AT511241B1 - Verfahren zur herstellung dreidimensionaler strukturen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen (13, 113, 213, 611, 612, 613) auf einem Substrat (10, 100), wobei in einem ersten Verfahrensschritt durch lokale Implantation, bevorzugt Ionenimplantation, insbesondere durch Bestrahlung mit einem fokussierten Ionenstrahl (600), eine Schicht mit bevorzugten Abtragseigenschaften in Hinblick auf zumindest einen nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt hergestellt wird, und anschließend in dem zumindest einen nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt das durch den ersten Verfahrensschritt vorstrukturierte Substrat (10, 100) geätzt wird, wobei der im zweiten Verfahrensschritt erzielbare Ätzabtrag in Abhängigkeit von der Konzentration der implantierten Ionen erfolgt, und der zweite Verfahrensschritt einen ersten Ätzschritt (14, 114, 214, 314) mit einer vorgebbaren ersten Ätzdauer und vorgebbaren ersten Prozessparametern aufweist, an den zumindest ein zweiter Ätzschritt (15, 115, 215, 315) mit einer vorgebbaren zweiten Ätzdauer und vorgebbaren zweiten Prozessparametern anschließt, wobei die Verfahrensbedingungen des zweiten Ätzschrittes (15, 115, 215, 315) unterschiedlich von den Verfahrensbedingungen des ersten Ätzschrittes (14, 114, 214, 314) sind.

Description

österreichisches Patentamt AT511 241 B1 2013-02-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen auf einem Substrat, wobei in einem ersten Verfahrensschritt durch lokale Implantation, bevorzugt Ionenimplantation, insbesondere durch Bestrahlung mit einem fokussierten lonenstrahl (FIB), eine Schicht mit bevorzugten Abtragseigenschaften in Hinblick auf zumindest einen nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt hergestellt wird, und anschließend in dem zumindest einen nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt das durch den ersten Verfahrensschritt vorstrukturierte Substrat geätzt wird, wobei der im zweiten Verfahrensschritt erzielbare Ätzabtrag in Abhängigkeit von der Konzentration der implantierten Ionen erfolgt.

[0002] Im Zuge der immer weiter voranschreitenden Miniaturisierung von Bauteilen ist der Bedarf insbesondere von großflächig einsetzbaren, kostengünstigen Herstellungsmethoden von strukturierten Oberflächen stetig steigend. Ein gebräuchliches Verfahren für die Herstellung strukturierter Oberflächen stellt die Nanoprägelithographie (Nano Imprint Lithography, NIL) dar, bei welcher mit Hilfe von Abdrucksformen ("Stempel") mit strukturierter Oberfläche auf einem Substrat ein Abdruck dieser Strukturen erzeugt wird. Hierfür wird die Oberfläche des Substrats mit einem Positiv, zumeist einer Polymerschicht bedeckt und der Stempel unter Erhitzen bzw. mit Hilfe von Laser oder UV-Licht in das Positiv eingeprägt. Anschließend wird das Positiv ausgehärtet, der Stempel entfernt, und schließlich Positiv und Substrat geätzt, wobei sich die im Positiv eingeprägte Struktur im Substrat als Tiefenprofil überträgt. Der hierfür benötigte Stempel wird entweder mit der gleichen Methode hergestellt oder aber mit anderen Nano-Lithographie-verfahren. Im Gegensatz zu anderen Nanostukturierungsverfahren erfolgt bei der Nanoprägelithographie der Strukturübertrag ohne Verkleinerung, wodurch der Einfluss von Fehlern in der Stempelherstellung einen wesentlich stärkeren Einfluss auf die Endstruktur am Substrat hat.

[0003] Im Rahmen dieser Offenbarung wird unter "Substrat" bzw. "Substratoberfläche" bzw. "Objekt" bzw. "Objektoberfläche" jede mit dem erfindungsgemäßen Verfahren strukturierbare Oberfläche aus hierfür geeignetem Material verstanden.

[0004] Ein herausragendes Merkmal der Nanoprägelithographie ist ihre Eignung für die direkte Replikation von dreidimensionalen Strukturen mit Auflösungen bis in den Nanometerbereich. Dieses Merkmal zeichnet diese Lithographiemethode gegenüber allen anderen aus und macht sie besonders für die Herstellung von optischen Bauelementen attraktiv. Da der genannte Stempel weiters auch mehrfach benutzbar sein muss, ist dessen präzise Herstellung wesentlich.

[0005] Um das volle Potential der Nanoprägelithographie ausschöpfen zu können, wird ein Strukturierungs-Verfahren für Stempel benötigt, welches in der Lage ist, drei Dimensionen mit hoher Auflösung und hoher Reproduzierbarkeit herzustellen.

[0006] In der Veröffentlichung "Three-Dimensional Patterning using Ultraviolet Nanoimprint Lithography" von Μ. M. ALKAISI and K. MOHAMED, Lithography, 28, Seite 571 (2010) wird die Herstellung von dreidimensionalen Strukturen mit Hilfe der Nanoimprint-Lithografie und anschließendem Trockenätzen, insbesondere Reactive Ion Etching (RIE) beschrieben. Dieses Verfahren eignet sich jedoch ausschließlich für die Replikation in zweiter Generation unter Verwendung von bereits dreidimensional strukturierten Stempeln, nicht jedoch für die primäre Strukturerzeugung von dreidimensionalen Stempeln in erster Generation (z.B. aus elektronisch vorliegenden Strukturdaten des Stempeldesigns).

[0007] Die Herstellung von Formen zur Verwendung in der Stempelherstellung für die Nanoimprint-Lithografie werden in der Veröffentlichung "Large area mold fabrication for Nanoimprint-Lithography using electron beam Lithography" von CHU J. K. et al., Science China, Vol. 53, Seite 248 bis 252 dargelegt. In dieser Druckschrift wird die Herstellung von Stempeln mit geringer Strukturbreite und hoher Genauigkeit mit Hilfe der Elektronenstrahllithografie beschrieben, welche auch eine mehrstufige Strukturierung des Stempels zulässt. Das Verfahren eignet sich jedoch nicht für die Herstellung von Stempeln mit mehreren verschiedenen Höhenstufen, wie sie beispielsweise für Linsen oder andere optische Bauelemente benötigt werden, da durch die 1 /17 österreichisches Patentamt AT511 241 B1 2013-02-15 vielen verschiedenen Belichtungsdosen die aufzubringende Gesamt-Dosis in hohem Maße steigt, wodurch die Herstellungsdauer extrem verlängert wird, sodass die Herstellung großflächiger Stempel innerhalb wirtschaftlich zumutbarer Prozesszeiten unmöglich wird. Des Weiteren stehen für diesen Einsatz auch nicht ausreichend kompatible Lacke zur Verfügung, wodurch die generelle Eignung des Verfahrens für Strukturen mit mehreren verschiedenen Höhenstufen, wie sie z.B. für optische Bauelemente benötigt werden, im wesentlichen zu verneinen ist.

[0008] In der Veröffentlichung "Ga+ beam lithography for nanoscale Silicon reactive ion etching" von M.D. HENRY et al., Nanotechnology, 21 (2010), 245303 wird die Herstellung von dreidimensionalen Strukturen in Silizium beschrieben, wobei Galliumionen mittels lonenstrahllithogra-fie (Focused Ion Beam, FIB) implantiert und das Substrat anschließend mittels eines einstufigen Trockenätzschrittes geätzt wird. Hierbei fungieren die implantierten Galliumionen als Ätzmaske, wobei das mit Gallium angereicherte Silizium bei dem einzelnen beschriebenen Ätzprozess eine signifikant geringere Ätzrate aufweist als das unbehandelte Silizium. Durch die Ionenimplantation können somit Bereiche auf dem Silizium vor dem Ätzangriff geschützt werden. Durch die unterschiedliche Konzentrationen der implantierten Ionen kann eine unterschiedliche Schutzdauer erreicht werden. Da beim beschriebenen Verfahren die Ätzparameter nicht geändert werden, ist eine dreidimensionale Strukturierung ausschließlich über die lokalen Konzentrationen der implantierten Ionen definierbar. Durch den einfachen Ätzprozess ist dieses Verfahren deshalb hinsichtlich seiner erreichbaren relativen und absoluten Höhenauflösung eingeschränkt, wodurch insbesondere bei der Herstellung von optischen Bauelementen bzw. Stempeln für diese ein Nachteil entsteht.

[0009] Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, das auf rasche und einfache Weise die Herstellung von dreidimensionalen Strukturen mit hoher Genauigkeit und geringer Größe auf einem Substrat erlaubt.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zweite Verfahrensschritt einen ersten Ätzschritt mit einer vorgebbaren ersten Ätzdauer und vorgebbaren ersten Prozessparametern aufweist, an den zumindest ein zweiter Ätzschritt mit einer vorgebbaren zweiten Atzdauer und vorgebbaren zweiten Prozessparametern anschließt, wobei die Verfahrensbedingungen des zweiten Ätzschrittes unterschiedlich von den Verfahrensbedingungen des ersten Ätzschrittes sind.

[0011] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass anschließend an den Implantationsschritt ein weiterer Verfahrensschritt durchgeführt wird, bei welchem die dotierte Oberfläche des Substrats geätzt wird, wobei dieser Verfahrensschritt sich in zumindest zwei Ätzschritte unterteilt, die sich zumindest in einem ihrer Verfahrensparameter voneinander unterscheiden, wodurch im Vergleich zum einfachen Ätzprozess eine bessere relative Höhenauflösung der Strukturen erzielt wird. HENRY et al. beschreibt, dass die Ätzrate in einem nichtlinearen Zusammenhang mit der Konzentration an implantierten Galliumionen im Substrat steht. Die Anmelder haben jedoch herausgefunden, dass durch geeignete Wahl des Ätzgases sehr wohl lineare Zusammenhänge zu finden sind, was eine höhere Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Folge hat. Des weiteren kann durch gezielte Kombination von zwei oder mehreren Ätzschritten mit unterschiedlichen Parametern Strukturen erhalten werden, die eine gekrümmte (konvexe oder konkave) Oberfläche aufweisen. Dies ist insbesondere für die Herstellung von Mikrolinsen von Bedeutung.

[0012] Des Weiteren ist vorgesehen, dass zunächst eine örtlich hochaufgelöste Ionenimplantation in eine Objektoberfläche erfolgt, wobei die lokale Implantationsdosis in Zusammenhang zur gewünschten lokalen Strukturhöhe in dem nachfolgenden Ätzprozess steht. An den örtlich aufgelösten Implantationsschritt schließt ein erfindungsgemäßer Ätzprozess an, bei welchem die dotierte Oberfläche des Substrats geätzt wird.

[0013] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem ersten Verfahrensschritt die Implantation mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen zur Erzeugung von Implantationsstrukturen mit unterschiedlichen Schichtdicken durchgeführt wird. 2/17 österreichisches Patentamt AT 511 241 B1 2013-02-15

Hierbei steht die lokale Implantationsdosis in Zusammenhang mit der gewünschten lokalen Strukturhöhe, die durch den nachfolgenden Ätzschritt erzeugt wird.

[0014] Das Implantationsprofil wird bevorzugt auf Basis der zu erzeugenden Struktur und den bekannten Eigenschaften der durchzuführenden Ätzprozesse bestimmt. Die maximal aufzubringende lonendosis pro Flächeneinheit stellt hierbei eine besondere Kenngröße dar. Bevorzugterweise bewegt sich diese Größe in einem Bereich von 1 bis 300 pC/pm2. Als besonders gut geeignet haben sich Werte von 40 bis 100 pC/pm2 herausgestellt. Bei höheren Beschleunigungsspannungen des lonenstrahls sind auch höhere Werte bis 200 pC/pm2 möglich. In jedem Belichtungsdurchlauf wird bevorzugterweise eine feste Dosis, im Besonderen eine Dosis, abgeleitet von der maximal aufzubringenden Dosis und der gewählten Anzahl an Belichtungsdurchläufen aufgebracht. Besonders geeignet sind Belichtungsdosen pro Durchgang zwischen 0,1 und 10 pC/pm2, beispielsweise 4 pC/pm2. Der Strahlstrom des lonenstahls beträgt bevorzugterweise zwischen 0,5 pA und 30 nA. Als besonders geeignet haben sich Strahlströme zwischen 1 und 100 pA erwiesen. Das Strahlprofil ist bevorzugterweise gaußförmig, kann aber auch rechteckig, kreisförmig oder anders geformt sein, wobei in jedem Fall gaußförmig abfallende Flanken bevorzugt werden. Die Breite des Strahlprofils auf halber Höhe bewegt sich bevorzugterweise zwischen 0,1 und 200 nm. Als besonders geeignet hat sich ein Bereich zwischen 10 und 50 nm herausgestellt.

[0015] In einer besonderen Ausführungsform des Implantationsprozesses kann die Implantationsmaske durch mehrfache Belichtung mit jeweils unterschiedlichen Beschleunigungsenergien der Ionen erzeugt werden, und so die Dicke der Hartmaske noch gezielt erhöht werden, bzw. die Tiefenverteilung der Ionen in der Implantationszone eingestellt werden. So kann durch niedere Beschleunigungsspannungen eine Anreicherung der implantierten Ionen nahe der Oberfläche durchgeführt werden, während bei hohen Beschleunigungsspannungen eine Anreicherung in tieferen Bereichen unter der Oberfläche erzielt werden. Während des Implantationsprozesses kann eine einzige lonenart, eine sequentielle Abfolge unterschiedlicher Ionen, oder aber auch Mischungen unterschiedlicher Ionen verwendet werden, die jeweils einen unterschiedlichen Einfluss auf das Ätzverhalten des Substrats während des zweiten Verfahrensschrittes nehmen. Der verwendete lonenstrahl hat dabei eine Energie von 50 eV bis 5 MeV, insbesondere eine Energie von 200 eV bis 30 keV. Bei Verwendung von Fokussierten lonen-strahlsystemen (FIB) ist eine Variation der Beschleunigungsspannungen zwischen 250 eV und 100 keV, insbesondere jedoch zwischen. 10 keV und 50 keV ein sinnvoller Bereich. Bei kombiniertem Einsatz mit lonenimplantern sind auch Beschleunigungsspannungen zwischen 100 keV und 3 MeV zur Herstellung der Implantationsmasken möglich.

[0016] In einer weiteren Variante der Erfindung erfolgt im ersten Verfahrensschritt die Erzeugung der Schicht mit bevorzugten Abtragseigenschaften unter Verwendung einer zusätzlichen, entfernbaren Oberflächenbeschichtung, wobei durch Bestrahlung mit einem fokussierten lonenstrahl Atome aus der Oberflächenbeschichtung durch atomare Stoßeinwirkung in das Substrat hineinimplantiert werden. Anstatt einer Implantation durch den lonenstrahl selbst werden die Implantationsschichten durch atomare Durchmischung mittels lonenstrahl hergestellt werden. Dazu wird das zu implantierende Material zuvor als dünne Schicht auf die Oberfläche aufgetragenen und danach die Schicht nur lokal durch den lonenstrahl in die Oberfläche eingemischt, sodass auf diese Art und Weise eine Implantationsmaske gebildet werden. Das überschüssige, nicht implantierte Material wird danach wieder von der Oberfläche abgelöst und entfernt. Auf diese Weise können Ionen in das Substrat implantiert werden, die mittels lonenstrahl nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen in das Substratmaterial implantiert werden können, für den nachfolgenden Ätzschritt jedoch die Abtragseigenschaften des Substrats beeinflussen.

[0017] Neben lonen-Plasmatronen, -Magnetronen und Breitstrahlquellen sind insbesondere Ionen aus Anlagen mit einem fokussierten lonenstrahl zur hochauflösenden Implantation geeignet. Weitere unterschiedliche Abtragseigenschaften des Substrats werden erhalten, wenn für den ersten Verfahrensschritt ein Mehrstrahl-Ionenstrahlsystems zum Einsatz kommt.

[0018] Bei dem zweiten Verfahrensschritt handelt es sich um ein Ätzverfahren, wobei zumin- 3/17 österreichisches Patentamt AT511 241 B1 2013-02-15 dest ein Atzschritt, vorzugsweise alle Atzschritte, als bevorzugt physikalischchemischer Trockenätzprozess ausgeführt werden. Es können auch andere Ätzverfahren wie beispielsweise rein physikalisches oder rein chemisches oder ein nasschemisches Ätzen oder eine Kombination dieser Verfahren zum Einsatz kommen.

[0019] In bevorzugterweise finden alle Teilschritte in einem Reaktiven lonenätzer (RIE) oder einem Plasmaätzer statt, wobei der Ätzprozess oder Teilprozesse auch mittels anderer Ätzverfahren durchgeführt werden können. Die Temperatur während der Ätzprozesse beträgt zwischen 0 und 500 K, besonders bevorzugt zwischen 270 und 400 K. Im Falle des Einsatzes eines trockenchemischen Ätzprozesses beträgt der Gasfluss in die Ätzkammer oder in das Reaktionsgefäß vorzugsweise zwischen 1 und 1000 sccm pro 100 I Kammervolumen. Vorzugsweise wird während des Ätzens Energie in Form von elektromagnetischen Wellen, oder in Form eines elektrischen bzw. magnetischen Wechselfeldes, oder durch thermische Verfahren oder einer Kombination daraus eingebracht. Die in dieser Form eingebrachte Leistung befindet sich bevorzugterweise in einem Bereich zwischen 0 und 10 kW. Besonders geeignet ist ein Bereich zwischen 5 und 800 W, insbesondere ein Wert von 10 W bis 80 W.

[0020] Während des Ätzens wird für den ersten Ätzschritt ein besonders aggressives Ätzmittel bevorzugt, welches eine hohe Ätzselektivität zwischen implantierten Bereichen und nativen Substratbereichen bedingt. Als besonders geeignet hat sich für Silizium-Substrate im Falle des reaktiven lonenätzens die Zugabe einer fluorhältigen Spezies wie z.B. SF6 mit einem Anteil von mindestens 20% herausgestellt.

[0021] In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ätzzeit der einzelnen Ätzschritte über die Messung der Ätztiefe mittels Interferometer bestimmt. Bevorzugt werden pro Ätzschritt jeweils Ätztiefen zwischen 5 nm und 1 mm, insbesondere aber 10 nm und 100 pm erreicht. Die Ätzgaszusammensetzung wird bevorzugterweise bei brennendem Plasma von Prozessparameter 1 auf Prozessparameter 2 geändert, wobei die Änderung graduell oder abrupt geschehen kann.

[0022] In einer weiteren Ausführungsform wird das Plasma beim Reaktiven lonenätzen (RIE) zwischen den einzelnen Ätzschritten deaktiviert. Dies geschieht bevorzugt mit dem Ziel, genau definierte Gaszusammensetzungen während der einzelnen Ätzprozesse zu garantieren, was somit schärfere Übergänge in der Struktur ermöglichen kann. Das Deaktivieren des Plasmas kann auch zwecks thermischem Management durchgeführt werden.

[0023] Das Ätzen erfolgt bevorzugterweise in einem Parallelplattenreaktor. Für die Zündung des Plasmas wird bevorzugterweise der Druck am Anfang des Prozesses erhöht, um ihn dann bei brennendem Plasma auf den vorgegebenen Sollwert zu senken. Durch diesen Zündvorgang kann sich bereits ein erster Ätzschritt ergeben, dessen Einfluss in Abhängigkeit der Parameter wesentlich für den Gesamtprozess ist.

[0024] Wesentlich für den erfindungsgemäßen Ätzprozesses ist eine unterschiedliche Ätzrate für implantierte und nicht implantierte Bereiche. Eine Änderung dieser Selektivität kann durch die Änderung der Ätzparameter, beispielsweise durch die Änderung der Gaszusammensetzung, erreicht werden, jedoch eignen sich auch alle bereits genannten Parameter wie Gasfluss, Druck, Temperatur und Leistung hierfür.

[0025] Bevorzugterweise ist zumindest ein vorgebbarer Schwellwert vorgesehen, der den Übergang von dem ersten Ätzschritt zu dem zweiten Ätzschritt kennzeichnet. Dieser Schwellwert markiert eine Änderung in den Verfahrensbedingungen zwischen dem ersten (vorangegangenen) und dem zweiten (nachfolgenden) Ätzschritt dar. In bevorzugten Anwendungen können auch mehr als zwei, weitere Ätzschritte und auch mehr als zwei weitere Schwellwerte bzw. vorgesehen sein, die voneinander unabhängig sind oder sich zyklisch wiederholen. Keinesfalls ist das erfindungsgemäße Verfahren auf lediglich zwei Ätzschritte beschränkt.

[0026] Der Schwellwert ist gegebenenfalls vom Prozessfortschritt abhängig (z.B. Ätztiefe) oder aber von Feedback-Parametern unabhängig (z.B. bereits verstrichenen Prozessdauer). Der Schwellwert betrifft eine Änderung der Ätzparameter, beispielsweise der Zusammensetzung 4/17 österreichisches Patentamt AT511 241 B1 2013-02-15 und/oder der Konzentration des Ätzmediums während des Übergangs zwischen erstem und nachfolgendem zweiten Ätzschritt; er kann beispielsweise ebenso die Konzentration des Ätzmediums und/oder die Temperatur, den Druck oder im Falle eines Trockenätzprozesses den Energieeintrag während des Ätzvorganges betreffen. Selbstverständlich kann die Änderung auch weitere hier nicht aufgezählte Prozessparameter betreffen.

[0027] Der Übergang zwischen ersten und zweiten, sowie allfälligen weiteren Ätzschritt kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen, wobei diese Änderung beispielsweise kontinuierlich graduell, stufenweise, gepulst oder periodisch erfolgen kann.

[0028] Die Änderung der Verfahrensparameter des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens kann anhand des Schwellwertes, zeitabhängig oder aber unter Kontrolle eines geeigneten Kontroll-system erfolgen.

[0029] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwellwert mittels eines prozessbegleitenden Kontrollsystems detektiert wird. Hierbei wird der Ätzprozess durch ein geeignet ausgebildetes Kontrollsystem überwacht, das bevorzugterweise Sensordaten verarbeitet, die Aufschluss über den Ätzfortschritt geben, und vorzugsweise zumindest teilweise die Verfahrensparameter für den Ätzvorgang vorgibt. Durch den Einsatz eines Kontrollsystems können Parameterschwankungen im gesamten Prozessverlauf minimiert werden, wodurch eine bessere absolute Höhenauflösung der Strukturen erzielt werden kann. Somit kann auch die Reproduzierbarkeit der Strukturierung erhöht werden.

[0030] Bevorzugt wird ein Kontrollsystem eingesetzt, welches die Verfahrensparameter des Ätzverfahrens auf Basis von Messdaten, insbesondere solche, die Aufschluss über den Ätzfortschritt oder die Oberflächenbeschaffenheit des Substrates geben, anpasst oder steuert. Insbesondere wird ein Kontrollsystem bevorzugt, das die Messdaten oder davon abgeleiteten Größen mit Werten vom gewünschten Höhenprofil oder davon abgeleiteten Werten vergleicht.

[0031] Die Überwachung des Ätzfortschrittes erfolgt bevorzugt innerhalb mindestens eines implantierten Bereiches, ist aber keinesfalls darauf beschränkt. Der überwachte Bereich ist bevorzugterweise speziell für diesen Zweck ausgebildet. Insbesondere werden geeignete Muster mit zumindest einer, bevorzugterweise aber mindestens vier unterschiedlichen Implantationsdosen verwendet.

[0032] Die dem Kontrollsystem zur Verfügung stehenden Messdaten werden bevorzugt von geeignet ausgeprägten Sensoren geliefert. Besonders geeignet sind Sensoren, die den Ätzfortschritt auf dem zu ätzenden Substrates oder eines anderen dafür vorgesehene Referenzobjektes erfassen. Dazu zählen insbesondere Sensoren, welche eine ortsaufgelöste Überwachung des Ätzfortschrittes erlauben. Bevorzugt werden optischen, elektronenoptischen oder mechanischen Abtastverfahren oder einer Kombination daraus eingesetzt.

[0033] Besonders bevorzugt beruht hierfür das Kontrollsystem auf einer optischen Methode, insbesondere Interferometrie oder Reflektometrie, oder einer elektronenoptischen Methode, insbesondere der Rasterelektronenmikroskopie, oder auf einer Rastersondentechnik, insbesondere Rasterkraftmikroskop (atomic force microscope, AFM).

[0034] In einer Ausführungsform erfolgt die Überwachung des Ätzfortschrittes mithilfe einer Interferometerkamera, bestehend aus einer kohärenten Lichtquelle, bevorzugterweise einem Laser, einem Interferometer, bevorzugterweise einem Michelson-Interferometer, und einer Kamera oder zumindest einer dieser Komponenten.

[0035] Alternativ hierzu kann das Kontrollsystem für den Ätzfortschritt aus einem breitbandigen Lichtquelle, einem Weißlichtinterferometer und einem Spektrometer oder zumindest einer dieser Komponenten bestehen.

[0036] In einer weiteren Ausführungsform besteht das Überwachungssystem aus einem Schwingquarz, der mechanisch mit dem Substrat gekoppelt wird. Die Überwachung des Ätzfortschrittes erfolgt durch Messung der Schwingfrequenz des Quarzes (Quarz-Mikrowaage).

[0037] Wie bereits beschrieben ist die Ätzrate in dem zweiten Verfahrensschritt von der Kon- 5/17 österreichisches Patentamt AT 511 241 B1 2013-02-15 zentration der durch den lonenstrahl implantierten Ionen im Substrat sowie von der Zusammensetzung des Ätzmittels abhängig. Diese implantierten Ionen sind bevorzugterweise atomare Ionen oder anorganische Clusterionen, welche in technischen Anlagen zur Erzeugung eines lonenstrahls hergestellt werden.

[0038] Als Ionen sind alle Ionen aus Nicht-Edelgasen geeignet, insbesondere sind die Ionen aus der Gruppe der Metallionen aus der II, III, IV, V und VI Hauptgruppe, hier bevorzugterweise Ionen aus jener Gruppe, die Gallium, Indium, Silizium, Arsen oder Selen umfasst, gewählt. Des weiteren sind Ionen aus der Gruppe der Nebengruppenmetalle, der Lanthanoiden oder Actinoi-den, insbesondere Gold, Platin oder andere Edelmetalle gewählt, wobei jene Ionen, die nicht mit Halogenen reagieren, besonders geeignet sind.

[0039] Bevorzugt ist vorgesehen, dass als Ätzmedium ein halogenhältiges Gas eingesetzt wird. Besonders bevorzugt ist hierbei zumindest ein fluorhältiges Gas, insbesondere F2, XeF2, SF6, CF4, C2F6, C3F8, CHF3j HF oder SiF4 und/oder zumindest ein chlorhältiges Gas, insbesondere Cl2, SOCI2, CCI4, CH3CI, CH2CI2, CHCI3, C2CI6, C3CI8, HCl oder SiCI4. Das Ätzmedium kann ein einzelnes Ätzgas oder eine Mischung aus verschiedenen Komponenten sein. Ebenso ist die Verwendung von chlorhältigen Gasen, z.B. SiCI4 allein oder in Verbindung mit fluorhältigen Gasen vorgesehen, um die Selektivität des Ätzvorganges beeinflussen zu können.

[0040] Die Ätzrate des Substrates während des Ätzvorganges kann zusätzlich neben der Verwendung eines halogenhältigen Gases - insbesondere eines fluorhältigen Gases - durch weitere Gase beeinflusst werden, wobei hier nicht-halogenhältige Gase, insbesondere sauerstoff-oder stickstoffhaltige Gase wie beispielsweise Lachgas (N20), Ammoniak (NH3), reiner Stickstoff oder reiner Sauerstoff zum Einsatz kommen können. In einer weiteren Ausführungsform werden die Ätzeigenschaften des Gasgemisches durch Zugabe weitere, zusätzlicher Ätzgase verändert. Im Besonderen kann auf diese Weise die Rauhigkeit der entstehenden Oberfläche beeinflusst werden. Dies kann insbesondere durch die Zugabe von Sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Gasen erreicht werden.

[0041] Besonders bevorzugt ist daher, dass zusätzlich zu dem fluorhältigen oder chlorhältigen Gas ein weiteres nicht-fluorhältiges Gas, insbesondere ein sauerstoffhältiges Gas, wie beispielsweise N20 oder reiner Sauerstoff, oder ein stickstoffhältiges Gas, wie beispielsweise NH3 oder reiner Stickstoffstoff, und/oder ein Edelgas, insbesondere Helium, Argon, Xenon oder aber ein hydrierendes Gas, insbesondere Wasserstoff oder N2H4 eingesetzt wird.

[0042] Besonders gute Ergebnisse wurden auch bei der Verwendung von chemisch inerten Gasen, vor allem mit Edelgasen, insbesondere Argon in Verbindung mit den oben genannten Gasen erhalten. Mit chemisch inerten Gasen, die weder mit dem Substrat noch mit dem implantierten Material chemisch reagieren, kann eine geringe Selektivität beim chemischphysikalischen Ätzen erreicht werden (während mit Ätzgasen, die bevorzugt mit dem Substrat reagieren, eine hohe Selektivität erreicht wird). Unter Selektivität des Ätzvorganges wird im Rahmen dieser Offenbarung jener Zusammenhang verstanden, bei welchen die Ätzrate des implantierten/dotierten Bereiches eines Substrats mit dessen undotierten Bereich in Bezug gesetzt wird.

[0043] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Selektivität des Ätzprozesses durch Änderung des Mischverhältnisses eines Hauptätzgases zu einem Nebenätzgas erreicht. Insbesondere betrifft dies Zumischung von chlorhältigen Gasen zu fluorhältigen Gasen, von fluorhältigen Gasen zu chlorhältigen Gasen, die Zumischung von oxidierenden Gasen zu chlor- oder fluorhältigen Gasen, sowie die Zumischung von Inertgasen zu chlor- oder fluorhältigen Gasen.

[0044] In einer weiteren Ausführungsform besteht das Ätzgas während eines RIE-Prozesses aus zwei oder mehreren Ätzgasen, welche dazu ausgelegt sein können, optimierte Oberflächeneigenschaften wie z.B. geringe Oberflächenrauhigkeit zu erreichen, sowie aus einem oder mehreren zusätzlichen Gasen, welche die Selektivität zwischen implantierten und unimplantier-ten Bereichen festlegen. Bevorzugterweise werden während des Ätzprozesses mehrere Parameter derart angepasst, dass nicht nur die Selektivität der einzelnen Bereiche geändert wird, 6/17 österreichisches Patentamt AT 511 241 B1 2013-02-15 sondern auch die Eigenschaften der Grundzusammensetzung wie z.B. optimierte Oberflächeneigenschaften erhalten werden oder bleiben.

[0045] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es sowohl auf planaren als auch auf nicht-planaren, insbesondere auf gekrümmten oder abgestuften Substratoberflächen durchgeführt werden kann. Insbesondere bei der Herstellung von Stempeln für die Nanoprägelithografie, die für den Einsatz auf großen Flächen vorgesehen sind, gibt es Bestrebungen, walzenartige Stempel herzustellen, die über eine entsprechend vorbereitete Substratoberfläche gerollt werden, um hier ein Tiefenprofil zu erstellen. Auch die Nanostruktu-rierung von sphärischen Substraten (z.B. eine schmutzabweisende Beschichtung von Reflexionsoptiken) ist mit speziell hergestellten komplementären Abdruckformen mit erfindungsgemäß hergestellten Nanooberflächen möglich. Die Bearbeitung derartig gekrümmter Oberflächen ist mit den gängigen Methoden nur schwer zu realisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen ist hierfür besonders geeignet, da durch die Abfolge unterschiedlicher Ätzschritte die gekrümmte Oberfläche des Substrats besonders genau bearbeitet wird.

[0046] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat auf zumindest einer Oberfläche eine dreidimensionale Struktur aufweist, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Ionenimplantation und nachfolgender Ätzung noch zusätzlich weiter strukturiert wird. So ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass diese "primären" dreidimensionalen Strukturen eine Größenordnung im Millimeter oder Mikrometerbereich aufweisen, während durch die nachfolgende Bearbeitung mittels der erfindungsgemäßen Verfahren kleinere dreidimensionale Strukturen im Mikrometer- oder Submikrometerbereich, vorzugsweise < 10 pm hergestellt werden.

[0047] Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere bei der Herstellung von Stempeln für die Nanoprägelithografie bewährt. Ebenso ist seine Verwendung für die Herstellung von Mikrolinsen, sowie dreidimensionale Strukturen (beispielsweise schmutzabweisende Oberflächen oder strömungsoptimierte Oberflächen) im Allgemeinen besonders geeignet. Des weiteren ist das Verfahren hervorragend zur Herstellung von mikrofluidischen Strukturen geeignet.

[0048] Im Folgenden wird anhand von nichteinschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert.

BEISPIEL 1: HERSTELLUNG EINER LINSENARTIGEN STRUKTUR

1. VERFAHRENSSCHRITT: IMPLANTATION

[0049] In ein gegebenenfalls vordotiertes Siliziumsubstrat 10 (mit der Kristallorientierung <100>) werden ausgehend von digitalen Daten, insbesondere von einem Graustufenbild gemäß Fig. 1 Galliumionen mittels FIB implantiert, wobei der lonenstrahl in zehn Durchläufen über die Substratoberfläche geführt wird. Die Belichtung des jeweiligen Bereich (jeden Pixels) der Substratoberfläche erfolgt in Abhängigkeit der Schwärzung des jeweiligen Pixels in dem Graustufenbild und führt zu einer graduell abgestuften Implantationsmaske. Als maximal benötigte lonendosis wird 40 pC/pm2 festgelegt, wobei in jedem der zehn Belichtungsdurchläufe 4 pC/pm2 implantiert / aufgebracht werden. Anhand einer vorgegebenen Schwellendosis wird entschieden, ob eine Pixel in dem jeweiligen Durchlauf belichtet werden soll oder nicht. Der Strahlstrom beträgt hierbei 1,3 pA, das Strahlenprofil ist annähernd gaußförmig mit einer Breite von 25 bis 50 nm auf halber Höhe. Die Implantation wird hierbei mit einem speziellen lonenstrahlsystem (beispielsweise einem Zeiss Neon X-beam System) durchgeführt, wobei mit Beschleunigungsspannungen von 10 kV bis 30 kV gearbeitet wird.

[0050] Sollen glattere Übergänge erzielt werden, so kann die Aufteilung in eine höhere Anzahl an Belichtungsdurchgängen, beispielsweise 20 bis 50, erfolgen. Im Gegensatz hierzu wird durch eine Reduktion der Belichtungsdurchgänge, beispielsweise auf unter fünf Belichtungsdurchgänge, eine stufenartige Flankenstruktur erreicht. Zur Herstellung größerer Strukturen mit geringeren Feinheitsanforderungen sind auch lonenstrahlen mit höheren Strahlströmen und mit größeren Strahlbreiten einsetzbar. 7/17 österreichisches Patentamt AT511 241 B1 2013-02-15 [0051] Fig. 2A zeigt den linearen Implantationsverlauf 11 in das Siliziumsubstrat 10, wobei in dem Diagramm der Fig. 2B das Implantationsprofil 12 entsprechend der Dosis an Galliumionen innerhalb des Substrates 10 entlang der Linie A-A aus der Fig. 2A dargestellt ist.

2. VERFAHRENSSCHRITT: ÄTZPROZESS

[0052] Das Ätzen der Siliziumoberfläche 10 erfolgt in einem Parallelplattenreaktor in einem dreistufigen Prozess mit den folgenden Parametern: [0054] b) [0055] c) 1. Ätzschritt: Temperatur: 30 °C Arbeitsdruck: 20 pbar Prozessgase: Argon: 5 sccm SF6: 25 sccm RF-Leistung: 50 W Ätztiefe (gesamt): 150 nm 2. Ätzschritt: Temperatur: 30 °C Arbeitsdruck: 20 pbar Prozessgase: Argon: 15 sccm SF6: 15 sccm RF-Leistung: 50 W Ätztiefe (gesamt): 225 nm 3. Ätzschritt: Temperatur: 30°C Arbeitsdruck: 20 pbar Prozessgase: Argon: 29 sccm SF6: 1 sccm RF-Leistung: 50 W Ätztiefe (gesamt): 300 nm [0053] a) [0056] Zur Zündung des Plasmas innerhalb des Reaktors wird zunächst der Druck in der Plasmakammer auf 50 pbar erhöht und nach erfolgter Zündung (erkennbar durch einen schlagartigen Druckanstieg) auf den vorgegebenen Arbeitsdruck abgesenkt. Bei jedem einzelnen Ätzschritt kann das Plasma erneut gezündet werden oder aber eingeschaltet bleiben.

[0057] Der oben dargestellte Atzprozess zeigt die Variation eines Atzparameter, nämlich die Atzgaszusammensetzung zwischen den einzelnen Schwellwerten dar. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Ätzschritte dargestellt, wobei der erste Ätzschritt a) eine hohe Selektivität zum Ätzen des Substrates, der zweite Ätzschritt b) eine geringere Selektivität zum Ätzen des Siliziumsubstrates und der dritte Ätzschritt c) gar keine signifikante Selektivität zwischen Substrat und implantierten Bereichen mehr darstellt. Auf diese Weise kann mit einer definierten Implantationsdosis ein je nach Ätzparameter unterschiedliches geometrisches Resultat erzielt werden.

[0058] In der Fig. 3A ist die durch den Ätzprozess erhaltene linsenartige Struktur 13 gezeigt, wobei in dem Diagramm gemäß Fig. 3B das Ätzprofil in dem Substrat 10 entlang der Linie B-B aus Fig. 3A dargestellt ist. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass der erste Ätzschritt 14 eine hohe Flankensteilheit des Ätzprofils zur Folge hat, die in den beiden nachfolgenden Ätzschritten 8/17 österreichisches Patentamt AT 511 241 B1 2013-02-15 15, 16 abflacht. In Fig. 4 ist eine Rasterkraftmikroskop-Aufnahme der nach dem Beispiel 1 erhaltenen Struktur 13 gezeigt.

[0059] Auf diese Weise wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine linsenartige Struktur 13 erhalten, deren Profil durch Veränderung der unterschiedlichen Parameter des Ätzprozesses variiert werden kann.

BEISPIEL 2: HERSTELLUNG EINER WEITEREN LINSENARTIGEN STRUKTUR 1. VERFAHRENSSCHRITT: IMPLANTATION Dieser Schritt ist jenem aus Beispiel 1 gleich.

2. VERFAHRENSSCHRITT: ÄTZPROZESS

Das Ätzen der Siliziumoberfläche 10 erfolgt in einem Parallelplattenreaktor mit den folgenden Prozessparametern: 1. Ätzschritt: Temperatur: 44 °C Arbeitsdruck: 13 pbar Prozessgase: N2: 5 sccm SF6: 25 sccm RF-Leistung: 50 W b) 2. Ätzschritt: [0060] Der Gesamtfluss der Ätzgase wird sukzessive nach Erreichen 120 des vorgegeben Schwellwertes, im vorliegenden Fall eine vorgegebene Ätztiefe nach dem ersten Ätzschritt, durch Argon ersetzt. Dadurch wird die Ätzselektivität zwischen implantierten und nicht-implantierten Bereichen des Substrates 10 verändert. In der Fig. 5 ist der Durchfluss der Ätzgase SF6, N2 und Ar dargestellt. Der Übergang 120 zwischen erstem Ätzschritt 114 und zweitem Ätzschritt 115 ist hierbei fließend bzw. kontinuierlich.

[0061] Das mit diesem Prozess erhaltene Ätzprofil der linsenartigen Struktur 113 kann der Fig. 6 entnommen werden. Durch die kontinuierliche Änderung der Ätzgaszusammensetzung während des Ätzschrittes werden abgerundetere und glattere Strukturen im Vergleich zu der Struktur 13 (Fig. 3B) aus Beispiel 1 erhalten. Ein ähnlicher Effekt wird auch bei der Verwendung von Sauerstoff anstatt von Stickstoff erzielt.

BEISPIEL 3: HERSTELLUNG EINER UNREGELMÄßIGEN OBERFLÄCHENSTRUKTUR

[0062] Bei der Implantation von Galliumionen wird bei dieser Ausführung der Erfindung alternativ zu dem im Beispiel 1 beschriebenen Implantationsverfahren ein dreidimensionales Pixeloder Vektorbild, das den Implantationsstrahl führt, eingesetzt (Fig. 7). Der Implantationsstrahl wird zudem nur einmal über die Siliziumoberfläche 10 gerastert, wobei er auf jedem Pixel solange verbleibt, bis die gewünschte Implantationsdosis erreicht wird. Dies erlaubt eine zeitliche Verkürzung des Implantationsschrittes, und es werden kontinuierliche Dotierprofile 212 erhalten.

[0063] Durch ein anschließendes Trockenätzen nach dem RIE-Verfahren mit zwei unterschiedlichen Ätzschritten 214, 215, bei welchen wiederum die Ätzgaszusammensetzung geändert wurde, wird eine Struktur 213 gemäß Fig. 8 erhalten, das im wesentlichen dem Implantationsprofil 212 der Fig. 7 entspricht.

[0064] Die oben angeführten Beispiele sind in nicht-einschränkender Weise zu verstehen. So können auch mehr als drei unterschiedliche Ätzschritte vorgesehen sein, wobei beispielsweise in jedem Ätzschritt 314, 315, 316, 317, 318 sich die Zusammensetzung der Ätzgase 20, 21, 22 9/17 österreichisches Patentamt AT 511 241 B1 2013-02-15 (Fig. 9) ändert.

[0065] Unabhängig von der Gaszusammensetzung können die Änderungen in den einzelnen Atzschritten ebenso Temperatur, Arbeitsdruck, RF-Leistung des RIE-Prozesses oder die Gesamtdurchflussmenge an Gasen betreffen, wobei sich diese Variationen auf einen einzelnen oder mehrere Parameter beziehen können.

[0066] In der Fig. 10 ist schematisch ein Kontrollsystem 400 zur Überwachung und Steuerung der Ätzparameter, insbesondere der entsprechenden Schwellwerte dargestellt. Es wird in bevorzugterweise dazu eingesetzt, um Abweichungen oder Ungenauigkeiten des Ätzprozesses durch Anpassung der Ätzparameter auszugleichen. Hierfür ist bei dieser Ausführung des Kon-trollsystems 400 ein in sich geschlossenen Regelkreis 401, 402 vorgesehen, der mit einem Sensorsystem 403 ausgestattet ist, dessen Sensoren Messdaten an eine Auswer-te/Steuerungseinheiten 404, 405 liefern. Besonders geeignet sind hierbei Sensoren, die den Ätzfortschritt auf dem zu ätzenden Substrates 10 in dem Reaktor 500 erfassen. Dazu zählen insbesondere Sensoren, welche eine ortsaufgelöste Überwachung des Ätzfortschrittes erlauben. Bevorzugt werden optische, elektronenoptische oder mechanische Abtastverfahren oder einer Kombination daraus eingesetzt. Anstatt des Ätzsubstrates 10 kann auch die Überwachung eines Referenzobjektes vorgesehen sein, aus dessen Daten entsprechende Daten zum Substrat abgeleitet werden können.

[0067] In dieser Ausführungsform des Kontrollsystems erfolgt die Überwachung des Ätzfortschrittes durch die Analyse der Substratoberfläche 10, wobei diese in bevorzugterweise als rückgekoppelter Input 406, 407 für die Verfahrensparameter des nachfolgenden weiteren Ätzschritt dient.

[0068] In der in der Fig. 11 dargestellten Variante der Erfindung erfolgt die Überwachung des Ätzfortschrittes durch optisches Abtasten 410, 411 einer vorzugsweise speziell dazu ausgebildeten Zone 110 des Substrats 10, welche nach einem geeigneten Muster dotiert wurde. Dieses Muster verfügt über Bereiche 111, 112, 113, 114, 115, 116 mit unterschiedlichen Dotierungsdosen, deren Anzahl zwischen 2 und 20 betragen kann. Die durch die Abtastung 410, 411 erhaltenen Messwerte erlauben direkte Rückschlüsse auf den Ätzfortschritt auf dem gesamten Substrat 10.

BEISPIEL 4: HERSTELLUNG VON UNTERSCHIEDLICHEN STRUKTUREN AUF EINER SUBSTRATOBERFLÄCHE

[0069] In Figs. 12A bis 12C sind die Fortschritte bei der Herstellung von Strukturen auf einer Oberfläche 10 nach jedem Ätzschritt dargestellt. In Fig. 12A ist der Implantationsschritt schematisch dargestellt, wobei mittels lonenstrahl 600 Strukturen 601, 602, 603 mit unterschiedlichen lokalen Implantationsdosen in eine Substratoberfläche 10 nach einem der oben dargestellten Implantationsverfahren generiert werden. Nach einem ersten Ätzschritt 614 (Fig. 12B) werden die ersten Bereiche mit höherer Implantationsdosis freigelegt, während nach erreichter gewünschter Ätztiefe gemäß Fig. 12C nach dem zweiten Ätzschritt die Strukturen 611,612, 613 in ihren gewünschten unterschiedlichen Höhen gemäß der im ersten Verfahrensschritt implantierten lonenkonzentration auf der Substratoberfläche 10 angeordnet sind.

[0070] Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich zur Herstellung verschiedenster Strukturen einsetzen. So zeigt die Fig. 13 ein Substrat 100, in das auf die vorbeschrieben Weise ein Mikro-Fluidkanal 101 geätzt wurde.

[0071] Eine komplexere Struktur ist in der Fig. 14 gezeigt, bei welcher in eine Substratoberfläche 100 eine sich regelmäßig wiederholende dreidimensionale Struktur 102 geätzt wurde ("Gräting"). Die Herstellung von sich wiederholenden Strukturen ist insbesondere für Erzeugung von NIL-Stempeln interessant, die walzenförmig aufgebaut sind und dadurch in der Lage sind, auf großflächigen Substraten gleichmäßige Strukturen einzuprägen.

[0072] Die Fig. 15 zeigt einen Lichtwellenleiter, der ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, wobei in dem Substrat 100 ein Wellenleiter 150 mit einem Filterelement 151 angeordnet ist. 10/17

Claims (23)

1. österreichisches Patentamt AT 511 241 B1 2013-02-15 [0073] Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben angeführten Ausführungsformen beschränkt ist. Durch geeignete Kombination von entsprechenden Implantations- und Atzschrit- ten können eine Vielzahl von unterschiedlichsten Strukturen auf Substratoberflächen aus unterschiedlichstem Material erzeugt werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen (13, 113, 213, 611, 612, 613) auf einem Substrat (10, 100), wobei in einem ersten Verfahrensschritt durch lokale Implantation, bevorzugt Ionenimplantation, insbesondere durch Bestrahlung mit einem fokussierten lonenstrahl (600), eine Schicht mit bevorzugten Abtragseigenschaften in Hinblick auf zumindest einen nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt hergestellt wird, und anschließend in dem zumindest einen nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt das durch den ersten Verfahrensschritt vorstrukturierte Substrat (10, 100) geätzt wird, wobei der im zweiten Verfahren ssch ritt erzielbare Ätzabtrag in Abhängigkeit von der Konzentration der implantierten Ionen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verfahrensschritt einen ersten Ätzschritt (14, 114, 214, 314) mit einer vorgebbaren ersten Ätzdauer und vorgebbaren ersten Prozessparametern aufweist, an den zumindest ein zweiter Ätzschritt (15, 115, 215, 315) mit einer vorgebbaren zweiten Ätzdauer und vorgebbaren zweiten Prozessparametern anschließt, wobei die Verfahrensbedingungen des zweiten Ätzschrittes (15, 115, 215, 315) unterschiedlich von den Verfahrensbedingungen des ersten Ätzschrittes (14, 114, 214, 314) sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Verfahrensschritt die Implantation mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen zur Erzeugung von Implantationsstrukturen (111, 112, 113, 114, 115, 116) mit unterschiedlichen Schichtdicken durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Verfahrensschritt die Erzeugung der Schicht (111, 112, 113, 114, 115, 116) mit bevorzugten Abtragseigenschaften unter Verwendung einer zusätzlichen, entfernbaren Oberflächenbeschichtung erfolgt, wobei durch Bestrahlung mit einem fokussierten lonenstrahl (FIB) Atome aus der Oberflächenbeschichtung durch atomare Stoßeinwirkung in das Substrat (10, 100) hineinimplantiert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehr-strahl-lonenstrahlsystems für den ersten Verfahrensschritt zum Einsatz kommt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt zumindest ein Ätzschritt (14, 114, 214, 314), vorzugsweise alle Ätzschritte (14, 114, 214, 314, 15, 115, 215, 315, 16, 316, 317, 318) als Trockenätzprozess ausgeführt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorgebbarer Schwellwert vorgesehen ist, der den Übergang (120) von dem ersten Ätzschritt (14, 114, 214, 314) zu dem zweiten Ätzschritt (15, 115, 215, 315) kennzeichnet.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des zumindest einen Schwellwertes eine Änderung der Ätzparameter, insbesondere der Zusammensetzung und/oder der Konzentration des Ätzmediums und/oder der Durchflussmenge des Ätzmediums und/oder der Temperatur und/oder des Drucks und/oder des Energieeintrags während des zweiten Verfahrensschrittes betrifft.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Ätzparameter kontinuierlich oder diskontinuierlich, insbesondere stufenweise, gepulst oder periodisch erfolgt.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert mittels eines prozessbegleitenden Kontrollsystems (400) detektiert wird. 11 /17 österreichisches Patentamt AT511 241 B1 2013-02-15
10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollsystem auf einer optischen Methode, insbesondere Interferometrie oder Reflektometrie, oder einer elektronenoptischen Methode, insbesondere der Rasterelektronenmikroskopie, oder auf einer Rastersondentechnik, insbesondere AFM, beruht.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die während des ersten Verfahrensschrittes in das Substrat (10, 100) implantierten Ionen aus der Gruppe der Nicht-Edelgase, insbesondere aus der Gruppe der Metallionen aus der II, III, IV, V und VI Hauptgruppe, bevorzugterweise Ionen aus jener Gruppe, die Gallium, Indium, Silizium, Arsen oder Selen umfasst, gewählt sind.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die während des ersten Verfahrensschrittes in das Substrat (10, 100) implantierten Ionen aus der Gruppe der Nebengruppenmetalle, der Lanthanoiden oder Actinoiden, insbesondere Gold, Platin oder andere Edelmetalle gewählt sind.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die während des ersten Verfahrensschrittes in das Substrat (10, 100) implantierten Ionen aus Elementen, die keine Reaktionen mit Halogenen zeigen, bestehen.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Implantationsprozesses eine einzige lonenart, oder eine sequentielle Anfolge unterschiedlicher Ionen, oder aber auch Mischungen unterschiedlicher Ionen verwendet werden.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmedium zumindest ein fluorhältiges Gas, insbesondere F2, XeF2, SF6, CF4, C2F6, C3F8, CHF3, HF oder SiF4 oder eine Mischung aus zumindest zwei der vorgenannten Gasen eingesetzt wird.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmedium zumindest ein chlorhältiges Gas, insbesondere Cl2, SOCI2, CCI4, CH3CI, CH2CI2, CHCI3, C2CI6, C3CI8, HCl, oder SiCI4 oder eine Mischung aus zumindest zwei der vorgenannten Gasen eingesetzt wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem fluorhältigen oder chlorhältigen Gas ein weiteres nicht-fluorhältiges Gas, insbesondere ein sauerstoffhältiges Gas, wie beispielsweise N20 oder reiner Sauerstoff, oder ein stickstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise NH3 oder reiner Stickstoff, und/oder ein Edelgas, insbesondere He, Ar, Xe, oder aber ein hydrierendes Gas, insbesondere H2 oder N2H4 eingesetzt wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats (10, 100) planar oder nicht-planar, insbesondere gekrümmt ausgebildet ist.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10, 100) vor Durchführung des Verfahrens auf zumindest einer Oberfläche eine dreidimensionale Struktur (13, 113, 213) aufweist.
20. 20. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 für die Herstellung von dreidimensionalen Strukturen (13, 113, 213) mit Dimensionen < 10 pm.
21. 21. Verwendung nach Anspruch 19 zur Herstellung von Master-Stempeln für die dreidimensionale Nanoprägelithographie (3D-NIL).
22. 22. Verwendung nach Anspruch 19 zur Herstellung von Mikrolinsen.
23. 23. Verwendung nach Anspruch 19 zur Herstellung von Mikrofluidikstrukturen. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 12/17