液晶显示器或平板显示器一般是用在诸如电脑及电视屏幕之类的主动阵 列显示器。且，一般是以等离子体增强式化学气相沉积制程(PECVD)来将膜层 沉积在一基板(例如平板显示器或半导体晶片用的透明基板)上。PECVD一般是 借由引入一先质气体或气体混合物进入包含有一基板的真空室的方式来完成。 该先质气体或气体混合物典型是被往下导引穿过靠近该真空室顶端的一气体 分配板。从被耦合到该真空室的一或多个无线电频率(RF)电源施加RF电力到 该真空室，以将该真空室中的先质气体或气体混合物激发成为等离子体。该被 激发的气体或气体混合物反应后会在由一温度控制的基板支撑柱上的基板表 面形成一物质层。反应期间的挥发性副产物则是从一排气系统排出该真空室。
以PECVD技术处理的平板一般是属于大型平板，其尺寸经常超过370毫 米x470毫米。未来将出现超过4平方公尺的大面积基板。用来提供均匀制程 气体流过平板的气体分配板一般属于大面积者，特别是与用来处理200毫米及 300毫米半导体晶片的气体分配板相比之下。
随着TFT-LCD产业中基板大小不断上升的同时，用来控制大面积等离子 体增强式化学气相沉积室中膜层厚度与膜层性质均匀度也变成一项重要的议 题。TFT是平板显示器的一种。基板中央与基板边缘沉积速率和/或膜层性质(例 如膜层应力)的差异，将变得很明显。
因此，亟需一种可改善膜层沉积厚度与膜层性质均匀度的改良的气体分 配板组件。

本发明提供的是在制程室中用来分配气体的气体分配板。在一实施例中， 一等离子体制程室用的气体分配板组件包含一扩散板，其具有一上游侧与一下 游侧；及一内部气体通道及一外部气体通道，该等通道是穿过该扩散板的上游 侧与下游侧之间并在该下游侧包含中空阴极腔，其中该内部气体通道的中空阴 极腔体积密度比该外部气体通道的中空阴极腔体积密度来得低。
在另一实施例中，一等离子体制程室用的气体分配板包含一扩散板，其 具有一上游侧与一下游侧；及一内部气体通道及外部气体通道，该等通道是穿 过该扩散板的上游侧与下游侧之间并在该下游侧包含中空阴极腔，其中该内部 气体通道的中空阴极腔的表面积密度比该外部气体通道的中空阴极腔的表面 积密度来得低。
在另一实施例中，一等离子体制程室用的气体分配板包含一扩散板，其 具有一上游侧与一下游侧；及多个气体通道，其是穿过该扩散板的上游侧与下 游侧之间并在该下游侧包含中空阴极腔，其中该中空阴极腔的密度是从该扩散 板的中央往边缘逐渐增加。
在另一实施例中，一等离子体制程室包含一扩散板，其具有一上游侧与 一下游侧；内部气体通道及外部气体通道，该等通道是穿过该扩散板的上游侧 与下游侧之间并在该下游侧包含中空阴极腔，其中该内部气体通道的中空阴极 腔的体积密度比该外部气体通道的中空阴极腔的体积密度来得低；及一邻近该 扩散板下游侧的基板支撑柱。
在另一实施例中，一等离子体制程室包含一扩散板，其具有一上游侧与 一下游侧；内部气体通道及外部气体通道，该等通道是穿过该扩散板的上游侧 与下游侧之间并在该下游侧包含中空阴极腔，其中该内部气体通道的中空阴极 腔的表面积密度比该外部气体通道的中空阴极腔的表面积密度来得低；及一邻 近该扩散板下游侧的基板支撑柱。
在另一实施例中，一等离子体制程室包含一扩散板，其具有一上游侧与 一下游侧；及多个气体通道，其是穿过该扩散板的上游侧与下游侧之间并在该 下游侧包含中空阴极腔，其中该中空阴极腔的密度是从该扩散板的中央往边缘 逐渐增加；及一邻近该扩散板下游侧的基板支撑柱。
在另一实施例中，一等离子体制程室用的气体分配板组件包含一扩散板 其具有一上游侧与一下游侧，且该气体扩散板是被分成许多同轴区域及多个穿 过该扩散板的上游侧与下游侧之间的气体通道，其中在每一区域中的该气体通 道是相同的，且每一区域中气体通道的中空阴极腔的密度、体积与表面积是从 该扩散板的中央往边缘逐步增加。
在另一实施例中，一种制造一等离子体制程室用的气体分配板组件的方 法，包含制造一具有一上游侧与一下游侧的气体扩散板，及穿过该扩散板上游 侧与下游侧之间的多个气体通道，将该扩散板弯曲使其朝向下游侧平滑的凸 起，及精密制造该凸起表面使该下游侧表面变平。
在另一实施例中，一种制造一等离子体制程室用的气体分配板组件的方 法，包含精密制造出一具有一上游侧与一下游侧的气体扩散板，及穿过该扩散 板上游侧与下游侧之间的多个气体通道，其中该扩散板的中空阴极腔的密度、 体积与表面积是从该扩散板的中央往边缘逐步增加。
在另一实施例中，一种在一基板上沉积一薄膜层的方法，包含将一基板 置于一具有气体分配板的制程室中，该气体分配板具有一上游侧与一下游侧的 气体扩散板，及穿过该扩散板上游侧与下游侧之间的多个气体通道并在该下游 侧包含中空阴极腔，其中无论是该内部气体通道的该中空阴极腔的体积密度、 或是该中空阴极腔的表面积密度、或是该中空阴极腔的密度均较该外部气体通 道的该中空阴极腔的体积密度、表面积密度或密度来得低；让制程气体流动通 过一扩散板朝向一支撑在一基板支撑柱上的基板，在该扩散板与该基板支撑柱 之间创造出一等离子体，并在该制程室中的基板上沉积一薄膜层。
在另一实施例中，一扩散板包含一具有一顶表面及一底表面的主体，穿 过该顶表面及底表面之间的多个气体通道，及一外部区域与一内部区域，其中 位于该外部区域的顶表面与底表面间的该主体是比位于该内部区域的顶表面 与底表面间的该主体来得厚。
在另一实施例中，一种制造一等离子体制程室用的气体扩散板的方法， 包含制造出一具有一上游侧与一下游侧的气体扩散板，及穿过该扩散板上游侧 与下游侧之间的多个气体通道，及精密制造该下游表面以制造出该凸起的下游 表面。
在另一实施例中，一种制造一等离子体制程室用的气体分配板组件的方 法，包含将一具有一上游侧与一下游侧的扩散板弯曲以使该下游表面成凹面且 该上游表面成凸起，及制造出多个穿过该扩散板上游侧与下游侧之间的多个气 体通道，其是借由使该中空阴极腔自一几乎平坦的下游表面开始几乎具有相同 深度的方式来达成，并使所有气体通道具有相同大小的开口孔洞，该等开口孔 洞是彼此连接形成该中空阴极腔。
附图说明
为帮助了解，图示中相同的元件是以相同的元件符号来表示；
图1为一底部闸极薄膜电晶体的一截面示意图；
图2为一具有本发明气体分散板组件的制程室的截面示意图；
图3为一气体分散板的截面示意图；
图4A为在具有扩散板的制程室中沉积一薄膜层于基板上的流程图；
图4B显示以具有均一扩散孔洞直径及深度的扩散板在一1500毫米x 1800毫米的基板上沉积时，所测得的沉积速率；
图5显示邻近封闭的充气通道的基板两侧(501与502)与该基板上的5个 测量位置；
图6A(前技)显示中空阴极效应的观念；
第6B-6G图显示各种中空阴极腔的设计；
图7A显示延伸至一气体通道下游端的钻孔的「直径(D)」、「深度(d)」 及「展开角度(  )」的定义；
图7B显示一气体通道的尺寸；
图7C显示一气体通道的尺寸；
图7D显示一气体通道的尺寸。
图7E显示一扩散板上气体通道的分布情形；
图8显示以具有图7E所示气体通道分布的扩散板在一1500毫米x1800 毫米的基板上沉积时，所测得的沉积速率；
图9A显示制作一扩散板的流程图；
图9B显示一弯曲的扩散板；
图9C显示一已经过弯曲且其面向下游侧的扩散板侧已经被磨平的扩散 板；
图9D显示一具有延伸至扩散板气体通道下游端的扩散钻孔的深度分布， 该扩散板是可用来处理一1500毫米x1850毫米的基板；
图9E显示在一1500毫米x1850毫米的基板上测得的沉积速率；
图9F显示一具有延伸至扩散板气体通道下游端的扩散钻孔的深度分布， 该扩散板是可用来处理一1870毫米x2200毫米的基板；
图9G显示在一1870毫米x2200毫米的基板上测得的沉积速率；
图10A显示以一热处理来弯曲扩散板的流程图；
图10B在一用来弯曲扩散板的加热环境中支撑在支撑架上的扩散板；
图10C显示在一加热环境中位于支撑架上的弯曲的扩散板；
图11A以一真空处理来弯曲扩散板的流程图；
图11B显示在一真空组件上的扩散板；
图11C显示在一真空组件上的弯曲的扩散板；
图12A显示创造出具有不同直径与深度的可延伸到扩散板下游侧的钻孔 的流程图；
图12B显示具有不同直径与深度的可延伸到扩散板下游侧的钻孔的该扩 散板的截面图；
图12C一具有由中央往边缘几乎相同的扩散孔洞的扩散板；
图12D显示图12C的扩散板其底面被磨制成一凸面后的样子；
图12E显示图12D的扩散板其底面被拉成几乎平坦后的样子；
图12F显示一不具有任何扩散孔洞的扩散板被弯曲成一凸面(底面)的样 子；
图12G显示具有扩散孔洞的图12F的扩散板的养子；
图12H显示图12G的扩散板其底面被拉成几乎平坦后的样子；
图12I显示在多个区域具有扩散孔洞的扩散板的养子；
图12J显示具有混合的中空阴极腔直径的扩散板，其内部区域中空阴极腔 体积和/或表面积密度是比其外部区域中空阴极腔体积和/或表面积密度来得 高；
图12K显示一扩散板，其大部分的中空阴极腔很小，仅在边缘部位具有 少数大型的中空阴极腔；
图13显示具有不同扩散孔洞密度的扩散板其下游侧的示意图。

上述本发明特征可借由下述发明详细说明，并参照实施例及附图而了解。 需知，附随的图示仅是用以阐述本发明一特定实施例，并非用以限制本发明范 畴，且本发明尚包括所述实施例的其他等效变化。
本发明提供一种气体分散组件，用以在一制程室中提供气体传输。下述 本发明将参照一设计来处理大型基板的等离子体增强式化学气相沉积室来说 明，例如，美商应用材料的分公司，AKT所制造销售的等离子体增强式化学气 相沉积(PECVD)系统。但是，需知本发明也可用于诸如蚀刻系统、其他化学气 相沉积系统及任何一种需要在制程室中份散气体的系统，包括那些用来处理圆 形基板的制程系统。
图1显示一薄膜晶体管结构的横断面。常见的TFT结构的一是如图1所 示的背通道蚀刻(back channel etch，BCE)反转堆叠(或底栅极)TFT结构。较佳是 使用BCE制程，因为栅极介电层(SiN)及该内生的与n+掺杂的非晶型硅层可在 同一PECVD制程中被沉积。在此所示的BCE制程只需使用5种图案化光罩。 基板101可包含一种在可见光谱中几乎完全透光的材料，例如玻璃或透明塑胶。 该基板也可是任何形状与大小。一般来说，对TFT应用来说，该基板是一表面 积超过500平方毫米的玻璃基板。一种栅极电极层102是形成在该基板101上。 该栅极电极层102包含一可在该TFT中控制带电载体的移动的导电层。该栅极 电极层102也可包含一种金属，例如铝、钨、铬、钽、或其的组合。该栅极电 极层102可以习知的沉积技术、微影与蚀刻技术来形成。在该基板101与该栅 极电极层102之间，可包含一层选择性沉积的绝缘层，例如二氧化硅层或氮化 硅层，其亦可以在此所述的PECVD系统来进行沉积。之后，以习知技术来将 该栅极电极层102微影图案化及蚀刻，以定义出该栅极电极。
一栅极介电层103是形成在该栅极电极层102上。该栅极介电层103可 以是一种二氧化硅层、硅氧氮层(SiON)、或氮化硅(SiN)层，以此所述PECVD 系统的一实施例来进行沉积。该栅极介电层103的沉积厚度介于100埃至6,000 埃的范围内。
一半导体块层104被沉积在该栅极介电层103上。该半导体块层104可 包括多晶硅或非晶型硅(-Si)，其可由此所述PECVD系统的一实施例或其他 习知的方法来进行沉积。半导体块层104的沉积厚度介于100埃至3,000埃的 范围内。一掺杂的半导体层105被沉积在该半导体块层104之上。该掺杂的半 导体层105可包含n+型(n+)或p-型(p+)掺杂的多晶硅或非晶型硅(-Si)，其可 由此所述PECVD系统的一实施例或其他习知的方法来进行沉积。该掺杂的半 导体层105的沉积厚度介于100埃至3,000埃的范围内。该掺杂的半导体层105 的例子的一是n+型筛杂的-Si层。之后，以习知技术来将该半导体块层104 及该掺杂的半导体层105微影图案化及蚀刻，以定义出覆于该栅极介电绝缘层 之上的此两种膜层，其同时也可做为储存电容介电层。该掺杂的半导体层105 直接接触该半导体块层104的一部分，以形成一半导体架接区(junction)。
之后，在暴露表面上沉积一导电层106。该导电层106包含一种金属，例 如铝、钨、钼(Mo)、铬、钽、或其的组合。可以习知的沉积技术来形成该导电 层106。该导电层106及该掺杂的半导体层105两者可被图案化以定义出该TFT 中的源极与汲极区。之后，可沉积一层被动层107。被动层107同形包覆该暴 露表面。该被动层107一般来说是一种绝缘层且可包含，例如二氧化硅层或氮 化硅(SiN)层，并可以此所述PECVD系统的一实施例或其他习知的方法来进行 沉积。该被动层107的沉积厚度介于1000埃至5,000埃的范围内。之后以习知 的蚀刻技术将该被动层107微影图案化，以在该被动层107中打开一些接触孔。
之后，沉积并图案化一层透明导电层108以与该导电层106接触。该透 明导电层108包含一种在可见光谱中实质光学透明且可导电的材料。透明导电 层108可包含，例如，铟锡氧化物(ITO)或氧化锌等。依据习知的蚀刻技术将该 透明导电层108加以图案化。
可以本发明所述的PECVD系统的一实施例来沉积用于液晶显示器(或平 板显示器)的该掺杂或未-掺杂(内生的)的非晶型硅(-Si)、二氧化硅(SiO2)、氧 氮化硅(SiON)及氮化硅(SiN)膜层。所述该TFT结构仅是供阐述的用，本发明方 法可用于任何可应用此发明的任一种装置的制造中。
图2示出一等离子体增强式化学气相沉积系统200的实例，其是由美商 应用材料公司(Santa Clara，California)的分公司AKT所制造销售。该系统200 一般包括一制程室202，其是被耦合至一气体源204。该制程室202具有可界 定出部分制程空间212的多个壁206及一底部208。一般是经由位于该多个壁 206上的一端口(未视出)来利用该制程空间212，以帮助移动一基板240进入或 离开该制程室202。该多个壁206可支持一盖组件210，该盖组件210包含一 充气空间214用以将该制程空间212耦接至一排气端口(其包括各种抽气组件， 未示出)。
一基板支撑组件238是定位于该制程室202中央。该支撑组件238可于 制程期间支撑一玻璃基板240。在一实施例中，该基板支撑组件238包含一铝 制主体224，其中密封着至少一包埋的加热器232。位于该基板支撑组件238 中的该加热器232，例如一电阻元件，是被耦接至一选择性的电源274并控制 式地加热该基板支撑组件238及位于该组件238上的玻璃基板240至一预定温 度。典型情况是，在一CVD制程中，该加热器232可维持该玻璃基板240在 一介于150℃至460℃间的均匀温度下，视沉积材料的制程参数而定。
一般来说，该基板支撑组件238具有一下侧226及一上侧234。该上侧 234是可支撑该玻璃基板240。该下侧226具有一与其耦接的柱体242。该柱体 242可将该基板支撑组件238耦接至一在一升高的处理位置(如所示)与一下降 位置间移动该基板支撑组件238的举升系统(未示出)，以帮助自该制程室202 移出基板或将基板送入该制程室202中。该柱体242还可在该基板支撑组件238 与该系统200的其他组件间提供电及热偶铅线的通道。
一波纹管246是耦接在该基板支撑组件238(或该柱体242)及该制程室202 的底部208之间。该波纹管246可提供一真空密封于该制程空间212与该制程 室202外的气压间，同时促进该基板支撑组件238的垂直移动。
该基板支撑组件238一般来说都会接地，使得由一电源222供给至一气 体分配板组件218(或是位于该制程室盖组件的内或靠近该制程室盖组件的其他 电极)的RF电力可激发位于制程空间212中的气体，其中该气体分配板组件218 是介于该盖组件210与该基板支撑组件238之间，且该制程空间212是介于该 基板支撑组件238与该气体分配板组件218之间。来自该电源222的该RF电 力一般是视基板大小来作选择以驱动该化学气相沉积制程。
该基板支撑组件238还可支撑一阴影制框248。一般来说，该阴影制框 248可防止该玻璃基板240的边缘及支撑组件238出现沉积，以使基板不会粘 在该支撑组件238上。该支撑组件238具有多个孔洞228，其是可接受多个举 升销250于其中。该举升销250典型是由陶瓷或阳极化铝制成。该举升销250 可相对于该支撑组件238由一选择性的举升板254来致动以自该支撑表面230 伸出，而能将基板置放在与该支撑组件238相隔一段空间之处。
该盖组件210提供该制程空间212一上方边界。该盖组件210典型可被 移除或打开以服务该制程室202。在一实施例中，该盖组件210是由铝制成。 该盖组件210包括形成于其中的一充气空间214，其是耦接至一外部抽气系统 (未示出)。该充气空间214是用来将空气及来自该制程空间212的制程副产物 均匀的排出该制程室202外。
该盖组件210典型包括一入口端口280，由该气体源204所提供的制程气 体是经由此入口端口280而被导入至制程室202中。该入口端口同时也被耦接 至一清洁气体源282。该清洁气体源282可提供一清洁剂(例如解离的氟)至制程 室202中以移除制程室硬体上(包括气体分配板组件218)的沉积副产物。
该气体分配板组件218是被耦接至该盖组件210的一内侧220上。该气 体分配板组件218典型是被设置成可实质追踪该玻璃基板240外形，例如对大 面积平板基板的多边形与晶片类的圆形。该气体分配板组件218包括一孔状面 积216，由该气体源204所提供的制程气体及其他气体是经由此孔状面积216 而被传送至该制程空间212中。该气体分配板组件218的孔状面积216是被设 置成可提供均匀分布的气体使穿过该气体分配板组件218而进入至该制程室 202中。该气体分配板组件也可被设计成具有如揭示于下列已受让予本案申请 人的专利文献中的气体分配板组件的诸多优点，包括2001年8月8日由Keller 等人提申的美国专利申请案第09/922,219号；2002年5月6日由Yim等人提 申的美国专利申请案第10/140,324号；2003年1月7日由Blonigan等人提申 的美国专利申请案第10/337,483号；2002年11月12日核准予White等人的美 国专利第6,477,980号；2003年4月16日由Choi等人提申的美国专利申请案 第10/417,592号；2004年4月12日由Choi等人提申的美国专利申请案第 10/823,347号；其全部揭示内容以参考文献方式并入本文中。
该气体分配板组件218典型包含自一悬挂板260悬挂下来的一扩散板(或 分散板)258。该扩散板258及该悬挂板260也可由一单一元件制成。多个气体 通道262被形成并穿过该扩散板258以容许一预定分散量的气体通过该气体分 配板组件218并进入该制程空间212。该悬挂板260可维持该扩散板258及该 盖组件210的内表面220处于一空间分开的状态，使能界定出一介于其中的充 气空间264。该充气空间264容许气体流动通过该盖组件210以均匀地分散在 该扩散板258的全部宽度范围，使得该气体能被均匀地提供于中央孔状面积216 上方并以一均匀分布流速穿过该气体通道262。
该扩散板258典型是由不锈钢、铝、阳极化铝、镍或其他导电材料制成。 该扩散板258可被浇铸、敲击、锻造、热压或锻烧。该扩散板258的厚度是可 在孔洞266上维持充分的平坦度使不致影响基板的处理作业。该扩散板258的 厚度是介于0.8英寸至2.0英寸间。制造半导体晶片时，该扩散板258可以是 圆形，制造平板显示器时该扩散板258则可为多边形，例如长方形。
图3是一例示的扩散板258的部分示意图，该该扩散板是揭示于已受让 予本案申请人的2003年4月16日由提申的美国专利申请案第10/417,592号， 标题「Gas Distribution Plate Assembly for Large Area Plasma Enhanced chemical Vapor Deposition」。该扩散板包括一面向该盖组件210的第一侧或上游侧302， 及一面向该支撑组件238的相对立的第二侧或下游侧304。由一第一钻孔 (bore)310所界定的每一气体通道262是经由一开口洞(orifice hole)314耦接到一 第二钻孔312，并合并形成一穿过该扩散板258的流体通道。该第一钻孔310 自该扩散板258的上游侧302延伸一第一深度330至一底部318。该第一钻孔 310的底部318可以是尖形(tapered)、斜面的(beveled)、(chamfered)或圆形以减 少当该流体由该第一钻孔流入该开口洞314时对该流体的限制。该第一钻孔310 直径一般为0.093英寸至0.218英寸，且在一实施例是为0.156英寸。
该第二钻孔312是形成在该扩散板258中并自该下游侧(或末端)304延伸 至一为0.10英寸至2.0英寸的深度332。较佳是，该深度332是介于0.1英寸 至1.0英寸间。该第二钻孔312的直径336一般为0.1英寸至1.0英寸间，且可 以一10度至50度的角度316展开来。该直径336较佳是介于0.1英寸至0.5 英寸间，且该展开角度316是介于20度至40度间。该第二钻孔312的表面积 是介于0.05平方英寸至10平方英寸间，且较佳是介于0.05平方英寸至5平方 英寸间。该第二钻孔312的直径是指与该下游侧304相交的直径。一用来处理 150毫米×1850毫米基板的扩散板的例子，具有0.25英寸直径且以22度角展 开的第二钻孔312。介于相邻第二钻孔312边缘382间的距离380是介于0英 寸至0.6英寸间，较佳是介于0英寸至0.4英寸间。第一钻孔310的直径通常 是(但不限于)至少等于或小于该第二钻孔312的直径。该第二钻孔312的底部 320可以是尖形(tapered)、斜面的(beveled)、(chamfered)或圆形以减少当该气体 流由该开口洞314流出并进入该第二钻孔312时压力的损失。此外，因该开口 洞314与下游侧304非常接近因此可使该第二钻孔312及面向基板的下游侧的 暴露表面积减至最低，并降低制程室清洁期间暴露在氟下的该扩散板258的下 游侧面积，借以降低沉积层发生氟污染的机率。
该开口洞314一般可耦接该第一钻孔310的底部308与该第二钻孔312 的底部320。该开口洞314直径一般介于0.01英寸至0.3英寸间，较佳是0.01 英寸至0.1英寸间，且典型具有0.02英寸至1.0英寸间的长度334，较佳是0.02 英寸至0.5英寸。该长度334与该开口洞314的直径(或其他几何形状)是该充气 空间264中背压的主要来源，其可促进恒越该扩散板258上游侧302中气体的 平均分布。该开口洞314典型是设计成在多个气体通道262间是均匀的；但是 来自该开口洞314的限制可被设计成在多个气体通道262间是不均匀的，以促 进更多气体流过该气体分配板258的一区域，而非另一区域。举例来说，该开 口洞314在该些气体通道262中可具有一较大的直径和/或一较短的长度334， 或该气体分配板258是靠近该处理室202的多个壁206，使得更多气体可流过 孔状区域216的边缘以提高该玻璃基板周长的沉积速率。该扩散板的厚度介于 0.8英寸至3.0英寸间，较佳是介于0.8英寸至2.0英寸间。
随着TFT-LCD产业中基板大小持续增加，特别是当基板至少为1000毫 米×1200毫米(或1,200,000平方毫米)时，大面积等离子体增强式化学气相沉积 (PECVD)的膜层厚度与性质均一度也变得愈来愈重要。均一度问题包括某些高 速沉积的氮化硅层于大型基板中央区域的较高的沉积速率与更紧缩的膜层。基 板上该膜层的均匀度在中央区域似乎较边缘区域来得厚且呈「圆顶状(dome shaped)」。边缘区域较不紧缩的膜层具有较高的Si-H含量。TFT-LCD的制造 条件包括整个基板上具有低Si-H含量(例如，<15原子％)、高沉积速率(例如， >1500埃/分钟)、及低厚度不均一性(例如，<15％)。该Si-H含量是由FTIR(傅 立叶转换红外光)测量值所计算而来。大型基板具有最糟的「圆顶状」均一度问 题。该问题无法以改变制程配方来满足所有条件的方式来消除。因此，需以改 善该气体和/或等离子体分布的方式来解决。
在制程室中沉积一薄膜层的制程示于图4A中。该制程由步骤401开始， 将基板置入一具有一扩散板的制程室中。接着在步骤402中，让制程气体流动 通过一扩散板朝向一支撑在一基板支撑件上的基板。之后在步骤403中，在该 扩散板与该基板支撑件之间创造出一等离子体。在步骤404中，于制程室中， 沉积一薄膜层于基板上。图4B显示一玻璃基板上氮化硅膜层的厚度范型。该 基板面积为1500毫米×1800毫米。该扩散板具有如图3所示的扩散孔洞。该 第一钻孔310的直径为0.156英寸。该第一钻孔310的长度330为1.049英寸。 该第二钻孔312的直径336为0.250英寸。该第二钻孔312的展开角度316为 22度。该第二钻孔312的长度332为0.243英寸。该开口洞314的直径为0.016 英寸且其长度为0.46英寸。该氮化硅层是以2800sccm的SiH4、9600sccm的 NH3及28000sccm N2在1.5托耳压力及15000瓦电力下所沉积而成的。该扩散 板及该基板支撑组件间的距离为1.05英寸。制程温度是维持在355℃。沉积速 率平均为2444埃/分钟且膜层厚度均一度(15毫米的边缘排除率)为25.1％其是 远高于制程规格要求(<15％)。该厚度范型显示一中央较厚的范型或是「圆顶状」 范型。表1显示由置于该玻璃基板上的晶片所测得的膜层性质。
表1  测量具有氮化硅沉积层的基板的膜层厚度及性质
测量位置 厚度() RI 应力(109 达因/cm2) Si-H (原子％) WER( /分钟) 边缘I 5562 1.92 -0.7 12.5 664 中央 8544 1.90 -6.7 4.2 456 边缘II 6434 1.91 -1.2 10.8 665
边缘I与边缘II分别代表宽度为1800毫米基板的两个末端。该反射率(RI)、 膜层应力、SiH浓度资料及湿蚀刻速率(WER)资料显示靠近基板中央区域的膜 层较位于基板边缘的膜层来得更紧缩。基板边缘的SiH浓度是接近15％的制程 边界限制条件。湿蚀刻速率则是借由将样品浸泡在BOE(蚀刻氧化物缓冲液)6??? 1的溶液中的方式来测量。
可用来解释中央比边缘不均一这样的问题的理论的一是扩散板与基板间 及基板中央区域存有过量的残留气体无法被有效的排除，因而导致基板中央区 域较高的沉积速率与更紧缩的膜层。样品测试是被设计成用来检视该理论是否 正确。如图5所示，在一PECVD制程室中以一耐热胶带来阻挡靠近基板501 侧与502侧的抽气通道214(示于图2)。靠近其他两侧的抽气通道214则开放令 其可自由通行。因此，创造出一不对称的气体抽吸状态。如果造成「圆顶状」 问题的原因是因无法将基材边缘过量的残留气体抽走，则使用了耐热胶带的基 板边缘的不均一问题将加剧，并使整个基板的不均一问题更为恶化。但是，比 较将2个抽气通道阻挡住后的沉积结果与所有抽气通道都开放下的沉积结果， 其沉积结果并无太大差异(参见表2)。在此所用的扩散板的设计与尺寸均与图 4B与表1中所用的相同。表2中氮化硅层是以3300sccm的SiH4、28000sccm 的NH3及18000sccmN2在1.3托耳压力及11000瓦电力下所沉积而成的。该扩 散板及该基板支撑组件间的距离为0.6英寸。制程温度是维持在355℃。分别 在位置1、2、3、4及5等处(如图5所示)测量膜层厚度及其性质。表2中所示 的SiH含量是原子％。
表2  比较将全部抽气通道打开与挡住2个抽气通道时氮化硅沉积层的膜层
厚度及性质
    抽气通道全部打开     挡住2个抽气通道
位置 厚度 () RI 应力 (109达因 /cm2) Si-H (％) 厚度 () RI 应力 (109达因 /cm2) Si-H (％) l 6156 1.92 -4.6 11.1 5922 1.93 -3.9 11.5 2 7108 1.91 -5.1 8.8 7069 1.92 -5.1 9.1 3 7107 1.91 -5.1 8.5 7107 1.91 -4.8 8.9 4 7052 1.91 -5.0 8.1 7048 1.91 -4.6 8.5 5 6173 1.92 -4.2 10.8 6003 1.92 -3.8 11.2
表2结果显示将全部抽气通道打开与挡住2个抽气通道时氮化硅沉积层 的膜层厚度及性质并无明显差异。此外，在第1及5测量位置所收集到的结果 差异极小，而如果残留气体是造成问题的原因的话，该测量结果应当会有差异。 因此，在扩散板与基板间及基板中央区域存有过量的残留气体无法被有效排 除，因而导致基板中央区域较高的沉积速率与更紧缩的膜层的理论并不正确。
造成中央区域与边缘沉积不均一的另一种可能原因是等离子体不均一所 致。以PECVD沉积膜层几乎完全视等离子体活化与否而定。因中空阴极效应 的故可产生紧密的化学反应性等离子体。在RF产生的一中空阴极放电的驱动 力是横跨RF电极空间电荷鞘的调频的直流电位Vs(自我偏压电位)。图6A示出 一RF中空阴极及相反电荷鞘的互相排斥的电场(Es)间电子的振动运动。自该阴 极壁(其可以是靠近该制程空间的该反应性气体通道的壁)发射出的电子，可由 该壁鞘「δ」上的电场Es来加速。因相反壁鞘上互相排斥的电场的缘故，使 得电极壁间的电子可横跨该内部空间振动。电子并因与气体碰撞而失去能量同 时创造出更多离子。所创造出来的离子可被加速至阴极壁，借以促进二次电子 的发射，以创造出更多离子。整体来说，阴极壁间的腔隙可加强电子的发射及 气体的游离。展开的喇叭形阴极壁且气体入口直径小于气体出口直径，较圆柱 形壁更能有效的史气体游离。同时，因为气体入口与气体出口间游离效率不同 也造成一电位差Ez。
借由改变靠近制程空间212的中空阴极壁腔(其是面向基板且位于气体扩 散板孔洞(或通道)下游末端)的设计及该中空阴极壁腔的排列(或密度)，可改变 该气体的游离程度借以控制膜层的厚度与性质均一性。靠近制程空间212的该 中空阴极腔的壁的例子的一是图3中绘示的第二钻孔312。该中空阴极效应主 要发生在面向该制程空间212的该展开的喇叭撞区域312。图3的设计仅是作 为例示的用。本发明也可应用在其他类型的中空阴极腔设计中。中空阴极腔设 计的其他范例包括(但不限于)第6B-6G图中的设计。借由改变该中空阴极腔的 体积和/或表面积，可改变等离子体游离速率。
以图3的设计为例，第二钻孔312(或中空阴极腔)的体积可借由改变直径 「D」(或图3中的直径336)、深度「d」(或图3中的长度332)及展开角度「  」 (或图3中的展开角度316)来加以变化，如图7A所示。改变直径、深度及展开 角度将会导致该钻孔312的表面积出现变化。由于基板中央的沉积速率较高且 膜层较紧缩，极可能是因为高等离子体密度所致。借由降低该扩散板从边缘到 中央的钻孔深度、直径、展开角度或上述这些因子的组合，可降低基板中央区 域的等离子体密度以改善膜层厚度及其均一性。降低钻孔深度、直径、展开角 度也可降低钻孔312的表面积。第7B、7C及7D图显示出3种扩散通道(或扩 散孔洞)的设计，其是排列在如图7E所示的扩散板上。第7B、7C及7D图的 设计具有相同的钻孔直径，但该钻孔深度及总钻孔表面积，在图7B的设计中 是最大的，但在图7D的设计中是最小的。该钻孔的展开角度已被改变以能与 最终钻孔直径相匹配。图7B的钻孔深度为0.7英寸。图7C的钻孔深度为0.5 英寸且图7D的钻孔深度为0.325英寸。图7E中最小的长方形710大小是500 毫米×600毫米且该扩散孔洞的钻孔深度为0.325英寸，钻孔直径为0.302英寸， 且展开角度为45度(参见图7D)。图7E中中等长方形大小是1000毫米×1200 毫米。区域720中介于该中等长方形与最小长方形区域间的该扩散孔洞的钻孔 深度为0.5英寸，钻孔直径为0.302英寸，且展开角度为30度(参见图7C)。图 7E中最大的长方形大小是1500毫米×1800毫米。区域730中介于该最大的长 方形与该中等长方形区域间的该扩散孔洞的钻孔深度为0.7英寸，钻孔直径为 0.302英寸，且展开角度为22度(参见图7B)。在图7B、7C及7D中，该开口 孔洞的直径均为0.03英寸，且孔洞深度均为0.2英寸。三种扩散板的厚度均为 1.44英寸。第7B、7C及7D图中第一钻孔的直径均为0.156英寸且其深度分别 为0.54英寸(图7B)、0.74英寸(图7C)及0.915英寸(图7C)。
图8显示基板上的沉积速率。区域I是代表在0.325英寸钻孔深度下的面 积，区域II及III则分别代表0.5英寸深度(区域II)及0.7英寸深度(区域III)下 的面积。表3显示基板上所测得的膜层厚度及其均一性。表3中的氮化硅膜层 是以以3300sccm的SiH4、28000sccm的NH3及18000sccm N2在1.3托耳压 力及11000瓦电力下所沉积而成的。该扩散板及该基板支撑组件间的距离为0.6 英寸。制程温度是维持在355℃。位置1、2、3、4及5等处是如图5所示。
表3  比较以具有3种不同深度的扩散板进行沉积，该氮化硅沉积层的膜层
厚度及性质
测量位置 钻孔深度 (英寸) 厚度 () RI 应力 (109达因/cm2) Si-H (原子％) l 0.7 6060 1.924 -4.09 9.10 2 0.5 6631 1.921 -5.49 9.66 3 0.325 5659 1.915 -2.02 12.34 4 0.5 6956 1.916 -5.45 9.37 5 0.7 6634 1.917 -4.14 8.83
表3结果显示降低钻孔深度及钻孔表面积会降低沉积速率。此外，表3 结果还显示降低中空阴极腔的体积和/或表面积也会降低沉积速率。等离子体沉 积速率降低代表等离子体游离率降低。由于从区域I到区域II到区域III的钻 孔深度及总钻孔表面积的改变并不均匀，因此所示基板上的沉积速率也表现出 3种不同区域。基板上区域I、II及III符合该扩散孔洞区域710、720及730。 此代表改变中空阴极腔设计可改变等离子体游离速率，及平滑与逐步改变的重 要性。
有许多方法可自该扩散板内部区域至该扩散板外部区域来逐步地改变中 空阴极腔以改善等离子体均一度。方式之一是先将该扩散板(其在整个扩散板上 具有相同的气体扩散通道)弯曲至一预定的曲度，之后再将曲度磨平以使该表面 变平坦。图9A为此观念的流程图。此处理是于步骤901以弯曲该扩散板使其 成一曲度来开始，接着于步骤902将该弯曲的扩散板再度磨平使该扩散板表面 再度便平坦。图9B显示一具有曲度的扩散板，在其边缘(及外部区域)及中央(及 内部区域)分别有一例示的扩散孔洞911及912。在弯曲步骤的前，该扩散孔洞 911及912是相同的并简单地绘示于图3及图7A中。但是，本发明可用于任何 一种扩散孔洞设计中。图3的设计仅是例示。扩散板下游表面304是面向制程 空间212。在该913表面与该虚构的表面914(因不存在故以点线表示)间逐步改 变以示出其曲度。在弯曲前，该边缘扩散钻孔915及中央扩散钻孔916的大小 及形状是一样的。图9C为一曲度已被机械磨平后的扩散板的示意图。面向该 制程空间212的表面已磨成一平坦表面914，使得中央钻孔918明显比边缘钻 孔917来得短。由于钻孔大小(体积和/或表面积)是借由先将扩散板弯曲后再磨 平的方式而改变，因此从钻孔中央道边缘的体积变化是逐步的。中央钻孔918 的直径「D」及深度「d」将比边缘钻孔917来得短。钻孔的直径「D」及深度 「d」的定义可参见图7A的文字叙述。
图9D示出延伸至一例示的扩散板下游侧的钻孔312的深度「d」，该扩 散板是用于处理1500毫米×1850毫米基板用。该扩散板具有如图7A所示的扩 散孔洞的设计。该第一钻孔310的直径为0.156英寸。第一钻孔310的长度330 是1.049英寸。该第二钻孔312的直径为0.250英寸。该第二钻孔312的展开 角度是22度。该第二钻孔312的长度332是0.243英寸。该开口孔洞314的直 径是0.016英寸且该该开口孔洞314的长度是0.046英寸。图9D中第二钻孔的 深度测量显示一钻孔深度332(或图7A中的「d」)是从扩散板的中央逐步往扩 散板的边缘增加。因为弯曲及磨平处理，该扩散板312的直径336(或图7A中 的「D」)同样也是从扩散板的中央逐步往扩散板的边缘增加。
图9E显示以具有如第9B、9C及9D图的设计的扩散板来进行氮化硅膜 沉积的基板上，其沉积膜层的厚度分布情形。所处理基板的大小为1500毫米× 1850毫米，其仅比图4B及表1中的基板(1500毫米×1800毫米)稍大。一般来 说，扩散板的大小必须随所处理基板大小的改变而作适当的调整。用来处理 1500毫米×1850毫米大小基板的扩散板的大小为1530毫米×1860毫米，其是 比用来处理该1500毫米×1800毫米大小的基板稍大一些(其扩散板为1530毫 米×1829毫米)。厚度的均一性改善5.0％，远较图4B的25.1％的比例来得低。 表4显示基板上膜层性质的分布。该扩散板具有如图7A所示的扩散孔洞的设 计。该第一钻孔310的直径为0.156英寸。第一钻孔310的长度330是1.049 英寸。该第二钻孔312的直径为0.250英寸。该第二钻孔312的展开角度是22 度。该第二钻孔312的长度332是0.243英寸。该开口孔洞314的直径是0.016 英寸且该该开口孔洞314的长度是0.046英寸。图9E及表4中的氮化硅膜层是 以以2800sccm的SiH4、9600sccm的NH3及28000sccm N2在1.5托耳压力及 15000瓦电力下所沉积而成的。该扩散板及该基板支撑组件间的距离为1.05英 寸。制程温度是维持在355℃。边缘I及边缘II分别代表基板的两个末端，并 如表1所述。相较于表1的资料，表4的膜层厚度及性质资料显示一较小的中 央对边缘的变化数值。
表4  比较以具有中央到边缘逐步变化的钻孔深度及直径的扩散板来处理
1500毫米×1850毫米基板，该基板上沉积的氮化硅膜层的厚度及性质
测量位置 厚度 () RI 应力 (109达因/cm2) Si-H (原子％) WER (???/分钟) 边缘I 6405 1.92 -0.7 13.3 451 中央 6437 1.91 -1.8 12.7 371 边缘II 6428 1.92 -1.2 11.9 427
比较表4与表1的数据，该等数据是以在扩散板上具有相同的钻孔312 直径及深度的扩散板于沉积过程中收集而来，可发现无论厚度的变化、应力、 Si-H含量及湿蚀刻速率(WER)，表1的数据数值均比表4的数值来得少，表4 的的数据是以具有钻孔直径与深度是从扩散板中央往边缘逐步增加的扩散板 进行沉积时所收集到的数据。该结果显示膜层的厚度与均一性可借由从中央往 边缘逐步增加钻孔的直径与深度的方式来改善，该等钻孔是延伸至该扩散板下 游。表中的湿蚀刻速率是借由将样本浸泡在一BOE的6∶1溶液中来测量。
图9F显示在一例示的扩散板上钻孔312的深度「d」的测量结果，该扩 散板是用来处理1870毫米×2200毫米基板，曲线960显示在该扩散板上一理 想钻孔深度分布的例子。图9F中该钻孔深度的测量显示钻孔深度是从扩散板 的中央往边缘逐步增加。而其下游钻孔直径也同样是由扩散板的中央往边缘逐 步增加。
图9G显示以具有类似第9B、9C及9F图设计的扩散板来处理基板，该 基板上沉积的氮化硅膜层的厚度分布。该基板的大小为1870毫米×2200毫米。 表5显示基板上膜层性质的分布情况。该扩散板具有如图7A所示的扩散孔洞 的设计。该第一钻孔310的直径为0.156英寸。第一钻孔310的长度330是0.915 英寸。该第二钻孔312的直径为0.302英寸。该第二钻孔312的展开角度316 是22度。该第二钻孔312的长度332是0.377英寸。该开口孔洞314的直径是 0.018英寸且该该开口孔洞314的长度是0.046英寸。表5中的氮化硅膜层是以 以5550sccm的SiH4、24700sccm的NH3及61700sccm N2在1.5托耳压力及 19000瓦电力下所沉积而成的。该扩散板及该基板支撑组件间的距离为1.0英 寸。制程温度是维持在355℃。边缘I及边缘II分别代表基板的两个末端，并 如表1所述。相较于表1的数据，表5的膜层厚度及性质数据显示一较小的中 央对边缘的变化数值。膜层的均一度为9.9％，其较图4B的25.1％来得好。相 较于图9G与表5的基板(1870毫米×2200毫米)数据，图4B与表1的数据是 在较小的基板(1500毫米×1800毫米)上测得的膜层厚度与均一性。预期对较大 的基板来说，其膜层厚度与均一性将会变糟。表5中以新设计所测得的9.9％的 均一度与改良的膜层性质数据显示该新设计，即延伸至扩散板下游侧的扩散板 上的钻孔直径与深度由扩散板中央往边缘逐步增加，可大幅改善等离子体均一 性与制程均一性。
表5  比较以具有中央到边缘逐步变化的钻孔深度及直径的扩散板来处理
1870毫米×2200毫米基板，该基板上沉积的氮化硅膜层的厚度及性质
测量位置 厚度 () RI 应力 (109达因/cm2) Si-H (原子％) WER (/分钟) 边缘I 5814 1.94 -0.3 16.4 509 中央 5826 1.93 0.8 17.3 716 边缘II 5914 1.92 -0.6 13.9 644
虽然所示的扩散板是长方形状，但本发明也可应用于其他形状与大小的 扩散板上。需注意的是该下游表面的曲度必须被完全磨成平坦。只要钻孔的直 径与深度是自扩散板中央往边缘逐步增加，该扩散板的边缘可以不需加以磨 平。
还有许多方式可在该扩散板上创造出曲度。方式之一是以支撑器支撑该 扩散板边缘并将该扩散板在足以使该扩散板软化的温度下热处理(例如大于400 ℃的温度(对铝而言))一段时间。当金属扩散板在高温处理下软化后，重力会使 扩散板中央往下垂坠而使扩散板变弯曲。图10A显示这类热处理的处理流程图 1000。首先，在步骤1001将已经具有扩散孔洞于其中的扩散板置放在环境1005 中或可控温的制程室内，并将扩散板1010放在只能支撑住该扩散板边缘的支 撑器1020上(参见图10B)。面向下的扩散板为该扩散板的下游侧304。在步骤 1002之后，将环境温度升高并在可使该扩散板软化的温度下处理该扩散板。一 实施例是一旦该达到一恒定温度时，即保持该加热环境于该恒温的处理温度 下。待该扩散板的曲度达到欲求曲度时，即停止热处理步骤(步骤1003)。须知 在加热环境下，可将一选择性的扩散板支撑器1030置放在扩散板1010下一比 该支撑器1020的支撑高度1025还低的支撑高度1035及比该支撑器1020的支 撑距离1027还短的支撑距离1037处。该选择性的扩散板支撑器1030可帮助 决定该扩散器的曲度且可以能耐400℃以上高温(与热处理环境相同的温度)且 不会伤害该扩散板表面的弹性材料制成。图10C显示置放在该扩散板支撑器 1020及1030的经过热处理的弯曲的扩散板1010。
另一种创造曲度的方式是使用真空以平滑地将该扩散板弯曲至一凸面形 状。图11A显示这类以真空制程处理的流程1100。首先，在步骤1101中，将 该已具有扩散孔洞于其中且该下游侧304面朝下的扩散板，放在一真空组件 1105上并以一盖子将该扩散板上游端302密封。用来盖住(或密封)该扩散板上 游端的材料的机械强度必须足够以保持其在真空下的完整性。该真空组件仅以 扩散板固持器1120在基板边缘处支撑该基板(参见图11B)。该真空组件1105 是被设计成具有一真空通道1150以在当该扩散板上游端被覆盖住时，对介于 该扩散板与该真空组件1105间的体积1115抽真空。第11B及11C图中的真空 通道1150仅是用来阐述此概念。可有一个以上的真空通道1150，位于该真空 组件1105中的不同位置处。之后在步骤1102，将介于该扩散板与该扩散板固 持器之间的体积1115抽真空。当该扩散板的曲度到达欲求曲度时，在步骤1103 处停止该抽真空的步骤并将介于该扩散板与该真空组件之间的体积1115的压 力恢复至与周围环境1140相同，以容许该扩散板可自该真空组件1105移出。 需知在该真空组件中，可将额外的扩散板支撑器1120放在该扩散板1110之下 一较该扩散板支撑器1120的支撑高度1125更低的支撑高度1135及一较该支 撑器1120的支撑距离1127更短的支撑距离1137处。该额外的扩散板支撑器 1120可帮助终止该扩散板曲度并可由诸如橡胶之类不会伤害扩散板表面的材 料制成。图11C显示经过弯曲后置放在该扩散板支撑器1120及1130上的有曲 度的扩散板1110。
另一种改变该下游圆锥形(图3中的312)深度、圆锥形直径、圆锥形展开 角度或该三种参数的组合的方式是将该扩散孔洞钻成由该扩散板中央往边缘 的不同的圆锥形深度、圆锥形直径、圆锥形展开角度。该钻孔的动作可借由电 脑数字式控制(CNC)磨制的方式来达成。图12A显示这类处理1200的处理流程 图。该处理1200从步骤1230开始，借由创造出可延伸到扩散板下游侧的具有 从扩散板中央往边缘逐步增加的深度和/或直径的钻孔。该展开角度也可从扩散 板中央往边缘逐步改变。接着在步骤1240，创造出该扩散板气体通道的剩余部 份。可以钻孔工具来创造出下游钻孔。如果在整个扩散板上使用具有相同展开 角度的钻孔工具，则钻孔的展开角度将保持恒定，而钻孔深度及直径则可被改 变。该钻孔直径可由该展开角度与钻孔深度来决定。瓮要的是平滑且逐步地改 变该钻孔深度以确保整个基板上具有平滑的沉积厚度与膜层均一性。图12B示 出一具有不同钻孔深度与直径的例子。扩散孔洞1201是靠近该扩散板中央并 具有最小的钻孔深度1211与钻孔直径1221。扩散孔洞1202是位于该扩散板中 央与边缘之间并具有中等的钻孔深度1212与中等的钻孔直径1222。扩散孔洞 1203是靠近该扩散板边缘并具有最大的钻孔深度1213与最大的钻孔直径 1223。对图12B设计中所有扩散孔洞的圆锥形展开角度均相同。但是，也可借 由改变扩散板上钻孔设计来使沉积均一性达到最佳化，其是借由改变钻孔的深 度、直径与展开角度的方式来达成。改变钻孔的深度、直径与展开角度会影响 全部钻孔的表面积，同时也会影响该中空阴极效应。较小的钻孔表面积会降低 该等离子体的游离效率。
另一种改变下游钻孔(图3中的312)的深度(d)、直径(D)的方式是借由在 整个扩散板上钻出相同的扩散孔洞(参见图12C)。在图12C中，该扩散板边缘(一 外部区域)的气体扩散孔洞1251是与该扩散板中央(一内部区域)的气体扩散孔 洞1252相同。该下游钻孔1255是与该下游钻孔1256相同。气体扩散板的该 下游表面1254一开始是平坦的。之后，磨制该扩散板下游侧以作出一凹面使 其中央比边缘来得薄。该磨制可由电脑数字式控制(CNC)磨制方式或其他可控 制且可不断重复的磨制类型方式来达成。在将该下游表面1254磨制成一凹面 (面1259)后，扩散板中央(内部区域)的下游钻孔1258具有比扩散板边缘(外部区 域)的下游钻孔1257更小的直径(D)及更短的长度(d)。可如图12D一样让该扩 散板保留这样的方式不变，或是可如图12E一样将下游面1259拉平，或拉成 其他曲度(未示出)，以用于一制程室来达成欲求的膜层结果。
另一种改变下游钻孔(图3中的312)的深度(d)、直径(D)的方式是借由将 上面没有扩散孔洞的扩散板弯成一凹面形状(参见图12F)。在图12F中，该下 游面是虚构的面1269。之后，以钻孔工具从该虚构的面1264钻出具有相同深 度的下游钻孔(参见图12G)。虽然在该扩散板中央的下游钻孔是从该虚构的面 1264开始钻至与该下游钻孔1267相同深度处，但该下游钻孔1268的直径及长 度却比该下游钻孔1267的直径及长度来得小。剩下的扩散孔洞，包括开口孔 洞1265、上游钻孔1263及连接底部，是被磨平以完成该扩散孔洞。全部的开 口孔洞及上游钻孔均应具有相同直径，虽然并非一定必要。还需保持整个扩散 板上该开口孔洞的直径与长度一样(如图12G所示)。该开口孔洞控制该背压。 借由保持整个扩散板上该开口孔洞的直径与长度一样，也可使得整个扩散板上 该会影响气流的背压被保持一定。可如图12G一样让该扩散板保留这样的方式 不变，或是可如图12H一样将下游面1269拉平，或拉成其他曲度(未示出)，以 用于一制程室来达成欲求的膜层结果。
从扩散板中央往边缘来改变中空阴极腔的直径和/或长度，该改变并不需 要是完美、连续状态的改变，只要该变化是平滑且逐步的即可。也可借由将数 个均一区域配置来成同轴模式(concentric pattern)的方式达成，只要从一区域到 另一区域的变化是平滑且逐步的即可。但是，整体来说，中空阴极腔的大小(体 积和/或表面积)必须从扩散板中央往边缘增加。图12I显示一扩散板底部示意图 (从下游侧往下看)。该扩散板被区分成N个同轴区域。同轴区域是定义成介于 一内部与一外部界线间的面积，其具有与整体扩散板形状相同的几何形状。从 区域1到区域N，该中空阴极腔的尺寸(体积和/或表面积)是逐步增加的。该增 加可借由提高该中空阴极腔的直径、长度、展开角度或这些因素的组合的方式 来达成。
从扩散板中央往边缘增加中空阴极腔的直径和/或长度这件事并不需要对 全部的扩散孔洞有效，只要每一下游扩散板表面积的中空阴极腔的整体尺寸增 加了即可。举例来说，可保持扩散板上某些扩散孔洞的尺寸始终不变，同时将 其他扩散孔洞的中空阴极腔的尺寸由扩散板中央往边缘逐步增加。在另一实施 例中，该扩散孔洞具有呎时(体积和/或表面积)逐步增加的中空阴极腔，同时扩 散板边缘上则具有非常小的中空阴极腔，如图12J所示。在另一实施例中，在 扩散板上大部分的中空阴极腔的体积是均匀一致的，只有少量尺寸非常大的中 空阴极腔位于扩散板边缘位置处，如图12K所示。
吾人将中空阴极腔的体积定义成中央阴极腔的每一下游扩散孔洞表面积 的该中央阴极腔体积。类似的，也可将中央阴极腔的中央阴极腔表面积密度定 义为中央阴极腔的每一下游扩散孔洞表面积的该中央阴极腔表面积。上述结果 显示等离子体及制程均一性可借由逐步增加由扩散板一内部区域往一外部区 域的该中央阴极腔体积或该中央阴极腔表面积密度的方式来获得改善。
另一种改变膜层厚度及性质均一性的方法是改变扩散板上的扩散孔洞密 度，但维持扩散孔洞本身的设计不变。扩散孔洞的密度可借由将与下游侧304 相交的钻孔312的总孔洞表面积除以测量区域中扩散板下游侧304的总表面积 计算而得。扩散孔洞的密度可在10％至100％间变化，且较佳是在30％至100％ 间变化。为减少膜层出现「圆顶状(dome shaped)」问题，相较于外部区域，内 部区域的扩散孔洞密度需较低，以减少内部区域的等离子体密度。从内部区域 到外部区域的密度变化必须逐步且平滑，以确保沉积膜层具有均一且平滑的厚 度及性质。图13显示扩散孔洞密度从中央(区域A)的低密度到边缘(区域B)的 高密度的逐步变化。在中央区域的低密度扩散孔洞可降低中央区域的等离子体 密度及「圆顶状(dome shaped)」问题。图13的扩散孔洞的排列仅是用来显示如 何从中央往边缘来增加扩散孔洞密度。本发明可应用任何一种扩散孔洞的排列 与模式。密度变化的观念也可和改变扩散孔洞设计的观念一起组合使用，来改 善由中央往边缘的均一性。当借由改变气体通道的密度来达成等离子体均一性 时，下游末端中空阴极腔间的距离可超过0.6英寸。
本发明由扩散板中央往边缘逐步增加中空阴极腔尺寸(体积和/或表面积) 的观念可在有或无改变扩散孔洞密度下，以弯曲扩散板及任一可用的中空阴极 腔磨制法的任一者，借由组合中空阴极腔尺寸(体积和/或表面积)及形状变化的 任一者的方式来达成。举例来说，由扩散板中央往边缘逐步增加扩散孔洞密度 的观念可用来由扩散板中央往边缘逐步增加该中空阴极腔(或下游钻孔)的直 径。可保持扩散板平坦并以CNC方法钻出扩散孔洞。可用的组合方式有许多 种。因此，这样的观念可达到满足膜层厚度及性质均一性的要求。
截至目前，本发明各种实施例都在阐述如何由扩散板中央往边缘逐步增 加中空阴极腔的长度和直径，以改善基板上的等离子体均一性。但有些情况是 需要由扩散板中央往边缘逐步降低中空阴极腔的长度和直径的。例如，靠近基 板中央的电力太低，因此需要较大的中空阴极腔来补偿该较低的电力。因此， 本发明的观念也可用在由扩散板中央往边缘逐步降低中空阴极腔的尺寸(体积 和/或表面积)的情况。
本发明观念可应用在任何一种气体扩散孔洞的设计上，其包括任何一种 中空阴极腔的设计、任何一种气体扩散板形状/大小的设计。本发明观念可应用 在任何一种使用多种气体扩散孔洞设计的气体扩散板上。本发明观念也可应用 在具有任何曲度及以任何材质(例如铝、钨、铬、钽、或其的组合)、任何方法(例 如浇铸、敲击、锻造、热压或锻烧)制成的扩散板上。本发明观念也可应用在具 有多层压制或黏结在一起的层的气体扩散板上。此外，本发明也可应用在一丛 集系统、一单独使用系统、一连线系统(an in-line system)或任一可用系统的制 程室中。
虽然本发明已用本发明的实施例被明确地示出及说明，但熟习此技艺者 将可了解的是上述在形式及细节上的其它形式与细节上的改变可在不偏离本 发明的范围及精神下被达成。因此，本发明并不局限于所示及所说明的特定形 式与细节，而是落在由以下的申请专利范围所界定的范围内。
本发明申请是申请人于2004年12月31日提交的，申请号为 200410082199.3，发明名称为“采用气体扩散板通道设计的等离子体均匀度控 制”的发明专利申请的分案申请。