NL8701867A

NL8701867A - Werkwijze voor het behandelen, in het bijzonder droog etsen van een substraat en etsinrichting.

Info

Publication number: NL8701867A
Application number: NL8701867A
Authority: NL
Original assignee: Cobrain Nv
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1989-03-01
Also published as: EP0325647A1; WO1989001701A1; DE3886725D1; JPH02500150A; DE3886725T2; EP0325647B1; US5298466A

Description

Λ i

Η AL/CP/2 IMEC

-1-

Werkwijze voor het behandelen, in het bijzonder droog etsen van een substraat en etsinrichting.

De uitvinding betreft een werkwij ze volgens de aanhef van conclusie 1.

Het behandelen kan het bekleden van lenzen, het doen neerslaan van lagen op glas-, halfgeleider- of keramlek-5 substraten, en (laser geassisteerd) etsen omvatten).

Een doel van de onderhavige uitvinding is bovengenoemde, algemeen bekende werkwijzen te verbeteren en te vereenvoudigen.

Dit doel bereikt door de werkwij ze gekenmerkt 10 volgens conclusie 1.

Bij voorkeur wordt de werkwijze volgens conclusie 2 toegepast/ waarbij de werkwijze uit de aanhef daarvan bijvoorbeeld bekend uit EP-0 184 567, waarin ter verkrijging van lijnen van submicronafmetingen op halfgeleidersubstraten 15 polymeerresist wordt aangebracht, waarna met behulp van droogetstechnieken deze resist wordt verwijderd.

In toenemende mate is behoefte aan. het nauwkeurig anisotroop (en isotroop) etsen van lijnstructuren met submicronafmetingen op halfgeleidersubstraten, zodat niet zoals 20 bij eveneens voor deze submicronafmetingen geschikte elektronenbundel- of ionenbundeltechnieken het geval is, de bestaande fotografische en fotolithografische apparatuur, waarvan de kosten in de miljoenen guldens lopen, voor dergelijke submicronstructuren niet meer bruikbaar is.

25 Een doel van de onderhavige uitvinding is het ver schaffen van een werkwijze voor nauwkeurige etsing van halfgeleidersubstraten in het submicrongebied.

Dit doel wordt bereikt door de werkwijze zoals gekenmerkt in conclusie 1.

30 Tot nog toe werden plasma's in hoofdzaak slechts plasma's opgewekt konden worden bij radiofrequenties en wel 8701867 f.

* -2- in het bijzonder bij een frequentie van 13,56 MHz (zie bijv. Glow Discharge Processes by Brian Chapman gepubliceerd in 1980 door John Wiley & Sons). Het blijkt echter, vanwege nog niet geheel begrepen redenen, dat een voor etsen geschikt 5 plasma ontstaat bij frequenties lager dan 50 kHz, in het bijzonder blijkt dat de snelheid van het etsen verhoogd kan worden. Ook niet geheel begrepen is waarom de golfvorm (conclusie 3) op de etscapaciteit van het plasma invloed uitoefend; uit talrijke experimenten is echter gebleken dat frequentie 10 en golfvorm en andere procesparameters, zoals druk en aan de elektrodes toegevoerd vermogen, samen de snelheid en mate van anisotropie van het etsen bepalen. Bij toevoer van de relatief grote vermogens aan het plasma gedurende een korte tijd - gepulst etsen - voorkomt dat inbranding op het substraat 15 bij dergelijke vermogens plaatsvindt.

Technisch hulpmiddelen voor het opwekken van dergelijke frequenties zijn zeer eenvoudig; dure en technisch ingewikkelde aanpassingsnetwerken voor het overbrengen van vermogen (ordegrootte 100 Watt) kunnen achterwege blijven. Het ont-20 staan van stabiele plasma's bij dergelijke frequenties is verrassend te noemen.

Bij etsing in het submicrongebied zijn vereisten aan zuiverheid van de atmosfeer waarin de substraten zich bevinden, uiterst stringent; zoveel als mogelijk moeten de 25 wafels (wavers) in een klasse 1 omgeving, dat wil zeggen één stofdeeltje per ft3, plaatsvinden.

De uitvinding verschaft voorts heen werkwijze en inrichting voor het onder produktie-omstandigheden mogelijk maken van het droog etsen van halfgeleidersubstraten, met 30 bijv. een produktiesnelheid van 50 wafels per uur, ofwel een etssnelheid van meer dan lper minuut. Deze werkwijze wordt gekenmerkt volgens conclusie 1.

Volgens de bekende stand van de techniek (zie bijv. Micro Lithography van David Elliot (McGraw Hill 1986)) 35 was het noodzakelijk elke wafel afzonderlijk door een sluis te laten passeren en vervolgens na reiniging op de elektrode te brengen. Ook was het bekend kleine halfgeleidersubstraten 6701867 * " 5 -3- (diameter 2 inch) gelijktijdig op de elektrode te behandelen; met de huidige wafelgrootten (100, 150 en 200 mm in diameter) is dit niet meer mogelijk, zonder dat een uiterst omvangrijke en kostbare etsinrichting ontstaat.

5 Bij een recherche naar de stand van de techniek werd de volgende literatuur gevonden: EP-B-64.163, EP-A-104.331, EP-A-139.835, EP-A-140.294, EP-A-205.476, EP-A2-210.858 en EP-A-184.567.

De uitvinding verschaft volgens conclusie 5 en op-10 volgende conclusies verder een compacte (orde grootte bijv.

2m x 2m x 2m) en gemakkelijk te onderhouden etsinrichting, waarvan de voordelen onder andere de volgende zijn: - de wafels of plakken kunnen per cassette in de etsinrichting gebracht worden, hetgeen de produktiesnelheid 15 van wafels verhoogt; - de etsinrichting kan met één pompgroep - turbo-pomp plus backing pomp - voor het onder een relatief vacuüm van de etsinrichting van 10“5 brengen, volstaan; - doorvoeren voor aansluitingen door de wand van de 20 etsinrichting heen volgens de uitvinding bevatten slechts elektrische leidingen of leidingen voor gas (zoals 02, N2 of perslucht), zodat stofdeeltjesproduktie door in die openingen bewegende delen en lek wordt vermeden.

- de etsinrichting is zoveel mogelijk modulair op-25 gebouwd, onder gebruikmaking van zoveel mogelijk onderdelen die standaard verkrijgbaar zijn, vooral op het gebied van elektronica en computerbesturing; dit zal de kosten van onderhoud en stilstandstijd van de inrichting met 50% doen verminderen; 30 - het etsen van de wafels vindt geheel automatisch plaats en besturing daarvan is een computerprogramma vastgelegd; menselijke individuen behoeven niet in de nabijheid van het systeem te komen, zodat zo min mogelijk produktie van stofdeeltjes in de nabijheid van de wafels plaatsvindt; 35 - de etsinrichting volgens de onderhavige uitvin ding is gemakkelijk te integreren in een bestaand produktie-systeem, daar besturing daarvan vanuit een hoofdcomputer (host computer) kan plaatsvinden; 8701867 f, -4- - ook bediening vanuit een centraal bedieningssta-tion voor bijv. drie etsinrichtingen volgens de uitvinding is eenvoudig uitvoerbaar.

Verdere kenmerken, details en voordelen van de 5 onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van een tekening, waarin tonen: fig. 1 een langsdoorsnede over een etsinrichting volgens de uitvinding; fig. 2 een bovenaanzicht van een doorsnede over 10 lijn II-II uit fig. 1; fig. 3 een schematisch bovenaanzicht van een opstelling voor gemeenschappelijke bediening van drie etsinrichtingen uit fig. 1; en fig. 4 een blokschema van de besturing van één van 15 de etsinrichtingen uit fig. 3.

Een uitvoeringsvoorbeeld 1 van de etsinrichting volgens de uitvinding (fig. 1, 2) waarin de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt toegepast, omvat een volgens een pijl S schuifbare schuifdeur of sluis 2, waarin schema-20 tisch met 3 aangeduide standaardcassettes voorzien van wafels 4 volgens pijl I worden ingevoerd en volgens pijl O worden uitgevoerd, waarna ze door een vernauwd uitgevoerd gangdeel 5 van de etsinrichting via transportband 6 tot aan een robotarm, schematisch aangegeven met 7, worden getransporteerd. De 25 sluis 2 is bij voorkeur voorzien van flenzen voor koppeling met zogeheten Smiths boxes, waarin een veelvoud van standaardcassettes zijn opgenomen, die na spoeling met stikstof via transportmiddelen in het gangdeel 5 gebracht kunnen worden. Bij 8 is het gangdeel 5 losmaakbaar met een kamerdeel 30 9 verbonden, zodat bij eventuele storingen in één van beide delen 5 of 9, dit betreffende deel vervangen kan worden; bij voorkeur zijn de delen 5 en 9 op (niet getoonde) rail geplaatst, zodat deze gemakkelijk verwijderbaar zijn en daardoor beter toegankelijk worden. Reparatie kan bijv. ook op de 35 fabriek plaatsvinden, waarbij dan slechts een nieuwe module met de nog goed werkende module wordt gekoppeld. Het vernauwde gangdeel is voorts voorzien van een losmaakbare aansluiting 10 voor aansluiting op een pompgroep 11 die zowel het 8701867 -5- f deel 5 als het deel 9 op onderdruk houdt. Het kamerdeel is voorzien van een losmaakbaar deksel 20.

Transportband 6 en robotarm 7 kunnen vervangen worden door bijv. pick- and place-robot, bijv. de Vacutran van 5 Brooks Automation, vervangen worden, waarbij dan het gangdeel 5 zonder vernauwing of korter worden uitgevoerd.

De robotarm 7 is zodanig bestuurbaar, dat deze wafels of plakken (wafers) 4 (doorsnede bijv. 100, 150, 200 mm) vanaf de transportbanden 6 naar een geaarde elektrode 12 10 kan transporteren volgens een pijl T; de arm 7 is bijv.

roteerbaar volgens pijl R. Bij transport van een plak 4 naar elektrode 12 passeert deze een ringleiding 13, van waaruit, zoals schematisch met gebroken lijnen 15 is aangegeven, continu of bij passage van een plak 4 vanuit op onderlinge af-15 standen aangebrachte openingen een douche van stikstof (N2) wordt gesproeid, ten einde een plak of wafel 4 te reiningen van eventueel nog aanwezige onzuiverheden; de stikstof wordt door pomp 11 afgevoerd.

Boven de geaarde elektrode 12 is een elektrode 31 20 opgesteld, waaraan door een generator 32 een door modulatie-inrichting 33 al dan niet gemoduleerde wisselspanning van bijv. 15 kHz wordt aangelegd. Voor het opwekken van het plasma wordt tussen elektrodes 12 en 31 zuurstofgas (O2) of een mengsel van zuurstof en fluor (O2 en P2) geleid, afhanke-25 lijk van de te etsen lagen op een halfgeleidersubstraat, zoals een polymeerlaag, bijv.polyimide. Door modulatie met behulp van de modulatie-inrichting 33 kan de mate van anisotro-pie van het etsen beïnvloed worden; door het inbrengen van hogere of lagere frequenties dan bijv. de frequentie van 15 30 kHz worden de eigenschappen van het plasma beïnvloed.

Ook instelling van druk en aan de elektrodes toegevoerd vermogen, alsmede de gebruikte gassen hebben invloed op het etsen of doen neerslaan van lagen op een substraat. De uitvinding is niet beperkt tot bovenbeschreven uitvoerings-35 vorm, waarin bijv. een druk van 100 mTorr tussen de elektrodes wordt onderhouden en waarbij de onderste elektrode geaard is; bij andere uitvoeringsvormen kan de bovenste elektrode geaard zijn, of zelfs de wand van de kamer geaard zijn, ter- 8701867 ) -6- wijl ook druk en aangelegd vermogen geheel andere waarden krijgen.

Over de elektrodes 12 en 31 heen is een koepel 34 te brengen door middel van bijv. een pneumatische cilinder 5 35. Koepel 34 wordt omhoog bewogen indien een plak naar de elektrode 12 toe of daarvandaan getransporteerd moet worden door de robotarm 7 en wordt omlaag bewogen indien een plasma tussen de elektrodes 12 en 31 wordt opgewekt.

In fig. 3 is te zien dat op eenvoudige wijze drie 10 etsinrichtingen 1, 1' en 1" in een produktiesysteem geïntegreerd kunnen worden, waarbij zoals schematisch met 40 is aangegeven in de ruimte 41 een robotarm staat opgesteld voor het in de etsinrichting 1, 1', 1'' brengen van cassettes met wafels en daaruit na etsing verder transporteren. Ruimte 41 15 is bijv. een klasse 10 ruimte, terwijl ruimte 42 een klasse 1000 ruimte is en een randapparaat of terminal 43 voor bediening op afstand van de etsinrichting 1, 1' en 1'', alsmede van de besturingsrobot 40 in een ruimte 44 met klasse 10.1000 kan zijn opgesteld, zodat geen menselijke individuen, die 20 stof produceren, in de nabijheid van de etsinrichting behoeven te komen.

Voor de afstandsbesturing met behulp van de terminal 43 (fig. 4) is gekozen voor een standaard hardware structuur, die bestaat uit een standaard CPU 44, bijv. van de 25 68.000 familie, een standaard ingangs/uitgangs-kanaal 45 waarop behalve de terminal 43 ook A/D-omzetters 46, alsmede D/A-omzetters 47 zijn aangesloten, die hetzij de etsinrichting uit fig. 1 sturen, hetzij metingen doen aan de etsinrichting en hieruit verkregen informatie aan CPU 44 doorge-30 ven. Ook de geheugenstructuur bestaat uit standaard hardware, bijv. een massageheugen 48 via een standaard bus, zoals een VME bus 49 met de CPU 44 gekoppelt. De geschetste structuur is op eenvoudige wijze op een moedercomputer of hostcomputer 50 aansluitbaar, waarop bijv. de voor besturing vereiste pro-35 grammatuur ontwikkeld kan worden.

Door de gekozen hardware structuur kan gebruik worden gemaakt van standaard verkrijgbare A/D- en D/A-omzetters, 8701867 -7- 9 alsmede van bestaand ontwikkelgereedschap voor het ontwikkelen van prograiranatuur; tot nog toe was het gebruikelijk dat ter wereld slechts enkele specialisten in staat waren aan besturingen voor etsinrichtingen onderhoud te plegen. Het moge 5 duidelijk zijn dat met de hier geschetste opzet onderhoud door de gebruiker zelf kan worden uitgevoerd.

8701867

Claims

9 H AL/CP/2 IMEC -8-
1. Werkwij ze voor het met behulp van een plasma behandelen van een substraat, waarbij tussen tenminste twee elektrodes een wisselspanning wordt opgewekt, waarbij tussen de twee elektrodes een etsend gas wordt gebracht, dat door de 5 aangelegde wisselspanning in plasmatoestand wordt gebracht en waarbij het substraat in de nabijheid van een elektrode wordt opgesteld, met het kenmerk dat een wisselspanning met een frequentie kleiner dan 50 kHz wordt opgewekt.
2. Werkwijze voor het met behulp van een plasma 10 droog etsen van een substraat, waarbij tussen tenminste twee elektrodes een wisselspanning wordt opgewekt, waarbij tussen de twee elektrodes een etsend gas wordt gebracht, dat door de aangelegde wisselspanning in plasmatoestand wordt gebracht en waarbij het substraat in de nabijheid van een elektrode wordt 15 opgesteld, met het kenmerk dat een wisselspanning met een frequentie kleiner dan 50 kHz wordt opgewekt.
3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de frequentie in het audiogebied (±200 Hz - ±25 kHz) ligt.
4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat de wisselspanning zodanig wordt gemoduleerd, dat frequentie en modulatiefrequentie en modulatiediepte de mate van anisotropie van het etsen bepalen.
5. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het 25 kenmerk dat voorafgaand aan het in de nabijheid van de elektrode opstellen het substraat van een laag polymeerlaag is voorzien en dat het etsende gas zuurstof (O2) omvat.
6. Werkwijze voor het met behulp van een plasma droog etsen van een substraat, waarbij tussen tenminste twee 30 elektrodes een wisselspanning wordt opgewekt, waarbij tussen de elektrodes een door de wisselspanning het plasma vormend gas wordt gebracht en waarbij het substraat in de nabijheid van een elektrode wordt opgesteld, met het kenmerk dat substraten stuk voor stuk vanuit een voorraadhouder op een 35 elektrode worden gebracht, waarbij de voorraadhouder zich in dezelfde vacuümruimte bevindt als de elektrodes. 8701867 41 % -9- 7. inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 6, gekenmerkt door een koepelelement, dat vanuit een de elektrodes afsluitende stand tot in de elektrodes toegankelijke stand beweegbaar is en vice versa.
8. Inrichting volgens conclusie 7, gekenmerkt door een eerste module omvattende de koepel en de elektrodes, een losmaakbaar met de eerste module verbindbare deksel en een tweede module voor het opnemen van de wafelcassette, voorzien van een schuifbare toegangsdeur voor de wafelcassette en een 10 zich in de richting van de eerste module uitstrekkende vernauwde gang.
9. Inrichting volgens conclusie 8, gekenmerkt door een op een pomp aan te sluiten centrale vacuümzuigleiding in de vernauwde gang.
10. Inrichting volgens conclusie 9, gekenmerkt door een transportband in de vernauwde gang voor transport naar een robotarm, die op zijn beurt de wafel van de transportband naar de elektrode transporteert.
11. Inrichting volgens conclusie 10, gekenmerkt door 20 een rond de verplaatsingsbaan van de robotarm aangebrachte ringleiding voor het verschaffen van een stikstofdouche in de richting van de vacuümzuigleiding.
12. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de inrichting uit 25 modules is opgebouwd.
13. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de besturing van de inrichting uitgevoerd is in een standaard hardware- en software structuur. ********** 8701867