DE102016200506B4 - Ätzvorrichtung und Ätzverfahren - Google Patents

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Abstract

Ätzvorrichtung mit:
einer Ätzkammer (1; 1a) und einem darin befindlichen Chuck (C) zum Aufspannen eines zu ätzenden Substrats (S);
einer die Ätzkammer (1; 1a) in einem Bereich (1a) umgebenden Plasmaerzeugungseinrichtung (C);
einer Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) zum Einführen von Ätzgas, welche derart oberhalb des Chucks (C) angeordnet ist, dass ein Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist;
wobei die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) derart bezüglich der Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) verfahrbar ist, dass sie in einem Plasmaätzmodus in einer derartigen ersten Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft, und dass sie in einem Nicht-Plasmaätzmodus in einer derartigen zweiten, geringeren Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) nicht durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ätzvorrichtung und ein Ätzverfahren.
  • Obwohl auf beliebige Strukturen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf mikromechanische Strukturen in Silizium erläutert, bei denen Opferschichten entfernt werden.
  • Stand der Technik
  • Mikromechanik-Bauteile auf Siliziumbasis, wie beispielsweise Sensoren oder Mikrospiegel, bestehen in der Regel aus einer oder mehreren leitfähigen Funktionsschichten aus Silizium. Die Bereiche der Funktionsschichten, die den beweglichen Teil des MEMS darstellen, befinden sich direkt auf einer Opferschicht. Die nicht-beweglichen Bereiche sind dagegen ohne Opferschicht direkt auf dem Substrat angebunden. Über eine geeignete Aufhängung sind bewegliche und feste Bereiche miteinander verbunden. Am Ende des Herstellungsprozesses wird die Opferschicht mittels eines geeigneten isotropen Ätzverfahrens selektiv entfernt, wodurch das Bauteil funktionsfähig wird. Oft sind nasschemische Verfahren hierbei nicht anwendbar, da es beim anschließenden Trocknen der MEMS-Struktur zum Verkleben der sehr eng benachbarten Funktionselemente kommt. Es sind plasmaunterstützte oder plasmalose isotrope Ätzverfahren notwendig, an denen ausschließlich gasförmige Edukte und Produkte beteiligt sind.
  • Verschiedenste Arten von Siliziumoxid sind gängige Materialien für Opferschichten. Aufgrund des extremen Schichtstresses von Siliziumoxid in Kombination mit Silizium als Funktionsmaterial lassen sich nur sehr dünne Opferschichten realisieren (üblicherweise im Bereich von 0,1 - 2 µm). Das selektive Entfernen der Opferschicht kann hier beispielsweise mittels HF-Gasphasenätzen geschehen. Hierbei ist die Ätzrate allerdings limitiert, wodurch das maximal verwendbare Volumen der Opferschicht eingeschränkt wird.
  • Eine bekannte Variante ist die Verwendung von epitaktischem Polysilizium als Opfermaterial. Hohe Abscheideraten begünstigen hierbei den Aufbau von Hochvolumen-Opferstrukturen. Es sind isotrope Ätzverfahren bekannt, durch die sich die Opferstrukturen mit sehr hohen Ätzraten entfernen lassen. Hierfür eignen sich sowohl plasmaunterstützte als auch plasmalose Ätzverfahren. In beiden Fällen kann Polysilizium mit hoher Selektivität gegenüber gängigen Maskenmaterialien wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminium oder Photolack geätzt werden.
  • Besonders im Fokus liegt der Aufbau von 3D-MEMS-Strukturen, bei denen die Funktionsstruktur und die Opferstruktur aus dem gleichen Material bestehen (z.B. aus epitaktischem Polysilizium). Die Funktionsstruktur wird hierbei durch geeignete Passivierungsmaterialien (z.B. SiO2) auf allen Oberflächen vor Ätzangriffen geschützt. Wird diese Technologie angewendet, können lateral und vertikal weit ausgedehnte vergrabene Opferstrukturen beliebiger Komplexität entstehen. Eine große Herausforderung besteht dann darin, die Opferstruktur im isotropen Ätzschritt vollständig zu entfernen.
  • Plasmaunterstützte und plasmalose Ätzverfahren unterscheiden sich grundlegend. Rein chemisches plasmaloses Ätzen eignet sich sehr gut für die Entfernung von vergrabenem Opfermaterial. Verbindungen wie XeF2, CIF, CIF3, CIF5, BrF3, BrF5, IF5, IF7 ätzen Silizium spontan, während gängige Maskenmaterialien wie SiO2, Si3N4, SiON, siliziumreiche Nitride oder Metalle wie AI nur sehr langsam geätzt werden (Selektivität bis 1000). Hohe Unterätzweiten auch in extrem schmalen Opferstrukturen (<1 µm) sind hier realisierbar. Die Ätzrate bleibt auch bei großem Abstand zur Zugangsöffnung in der Maske nahezu konstant. Es gibt ebenfalls nahezu keine Abhängigkeit der Ätzrate von der Größe des Zugangs. Die Ätzrate ist allerdings oft durch den Dampfdruck der verwendeten Chemikalie limitiert (nur etwa 400 Pa (3 Torr) bei XeF2). Wird zu viel Opfermaterial offen angeboten, fällt die Ätzrate stark ab. Mit anderen Worten, die Volumenätzrate ist gering (typischerweise 11 mm3/min). Sollen MEMS-Bauteile mit hochvolumiger Opferstruktur und großer offener Fläche >10 % geätzt werden, so muss mit langen Ätzzeiten gerechnet werden.
  • Plasmaunterstütztes isotropes Ätzen mit Fluorverbindungen wie F2, SF6, CF4 oder NF3, eignet sich ebenfalls für die Entfernung von vergrabenem Opfermaterial. Hierbei wird die Fluorverbindung im Plasma aktiviert, die freien Fluor-Radikale ätzen Silizium spontan und ohne zusätzliche Aktivierungsenergie durch lonenbeschuss.
  • Maskenmaterialien wie SiO2, Si3N4, SiON, siliziumreiche Nitride oder Metalle wie AI werden nur sehr langsam geätzt (Selektivität >1000). Erst durch Zuführen von Aktivierungsenergie durch lonenbeschuss können diese Materialien mit höheren Ätzraten abgetragen werden. Beim Ätzen von Silizium sind sehr hohe Volumenätzraten möglich (z.B. > 500 mm3/min), allerdings fällt die Ätzrate mit wachsendem Abstand zur Zugangsöffnung ab. Dies ist dadurch zu begründen, dass die Radikale nicht nur mit der Siliziumoberfläche reagieren, sondern auch mit sich selbst, wodurch die Konzentration und damit die Ätzrate mit steigender Unterätzweite abfällt. Weiterhin ist die Ätzrate stark von der Größe der Zugangsöffnung abhängig. Je kleiner der Zugang, desto geringer die Ätzrate. Dementsprechend fällt die Ätzrate auch bei Verengungen der Opferstruktur stark ab. Sollen MEMS-Bauteile mit hochvolumiger Opferstruktur und großer offener Flache > 10 % geätzt werden, so kann mittels eines plasmaunterstützten Verfahrens der Großteil des Opfersiliziums in kurzer Ätzzeit ausgeräumt werden, solange keine Limitierung durch kleine Ätzzugange < 20 µm besteht.
  • Wird Silizium als Opfermaterial in Kombination mit einem beliebigen Passivierungsmaterial verwendet, so muss die Maske vor der Opferschichtätzung strukturiert werden. Hierbei wird Silizium freigelegt. An Luft bildet sich stets ein dünner Film an natürlichem Siliziumoxid auf der Siliziumoberfläche (~ 5 nm). Um die Opferschichtätzung zu beginnen, ist es notwendig, dieses natürliche Oxid zunächst auf geeignete Art und Weise zu entfernen. Hierfür eignen sich wieder plasmaunterstützte oder plasmalose Ätzverfahren. Handelt es sich beim Passivierungsmaterial um SiO2, ist das Öffnen mittels CF4-Plasma in Kombination mit gerichtetem lonenbeschuss gängig. Hierbei kann das natürliche Oxid an der Oberfläche kurz vor der Opferschichtätzung selektiv entfernt werden. Es kann ebenfalls ein kurzer isotroper HF-Gasphasenätzschritt verwendet werden. Hierbei wird Oxid selektiv und isotrop entfernt. Sollte während der Opferschichtätzung eine Unterbrechung auftreten und der Wafer befindet sich an Luft, so wird sich auch an vergrabenem Opfersilizium an den Ätzfronten natürliches Oxid bilden. Dies kann bei Wiederaufnahme der Opferschichtätzung zu einem Ätzverzug oder sogar zum vollständigen Erliegen des Ätzfortschritts führen. Um dies zu vermeiden, kann nun nicht mehr mit plasmaunterstützten Verfahren gearbeitet werden, da an vergrabenen Strukturen kein lonenbeschuss möglich ist. Um Abhilfe zu schaffen, bleibt ausschließlich ein isotroper plasmaloser Ätzschritt, z.B. HF-Gasphasenätzen für SiO2 als Passivierung.
  • Durch diesen Sachverhalt bietet sich grundsätzlich eine Opferschichtätzung unter Kombination von plasmaunterstützten und plasmalosen Ätzverfahren an.
  • Im Stand der Technik werden in der Regel separate Module für plasmaloses (z.B. DE 198 40 437 A1 ) oder plasmaunterstütztes Ätzen angeboten. Die Module können dann über ein Handlingsystem miteinander verknüpft werden. Hierbei wäre es möglich, den Wafer zunächst im Plasmamodul zu bearbeiten. Hierbei könnte das natürliche Oxid an der Oberfläche geöffnet werden und die isotrope plasmaunterstützte Opferschichtätzung gestartet werden. Nach Beendigung der Ätzung müsste der Wafer ausgeladen und ins nächste Ätzmodul transferiert werden. Hier könnte dann mittels eines plasmalosen Ätzverfahrens eine weitere Opferschichtätzung vorgenommen werden. Sollte es durch beliebige Gründe zu einer Bildung von natürlichem Oxid auf vergrabenem Opfermaterial gekommen sein, müsste der Wafer wieder ausgeladen und in ein drittes Modul transferiert werden, welches sich zur Entfernung des natürlichen Oxids eignet, z.B. HF-Gasphasenätzen. Hierbei entstehen hohe Kosten für mindestens drei Ätzmodule und ein Handlingsystem, um den Wafer zwischen den einzelnen Prozessschritten im Vakuum halten zu können. Außerdem kommt es zu langen Prozessdauern durch mehrere separate Ätz- und Handlingschritte und einer Verteilung der Fehlermöglichkeiten, denn alle Module müssen gleichzeitig verfügbar sein. Zudem gibt es erhöhte Instandhaltungskosten, denn vier Anlagenteile müssen gewartet werden, einer Komplikation durch vier verschiedene Anlagenteile mit eventuell unterschiedlicher Softwaresteuerung sowie einer erhöhten Gefahr für Produktschaden durch mehrfaches Handling.
  • In der US 6 221 784 B1 und der WO 02/095800 A2 wurden bereits Ätzmodule beschrieben, in welchen plasmaunterstütztes und plasmaloses Ätzen kombiniert werden soll. Hier wird explizit von Strukturen ausgegangen, bei denen sich Nutz- und Opfermaterial unterscheiden. Es gibt keine Möglichkeit, die plasmaaktivierte Spezies zum isotropen Ätzen mit hoher Ätzrate zu verwenden. Ebenso gibt es keine Möglichkeit, vergrabenes natürliches Oxid auf Ätzfronten mittels gasförmiger HF zu entfernen. Weitere Ätzvorrichtungen, die teilweise Merkmale der unabhängigen Ansprüche zeigen, sind in den Dokumenten US 2013 / 0 210 241 A1 , US 2002 / 0 195 423 A1 , US 6 221 784 B1 und DE 699 34 986 T2 gezeigt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Ätzvorrichtung nach Anspruch 1, 2 und ein Ätzverfahren nach Anspruch 10, 11 bzw. 12.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, sowohl plasmaunterstützte als auch plasmalose Ätzverfahren auf einer Ätzvorrichtung effektiv zu kombinieren, wobei plasmaunterstütztes und plasmaloses Ätzen sowohl in isotroper als auch anisotroper Ausrichtung möglich sind.
  • Um optimierte Ätzbedingungen, insbesondere beim plasmalosen Ätzen, zu schaffen, ist eine verfahrbare Gasdüsen-Verteilungseinrichung (Showerhead) bzw. ein verfahrbarer Chuck vorgesehen. Durch die Einstellung des Abstandes zur Waferoberfläche lässt sich somit der plasmalose Ätzprozess im Vergleich zum plasmaunterstützten Ätzprozess optimieren.
  • In einem einzigen Ätzschritt sind beispielsweise folgende Prozessschritte möglich:
    • - anisotropes Öffnen der Passivierung SiO2, Si3N4, SiON, siliziumreiche Nitride oder Metalle wie AI an der Strukturoberfläche;
    • - anisotropes oder isotropes Entfernen von natürlichem SiO2 auf Silizium an der Strukturoberfläche und auch auf vergrabenem Silizium mittels Sputtern oder gasförmigem HF;
    • - isotropes Ätzen von Opfersilizium mittels plasmaaktivierter Spezies wie Fluor, Chlor oder Brom-Radikalen;
    • - isotropes Ätzen von Opfersilizium mittels chemisch aktiver Spezies wie XeF2, CIF, CIF3, CIF5, BrF3, BrF5, IF5, IF7;
    • - isotropes Abscheiden von Plasmapolymer aus C4F8.
  • Realisierbar ist eine erfindungsgemäße Ätzvorrichtung durch Anbau von zusätzlichen geeigneten Gasleitungen für die verschiedenen Ätzgase und von einem Aktuator an ein bestehendes Plasmaätzmodul. Die Gase strömen durch die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung in die Ätzkammer ein, passieren im Plasmaätzmodus eine Plasmaspule bzw. treffen im Nicht-Plasmaätzmodus aus näherer Entfernung auf die Waferoberfläche. Nach Adsorption findet die Reaktion mit dem entsprechenden Material statt. Die Reaktionsprodukte und überschüssiges Reaktionsgas kann mit der Hochvakuumpumpe abgesaugt werden, bevor der nächste Prozessschritt gestartet wird.
  • Durch abwechselndes Ätzen und Passivieren kann ein z.B. ein Trenchätzen realisiert werden. Die erfindungsgemäße Ätzvorrichtung eignet sich insbesondere für das isotrope Entfernen von Hochvolumen-Opferstrukturen mit sehr hoher Ätzrate aus MEMS-Bauteilen, bei denen sowohl das Opfermaterial als auch das Funktionsmaterial aus Silizium bestehen. Durch den Einsatz von gasförmiger HF kann vergrabenes natürliches Oxid entfernt werden, wodurch ein Ätzverzug verhindert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Innenwand der Ätzkammer temperierbar. So lassen sich je nach Ätzmodus und Ätzgaszusammensetzung optimierte Prozessbedingungen einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine steuerbare Gasversorgungseinrichtung vorgesehen ist, mittels derer der Ätzkammer verschiedene Ätzgase zuführbar sind. So lassen sich verschiedene Ätzprozesse automatisch einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ätzgase wahlweise gepulst oder kontinuierlich zuführbar. Damit lassen sich die jeweils optimalen Bedingungen für die Ätzgaszuführzng einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Chuck mittels einer Biaseinrichtung auf ein vorbestimmtes elektrisches Potential bringbar. So läßt sich wahlweise ein Sputtereffekt erzielen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels derer die Ätzgaszusammensetzung und der Ätzmodus automatisch steuerbar sind. Dies ermöglich eine Optimierung der Geschwindigkeit der Ätzprozesse.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Plasmaerzeugungseinrichtung eine den Bereich umgebende Spuleneinrichtung auf. So läßt sich ein Plasma günstig bilden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Bereich eine Verengung der Ätzkammer. Damit läßt sich eine hohe Energiedichte des Plasmas erreichen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern einer Ätzvorrichtung und eines entsprechenden Ätzverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern einer Ätzvorrichtung und eines entsprechenden Ätzverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 3 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern eines entsprechenden Ätzverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern einer Ätzvorrichtung und eines entsprechenden Ätzverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Ätzkammer, innerhalb derer ein Chuck C angeordnet ist, auf dem ein zu ätzendes Substrat S mit einer Oberfläche OF aufgespannt ist. Das Aufspannen erfolgt beispielsweise mittels Ansaugdüsen oder einer mechanischen Klemmeinrichtung. Eine Breite der Ätzkammer 1 ist zweckmäßigerweise nur geringfügig größer als der Durchmesser des Chucks C, um eine geeignete Ätzgasdichte zu erzielen.
  • Angeschlossen an die Ätzkammer 1 ist eine Pumpeinrichtung P zum Erzeugen eines gewünschten Prozessdrucks und zum Abpumpen des Ätzgases, insbesondere wenn ein Wechsel des Ätzgases erforderlich ist. Der Chuck C ist mittels einer elektrischen Leitung L' über eine Kondesatoreinrichtung C' an eine Biaseinrichtung B angeschlossen, welche andererseits auf Massepotential GND liegt. Die Biaseinrichtung B dient zum Anlegen eines gewünschten elektrischen Potentials an den Chuck C, falls ein Sputterefekt erwünscht ist. Der Chuck ist vorzugsweise temperierbar, beispielsweise im Temperaturbereich zwischen -10 °C und 100 °C.
  • Ebenfalls temperierbar ist eine Innenwand I der Ätzkammer 1, beispielsweise im selben Temperaturbereich zwischen -10 °C und 100 °C. Die Ätzkammer 1 weist im oberen Bereich einen verengten Bereich 1a auf, der von einer Plasmaerzeugungseinrichtung C umgeben ist welche eine kreisförmige Spuleneinrichtung umfasst, die über eine elektrische Leitung L und eine Kondensatoreinrichtung C und eine Radiofrequenzerzeugungseinrichtung RF angeschlossen ist, welche wiederum auf Massepotential GND liegt.
  • Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Gasdüsen-Verteilungseinrichtung, welche am oberen Ende des verengten Bereichs 1a angeordnet ist und über die Ätzgas einleitbar ist, welches von einer Gasversorgungseinrichtung G über eine Leitungseinrichtung LG zugeführt wird. Die Leitungseinrichtung LG kann ebenfalls im Bereich zwischen -10 °C bis 100 °C temperierbar sein.
  • Die Gasversorgungseinrichtung G ist an mehrere (nicht dargestellte) Gasquellen angeschlossen, aus denen die jeweils benötigten Ätzgase entnommen werden können. Eine mit Bezugszeichen ST bezeichnete Steuereinrichtung sorgt für eine automatische Auswahl der benötigten Gasquelle, bzw. Ätzgasquellen und dient weiterhin einer Verstellbarkeit der Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10 in Abhängigkeit von einem gewählten Ätzmodus, welcher nachstehend näher beschrieben wird.
  • Die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10 ist derart oberhalb des Chucks C angeordnet, dass ein Ätzgasstrom GS im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche OF des zu ätzenden Substrats S gerichtet ist.
  • Sie ist durch eine (nicht dargestellte) Aktuatoreinrichtung derart bezüglich der Oberfläche OF des zu ätzenden Substrats verfahrbar, dass sie in einem Plasmaätzmodus in einer derartigen ersten Entfernung von der Oberfläche OF angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom GS durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung C umgebenen verengten Bereich 1a verläuft. Das hindurchtretende gewählte Ätzgas wird somit von der Plasmaerzeugungseinrichtung C aktiviert und gelangt dann zur Oberfläche OF des zu ätzenden Substrats S.
  • In einem Nicht-Plasmaätzmodus hingegen wir die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10 in Richtung der Oberfläche OF des Substrats hin durch den verengten Bereich 1a mit der umgebenen Plasmaerzeugungseinrichtung C verfahren, sodass sie sich in einer zweiten, geringeren Entfernung von der Oberfläche OF befindet, was für ein isotropes ätzen eine bessere Ätzbedingung bewirkt, da das Ätzvolumen verkleinert ist.
  • Diese Verfahrbarkeit ist durch einen Doppelfall mit Bezugszeichen V schematisch angedeutet.
  • Somit lassen sich durch entsprechende Programmierung der Steuereinrichtung ST alternierende plasmalose und plasmaunterstütze Ätzzyklen mit unterschiedlichen Ätzgasen einrichten.
  • Für das plasmalose Ätzen können als Ätzgases beispielsweise XeF2 (Xenondifluorid) CIF (Chlorfluorid), CIF3 (Chlortrifluorid), CIF5 (Chlorpentafluorid), BF3 (Bromtrifluorid), BF5 (Brompentafluorid), IF5 (Jodpentafluorid), IF7 (Jodheptafluorid) als Ätzgas verwendet werden.
  • Für eine plasmaunterstützes ätzen können beispielsweise F2 (Fluorgas), SF6 (Schwefelhexafluorid), CF4 (Kohlenstofftetrafluorid), CHF3 (Kohlenstoffwasserstofftrefluorid) CH2F3 (Kohlenstoffdiwasserstoffdifluorid), C2F6 (Dikohlenstoffhexafluorid), C3F8 (Trikohlenstoffoctafluorid) oder NF3 (Stickstofftrifluorid) usw. verwendet werden. Vorhergehende Ätzprozesse eignen sich insbesondere zum Opferschichtätzen.
  • Ein isotropes Öffnen von vergrabenen natürlichen SiO2 kann beispielsweise durch wasserfreies HF-Gas, Isopropanol etc. erreicht werden. Eine Polymerpassivierung ist beispielsweise mittels C4F8 (Tetrakohlenstoffoctafluorid) möglich.
  • Als weitere Ätzgase sind Ar (Argon), N2 (Stickstoff), O2 (Sauerstoff), H2 (Wasserstoff), Cl2 (Chlorgas), Br2 (Bromgas), I2 (Jodgas), HCl (Chlorwasserstoffgas), HBr (Bromwasserstoffgas), HI (Jodwasserstoffgas) etc. vorstellbar.
  • Zweckmäßig ist es, dass alle Ätzvorgänge unter kontinuierlichem Fluss oder gepulstem Fluss möglich sind.
  • Die Plasmaerzeugungseinrichtung C oberhalb des Substrats S weist typischerweise einen Abstand von 30 cm zur Oberfläche OF auf.
  • Weiterhin möglich ist ein in z-Höhenrichtung verfahrbarer Schutzring für den Rand des Substrats S (nicht dargestellt).
  • Weiterhin möglich ist die Implementierung einer optischen Endpunkterkennung für sämtliche Ätzschritte.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern einer Ätzvorrichtung und eines entsprechenden Ätzverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform sind im Unterschied zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine erste Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10a und eine zweite Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10b vorgesehen.
  • Die erste Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10a ist im Unterschied zur ersten Ausführungsform stationär oberhalb der Plasmaerzeugungseinrichtung C vorgesehen.
  • Die zweite Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10b ist in einer seitlichen Nische 1b der Ätzkammer 1 vorgesehen und weist eine Verfahrbarkeit V' entlang der mit dem Doppelpfeil gekennzeichneten Richtung also in der Zeichnung in horizontaler Richtung auf. Sie ist über eine Leitungseinrichtung LG' mit einer zweiten Gasversorgungseinrichtung G' verbunden.
  • Beim plasmaunterstützten Ätzen befindet sich die zweite Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10b in der Nische 1b und ist deaktiviert.
  • Beim plasmaunterstützen Ätzen hingegen wird die erste Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10a deaktiviert und die zweite Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10b wird in waagrechter Richtung derart oberhalb der Oberfläche OF des Substrats verfahren, dass ein von ihr ausgehender Ätzgasstrom GS im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche OF des zu ätzenden Substrats S gerichtet ist.
  • Eine entsprechend modifizierte Steuereinrichtung ST' sorgt bei dieser zweiten Ausführungsform für die durch die Gasversorgungseinrichtungen G, G' bereitzustellenden Ätzgase und für die Verfahrbarkeit der zweiten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10, sodass mit dieser Anordnung derselbe Effekt wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzielbar ist.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern eines entsprechenden Ätzverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der dritten Ausführungsform ist die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10, welche oberhalb der Plasmaerzeugungseinrichtung angeordnet ist, ebenfalls stationär, jedoch lässt sich der Chuck C in Verfahrrichtung V'' derart verstellen, dass das Substrat S bei einem plasmalosen Ätzprozess näher an die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung 10 bringbar ist. Somit ist auch bei dieser Ausführungsform derselbe Effekt wie bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform erzielbar, nämlich eine Verringerung des Ätzvolumens beim plasmalosen Ätzen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.
  • Insbesondere ist es möglich, sowohl die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung als auch den Chuck verstellbar zu gestalten, um beispielsweise das Ätzvolumen beim plasmalosen Ätzen noch weiter zu verringern.
  • Auch ist die Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Ätzgase beschränkt, sondern prinzipiell für beliebige Ätzgase bzw. Passivierungsgase anwendbar.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, die Erfindung auf eine Ätzkammer anzuwenden, bei der eine Mehrzahl von Substraten gleichzeitig zu ätzen ist.

Claims (14)

  1. Ätzvorrichtung mit: einer Ätzkammer (1; 1a) und einem darin befindlichen Chuck (C) zum Aufspannen eines zu ätzenden Substrats (S); einer die Ätzkammer (1; 1a) in einem Bereich (1a) umgebenden Plasmaerzeugungseinrichtung (C); einer Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) zum Einführen von Ätzgas, welche derart oberhalb des Chucks (C) angeordnet ist, dass ein Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; wobei die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) derart bezüglich der Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) verfahrbar ist, dass sie in einem Plasmaätzmodus in einer derartigen ersten Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft, und dass sie in einem Nicht-Plasmaätzmodus in einer derartigen zweiten, geringeren Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) nicht durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft.
  2. Ätzvorrichtung mit: einer Ätzkammer (1; 1a) und einem darin befindlichen Chuck (C) zum Aufspannen eines zu ätzenden Substrats (S); einer die Ätzkammer (1; 1a) in einem Bereich (1a) umgebenden Plasmaerzeugungseinrichtung (C); einer ersten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10a) zum Einführen von Ätzgas, welche derart oberhalb des Chucks (C) in angeordnet ist, dass ein austretender Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; wobei die erste Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10a) in einer derartigen ersten Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft, einer zweiten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10b) zum Einführen von Ätzgas, welche derart oberhalb des Chucks (C) anordnbar ist, dass ein austretender Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; wobei die zweite Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10b) derart verfahrbar ist, dass sie in einem Plasmaätzmodus nicht oberhalb der Oberfläche (OF) und in einem Nicht-Plasmaätzmodus in einer zweiten, geringeren Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist.
  3. Ätzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Innenwand (I) der Ätzkammer (1; 1a) temperierbar ist.
  4. Ätzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine steuerbare Gasversorgungseinrichtung (G; G, G') vorgesehen ist, mittels derer der Ätzkammer (1; 1a) verschiedene Ätzgase zuführbar sind.
  5. Ätzvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ätzgase wahlweise gepulst oder kontinuierlich zuführbar sind.
  6. Ätzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Chuck (C) mittels einer Biaseinrichtung (B) auf ein vorbestimmtes elektrisches Potential bringbar ist.
  7. Ätzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (ST; ST'; ST'') vorgesehen ist, mittels derer die Ätzgaszusammensetzung und der Ätzmodus automatisch steuerbar sind.
  8. Ätzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plasmaerzeugungseinrichtung (C) eine den Bereich (1a) umgebende Spuleneinrichtung aufweist.
  9. Ätzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bereich (1a) eine Verengung der Ätzkammer (1; 1a) bildet.
  10. Ätzverfahren mit den Schritten: Aufspannen eines zu ätzenden Substrats (S) auf einem in einer Ätzkammer (1; 1a) befindlichen Chuck (C), wobei eine die Ätzkammer (1; 1a) in einem Bereich (1a) umgebende Plasmaerzeugungseinrichtung (C) vorgesehen ist; Einführen von Ätzgas in die Ätzkammer (1; 1a) mittels einer Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10), welche derart oberhalb des Chucks (C) angeordnet ist, dass ein Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; wobei die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) in einem Plasmaätzmodus derart bezüglich der Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) verfahren wird, dass sie in einer derartigen ersten Entfernung von der Oberfläche (OF) geordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von einer Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) der Ätzkammer (1; 1a) verläuft; und wobei die Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) in einem Nicht-Plasmaätzmodus derart bezüglich der Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) verfahren wird, dass sie in einer derartigen zweiten, geringeren Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet wird, dass der Ätzgasstrom (GS) nicht durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft.
  11. Ätzverfahren mit den Schritten: Aufspannen eines zu ätzenden Substrats (S) auf einem in einer Ätzkammer (1; 1a) befindlichen Chuck (C), wobei eine die Ätzkammer (1; 1a) in einem Bereich (1a) umgebende Plasmaerzeugungseinrichtung (C) vorgesehen ist; Einführen von Ätzgas in die Ätzkammer (1; 1a) mittels einer Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10), welche derart oberhalb des Chucks (C) angeordnet ist, dass ein Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; wobei der Chuck (C) in einem Plasmaätzmodus derart bezüglich der ersten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) verfahren wird, dass das Substrat (S) in einer derartigen ersten Entfernung von der Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft; und wobei der Chuck (C) in einem Nicht-Plasmaätzmodus derart bezüglich der ersten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) verfahren wird, dass das Substrat (S)in einer derartigen zweiten, geringeren Entfernung von der Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft.
  12. Ätzverfahren mit den Schritten: Aufspannen eines zu ätzenden Substrats (S) auf einem in einer Ätzkammer (1; 1a) befindlichen Chuck (C), wobei eine die Ätzkammer (1; 1a) in einem Bereich (1a) umgebende Plasmaerzeugungseinrichtung (C) vorgesehen ist; Einführen von Ätzgas in die Ätzkammer (1; 1a) mittels einer ersten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10a), welche derart oberhalb des Chucks (C) angeordnet ist, dass ein Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; wobei die erste Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10a) in einer derartigen ersten Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist, dass der Ätzgasstrom (GS) durch den von der Plasmaerzeugungseinrichtung (C) umgebenden Bereich (1a) verläuft, Einführen von Ätzgas in die Ätzkammer (1; 1a) mittels einer zweiten Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10b), welche derart oberhalb des Chucks (C) angeordnet wird, dass ein austretender Ätzgasstrom (GS) im wesentlichen senkrecht auf eine Oberfläche (OF) des zu ätzenden Substrats (S) gerichetet ist; und wobei die zweite Gasdüsen-Verteilungseinrichtung (10b) derart verfahren wird, dass sie in einem Plasmaätzmodus nicht oberhalb der Oberfläche (OF) und in einem Nicht-Plasmaätzmodus in einer zweiten, geringeren Entfernung von der Oberfläche (OF) angeordnet ist.
  13. Ätzverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei durch ein Alternieren vom Plasma-Ätzmodus und Nicht-Plasmaätzmodus ein Opferschicht-Ätzprozess durchgeführt wird.
  14. Ätzverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei durch ein Alternieren vom Plasma-Ätzmodus und Nicht-Plasmaätzmodus ein Trench-Ätzprozess durchgeführt wird.
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