[发明专利]蚀刻装置和蚀刻方法

说明书

本发明实现一种蚀刻装置和一种蚀刻方法。所述蚀刻装置包括蚀刻腔(1；1a)和位于该蚀刻腔中的用于夹紧要蚀刻的衬底(S)的卡盘(C)、包围蚀刻腔(1；1a)的区域(1a)的等离子产生设备(C)和用于导入蚀刻气体的气体喷嘴分布设备(10)，该气体喷嘴分布设备这样布置在卡盘(C)上方，使得蚀刻气体气流(GS)基本垂直地对准要蚀刻的衬底(S)的表面(OF)。通过一种移动机构可以根据蚀刻模式改变在气体喷嘴分布设备(10)与卡盘(C)之间的距离。

技术领域

本发明涉及一种蚀刻装置和一种蚀刻方法。

尽管可以在任意的结构上使用，但是本发明和其所基于的问题参照硅中的微机械结构来阐述，在该微机械结构中去除牺牲层。

背景技术

硅基的微机械构件、例如传感器或微镜通常由一个或多个能导电的硅功能层组成。显示为MEMS(Micro-electromechanical System，微机电系统)的可运动部分的功能层区域直接位于牺牲层上。而不可运动的区域则没有牺牲层地直接接合在衬底上。通过适合的悬挂使可运动区域与固定区域相互连接。在加工过程结束时借助于适合的各向同性的蚀刻方法选择性地去除牺牲层，由此使构件能够发挥功能。在此，经常不能使用湿化学方法，因为在接下来干燥MEMS结构时产生非常邻近的功能元件的粘接。必需的是等离子支持的或者无等离子的各向同性的蚀刻方法，仅仅气体的析出物和产品参与该蚀刻方法。

不同形式的氧化硅是常用的牺牲层材料。由于由氧化硅与硅组合作为功能材料的极限层压力能够实现非常薄的牺牲层(通常在0.1-2μm范围内)。在这里例如借助于HF气相蚀刻可以实现选择性去除牺牲层。但是在此蚀刻率是受限的，由此限制了最大可使用的牺牲层体积。

已知的变型方案使用外延多晶硅作为牺牲材料。在此高的沉积率有助于构造大体积牺牲结构。已知各向同性的蚀刻方法，通过它们能够以非常高的蚀刻率去除牺牲结构。为此等离子支持的和无等离子的蚀刻方法都是适用的。在两种情况下可以以相对于常见的掩膜材料如氧化硅、氮化硅、铝或光漆更高的选择性来蚀刻多晶硅。

重点特别在于3D-MEMS结构，在这些3D-MEMS结构中功能结构和牺牲结构由相同的材料(例如由外延多晶硅)组成。在这里，功能结构通过适合的钝化材料(例如SiO₂)在所有表面上保护免受蚀刻作用。如果使用这种技术，则可以产生侧面和垂直远距离伸展的埋入的任意复杂度的牺牲结构。那么产生大的需求，即，在各向同性的蚀刻步骤中完全去除牺牲结构。

等离子支持的与无等离子的蚀刻方法是完全不同的。纯化学的无等离子蚀刻非常好地适用于去除埋入的牺牲材料。化合物如XeF₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BrF₃、BrF₅、IF₇自发地蚀刻硅，而常见的掩膜材料如SiO₂、SiN₄、SiON、富含硅的氮化物或者金属如铝只能非常缓慢地蚀刻(选择性直到1000)。在这里在非常窄的牺牲结构(＜1μm)中也可以实现高的下蚀刻宽度。在相对于掩膜中的进入开口距离大的情况下蚀刻率也几乎保持恒定。蚀刻率与进入开口的大小同样几乎没有相关性。但是蚀刻率经常通过所使用的化学物质的蒸发压力受到限制(对于XeF₂只约为3毫米汞柱)。如果过多牺牲材料外露，则蚀刻率剧烈下降。换言之，体积蚀刻率低(一般是11mm³/min)。如果要蚀刻具有大体积的牺牲结构和＞10％的大外露面积的MEMS构件，则必须考虑长的蚀刻时间。

具有氟化合物如F₂、SF₆、CF₄或NF₃的等离子支持的各向同性蚀刻同样适用于去除埋入的牺牲材料。在此通过等离子激活氟化合物，游离的氟自由基自发地蚀刻硅并且无需通过离子轰击的附加激活能量。