DE10200279A1

DE10200279A1 - Gasinjektor mit einem Keramikmaterialblock mit Gasinjektionslöchern, die sich durch diesen erstrecken, und ein den Gasinjektor enthaltendes Ätzgerät

Info

Publication number: DE10200279A1
Application number: DE10200279A
Authority: DE
Inventors: Doo Won Lee; Tae Ryong Kim; No Hyun Huh; Chang Won Choi; Byeung Wook Choi
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: GB2374454A; KR20020060509A; TW521346B; DE10200279B4; GB0200342D0; JP4105871B2; JP2002252204A; CN1207761C; KR100413145B1; US20020088545A1; CN1365138A; GB2374454B

Abstract

Ein Gasinjektor ist derart konstruiert, um den Bedingungen innerhalb eines Halbleiterherstellungsgerätes besser widerstehen zu können, wie beispielsweise einem Plasmaätzgerät. Der Gasinjektor enthält einen Körper in Form eines Keramikmaterialblocks und einen Gasinjektionsabschnitt, der durch erste und durch zweite Gasinjektionslöcher gebildet wird, die sich durch den Keramikmaterialblock hindurch erstrecken. Der Keramikmaterialblock besitzt einen ersten zylinderförmigen Abschnitt und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt, der sich von dem ersten zylinderförmigen Abschnitt aus erstreckt. Der erste zylinderförmige Abschnitt ist breiter oder weiter und länger als der zweite zylinderförmige Abschnitt. Die ersten Löcher des Gasinjektionsabschnitts erstrecken sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramikmaterialblocks hindurch, während sich die zweiten Löcher durch den zweiten zylinderförmigen Abschnitt hindurch erstrecken, und zwar dicht bei jedem der bzw. eines jeweils einen der ersten Löcher, und welche konzentrisch mit diesen sind. Die ersten Löcher sind ebenfalls weiter und länger als die zweiten Löcher. Der Gasinjektor ist an einem oberen Abschnitt eines Plasmaätzgeräts angeordnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasinjektor und ein Ätzgerät, welches diesen enthält. Spezieller betrifft die Erfindung einen Gasinjektor zum Injizieren eines Ätzgases in eine Prozeßkammer, um Filme zu ätzen, die auf einem Substrat ausgebildet sind, und ein Ätzgerät, welches solch einen Gasinjektor enthält.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Kürzlich hat die Halbleiterindustrie große Fortschritte gemacht, da die Verwen dung von Informationsmedien inklusive Computern zugenommen hat. In Verbindung mit der Funktion einer Halbleitervorrichtung muß diese mit einer hohen Geschwindig keit arbeiten und muß eine große Datenspeicherkapazität besitzen. Demzufolge haben sich Verbesserungen bei den Halbleiterherstellungstechniken um die Erhöhung des In tegrationsgrades herum konzentriert, ebenso hinsichtlich der Zuverlässigkeit und An sprechgeschwindigkeit von Halbleitervorrichtungen. In dieser Hinsicht bildet der Ätzvorgang eine der Haupttechniken zur Herstellung von feinen Mustern, die erforder lich sind, um eine hohe Integrationsdichte für eine Halbleitervorrichtung zu erzielen. Daher muß der Ätzprozeß in Einklang mit strikten Forderungen gebracht sein.

Um dies spezifischer auszudrücken, so wird der Ätzvorgang dazu verwendet, um Filme oder Schichten in Muster zu bringen, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Die gegenwärtigen Halbleitervorrichtungen können eine Auslegungsregel von we niger als 0,15 µm haben. Es wurden daher Ätztechniken entwickelt, um einen anisotro pen Ätzprozeß mit einer Ätzselektivität durchzuführen. Plasma wird hauptsächlich dazu verwendet, um die Ätzselektivität bei dem Ätzprozeß zu erreichen. Beispiele von Ätz vorrichtungen, die ein Plasma verwenden, sind in den US-Patenten Nrn. 6,013,943 und 6,004,87, ausgegeben für Cathey et al., und in dem US-Patent Nr. 5,902,132, ausgege ben an Mitsuhashi, offenbart.

Ein herkömmliches Plasmaätzgerät enthält eine Prozeßkammer, einen Gasinjektor und eine Vorspannstromversorgungsquelle. Eine derartige Plasmaätzvorrichtung wird durch die AMT-Gesellschaft unter der Modellbezeichnung e-MAX hergestellt. Das Plasmaätzgerät arbeitet in der folgenden Weise. Es wird ein Substrat in eine Prozeß kammer geladen. Es wird ein Gas in die Prozeßkammer über einen Gasinjektor injiziert, um eine Plasmaatmosphäre in der Prozeßkammer auszubilden. In der Plasmaatmosphäre werden Filme oder Schichten, die auf dem Substrat ausgebildet sind, geätzt. Die Vor spannstromversorgungsquelle induziert eine Vorspannung in dem Substrat. Demzufolge wird das Gas in dem Plasmazustand zu dem Substrat hin angezogen, während der Ätz prozeß durchgeführt wird.

Beispiele von herkömmlichen Gasinjektoren sind in den US-Patenten Nrn. 6,013,943 und 6,004,875, ausgegeben an Martin, und in dem US-Patent Nr. 6,013,15, ausgegeben an McMillin et al., offenbart. Ein herkömmlicher Gasinjektor wird nun in Einzelheiten unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Der Gasinjektor 10 ist aus Quarz hergestellt und umfaßt einen Gaseinlaßabschnitt A und einen Gasauslaßabschnitt B. Der Gaseinlaßabschnitt A besitzt eine hohle ring förmige Gestalt. Der Gasauslaßabschnitt B besitzt einen gerundeten Gasinjektionsab schnitt 100. Der Gaseinlaßabschnitt A enthält einen ringförmig gestalteten Abschnitt A' und einen zylinderförmigen Abschnitt A". Der zylinderförmige Abschnitt A" besitzt einen kleineren Durchmesser als der ringförmig gestaltete Abschnitt A'. Darüber hinaus liegt das Verhältnis der axialen Längen des Ringabschnitts A', des zylinderförmigen Abschnitts A" und des Gasauslaßabschnitts B bei ca. 0,6 : 1,5 : 1.

Der Gasauslaß B besitzt auch eine Vielzahl an Löchern 110, die sich durch den gerundeten Gasinjektionsabschnitt 100 hindurch erstrecken. Demzufolge verlaufen die longitudinalen Achsen der Löcher 100 des Gasinjektors 10 in vorbestimmten Winkeln in bezug auf die Horizontale. Die Löcher 110 des Gasinjektionsabschnitts 100 können auch verschiedene Gestalten haben. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 6,013,155 einen Gasinjektor, der konisch verlaufende bzw. sich verjüngende Gasinjek tionslöcher besitzt.

Ein Ätzprozeß, der durch die Ätzvorrichtung durchgeführt wird, die einen solchen Gasinjektor besitzt, wird nun unter Hinweis auf Fig. 3 beschrieben. Fig. 3 veranschau licht einen Ätzprozeß zur Ausbildung eines Gateabstandshalters einer Halbleitervor richtung. Der Gateabstandshalter 36 ist an beiden Seitenwänden einer Gateelektrode 32 ausgebildet, und zwar mit Hilfe eines Vollflächenätzprozesses, der als Blankett-Ätzvor gang bekannt ist.

Spezifischer gesagt, wird die Gateelektrode 32 zuerst auf dem Substrat 30 ausge bildet. Dann wird ein Ionenimplantationsprozeß durchgeführt, und zwar unter Verwen dung der Gateelektrode 32 als Maske, so daß eine Source-/Drainelektrode 34 benachbart der Gateelektrode 32 an der Oberfläche des Substrats 30 ausgebildet wird. Danach wird ein Oxidmaterial sequentiell auf das Substrat 30 und die Gateelektrode 32 aufgeschich tet. Dann wird der Vollflächenätzprozeß durchgeführt, und zwar unter Verwendung ei ner Ätzselektivität zwischen dem Substrat 30 und dem Oxidmaterial. Demzufolge wird der Gateabstandshalter 36 an beiden Seitenwänden der Gateelektrode 32 gebildet.

Jedoch haften häufig Teilchen an dem Substrat 30 an, während der Blankett-Ätz prozeß durchgeführt wird. Die Teilchen unterbrechen den Ätzprozeß und erzeugen eine Brücke, das heißt einen Herstellungsdefekt, bei dem die Gateabstandshalter 36 mitein ander verbunden sind.

Die Teilchen können hauptsächlich Si, O, C und F aufweisen. Unter diesen Mate rialien bilden Si, C und F Elemente von Polymeren, die dann erzeugt werden, wenn der Ätzprozeß durchgeführt wird. Zusätzlich werden Teilchen aus Si und O durch den Gasinjektor erzeugt. Das heißt, der Gasinjektor wird durch das Injektionsgas und die Vorspannenergie zerstört, die an das Substrat angelegt wird, wenn der Ätzprozeß durch geführt wird. Speziell kann eine Funkenbildung durch die Vorspannungsenergie an den inneren Wänden des Injektionsabschnitts auftreten, der die Gasinjektionslöcher festlegt. Die Funkenbildung zerstört den Gasinjektor, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß sich Si- und O-Teilchen von dem Gasinjektor trennen. Die Teilchen haften an dem Sub strat an, während der Ätzprozeß durchgeführt wird.

Zusätzlich wird der Ätzprozeß kontinuierlich und wiederholt durchgeführt, so daß die Zerstörung des Gasinjektors zunimmt. Die Zerstörung auf Grund der Funkenbildung ist innerhalb der Löcher des Gasinjektionsabschnitts schwerwiegender als an der Ober fläche desselben. Darüber hinaus erfolgt die Zerstörung an den Löchern ausgeprägter, die weiter von der longitudinalen Achse des Gasinjektors entfernt angeordnet sind. Dies zeigt auf, daß der Zerstörungsgrad von der Gestalt und dem Material des Gasinjektors abhängig ist. Insbesondere steht das Ausmaß, in welchem ein Abschnitt des Gasinjek tors zerstört wird, in Relation zu der Menge des Injektionsgases, welches durch diesen Abschnitt des Gasinjektors hindurchströmt. Zusätzlich haften Teilchen an dem Substrat an dem Außenumfang desselben an und bewegen sich zum Zentrum des Substrats hin, da nämlich der Gasinjektor Gas in einem Winkel auf den Umfang des Substrats auflei tet.

Wie oben dargelegt ist, stellt der herkömmliche Gasinjektor selbst eine Quelle für Teilchen während des herkömmlichen Ätzprozesses dar. Diese Teilchen können Defekte in der Halbleitervorrichtung verursachen, wodurch dann die Zuverlässigkeit der Halb leitervorrichtungen vermindert wird, die unter Verwendung des herkömmlichen Plas maätzprozesses hergestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erläuterten Pro bleme des Standes der Technik zu beseitigen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegen den Erfindung, einen Gasinjektor zu schaffen, der während der Verwendung nicht be ginnt, zu zerfallen, das heißt, der keine Teilchen erzeugt, wenn dieser verwendet wird, um einen Halbleiterherstellungsprozeß, wie beispielsweise einen Plasmaätzprozeß, durchzuführen.

Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt der Gasinjektor der vorliegenden Erfindung einen Körper in Form eines Keramikmaterialblocks und einen Gasinjektionsabschnitt, der durch erste und zweite Gasinjektionslöcher gebildet ist, die sich durch den Kera mikmaterialblock hindurch erstrecken. Der Keramikmaterialblock besitzt einen ersten zylinderförmigen Abschnitt und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt, der sich von dem ersten zylinderförmigen. Abschnitt aus erstreckt. Der erste zylinderförmige Ab schnitt besitzt einen ersten Durchmesser und eine erste Länge, und der zweite zylinder förmig Abschnitt besitzt einen zweiten Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser, und eine zweite Länge kleiner als die erste Länge. Die ersten Löcher des Gasinjektions abschnitts erstrecken sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramik materialblocks parallel zur Längsachse desselben, während sich die zweiten Löcher durch den zweiten zylinderförmigen Abschnitt parallel zur Längsachse erstrecken. Die ersten Löcher besitzen einen dritten Durchmesser und eine dritte Länge, und die zweiten Löcher besitzen einen vierten Durchmesser kleiner als der dritte Durchmesser und eine vierte Länge kleiner als die dritte Länge. Die zweiten Löcher erstrecken sich je benach bart zu einem jeweiligen einen der ersten Löcher und sind konzentrisch mit diesen.

Das Verhältnis aus dem zweiten Durchmesser zu dem ersten Durchmesser liegt bei ca. 0,55-0,75 : 1, und das Verhältnis der zweiten Länge zur ersten Länge beträgt ca. 0,55-0,75 : 1. Das Verhältnis des vierten Durchmessers zum dritten Durchmesser be trägt ca. 0,4-0,6 : 1, und das Verhältnis der vierten Länge zu der dritten Länge liegt bei etwa 0,5-1 : 1. Der Gasinjektionsabschnitt enthält 3 bis 12 Paare der ersten und der zweiten Löcher.

Der Gasinjektor ist besonders in einem Plasmaätzgerät geeignet, um einen Film auf einem Substrat in ein Muster zu bringen. Zusätzlich zu wenigstens einem der Gasin jektoren besitzt das Ätzgerät eine Prozeßkammer, in der ein Substrat gehaltert werden kann, eine Gasquelle, die dazu verwendet wird, um eine Plasmaatmosphäre in der Pro zeßkammer zu bilden, und eine Vorspannstromversorgungsquelle, um an das Substrat eine Vorspannung anzulegen, um zu bewirken, daß das Plasma zu dem Substrat hin an gezogen wird, während der Ätzprozeß durchgeführt wird.

In bevorzugter Weise sind drei Gasinjektoren an einem oberen Abschnitt der Pro zeßkammer angeordnet, und zwar gegenüber dem Substrat. Die ersten und die zweiten Löcher sind so orientiert, daß sie sich senkrecht zu dem Substrat erstrecken und derart, daß sie vertikal das Gas zu dem Substrat hin injizieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die oben angegebene Aufgabe und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Er findung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevor zugten Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Gasinjektors;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die einen Ätzprozeß veran schaulicht, um einen Gateabstandshalter unter Verwendung einer herkömmli chen Ätztechnik auszubilden;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Gasinjektors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von Fig. 4;

Fig. 6 bis 11 Draufsichten von verschiedenen weiteren Ausführungsformen von Gasinjektoren gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ein schematisches Diagramm eines Ätzgerätes gemäß der vorliegenden Erfin dung; und

Fig. 13 einen Graphen, der die Zahl der Teilchen veranschaulicht, die dann erzeugt werden, wenn die Ätzprozesse unter Verwendung der Ätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Einzel heiten unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Um zunächst auf die Fig. 4 und 5 einzugehen, so enthält der Gasinjektor 40 einen Körper 405 und einen Gasinjektionsabschnitt 430. Der Gasinjektionsabschnitt 430 defi niert einen Gasdurchgang durch den Körper 405.

Der Körper 405 besteht aus einem Keramikmaterialblock mit einem ersten zylin derförmigen Abschnitt 410 und mit einem zweiten zylinderförmigen Abschnitt 420. Der zweite zylinderförmige Abschnitt 420 erstreckt sich durchgehend von dem ersten zylin derförmigen Abschnitt 410 aus. Das heißt, der erste zylinderförmige Abschnitt 410 und der zweiten zylinderförmige Abschnitt 420 sind zusammenhängend oder einstückig ausgebildet. Der erste zylinderförmige Abschnitt 410 dient als Gaseinlaß, während der zweite zylinderförmige Abschnitt 420 als Gasauslaß dient. Der Durchmesser (im fol genden "zweiter Durchmesser" genannt) des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 ist kleiner als der Durchmesser (im folgenden "erster Durchmesser" genannt) des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410, und die Länge (im folgenden "zweite Länge" ge nannt) des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 ist kleiner als die Länge (im fol genden "erste Länge" genannt) des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410. Spezifischer gesagt, beträgt das Verhältnis des zweiten Durchmessers zu dem ersten Durchmesser etwa 0,55-0,75 : 1 und das Verhältnis der zweiten Länge zu der ersten Länge liegt ebenfalls bei ca. 0,55-0,75 : 1.

Der Gasinjektionsabschnitt 430 enthält erste Löcher 430a und zweite Löcher 430b. In bevorzugter Weise enthält der Gasinjektionsabschnitt 430 drei bis zwölf erste und zweite Löcher. Die ersten Löcher 430a erstrecken sich durch den ersten zylinder förmigen Abschnitt 410, und die zweiten Löcher 430b erstrecken sich durch den zwei ten zylinderförmigen Abschnitt 420. Das heißt, die ersten Löcher 430a bilden den Gas einlaß und die zweiten Löcher 430b bilden den Gasauslaß. Der Gasinjektionsabschnitt 430 besitzt einen Durchmesser, der durch den Durchmesser des zweiten zylinderförmi gen Abschnitts 420 begrenzt ist. Die zweiten Löcher 430b besitzen eine Länge (im fol genden als "vierte Länge" bezeichnet), die kleiner ist als die Länge (im folgenden als "dritte Länge" bezeichnet) der ersten Löcher 430a. Zusätzlich ist der Durchmesser der zweiten Löcher 430b (im folgenden als "vierter Durchmesser" bezeichnet) kleiner als der Durchmesser (im folgenden als "dritter Durchmesser" bezeichnet) der ersten Löcher 430a. Spezifischer gesagt, liegt das Verhältnis zwischen dem vierten Durchmesser und dem dritten Durchmesser bei etwa 0,4-0,6 : 1, und das Verhältnis der vierten Länge zur dritten Länge beträgt ca. 0,5-1 : 1.

Die ersten Löcher 430a und die zweiten Löcher 430b sind konzentrisch. Daher sind die zentralen Achsen der ersten Löcher 430a und der zweiten Löcher 430b koinzi dent. Darüber hinaus erstrecken sich die ersten Löcher 430a und die zweiten Löcher 430b parallel zu den Längsachsen des ersten und des zweiten zylinderförmigen Ab schnitts 410 bzw. 420. Demzufolge kann der Gasinjektor 40 Gas vertikal injizieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410 etwa 17 bis 21 mm und der Durchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 beträgt etwa 10,2 bis 14,7 mm. Darüber hinaus liegt die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410 bei etwa 3,8 bis 4,6 mm und die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 be trägt etwa 2,3 bis 3,2 mm. Der Durchmesser der ersten Löcher 430a liegt bei etwa 1,8 bis 2,2 mm und der Durchmesser der zweiten Löcher 430b liegt bei etwa 0,72 bis 1,32 mm. Darüber hinaus beträgt die axiale Länge der ersten Löcher 430a etwa 3,1 bis 5,2 mm und die axiale Länge der zweiten Löcher 430b etwa 2,1 bis 3,9 mm.

Bei einer praktischen Ausführungsform, die auf dem vorliegenden Gebiet ver wendet wird, beträgt der Durchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410 19 mm, die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410 beträgt 4,2 mm, der Durch messer des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 beträgt 12,6 mm, die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 liegt bei 2,8 mm, der Durchmesser der ersten Löcher 430a liegt bei 2 mm, die axiale Länge der ersten Löcher 430a beträgt 4,2 mm, der Durchmesser der zweiten Löcher 430b liegt bei 1 mm und die axiale Länge der zweiten Löcher 430b liegt bei 2,8 mm.

Darüber hinaus ist der Gasinjektor 430 aus einem Keramikmaterial hergestellt. In dieser Hinsicht wird Tonerde (Al₂O₃) mit einer Reinheit größer als 99% verwendet. Das Keramikmaterial besteht aus einem feuerfesten Material mit einem verbesserten oder höheren Widerstand gegen Hitze und Korrosion. Demzufolge kann der Gasinjektor 430 der herrschenden Umgebungsbedingung während seiner Verwendung widerstehen, er kann nämlich den Wirkungen des Injektionsgases und der Funkenbildung widerstehen.

Der Gasinjektor besitzt einen zylinderförmigen Körper, jedoch in Form eines Festkörperblocks, und hat nicht die Form oder Gestalt einer hohlen Hülle oder Hülse. Daher wird der Gasinjektor tatsächlich nicht zerstört. Darüber hinaus werden Teilchen, die sich am Umfang des Substrats angeheftet haben, nicht nach vorne zu einem inneren Abschnitt des Substrats hin bewegt, da das Injektionsgas vertikal auf das Substrat inji ziert wird. Ferner wird auch die Geschwindigkeit des Injektionsgases erhöht, wenn das Injektionsgas durch die zweiten Löcher 430b strömt, da die Querschnittsflächen der zweiten Löcher 430b kleiner sind als die Querschnittsflächen der ersten Löcher 430a. Daher wird die Kontaktierungszeit zwischen dem Injektionsgas und den Wänden, wel che die zweiten Löcher 430b festlegen, minimiert. Darüber hinaus unterscheiden sich die Durchmesser der ersten und der zweiten Durchmesser 430a und 430b voneinander, wodurch eine Funkenbildung in die ersten Löcher 430a hinein unterdrückt wird. Auch kann der Gasinjektor durch das Injektionsgas nicht leicht zerstört werden und auch nicht durch Funkenbildung zerstört werden, da der Gasinjektor aus einem korrosionsfesten Material hergestellt ist.

Es werden nun verschiedene Ausführungsformen des Gasinjektors nach der vor liegenden Erfindung unter Hinweis auf die Fig. 6 bis 11 beschrieben.

Um nun auf Fig. 6 einzugehen, so besitzt ein Gasinjektor 60 einen ersten zylinder förmigen Abschnitt 60a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 60b. Zusätzlich bilden drei erste Löcher 66a und drei zweite Löcher 66b den Gasinjektionsabschnitt des Gasinjektors 60. Die drei Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher 66a und 66b sind in einem dreieckförmigen Muster angeordnet, in welchem eine zentrale Achse von jedem Paar der ersten und der zweiten Löcher 66a und 66b an einer jeweiligen Spitze des Dreiecks gelegen ist.

Gemäß Fig. 7 enthält ein Gasinjektor 70 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 70a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 70b. Zusätzlich bilden drei erste Lö cher 77a und drei zweite Löcher 77b den Gasinjektionsabschnitt des Gasinjektors 70. Die drei Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher 66a und 66b sind in einer Linie miteinander entlang einer quer verlaufenden Achse des Gasinjektors 70 angeord net.

Gemäß Fig. 8 enthält ein Gasinjektor 80 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 80a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 80b. Zusätzlich bilden fünf erste Löcher 88a und fünf zweite Löcher 88b den Gasinjektionsabschnitt des Gasinjektors 80. Die fünf Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher 88a und 88b sind in einem rechteckförmigen Muster angeordnet, in welchem die zentralen Achsen der vier der Paare der (ersten und zweiter) Löcher an den Ecken eines Rechtecks gelegen sind, und die zentralen Achsen des fünften Paares der (ersten und zweiten) Löcher an dem Zen trum des Rechtecks gelegen sind.

Gemäß Fig. 9 enthält ein Gasinjektor 90 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 90a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 90b. Zusätzlich bilden sieben erste Löcher 99a und sieben zweite Löcher 996 den Gasinjektionsabschnitt des Gasinjektors 90. Die sieben entsprechenden Paare der ersten und zweiten Löcher 99a und 99b sind in einem hexagonalen Muster angeordnet, in welchem die zentralen Achsen von sechs der Paare der (ersten und zweiten) Löcher 99a und 99b an den Spitzen eines Sechsecks, und die zentralen Achsen des verbleibenden entsprechenden Paares der (ersten und zweiten) Löcher an dem Zentrum des Sechsecks gelegen sind.

Gemäß Fig. 10 enthält ein Gasinjektor 101 einen ersten zylinderförmigen Ab schnitt 101a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 101b. Zusätzlich bilden neun erste Löcher 107a und neun zweite Löcher 107b einen Gasinjektionsabschnitt des Gasinjektors 101. Die neun Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher 107a und 107b sind in einem Achteckmuster angeordnet, in welchem die zentralen Achsen von acht Paaren der ersten und zweiten Löcher 107a und 107b an den Ecken eines Acht ecks gelegen sind, und die zentralen Achsen des verbleibenden Paares der (ersten und zweiten) Löcher an einem Zentrum des Achtecks gelegen sind.

Gemäß Fig. 11 enthält ein Gasinjektor 103 einen ersten zylinderförmigen Ab schnitt 103a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 103b. Zusätzlich bilden zwölf erste Löcher 109a und zwölf zweite Löcher 109b den Gasinjektionsabschnitt des Gasinjektors 103. Elf Paare der ersten und zweiten Löcher 109a und 109b sind in einem Kreis angeordnet. Die zentralen Achsen des verbleibenden Paares der ersten und zwei ten Löcher 109a und 109b sind am Zentrum des Kreises gelegen.

Als nächstes wird ein Atzgerät mit dem Gasinjektor unter Hinweis auf Fig. 12 be schrieben. Das in Fig. 12 gezeigte Ätzgerät erzeugt ein Plasma unter Anwendung einer TCP (Transformer Coupled Plasma = transformator-gekoppeltes Plasma) Technik.

Gemäß Fig. 12 umfaßt das Ätzgerät eine Prozeßkammer 120, Gasinjektoren 150 und eine Vorspannstromversorgungsquelle 140. Zusätzlich enthält das Ätzgerät eine Wicklung 130 zum Übertragen von Energie auf einer Hochfrequenz in die Prozeßkam mer 120, eine Plasmastromversorgungsquelle 135 zum Zuführen von elektrischer Ener gie zu der Wicklung 130, ein Spannfutter 125, welches in der Prozeßkammer 120 ange ordnet ist, um ein Substrat W zu haltern, und eine Ventilvorrichtung (nicht gezeigt), die geöffnet/geschlossen werden kann, um die Möglichkeit zu haben, das Substrat W in die Prozeßkammer 120 hineinzubringen und aus dieser herauszunehmen. Die Ventilvor richtung enthält ein Nadelventil.

Die Prozeßkammer 120 mit dem Substrat W darin empfängt Gas, um eine Plas maatmosphäre in der Prozeßkammer 120 zu bilden. In der Plasmaatmosphäre wird ein auf dem Substrat W ausgebildeter Film geätzt, so daß Muster auf dem Substrat ausge bildet werden. Die Vorspannstromversorgungsquelle 140 legt eine Vorspannungsener gie an das Substrat W an, um zu bewirken, daß das Plasma zu dem Substrat W hin an gezogen wird, wenn der Ätzprozeß durchgeführt wird. Demzufolge besitzt das Plasma dann ein Richtungsmerkmal, wenn der Ätzprozeß ausgeführt wird.

Drei der Gasinjektoren 150 sind an einem oberen Abschnitt der Prozeßkammer 120 angeordnet, und zwar in gleichen Abstandsintervallen voneinander. Demzufolge liegen die Gasinjektoren 150 dem Substrat W gegenüber und injizieren Gas vertikal auf das Substrat W, und zwar über die ersten und die zweiten Löcher, die sich senkrecht zu dem Substrat W erstrecken. Wie zuvor erläutert wurde, liegt für jeden Gasinjektor 150 das Verhältnis aus dem zweiten Durchmesser zu dem ersten Durchmesser bei etwa 0,55-0,75 : 1, und das Verhältnis der zweiten Länge zu der ersten Länge liegt bei etwa 0,55-0,75 : 1. Das Verhältnis des vierten Durchmessers zum dritten Durchmesser liegt bei etwa 0,4-0,6 : 1, und das Verhältnis der vierten Länge zu der dritten Länge liegt bei etwa 0,5-1 : 1.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Experimente für die Herstellung eines Gateabstandshalters durchgeführt, und zwar unter Verwendung des Ätzgerätes mit den Gasinjektoren des Typs, der gemäß der oben erläuterten praktischen Ausführungs form dargelegt wurde. Die Ergebnisse dieser Experimente haben gezeigt, daß durch die vorliegende Erfindung nur vergleichsweise wenig Teilchen erzeugt werden. Fig. 3 ist ein Graph, der die Zahl der Teilchen zeigt, die gemessen wurden, wenn der Ätzprozeß unter Verwendung des Ätzgerätes nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde.

In Fig. 13 sind auf der X-Achse die Daten des Experiments wiedergegeben, und auf der Y-Achse ist die Zahl der Teilchen wiedergegeben. Es wurde das herkömmliche Ätzgerät, welches vor dem 10. September 2000 datiert ist, verwendet, während das Ätz gerät gemäß der vorliegende Erfindung verwendet wurde, welches nach dem 10. Sep tember datiert.

Bei diesen Experimenten wurde die Zahl der Teilchen gemessen, und zwar nach der Reinigung des Substrats mit einer SCl-Lösung (einer Mischlösung aus H₂O : H₂O₂ (30%): NH₄OH (29%) = 5 : 1 : 1), wie beispielsweise KLA (Markenname, hergestellt von der KLA-Tencor Technologies Co., Ltd.). Es wurde eine Elektrizität von 600 Watt angelegt.

Wie in der graphischen Darstellung gezeigt ist, hat sich die Zahl der Teilchen in bemerkenswerter Weise vermindert, wenn der Ätzprozeß unter Verwendung des Ätzge rätes gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde. Insbesondere die mittlere bzw. durchschnittliche Zahl der Teilchen betrug 14,7, wenn das herkömmliche Ätzgerät verwendet wurde. Die durchschnittliche Zahl an Teilchen lag jedoch lediglich bei 5,8, wenn das Gerät nach der vorliegenden Erfindung verwendet wurde.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß die Teilchen, die erzeugt werden, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird, von einem Typ sind, die das Polymer ausmachen, welches während des Ätzprozesses erzeugt wird. Es kann somit davon ausgegangen werden, daß Teilchen nicht durch den Gasinjektor er zeugt werden, wenn der Ätzprozeß durchgeführt wird, und zwar bei Verwendung des Ätzgerätes nach der vorliegenden Erfindung.

Um zusammenzufassen, so kann, da der Gasinjektor nach der vorliegenden Erfin dung aus Keramikmaterial hergestellt ist, der Gasinjektor den Wirkungen des Injektionsgases widerstehen und auch der Funkenbildung widerstehen, so daß der Gasinjektor nicht sich zu zersetzen beginnt und Teilchen erzeugt. Da darüber hinaus der Gasinjektor aus einem Festkörpermaterialblock besteht, der Gasinjektionslöcher besitzt, die sich durch diesen hindurch erstrecken, ist die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Gasinjektor minimal, so daß die Zerstörung des Gasinjektors entsprechend eingeschränkt wird. Ferner sind die Löcher, die in dem zylinderförmigen Gasinjektor ausgebildet sind, so ausgelegt, um die Kontaktzeit zwischen dem Injektionsgas und dem Injektor zu reduzieren, so daß eine Zerstörung des Gasinjektors entsprechend einge schränkt ist. Wenn eine Funkenbildung auf Grund der Vorspannungsenergie erzeugt wird, die an das Substrat angelegt wird, dringt das Lichtbogengas kaum in die Löcher ein, so daß dadurch eine Zerstörung des Gasinjektors verhindert wird. Da darüber hinaus die Löcher senkrecht zu dem Substrat orientiert sind, wird das Injektionsgas, welches durch die Löcher des Gasinjektors hindurch verläuft, vertikal auf das Substrat injiziert. Daher werden Teilchen, wie beispielsweise Teilchen des Polymers, welche sich an den Umfangsflächen des Substrats anheften, nicht zum Zentrum des Substrats hin geblasen.

Demzufolge kann ein Ätzgerät der vorliegenden Erfindung mit einer elektrischen Energie bzw. Leistung über 500 Watt betrieben werden und mit einem Druck unter 20 mTorr. In bevorzugter Weise wird das Ätzgerät mit einer elektrischen Leistung größer als 100 Watt und mit einem Druck von kleiner als 15 mTorr betrieben, welche Para meter dafür erforderlich sind, um den gegenwärtigen Anforderungen bei der Herstellung von feinen Mustern Rechnung zu tragen. Um ferner einen Vollflächenätzprozeß zur Ausbildung des Gateabstandshalters durchzuführen, kann das Ätzgerät der vorliegenden Erfindung so angepaßt werden, um einen Teilätzprozeß zur Ausbildung eines Kontakt loches durchzuführen.

Wie oben dargelegt ist, bildet gemäß der vorliegenden Erfindung der Gasinjektor selbst keine Quelle für Teilchen, die ansonsten Defektstellen in einer Halbleitervorrich tung erzeugen. Zusätzlich können durch die vorliegende Erfindung Wartungs- und Re paraturkosten in Kontrolle gehalten werden, da der Gasinjektor kaum dazu neigt, zer stört zu werden.

Obwohl schließlich die vorliegende Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, sind vielfältige Än derungen, Ersetzungsmaßnahmen und Abwandlungen bei der Erfindung möglich. Ob wohl beispielsweise der Gasinjektor oben unter Hinweis auf mehrere Ausführungsfor men beschrieben wurde, die zwischen 3 und 12 Paaren an ersten und zweiten Löchern aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anzahl von Gasinjek tionslöchern beschränkt. Demzufolge fallen alle solche Änderungen, Substitutionen und Abwandlungen in den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche festgehalten ist.

Claims

1. Gasinjektor, mit:
einem Keramikmaterialblock, der einen ersten zylinderförmigen Abschnitt und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt, der sich von dem ersten zylinderför migen Abschnitt aus erstreckt, aufweist, wobei der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als derjenige des ersten zylinder förmigen Abschnitts, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Ab schnitts kleiner ist als diejenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts; und
einem Gasinjektionsabschnitt, der erste Löcher enthält, die sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramikmaterialblocks hindurch erstrecken, und zweite Löcher aufweist, die sich durch den zweiten zylinderförmigen Abschnitt des Blocks hindurch erstrecken, wobei die zweiten Löcher einen Durchmesser haben, der kleiner ist als derjenige der ersten Löcher, und wobei die zweiten Lö cher eine axiale Länge haben, die kürzer ist als diejenige der ersten Löcher, und wobei sich jedes der zweiten Löcher von einem entsprechenden einen der ersten Löcher aus erstreckt und konzentrisch zu diesem ist.

2. Gasinjektor nach Anspruch 1, bei dem der Außendurchmesser des zweiten zy linderförmigen Abschnitts ca. das 0,55-0,75-fache des Außendurchmessers des ersten zylinderförmigen Abschnitts beträgt, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa das 0,55-0,75-fache der Länge des ersten zy linderförmigen Abschnitts beträgt.

3. Gasinjektor nach Anspruch 2, bei dem der Außendurchmesser des ersten zylin derförmigen Abschnitts etwa 17 bis 21 mm beträgt, der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa 10,2 bis 14,7 mm beträgt, die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts etwa 3,8 bis 4,6 mm beträgt, und die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa 2,3 bis 3,2 mm beträgt.

4. Gasinjektor nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser der zweiten Löcher etwa das 0,4-0,6-fache des Durchmessers der ersten Löcher beträgt, und bei dem die axiale Länge der zweiten Löcher etwa das 0,5 bis 1-fache der axialen Länge der ersten Löcher beträgt.

5. Gasinjektor nach Anspruch 4, bei dem der Durchmesser der ersten Löcher etwa 1,8 bis 2,2 mm beträgt, der Durchmesser der zweiten Löcher bei etwa 0,72 bis 1,32 mm liegt, die axiale Länge der ersten Löcher bei etwa 3,1 bis 5,2 mm liegt und die axiale Länge der zweiten Löcher etwa 2,1 bis 3,9 mm beträgt.

6. Gasinjektor nach Anspruch 1, bei dem der Gasinjektionsabschnitt drei bis zwölf Paare an ersten und zweiten Löchern aufweist.

7. Gasinjektor nach Anspruch 6, bei dem der Gasinjektionsabschnitt drei Paare von entsprechenden ersten und zweiten Löchern enthält, wobei die drei Paare der ersten und zweiten Löcher in einem Dreieckmuster angeordnet sind, in welchem die zentralen Achsen von jedem Paar der ersten und zweiten Löcher an einer jeweiligen Spitze eines Dreiecks gelegen sind.

8. Gasinjektor nach Anspruch 6, bei dem der Gasinjektionsabschnitt fünf Paare an entsprechenden ersten und zweiten Löchern enthält, und bei dem die fünf Paare der ersten und zweiten Löcher in einem Rechteckmuster angeordnet sind, in welchem die zentralen Achsen von vier der Paare der ersten und zweiten Löcher an den Spitzen oder Ecken eines Rechtecks gelegen sind, und die zentralen Achsen eines fünften Paares der ersten und zweiten Löcher an dem Zentrum des Rechtecks gelegen sind.

9. Gasinjektor nach Anspruch 6, bei dem der Gasinjektionsabschnitt neun Paare an entsprechenden ersten und zweiten Löchern aufweist, wobei die neun Paare der ersten und zweiten Löcher in einem Achteckmuster angeordnet sind, in welchem die zentralen Achsen von acht Paaren der ersten und zweiten Löcher an den Ecken oder Spitzen eines Achtecks jeweils gelegen sind, und bei dem die zentralen Achsen eines neunten Paares der ersten und zweiten Löcher am Zentrum des Achtecks gelegen sind.

10. Gasinjektor nach Anspruch 1, bei dem die ersten und die zweiten Löcher sich parallel zu den axialen Richtungen der ersten bzw. zweiten zylinderförmigen Abschnitte erstrecken.

11. Ätzgerät, mit:
einer Prozeßkammer für die Aufnahme eines Substrats;
wenigstens einem Gasinjektor, durch den Gas in die Prozeßkammer injiziert wird, wobei der Gasinjektor einen Keramikmaterialblock aufweist, welcher Block einen ersten zylinderförmigen Abschnitt und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt, der sich vom ersten zylinderförmigen Abschnitt aus erstreckt, aufweist, wobei der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als derjenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts und wobei die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als diejenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts, und
einem Gasinjektionsabschnitt mit ersten Löchern, die sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramikmaterialblocks hindurch erstrecken, und zweite Löcher aufweist, die sich durch den zweiten zylinderförmigen Abschnitt des Blocks hindurch erstrecken, wobei die zweiten Löcher einen Durchmesser haben, der kleiner ist als derjenige der ersten Löcher, und wobei die zweiten Löcher eine axiale Länge haben, die kürzer ist als diejenige der ersten Löcher, wobei sich jedes der zweiten Löcher von einem entsprechenden einen der ersten Löcher aus erstreckt und konzentrisch zu diesem ist, und
einer Vorspannstromversorgung zum Anlegen einer Vorspannenergie an ein Substrat, welches in der Prozeßkammer gehaltert ist.

12. Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem drei der genannten Gasinjektoren in der Prozeßkammer angeordnet sind.

13. Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem wenigstens ein Gasinjektor an einem oberen Abschnitt der Prozeßkammer angeordnet ist.

14. Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa das 0,55-0,75-fache des Außendurchmessers des ersten zylinderförmigen Abschnitts beträgt, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa das 0,55-0,75-fache der Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts beträgt.

15. Ätzgerät nach Anspruch 14, bei dem der Außendurchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts etwa 17 bis 21 mm beträgt, der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa 10,2 bis 14,7 mm beträgt, die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts etwa 3,8 bis 4,6 mm beträgt, und die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa 2,3 bis 3,2 mm beträgt.

16. Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem der Durchmesser der zweiten Löcher etwa das 0,4-0,6-fache des Durchmessers der ersten Löcher beträgt, und bei dem die axiale Länge der zweiten Löcher etwa das 0,5 bis 1-fache der axialen Länge der ersten Löcher beträgt.

17. Ätzgerät nach Anspruch 16, bei dem der Durchmesser der ersten Löcher etwa 1,8 bis 2,2 mm beträgt, der Durchmesser der zweiten Löcher etwa 0,72 bis 1,32 mm beträgt, die axiale Länge der ersten Löcher etwa 3,1 bis 5,2 mm beträgt, und die axiale Länge der zweiten Löcher etwa 2,1 bis 3,9 mm beträgt.

18. Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem die ersten und die zweiten Löcher sich vertikal in der Prozeßkammer erstrecken.