JP4105871B2 - ガスインジェクタおよびこれを有するエッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスインジェクタおよびこれを有するエッチング装置に関するものであり、より詳細には、基板上に形成されている膜をエッチングするためのガスを加工チャンバ内に噴射するガスインジェクタおよびこれを有するエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、コンピュータのような情報媒体の急速な普及により、半導体装置は飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の貯蔵能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。
【０００３】
エッチング技術は、半導体基板上に形成された膜をエッチングし、膜を設定されたパターンに形成する技術である。最近の半導体装置は、０．１５μｍ以下のデザイン−ルールを有する。したがって、エッチング技術は異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｅｔｃｈ）エッチングが可能であるエッチング選択比（ｅｔｃｈｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する方向に発展している。このエッチング選択比を実現するエッチングでは、主にプラズマを使用する。即ち、プラズマを使用してこのエッチング選択比を有するエッチング技術を具現している。
【０００４】
プラズマを使用するエッチング技術の一例は、カテイ（Ｃａｔｈｅｙ ｅｔ ａｌ．）などに許与された米国特許第６，０１３，９４３号および米国特許第６，００４，８７５号と、ミツハシ（Ｍｉｔｓｕｈａｓｈｉ）などに許与された米国特許第５，９０２，１３２号とに開示されている。
【０００５】
前記プラズマを使用するエッチング装置は、加工チャンバ、ガスインジェクタおよびバイアス電源印加部などを含む。例えば、ＡＭＴ社のモデル名ｅ−ＭＡＸが前記エッチング装置に該当する。
前記エッチング装置の構成は、次のとおりである。加工チャンバの内部に基板が配置される。加工チャンバにプラズマ状態を形成するためのガスが供給される。ガスの供給を受け、ガスをプラズマ状態に形成し、基板上に形成されている膜をエッチングする。バイアス電源印加部は基板にバイアス電源を印加する。これにより、エッチングを実施するとき、バイアス電源によりプラズマ状態のガスは基板に引きつけられる（ａｔｔｒａｃｔ）。そして、ガスはガスインジェクタを通じて加工チャンバ内部に噴射される。
【０００６】
ガスインジェクタの一例はマーチン（Ｍａｒｔｉｎ）に許与された米国特許第６，０８６，７７８号および５，６８８，３５９号と、ミャックミリン（Ｍｃｍｉｌｌｉｎ ｅｔ ａｌ．）などに許与された米国特許第６，０１３，１５５号とに開示されている。
【０００７】
図１は従来のガスインジェクタを説明するための斜視図であり、図２は図１のII−II線の断面図である。
図１および図２を参照すると、ガスインジェクタ１０はガスが流入する部分Ａとガスが流出する部分Ｂとにより区分される。ガスが流入する部分Ａは中空部（ｈｏｌｌｏｗｎｅｓｓ）を有する環形形状を有する。ガスが流出する部分Ｂはラウンディング形状を有し、ガスを噴射する噴射部１００が形成される。ガスが流入する部分Ａは周りのサイズが大きな部分Ａ′と周りのサイズが大きな部分Ａ′に連続する周りのサイズが小さい部分Ａ″とにより区分される。部分Ａ′、部分Ａ″および部分Ｂの長さは０．６：１．５：１の比率を有する。噴射部１００は複数のホール１１０を有する。ホール１１０はラウンディング形状に形成されるために所定の角を有する形状に形成される。噴射部１００のホール１１０は多様な形態で形成されるが、特に米国特許第６，０１３，１５５号によると、ホール１１０はテーパー（ｔａｐｅｒ）された形状を有する。そして、ガスインジェクタ１０は石英材質により構成される。
【０００８】
以下、ガスインジェクタが設けられるエッチング装置を使用するエッチング工程について一例を挙げて説明する。
図３は従来のエッチング装置を使用しゲートスペーサを形成するエッチング工程を説明するための断面図である。
【０００９】
図３はゲート電極３２の両側壁にゲートスペーサ３６が形成されている状態を示す。ゲートスペーサ３６は全面エッチングで形成される。具体的には、基板３０上にゲート電極３２を形成する。そして、ゲート電極３２をマスクに用いるイオン注入を実施し、ゲート電極３２と隣接し連結される基板３０内にソースおよびドレーン電極３４を形成する。続いて、基板３０およびゲート電極３２に連続的に酸化物質を積層する。そして、基板３０と酸化物質のエッチングによる全面エッチングを実施する。これにより、ゲート電極３２の両側壁にゲートスペーサ３６が形成される。
【００１０】
全面エッチングを実施する過程で、基板上に、パーティクルが吸着する場合が頻繁に発生する。そして、パーティクルが吸着した部分はパーティクルによりエッチングが容易でなく、図示したようにゲートスペーサが互いに連結されるブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）が発生する。
【００１１】
パーティクルの成分を分析した結果、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｆ成分を確認することができた。成分のうちでＳｉ、Ｃ、Ｆ成分はエッチングを実施するうちに発生するポリマに該当する。そして、Ｓｉ、Ｏ成分はガスインジェクタを構成する成分である。
【００１２】
すなわち、Ｓｉ、Ｏ成分のパーティクルはガスインジェクタに起因する。これには、エッチングを実施するときに噴射されるガスによる損傷、ならびに基板に印加されるバイアス電源による損傷がある。そして、バイアス電源によるアーキング（ａｒｃｉｎｇ）現象は噴射部のホールの内部まで影響を及ぼし、ガスインジェクタを甚だしく損傷させる。したがって、損傷によりガスインジェクタにパーティクルが発生し、エッチングを実施する途中に基板上に吸着する。そして、エッチングの反復実施はガスインジェクタの損傷を加重させる。
【００１３】
損傷の結果によると、噴射部の表面の損傷よりアーキング現象によるホール内部の損傷が激しく、中空形状の中心軸に近い側のホールの損傷より遠い側のホールの損傷が甚だしいことが確認できる。これにより、ガスインジェクタによるパーティクルはガスインジェクタの形状および材質にも原因があることが分かる。特に、ガスインジェクタが中空形状であるために、ガスインジェクタに流入するガスの流入量が多いことも前記損傷に影響を及ぼす。また、ガスが基板の周辺にも噴射されるために、基板の周辺に吸着しているパーティクルの移動を発生させる。これにより、基板の周辺に吸着しているパーティクルが基板上に吸着する状況が発生する。
【００１４】
したがって、従来のエッチング工程では、ガスインジェクタに起因するパーティクルが発生する。そして、パーティクルは不良の原因として作用する。ゆえに、ガスインジェクタによるパーティクルは半導体装置の製造の信頼度を低下させる問題点として指摘されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１目的は、パーティクルが殆ど発生しない形状および材質により構成されるガスインジェクタを提供することにある。
本発明の第２目的は、エッチング工程を実施するときにガスインジェクタに起因するパーティクルが殆ど発生しないエッチング装置を提供することにある。
【００１６】
前記第１目的を達成するために本発明は、請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、ガスインジェクタは、第１シリンダ、ならびに第１シリンダに連続的に形成され第１シリンダの外径より小さい外径を有し第１シリンダの長さより小さい長さを有する第２シリンダを有し、セラミック材質により構成される胴体と、胴体の第１シリンダを貫通する第１ホール、ならびに第１ホールより小さい直径および軸方向長さを有し第１ホールから各々延びて同一の中心軸を有し胴体の第２シリンダを貫通する第２ホールを有するガス噴射部とを備え、前記第２シリンダの外径は前記第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。
また、請求項２記載の手段を採用することにより、第２シリンダの長さは第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。請求項４記載の手段を採用することにより、第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有する。請求項６記載の手段を採用することにより、ガス噴射部は３から１２個の第１ホールおよび第２ホールを有する。なお、請求項１０記載の手段を採用することにより、第１ホールおよび第２ホールは第１シリンダおよび第２シリンダの長さ方向と平行な方向に形成される。このように、ガスインジェクタの形状および材質を変更することにより、ガスインジェクタの損傷を最小化することができる。したがって、ガスインジェクタの損傷によるパーティクルの発生を最小化することができる。
【００１７】
前記第２目的を達成するために本発明は請求項１１記載の手段を採用する。この手段によると、エッチング装置は、内部に基板が収容される加工チャンバと、胴体およびガス噴射部を有し、加工チャンバにガスを噴射し、胴体はセラミック材料により形成され、第１シリンダ、ならびに第１シリンダに連続的に形成され第１シリンダの外径より小さい外径を有し第１シリンダの長さより小さい長さを有する第２シリンダを有し、ガス噴射部は胴体の第１シリンダを貫通する第１ホール、ならびに第１ホールより小さい直径および軸方向長さを有し第１ホールから各々延び同一の中心軸を有し胴体の第２シリンダを貫通する第２ホールを有する少なくとも一つのガスインジェクタと、加工チャンバの内部で支持される基板にバイアス電源を印加するためのバイアス電源印加部とを備え、前記第２シリンダの外径は前記第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。
また、請求項１２記載の手段を採用することにより、ガスインジェクタは３個設けられる。請求項１３記載の手段を採用することにより、ガスインジェクタは基板と互いに係合するように加工チャンバの上側に設けられる。なお、請求項１８記載の手段を採用することにより、ガス噴射部の第１ホールおよび第２ホールは、基板が位置する方向と垂直な方向に形成される。
【００１８】
これにより、エッチング装置を使用した工程を実施するとき、ガスインジェクタの損傷によるパーティクルの発生を最小化できる。これは、ガスインジェクタの形状および材質を変更することにより、ガスインジェクタの損傷を防止するためである。したがって、工程を実施するときにガスインジェクタによるパーティクルの発生を最小化することができる
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図４は本発明の一実施例によるガスインジェクタを説明するための斜視図であり、図５は図４のV−V線の断面図である。
図４および図５を参照すると、ガスインジェクタ４０は胴体４０５および噴射部４３０を含む。胴体４０５はガスインジェクタ４０を形状化し、噴射部４３０はガスが噴射される通路を提供する。
【００２０】
胴体４０５は第１シリンダ４１０および第２シリンダ４２０を含む。第２シリンダ４２０は第１シリンダ４１０から延びる。すなわち、第１シリンダ４１０および第２シリンダ４２０は重要な要素である。第１シリンダ４１０はガスが流入する部分に位置し、第２シリンダ４２０はガスが流出する部分に位置する。第２シリンダ４２０の直径は第１シリンダ４１０の直径より小さく、第２シリンダ４２０の長さは第１シリンダ４１０の長さより短い。具体的には、第２シリンダの外径は第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有し、第２シリンダの長さは前記第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。
【００２１】
噴射部４３０は第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂを含む。第１ホール４３０ａは第１シリンダ４１０部分に形成される。第２ホール４３０ｂは第２シリンダ４２０部分に形成される。したがって、第１ホール４３０ａはガスが流入する部分に形成され、第２ホール４３０ｂはガスが流出する部分に形成される。噴射部４３０は第２シリンダ４２０の直径範囲内に形成される。第２シリンダ４２０の直径大きさが第１シリンダ４１０の直径大きさに含まれるために、第１ホール４３０ａを第２シリンダ４２０の直径範囲内に形成することができる。第１ホール４３０ａは第１ホールの直径ならびに第１ホールの軸方向長さを有し、第２ホール４３０ｂは第２ホールの直径ならびに第２ホールの軸方向長さを有する。第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ小さく、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ小さい。具体的には、第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有する。そして、第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂは同一の中心軸を有するように形成される。したがって、第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂは中心軸が連続する形状を有する。第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂは第１シリンダ４１０および第２シリンダ４２０の長さ方向と平行な方向に形成する。これにより、ガスインジェクタ４０はガスを垂直方向に噴射することができる。
【００２２】
胴体および噴射部を含むガスインジェクタを形成する場合、第１シリンダの外径は１７．０ｍｍから２１．０ｍｍ、第１シリンダの長さは３．８ｍｍから４．６ｍｍを有する。第２シリンダの外径は１０．２ｍｍから１４．７ｍｍ、第２シリンダの長さは２．３ｍｍから３．２ｍｍを有する。噴射部の第１ホールの直径は１．８０ｍｍから２．２０ｍｍ、第１ホールの軸方向長さは３．１０ｍｍから５．２０ｍｍを有する。噴射部の第２ホールの直径は０．７２ｍｍから１．３２ｍｍ、第２ホールの軸方向長さは２．１０ｍｍから３．９０ｍｍを有する。
【００２３】
実施例として、次のような大きさを有するガスインジェクタを形成し使用している。ガスインジェクタは第１シリンダの外径を１９ｍｍ、第１シリンダの長さを４．２ｍｍを有するように形成した。第２シリンダの外径を１２．６ｍｍ、第２シリンダの長さを２．８ｍｍを有するように形成した。第１ホールの直径を２ｍｍ、第１ホールの軸方向長さを４．２ｍｍを有するように形成した。第２ホールの直径を１ｍｍ、第２ホールの軸方向長さを２．８ｍｍを有するように形成した。
【００２４】
そして、ガスインジェクタはセラミック材質により構成される。セラミックには９９％以上の純度を有するアルミナ（ａｌｕｍｉｎａ：Ａｌ2Ｏ3）が選択される。セラミックは耐火物として、耐熱性（ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）および耐磨耗性（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）の特性がある。
【００２５】
これにより、ガスによる影響またはアーキングなどのように外部環境の影響により、ガスインジェクタの損傷を最小化することができる。これは、ガスインジェクタが中空部のない形態で形成されるためである。すなわち、シリンダ形態のガスインジェクタは、ガスインジェクタの第１シリンダ表面のみガスが接触するためである。そして、第１ホールおよび第２ホールがガスを垂直に噴射することができるように形成され、第１ホールおよび第２ホールを通じて噴射されるガスの速度が、ガスが流出する部分で増加する形態に形成されるためである。すなわち、ガスが流出する部分で速度が増加することにより、ガスがホールに接触する時間が最小化されるためである。そして、ホールの直径が相異するのでホールの内部までアーキングが浸透しない。また、ガスインジェクタの材質が耐磨耗性などの特性を有するためである。
【００２６】
そして、噴射部は複数個の第１ホールおよび第２ホールを含むが、望ましくは３から１２個の第１ホールおよび第２ホールを含む。このとき、第１ホールおよび第２ホールは各々が同一の中心軸を有するように形成され、第２シリンダの直径範囲内に形成される。
【００２７】
図６から図１１は本発明の別の実施例によるガスインジェクタを説明するための平面図である。
図６はガスインジェクタ６０を示す。ガスインジェクタ６０は第１シリンダ６０ａおよび第２シリンダ６０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ６０に形成される噴射部は３個の第１ホール６６ａおよび第２ホール６６ｂを含み、３個の第１ホール６６ａおよび第２ホール６６ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、中心軸が三角形の頂点に位置するように形成される。
【００２８】
図７はガスインジェクタ７０を示す。ガスインジェクタ７０は第１シリンダ７０ａおよび第２シリンダ７０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ７０に形成される噴射部は３個の第１ホール７７ａおよび第２ホール７７ｂを含み、３個の第１ホール７７ａおよび第２ホール７７ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む同一直線上に位置するように形成される。
【００２９】
図８はガスインジェクタ８０を示す。ガスインジェクタ８０は第１シリンダ８０ａおよび第２シリンダ８０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ８０に形成される噴射部は５個の第１ホール８８ａおよび第２ホール８８ｂを含み、５個の第１ホール８８ａおよび第２ホール８８ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む四角形の頂点に位置するように形成される。
【００３０】
図９はガスインジェクタ９０を示す。ガスインジェクタ９０は第１シリンダ９０ａおよび第２シリンダ９０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ９０に形成される噴射部は７個の第１ホール９９ａおよび第２ホール９９ｂを含み、７個の第１ホール９９ａおよび第２ホール９９ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む六角形の頂点に位置するように形成される。
【００３１】
図１０はガスインジェクタ１０１を示す。ガスインジェクタ１０１は第１シリンダ１０１ａおよび第２シリンダ１０１ｂを含む。そして、ガスインジェクタ１０１に形成される噴射部は９個の第１ホール１０７ａおよび第２ホール１０７ｂを含み、９個の第１ホール１０７ａおよび第２ホール１０７ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む八角形の頂点に位置するように形成される。
【００３２】
図１１はガスインジェクタ１０３を示す。ガスインジェクタ１０３は第１シリンダ１０３ａおよび第２シリンダ１０３ｂを含む。そして、ガスインジェクタ１０３に形成される噴射部は１２個の第１ホール１０９ａおよび第２ホール１０９ｂを含み、１２個の第１ホール１０９ａおよび第２ホール１０９ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む同心円に位置するように形成される。
【００３３】
その他にも、噴射部の個数は制限されず、多様に形成することができる。
ガスインジェクタを含むエッチング装置を説明すると次のとおりである。
図１２は本発明の一実施例によるエッチング装置を説明するための構成図である。
【００３４】
図１２はエッチング装置を示す。エッチング装置はプラズマを使用する装置として、ＴＣＰ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）方式によりプラズマを形成するエッチング装置である。
エッチング装置は加工チャンバ１２０、ガスインジェクタ１５０およびバイアス電源印加部１４０などを含む。その他にも、エッチング装置は加工チャンバ１２０に無線周波数を有する電源を提供するコイル１３０、コイル１３０に電源を印加するプラズマ電源印加部１３５、加工チャンバ１２０内に基板Ｗを置くためのチャック１２５、ならびに加工チャンバ１２０に基板Ｗが移送されるときに開閉され、基板Ｗが移送される経路を提供するバルブ（図示せず）などを含む。バルブはニードルバルブを含む構成を有する。
【００３５】
具体的には、加工チャンバ１２０は内部に基板が配置され、ガスの供給を受け、ガスをプラズマ状態に形成し、基板上に形成されている膜をエッチングしパターンを形成する。バイアス電源印加部１４０は基板にバイアス電源を印加し、エッチングを実施するときにプラズマ状態のガスを基板に引っ張る。したがって、エッチングを実施するとき、バイアス電源によりプラズマ状態のガスが方向性を有する。
【００３６】
ガスインジェクタは、加工チャンバ１２０の上側に３個設けられる。３個のガスインジェクタ１５０は等間隔を維持するように設けられる。ガスインジェクタ１５０は基板と互いに係合するようにし、基板にガスを噴射する。このとき、噴射部の第１ホールおよび第２ホールは基板が位置する方向と垂直な方向を有するように形成される。したがって、ガスインジェクタ１５０は基板に垂直な方向にガスを噴射する。そして、ガスインジェクタ１５０の大きさとしては、胴体の第２シリンダの外径は第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有し、第２シリンダの長さは第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有し、噴射部の第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有する。
【００３７】
実施例として、第１シリンダの外径を１９ｍｍ、第１シリンダの長さを４．２ｍｍ、第２シリンダの外径を１２．６ｍｍ、第２シリンダの長さを２．８ｍｍ、第１ホールの直径を２ｍｍ、第１ホールの軸方向長さを４．２ｍｍ、第２ホールの直径を１ｍｍ、第２ホールの軸方向長さを２．８ｍｍで形成した。
【００３８】
エッチング装置を使用してゲートスペーサを形成するエッチング工程は次のとおりである。まず、ニードルバルブを開放し、ニードルバルブを通じて基板を加工チャンバ内に移送する。すると、基板はチャック上に置かれる。チャック上に置かれる基板はゲート電極と、ソースおよびドレーン電極とが形成されている。また、基板およびゲート電極に連続的にゲートスペーサを形成するための物質が積層されている。そして、加工チャンバは工程条件を満足する状態で組成される。即ち、加工チャンバを真空状態に維持し、ガスインジェクタを通じてガスが噴射される。このとき、ガスはゲートスペーサを形成する物質により種類が異なる。そして、加工チャンバにはガスをプラズマ状態に形成するための無線周波数を有する電源が印加され、基板にはプラズマ状態のガスを引っ張ることができるバイアス電源が印加される。これによりガスは無線周波数を有する電源によりプラズマ状態に形成され、バイアス電源により基板に引っ張られる。したがって、プラズマ状態のガスにより物質がエッチングされ、エッチングによりゲート電極の両側壁にゲートスペーサが形成される。このとき、エッチングは基板と物質のエッチング比により行われる。
【００３９】
実際に、ガスインジェクタを含むエッチング装置を使用し、ゲートスペーサを形成する工程を実施した。その結果、エッチング工程で発生するパーティクルが顕著に減少した。
図１３は本発明の一実施例によるエッチング装置を使用してエッチング工程を実施したとき発生するパーティクルの個数を測定した結果を示すグラフである。
【００４０】
図１３のＸ軸はパーティクルの個数を測定した日を示し、Ｙ軸はパーティクルの個数を示す。そして、２０００年９月１０日を基準に、それ以前は従来のエッチング装置を使用した結果を示し、以後は本実施例のエッチング装置を使用した結果を示す。
【００４１】
エッチング装置によるエッチング工程としてはゲートスペーサを形成する工程が使用され、パーティクルの個数はエッチング工程を実施し、基板をＳＣＩにより洗浄した後に測定した。測定には、ＫＬＡ（モデル名）装置を使用した。そして、エッチング工程は１８ＣＨＦ3をエッチングガスに使用し、６００Ｗ電源を印加した。
【００４２】
その結果、本実施例のエッチング装置を使用した場合、パーティクルの個数が相当に減少したことが分かった。具体的に、従来には平均１４．７個のパーティクルが確認されたが、本実施例の場合５．８個のパーティクルが確認された。
そして、パーティクルの成分を分析した結果、大部分がエッチング工程を実施するとき発生するポリマ成分であることを確認できた。したがって、ガスインジェクタによるパーティクルは発生しないことを確認できた。
【００４３】
これは、ガスインジェクタをセラミック材料で形成するためである。即ち、セラミックが有する材質的特性によりガスインジェクタの損傷を防止するためである。そして、ガスインジェクタがシリンダ形状を有し、シリンダ形状にホールが形成されるためである。これはシリンダ形状によりガスと接触する面積が最小化されるためであり、ホールの形態はガスと接触する時間を最小化させることができるためである。そして、バイアス電源によるアーキング現象が発生してもアーキングがホールの内部に浸透しないためである。特に、ガスが基板に垂直に噴射され、基板に限定されるために、ポリマなどのようなパーティクルの移動を最小化し、これにより基板にパーティクルが吸着することを防止することができる。即ち、基板周辺にガスが噴射されないために、基板周辺に吸着しているポリマなどのようなパーティクルの移動を防止することができる。
【００４４】
このように、ガスインジェクタの損傷を最小化することができる。ゆえに、５００Ｗ（ｗａｔｔ）以上、２０ｍＴｏｒｒ以下の工程条件の適用が可能であり、望ましくは１，５００Ｗ（ｗａｔｔ）以上、１５ｍＴｏｒｒ以下の工程条件の適用が可能である。これは、微細パターンが要求される最近の半導体装置の工程条件に十分に符合する。そして、ゲートスペーサの形成のような全面エッチング工程だけでなく、コンタクトの形成のような部分エッチング工程にも適用可能である。
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できるであろう。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、ガスインジェクタによるパーティクルの発生を最小化することができる。ゆえに、エッチング工程を実施するとき、パーティクルによる不良が最小化される。これにより、エッチング工程を安定的に実施することができる。
また、ガスインジェクタの損傷を最小化することにより維持補修を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のガスインジェクタを示す斜視図である。
【図２】図１のII−II線の断面図である。
【図３】従来のエッチング装置を使用してゲートスペーサを形成するエッチング工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す斜視図である。
【図５】図４のV−V線の断面図である。
【図６】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図７】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図８】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図９】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例によるエッチング装置を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施例によるエッチング装置を使用してエッチング工程を実施するときに発生するパーティクルの個数の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、４０、６０、７０、８０、９０、１０１、１０３、１５０ ガスインジェクタ
３０、Ｗ 基板
６０ａ、７０ａ、８０ａ、９０ａ、１０１ａ、１０３ａ、４１０ 第１シリンダ
６０ｂ、７０ｂ、８０ｂ、９０ｂ、１０１ｂ、１０３ｂ、４２０ 第２シリンダ
６６ａ、７７ａ、８８ａ、９９ａ、１０７ａ、１０９ａ、４３０ａ 第１ホール
６６ｂ、７７ｂ、８８ｂ、９９ｂ、１０７ｂ、１０９ｂ、４３０ｂ 第２ホール
１００、４３０ 噴射部
１１０ ホール
１２０ 加工チャンバ
１２５ チャック
１３０ コイル
１３５ プラズマ電源印加部
１４０ バイアス電源印加部
４０５ 胴体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスインジェクタおよびこれを有するエッチング装置に関するものであり、より詳細には、基板上に形成されている膜をエッチングするためのガスを加工チャンバ内に噴射するガスインジェクタおよびこれを有するエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、コンピュータのような情報媒体の急速な普及により、半導体装置は飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の貯蔵能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。
【０００３】
エッチング技術は、半導体基板上に形成された膜をエッチングし、膜を設定されたパターンに形成する技術である。最近の半導体装置は、０．１５μｍ以下のデザイン−ルールを有する。したがって、エッチング技術は異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｅｔｃｈ）エッチングが可能であるエッチング選択比（ｅｔｃｈｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する方向に発展している。このエッチング選択比を実現するエッチングでは、主にプラズマを使用する。即ち、プラズマを使用してこのエッチング選択比を有するエッチング技術を具現している。
【０００４】
プラズマを使用するエッチング技術の一例は、カテイ（Ｃａｔｈｅｙ ｅｔ ａｌ．）などに許与された米国特許第６，０１３，９４３号および米国特許第６，００４，８７５号と、ミツハシ（Ｍｉｔｓｕｈａｓｈｉ）などに許与された米国特許第５，９０２，１３２号とに開示されている。
【０００５】
前記プラズマを使用するエッチング装置は、加工チャンバ、ガスインジェクタおよびバイアス電源印加部などを含む。例えば、ＡＭＴ社のモデル名ｅ−ＭＡＸが前記エッチング装置に該当する。
前記エッチング装置の構成は、次のとおりである。加工チャンバの内部に基板が配置される。加工チャンバにプラズマ状態を形成するためのガスが供給される。ガスの供給を受け、ガスをプラズマ状態に形成し、基板上に形成されている膜をエッチングする。バイアス電源印加部は基板にバイアス電源を印加する。これにより、エッチングを実施するとき、バイアス電源によりプラズマ状態のガスは基板に引きつけられる（ａｔｔｒａｃｔ）。そして、ガスはガスインジェクタを通じて加工チャンバ内部に噴射される。
【０００６】
ガスインジェクタの一例はマーチン（Ｍａｒｔｉｎ）に許与された米国特許第６，０８６，７７８号および５，６８８，３５９号と、ミャックミリン（Ｍｃｍｉｌｌｉｎ ｅｔ ａｌ．）などに許与された米国特許第６，０１３，１５５号とに開示されている。
【０００７】
図１は従来のガスインジェクタを説明するための斜視図であり、図２は図１のII−II線の断面図である。
図１および図２を参照すると、ガスインジェクタ１０はガスが流入する部分Ａとガスが流出する部分Ｂとにより区分される。ガスが流入する部分Ａは中空部（ｈｏｌｌｏｗｎｅｓｓ）を有する環形形状を有する。ガスが流出する部分Ｂはラウンディング形状を有し、ガスを噴射する噴射部１００が形成される。ガスが流入する部分Ａは周りのサイズが大きな部分Ａ′と周りのサイズが大きな部分Ａ′に連続する周りのサイズが小さい部分Ａ″とにより区分される。部分Ａ′、部分Ａ″および部分Ｂの長さは０．６：１．５：１の比率を有する。噴射部１００は複数のホール１１０を有する。ホール１１０はラウンディング形状に形成されるために所定の角を有する形状に形成される。噴射部１００のホール１１０は多様な形態で形成されるが、特に米国特許第６，０１３，１５５号によると、ホール１１０はテーパー（ｔａｐｅｒ）された形状を有する。そして、ガスインジェクタ１０は石英材質により構成される。
【０００８】
以下、ガスインジェクタが設けられるエッチング装置を使用するエッチング工程について一例を挙げて説明する。
図３は従来のエッチング装置を使用しゲートスペーサを形成するエッチング工程を説明するための断面図である。
【０００９】
図３はゲート電極３２の両側壁にゲートスペーサ３６が形成されている状態を示す。ゲートスペーサ３６は全面エッチングで形成される。具体的には、基板３０上にゲート電極３２を形成する。そして、ゲート電極３２をマスクに用いるイオン注入を実施し、ゲート電極３２と隣接し連結される基板３０内にソースおよびドレーン電極３４を形成する。続いて、基板３０およびゲート電極３２に連続的に酸化物質を積層する。そして、基板３０と酸化物質のエッチングによる全面エッチングを実施する。これにより、ゲート電極３２の両側壁にゲートスペーサ３６が形成される。
【００１０】
全面エッチングを実施する過程で、基板上に、パーティクルが吸着する場合が頻繁に発生する。そして、パーティクルが吸着した部分はパーティクルによりエッチングが容易でなく、図示したようにゲートスペーサが互いに連結されるブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）が発生する。
【００１１】
パーティクルの成分を分析した結果、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｆ成分を確認することができた。成分のうちでＳｉ、Ｃ、Ｆ成分はエッチングを実施するうちに発生するポリマに該当する。そして、Ｓｉ、Ｏ成分はガスインジェクタを構成する成分である。
【００１２】
すなわち、Ｓｉ、Ｏ成分のパーティクルはガスインジェクタに起因する。これには、エッチングを実施するときに噴射されるガスによる損傷、ならびに基板に印加されるバイアス電源による損傷がある。そして、バイアス電源によるアーキング（ａｒｃｉｎｇ）現象は噴射部のホールの内部まで影響を及ぼし、ガスインジェクタを甚だしく損傷させる。したがって、損傷によりガスインジェクタにパーティクルが発生し、エッチングを実施する途中に基板上に吸着する。そして、エッチングの反復実施はガスインジェクタの損傷を加重させる。
【００１３】
損傷の結果によると、噴射部の表面の損傷よりアーキング現象によるホール内部の損傷が激しく、中空形状の中心軸に近い側のホールの損傷より遠い側のホールの損傷が甚だしいことが確認できる。これにより、ガスインジェクタによるパーティクルはガスインジェクタの形状および材質にも原因があることが分かる。特に、ガスインジェクタが中空形状であるために、ガスインジェクタに流入するガスの流入量が多いことも前記損傷に影響を及ぼす。また、ガスが基板の周辺にも噴射されるために、基板の周辺に吸着しているパーティクルの移動を発生させる。これにより、基板の周辺に吸着しているパーティクルが基板上に吸着する状況が発生する。
【００１４】
したがって、従来のエッチング工程では、ガスインジェクタに起因するパーティクルが発生する。そして、パーティクルは不良の原因として作用する。ゆえに、ガスインジェクタによるパーティクルは半導体装置の製造の信頼度を低下させる問題点として指摘されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１目的は、パーティクルが殆ど発生しない形状および材質により構成されるガスインジェクタを提供することにある。
本発明の第２目的は、エッチング工程を実施するときにガスインジェクタに起因するパーティクルが殆ど発生しないエッチング装置を提供することにある。
【００１６】
前記第１目的を達成するために本発明は、請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、ガスインジェクタは、第１シリンダ、ならびに第１シリンダに連続的に形成され第１シリンダの外径より小さい外径を有し第１シリンダの長さより小さい長さを有する第２シリンダを有し、セラミック材質により構成される胴体と、胴体の第１シリンダを貫通する第１ホール、ならびに第１ホールより小さい直径および軸方向長さを有し第１ホールから各々延びて同一の中心軸を有し胴体の第２シリンダを貫通する第２ホールを有するガス噴射部とを備え、前記第２シリンダの外径は前記第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。
また、請求項２記載の手段を採用することにより、第２シリンダの長さは第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。請求項４記載の手段を採用することにより、第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有する。請求項６記載の手段を採用することにより、ガス噴射部は３から１２個の第１ホールおよび第２ホールを有する。なお、請求項１０記載の手段を採用することにより、第１ホールおよび第２ホールは第１シリンダおよび第２シリンダの長さ方向と平行な方向に形成される。このように、ガスインジェクタの形状および材質を変更することにより、ガスインジェクタの損傷を最小化することができる。したがって、ガスインジェクタの損傷によるパーティクルの発生を最小化することができる。
【００１７】
前記第２目的を達成するために本発明は請求項１１記載の手段を採用する。この手段によると、エッチング装置は、内部に基板が収容される加工チャンバと、胴体およびガス噴射部を有し、加工チャンバにガスを噴射し、胴体はセラミック材料により形成され、第１シリンダ、ならびに第１シリンダに連続的に形成され第１シリンダの外径より小さい外径を有し第１シリンダの長さより小さい長さを有する第２シリンダを有し、ガス噴射部は胴体の第１シリンダを貫通する第１ホール、ならびに第１ホールより小さい直径および軸方向長さを有し第１ホールから各々延び同一の中心軸を有し胴体の第２シリンダを貫通する第２ホールを有する少なくとも一つのガスインジェクタと、加工チャンバの内部で支持される基板にバイアス電源を印加するためのバイアス電源印加部とを備え、前記第２シリンダの外径は前記第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。
また、請求項１２記載の手段を採用することにより、ガスインジェクタは３個設けられる。請求項１３記載の手段を採用することにより、ガスインジェクタは基板と互いに係合するように加工チャンバの上側に設けられる。なお、請求項１８記載の手段を採用することにより、ガス噴射部の第１ホールおよび第２ホールは、基板が位置する方向と垂直な方向に形成される。
【００１８】
これにより、エッチング装置を使用した工程を実施するとき、ガスインジェクタの損傷によるパーティクルの発生を最小化できる。これは、ガスインジェクタの形状および材質を変更することにより、ガスインジェクタの損傷を防止するためである。したがって、工程を実施するときにガスインジェクタによるパーティクルの発生を最小化することができる
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図４は本発明の一実施例によるガスインジェクタを説明するための斜視図であり、図５は図４のV−V線の断面図である。
図４および図５を参照すると、ガスインジェクタ４０は胴体４０５および噴射部４３０を含む。胴体４０５はガスインジェクタ４０を形状化し、噴射部４３０はガスが噴射される通路を提供する。
【００２０】
胴体４０５は第１シリンダ４１０および第２シリンダ４２０を含む。第２シリンダ４２０は第１シリンダ４１０から延びる。すなわち、第１シリンダ４１０および第２シリンダ４２０は重要な要素である。第１シリンダ４１０はガスが流入する部分に位置し、第２シリンダ４２０はガスが流出する部分に位置する。第２シリンダ４２０の直径は第１シリンダ４１０の直径より小さく、第２シリンダ４２０の長さは第１シリンダ４１０の長さより短い。具体的には、第２シリンダの外径は第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有し、第２シリンダの長さは前記第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有する。
【００２１】
噴射部４３０は第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂを含む。第１ホール４３０ａは第１シリンダ４１０部分に形成される。第２ホール４３０ｂは第２シリンダ４２０部分に形成される。したがって、第１ホール４３０ａはガスが流入する部分に形成され、第２ホール４３０ｂはガスが流出する部分に形成される。噴射部４３０は第２シリンダ４２０の直径範囲内に形成される。第２シリンダ４２０の直径大きさが第１シリンダ４１０の直径大きさに含まれるために、第１ホール４３０ａを第２シリンダ４２０の直径範囲内に形成することができる。第１ホール４３０ａは第１ホールの直径ならびに第１ホールの軸方向長さを有し、第２ホール４３０ｂは第２ホールの直径ならびに第２ホールの軸方向長さを有する。第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ小さく、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ小さい。具体的には、第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有する。そして、第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂは同一の中心軸を有するように形成される。したがって、第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂは中心軸が連続する形状を有する。第１ホール４３０ａおよび第２ホール４３０ｂは第１シリンダ４１０および第２シリンダ４２０の長さ方向と平行な方向に形成する。これにより、ガスインジェクタ４０はガスを垂直方向に噴射することができる。
【００２２】
胴体および噴射部を含むガスインジェクタを形成する場合、第１シリンダの外径は１７．０ｍｍから２１．０ｍｍ、第１シリンダの長さは３．８ｍｍから４．６ｍｍを有する。第２シリンダの外径は１０．２ｍｍから１４．７ｍｍ、第２シリンダの長さは２．３ｍｍから３．２ｍｍを有する。噴射部の第１ホールの直径は１．８０ｍｍから２．２０ｍｍ、第１ホールの軸方向長さは３．１０ｍｍから５．２０ｍｍを有する。噴射部の第２ホールの直径は０．７２ｍｍから１．３２ｍｍ、第２ホールの軸方向長さは２．１０ｍｍから３．９０ｍｍを有する。
【００２３】
実施例として、次のような大きさを有するガスインジェクタを形成し使用している。ガスインジェクタは第１シリンダの外径を１９ｍｍ、第１シリンダの長さを４．２ｍｍを有するように形成した。第２シリンダの外径を１２．６ｍｍ、第２シリンダの長さを２．８ｍｍを有するように形成した。第１ホールの直径を２ｍｍ、第１ホールの軸方向長さを４．２ｍｍを有するように形成した。第２ホールの直径を１ｍｍ、第２ホールの軸方向長さを２．８ｍｍを有するように形成した。
【００２４】
そして、ガスインジェクタはセラミック材質により構成される。セラミックには９９％以上の純度を有するアルミナ（ａｌｕｍｉｎａ：Ａｌ2Ｏ3）が選択される。セラミックは耐火物として、耐熱性（ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）および耐磨耗性（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）の特性がある。
【００２５】
これにより、ガスによる影響またはアーキングなどのように外部環境の影響により、ガスインジェクタの損傷を最小化することができる。これは、ガスインジェクタが中空部のない形態で形成されるためである。すなわち、シリンダ形態のガスインジェクタは、ガスインジェクタの第１シリンダ表面のみガスが接触するためである。そして、第１ホールおよび第２ホールがガスを垂直に噴射することができるように形成され、第１ホールおよび第２ホールを通じて噴射されるガスの速度が、ガスが流出する部分で増加する形態に形成されるためである。すなわち、ガスが流出する部分で速度が増加することにより、ガスがホールに接触する時間が最小化されるためである。そして、ホールの直径が相異するのでホールの内部までアーキングが浸透しない。また、ガスインジェクタの材質が耐磨耗性などの特性を有するためである。
【００２６】
そして、噴射部は複数個の第１ホールおよび第２ホールを含むが、望ましくは３から１２個の第１ホールおよび第２ホールを含む。このとき、第１ホールおよび第２ホールは各々が同一の中心軸を有するように形成され、第２シリンダの直径範囲内に形成される。
【００２７】
図６から図１１は本発明の別の実施例によるガスインジェクタを説明するための平面図である。
図６はガスインジェクタ６０を示す。ガスインジェクタ６０は第１シリンダ６０ａおよび第２シリンダ６０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ６０に形成される噴射部は３個の第１ホール６６ａおよび第２ホール６６ｂを含み、３個の第１ホール６６ａおよび第２ホール６６ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、中心軸が三角形の頂点に位置するように形成される。
【００２８】
図７はガスインジェクタ７０を示す。ガスインジェクタ７０は第１シリンダ７０ａおよび第２シリンダ７０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ７０に形成される噴射部は３個の第１ホール７７ａおよび第２ホール７７ｂを含み、３個の第１ホール７７ａおよび第２ホール７７ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む同一直線上に位置するように形成される。
【００２９】
図８はガスインジェクタ８０を示す。ガスインジェクタ８０は第１シリンダ８０ａおよび第２シリンダ８０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ８０に形成される噴射部は５個の第１ホール８８ａおよび第２ホール８８ｂを含み、５個の第１ホール８８ａおよび第２ホール８８ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む四角形の頂点に位置するように形成される。
【００３０】
図９はガスインジェクタ９０を示す。ガスインジェクタ９０は第１シリンダ９０ａおよび第２シリンダ９０ｂを含む。そして、ガスインジェクタ９０に形成される噴射部は７個の第１ホール９９ａおよび第２ホール９９ｂを含み、７個の第１ホール９９ａおよび第２ホール９９ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む六角形の頂点に位置するように形成される。
【００３１】
図１０はガスインジェクタ１０１を示す。ガスインジェクタ１０１は第１シリンダ１０１ａおよび第２シリンダ１０１ｂを含む。そして、ガスインジェクタ１０１に形成される噴射部は９個の第１ホール１０７ａおよび第２ホール１０７ｂを含み、９個の第１ホール１０７ａおよび第２ホール１０７ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む八角形の頂点に位置するように形成される。
【００３２】
図１１はガスインジェクタ１０３を示す。ガスインジェクタ１０３は第１シリンダ１０３ａおよび第２シリンダ１０３ｂを含む。そして、ガスインジェクタ１０３に形成される噴射部は１２個の第１ホール１０９ａおよび第２ホール１０９ｂを含み、１２個の第１ホール１０９ａおよび第２ホール１０９ｂは、第１ホールおよび第２ホールの中心軸を平面に連結する場合、ガスインジェクタの中心部位を含む同心円に位置するように形成される。
【００３３】
その他にも、噴射部の個数は制限されず、多様に形成することができる。
ガスインジェクタを含むエッチング装置を説明すると次のとおりである。
図１２は本発明の一実施例によるエッチング装置を説明するための構成図である。
【００３４】
図１２はエッチング装置を示す。エッチング装置はプラズマを使用する装置として、ＴＣＰ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）方式によりプラズマを形成するエッチング装置である。
エッチング装置は加工チャンバ１２０、ガスインジェクタ１５０およびバイアス電源印加部１４０などを含む。その他にも、エッチング装置は加工チャンバ１２０に無線周波数を有する電源を提供するコイル１３０、コイル１３０に電源を印加するプラズマ電源印加部１３５、加工チャンバ１２０内に基板Ｗを置くためのチャック１２５、ならびに加工チャンバ１２０に基板Ｗが移送されるときに開閉され、基板Ｗが移送される経路を提供するバルブ（図示せず）などを含む。バルブはニードルバルブを含む構成を有する。
【００３５】
具体的には、加工チャンバ１２０は内部に基板が配置され、ガスの供給を受け、ガスをプラズマ状態に形成し、基板上に形成されている膜をエッチングしパターンを形成する。バイアス電源印加部１４０は基板にバイアス電源を印加し、エッチングを実施するときにプラズマ状態のガスを基板に引っ張る。したがって、エッチングを実施するとき、バイアス電源によりプラズマ状態のガスが方向性を有する。
【００３６】
ガスインジェクタは、加工チャンバ１２０の上側に３個設けられる。３個のガスインジェクタ１５０は等間隔を維持するように設けられる。ガスインジェクタ１５０は基板と互いに係合するようにし、基板にガスを噴射する。このとき、噴射部の第１ホールおよび第２ホールは基板が位置する方向と垂直な方向を有するように形成される。したがって、ガスインジェクタ１５０は基板に垂直な方向にガスを噴射する。そして、ガスインジェクタ１５０の大きさとしては、胴体の第２シリンダの外径は第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有し、第２シリンダの長さは第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有し、噴射部の第２ホールの直径は第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、第２ホールの軸方向長さは第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有する。
【００３７】
実施例として、第１シリンダの外径を１９ｍｍ、第１シリンダの長さを４．２ｍｍ、第２シリンダの外径を１２．６ｍｍ、第２シリンダの長さを２．８ｍｍ、第１ホールの直径を２ｍｍ、第１ホールの軸方向長さを４．２ｍｍ、第２ホールの直径を１ｍｍ、第２ホールの軸方向長さを２．８ｍｍで形成した。
【００３８】
エッチング装置を使用してゲートスペーサを形成するエッチング工程は次のとおりである。まず、ニードルバルブを開放し、ニードルバルブを通じて基板を加工チャンバ内に移送する。すると、基板はチャック上に置かれる。チャック上に置かれる基板はゲート電極と、ソースおよびドレーン電極とが形成されている。また、基板およびゲート電極に連続的にゲートスペーサを形成するための物質が積層されている。そして、加工チャンバは工程条件を満足する状態で組成される。即ち、加工チャンバを真空状態に維持し、ガスインジェクタを通じてガスが噴射される。このとき、ガスはゲートスペーサを形成する物質により種類が異なる。そして、加工チャンバにはガスをプラズマ状態に形成するための無線周波数を有する電源が印加され、基板にはプラズマ状態のガスを引っ張ることができるバイアス電源が印加される。これによりガスは無線周波数を有する電源によりプラズマ状態に形成され、バイアス電源により基板に引っ張られる。したがって、プラズマ状態のガスにより物質がエッチングされ、エッチングによりゲート電極の両側壁にゲートスペーサが形成される。このとき、エッチングは基板と物質のエッチング比により行われる。
【００３９】
実際に、ガスインジェクタを含むエッチング装置を使用し、ゲートスペーサを形成する工程を実施した。その結果、エッチング工程で発生するパーティクルが顕著に減少した。
図１３は本発明の一実施例によるエッチング装置を使用してエッチング工程を実施したとき発生するパーティクルの個数を測定した結果を示すグラフである。
【００４０】
図１３のＸ軸はパーティクルの個数を測定した日を示し、Ｙ軸はパーティクルの個数を示す。そして、２０００年９月１０日を基準に、それ以前は従来のエッチング装置を使用した結果を示し、以後は本実施例のエッチング装置を使用した結果を示す。
【００４１】
エッチング装置によるエッチング工程としてはゲートスペーサを形成する工程が使用され、パーティクルの個数はエッチング工程を実施し、基板をＳＣＩにより洗浄した後に測定した。測定には、ＫＬＡ（モデル名）装置を使用した。そして、エッチング工程は１８ＣＨＦ3をエッチングガスに使用し、６００Ｗ電源を印加した。
【００４２】
その結果、本実施例のエッチング装置を使用した場合、パーティクルの個数が相当に減少したことが分かった。具体的に、従来には平均１４．７個のパーティクルが確認されたが、本実施例の場合５．８個のパーティクルが確認された。
そして、パーティクルの成分を分析した結果、大部分がエッチング工程を実施するとき発生するポリマ成分であることを確認できた。したがって、ガスインジェクタによるパーティクルは発生しないことを確認できた。
【００４３】
これは、ガスインジェクタをセラミック材料で形成するためである。即ち、セラミックが有する材質的特性によりガスインジェクタの損傷を防止するためである。そして、ガスインジェクタがシリンダ形状を有し、シリンダ形状にホールが形成されるためである。これはシリンダ形状によりガスと接触する面積が最小化されるためであり、ホールの形態はガスと接触する時間を最小化させることができるためである。そして、バイアス電源によるアーキング現象が発生してもアーキングがホールの内部に浸透しないためである。特に、ガスが基板に垂直に噴射され、基板に限定されるために、ポリマなどのようなパーティクルの移動を最小化し、これにより基板にパーティクルが吸着することを防止することができる。即ち、基板周辺にガスが噴射されないために、基板周辺に吸着しているポリマなどのようなパーティクルの移動を防止することができる。
【００４４】
このように、ガスインジェクタの損傷を最小化することができる。ゆえに、５００Ｗ（ｗａｔｔ）以上、２０ｍＴｏｒｒ以下の工程条件の適用が可能であり、望ましくは１，５００Ｗ（ｗａｔｔ）以上、１５ｍＴｏｒｒ以下の工程条件の適用が可能である。これは、微細パターンが要求される最近の半導体装置の工程条件に十分に符合する。そして、ゲートスペーサの形成のような全面エッチング工程だけでなく、コンタクトの形成のような部分エッチング工程にも適用可能である。
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できるであろう。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、ガスインジェクタによるパーティクルの発生を最小化することができる。ゆえに、エッチング工程を実施するとき、パーティクルによる不良が最小化される。これにより、エッチング工程を安定的に実施することができる。
また、ガスインジェクタの損傷を最小化することにより維持補修を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のガスインジェクタを示す斜視図である。
【図２】図１のII−II線の断面図である。
【図３】従来のエッチング装置を使用してゲートスペーサを形成するエッチング工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す斜視図である。
【図５】図４のV−V線の断面図である。
【図６】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図７】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図８】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図９】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図１１】本発明の実施例によるガスインジェクタを示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例によるエッチング装置を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施例によるエッチング装置を使用してエッチング工程を実施するときに発生するパーティクルの個数の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、４０、６０、７０、８０、９０、１０１、１０３、１５０ ガスインジェクタ
３０、Ｗ 基板
６０ａ、７０ａ、８０ａ、９０ａ、１０１ａ、１０３ａ、４１０ 第１シリンダ
６０ｂ、７０ｂ、８０ｂ、９０ｂ、１０１ｂ、１０３ｂ、４２０ 第２シリンダ
６６ａ、７７ａ、８８ａ、９９ａ、１０７ａ、１０９ａ、４３０ａ 第１ホール
６６ｂ、７７ｂ、８８ｂ、９９ｂ、１０７ｂ、１０９ｂ、４３０ｂ 第２ホール
１００、４３０ 噴射部
１１０ ホール
１２０ 加工チャンバ
１２５ チャック
１３０ コイル
１３５ プラズマ電源印加部
１４０ バイアス電源印加部
４０５ 胴体
Claims (18)
- 第１シリンダ、ならびに前記第１シリンダに連続的に形成され前記第１シリンダの外径より小さい外径を有し前記第１シリンダの長さより小さい長さを有する第２シリンダを有し、セラミック材質により構成される胴体と、
前記胴体の前記第１シリンダを貫通する第１ホール、ならびに前記第１ホールより小さい直径および軸方向長さを有し前記第１ホールから各々延びて同一の中心軸を有し前記胴体の前記第２シリンダを貫通する第２ホールを有するガス噴射部と、
を備え、
前記第２シリンダの外径は前記第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有することを特徴とするガスインジェクタ。 - 前記第２シリンダの長さは前記第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有することを特徴とする請求項１に記載のガスインジェクタ。
- 前記第１シリンダの外径は１７．０ｍｍから２１．０ｍｍであり、前記第２シリンダの外径は１０．２ｍｍから１４．７ｍｍであり、前記第１シリンダの長さは３．８ｍｍから４．６ｍｍであり、前記第２シリンダの長さは２．３ｍｍから３．２ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のガスインジェクタ。
- 前記第２ホールの直径は前記第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、前記第２ホールの軸方向長さは前記第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有することを特徴とする請求項１に記載のガスインジェクタ。
- 前記第１ホールの直径は１．８０ｍｍから２．２０ｍｍであり、前記第２ホールの直径は０．７２ｍｍから１．３２ｍｍであり、前記第１ホールの軸方向長さは３．１０ｍｍから５．２０ｍｍであり、前記第２ホールの軸方向長さは２．１０ｍｍから３．９０ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のガスインジェクタ。
- 前記ガス噴射部は３から１２個の前記第１ホールおよび前記第２ホールを有することを特徴とする請求項１に記載のガスインジェクタ。
- 前記ガス噴射部は３個の前記第１ホールおよび前記第２ホールを有し、前記３個の第１ホールおよび第２ホールは前記第１ホールおよび前記第２ホールの中心軸が三角形の頂点に位置するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスインジェクタ。
- 前記ガス噴射部は５個の前記第１ホールおよび前記第２ホールを有し、前記５個の第１ホールおよび第２ホールは前記第１ホールおよび前記第２ホールの中心軸が前記胴体の中心部位を含む四角形の頂点に位置するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスインジェクタ。
- 前記ガス噴射部は９個の前記第１ホールおよび前記第２ホールを有し、前記９個の第１ホールおよび第２ホールは前記第１ホールおよび前記第２ホールの中心軸が前記胴体の中心部位を含む八角形の頂点に位置するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスインジェクタ。
- 前記第１ホールおよび前記第２ホールは前記第１シリンダおよび前記第２シリンダの長さ方向と平行な方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスインジェクタ。
- 内部に基板が収容される加工チャンバと、
胴体およびガス噴射部を有し、前記加工チャンバにガスを噴射し、前記胴体はセラミック材料により形成され、第１シリンダ、ならびに前記第１シリンダに連続的に形成され前記第１シリンダの外径より小さい外径を有し前記第１シリンダの長さより小さい長さを有する第２シリンダを有し、前記ガス噴射部は前記胴体の第１シリンダを貫通する第１ホール、ならびに前記第１ホールより小さい直径および軸方向長さを有し前記第１ホールから各々延び同一の中心軸を有し前記胴体の第２シリンダを貫通する第２ホールを有する少なくとも一つのガスインジェクタと、
前記加工チャンバの内部で支持される基板にバイアス電源を印加するためのバイアス電源印加部と、
を備え、
前記第２シリンダの外径は前記第１シリンダの外径に比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有することを特徴とするエッチング装置。 - 前記ガスインジェクタは３個設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
- 前記ガスインジェクタは前記基板と互いに係合するように前記加工チャンバの上側に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
- 前記第２シリンダの長さは前記第１シリンダの長さに比べ０．５５から０．７５倍の大きさを有することを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
- 前記第１シリンダの外径は１７．０ｍｍから２１．０ｍｍであり、前記第２シリンダの外径は１０．２ｍｍから１４．７ｍｍであり、前記第１シリンダの長さは３．８ｍｍから４．６ｍｍであり、前記第２シリンダの長さは２．３ｍｍから３．２ｍｍであることを特徴とする請求項１４に記載のエッチング装置。
- 前記第２ホールの直径は前記第１ホールの直径に比べ０．４０から０．６０倍の大きさを有し、前記第２ホールの軸方向長さは前記第１ホールの軸方向長さに比べ０．５０から１．０倍の長さを有することを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
- 前記第１ホールの直径は１．８０ｍｍから２．２０ｍｍであり、前記第２ホールの直径は０．７２ｍｍから１．３２ｍｍであり、前記第１ホールの軸方向長さは３．１０ｍｍから５．２０ｍｍであり、前記第２ホールの軸方向長さは２．１０ｍｍから３．９０ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載のエッチング装置。
- 前記ガス噴射部の第１ホールおよび第２ホールは、前記基板が位置する方向と垂直な方向に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
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