WO2000054316A1

WO2000054316A1 - Method for producing polymer structures on a substrate by means of an etching process

Info

Publication number: WO2000054316A1
Application number: PCT/DE2000/000723
Authority: WO
Inventors: Josef Hirtreiter; Franz Laermer; Andrea Schilp; Bernhard Elsner
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2000-09-14
Also published as: DE19910984A1; DE19910984C2

Abstract

The invention relates to a method for producing polymer structures on a substrate (30) by means of an etching process. A polymer (31) is mounted on the substrate (30) that is located in the etching chamber (12) of a plasma etching arrangement (1) such as an ECR plasma etching arrangement or an ICP plasma etching arrangement for instance. Subsequent etching is carried out at a substrate temperature from -30° C to -120° C, preferably -65° C, in order to produce the polymer structures in the polymer (31) and on the substrate (30). An oxygen-containing etching gas is particularly suitable as etching gas. In a preferred embodiment, the oxygen is pure oxygen or an O2/He mixture. The etching process is carried out at a pressure between 0.2 νbar and 10 νbar. The inventive method is particularly suitable for producing polymer structures with high dissolution and with flanks which are as vertical and even as possible.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON POLYMERSTRUKTURENAUFEINEM SUBSTRAT MITTELS EINES ÄTZPROZESSESMETHOD FOR PRODUCING POLYMER STRUCTURES ON A SUBSTRATE BY MEANS OF AN ETCHING PROCESS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerstrukturen auf einem Substrat mittels eines Atzprozesses nach der Gattung des Hauptanspruches .The invention relates to a method for producing polymer structures on a substrate by means of an etching process according to the preamble of the main claim.

Ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung oder Modifikation makro- molekularer Verbindungen wie Polymere oder Scheibenwischergummi in einer Gasatmosphäre wird beispielsweise in der DE 197 27 783.7 vorgeschlagen, wobei das Gas als Plasma vorliegt, das in einer Hochfrequenzanregung im Nieder- oder Normaldruckbereich mittels Mikrowellenanregung erzeugt wird. Weiterhin ist daraus bereits bekannt, eine anisotrope Plasmabehandlung derartigerA method for surface treatment or modification of macro-molecular compounds such as polymers or windshield wiper rubber in a gas atmosphere is proposed, for example, in DE 197 27 783.7, the gas being in the form of a plasma which is generated in a high-frequency excitation in the low or normal pressure range by means of microwave excitation. Furthermore, an anisotropic plasma treatment of this type is already known

Verbindungen in einem Sauerstoff- oder einem Sauerstoff-Edelgas- Gasplasma vorzunehmen. Die vorgenommene Oberflächenbehandlung dient in diesem Fall jedoch lediglich der Aktivierung der Oberfläche, nicht der Strukturierung.Make connections in an oxygen or an oxygen noble gas gas plasma. In this case, however, the surface treatment only serves to activate the surface, not to structure it.

Aus F.D. Egitto und L.J. Matienzo, IBM J. Res . Develop., 1994, ______ S. 423 - 439 ist weiter bekannt, Polymeroberflächen durchFrom F.D. Egitto and L.J. Matienzo, IBM J. Res. Develop., 1994, ______ pp. 423-439 is further known to polymer surfaces by

Plasmaätzen in einer Sauerstoffatmosphäre zu behandeln, um deren Adhäsionseigenschaf en zu verbessern. Im übrigen existieren auch verschiedene Photoprozesse zur Strukturierung von Polymeren, beispielsweise über UV-Licht, mittels Excimerlasern oder Elektronenstrahlen, denen eine anschließende Entwicklung bzw. ein Herauslösen der belichteten, strukturierten Polymere folgt .Treat plasma etching in an oxygen atmosphere to improve its adhesion properties. There are also various photo processes for structuring polymers, for example using UV light, using excimer lasers or electron beams, which are followed by subsequent development or removal of the exposed, structured polymers.

Als Plasmaätzverfahren sind überdies Prozesse in Barrel- Reaktoren mit isotroper Ätzung bekannt, sowie anisotrope Ätzver- fahren über einen RIE-ICP- oder RIE-ECR-Prozeß (RIE = „reactive ion etching") . Dazu sei beispielsweise auf den Artikel von R. Hsiao et al . , J. Electrochem. Soc . , Vol. 144, No . 3, 1997, verwiesen.Processes in barrel reactors with isotropic etching are also known as plasma etching processes, as are anisotropic etching processes using a RIE-ICP or RIE-ECR process (RIE = “reactive ion etching”). Hsiao et al., J. Electrochem. Soc., Vol. 144, No. 3, 1997.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß es ermöglicht, bei der Herstellung von Polymerstruktu- ren auf einem Substrat über ein anisotropes Plasmaätzverfahren möglichst senkrechte glatte Flanken der hergestellten Strukturen, insbesondere mit einer Rauhigkeit kleiner als 100 μm, zu erzeugen und auch bei Aspektverhältnissen der Strukturen d.h. einem Verhältnis von Höhe zu Breite von mehr als 10:1 eine Strukturauflösung von mindestens 1 μm bis 2 μm zu erreichen. Zudem werden gleichzeitig hohe Polymerätzraten von bis zu 4 μm pro Minute erzielt . Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Polymerstrukturen sind weiterhin mechanisch sehr stabil, haften gut auf dem Substrat und zeigen keine relevante Struktur- Veränderung bei einer Temperaturbehandlung von -60 °C bis +250°C, wobei auch ein noch größerer Temperaturbereich bei entsprechender Wahl des Polymermaterials erreichbar ist. Die erzeugten Polymerstrukturen auf dem Substrat können somit sehr vorteilhaft als aktive Schichten d.h. beispielsweise als Wellenleiter in der integrierten Optik, als Dielektrikum oder als Negativform für die galvanische Abscheidung von metallischen Mikrobauteilen wie Sensoren oder Aktoren eingesetzt werden.The method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the prior art that it enables, in the manufacture of polymer structures on a substrate using an anisotropic plasma etching process, as smooth as possible flanks of the structures produced, in particular with a roughness of less than 100 μm, and to achieve a structure resolution of at least 1 μm to 2 μm even with aspect ratios of the structures, ie a ratio of height to width of more than 10: 1. In addition, high polymer etching rates of up to 4 μm per minute are achieved at the same time. The polymer structures produced with the method according to the invention are also mechanically very stable, adhere well to the substrate and show no relevant structural change in a temperature treatment from -60 ° C. to + 250 ° C., with an even wider temperature range if the polymer material is selected accordingly is achievable. The polymer structures produced on the substrate can thus be used very advantageously as active layers, that is to say, for example, as waveguides in integrated optics, as a dielectric or as a negative form for the galvanic deposition of metallic microcomponents such as sensors or actuators.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, daß das erfindungsgemäße Verfahren als sogenannter „Backend-Prozeß" auf bereits fertigen integrierten Schaltkreisen anwendbar ist und damit intelligente mikrosystemtechnische Komponenten herstellbar sind, die in vielfältigen Anwendungsfeidern wie der Automobiltechnik, der Maschinensteuerung, der Nachrichtentechnik oder im Konsumelektronikbereich Einsatz finden können. Dabei ist es ein weiterer Vorteil, daß die zum Einsatz kommenden Bauteile mit der zugehörigen Aus- werteschaltung aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kostengünstig, zuverlässig und von hoher Funktionalität sind.Furthermore, it is very advantageous that the method according to the invention can be used as a so-called "back-end process" on already finished integrated circuits, and thus intelligent microsystem components can be produced which are used in a wide range of application fields such as automotive engineering, machine control, communications technology or in the consumer electronics sector It is a further advantage that the components used with the associated evaluation circuit are inexpensive, reliable and of high functionality due to the method according to the invention.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Advantageous developments of the invention result from the measures mentioned in the subclaims.

So ist es sehr vorteilhaft, wenn der Ätzprozeß zur Erzeugung der Polymerstrukturen auf dem Substrat bei einer Substrattemperatur von -30°C bis -120°C durchgeführt wird. Als Ätzgas beim Ätzprozeß eignet sich vorteilhaft ein sauerstoffhaltiges Ätzgas bei einem Prozeßdruck von 0,2 μbar bis 10 μbar . Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Substrat auf dem sich das zu struktrierende Polymer befindet mit einer Substratelektrode in Verbindung steht, an der eine insbesondere hochfrequente Substratelektrodenspannung (Biasspannung) von 80 Volt bis 200 Volt anliegt.It is very advantageous if the etching process for producing the polymer structures on the substrate is carried out at a substrate temperature of -30 ° C to -120 ° C. An oxygen-containing etching gas at a process pressure of 0.2 μbar to 10 μbar is advantageously suitable as the etching gas in the etching process. It is also particularly advantageous if the substrate on which the polymer to be structured is located is connected to a substrate electrode to which a particularly high-frequency substrate electrode voltage (bias voltage) of 80 volts to 200 volts is present.

Als Plasmaätzanlage zur Durchführung des Ätzprozesses eignen sich vorteilhaft an sich aus dem Stand der Technik bekannte ECR- Plasmaätzanlagen (electron cyclotron resonance) oder ICP- Plasmaätzanlagen (inductively coupled plasma) , bei denen die erfindungsgemäße Einstellung der Ätzparameter, wie insbesondere der niedrigen Substrattemperatur, vorgenommen wird.As a plasma etching system for carrying out the etching process, ECR plasma etching systems (electron cyclotron resonance) or ICP- known from the prior art are advantageously suitable. Plasma etching systems (inductively coupled plasma), in which the etching parameters, in particular the low substrate temperature, are set according to the invention.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn als Sauerstoffhaltiges Ätzgas reiner Sauerstoff eingesetzt wird, dem zur Verbesserung der Profile der erzeugten Polymerstrukturen hinsichtlich Flankensteilheit, Oberflächenrauhigkeit und Strukturauflösung zusätzlich ein leichtes und/oder leicht ionisierbares Gas wie He⁴, He³ oder H₂ zugegeben werden kann.Furthermore, it is very advantageous if pure oxygen is used as the etching gas containing oxygen, to which a light and / or easily ionizable gas such as He ⁴ , He ³ or H ₂ can additionally be added in order to improve the profiles of the polymer structures produced with regard to slope, surface roughness and structure resolution .

Als ganz besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn eine Substrattemperatur von ca. -65 °C mit einem Prozeßdruck von ca. 2 μbar und einer Substratelektrodenspannung von ca. 150 Volt kombiniert wird. Diese Kombination in Verbindung mit einer ECR- Plasmaätzanalage oder einer ICP-Plasmaätzanalge mit dem Ätzgas Sauerstoff oder dem Ätzgas Sauerstoff mit einer Zugabe von Helium führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaften der erzeugten Polymerstrukturen .It has proven to be particularly advantageous if a substrate temperature of approximately -65 ° C. is combined with a process pressure of approximately 2 μbar and a substrate electrode voltage of approximately 150 volts. This combination in conjunction with an ECR plasma etching system or an ICP plasma etching system with the etching gas oxygen or the etching gas oxygen with the addition of helium leads to particularly advantageous properties of the polymer structures produced.

Als Substratmaterial eignet sich besonders Silizium und insbesondere ein Siliziumwafer . Das Polymermaterial ist vorteilhaft ein Photolack oder ein Polyimid.Silicon and in particular a silicon wafer are particularly suitable as substrate material. The polymer material is advantageously a photoresist or a polyimide.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Prinzipskizze einer Plasmaätzanlage und Figur 2 einen Schnitt durch eine Polymerstruktur auf einem Substrat.The invention is explained in more detail with reference to the drawings and the description below. 1 shows a schematic diagram of a plasma etching system and FIG. 2 shows a section through a polymer structure on a substrate.

Ausführungsbeispiele Die Figur 1 zeigt eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte ECR-Plasmaätzanlage als Plasmaätzanlage 1 zur anisotropen Plasmaätzung mit einem Hochfrequenzgenerator 10 zur Erzeugung einer hochfrequenten Substratelektrodenspannung (Biasspannung) mit einer Frequenz von 13,56 MHz, der über entsprechende elektrische Anschlüsse und bei Bedarf unter Zwischenschaltung einer Matchbox 11 mit einer Substratelektrode 35 verbunden ist und dort m an sich bekannter Weise eine anliegende Biasspannung von 80 Volt bis 200 Volt bewirkt. Weiterhin ist eine Ätzkammer 12, ein Magnetron 14, eine Schleusenkammer 15, ein Elektromagnet 16, ein Prozeßgaseinlaß 17, eine Mikrowelleneinkoppelemheit 18 und eine Substratelelektrodenkühlung 19 vorgesehen. Die Substratelektrodenkühlung 19 ist mit der Substratelektrode 35 wärmeleitend verbunden und bewirkt eine Kühlung der Substratelektrode 35 und über diese auch eines darauf angeordneten Substrates 30. Mit der Substratelektrodenkühlung 19 ist eine Temperatur von -30°C bis -120°C auf dem Substrat 30 erreichbar.Embodiments FIG. 1 shows an ECR plasma etching system known per se from the prior art as a plasma etching system 1 for anisotropic plasma etching with a high-frequency generator 10 for generating a high-frequency substrate electrode voltage (bias voltage) with a frequency of 13.56 MHz, which via appropriate electrical connections and at Required with the interposition of a match box 11 is connected to a substrate electrode 35 and there causes a bias voltage of 80 volts to 200 volts in a manner known per se. Furthermore, an etching chamber 12, a magnetron 14, a lock chamber 15, an electromagnet 16, a process gas inlet 17, a microwave coupling unit 18 and a substrate electrode cooling 19 are provided. The substrate electrode cooling 19 is connected to the substrate electrode 35 in a heat-conducting manner and causes cooling of the substrate electrode 35 and, via this, also of a substrate 30 arranged thereon. With the substrate electrode cooling 19, a temperature of -30 ° C. to -120 ° C. on the substrate 30 can be reached.

Die Substratelektrodenkühlung 19 ist weiterhin mit nicht darge- stellten, nach außerhalb der Piasmaätzkammer geführten Anschlüssen versehen, die mit einer ebenfalls nicht dargestellten Kühlvorrichtung m Verbindung stehen und einen Kältemittelkreislauf ermöglichen.The substrate electrode cooling system 19 is further provided with connections (not shown) which lead to the outside of the plasma etching chamber and which are connected to a cooling device (also not shown) and enable a refrigerant circuit.

Auf weitere Details der Plasmaätzanlage 1 wird verzichtet, da sie dem Fachmann bekannt sind.Further details of the plasma etching system 1 are dispensed with since they are known to the person skilled in the art.

Figur 2 zeigt e ne Vergrößerung eines Teils der Substratelektrode 35 gemäß Figur 1, auf der ein Substrat 30 angebracht ist. Auf dem Substrat 30 befindet sich ein Polymer 31 mit einer Oberflächenmaskierung 32. Das Polymer 31 wird mittels der Plasmaatzan- lage 1 einer Plasmaätzung unterzogen, wobei sich eine Polymerstruktur, beispielsweise m Form eines Trenchgrabens 36 mit Flanken 34 und einem Grund 33 einstellt. Die Plasmaätzung stoppt beim Erreichen des Substrates 30.FIG. 2 shows an enlargement of part of the substrate electrode 35 according to FIG. 1, on which a substrate 30 is attached. A polymer 31 with a surface mask 32 is located on the substrate 30. The polymer 31 is subjected to a plasma etching by means of the plasma plant 1, whereby a polymer structure, for example in the form of a trench trench 36, is also present Flanks 34 and a base 33 sets. The plasma etching stops when the substrate 30 is reached.

Das Substrat 30 ist beispielsweise ein Siliziumwafer oder ein Siliziumwafer mit einer Siliziumverbindung wie Si0₂ oder Si₃N₄ oder einem Metall wie Cu oder AI als Oberflächenschicht, auf dem als Polymer 31 ein Photolack aufgebracht wird. Dieses Aufbringen erfolgt vorzugsweise über Aufschleudern oder Aufsprühen. Zusätzlich kann vor dem Aufbringen des Polymers 31 auf das Substrat 30 zunächst noch eine Haftschicht, beispielsweise aus HMDS aufgebracht werden, um die Haftung des Polymers 31 auf dem Substrat 30 zu verbessern. Nach dem Aufbringen des Polymers 31 auf das Substrat 30 erfolgt dann eine Trocknung und Temperung des Polymers 31, die hinsichtlich Dauer und Temperatur von dessen Zusam- mensetzung abhängig ist und zweckmäßig zwischen 150°C und 350°C liegt. Bei üblichen Photolacken beträgt die Endtemperatur beim Tempern typischerweise 200°C.The substrate 30 is, for example, a silicon wafer or a silicon wafer with a silicon compound such as Si0 ₂ or Si ₃ N ₄ or a metal such as Cu or Al as the surface layer, on which a photoresist is applied as the polymer 31. This application is preferably carried out by spinning or spraying. In addition, before the polymer 31 is applied to the substrate 30, an adhesive layer, for example made of HMDS, can first be applied in order to improve the adhesion of the polymer 31 to the substrate 30. After the polymer 31 has been applied to the substrate 30, the polymer 31 is then dried and tempered, the duration and temperature of which depend on its composition and is expediently between 150 ° C. and 350 ° C. With conventional photoresists, the final tempering temperature is typically 200 ° C.

Anschließend wird auf dem Polymer 31 eine Hartstoffschicht in an sich bekannter Weise über eine Plasmaabseheidüng oder ein Auf- sputtern oder ein Aufdampfen abgeschieden und über einen an sich bekannten Photoprozeß und eine nachfolgende Plasmaätzung strukturiert, so daß die Oberflächenmaskierung 32 des Polymers 31 aus der strukturierten Hartstoffschicht entsteht. Als Hartstoff- schicht eignet sich beispielsweise ein Plasmaoxid oder ein Plasmanitrid wie SiN, TiN oder Si0₂. Möglich sind jedoch auch Metallschichten (z.B. AI) als Hartstoffschicht .Subsequently, a hard material layer is deposited on the polymer 31 in a manner known per se by means of plasma deposition or sputtering or vapor deposition and structured by means of a photoprocess known per se and a subsequent plasma etching, so that the surface masking 32 of the polymer 31 from the structured hard material layer arises. A plasma oxide or a plasma nitride such as SiN, TiN or Si0 ₂ is suitable as the hard material layer. However, metal layers (eg Al) are also possible as a hard material layer.

Die eigentliche Ätzung des Polymers 31 zur Strukturierung und Herstellung einer Polymerstruktur, wie des Trenchgrabens 36, wird dann in der ECR-Plasmaätzanlage als Plasmaätzanlage 1 durchgeführt, die über ein Quarzfenster und über die Plasmaeinkoppeleinheit 18 Mikrowellenstrahlung als Energiequelle zur Anregung des zugeführten Ätzgases in einen Plasmabereich eingekop- pelt. Bei einem Prozeßdruck von 0,2 μbar bis 10 μbar wird dann mit einem sauerstoffhaltigen Ätzgas, insbesondere mit reinem Sauerstoff, über den Elektromagneten 16 eine ECR-Anregung (elec- tron cyclotron resonance) der Elektronen im Plasma gewährlei- stet. Mit dieser Konfiguration wird ein extrem hoher Ionisiati- onsgrad des zugeführten Ätzgases erreicht. Die Verwendung von reinem Sauerstoff als Ätzgas macht die Kontrolle der Ätzchemie besonders einfach.The actual etching of the polymer 31 for structuring and producing a polymer structure, such as the trench trench 36, is then carried out in the ECR plasma etching system as a plasma etching system 1, which emits microwave radiation via a quartz window and the plasma coupling unit 18 as an energy source for exciting the supplied etching gas into a plasma area injected pelt. At a process pressure of 0.2 μbar to 10 μbar an ECR excitation (electron cyclotron resonance) of the electrons in the plasma is then ensured with an oxygen-containing etching gas, in particular with pure oxygen, via the electromagnet 16. With this configuration, an extremely high degree of ionization of the etching gas supplied is achieved. The use of pure oxygen as the etching gas makes checking the etching chemistry particularly easy.

Mittels der an der Substratelektrode 35 anliegenden Hochfrequenzspannung werden die so erzeugten Ionen des Ätzgases über die Ätzkammer 12 auf das Substrat 30 hin beschleunigt und übertragen dabei Energie auf die Oberfläche des Substrates 30 und damit auf die über die strukturierte Hartstoffschicht der Ätzung zugängliche Oberfläche des Polymers 31.By means of the high-frequency voltage applied to the substrate electrode 35, the ions of the etching gas thus generated are accelerated via the etching chamber 12 to the substrate 30 and thereby transfer energy to the surface of the substrate 30 and thus to the surface of the polymer 31 that is accessible to the etching via the structured hard material layer .

Als weitere Prozeßparameter werden während der Ätzung eine Substratelektrodenspannung von 80 bis 200 Volt, und, besonders wichtig, eine Kühlung des Substrates auf -30°C bis -120°C einge- stellt. Daneben wird ein Ätzgasfluß von 7 sccm bis 30 sccm über den Prozeßgaseinlaß 17 in der Ätzkammer 12 eingestellt .As further process parameters, a substrate electrode voltage of 80 to 200 volts and, particularly importantly, cooling of the substrate to -30 ° C. to -120 ° C. are set during the etching. In addition, an etching gas flow of 7 sccm to 30 sccm is set via the process gas inlet 17 in the etching chamber 12.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn eine Substrattemperatur von -65°C, ein Prozeßdruck von 2 μbar und eine Substra- telektrodenspannung (Biasspannung) von 150 Volt gewählt wird.Particularly good results are achieved if a substrate temperature of -65 ° C, a process pressure of 2 μbar and a sub-electrode voltage (bias voltage) of 150 volts are selected.

Da eine direkte chemische Passivierung der Flanken 34 der Polymerstruktur beim Ätzen nicht möglich ist, muß zur Reduzierung oder zur Verhinderung eines lateralen Ätzangriffes auf die Flan- ken 34 der Polymerstruktur ein Einfrieren des jeweiligen Ätzprozesses an den Flanken 34 erreicht werden. Dies wird durch die Kühlung des Substrates 30 gewährleistet, da die auf die Oberfläche des Polymers 31 auftreffenden geladenen Ätzgasteilchen aus dem Plasma über die angelegte Substratelektrodenspannung und bei ausreichender Kühlung des Substrates nur einen Ätzangriff in senkrechter Richtung d.h. des Grundes 33, nicht aber in vertikaler Richtung, d.h. der Flanken 34 bewirken, da hierzu aufgrund der Kühlung nicht genügend Reaktionsenergie zur Verfügung steht.Since a direct chemical passivation of the flanks 34 of the polymer structure is not possible during the etching, a freezing of the respective etching process on the flanks 34 must be achieved in order to reduce or prevent a lateral etching attack on the flanks 34 of the polymer structure. This is ensured by cooling the substrate 30, since the charged etching gas particles impinging on the surface of the polymer 31 from the plasma via the applied substrate electrode voltage and at Sufficient cooling of the substrate only causes an etching attack in the vertical direction, ie the base 33, but not in the vertical direction, ie the flanks 34, since the cooling energy is not sufficient for this purpose.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird anstelle der ECR- Plasmaätzanlage eine an sich ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte ICP-Plasmaätzanlage als Plasmaätzanlage 1 mit ansonsten hinsichtlich Substrattemperatur, Prozeßdruck, Subtratelektroden- Spannung, Ätzgasfluß und Ätzgas vergleichbaren Prozeßparametern verwendet .In a further exemplary embodiment, instead of the ECR plasma etching system, an ICP plasma etching system, which is also known per se from the prior art, is used as the plasma etching system 1 with process parameters which are otherwise comparable with regard to substrate temperature, process pressure, substrate electrode voltage, etching gas flow and etching gas.

Um einen auch unter den genannten Prozeßparametern teilweise nicht völlig vermeidbaren lateralen Ätzangriff weiter zu mini- mieren, durch den ein leicht bauchiges Profil der Flanken 34 der Polymerstruktur und damit eine Profilverschlechterung verursacht wird, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel , ausgehend von der Ätzanlage und den Prozeßparametern gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, dem als Ätzgas verwendeten reinen Sauerstoff ein leichtes und/oder leicht ionisierbares Gas zugegeben. Bevorzugt ist ein Inertgas, das keinerlei Einfluß auf die Ätzprozeßchemie nimmt und keine Nebenreaktionen eingeht, die zu Lasten der Ätz- rate gehen könnten.In order to further minimize a lateral etching attack, which is sometimes not completely avoidable even under the process parameters mentioned, and which causes a slightly bulbous profile of the flanks 34 of the polymer structure and thus a deterioration in the profile, in a further exemplary embodiment, starting from the etching system and the process parameters According to the first embodiment, a light and / or easily ionizable gas is added to the pure oxygen used as the etching gas. An inert gas is preferred which has no influence whatsoever on the etching process chemistry and does not enter into any side reactions which could adversely affect the etching rate.

Dazu eignet sich insbesondere das Edelgas Helium in Form von He⁴ oder, besonders bevorzugt, He³, sowie Wasserstoff. Die Wirkung dieser Zugabe beruht dabei auf folgendem Effekt .The noble gas helium in the form of He ⁴ or, particularly preferably, He ³ and hydrogen is particularly suitable for this. The effect of this addition is based on the following effect.

Die im Plasma befindlichen und sich mit großer Geschwindigkeit im wesentlichen ungerichtet bewegenden Elektronen werden bei Berührung mit den Flanken 34 einer Polymerstruktur dort „gepint" d.h. sie verbleiben an der Oberfläche der Flanken 34 und können wegen der fehlenden elektrischen Leitfähigkeit des Polymers 31 von dort nicht abgeführt werden. Dies führt zu einer negativen Aufladung der Flanken 34 der Polymerstruktur. Neben den leichten und schnellen Elektronen befinden sich auch positiv geladene Sauerstoffionen im Plasma, die über die anliegende Substratelektrodenspannung stark gerichtet in Richtung zur Substratelektrode 35 und damit zum Grund 33 der Polymerstruktur beschleunigt werden. Durch die elektrisch negative Aufladung der Flanken 34 über die gepinten Elektronen, kommt es jedoch, abhängig von der Aufladung der Flanken 34, zu einer Ablenkung der gerichteten Sauerstoffionen in Richtung auf die Flanken 34, so daß sich dort ein dynamisches Gleichgewicht zwischen negativer Elektronenaufladung und Ionenentladung einstellt. Die Ablenkung der ursprünglich nahezu senkrecht zum Grund 33 einfallenden Sauerstoffionen auf die Flanken 34 führt dabei dazu, daß der ursprünglich absolut anisotrop auf den Grund 33 gerichtete Ätzangriff aus dem Plasma nunmehr auch die Flanken 34 angreift, was zu der erwähnten Profilverschlechterung bzw. bauchigen Ausformung der Flanken 34 der Polymerstruktur führt .The electrons located in the plasma and moving essentially non-directionally at high speed are “pinted” there when they come into contact with the flanks 34 of a polymer structure, ie they remain on the surface of the flanks 34 and cannot be removed from there because of the lack of electrical conductivity of the polymer 31 This leads to a negative Charging the flanks 34 of the polymer structure. In addition to the light and fast electrons, there are also positively charged oxygen ions in the plasma, which are accelerated in a strongly directed manner towards the substrate electrode 35 and thus towards the bottom 33 of the polymer structure via the applied substrate electrode voltage. Due to the electrically negative charging of the flanks 34 via the pin electrons, however, depending on the charging of the flanks 34, there is a deflection of the directed oxygen ions in the direction of the flanks 34, so that there is a dynamic equilibrium between negative electron charging and ion discharge sets. The deflection of the oxygen ions originally incident almost perpendicular to the base 33 onto the flanks 34 leads to the fact that the etching attack from the plasma, which was originally absolutely anisotropic to the base 33, now also attacks the flanks 34, which leads to the above-mentioned deterioration of the profile or bulbous shape of the Flanks 34 of the polymer structure leads.

Die Wirkung der Zugabe des leichten, leicht ionisierbaren Gases beruhat daher auf einer Reduktion der elektrischenThe effect of adding the light, easily ionizable gas was therefore based on a reduction in the electrical

Aufladung der Flanken 34, da die aus diesem Gas entstehenden Ionen besonders leicht und schnell auf die Flanken 34 abgelenkt werden und dort zu einer Neutralisiation der gepinten Elektronen führen, wobei gleichzeitig, verglichen mit dem Einfall von Sauerstoffionen, nur ein geringer Energieübertrag und insbesondere kein Ätzen der Flanken 34 auftritt. Charging of the flanks 34, since the ions arising from this gas are deflected particularly easily and quickly onto the flanks 34 and there lead to a neutralization of the pinned electrons, while at the same time, compared to the incidence of oxygen ions, only a small amount of energy transfer and in particular no etching the flanks 34 occurs.

Claims

Ansprüche Expectations

1. Verfahren zur Herstellung von Polymerstrukturen auf einem Substrat (30) mittels eines Atzprozesses, wobei das Substrat1. A method for producing polymer structures on a substrate (30) by means of an etching process, the substrate

(30) in einer Ätzkammer (12) einer Plasmaätzanlage (1) angeord- net ist, und wobei auf dem Substrat (30) ein Polymer (31) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzprozeß bei einer Substrattemperatur von -30°C bis -120°C durchgeführt wird.(30) is arranged in an etching chamber (12) of a plasma etching system (1), and a polymer (31) is applied to the substrate (30), characterized in that the etching process at a substrate temperature of -30 ° C to -120 ° C is carried out.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzprozeß bei einer Substrattemperatur von -50°C bis -80°C und insbesondere bei -65 °C durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the etching process is carried out at a substrate temperature of -50 ° C to -80 ° C and in particular at -65 ° C.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzprozeß unter Verwendung eines sauerstoffhaltigen Ätzgas bei einem Prozeßdruck von 0,2 μbar bis 10 μbar, insbesondere bei3. The method according to claim 1, characterized in that the etching process using an oxygen-containing etching gas at a process pressure of 0.2 μbar to 10 μbar, in particular at

2 μbar, durchgeführt wird.2 μbar.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (30) mit einer Substratelektrode (35) in Verbindung steht und daß eine Biasspannung von 80 Volt bis 200 Volt, insbesondere von 150 Volt, erzeugt wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that the substrate (30) with a substrate electrode (35) is connected and that a bias voltage of 80 volts to 200 volts, in particular 150 volts, is generated.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasmaätzanlage (1) eine ECR-Plasmaätzanlage (electron cyclotron resonance) oder eine ICP-Plasmaätzanlage (inductively coupled plasma) verwendet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that an ECR plasma etching system (electron cyclotron resonance) or an ICP plasma etching system (inductively coupled plasma) is used as the plasma etching system (1).

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ätzgas ein leichtes Gas und/oder ein leicht ionisierbares Gas, insbesondere He⁴, He³ oder H₂, zugegeben wird.6. The method according to claim 3, characterized in that a light gas and / or an easily ionizable gas, in particular He ⁴ , He ³ or H ₂ , is added to the etching gas.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer (31) vor dem Ätzprozeß nach dem Aufbringen auf das Substrat (30) bei Temperaturen zwischen 150°C und 350°C, insbesondere bei 200°C, getempert wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the polymer (31) before the etching process after application to the substrate (30) at temperatures between 150 ° C and 350 ° C, in particular at 200 ° C, is annealed.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (30) und dem Polymer (31) zunächst eine Haft- schicht aufgebracht wird.8. The method according to claim 1, characterized in that an adhesive layer is first applied between the substrate (30) and the polymer (31).

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer (31) vor dem Ätzprozeß mit einer Oberflächenmaskierung (32) versehen wird.9. The method according to claim 1, characterized in that the polymer (31) is provided with a surface masking (32) before the etching process.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenmaskierung (32) durch die Abscheidung einer Hart- stoffmaske, insbesondere eines Plasmaoxides, eines Plasmanitrides oder einer Metallschicht erfolgt, die anschließend strukturiert wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the surface masking (32) by the deposition of a hard material mask, in particular a plasma oxide, a plasma nitride or a metal layer, which is then structured.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (30) Silizium enthält oder ein Siliziumwafer ist.11. The method according to claim 1, characterized in that the substrate (30) contains silicon or is a silicon wafer.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer (31) ein Photolack ist. 12. The method according to claim 1, characterized in that the polymer (31) is a photoresist.