DE4132730A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von feinstrukturen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Herstellen von Feinstrukturen auf einem Substrat oder in ei
ner auf einem Substrat ausgebildeten Dünnschicht.
Als bekannte Vorrichtung zum Herstellen einer Feinstruktur
ist in Fig. 3 eine Plasmaätzvorrichtung schematisch im
Schnitt gezeigt. Hier wird in einer Vakuumkammer 1 ein Halb
leitersubstrat 2 angeordnet, in dem eine Feinstruktur ausge
bildet werden soll. Bei dem Halbleitersubstrat 2 kann es sich
um ein Substrat handeln, welches auf seiner Oberfläche eine
polykristalline Siliziumdünnschicht und auf dieser polykri
stallinen Siliziumdünnschicht ein Photoresistmuster trägt,
welches beim Ätzen als Maske zum Abdecken dient. In der Vaku
umkammer 1 wird das Halbleitersubstrat 2 auf ein Gestell oder
eine Halterung 4 gelegt, die gleichzeitig als Elektrode dient
und an eine Hochfrequenzspannungsquelle 3 angeschlossen ist,
von der hochfrequente Energie zugeführt wird. Dem Halbleiter
substrat 2 gegenüber ist eine Gegenelektrode 6 mit darin aus
gebildeten Gasdüsen 5 angeordnet, aus denen ein reaktionsfä
higes Gas, beispielsweise Chlorgas als Ätzgas in Richtung auf
das Halbleitersubstrat 2 abgegeben wird. Die Vakuumkammer 1
hat eine Evakuierungsöffnung 7, durch die sie entleert wird,
und eine hier nicht gezeigte Gaseinlaßöffnung, durch die das
zum Ätzen dienende Gas in die Vakuumkammer 1 eingeführt wird.
An dem Teil der Vakuumkammer 1, an dem die Gegenelektrode 6
angebracht ist, ist eine Bewegungseinrichtung 8 beispiels
weise in Form einer Spindel zum Bewegen der Gegenelektrode 6
vorgesehen, um zwischen ihr und der Halterung 4 einen vorher
bestimmten Spalt einzustellen.
Die bekannte Vorrichtung zum Herstellen von Feinstrukturen,
die vorstehend beschrieben wurde, arbeitet wie folgt.
Zunächst wird von der hier nicht gezeigten Gaseinlaßöffnung
ein Ätzgas ins Innere der Vakuumkammer 1 durch die Gasdüsen 5
eingeführt, während die Vakuumkammer 1 durch die Evakuie
rungsöffnung 7 mittels einer hier nicht gezeigten Evakuier
einrichtung entleert wird. Als nächstes wird von der Hochfre
quenzspannungsquelle 3 zwischen der Halterung 4 und der Ge
genelektrode 6 eine Hochfrequenzspannung angelegt, um eine
Glimmentladung hervorzurufen, mittels der das in die Vakuum
kammer 1 eingeführte Ätzgas aktiviert und ein Plasma A er
zeugt wird, wodurch aktive neutrale Moleküle, neutrale Atome
und Ionen entstehen. Das Ätzen des Halbleitersubstrats 2 er
folgt aufgrund des Vorhandenseins dieser Moleküle, Atome und
Ionen, und so entsteht eine Feinstruktur.
Die oben beschriebene, bekannte Technik zum Herstellen einer
Feinstruktur hat folgende Nachteile.
- 1. Gleichmäßigkeit der Ätzgeschwindigkeit. Da bei den be kannten Techniken der Spalt zwischen den Elektroden ent weder fest oder mechanisch veränderbar ist, ist es schwierig, den optimalen Elektrodenabstand zu erzielen, der einen großen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des Ät zens hat. Da sich außerdem eine räumliche Verteilung des aktivierten Halogengases oder der Ionen einstellt, ergibt sich, wenn eine Feinstruktur auf einer Probe mit großem Durchmesser geschaffen werden soll, eine Verteilung der Ätzgeschwindigkeit innerhalb der Ebene. Für eine Verrin gerung der Ätzgeschwindigkeit ist eine große Ätzkammer erforderlich.
- 2. Da bei dem bekannten Verfahren die Halterung 4 nur mecha nisch bewegbar ist, kann das Entstehen von Staub durch diese Bewegung nicht ausgeschlossen werden. Folglich wird die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung herabgesetzt, und das Innere der Vakuumkammer 1 muß häufig gereinigt wer den. Insbesondere heften sich an die Bewegungseinrichtung 8 für die Gegenelektrode 6 Nebenprodukte des zum Ätzen benutzten Gases, die an sich schon Ursache für das Ent stehen von Staub wären, und diese lösen sich dann von der Bewegungseinrichtung 8 ab, wenn das Halbleitersubstrat 2 auf die Halterung 4 gelegt oder von ihr entfernt wird, wobei Staub entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Herstellen von Feinstruktu
ren auf eine Weise zu ermöglichen, die die Erzeugung von
Staub ausschließt und eine Änderung des Elektrodenspaltes auf
berührungslose Weise ermöglicht, damit bei der Schaffung von
Feinstrukturen auf den verschiedensten Werkstoffen und mit
den verschiedensten Methoden ausgezeichnete Strukturausbil
dungsmerkmale sichergestellt sind.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird
ein Verfahren zum Herstellen von Feinstrukturen geschaffen,
welches folgende Schritte aufweist: eine Probe, auf der eine
Feinstruktur ausgebildet werden soll, wird auf eine Halterung
in einer Vakuumkammer gelegt; das Innere der Vakuumkammer
wird evakuiert, um einen vorherbestimmten Grad an Vakuum zu
erzielen; in die Vakuumkammer wird ein reaktionsfähiges Gas
eingeleitet; an die Halterung oder eine der Halterung gegen
über angeordnete Gegenelektrode wird mittels einer ein Ma
gnetfeld erzeugenden Einrichtung ein Magnetfeld angelegt, um
die Halterung oder die Gegenelektrode zum Schweben zu bringen
und dadurch einen vorherbestimmten Spalt zwischen der Halte
rung und der Gegenelektrode einzuhalten; und in der Vakuum
kammer wird ein Plasma aus dem reaktionsfähigen Gas mit Hilfe
der Halterung und der Gegenelektrode erzeugt, wodurch in der
Probe eine Feinstruktur gebildet wird.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird
auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Feinstrukturen ge
schaffen, die folgendes aufweist: eine Vakuumkammer; eine
Einrichtung für die Zufuhr eines reaktionsfähigen Gases zur
Vakuumkammer; eine innerhalb der Vakuumkammer angeordnete
Halterung, auf die eine Probe auflegbar ist und die als eine
Elektrode dient, wobei mindestens ein Teil der Halterung aus
einem magnetischen Werkstoff besteht; eine der Halterung, auf
der die Probe liegt, gegenüber angeordnete Gegenelektrode;
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welches die
Halterung magnetisch aufschwimmen läßt, um einen vorherbe
stimmten Spalt zwischen der Halterung und der Gegenelektrode
zu schaffen; und eine Evakuiereinrichtung zum Evakuieren des
Inneren der Vakuumkammer.
Ferner wird zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden
Aufgabe eine Vorrichtung zum Herstellen von Feinstrukturen
geschaffen, die folgendes aufweist: eine Vakuumkammer; eine
Einrichtung für die Zufuhr eines reaktionsfähigen Gases zur
Vakuumkammer; eine innerhalb der Vakuumkammer angeordnete
Halterung, auf die eine Probe auflegbar ist und die als Elek
trode dient; eine der Halterung gegenüber angeordnete Gegen
elektrode, die mindestens teilweise aus einem magnetischen
Werkstoff besteht; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ma
gnetfeldes, um die Gegenelektrode magnetisch zum Schweben zu
veranlassen, damit ein vorherbestimmter Spalt zwischen der
Halterung und der Gegenelektrode entsteht; und eine Evakuier
einrichtung zum Entleeren des Inneren der Vakuumkammer.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften
Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbei
spiele näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel einer Plasmaätzvorrichtung gemäß
der Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer Plasmaätzvorrichtung gemäß
der Erfindung; und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine bekannte
Plasmaätzvorrichtung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrich
tung zum Herstellen von Feinstrukturen am Beispiel einer
Plasmaätzvorrichtung gezeigt. Die Bezugszeichen 1 bis 3 und 5
bis 7 in Fig. 1 bezeichnen die gleichen Teile wie bei der in
Fig. 3 gezeigten bekannten Vorrichtung. Bei der Plasmaätzvor
richtung gemäß Fig. 1 ist ein Magnetkörper 9 in eine Halte
rung 4A eingebettet, auf der das Halbleitersubstrat 2 ange
ordnet ist. Die Halterung 4A dient gleichfalls als Elektrode.
Außerhalb der Vakuumkammer 1 ist eine externe Magnetfeldspule
10 angeordnet, die ein Magnetfeld erzeugt, damit die Halte
rung 4A magnetisch aufschwimmen kann. Die Halterung 4A ist
über einen flexiblen elektrischen Draht 11 oder dergleichen
mit einer Hochfrequenzspannungsquelle 3 verbunden.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Feinstruktur mittels
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird zuerst das
Halbleitersubstrat 2 auf der Elektrode in Form der Halterung
4A angeordnet, dann wird ein Ätzgas, bei dem es sich um ein
reaktionsfähiges Gas handelt, von einer Gaseinlaßöffnung 12
durch die Gasdüsen 5 in die Vakuumkammer 1 eingeleitet, wäh
rend diese durch die Evakuierungsöffnung 7 evakuiert wird.
Von der Hochfrequenzspannungsquelle 3 wird zwischen der Hal
terung 4A und der Gegenelektrode 6 eine Hochfrequenzspannung
angelegt, um eine Glimmentladung hervorzurufen. Folglich wird
das in die Vakuumkammer 1 eingeleitete Ätzgas aktiviert und
dadurch ein Plasma erzeugt, was aktive neutrale Moleküle,
neutrale Atome und Ionen hervorruft. Das Ätzen des Halblei
tersubstrats 2 erfolgt aufgrund des Vorhandenseins dieser Mo
leküle, Atome und Ionen, und so entsteht eine Feinstruktur.
Zur gleichen Zeit wird von der externen Magnetfeldspule 10
ein Magnetfeld erzeugt, um zwischen der Gegenelektrode 6 und
der Halterung 4A, auf der das Halbleitersubstrat 2 liegt,
mittels der abstoßenden Kraft des Magnetfeldes einen vorher
bestimmten Spalt zu schaffen. Wenn ein optimaler Elektroden
abstand eingehalten wird, können die Ätzeigenschaften verbes
sert werden. Ferner wird die Größe des elektrischen Feldes in
Ionenhüllen, die sich um die Elektroden herum ausbilden,
durch die Wirkung des Magnetfeldes verringert, welches der in
der Halterung 4A eingebettete Magnetkörper 9 erzeugt, wodurch
die Kollisionsenergie der Ionen reduziert werden kann, was
die Beschädigung der zu verarbeitenden Substanz durch das
Plasma während des Prozesses verringert. Ferner nimmt die
Dichte der Ionen im Plasma aufgrund des Magnetfeldes zu, so
daß sich die Ätzgeschwindigkeit erhöht.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Halterung 4A veranlaßt, magnetisch aufzuschwimmen oder zu
schweben. Es ist aber auch möglich, wie Fig. 2 zeigt, die
Halterung 4 zu fixieren und die Gegenelektrode 6A beispiels
weise aus ferromagnetischem Werkstoff herzustellen, so daß
diese magnetisch schweben kann, um den optimalen Elektroden
abstand zu schaffen. In diesem Fall ist die Gaseinlaßöffnung
12 für das reaktionsfähige Gas mit der Gegenelektrode 6A
durch ein flexibles Rohr 13 oder dergleichen verbunden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein
Plasmaätzverfahren zum Herstellen von Feinstrukturen ange
wandt. Die Erfindung eignet sich aber auch für andere Ätzver
fahren, beispielsweise mit reaktiven Ionen, mit magnetfeldge
stützten reaktiven Ionen, ein Plasmaätzverfahren mit Elektro
nen-Zyklotron, mit neutralem Strahl, mit Lichterregung oder
Lichtunterstützung sowie ein physikalisches Ätzverfahren mit Ionen.
Als Halbleitersubstrat, das mit einer Feinstruktur versehen
werden soll, dient ein Halbleitersubstrat 2 mit einer poly
kristallinen Siliziumdünnschicht darauf. Allerdings kann auch
eine Siliziumoxidschicht, eine Siliziumnitridschicht oder
eine Siliziumoxynitridschicht bearbeitet werden. Gleichfalls
geeignet ist eine Einkristallsiliziumschicht.
Ferner kann die Schicht, in der die Feinstruktur hergestellt
wird, aus Wolfram, Tantal, Molybdän, Zirkon, Titan, Hafnium,
Chrom, Platin, Eisen, Zink, Zinn, einem Silizid irgendeines
dieser Stoffe, einem Nitrid irgendeines dieser Stoffe oder
einem Karbid irgendeines dieser Stoffe; Aluminium, Kupfer,
Gold, Silber oder irgendeiner hauptsächlich aus einem dieser
Metalle bestehenden Legierung; oder einem organischen Polyme
risat, beispielsweise Novolakharz oder Polyimid bestehen.
Die Schicht, in der die Feinstruktur hergestellt wird, kann
außerdem ein ferroelektrischer Werkstoff sein, beispielsweise
PZT (Blei, Zink, Zinn), ein Supraleiter einschließlich eines
Oxidsupraleiters oder ein ferromagnetisches Material.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als
Probe, das heißt als zu bearbeitende Substanz, die auf dem
Halbleitersubstrat 2 ausgebildete Dünnschicht benutzt, wobei
sich das Halbleitersubstrat in einem Herstellungsverfahren
für integrierte Schaltungen befindet. Die Erfindung ist aber
auch anwendbar für ein in Magnetspeichervorrichtungen verwen
detes Substrat eines Magnetbandes oder einer Magnetplatte im
Herstellungsverfahren der Speichervorrichtung, für ein Sub
strat einer für optische Speichervorrichtungen bestimmten op
tischen Platte oder dergleichen im Herstellungsverfahren der
selben, für eine geformte metallene Substanz, eine auf der
Oberfläche eines geformten Metallgegenstandes gebildete Dünn
schicht, ein Maschinenbauteil, beispielsweise eine Schraube
oder ein Bearbeitungswerkzeug.
Da mit dem Verfahren und der Vorrichtung zum Herstellen von
Feinstrukturen gemäß der Erfindung die Halterung, auf der die
Probe angeordnet wird, oder die Gegenelektrode magnetisch zu
schweben veranlaßt und folglich auf berührungslose Weise zum
Einstellen des Elektrodenabstandes bewegt wird, können, wie
sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, optimale Ätz
bedingungen (einschließlich Gleichförmigkeit, Geschwindigkeit
und Richtung beim Ätzen) sichergestellt werden, ohne daß da
bei Staub entsteht. Folglich läßt sich die durch das Plasma
verursachte Beschädigung verringern und die Ätzgeschwindig
keit erhöhen. Das ermöglicht eine ausgezeichnete Ausbildung
von Feinstrukturen.
Claims (26)
1. Verfahren zum Herstellen von Feinstrukturen,
gekennzeichnet durch
- - Auflegen einer mit Feinstruktur zu versehenden Probe auf eine Halterung (4, 4A) in einer Vakuumkammer (1);
- - Entleeren des Inneren der Vakuumkammer (1) bis zu einem vorherbestimmten Grad an Vakuum;
- - Einführen eines reaktionsfähigen Gases in die Vakuum kammer (1);
- - Anlegen eines Magnetfeldes an die Halterung (4, 4A) oder an eine der Halterung (4, 4A) gegenüber angeord nete Gegenelektrode (6, 6A) mittels einer ein Magnet feld erzeugenden Einrichtung (10), um die Halterung (4, 4A) oder die Gegenelektrode (6, 6A) schweben zu lassen und dadurch einen vorherbestimmten Spalt zwischen der Halterung (4, 4A) und der Gegenelektrode (6, 6A) einzu halten; und
- - Erzeugen eines Plasmas aus dem reaktionsfähigen Gas in nerhalb der Vakuumkammer (1) mittels der Halterung (4, 4A) und der Gegenelektrode (6, 6A), wodurch in der Probe eine Feinstruktur gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein Plasmaätzverfahren handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein Ätzverfahren mit reaktionsfähigen
Ionen handelt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein magnetfeldgestütztes Ätzverfahren mit
reaktionsfähigen Ionen handelt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein Eletronenzyklotron-Plasma-Ätzverfah
ren handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein Ätzverfahren mit neutralem Strahl han
delt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein Ätzverfahren mit Lichterregung han
delt.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein lichtgestütztes Ätzverfahren handelt.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um ein physikalisches Ätzverfahren mit Ionen
handelt.
10. Vorrichtung zum Herstellen von Feinstrukturen,
gekennzeichnet durch
- - eine Vakuumkammer (1);
- - eine Einrichtung zum Einführen eines reaktionsfähigen Gases in die Vakuumkammer (1);
- - eine innerhalb der Vakuumkammer (1) angeordnete Halte rung (4A), die als Elektrode und für die Aufnahme einer Probe dient und mindestens zum Teil (9) aus einem ma gnetischen Werkstoff besteht;
- - eine der Halterung (4A) mit der aufgelegten Probe ge genüberliegend angeordnete Gegenelektrode (6);
- - eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (10), die die Hal terung (4A) magnetisch schweben läßt, um zwischen ihr und der Gegenelektrode (6) einen vorherbestimmten Ab stand zu schaffen; und
- - eine Evakuiereinrichtung zum Evakuieren des Inneren der Vakuumkammer (1).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe ein Halbleitersubstrat (2) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe ein Magnetband ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe eine Magnetplatte ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe eine optische Scheibe ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe eine geformte, metallene Substanz ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe ein Maschinenbauteil ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe ein Substrat und eine Schicht aufweist, in
dem eine Feinstruktur gebildet werden soll.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus einer
Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Siliziumoxidschicht,
Siliziumnitridschicht und Siliziumoxynitridschicht be
steht.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht eine poly
kristalline oder monokristalline Siliziumschicht auf
weist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus Wolf
ram, Tantal, Molybdän, Zirkon, Titan, Hafnium, Chrom,
Platin, Eisen, Zink, Zinn, einem Silizid eines dieser
Stoffe, einem Nitrid eines dieser Stoffe oder einem Kar
bid eines dieser Stoffe besteht.
21. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus Alumi
nium, Kupfer, Gold, Silber oder einer hauptsächlich aus
einem dieser Metalle zusammengesetzten Legierung besteht.
22. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus einem
organischen Polymerisat, beispielsweise Novolakharz oder
Polyimid besteht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus einem
ferroelektrischen Stoff, wie PZT (Blei, Zink, Zinn) be
steht.
24. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus einem
Supraleiter, einschließlich eines Oxidsupraleiters be
steht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Feinstruktur zu versehende Schicht aus einem
ferromagnetischen Stoff besteht.
26. Vorrichtung zum Herstellen von Feinstrukturen,
gekennzeichnet durch
- - eine Vakuumkammer (1);
- - eine Einrichtung für das Einführen eines reaktionsfähi gen Gases in die Vakuumkammer (1);
- - eine innerhalb der Vakuumkammer (1) angeordnete Halte rung (4), die als eine Elektrode und zum Auflegen einer Probe dient;
- - eine der Halterung gegenüberliegend angeordnete Gegen elektrode (6A), die mindestens teilweise aus einem ma gnetischen Werkstoff besteht;
- - eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung, die die Ge genelektrode (6A) magnetisch schweben läßt, um einen vorherbestimmten Spalt zwischen der Halterung (4) und der Gegenelektrode (6A) zu schaffen; und
- - eine Evakuiereinrichtung zum Evakuieren des Inneren der Vakuumkammer (1).
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