空心阴极放电抑制电容耦合等离子体电极和气体分配面板的制作方法
【专利说明】空心阴极放电抑制电容耦合等离子体电极和气体分配面板 相关申请的交叉引用
[0001] 本发明要求2014年5月30日递交的美国临时申请No. 62/005, 454的优先权。以 上所引用的美国申请的全部公开内容被以引用的方式并入本文。
技术领域
[0002] 本发明涉及衬底处理系统，尤其涉及使用电容耦合等离子体的衬底处理系统。
【背景技术】
[0003] 本文所提供的背景描述是为了总体上呈现发明的内容。当前所冠名的发明人的工 作（一定程度上在该背景部分中有所描述）以及在申请时可能没有资格作为现有技术的本 说明书的方面，既不能明显地也不能隐含地被当做针对本发明的现有技术。
[0004] 衬底处理系统可被用于执行沉积和/或在衬底（例如半导体晶片）上的膜的蚀 亥IJ。衬底处理系统通常包括处理室，其具有衬底支撑件，例如基座、静电卡盘、板等。衬底 (例如半导体晶片）可被布置在衬底支撑件上。在化学气相沉积（CVD)、等离子体增强化学 气相沉积（PECVD)、原子层沉积（ALD)或等离子体增强原子层沉积（PEALD)工艺中，包括一 种或多种前体的气体混合物可被引入到处理室以在衬底上沉积或蚀刻膜。
[0005] -些工艺使用气体分配装置，例如喷头。气体分配装置可包括具有多个圆孔的面 板。圆孔被布置成图案以提供所期望的气流。处理气体被提供到限定在所述气体分配装置 中的腔并由衬底上方的面板的圆孔分配。
[0006] 在PECVD和PEALD中，射频（RF)等离子体可被用于激活化学反应。例如，电容耦 合等离子体（CCP)发生器可被用于在处理室中产生等离子体。等离子体可以在气体分配装 置的面板与基座之间的空间内激励。气体分配装置的面板可以充当电容耦合等离子体发生 器的一个电极。
[0007] 当等离子体在基板处理期间使用时，一些寄生性等离子体还可以在处理室中产 生。仅作为示例，空心阴极放电（HCD)是可能在气体分配装置的面板的圆孔中发生的寄生 性等离子体的一种形式。空心阴极放电可能对硬件（尤其是电极）是有害的，因为空心阴 极放电在小的区域内散放巨大能量。
【发明内容】
[0008] -种用于等离子体处理室的气体分配系统的面板，其包括面板主体，所述面板主 体具有第一表面、与第一表面相对的第二表面和侧面。在面板主体中的第一多个孔从所述 第一表面延伸到第二表面。所述第一多个孔中的至少一些在与所述第一表面平行的平面上 具有第一尺寸和第二尺寸。所述第一尺寸横向于所述第二尺寸。所述第一尺寸小于由所述 等离子体处理室产生的等离子体的3个等离子体鞘层厚度。所述第二尺寸大于所述第一尺 寸的2倍。
[0009] 在其他特征中，所述第一尺寸小于由所述等离子体处理室产生的等离子体的2个 等离子体鞘层厚度。所述第二尺寸大于所述第一尺寸的9倍。所述面板主体包括径向设置 于所述第一多个孔外侧的第二多个孔。第二多个孔中的至少一些具有第一尺寸和第二尺 寸。所述第二多个孔中的至少一些是圆形的且具有小于等离子体的3个等离子体鞘层厚度 的直径。
[0010] 在其他特征中，第一多个孔中的至少一些是圆形的且具有小于等离子体的3个等 离子体鞘层厚度的直径。
[0011] -种处理衬底的等离子体处理系统，其包括处理室。气体分配装置被设置在所述 处理室中且包括上部、面板和位于所述上部和面板之间的第一腔。衬底支撑件，其被设置在 所述处理室中以支撑所述衬底。等离子体发生器在所述面板和所述衬底支撑件之间产生等 离子体。所述面板包括面板主体和在面板主体中的第一多个孔，所述面板主体具有第一表 面、与第一表面相对的第二表面和侧面，所述第一多个孔从所述第一表面延伸到第二表面。 所述第一多个孔中的至少一些是槽形的，且在平行于所述第一表面的平面上具有第一尺寸 和第二尺寸。所述第一尺寸横向于所述第二尺寸。所述第一尺寸小于由所述等离子体发生 器产生的等离子体的3个等离子体鞘层厚度。所述第二尺寸大于所述第一尺寸的2倍。
[0012] 所述第一尺寸小于由所述等离子体处理室产生的等离子体的2个等离子体鞘层 的厚度。所述第二尺寸大于所述第一尺寸的9倍。所述面板主体包括第二多个孔，所述第 二多个孔被径向设置在所述第一多个孔的外侧。所述第二多个孔中的至少一些是槽形的并 且具有第一尺寸和第二尺寸。所述第二多个孔中的至少一些是圆形的并且具有小于由等离 子体发生器产生的等离子体的3个等离子体鞘层厚度的直径。第一多个孔中的至少一些是 圆形的并且具有小于由等离子体发生器产生的等离子体的3个等离子体鞘层厚度的直径。
[0013] 在其他特征中，第一、第二和第三环形金属密封件被设置在所述第一腔中以限定 所述第一腔的供应部分、排出部分和气幕部分。处理气体流经位于上部的第二腔，通过所述 面板并且进入到所述第一腔的供应部分。所述衬底暴露于所述处理气体，并且然后所述处 理气体流回通过所述面板、所述第一腔的所述排出部分以及所述上部流回。净化气体流经 所述上部到所述第一腔的所述气幕部分。
[0014] -种减少用于等离子体处理中的气体分配装置的面板中的空心阴极放电的方法， 其包括确定用于等离子体处理的等离子体鞘层厚度；提供包括面板主体的面板，所述面板 主体具有第一表面、与第一表面相对的第二表面和侧面；和在面板主体中创建第一多个孔， 所述第一多个孔从所述第一表面延伸到第二表面。所述第一多个孔中的至少一些在与所述 第一表面平行的平面上具有第一尺寸和第二尺寸。所述第一尺寸横向于所述第二尺寸。所 述第一尺寸小于由所述等离子体处理产生的等离子体的3个等离子体鞘层厚度。所述第二 尺寸大于所述第一尺寸的2倍。所述方法包括将所述面板设置成邻近等离子体处理室的气 体分配装置的上部；以及激励等离子体并且使处理气体流经所述气体分配装置的面板以将 衬底暴露于所述处理气体。
[0015] 在其他特征中，所述等离子体鞘层厚度是基于等离子体密度、电子温度以及施加 的等离子体驱动电压确定的。所述方法包括在所述第一多个孔的外侧在所述面板主体中径 向地创建第二多个孔。
[0016] 在其他特征中，第二多个孔中的至少一些具有第一尺寸和第二尺寸。第二多个孔 中的至少一些是圆形的，并且具有小于等离子体的3个等离子体鞘层厚度的直径。所述第 一多个孔中的至少一些是圆形的，并且具有小于等离子体的3个等离子体鞘层厚度的直 径。
[0017] 本发明公开内容的进一步适用范围将在详细叙述、权利要求和附图中变得显而易 见。详细描述和具体实施例仅旨在提供说明，而并非意在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0018] 本发明将从详细的描述以及附图被更完全地理解，其中：
[0019] 图1A和1B示出了在气体分配装置的面板示例的第一和第二孔中的空心阴极效 应；
[0020] 图2示出了根据本发明的一个包括面板的处理室示例的剖视图；
[0021] 图3A和3B示出了根据本发明的面板的一个实施例；
[0022] 图4-5示出了根据本发明的面板的其它实施例；
[0023] 图6示出了气体分配装置的面板和上部的一个实施例的局部剖视图；和
[0024] 图7示出了根据本发明的减少在等离子体处理期间面板中的空心阴极放电的方 法的一个实施例。
[0025] 在附图中，附图标记可被重复使用以标记相似和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0026] 空心阴极放电可通过增加或减少气体分配装置的面板中的圆形孔（其成为空心 阴极）的直径而被防止。对于某些工艺条件下，防止空心阴极放电所需的圆形孔尺寸足够 大，跨越衬底的气体分配可能变得不均匀。此外，使用较少的具有较大直径的圆形孔可能引 起喷射，这会对膜的均匀性产生不利影响。如果孔直径减小到低于空心阴极放电的阈值，由 于传导是孔直径的4次方的函数，因此维持气体流量所需的圆形孔的数量显著增加。此外， 加工大量的孔通常是昂贵和费时的。
[0027] 面板中的至少一些孔的几何形状可以根据本公开内容改变，以减少或消除空心阴 极效应。如图1A所示，减小面板12中的孔10的直径消除了空心阴极效应，通过移动阴极 壁更靠近在一