(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜プロセスのプロセス処理中にも、センサエレメントのセンサ自体への後続の組み立て時においても、基板の明確な整合もしくは整列が実施できる高圧センサエレメントを提供する。【解決手段】マイクロマシニング技術による少なくともひとつのプロセスステップにおいて処理される基板の外周に鍔１５０を設け、かつこの鍔１５０部に位置決めのためのマーキング２１０を形成することで、薄膜プロセスのプロセス処理中においてもあるいはセンサエレメントの、本体への組み立て時においても基板の一義的な整合を可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍔（１５０）を備えた基板（１００）において、鍔（１５０）がマーキング（２１０）を有していることを特徴とする基板。
【請求項２】
基板が、マイクロマシニング技術による少なくとも１つのプロセスステップを有するプロセスで設けられており、
−基板が、マイクロマシニング技術による少なくとも１つのプロセスステップの実施のために、第１のポジションで整合され、該第１のポジションが、基板の、相対的な空間位置の固定を意味し、
−マーキングが、基板の、第１のポジションに関する整合を許可する、
請求項１記載の基板、特に薄膜基板。
【請求項３】
鍔がマーキングとして切欠きまたは形成部を有しており、特に、マーキングが光学的かつ／または機械的に検出可能であるようになっている、請求項１記載の基板。
【請求項４】
基板が、ワーク支持体（１６０，３００）として構想された基板支持体への収容目的で、鍔を備えて構成されている、請求項１記載の基板。
【請求項５】
鍔に設けられたマーキングにより、基板の、意図せざるずれが、ワーク支持体への収容時に回避され得る、請求項４記載の基板。
【請求項６】
基板が、マイクロマシニング技術による種々異なるプロセスステップを用いて加工され、該マイクロマシニング技術によるプロセスステップが、
−基板に、少なくとも１つの
−絶縁体層、
−半導体層、
−金属層または
−光化学層
（１１０，１２０）を被着し、
−層に構造化、特に
−光リソグラフィ式の構造化または
−レーザ式構造化
を施し、かつ
−少なくとも２つの、
−基板および／または
−被着された層
の加工のためのプロセスステップを互いに調整して実施することを内容としており、特に、少なくとも２つのプロセスステップでの加工が、基板の、有利な整合に関して互いに敏感である、請求項１記載の基板。
【請求項７】
基板が、マイクロマシニング型の構成素子を製作するために設けられており、特に
−マイクロマシニング型の構成素子がセンサに代表され、かつ／または
−基板が少なくとも部分的に鋼から成っており、かつ／または
−マイクロマシニング型の構成素子が
−ダイヤフラム（１３０，２３０）および／または
−薄膜システム、つまり
−絶縁体層および／または
−半導体層および／または
−金属層
から成る薄膜システム
を有している、請求項１記載の基板。
【請求項８】
マーキングが、センサの
−耐荷重または
−測定感度または
−寿命または
−測定範囲
とは無関係に、基板の鍔に設定可能である、請求項７記載の基板。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の基板を備えたマイクロマシニング型のセンサにおいて、基板の鍔に設けられたマーキングが、ハウジング内でのセンサの、予め規定された整合を可能にすることを特徴とする、マイクロマシニング型のセンサ。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１項に従って製作される基板を収容するためのワーク支持体において、ワーク支持体の、少なくとも一箇所が、基板のポジションの、光学的かつ／または機械的なコントロールを許可するようになっていることを特徴とするワーク支持体。
【請求項１１】
種々異なるプロセスステップが基板の加工のために設けられており、ワーク支持体の構成が、基板の、種々異なるプロセスステップ中に必要な周囲条件への適合を可能にするようになっている、請求項１０記載のワーク支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシニング技術による少なくとも１つのプロセスステップを有するプロセスで使用するための基板と、本発明による基板を有するマイクロマシニング型のセンサと、本発明による基板をマイクロマシニング型のセンサの製作時に収容することができるワーク支持体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサエレメント、特に高圧センサエレメントを製作するために、一般に特殊鋼基板が使用される。特殊鋼基板は基板に埋設されるダイヤフラムを有している。このダイヤフラム上に、薄膜テクノロジで、種々異なる機能層が被着される。これらの機能層は例えば絶縁体層、センシティブな抵抗層、導体路またはコンタクトが構造化され得る電気伝導性の層または不動態化層を有している。
【０００３】
個別基板として存在するセンサエレメントの、大量生産に向いた製作のために、グループで一括してプロセス処理することがコスト的に有利である。この目的のために既に作成されたコンセプトは、薄膜製作における特別な個別プロセスの、種々異なる要求を充足するべきである。この場合、基板は一般にワーク支持体に収容されている。ワーク支持体はとりわけ、個々のプロセスステップ中の基板のポジショニングのために役立つ。
【０００４】
一つには、基板を薄膜製作の開始時に、極めて重厚なワーク支持体に緊締し、全薄膜製作中この重厚なワーク支持体に委ねておくことが公知である。この場合に不都合であるのは、ワーク支持体がかなりの重量と大きな構成高さとを有しており、ひいては個々のプロセスステップが困難になる点にある。さらに、そのような構造は、プロセス処理中の、基板の一義的なポジショニングを保証するために、手間をかけて螺設されねばならない。加えて、特に液状の媒体を用いた取扱い時に、媒体の運び出し（Ｍｅｄｉｅｎｖｅｒｓｃｈｌｅｐｐｕｎｇ）が発生し得る。その結果、大量生産に向いた製作は困難になる。
【０００５】
もう一つには、薄膜製作の各個別プロセスステップのために、個別的な、その都度の加工の種類に適合されたワーク支持体を使用することが知られている。個々のプロセスステップ間で、基板はその都度特別なワーク支持体に収容されて、プロセスステップの終了後に、再び取り外されねばならない。この場合の欠点は、かなりの組立手間および取扱手間にある。さらに、このことは、可能なプロセスステップの個数が多いことに基づいて、基板のポジショニングにおける誤差に至る可能性があるので、かなりの無駄がここでも、大量生産に向いた製作を阻害してしまう。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３４１１４号明細書から公知のワーク支持体は、基板をポジショニングして収容する収容部を備えて構成されている。薄膜製作中の、基板の軸方向のシフトまたは半径方向のずれを防止するために、基板は例えば溝または凹欠部を有している。溝または凹欠部は基板の、側方の壁に配置されている。さらに、ワーク支持体が、溝に対して相補的な突起を有しており、この突起が、ワークへの基板の装填時に、この溝内に係合するようにする可能性について言及されている。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３４１１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の基板、センサおよびワーク支持体を改良して、基板の明確な整合もしくは整列を、薄膜プロセスのプロセス処理中にも、センサエレメントの、センサ自体への後続の組立時においても実施できるようにすることである。しかも、基板の側壁の弱体化は回避されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明の構成によれば、鍔がマーキングを有しているようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は鍔を備えた基板から出発して、鍔がマーキングを有しているようにした。
【００１０】
本発明の構成では、基板、特に薄膜基板が、マイクロマシニング技術による少なくとも１つのプロセスステップを有するプロセスで加工される。その際、マイクロマシニング技術による少なくとも１つのプロセスステップにおいて、プロセスステップの実施の成功は、基板の、第１のポジションでの固定にかかっている。その際、この第１のポジションは、空間内での基板の相対的な位置と理解され得る。鍔に設けられたマーキングは有利には第１のポジションに関する基板の整合もしくは整列を許可する。
【００１１】
有利には、マーキングもしくは特徴部は切欠きとして、または鍔の形成部として設けられている。有利には、このマーキングは光学的かつ／または機械的に、例えば画像認識システムまたは電気的なフィーラにより検出可能である。
【００１２】
本発明の構成では、基板は、鍔が、ワーク支持体として構想された基板支持体への基板の収容を可能にするように構成されている。
【００１３】
本発明の構成では、基板の鍔に設けられたマーキングは、基板がプロセス処理中にワーク支持体内で第１のポジションからずれてしまわないようにしている。さらに、鍔に設けられたマーキングにより、ワーク支持体への収容時に既に、ずれが阻止もしくは認識されることができる。
【００１４】
基板の加工時に、本発明の有利な構成では、マイクロマシニング技術による種々異なるプロセスステップが使用される。その際特に、基板上に、少なくとも１つの絶縁体層、半導体層、金属層または光化学層が例えば蒸着またはスパッタリングにより被着される。その際、被着された層は、下位に位置する層を構造化するためのマスクとして使用されることもできる。ただし一般に、構造化は光リソグラフィ式の構造化またはレーザ式構造化により執り行われる。本発明によるマーキングを備えて基板の鍔を構成した場合の別の利点は、基板の位置が互いに調整されることで、基板の空間的な位置のシフトが構造化時の不正確性に至りかねない２つのプロセスステップを、基板が第１のプロセスステップ後に第１のポジションを、例えば後続のプロセスステップを実施するまたは洗浄されるために離脱しても、実施することが可能である点にある。マーキングにより、引き続き、基板は再度同じ第１のポジションにもたらされることができる。その際、加工が直接基板に関するものであるか、または基板上に被着された層に関するものであるかは重要でない。
【００１５】
有利には、この基板により、マイクロマシニング型の構成素子が製作される。その際、マイクロマシニング技術を用いた加工により、例えばセンサが製作されることができ、その際、特に圧力センサの製作が意図されている。本発明の特別な構成では、マイクロマシニング型のセンサがダイヤフラムおよび／または薄膜システムを有しており、その際、薄膜システムが少なくとも１つの絶縁体層、半導体層および／または金属層を有している。
【００１６】
本発明の特別な構成では、基板の鍔に設けられたマーキングが、マイクロマシニング型のセンサの耐荷重、測定感度、寿命または測定範囲に対する悪影響を引き起こすことのないようになっている。
【００１７】
有利には、基板の鍔に設けられたマーキングが、加工により製作されたマイクロマシニング型のセンサを、センサ自体への組立の枠内で、例えば溶接された状態で、設定可能な、予め規定された整合状態にポジショニングするために使用されることができる。
【００１８】
本発明の別の構成は、本発明による基板が加工中に収容されるワーク支持体に関する。その際、有利にはワーク支持体に、少なくとも１つの、基板のポジションを光学的かつ／または機械的にコントロールし得る箇所が設けられている。これは例えばワーク支持体に設けられた開口により実施されることができ、上方から、画像認識システムを用いて、マーキングの位置が認識され得るようになっている。その際、基板が所定のポジションからずれていることが認識されると、基板を再度その所定の位置、例えば第１のポジションへとずらすために、適当な手段が導入されることができる。
【００１９】
その際、ワーク支持体は、基板の加工時の種々異なるプロセスステップ中に発生する周囲条件に基板を適合させ得るように構成されていることができる。つまり、例えば、洗浄液を排出させるために、ワーク支持体が旋回可能であることも考えられる。
【００２０】
有利には、鍔に設けられたマーキングが、基板の製作から、製作連鎖全体にわたって（プロセス処理およびセンサ自体への組立）存在し続け、そこで一貫して使用可能である。これにより、欠陥もしくは失敗の発生率は、プロセス経過における種々異なる箇所で種々異なる特徴部が使用されるコンセプトに対して減じられることができる。
【００２１】
マーキングを、鍔に設けられた切欠きの形で構成することは、僅かな材料除去を必要とするにすぎないので、実現は簡単かつ安価に可能である。
【００２２】
別の利点は以下の「発明を実施するための最良の形態」もしくは従属請求項から得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１ａに提示した事例で例示的に差圧センサとして構成されている基板１００は、センサ内部の空洞１４０内の圧力ｐ１と、センサ外部の圧力ｐ２との間の圧力差を検出するダイヤフラム１３０を有している。この目的のために、（必ずというわけではないものの円形の）ダイヤフラム１３０上に、典型的にはマイクロマシニング技術を用いたプロセスステップで、単数または複数の層１１０もしくは１２０が被着される。層１１０もしくは１２０はダイヤフラム１３０のひずみを検出し、後処理可能な測定値へと変換する。それにより、基板１００はダイヤフラム１３０および被着された層１１０および１２０と相俟って圧力センサのセンサエレメントを形成する。背景技術では、ダイヤフラムのひずみを測定値へと変換するために、ピエゾセンシティブもしくはピエゾエレクトリックな抵抗層、つまりピエゾ抵抗層が使用され、ピエゾ抵抗層は例えばひずみゲージとしてホイートストン測定ブリッジの形で形成されている。基板ボディ１００は金属、例えば鋼から成る。そのため、基板とピエゾ抵抗層との間に、絶縁層、例えばＳｉＯｘから成る絶縁層を被着する必要がある。抵抗層を形成するために、まずダイヤフラム１３０もしくは絶縁層に、ピエゾセンシティブもしくはピエゾエレクトリックな特性を有する材料が被着される。その際、可能な材料を幾つか列挙するとするならば、例えばＮｉＣｒ、ＮｉＣｒ（Ｓｉ）またはドープｐｏｌｙ−Ｓｉであることができる。引き続いて、ひずみゲージとしての使用のために適した構造をダイヤフラム上に生ぜしめるために、そのように被着された材料が構造化される。その後、コンタクト形成のために、特別なコンタクト層もしくは相応の層システム、例えばＮｉＣｒ／Ｐｄ／ＡｕまたはＮｉが被着される。その際、生ぜしめられた抵抗層上の特別な領域だけをコンタクト形成することもできる。最終的に、抵抗層が不動態化層、例えばＳｉｘＮｙにより環境影響から保護される。ただし一般に、コンタクト形成面は不動態化されない。
【００２４】
少なくともピエゾセンシティブもしくはピエゾエレクトリックな層、コンタクト層システムおよび不動態化はその都度構造化されている。このために典型的に使用される方法は光リソグラフィ（光露光）式の構造化、レーザ式構造化およびシャドウマスクを用いた析出である。その際、個々の平面は一般に極めて高い精度で互いに相対的に配置されていなければならない（「マスクずれ」）。この配置が正確に実施されることができればできるほど、基板表面上の構造はより正確に製作されることができる。このことはとりわけセンサの精度に影響を及ぼす。さらに、微細な構造をｘ方向およびｙ方向で正確に製作すれば、センサ全体を縮小する可能性が存在する。
【００２５】
薄膜システムを成すための、上に述べたような、半導体に類似の薄膜プロセスは、大抵の場合、個々のセンサエレメントの、より大きなまとまりでのプロセス処理を意味し、このことはプロセスコストのかなりの削減を許可する。そのようなまとまりはワーク支持体システムの助けを借りて実現される。ワーク支持体システム内に、成膜したい個々の（鋼）基板が装着される。
【００２６】
基板が全薄膜プロセスにわたってとどまる、１つの剛性的なワーク支持体に基板を緊締する以外に、種々異なるコンポーネントを介して、その都度の個別プロセスへの適合を可能にするワーク支持体システムが存在する。個別プロセスの点に適合する可能性は一般に、明らかにより大きな生産量につながる。大量生産にとって、基板が全薄膜プロセスにわたって１つのベースプレートにとどまることができ、このベースプレートに、その都度プロセス特有のカバープレートが載置されるようになっていると有利である。
【００２７】
ワーク支持体１６０内での個々の基板１００のポジショニング（位置決め）は一般に、基板の、その外側輪郭を介した「機械的な案内」を介して実施される。このことは例示的に図１ａおよび図１ｂに示されており、冒頭で述べたドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３４１１４号明細書に記載されている。つまり、基板１００の外面１９５はワーク支持体１６０の外面１９０により、予め規定された位置に「案内」される。どの程度この予め規定された位置が達成されているかについての簡単な検査は、例えば領域１９９で実施されることができる。
【００２８】
個々のエレメントの、ワーク支持体平面（ｘ方向およびｙ方向）内での正確なポジショニングに対する要求は、基板の外側輪郭の個々の寸法ならびにワーク支持体コンポーネントの相応の寸法に対する、高い公差要求につながる。ｘ方向およびｙ方向でのポジショニングの他に、個々のマスク平面の加工間の、ワーク支持体内でのセンサエレメントのずれも回避されねばならない。
【００２９】
ずれ防止は一般に、センサエレメントの外側輪郭に対する特別な要求（例えば溝）につながり、これにより、構造サイズの小型化もしくは充填密度の拡大を困難にしてしまう。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３４１１４号明細書に記載された基板１００の場合、ずれ防止のために、溝１７０が切欠きとして基板１００の側壁に、鍔１５０の下側に設けられる。このことは、ずれ防止の実現を許可するものの、同時に、側壁の弱体化を意味する。弱体化は、領域１８０に見て取れるように、液圧的な負荷に際し、構成部分を小型化しようとする際にすぐに制限要因となってしまう。さらに、領域１９９での簡単な層コントロールによる、ワーク支持体内での基板のずれコントロールは不可能である。
【００３０】
そこで、本発明により、基板１００に設けられた光学的に認識可能な特徴部もしくはマーキングにより、基板の一義的な整合を、薄膜プロセスのプロセス処理中にも、センサエレメントの、センサ本体への後続の組立時においても実施することが可能である。その際、特徴部が基板１００の鍔１５０に設けられるので、基板の側壁の弱体化は回避される。
【００３１】
図２には、鍔１５０の、可能な本発明による構成が示されている。その際、鍔１５０から所定の箇所２２０で材料が除去され、「突起」２１０が本来の鍔１５０から取り残されている。図３には、線ＡＢに沿った横断面図で、図２で紹介した実施例による基板１００が示されている。図１ａ（背景技術を成す）に比して、図２および図３に見て取れるように、特徴部２１０を生ぜしめることによって、基板の、空洞１４０内部の圧力ｐ１を外部の圧力ｐ２から隔離する側壁が弱体化されることはない。これにより、センサエレメントのさらなる小型化が可能である。さらに、ダイヤフラム２３０も、被着された層２００（ひいてはセンサの機能）も、特徴部２１０を備えた鍔１５０の構成により悪影響を及ぼされることはない。さらに、ワーク支持体３００（ワーク支持体１６０に相当する）内での基板１００の保持が、鍔１５０の、離れていない部分により成るので、安定性の損失を恐れる必要もない。
【００３２】
ワーク支持体３００の構成は図４の平面図に示されている。その際、特別な領域３１０は、上方から、整合を規定するためのマーキング２１０が認識され得るように構成される。別の実施例で、ワーク支持体３００はマーキング２１０の高さに、突出形成部であるマーキング２１０を収容するように構成されていてもよい。それにより実質的に、基板１００の、ワーク３００への係止は、実施したいプロセスステップに関して、予め規定された整合および固定を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】背景技術（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３４１１４号明細書）により既に公知であるような基板、ならびにワークにおける基板の収容部の構成を示す横断面図である。
【００３４】
【図１ｂ】背景技術（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３４１１４号明細書）により既に公知であるような基板、ならびにワークにおける基板の収容部の構成を示す平面図である。
【００３５】
【図２】基板の、本発明による構成の平面図である。
【００３６】
【図３】図２に示した線ＡＢに沿った横断面図である。
【００３７】
【図４】ワーク支持体において、より正確なポジショニングを達成するために、どのようにワーク支持体と基板の構造とが互いに調整され得るかを例示的に示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  基板、  １１０  層、  １２０  層、  １３０  ダイヤフラム、  １４０  空洞、  １５０  鍔、  １６０  ワーク支持体、  １７０  溝、  １８０  領域、  １９０  （ワーク支持体の）外面、  １９５  （基板の）外面、  １９９  領域、  ２００  層  ２１０  特徴部（マーキング）、  ２２０  箇所、  ２３０  ダイヤフラム、  ３００  ワーク支持体、  ３１０  領域
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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