CN109983566A - 用于有效率的气体分配组件冷却的具有同心或螺旋通道的双区流动冷却板设计 - Google Patents

用于有效率的气体分配组件冷却的具有同心或螺旋通道的双区流动冷却板设计 Download PDF

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Abstract

一种用于以冷却板冷却气体分配组件的设备和方法。冷却板具有主体，该主体具有顶表面、外周、中心、内部区域和外部区域。穿过顶表面形成的多个通道。多个通道具有第一外部通道和第一内部通道，该第一外部通道具有一个或更多个第一外部通道区段，该第一外部通道经配置而使第一冷却流体从冷却流体入口流到冷却流体出口，该第一内部通道设置在该第一外部通道与该中心之间，该第一内部通道具有一个或更多个第一内部通道区段，该第一内部通道经配置而使第二冷却流体从冷却流体入口流至冷却流体出口，其中相邻区段中的流在相反方向上。

Description

用于有效率的气体分配组件冷却的具有同心或螺旋通道的双 区流动冷却板设计
背景
技术领域
本公开一般关于用于处理腔室的喷头组件的冷却板。
背景技术
在半导体工业中，器件由众多制造工艺所制造，如蚀刻和沉积，产生不断减小尺寸的结构。随着器件几何尺寸缩小，由于工艺控制在腔室部件以及基板之间变化，对缺陷的易感性也随之增加。生产更小的器件而没有缺陷仰赖于在处理基板的等离子体处理腔室中所使用的良好的等离子体均匀性。因此，随着器件几何尺寸缩小，基板上工艺参数的均匀性对于基板上器件的制造变得关键。
喷头组件将处理气体引入处理腔室中，并维持来自所述气体的等离子体以供处理基板。当前的喷头组件往往不能满足温度均匀性的规格，特别是在较低的功率负载下。传统喷头组件的非均匀温度导致沉积的基板薄膜的径向轮廓变化。
需要一种改良的喷头以促进等离子体处理的均匀性。
发明内容
一种用于以冷却板冷却气体分配组件的设备和方法。冷却板具有主体，该主体具有顶表面、外周、中心、内部区域和外部区域。穿过顶表面形成的多个通道。多个通道具有第一外部通道和第一内部通道，该第一外部通道具有一个或更多个第一外部通道区段，该第一外部通道经配置而使第一冷却流体从冷却流体入口流到冷却流体出口，该第一内部通道设置在该第一外部通道与该中心之间，该第一内部通道具有一个或更多个第一内部通道区段，该第一内部通道经配置而使第二冷却流体从冷却流体入口流至冷却流体出口，其中相邻区段中的流在相反方向上。
附图说明
本公开的特征已简要概述于前，并在以下有更详尽的论述，可以通过参考实施例(其中一些在所附附图中绘示)以作了解。然而，值得注意的是，所附附图仅绘示了本公开的示例实施例，而由于本公开可允许其他等效的实施例，因此所附附图并不会视为本公开范围的限制。
图1是具有气体分配组件的半导体处理腔室的一个实施例的截面图。
图2是根据一个实施例的图1的气体分配组件的透视分解示意图。
图3是根据一个实施例可以在气体分配组件中使用的冷却板的顶视图。
图4是根据第二实施例可以在气体分配组件中使用的冷却板的顶视图。
图5A至图5K图示在冷却板中形成的冷却通道的替代示例。
图6A至图6D图示具有两个或更多个槽的冷却板中的单个通道的示例横截面。
图7图示用于利用冷却板冷却气体分配组件的方法。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的数字编号代表附图中相同的组件。可以预期的是一个实施例中的组件与特征可有利地用于其他实施例中而无需赘述。
具体实施方式
本公开的实施例一般关于喷头中的冷却板，以提升具有不同热负载要求的等离子体处理性能。在冷却板中形成的冷却通道包括用于流动调谐能力的径向区段、用于最佳热传递的逆流动作以及用于最大化传热面积的球形度(spheroidality)。跨喷头的气体分配板的温度均匀性比传统的喷头有利地改善了约±3℃或约85％。另外，相对于传统的冷却板，减小了冷却板的整体厚度，同时提供更好的热性能。改进的冷却板能力提高了具有不同热负载要求的等离子体处理蚀刻平台的性能。应该理解的是，本说明书所公开的用于冷却板的实施例可独立地使用或者可结合在一起使用以实现喷头中的改善的热分布和均匀性，以改善基板的处理均匀性。
图1是具有气体分配组件130的半导体处理腔室100的一个实施例的截面图。处理腔室100包括包围内部体积106的腔室主体102和盖件104。
腔室主体102通常由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。腔室主体102一般包括侧壁108和底部110。基板出入口(未图示)一般限定于侧壁108中并且由狭缝阀门选择性地密封，以利于基板144进出处理腔室100。
外衬垫116可抵靠腔室主体102的侧壁108定位或者定位于腔室主体102的侧壁108上。外衬垫116可由氧化铝制成和/或以等离子体或含卤素的耐气体材料(如氧化钇、氧化钇合金或其氧化物(如Y2O3))涂覆。
排气口126限定于腔室主体102中且将内部体积106耦接至泵系统128。泵系统128通常包括一个或更多个泵及节流阀，用于抽空和调节处理腔室100的内部体积106的压力。在一个实施例中，泵系统128保持内部体积106内的压力。
盖件104被密封地支撑在腔室主体102的侧壁108上。可打开盖件104以允许进出处理腔室100的内部体积106。盖件104可以可选地包括窗142，以利于光学工艺监控。在一个实施例中，窗142由石英或其他合适的材料构成，其允许传输光学监控系统140所使用的信号。
气体控制板158耦接至处理腔室100以向内部体积106提供处理和/或清洗气体。处理气体的示例可包括含卤素的气体，如C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、Cl2、CHF3、CF4与SiF4等，以及其他气体(如O2或N2O)。载体气体的示例包括N2、He、Ar、对工艺惰性的其他气体及非活性气体。入口端口132'和可选的132”置在盖件104中，以允许从气体控制板158所传送的气体经过气体分配组件130输送到处理腔室100的内部体积106。
基板支撑组件148设置在气体分配组件130下方的处理腔室100的内部体积106中。基板支撑组件148在处理期间固持基板144。调整边缘沉积环146的尺寸以其上接收基板144，同时保护基板支撑组件148不受等离子体和沉积材料的影响。内衬垫118可涂覆在基板支撑组件148的周边上。内衬垫118可以是与用于外衬垫116的材料实质类似的含卤素的耐气体材料。在一个实施例中，内衬垫118可由与外衬垫116相同的材料制成。
在一个实施例中，基板支撑组件148包括装配板162、基部164和静电卡盘166。装配板162耦接至腔室主体102的底部110，且包括用于将设备(如流体、电源线和传感器引线等)布线至基部164和静电卡盘166的通道。
基部164或静电卡盘166中的至少一个可包括至少一个可选的嵌入式加热器176和多个导管170，以控制基板支撑组件148的横向温度分布。导管170流体地耦接至流体源172，流体源172使经过其中的温度调节流体循环。电源178调节加热器176。利用导管170和加热器176控制基部164的温度，从而加热和/或冷却静电卡盘166。
静电卡盘166包括使用吸附电源182控制的至少一个夹持电极180。电极180可进一步透过匹配电路188耦接至一个或更多个RF功率源184，以维持处理腔室100内处理气体和/或其他气体所形成的等离子体。RF功率源184通常能够产生具有约50kHz至约3GHz频率及高达约10000瓦功率的RF信号。
气体分配组件130耦接至盖件104的内表面114。气体分配组件130具有气体分配板194。气体分配组件130具有限定在盖件104和气体分配板194之间的气室127。气体分配板194可耦接至导电底板196或具有导电底板196。导电底板196可用作RF电极。气体分配板194可以是平盘(flat disc)，其具有在面向基板144的气体分配板194的下表面中形成的多个孔134。孔134允许气体从入口端口132(所示为132'、132”)流过气室127以及离开孔134以在处理腔室100中正在处理的基板144表面上预定的分配方式流入处理腔室100的内部体积106。进入内部体积106的气体可由RF电极激发，以维持处理腔室100的内部体积106中的等离子体。
图2是根据一个实施例的图1的气体分配组件130的透视分解示意图。气体分配组件130具有夹环270、气体分配板260(图1中的物件194)和喷头240。气体分配组件亦具有用于保持气体分配组件130的温度的冷却板210。
夹环270可绕气体分配板(GDP)260设置且固持固定到气体分配组件130的GDP260。GDP 260可以有多个气体通道(未图示)。从气体控制板158进入气体分配组件130的气体透过气体通道被提供到内部体积106中，在内部体积106中气体可被激发以形成等离子体。GDP 260可由硅(Si)或适合暴露于等离子体环境的其他材料形成。在一个实施例中，密封件可设置在夹环270与GDP 260之间以形成流体紧密(fluid tight)的密封。
GDP 260可以是平盘，其具有在面向基板144的气体分配板130的下表面中形成的多个孔134(未图示于图2)。孔134允许来自气体控制板158的气体流出孔134以在处理腔室100中正在处理的基板144表面上预定的分配方式流入处理腔室100的内部体积106。GDP260可由陶瓷材料(如碳化硅、块材(bulk)钇或其氧化物)制成以提供对含卤素的化学物质的抗性。在一个实施例中，GDP 260由硅(Si)形成。
热垫片250可设置在GDP 260与喷头240之间。热垫片250可以是具有约1mm或更小厚度的薄壁垫片。热垫片250可具有约10W/m-K的热系数K。热垫片250可在GDP 260与喷头240之间形成气密密封。热垫片250可在一个或更多个同心环252中形成。可布置热垫片250的同心环252使得喷头240与GDP 260之间的流体通道不被阻塞，同时保持其间的气密密封，即，气体不会从GDP 260与喷头240之间逸出。
喷头240可具有多个气室242。气室242可绕喷头240的中心同心地布置。在一个实施例中，多个气室242中的每个气室与喷头240中的相邻或其他气室242流体隔离(即，气体不在气室之间流动)。因此，可独立地控制每个气室，使得一个气室中的气体压力与另一气室242中的气体压力是独立的或甚至不同的。在第二实施例中，两个或更多个气室242可流体地耦接在一起，且进入气室242的气体可在其之间共享。例如，第一气室和第二气室可流体地耦接，使得第一气室中的压力与第二气室中的压力实质相似。
喷头240可另外具有一个或更多个设置在其中的加热器。加热器(图2中未图示)可形成为环(如图6A至6D所示)。这些环可设置在气室242中或靠近气室242。当没有等离子体功率时，加热器可加热喷头240的温度或者气室242中的气体。
一个或更多个填隙片(shim)220可设置在冷却板210和喷头240之间。例如，可放置第一填隙片220和第二填隙片230以获得热障和厚度。每组填隙片(例如填隙片220)可具有一个或更多个环221、222。冷却板210和喷头240之间相邻且堆栈的第一填隙片220的环221、222可与填隙片230的环231、231一致(congruent)或不一致。第一填隙片220和第二填隙片230可一起或经组合具有约10W/m-K的导热率(k)和约0.25mm的厚度t。
冷却板210具有主体和形成在其中的多个通道212。冷却板210可由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。冷却板210可具有在约1.5英寸至约0.5英寸之间的厚度。通道212的布局相对于传统设计减少了冷却板210的厚度，同时提供了更好的热性能。气体分配组件130亦具有设置在冷却板210上方的盖板(如图6中所示的物件666)。盖板666密封冷却板210中的通道212以将冷却流体保留在通道212中。
冷却流体可流过通道212以保持气体分配组件130的温度。通道212可以是具有多个区域的径向分段，允许有区域流量调节能力，即有控制个体径向区域中的冷却流体的能力。相邻通道212经配置而将冷却流体以相反的方向流动来改善热传递和温度均匀性。例如，由于冷却流体的热吸收，进入一个通道212的冷却流体会比当冷却流体离开通道212时更冷。相邻通道中的冷却流体的逆流用相邻通道212内的较冷温度补偿了一个通道中的增加温度，而有助于跨冷却板210的温度均匀性。另外，通道212被布置成球形，即，以同心或螺旋通道的方式布置，以最大化热传递的表面积。进一步优化通道212，在横截面上增加鳍片和高深宽比(高度(深度)比宽度)，这将在下面参考图6A至6D进一步讨论。
图3是根据一个实施例可以在气体分配组件130中使用的冷却板300的顶视图。第一冷却板300具有第一外部通道340、第二外部通道360、第一内部通道370和第二内部通道390。第一外部通道340可以实质为第二外部通道360的镜像(mirror)，其有偏向以容纳第一冷却板300中的设备和其他连接。类似地，第一内部通道370可以为第二内部通道390的镜像。第一外部通道340和第二外部通道360的组合限定(circumscribe)第一内部通道370和第二内部通道390。第一外部通道340和第二外部通道360的各者在外部区域306中被单独控制。此外，第一内部通道370和第二内部通道390的流量在内部区域308中被单独控制，以增强气体分配组件130的横向温度控制。
每个通道212具有相应的冷却流体入口320，冷却流体经过冷却流体入口320进入通道212中。此外，每个通道212具有相应的冷却流体出口310，冷却流体从冷却流体出口310离开通道212和第一冷却板300。在一个实施例中，用于第一外部通道340和第二外部通道360的相应的冷却流体入口320彼此相邻设置且位于相应的冷却流体出口310。在第二实施例中，用于第一外部通道340的冷却流体入口320和冷却流体出口310位于远离用于第二外部通道360的冷却流体入口320和冷却流体出口310的位置，即在横跨冷却板300中第一内部通道370和第二内部通道390的远侧上。
冷却流体在箭头所指示的方向上流动，从冷却流体入口320沿着相应通道212的路径流至冷却流体出口310。第一冷却板300的每个通道212中的冷却剂流以与相邻通道212中的流动相反的方向流动。例如，第二外部通道360的第一腿部380中的冷却流体流动的方向与相邻的第二内部通道390的第一腿部350及第二外部通道360的第二腿部382中的流体流动方向相反。
在一个示例中，冷却流体可在用于第二外部通道360的冷却流体入口320进入，沿着第一腿部380到返回弯曲部383，接着沿第二腿部382到冷却流体出口310，其中第一腿部380遵循冷却板300的周边305，返回弯曲部383朝向周边305向外延伸且遵循周边305。因此，第二外部通道360沿着两个相邻的弧形延伸，其中流体流动在冷却流体入口320处开始，流体流动紧邻着其开始处在冷却流体出口310处停止。第一外部通道340可以为第二外部通道360的形状和流动路径的镜像。或者，第一外部通道340和第二外部通道360可以在形状上为镜像但不流动，即，冷却流体入口320在横跨内部通道390、370的远程定位。第一外部通道340可额外地或可选地在其中具有平面(flat)341到设施管道(facility plumbing)。
第一内部通道370与第二内部通道390可以在形状上为镜像并流动。或者，第一内部通道370和第二内部通道390可以在形状上为镜像但不流动，即，第一内部通道370在流动方向上翻转，使得冷却流体入口320和冷却流体出口310翻转。第一内部通道370可以描述为具有第一区段371，第一区段371向外延伸到第二区段372到一系列的弧，第一弧373和第二弧374以及第三弧375。这些弧具有限定第一弧373、第二弧374与第三弧375的各者的3个个别半径。这些半径不是一致的且具有设置在与第一冷却板300的中心301相对的弧的一侧上的原点(origin)。第一弧373、第二弧374与第三弧375相对于中心301从第一弧373开始到第三弧375结束总共限定了180度。第一内部通道370自第三弧375沿着第三区段376继续并延伸经过第四区段377至冷却流体出口310，第三区段376与第二区段372实质共线。
第一冷却板300易于置换到现有的硬件上。现在可以通过单独调节分别位于内部区域308和外部区域306中的第一外部通道340、第二外部通道360、第一内部通道370和第二内部通道370之间的冷却流体的相对流动来控制从中心高到均匀到边缘高的等离子体热负载变化的影响。
图4是根据第二实施例可以在气体分配组件130中使用的冷却板400的顶视图。第二冷却板400具有第一外部通道440、第二外部通道460、第一内部通道480和第二内部通道490。第一外部通道440、第二外部通道460、第一内部通道480和第二内部通道490具有冷却流体入口320和冷却流体出口310，用于在其中提供冷却流体流动，类似于冷却板300。第一外部通道440和第二外部通道460的组合同时限定第一内部通道480和第二内部通道490。
第二冷却板400的第一外部通道440可实质类似于第一冷却板300的第一外部通道340。第二冷却板400的第二外部通道460可与第一冷却板300的第二外部通道360在形状上实质相似，但为第一冷却板300的第二外部通道360的翻转。即，第二外部通道460的冷却流体入口320和冷却流体出口310位于远离第一外部通道440的冷却流体入口320和冷却流体出口310的位置。
用于第一内部通道480的冷却流体入口320可接近冷却板400的外周边405。用于第一内部通道480的冷却流体入口320可额外地靠近用于第二外部通道460的冷却流体入口320。用于第一内部通道480的冷却流体出口310可靠近冷却板400的中心401。第一内部通道480可成形为具有递减半径的螺旋形。螺旋的半径可沿顺时针或逆时针方向减小。在一个实施例中，第一内部通道480沿顺时针方向向内螺旋。
用于第二内部通道490的冷却流体入口320可接近冷却板400的外周边405。用于第二内部通道490的冷却流体入口320可额外地靠近用于第一外部通道440的冷却流体入口320。用于第二内部通道490的冷却流体出口310可靠近冷却板400的中心401且横跨中心401与用于第一内部通道480的冷却流体出口310相对。第二内部通道490可成形为具有递减半径的螺旋形。螺旋的半径可沿顺时针或逆时针方向减小。在一个实施例中，第二内部通道490沿顺时针方向向内螺旋。
第一内部通道480和第二内部通道490绕彼此同心地螺旋并形成双螺旋。用于内部通道480、490的同心螺旋在内部区域494中提供更大的覆盖面积。
上面关于冷却板210、300和400所讨论的用于减少气体分配组件130中的温度变化及降低温度的方法可进一步扩展到其他实施例。冷却板的进一步实施例包括径向分段，针对区域流量调谐能力作双区域通道设计，用于处理温度不对称性的逆流，用于最大化热传递的表面积的同心或螺旋通道，以及优化通道截面，将参照图6A至6D而在下面讨论。采用更高效的冷却通道设计能够在热负载增加时，更好地控制气体分配组件130中的温度。此外，通过分别调节内部区域308和外部区域306中的通道流动，现在可获得从中心高到均匀到边缘高的等离子体热负载变化的控制效果。此外，此设计概念可以应用于区域流量控制和调节对于径向温度均匀性具有重要性的其他腔室中。
图5A至图5K图示用于上述冷却板210(例如冷却板400)的替代通道设计的示例。通道212具有冷却流体出口310，其在图5A至5K中表示为空心圆。通道212亦具有冷却流体入口320，其在图5A至5K中表示为实心圆。冷却流体入口320和冷却流体出口310之间在这些图示中的流动方向进一步由箭头表出。此外，冷却板210具有外周边515、内部区域510和外部区域520。
图5A图示一个实施例，其中通道212以同心弧布置在冷却板210的第一部分上及分开地在第二部分上。冷却板210具有八(8)个独立通道212，其中每个通道在与相邻通道相反的方向上流动。独立控制的通道212控制跨冷却板210的热梯度，以跨气体分配组件130产生更均匀的温度。
图5B图示另一个实施例，其中通道212同心地布置。冷却板210具有四(4)个独立通道212，其中每个通道在与相邻通道相反的方向上流动。冷却通道212具有较少的冷却流体入口320和冷却流体出口310，以为了实施该实施例而最小化管道和控制要求。
图5C图示另一个实施例，其中通道212同心地布置。冷却板210具有四(4)个独立通道212，通道212的每个部分在与相邻通道部分相反的方向上流动。冷却板得利于与冷却板210的内部中较长的通道212一起使用，以更好地控制跨气体分配组件130的温度均匀性。
图5D图示另一个实施例，其中通道212同心地布置。冷却板210具有四个(2)独立通道212，每个通道在与相邻通道相反的方向上流动。每个通道212与另一通道一起向内螺旋而形成双螺旋。此实施例在外部区域520中具有两个外部通道212，其中第一通道501具有向内流动的流体及第二通道502具有向外流动的流体。内部区域510中的两个通道212以类似的方式在相反的方向上流动，其中第三通道503向内流动及第四通道504向外流动。同心螺旋通道212通过具有在与相邻通道212相反的方向上流动的每个通道中的流动方向来最大化用于热传递的表面积。
图5E图示另一个实施例，其中通道212为线性布置。冷却板210具有五个(5)独立通道212，通道212的每个部分在与相邻通道部分相反的方向上流动。每个通道212可具有第一部分538，具有与第一部分538相反方向的流动的第二部分537以及具有与第一部分538实质类似的流动方向的第三部分536。冷却流体入口320和冷却流体出口310沿着冷却板210的外周边515布置。冷却流体入口320设置在冷却板210的第一半部531上，且冷却流体出口310设置在冷却板210的第二半部532上。冷却板得利于与冷却板210的内部中较长的通道212一起使用，以更好地控制跨气体分配组件130的温度均匀性。
图5F图示另一个实施例，其中通道212同心地布置。通道212在外部区域520上以同心圆弧的方式布置，且在冷却板210的内部区域510上以双螺旋方式布置。通道212具有冷却流体出口310和冷却流体入口320。冷却板210具有六个(6)独立通道212，其中四个(4)通道在外部区域520中及两个(2)通道212在内部区域510中。每个通道212在与任何相邻通道的方向相反的方向上流动。
图5G图示另一个实施例，其中通道212以同心的方式布置。通道212以具有大于270度的长度的一系列四个同心圆弧的方式布置。每个通道212的冷却流体出口310与用于所述通道的冷却流体入口320相邻。每个通道212在与任何相邻通道的方向相反的方向上流动。
图5H图示另一个实施例，其中通道212以同心的方式布置。在外部区域520中的四(4)个通道212以同心圆弧布置。用于外部区域520中的每个通道212的冷却流体入口320远离冷却流体出口310定位。内部区域510具有两个(2)通道212。每个通道212在与任何相邻通道的方向相反的方向上流动。
图5I图示另一个实施例，其中通道212以同心的方式布置。在外部区域520中的四(4)个通道212以同心圆弧布置。用于外部区域520中的每个通道212的冷却流体入口320远离冷却流体出口310定位。内部区域510具有两个(2)通道212。内部区域510中的每个通道212具有朝向周边延伸的四个(4)叶形(lobe)以及位于靠近冷却板210中心的冷却流体入口320和冷却流体出口310。每个通道212在与任何相邻通道的方向相反的方向上流动。
图5J图示另一个实施例，其中通道212线性地布置。冷却板210具有七个(7)独立通道212，其在与相邻通道相反的方向上流动。冷却流体入口320和冷却流体出口310沿着冷却板210的外周边515布置。冷却板得利于与较短长度的通道212一起使用，以更好地控制跨气体分配组件130的温度均匀性。
图5K图示另一个实施例，其中通道212同心地布置。在外部区域520中的四(4)个通道212以同心圆弧布置。用于外部区域520中的每个通道212的冷却流体入口320远离冷却流体出口310定位。内部区域510具有(4)通道212。每个通道212形成心形，其中流体入口320和流体出口310靠近设置在顶点上的中心，该等顶点以彼此成约90度定向布置。每个通道212在与任何相邻通道的方向相反的方向上流动。
以上参照图示讨论的通道212可在其中具有一个或更多个槽和/或鳍片以促进流体流动或热传递。图6A至图6D图示具有两个或更多个槽的冷却板210中的单个通道212的示例横截面。冷却板具有顶表面610，槽610形成在顶表面610中。盖板666流体地密封槽610并防止通道212中的冷却流体从槽泄漏，使得所有的冷却流体被引导至冷却流体出口310。图6A至6D是可沿着通道212的任何地方截取的典型横截面。可以设想得到，通道212的一个示例(如图6A中所示)可具有在冷却板210中的所有通道212中使用的槽610。然而，本领域技术人员应该理解，一个通道212中的一个槽610的构造和剖面可不同于相邻通道212中的槽610的构造和剖面，或者甚至不同于在冷却板210中沿着相同的通道212的不同位置的槽610的构造和剖面。考虑到冷却板210区域中槽610的可用空间，槽610可经配置来处理所预期的热负载。
图6A图示具有三个槽610的通道212的一个示例。包括通道212的槽610可具有第一槽611、第二槽612和第三槽613。沟槽610由鳍片650分离，如第一鳍片651分离第一沟槽611和第二沟槽612及第二鳍片652分离第二沟槽612和第三沟槽613。第二鳍片652和第一鳍片651与冷却板210的顶表面690实质共平面地延伸，而允许盖板666实质密封而抵靠(sealagainst)鳍片650。因此，鳍片650不仅用于防止第一槽611、第二槽612和第三槽613中的各者之间的流动，而且还通过透过增加对流面积来增加传热率，从而有助于消散冷却板210的热。在一个实施例中，冷却板210可具有3个槽610，其具有约0.6”至约0.7”之间的横截面宽度685，如0.66”。每个槽可具有约0.100”至约0.2”的宽度(图6B中的683)，如约0.125”，以及约0.7”至约0.8”的深度(图6B中的681)，如约0.75”。
图6B图示具有由鳍片650分离的三个槽610的通道212的第二示例。分离第一槽611和第二槽612的鳍片650的第一鳍片653以及分离第二槽612和第三槽613的鳍片650的第二鳍片654没有延伸到顶表面690，使得缝隙684设置在鳍片650和密封沟槽610的盖板666之间。冷却流体可透过缝隙684从第一槽611流到第二槽612或第三槽613，以通过允许冷却流体在槽610之间流动同时受益于透过鳍片650的热对流而提供更均匀的冷却。
图6C图示具有由鳍片656分离的两个槽610的通道212的第三示例。槽610可包括第一槽621和第二槽622，其中鳍片656将第一槽611与第二槽612分开。缝隙623设置在鳍片656和冷却板210的顶表面690之间，并防止盖板密封抵靠鳍片656同时防止盖板666密封通道212。因此，鳍片656允许冷却流体在第一槽621和第二槽622之间流动，同时通过透过增加对流面积来增加传热率，从而消散冷却板210的热。在一个实施例中，冷却板210可具有2个槽610，其具有约0.35”至约0.7”之间(如0.6”)的横截面宽度685。每个槽可具有约0.100”'至约0.3”(如约0.15”)的宽度(图6B中的683)及约0.7”至0.8”(如约0.75”)的深度(图6B中的681)。
图6D图示通道212的第四示例，其具有由鳍片657分开的两个槽610。鳍片657与顶表面690实质共面地延伸，使得盖板666密封而抵靠鳍片657，以防止第一槽621与第二槽622中的每一个之间的流体流动。
图7图示用冷却板冷却喷头组件的方法700。方法700从框710开始，其中冷却流体在第一位置处流入第一外部通道。在框720，冷却流体在第二位置处流入第二外部通道，其中第一和第二外部通道中的流动可彼此独立地控制，且在通道彼此相邻时以相反的方向流动。在框730，冷却流体在第三位置处流入第三内部通道，其中内部通道由第一和第二外部通道的组合所限定。在框740，冷却流体在第四位置处流入第四内部通道，其中第一内部通道和第二内部通道形成双螺旋，且第一内部通道和第二内部通道中的流动可彼此独立地控制，且第一内部通道和第二内部通道的流动在与其相邻的所有其他通道相反的方向上。
利用冷却板210、300、400来改善冷却气体分配组件130有利地使得跨气体分配组件130有较低的最高温度及更均匀分布的温度。例如，在传统的冷却板设计中，气体分配板可能经历约正负17摄氏度的温度变化。在冷却板300的一个实施例中，GDP 260的温度变化可以是约正或负12摄氏度。在用于冷却板400的另一个实施例中，GDP 260的温度变化可以是约正负5摄氏度。
用冷却板300、400冷却气体分配组件130的冷却改良也延伸到盖板666。在传统的冷却板设计中，盖板666的温度变化可以是约正负17摄氏度。在用于冷却板300的一个实施例中，盖板666的温度变化可以是约正负13摄氏度。在用于冷却板400的另一个实施例中，盖板666的温度变化可以是约正负7摄氏度。
发明所属领域中技术人员将会理解到，前面的示例为示例性的而不是限制性的。在阅读说明书和研究图示之后，对于发明所属领域中技术人员所作显而易见的置换、改进、等效物和改良皆包含于本公开的真实精神和范围内。因此，所附权利要求旨在包括落入这些教示的真实精神和范围内的所有此类修改、置换和等效物。
虽然前面所述是针对本发明的实施例，但在不背离本发明基本范围及以下权利要求所限定的范围下，可设计本发明的其他与进一步的实施。

Claims (15)

1.一种冷却板，包括：
主体，所述主体具有顶表面、外周、中心、内部区域和外部区域；以及
多个通道，所述多个通道穿过所述顶表面并进入所述主体而形成，所述多个通道包含：
第一外部通道，所述第一外部通道具有一个或更多个第一外部通道区段、冷却流体入口与冷却流体出口，所述冷却流体出口靠近所述外周设置，所述第一外部通道经配置而使第一冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口；以及
第一内部通道，所述第一内部通道设置在所述第一外部通道与所述中心之间，所述第一内部通道具有一个或更多个第一内部通道区段、内部冷却流体入口和内部冷却流体出口，所述第一内部通道经配置而使第二冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口，其中相邻区段中的流在相反方向上。
2.如权利要求1所述的冷却板，其中所述多个通道中的第一通道包括：
多个槽；以及
多个鳍片，所述多个鳍片分离所述槽。
3.如权利要求2所述的冷却板，其中所述多个槽包括第一槽、第二槽和第三槽。
4.如权利要求1所述的冷却板，其中所述通道进一步包括：
第二外部通道，所述第二外部通道具有一个或更多个第二外部通道区段、冷却流体入口与冷却流体出口，所述冷却流体出口靠近所述外周设置，所述第二外部通道经配置而使第三冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口；以及
第二内部通道，所述第二内部通道设置在所述第二外部通道与所述中心之间，所述第二内部通道具有一个或更多个第二内部通道区段、内部冷却流体入口和内部冷却流体出口，所述第二内部通道经配置而使第四冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口，其中相邻区段中的流在相反方向上。
5.如权利要求4所述的冷却板，其中所述第一内部通道和所述第二内部通道形成双螺旋。
6.如权利要求5所述的冷却板，其中所述第一外部通道和所述第二外部通道形成双螺旋。
7.如权利要求5所述的冷却板，其中所述第一内部通道的入口靠近所述中心，且所述通道中的冷却流体流至朝向所述外部冷却通道的所述出口，以及所述第二内部通道从靠近所述外部冷却通道的所述入口流至靠近所述冷却板的所述中心的所述出口。
8.一种气体分配组件，包括：
气体分配板；
喷头，所述喷头具有下表面和上表面；
夹环，所述夹环将所述气体分配板附接到所述喷头的所述下表面；以及
冷却板与盖板，所述冷却板用于维持设置在所述喷头的所述上表面上方的所述气体分配组件的温度，所述盖板设置在与所述喷头相对的所述冷却板之上，所述冷却板包含：
主体，所述主体具有顶表面、外周、中心、内部区域和外部区域；
多个通道，所述多个通道穿过所述顶表面并进入所述主体而形成，所述多个通道包含：
第一外部通道，所述第一外部通道具有一个或更多个第一外部通道区段、冷却流体入口与冷却流体出口，所述冷却流体出口靠近所述外周设置，所述第一外部通道经配置而使第一冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口；以及
第一内部通道，所述第一内部通道设置在所述第一外部通道与所述中心之间，所述第一内部通道具有一个或更多个第一内部通道区段、内部冷却流体入口和内部冷却流体出口，所述第一内部通道经配置而使第二冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口，其中相邻区段的所述第一冷却流体与所述第二冷却流体的流在相反方向上。
9.如权利要求8所述的气体分配组件，其中所述多个通道中的第一通道包括：
多个槽；以及
多个鳍片，所述多个鳍片分离所述槽。
10.如权利要求9所述的气体分配组件，其中所述多个槽包括第一槽、第二槽和第三槽。
11.如权利要求10所述的气体分配组件或如权利要求3所述的冷却板，其中所述鳍片延伸到所述主体的所述顶表面。
12.如权利要求10所述的气体分配组件或如权利要求3所述的冷却板，进一步包括：
盖板，所述盖板包围所述第一通道；以及
缝隙，所述缝隙在所述鳍片和所述盖板之间形成。
13.如权利要求8所述的气体分配组件，其中所述通道进一步包括：
第二外部通道，所述第二外部通道具有一个或更多个第二外部通道区段、冷却流体入口与冷却流体出口，所述冷却流体出口靠近所述外周设置，所述第二外部通道经配置而使第三冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口；以及
第二内部通道，所述第二内部通道设置在所述第二外部通道与所述中心之间，所述第二内部通道具有一个或更多个第二内部通道区段、内部冷却流体入口和内部冷却流体出口，所述第二内部通道经配置而使第四冷却流体从所述冷却流体入口流至所述冷却流体出口，其中相邻区段中的流在相反方向上。
14.如权利要求13所述的气体分配组件，其中所述第一内部通道和所述第二内部通道形成双螺旋，其中所述第一外部通道和所述第二外部通道形成双螺旋。
15.一种用于以冷却板冷却气体分配组件的方法，所述方法包括以下步骤：
使冷却流体流入在冷却板的第一位置处的第一外部通道；
使冷却流体流入在第二位置处的第二外部通道，其中当所述通道彼此相邻时，所述第一外部通道和所述第二外部通道中的流以相反的方向流动；
使冷却流体流入在第三位置处的第三内部通道，其中所述第三内部通道由所述第一外部通道和第二外部通道的组合所限定；以及
使冷却流体流入在第四位置处的第四内部通道，其中所述第一内部通道和所述第二内部通道中的流是可互相独立控制的，且所述第一内部通道和所述第二内部通道中的流在与其相邻的所有其他通道相反的方向上，其中所述冷却流体在所述第三内部通道和所述第四内部通道内以双螺旋流动，且其中所述第一内部通道往所述冷却板的周边流动，且所述第二内部通道往所述冷却板的中心流动。
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