DE10200279B4

DE10200279B4 - Gasinjektor-Anordnung mit Gasinjektoren aus einem Keramikmaterialblock mit Gasinjektorlöchern, die sich durch diesen erstrecken, und ein die Gasinjektor-Anordnung enthaltenes Ätzgerät

Info

Publication number: DE10200279B4
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: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: KR100413145B1; JP4105871B2; CN1207761C; GB0200342D0; TW521346B; US20020088545A1; CN1365138A; JP2002252204A; GB2374454A; DE10200279A1; KR20020060509A; GB2374454B

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...

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 in US 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 in US 6,013,155 A ausgegeben an McMillin et al., offenbart. Ein herkömmlicher Gasinjektor wird nun in Einzelheiten unter Hinweis auf die 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 ringförmige Gestalt. Der Gasauslaßabschnitt B besitzt einen gerundeten Gasinjektionsabschnitt 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 US 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 Gateabstandshalter 36 ist an beiden Seitenwänden einer Gateelektrode 32 ausgebildet, und zwar mit Hilfe eines Vollflächenätzprozesses, der als Blankett-Ätzvorgang bekannt ist.

Spezifischer gesagt, wird die Gateelektrode 32 zuerst auf dem Substrat 30 ausgebildet. Dann wird ein Ionenimplantationsprozeß durchgeführt, und zwar unter Verwendung 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 aufgeschichtet. Dann wird der Vollflächenätzprozeß durchgeführt, und zwar unter Verwendung einer 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-Ätzprozeß durchgeführt wird. Die Teilchen unterbrechen den Ätzprozeß und erzeugen eine Brücke, das heißt einen Herstellungsdefekt, bei dem die Gateabstandshalter 36 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 und JP 2000 315680 A sowie in WO 00/41212 A1 und JP 01 275A762 A gezeigt.

JP 09067685 A offenbart eine parallele flache Plattenelektrode für eine Plasmaätzvorrichtung, die eine Elektrodenplatte 2 enthält, die aus Silizium besteht, sowie eine Verstärkungsplatte 1, die zum Verstärken der Elektrodenplatte 2 auf deren Rückseite angebracht ist. Ein Prozeßgas wird zum Verarbeiten eines Siliziumwafers durch eine Vielzahl von Gasinjektionslöchern, die durch die Elektrodenplatte 2 und die Verstärkungsplatte 1 hindurch ausgebildet sind, in eine Prozeßkammer eingeführt. Eine Hochfrequenzleistungsversorgung ist mit der Elektrodenplatte 2 verbunden, um das Prozeßgas in einem Plasmazustand zu versetzen. Es werden jedoch keine keramischen Materialien verwendet.

JP 2000 315680 A offenbart eine keramische Gaszuführungsstruktur für eine Halbleiterverarbeitungsvorrichtung. Die keramische Gaszuführungsstruktur weist eine keramische plattenförmige Basis 22 mit einer Zuführoberfläche 22a und einer Rückseite 22b 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 zeigt ein Bespiel für eine Gasinjektor-Anordnung.

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 von 1;
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 von 4;
6 bis 11 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 und 5 einzugehen, so enthält die Gasinjektor-Anordnung 40 einen Körper 405 und einen Gasinjektionsabschnitt 430. Der Gasinjektionsabschnitt 430 definiert einen Gasdurchgang durch den Körper 405.
Der Körper 405 besteht aus einem Keramikmaterialblock mit einem ersten zylinderförmigen Abschnitt 410 und mit einem zweiten zylinderförmigen Abschnitt 420. Der zweite zylinderförmige Abschnitt 420 erstreckt sich durchgehend von dem ersten zylinderförmigen 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 folgenden "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" genannt) des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 420 ist kleiner als die Länge (im folgenden "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 zylinderförmigen Abschnitt 410, und die zweiten Löcher 430b erstrecken sich durch den zweiten zylinderförmigen Abschnitt 420. Das heißt, die ersten Löcher 430a bilden den Gaseinlaß und die zweiten Löcher 430b bilden den Gasauslaß. Der Gasinjektionsabschnitt 430 besitzt einen Durchmesser, der durch den Durchmesser des zweiten zylinderförmigen 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 koinzident. Darüber hinaus erstrecken sich die ersten Löcher 430a und die zweiten Löcher 430b parallel zu den Längsachsen des ersten und des zweiten zylinderförmigen Abschnitts 410 bzw. 420. Demzufolge kann die Gasinjektor-Anordnung 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 Abschnits 420 beträgt 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 verwendet wird, beträgt der Durchmesser des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410 19 mm, die Länge des ersten zylinderförmigen Abschnitts 410 beträgt 4,2 mm, der Durchmesser 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 2mm, 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 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-Anordnung 430 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 Löcher 430b kleiner sind als die Querschnittsflächen der ersten Löcher 430a. Daher wird die Kontaktierungszeit zwischen dem Injektionsgas und den Wänden, welche 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 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 bis 11 beschrieben.
Um nun auf 6 einzugehen, so besitzt ein Gasinjektor 60 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 60a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 60b. Zusätzlich bilden drei erste Löcher 66a und drei zweite Löcher 66b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung 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 7 enthält ein Gasinjektor 70 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 70a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 70b. Zusätzlich bilden drei erste Löcher 77a und drei zweite Löcher 77b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung 70. Die drei Paare der entsprechenden ersten und zweiten Löcher 66a und 66b sind in einer Linie miteinander entlang einer quer verlaufenden Achse der Gasinjektor-Anordnung 70 angeordnet.
Gemäß 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 der Gasinjektor-Anordnung 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 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 Gasinjektor 90 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 90a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 90b. Zusätzlich bilden sieben erste Löcher 99a und sieben zweite Löcher 99b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung 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 10 enthält ein Gasinjektor 101 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 101a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 101b. Zusätzlich bilden neun erste Löcher 107a und neun zweite Löcher 107b einen Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung 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 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 Gasinjektor 103 einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 103a und einen zweiten zylinderförmigen Abschnitt 103b. Zusätzlich bilden zwölf erste Löcher 109a und zwölf zweite Löcher 109b den Gasinjektionsabschnitt der Gasinjektor-Anordnung 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 zweiten Löcher 109a und 109b sind am Zentrum des Kreises gelegen.
Als nächstes wird ein Ätzgerät mit dem Gasinjektor unter Hinweis auf 12 beschrieben. Das in 12 gezeigte Ätzgerät erzeugt ein Plasma unter Anwendung einer TCP (Transformer Coupled Plasma = transformator-gekoppeltes Plasma) Technik.
Gemäß 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 Prozeßkammer 120, eine Plasmastromversorgungsquelle 135 zum Zuführen von elektrischer Energie zu der Wicklung 130, ein Spannfutter 125, welches in der Prozeßkammer 120 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 Prozeßkammer 120 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 Prozeßkammer 120 zu bilden. In der Plasmaatmosphäre wird ein auf dem Substrat W ausgebildeter Film geätzt, so daß Muster auf dem Substrat ausgebildet werden. Die Vorspannstromversorgungsquelle 140 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 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 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

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.