CN107034448A - 用于hdp‑cvd的具有挡板和喷嘴的冷却气体进料块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于减少在具有冷却气体进料块的高温处理腔室中的粒子污染形成的方法和设备的技术。所述冷却气体进料块具有主体。所述主体具有主中心部分，所述主中心部分具有顶表面和底表面。所述主体还具有凸缘，所述凸缘从所述主中心部分的所述底表面向外延伸。气体通道穿过所述主体设置。所述气体通道具有在所述主中心部分的所述顶表面中形成的入口和在所述主中心部分的所述底表面中形成的出口。所述主体还具有中心冷却剂通道。所述中心冷却剂通道具有第一部分和耦接至所述第一部分的第二部分，所述第一部分具有在所述主中心部分的顶表面中形成的入口，所述第二部分具有在所述凸缘的侧壁上形成的出口。

Description

用于HDP-CVD的具有挡板和喷嘴的冷却气体进料块
背景
技术领域
本文所描述的实施方式一般涉及半导体制造，并且更具体来说，涉及保护处理设备不受腐蚀和污染。
背景技术
在制造半导体器件期间，出于形成适宜用于最终用途的材料层和特征的目的，基板可以在各种处理腔室中经历各种操作。例如，所述基板可以经历若干沉积、退火、和蚀刻操作以及其他操作。所述处理腔室由各种部件形成，所述部件由含铝化合物、含钢化合物、含镍化合物以及其他化合物形成。这些化合物可以另外含有铬、钛和钼以及其他材料。
装置小型化已使得在基板膜层中形成的装置图案的小尺寸更为关键。实现基板中的关键尺寸开始于对基板中的下层膜层具有良好粘附性的良好品质膜层。所述处理设备最小化腔室环境中的污染物对基板的影响或在基板上形成，从而实现良好品质膜。
当形成等离子体时，处理气体的完全解离增强了在基板上所沉积的膜的品质。使用高温提供了处理气体的更完全解离，并且还提供了所述高品质膜对基板的强粘附性。然而，在处理腔室的连续操作期间，在腔室中的腐蚀剂侵蚀腔室部件并产生残留粒子，所述残留粒子增加了在处理腔室内部空间中的污染物浓度。随着时间的推移，处理腔室内部空间中的残留粒子的浓度趋于上升。在沉积环境中的残留粒子最终会进入在基板上沉积的膜中并且不期望地促成工艺污染和工艺偏斜。为防止工艺污染和工艺偏斜，处理腔室环境可需要监测和周期性清洁。
由此，需要改良的腔室部件。
发明内容
本文公开了用于减少具有冷却气体进料块的高温处理腔室中的粒子污染形成的方法和设备的技术。在一个实施方式中，所述冷却气体进料块具有主体。所述主体具有主中心部分，所述主中心部分具有顶表面和底表面。所述主体还具有凸缘，所述凸缘从所述主中心部分的底表面向外延伸。气体通道穿过所述主体设置。所述气体通道具有在所述主中心部分的顶表面中形成的入口和在所述主中心部分的底表面中形成的出口。所述主体还具有中心冷却剂通道。所述中心冷却剂通道具有第一部分和耦接至所述第一部分的第二部分，所述第一部分具有在所述主中心部分的顶表面中形成的入口，所述第二部分具有在所述凸缘的侧壁上形成的出口。
在另一实施方式中，处理腔室具有腔室主体。盖在所述腔室主体上设置。至少一个气体冷却进料块耦接至所述腔室主体和盖的至少一者的外部。所述气体冷却进料块具有主体。所述主体具有主中心部分，所述主中心部分具有顶表面和底表面。所述主体还具有凸缘，所述凸缘从所述主中心部分的底表面向外延伸。气体通道穿过所述主体设置。所述气体通道具有在所述主中心部分的顶表面中形成的入口和在所述主中心部分的底表面中形成的出口。所述主体还具有中心冷却剂通道。所述中心冷却剂通道具有第一部分和耦接至所述第一部分的第二部分，所述第一部分具有在所述主中心部分的顶表面中形成的入口，所述第二部分具有在所述凸缘的侧壁上形成的出口。
在又一实施方式中，公开了一种将气体提供至处理腔室中的方法。所述方法开始于使第一冷却剂流过冷却气体块的中心线。处理气体随后偏离冷却气体块的中心线流过冷却气体块。最后，第二冷却剂流过所述处理气流外侧的通道。
附图说明
因此，为了能够详细理解本公开内容的上述特征结构所用方式，上文所简要概述的本公开内容的更具体的描述可以参考各个实施方式进行，所述实施方式中的一些示出于附图中。然而，应当注意，附图仅示出本公开内容的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，且本公开内容可允许其他等效实施方式。
图1是示例性处理腔室的示意性正视图，所述示例性处理腔室具有附接至气体挡板和一个或多个气体喷嘴的冷却气体进料块。
图2是图1所示的冷却气体进料块之一的示意性仰视图。
图3是图2的冷却气体进料块的横截面图。
图4是图2的冷却气体进料块的示意性俯视图。
图5是图1所示的气体喷嘴之一的示意性侧视图。
图5A至图5D是描绘图5所示的喷嘴尖头的内部轮廓的示意性侧视图。
图6是图1所示的气体挡板的横截面图。
图7是将气体提供至处理腔室内的方法的方框图。
为了便于理解，在尽可能的情况下，使用相同的附图标记来标示图中共有的相同元件。可以预期一个实施方式的元件和特征可以有益地并入其他实施方式中而无须赘述。将在随后的详细描述中提出附加特征和优点，并且所述附加特征和优点通过所述描述将对本领域中的技术人员显而易见或通过实践如本文所述的实施方式本领域中的技术人员将清楚地认识到所述附加特征和优点，本文所述的实施方式包括以下详细描述、权利要求书、以及附图。
应当理解以上概述和以下详述均呈现实施方式，并且旨在提供用于理解本公开内容的性质和特性的综述或框架。包括附图以提供进一步理解，并且附图并入本说明书并组成本说明书的一部分。附图示出各种实施方式，并且与描述一起用于解释本发明的原理和操作。
具体实施方式
现在将详细参考实施方式，实施方式的实例在附图中示出，附图中示出了一些但不是全部的实施方式。实际上，所述概念可以体现为许多不同形式，且本文不应理解为限制。在可能的情况下，使用类似的附图标记来标示类似的部件或零件。
本文所公开的实施方式包括具有挡板和喷嘴的冷却气体进料块。所述冷却气体进料块、挡板和喷嘴可被设置在使用高温的处理腔室中，诸如化学气相沉积(CVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)腔室、低压化学气相沉积(LP-CVD)腔室、或采用高温和处理气体的其他处理腔室。所公开的挡板和喷嘴具有防止所述挡板和喷嘴被加热至非常高的温度的较低导热率，非常高的温度可能增加在操作和清洁期间所述处理腔室中的粒子形成。对来自所公开的冷却气体进料块的挡板和喷嘴和所述冷却气体进料块进行材料选择有助于减少处理腔室中的粒子形成，所述冷却气体进料块具有冷却通道以在低操作温度下维持组件。以此方式，所述喷嘴和挡板的寿命随着在清洁(即，相关工艺设备的停机时间)之间的平均时间的增大而延长。
图1是处理腔室100的示意性正视图，处理腔室100具有附接至挡板112和一个或多个喷嘴114的冷却气体进料块110。处理腔室100可以是化学气相沉积(CVD)处理腔室、热丝化学气相沉积(HWCVD)处理腔室、或用于高温处理基板的其他真空腔室。在一个实施方式中，处理腔室100是高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)腔室。
处理腔室100包括腔室主体102，腔室主体102具有顶部106、腔室侧壁104和耦接至地面124的腔室底部108。顶部106、腔室侧壁104和腔室底部108界定内部处理空间140。腔室侧壁104可以包括基板传送口116以利于将基板118传送进出处理腔室100。基板传送口116可以耦接至传送腔室和/或基板处理系统的其他腔室。
腔室主体102和处理腔室100的相关部件的尺寸不受限制且一般成比例地大于其中待处理的基板118的大小。基板大小的实例包括200mm直径、250mm直径、300mm直径和450mm直径以及其他大小。
泵送口182可以在腔室底部108中形成。泵送装置184耦接至泵送口182以排空并控制处理腔室100的内部处理空间140中的压力。泵送装置184可以包括一个或多个节流阀、低真空泵、罗茨(roots)鼓风机、涡轮分子泵或适用于控制内部处理空间140中的压力的其他相似设备。
用以固持基板118的底座134可设置在内部处理空间140中。底座134可由腔室侧壁104或腔室底部108支持。底座134可以具有冷却流体通道和对本发明来说不关键的其他常规特征。底座134可以包括基板支撑件132。基板支撑件132可以是加热器、静电卡盘(ESC)或用以在处理期间支持基板118或将基板118卡紧至底座134的其他适宜元件。基板支撑件132可以由介电材料(例如陶瓷材料，诸如氮化铝(AIN)以及其他适宜材料)形成。基板支撑件132可以包括连接至卡紧电源的卡紧电极(未示出)。基板支撑件132可以另外或替代地包括连接至加热器电源的加热器电极(未示出)。基板支撑件132可以使用静电引力来将基板118固持至基板支撑件132并在处理腔室100中处理期间对基板118施加热量。
顶部线圈128和/或侧面线圈126可设置在处理腔室100的腔室主体102上。顶部线圈128和侧面线圈126可以连接至一个或多个射频(RF)电源(未示出)。顶部线圈128和侧面线圈126诱发所述处理空间中的电磁场以维持由处理气体形成的等离子体。
气体面板180通过喷嘴114和/或挡板112将处理气体和其他气体供应至腔室主体102的内部处理空间140内。气体面板180可经配置用以提供一个或多个处理气体源、惰性气体、非反应性气体、反应性气体、或清洁气体(若需要)。可以由气体面板180提供的处理气体的实例包括但不限于，含硅(Si)气体、碳前驱体和含氮气体。在一个实施方式中，所述气体面板提供清洁气体诸如三氟化氮(NF3)。
挡板112可以通过冷却气体进料块110中的一个冷却气体进料块附接至气体面板180。挡板112可设置为穿过处理腔室100的圆顶122并在基板支撑件132上方与基板支撑件132相间隔。由气体面板180提供的一种或多种处理气体可供应反应性物质穿过挡板112进入内部处理空间140中。挡板112可暴露于内部处理空间140和其中所形成的等离子体的高温并由所述高温加热。挡板112的温度可以由冷却气体进料块110调节。另外，挡板112可以由具有低导热率的材料形成以助于调节挡板112的温度。例如，挡板112可以由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)或其他适宜材料形成。替代地，挡板112可以由设置成穿过圆顶112的一个或多个喷嘴114替代。
喷嘴114可以通过对应冷却气体进料块110附接至气体面板180。喷嘴114可设置在环152上，所述环152在邻近于腔室侧壁104处围绕内部处理空间140。替代地，喷嘴114可设置成穿过腔室侧壁104并由腔室侧壁104支持。另外，如上所述，喷嘴114可设置成穿过圆顶112。设置成穿过腔室侧壁104的喷嘴114可围绕内部处理空间140以控制在处理腔室100的整个内部处理空间140中从喷嘴114中流出的处理气体的浓度。以此方式，可控制从处理气体产生的离子在处理腔室100中经处理的基板118表面上的浓度和分布。例如，在约4个与24个或更多个之间的喷嘴114，诸如18个喷嘴114，可以更小分组间隔、等距间隔、或以围绕内部处理空间140的其他适宜配置间隔。喷嘴114可暴露于内部处理空间140和其中所形成的等离子体的高温并由所述高温加热。喷嘴114的温度可以由冷却气体进料块110调节。另外，喷嘴114可以由具有低导热率的材料形成以助于调节喷嘴114的温度。例如，喷嘴114可以由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)或其他适宜材料形成。
在基板118的处理期间，喷嘴114和挡板112暴露于处理腔室100的内部处理空间140中的高温，诸如超过400℃的温度。在清洁操作期间清洁气体如氟可被引入至喷嘴114和挡板112的暴露于内部处理空间140的部分。在高温(诸如大于400℃)下处理腔室100内由AlF和SiO2构成的溅射材料的堆积可导致在清洁循环期间形成氟化铝(AlF3)并且还因沉积期间硅烷热解导致形成氟化铝。冷却气体进料块110有助于将喷嘴114和挡板112的温度维持于低于400℃的温度以防止形成AlF3粒子，即污染物。
在于大于400℃的温度下处理腔室中的粒子形成的显著原因是氟离子侵蚀铝腔室部件。例如，在超过400℃的温度下，由Al2O3形成的腔室部件被从NF3清洁气体产生的氟粒子(F-)侵蚀并生成副产物AlF3和O2。AlF3的形成可以通过将Al2O3腔室部件的温度降低至低于400℃来减轻。另外，可用除Al2O3以外的材料形成腔室部件来减少AlF3形成。
图2是图1所示的冷却气体进料块110中的一个冷却气体进料块的示意性仰视图。冷却气体进料块110经配置用于将腔室部件(诸如喷嘴114和挡板112)的温度降低至小于约400℃以减少AlF3形成。冷却气体进料块110具有主体202。主体202具有底表面218。主体202可具有适于与气体管线对接的形状，所述气体管线连接至气体面板180、处理腔室100，以及喷嘴114或挡板112的任一者。例如，主体202的底表面218大体上可以是矩形、三角形、圆形、或任何其他适宜形状。主体202具有穿过其设置的气体通道210。来自气体面板180的处理和清洁气体移动穿过气体通道210和喷嘴114而进入处理腔室100中。
多个安装点224、225、226可以形成于主体202的外周边252处。在图3中所述安装点224、225、226示出为在凸缘349上。安装点224、225、226可为通孔、凸耳、或适于将冷却气体进料块110附接至处理腔室100的其他特征。
凹陷表面216可以形成至底表面218中。凹陷表面216可经研磨、铸造、印刷或用其他适宜制造技术形成。可选地，多个套管214可设置在主体202的凹陷表面216部分中。套管214经配置以接受紧固件，所述紧固件用以将冷却气体进料块110附接至处理腔室100的部件，诸如喷嘴114或挡板112。
垫片槽212可形成于凹陷表面216中。垫片槽212可以成形为圆形或其他多边形环状，以经配置用以在其中接受密封件，诸如垫片、O形环，或适用于使主体202的内部部分232与外部部分234流体隔离的其他密封件。在一个实施方式中，垫片槽212接受O形环以流体密封内部部分232并防止流过气体通道210的气体逸出至冷却气体进料块110的外部部分234中。喷嘴114或挡板112可附接至主体202中的套管214并压缩垫片槽212中的垫片以形成不漏流体的密封。
图3是穿过截面线3-3所截取的图2的冷却气体进料块110的横截面图。图3示出冷却气体进料块110中的气体和冷却通道。冷却气体进料块110的主体202具有中心部分372。凸缘349从主体202的中心部分372延伸。主体202具有顶部318。顶部318流体附接至气体面板180。气体通道210从底表面218延伸至冷却气体进料块110的顶部318。气体面板180可附接至冷却气体进料块110的顶部318以将气体供应至设置于底表面218处的处理腔室100。
气体通道210可具有在顶部318处的弧形顶部歧管394。所述气体通道可具有在底表面218处的弧形底部歧管392。在一个实施方式中，弧形底部歧管392可以沿着主体的中心部分372的中心线340封闭。在另一实施方式中，凹陷312可形成于底表面218中并且弧形底部歧管392可以沿着主体的中心部分372的中心线340敞开。中心导管390可以流体连接顶部歧管394和底部歧管392。
更多冷却通道中的一个冷却通道设置成穿过冷却气体进料块110的主体202以维持冷却气体进料块110的温度。中心冷却剂通道320设置成至少部分地穿过主体202的中心线340。中心冷却剂通道320可以具有大体上平行于气体通道210的第二部分322。主体202的内壁362设置在气体通道210与中心冷却剂通道320之间。流过第二部分322的冷却流体可以在与流过气体通道210的处理气体的方向相反的方向中流动。第二部分322调节流过冷却气体进料块110的气体的温度。
侧面冷却剂口332可以设置在主体202的外周边252上。例如，侧面冷却剂口332可形成在凸缘349上。密封压盖334可围绕侧面冷却剂口332设置以流体连接侧面冷却剂口332与冷却剂来源。侧面冷却剂口332在主体202中流体连接至中心冷却剂通道320的第一部分324。第一部分324可以大体上平行于冷却气体进料块110的底表面218。冷却剂流入侧面冷却剂口332中并穿过中心冷却剂通道320的第一部分324以调节冷却气体进料块110的主体202在底表面218处的温度并且由此调节附接至其的喷嘴114或挡板112的温度。
穿过中心冷却剂通道320的冷却流体的流动可以是从第一部分324至第二部分322。第一部分324可以呈一角度连接至第二部分。所述角度可以在约80度和约100度之间，诸如约90度。有益地，在调节流过气体通道210的处理气体的较低温度之前，所述冷却剂的流动调节喷嘴114、腔室主体102或挡板112的较高温度。以此方式，冷却气体进料块110从喷嘴114或挡板112去除了更多热量。
冷却剂通道342可设置成穿过冷却气体进料块110的主体202。冷却剂通道342可形成于主体202的中心部分372中。例如，冷却剂通道342可以通过添加制造(additivemanufacture)(诸如3D印刷、研磨或其他适宜方法)形成。在其中制造工艺是减去材料的形成方法(诸如研磨)中，插塞398可以密封冷却剂通道342并且防止冷却剂从其中泄漏。第二侧面冷却剂口344可以设置在主体202的外周边252上。例如，第二侧面冷却剂口344可以形成在凸缘349上。第二侧面冷却剂口344流体连接至冷却剂通道342。主体202的外壁364设置在气体通道210与冷却剂通道342之间。冷却剂可以流入第二侧面冷却剂口344中并穿过冷却剂通道342以调节冷却气体进料块110的主体202的温度。
邻近气体通道210设置的内壁362在流过气体通道210的处理和冷却气体与流过中心冷却剂通道320的冷却剂之间进行热传递。邻近冷却剂通道342和气体通道210设置的外壁364还可以在流过气体通道210的处理和冷却气体与流过冷却剂通道342的冷却剂之间进行热传递。以此方式，处理和清洁气体的温度可被维持并且所述处理和清洁气体的温度大体上调节附接至冷却气体进料块110的喷嘴114和/或挡板112的温度。
主体202可以由促进热传递的材料形成。例如，主体202可以由铝形成，具有冷却通道，诸如中心冷却剂通道320和冷却剂通道342，从而从冷却气体进料块110带走热量。主体202可以由单质量材料形成以促进有效热传递。因此，冷却气体进料块110可以充当附接至其的腔室部件(诸如喷嘴114和挡板112)的散热件。主体202可以通过机械加工和熔接制造为2件或通过3D印刷制造为单件。
图4是图2的冷却气体进料块110的示意性俯视图。顶部318可以具有凸起部分414。凸起部分414可以提供给主体202额外质量，以当冷却流体流过其中时帮助调节冷却气体进料块110的温度。凸起部分414可以具有顶表面416。在一个实施方式中，冷却剂通道342设置至顶表面416中。冷却剂通道342可以通过添加制造技术或其他适宜方法如研磨或铸造形成。所述冷却通道可以抵靠腔室侧壁104、圆顶122或其他腔室部件密封。流过冷却剂通道342的冷却剂可以与喷嘴114或挡板112接触并从所述腔室部件去除热量。替代地，冷却剂通道342可以设置在主体202中并在顶表面416下方。流过冷却剂通道342的冷却剂可以从冷却气体进料块110的主体202去除热量。喷嘴114或挡板112可以由冷却气体进料块110通过传导来冷却。
冷却气体进料块110可以由此将所附接的腔室部件和处理气体的温度良好地维持在低于400℃。所述冷却处理气体还可以提供对喷嘴114或挡板112的冷却以将喷嘴114或挡板112的温度维持在低于约400℃。
图5是图1所示的喷嘴114中的一个喷嘴的示意性侧视图。喷嘴114具有主体510。喷嘴114的主体510可以由陶瓷材料形成。例如，主体510可以由氧化铝、氮化铝、氧化釔、或其他适宜材料形成。在一个实施方式中，喷嘴114的主体510由氮化铝形成。由氧化铝形成的喷嘴114具有小于约15W/mK的低导热率值并在比用氮化铝形成的那些喷嘴更高的温度下运行。由氮化铝形成的喷嘴114具有大于约120W/MK的非常高的导热率并且在处理腔室100中的等离子体操作期间不会升温。因此，用氮化铝形成喷嘴114有助于减少在温度超过400℃的处理腔室100中产生的粒子，这继而有助于降低处理腔室100中关于基板处理的缺陷。
喷嘴114的主体510可经喷砂处理或具有其上形成的特征。例如，可以在制造期间在喷嘴114上印刷纹理。替代地，喷砂处理可以从AlOx去除结合材料以形成数微米厚的保护层。粗糙化喷嘴114的表面另外促进粒子粘附以使处理腔室中来自喷嘴114的粒子污染降低约15％至约20％。在一个实施方式中，喷嘴114(和挡板112)的表面的平均粗糙度(Ra)可以是约1.18微米。另外，喷嘴114(和挡板112)的表面的峰粗糙度(Ry)可以是约9.5微米。
气体通道530可以沿着主体510的中心线501形成。主体510具有头部508和基部506。气体口520形成在基部506中并通过气体通道530流体连接至头部508中的喷嘴尖头570。处理或清洁气体可以从冷却气体进料块110流动穿过喷嘴114的气体口520、穿过气体通道530并流出喷嘴尖头570而进入处理腔室100中。例如，NF3可以流动穿过喷嘴114而进入处理腔室100中以清洁处理腔室100。
喷嘴尖头570可以具有一个或多个内部轮廓以影响穿过气体通道530流入处理腔室100中的气体的速度和/或压力。图5A至图5D是描绘图5所示的喷嘴尖头570的内部轮廓的示意性侧视图。图5A至图5D是喷嘴尖头570的个别实施方式，其中流过气体通道530的气体的速度和压力可在离开喷嘴尖头570后改变。图5A至图5D将在本文中一起讨论。
气体通道530一般是圆柱形的并且具有外周边503。气体通道530具有从外周边503向内朝向中心线501延伸的锥形部分505。锥形部分506从外周边503延伸至喷嘴114的头部508处的出口572。锥形部分506一般将在气体通道530中的流的横截面积从对应于外周边503的较大区域531降低至对应于出口572的较小区域532。较大区域531处的气体压力大于较小区域532处的气体压力。类似地，较大区域531处的气体速度小于较小区域532处的气体速度。在一个实施方式中，较大区域531可以具有约1.014英寸的直径且较小区域532可以具有约2.120英寸的直径。
气体通道530可以任选地具有从外周边503延伸并与气体通道530流体连通的突起560。例如，穿过气体通道530的气体流动581可以延伸入突起560中。垂线502示出于喷嘴尖头570中。垂线502呈90度与中心线501相交，即，与中心线501以及外周边503垂直。垂线502一般可以在突起560与外周边503的交叉处平分突起560。突起560可以是圆形或椭圆形、或任何适宜形状。喷嘴114的内部轮廓，并且具体地突起560，可以通过烧结、铸造、3D印刷或其他适宜技术形成。
突起560的取向、或喷嘴尖头570是否具有此特征可影响流过喷嘴114的流体的流动特性。可以通过修改喷嘴内部流动轮廓，诸如通过添加不同配置突起560，来在出口572处控制或修改穿过气体通道530的流动，诸如速度或压力。这有利于较大或需要返工的喷嘴114，因为气体喷嘴114可经修改以实现穿过其中的气体的所需流速。穿过喷嘴114的流体的流速可以通过修改喷嘴尖头在约97％至约103％之间变化。修理和/或返工喷嘴114可以使用内部轮廓(诸如图5A至图5D所示)而非刮削喷嘴114来完成。
作为下文图5A至图5D讨论的组成部分进行的对排气速度和压力的计算假设气体喷嘴114在较大区域531中具有约2.120英寸的直径并且在较小区域532中具有约1.014英寸的直径。然而，应当理解，所述发现可以延用于不同大小的气体喷嘴114。图5A示出喷嘴尖头570的一个实施方式。喷嘴尖头570上的突起560与垂线502成角度562定向。在一个实施方式中，突起560与垂线502所呈的角度562是在朝向基部506约15度至约60度之间，诸如朝向基部506约45度。对于具有朝向基部506呈约45度的角度562的突起560的气体喷嘴114，离开喷嘴尖头570的出口572的气体的速度是约3.248m/s且所述气体的压力是约0.1106托。
图5B示出喷嘴尖头570的另一实施方式。喷嘴尖头570上的突起560与垂线502呈角度564定向。在一个实施方式中，突起560与垂线502所呈的角度564是在朝向气体喷嘴114的头部508约15度至约60度之间，诸如朝向气体喷嘴114的头部508约45度。对于具有朝向基部506呈约45度的角度562的突起560的气体喷嘴114，离开喷嘴尖头570的出口572的气体的速度是约2.875m/s且所述气体的压力是约0.1129托。图5B中示出的喷嘴尖头570的排出气体的速度比图5A中示出的喷嘴尖头570增大约11.45％。另外，图5B中示出的喷嘴尖头570的排出气体的压力比图5A中示出的喷嘴尖头570减小约2.08％。
图5C示出喷嘴尖头570的一个实施方式。喷嘴尖头570上的突起560与垂线502对齐。对于具有与垂线502对齐的突起560的气体喷嘴114，排出喷嘴尖头570的出口572的气体的速度是约3.242m/s且所述气体的压力是约0.1106托。图5C中示出的喷嘴尖头570的排出气体的速度比图5A中示出的喷嘴尖头570增大约0.18％。另外，图5C中示出的喷嘴尖头570与图5A中示出的喷嘴尖头570相比大体上不具有排出气体压力变化，例如，压力变化是约0.00％。
图5D示出喷嘴尖头570的一个实施方式。对于不具有突起的气体喷嘴114(如图5A至图5C所示)，排出喷嘴尖头570的出口572的气体的速度是约3.252m/s且所述气体的压力是约0.1106托。图5D中示出的喷嘴尖头570的排出气体的速度比图5A中示出的喷嘴尖头570略微增大约0.18％。另外，图5D中示出的喷嘴尖头570与图5A中示出的喷嘴尖头570相比大体上不具有排出气体压力变化，例如，压力变化是约0.00％。
因此，可以由图5A至图5D示出，排出喷嘴尖头570的气体的速度和压力可以通过改变喷嘴尖头570的内部轮廓来独立控制。
图6是图1所示的挡板112的横截面图。挡板112具有主体602。主体602具有基部606。主体602还可以具有凸缘632。一个或多个紧固件634可形成在凸缘632上或穿过凸缘632。紧固件634可以有助于将挡板112固定至处理腔室100。例如，紧固件634可以将挡板112固定至圆顶122。紧固件634可以是凸型或凹型配件、孔、或适用于将挡板112附接至处理腔室100的其他特征。在一个实施方式中，紧固件634是适当地经配置用于接受螺钉或其他装置的通孔。在另一实施方式中，紧固件634可以是凸型套管，所述凸型套管被键接至处理腔室100上的对应凹型配件。
气体口620可以从基部606穿过主体602并穿过凸缘632形成。气体口620流体连接至气室618。所述气室设置在凸缘632与头部608之间。头部608具有一个或多个排气口610。排气口610将气室618流体连接至处理腔室100的内部处理空间140。处理或清洁气体可以从冷却气体进料块110穿过挡板112并流出排气口610而进入处理腔室100中。例如，NF3可以穿过挡板112流入处理腔室100中以清洁处理腔室100。
挡板112的主体602可以由陶瓷材料形成。例如，主体602可以由氧化铝、氮化铝、氧化釔、或其他适宜材料形成。在一个实施方式中，挡板112的主体602由氮化铝(AlN)形成。AlN主体602可以具有约3.3克/平方厘米的体积密度和约小于160百万分率(ppm)的硅(Si)、约小于3ppm的镁(Mg)、约小于180ppm的钙(Ca)、约小于30ppm的钛(Ti)、和约小于20ppm的铁(Fe)的微量元素。由氧化铝形成的挡板112具有小于约15W/mK的低导热率值并在比由AlN形成的挡板112更高的温度下运行。由AlN形成的挡板112具有大于约120W/mK的非常高的导热率，诸如约140±20W/mK，且在处理腔室100中的等离子体操作期间不会升温。因此，用氮化铝形成挡板112有助于减少在温度超过400℃的处理腔室100中产生的粒子，这继而有助于降低处理腔室100中关于基板处理的缺陷。
挡板112的主体602可经喷砂处理。所述喷砂处理可以从AlOx去除结合材料以形成数微米厚的保护层。粗糙化挡板112的表面另外促进粒子粘附以将处理腔室中来自挡板112的粒子污染降低约15％至约20％。
有益地，喷嘴114和挡板112均由氮化铝形成以改善(即，减少)处理腔室100的内部处理空间140中的粒子产生。这增加了喷嘴114和挡板112的导热率。冷却气体进料块110被设计以用于200mm HDP-CVD处理系统，但是改善可延用于其他处理系统。冷却气体进料块110具有在铝气体进料块中的冷却通道以助于维持喷嘴114和挡板112的低操作温度。因此，冷却气体进料块110、喷嘴114和挡板112最小化处理系统中的粒子产生并延长维护之间的平均时间和减少经处理的基板中的缺陷。
图7是将气体提供至处理腔室中的方法700的方框图。方法700开始于方框710，使第一冷却剂流过冷却气体块的中心线。在方法700的方框720中，处理气体偏离所述冷却气体块的中心线流过冷却气体块。在方框730中，第二冷却剂流过处理气流外侧的通道。
虽然前文涉及本发明的实施方式，但可在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步实施方式，且本发明的范围由随附权利要求书确定。

Claims (18)

1.一种冷却气体进料块，所述冷却气体进料块包括：
主体，所述主体包括：
主中心部分，所述主中心部分具有顶表面和底表面；以及
凸缘，所述凸缘从所述主中心部分的所述底表面向外延伸；
气体通道，所述气体通道穿过所述主体设置，所述气体通道具有在所述主中心部分的所述顶表面中形成的入口和在所述主中心部分的所述底表面中形成的出口；以及
中心冷却剂通道，所述中心冷却剂通道包括：
第一部分，所述第一部分具有在所述主中心部分的所述顶表面中形成的入口；以及
第二部分，所述第二部分耦接至所述第一部分，所述第二部分具有在所述凸缘的侧壁上形成的出口。
2.如权利要求1所述的冷却气体进料块，进一步包括：
外部冷却剂通道，所述外部冷却剂通道设置成相对于所述主中心部分的中心线在所述中心冷却剂通道外侧。
3.如权利要求2所述的冷却气体进料块，其中所述外部冷却剂通道进一步包括：
第一弧形歧管；以及
第二弧形歧管，所述第二弧形歧管通过内部导管流体连接至所述第一弧形歧管。
4.如权利要求2所述的冷却气体进料块，其中所述气体通道在所述外部冷却剂通道与所述内部冷却剂通道之间。
5.如权利要求1所述的冷却气体进料块，其中所述中心冷却剂通道的所述第一部分形成在所述主中心部分的中心线上。
6.如权利要求5所述的冷却气体进料块，其中所述第一部分未穿过所述底表面。
7.如权利要求1所述的冷却气体进料块，其中所述第二部分平行于所述底表面。
8.如权利要求1所述的冷却气体进料块，其中所述主中心部分具有在所述底表面中形成的凹陷。
9.如权利要求8所述的冷却气体进料块，其中所述第二部分邻近所述凹陷。
10.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
腔室主体；
盖，所述盖设置在所述腔室主体上；
至少一个气体冷却进料块，所述气体冷却进料块耦接至所述腔室主体和盖的至少一者的外部，所述气体冷却进料块包括：
主体，所述主体包括：
主中心部分，所述主中心部分具有顶表面和底表面；以及
凸缘，所述凸缘从所述主中心部分的所述底表面向外延伸；
气体通道，所述气体通道穿过所述主体设置，所述气体通道具有在所述主中心部分的所述顶表面中形成的入口和在所述主中心部分的所述底表面中形成的出口；以及
中心冷却剂通道，所述中心冷却剂通道包括：
第一部分，所述第一部分具有在所述主中心部分的所述顶表面中形成的入口；以及
第二部分，所述第二部分耦接至所述第一部分，所述第二部分具有在所述凸缘的侧壁上形成的出口。
11.如权利要求10所述的处理腔室，进一步包括：
喷嘴，所述喷嘴设置在所述腔室主体的内部上，其中至所述腔室主体的所述内部中的所述气体通道延伸穿过所述气体冷却进料块和所述喷嘴。
12.如权利要求11所述的处理腔室，其中所述喷嘴具有暴露于所述腔室主体的所述内部的纹理。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述纹理具有1.18微米的平均粗糙度。
14.如权利要求10所述的处理腔室，进一步包括：
挡板，所述挡板设置在所述腔室主体的内部上，其中至所述腔室主体的所述内部中的所述气体通道延伸穿过气体冷却进料块和所述挡板。
15.如权利要求14所述的处理腔室，其中所述挡板具有暴露至所述腔室主体的所述内部的纹理。
16.如权利要求14所述的处理腔室，其中所述挡板设置在所述盖上。
17.如权利要求10所述的处理腔室，其中各个气体冷却进料块与一个喷嘴或挡板相关。
18.一种用于将气体提供至处理腔室中的方法，所述方法包括：
使第一冷却剂流过冷却气体块的中心线；
使处理气体偏离所述冷却气体块的所述中心线流过冷却气体块；以及
使第二冷却剂流过在所述处理气流外侧的通道。
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