CN106575616A - 用于各向异性蚀刻衬底的装置和用于运行用于各向异性蚀刻衬底的装置的方法 - Google Patents

用于各向异性蚀刻衬底的装置和用于运行用于各向异性蚀刻衬底的装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于蚀刻衬底的装置以及一种用于运行根据本发明的装置的方法。该装置包括：第一反应腔，第一气体能够导入到第一反应腔中；第二反应腔，第二气体能够导入到第二反应腔中；线圈装置，借助于线圈装置能够产生电磁交变场；其中，借助于第一气体的加载能够利用电磁交变场产生至少一种第一反应物质，并且其中，借助于第二气体的加载能够利用电磁交变场产生至少一种第二反应物质；分离装置，借助于分离装置来中断第一反应腔与第二反应腔之间的直接气体交换；用于接收各向异性待蚀刻的衬底的蚀刻腔；以及混合装置，混合装置以如下方式布置和构造，即，这些反应物质进入到混合装置中、彼此混合并彼此混合地在蚀刻腔中为了各向异性蚀刻而作用到衬底上。

Description

用于各向异性蚀刻衬底的装置和用于运行用于各向异性蚀刻 衬底的装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于各向异性蚀刻衬底的装置，所述衬底尤其是硅衬底、优选是8英寸或200mm硅晶圆，以及涉及一种用于运行根据本发明的装置的方法。
背景技术
用于硅的基于氟的高速率蚀刻过程、即所谓的DRIE过程不仅需要蚀刻硅的氟自由基，而且需要构成聚四氟乙烯的物质、即所谓的钝化物质，其使硅结构的侧壁钝化并防止由于自发进行作用的、高反应性的氟自由基的钻蚀或蚀刻侵蚀。氟自由基和构成聚四氟乙烯的物质在一等离子体中产生。但是，它们在那里一般不共存，而是在等离子体中由于相互的重组合反应而消除。
在US 5 501 893中描述了一种方法，根据该方法，蚀刻步骤和钝化步骤在蚀刻衬底时在时间上彼此分开。通过在时间上的分开来避免两种物质的接触，从而使得可以彼此无关地蚀刻和钝化。
发明内容
本发明公开了一种具有权利要求1的特征的装置和一种具有权利要求10的特征的方法。
相应地设置一种用于各向异性蚀刻衬底的装置，其具有：第一反应腔，第一气体能够导入到所述第一反应腔中；第二反应腔，第二气体能够导入到所述第二反应腔中；至少一个线圈装置，借助于所述至少一个线圈装置能够产生至少一个电磁交变场；其中，借助于被导入的第一气体的加载能够在所述第一反应腔中利用所产生的至少一个电磁交变场产生至少一种第一反应物质，并且其中，借助于被导入的第二气体的加载能够在所述第二反应腔中利用所产生的至少一个电磁交变场产生至少一种第二反应物质；分离装置，借助于所述分离装置来中断所述第一反应腔与所述第二反应腔之间的直接气体交换；用于接收各向异性待蚀刻的衬底的蚀刻腔；以及混合装置，所述混合装置以如下方式布置和构造，即，所产生的至少一种第一反应物质和所产生的至少一种第二反应物质在从两个反应腔出来朝向所述蚀刻腔的运动中进入到所述混合装置中、在所述混合装置中彼此混合并彼此混合地进入到所述蚀刻腔中，以各向异性蚀刻所述衬底。
此外设置一种用于运行根据本发明的装置的方法，其具有如下步骤：将所述第一气体导入到所述第一反应腔中；与将所述第一气体导入到所述第一反应腔中同时，将所述第二气体导入到所述第二反应腔中；以及产生所述至少一个电磁交变场，用于从所述第一气体中产生至少一种反应物质并且用于从所述第二气体中产生所述至少一种第二反应物质。
发明优点
本发明基于的认识是，蚀刻硅的氟自由基和进行钝化的、也就是构成聚四氟乙烯的物质的不希望的重组合可以被克服，如果它们没有在等离子体源的高密度等离子体的反应区域中、也就是在产生对应物质的地方已经掺和，而是在等离子体产生区或等离子体反应区之外才掺和。如果构成聚四氟乙烯的物质从钝化气体中的产生并且蚀刻硅的氟自由基从蚀刻气体中的产生在空间上彼此分开，那么利用钝化气体相对于蚀刻气体的比较小的份额已经可以实现具有非常高的蚀刻速率和掩模选择性的各向异性蚀刻结果，而没有相对于非连续方法的缺点。等离子体产物、即构成聚四氟乙烯的钝化物质和作为蚀刻物质的蚀刻硅的氟自由基在对应的产生区之外的掺和的-本身惊人的-毫无意外性基于等离子体聚合的、构成聚四氟乙烯的物质的足够大的链长度，并在原理上允许了针对硅的连续进行工作的基于氟的高速率蚀刻过程，其中，物质在时间上的分开通过物质在反应区域或产生区的区域中的在空间上的分开来代替。
本发明基于的构思现在在于，考虑所述的认识并提供一装置，该装置具有分开的反应腔，这些反应腔作为反应区域，用于一方面从钝化气体中产生构成聚四氟乙烯的物质和另一方面从蚀刻气体中产生蚀刻硅的氟自由基。为了适当地各向异性蚀刻衬底，该装置具有所描述的混和装置，借助于该混和装置可以将分开产生的反应物质有利地彼此混合，在它们为了各向异性蚀刻而碰到衬底上之前。两种物质的混合是有利的，以便在待过程化的硅晶圆的整个表面上获得尽可能规则的、也就是匀质的蚀刻结果。
未被加载的反应物质在它们的从它们的对应反应区域、即产生区域到用于作用到衬底上的、也就是用于各向异性蚀刻衬底的蚀刻腔中的路径上跟随对应的气体流动、尤其是基于强度的气体流动，第一和第二气体随着这些强度被导入到第一和第二反应腔中。
构成聚四氟乙烯的反应物质适用于在待蚀刻衬底的表面上、尤其是在衬底中借助于氟自由基被蚀刻的结构的侧壁上构建聚四氟乙烯形式的保护膜，该保护膜保护侧壁不受由于氟自由基的侵蚀。聚四氟乙烯形式的保护膜也简称作聚四氟乙烯膜、侧向膜或侧壁膜。在钝化等离体子中产生的、构成聚四氟乙烯的反应物质有利地具有也称作最小链长度的最小大小或最小长度，以便可以在衬底上凝结并在那里交联成聚四氟乙烯膜。每构成聚四氟乙烯的反应物质的分子十至一百个碳原子是优选的。构成聚四氟乙烯的反应物质的分子例如可以具有（CFn）m形式，其中，m可以大于九并小于一百零一并且n可以在零和三之间，其中，n等于二的情况是优选的或是聚四氟乙烯链的常见的化学计算学。
从从属权利要求以及从说明书中参考附图获得有利的实施方式和改进方案。
根据第一优选改进方案，混合装置具有朝向蚀刻腔漏斗形变窄的、尤其中空截锥形的引导装置，以使彼此混合的至少一种第一反应物质和至少一种第二反应物质混合和/或引导到衬底上。由此，两种反应物质能够更好地彼此混合并能够有目的地引导到衬底上。
根据另一优选改进方案，所述混合装置具有至少一个第一转向装置，借助于所述至少一个第一转向装置，为了使所产生的至少一种第一反应物质的至少一部分转向，部分或完全地截止所产生的至少一种第一反应物质从所述第一反应腔出来向所述衬底的直接路径。由此，反应物质的气体流向能够被这些成形，使得不同物质的特别匀质的混合在对应的反应腔的产生区之外、尤其是之下发生。尤其地可以以如下方式布置第一转向装置，即，第一反应物质和第二反应物质的气体流彼此交错地指向，由此在较短路径路段上获得了明显较快并较完全的贯通混合。转向装置优选由介电材料、例如石英玻璃制成。
根据另一优选改进方案，混合装置被构造为扩散路段。扩散路段可以被理解为气体或反应物质在一方面反应腔或产生区域和另一方面实际的蚀刻腔之间的运行路径。也就是说这样的路径路段，气态反应物质必须在它们产生之后直至蚀刻腔中的衬底克服该路径路段并且这些气态反应物质可以在该路径路段上有利地通过两者之间扩散过程彼此贯通掺和。
根据另一优选改进方案，第一反应腔的至少一个第一子区域完全被第二反应腔的至少一个第二子区域围住。有利地，第一反应腔也可以完全被第二反应腔的第二子区域围住。特别有利地，第一和第二反应腔被实施为旋转对称的介电锅壳，尤其是分别具有中空柱体的形式，这些锅壳同中心彼此交错地套在一起。有利地，第一反应腔比第二反应腔更靠近共同的虚拟轴线和/或包括比第二反应腔更小的容积。沿虚拟轴线的轴向方向，第一和第二反应腔例如可以彼此在两个轴向端部上平齐地结束或在一轴向端部上平齐地结束并在相反的另一端部上沿轴向方向不同远地延伸。由此可以特别节省位置地构造所述装置并且该装置的组成部分、例如产生电磁交变场的线圈装置可以是针对第一和第二反应腔能共同使用的。
根据另一优选改进方案，线圈装置具有：第一感应线圈，其被构造用于以第一电磁交变场来加载第一反应腔；以及此外第二感应线圈，其被构造用于以第二电磁交变场来加载所述第二反应腔。两个反应腔以电磁交变场的加载也可以被表示为第一高频被耦入到第一反应腔中并且第二高频被耦入到第二反应腔中。这些感应线圈可以被构造用于产生彼此相同的电磁场或彼此不同的电磁场，例如关于强度、通量密度等方面。通过独立产生两个电磁交变场，耦入到对应反应腔中的高频功率的强度可以是分开能控制的并由此可以针对这些反应物质的对应产生能个别地适配或优化。
根据另一优选改进方案，所述第一反应腔具有用于使所述第一气体导入到所述第一反应腔中的第一导入部，其中，所述第一导入部通过第一阀装置与第一气体罐以及与第二气体罐连接，其中，能够控制所述第一阀装置要么使所述第一气体罐中提供的第一气体物质，要么使所述第二气体罐中提供的第二气体物质作为所述第一气体导入到所述第一反应腔中。根据另一优选改进方案，所述第二反应腔具有用于使所述第二气体导入到所述第二反应腔中的第二导入部，其中，所述第二导入部通过第二阀装置与第一气体罐以及与第二气体罐连接，其中，能够控制所述第二阀装置要么使所述第一气体罐中提供的第一气体物质，要么使所述第二气体罐中提供的第二气体物质作为所述第二气体导入到所述第二反应腔中。
由此而可行的是，要么钝化气体、要么蚀刻气体导入到第一反应腔中和/或要么蚀刻气体、要么钝化气体导入到第二反应腔中，尤其是自动地且不必为此进行手动改装。用于输入两种气体的两种变型方案可以尽管两种所产生的反应物质直至待蚀刻衬底的地点的随后贯通掺和造成关于合成的物质组分的特殊非匀质性，该物质组分可以是有利的或不利的。通过在蚀刻过程期间的两个输入变型方案之间的切换可以通过“平均效应”减少所述非均匀性。替换地可以有目的地这样选择一输入变型方案，使得通过由此造成的非均匀性来修正过程造成的另外的非均匀性。例如，当钝化气体关于沿径向方向比蚀刻气体更在外地被产生到待蚀刻晶圆的待蚀刻表面的面法线上时，在硅蚀刻过程中可以是有利的。这一般性地造成在蚀刻腔的以及待蚀刻衬底的又沿径向方向的边缘区域中的进行钝化的、也就是构成聚四氟乙烯的物质的稍微较高的份额。例如，基于氟的硅蚀刻过程经常倾向于提高在作为衬底的硅晶圆上的从晶圆中部向晶圆边缘的蚀刻速率，因为在硅晶圆之外，即它的边缘的对面没有提供消耗氟自由基的硅。
因此，在硅晶圆的边缘区域中比晶圆中部中提供了蚀刻硅的氟自由基的更高浓度，该晶圆中部完全被待蚀刻的硅围住。构成膜的反应物质的密度在硅晶圆边缘区域中相对于晶圆中部的有目的的提高可以至少部分地补偿这种效应并引起蚀刻结果的更好的统一。由此，在该调整方案中减少了从晶圆中部向晶圆边缘的过程造成的蚀刻速率提高。
如果与之相反在一过程期间或在不同的过程之间有意更换气体输入变型方案，那么可以为此例如气动或电磁地进行第一和/或第二阀装置的操纵。第一和第二阀装置可以被构造为两个耦合的三路径阀，它们分别作为Y形阀将所涉及的第一或第二气体选择式地连接到第一或第二反应腔中。第一和第二阀装置的该连接可以借助于根据本发明的装置的控制装置来进行。
根据另一优选的改进方案，该装置具有调温装置，借助于该调温装置，衬底可以被带至一预设的运行温度并可以被保持在该预设的运行温度上。调温装置有利地被构造用于将衬底带至并保持到20℃和90℃之间的所述预设的运行温度上，有利地在30℃和80℃之间、特别有利地在40℃和70℃之间，分别包括这些温度点。调温装置为此可以包括具有作为用于衬底电极的传热介质的去离子水、硅油或氟石炭的所谓的“加热器-冷却器”和/或作为晶圆、也就是衬底与衬底电极之间的热接触介质的氦-晶圆背侧冷却部。借助于晶圆的该运行温度能够预设凝结阈值，该凝结阈值描述了钝化物质的最小链长度，为了在衬底上凝结钝化物质必须超过该最小链长度。由此，与特别长链的钝化物质的优选产生一起可以在衬底上实现聚四氟乙烯膜的特别软和松散交联的膜形态的优选构造，其方式是，例如在较高晶圆温度下，仅相对长链的构成聚四氟乙烯膜的物质可以凝结在晶圆上并在那里交联。
根据按照本发明的方法的一优选改进方案，作为所述第一气体导入钝化气体或蚀刻气体，并且当作为所述第一气体导入钝化气体时，作为第二气体导入蚀刻气体，以及当作为所述第一气体导入蚀刻气体时，作为第二气体导入钝化气体。钝化气体有利地是氟碳氢化合物、全氟烯烃、尤其是全氟丙烯或全氟炔烃。特别优选的是环状全氟烷烃、尤其是八氟环丁烷。作为钝化物质此外尤其考虑从钝化气体或另外的氟碳（氢）化合物中产生的构成聚四氟乙烯的单体，它们优选具有低的氟与碳的比例，尤其是二比一或更少。蚀刻气体有利地是六氟化硫、三氟化氮、三氟化氯和/或三氟化溴、特别优选六氟化硫。
根据另一优选改进方案，所述方法包括：至少一次以一预先确定的切换频率在第一运行模式和第二运行模式之间切换，其中，在所述第一运行模式中，作为所述第一气体导入蚀刻气体并且作为所述第二气体导入钝化气体，并且其中，在所述第二运行模式中，作为第一气体导入钝化气体并且作为所述第二气体导入蚀刻气体。切换频率尤其可以处在10赫兹和3毫赫兹之间。特别有利地选择1赫兹和30毫赫兹之间的切换频率，特别优选100毫赫兹和50毫赫兹之间的切换频率。在此，蚀刻气体和钝化气体的被调整的气体流向不需要被改变，因为例如借助于上述的两个阀装置、尤其是三路径阀或Y形阀可以在导入到第一反应腔上的导入件和导入到第二反应腔上的导入件之间切换。替换地也可行的是，与切换过程同步地改变第一和第二气体、也就是蚀刻气体和钝化气体的气体流向。例如，第一气体和第二气体的气体流向可以适配第一和第二反应腔的不同的空间上的容积比例，以便在对应的反应腔中获得和维持尽可能稳定的等离子体条件。这些反应腔之间的在一过程期间或在不同过程之间的过程气体的切换选项能够实现，自行避免聚四氟乙烯膜材料在反应腔中的有害堆积，其方式是，规律地再次返回蚀刻（rückgeätzt）或者说去除所产生的腔覆层。由此防止了释放不希望的颗粒。
被施加到对应的反应腔上的交变场也可以有利地适配被导入的气体。例如可以为了从钝化气体中产生尽可能长链的等离子体聚合体，利用其来加载钝化气体的交变场具有比利用其来加载蚀刻气体的交变场更高的功率，尤其是三十和两百百分比之间的更高的功率、优选是四十和一百百分比之间的更高的功率、特别优选是四十五和七十百分比之间的更高的功率。
在第一和第二反应腔之间的蚀刻气体和钝化气体的交替切换导致在横穿混合装置之后直到衬底地点的由彼此混合的蚀刻物质和钝化物质构成的混合体在时间中部被改善的匀质性。通过规则地或有目的地切换第一运行模式到第二运行模式中或反过来，可以避免在第一和第二反应腔的内壁上形成颗粒。
附图说明
本发明随后根据附图的示意图中示出的实施例来详细阐释。其中：
图1示出了穿过根据本发明第一实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图；
图2示出了穿过根据本发明第二实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图；
图3示出了穿过根据本发明第三实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图；
图4示出了穿过根据本发明第四实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图；
图5示出了穿过根据本发明第五实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图；
图6示出了穿过根据本发明第六实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图；
图7a至图7f2示出了各种构型形式，它们用于馈电根据本发明的装置的一个或多个感应线圈；
图8示出了穿过根据本发明第七实施方式的用于各向异性蚀刻衬底的装置的示意性横截面图。
在所有的图中，相同或功能相同的元件和装置-如果没有另外地记载-设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了穿过根据本发明第一实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置100的示意性横截面图。待蚀刻的衬底152、即本示例中的硅衬底能够平放在承载件155的静电夹紧装置154的第一外表面151上。承载件155通过示意性简化示出为电容C的适配网络与第一高频交流电压发生器156连接，借助于该高频交流电压发生器，承载件155能够以第一高频交流电压来加载。通过可以是包围的调温装置的部件的冷却输入管路157，作为用于热耦合所述衬底152的热接触介质的氦气可以被导引到承载件区段154的第二外表面149上。夹紧装置154的第二外表面149平行于夹紧装置154的第一外表面151。承载件155借助于液体冷却回路被保持在预期的预先调整出的温度上并布置在蚀刻腔150中，气体能够借助于泵装置158被泵出所述蚀刻腔。
夹紧装置154的第一外表面151完全处在一虚拟平面E中，该虚拟平面的面法线平行于虚拟轴线A，该虚拟轴线是承载件155的旋转对称轴线。基本上，也就是说除了几个不重要的例外以外，蚀刻腔150也是绕承载件155的虚拟轴线A旋转对称的，这些例外例如通过泵装置158或承载件155和第一高频交流电流发生器以及相应的电线路之间的电连接给出。下面谈到“内”和“外”的地方，只要没有明确地被描述为另外的东西，“内”应当始终被理解为沿径向方向关于虚拟轴线A更靠近虚拟轴线A设置的位置，并且“外”应当始终被理解为沿径向方向关于虚拟轴线A更远离虚拟轴线A设置的位置。例如，内表面可以被理解为面朝虚拟轴线的表面，并且外表面可以被理解为背离虚拟轴线的表面。
蚀刻腔150基本上具有沿轴向方向在一侧上被闭合的第一中空柱体H1的形式。第二的、沿轴向方向借助于盖表面123在一侧上闭合的第二中空柱体H2以一壳表面122衔接到第一中空柱体H1的敞开端部上。壳表面也应当被理解为具有有限厚度的壁。
第二中空柱体H2的壳表面122例如可以具有氧化铝陶瓷或石英玻璃或由这些材料制成。在陶瓷的情况下，“绿坯”可以在所需的几何形状上浇注或者说成形并接下来被烧制/烧结（英文“fired”）。
第二和间接地还有第一中空柱体H2、H1的轴向盖表面123不完全是平的，而是包括一平的圆环盘124，从该平的圆环盘中，作为盖表面123的部分挤压出一沿轴向方向在一侧上闭合的第三中空柱体H3，其具有壳表面121、半径r3和柱体高度h3。第三中空柱体H3绕虚拟轴线A旋转对称并与同样绕虚拟轴线A旋转对称的圆环盘124同中心地布置。第三中空柱体H3朝向蚀刻腔150是敞开的。
在第三中空柱体的外壁121邻接到盖表面123的圆环盘124上的地方，将一分离装置120插入到所述第二中空柱体H2中。分离装置120被构造为沿轴向方向在两侧上敞开的第四中空柱体H4，其具有像第三中空柱体H3那样的相同或类似大小的柱体半径r3。第三中空柱体H3的柱体半径r3小于第二中空柱体H2的柱体半径r1，该柱体半径可以等于第一中空柱体H1的柱体半径r1。第四中空柱体H4具有壳表面128以及柱体高度h1，该柱体高度可以与第二中空柱体H2的柱体高度h2相同。
第三和第四中空柱体H3、H4的内空间一起构成第一反应腔101。由此，第一反应腔101包括一柱体形容积，其具有半径r3和如下这样的柱体高度，该柱体高度是第三中空柱体H3的柱体高度h3和第四中空柱体H4的柱体高度h4的总和。第二中空柱体H2的壳表面122的内表面与第四中空柱体H4的壳表面128的外表面之间的容积构成第二反应腔102。在忽略壁厚度的情况下，第二反应腔102的容积是柱体高度h2、圆周率Pi和柱体半径r1和r3的平方的差值的乘积。
借助于分离装置120在第一反应腔101与第二反应腔102之间在等离子体产生区中在结构上中断了直接气体交换、也就是尤其在直接路径上的气体交换。直接路径尤其应当被理解为沿着直线的路径。可以容忍需忽略的泄漏气体交换，该泄漏气体交换基于在第一反应腔101与第二反应腔102之间，在分离装置120与第三中空柱体103之间的过渡部上的不完全密封。
所述分离装置120可以由陶瓷材料或石英玻璃构成或具有这样的材料。盖表面123和分离装置120也可以有利地由一唯一的陶瓷铸件来制造，其中，“绿坯”以所需的形式被浇注、成形并接下来烧结。也可以将用于成形所述分离装置120和/或盖表面123的各个陶瓷件彼此焊接。盖表面123此外也可以被构造为例如铝或高品质钢的法兰。陶瓷件可以借助于闭合面125连接到第一导入部107上，该闭合面可以在第三中空柱体的背离蚀刻腔150的轴向端部上焊接所述第三中空柱体并且所述闭合面可以被构造为法兰。法兰例如可以由铝或高品质钢构成。可以在需要气体密封的所有部位上使用密封件。
第一导入部107布置在沿轴向在一侧上闭合第三中空柱体H3的闭合面125的中央，借助于第一导入部，第一气体G1可以从第一气体罐105被导引到第一反应腔中。在第二反应腔102中布置有一适配第二反应腔102的形式的、根据第一实施方式由此圆形的气体分配环104，该气体分配环沿切向围住所述分离装置120，其中，所述气体分配环104不仅与壳表面122，而且与分离装置120间隔开。气体分配环104绕虚拟轴线A旋转对称地并与第二和第四中空柱体H2、H4同中心地布置。借助于第二导入部108可以使第二气体G2从第二气体罐106出来转向到气体分配环104中，由此，气体G2可以越过第二反应腔102的整个周边规则地导入到第二反应腔102中。附加于或替换于气体分配环104，第二气体G2导入到第二反应腔102中也可以借助于沿径向布置在第二中空柱体H2的壳表面122中或盖表面123中的气体入口来进行，这些气体入口有利地具有Cn对称组，例如C3、C4等。
在第三中空柱体H3之外，沿切向围住该第三中空柱体地布置第一感应线圈110。在第二中空柱体H3之外，沿切向围住该第二中空柱体地布置第二感应线圈112。两个感应线圈110、112绕虚拟轴线A旋转对称。
借助于第一线圈110，通过在第一反应腔101中产生第一电磁交变场，第一气体G1能够在第一反应腔101中被激励成感应式耦合的第一等离子体。例如，八氟环丁烷（具有结构通式c-C4F8，一种钝化气体）可以作为第一气体G1被导入到第一反应腔101中。在第一反应腔101中产生的高密度第一等离子体中，通过等离子体聚合构成了构成聚四氟乙烯的第一反应物质R1，该第一反应物质优选具有长链分子。较长的聚合物链一般造成在待蚀刻衬底152上的聚四氟乙烯膜的较软的、较松散地交联的膜形态。这样的聚四氟乙烯膜从蚀刻基底的去除要求与去除通过较短聚合物链构成的聚四氟乙烯膜相比更低的离子作用。由此，蚀刻过程总体上与物理相比，在化学上更占优势，也就是说，与通过离子作用相比，通过氟自由基在蚀刻基底上的自发蚀刻反应更占优势。由此，有利地获得了高的蚀刻速率和对于掩模的高选择性。构成聚四氟乙烯的反应物质在晶圆上的凝结有利地可以通过选择所述衬底152的适当调温来进行，例如通过所述调温装置。
借助于第二线圈112，通过在第二反应腔102中产生第二电磁交变场，第二气体G2能够在第二反应腔102中被激励成感应式耦合的第二等离子体。例如，六氟化硫（具有结构通式SF6，一种蚀刻气体）可以作为第二气体导入到第二反应腔102中。由此，在产生的高密度第二等离子体中，氟自由基被产生作为第二反应物质R2。为此，第一和第二线圈112通过电适配装置114（英文：“matching unit”或“matchbox”，德文也称作“Hochfrequenzanpassungsnetzwerke”，即高频适配网络）来馈电，以利用对应的电磁交变场来加载第一和第二反应腔101、102，所述电适配装置与高频发生器装置116电连接。朝待蚀刻衬底152去的离子加速，即在等离子体中产生的被加载的粒子、所谓的离子的加速能够通过承载件155以第一高频交流电压的加载来获得。
在第一和第二反应腔101、102的路径上，两种反应物质R1、R2进入到混合装置130、132中，该混合装置被构造用于更好地混合所述第一和第二反应物质R1、R2。混合装置130、132包括朝向蚀刻腔150漏斗形变窄的、中空截锥形的引导装置130，以使彼此混合的第一反应物质R1和第二反应物质R2朝向衬底152引导。所述混合装置130、132有利地由介电材料制成，其中，也可以考虑由金属的制作。
此外，所述混合装置130、132包括在空间上布置在第一反应腔101与蚀刻腔150之间的转向装置132，其用于使第一反应物质R1的至少一部分转向。借助于转向装置132完全截止了第一反应物质R1从第一反应腔R1向衬底152的直接路径。转向装置132是绕虚拟轴线A旋转对称布置的冲击板并且在虚拟轴线A处于其中的平面中具有梯形的、朝向蚀刻腔150不断扩宽的横截面。借助于转向装置132，第一反应物质R1沿关于虚拟轴线A的径向方向向外转向到第二反应物质R2的流中，由此改善了第一和第二反应物质R1、R2的混合。通过引导装置130中的开口131，彼此被混合的第一和第二反应物质R1、R2进入到蚀刻腔150中并朝向衬底152指向和/或疏通引导。
图2示出了穿过根据本发明第二实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置200的示意性横截面图。根据第二实施方式的装置200是根据第一实施方式的装置100的一变型方案并且与该第一实施方式的装置的不同在于混合装置130、232、234的构造。
替代转向装置132，根据第二实施方式的混合装置130、232、234具有第一转向装置232和第二转向装置234。第一转向装置232是替代旋转对称具有绕虚拟轴线A的Cn对称的转向装置132的一变型方案，因为与转向元件132相反从第一转向装置232的-从虚拟轴线A的轴向方向出来地观察的-横截面出来去除了各个圆节段。第二转向装置234的一圆节段分别适配地嵌入到通过去除这些圆节段所产生的每个空隙中。第二转向装置234在基础形式上是绕虚拟轴线A旋转对称的、朝向蚀刻腔150不断变窄的中空截锥形漏斗，该漏斗替代旋转对称具有Cn对称，因为从第二转向元件232的-从虚拟轴线A的轴向方向出来地观察的-横截面出来地同样去除了圆节段。第一转向装置232的一圆节段适配地嵌入到通过从第二转向装置232中去除这些圆节段所产生的每个空隙中并反之亦然。第一和/或第二转向装置232、234的圆节段优选被构造为四分之一、六分之一、八分之一、十分之一、十二分之一圆节段等。也就是说，第一和/或第二转向装置232、234优选具有关于虚拟轴线A的C2m对称，其中，m是整数，优选是一与六之间的整数。
借助于第二转向装置234，所产生的第二反应物质R2的一部分在分离装置120和第二转向元件234之间沿径向方向朝向虚拟轴线A被导引穿过第一转向装置232中的空隙。借助于第一转向装置232，所产生的第一反应物质R1的一部分在分离装置120和第一转向装置232之间沿径向方向从虚拟轴线A离开地被导引穿过第二转向元件234中的空隙。由此改善了两个反应物质R1、R2在从两个反应腔101、102向衬底152的路径上的混合。
图3示出了穿过根据本发明第三实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置300的示意性横截面图。根据第三实施方式的装置300是根据第一实施方式的装置100的一变型方案并且与该第一实施方式的装置的不同在于混合装置130、332的构造。
根据第三实施方式的转向装置332是根据第一实施方式的转向装置132的一变型方案并与其相比此外具有在虚拟轴线A区域中的开口336，穿过该开口，所产生的第一反应物质R1可以至少部分地在从反应腔1向衬底152的直接路径上运动。尤其地，从第一导入部107的通入口直至用于衬底152的承载件155没有结构上的、沿着虚拟轴线A的阻碍。转向装置332中的开口336优选是椭圆的、尤其是圆形的和绕虚拟轴线A旋转对称的。
根据第三实施方式的装置特别适用于上述的改进方案，据此在第一和第二气体罐105、106与第一和第二导入部107、108之间布置两个三路径阀，从而使得来自第一以及来自第二气体罐105、106的气体能够尤其交替地导入到不仅第一，而且第二反应腔101、102中。
图4示出了穿过根据本发明第四实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置400的示意性横截面图。根据第四实施方式的装置400是根据第一实施方式的装置100的一变型方案并且与其的不同之处在于第一反应腔401、第二反应腔402、混合装置430、432、434以及第一感应线圈410和第二感应线圈112的形式和/或布置方案。第一感应线圈410沿切向安置到中空柱体H4上并坐落在构成分离壁420的各个壁之间的一间隙中。感应线圈410决定性地在第一反应腔401中产生第一等离子体并附加地协同有助于第二反应腔402中的等离子体放电。第二反应腔402中的第二等离子体的主激励通过第二感应线圈112进行。
根据第四实施方式的装置400不具有第三中空柱体H3，该第三中空柱体从一沿轴向方向在一端部上闭合所述第二中空柱体H2的盖表面中挤压出。替代于此地，该装置400的构成分离装置420的第四中空柱体H4沿轴向方向在两个端部上与第二中空柱体H2的轴向端部平齐地结束。换句话说，第一反应腔401作为容积包括第四中空柱体的高度h4、圆周率Pi和柱体半径r1的平方的乘积。
根据第四实施方式，第一感应线圈410在第四中空柱体H4的壳表面上布置在分离壁420之间的空隙中。通过从第一线圈410向适配装置114的电输入部来进行所述第一感应线圈410的馈电。该电输入部同样在构成分离装置420的单个壁之间的间隙中延伸。
该装置400的混合装置130、432、434除了引导装置130之外还具有第一转向装置432，该第一转向装置布置在第四中空柱体H4的面朝蚀刻腔150的轴向端部上。此外，混合装置130、432、434具有第二转向装置434，该第二转向装置布置在第二中空柱体H2的面朝蚀刻腔150的轴向端部上。这两个转向装置432、434可以紧固在分离装置420上或与该分离装置一体式构造。
第一转向装置432包括多个管件，这些管件被构造用于：分别将所产生的第一反应物质R1的一部分沿径向方向从虚拟轴线A离开地、尤其附加地朝承载件155方向导引。第二转向装置434包括多个管件，这些管件分别将所产生的第二反应物质R2的一部分沿径向方向朝虚拟轴线A去地、尤其附加地朝承载件155方向导引。
在此，第一转向装置432的导向虚拟轴线A的管件和第二转向装置434的从虚拟轴线A离开导引的管件沿着虚拟的、与虚拟轴线A同中心的且垂直于虚拟轴线A的圆的周边交替。第一和第二转向装置432、434可以共同地或每个本身地关于虚拟轴线A具有Cn对称组。替代这些管件也可以使用半管件、也就是沿着被切开的管件或相应于所描述的布置方案的另外的导引件。
图5示出了穿过根据本发明第五实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置500的示意性横截面图。根据第五实施方式的装置500是根据第四实施方式的装置400的一变型方案并且与根据第四实施方式的装置的不同之处在于第二反应腔502、混合装置130以及感应线圈510的形式和/或布置方案。
装置500不具有第二中空柱体H2，该第二中空柱体套置到第一中空柱体H1上，而是替代于此地具有扁平的介电盖板523，介电盖板例如由氧化铝陶瓷或由石英玻璃制成，借助于该盖板在一轴向端部上闭合所述第一中空柱体H1。介电中空柱体H4适当地紧固在所述盖板上或悬挂在该盖板上。在盖板523下方衔接所述引导装置130。引导装置130沿从盖板523朝向承载件155的方向漏斗形地从等于第一中空柱体H1的柱体半径r1的圆半径向较小的圆半径变窄，该较小的圆半径例如可以等于第四中空柱体H4的柱体半径r4。
分别关于虚拟轴线A，不仅关于其沿轴向方向的伸长，而且关于其沿径向方向的伸长，第一反应腔501和第二反应腔502由引导装置130围住。尤其地，第四中空柱体H4的高度h4小于中空截锥形引导装置130的沿轴向方向的高度h5。第二反应腔502包括在引导装置130的内表面537和第四中空柱体H4的壳表面522的外表面528之间的容积。
替代第一和第二感应线圈410、412，装置500仅具有一唯一的、被构造为螺旋形扁平线圈的感应线圈510。感应线圈510布置在介电盖表面523的背离蚀刻腔150的外部表面527上、尤其是处，其中，针对两个导入部107、108可以设置穿过线圈510的穿通部。线圈510可以被实施为连续的螺旋形线圈。但是，线圈510也可以被分成内螺旋形子线圈和外螺旋形子线圈L1、L2，它们也能够彼此无关地借助于适配装置114来馈电。在此，内子线圈L1可以被构造用于以第一电磁交变场来加载第一反应腔501并且外子线圈L2可以被构造用于以第二电磁交变场来加载第二反应腔502。
图7a至7f2示出了如何能够将第一子线圈L1和第二子线圈L2通过一适配装置114与高频发生器装置116联接并由此馈电的各种构型形式，所述适配装置可能地具有两个子适配装置114a、114b。高频发生器装置可以包括一个或两个彼此分开的且独立的高频交流电压发生器117、118。图7c中附加地使用了高频分路器119。图7f1和7f2示出了用于适配装置114的在图7f中示出的适配电路114c的替换的构型形式。适配电路114c具有分别带有能调整的电容的三个电容器C1、C2、C3。
图6示出了穿过根据本发明第六实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置600的示意性横截面图。根据第六实施方式的装置600是根据第五实施方式的装置500的一变型方案并且与根据第五实施方式的装置的不同之处尤其在于第一和第二反应腔601、混合装置130以及感应线圈610的形式。
根据装置600，替代用于遮盖第一中空柱体H1的扁平介电盖板523设置一介电圆顶盖623，该圆顶盖例如由氧化铝陶瓷或石英玻璃构成。为了将设置在第一中空柱体H1之外的、由圆顶盖623围住的容积划分成第一和第二反应腔601、602，在圆顶盖623的面朝蚀刻腔150的内部表面629上构造有绕虚拟轴线A旋转对称的分离装置620或适当地紧固在所述圆顶盖623上或悬挂在其上。
分离装置620具有朝向蚀刻腔150延伸的、关于虚拟轴线A凹形屈曲的分离壁628。这些分离壁可以与圆顶盖623一体式构成，但是也可以安置在圆顶盖623上，例如借助于焊接或悬挂。第一反应腔601包括在分离装置620的分离壁628的内表面262内部的容积。第二反应腔602包括这样的容积，该容积不仅定位在分离装置620的分离壁628的外表面625之外，而且定位在圆顶盖623的内部表面629内部。
在装置600的情况下，两个反应腔601、602完全处于第一中空柱体H1之外，而引导装置130完全布置在第一中空柱体H1内部。感应线圈610就像根据第五实施方式的感应线圈510那样螺旋形地构造，但是与线圈510相反不是扁平的，而是构造成沿着圆顶盖623的外部表面627的圆顶形，其中，外部表面627与蚀刻腔150背离。
线圈610以及线圈510可以被实施成连续的线圈，但是也可以被分成内子线圈和外子线圈L1、L2，它们也能够彼此无关地借助于适配装置114来馈电。在此，内子线圈L1可以被构造用于以第一电磁交变场来加载第一反应腔601并且外子线圈L2可以被构造用于以第二电磁交变场来加载第二反应腔602。内子线圈和外子线圈L1、L2以及适配装置114例如可以根据图7a至7f2中所示的构型形式构造并例如可以分开地并彼此无关地以高频功率馈电。
图8示出了穿过根据本发明第七实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置700的示意性横截面图。
图8示出了穿过根据本发明第七实施方式的用于各向异性蚀刻衬底152的装置700的示意性横截面图。根据第七实施方式的装置700是根据第一实施方式的装置100的一变型方案并且与该第一实施方式的装置的不同在于混合装置130以及第三中空柱体H3和第四中空柱体H4的形式。
根据第七实施方式，第三中空柱体H3和第四中空柱体H4一体式构造或组合并以如下方式插入到圆环盘124中的圆形的、绕虚拟轴线A旋转对称的开口723中，即，第四中空柱体H4为了使第一和第二反应腔101、102分离而伸出穿过圆环盘124，而第三中空柱体H3部分地密封式贴靠在圆环盘124的背离蚀刻腔150的外部表面127上。此外，根据第七实施方式，第三中空柱体H3的柱体半径r3大于第四中空柱体H4的柱体半径r4，它们两个小于第一中空柱体H1的柱体半径r1。装置700仅具有作为混合装置的引导装置130。在第七实施方式的未示出的变型方案中也可以完全取消第四中空柱体H4，也就是说，第二反应腔102的区域中的两种反应物质的分离由此仅仅通过空间上的距离进行，该空间上的距离处于一方面从第三中空柱体H3构成的锅壳出来的气体出口与另一方面第二感应线圈112或第二反应腔102之间，或通过使一方面来自气体分配环104并另一方面来自第三中空柱体H3的气体流动分离来进行，或通过首先被分离地流动的气体或物质的动力学来进行。
根据第七实施方式的装置700例如可以以下列第一参数组来运行：反应腔101、102和蚀刻腔150中的三帕斯卡和二十帕斯卡之间、优选六帕斯卡和八帕斯卡之间、特别优选六又二分之一帕斯卡的压力；施加在第一感应线圈110上的两千五百瓦特的功率；施加在第二感应线圈112上的一千七百瓦特的功率；施加在承载件155上的功率为五十瓦特并且频率为13.56兆赫的交流电压；冷却输入管路157中的一帕斯卡和三帕斯卡之间、优选2帕斯卡的氦气压力；承载件155的二十五摄氏度的温度；八氟环丁烷作为第一气体G1，具有二百标准立方厘米每分钟的穿过第一导入部107的流量；以及六氟化硫作为第二气体G2，具有五百标准立方厘米每分钟的穿过第二导入部108的流量。标准立方厘米是在根据DIN1343的所谓物理标况下的一立方厘米的气体容积并且能够通过标准密度例如被换算成每秒的摩尔流量。
利用第二参数组能够运行根据第七实施方式的装置700，第二参数组与第一参数组的区别在于，施加在承载件155上的交流电压具有二十五瓦特的功率并且承载件155的温度为五十摄氏度或被调温到其上。
图8示出了用于阐释用于运行根据本发明的装置100；200；300、400、500；600；700的方法的概述流程图。
在步骤S01中，将第一气体G1导入到第一反应腔101；401；501；601中。在步骤S02中，将第二气体G2导入到第二反应腔102；402；502；602中，确切地说与第一气体G1导入到第一反应腔101；401；501；601中同时。在步骤S03中产生至少一个电磁交变场，以从第一气体G1中产生反应物质R1并从第二气体G2中产生第二反应物质R2。在步骤S04中，朝向衬底152将用于加速在等离子体区中产生的被电加载的粒子、所谓的离子的第一高频交流电压施加到承载件155上。
对于根据本发明的方法和对于该方法的优选改进方案的细节也可以从根据本发明的装置的上述描述和该装置的优选改进方案和变型方案中取得。根据本发明的方法能够相应地被适配用于利用所述装置的每种实施方式来执行。
虽然根据优选的实施例在前地描述了本发明，但是本发明不被限制到其上，而是可以以各式各样的方式被改型。尤其地，本发明可以以多种多样的方式被改变或改型，而不偏离本发明的核心构思。例如，根据不同的实施方式所描述的混合装置和它们的转向装置也可以彼此组合或通过彼此来代替。尤其地，不同的等离子体源布置方案或锅壳布置方案可以与所示实施例不同地与任意的混合装置组合。同样地，等离子体源与硅晶圆地点之间的无遮蔽的扩散路段可以用作混合装置的最简化变型方案。在此，以扩散路段来指出如下这样的路径路段，两种气体或反应物质在离开它们的产生区域之后共同地朝衬底、也就是蚀刻腔在该路径路段上流动，其中，两种反应物质的掺和通过沿着该路径的两者之间扩散过程来进行。

Claims (12)

1.用于各向异性蚀刻衬底的装置，其具有：
第一反应腔（101；401；501；601），第一气体（G1）能够导入到所述第一反应腔中；
第二反应腔（102；402；502；602），第二气体（G2）能够导入到所述第二反应腔中；
至少一个线圈装置（110、112；410、112；510；610；L1、L2），借助于所述至少一个线圈装置能够产生至少一个电磁交变场；
其中，借助于被导入的第一气体（G1）的加载能够在所述第一反应腔（101；401；501；601）中利用所产生的至少一个电磁交变场产生至少一种第一反应物质（R1），并且其中，借助于被导入的第二气体（G2）的加载能够在所述第二反应腔（102；402；502；602；702）中利用所产生的至少一个电磁交变场产生至少一种第二反应物质（R2）；
分离装置（120；420；620；720），借助于所述分离装置来中断或抑制所述第一反应腔（101；401；501；601）与所述第二反应腔（102；402；502；602）之间的直接气体交换；
用于接收各向异性待蚀刻的衬底（152）的蚀刻腔（150）；以及
混合装置（130；130、132；232、243；332；432；434），所述混合装置以如下方式布置和构造，即，所产生的至少一种第一反应物质（R1）和所产生的至少一种第二反应物质（R2）在从两个反应腔（101、102；401、402；501、502；601、602）出来朝向所述蚀刻腔（150）的运动中在所述混合装置（130；130、132；232、243；332；432；434）中彼此混合并彼此混合地进入到所述蚀刻腔（150）中，用以各向异性蚀刻所述衬底（152）。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述混合装置（130；130、132；232、243；332；432；434）具有朝向所述蚀刻腔（150）漏斗形变窄的引导装置（130），用以使彼此混合的至少一种第一反应物质（R1）和至少一种第二反应物质（R2）被引导到所述衬底（152）上。
3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的装置，其中，所述混合装置（130；130、132；130、232、243；130、332；130、432、434）具有至少一个第一转向装置（132；232；332；432），借助于所述至少一个第一转向装置，为了使所产生的至少一种第一反应物质（R1）的至少一部分转向，部分或完全地截止所产生的至少一种第一反应物质（R1）从所述第一反应腔（101；401；501；601；701）出来向所述衬底（152）的直接路径。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述混合装置被构造为扩散路段。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的装置，
其中，所述第一反应腔（101；401；501；601；701）的至少一个第一子区域（H4）完全由所述第二反应腔（102；402；502；602；702）的至少一个第二子区域（H2）围住。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的装置，
其中，所述线圈装置（110、112；410、112；L1、L2）具有第一感应线圈（110；410；L1），所述第一感应线圈被构造用于以所述第一电磁交变场来加载所述第一反应腔（101；401；501；601）；并且其中，所述线圈装置（110、112；410、112；L1、L2）此外具有第二感应线圈（112；L2），所述第二感应线圈被构造用于以第二电磁交变场来加载所述第二反应腔（102；402；502；602）。
7. 根据前述权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述第一反应腔（101；401；501；601）具有用于使所述第一气体（G1）导入到所述第一反应腔（101；401；501；601）中的第一导入部（107）；其中，所述第一导入部（107）通过第一阀装置与第一气体罐（105）以及与第二气体罐（106）连接；其中，能够控制所述第一阀装置要么使所述第一气体罐（105）中提供的第一气体物质要么使所述第二气体罐（106）中提供的第二气体物质作为所述第一气体（G1）导入到所述第一反应腔（101；401；501；601）中；
和/或
其中，所述第二反应腔（102；402；502；602）具有用于使所述第二气体（G2）导入到所述第二反应腔（102；402；502；602）中的第二导入部（108）；其中，所述第二导入部（108）通过第二阀装置与第一气体罐（105）以及与第二气体罐（106）连接；其中，能够控制所述第二阀装置要么使所述第一气体罐（105）中提供的第一气体物质要么使所述第二气体罐（106）中提供的第二气体物质作为所述第二气体（G2）导入到所述第二反应腔（102；402；502；602）中。
8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的装置，该装置具有调温装置（157），借助于所述调温装置，所述衬底（152）能够被带至在二十摄氏度与九十摄氏度之间、分别包括这些温度点的一预设的运行温度上，并能够被保持在该预设的运行温度上。
9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的装置，
其中，所述第一气体（G1）是钝化气体或蚀刻气体；
其中，当所述第一气体（G1）是钝化气体时，所述第二气体（G2）是蚀刻气体；
并且其中，当所述第一气体（G1）是蚀刻气体时，所述第二气体（G2）是钝化气体；
其中，所述钝化气体是氟碳氢化合物、全氟烯烃优选六氟丙烯、全氟炔烃或环状全氟烷烃优选八氟环丁烷；并且
其中，所述蚀刻气体是提供氟的气体、优选六氟化硫或三氟化氮。
10.用于运行根据前述权利要求1至9中任一项所述的装置的方法，其具有如下步骤：
将所述第一气体（G1）导入（S01）到所述第一反应腔（101；401；501；601）中；
与将所述第一气体（G1）导入到所述第一反应腔（101；401；501；601）中同时地，将所述第二气体（G2）导入（S02）到所述第二反应腔（102；402；502；602）中；以及
产生（S03）所述至少一个电磁交变场，用于从所述第一气体（G1）中产生所述至少一种反应物质（R1）并且用于从所述第二气体（G2）中产生所述至少一种第二反应物质（R2）。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，作为所述第一气体（G1）导入钝化气体或蚀刻气体；其中，当作为所述第一气体（G1）导入钝化气体时，作为所述第二气体（G2）导入蚀刻气体，并且其中，当作为所述第一气体（G1）导入蚀刻气体时，作为所述第二气体（G2）导入钝化气体；
其中，所述钝化气体是氟碳氢化合物、全氟烯烃、优选六氟丙烯、全氟炔烃或环状全氟烷烃、优选八氟环丁烷；并且其中，所述蚀刻气体是提供氟的气体、优选六氟化硫或三氟化氮。
12.根据前述权利要求10或11中任一项所述的方法，
其中，至少一次以一预先确定的切换频率在第一运行模式和第二运行模式之间，或在第二运行模式和第一运行模式之间切换；其中，在所述第一运行模式中，作为所述第一气体（G1）导入蚀刻气体并且作为所述第二气体（G2）导入钝化气体；并且其中，在所述第二运行模式中，作为所述第一气体（G1）导入钝化气体并且作为所述第二气体（G2）导入蚀刻气体。
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