TWI733712B - 用於沉積腔室的擴散器及用於沉積腔室的電極 - Google Patents

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Abstract

一實施例中，擴散器包括一板材，板材具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個溝槽，氣體通道包括形成在板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至上游通孔的一開孔，溝槽圍繞氣體通道，其中溝槽的一深度從板材的邊緣區域至中心區域改變。

Description

用於沉積腔室的擴散器及用於沉積腔室的電 極
本揭露之實施例大致上是有關於可在製程腔室中用作射頻電極的氣體分佈板或擴散器，與分佈氣體及形成電漿的方法。
液晶顯示器或平板顯示器通常使用於主動式矩陣顯示器，例如電腦監視器、行動裝置顯示器及電視顯示器。而薄膜電晶體(TFT)與主動式矩陣有機發光二極體(AMOLED)是用以形成平板顯示器的兩種裝置。電漿增強化學氣相沉積(Plasma enhanced chemical vapor deposition；PECVD)一般係應用於沉積薄膜於基板上，基板例如是用於平板顯示器的透明玻璃或塑膠基板。PECVD一般係藉由引進前驅氣體(precursor gas)或混合氣體(gas mixture)至包含基板的真空腔室中來達成。前驅氣體或混合氣體一般係向下導引通過設置在腔室中的氣體擴散器。藉由從耦接於腔室之一或多個射頻(radio frequency，RF)源供應RF電力至腔室，在腔室中之前驅氣體或混合氣體係活化(energized)(例如是 激化(excited))成電漿。激化之氣體或混合氣體反應形成材料層於基板的表面上，此基板係設置於溫度控制基板支撐件上。
藉由PECVD技術處理之平板顯示器一般係大的，時常超過4平方公尺表面面積，且氣體擴散器的尺寸是類似基板的表面面積。一般氣體擴散器包括具有數千孔形成穿過其中的板材用以分佈先驅氣體或混合氣體至基板上。各孔一般是藉由數個鑽孔或軋操作形成，其是耗時的。在形成先驅氣體或混合氣體的電漿時氣體擴散器也可作用為電極。然而，橫越大表面面積之基板的電漿密度是難以控制。
因此，改善氣體擴散器是被需要的。
本揭露大致上是有關於可用作射頻(radio frequency；RF)電極的氣體分佈板，設計以確保電漿在基板上實質上均勻地沉積膜。一實施例中，係提供一種用於沉積腔室的擴散器。擴散器包括一板材，板材具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個溝槽，氣體通道包括形成在板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至上游通孔的一開孔，溝槽圍繞氣體通道，其中溝槽的一深度從板材的邊緣區域至中心區域改變。
另一實施例中，係提供一種用於沉積腔室的擴散器。擴散器包括一板材，板材具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個中空陰極凹口，氣體通道包括形成在板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至上 游通孔的一開孔，中空陰極凹口圍繞氣體通道，其中中空陰極凹口各包括一溝槽，且溝槽的一深度從板材的中心區域至邊緣區域增加。
另一實施例中，係提供一種用於沉積腔室的擴散器。擴散器包括一板材，板材具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個中空陰極凹口，氣體通道包括形成在板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至上游通孔的一開孔，中空陰極凹口形成在板材之下游側上的溝槽圖案中並圍繞氣體通道，其中溝槽圖案包括數個溝槽，溝槽具有從板材的中心區域至邊緣區域增加的一深度。
另一實施例中，係提供一種用於沉積腔室的電極。電極包括一板材，板材具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個中空陰極凹口，氣體通道包括形成在板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至上游通孔的一開孔，中空陰極凹口形成在板材之下游側上的溝槽圖案中並圍繞氣體通道，其中溝槽圖案包括數個溝槽，溝槽具有從板材的中心區域至邊緣區域改變的一尺寸。
另一實施例中，係提供一種處理基板支撑件上之基板的方法。方法包括透過擴散器傳送沉積氣體。擴散器包括一板材，板材具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個中空陰極凹口，氣體通道包括形成在板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至上游通孔的一開孔，中空陰極凹口圍繞氣體通道，其中中空陰極凹口各包括數個溝槽，溝 槽的尺寸從板材的中心區域至邊緣區域改變的變大。方法更包括解離在擴散器與基板支撑件之間的沉積氣體，及從被解離的氣體形成膜在基板上方。
100:真空腔室
102:壁部
104:底部
105:基板
106:背板
108:擴散器
109:狹縫閥
110:製程空間
112:基板支撑件
114:基板接收表面
116:軸部
118:舉升系統
120:遮蔽框
122:舉升銷
124:加熱及/或冷卻元件
126:接地片
128:懸架
130:支撐部件
132:氣源
134:製程流體通口
136:空隙
138:第一主表面
140:氣體通道
142:真空幫浦
144:RF電源
146:遠端電漿源
150:第二主表面
152:溝槽
155:溝槽圖案
156:邊緣
157:中心區域
160:上游通孔
165:開孔
170:板材
172:深度
174:底部
176:間隔
178:底部
180:長度
182:側壁部
184:深度
186:長度
190:中空陰極凹口
200:擴散器
202:溝槽圖案
300:擴散器
302:溝槽圖案
305:交錯
310A、310B、310C、310D、710A、710B:間隔
400:擴散器
402:溝槽圖案
500:擴散器
502:溝槽圖案
600:擴散器
602:溝槽圖案
700:擴散器
702:溝槽圖案
800:擴散器
802:溝槽圖案
900:溝槽輪廓
902:壁部
905:溝槽輪廓
910:外徑
915:溝槽輪廓
920:溝槽輪廓
925:壁部
930:溝槽輪廓
935:壁部
940:壁部
α:角度
為了可詳細地了解本揭露上述之特性，簡要摘錄於上之本揭露更特有的說明可參照實施例，部分之實施例係繪示於所附之圖式中。然而，值得注意的是，由於本揭露可承認其他等效實施例，所附之圖式僅繪示本揭露之特定實施例，而非用以作為其範圍上之限制。
第1A圖是真空腔室之一實施例的剖面示意圖。
第1B圖是具有一實施例之溝槽圖案的第1A圖的擴散器的放大剖面圖。
第2圖是擴散器的剖面圖，可用作第1A圖的擴散器具有其他實施例的溝槽圖案。
第3A-3C圖繪示具有其他實施例的溝槽圖案的擴散器的各種圖示，擴散器可用作第1A圖的擴散器。
第4A-4C圖繪示具有其他實施例的溝槽圖案的擴散器的多種圖示，擴散器可用作第1A圖的擴散器。
第5A-5C圖繪示具有其他實施例的溝槽圖案的擴散器的多種圖示，擴散器可用作第1A圖的擴散器。
第6A-6C圖繪示具有其他實施例的溝槽圖案的擴散器的多種圖示，擴散器可用作第1A圖的擴散器。
第7A-7C圖繪示具有其他實施例的溝槽圖案的擴散器的多種圖示，擴散器可用作第1A圖的擴散器。
第8A-8C圖繪示具有其他實施例的溝槽圖案的擴散器的多種圖示，擴散器可用作第1A圖的擴散器。
第9圖是可形成在所揭露之任一種擴散器中的多種溝槽輪廓的側剖面圖。
為了有利於了解，相同之參考編號係在可能的情況下使用來標示出在數個圖式之共通的相同之元件。可理解的是，一實施例之數個元件及特性可在無需其他引述之下，有利地合併於其他實施例中。
本揭露大體上係有關於一種氣體擴散器，氣體擴散器係設計以確保在基板上之實質上均勻的沉積。氣體擴散器可補償其角落區域中的電漿非均勻性。氣體擴散器可根據所述實施例修飾來調動電漿參數以確保控制橫越氣體擴散器之表面面積的電漿形成。
此處之實施例係參照PECVD系統說明性描述於下，PECVD系統係配置以處理大面積基板，例如是取自AKT之PECVD系統，AKT係為位於加州聖塔克拉拉之應用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)之子公司。然而，應理解的是，本揭露於其他系統配置中具有利用性，例如是蝕刻系統、其他化學氣相沉積系統、物理氣相沉積系統、及任何其他需要於製程腔室中分佈氣體之系統，包括配置以處理圓基板之系統。
第1A圖是一實施例之真空腔室100的剖面示意圖，真空腔室100用以藉由電漿輔助(或增強)化學氣相沉積(PECVD)製程所形成的電子裝置，例如用於形成平面面板顯示器的薄膜電晶體(TFTs)及主動式矩陣有機發光二極體(AMOLEDs)。注意第1A圖僅是可用以在基板上形成電子裝置的示 例設備。用於電漿輔助(或增強)化學氣相沉積製程的一合適的腔室是可從位在加州聖塔克萊拉(Santa Clara,CA)的應用材料公司(Applied Materials,Inc.)取得。包括那些來自其他製造商的其他沉積腔室可用以實行本揭露的實施例是可能的。
真空腔室100一般包括壁部102、底部104、及背板106，其共同定義出製程空間110。可密封式的狹縫閥(slit valve)109是貫穿壁部102形成使得基板105可被傳送至真空腔室100內或傳送至真空腔室100外。設置在製程空間110中的是相對於氣體分佈板或擴散器108的基板支撑件112。擴散器108在真空腔室100中的沉積製程期間作用為電極。基板支撐件112包括基板接收表面114，基板接收表面114用以支撐基板105，且軸部116是耦接於舉升系統118以升起及降低基板支撐件112。在製程期間，遮蔽框120可置於基板105之周圍的上方。在基板傳送製程中，舉升銷122可移動地設置穿過基板支撐件112以移動基板105往基板接收表面114並離自基板接收表面114。基板支撑件112也可包括加熱及/或冷卻元件124以維持基板支撑件112及設置在其上的基板105在期望的溫度。基板支撐件112可亦包括接地片126，以於基板支撐件112之周圍處提供射頻(RF)接地。
擴散器108是藉由懸架128在其周圍耦接於背板106。擴散器108亦可藉由一或數個支撐部件130耦接於背板106，以助於避免下垂(sag)及/或控制擴散器108之平直度(straightness)。氣源132是耦接至設置穿過背板106的製程流體通口134，製程流體通口134提供流體至形成在背板106與擴散器108之第一主表面138之間的空隙136。流體通過空隙136至形成在擴散器108中的數個氣體通道140並至其中薄膜形成在基板105上的製程空間110。來自製程流體通口134的流體可為分子狀態的一或數種氣體，或例如離子狀態及/或解離狀態之激化狀態的一或數種氣體。
真空幫浦142是耦接至真空腔室100以控制製程空間110中的壓力。射頻(radio frequency；RF)電源144是耦接至背板106及/或至擴散器108以提供擴散器108射頻(RF)電力。RF電力是用以在擴散器108及基板支撑件112之間產生電場，使得電漿可從存在於擴散器108及基板支撑件112之間的氣體形成。一些實施例中，電漿可用以維持在擴散器108及基板支撑件112之間的氣體的激化。可使用多種RF頻率，例如約0.3MHz與約200MHz之間的頻率。一實施例中，RF電源144提供13.56MHz之頻率的電力至擴散器108。
遠端電漿源146亦可耦接於氣源132與背板106之間，遠端電漿源146例如是感應式耦合之遠端電漿源。氣體可在進入製程空間110之前被激化為電漿，並以上述相似的流動方法流過擴散器108。一些實施例中，可在處理基板之間使用遠端電漿源146。舉例來說，清潔氣體可提供至遠端電漿源146且激化以形成遠程電漿並提供以清潔腔室構件，解離(dissociated)之清潔氣體物質係自遠程電漿產生。清潔氣體可藉由RF電源144維持或進一步激化並減少已解離之清潔氣體物質再結合。合適之清潔氣體包括三氟化氮(nitrogen trifluoride；NF3)、氟化物(fluoride；F2)、與六氟化硫(sulfur hexafluoride；SF6)，但不限於此些氣體。
一實施例中，在沉積期間可使用加熱及/或冷卻元件124以維持基板支撑件112及其上之基板105的溫度在約攝氏400度或更低。一實施例中，可使用加熱及/或冷卻元件124以控制基板溫度至小於攝氏100度，例如在約攝氏20度及約攝氏90度之間。在沉積期間，設置在基板接收表面114上之基板105的頂表面與擴散器108之第二主表面150之間的間距可在400密耳(mil)(0.4英吋)及約1,200密耳之間，例如在400密耳及約800密耳之間。
在一般的擴散器中，形成在其中的孔洞(例如數個氣體通道140)的數量可為上千至數千個。由於各孔洞的孔尺寸可變化，孔洞一般是藉 由多次鑽孔操作形成。舉例來說，各孔洞可包括三或更多種直徑，其需要三或更多個鑽孔尺寸以形成各孔洞。即使在自動化的加工操作中，鑽孔製程花費相當多的時間。此外，許多一般的擴散器具有一或數個非平面的主表面，例如凹或凸表面，其可用以改變至少在擴散器面向基板側上的電漿密度。為了形成非平面的表面，會遭致額外加工時間與費用。
相較於一般的擴散器，所述的擴散器108大幅減少加工時間，同時維持或提升氣體分配及/或電漿參數。在第1A圖所示的實施例中，第一主表面138及第二主表面150是實質上平行。再者，氣體通道140包括開口在第二主表面150的數個溝槽152。氣體通道140可包括中空陰極凹口且溝槽152可用以在第二主表面150與基板105之間提供中空陰極作用。溝槽152包括橫越第二主表面150之長度及/或寬度的不同尺寸(例如維度(dimension)及/或深度)。溝槽152的尺寸也可沿放射方向、方位角方向及/或斜向地橫越第二主表面150改變。舉例來說，溝槽152的尺寸可從第二主表面150的中心至邊緣變大。再者，氣體通道140之其它部份的尺寸(例如，維度(直徑)及/或深度)可橫越第一主表面138改變。
第1B圖是具有一實施例之溝槽圖案155的第1A圖之擴散器108的放大剖面圖。擴散器108包括板材170，板材170是由金屬的材料製得，例如鋁、或其它的導電材料。板材170的厚度可為約0.8英吋至約3.0英吋，例如，約0.8英吋至約2.0英吋。板材170包括第一主表面138(例如，上游側)及第二主表面150(例如，下游側)，及邊緣156與中心區域157。一些實施例中，板材170是矩形並包括四個邊緣156。
根據此實施例之溝槽圖案155，各氣體通道140是藉由以第二通孔或開孔165耦接至溝槽152的上游通孔160定義，其結合以形成穿過擴散器108之板材170的流體通路。上游通孔160從擴散器108的第一主表面138(例 如，上游側)延伸一深度172至底部174。上游通孔160的底部174可為方形、錐形(tapered)、斜面形(beveled)、倒角形(chamfered)或圓形(rounded)以最小化當流體從上游通孔160流動至開孔165中時的流動限制。上游通孔160通常具有約0.093至約0.174英吋的直徑，且一實施例中是約0.156英吋。所有氣體通道140之間的直徑可為相同或不同。氣體通道140之間的間隔176可為約0.3英吋。所有氣體通道140之間的間隔176可為相同或不同。一些實施例中，間隔176可在X方向、Y方向及斜向地其中之一或任何組合上實質上相等。
開孔165通常耦接上游通孔160的底部174及溝槽152的底部178。開孔165可包括約0.01英吋至約0.3英吋的直徑，例如，約0.01英吋至約0.1英吋，並可包括約0.02英吋至約1.0英吋的長度180(或第二深度)，例如，約0.02英吋至約0.5英吋。開孔165可為扼流器孔，且開孔165的長度180及直徑(或其它的幾何特性)是擴散器108及背板106(顯示在第1A圖中)之間的空隙136中之背壓的主要來源，其提升橫越擴散器108之第一主表面138的氣體的平均分佈。開孔165一般是均勻地配置在氣體通道140之間；然而，開孔165在氣體通道140之間可配置不同的限制以促使相對於其它面積或區域有更多氣體流過擴散器108之一面積或區域。舉例來說，擴散器108其靠近真空腔室100之壁部102(顯示在第1A圖中)的開孔165可在那些氣體通道140中具有更大的直徑及/或更短的長度180，使得更多氣體流過擴散器108的邊緣以提高在基板105之周圍區的部分的沉積速率。一些實施例中，上游通孔160的深度172是橫越第一主表面138改變，同時開孔165的長度180是實質上相等。然而，其它實施例中，上游通孔160的深度172可為實質上相等，同時開孔165的長度180變化。一實施例中，上游通孔160的深度172從擴散器108的中心區域157至擴散器108的邊緣156縮減。
溝槽152各具有兩相對的側壁部182其從開孔165延伸至擴散器108的第二主表面150(例如，下游側)。側壁部182可收斂在由開孔165形成之孔洞處，或在溝槽152的底部178處。底部178可類似上游通孔160的底部174為平面、錐形或圓形。溝槽152各可包括側壁部182之間的角度α，約10度至約50度，例如約18度至約25度，例如，約22度。溝槽152可形成在擴散器108之約0.10英吋至約2.0英吋的深度184處。深度可在單個溝槽152中或沿著單個溝槽152改變，或可從溝槽至溝槽改變。一實施例中，深度184可為約0.1英吋至約1.0英吋。溝槽152之至少一部分的最大維度或長度186可為約0.3英吋，或更小。一些實施例中，溝槽152各包括相同的角度α但長度186及/或深度184是橫越擴散器108之第二主表面150改變。此外或替代性地，溝槽152之底部178的寬度可在單個溝槽152中或沿著單個溝槽152改變，或可從溝槽至溝槽改變。一些實施例中，角度α可在單個溝槽152中或沿著單個溝槽152改變，或可從溝槽至溝槽改變。
一實施例中，溝槽152各個之側壁部182之間的空間包括中空陰極凹口190。舉例來說，開孔165在擴散器108的第一主表面138上產生背壓。由於背壓，製程氣體可在通過氣體通道140之前均勻地分佈在擴散器108的第一主表面138上。中空陰極凹口190的空間使得電漿能產生在氣體通道140中，具體地是在各溝槽152的側壁部182中。此外，電漿可生產在第二主表面150處也在製程空間110(顯示在第1A圖中)處，及在中空陰極凹口190中。相較於不存在中空陰極凹口的情況，中空陰極凹口190之空間的變化能對電漿分佈造成更大的控制。再者，相較於不存在中空陰極凹口的位置，形成在靠近中空陰極凹口190之位置中的電漿可更為緻密。中空陰極凹口190在第二主表面150的至少一部分可具有比開孔165更大的長度186或深度184。上游通孔160具有比電漿暗區更小的寬度或直徑且因此電漿並未形成 在中空陰極凹口190的上方。中空陰極凹口190的空間(例如，長度186及深度184)可橫越擴散器108的第二主表面150改變。舉例來說，長度186及深度184之一或兩者變大係提高電漿密度。一實施例中，中空陰極凹口190的空間從擴散器108的中心區域157至擴散器108的邊緣156變大，其可在擴散器108的邊緣156處造成比在擴散器108之中心區域157處更緻密的電漿。中空陰極凹口190的長度186及/或深度184可在製造擴散器108的期間改變，並區域性地提供電漿參數之增強及/或穩定性，並提供橫越擴散器108的中空陰極梯度。長度186、寬度、及/或深度184的改變可補償或減少駐波效應及電極邊緣效應，其提供在基板上之膜更均一的沉積。中空陰極梯度可為放射狀地、或斜向地從中心至邊緣、邊緣至中心、中心至角落。
第2圖是擴散器200的剖面圖，其可具有另一實施例之溝槽圖案202用作第1A圖的擴散器108。溝槽圖案202與擴散器108的溝槽圖案155的差異在於溝槽152是偏離自氣體通道140。因此，氣體通道140包括上游通孔160與對應的開孔165提供穿過板材170的流動通路。再者，上游通孔160的深度172，及開孔165的長度180，是實質上相等。此實施例中，中空陰極凹口190可基於溝槽152的尺寸區域性地提高電漿密度。
第3A-3C圖是具有另一實施例之溝槽圖案302的擴散器300的不同示意圖，擴散器300可用作第1A圖的擴散器108。第3A圖是擴散器300的底平面圖。第3B圖是第3A圖之擴散器300的部分側剖面圖。第3C圖是第3A圖之擴散器300的局部立體側視圖。
所繪示之擴散器300上的溝槽圖案302可為斜向的圖案其中溝槽152的至少一部分與其它溝槽152交錯。一實施例中，溝槽152連接的部分形成交錯305且開孔165可形成在交錯305之一部分中(類似顯示並描述於第1B圖中的溝槽圖案155)。然而，其它實施例中，顯示並描述於第2圖中的 溝槽圖案202可取代擴散器300的溝槽圖案302。開孔165可在X方向、Y方向及斜向地其中之一或全部上對準，或可在一或數個方向上偏移，如圖所示。雖然未顯示在第3B圖中，溝槽152的深度及/或寬度，與開孔165及上游通孔160的維度，可類似分別顯示並描述於第1B圖及第2圖中之擴散器108及200的實施例，橫越擴散器300的長度改變。
一些實施例中，橫越擴散器300之第二主表面150之鄰近開孔165之間的間隔(顯示為310A、310B及310C)可為不同的或實質上相等。一實施例中，間隔310A(斜向上)與間隔310B(X方向)可為實質上相等，而間隔310C(Y方向)是稍微小於間隔310A及310B。一些實施例中，橫越擴散器700之第二主表面150之開孔165的密度是至少在放射方向上實質上相等。本文的實質上相等可定義為在+/- 0.03英吋內、或更小。此外或替代性地，交替之開孔165(在X方向上)的間隔310D可大於所有的間隔310A、310B及310C。一些實施例中，橫越擴散器300之第二主表面150的間隔310A、310B、310C及310D維持固定。
第4A-4C圖是具有另一實施例之溝槽圖案402的擴散器400的不同示意圖，擴散器400可用作第1A圖的擴散器108。第4A圖是擴散器400的底平面圖。第4B圖是第4A圖之擴散器400的部分側剖面圖。第4C圖是第4A圖之擴散器400的局部立體側視圖。
所繪示之在擴散器400上的溝槽圖案402可為直線的圖案其中溝槽152可為實質上平行但在至少一個方向上偏移。一實施例中，開孔165可形成在溝槽152的底部178(類似顯示並描述於第1B圖中的溝槽圖案155)。然而，其它實施例中，顯示並描述於第2圖中的溝槽圖案202可取代擴散器400的溝槽圖案402。開孔165可在X方向、Y方向及斜向地其中之一或全部上對準，或可在一或數個方向上偏移，如圖所示。雖然未顯示，橫越擴散 器400之第二主表面150的開孔165之間的間隔，類似第3A圖的間隔310A、310B、310C及310D，可為相同或不同。一些實施例中，橫越擴散器400之第二主表面150的開孔165的密度是至少在放射方向上實質上相等。此外，雖然未顯示在第4B圖中，溝槽152的深度及/或寬度，與開孔165及上游通孔160的維度，可類似分別顯示並描述於第1B圖及第2圖中之擴散器108及200的實施例，橫越擴散器400的長度改變。
第5A-5C圖是具有另一實施例之溝槽圖案502的擴散器500的不同示意圖，擴散器500可用作第1A圖的擴散器108。第5A圖是擴散器500的底平面圖。第5B圖是第5A圖之擴散器500的部分側剖面圖。第5C圖是第5A圖之擴散器500的局部立體側視圖。
所繪示之在擴散器500上的溝槽圖案502可為陣列或像陣列的圖案，其中溝槽152可為實質上平行在兩正交方向上，其在溝槽152交叉的部分形成交錯305。一實施例中，開孔165可形成在溝槽152之交錯305處的底部178中(類似顯示並描述於第1B圖中的溝槽圖案155)。然而，其它實施例中，顯示並描述於第2圖中的溝槽圖案202可取代擴散器500的溝槽圖案502。開孔165可在X方向、Y方向及斜向地其中之一或全部上對準，如圖所示，或可在一或數個方向上偏移。雖然未顯示，橫越擴散器500之第二主表面150的開孔165之間的間隔，類似第3A圖的間隔310A、310B、310C及310D，可為相同或不同。一些實施例中，橫越擴散器500之第二主表面150的開孔165的密度是至少在放射方向上實質上相等。此外，雖然未顯示在第5B圖中，溝槽152的深度及/或寬度，與開孔165及上游通孔160的維度，可類似分別顯示並描述於第1B圖及第2圖中之擴散器108及200的實施例，橫越擴散器500的長度改變。
第6A-6C圖是具有另一實施例之溝槽圖案602的擴散器600的不同示意圖，擴散器600可用作第1A圖的擴散器108。第6A圖是擴散器600的底平面圖。第6B圖是第6A圖之擴散器600的部分側剖面圖。第6C圖是第6A圖之擴散器600的局部立體側視圖。
所繪示之在擴散器600上的溝槽圖案602可為偏移的陣列或像偏移的陣列的圖案，其中溝槽152可為實質上平行但在至少一方向上偏移。一實施例中，開孔165可形成在溝槽152之交錯305處的底部178中(類似顯示並描述於第1B圖中的溝槽圖案155)。然而，其它實施例中，顯示並描述於第2圖中的溝槽圖案202可取代擴散器600的溝槽圖案602。開孔165可在X方向、Y方向及斜向地其中之一或全部上對準，或可在一或數個方向上偏移，如圖所示。雖然未顯示，橫越擴散器600之第二主表面150的開孔165之間的間隔，類似第3A圖的間隔310A、310B、310C及310D，可為相同或不同。一些實施例中，橫越擴散器600之第二主表面150的開孔165的密度是至少在放射方向上實質上相等。此外，雖然未顯示在第6B圖中，溝槽152的深度及/或寬度，與開孔165及上游通孔160的維度，可類似分別顯示並描述於第1B圖及第2圖中之擴散器108及200的實施例，橫越擴散器600的長度改變。
第7A-7C圖是具有另一實施例之溝槽圖案702的擴散器700的不同示意圖，擴散器700可用作第1A圖的擴散器108。第7A圖是擴散器700的底平面圖。第7B圖是第7A圖之擴散器700的部分側剖面圖。第7C圖是第7A圖之擴散器700的局部立體側視圖。
所繪示之在擴散器700上的溝槽圖案702可為圓形或同心環圖案，其中溝槽152可為實質上圓形。一實施例中，開孔165可形成在溝槽152之底部178中(類似顯示並描述於第1B圖中的溝槽圖案155)。然而，其它實施例中，顯示並描述於第2圖中的溝槽圖案202可取代擴散器700的溝槽圖 案702。開孔165可從中心氣體通道705在放射方向上直線對準，或可在放射方向上偏移。橫越擴散器700之第二主表面150的開孔165的間隔710A及710B可為相同或不同。一些實施例中，橫越擴散器700之第二主表面150的開孔165的密度是至少在放射方向上實質上相等。雖然未顯示在第7B圖中，溝槽152的深度及/或寬度，與開孔165及上游通孔160的維度，可類似分別顯示並描述於第1B圖及第2圖中之擴散器108及200的實施例，橫越擴散器700的長度改變。雖然擴散器700具有實質上為圓形的溝槽圖案702，溝槽圖案也可為卵圓形狀(oval-shaped)的溝槽，其可為同心的卵圓形狀的溝槽。一例中，替代的溝槽圖案可為橢圓的溝槽，其可為同心的橢圓的溝槽。
第8A-8C圖是具有另一實施例之溝槽圖案802的擴散器800的不同示意圖，擴散器800可用作第1A圖的擴散器108。第8A圖是擴散器800的底平面圖。第8B圖是第8A圖之擴散器800的部分側剖面圖。第8C圖是第8A圖之擴散器800的局部立體側視圖。
所繪示之在擴散器800上的溝槽圖案802可為矩形圖案，其中部分的溝槽152可為實質上平行。一些實施例中，中央的溝槽805可包括在溝槽圖案802中。一實施例中，開孔165可形成在溝槽152之底部178中(類似顯示並描述於第1B圖中的溝槽圖案155)。然而，其它實施例中，顯示並描述於第2圖中的溝槽圖案202可取代擴散器800的溝槽圖案802。開孔165可從中心氣體通道705在放射方向上直線對準，或可在放射方向上偏移。開孔165也可在X方向、Y方向及斜向地其中之一或全部上對準，或可在一或數個方向上偏移。雖然未顯示，橫越擴散器700之第二主表面150的開孔165之間的間隔，類似第7A圖的間隔710A及710B，可為相同或不同。此外，雖然未顯示在第7B圖中，溝槽152的深度及/或寬度，與開孔165及上游通孔160的維度，可類似分別顯示並描述於第1B圖及第2圖中之擴散器108及200的實施 例，橫越擴散器700的長度改變。雖然未顯示，替代的溝槽圖案可為矩形溝槽混合圓形或卵圓形狀的溝槽。一例子中，溝槽圖案可包括數個平行的溝槽在各自的末端分別藉由半圓形或弧形的溝槽連接像同心的「競賽跑道(race track)」樣的溝槽的圖案。其它的例子中，溝槽圖案可包括同心弧形狀的溝槽各像同心「足球(football)」形狀的溝槽的圖案。
雖然未顯示，具有形成在第二主表面150中之放射向的數個溝槽的溝槽圖案的擴散器是被仔細考慮的。一概念中，溝槽圖案可類似輪子上的輪輻。放射向的溝槽可從第二主表面150的共同點，例如板材170的幾何中心延伸。一些實施例中，放射向的溝槽具有從板材170的中心至邊緣變化的深度及/或寬度。其它實施例中，放射向的溝槽具有從板材170的中心至邊緣變大的深度及/或寬度。
其它例子之在擴散器上的溝槽圖案包括X/Y圖案、斜向的圖案、放射形圖案、矩形圖案、圓形或卵圓形圖案、螺形圖案、或上述之組合。在所述的各種溝槽圖案中，溝槽圖案的任何之一或組合可包括相交錯的溝槽或非相交錯(分開的)溝槽、或上述之組合。在所述的各種溝槽圖案中，溝槽圖案的任何之一或組合可包括一或數個溝槽，其中改變溝槽的深度、改變溝槽的寬度、改變溝槽的間隔、或上述之組合。
第9圖是多種溝槽輪廓的側剖面圖，其可形成在所述之擴散器108、200、300、400、500、600、700及800其中任一中。
溝槽輪廓905包括由外徑910連接的底部178與呈角度的(angled)側壁部182。
溝槽輪廓915包括底部178與呈角度的側壁部182，類似所述之實施例的溝槽152。
溝槽輪廓920包括藉由延伸的方形壁部925連接的底部178與呈角度的側壁部182。延伸的方形壁部925可為實質上正交於底部178及/或實質上平行於邊緣156的平面。延伸的方形壁部925可具有比繪示在溝槽輪廓900中之方形壁部902更大的長度。
溝槽輪廓930包括藉由錐形壁部935與中央方形壁部940連接的底部178與呈角度的側壁部182。中央方形壁部940可為實質上正交於底部178的平面及/或實質上平行於邊緣156的平面。錐形壁部935可形成在實質上與呈角度的側壁部182相同的角度、或不同的角度。
顯示在第9圖中的溝槽輪廓900、905、915、920與930可藉由適當形狀的端銑刀形成。其它未顯示的輪廓可基於端銑刀的輪廓或形狀或其它的切割工具形成。
當以軋製程取代用以形成數千孔的一鑽孔操作時，擴散器例如所述的擴散器108、200、300、400、500、600、700與800的製造可以低成本執行。相較於鑽孔操作，軋製程能以較少的時間執行，並減少工具損壞。
以固體板材開始，可提供具有用以形成開孔165之期望尺寸的鑽頭(或複數個鑽頭，視機械的能力而定)的自動化軋或鑽孔機械並設計程式在板材之第一側(例如，第一主表面138)中鑽出開孔。舉例來說，電腦數值控制(computer numerical control；CNC)機械可被設計程式以在板材的第一側或在整個板材中鑽出預定間隔的開孔165。
然後，可提供自動化機械用以在第一側中形成上游通孔160之確定尺寸的第二鑽頭(或複數個鑽頭，視機械的能力而定)。可使用用以形成具有約0.093英吋至約0.25英吋之直徑的上游通孔的鑽頭。一例子中，當形成具有約0.1英吋之直徑的上游通孔160時，可使用0.1英吋的鑽頭，且機 械是被設計程式以鑽出期望深度之孔在各個氣體通道140中。所述之上游通孔160的深度172(顯示在第1B圖及第2圖)可為相同或變化的。
在形成各個上游通孔160之後，可翻轉板材，使得能軋第二側(例如，第二主表面150)以形成溝槽152。可提供用以在第二側中形成溝槽152的自動化機械期望尺寸及/或輪廓的端銑刀(或複數個端銑刀，視機械的能力而定)。可使用用以形成具有如第1B圖及第2圖中所述之角度α的溝槽152的端銑刀。機械可被設計程式以改變溝槽152的深度184(顯示在第1B圖及第2圖中)。改變溝槽152的深度184也可能改變開孔165的長度180(顯示在第1B圖及第2圖中)。
所述實施例之具有溝槽152的擴散器108、200、300、400、500、600、700與800可提高氣流並補償基板之角落區域及/或邊緣區域的低沉積速率。使用溝槽152作為中空陰極凹口190可提升或穩定化第二主表面150的區域性電漿形成或橫越第二主表面150的電漿形成，其可補償駐波效應及/或最小化電極邊緣效應。因此提升整個膜厚度的均一性。擴散器108、200、300、400、500、600、700與800可根據所述實施例製造，或可在改善製程中加入所述的溝槽152至存在的擴散器。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:真空腔室
102:壁部
104:底部
105:基板
106:背板
108:擴散器
109:狹縫閥
110:製程空間
112:基板支撑件
114:基板接收表面
116:軸部
118:舉升系統
120:遮蔽框
122:舉升銷
124:加熱及/或冷卻元件
126:接地片
128:懸架
130:支撐部件
132:氣源
134:製程流體通口
136:空隙
138:第一主表面
140:氣體通道
142:真空幫浦
144:RF電源
146:遠端電漿源
150:第二主表面
152:溝槽

Claims (16)

  1. 一種用於沉積腔室的擴散器，包括：一板材，具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個溝槽，該些氣體通道包括形成在該板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至該上游通孔的數個開孔，該些溝槽形成在該板材的該下游側中，其中該些溝槽的一深度從該板材的該些邊緣區域至該中心區域改變以基於該些溝槽的一尺寸提高電漿密度，該些溝槽的其中一個溝槽是鄰接該些開孔的其中多於一個開孔，該多於一個開孔是形成在該一個溝槽的底部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之擴散器，其中該些溝槽的該深度從該板材的該中心區域至該邊緣區域增加。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之擴散器，其中該些溝槽的一寬度從該板材的該些邊緣區域至該中心區域改變。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之擴散器，其中該些氣體通道包括在該板材的該下游側上的一溝槽圖案。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括至少局部相交錯的數個斜向溝槽。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括實質上同心的數個溝槽的一卵圓形或圓形圖案。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括一矩形圖案。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括從該板材的一幾何中心延伸的數個放射向溝槽。
  9. 一種用於沉積腔室的擴散器，包括：一板材，具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個中空陰極凹口，該些氣體通道包括形成在該板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至該上游通孔的數個開孔，該些中空陰極凹口形成在該板材的該下游側中，該些中空陰極凹口的一部分圍繞，其中該些中空陰極凹口各包括一溝槽，且該些溝槽的一寬度從該板材的該中心區域至該些邊緣區域增加以基於該些溝槽的一尺寸提高電漿密度，該些溝槽的其中一個溝槽是鄰接該些開孔的其中多於一個開孔，該多於一個開孔是形成在該一個溝槽的底部。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之擴散器，其中該些溝槽的一深度從該板材的該些邊緣區域至該中心區域改變。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之擴散器，其中該些氣體通道包括在該板材的該下游側上的一溝槽圖案。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括至少局部相交錯的數個斜向溝槽。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括實質上同心的數個溝槽的一卵圓形或圓形圖案。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括一矩形圖案。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之擴散器，其中該溝槽圖案包括從該板材的一幾何中心延伸的數個放射向溝槽。
  16. 一種用於沉積腔室的電極，包括：一板材，具有數個邊緣區域與一中心區域，與數個氣體通道及數個中空陰極凹口，該些氣體通道包括形成在該板材的一上游側與一下游側之間的一上游通孔與流動性地耦接至該上游通孔的數個開孔，該些中空陰極凹口形成在該板材的該下游側上的一溝槽圖案中，其中該些溝槽圖案包括數個溝槽，該些溝槽具有從該板材的該中心區域至該些邊緣區域改變的一尺寸以基於該些溝槽的該尺寸提高電漿密度，該些溝槽的其中一個溝槽是鄰接該些開孔的其中多於一個開孔，該多於一個開孔是形成在該一個溝槽的底部。
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