DE10200279B4 - Gasinjektor-Anordnung mit Gasinjektoren aus einem Keramikmaterialblock mit Gasinjektorlöchern, die sich durch diesen erstrecken, und ein die Gasinjektor-Anordnung enthaltenes Ätzgerät - Google Patents
Gasinjektor-Anordnung mit Gasinjektoren aus einem Keramikmaterialblock mit Gasinjektorlöchern, die sich durch diesen erstrecken, und ein die Gasinjektor-Anordnung enthaltenes Ätzgerät Download PDFInfo
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Abstract
Gasinjektor-Anordnung
mit einer Mehrzahl von Gasinjektoren (150), die jeweils aufweisen:
einen Keramikmaterialblock (405), der einen ersten zylinderförmigen Abschnitt (410) und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt (420), der sich von dem ersten zylinderförmigen Abschnitt aus erstreckt, aufweist, wobei der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als derjenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als diejenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts; und
einen Gasinjektionsabschnitt (430), der erste Löcher (430a) enthält, die sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramikmaterialblocks (405) hindurch erstrecken, und zweite Löcher (430b) 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, und wobei sich jedes der zweiten Löcher von einem entsprechenden einen der...
einen Keramikmaterialblock (405), der einen ersten zylinderförmigen Abschnitt (410) und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt (420), der sich von dem ersten zylinderförmigen Abschnitt aus erstreckt, aufweist, wobei der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als derjenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als diejenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts; und
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasinjektor-Anordnung und ein Ätzgerät, welches diese enthält. Spezieller betrifft die Erfindung eine Gasinjektor-Anordnung zum Injizieren eines Ätzgases in eine Prozeßkammer, um Filme zu ätzen, die auf einem Substrat ausgebildet sind, und ein Ätzgerät, welches solch eine Gasinjektor-Anordnung enthält.
- Kürzlich hat die Halbleiterindustrie große Fortschritte gemacht, da die Verwendung von Informationsmedien inklusive Computern zugenommen hat. In Verbindung mit der Funktion einer Halbleitervorrichtung muß diese mit einer hohen Geschwindigkeit arbeiten und eine große Datenspeicherkapazität besitzen. Demzufolge haben sich Verbesserungen bei den Halbleiterherstellungstechniken um die Erhöhung des Integrationsgrades herum konzentriert, ebenso hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Ansprechgeschwindigkeit von Halbleitervorrichtungen. In dieser Hinsicht bildet der Ätzvorgang eine der Haupttechniken zur Herstellung von feinen Mustern, die erforderlich 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 Strukturelemente von weniger als 0,15 μm haben. Es wurden daher Ätztechniken entwickelt, um einen anisotropen 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
US 6,013,943 A und 6,004,87 A ausgegeben für Cathey et al., und inUS 5,902,132 A ausgegeben an Mitsuhashi, offenbart. - Ein herkömmliches Plasmaätzgerät enthält eine Prozeßkammer, eine Gasinjektor-Anordnung 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 Prozeßkammer geladen. Es wird ein Gas in die Prozeßkammer über eine Gasinjektor-Anordnung injiziert, um eine Plasmaatmosphäre in der Prozeßkammer auszubilden. In der Plasmaatmosphäre werden Filme oder Schichten, die auf dem Substrat ausgebildet sind, geätzt. Die Vorspannstromversorgungsquelle induziert eine Vorspannung in dem Substrat. Demzufolge wird das Gas in dem Plasmazustand zu dem Substrat hin angezogen, während der Ätzprozeß durchgeführt wird.
- Beispiele von herkömmlichen Gasinjektoren sind in
US 6,013,943 A und 6,004,875 ausgegeben an Martin, und inUS 6,013,155 A ausgegeben an McMillin et al., offenbart. Ein herkömmlicher Gasinjektor wird nun in Einzelheiten unter Hinweis auf die1 und2 beschrieben. - Der Gasinjektor
10 ist aus Quarz hergestellt und umfaßt einen Gaseinlaßabschnitt A und einen Gasauslaßabschnitt B. Der Gaseinlaßabschnitt A besitzt eine hohle ringförmige Gestalt. Der Gasauslaßabschnitt B besitzt einen gerundeten Gasinjektionsabschnitt100 . 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 Gasinjektionsabschnitt100 hindurch erstrecken. Demzufolge verlaufen die longitudinalen Achsen der Löcher100 des Gasinjektors10 in vorbestimmten Winkeln in bezug auf die Horizontale. Die Löcher110 des Gasinjektionsabschnitts100 können auch verschiedene Gestalten haben. Beispielsweise offenbartUS 6,013,155 A einen Gasinjektor, der konisch verlaufende bzw. sich verjüngende Gasinjektionslöcher besitzt. - Ein Ätzprozeß, der durch die Ätzvorrichtung durchgeführt wird, die einen solchen Gasinjektor besitzt, wird nun unter Hinweis auf
3 beschrieben.3 veranschaulicht einen Ätzprozeß zur Ausbildung eines Gateabstandshalters einer Halbleitervorrichtung. Der Gateabstandshalter36 ist an beiden Seitenwänden einer Gateelektrode32 ausgebildet, und zwar mit Hilfe eines Vollflächenätzprozesses, der als Blankett-Ätzvorgang bekannt ist. - Spezifischer gesagt, wird die Gateelektrode
32 zuerst auf dem Substrat30 ausgebildet. Dann wird ein Ionenimplantationsprozeß durchgeführt, und zwar unter Verwendung der Gateelektrode32 als Maske, so daß eine Source-/Drainelektrode34 benachbart der Gateelektrode32 an der Oberfläche des Substrats30 ausgebildet wird. Danach wird ein Oxidmaterial sequentiell auf das Substrat30 und die Gateelektrode32 aufgeschichtet. Dann wird der Vollflächenätzprozeß durchgeführt, und zwar unter Verwendung einer Ätzselektivität zwischen dem Substrat30 und dem Oxidmaterial. Demzufolge wird der Gateabstandshalter36 an beiden Seitenwänden der Gateelektrode32 gebildet. - Jedoch haften häufig Teilchen an dem Substrat
30 an, während der Blankett-Ätzprozeß durchgeführt wird. Die Teilchen unterbrechen den Ätzprozeß und erzeugen eine Brücke, das heißt einen Herstellungsdefekt, bei dem die Gateabstandshalter36 miteinander verbunden sind. - Die Teilchen können hauptsächlich Si, O, C und F aufweisen. Unter diesen Materialien 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 durchgeführt 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 Substrat 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 Oberfläche 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 Gasinjektors 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 sprüht.
- 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 Halbleitervorrichtungen vermindert wird, die unter Verwendung des herkömmlichen Plasmaätzprozesses hergestellt werden.
- Weitere bekannte Gasinjektoren werden in den japanischen Patentanmeldungen
JP 09067685 A JP 2000 315680 A JP 01 275A762 A -
JP 09067685 A 2 enthält, die aus Silizium besteht, sowie eine Verstärkungsplatte1 , die zum Verstärken der Elektrodenplatte2 auf deren Rückseite angebracht ist. Ein Prozeßgas wird zum Verarbeiten eines Siliziumwafers durch eine Vielzahl von Gasinjektionslöchern, die durch die Elektrodenplatte2 und die Verstärkungsplatte1 hindurch ausgebildet sind, in eine Prozeßkammer eingeführt. Eine Hochfrequenzleistungsversorgung ist mit der Elektrodenplatte2 verbunden, um das Prozeßgas in einem Plasmazustand zu versetzen. Es werden jedoch keine keramischen Materialien verwendet. -
JP 2000 315680 A 22 mit einer Zuführoberfläche22a und einer Rückseite22b auf. Dabei besitzt die keramische Gaszuführungsstruktur im allgemeinen einen Durchmesser, der größer ist als der des Siliziumwafers und lediglich eine Elektrodenplatte, die an einem oberen Abschnitt der Prozeßkammer angeordnet ist. - WO 00/41212 A1 offenbart ebenso einen Gasinjektor mit mehreren Austrittsöffnungen, der aus Keramik oder ähnlichen Material gefertigt ist, und
JP 01 275762 A - Jedoch offenbaren all diese Gasinjektoren bzw. Gasinjektor-Anordnungen nur Einzelaspekte der vorliegenden Erfindung und sind nicht hinsichtlich der obigen Probleme optimiert.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Gasinjektor-Anordnung bzw. ein Ätzgerät zu schaffen, die während der Verwendung in einem Plasmaätzprozeß eines Halbleiterherstellungsprozeß nicht beginnt, zu zerfallen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Gasinjektor-Anordnung bzw. des Ätzgerätes sind Gegenstand von jeweiligen Unteransprüche.
- Die oben angegebene Aufgabe und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Gasinjektors; -
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von1 ; -
3 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die einen Ätzprozeß veranschaulicht, um einen Gateabstandshalter unter Verwendung einer herkömmlichen Ätztechnik auszubilden; -
4 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Gasinjektors gemäß der vorliegenden Erfindung; -
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von4 ; -
6 bis11 Draufsichten von verschiedenen weiteren Ausführungsformen von Gasinjektoren gemäß der vorliegenden Erfindung; -
12 ein schematisches Diagramm eines Ätzgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
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. - Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- Um zunächst auf die
4 und5 einzugehen, so enthält die Gasinjektor-Anordnung40 einen Körper405 und einen Gasinjektionsabschnitt430 . Der Gasinjektionsabschnitt430 definiert einen Gasdurchgang durch den Körper405 . - Der Körper
405 besteht aus einem Keramikmaterialblock mit einem ersten zylinderförmigen Abschnitt410 und mit einem zweiten zylinderförmigen Abschnitt420 . Der zweite zylinderförmige Abschnitt420 erstreckt sich durchgehend von dem ersten zylinderförmigen Abschnitt410 aus. Das heißt, der erste zylinderförmige Abschnitt410 und der zweiten zylinderförmige Abschnitt420 sind zusammenhängend oder einstückig ausgebildet. Der erste zylinderförmige Abschnitt410 dient als Gaseinlaß, während der zweite zylinderförmige Abschnitt420 als Gasauslaß dient. Der Durchmesser (im folgenden "zweiter Durchmesser" genannt) des zweiten zylinderförmigen Abschnitts420 ist kleiner als der Durchmesser (im folgenden "erster Durchmesser" genannt) des ersten zylinderförmigen Abschnitts410 , und die Länge (im folgenden "zweite Länge" genannt) des zweiten zylinderförmigen Abschnitts420 ist kleiner als die Länge (im folgenden "erste Länge" genannt) des ersten zylinderförmigen Abschnitts410 . 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 Löcher430a und zweite Löcher430b . In bevorzugter Weise enthält der Gasinjektionsabschnitt430 drei bis zwölf erste und zweite Löcher. Die ersten Löcher430a erstrecken sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt410 , und die zweiten Löcher430b erstrecken sich durch den zweiten zylinderförmigen Abschnitt420 . Das heißt, die ersten Löcher430a bilden den Gaseinlaß und die zweiten Löcher430b bilden den Gasauslaß. Der Gasinjektionsabschnitt430 besitzt einen Durchmesser, der durch den Durchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts420 begrenzt ist. Die zweiten Löcher430b besitzen eine Länge (im fol genden als "vierte Länge" bezeichnet), die kleiner ist als die Länge (im folgenden als "dritte Länge" bezeichnet) der ersten Löcher430a . Zusätzlich ist der Durchmesser der zweiten Löcher430b (im folgenden als "vierter Durchmesser" bezeichnet) kleiner als der Durchmesser (im folgenden als "dritter Durchmesser" bezeichnet) der ersten Löcher430a . 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 Löcher430b sind konzentrisch. Daher sind die zentralen Achsen der ersten Löcher430a und der zweiten Löcher430b koinzident. Darüber hinaus erstrecken sich die ersten Löcher430a und die zweiten Löcher430b parallel zu den Längsachsen des ersten und des zweiten zylinderförmigen Abschnitts410 bzw.420 . Demzufolge kann die Gasinjektor-Anordnung40 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 Abschnitts420 beträgt etwa 10,2 bis 14,7 mm. Darüber hinaus liegt die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts410 bei etwa 3,8 bis 4,6 mm und die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnits420 beträgt etwa 2,3 bis 3,2 mm. Der Durchmesser der ersten Löcher430a liegt bei etwa 1,8 bis 2,2 mm und der Durchmesser der zweiten Löcher430b liegt bei etwa 0,72 bis 1,32 mm. Darüber hinaus beträgt die axiale Länge der ersten Löcher430a etwa 3,1 bis 5,2 mm und die axiale Länge der zweiten Löcher430b etwa 2,1 bis 3,9 mm. - Bei einer praktischen Ausführungsform, die auf dem vorliegenden Gebiet verwendet wird, beträgt der Durchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts
410 19 mm, die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts410 beträgt 4,2 mm, der Durchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts420 beträgt 12,6 mm, die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts420 liegt bei 2,8 mm, der Durchmesser der ersten Löcher430a liegt bei 2mm, die axiale Länge der ersten Löcher430a beträgt 4,2 mm, der Durchmesser der zweiten Löcher430b liegt bei 1 mm und die axiale Länge der zweiten Löcher430b liegt bei 2,8 mm. - Darüber hinaus ist die Gasinjektor-Anordnung
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 die Gasinjektor-Anordnung430 der herrschenden Umgebungsbedingung während ihrer Verwendung widerstehen, sie kann nämlich den Wirkungen des Injektionsgases und der Funkenbildung widerstehen. - Die Gasinjektor-Anordnung besitzt einen zylinderförmigen Körper, jedoch in Form eines Festkörperblocks, und hat nicht die Form oder Gestalt einer hohlen Hülle oder Hülse. Daher wird die Gasinjektor-Anordnung 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 injiziert wird. Ferner wird auch die Geschwindigkeit des Injektionsgases erhöht, wenn das Injektionsgas durch die zweiten Löcher
430b strömt, da die Querschnittsflächen der zweiten Löcher430b kleiner sind als die Querschnittsflächen der ersten Löcher430a . Daher wird die Kontaktierungszeit zwischen dem Injektionsgas und den Wänden, welche die zweiten Löcher430b festlegen, minimiert. Darüber hinaus unterscheiden sich die Durchmesser der ersten und der zweiten Durchmesser430a und430b voneinander, wodurch eine Funkenbildung in die ersten Löcher430a hinein unterdrückt wird. Auch kann der Gasinjektor durch das Injektionsgas nicht leicht zerstört werden und auch nicht durch Funkenbildung zerstört werden, da die Gasinjektor-Anordnung aus einem korrosionsfesten Material hergestellt ist. - Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der Gasinjektor-Anordnung nach der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die
6 bis11 beschrieben. - Um nun auf
6 einzugehen, so besitzt ein Gasinjektor60 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt60a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt60b . Zusätzlich bilden drei erste Löcher66a und drei zweite Löcher66b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung60 . Die drei Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher66a und66b sind in einem dreieckförmigen Muster angeordnet, in welchem eine zentrale Achse von jedem Paar der ersten und der zweiten Löcher66a und66b an einer jeweiligen Spitze des Dreiecks gelegen ist. - Gemäß
7 enthält ein Gasinjektor70 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt70a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt70b . Zusätzlich bilden drei erste Löcher77a und drei zweite Löcher77b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung70 . Die drei Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher66a und66b sind in einer Linie miteinander entlang einer quer verlaufenden Achse der Gasinjektor-Anordnung70 angeordnet. - Gemäß
8 enthält ein Gasinjektor80 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt80a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt80b . Zusätzlich bilden fünf erste Löcher88a und fünf zweite Löcher88b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung80 . Die fünf Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher88a und88b sind in einem rechteckförmigen Muster angeordnet, in welchem die zentralen Achsen der vier der Paare der (ersten und zweiten) Löcher an den Ecken eines Rechtecks gelegen sind, und die zentralen Achsen des fünften Paares der (ersten und zweiten) Löcher an dem Zentrum des Rechtecks gelegen sind. - Gemäß
9 enthält ein Gasinjektor90 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt90a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt90b . Zusätzlich bilden sieben erste Löcher99a und sieben zweite Löcher99b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung90 . Die sieben entsprechenden Paare der ersten und zweiten Löcher99a und99b sind in einem hexagonalen Muster angeordnet, in welchem die zentralen Achsen von sechs der Paare der (ersten und zweiten) Löcher99a und99b 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
10 enthält ein Gasinjektor101 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt101a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt101b . Zusätzlich bilden neun erste Löcher107a und neun zweite Löcher107b einen Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung101 . Die neun Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher107a und107b sind in einem Achteckmuster angeordnet, in welchem die zentralen Achsen von acht Paaren der ersten und zweiten Löcher107a und107b an den Ecken eines Achtecks gelegen sind, und die zentralen Achsen des verbleibenden Paares der (ersten und zweiten) Löcher an einem Zentrum des Achtecks gelegen sind. - Gemäß
11 enthält ein Gasinjektor103 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt103a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt103b . Zusätzlich bilden zwölf erste Löcher109a und zwölf zweite Löcher109b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung103 . Elf Paare der ersten und zweiten Löcher109a und109b sind in einem Kreis angeordnet. Die zentralen Achsen des verbleibenden Paares der ersten und zweiten Löcher109a und109b sind am Zentrum des Kreises gelegen. - Als nächstes wird ein Ätzgerät mit dem Gasinjektor unter Hinweis auf
12 beschrieben. Das in12 gezeigte Ätzgerät erzeugt ein Plasma unter Anwendung einer TCP (Transformer Coupled Plasma = transformator-gekoppeltes Plasma) Technik. - Gemäß
12 umfaßt das Ätzgerät eine Prozeßkammer120 , Gasinjektoren150 und eine Vorspannstromversorgungsquelle140 . Zusätzlich enthält das Ätzgerät eine Wicklung130 zum Übertragen von Energie auf einer Hochfrequenz in die Prozeßkammer120 , eine Plasmastromversorgungsquelle135 zum Zuführen von elektrischer Energie zu der Wicklung130 , ein Spannfutter125 , welches in der Prozeßkammer120 angeordnet 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 Prozeßkammer120 hineinzubringen und aus dieser herauszunehmen. Die Ventilvorrichtung enthält ein Nadelventil. - Die Prozeßkammer
120 mit dem Substrat W darin empfängt Gas, um eine Plasmaatmosphäre in der Prozeßkammer120 zu bilden. In der Plasmaatmosphäre wird ein auf dem Substrat W ausgebildeter Film geätzt, so daß Muster auf dem Substrat ausgebildet werden. Die Vorspannstromversorgungsquelle140 legt eine Vorspannungsenergie an das Substrat W an, um zu bewirken, daß das Plasma zu dem Substrat W hin angezogen 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 Prozeßkammer120 angeordnet, und zwar in gleichen Abstandsintervallen voneinander. Demzufolge liegen die Gasinjektoren150 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 Gasinjektor150 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 Ausführungsform dargelegt wurde. Die Ergebnisse dieser Experimente haben gezeigt, daß durch die vorliegende Erfindung nur vergleichsweise wenig Teilchen erzeugt werden.
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
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 Ätzgerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, welches nach dem 10. September 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 Ätzgerätes 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 erzeugt werden, wenn der Ätzprozeß durchgeführt wird, und zwar bei Verwendung des Ätzgerätes nach der vorliegenden Erfindung.
- Um zusammenzufassen, so kann, da die Gasinjektor-Anordnung nach der vorliegenden Erfindung aus Keramikmaterial hergestellt ist, die Gasinjektor-Anordnung den Wirkungen des Injektionsgases widerstehen und auch der Funkenbildung widerstehen, so daß die Gasinjektor-Anordnung 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 der Gasinjektor-Anordnung 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 der Gasinjektor-Anordnung entsprechend eingeschränkt 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 der Gasinjektor-Anordnung verhindert wird. Da darüber hinaus die Löcher senkrecht zu dem Substrat orientiert sind, wird das Injektionsgas, welches durch die Löcher der Gasinjektor-Anordnung 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 1500 Watt und mit einem Druck von kleiner als 15 mTorr betrieben, welche Parameter 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 Kontaktloches durchzuführen.
- Wie oben dargelegt ist, bildet gemäß der vorliegenden Erfindung die Gasinjektor-Anordnung selbst keine Quelle für Teilchen, die ansonsten Defektstellen in einer Halbleitervorrichtung erzeugen. Zusätzlich können durch die vorliegende Erfindung Wartungs- und Reparaturkosten in Kontrolle gehalten werden, da die Gasinjektor-Anordnung kaum dazu neigt, zerstört zu werden.
- Obwohl schließlich die vorliegende Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, sind vielfältige Änderungen, Ersetzungsmaßnahmen und Abwandlungen bei der Erfindung möglich. Obwohl beispielsweise die Gasinjektor-Anordnung oben unter Hinweis auf mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde, die zwischen 3 und 12 Paaren an ersten und zweiten Löchern aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anzahl von Gasinjektionslöchern beschränkt. Demzufolge fallen alle solche Änderungen, Substitutionen und Abwandlungen in den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche festgehalten ist.
Claims (17)
- Gasinjektor-Anordnung mit einer Mehrzahl von Gasinjektoren (
150 ), die jeweils aufweisen: einen Keramikmaterialblock (405 ), der einen ersten zylinderförmigen Abschnitt (410 ) und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt (420 ), der sich von dem ersten zylinderförmigen Abschnitt aus erstreckt, aufweist, wobei der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als derjenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts kleiner ist als diejenige des ersten zylinderförmigen Abschnitts; und einen Gasinjektionsabschnitt (430 ), der erste Löcher (430a ) enthält, die sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramikmaterialblocks (405 ) hindurch erstrecken, und zweite Löcher (430b ) 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, und wobei sich jedes der zweiten Löcher von einem entsprechenden einen der ersten Löcher aus erstreckt und konzentrisch zu diesem ist, wobei die Gasinjektoren (150 ) an einem oberen Abschnitt einer Prozeßkammer (120 ) zum Verarbeiten eines Substrats voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei die ersten und zweiten zylinderförmigen Abschnitte (410 ,420 ) integral ausgebildet sind. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts (
420 ) ca. das 0,55–0,75-fache des Außendurchmessers des ersten zylinderförmigen Abschnitts (410 ) beträgt, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa das 0,55–0,75-fache der Länge des ersten zylinderförmigen Abschnits beträgt. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 2, bei dem der Außendurchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts (
410 ) etwa 17 bis 21 mm beträgt, der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts (420 ) 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. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser der zweiten Löcher (
430b ) etwa das 0,4–0,6-fache des Durchmessers der ersten Löcher (430a ) beträgt, und bei dem die axiale Länge der zweiten Löcher etwa das 0,5 bis 1-fache der axialen Länge der ersten Löcher beträgt. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 4, bei dem der Durchmesser der ersten Löcher (
430a ) etwa 1,8 bis 2,2 mm beträgt, der Durchmesser der zweiten Löcher (430b ) 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. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Gasinjektionsabschnitt (
430 ) drei bis zwölf Paare an ersten und zweiten Löchern (430a ,430b ) aufweist. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 6, bei dem der Gasinjektionsabschnitt (
430 ) drei Paare von entsprechenden ersten und zweiten Löchern (430a ,430b ) 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. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 6, bei dem der Gasinjektionsabschnitt (
430 ) fünf Paare an entsprechenden ersten und zweiten Löchern (430a ,430b ) 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. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 6, bei dem der Gasinjektionsabschnitt (
430 ) neun Paare an entsprechenden ersten und zweiten Löchern (430a ,430b ) 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. - Gasinjektor-Anordnung nach Anspruch 1, bei dem die ersten und die zweiten Löcher (
430a ,430b ) sich parallel zu den axialen Richtungen der ersten bzw. zweiten zylinderförmigen Abschnitte erstrecken. - Ätzgerät, mit: einer Prozeßkammer (
120 ) für die Aufnahme eines Substrats; einer Mehrzahl von Gasinjektoren (150 ), durch welche Gas in die Prozeßkammer (120 ) injiziert wird, wobei jeder der Gasinjektoren (150 ) einen Keramikmaterialblock (405 ) aufweist, welcher Block einen ersten zylinderförmigen Abschnit (410 ) und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt (420 ), der sich vom ersten zylinderförmigen Abschnitt aus durchgehend 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 (430 ) mit ersten Löchern (430a ), die sich durch den ersten zylinderförmigen Abschnitt des Keramikmaterialblocks hindurch erstrecken, und zweite Löcher (430b ) 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, wobei die Gasinjektoren (150 ) an einem oberen Abschnitt der Prozeßkammer (120 ) zum Verarbeiten eines Substrats voneinander beabstandet angeordnet sind und wobei die ersten und zweiten zylinderförmigen Abschnitte (410 ,420 ) integral ausgebildet sind, und einer Vorspannstromversorgung (140 ) zum Anlegen einer Vorspannenergie an ein Substrat, welches in der Prozeßkammer (120 ) gehaltert ist. - Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem drei der genannten Gasinjektoren (
150 ) in der Prozeßkammer (120 ) angeordnet sind. - Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts (
420 ) etwa das 0,55–0,75-fache des Außendurchmessers des ersten zylinderförmigen Abschnitts (410 ) beträgt, und bei dem die Länge des zweiten zylinderförmigen Abschnitts etwa das 0,55–0,75-fache der Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts beträgt. - Ätzgerät nach Anspruch 13, bei dem der Außendurchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts (
410 ) etwa 17 bis 21 mm beträgt, der Außendurchmesser des zweiten zylinderförmigen Abschnitts (420 ) 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. - Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem der Durchmesser der zweiten Löcher (
430b ) etwa das 0,4–0,6-fache des Durchmessers der ersten Löcher (430a ) beträgt, und bei dem die axiale Länge der zweiten Löcher etwa das 0,5 bis 1-fache der axialen Länge der ersten Löcher beträgt. - Ätzgerät nach Anspruch 15, bei dem der Durchmesser der ersten Löcher (
430a ) etwa 1,8 bis 2,2 mm beträgt, der Durchmesser der zweiten Löcher (430b ) 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. - Ätzgerät nach Anspruch 11, bei dem die ersten und die zweiten Löcher (
430a ,430b ) sich vertikal in der Prozeßkammer (120 ) erstrecken.
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