DE2258297C3 - Verfahren zur Herstellung geätzter Strukturen in Substraten durch ätzenden lonenbeschuB mittels Kathodenzerstäubung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geätzter Strukturen in aus dünnen Schichten bestehenden Substraten durch ätzenden Ionenbeschuß mittel:; Kathodenzerstäubung unter Verwendung einer Ätzmaske.

Solche Verfahren sind bereits bekannt. Es ist auch bereits bekannt, eine Ätzmaske mit definierten Kantenprofilen für einen Ionenätzprozeß durch einen Photolackfilm zu bilden und das gewünschte Maskenmuster durch einen photolithographischen Prozeß auszubilden. Die Abätzung der durch den Photolackfilm nicht abgedeckten Bereiche des zu ätzenden Substrates erfolgt dort anschließend durch eine Ionenätzung, d. h. durch Ionenbeschuß, wobei das Kantenprofil der Ätzmaske in dem zu ätzenden Substrat durch den Ionenätzprozeß abgebildet werden kann (s. DT-OS 21 17 199).

Die Abtragung von Materie von Oberflächen fester Körper, die einem Beschüß mit energiereichen Ionen ausgesetzt werden, erfolgt bekanntlich durch ein Herausschleudern von Atomen aus einer Oberflächenschicht auf Grund von atomaren Kollisionen in dieser Oberflächenschicht, hervorgerufen durch den Ionenbeschuß. Die Abtragungsrate für die dem Ionenbeschuß ausgesetzte Schicht ist dabei unter anderem abhängig von der Energie der Ionen, von der Effizienz des Transportes kinetischer Energie durch den Körper wie auch von der Einfallsrichtung des Ionenstrahl. Es hat sich auch bereits gezeigt, daß die Abtragungsrate ansteigen kann, wenn der Ionenstrahl nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel zur Flächennormalen auf die abzutragende Oberfläche fällt (s. A. D.G. Stewart. M. W. Thompson, »Microtopography of Surfaces Eroded by Ion-Bombardment«, Journal of Materials Science 4 (1969), S. 56 ff; G. Weh n er, »Influence of the Angle of Incidence on Sputtering Yields«, Journal of Applied Physics, 30 (1959), Nr. 11, S. 1762 f f).

Die Ionenätzung wirft Probleme auf, wenn Strukturen mit einer Tiefe von 1 μτη und mehr erzeugt werden sollen. Die bei vielen Materialien, so auch bei Photolackmasken beobachtete starke Zunahme der Ausbeute (abgetragene Teilchen pro einfallendes lon) 5 mit zunehmendem Winkel des Ionenstrahls gegen die Fiäciiennormaie führt zu erheblichen Profilabweichungen der geätzten Struktur gegenüber dem ursprünglichen Profil der Ätzmaske. In der Nähe der Kanten tritt eine starke Inhomogenität der Ätzrate auf, woraus sich auch unter anderem eine Schrumpfung der Profilbreite der geätzten Struktur gegenüber der ursprünglichen Profilbreite der Ätzmaske ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich die herzustellenden Strukturen verhältnismäßig tief und ohne wesentliche Abweichungen von dem durch die Ätzmaske vorgegebenen Profil in die Substrate einätzen lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die auf das zu ätzende Substrat aufzubringende Ätzmaske ein Material mit von der Einfallsrichtung der Ionen wei'gehend unabhängiger Ätzempfindlichkeit gewählt wird und daß die ätzenden lonenstrahlen nicht parallel zu einer auf der an die Ätzmaske angrenzenden Substratoberfläche erichtbaren Flächennormalen einfallen.

Die dadurch erzielbaren Vorteile bestehen einmal darin, daß relativ tiefe Strukturen mit einer Ätzmaske vergleichsweise geringer Schichtdicke geätzt werden können, da die Ätzmaske mit einer sehr viel geringeren Ätzrate abgetragen wird als das zu ätzende Material. Dieser Vorteil wird besonders dann wirksam, wenn das zu ätzende Material selbst eine Ätzrate hat, die stark vom Einfallswinkel des Ionenstrahl abhängig ist und der Ätzprozeß mit einem, unter einem Winkel zur Flächennormalen einfallenden Ionenstrahl durchgeführt wird. Ein weiterer beträchtlicher Vorteil ist, daß das Kantenprofil der Ätzmaske identisch ohne Formveränderungen in dem zu ätzenden Substrat abgebildet werden kann. Ein wichtiger Vorteil ist außerdem, daß sich Ätzmasken mit einer geringen Schichtdicke technisch sehr viel einfacher herstellen lassen als Masken größerer Schichtdicke, wenn sie durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.

Die Verwendung von Titan als Material für eine Ätzmaske hat den besonderen Vorteil, daß Titan neben seiner Unabhängigkeit der Ausbeute abgeätzter Teilchen vom Auftreffwinkel der Ionen eine geringe Ätzrate besitzt, was für Maskenmaterialien generell wünschenswert ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 a eine Ätzmaske aus einem Material mit einer von der Einfallsrichtung des Ionenstrahl abhängigen Ätzrate auf einem zu ätzenden Substrat nach dem Stand der Technik,

Fig. Ib Struktur des geätzten Substrats nach Abtragen der Ätzmaske nach Fig. la,

Fig.2a eine Ätzmaske aus Titan auf einem zu ätzenden Substrat senkrecht einfallender Ionenstrahl, F i g. 2b Struktur des geätzten Substrats nach Abtragen der Ätzmaske nach F ig. 2a,

Fig.3a eine Ätzmaske aus Titan auf einem zu ätzenden Substrat; schräg einfallender Ionenstrahl,

Fig.3b Struktur des geätzten Substrats nach Abtragen der Ätzmaske nach F ig. 3a.

Die bei vielen Materialien, auch Photolackmasken, beobachtete starke Zunahme der Ausbeute (abgetragene Teilchen pro einfallendes Ion) mit zunehmendem

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Winkel des Ionenstrahl gegen die Flächennormale Ionenstrahls abhängigen Ätzrate zeigt (vgl. Fig. la

führt zu charakteristischen Veränderungen der geätzten und Ib), ist nicht zu erkennen, ebenso ist die

Struktur gegenüber der Ätzmaske, was in den F i g. 1 a ursprüngliche Profilbreite 5 der Ätzmaske 2 im geätzten

und Ib dargestellt ist. Erkennbar ist eine starke Substrat 33 erhalten geblieben. Der Neigungswinkel der

Inhomogenität der Ätzrate in der Nähe der Kanten, was S Ätzmaskenkanten ist identisch im geätzten Substrat 33

sich in der Ausbildung von Gi-äbei. 4 äußert, wobei die abgebildet

Grabentiefe mit zunehmendem Kantenwinkel der Besitzt das zu ätzende Material seinerseits eine starke

Ätzmaske zunimmt. Darüber hinaus zeigt sich eine Abhängigkeit der Ausbeute abgeäizter Teilchen von der

starke Schrumpfung der Profilbreite 5 der geätzten Einfallsrichtung der Ionen, was meistens der Fall sein

Struktur gegenüber der ursprünglichen Profilbreite 5 io dürfte, so sollte die Ätzung bei schrägem Einfall der

der Ätzmaske 2. Hervorgerufen wird dieser Effekt in Ionen durchgeführt werden, da (bei konstant gehaltener

erster Linie dadurch, daß die auf die schrägen Kanten lonendichte) die Ätzrate für das zu ätzende Material

der Ätzmaske 2 auftreffenden Ionen 1 (s. Punkt A in steigt, während sie für das Maskenmateriai, z. B. Titan,

F i g. la) erheblich schneller ätzen als diejenigen Ionen konstant bleibt.

1, welche senkrecht auf tref fen (s. Punkt Bin Fig. la). 15 In den Fig.3a und 3b ist dargestellt, wie unter

Die an Hand der Fig. la und Ib gezeigten Einwirkung eines schräg einfallenden Ionenstrahl 1 und

unerwünschten Veränderungen der geätzten Struktur einer damit erhöhten Ätzrate für Materialien mit einer

gegenüber der ursprünglichen Struktu, der Ätzmaske von der Einfallsrichtung des Ionenstrahls abhängigen

treten nicht ein, wenn eine Ätzmaske aus Titan Ätzrate Strukturen geätzt werden können, die sehr viel

verwendet wird, da Titan keine Abhängigkeit der 20 tiefer als die Schichtdicke der Ätzmaske sind. Die in

Ausbeute abgeätzter Teilchen vom Auftreffwinkel der F i g. 3a dargestellte Ätzmaske 2 aus Titan hat nach

Ionen zeigt und außerdem eine geringe Ätzrate hat. Ätzung mit einem schräg einfallenden Ionenstrahl 1 in

Die Verhältnisse mit einer Titanmaske sind in den dem zu ätzenden Substrat 3 bei konstant gehaltener

F i g. 2a, 2b und 3a, 3b dargestellt. lonendichte zu einer geätzten Struktur (vgl. geätztes

Fig.2a zeigt eine Ätzmaske aus Titan, die ein 25 Substrat 33 in Fig.3b) sehr viel größerer Profiltiefc Substrat 3 aus S1O2 abdeckt. Der Ionenstrahl 1 ist geführt als die Schichtdicke der ursprünglichen Ätzmassenkrecht auf die abzutragenden Flächen der Ätzmaske ke betrug.

2 und des Substrats 3 gerichtet. In Fig. 2b ist das Die Verwendung der hier beschriebenen Ätzmaske

geätzte Substrat 33 gezeigt: die Inhomogenität der aus Titan ermöglicht eine Ätzung von Mikrostrukturen

Ätzrate in der Nähe der Kanten, wie sie sich bei einer 30 mit Tiefen von 1 μτη und mehr.
Ätzmaske mit einer von der Einfallsrichtung des

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung geätzter Strukturen in aus dünnen Schichten bestehenden Substraten durch ätzenden ionenbeschuß mittels Kathodenzerstäubung unter Verwendung einer Ätzmaske, dadurch gekennzeichnet, daß für die auf das zu ätzende Substrat (3) aufzubringende Ätzmaske (2) ein Material mit von der Einfallsrichtung der Ionen weitgehend unabhängiger Ätzempfindüchkeit gewählt wird und daß die ätzenden lonenstrahlen (1) nicht parallel zu einer auf der an die Ätzmaske (2) angrenzenden Substratoberfläche errichtbaren Flächenormalen einfallen.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Titan als Material für die Ätzmaske (2) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzmaske (2) auf das zu ätzende Substrat (3) mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die in die Substrate (3) einzuätzende Struktur eine Tiefe von mehr als 1 μπι erreicht wird.