Um höchste Genauigkeiten bei der Ätzung von MEMS Strukturen zu erreichen ist hohe Stabilität und bei Verwendung von zwei Generatoren mit unterschiedlichen Frequenzen die Frequenzanalyse der verschiedenen Leistungsanteilen der Generatoren in der Leistungs-Anpaßbox (AMU) zwingend erforderlich. Das bedingt die Verwendung von einer AMU mit speziellen Algorithmen für die Anpaßregelung (heterodyne frequency conversion Verfahren).

Hauptmerkmale der Ausrüstung (muss vorhanden sein):

Die folgenden Anforderungen basieren großteils auf Erfahrungen mit der jetzt vorhandenen RIE Plasmaätzanlage über 30 Jahre.

• Substrat - Elektrode und Gegenelektrode

Zur Qualitätssicherung und Wiederholbarkeit der Prozessergebnisse wird eine Substrat-Elektrode aus Aluminium mit integrierter Wasserkühlung gefordert. Es sind keine Wasser zu Vakuum-Dichtungen erlaubt um etwaige Verunreinigungen durch eindringendes Wasser zu vermeiden. Die RIE-Elektrode soll eine 13 MHz Versorgung sowie einen Thermostat zur Kühlung / Temperierung haben. Für die notwendige Stabilität der Prozesse ist weiters ein Heater/ chiller mit einem Mindesttemperaturbereich von -30 - + 80°C incl. PC Integration erforderlich. Ein Elektrodendurchmesser von mind. 240 mm mit Dunkelraumabschirmung aus Aluminium (geerdet) ist für die Homogenität der Prozesse über den Waferdurchmesser von 100 mm notwendig. Die Nachrüstung mit einer Graphit cover plate für die Elektrode Ausfräsungen für definierte Substratgrößen muß möglich sein um etwaige Verunreinigungen durch Rücksputtern eliminieren zu können. Ein 13.56 MHz Generator mit automatischer HF-Abstimmung soll direkt an die Substratelektrode gekoppelt (keine Kabel) sein damit hohe Plasmaleistungen angewendet werden können.

Für die feinen MEMS-Strukturen ist eine Wide range AMU (< 2 % reflektierte Leistung) mit eigenem Datalogging und Datalog files notwendig. Die Maximale Leistung soll 600 Watt betragen. Anzeige des RF-Bias ('Self Bias') mit Power/ Bias Steuerung muss möglich sein. Die Verwendung eines zweiten Generator (LowFrequency) als Option um Aufladungseffekte beim Ätzstop auf Dielektrischen Schichten zu kompensieren bedingt die Verwendung des heterodyne frequency conversion Verfahrens (siehe Patent weiter unten) in der AMU um den hohen Anforderungen zur Herstellung von MEMS Strukturen am ISAS gerecht zu werden.

• PC Steuerung

Schnelles Datenlogging ≤ 250 ms sowie die Definition von kurzen Prozess Schritte hinunter zum ≤ 10 ms muss möglich sein um die um die feinen Strukturen der MEMS Bauelemente zu realisieren und die Wiederholbarkeit der Prozesse zu garantieren. Dafür ist auch SEMI 95 compliant gefordert. Datalogging mit einer Liste sämtlicher Ein- und Ausgangssignale ist nötig und es sollen verschiedene Kombinationen beliebig zusammengestellt und abgespeichert werden können. Die Daten sollen mit der Software direkt dargestellt oder in EXCEL exportiert werden können. Anzeige der Ist- und der Sollwerte und die manuelle Steuerung über den Computer sollen möglich sein. Zur Qualitätssicherung soll ein automatische Lecktest, eine MFC Kalibrierungsfunktion und Automatische Autozeroing Funktion für das Kapazitätsmanometer möglich sein.

• Vakuummessung

Um den verwendeten Druckbereich darstellen zu können ist zur Druckmessung ein Kapazitätsmanometer und eine temperaturkompensierte Penning Röhre für die Genauigkeit gefordert.

• Gasversorgung

Um die bisher verwendeten Plasmaprozesse weiterverwenden zu können, werden fünf MFC kontrollierte VCR Gaslinien im Gerät, CHF3, CF4, SF6, O2, Ar benötigt die für jede Leitung neben dem MFC ein elektropneumatisches Ventil sowie einen Eingangs-Partikelfilter haben.

• Pumpsystem

Turbomolekularpumpe mit Magnetlager, Trockenpumpe inkl. Steuerung zur automatischen Druckkontrolle und Absperrventil. Zusätzlich wird zur Schonung der empfindlichen MEMS Strukturen eine automatische Bypasslinie (Ultra Soft Pumping) zum Abpumpen von Atmosphärendruck durch eine ¼" Edelstahlleitung benötigt.

Vom Institut für Sensor- und Aktorsysteme wurde eine Recherche der verfügbare Anbieter von Silizium-Plasma-Tiefätzgeräten in der Europäischen Gemeinschaft durchgeführt. Die Recherche wurde sowohl mit im Internet verfügbaren Informationen als auch durch Gespräche mit der Marktlage vertrauten Personen durchgeführt. Generell kann gesagt werden, daß die Marktsituation von solch speziellen Geräten sehr transparent ist (es gibt nur sehr wenig Anbieter). Ein Wettbewerb unter etwaigen Vertriebspartnern kann ausgeschlossen werden, die Anlagen werden ausschließlich von den Firmen selbst vertrieben.

Folgende Anbieter von RIE Parallelplattenätzer konnten gefunden werden: Relyon Plasma GmbH, Oxford Instruments GmbH, SENTECH Instruments GmbH

Nur das Gerät/die Anlage von Oxford Instruments GmbH erfüllt die oben angeführten Anforderungen/Musskriterien. Darüber hinaus ist die extrem schnelle HF-Anpassung mittels heterodyne frequency conversion Verfahren in der AMU von der Oxford Instruments GmbH patentiert (EP 2 377 243 B1).