CN114341398A

CN114341398A - 温控吊灯型喷头

Info

Publication number: CN114341398A
Application number: CN202080059762.2A
Authority: CN
Inventors: 罗彬�; 蒂莫西·斯科特·托马斯; 马修·B·希克; 约翰·迈克尔·威尔特斯; 肖恩·M·唐纳利; 迈克尔·约翰·塞勒普
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2022-04-12
Also published as: JP2022545273A; KR20220051236A; US20220282377A1; WO2021042116A1

Abstract

公开了用于半导体处理设备的喷头，其包括设计用于在高温应用中促进喷头的热控制的多种特征。

Description

温控吊灯型喷头

通过引用并入

PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

半导体处理工具通常包括设计成以相对均匀的方式在整个半导体衬底或晶片上分布处理气体的部件。此类部件在行业中通常被称为“喷头”。喷头通常包括面向半导体处理体积空间的面板，在该半导体处理体积空间中可以处理半导体衬底或晶片。面板可包括多个气体分配端口，其允许气室体积中的气体流过面板并进入衬底与面板之间(或支撑晶片的晶片支撑件与面板之间)的反应空间。喷头通常分为以下大类：嵌入式安装(flush-mount)和吊灯型(chandelier-type)。嵌入式安装喷头通常整合于处理室的盖体中，即，喷头既充当喷头又作为室盖。吊灯型喷头不充当为处理室的盖体，而是通过杆悬挂在其半导体处理室内，该杆用于将这样的喷头与这样的室的盖体连接，并对将被输送至这样的喷头的处理气体提供一或多条流体流路。

发明内容

本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征、方面和优点将根据所述描述、附图和权利要求中变得显而易见。

在一些实施方案中，提供了一种装置，其包括喷头。该喷头可以包括面板和背板，气体分配室插在所述面板和所述背板之间。该喷头还可以包括具有气体入口的杆；一个或多个加热器元件；以及冷却板组件。在这样的喷头中，所述杆可以由所述冷却板组件支撑并且可以从所述冷却板组件沿中心轴线延伸。另外，所述一个或多个加热器元件可以至少部分地位于所述杆内并且可以至少沿平行于所述中心轴线的方向延伸，所述冷却板组件可以包括内冷却管道和外冷却管道；当沿所述中心轴线观察时，所述外冷却管道可以围绕所述内冷却管道延伸，并且当沿所述中心轴线观察时，所述内冷却管道和所述外冷却管道两者都可以围绕所述一个或多个加热器元件延伸。

在一些这样的实施方案中，还可以包括杆基部。所述杆基部可以介于所述背板和所述杆之间，当沿所述中心轴线观察时，所述杆基部的尺寸大于所述杆，并且当沿所述中心轴线观察时，所述杆基部的尺寸小于所述背板。

在一些实施方案中，当沿所述中心轴线观察时，所述杆基部可以包括沿所述杆基部的外周边布置的多个扇形部，所述背板可以包括对应的多个焊接通路孔，以及每个焊接通路孔都可以与所述扇形部中的一个搭配。

在一些进一步的实施方案中，所述一个或多个加热器元件中的每一个可以从所述冷却板组件延伸到所述气体分配室和所述杆基部之间的位置。

在一些实施方案中，可以存在至少三个加热器元件。

在一些实施方案中，所述冷却板组件可以包括第一板和第二板，所述第一板的第一表面可以结合到所述第二板的第二表面，所述内冷却管道可以延伸到第二板的第二表面中并远离所述第一表面，并且所述第一板可以包括一个或多个凸部，所述凸部从第一表面延伸、进入所述内冷却管道的一个或多个对应部分内并且朝向所述背板。

在一些实施方案中，所述内冷却管道可以包括内侧壁和外侧壁，所述内侧壁可以被所述外侧壁包围，并且所述内侧壁可以包括以第一径向图案布置的第一多个第一凸瓣。

在一些实施方案中，每个凸部可以包括第一凹部，所述第一凹部内嵌入所述第一凸瓣中的一个。在一些进一步的实施方案中，所述内侧壁可以包括以第二径向图案布置的第二多个第二凸瓣。在一些另外的实施方案中，所述外侧壁包括以第三径向图案布置的多个第三凸瓣。在一些另外的实施方案中，每个第一凸瓣可以从所述第三凸瓣中的对应一个跨过所述内冷却管道定位。

在一些实施方案中，每个凸部可以包括在所述凸部的与所述凸部的第一凹部相对的一侧上的第二凹部，以及可以在所述第二凹部中的每一个内嵌入所述第三凸瓣中的一个。

在一些实施方案中，每个第二凸瓣周向地介于两个相邻的第三凸瓣之间。

在一些实施方案中，可以存在三个凸部。

在一些实施方案中，在每个凸部与所述第二板之间可以存在间隙。

在一些实施方案中，所述一个或多个凸部中的至少一个第一凸部可以不接触所述第二板。

在一些实施方案中，所述冷却板组件可以包括多个通孔，所述杆可以包括在所述杆的顶面上的多个螺纹孔，每个螺纹孔可以与所述冷却板组件中的所述通孔中的一个对齐，所述杆的所述顶面可以抵靠在所述冷却板组件的底面上，相应的夹紧紧固件可以穿过所述冷却板组件中的每个通孔并旋入与其对齐的所述杆中的所述螺纹孔中，沉孔可以存在于所述杆的所述顶面和所述冷却板组件的所述底面中的一者或两者中，并且每个沉孔都可以以穿过所述冷却板组件中的所述通孔中的一个为中心。在一些这样的实施方案中，所述沉孔位于所述杆的顶面中。在一些进一步的或替代的这样的实施方案中，所述螺纹孔可以具有由螺旋插入件提供的螺纹。

本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征、方面和优点将根据所述描述、附图和权利要求中变得显而易见。请注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。

附图说明

本文所公开的各种实现方案是以示例而并非以限制的方式在附图的图中进行说明，其中相似的附图标记指类似元件。

图1描绘了示例性热控喷头的等距视图。

图2描绘了图1的示例性热控喷头的等距剖视图。

图3描绘了图1的示例性热控喷头的俯视图。

图4描绘了图1的示例性热控喷头的另一个等距剖视图。

图5描绘了具有不同内冷却管道配置的示例性热控喷头。

图6描绘了具有不同内冷却管道配置的另一个示例性热控喷头。

图7是图4的一部分的详细视图。

图8是两个构件之间的螺纹接头的示意图。

图9是两个构件之间的另一个螺纹接头的示意图。

图10描绘了图1的热控喷头的一部分的等距局部分解图。

图11描绘了图10的热控喷头的一部分的另一等距局部分解图。

图12描绘了图1的示例性热控喷头的冷却板组件的截面图。

图13描绘了图1的示例性热控喷头的冷却板组件的另一截面图。

图14描绘了图12的详细视图。

图15描绘了图13的详细视图。

图16描绘了安装了图1的示例性热控喷头的半导体处理室的示意图。

图1到15在每个图中均按比例绘制，但是不同图的比例可能会有所不同。

具体实施方案

在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本概念的透彻理解。本概念可在不具有某些或所有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，并未详细描述众所周知的处理步骤和/或结构，以免不必要地模糊所描述的概念。尽管一些概念是将结合特定实施方案而进行描述，但应当理解的是，这些实施方案并非意在进行限制。

在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”等能够互换使用。在半导体设备产业中使用的晶片或衬底通常具有200mm、或300mm、或450mm的直径，但也可以是非圆形的和其他尺寸。除了半导体晶片外，其他可利用本发明的工件包括各种制品，例如印刷电路板、磁性记录介质、磁性记录感测器、镜、光学元件、微机械设备等。

在本公开的一些附图和讨论中可能已经采用了若干惯例。例如，在各个点都提到了“体积”，例如“气室体积”。这些体积通常可以在各种图中表示，但应当理解，这些图和随附的数字标识符表示这些体积的近似值，并且实际体积可以延伸到例如限制这些体积的各种固体表面。各种较小的体积，例如通向气室体积的边界表面的气体入口或其他孔，可以流体连接到那些气室体积。

应理解，“上方”、“顶部”、“下方”、“下面”等相关术语的使用应理解为是指部件相对于这些部件在正常使用喷头期间的方位或相对于附图在页面上的方位。在正常使用中，喷头通常被定位以便在衬底处理操作期间向下朝向衬底分配气体。

在一些半导体处理操作中，可能需要加热流过喷头的气体，例如，以防止冷凝或确保气体在通过喷头引入半导体处理室时处于适当的温度。为了在吊灯型喷头中提供这种受控加热，筒式加热器可以被引入到这种吊灯型喷头的杆中的孔中，这些孔平行于穿过杆的气流通道延伸。根据半导体加工操作的特定要求，这种筒式加热器可以达到500℃和800℃之间的温度。

喷头也可能通过其他机制(例如，作为半导体处理操作的结果)接收热量。例如，在一些半导体处理操作中，支撑晶片的基座的温度可能达到600℃至700℃的温度，例如650℃，并且引入到半导体处理室中的气体可能暴露于高压射频场以产生可能达到数千摄氏度的等离子体环境。此外，可以看出随着新的和改进的半导体处理操作的发展，处理温度继续升高的趋势。来自这种半导体处理操作的热量可以传递到喷头中，并且与筒式加热器提供的热量一起，导致喷头达到大约300℃至360℃的温度，例如350℃。然后，通常需要将在喷头中积聚的热量从喷头中转移出去，以避免过热；这种喷头的唯一传导路径是通过该喷头的杆并且穿过支撑该杆的结构。辐射和对流传热也可以用于将热量从喷头传出，但传热的主要机制是传导性传热。

本文提出了与热控喷头有关的概念，该喷头可用于高温处理，以不仅将高温下的气体输送到喷头，而且还允许通过所述杆将多余的热量有效传导出喷头。

图1描绘了示例性热控喷头的等距视图；图2描绘了图1的示例性热控喷头的等距剖视图。在图1和图2中，示出了喷头100。喷头100包括面板114，其在底侧中可具有大量的气体分配孔144(未见于图1中，但见于图2)。面板114可以与背板146连接，背板146又可通过杆112且在一些实施方案中通过杆基部118而与冷却板组件102结构连接且热连接。杆112可包括一或更多个孔，例如枪钻孔，其尺寸可设计成接收例如筒式加热器或加热器元件110。在所描绘的示例性喷头100中，有三个加热器元件110，其沿着杆112的气体入口104的三侧定位，并且沿中央气体通道138的几乎整个长度延伸(见图2)。在一些实施方案中，可提供额外孔或洞，其延伸到相似深度并且可配置成接收温度探针，例如热电偶，其可插入其中以测量喷头100中靠近气体分配室的温度。

在图1的示例性喷头中，面板114可以通过例如圆周焊接或铜焊连接而(例如，在图1中面板114的标注内侧的接缝处)与背板146连接。面板114和背板146之间的空间可以作为喷头100的气体分配室。在所描绘的示例中，挡板142定位在气体分配室中以使处理气体从中央气体通道138流动以径向向外流动，然后到达气体分配端口。挡板142可使用例如可从面板114延伸到挡板142并且可焊接或型锻到挡板142的多个柱结合到面板114。

由于如图1所示的喷头100在操作过程中可能经历的高温，因此面板114可以额外由多个拉伸支撑件在靠近面板114的中心(这里将有面板114中的最大的潜在相关热偏转)支撑，所述拉伸支撑件例如支撑柱154，其在喷头100的气体分配室中从面板114向上延伸并进入背板146中的相应孔；在图2中可以看到两个这样的支撑柱154。支撑柱154然后可以(例如通过焊接或铜焊连接)结合到背板146。例如，摩擦搅拌焊接工艺可用于将支撑柱154连接到背板146上。

从图2可以看出，背板146具有多个焊接通路孔(或铜焊通路孔)116，每个焊接通路孔116具有面板114的对应支撑柱，该对应支撑柱插入面板114的内端。支撑柱154和焊接通路孔116的底部之间的界面可以是相对紧密的配合，从而能更容易地焊接或铜焊。

背板146的另一个特点是背板146具有不均匀的径向厚度，背板146越靠近杆基部118越厚。与面板114的周边相比，这种增加的厚度可用于与面板114靠近杆112的热传导需求的增加相一致地增加背板146的热传导横截面面积。类似地，杆基部118可以提供额外的热质量，该热质量可以为起源于面板114的外径附近的热量提供额外的热流路径。然而，杆基部118还可以包括多个纵向扇形部120，其在平行于中央气体通道138的中心轴线的方向上延伸；每个这样的扇形部120可以为焊接或铜焊系统提供间隙以进入焊接通路孔116。

在图#3中更清楚地描绘了这些纵向扇形部120，该图描绘了图1的示例性热控喷头的俯视截面图。可以看出，有两个由12个支撑柱154组成的环，12个支撑柱154的内环被定位成使得用于那些支撑柱154的焊接通路孔116与杆基部118的横截面重叠。包括的纵向扇形部120使得能进入焊接通路孔116，这进而提供到达支撑柱154顶部的通路，从而允许它们被焊接或铜焊到背板146上。

冷却板组件102可如所示具有分层构造，虽然其他实施方案可使用其他制造技术(例如积层制造或铸造)来提供类似结构，但没有分层结构。冷却板组件102可包括盖板132，其例如通过扩散接合或铜焊而接合至第一板126，第一板126进而接合至第二板128，第二板128又接合至第三板130。应理解的是，尽管这些结构在本申请中称为“板”，但其可包括延伸背离原本整体上呈平坦表面的特征，从而使“板”具有3维结构，其使这些结构有非平坦的外观。

如上所述，冷却板组件可以是粘合的层压结构。然而，仍可能希望利用紧固件将冷却板组件102连接到杆112。在这样的实施方案中，杆可以包括多个螺纹孔，这些螺纹孔可以接收穿过冷却板组件102中的相应孔插入然后拧紧的紧固件，从而使杆112与冷却板组件102形成良好的热接触。这在图4中示出，其描绘了图1的示例性热控喷头的另一等距剖视图，该图以与图2不同的剖切面截取。图4还包括两个可见的夹紧紧固件，它们延伸穿过冷却板组件102并进入杆112；这种夹紧紧固件和杆112之间的界面在图7中以放大图示出，该图7是图4中虚线矩形包围的部分的详细视图。

同样应当理解，冷却板组件102中的内冷却管道特征136也可以从图中所示的位置竖直偏移。例如，在一些实施方案中，内冷却管道136可以竖直向下偏移(或深度向下延伸)，以便具有比所描绘的更靠近面板114的最底部表面(最靠近面板114)。例如，图5描绘了喷头500，其中内冷却管道536相对于外冷却管道534从喷头100中所示的位置竖直向下移位。例如，内冷却管道136的顶部通常是示出为与图2中的外冷却管道134处于相同的高度，而内冷却管道536的顶部从外冷却管道534的高度向下移位距离A，使得当沿水平轴(垂直于喷头的中心轴线)观察时，内冷却管道536和外冷却管道534的至少水平部分彼此不重叠。在这种实施方案中，内冷却管道536和外冷却管道534的冷却效果可以竖直交错，内冷却管道536越来越多地用于从杆512去除热量，而外冷却管道534越来越多地用于去除来自加热器芯510的热量。可以看出，冷却板组件502向下延伸的程度比冷却板组件102更大，并且在某些方面，可以被视为形成杆512的一部分。在一些实施方案中，如图5所示，内冷却管道536实际上可以机加工到杆512的上表面内，并且冷却板组件502可以具有可以向内冷却管道536以及延伸到其中的凸部540提供冷却流体的端口和通道。可以存在连接在内冷却管道536和外冷却管道534之间的竖直立管通道，以允许冷却流体在两个竖直分开的通道之间流动。在其他实施方案中，内冷却管道536仍可从外冷却管道534竖直向下移位，但内冷却管道536仍完全包含在冷却板组件的结构内，与图2的实施方案一样(从而避免冷却流体和杆512之间的直接接触)。

在一些其他实施方案中，例如图6中所示的实施方案，可以提供用于喷头600的内冷却管道636，该内冷却管道636向下延伸到比图2中所示的更深得多的深度。在这样的示例中，更大量的表面积可以在内冷却管道636内提供以允许发生增加的热交换量，从而增加这种冷却管道的冷却能力。例如，内冷却管道636可以延伸超过波纹管622的底部，并且如图6所示，甚至可以延伸超过冷却板组件602的安装法兰624的底部。凸部640可以相应地更长以便于几乎延伸到内冷却管道636的底部，如图6所示。然而，类似于前面的示例，外冷却管道634可以设置在冷却板组件602中的较高高度处。

如图7所示，杆112可以在其中具有盲螺纹孔，该盲螺纹孔可以接收夹紧紧固件184。在这个特定示例中，盲螺纹孔配备有螺旋螺纹插入件178以当夹紧紧固件166被拧紧时避免从孔中剥离杆112材料。杆112和第二板128接触的表面可以用作热接触表面182并且可以是用于将热量从杆112传送到冷却板组件102的主要界面。为了增强整个该界面的导热性，夹紧紧固件会承受很大的扭矩，以便更充分地将杆112压靠在第二板128上，并增加整个界面的导热性。在沉孔180中发现了实现这一点的关键特征，其目的将在下面讨论。

图8是两个构件之间的螺纹接头的示意图。这两个构件例如可以是杆112和第二板128。螺旋插入件178可以设置在杆112的孔中，并且夹紧紧固件184可以旋入其中。左边的图像显示了在螺纹紧固件184被扭转到任何重要值之前的这个界面。右边的图像显示了当夹紧紧固件184被扭转时可能发生的情况，从而使夹紧紧固件处于张紧状态并且向上拉动螺旋插入件178。如右图所示，这导致内部嵌入了螺旋插入件17的材料(例如杆112的铝)稍微向上膨胀或凸出。这可能会导致在两个构件之间(至少在每个螺纹插入件/孔周围的区域中)打开一个微小的间隙(为了清楚起见在这里夸大了)。这样的间隙可能会干扰热传导并且可能会降低两个构件之间的界面的热传导效率。

图9是两个构件之间的另一个螺纹接头的示意图。在该示例中，除了在杆112中的螺纹插入件周围包括沉孔180之外，显示了与图8相同的构造。沉孔提供了使得当夹紧紧固件184被扭转并置于张力下时杆112的材料能局部变形或凸出的缩进部。缩进部确保了杆112的凸出或变形不会导致杆112和第二板128之间形成间隙，从而确保在两个部分之间保持高质量的热接触界面。在一些实施方案中，沉孔可以设置在其他构件上，例如第二板128，或两个构件上。

冷却板组件102可以包括内冷却管道136，该内冷却管道136总体上围绕杆112延伸，且其可流体连接于冷却板组件102内，以使冷却剂从冷却剂入口106流过其中，随后流过外冷却管道134(其可环绕(或至少部分地环绕)内冷却管道136)，然后流到冷却剂出口108。

当喷头100安装在半导体处理系统中时，其可连接至几个额外的系统。例如，加热器元件110可以与加热器功率源164连接，该加热器功率源可以在控制器166的引导下提供电功率至加热器元件110。控制器166可例如具有一或更多个处理器168以及一或更多个存储器设备170。一或更多个存储器设备(如本文稍后所讨论的)可存储用于控制该一或更多处理器以执行各种功能或控制硬件的各种其他部件的计算机可执行指令。

图1的控制器166还可以与阀158可操作地连接，该阀158可以由控制器166控制，以使来自气体供应源156的处理气体被供应(或不再供应)到喷头100，气体供应源156可被配置为，例如，向喷头100提供一种或多种处理气体，例如氮气(N₂)、氧气(O₂)、氢气(H₂)、氨气(NH₃)、三氟化氮(NF₃)、硅烷(SiH₄)、原硅酸四乙酯(TEOS)蒸气等。类似地，控制器166可以与泵162可操作地连接，泵162可以由控制器控制以使冷却液体或流体循环通过内冷却管道136和外冷却管道134并回到冷却剂贮存器160中，然后流回冷却板组件102。

图1和2的喷头100还可以包括安装法兰124，该安装法兰124可以通过波纹管122连接到冷却板组件102，波纹管122可以用于在安装的法兰124和冷却板组件102之间提供顺应和气密连接。安装法兰124、波纹管122和第三板130可以例如由不锈钢合金制成，而第一板126和第二板128可以例如由铝合金制成，以促进额外的热传导。

冷却板组件的更多细节将在下面参考图10-15进行讨论。图10和11描绘了图1的热控喷头的一部分的等距局部分解图。图12和13描绘了图1的示例性热控喷头的冷却板组件的截面图。图14和15分别描绘了图12和13的细节视图。

在图10和11中，盖板132和第一板126均已被移除，从而暴露冷却板组件102内的冷却流路。如所能看见的，中央气体通道138可位于紧邻加热器筒110，其可以用于提供热量给中央气体通道138内流动的气体。内冷却管道136以及外冷却管道134清楚可见。如所能看见的，外冷却管道134是由第一板126以及第二板128(其在组装各种板时对齐)中的两个匹配管道形成。外冷却管道134可延伸围绕中央气体通道138的全部或几乎全部(例如约300°弧)。外冷却管道134的一端可与内冷却管道136流体连接，其可允许流过内冷却管道136的冷却剂随后流过外冷却管道134而不离开冷却板组件，且接着通过冷却剂出口108。

如图11中可看见的，第一板126具有第一表面，其接合至第二板128的第二表面，以形成冷却板组件的一部分。该第一表面可任选地包括上述匹配管道中的一者以及多个凸部140，其每一者可被置入且尺寸设计成突出进入内冷却管道136的对应或相似形状的部分中，因而形成具有非常薄的U形剖面的流体流动通道，其一般使流过内冷却管道136的流体在凸部所在区域中加速，因而增加这些区域中冷却流体的雷诺数(Reynolds number)，并增加冷却流体与内冷却管道136的壁之间以及冷却流体与凸部140之间的热传导；这增加了内冷却管道136的冷却效率。

在图12-15中可以更清楚地看到凸部的效果，图12-15更详细地显示了内冷却管道136，包括凸部140。如图14所示，内冷却管道136的内壁可以包括多个第一凸瓣148。例如，第一凸瓣148可以位于加热器筒的孔的中心，并且可以被确定尺寸使得在每个加热器筒和内冷却管道136以及在该位置穿过冷却板组件的杆的部分之间存在大致相同的壁厚。在一些实施方案中，内壁还可以具有多个第二凸瓣150，例如，它们可以被包括在内以允许内冷却管道136在例如冷却板组件102的紧固件通孔或其他特征周围导航。在一些实施方案中，内冷却管道136的外壁还可以具有多个第三凸瓣152，例如，这些凸瓣152可以被设置为在内冷却管道136和内气体立管端口阵列(参见图10中可见的内冷却管道136和外冷却管道134之间的小立管端口)之间提供足够的壁厚。在所描绘的示例中，每个凸部140具有对应的第一凹部，该第一凹部具有嵌入在其中的一个第一凸瓣，该第一凸瓣通过相应的间隙与凸部分开。类似地，凸部140各自在与第一凹部相反的一侧也具有第二凹部，从而允许第三凸瓣152中的一个嵌入第二凹部内。这种互补形状的内冷却管道侧壁和凸部140可以提供相对窄的、深的冷却流动路径，从而可以提供用于热传导的大表面积，同时还增加冷却流体的速度。

如图15所能看见的，凸部140可能不会一直延伸到内冷却管道136的底部，从而在内冷却管道136的底部和冷却管道和凸部140的面对表面之间留下相对大面积的流动区域。凸部140的尺寸可以被设置成使得内冷却管道136的底部和凸部140的面对表面之间的间隙与内冷却管道136的侧壁和凸部140的面对表面或侧壁之间的间隙大致相同。例如，在示例性喷头100中，内冷却管道136的侧壁与凸部140的面对表面或侧壁之间的间隙为大约1mm，而内部冷却管道136底部与凸部140的面对表面之间的间隙约1.3mm。凸部140在该示例中从第一板126延伸约14mm；这导致内部冷却管道具有约7.2立方厘米的容积。相比之下，外冷却管道(其具有约6mm的高度和约6.3mm的宽度)具有约9.6立方厘米的容积；冷却板组件内的入口和出口的容积分别贡献额外约1.4立方厘米和0.8立方厘米。在这种布置中，可以将每分钟约3800至5700立方厘米的冷却剂流供应至冷却管道，从而导致冷却板组件102的冷却管道内每分钟有约200至300次完全替换的冷却流体；冷却流体，例如水、氟化冷却剂(例如来自Solvay的

PFPE)或其他冷却液体。这可以使得冷却板组件得以保持在约20℃至60℃的温度，而喷头面板114保持在约300℃至360℃的温度，例如350℃。应理解的是，以上关于示例性喷头100所讨论的特定尺寸和性能特质并非旨在进行限制，且具有不同尺寸及性能特性的其他喷头也可落入本公开的范围内。

还应注意，凸部140从第一板126朝面板114向下延伸。因此，来自面板114和杆112的热量可沿着内冷却管道136的侧壁而流向第一板126，以及从第一板126流向凸部140的端部处(即在相反的方向上)。这可能对流过内冷却管道的冷却剂的热化有平衡的效果，因为内冷却管道136侧壁的温度梯度在内冷却管道136底部处(即最靠近面板114)可以是最高的且在内冷却管道136的顶部附近(即最靠近第一板126)是最低的，而凸部140中的温度梯度则可以反转，即在第一板126附近为最高温度且内冷却管道136的底部附近为最低温度。这促进了更有效的热传导。

图16描绘了安装了图1的示例性热控喷头的半导体处理室的示意图。在这样的布置中，可以提供包括基座174、热控喷头100的半导体处理室172。喷头100可以定位在基座174上方，并且可以配置为使一种或多种处理气体流过晶片176，该晶片176可以放置在基座174上。喷头100可以与一个或多个附加的设施连接，例如，如图1所示。

如上所述，本文讨论的各种可控部件，例如，供气阀、加热器功率单元、冷却剂泵等，可以由半导体处理工具的控制器控制。控制器可以是系统的一部分，该系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，以及影响半导体处理的各种参数，例如处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。

概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。

示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。

如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。

如本文所使用的术语“晶片”可指半导体晶片或衬底或其他类似类型的晶片或衬底。如本文所用的术语，晶片站可以指代半导体处理工具中的任何位置，在各种晶片处理操作或晶片转移操作中的任何一个期间可以将晶片放置在该位置中。晶片支撑件在本文中用于指代配置为接收和支撑半导体晶片的晶片站中的任何结构，例如基座、静电卡盘、晶片支撑架等。

除非另有说明，否则本文对“基本上”、“大约”等的引用可以理解为是指与所述值相差在±10％内的值或关系。例如，基本上彼此垂直的两个表面可以是真正垂直的，即彼此成90°、彼此成89°或91°，或甚至彼此成80°或100°。

还应理解，本文中序数标号的任何使用，例如(a)、(b)、(c)、...，仅用于组织目的，并非旨在对每一序数标号相关联的项目传达任何特定的顺序或重要性。尽管如此，可能会有序数标号相关联的某些项目可能本就需要特定顺序的情况，例如，“(a)获取有关X的信息，(b)基于有关X的信息确定Y，以及(c)获取有关Z的信息”；在此示例中，(a)需在(b)之前被执行，因为(b)依赖于(a)-(c)中所获取的信息，然而可在(a)和/或(b)中任一者之前或之后执行。

应当理解的是，例如词句“对于该一或更多＜项目＞中的每一＜项目＞”或“每一＜项目＞的(of each<item>)”中(如果用于本文中)词语“每一”的使用，应理解为包括单个项目组和多个项目组两者，即，使用词语“对...每一者(for…each)”的含义是，在程序语言中使用其来指称所指全部项目群中的每一项目。例如，如果所指的项目群是单个项目，则“每一”将仅指该单个项目(尽管事实上“每一”的字典定义经常是定义为指“两个或更多事物中的每一者”)，并不意味必须有这些项目中的至少两者。类似地，当所选项目可具有一或更多子项目并对这些子项目中的一者作出选择时，应理解的是，在所选项目具有一个且只有一个子项目的情况中，选择该一个子项目本来就是选择该项目本身。

还应理解，提及总体上被配置为执行多种功能的多个控制器，旨在涵盖这些控制器中仅有一者配置成执行所公开或讨论的所有功能的情况，以及各种控制器各自执行所讨论功能的子部分的情况。

对本公开中所述实施方案的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见，且本文中所定义的一般原理在不背离本发明的精神或范围下可应用于其他实施方案。因此，权利要求不是用于限制于本文所呈现的实施方案，而是应被赋予符合本文所公开的本公开、原理及新颖特征的最宽广范围。

在分开的实现方案背景下描述了在本说明书中的某些特征也可以在单个实施方案中以组合形式实施。相反，在单一实施方案背景下描述的各种特征也可分开在多个实施方案中或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然上文可能将特征描述为以某些组合作用并且甚至最初是如此主张，但来自所主张的组合的一或更多特征在一些情况中可从该组合中删去，且所主张的组合可以针对子组合或子组合的变化。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但这不应理解为要求这些操作以所示的特定顺序或以连续顺序来执行，或是执行所有示出的操作以实现所期望的结果。此外，附图可以流程图形式示意性地描绘另一示例处理。然而，未描绘的其他操作可结合于示意性示出的示例处理中。例如，可在任何所示操作之前、之后、同时或之间执行一或更多额外操作。在某些情况中，多任务及并行处理可能是有利的。此外，上述实施方案中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方案中都要求这样的分离，且应当理解为，所述程序部件及系统可大体上在单一软件产品中整合在一起或封装至多个软件产品中。另外，其他实施方案都落在以下权利要求的范围内。在一些情况下，可按不同顺序执行权利要求中所描述的动作且仍达到所期望的结果。

Claims

1.一种装置，其包括：

喷头，其包括：

面板；

背板；

插在所述面板和所述背板之间的气体分配室；

包括气体入口的杆；

一个或多个加热器元件；

内冷却管道；

外冷却管道；和

冷却板组件，其中：

所述杆由所述冷却板组件支撑并且从所述冷却板组件沿中心轴线延伸，

所述一个或多个加热器元件至少部分地位于所述杆内并且至少沿平行于所述中心轴线的方向延伸，

所述冷却板组件至少包括所述外冷却管道，

当沿所述中心轴线观察时，所述外冷却管道围绕所述内冷却管道延伸，并且

当沿所述中心轴线观察时，所述内冷却管道和所述外冷却管道都围绕所述一个或多个加热器元件延伸。

2.根据权利要求1所述的装置，其还包括杆基部，其中：

所述杆基部介于所述背板和所述杆之间，

当沿所述中心轴线观察时，所述杆基部的尺寸大于所述杆，并且

当沿所述中心轴线观察时，所述杆基部的尺寸小于所述背板。

3.根据权利要求2所述的装置，其中：

当沿所述中心轴线观察时，所述杆基部包括沿所述杆基部的外周边布置的多个扇形部，

所述背板包括对应的多个焊接通路孔，以及

每个焊接通路孔都与所述扇形部中的一个搭配。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述一个或多个加热器元件中的每一个从所述冷却板组件延伸到所述气体分配室和所述杆基部之间的位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，存在至少三个加热器元件。

6.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述冷却板组件包括第一板和第二板，

所述第一板的第一表面结合到所述第二板的第二表面，

所述内冷却管道延伸到第二板的第二表面中并远离所述第一表面，并且

所述第一板包括一个或多个凸部，所述凸部从第一表面延伸、进入所述内冷却管道的一个或多个对应部分内并且朝向所述背板。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：

所述内冷却管道包括内侧壁和外侧壁，

所述内侧壁被所述外侧壁包围，并且

所述内侧壁包括以第一径向图案布置的第一多个第一凸瓣。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，每个凸部包括第一凹部，所述第一凹部内嵌入所述第一凸瓣中的一个。

9.根据权利要求8所述的装置，其中：

所述内侧壁包括以第二径向图案布置的第二多个第二凸瓣。

10.根据权利要求9所述的装置，其中：

所述外侧壁包括以第三径向图案布置的多个第三凸瓣。

11.根据权利要求10所述的装置，其中：

每个第一凸瓣从所述第三凸瓣中的对应一个跨过所述内冷却管道定位。

12.根据权利要求11所述的装置，其中：

每个凸部包括在所述凸部的与所述凸部的第一凹部相对的一侧上的第二凹部，以及

在所述第二凹部中的每一个内嵌入所述第三凸瓣中的一个。

13.根据权利要求11所述的装置，其中：

每个第二凸瓣周向地介于两个相邻的第三凸瓣之间。

14.根据权利要求6所述的装置，其中存在三个凸部。

15.根据权利要求6所述的装置，其中，在每个凸部与所述第二板之间存在间隙。

16.根据权利要求6所述的装置，其中，所述一个或多个凸部中的至少一个第一凸部不接触所述第二板。

17.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述冷却板组件包括多个通孔，

所述杆包括在所述杆的顶面上的多个螺纹孔，

每个螺纹孔与所述冷却板组件中的所述通孔中的一个对齐，

所述杆的所述顶面抵靠在所述冷却板组件的底面上，

相应的夹紧紧固件穿过所述冷却板组件中的每个通孔并旋入与其对齐的所述杆中的所述螺纹孔中，

沉孔存在于所述杆的所述顶面和所述冷却板组件的所述底面中的一者或两者中，并且

每个沉孔都以穿过所述冷却板组件中的所述通孔中的一个为中心。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述沉孔位于所述杆的所述顶面中。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述螺纹孔具有由螺旋插入件提供的螺纹。