DE4029912A1 - Verfahren zur bildung mindestens eines grabens in einer substratschicht - Google Patents
Verfahren zur bildung mindestens eines grabens in einer substratschichtInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung
eines Grabens in einer Substratschicht mittels des Jonen-
Ätzverfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist in J. Electrochem. Soc.,
Solid-State Science and Technology 1983, Seiten 655 bis
659 beschrieben. Gräben müssen beispielsweise bei der
Herstellung von integrierten Schaltkreisen oder für
digitale optische Gitter vorgesehen werden. Die beim Ätz
vorgang erreichte Tiefe muß überwacht und gemessen werden.
Besonders geeignet ist dazu ein in Fig. 3 der oben genann
ten Druckschrift dargestelltes Laser-Interferometer.
Insbesondere bei der Herstellung der Gräben von hochwer
tigen digitalen optischen Phasengittern (vgl. J. Appl.
Phys. 50 (6) 1979, Seiten 3841 bis 3848) muß die Solltiefe
der Gräben mit einer Genauigkeit von etwa
±0,25% geätzt werden.
Bisher wurde auf eine homogene SiO2-Substratschicht eine
Ätzmaske auf fotolithografischem Wege aufgebracht, welche
die Substratschicht an den Stellen der einzuätzenden
Gräben nicht bedeckt. Danach wurden unter Verwendung eines
Ätzgases (beispielsweise CHF3) die Gräben eingeätzt,
wobei die erreichte Gesamttiefe der Gräben von der Ober
fläche der Maskenschicht bis zur Bodenfläche der Gräben
mittels eines Laser-Interferometers überwacht wurde. Man
konnte dabei nicht direkt die eigentlich maßgebliche Soll
tiefe der in die Substratschicht eingebrachten Gräben
ermitteln, sondern einen um die Restdicke der
Maskenschicht erhöhten Wert. Wenn die Ätzrate des
Substratmaterials und die normalerweise erheblich
niedrigere Ätzrate des Maskenmatetials bekannt sind, kann
man die Ätztiefe in der Substratschicht aus der
Gesamttiefe des entstehenden Grabens errechnen. Leider
ergibt sich dabei eine Meßungenauigkeit von mehr als etwa
5%, weil das Ätzratenverhältnis der Materialien der Maske
und der Substratschicht, u. a. auch durch
Verfahrensparameter bedingt, unterschiedlich sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs
genannte Verfahren derart zu gestalten, daß die Solltiefe
eines Grabens mit größerer Genauigkeit ätzbar ist.
Die Lösung gelingt dadurch, daß eine Substratschicht
verwendet wird, welche aus einer Oberschicht mit einer
Ätzrate S1 und einer Unterschicht mit einer abweichenden
Ätzrate S2 besteht, daß zunächst Gräben mit von der
Solltiefe abweichender Anfangstiefe hergestellt werden und
daß danach ohne Verwendung einer Maske der Ätzvorgang bis
zum Erreichen der Solltiefe des Grabens durchgeführt wird.
Wenn die Ätzrate der Oberschicht größer als die der
Unterschicht ist, muß die Anfangsgrabentiefe größer als
die Solltiefe sein und umgekehrt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also insbesondere
mittels eines besonders geeigneten Laser-Interferometers
unmittelbar die in die Substratschicht eingeätzte
Grabentiefe mit hoher Genauigkeit meßbar.
Man kann die Oberschicht in Form von Grabenwandungen
bildenden Streifen aufsputtern. Sauberer verlaufende
Grabenwandungen erhält man jedoch dadurch, daß die
Oberschicht ganzflächig auf die Unterschicht aufgesputtert
wird, daß nach Aufbringung einer die Grabenflächen
freilassenden Maske die Anfangstiefe der Gräben eingeätzt,
daß anschließend die Maske entfernt und der Ätzvorgang bis
zum Erreichen der Solltiefe des Grabens fortgesetzt wird.
Insbesondere zur Herstellung von digitalen optischen
Phasengittern wird bevorzugt, daß die Unterschicht aus
einem durch einen Schmelzvorgang hergestellten
SiO2-Festkörper und die Oberschicht aus aufgesputterten
SiO2 besteht. Es hat sich gezeigt, daß die nach
unterschiedlichen Verfahren hergestellten SiO2-Schichten
zwar wesentlich (ca. 5%) unterschiedliche Ätzraten aber
gleiche Brechungsindizes aufweisen, so daß das
zweischichtige Substratmaterial optisch einheitlich wirkt.
Die Erfindung wird anhand der Beschreibung eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Ausübung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt eine für die Erfindung geeignete
Substratschicht.
Fig. 3 zeigt die Substratschichten nach Fig. 2 mit
aufgebrachter Ätzmaske.
Fig. 4 zeigt die Anordnung nach Fig. 3 nach dem Einätzen
der Gräben bis zu einer Anfangstiefe.
In Fig. 1 befindet sich ein digitales optisches
Phasengitter 1 mit Gräben 2 in einer Jonenätzeinrichtung
3 o, wobei die Grabentiefe mittels eines oberhalb der
Jonenätzeinrichtung 3 angedeuteten Laser-Interferometers
meßbar ist. Derartige Einrichtungen sind bekannt und z. B.
in der eingangs zitierten Druckschrift J. Appl. Phys.
beschrieben.
Der vom Laser 4 gesendete Lichtstrahl 8 gelangt vom
Strahlteiler 5 durch das Vakuum-Fenster 6 auf die
Oberfläche des zu erstellenden Phasengitters 1. Von den
Bodenflächen der Gräben 2 und den Oberflächen der
Erhebungen reflektierte und einen Phasenunterschied
aufweisende Strahlungen gelangen durch den Strahlteiler 5
als überlagerter Strahl 9 auf den Photodetektor 10, dessen
Ausgangssignal periodisch in Abhängigkeit der Ätztiefe der
Gräben 2 schwankt. Dabei entspricht eine Periode einer
Änderung der Ätztiefe um λ/2, wenn λ die Wellenlänge des
Laserlichts ist.
Mittels des Rekorders 11 wird das Ausgangssignal des
Photodetektors 10 zeitabhängig aufgenommen. Derart kann
die Gesamttiefe der Gräben 2 gemessen werden. Wenn die
Höhe der Erhebung 7 jedoch auch Schichtdicken einer später
zu entfernenden Maske umfaßt, kann die maßgebliche
Ätztiefe in der Substratschicht des digitalen optischen
Gitters 1 nur indirekt aus dem nur ungenau bekannten
Ätzratenverhältnis der Materialien der Maske und des
Substrats ermittelt werden.
Erfindungsgemäß besteht die Substratschicht gemäß Fig. 2
aus einer etwa 1 mm dicken Festkörper-Unterschicht 12
(Basis-Substrat) aus SiO2, auf welche eine etwa 1,5 um
dicke SiO2 Oberschicht 13 aufgesputtert wurde. Für die
Unterschicht und die Oberschicht 13 könnten auch andere
transparente Stoffe wie z. B. Al2O3 verwendet werden.
Diese Schichten könnten auch aus unterschiedlichen Stoffen
bestehen. Wesentlich ist jedoch, daß die Ätzraten der für
die beiden Schichten verwendeten Materialien
unterschiedlich sind. Die Ätzrate des
SiO2-Basissubstrats betrug S2=31,7 mm/min, die der
gesputterten SiO2-Oberschicht dagegen S1=33,2 mm/min,
jeweils bei gleichem vorbestimmten Druck gemessen.
Gemäß Fig. 3 wurden auf die in Fig. 2 dargestellte
Substratschicht aus Photolack (Ätzrate 16,0 mm/min)
bestehende Maskenstreifen (14) aufgebracht. Danach wurden
mittels einer Einrichtung nach Fig. 1 zwischen den
Maskenstreifen 14 Gräben 2 eingeätzt mit einer solchen
Tiefe, daß die Einätztiefe in die Substratschicht nach
Fig. 2 größer als die benötigte Solltiefe ist. Danach
wurden die Reste der Maskenstreifen 14 entfernt, so daß
ein Gebilde nach Fig. 4 entstand.
Die Kanäle 15 durchsetzen die Oberschicht 13 und dringen
geringfügig in die Unterschicht 12 ein. Die erreichte
Tiefe des Kanals 15 wurde optisch auf bekannte Weise mit
einer Genauigkeit von etwa 1 nm ermittelt. Die gegenüber
der benötigten Solltiefe größere Tiefe der Kanäle 15 wurde
durch einen weiteren Ätzvorgang mittels der Einrichtung
nach Fig. 1 bis zum Erreichen der Solltiefe verringert, da
die Ätzraten der Bodenflächen 16 kleiner als die der
Oberflächen 17 der Stege 18 sind.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bildung mindestens eines Grabens (2, 15)
in einer Substratschicht mittels des Jonen-Ätzverfahren,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Substratschicht verwendet
wird, welche aus einer Oberschicht (13) mit einer Ätzrate
S1 und einer Unterschicht (12) mit einer abweichenden
Ätzrate S2 besteht, daß zunächst Gräben (15) mit von der
Solltiefe abweichender Anfangstiefe hergestellt werden und
daß danach ohne Verwendung einer Maske der Ätzvorgang bis
zum Erreichen der Solltiefe des Grabens (15) durchgeführt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die beim Ätzvorgang erreichte
Tiefe des Grabens (15) mittels eines Laser-Interferometers
gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (13) durch
Kathodenzerstäubung (sputtern) auf die Unterschicht (12)
aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (13) in Form
von Grabenwandungen bildenden Streifen aufgesputtert
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht (13) ganz
flächig auf die Unterschicht (12) aufgesputtert wird, daß
nach Aufbringung einer die Grabenflächen freilassenden
Maske (14) die Anfangstiefe der Gräben (15) eingeätzt, daß
anschließend die Maske (14) entfernt und der Ätzvorgang
bis zum Erreichen der Solltiefe des Grabens (15) fort
gesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzrate der Oberschicht
(13) größer als die der Unterschicht (12) und die
Anfangstiefe größer als die Solltiefe ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht (12) aus
einem durch einen Schmelzvorgang hergestellten
SiO2-Festkörper und die Oberschicht (13) aus
aufgesputterten SiO2 besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines digitalen
optischen Phasengitters eine Vielzahl von zueinander
parallelen Gräben (2, 15) in die Substratschicht (Fig. 2)
eingebracht wird.
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