Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Herstellung der Spulen

Der Wirbelstromsensor besitzt zwei Spulenlagen. Die untere Spulenlage dient als Erregerspule, die obere als Sensorspule. Die Prozessfolgen für beide Spulen sind
sehr ähnlich und unterscheiden sich nur in der Verwendung von unterschiedlichen Masken und Photoresisten. Beide Spulen werden aus Kupfer hergestellt. Die Spulenstruktur wird galvanisch abgeschieden, die Höhe der Strukturen beträgt 5 µm. Da beide Spulenlagen unterschiedliche Abmessungen haben, werden zwei Photoresists mit unterschiedlichem Auflösungsvermögen angewendet. Für die Herstellung der ersten Spulenlage mit einer einzigen Windung und einem Querschnitt von 70 µm x 5 µm wird der hochviskose Resist AZ 9260 verwendet, für die zweite Spulenlage mit 8 Windungen und dem kleineren Querschnitt 10 µm x 5 µm bei einem Abstand von 7 µm zwischen den Windungen wird der Resist AZ 5214 eingesetzt, da er eine höhere Strukturauflösung ermöglicht.

Der Elektrolyt für die Kupferabscheidung basiert auf CuSO₄, mit Zusätzen von und H₂SO₄, HCl und organischen Badergänzungen [AHN93a]. Die Abscheiderate der Kupfergalvanik beträgt ca. 8 nm/s bei einer Stromdichte von 0,2 mA/mm². Zur Entfernung der Startschicht kommt ein Trockenätzprozess zum Einsatz.

Nach dem galvanischen Prozess werden die Strukturen in SU-8 eingebettet. Dabei werden durch photolithographische Strukturierung die Vias (Durchkontaktie- rungen), Pole, Kontaktpads und die Zwischenräume zwischen den einzelnen Sensorelementen freigelassen. Die Pole werden parallel zu den Spulen hergestellt und ebenfalls in SU-8 eingebettet. Bild 7.6 zeigt eine schematische Darstellung der Abfolge zur Herstellung beider Spulenlagen und der Pole.

a)


100 µm
b)



2005 imt 5017-061

2005 imt 5017-062
100 µm

Bild 7.6: Herstellung der Pole, Variante 4 (a) und der Erregerspule, Variante 2 (b)