多充氣室的雙溫噴頭的制作方法
【專利摘要】本文提供了一種多充氣室的雙溫噴頭，具體描述了一種在半導體處理設備中使用的雙溫多充氣室噴頭。該噴頭可以供應多種單獨的氣體到晶片反應區，同時保持氣體在噴頭內大致隔離。另外，該噴頭可以被配置為允許所述噴頭的面板相比于該噴頭的剩余部分維持在顯著更高的溫度下。
【專利說明】多充氣室的雙溫噴頭
【技術領域】
本發明涉及半導體處理設備，更具體地涉及一種多充氣室的雙溫噴頭。
【背景技術】
[0001]在半導體處理設備中，噴頭通常用來以期望的方式(例如以均勻分布的方式)在半導體晶片上分配處理氣體。這種噴頭通常包括充氣室，該充氣室受到具有多個配氣孔的面板的約束，這些配氣孔導向噴頭外側。面板通常面對半導體處理室或半導體反應室中的晶片反應區，并且晶片通常位于處理室內的面板下方，例如，在將晶片支撐在面板下方位置處的晶片支架或基座上
【發明內容】
[0002]附圖和以下描述中闡述了本說明書中描述的主題的一個或多個實施方式的細節。從說明書、附圖和權利要求書可以明白其他特征、發面和優點。要注意，以下附圖的相對尺寸未按比例繪制，除非特別指明按比例繪制。
[0003]在一些實施方式中，提供了一種在半導體處理設備中使用的噴頭。所述噴頭包括第一充氣室體積空間(plenum volume)、第二充氣室體積空間、面板和充氣室間隔物。所述充氣室間隔物可以具有第一側和與所述充氣室間隔物的第一側相反的第二側，并且所述面板可以具有第一側和與所述面板的第一側相反的第二側。所述面板的所述第一側可以面對所述充氣室間隔物的所述第二側并且可以從所述充氣室間隔物的所述第二側偏移第一距離以形成第一間隙。所述充氣室間隔物的第一側可以部分地約束所述第一充氣室體積空間，并且所述第二充氣室體積空間可以在第一間隙中位于所述充氣室間隔物與面板之間。所述充氣室間隔物可以包括從所述充氣室間隔物的所述第二側伸出第二距離的多個管狀結構，每個所述管狀結構具有外表面以及穿過所述管狀結構和所述充氣室間隔物的第一通孔。此外，所述面板可以包括多個第二通孔，每個所述第二通孔對應于所述管狀結構中的不同的一個并且具有從所述對應的管狀結構的外表面偏移至少第三距離的內表面，所述第一距離可以小于所述第二距離，并且所述面板可以與充氣室間隔物在導熱方面(conductively thermally)基本上絕緣。
[0004]在一些這種實施方式中，所述面板和所述充氣室間隔物可以被配置為兩者之間具有0.05W/(英寸2K)或更小的熱導率。
[0005]在一些實施方式中，所述噴頭可以進一步包括后板。在這種實施方式中，所述第一充氣室體積空間還可以由后板部分地約束，并且所述后板可以包括內部冷卻通道并且被配置為主動冷卻。
[0006]在一些實施方式中，所述充氣室間隔物可以包括被配置為使冷卻劑在所述充氣室間隔物內循環的一個或多個內部冷卻通道。
[0007]在一些實施方式中，所述噴頭可以進一步包括與射頻發生器連接上并且與第一氣體入口流體地連接上的等離子體圓頂。所述第一充氣室體積空間還可以由等離子體圓頂部分地約束，所述等離子體圓頂和所述射頻發生器可以被配置為使用來自所述第一氣體入口的氣體在所述第一充氣室體積空間內產生等離子體。
[0008]在一些實施方式中，所述面板除多個第二通孔之外還可以具有多個第三通孔，并且所述第三通孔可以不具有對應的管狀結構。
[0009]在一些實施方式中，所述管狀結構可以基本上是圓筒形的，所述第一通孔和所述第二通孔可以基本上是圓形的，并且每個第二通孔的內表面與每個對應的管狀結構的外表面之間的偏移可以導致在所述第二通孔與所述對應的管狀結構之間的環形間隙區。
[0010]在噴頭的一些實施方式中，第三距離可以小于約0.1英寸。在噴頭的其他實施方式中，所述第三距離可以在約0.005英寸與0.020英寸之間。
[0011]在噴頭的一些實施方式中，每個所述管狀結構可以在接近所述對應的第二通孔的與所述面板的所述第二側基本上平齊的位置處終止。
[0012]在噴頭的一些實施方式中，所述噴頭可以進一步包括第一氣體入口和第二氣體入口。所述第一氣體入口可以被配置為供應氣體到第一充氣室體積空間，并且所述第二氣體入口可以被配置為供應氣體到第二充氣室體積空間。所述第二氣體入口可以基本上是管狀，可以穿過所述充氣室間隔物，并且可以橫跨(span)在所述面板的所述第一側與所述充氣室間隔物的所述第二側之間，所述第二氣體入口還可以具有圓形陣列的徑向配氣孔，每個所述徑向配氣孔將所述第二氣體入口和所述第二充氣室體積空間流體地連接。
[0013]在一些實施方式中，所述噴頭可以進一步包括一個或多個低接觸面積(LCA)特征以及具有內周邊的第一低導熱屏障。一個或多個LCA特征可以相對于充氣室間隔物支撐面板，并且所述第一低導熱屏障可以插設在所述面板與所述充氣室間隔物之間以便橫跨第一間隙。所述第一低導熱屏障可以被定位成使得所述第二通孔和第三通孔位于所述第一低導熱屏障的內周邊內。
[0014]在噴頭的一些實施方式中，從所述面板到所述噴頭的其他組件的基本上所有的導熱路徑可以由所述一個或多個LCA特征和所述第一低導熱屏障提供。
[0015]在噴頭的一些實施方式中，所述一個或多個LCA特征可以由繞著所述第一低導熱屏障間隔開的多個立柱提供，所述立柱被配置為以拉伸狀態支撐所述面板。
[0016]在噴頭的一些實施方式中，所述噴頭可以進一步包括具有內卡圈表面并且具有比所述面板小的內孔的卡圈，所述內卡圈表面從所述面板偏移至少第四距離。所述一個或多個LCA特征可以由多個LCA球提供，所述LCA球以拉伸狀態支撐所述面板的所述第二側。所述LCA球可以位于內卡圈表面與面板之間。
[0017]在噴頭的一些實施方式中，所述噴頭可以進一步包括具有內周邊的第二低導熱屏障。所述第二低導熱屏障可以插設在所述面板與所述充氣室間隔物之間以便橫跨第一間隙，并且所述第一低導熱屏障可以位于所述第二低導熱屏障的內周邊內。
[0018]在噴頭的一些實施方式中，從所述面板到所述噴頭的其他組件的基本上所有的導熱路徑可以由所述一個或多個LCA特征、所述第一低導熱屏障和所述第二低導熱屏障提供。
[0019]在噴頭的一些實施方式中，第三充氣室體積空間可以由所述面板的所述第一側、所述充氣室間隔物的所述第二側、所述第一低導熱屏障和所述第二低導熱屏障至少部分地限定。所述面板在所述面板的第一側還可以包括多個內部流動通道和多個第三孔。在這樣的實施方式中，每個所述第三孔可以橫跨在內部流動通道之一與面板的第一側之間，并且每個第三孔可以存在于所述第一低導熱屏障與所述第二低導熱屏障之間的區域中所述面板的所述第一側。
[0020]在噴頭的一些實施方式中，所述第一充氣室體積空間、所述第二充氣室體積空間和所述第三充氣室體積空間可以由單獨的氣體入口供氣。
[0021]在一些實施方式中，所述第二通孔可以與所述內部流動通道相交，并且所述第二通孔可以由此與所述面板內的所述內部流動通道流體連通。
[0022]在一些實施方式中，所述面板在面板的第二側可以進一步包括多個第四孔，每個所述第四孔可以橫跨在內部流動通道之一與面板的第二側之間。在一些這種實施方式中，所述第四孔可以與所述面板內的所述第二通孔流體地絕緣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1A描述了多充氣室的雙溫噴頭的實例的概念性剖視示意圖。
[0024]圖1B描述了圖1A的配備有一個或多個冷卻通道的多充氣室的雙溫噴頭實例的概念性剖視示意圖。
[0025]圖2描述了多充氣室的雙溫噴頭的另一個實例的概念性剖視示意圖。
[0026]圖3A描述了具有三個充氣室的多充氣室的雙溫噴頭的實例的概念性剖視示意圖。
[0027]圖3B描述了圖3A的繪出了氣流的示例性多充氣室的雙溫噴頭的概念性剖視示意圖。
[0028]圖4描述了與等離子體圓頂連接的多充氣室的雙溫噴頭的實例的概念性剖視示意圖。
[0029]圖5A描述了雙充氣室的雙溫噴頭的一個實例的軸測圖。
[0030]圖5B描述了圖5A的雙充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測剖視圖。
[0031]圖5C描述了圖5A的封閉在虛線矩形中的部分的詳細圖。
[0032]圖描述了圖5A的雙充氣室的雙溫噴頭的實例的斜軸測分解圖。
[0033]圖5E是圖的一部分的詳細圖。
[0034]圖6A描述了三充氣室的雙溫噴頭的一個實例的軸測圖。
[0035]圖6B描述了圖6A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測剖視圖。
[0036]圖6C描述了圖6A的封閉在虛線矩形中的部分的詳細圖。
[0037]圖6D描述了圖6A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的斜軸測分解圖。
[0038]圖7A描述了三充氣室的雙溫噴頭的另一個實例的軸測圖。
[0039]圖7B描述了圖7A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測剖視圖。
[0040]圖7C描述了圖7A的封閉在虛線矩形中的部分的詳細圖。
[0041]圖7D描述了圖7A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的斜軸測分解圖。
[0042]圖1A至圖4未按比例繪制。圖5A至圖7D按比例繪制。
【具體實施方式】
[0043]多個實施方式的實例如附圖所示并且以下將作進一步描述。應當理解，本文中的討論并不意圖將權利要求局限于所描述的【具體實施方式】。相反，本文中的討論旨在涵蓋被包括在由所附權利要求書限定的本發明的精神和范圍內的替換、修改和等效形式。在以下說明中，闡述了多個具體細節以便提供對本發明的透徹理解。本發明可以在不具有一些或全部這些具體細節的情況下實施。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的過程操作以便不會不必要地模糊本發明。
[0044]本文描述了多種半導體處理噴頭設計，這些設計說明了能夠以多種方式結合以提供噴頭的多種設計構思，這種噴頭能單獨提供兩種或更多種處理氣體到晶片反應區，同時在噴頭內保持兩種或更多種處理氣體處于至少兩種顯著不同的溫度。
[0045]在本發明的附圖和討論中采用了幾個慣例。例如，在幾個點提到“體積空間”，例如“充氣室體積空間”。這些體積空間在多個附圖中一般使用短劃線、虛線或點劃線來表示。應當理解，這些線表示這種體積空間的類似空間，實際體積空間可以例如延伸到約束體積空間的多個固體表面(為了可見性，在附圖中表示這些體積空間的線稍微偏移可限定給定體積空間的部分的多種結構)。多種較小的體積空間(例如，穿過充氣室體積空間的其他固體邊界表面的氣體入口或其他孔)可以流體地連接到充氣室體積空間。
[0046]另外，附圖中通常描繪了特定圖的多種類似結構。由于空間限制，通常無法在圖中標出特定元件的每個實例。因此，當在圖中可能多次描繪元件時，該元件可能只是標出了一兩次。應當理解，在給定圖中與用標記標出的結構或元件類似的未標出的結構或元件被認定為同樣對應于該標記。
[0047]應當理解，使用相對術語，例如“以上”、“在頂部”、“以下”、“下方”等，將被理解成是指組件的有關在正常使用噴頭期間這些組件的取向(即，在晶片處理操作期間噴頭定向成向下朝著晶片分配氣體)的空間關系。類似地，例如“拉伸狀態”或“壓縮狀態”之類的術語將被理解成是指當噴頭在正常使用時組件的狀態。
[0048]還應當理解，當本文中提到“導熱”路徑時，這種提法是指物理結構特征提供的導熱路徑，而不是指例如通過噴頭內可能存在的氣體環境的導熱。
[0049]圖1A描述了多充氣室的雙溫噴頭的實例的概念性剖視示意圖。噴頭100可以包括多個充氣室體積空間，包括第一充氣室體積空間102和第二充氣室體積空間104。充氣室間隔物108可以定位在第一充氣室體積空間102與第二充氣室體積空間104之間，使得充氣室間隔物108的第一側112至少部分地約束第一充氣室體積空間102，并且充氣室間隔物108的第二側114至少部分地約束第二充氣室體積空間104。
[0050]被設計成包括第一充氣室體積空間102內的處理氣體的后板182或其他結構(例如，等離子體圓頂)可以進一步約束第一充氣室體積空間102。后板可以具有被配置為輸送第一處理氣體到第二充氣室體積空間102中的一個或多個第一氣體入口 144。
[0051]具有第一側116和第二側118的面板110可以進一步約束第二充氣室體積空間104。面板110的第一側116可以從充氣室間隔物108的第二側114偏離限定第一間隙128的第一距離120。第一低導熱屏障154，例如，環形薄金屬密封件，可以進一步約束第二充氣室體積空間104。第一低導熱屏障154可以被壓縮在面板的第一側116與充氣室間隔物108的第二側114之間以便形成密封件。盡管在半導體處理環境中使用的顯著低壓，由第一低導熱屏障154以及任何類似屏障形成的密封件能密封對抗大氣環境條件與真空條件之間的壓差，也可以選用第一低導熱屏障154來提供較低程度的密封，例如，不能密封對抗大氣環境條件與真空之間的壓差，但是能基本上密封第二充氣室體積空間104，對抗在低壓晶片處理操作期間產生的壓差(即，低壓差)。
[0052]應當理解，使用氣流基本上無法滲透(以便防止或阻止第一充氣室體積空間或其他充氣室體積空間的氣流穿過低導熱屏障)并且具有低導熱性的各種結構可以充當第一低導熱屏障以及在本文提供的示例中使用的其他潛在的低導熱屏障。在圖示的實例中，低導熱屏障提供具有很大的長寬(因此橫截面積)比的熱流路徑(在徑向截面中)，這導致比其他潛在的屏障(例如，通常限定氣體充氣室的O型環或固體結構元件)大為降低的導熱性。
[0053]低導熱屏障可以是由適合用于噴頭的環境條件(溫度、化學環境等)的低熱導率材料制成的，例如，能夠承受半導體處理環境并且還提供比鋁合金的熱導率低的熱導率的不銹鋼或高鎳鋼合金，比如因科鎳合金(Inconel)。可以制造低導熱屏障的另一種可行的材料是鶴。
[0054]盡管低導熱屏障可以采用環形密封件的形式，但是存在許多可以使用的低導熱屏障的橫截面幾何形狀。例如，圖示的密封件具有一般描述為“M”或“W”的密封件，盡管也可以使用“S”型、“C”型、“N”或“Z”型或“V”型橫截面形狀以及不對應于任何特定的拼音字母的橫截面形狀。一般來講，低導熱屏障可以具有沿著蜿蜒路徑并且自身不接觸的橫截面。這種低導熱屏障可以因此橫跨顯著比低導熱屏障的橫截面的蜿蜒長度小的間隙。因此，穿過間隙的低導熱屏障的耐熱性顯著高于盡可能短(即，長度剛好足夠跨過面板與充氣室間隔物之間的間隙)的低導熱屏障的耐熱性。
[0055]在一些實施方式中，低導熱屏障的蜿蜒長度可以接近0.5英寸至1.5英寸，并且低導熱屏障材料的厚度可以接近0.003英寸至0.009英寸。另外，在一些實施方式中，低導熱屏障可以僅接觸面板總表面的約1%或更小。
[0056]第二充氣室體積空間104可以流體地連接第二氣體入口 146。在圖示的實例中，第一氣體入口 144和第二氣體入口 146以同軸方式布置，第二氣體入口 146在中心并且穿過充氣室間隔物108且伸入第二充氣室體積空間104。環形陣列的徑向配氣孔150可以繞著第二氣體入口 146的部分的外周間隔開，該第二氣體入口伸入第二充氣室體積空間104中以允許流過第二氣體入口 146的氣體以基本上徑向對稱的方式流入第二充氣室體積空間104。第二氣體入口 146可以端接于面板110，或者如圖所示，可以在到達面板110之前封端(并且可以因此不接觸面板110)。
[0057]流入第一處理氣體入口 144的氣體可以流過第一氣體入口 144與第二氣體入口146之間的環形空間，然后流入第一充氣室體積空間102。可以使用其他氣體入口配置來代替如圖所示的同軸配置。例如，盡管圖示的同軸配置可以適合用于中心到邊緣的供給充氣室，但是其他的噴頭幾何形狀可以利用邊緣到中心的供給充氣室，在這種情況下，一個或多個氣體入口可以位于噴頭的外周附近。
[0058]面板110可以與噴頭100的其他組件基本上絕熱。例如，可以最小化面板110與其他組件的零件對零件的接觸以減小或最小化面板與噴頭100的剩余部分之間的傳導傳熱。在理想情況下，面板110可以相對于噴頭100的其他組件浮在空中。然而，實際考慮的情況要求面板110與噴頭100的其他組件必須存在一些接觸。例如，面板110必須被物理地支撐在空間中，并且可能需要一些類型的結構將第二充氣室體積空間104部分地限定在第一間隙128中。在一些實施方式中，面板還可以包括一個或多個電極或要求電流源的其他設備。在這些實施方式中，可能希望或需要在面板110與噴頭100的其他組件之間提供一個或多個導電接觸。面板110與噴頭100的剩余部分之間的任何這種連接可以用作面板110與噴頭100的剩余部分之間的導熱路徑。
[0059]一般來講，與多種常規面板中看到的O型環密封件或金屬與金屬接觸的熱導率(可能接近IW/(英寸2K))相比，連接面板110和噴頭100的剩余部分結構(例如，低導熱屏障和低接觸面積(LCA)特征)的累積熱導率可以被約束為大約0.05W/(英寸2K))。有多種方式來實施滿足這種約束的噴頭。圖示的設計僅代表一種方法，但應當理解其他方法同樣在本發明的范圍內。
[0060]在圖1A中，面板110由多個LCA特征152支撐。在圖示的實例中，LCA特征152通過使用LCA球來提供，該LCA球是插設在面板110與連接到充氣室間隔物108上的卡圈170之間的球形球168。球形球168可以倚靠在面板110和卡圈170上的溝槽與凹槽中以基本上防止面板110相對于卡圈170徑向滑動。球形球168可以處于壓縮狀態，壓縮狀態通過面板110的重量提供，以及通過當卡圈170連接到噴頭100上時可以壓縮在面板110與充氣室間隔物108之間的第一低導熱屏障154或其他組件提供的任何潛在的彈性力來提供。當球形球168與面板110或噴頭100的剩余部分接觸時，球形球168上的壓縮負載實際上作為點負載或邊緣負載傳入該球形球。這些壓縮負載路徑還可用作導熱路徑，但這種路徑的熱導率由于這種路徑在接觸面具有非常小的橫截面積而可以非常小。LCA特征152可以用于使面板110與卡圈170的卡圈表面間隔第四距離126。
[0061]如果需要，還可以使用非球形球，但可以證明這種LCA特征152難以使用，因為接觸面積會取決于球相對于面板110和噴頭100的剩余部分的取向。當然，除LCA球之外，還可以使用其他LCA特征152，例如，小截面立柱、邊緣接觸等。這些特征可以通過機加工整合在卡圈170上。
[0062]上述結構提供了第一充氣室體積空間102和第二充氣室體積空間104以及連通到兩個充氣室體積空間的氣體入口。現在將討論便于來自每個充氣室體積空間的氣體分配到晶片反應區(即，噴頭100下方)的結構和特征。
[0063]充氣室間隔物108可以包括從充氣室間隔物108的第二側114伸出的多個管狀結構132。管狀結構132可以與整個充氣室間隔物108的結構相連，例如，充氣室間隔物108和管狀結構132可以是由共同的方鋼材料機加工形成的或者是由單個鑄件或模制品生產出來的，或者可以是分離的結構，例如，通過釬焊、擴散焊、粘合、壓合或其他方式連接到充氣室間隔物108的管件。每個管狀結構132可以具有外表面134和第一通孔136。管狀結構132可以從充氣室間隔物108的第二側114伸出第二距離122。第二距離122比第一距離120長。
[0064]面板110繼而可以具有多個第二通孔138。第二通孔138的尺寸可以比管狀結構132更大。例如，管狀結構132的外表面134與第二通孔138的內表面142之間可以存在至少第三距離124的恒定的亦或變化的偏移。在圓管結構132和圓形第二通孔138以及管狀結構132與第二通孔138之間的環形間隙130的情況中，會產生這種偏移。在具有可變的第三距離124的實施方式中，第三距離124可以相對于每個管狀結構132和第二通孔138變化。例如，正常的制造公差會導致管狀結構在相對于第二通孔138定位時產生一些相對錯配。可替代地，或附加地，管狀結構132與第二通孔138之間的名義偏差可以設計成根據管狀結構132的位置變化而變化。例如，可以將噴頭100設計成使得面板110外周附近的管狀結構的第三距離124可以大于面板110中心附近的第三距離124。這會允許通過每個第二通孔138傳輸的流率作為徑向位置的函數進行調試。
[0065]在一些實施方式中，第二距離122不僅比第一距離120長，而且足夠長到使得每個管狀結構132在基本上接近對應的第二通孔138的與面板110的第二側118平齊的位置處終止。然而，一些其他的實施方式中，管狀結構132可以在第二通孔138內的位置處終止，或者可以在經過面板110的第二側118的位置處終止。
[0066]圖1B描述了圖1A的配備有一個或多個冷卻通道的多充氣室的雙溫噴頭實例的概念性剖視示意圖。應當理解，盡管這些通道在本文中被表述為“冷卻”通道，但是這種提法還旨在包括這些通道可以用于加熱或者用于更一般的溫度控制的實施方式。因此，可以通過冷卻通道引導流體以便增加亦或降低噴頭溫度。從圖中可以看到，第一充氣室102可以通過使用冷卻通道178來冷卻，該冷卻通道178可以允許冷卻劑通過充氣室間隔物108循環。除冷卻劑在充氣室間隔物108內循環之外，或替代冷卻劑在充氣室間隔物108內循環，可選的實施方式可以提供允許冷卻劑通過面板182 (未示出)循環的冷卻通道。這種配置可以允許在半導體處理操作期間主動冷卻第二充氣室體積空間。此時，由于面板110與噴頭100的剩余部分之間的導熱路徑減少，所以通過這種冷卻通道提供的冷卻相對來說不會影響面板110。這允許面板110維持在比噴頭100的剩余部分可能遠遠較熱的溫度,從而允許第二充氣室體積空間104中的氣體維持在比第一充氣室體積空間102中的氣體所維持的溫度可能遠遠較熱的溫度。另外，面板110的第二側118可以維持在比反應區的其他表面高很多的溫度，從而在晶片上提供更高質量的沉積。
[0067]圖2描述了多充氣室的雙溫噴頭的另一個實例的概念性剖視示意圖。在圖2中，噴頭200的整體結構類似于圖1A和圖1B的噴頭100的整體結構。應當理解，除以下討論的圖2的特定結構、元件和特征以外，使用具有與圖1A和圖1B的結構、元件或特征的附圖標記的后兩位數相同的后兩位數的附圖標記來標識的圖2的結構、元件或特征可以基本上與以上描述的圖1A和圖1B的這些對應的結構、元件和特征相同。為了避免重復，對于這些項目的描述，請讀者參閱之前的討論。
[0068]噴頭200與噴頭100之間的一個差異是使用拉伸支承件而不是壓縮支承件來支撐噴頭200的面板210。如圖2所示，徑向陣列的旋轉式凸輪鎖扣262，即，具有被配置為通過凸輪特征與立柱260嚙合的圓筒體，可以繞著充氣室間隔物208 (或噴頭200的其他部分)的外周布置。立柱260可以例如通過支腳266和彈簧264與面板210連接上。彈簧264可以是盤簧，或者可以通過一些其他的機構(例如繞著每個立柱260的交替方向上布置的一堆碟形墊圈(Belleville washers))設置。支腳266可以嵌入或者以其他方式連接到面板210。支腳266可以具有例如內凸緣或肩部之類的特征，當拉動立柱260遠離面板210時，這些特征可以用于壓縮彈簧264。支腳266還可以從面板210伸出。當立柱260與其對應的凸輪鎖扣262嚙合并且對應的凸輪鎖扣262旋轉時，凸輪鎖扣262可以嘗試朝著充氣室間隔物208拉動立柱260，并且最初朝著充氣室間隔物208拉動面板210。當最終朝著充氣室間隔物拉動立柱260和面板210足夠的距離時，支腳266可以與充氣室間隔物208 (或其他結構)接觸,并且立柱260的剩余運動可以主要由彈簧268的壓縮來收納。因此，立柱260可以處于拉伸狀態。
[0069]應當理解，相對于噴頭的剩余部分支撐面板的任何支承件都會涉及拉力和壓力的一些組合。如果提到這種支承件處于“拉伸狀態”，那么應當理解成這種支承件涉及這樣的結構配置，其中由面板支承件引起的平均最大應力本質上是拉應力，例如，如同圖2的凸輪鎖扣/立柱配置。相反，如果提到這種支承件處于“壓縮狀態”，那么應當理解成這種支承件涉及這樣的結構配置，其中由面板支承件引起的平均最大應力在本質上是壓應力，例如，如同圖1A和圖1B的球形球配置。
[0070]可以看到，卡圈270與卡圈170稍有不同，不同之處在于前者在面板210附近沒有臺階肩部，而是具有漸狹的肩部，該漸狹的肩部頸縮到比面板210的直徑小的內徑。在其他配置中，卡圈270可以根本不存在，或者可以具有比面板210的外徑大的內徑。如果使用卡圈270或不同設計的卡圈，那么該卡圈會從面板210偏移至少第四距離226。該間隙可以用于斷熱，并且防止面板210與卡圈270之間有直接導熱接觸。
[0071]圖3A描述了具有三個充氣室的多充氣室的雙溫噴頭的實例的概念性剖視示意圖。圖3B描述了圖3A的繪出氣流的示例性多充氣室的雙溫噴頭的概念性剖視示意圖。在圖1A、圖1B和圖2中，圖示的噴頭是雙充氣室噴頭，該噴頭被配置為在輸送前在噴頭內不會使氣體混合的情況下輸送兩種不同的處理氣體到晶片反應區。然而，本文所述的雙溫噴頭構思可以應用于具有超過兩個充氣室的噴頭。圖3A和圖3B描繪了一個這種噴頭的實例。
[0072]在圖3A和圖3B中，噴頭300的總體結構類似于圖2的噴頭200的總體結構。應當理解，除以下討論的圖3A和圖3B的特定結構、元件和特征以外，使用具有與圖2的結構、元件或特征的附圖標記的后兩位數相同的后兩位數的附圖標記來標識的圖3A和圖3B的結構、元件或特征可以基本上與以上描述的圖2的這些對應的結構、元件和特征相同。為了避免重復，對于這些項目的描述，請讀者參閱之前的討論。
[0073]除第一充氣室體積空間302和第二充氣室體積空間304之外，噴頭300還包括第三充氣室體積空間306，該第三充氣室體積空間位于第一低導熱屏障354與第二低導熱屏障356之間并且還位于充氣室間隔物308與面板310之間。圖示的第二低導熱屏障356具有比該實例中的第一低導熱屏障354的直徑大的直徑。
[0074]一個或多個第三氣體入口 348可以被配置為提供氣體到第三充氣室體積空間306。多個第三孔340可以使第三充氣室體積空間306處于與面板310內的內部流動通道374流體連通的狀態。內部流動通道374可以(如同在本實例中)在面板310內與第二通孔338流體地絕緣。在本實例中，內部流動通道374可以與第四孔376流體地連接上，從而可以允許輸送到內部流動通道374的第三處理氣體被輸送到噴頭300下方的晶片反應區。
[0075]在圖示的實例中，第三氣體入口 348位于面板310的外周附近，并且因此被稱為“邊緣供氣輸送”。應當理解，在其他實施方式中，第三氣體入口 348可以設置成噴頭300的中心附近的額外的同軸氣體入口，例如，作為提供第一氣體入口 344和第二氣體入口 346的同軸氣體入口的一部分設置。在被稱為“中心供氣輸送”的這種實施方式中，第二低導熱屏障356可以位于面板310和充氣室間隔物308的中心附近(并且其直徑顯著小于第一低導熱屏障354的直徑)。一般來講，根據本文公開的絕熱結構和策略，邊緣供氣/中心供氣輸送的多種配置可以用于多種氣體，這些氣體可以與本文所述的噴頭一起使用。
[0076]在圖3B中可以看到，流入一個或多個第一氣體入口 344、一個或多個第二氣體入口 346和一個或多個第三氣體入口 348的處理氣體能夠以基本上隔離流動的方式流過噴頭，直到氣體被釋放到晶片反應區380中。這可以基本上防止處理氣體在輸送到晶片反應區380之前在噴頭內混合。這種隔離的流動方法可以防止處理氣體在噴頭內過早反應(這會導致不希望的沉積或其他副作用)。另外，隔離流動方法可以允許至少兩種處理氣體保持在極為不同的溫度，直到氣體被輸送到晶片反應區380。
[0077]圖4描述了與等離子體圓頂連接的多充氣室的雙溫噴頭的實例的概念性剖視示意圖。在圖4中，噴頭400的整體結構類似于圖3A和圖3B的噴頭300的整體結構。應當理解，除以下討論的圖4的特定結構、元件和特征以外，使用具有與圖3A和圖3B的結構、元件或特征的附圖標記的后兩位數相同的后兩位數的附圖標記來標識的圖4的結構、元件或特征可以基本上與以上描述的圖3A和圖3B的這些對應的結構、元件和特征相同。為了避免重復，對于這些項目的描述，請讀者參閱之前的討論。
[0078]此前討論的示例的噴頭已經配備有后板。在一些實施方式中，例如，在旨在用于可能希望遠程等離子體產生的半導體處理的噴頭的實施方式中，第一充氣室體積空間反而可以基本上由充氣室間隔物和等離子體圓頂來限定。例如，在圖4中，噴頭400可以包括將等離子體圓頂484和充氣室間隔物408連接的后板482 (等離子體圓頂484還可以直接連接充氣室間隔物408，或者直接連接圖中未示出的其他組件)。等離子體圓頂484可以具有例如位于等離子體圓頂484的頂部中心附近的第一氣體入口 444。電極486可以位于等離子體圓頂484周圍并且經由匹配網絡488連接到射頻(RF)發生器490。可以使用射頻發生器490，通過利用經由第一處理氣體入口 444供應的氣體,經由電極486，在等離子體圓頂484內激發等離子體。
[0079]此前的噴頭實例與圖4的實例之間的另一個差別是通過繞著面板410的外周間隔開的第二氣體入口 446提供氣體到第二充氣室體積空間404。這允許等離子體圓頂484不含內部結構，例如，不含可能干擾等離子體產生的中心供氣第二氣體入口。
[0080]以下參照圖示這些實施方式的多個三維方面的更多詳細附圖討論雙溫、多充氣室噴頭的額外實例。
[0081]圖5A描述了雙充氣室的雙溫噴頭的一個實例的軸測圖。圖5B描述了圖5A的雙充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測剖視圖。圖5C描述了圖5A的封閉在虛線矩形中的部分的詳細圖。圖描述了圖5A的雙充氣室的雙溫噴頭的實例的斜軸測分解圖。
[0082]可以看到，噴頭500具有大體圓形的形狀。盡管基于對稱性的考慮，這種軸對稱的整體輪廓通常在半導體制造背景下是優選的，但是噴頭500也可以具有其他形狀，例如，不影響處理均勻性的噴頭500的部分，例如，在晶片反應區之外的部分，可以允許具有其他形狀，例如，矩形、方形等。
[0083]第一充氣室體積空間502和第二充氣室體積空間504可以位于噴頭500內，并且可通過充氣室間隔物508彼此分開。第一充氣室體積空間502可以通過第一氣體入口 544供氣，并且可以位于充氣室間隔物508與后板582之間。第二充氣室體積空間504可以經由第二氣體入口 546供氣，并且可以位于充氣室間隔物508和面板510之間。第二氣體入口 546可以具有多個徑向配氣孔550，當氣體被輸送到第二充氣室體積空間504中時，這些配氣孔使氣體最初沿徑向方向流動。面板510可以由卡圈570經由LCA特征552支撐，并且第一低導熱屏障554、第二低導熱屏障556和第三低導熱屏障557可以插設在面板510與充氣室間隔物508之間。在噴頭500中，使用了三個低導熱屏障，但其他的實施方式，例如，類似于噴頭100或300，可以只使用一個或兩個低導熱屏障。在本實例中，三個低導熱屏障557用作柔性導電觸點,用于輸送電力到面板510中的電極(未不出)。多個第一通孔536可以流體地連接第一充氣室體積空間502和噴頭500下方的晶片反應區(未明確圖示)。
[0084]從圖5C的詳細圖可以進一步看到，第一充氣室體積空間502由充氣室間隔物508的第一側512和后板582部分地約束，并且第二充氣室體積空間504由充氣室間隔物508的第二側514和面板510的第一側516部分地約束。可以進一步看到，充氣室間隔物508的第二側514可以具有被配置為接收低導熱屏障的凹陷的環形通道；這有助于使低導熱屏障居中于組件中并且防止低導熱屏障徑向移動任何明顯的距離。然而，這些通道是任選的，并且還可以可替代地或附加地設置在面板510的第一側516上。
[0085]在圖示的實施方式中，其大小適用于300mm的半導體晶片，第一低導熱屏障554具有大約12英寸的內徑，并且凹陷的環形通道的底部與面板510之間的間隙大約是0.2英寸。由于第一低導熱屏障554下彎的屬性，第一低導熱屏障554的蜿蜒橫截面長度大約是
I英寸，即，比第一低導熱屏障554橫跨的間隙寬度長約5倍。此外，在圖示的實施方式中，面板510的總表面積(不包括孔的側壁)大約是380平方英寸，并且由六個LCA特征552支撐，這六個特征中每一個在大約0.006平方英寸的面積上與面板510接觸。除大約0.036平方英寸的LCA特征觸點之外，面板還可以與圖示的三個低導熱屏障接觸，每個低導熱屏障可以與大約I平方英寸或更小的面板510接觸。因此，本實例的面板510可以只是在總表面積為大約380平方英寸的面板510的大約2平方英寸至3平方英寸上直接接觸其他組件，例如，面板510的總表面積的約1%或更小。當然，這些尺寸是圖示的實施方式所特有的并且只是近似的。假如這些尺寸的變型產生本文所述的有益效果，那么這些尺寸的變型同樣在本發明的范圍內。
[0086]從圖5C同樣可以看到，充氣室間隔物508可以具有多個管狀結構532，每個管狀結構與不同的第一通孔536關聯。每個管狀結構可以伸入(或者在該案例中穿過)位于面板510中的第二通孔538中。可以看到，管狀結構532的外表面534與第二通孔538的內表面542之間存在環形間隙，在本實例中，管狀結構532延伸穿過第二通孔538并且基本上與面板510的第二側518平齊。
[0087]為了幫助肉眼觀察噴頭內的空氣流動，在圖5C中增加了表示一些氣流的總體方向的箭頭。例如，以實線黑色箭頭表示經由第一充氣室體積空間502輸送的第一處理氣體，并且使用白色箭頭表示經由第二充氣室體積空間504輸送的第二處理氣體。可以看到，黑色箭頭表示流過第一通孔536，而白色箭頭表示流過外表面534與內表面542之間的環形空間。
[0088]如上所述，圖示出了噴頭500的軸測分解剖視圖。可以看到，每個組件的結構較為簡單，并且組裝過程可以較為流暢。另外，從圖可以看到詳細圖5E，該圖示出了卡圈570的一部分。特別可以看到具有LCA特征552的卡圈表面572，例如從卡圈表面上伸出的螺栓或其他類似的小突起物。
[0089]然而，圖5A至圖5E的噴頭500是雙充氣室的雙溫噴頭，圖6A至圖6D描繪了三充氣室的雙溫噴頭。圖6A描述了三充氣室的雙溫噴頭的一個實例的軸測圖。圖6B描述了圖6A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測剖視圖。圖6C描述了圖6A的封閉在虛線矩形中的部分的詳細圖。圖6D描述了圖6A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測分解圖。
[0090]類似于噴頭500，第一充氣室體積空間602和第二充氣室體積空間604可以位于噴頭600內，并且可通過充氣室間隔物608彼此分開。第一充氣室體積空間602可以通過第一氣體入口 644供氣，并且可以位于充氣室間隔物608與后板682之間。第二充氣室體積空間604可以經由第二氣體入口 646供氣，并且可以位于充氣室間隔物608和面板610之間。第二氣體入口 646可以具有多個徑向配氣孔650，當氣體被輸送到第二充氣室體積空間604中時，這些配氣孔使氣體最初在徑向方向上流動。圖6C中可以看到的第三充氣室體積空間606可以通過一個或多個第三氣體入口 548供應氣體。第三充氣室體積空間可以提供處理氣體到圖6C中可以看到的例如形成在面板610與面板蓋694之間的一個或多個內部流動通道674。
[0091]面板610可以由卡圈670經由LCA特征652支撐,并且第一低導熱屏障654、第二低導熱屏障656和第三低導熱屏障657可以插設在面板610與充氣室間隔物608之間。在噴頭600中，使用了三個低導熱屏障，但是第三低導熱屏障657可以是任選的。第三充氣室體積空間606例如可以位于第一低導熱屏障654與第二低導熱屏障656之間。多個第一通孔636可以流體地連接第一充氣室體積空間602和噴頭600下方的晶片反應區(未明確圖示)O
[0092]從圖6C的詳細圖可以進一步看到，第一充氣室體積空間602由充氣室間隔物608的第一側612和后板682部分地約束，并且第二充氣室體積空間604由充氣室間隔物608的第二側614和面板610的第一側616部分地約束。可以進一步看到，正如噴頭500，充氣室間隔物608的第二側614可以具有被配置為接收低導熱屏障的凹陷的環形通道。
[0093]從圖6C還可以看到，第三充氣室體積空間606可以位于第一低導熱屏障654與第二低導熱屏障656之間，以及充氣室分隔壁608的第二側614與面板610的第一側之間。第三充氣室體積空間606可以經由環板692下方的環形空間以及連接環形空間與第三充氣室606的多個通孔從一個或多個第三氣體入口 648供給氣體。第三氣體入口 648與第三充氣室體積空間606之間的流體流動連接的精確路徑和配置可以與圖示不同。多個第三孔640可以流體地連接第三充氣室體積空間606和一個或多個內部流動通道674。
[0094]正如充氣室間隔物508，充氣室間隔物608可以具有多個管狀結構632，每個管狀結構與不同的第一通孔636關聯。每個管狀結構可以伸入(或者在該案例中穿過)位于面板610中的第二通孔638中。在這種情況下，第二通孔638還可以穿過面板蓋694，該面板蓋694被認為是面板610的子組件。在此特定實例中，在面板610的第二側618與面板蓋694之間形成大的鄰接的開放體積空間。此開放體積空間形成內部流動通道674，并且被管狀結構632貫穿。如圖所示，在本實例中，內部流動通道674可以經由第二通孔638與第二充氣室體積空間604以及晶片反應區(未示出，但是位于噴頭600下方)連通。在這種情況下，引入第二充氣室體積空間604并且引入一個或多個內部流動通道的氣體會在噴頭內混合(假設它們同時流動)。因此，當通過第二充氣室體積空間604和一個或多個內部流動通道674引導的氣體在噴頭600內混合不會產生不希望的反應產物時，可能希望利用這種設計。可能還希望在第二充氣室體積空間604內維持比內部流動通道674的壓力更高的壓力以防止氣體從內部流動通道674回流到第二充氣室體積空間604中。
[0095]為了幫助肉眼觀察噴頭內的空氣流動，在圖6C中增加了表示一些氣流的總體方向的箭頭。例如，以實線黑色箭頭表示經由第一充氣室體積空間602輸送的第一處理氣體，并且使用白色箭頭表示經由第二充氣室體積空間604輸送的第二處理氣體，并且使用灰色箭頭表示經由第三充氣室體積空間606輸送的第三處理氣體。可以看到，黑色箭頭表示通過第一通孔636流，而白色箭頭和灰色箭頭表示通過外表面634與內表面642之間的環形空間的流。
[0096]如上所述，圖6D示出了噴頭600的軸測分解剖視圖。在此附圖中清楚地看到給第三充氣室體積空間606供氣的環板692下方的環形空間。
[0097]圖7A描述了三充氣室的雙溫噴頭的另一個實例的軸測圖。圖7B描述了圖7A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測剖視圖。圖7C描述了圖7A的封閉在虛線矩形中的部分的詳細圖。圖7D描述了圖7A的三充氣室的雙溫噴頭的實例的軸測分解圖。
[0098]在圖7A至圖7D中，噴頭700的整體結構類似于圖6A和圖6D的噴頭600的整體結構。應當理解，除以下討論的圖7A至圖7D的特定結構、元件和特征以外，使用具有與6A圖和圖6D的結構、元件或特征的附圖標記的后兩位數相同的后兩位數的附圖標記來標識的圖7A至圖7D的結構、元件或特征可以基本上與以上描述的圖6A和圖6D的這些對應的結構、元件和特征相同。為了避免重復，對于這些項目的描述，請讀者參閱之前的討論。
[0099]噴頭700與噴頭600之間的一個不同方面是面板710和面板蓋794被構造成以便防止經由第三充氣室體積空間引入到一個或多個內部流動通道774的氣體在噴頭700內與來自第二充氣室體積空間704的氣體混合。
[0100]參照圖7C可以更清楚地觀察這些細節。可以看到，第二通孔738可以在面板710的整個厚度上具有鄰接的內表面742 (包括穿過面板蓋794)。因此，在一個或多個內部流動通道774內流動的氣體無法經由第二通孔738溢出。相反，單獨的第四孔776可以被設置成允許通過內部流動通道774流動的氣體流入晶片反應區中。
[0101]為了幫助肉眼觀察噴頭內的空氣流動，在圖7C中增加了表示一些氣流的總體方向的箭頭。例如，以實線黑色箭頭表示經由第一充氣室體積空間702輸送的第一處理氣體，使用白色箭頭表示經由第二充氣室體積空間704輸送的第二處理氣體，并且使用灰色箭頭表示經由第三充氣室體積空間706輸送的第三處理氣體。可以看到，黑色箭頭表示流過第一通孔736的流，白色箭頭表示流過外表面734與內表面742之間的環形空間的流，并且灰色箭頭表示流過第四孔776的流。
[0102]應當理解，在上述實例中，一個或多個內部流動通道被描述為“鄰接的開放體積空間”等。在一些實施方式中，可以通過面板內的離散通道(可以彼此相交或不相交)的網絡提供內部流動通道。通過深孔鉆或者說是貫穿面板的整個寬度形成這種通道，或者通過機加工或者說是在面板中形成通道然后使用面板蓋蓋住通道來設置這種通道。如果使用后板或充氣室間隔物中的冷卻通道，那么也可以采用這種策略用于這種冷卻通道。
[0103]一般來講，上述管狀結構與用于特定實施方式的第二通孔的內表面之間的間隙會受到兩種約束。第一是間隙大小，即，第三距離，總體上應當小于支持空心陰極放電的距離。僅當噴頭會經受等離子體環境，例如，使用噴頭400進行生產時，由于噴頭內可能不會存在產生電容性放電所需的電場，這種約束才有關聯。這種間隙尺寸總體上小于約0.1英寸。第二種約束是間隙尺寸應當大小適于在第二充氣室體積空間內建立所需的氣體流率要求的大小；這種約束與具體方法高度相關。例如，間隙尺寸可以基于滿足以下條件的參數來確定:提供一個沛克萊數，該沛克萊數足夠高到基本上防止在噴頭內從一個充氣室逆擴散到另一個充氣室，或者從晶片反應區逆擴散到充氣室之一中；提供一個壓降，該壓降足夠高以促進晶片上的流動均勻性；并且在可能包括等離子體環境的任何工藝步驟期間防止或減輕噴射效果。
[0104]在一些情況下，第二通孔可以由具有相同或不同直徑的額外的通孔來增強，這些額外的通孔沒有穿過它們的管狀結構。這些額外的通孔可以允許從第二充氣室體積空間的氣體增大的流量或更多散布的流量。在如圖5A至圖7D所示的變體中，每個第一通孔具有大約0.04英寸的直徑，管狀結構的外徑大約是0.08英寸，并且第二通孔的內徑大約是0.125英寸，使得第三距離大約是0.0225英寸。然而，這些距離可以在不同的流動條件下變化。
[0105]由例如本文公開的噴頭所提供的雙溫能力可以在一些半導體工藝使用期間產生能在第一充氣室體積空間與第二充氣室體積空間之間急劇變化的熱環境。在一些半導體工藝期間，在晶片反應區會產生相當大的熱能，并且實際上形成反應區的一個邊界的面板會在半導體處理期間接收大量熱能。在典型的噴頭中，這種能力可以經由與面板導熱接觸的其他噴頭組件從面板傳導。這會導致剩余的噴頭組件同樣升溫并且防止在面板與噴頭組件的剩余部分之間形成很大的溫度梯度。
[0106]相比之下，例如本文公開的噴頭可急劇減小來自面板并且流入剩余的噴頭組件的熱能的量。這有兩個效果。第一個效果是，該面板與典型的面板相比，即，按照在正常處理條件下不會顯著限制熱流的方式與噴頭的其他組件導熱接觸的面板相比，會保留在顯著高溫的條件下。另一個效果是，噴頭的剩余部分可以保持在比在典型狀態下的噴頭的剩余部分可能保持的溫度低很多的溫度。
[0107]例如，在一些原子層沉積(ALD)類型的方法中，可以看到晶片反應區的溫度達到或超過500°C。在這種ALD類型的方法中使用的例如本文所述的雙溫多流速噴頭可以因此顯示出大約500°C的面板溫度，同時在穩定狀態的處理條件中顯示出25°C至30°C的溫度(從而允許人的手能安全地接觸后板)。在一些實施方式中，后板溫度可以變化到70°C。在一些其他的實施方式中，面板溫度可以維持在150°C至200°C。通常，面板的溫度由支撐晶片的基座的溫度以及其他因素推動，其他因素如，晶片反應區內的等離子體環境。
[0108]通過允許第一充氣室體積空間和第二充氣室體積空間保持在兩個潛在地非常不同的溫度，本文公開的噴頭可以提供在多種半導體處理背景下可能有關的多種有益效果。例如，由例如本文所述的等離子體圓頂型噴頭亦或與外部遠程等離子體發生器連接上的本文所述的噴頭產生的等離子體可以產生在半導體襯底上流動的自由基。在行進到晶片反應區中時，這些自由基會與噴頭內的多個表面碰撞；每次這種碰撞會導致自由基從該表面反彈亦或與該表面上的分子或原子進行自由基重組。重組的自由基減小了最終到達晶片反應區的自由基產率。然而，除其他情形之外，自由基重組的機會至少部分地依賴于環境(在該環境下發生自由基碰撞)的溫度，在熱環境下，自由基重組的機會增加，并且在冷環境下，自由基重組的機會減少。因此，將第一充氣室體積空間維持在顯著較低的溫度可以起到防止不希望的自由基重組的作用。
[0109]低溫的第一充氣室體積空間的另一個有益效果是，某些半導體處理利用互相反應的前體，這些前體在低溫比高溫下反應較慢。例如，在示例的ALD方法中，氨可以結合鈦類物質(titanium species) 一起使用以提供薄膜沉積方法。氨可以通過第一充氣室體積空間來提供(并且保持在低溫)，并且鈦類物質可以通過第二充氣室體積空間來提供(并且保持在高溫條件下)。如果偶然有些鈦類物質例如通過擴散或其他機制意外地流入第一充氣室體積空間中，那么鈦類物質與氨的反應速率會由于低溫而減小，從而減小可能在噴頭中產生的反應副產物的量。
[0110]與此同時，將第二充氣室體積空間維持在高溫條件下(或者，更具體地講，維持面板在高溫條件下)會有助于防止處理氣體在第二充氣室體積空間內冷凝(這種冷凝通過阻塞出口孔會導致不均勻的氣體分布，或者會導致液滴從噴頭朝著晶片被噴出)。維持面板在高溫條件下的另一個有益效果是可以減少或消除由于熱循環而從面板剝落的膜。這可以減小晶片的微粒子污染的風險。
[0111]本文中用于多種組件的材料可以總體上選自常用作半導體處理設備的材料，例如，與使用的處理環境在化學上兼容并且表現出所期望的熱性能、強度性能和電氣性能的合金或材料。例如，面板可以是由陶瓷、鋁或其他材料制成的。如果是由陶瓷制成的，那么電極可以嵌入陶瓷中以便于使用從第一充氣室體積空間、第二充氣室體積空間和/或第三充氣室體積空間輸送到晶片反應區的氣體在晶片反應區內產生等離子體。
[0112]應當理解，上述噴頭可以在半導體處理室(或反應室)和/或工具的背景下實施，或者在多站式處理室或反應室的多個站和/或工具中實施。這種噴頭可以連接多種其他的設備，例如，氣體供應源/線、流速控制器、閥門、電源、射頻發生器、例如壓力、溫度或流率測量裝置等傳感器等。這種室或工具可以包括系統控制器，該系統控制器具有用于控制各種閥門、流速控制器和其他設備的指令以使用噴頭來提供所需的半導體處理。這些指令可以包括，例如，在根據本發明的處理操作期間同時使第一處理氣體流過第一充氣室體積空間并且使第二處理氣體流過第二充氣室體積空間的指令。系統控制器通常可以包括一個或多個存儲設備以及一個或多個處理器，這些處理器被配置為執行指令使得設備會實施根據本發明的方法。包括用于控制根據本發明的過程操作的指令的機器可讀介質可以連接到系統控制器。
[0113]上述設備/方法可以結合例如用于制備或制造半導體器件、顯示器、LED、光伏板等的光刻圖案化工具或方法使用。通常，盡管并不必要，將在共同制造的設施中共同使用或操作這種工具/方法。光刻圖案化薄膜通常包括以下步驟的一些或全部，每個步驟啟用多個可行的工具:(I)使用旋涂或噴涂工具在工件，即，襯底上涂覆光致抗蝕劑；(2)使用熱板或加熱爐或紫外線固化工具固化光致抗蝕劑；(3)使用例如晶片步進機之類的工具使光致抗蝕劑暴露于可見光或紫外線或X射線；(4)使抗蝕劑顯影以便選擇性地去除抗蝕劑并且從而使用例如濕式工作臺之類的工具將其圖案化；(5)通過使用干的或等離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉移到下方的薄膜或工件上；并且(6)使用例如射頻或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類的工具去除抗蝕劑。
[0114]還應當理解，除非專門指明詳細描述的實施方式之一彼此不兼容，或者周圍背景暗示它們互相排斥或者不容易在互補和/或支持的意義上組合，否則整個本發明設想并預期可以選擇性地組合這些互補的實施方式的具體特征以提供一個或多個綜合的但是稍有不同的技術解決方案。因此會進一步認識到，只是以舉例的方式給出上述說明，并且可以在本發明的范圍內對細節進行修改。
【權利要求】
1.一種在半導體處理設備中使用的噴頭，所述噴頭包括: 第一充氣室體積空間； 第二充氣室體積空間； 面板；以及 充氣室間隔物，其中， 所述充氣室間隔物具有第一側以及與所述充氣室間隔物的所述第一側相反的第二側， 所述面板具有第一側以及與所述面板的所述第一側相反的第二側， 所述面板的所述第一側面對所述充氣室間隔物的所述第二側并且從所述充氣室間隔物的所述第二側偏移第一距離以形成第一間隙， 所述充氣室間隔物的所述第一側部分地約束所述第一充氣室體積空間， 所述第二充氣室體積空間在所述第一間隙中位于所述充氣室間隔物與所述面板之間，所述充氣室間隔物包括從所述充氣室間隔物的所述第二側伸出第二距離的多個管狀結構，每個所述管狀結構具有外表面以及穿過所述管狀結構和所述充氣室間隔物的第一通孔， 所述面板包括多個第二通孔，每個所述第二通孔對應于所述管狀結構中的不同的一個并且具有從所述對應的管狀結構的外表面偏移至少第三距離的內表面， 所述第一距離小于所述第二距離，并且 所述面板與所述充氣室間隔物在導熱方面基本上絕緣。
2.根據權利要求1所述的噴頭，其中， 所述面板和所述充氣室間隔物被配置為兩者之間具有0.05W/(英寸2K)或更小的熱導率。
3.根據權利要求1所述的噴頭，進一步包括后板，其中， 所述第一充氣室體積空間同樣受到所述后板的部分約束，并且 所述后板包括內部冷卻通道并且被配置為主動冷卻。
4.根據權利要求1所述的噴頭，其中，所述充氣室間隔物包括被配置為使冷卻劑在所述充氣室間隔物內循環的一個或多個內部冷卻通道。
5.根據權利要求1所述的噴頭，其進一步包括與射頻發生器連接上并且與第一氣體入口流體地連接上的等離子體圓頂，其中， 所述第一充氣室體積空間同樣受到所述等離子體圓頂的部分約束，并且所述等離子體圓頂和所述射頻發生器被配置為使用來自所述第一氣體入口的氣體在所述第一充氣室體積空間內產生等離子體。
6.根據權利要求1所述的噴頭，其中， 所述面板除所述多個第二通孔之外還具有多個額外的第二通孔，并且 所述額外的第二通孔不具有對應的管狀結構。
7.根據權利要求1所述的噴頭，其中，所述管狀結構基本上是圓筒形的，并且所述第一通孔和所述第二通孔基本上是圓形的，并且每個第二通孔的內表面與每個對應的管狀結構的外表面之間的偏移導致在所述第二通孔與所述對應的管狀結構之間的環形間隙區。
8.根據權利要求1所述的噴頭，其中，所述第三距離小于約0.1英寸。
9.根據權利要求1所述的噴頭，其中，所述第三距離在約0.005英寸至0.020英寸之間。
10.根據權利要求1所述的噴頭，其中，每個所述管狀結構在接近所述對應的第二通孔的與所述面板的所述第二側基本上平齊的位置處終止。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的噴頭，其進一步包括: 第一氣體入口 ；以及 第二氣體入口，其中， 所述第一氣體入口被配置為供應氣體到所述第一充氣室體積空間中， 所述第二氣體入口被配置為供應氣體到所述第二充氣室體積空間中， 所述第二氣體入口基本上是管狀，穿過所述充氣室間隔物，并且橫跨在所述面板的所述第一側與所述充氣室間隔物的所述第二側之間， 所述第二氣體入口具有圓形陣列的徑向配氣孔，每個所述徑向配氣孔將所述第二氣體入口和所述第二充氣室體積空間流體地連接。
12.根據權利要求1至10中的任一項所述的噴頭，進一步包括: 一個或多個低接觸面積(LCA)特征；以及 具有內周邊的第一低導熱屏障，其中， 所述一個或多個低接觸面積特征相對于所述充氣室間隔物支撐所述面板， 所述第一低導熱屏障被插設在所述面板與所述充氣室間隔物之間以便橫跨所述第一間隙，以及 所述第一低導熱屏障被定位成使得所述第二通孔位于所述第一低導熱屏障的內周邊內。
13.根據權利要求12所述的噴頭，其中，從所述面板到所述噴頭的其他組件的基本上所有的導熱路徑由所述一個或多個低接觸面積特征和所述第一低導熱屏障提供。
14.根據權利要求12所述的噴頭，其中，所述一個或多個低接觸面積特征由繞著所述第一低導熱屏障間隔開的多個立柱提供，所述立柱被配置為以拉伸狀態支撐所述面板。
15.根據權利要求12所述的噴頭，進一步包括具有內卡圈表面并且具有比所述面板小的內孔的卡圈，所述內卡圈表面從所述面板偏移至少第四距離，其中，所述一個或多個低接觸面積特征由多個低接觸面積球提供，所述多個低接觸面積球以壓縮狀態支撐所述面板的所述第二側，所述低接觸面積球位于所述內卡圈表面與所述面板之間。
16.根據權利要求12所述的噴頭，其進一步包括具有內周邊的第二低導熱屏障，其中， 所述第二低導熱屏障被插設在所述面板與所述充氣室間隔物之間以便橫跨所述第一間隙，并且 所述第一低導熱屏障位于所述第二低導熱屏障的內周邊內。
17.根據權利要求16所述的噴頭，其中，從所述面板到所述噴頭的其他組件的基本上所有的導熱路徑由所述一個或多個低接觸面積特征、所述第一低導熱屏障和所述第二低導熱屏障提供。
18.根據權利要求16所述的噴頭，其中， 第三充氣室體積空間由所述面板的所述第一側、所述充氣室間隔物的所述第二側、所述第一低導熱屏障和所述第二低導熱屏障至少部分地限定； 所述面板包括: 多個內部流動通道，以及 所述面板的所述第一側的多個第三孔，其中， 每個所述第三孔橫跨在所述內部流動通道之一與所述面板的所述第一側之間，并且每個所述第三孔存在于所述第一低導熱屏障與所述第二低導熱屏障之間的區域中所述面板的所述第一側。
19.根據權利要求18所述的噴頭，其中，所述第一充氣室體積空間、所述第二充氣室體積空間和所述第三充氣室體積空間都由單獨的氣體入口供氣。
20.根據權利要求18所述的噴頭，其中，所述第二通孔與所述內部流動通道相交，并且所述第二通孔由此與所述面板內的所述內部流動通道流體連通。
21.根據權利要求18所述的噴頭，其中，所述面板在所述面板的所述第二側進一步包括多個第四孔，其中， 每個所述第四孔橫跨在所述內部流動通道之一與所述面板的所述第二側之間。
22.根據權利要求21所述的噴頭，其中，所述第四孔與所述面板內的所述第二通孔流體地隔尚。
23.一種半導體處理設備，其包括: 反應室； 晶片支承件；以及 噴頭，所述噴頭包括: 第一充氣室體積空間； 第二充氣室體積空間； 面板；以及 充氣室間隔物，其中， 所述充氣室間隔物具有第一側以及與所述充氣室間隔物的所述第一側相反的第二側， 所述面板具有第一側以及與所述面板的所述第一側相反的第二側， 所述面板的所述第一側面對所述充氣室間隔物的所述第二側并且從所述充氣室間隔物的所述第二側偏移第一距離以形成第一間隙， 所述充氣室間隔物的所述第一側部分地約束所述第一充氣室體積空間， 所述第二充氣室體積空間在所述第一間隙中位于所述充氣室間隔物與所述面板之間，所述充氣室間隔物包括從所述充氣室間隔物的所述第二側伸出第二距離的多個管狀結構，每個所述管狀結構具有外表面以及穿過所述管狀結構和所述充氣室間隔物的第一通孔， 所述面板包括多個第二通孔，每個所述第二通孔對應于所述管狀結構中的不同的一個并且具有從所述對應的管狀結構的外表面偏移至少第三距離的內表面， 所述第一距離小于所述第二距離，并且 所述面板與所述充氣室間隔物在導熱方面基本上絕緣，其中， 所述半導體處理設備被配置為使得所述噴頭的所述面板的所述第二側面對所述晶片支承件，并且 所述晶片支承件被配置為支撐所述反應室內的半導體晶片。
24.—種半導體處理工具，其包括: 一個或多個反應室，至少一個反應室具有晶片支承件和噴頭，所述噴頭包括: 第一充氣室體積空間； 第二充氣室體積空間； 面板；以及 充氣室間隔物，其中， 所述充氣室間隔物具有第一側以及與所述充氣室間隔物的所述第一側相反的第二側， 所述面板具有第一側以及與所述面板的所述第一側相反的第二側， 所述面板的所述第一側面對所述充氣室間隔物的所述第二側并且從所述充氣室間隔物的所述第二側偏移第一距離以形成第一間隙， 所述充氣室間隔物的所述第一側部分地約束所述第一充氣室體積空間， 所述第二充氣室體積空間在所述第一間隙中位于所述充氣室間隔物與所述面板之間，所述充氣室間隔物包括從所述充氣室間隔物的所述第二側伸出第二距離的多個管狀結構，每個所述管狀結構具有外表面以及穿過所述管狀結構和所述充氣室間隔物的第一通孔， 所述面板包括多個第二通孔，每個所述第二通孔對應于所述管狀結構中的不同的一個并且具有從所述對應的管狀結構的外表面偏移至少第三距離的內表面， 所述第一距離小于所述第二距離，并且 所述面板與所述充氣室間隔物在導熱方面基本上絕緣，其中， 所述半導體處理工具被配置為使得所述噴頭的所述面板的所述第二側面對所述晶片支承件，并且 所述晶片支承件被配置為支撐所述至少一個反應室內的半導體晶片。
【文檔編號】C23C16/455GK104278254SQ201410312720
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2013年7月3日
【發明者】拉梅什·錢德拉塞卡拉, 詹妮弗·L·彼得拉利亞 申請人:諾發系統公司