	17
	1 Allgemeine einführung in die mikrostrukturtechnik	19
	1.1 Was ist mikrostrukturtechnik?	19
	1.2 Von der mikrostrukturtechnik zur mikrosystemtechnik	27
	2 Parallelen zur mikroelektronik	33
	2.1 Herstellung von einkristallscheiben	33
	2.1.1 Herstellung von silizium-einkristallen	35
	2.1.1.1 Tiegelziehverfahren (czochralski-verfahren)	37
	2.1.1.2 Zonenziehverfahren (float-zone-verfahren)	39
	2.1.1.3 Segregation	41
	2.1.1.4 Weiterverarbeitung der ingots	43
	2.1.2 Herstellung von gaas-einkristallen	46
	2.1.2.1 Bridgmanund gradient-freeze-verfahren	46
	2.1.2.2 Lec-verfahren (liquid encapsulated czochralski)	48
	2.2 Technologische grundprozesse	49
	2.2.1 Herstellung eines integrierten schaltkreises	51
	2.2.1.1 Reinigung	51
	2.2.1.2 Oxidation	52
	2.2.1.3 Photolithographie	52
	2.2.1.4 Ionenimplantation und diffusion	53
	2.2.1.5 Ätzen	53
	2.2.1.6 Beschichtung	54
	2.3 Weiterverarbeitung der integrierten schaltungen	54
	2.3.1 Anforderungen an die aufbauund verbindungstechnik	55
	2.3.2 Hybridtechniken	56
	2.3.2.1 Dickschichttechnik	56
	2.3.2.2 Bestücken und löten der schaltung	57
	2.3.2.3 Montage und kontaktierung ungehäuster halbleiterbauelemente	58
	2.4 Reinraumtechnik	59
	2.4.1 Partikelmessung im reinraum	63
	2.5 Punktfehler und ausbeute bei halbleiterbauelementen	63
	3 Physikalische und chemische grundlagen der mikrotechnik	67
	3.1 Kristalle und kristallographie	67
	3.1.1 Gitter und gittertypen	68
	3.1.2 Stereographische projektion	70
	3.1.3 Silizium-einkristall	74
	3.1.4 Reziprokes gitter und kristallstrukturanalyse	76
	3.2 Methoden zur bestimmung der kristallstruktur	83
	3.2.1 Röntgenstrahlbeugung	83
	3.2.2 Elektronenstrahlbeugung	85
	3.3 Grundlagen der galvanischen abscheidung	87
	3.3.1 Phasengrenze elektrode-elektrolyt	90
	3.3.1.1 Elektrisches und elektrochemisches potential	90
	3.3.2 Polarisation und überspannung	93
	3.3.3 Mechanismen der kathodischen metallabscheidung	95
	3.3.3.1 Migration	97
	3.3.3.2 Diffusion	98
	3.3.3.3 Konvektion	98
	3.3.3.4 Stofftransportvorgänge während der mikrogalvanoformung	101
	3.4 Grundlagen der vakuumtechnik	102
	3.4.1 Mittlere freie weglänge	102
	3.4.2 Wiederbedeckungszeit	104
	3.4.3 Geschwindigkeit von atomen und molekülen	105
	3.4.4 Gasdynamik	107
	3.4.5 Die einteilung des technischen vakuums	107
	3.5 Vakuumerzeugung	109
	3.5.1 Pumpen für grobund feinvakuum	109
	3.5.1.1 Verdränger-vakuumpumpen	109
	3.5.2 Hochvakuumund ultrahochvakuumpumpen	111
	3.5.2.1 Treibmittelvakuumpumpen	113
	3.5.2.2 Gas bindende vakuumpumpen (sorptionspumpen)	114
	3.6 Vakuummessung	117
	3.6.1 Druckmessdose	117
	3.6.2 Wärmeleitungsvakuummeter	117
	3.6.3 Reibungsvakuummeter	118
	3.6.4 Ionisationsvakuummeter mit unselbständiger entladung (glühkathode)	118
	3.6.5 Ionisationsvakuummeter mit selbständiger entladung (penning-prinzip)	119
	3.6.6 Leckage und lecksuche	120
	3.7 Eigenschaften von dünnschichten	121
	3.7.1 Strukturzonenmodelle	121
	3.7.2 Haftfestigkeit der schicht	124
	4 Materialien der mikrosystemtechnik	127
	4.1 Materialeigenschaften	129
	4.1.1 Thermische eigenschaften	130
	4.1.1.1 Wärmeleitfähigkeit	131
	4.1.1.2 Spezifische wärme	131
	4.1.1.3 Latente wärme	132
	4.1.1.4 Wärmeausdehnungskoeffizient	132
	4.1.2 Elektrische eigenschaften	133
	4.1.2.1 Elektrische leitfähigkeit	133
	4.1.2.2 Dielektrische konstante	134
	4.1.2.3 Thermoelektrizität	134
	4.1.2.4 Piezoresistivität	135
	4.1.3 Mechanische eigenschaften	137
	4.2 Kunststoffe	138
	4.2.1 Ordnung der makromoleküle	139
	4.2.2 Polymere für die lithographie	140
	4.2.3 Flüssigkristalle	142
	4.2.4 Flüssigkristalline polymere	143
	4.2.5 Gele	145
	4.2.6 Elektrorheologische flüssigkeiten	147
	4.3 Halbleiter	149
	4.4 Keramiken	152
	4.4.1 Keramik als substrat	152
	4.4.2 Keramik als material für aktoren	153
	4.4.3 Keramik als material für gassensoren	153
	4.5 Metalle	154
	4.5.1 Magnetostriktive metalle	155
	4.5.2 Anwendungen der magnetostriktion	157
	4.5.3 Formgedächtnis-legierungen	158
	4.5.3.1 Einwegeffekt	159
	4.5.3.2 Zweiwegeffekt	160
	4.5.3.3 Unterdrücktes formgedächtnis	161
	4.5.3.4 Einsatz als aktoren	162
	4.5.3.5 Herstellung	162
	4.5.3.6 Eigenschaften der formgedächtnis-legierungen	163
	5 Basistechnologien der mikrotechnik	165
	5.1 Schichtabscheidung	165
	5.1.1 Physikalische beschichtungstechniken	165
	5.1.1.1 Aufdampfen	165
	5.1.1.2 Sputtern (kathodenzerstäuben)	169
	5.1.1.3 Ionenplattieren	171
	5.1.2 Chemische beschichtungstechniken	172
	5.1.2.1 Cvd-verfahren	172
	5.1.2.2 Epitaxie	178
	5.1.2.3 GaAs-epitaxie	181
	5.1.2.4 Plasmapolymerisation	181
	5.2 Schichtmodifikation	182
	5.2.1 Thermische oxidation	182
	5.2.2 Diffusion	183
	5.2.3 Ionenimplantation	185
	5.3 Schichtabtragung (ätzen)	186
	5.3.1 Physikalische und chemische trockenätzverfahren	188
	5.3.1.1 Plasmaquellen	190
	5.3.1.2 Charakteristika der rein physikalischen ätzprozesse	191
	5.3.1.3 Kombination chemischer und physikalischer ätzprozesse	196
	5.3.1.4 Charakteristika des reaktiven ionenund ionenstrahlätzens	198
	5.3.1.5 Das rein chemische ätzen	199
	5.4 Analyse von dünnschichten und oberflächen	202
	5.4.1 Elektronenstrahl-mikroanalyse (electron probe microanalysis, epm)	203
	5.4.2 Auger-elektronenspektroskopie (AES)	204
	5.4.3 Photoelektronenspektroskopie (electron spectroscopy for chemical analysis, esca)	205
	5.4.4 Sekundärionen-massenspektrometrie (SIMS)	206
	5.4.5 Sekundär-neutralteilchen-massenspektrometrie (SNMS)	206
	5.4.6 Ionen-streuspektroskopie (ISS)	207
	5.4.7 Rutherford-rückstreuungsspektroskopie (rutherford backscattering spectroscopy, RBS)	207
	5.4.8 Rastertunnelmikroskop (atomic force microscope, AFM)	208
	6 Lithographie	209
	6.1 Überblick und historie	209
	6.2 Resists	214
	6.3 Verfahren der lithographie	216
	6.3.1 Computer aided design (CAD)	217
	6.3.1.1 Cad-entwurf	218
	6.3.1.2 Justiermarken und teststrukturen	220
	6.3.1.3 Organisation des entwurfs (hierarchie, layers)	221
	6.4 Elektronenstrahllithographie	223
	6.4.1 Gauß’scher strahl	224
	6.4.2 Geformter strahl	229
	6.4.3 Postprozessor	231
	6.5 Proximity-effekt	232
	6.6 Optische lithographie	234
	6.6.1 Masken	235
	6.6.2 Schattenprojektion	236
	6.6.3 Abbildende projektion	239
	6.6.3.1 Ganzscheiben-belichtung	240
	6.6.3.2 Moderne lithographiemaschinen	241
	6.7 Weiterentwicklungen	242
	6.7.1 Phasenmasken	242
	6.7.2 Spezielle resisttechnologien	243
	6.7.3 Optische lithographie für die mikrostrukturtechnik	244
	6.8 Ionenstrahllithographie	249
	6.9 Röntgenlithographie	250
	6.9.1 Masken für die röntgenlithographie	251
	6.9.2 Röntgenlichtquellen	252
	6.9.3 Synchrotronstrahlung	253
	6.9.4 Einsatz der röntgenlithographie	258
	7 Silizium-mikromechanik	259
	7.1 Siliziumtechnologie	260
	7.1.1 IC-prozesse und -substrate	261
	7.1.2 Foundry-technologien	265
	7.2 Silizium-bulk-mikromechanik	266
	7.2.1 Einleitung	266
	7.2.1.1 Ätzrate und anisotropie	268
	7.2.1.2 Selektivität	269
	7.2.1.3 Prozesskompatibilität	269
	7.2.1.4 Einfachheit der verwendung und sicherheit	270
	7.2.1.5 Kosten	271
	7.2.2 Nasschemisches ätzen	271
	7.2.2.1 Hna-ätzlösungen	271
	7.2.2.2 Alkalihydroxid-ätzlösungen	273
	7.2.2.3 Ammoniumhydroxid-ätzlösungen	277
	7.2.2.4 Ethylendiamin-brenzkatechin-ätzlösungen	278
	7.2.3 Grundlegende ätzformen	279
	7.2.3.1 Ätzgruben und -gräben	280
	7.2.3.2 Membranen	282
	7.2.3.3 Mesas und spitzen	282
	7.2.3. 4 Cantilever	283
	7.2.3. 5 Brücken	285
	7.2.4 Ätzkontrolle	286
	7.2.4.1 Ätzstoppmechanismen	286
	7.2.4.2 Elektrochemisches siliziumätzen	289
	7.2.4.3 Elektrochemische siliziumporosifizierung	291
	7.2.5 Charakterisierung von anisotropen nassätzmitteln	292
	7.2.6 Trockenätzen	294
	7.2.6.1 Xef2-ätzen	294
	7.6.2.2 Fertigung von mikrostrukturen mit hohem aspektverhältnis	297
	7.2.6.3 Anwendungen von trockenem siliziumätzen	299
	7.3 Oberflächenmikromechanik	303
	7.3.1 Polysilizium-mikromechanik	305
	7.3.2 Opferaluminium-mikromechanik	308
	7.3.3 Opferpolymer-mikromechanik	310
	7.3.4 Sticking	311
	7.4 Mikrowandler und -systeme in der siliziumtechnologie	312
	7.4.1 Mechanische bauteile und systeme	313
	7.4.1.1 Drucksensoren	314
	7.4.1.2 Beschleunigungssensoren	316
	7.4.1.3 Drehratensensoren	318
	7.4.1.4 Stresssensoren	320
	7.4.2 Thermische mikrobauteile und -systeme	322
	7.4.2.1 Temperaturmessung	322
	7.4.2.2 Durchflusssensoren	326
	7.4.2.3 Vakuumund drucksensoren	329
	7.4.3 Komponenten und systeme für strahlungssignale	331
	7.4.3.1 Ungekühlte infrarotdetektoren	331
	7.4.3.2 Thermische szenensimulatoren	334
	7.4.3.3 Lichtschalter	334
	7.4.4 Magnetische bauteile und systeme	337
	7.4.5 Chemische mikrosensoren	339
	7.4.5.1 Mikrofluidische komponenten und systeme	342
	7.4.6 Mikromechanische bauteile für die signalverarbeitung	344
	7.5 Zusammenfassung und ausblick	346
	8 LIGA-verfahren	347
	8.1 Überblick	347
	8.2 Maskenherstellung	349
	8.2.1 Prinzipieller aufbau einer maske	349
	8.2.1.1 Absorber	349
	8.2.1.2 Trägerfolie	350
	8.2.2 Herstellung der trägerfolien	352
	8.2.3 Strukturierung des resists für röntgenzwischenmasken	353
	8.2.3.1 Optische lithographie	353
	8.2.3.2 Direkte elektronenstrahllithographie	354
	8.2.3.3 Reaktives ionenätzen	355
	8.2.3.4 Vergleich der strukturierungsmethoden zur herstellung von zwischenmasken	355
	8.2.4 Goldgalvanik für röntgenmasken	355
	8.2.5 Herstellung von arbeitsmasken	357
	8.2.6 Justieröffnungen in röntgenarbeitsmasken	358
	8.3 Röntgentiefenlithographie	359
	8.3.1 Herstellung von dicken resistschichten	359
	8.3.1.1 Strahleninduzierte reaktionen und entwicklung des resists	361
	8.3.2 Anforderungen an die absorbierte strahlendosis	365
	8.3.3 Einflüsse auf die strukturqualität	368
	8.3.3.1 Fresnel-beugung, photoelektronen	369
	8.3.3.2 Divergenz der strahlung	371
	8.3.3.3 Neigung der absorberwände zum strahl	372
	8.3.3.4 Fluoreszenzstrahlung aus der maskenmembran	372
	8.3.3.5 Erzeugung von sekundärelektronen aus der haftund galvanikstartschicht	372
	8.3.3.6 Quellen des resists	374
	8.4 Galvanische abscheidung	374
	8.4.1 Galvanische abscheidung von nickel für die mikrostrukturherstellung	375
	8.4.2 Formeinsatzherstellung für die mikroabformung	379
	8.4.3 Galvanische abscheidung weiterer metalle und legierungen	380
	8.5 Kunststoffabformung im liga-verfahren	382
	8.5.1 Herstellung von mikrostrukturen im reaktionsgießverfahren	383
	8.5.2 Herstellung von mikrostrukturen im spritzgießverfahren	386
	8.5.3 Herstellung von mikrostrukturen im heißprägeverfahren	392
	8.5.4 llung von metallischen mikrostrukturen aus abgeformten kunststoffstrukturen (zweite galvanoformung)	395
	8.5.4.1 Zweite galvanoformung geprägter mikrostrukturen	395
	8.5.4.2 Zweite galvanoformung mit hilfe einer metallischen angussplatte	395
	8.5.4.3 Zweite galvanoformung mit hilfe elektrisch leitfähiger kunststoffe	397
	8.5.4.4 Zweite galvanoformung durch beschichtung der kunststoffstrukturen	399
	8.6 Variationen und ergänzende schritte des liga-verfahrens	400
	8.6.1 Opferschichttechnik	400
	8.6.2 3d-strukturierung	403
	8.6.2.1 Gestufte strukturen	403
	8.6.2.2 Geneigte strukturen	405
	8.6.2.3 Konische strukturen und strukturen mit sphärischer oberfläche	406
	8.6.2.4 Herstellung von strukturen mit beweglicher maske	407
	8.6.3 Herstellung licht leitender strukturen durch abformung	409
	8.7 Protonenlithographie (DLP) – ein weiteres strukturierungsverfahren zur herstellung von mikrostrukturen mit großem aspektverhältn	412
	8.8 Anwendungsbeispiele	417
	8.8.1 Starre metallische mikrostrukturen	418
	8.8.1.1 Filter für das ferne infrarot	418
	8.8.1.2 Mikrospulen	419
	8.8.1.3 Mikrozahnräder, mikrogetriebe	421
	8.8.2 Bewegliche mikrostrukturen, mikrosensoren, mikroaktoren	421
	8.8.2.1 Beschleunigungssensoren	422
	8.8.2.2 Elektrostatischer linearantrieb	424
	8.8.2.3 Elektromagnetischer linearaktor	425
	8.8.2.4 Mikroturbine, strömungssensoren, mikrofräser	430
	8.8.2.5 Mikromotoren	431
	8.8.3 Fluidische mikrostrukturen	434
	8.8.3.1 Mikrostrukturierte fluidplatten	434
	8.8.3.2 Mikropumpen nach dem liga-verfahren	434
	8.8.3.3. Mikrofluidische schalter	434
	8.8.3.4 Mikrofluidische linearaktoren	436
	8.8.4 Liga-strukturen für optische anwendungen	437
	8.8.4.1 Einfache optische elemente – linsen, prismen	438
	8.8.4.2 Mikrooptische bank	440
	8.8.4.3 Mikrooptische bänke mit aktoren	444
	8.8.4.4 Funktionsmodule mit optisch aktiven elementen – modulares aufbaukonzept	449
	9 Alternative verfahren der mikrostrukturierung	455
	9.1 Ultrapräzisionsmikrobearbeitung	456
	9.1.1 Anwendungsbeispiele	461
	9.1.1.1 Mikrowärmeüberträger	461
	9.1.1.2 Mikroreaktoren	463
	9.1.1.3 Retrospiegel	464
	9.1.1.4 Mikropumpen	465
	9.2 Mikrofunkenerosion	466
	9.2.1 Physikalisches prinzip	466
	9.2.1.1 Aufbauphase	468
	9.2.1.2 Entladephase	469
	9.2.1.3 Abbauphase	469
	9.2.2 Funkenerosive bearbeitung keramischer werkstoffe	470
	9.2.2.1 Siliziuminfiltriertes siliziumcarbid (SiSiC)	471
	9.2.2.2 Siliziumnitrid (Si3N4)	472
	9.2.2.3 Elektrisch nicht leitfähige keramiken	472
	9.2.3 Verfahrensvarianten	473
	9.2.3.1 Funkenerosives senken	473
	9.2.3.2 Funkenerosives schneiden	474
	9.2.4 Anwendungsbeispiele	477
	9.3 Präzisionselektrochemische mikrobearbeitung	479
	9.3.1 Vorgänge im bearbeitungsspalt	480
	9.3.1.1 Spannungsabfall	480
	9.3.1.2 Anodische metallauflösung	482
	9.3.2 Elektrolytlösungen	484
	9.3.2.1 Kenngrößen der elektrolytlösungen	486
	9.3.3 Untersuchungen verschiedener werkstoffe	487
	9.3.3.1 Eisen, eisenlegierungen und stähle	487
	9.3.3.2 Titan und titanlegierungen	488
	9.3.3.3 Hartmetalle	488
	9.3.4 ECM-senken mit oszillierender werkzeugelektrode	489
	9.3.4.1 Prozesskenngrößen	489
	9.3.4.2 Darstellung der vorgänge im arbeitsspalt	490
	9.3.4.3 Werkzeugelektrodenwerkstoffe	491
	9.3.5 Elektrochemische bearbeitungsverfahren in der mikrosystemtechnik	492
	9.3.5.1 Elektrochemisches mikrobohren	492
	9.3.5.2 Elektrochemisches mikrodrahtschneiden	492
	9.3.5.3 Elektrochemisches mikrofräsen	493
	9.3.5.4 Weitere anwendungsbeispiele des verfahrens in der mikrosystemtechnik	494
	9.4 Replikationstechniken	496
	9.4.1 Spritzgießen	496
	9.4.2 Heißprägen	498
	9.5 Laserunterstützte verfahren	500
	10 Aufbauund verbindungstechniken	503
	10.1 Hybridtechniken	504
	10.1.1 Substrate und pasten	504
	10.1.2 Schichterzeugung	507
	10.1.2.1 Trocknen und einbrennen der pasten	508
	10.1.3 Bestücken und löten der schaltung	508
	10.1.4 Montage und kontaktierung ungehäuster halbleiterbauelemente	511
	10.2 Drahtbondtechniken	511
	10.2.1 Thermokompressionsdrahtbonden (warmpressschweißen)	512
	10.2.2 Ultraschalldrahtbonden (ultraschallschweißen)	513
	10.2.3 Thermosonicdrahtbonden (ultraschallwarmschweißen)	513
	10.2.4 Ball-wedge-bonden (kugel-keil-schweißen)	514
	10.2.5 Wedge-wedge-bonden (keil-keil-schweißen)	515
	10.2.6 Vor- und nachteile der einzelnen drahtbondverfahren	516
	10.2.7 Prüfverfahren und alternativen	517
	10.3 Alternative kontaktierungstechniken	518
	10.3.1 Tab-technik	518
	10.3.2 Flip-chip-technik	519
	10.3.3 Entwicklung neuer kontaktierungssysteme	521
	10.4 Kleben	521
	10.4.1 Isotropes kleben	522
	10.4.2 Anisotropes kleben	523
	10.5 Anodisches bonden	525
	11 Systemtechnik	529
	11.1 Definition eines mikrosystems	529
	11.2 Sensoren	531
	11.3 Aktoren	535
	11.4 Signalverarbeitung	537
	11.4.1 Signalverarbeitung für sensoren in mikrosystemen	537
	11.4.2 Neuronale datenverarbeitung für sensorarrays	541
	11.5 Schnittstellen eines mikrosystems	546
	11.5.1 Ie-übertragung	549
	11.5.1.1 Elektrische mikro-/makroankopplungen	549
	11.5.1.2 Optische mikro-/makroankopplungen	551
	11.5.1.3 Lichtwellenleiter-ankopplungen	551
	11.5.1.4 Mechanische mikro-/makroankopplungen	551
	11.5.1.5 Ultraschallübertragung	552
	11.5.2 S-übertragung	553
	11.5.2.1 Fluidische mikro-/makroankopplungen	553
	11.5.2.2 Fluidische mikrokomponenten	553
	11.6 Entwurf, simulation und test von mikrosystemen	555
	11.7 Modulkonzept der mikrosystemtechnik	558
	Literatur	563
	Stichwortverzeichnis	583