KR20020060509A - 가스 인젝터 및 이를 갖는 식각 장치 - Google Patents

가스 인젝터 및 이를 갖는 식각 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 제조 장치용 가스 인젝터 및 이를 포함하는 식각 장치가 개시되어 있다. 상기 가스 인젝터는 몸체 및 분사부로 구성되고, 상기 몸체는 제1실린더 및 제2실린더를 포함한다. 상기 분사부는 제3홀들 및 제4홀들을 포함한다. 상기 제1실린더는 제1직경 및 제1길이를 갖는다. 상기 제2실린더는 제2직경 및 제2길이를 갖는다. 상기 제3홀들은 제3직경 및 제3길이를 갖고, 상기 제1실린더 부분에 형성된다. 상기 제4홀들은 제4직경 및 제4길이를 갖고, 상기 제2실린더 부분에 형성된다. 상기 제3홀들 및 제4홀들은 동일한 중심축을 갖는다. 상기 가스 인젝터는 세라믹 재질로 구성되고, 식각 장치의 상측에 설치된다. 따라서, 상기 가스 인젝터를 통하여 상기 식각 장치에 가스가 분사된다. 상기 가스 인젝터의 형상 및 재질적 특성으로 인하여 상기 가스 인젝터의 손상은 최소화된다.

Description

가스 인젝터 및 이를 갖는 식각 장치{Gas injector and apparatus for etching the gas injector}
본 발명은 가스 인젝터 및 이를 갖는 식각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 상에 형성되어 있는 막들을 식각하기 위한 가스를 가공 챔버 내에 분사하는 가스 인젝터 및 이를 갖는 식각 장치에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 식각 기술과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.
상기 식각 기술은 반도체 기판 상에 형성시킨 막들을 식각하여 상기 막들을설정된 패턴으로 형성하는 기술이다. 최근의 반도체 장치는 0.15㎛ 이하의 디자인룰(design rule)을 갖는다. 따라서, 상기 식각 기술은 이방성 식각(anisotropic etch)이 가능한 식각 선택비(etching selectivity)를 갖는 방향으로 발전되고 있다. 상기 식각 선택비를 실현하는 식각에서는 주로 플라즈마(plasma)를 사용한다. 즉, 상기 플라즈마를 사용하여 상기 식각 선택비를 갖는 식각 기술을 구현하고 있다.
상기 플라즈마를 사용하는 식각 기술에 대한 일 예는 케테이(Cathey et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제6,013,943호와, 미합중국 특허 6,004,875호 그리고 미츠하시(Mitsuhashi)에게 허여된 미합중국 특허 제5,902,132호에 개시되어 있다.
상기 플라즈마를 사용하는 식각 장치는 가공 챔버, 가스 인젝터(gas injector) 및 바이어스 전원 인가부 등을 포함한다. 예를 들면, AMT 컴퍼니(company)의 모델명 e-MAX가 상기 식각 장치에 해당된다.
상기 식각 장치의 구성은 다음과 같다. 상기 가공 챔버의 내부에 기판이 위치한다. 상기 가공 챔버에 플라즈마 상태로 형성하기 위한 가스가 제공된다. 따라서, 상기 가스를 제공받고, 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하여 상기 기판 상에 형성되어 있는 막들을 식각한다. 상기 바이어스 전원 인가부는 상기 기판에 바이어스 전원을 인가한다. 이에 따라, 상기 식각을 수행할 때 상기 바이어스 전원에 의해 상기 플라즈마 상태의 가스는 상기 기판으로 끌린다(attract). 그리고, 상기 가스는 상기 가스 인젝터를 통하여 상기 가공 챔버 내부에 분사된다.
상기 가스 인젝터에 대한 일 예는 마틴(Martin)에게 허여된 미합중국 특허제6,086,778호 및 5,688,359호 그리고 맥밀린(McMillin, et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제6,013,155호에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 가스 인젝터를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1 Ⅱ-Ⅱ선의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가스 인젝터(10)는 상기 가스가 유입되는 부분(A)과 상기 가스가 유출되는 부분(B)으로 구분된다. 상기 가스가 유입되는 부분(A)은 중공(hollowness)을 갖는 환형 형상을 갖는다. 상기 가스가 유출되는 부분(B)은 라운딩(rounding) 형상을 갖고, 상기 가스를 분사하는 분사부(100)가 형성된다. 상기 가스가 유입되는 부분(A)은 둘레 크기가 큰 부분(A′)과 상기 둘레 크기가 큰 부분(A′)에 연속하는 둘레 크기가 작은 부분(A″)으로 구분된다. 상기 A′ 부분과 상기 A″ 부분 및 상기 B 부분의 길이는 0.6 : 1.5 :1의 비율을 갖는다. 상기 분사부(100)는 다수의 홀(110)들을 갖는다. 상기 홀(110)들은 상기 라운딩 형상에 형성하기 때문에 소정의 각을 갖는 형태로 형성된다. 상기 분사부(100)의 홀(110)들은 다양한 형태로 형성하는데, 특히 상기 미합중국 특허 제6,013,155호에 의하면, 상기 홀들은 테이퍼(taper)진 형상을 갖는다. 그리고, 상기 가스 인젝터(10)는 석영 재질로 구성된다.
이하, 상기 가스 인젝터가 설치되는 식각 장치를 사용하는 식각 공정에 대한 일 예를 설명한다.
도 3은 종래의 식각 장치를 사용하여 게이트 스페이서를 형성하는 식각 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 도면은 게이트 전극(32)의 양측벽에 게이트 스페이서(gate spacer)(36)가 형성되어 있는 상태를 나타낸다. 상기 게이트 스페이서(32)는 전면 식각에 의해 형성된다. 구체적으로, 기판(30) 상에 게이트 전극(32)을 형성한다. 그리고, 상기 게이트 전극(32)을 마스크로 이용하는 이온 주입을 수행하여 상기 게이트 전극(32)과 인접하고, 연결되는 상기 기판(30) 내에 소스 및 드레인 전극(34)을 형성한다. 이어서, 상기 기판(30) 및 게이트 전극(32)에 연속적으로 산화 물질을 적층한다. 그리고, 상기 기판(30)과 상기 산화 물질의 식각비(etch rate)에 의한 전면 식각을 수행한다. 이에 따라, 상기 게이트 전극(32)의 양측벽에 게이트 스페이서(36)가 형성된다.
상기 전면 식각을 수행하는 도중에 상기 기판 상에 파티클(particle)이 흡착되는 경우가 빈번하게 발생한다. 그리고, 상기 파티클이 흡착된 부분은 상기 파티클에 의해 식각이 용이하게 이루어지지 않고, 도시된 바와 같이 게이트 스페이서가 서로 연결되는 브릿지(bridge)가 발생한다.
상기 파티클의 성분을 분석한 결과, Si, O, C, F 성분들을 확인할 수 있었다. 상기 성분들 중에서 상기 Si, C, F 성분들은 상기 식각을 수행하는 도중에 발생하는 폴리머에 해당한다. 그리고, 상기 Si, O 성분들은 상기 가스 인젝터를 구성하는 성분이다.
즉, 상기 Si, O 성분들의 파티클은 상기 가스 인젝터에 기인한다. 이는, 상기 식각을 수행할 때 분사되는 가스에 의한 손상 및 상기 기판에 인가되는 바이어스 전원에 의한 손상에 있다. 그리고, 상기 바이어스 전원에 의한 아킹(arcing) 현상은 상기 분사부의 홀들의 내부에 까지 영향을 끼치고, 이에 따라 상기 가스 인젝터를 심하게 손상시킨다. 따라서, 상기 손상에 의해 상기 가스 인젝터에 파티클로 부착되고, 상기 식각을 수행하는 도중에 기판 상에 흡착된다. 그리고, 상기 식각의 반복적 수행은 상기 가스 인젝터의 손상을 가중시킨다.
여기서, 상기 손상을 살펴본 결과, 상기 분사부의 표면의 손상보다 상기 아킹 현상에 의한 상기 홀 내부의 손상이 심하고, 상기 중공 형상의 중심축에 가까이 있는 홀들의 손상보다 멀리 있는 홀들의 손상이 심한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 인젝터에 의한 파티클은 상기 가스 인젝터의 형상 및 재질에도 원인이 있음을 확인할 수 있다. 특히, 상기 가스 인젝터가 중공 형상이기 때문에 상기 가스 인젝터로 유입되는 가스의 유입량이 많은 것도 상기 손상에 영향을 끼친다. 또한, 상기 가스가 상기 기판의 주변에도 분사되기 때문에 상기 기판의 주변에 흡착되어 있는 파티클의 이동을 유발한다. 이에 따라, 상기 기판의 주변에 흡착되어 있는 파티클이 상기 기판 상에 흡착되는 상황이 발생한다.
따라서, 종래의 식각 공정에서는 상기 가스 인젝터에 기인하는 파티클이 발생한다. 그리고, 상기 파티클은 불량의 원인으로 작용한다. 때문에 상기 가스 인젝터로 인한 파티클은 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도를 저하시키는 문제점으로 지적되고 있다.
본 발명의 제1목적은 파티클이 거의 발생되지 않는 형상 및 재질로 구성되는 가스 인젝터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2목적은 식각 공정을 수행할 때 가스 인젝터에 기인하는 파티클이 거의 발생되지 않는 식각 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 가스 인젝터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1 Ⅱ-Ⅱ선의 단면도이다.
도 3은 종래의 식각 장치를 사용하여 게이트 스페이서를 형성하는 식각 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 인젝터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4 Ⅴ-Ⅴ선의 단면도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 가스 인젝터를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 13은 본 발명의 식각 장치를 사용하여 식각 공정을 수행할 때 발생하는 파티클의 개수를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 40, 150 : 가스 인젝터 30, W : 기판
32 : 게이트 전극 34 : 소스 및 드레인 전극
36 : 게이트 스페이서 100, 430 : 분사부
110 : 홀 120 : 가공 챔버
125 : 척 130 : 코일
135 : 플라즈마 전원 인가부 140 : 바이어스 전원 인가부
405 : 몸체 410, 420 : 실린더
430a, 430b : 홀
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 인젝터는, 가스가 유입되는 부분에 위치하고, 제1직경 및 제1길이를 갖는 제1실린더와, 상기 제1실린더에 연속적으로 형성되고, 상기 가스가 유출되는 부분에 위치하고, 상기 제1직경에 비해 작은 제2직경 및 상기 제1길이에 비해 작은 제2길이를 갖는 제2실린더를 포함하고, 세라믹 재질로 구성되는 몸체; 및 상기 몸체의 제1실린더 부분에 형성되고, 제3직경 및 제3길이를 갖는 제3홀들과, 상기 몸체의 제2실린더 부분에 형성되고, 상기 제3홀들에 연속적으로 형성되고, 상기 제3홀들과 동일한 중심축을 갖고, 상기 제3직경에 비해 작은 제4직경 및 상기 제3길이에 비해 작은 제4길이를 갖는 제4홀들을 포함하여 상기 가스를 분사하는 분사부를 포함한다.
상기 제2직경은 상기 제1직경에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 제2길이는 상기 제1길이에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 제4직경은 상기 제3직경에 비해 0.40 내지 0.60배의 크기를 갖고, 상기 제4길이는 상기 제3길이에 비해 0.50 내지 1.0배의 길이를 갖는다. 상기 분사부는 3 내지 12개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함한다. 상기 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3실린더 및 제4실린더의 길이 방향과 평행한 방향으로 형성된다. 상기 가스 인젝터를 세라믹 재질로 구성된다. 이와 같이, 상기 가스 인젝터의 형상 및 재질을 변경함에 따라, 상기 가스 인젝터가 손상되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 가스 인젝터의 손상으로 인한 파티클의 발생을 최소화할 수 있다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 식각 장치는, 내부에 기판이 위치하고, 가스를 제공받고, 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하여 상기 기판 상에 형성되어 있는 막들을 식각하여 패턴을 형성하기 위한 가공 챔버와, 상기 가스가 외부에서 상기 가공 챔버로 유입되는 부분에 위치하고, 제1직경 및 제1길이를 갖는 제1실린더와, 상기 제1실린더에 연속적으로 형성되고, 상기 가스가 상기 가공 챔버 내부로 유출되는 부분에 위치하고, 상기 제1직경에 비해 작은 제2직경 및 상기 제1길이에 비해 작은 제2길이를 갖는 제2실린더를 포함하고, 세라믹 재질로 구성되는 몸체 및 상기 몸체의 제1실린더 부분에 형성되고, 제3직경 및 제3길이를 갖는 제3홀들과, 상기 몸체의 제2실린더 부분에 형성되고, 상기 제3홀들에 연속적으로 형성되고, 상기 제3홀들과 동일한 중심축을 갖고, 상기 제3직경에 비해 작은 제4직경 및 상기 제3길이에 비해 작은 제4길이를 갖는 제4홀들을 포함하여 상기 가스를 상기 가공 챔버에 분사하기 위한 가스 인젝터와, 상기 기판에 바이어스 전원을 인가하고, 상기 식각을 수행할 때 상기 플라즈마 상태의 가스를 상기 기판으로 끌어당기기 위한 바이어스 전원 인가부를 포함한다.
상기 가스 인젝터는 상기 기판과 마주하도록 상기 가공 챔버의 상측에 3개가 설치되고, 상기 분사부의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 기판이 위치하는 방향과 수직한 방향으로 형성하여 상기 기판에 수직 방향으로 가스를 분사한다.
상기 식각 장치에 설치되는 상기 가스 인젝터는 몸체 및 분사부를 포함한다. 상기 몸체는 제1실린더 및 제2실린더를 포함하고, 상기 분사부는 제3홀들 및 제4홀들을 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터는 세라믹 재질로 구성된다. 이에 따라, 상기 식각 장치를 사용한 공정을 수행할 때 상기 가스 인젝터의 손상으로 인한 파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 이는, 상기 가스 인젝터의 형상 및 재질을 변경함으로서, 상기 가스 인젝터가 손상되는 것을 방지하기 때문이다. 따라서, 상기 공정을 수행할 때 상기 가스 인젝터로 인한 파티클의 발생으로 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 인젝터를 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 도 4 Ⅴ-Ⅴ선의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 가스 인젝터(40)는 몸체(405) 및 분사부(430)를 포함한다. 상기 몸체(405)는 상기 가스 인젝터(40)를 형상화하고, 상기 분사부(430)는 가스가 분사되는 통로를 제공한다.
상기 몸체(405)는 제1실린더(410) 및 제2실린더(420)를 포함한다. 상기 제1실린더(410)는 제1직경 및 제1길이를 갖고, 가스가 유입되는 부분에 위치한다. 상기 제2실린더(420)는 제2직경 및 제2길이를 갖고, 상기 가스가 유출되는 부분에 위치한다. 상기 제2직경은 상기 제1직경에 비해 작은 크기를 갖고, 상기 제2길이는 상기 제1길이에 비해 작은 크기를 갖는다. 구체적으로, 상기 제2직경은 상기 제1직경에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 제2길이는 상기 제1길이에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖는다. 그리고, 상기 제2실린더(420)는 상기 제1실린더(410)에 연속적으로 형성된다. 따라서, 상기 몸체(405)는 제1실린더(410) 및 제2실린더(420)가 일체화된 형상을 갖는다.
상기 분사부(430)는 제3홀(430a)들 및 제4홀(430b)들을 포함한다. 상기 제3홀(430a)들은 상기 제1실린더(410) 부분에 형성된다. 상기 제4홀(430b)들은 상기 제2실린더(420) 부분에 형성된다. 따라서, 상기 제3홀(430a)들은 상기 가스가 유입되는 부분에 형성되고, 상기 제4홀(430b)들은 상기 가스가 유출되는 부분에 형성된다. 상기 분사부(430)는 상기 제2실린더(420)의 직경 범위 내에 형성된다. 상기 제2실린더(420)의 직경 크기가 상기 제1실린더(410)의 직경 크기에 포함되기 때문에 상기 제3홀(430a)들을 제2실린더(420)의 직경 범위 내에 형성할 수 있다. 상기 제3홀(430a)들은 제3직경 및 제3길이를 갖고, 상기 제4홀(430b)들은 제4직경 및 제4길이를 갖는다. 상기 제4직경은 상기 제3직경에 비해 작은 크기를 갖고, 상기 제4길이는 상기 제3길이에 비해 작은 크기를 갖는다. 구체적으로, 상기 제4직경은 상기 제3직경에 비해 0.40 내지 0.60배이 크기를 갖고, 상기 제4길이는 상기 제3길이에 비해 0.50 내지 1.0배의 길이를 갖는다. 그리고, 상기 제3홀(430a)들 및 제4홀들(430b)은 동일한 중심축을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 제3홀(430a)들 및 제4홀(430b)들은 중심축이 연속되는 형상을 갖는다. 상기 제3홀(430a)들 및 제4홀(430b)들은 상기 제3실린더(410) 및 제4실린더(420)의 길이 방향과 평행한 방향으로 형성한다. 이에 따라, 상기 가스 인젝터(40)는 상기 가스를 수직 방향으로 분사할 수 있다. 상기 제3홀(430a)들 및 제4홀(430b)들의 길이는 상기 몸체(405)의 길이를 고려할 경우 상기 제3길이 및 제4길이의 크기에 대한 범위 내에서 적절하게 형성할 수 있다.
상기 몸체 및 분사부를 포함하는 가스 인젝터를 형상화할 경우, 상기 제1실린더의 제1직경은 17.0 내지 21.0mm, 상기 제1길이는 3.8 내지 4.6mm를 갖는다. 상기 제2실린더의 제2직경은 10.2 내지 14.7mm, 상기 제2길이는 2.3 내지 3.2mm를 갖는다. 상기 분사부의 제3홀들의 제3직경은 1.80 내지 2.20mm, 제3길이는 3.10 내지 5.20mm를 갖는다. 상기 분사부의 제4홀들의 제4직경은 0.72 내지 1.32mm, 제4길이는 2.10 내지 3.90mm를 갖는다.
실예로, 다음과 같은 크기를 갖는 가스 인젝터를 형성하여 사용하고 있다. 상기 가스 인젝터는 상기 제1실린더의 제1직경을 19mm, 상기 제1길이를 4.2mm를 갖도록 형성하였다. 상기 제2실린더의 제2직경을 12.6mm, 제2길이를 2.8mm를 갖도록 형성하였다. 상기 제3홀들의 제3직경을 2mm, 제3길이를 4.2mm를 갖도록 형성하였다. 상기 제4홀들의 제4직경을 1mm, 제4길이를 2.8mm를 갖도록 형성하였다.
그리고, 상기 가스 인젝터는 세라믹(ceramic)재질로 구성된다. 상기 세라믹은 99% 이상의 순도를 갖는 알루미나(alumina : Al2O3)가 선택된다. 상기 세라믹은 내화물(refractory)로서, 내열성(heat resistant), 내마모성(corrosion resistant)의 특성이 있다.
이에 따라, 상기 가스에 의한 영향 또는 아킹 등과 같은 외부 환경에 의한 영향으로 인하여 상기 가스 인젝터가 손상되는 것을 최소화할 수 있다. 이는, 상기 가스 인젝터가 중공이 없는 실린더 형태로 형성되기 때문이다. 즉, 상기 실린더 형태의 가스 인젝터는 상기 가스 인젝터의 제1실린더 표면에만 상기 가스가 접촉하기때문이다. 그리고, 상기 제3홀들 및 제4홀들이 상기 가스를 수직으로 분사할 수 있도록 형성되고, 상기 제3홀들 및 제4홀들을 통하여 분사되는 가스의 속도가 상기 가스가 유출되는 부분에서 증가하는 형태로 형성하기 때문이다. 즉, 상기 가스가 유출되는 부분에서 속도가 증가함으로서 상기 가스가 상기 홀에 접촉하는 시간이 최소화되기 때문이다. 그리고, 상기 홀들의 직경이 다르기 때문에 상기 홀들의 내부까지 아킹이 침투하지 못한다. 또한, 상기 가스 인젝터의 재질이 내마모성 등의 특성을 갖기 때문이다.
그리고, 상기 분사부는 다수개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함하는데, 바람직하게는 3 내지 12개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함한다. 이때, 상기 제3홀들 및 제4홀들은 각각이 동일한 중심축을 갖도록 형성되고, 상기 제2실린더의 직경 범위 내에 형성된다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 가스 인젝터를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 6을 참조하면, 도시된 도면은 가스 인젝터(60)를 나타낸다. 상기 가스 인젝터(60)는 제1실린더(60a) 및 제2실린더(60b)를 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터(60)에 형성되는 분사부는 3개의 제3홀(66a)들 및 제4홀(66b)들을 포함하고, 상기 3개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축을 평면적으로 연결할 경우 상기 중심축이 삼각형의 꼭지점에 위치하도록 형성한다.
도 7을 참조하면, 도시된 도면은 가스 인젝터(70)를 나타낸다. 상기 가스 인젝터(70)는 제1실린더(70a) 및 제2실린더(70b)를 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터(70)에 형성되는 분사부는 3개의 제3홀(77a)들 및 제4홀(77b)들을 포함하고, 상기 3개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축을 평면적으로 연결할 경우 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 포함하는 동일 직선상에 위치하도록 형성한다.
도 8을 참조하면, 도시된 도면은 가스 인젝터(80)를 나타낸다. 상기 가스 인젝터(80)는 제1실린더(80a) 및 제2실린더(80b)를 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터(80)에 형성되는 분사부는 5개의 제3홀(88a)들 및 제4홀(88b)들을 포함하고, 상기 5개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축을 평면적으로 연결할 경우 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 포함하는 사각형의 꼭지점에 위치하도록 형성한다.
도 9를 참조하면, 도시된 도면은 가스 인젝터(90)를 나타낸다. 상기 가스 인젝터(90)는 제1실린더(90a) 및 제2실린더(90b)를 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터(90)에 형성되는 분사부는 7개의 제3홀(99a)들 및 제4홀(99b)들을 포함하고, 상기 7개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축을 평면적으로 연결할 경우 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 포함하는 육각형의 꼭지점에 위치하도록 형성한다.
도 10을 참조하면, 도시된 도면은 가스 인젝터(101)를 나타낸다. 상기 가스 인젝터(101)는 제1실린더(101a) 및 제2실린더(101b)를 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터(101)에 형성되는 분사부는 9개의 제3홀(107a)들 및 제4홀(107b)들을 포함하고, 상기 9개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축을 평면적으로 연결할 경우 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 포함하는 팔각형의 꼭지점에 위치하도록 형성한다.
도 11을 참조하면, 도시된 도면은 가스 인젝터(103)를 나타낸다. 상기 가스 인젝터(103)는 제1실린더(103a) 및 제2실린더(103b)를 포함한다. 그리고, 상기 가스 인젝터(103)에 형성되는 분사부는 12개의 제3홀(109a)들 및 제4홀(109b)들을 포함하고, 상기 12개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축을 평면적으로 연결할 경우 상기 가스 인젝터의 중심 부위를 포함하는 동심원에 위치하도록 형성한다.
이외에도, 상기 분사부의 개수는 제한되지 않고, 다양하게 형성할 수 있다.
상기 가스 인젝터를 포함하는 식각 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 12를 참조하면, 도시된 도면은 식각 장치를 나타낸다. 상기 식각 장치는 플라즈마를 사용하는 장치로서, 티씨피(transformer coupled plasma : TCP) 방식에 의해 플라즈마를 형성하는 식각 장치이다.
상기 식각 장치는 가공 챔버(120), 가스 인젝터(150) 및 바이어스 전원 인가부(140) 등을 포함한다. 이외에도, 상기 식각 장치는 상기 가공 챔버(120)에 무선 주파수를 갖는 전원을 제공하는 코일(130), 상기 코일(130)에 전원을 인가하는 플라즈마 전원 인가부(135), 상기 가공 챔버(120) 내에 기판(W)이 놓여지는 척(chuck)(125) 및 상기 가공 챔버(120)에 기판(W)이 이송될 때 개폐되어 상기 기판(W)이 이송되는 경로를 제공하는 밸브(도시되지 않음) 등을 포함한다. 상기 밸브는 니들 밸브를 포함하는 구성을 갖는다.
구체적으로, 상기 가공 챔버는 내부에 기판이 위치하고, 가스를 제공받고, 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하여 상기 기판 상에 형성되어 있는 막들을 식각하여 패턴을 형성한다. 상기 바이어스 전원 인가부는 상기 기판에 바이어스 전원을 인가하고, 상기 식각을 수행할 때 상기 플라즈마 상태의 가스를 상기 기판으로 끌어당긴다. 따라서, 상기 식각을 수행할 때 상기 바이어스 전원에 의해 상기 플라즈마 상태의 가스들이 방향성을 갖는다. 그리고, 상기 가스 인젝터는 상기 가스가 외부에서 상기 가공 챔버로 유입되는 부분에 위치하고, 제1직경 및 제1길이를 갖는 제1실린더와, 상기 제1실린더에 연속적으로 형성되고, 상기 가스가 상기 가공 챔버 내부로 유출되는 부분에 위치하고, 상기 제1직경에 비해 작은 제2직경 및 상기 제1길이에 비해 작은 제2길이를 갖는 제2실린더를 포함하고, 세라믹 재질로 구성되는 몸체 및 상기 몸체의 제1실린더 부분에 형성되고, 제3직경 및 제3길이를 갖는 제3홀들과, 상기 몸체의 제2실린더 부분에 형성되고, 상기 제3홀들에 연속적으로 형성되고, 상기 제3홀들과 동일한 중심축을 갖고, 상기 제3직경에 비해 작은 제4직경 및 상기 제3길이에 비해 작은 제4길이를 갖는 제4홀들을 포함한다.
상기 가스 인젝터는 상기 가공 챔버의 상측에 3개가 설치된다. 상기 3개의 가스 인젝터는 등간격을 유지하도록 설치된다. 따라서, 상기 가스 인젝터는 상기 기판과 마주하도록 위치하여 상기 기판에 가스를 분사한다. 이때, 상기 분사부의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 기판이 위치하는 방향과 수직하는 방향을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 가스 인젝터는 상기 기판에 수직한 방향으로 상기 가스를 분사한다. 그리고, 상기 가스 인젝터의 크기를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 상기 몸체의 제2직경은 상기 제1직경에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 제2길이는 상기 제1길이에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 분사부의 상기 제4직경은 상기 제3직경에 비해 0.40 내지 0.60배의 크기를 갖고, 상기 제4길이는 상기 제3길이에 비해 0.50 내지 1.0배의 길이를 갖는다.
실예로, 상기 제1실린더의 제1직경을 19mm로, 상기 제1길이를 4.2mm로, 상기 제2실린더의 제2직경을 12.6mm로, 제2길이를 2.8mm로, 상기 제3홀들의 제3직경을 2mm로, 제3길이를 4.2mm로 상기 제4홀들의 제4직경을 1mm로, 제4길이를 2.8mm로 형성하였다.
상기 식각 장치를 사용하여 게이트 스페이서를 형성하는 식각 공정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 니들 밸브를 개방하고, 상기 니들 밸브를 통하여 상기 기판이 상기 가공 챔버 내로 이송된다. 그리고, 상기 기판은 상기 척 상에 놓여진다. 상기 척 상에 놓여지는 기판은 게이트 전극과, 소스 및 드레인 전극이 형성되어 있다. 또한 상기 기판 및 게이트 전극에 연속적으로 상기 게이트 스페이서를 형성하기 위한 물질이 적층되어 있다. 그리고, 상기 가공 챔버는 공정 조건을 만족하는 상태로 조성된다. 즉, 상기 가공 챔버를 진공 상태로 유지하고, 상기 가스 인젝터를 통하여 가스가 분사된다. 이때, 상기 가스는 게이터 스페이서로 형성되는 물질에 따라 종류를 달리한다. 그리고, 상기 가공 챔버에는 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 무선 주파수를 갖는 전원이 인가되고, 상기 기판에는 상기 플라즈마 상태의 가스를 끌어당길 수 있는 바이어스 전원이 인가된다. 이에 따라 상기 가스는 상기 무선 주파수를 갖는 전원에 의해 플라즈마 상태로 형성되고, 상기 바이어스 전원에 의해 상기 기판으로 끌린다. 따라서 상기 플라즈마 상태의 가스에 의해 상기 물질이 식각되고, 상기 식각에 의해 상기 게이트 전극의 양측벽에 게이트 스페이서가 형성된다. 이때, 상기 식각은 상기 기판과 상기 물질의 식각비를 의한다.
그리고, 실제로 상기 가스 인젝터를 포함하는 식각 장치를 사용하여 상기 게이트 스페이스를 형성하는 공정을 수행하였다. 그 결과, 상기 식각 공정에서 발생하는 파티클이 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
도 13은 본 발명의 식각 장치를 사용하여 식각 공정을 수행할 때 발생하는 파티클의 개수를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13의 X축은 파티클의 개수를 측정한 날짜를 나타내고, Y축은 파티클의 개수를 나타낸다. 그리고, 2000년 9월 10일을 기준으로 이전에는 종래의 식각 장치를 사용한 결과를 나타내고, 이후에는 본 발명의 식각 장치를 사용한 결과를 나타낸다.
상기 식각 장치에 의한 식각 공정은 게이트 스페이서를 형성하는 공정이 적용되었고, 상기 파티클의 개수는 상기 식각 공정을 수행하고, 상기 기판을 SC1으로 세정한 다음 측정하였다. 상기 측정에는 KAL(모델명) 장치를 사용하였다. 그리고, 상기 식각 공정은 18CHF3를 식각 가스로 사용하였고, 600W 전원을 인가하였다.
그 결과, 본 발명의 식각 장치를 사용하였을 경우 파티클의 개수가 현격하게 감소하였음을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 종래에는 평균 14.7개의 파티클이 확인되었으나, 본 발명의 경우 5.8개의 파티클이 확인되었다.
그리고, 상기 파티클의 성분을 분석한 결과, 대부분이 상기 식각 공정을 수행할 때 발생하는 폴리머의 성분임을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 가스 인젝터로 인한 파티클은 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.
이는, 상기 가스 인젝터를 세라믹 재질로 형성하기 때문이다. 즉, 상기 세라믹이 갖는 재질적 특성으로 상기 가스 인젝터가 손상되는 것을 방지하기 때문이다. 그리고, 상기 가스 인젝터가 실린더 형상을 갖고, 상기 실린더 형상에 홀들이 형성되기 때문이다. 이는 상기 실린더 형상이 상기 가스와 접촉하는 면적이 최소화되기 때문이고, 상기 홀들의 형태는 상기 가스와 접촉하는 시간을 최소화시킬 수 있기 때문이다. 그리고, 상기 바이어스 전원에 의한 아킹 현상이 발생하여도 상기 아킹이 상기 홀의 내부에 침투하지 못하기 때문이다. 특히, 상기 가스가 상기 기판에 수직으로 분사되고, 상기 기판에 한정되기 때문에 폴리머 등과 같은 파티클의 이동을 최소화하고, 이에 따라 상기 기판에 상기 파티클이 흡착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 기판 주변에 가스가 분사되지 않기 때문으로, 상기 기판 주변에 흡착되어 있는 폴리머 등과 같은 파티클의 이동을 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 가스 인젝터의 손상을 최소화할 수 있다. 때문에, 500watt 이상, 20mTorr 이하의 공정 조건의 적용이 가능하고, 바람직하게는 1,500watt 이상, 15mTorr 이하의 공정 조건의 적용이 가능하다. 이는, 미세 패턴을 요구하는 최근의 반도체 장치의 공정 조건에 충분히 부합된다. 그리고, 게이트 스페이서의 형성과 같은 전면 식각의 공정 뿐만 아니라 콘택의 형성과 같은 부분 식각의 공정에도 적용이 충분히 가능하다.
따라서, 본 발명에 의하면 가스 인젝터로 인한 파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 때문에 식각 공정을 수행할 때 상기 파티클로 인한 불량이 최소화된다. 이에 따라, 식각 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 가스 인젝터의 손상을 최소화함으로서 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있는 효과도 기대할 수 있디.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 가스가 유입되는 부분에 위치하고, 제1직경 및 제1길이를 갖는 제1실린더와, 상기 제1실린더에 연속적으로 형성되고, 상기 가스가 유출되는 부분에 위치하고, 상기 제1직경에 비해 작은 제2직경 및 상기 제1길이에 비해 작은 제2길이를 갖는 제2실린더를 포함하고, 세라믹 재질로 구성되는 몸체; 및
    상기 몸체의 제1실린더 부분에 형성되고, 제3직경 및 제3길이를 갖는 제3홀들과, 상기 몸체의 제2실린더 부분에 형성되고, 상기 제3홀들에 연속적으로 형성되고, 상기 제3홀들과 동일한 중심축을 갖고, 상기 제3직경에 비해 작은 제4직경 및 상기 제3길이에 비해 작은 제4길이를 갖는 제4홀들을 포함하여 상기 가스를 분사하는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2직경은 상기 제1직경에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 제2길이는 상기 제1길이에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1직경은 17.0 내지 21.0mm이고, 상기 제2직경은 10.2 내지 14.7mm이고, 상기 제1길이는 3.8 내지 4.6mm이고, 상기 제2길이는 2.3 내지 3.2mm인 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제4직경은 상기 제3직경에 비해 0.40 내지 0.60배의 크기를 갖고, 상기 제4길이는 상기 제3길이에 비해 0.50 내지 1.0배의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3직경은 1.80 내지 2.20mm이고, 상기 제4직경은 0.72 내지 1.32mm이고, 상기 제3길이는 3.10 내지 5.20mm이고, 상기 제4길이는 2.10 내지 3.90mm인 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 분사부는 3 내지 12개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분사부는 3개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함하고, 상기 3개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축이 삼각형의 꼭지점에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 분사부는 5개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함하고, 상기 5개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축이 상기 몸체의 중심 부위를 포함하는 사각형의 꼭지점에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  9. 제6항에 있어서, 상기 분사부는 9개의 제3홀들 및 제4홀들을 포함하고, 상기 9개의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3홀들 및 제4홀들의 중심축이 상기 몸체의 중심 부위를 포함하는 팔각형의 꼭지점에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제3홀들 및 제4홀들은 상기 제3실린더 및 제4실린더의 길이 방향과 평행한 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  11. 내부에 기판이 위치하고, 가스를 제공받고, 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하여 상기 기판 상에 형성되어 있는 막들을 식각하여 패턴을 형성하기 위한 가공 챔버;
    상기 가스가 외부에서 상기 가공 챔버로 유입되는 부분에 위치하고, 제1직경 및 제1길이를 갖는 제1실린더와, 상기 제1실린더에 연속적으로 형성되고, 상기 가스가 상기 가공 챔버 내부로 유출되는 부분에 위치하고, 상기 제1직경에 비해 작은 제2직경 및 상기 제1길이에 비해 작은 제2길이를 갖는 제2실린더를 포함하고, 세라믹 재질로 구성되는 몸체 및 상기 몸체의 제1실린더 부분에 형성되고, 제3직경 및 제3길이를 갖는 제3홀들과, 상기 몸체의 제2실린더 부분에 형성되고, 상기 제3홀들에 연속적으로 형성되고, 상기 제3홀들과 동일한 중심축을 갖고, 상기 제3직경에 비해 작은 제4직경 및 상기 제3길이에 비해 작은 제4길이를 갖는 제4홀들을 포함하여 상기 가스를 상기 가공 챔버에 분사하기 위한 가스 인젝터; 및
    상기 기판에 바이어스 전원을 인가하고, 상기 식각을 수행할 때 상기 플라즈마 상태의 가스를 상기 기판으로 끌어당기기 위한 바이어스 전원 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가스 인젝터는 상기 가공 챔버의 일측에 적어도 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가스 인젝터는 3개가 설치되는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 가스 인젝터는 상기 기판과 마주하도록 상기 가공 챔버의 상측에 설치되는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제2직경은 상기 제1직경에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖고, 상기 제2길이는 상기 제1길이에 비해 0.55 내지 0.75배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1직경은 17.0 내지 21.0mm이고, 상기 제2직경은 10.2 내지 14.7mm이고, 상기 제1길이는 3.8 내지 4.6mm이고, 상기 제2길이는 2.3 내지 3.2mm인 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제4직경은 상기 제3직경에 비해 0.40 내지 0.60배의 크기를 갖고, 상기 제4길이는 상기 제3길이에 비해 0.50 내지 1.0배의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제3직경은 1.80 내지 2.20mm이고, 상기 제4직경은 0.72 내지 1.32mm이고, 상기 제3길이는 3.10 내지 5.20mm이고, 상기 제4길이는 2.10 내지 3.90mm인 것을 특징으로 하는 가스 인젝터.
  19. 제11항에 있어서, 상기 분사부의 제3홀들 및 제4홀들은 상기 기판이 위치하는 방향과 수직한 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 식각 장치.
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