CN114929935A - 带有内部轮廓的面板的喷头 - Google Patents

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CN114929935A CN202080091963.0A CN202080091963A CN114929935A CN 114929935 A CN114929935 A CN 114929935A CN 202080091963 A CN202080091963 A CN 202080091963A CN 114929935 A CN114929935 A CN 114929935A
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Abstract

本发明公开了用于半导体处理设备的喷头，其包括设计用于减少不均匀性和调整沉积膜轮廓的各种特征。

Description

带有内部轮廓的面板的喷头
相关申请
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用于在整个半导体衬底或晶片上以相对均匀的方式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容积空间(volume)的面板，在该半导体处理容积空间中可以处理半导体衬底或晶片。面板可以包括多个气体分配端口，这些气体分配端口使得喷头的充气容积空间中的气体能流过面板并进入衬底和面板之间(或支撑晶片的晶片支撑件和面板之间)的反应空间。
发明内容
在一实施方案中，可以提供一种喷头。该喷头可以包括：面板，其具有正面、背面和从所述正面延伸穿过所述面板到达所述背面的多个通孔；气体入口；充气容积空间(aplenum volume)，其与所述喷头内的所述气体入口流体连接并且至少部分地由所述背面限定。所述背面包括非平面区域，所述非平面区域：围绕所述面板的中心轴延伸，具有沿所述中心轴相互偏移第一距离的外边界和内边界，所述外边界在平行于所述中心轴的方向上比所述内边界更靠近所述气体入口，所述外边界从所述内边界径向向外偏移，并且具有跨越所述内边界和所述外边界之间的非平面表面。
在一些实施方案中，所述背面还可以包括圆形平面区域，所述圆形平面区域垂直于所述中心轴并且具有由所述非平面区域的内边界限定的外圆周边缘。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是旋转表面，所述旋转表面：由围绕所述中心轴旋转的线性轮廓定义，在所述内边界和所述外边界之间延伸，并且与所述中心轴成斜角取向。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是截头圆锥表面。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是锥形表面。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是由非线性轮廓限定的旋转表面，所述非线性轮廓围绕所述中心轴旋转并且在所述内边界和所述外边界之间延伸。
在一些实施方案中，所述多个通孔中的一个或多个第一通孔可以从所述非平面区域延伸至所述正面，并且一个或多个通孔各自可以具有第一长度，所述多个通孔中的一个或多个第二通孔可以从所述非平面区域延伸至所述正面，并且可以被布置成在与所述中心轴平行的方向上比所述一个或多个第一通孔更远离所述中心轴，并且所述一个或多个第二通孔各自可以具有比所述一个或多个第一通孔的所述第一长度更长的第二长度。
在一些实施方案中，每个通孔可以与所述正面形成边缘，并且每个边缘都可以有半径。
在一些这样的实施方案中，每个边缘的半径和每个通孔的直径可以基本相同。
在一些这样的实施方案中，每个通孔的直径可以介于约0.01英寸和0.03英寸之间。
在一些这样的实施方案中，所述半径可以通过电抛光形成。
在一些这样的实施方案中，所述半径可以通过机械加工和电解抛光形成。
在一些实施方案中，所述通孔可以排列成多个六边形图案，每个六边形图案可以具有围绕中心孔布置的六个外孔，并且所述六个外孔可以彼此等距间隔开且与所述中心孔等距间隔开。
在一些这样的实施方案中，每个六边形图案的所述六个外孔与所述中心孔之间的距离可以介于约0.1英寸和0.4英寸之间。
在一些实施方案中，所述外边界的直径可以大于半导体衬底的直径。
在一些这样的实施方案中，所述外边界的直径可以介于7.5英寸和13英寸之间。
在一些实施方案中，所述第一距离介于0.01英寸和0.075英寸之间。
在一些实施方案中，所述内边界的直径可以介于约0英寸和8.5英寸之间。
在一些实施方案中，所述喷头还可以包括具有所述气体入口和第一表面的背板，并且所述充气容积空间还可以由所述第一表面限定。
在一些实施方案中，所述喷头还可以包括具有挡板外径并且定位在所述充气容积空间内的挡板。
在一些这样的实施方案中，所述挡板外径和所述内边界的直径可以基本相同。
在一实施方案中，可以提供一种用于半导体处理装置的处理室中的面板。该面板可以包括：正面；包括中心点和非平面区域的背面，并且所述非平面区域可以围绕所述面板的中心轴延伸，可以具有沿所述中心轴相互偏移第一距离的外边界和内边界，所述内边界在平行于所述中心轴的方向上比所述外边界更靠近所述中心点，所述外边界从所述内边界径向向外偏移，并且可以具有跨越所述内边界和所述外边界之间的非平面表面。所述面板还可以包括从所述正面延伸穿过所述面板到达所述背面的多个通孔，其中每个通孔与所述正面形成边缘并且所述边缘具有半径。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是旋转表面，所述旋转表面：由围绕所述中心轴旋转的线性轮廓定义，在所述内边界和所述外边界之间延伸，并且与所述中心轴成斜角取向。
在一些实施方案中，所述非平面区域可以是截头圆锥表面，并且所述背面还可以包括圆形平面区域，所述圆形平面区域垂直于所述中心轴并且具有由所述非平面区域的内边界限定的外圆周边缘。
在一些实施方案中，所述非平面区域可以是锥形表面。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是由非线性轮廓限定的旋转表面，所述非线性轮廓围绕所述中心轴旋转并且在所述内边界和所述外边界之间延伸。
在一实施方案中，可以提供一种方法。该方法可以包括制造喷头，并且该喷头包括：面板，其具有正面、背面和从所述正面延伸穿过所述面板到达所述背面的多个通孔；气体入口；充气容积空间(a plenum volume)，其与所述喷头内的所述气体入口流体连接并且至少部分地由所述背面限定。所述背面可以包括非平面区域，所述非平面区域：围绕所述面板的中心轴延伸，具有沿所述中心轴相互偏移第一距离的外边界和内边界，所述外边界在平行于所述中心轴的方向上比所述内边界更靠近所述气体入口，所述外边界为从所述内边界径向向外偏移，并且具有跨越所述内边界和所述外边界之间的非平面表面。
在一些实施方案中，所述背面还可以包括圆形平面区域，所述圆形平面区域垂直于所述中心轴并且具有由所述非平面区域的内边界限定的外圆周边缘。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是旋转表面，所述旋转表面：由围绕所述中心轴旋转的线性轮廓定义，在所述内边界和所述外边界之间延伸，并且与所述中心轴成斜角取向。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是截头圆锥表面。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是锥形表面。
在一些实施方案中，所述非平面表面可以是由非线性轮廓限定的旋转表面，所述非线性轮廓围绕所述中心轴旋转并且在所述内边界和所述外边界之间延伸。
在一些实施方案中，所述多个通孔中的一个或多个第一通孔可以从所述非平面区域延伸至所述正面，并且一个或多个通孔各自可以具有第一长度，所述多个通孔中的一个或多个第二通孔可以从所述非平面区域延伸至所述正面，并且可以被布置成在与所述中心轴平行的方向上比所述一个或多个第一通孔更远离所述中心轴，并且所述一个或多个第二通孔各自可以具有比所述一个或多个第一通孔的所述第一长度更长的第二长度。
在一些实施方案中，每个通孔可以与所述正面形成边缘，并且每个边缘都可以有半径。
在一些这样的实施方案中，每个边缘的半径和每个通孔的直径可以基本相同。
在一些这样的实施方案中，每个通孔的直径可以介于约0.01英寸和0.03英寸之间。
在一些这样的实施方案中，所述半径可以通过电抛光形成。
在一些这样的实施方案中，所述半径可以通过机械加工和电解抛光形成。
在一些实施方案中，所述通孔可以排列成多个六边形图案，每个六边形图案可以具有围绕中心孔布置的六个外孔，并且所述六个外孔与每个相邻的通孔等距间隔开且与所述中心孔等距间隔开。
在一些这样的实施方案中，每个六边形图案的每个相邻的外孔之间以及每个外孔与所述中心孔之间的距离介于约0.1英寸和0.4英寸之间。
在一些实施方案中，所述外边界的直径可以大于半导体衬底的直径。
在一些这样的实施方案中，所述外边界的直径可以大于11英寸。
在一些实施方案中，所述第一距离介于0.01英寸和0.075英寸之间。
在一些实施方案中，所述内边界的直径可以介于约1.25英寸和3.5英寸之间。
在一些实施方案中，所述喷头还可以包括具有所述气体入口和第一表面的背板，其中所述充气容积空间还由所述第一表面限定。
在一些实施方案中，所述喷头还包括具有挡板外径并且定位在所述充气容积空间内的挡板。
在一些这样的实施方案中，所述挡板外径和所述内边界的直径可以基本相同。
附图说明
图1A描绘了根据所公开实施方案的示例性喷头的等距视图。
图1B描绘了图1A的喷头的横截面偏角视图。
图1C是图1B的喷头横截面的侧视图。
图2A和2B描绘了具有非平面背面的简化面板的偏角视图。
图2C描绘了图2A的面板的横截面偏角视图。
图2D描绘了图2C的面板的横截面切片的侧视图。
图3描绘了一个说明性的截头圆锥表面。
图4A显示了具有锥形非平面区域的面板的横截面切片，而图4B显示了具有非锥形非平面区域的面板的横截面切片。
图5描绘了图1C的一半面板的横截面切片。
图6描绘了在第一沉积实验中五个晶片上的沉积材料的厚度。
图7描绘了在第二沉积实验中两个晶片上的沉积材料的厚度。
图8描绘了面板的第一通孔图案。
图9A描绘了在第三沉积实验中使用常规喷头在第一晶片上测得的沉积材料的不均匀性，而图9B描绘了在第三沉积实验中在第二晶片上测得的沉积材料的不均匀性。
图10描绘了面板的两个示例性通孔的放大局部剖视图。
图11描绘了用于使用任意数量的处理在半导体衬底上沉积膜的衬底处理装置的示意图。
图12显示了示例性多站衬底处理设备。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本构思的透彻理解。本构思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操作，以免不必要地模糊所描述的构思。尽管一些构思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”以及类似术语能够互换使用。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以及其他尺寸。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、磁性记录传感器、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约定。例如，在各个点都提到了“容积空间”，例如“充气容积空间”。这些容积空间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容积空间的近似值，并且实际容积空间可以延伸到例如限制这些容积空间的各种固体表面。各种较小的容积空间(例如通向充气容积空间的边界表面的气体入口或其他孔)可以流体连接到那些充气容积空间。
为了本公开的目的，术语“流体连接”用于可相互连接以形成流体连接的容积、气室、孔等，类似于术语“电气连接”用于连接在一起以形成电气连接的部件的方式。如果使用术语“流体插置”，则其可用来指与至少两个其他的部件、容积、气室或孔流体连接的部件、容积、气室或孔，使得从这些其他的部件、容积、气室或孔中的一者流向这些其他的部件、容积、气室或孔中的另一者的流体在到达这些部件、容积、气室或孔中的另一者之前先流过“流体插置”的部件。例如，如果将泵流体插置于容器与出口之间，则从容器流至出口的流体将在到达出口之前先流过泵。
应理解，“上方”、“在顶部”、“下方”、“在下面”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取向或相对于页面上的图的取向的空间关系。在正常使用中，喷头通常被取向以便在衬底处理操作期间向下朝向衬底分配气体。
在半导体处理中，希望减少沉积材料在晶片上的不均匀性，减少颗粒产生，减少等离子体产生过程中不需要的空心阴极放电(HCD)的发生，并调整沉积材料的轮廓。半导体处理喷头的特征和喷头内部和通过喷头的流动特性可能导致这些不良影响中的一些。例如，喷头内的结构可能导致在这些结构附近的衬底上产生局部不均匀和颗粒产生，例如，内部挡板和支撑结构可能导致在挡板下方或附近区域的衬底上产生局部不均匀，以及支撑挡板的结构可能会导致衬底上的颗粒产生和污染。喷头通孔的配置也可能导致不均匀和HCD的发生。
本文描述了具有各种特征的喷头，这些特征被配置为减少沉积在衬底上的材料的不均匀性，减少衬底上的颗粒污染，减少不希望的空心阴极放电(HCD)的发生，并在整个衬底上产生所需的膜轮廓。喷头包括具有面向衬底的正面、部分地限定喷头的充气容积空间的背面以及在这两个表面之间延伸的通孔的面板。面板的背面是非平面表面，其被配置成改善喷头内和通过喷头的流量，这继而减少不均匀性；背面的非平面区域的几何特征也可能影响膜轮廓，使得这些几何特征的改变可能导致不同的膜轮廓，例如具有更高或更低径向边缘的轮廓。非平面区域可以具有各种形状，例如截头圆锥表面、圆锥面、凹面和曲面。
面板通孔可能具有也提供各种益处的特性和布置。在一些实施方案中，通孔的直径可以设计得足够小，以防止在每个孔内产生不希望的等离子体，并在喷头充气容积空间和喷头外部的容积空间之间产生压降，从而减少整个衬底的不均匀性、局部的不均匀性和颗粒产生；这种压降还可以与非平面表面一起产生不同的膜轮廓。在一些实施方案中，面板正面处的每个通孔的边缘可以以一定的半径被倒圆，从而减少不需要的HCD。
如下文更详细描述的，使用具有背面(其具有使用下文描述的一些尺寸的非平面区域)的面板来减少不均匀性和影响膜轮廓的能力是令人惊讶的结果。在某些情况下，非平面表面区域的深度尺寸通常会落在正常或默认公差范围内。在一些实施方案中，非平面区域包括沿面板的中心轴彼此偏移小的偏移距离的外边界和内边界，这是用典型的制造技术无法实现的，因为偏移距离可能在典型的容限范围内或接近于典型的容限范围。类似地，偏移距离可以是在处理期间将定位于半导体晶片上方的区域中的面板总厚度的非常小的百分比，例如在面板标称厚度的大约2.5％之间。本文所述的一些偏移距离足够小，以至于它们将落入一些喷头的正常或默认容差范围内，即，这种轮廓的存在或不存在都将被认为对于这种喷头“在容限内”。然而，本文提供的非平面区域的小偏移距离具有减少不均匀性和改变膜轮廓的令人惊讶且显著的效果。
图1A描绘了根据所公开实施方案的示例性喷头的等距视图，而图1B描绘了图1A的喷头的横截面偏角视图。图1B的剖面图是沿图1A中的剖面线A-A截取的。本文所有附图中的示例性喷头是旨在传达本文所述构思的说明性示意图；它们的目的不是精确表示，也不是按比例绘制的。喷头100包括背板102、面板104和气体入口106。气体入口106被认为是喷头100本身的一部分并且可以例如在喷头100的杆的末端。
在图1B的剖视图中，可以看到喷头100的内部特征包括挡板108(在一些实现方案中，可以省略)、支撑挡板108的柱110(如果不使用挡板108，则其也可以省略)、面板104的背面112和背板102的第一表面114。面板104的背面112和背板102的第一表面114一起部分地限定喷头100内的充气容积空间116。在一些实施方案中，例如图1B中所描绘的，挡板108可以定位在充气容积空间116内。背板102和面板104可以彼此相对地定位在喷头100内，使得背板102的第一表面114和面板104的非平面背表面112彼此面对。面板104还包括多个通孔122，其中一些被标识，它们从背面112延伸到正面120(正面120被标识但在图1B中不完全可见)；这些通孔122将充气容积空间116与喷头100外部的环境(例如在半导体处理操作期间衬底定位的位置)流体连接。
气体入口106被认为是喷头100的一部分，并且还可以部分地限定充气容积空间116；如图1B所示，气体入口106是背板102中的端口，用浅色阴影标识。如本文所述，气体入口106可以流体连接到其他流体导管硬件，例如管道、阀门和/或枝形吊灯式喷头的杆。在图1A和1B中，气体入口106流体连接到流体导管118，该流体导管118可以是例如喷头的杆。在一些实施方案中，挡板108可以在气体入口106下方居中，使得挡板108的中心轴与气体入口106的中心轴共线。
图1C是图1B的喷头横截面的侧视图。在此，可以看到上述一些特征，包括背板102的第一表面114，以及正面120、背面112和面板104的通孔122；充气容积空间116也用浅色阴影表示。如上所述，面板104的背面112是非平面表面，并且在图1C中，背面112的横截面轮廓112A用粗实线描绘。非平面背面112的其他方面在图2A-2D中示出。
图2A和2B描绘了具有非平面背面的简化面板的偏角视图，图2C描绘了图2A的面板的横截面偏角视图，并且图2D描绘了图2C的面板的横截面切片的侧视图。在这些图中，显示了图1A-1C的面板104，除了为了说明的目的，通孔和挡板已被移除；应当理解，在所有实施方案中，面板104包括通孔。在图2A中，面板104包括中心轴124和用浅色阴影突出的非平面背面112。在图2B中，非平面背面112包括非平面区域126，该非平面区域126围绕中心轴124延伸并用深色阴影突出显示。非平面区域126具有围绕中心轴124延伸并形成该表面区域相对于中心轴124的最外圆周边界的外边界128、围绕中心轴124延伸并形成该表面区域相对于中心轴124的最内圆周边界的内边界130，以及在内边界130和外边界128之间延伸的非平面表面；该非平面表面是阴影部分，也被标识为126。图2A和2B中的内边界130和外边界128用粗线表示。
在一些实施方案中，如图2B所示，非平面背面112还可以包括在一些情况下可以是平面的中心区域132。图2B中的中心区域132是平面的圆形表面，其垂直于中心轴124并且具有由非平面区域126的内边界130形成的外边界。在某些情况下，这些边界的会合处可以具有圆角或曲线以便在非平面区域126的非平面表面和平面中心区域132之间平滑过渡。
面板104的非平面区域126可以具有各种几何形状和布置，例如圆锥形、截头圆锥形或弯曲形状。图1A-2D中所示的非平面区域126可以被认为是截头圆锥表面。如本文所使用的术语，截头圆锥表面是没有尖端的正圆形或圆锥形表面；垂直于截头圆锥旋转轴的平面切割或切断该尖。在此描述的圆锥表面也可以被认为是直截头表面。图3描绘了一个说明性的截头圆锥表面。可以看出，截锥表面S由具有第一半径R1的第一圆周C1和具有大于第一半径R1的第二半径R2的第二圆周C2限定；两个圆周沿垂直于由两个圆周限定的平面的中心轴彼此偏移高度H。截头圆锥表面的长度L横跨在第一圆周C1和第二圆周C2之间。截头圆锥表面从中心轴偏移第一角度θ1。
参考图2C，图2C描绘了图2B的面板的横截面偏角视图，进一步解释了非平面区域126的形状。这里，非平面表面126在作为内边界130的第一圆周和作为外边界128的第二圆周之间延伸，并且具有长度134。非平面区域126具有高度136，其由外边界128和内边界130沿中心轴124相互偏移的距离限定。也可以认为外边界128和内边界130在平行于中心轴124的方向上相互偏移高度136的量；该高度在本文中也可以称为非平面区域的深度。
面板的特征在图2D的横截面侧视图中进一步说明。该图显示了在沿中心轴的平面中截取的面板的横截面切片；出于说明的目的，省略了交叉影线。在这里，非平面区域的侧面轮廓是可见的，并以粗线突出显示。非平面区域轮廓包括具有相同长度134的第一部分138A和第二部分138B。内边界130和外边界128也是可见的并且表示为点；第一部分138A和第二部分138B各自跨越在外边界128和内边界130之间。如上文所述并在图2D中看到的，当垂直于中心轴124观察时，外边界128和内边界130沿中心轴124或沿平行于中心轴124的方向彼此偏移高度136。在一些实施方案中，外边界128和内边界130也可以被认为彼此偏移，使得当垂直于中心轴124观察时，内边界130在平行于中心轴124的方向上或沿中心轴124比外边界128更靠近正面120。
当垂直或平行于中心轴观察时，内边界130和外边界128也彼此偏移。在与图2D类似的一些实施方案中，内边界130在垂直于中心轴124的方向上从中心轴124偏移第一径向距离140，并且外边界在垂直于中心轴124的方向上从中心轴124偏移垂直于中心轴124的比第一径向距离140长的第二径向距离142。外边界也可以被认为在垂直于中心轴124的方向上从内边界130偏移第三径向距离144。第一部分138A和第二部分138B可以与中心轴成角度倾斜的第一角度θ1；在该图中它被描绘为锐角。该第一角度θ1随着高度136(第一距离)的增加而减小。
在一些实施方案中，可以认为非平面区域由在内边界和外边界之间延伸并且围绕中心轴旋转的轮廓限定。在图2D中，非平面区域126的轮廓可以被认为是第一部分138A(或第二部分138)，其在该实施方案中是线性轮廓。如上所述，该线性轮廓偏离中心轴倾斜第一角度θ1。该线性轮廓，即第一部分138A，围绕整个中心轴124扫过，如弯曲的双箭头所示。在一些实施方案中，如在图2D中，线性轮廓在径向方向上从中心轴124偏移距离140。围绕线性轮廓的中心轴124的旋转产生了非平面区域。
在一些实施方案中，面板的非平面背面的非平面区域可以具有如图4A和4B所示的其他形状和几何形状，图4A和4B描绘了面板横截面切片的各种示例。例如，非平面背面的非平面区域可以具有圆锥形状，即，如图4A所示，具有中心点的圆锥。此处，非平面区域包括外边界428和内边界430，内边界430可以是如图所示的单个点，并且非平面表面跨越该点430和外边界428之间。该图示的侧面轮廓显示第一部分438A和第二部分438B共享公共内点430。非平面表面具有从内边界或点430跨越到外边界428的长度434；外边界428和内边界430沿中心轴424或平行于中心轴424的方向彼此偏移高度436。外边界也在垂直于中心轴424的方向上从中心轴424偏移第二径向距离442。内边界430定位于中心轴424上；不偏离中心轴424。第一部分438A和第二部分438B(它们是相同非平面区域的两个部分)也可以以倾斜的第一角度θ1偏离中心轴；在该图中它被描绘为锐角。与上面类似，图4A中的锥形非平面区域可以由围绕中心轴424旋转的线性轮廓(即部分438A)限定。
在一些实施方案中，非平面区域可以具有由围绕中心轴旋转的非线性轮廓形成的形状。图4B显示了面板的横截面切片，其具有带非线性横截面轮廓的非平面区域。再次，非平面区域包括彼此偏移并从中心轴424偏移的外边界428和内边界430。这里，跨越外边界428和内边界430之间的非平面表面具有非线性(例如，弯曲)轮廓。该侧面轮廓显示第一部分438A和第二部分438B是非线性的并且在该实施方案中是弯曲的。外边界428和内边界430再次沿中心轴424或在平行于中心轴424的方向上彼此偏移高度436。类似于图2D，在图4B中，内边界430在垂直于中心轴424的方向上从中心轴424偏移第一径向距离440，并且外边界在垂直于中心轴424的方向上从中心轴424偏移比第一径向距离440长的第二径向距离442。在一些其他实施方案中，图4B的内边界可以是中心轴424上的单个点，如图4A所示。
非线性轮廓的曲率可以具有恒定的曲率，可以具有两条或更多曲线，并且还可以由可以使曲率随着距中心轴424的径向距离的变化而改变的各种非线性方程来定义。例如，曲率可以由多项式函数定义，例如由二次函数、三次函数或四次函数定义。
在一些实施方案中，可以考虑将面板的非平面表面的非平面区域配置为使得通孔具有不同的长度，例如随着距中心轴的径向距离的增加而具有更长的长度；这些不同的长度减少了不均匀性，并且使得能调整膜轮廓。图5描绘了图1C的一半面板的横截面切片。这里，可以看到中心轴124、中心区域132的一半、非平面区域的第二部分138B、内边界130和外边界128。该图还包括多个通孔122，这些通孔的一部分具有彼此不同的长度。在中心区域，通孔122具有相等的长度，并且沿着第二部分138B，通孔具有随着距中心轴124的径向距离增加而增加的长度。例如，通孔122A在径向上比通孔122B更靠近中心轴124。通孔122A从中心轴124偏移第一径向距离544A并且具有第一长度546A，而通孔122B从中心轴124偏移比第一径向距离544A大的第二径向距离544B，并且通孔122B具有比第一长度546A长的第二长度546B。类似地，通孔122C具有分别比第一径向距离544A和第二径向距离544B长的第三径向距离544C，并且具有分别比第一长度146A和第二长度546B长的第三长度546C。
如图5所示，由于非平面区域相对于中心轴的成角度轮廓，延伸穿过非平面区域的通孔的长度随着它们距中心轴的径向距离的增加而增加。类似地，图4A和4B中所示的非平面区域的形状也导致使通孔具有可变长度的相同效果，可变长度随着距中心轴的径向距离的增加而增加。如本文所述，这些可变的和增加的长度减少了不均匀性并且使得能调整膜轮廓。
本文所述的面板的非平面背面和通孔的尺寸产生了许多意想不到的优点，包括减少不均匀性，并且使得能调整晶片上的膜轮廓。例如，在一些实施方案中，面板104的非平面区域126的深度136可以在约0.01英寸和0.075英寸之间的范围内，例如，包括0.01英寸、0.011英寸、0.012英寸、0.013英寸、0.015英寸、0.017英寸、0.02英寸、0.025英寸、0.035英寸、0.05英寸、0.055英寸、0.065英寸和0.075英寸。改变非平面区域的深度会改变通孔的总长度。这些变化调整了通过面板的流动特性，并且导致不均匀性减少和膜轮廓可调节性。
在一些实现方案中，非平面区域126的内径130可以具有在大约0英寸和8.5英寸之间的直径，包括2.1、2.3、3、4、5、6、7、8和8.5英寸。在一些实施方案中，内径123可以等于挡板的外径或基本等于挡板的外径(例如，与挡板的外径相差在约±5％内)；由于例如制造公差和缺陷，这些直径可以不完全相同，并且可以被认为基本相同。在一些实现方案中，非平面区域126的外径128也可以在7.5英寸和13英寸之间，例如包括7.5、8、8.5、9、12、12.3、12.5、12.75和13英寸。在一些情况下，外径128的尺寸可设定成大于衬底的外径，衬底的外径可以是至少300毫米。因此，在一些实现方案中，非平面区域的深度可以介于其外径(例如，在12英寸和12.5英寸之间)的约0.006％和0.052％之间。为了给人一种透视感，典型喷头的定义内部充气室的表面特征通常被加工成约±0.005英寸的公差——在这样的公差下，诸如上面讨论的特征(非平面区域的一些特征)可能会出现尺寸和深宽比的变化，以致于它们失去其效力，例如，平坦的背面在技术上与深度为0.010英寸的非平面区域相差将在±0.005英寸范围内，在这种情况下，非平面区域将有效地消失。因此，由于这种非平面区域的深度可能较小，因此具有非平面区域的面板的背面可以被加工成比通常用于喷头特征更严格的公差，例如±0.001英寸或±0.005英寸。
尽管与使用平面背面的许多典型喷头相比，使面板的背面为非平面的，导致许多有益效果，包括减少不均匀性，但本发明人进一步发现，在一些实现方案中，当将内部喷头压强增加到更高的压强，例如至少5托以及介于5托和25托之间时，使用具有相对较小深度(例如小于或接近典型的加工公差)的非平面表面并且对其进行调整导致许多优点，包括大量的可调节性和减少不均匀性。
例如，在一个实验中，除了在每个沉积处理中使用的喷头具有与其他面板不同的背面轮廓的面板外，在相同的条件下进行了五次不同的沉积。图6描绘了在第一沉积实验中五个晶片上的沉积材料的厚度。在图6中，x轴是沿衬底的测量点，0是晶片中心，而y轴是沉积层的归一化厚度。该图中有五组数据；第一组用于平面背面，第二组用于具有第一深度的截头圆锥表面的非平面表面，第三组用于具有大于第一深度的第二深度的截头圆锥表面的非平面表面，第四组用于具有比第二深度大的第三深度的截头圆锥表面的非平面表面，而第五组用于具有比第五深度大的第四深度的截头圆锥表面的非平面表面。在该图中，截头圆锥表面的深度在上述范围0.01英寸和0.075英寸内，例如包括0.01英寸、0.011英寸、0.012英寸、0.013英寸、0.015英寸、0.017英寸、0.02英寸、0.025英寸、0.035英寸、0.05英寸、0.055英寸、0.065英寸和0.075英寸。可以看出，在这些处理条件下，使用第一深度的第二组数据比具有平坦背面的第一组数据具有更少的不均匀性。此外，最浅的深度(即第二组数据的第一深度)产生了最好的均匀性，而最大的深度(即第四深度)导致了最不均匀性和最低的边缘厚度。第二大深度(即第三深度)导致第二低的边缘厚度。第三、第四和第五组数据说明了膜轮廓对不同轮廓深度的敏感性以及使用不同非平面背面深度调整和调制膜轮廓的能力。例如，可能需要调整膜轮廓以便在衬底上产生非平面或不均匀区域，例如与晶片中心相比具有更厚或更薄径向边缘的膜。
本发明人发现，减小面板通孔直径可以通过将流动限制到可以将期望的内部喷头压力保持在稳定状态的程度来产生期望的内部喷头压力。改变流速以实现更高的压力可能会对处理产生不利影响，例如更高的流量不均匀性。喷头的典型通孔直径可以大于至少0.04英寸或0.05英寸。当通孔直径减小到小于0.04英寸，例如减小到约0.02英寸和0.015英寸时，发现喷头内部压强增加到更高的压强，例如至少5托并包括高达25托。因此，在一些实施方案中，通孔直径可以在从约0.01英寸到0.03英寸的范围内，包括例如约0.01、0.015、0.018、0.019、0.02、0.025、0.027和0.03英寸。
减小通孔直径导致的压力增加导致了许多有利和意想不到的结果。例如，喷头较高的内部压力导致内部容积空间具有增压效应，从而提高了压力均匀性，进而增加了对由面板非平面区域驱动的面板通孔长度的流动敏感性。这种增加的敏感性使得能通过面板的非平面背面及其相对较小的尺寸和对其进行调整来微调膜轮廓。同样，调节通孔的长度可以调节沿面板的压降并且使得能调整膜轮廓。
这种增加的压力还减少了由挡板引起的不利影响。由于许多原因，使用挡板是有利的，例如减少内部容积空间以使用更少的处理气体和改善整个喷头的流量分布。例如，返回参考图1C，流入喷头100的一些气流由黑色箭头121表示，并且该气流121行进通过导管118，到达气体入口106并通过气体入口106进入充气容积空间116中，到达挡板108上，并且径向向外且在挡板106下方。本发明人发现，挡板可能会导致意想不到的负面影响，包括导致与挡板的外边缘相关的局部不均匀性，并导致产生污染晶片的颗粒。例如，在第二实验中，使用具有平面背面和直径为0.040的通孔的面板的常规喷头将材料沉积在一个晶片上，并使用具有非平面截头圆锥背面的面板和直径为0.020的通孔的喷头将材料沉积在第二晶片上。
图7描绘了在第二个沉积实验中两个晶片上的沉积材料的厚度。在图7中，x轴是沿衬底的测量点，0是晶片中心，而y轴是归一化厚度。从该图中可以看出，与直径为0.040英寸的通孔相比，直径为0.020的通孔导致整个晶片上的不均匀性更小。此外，直径为0.020的通孔减少了由挡板引起的局部不均匀性。在这些实验中，喷头包括外径为约100毫米的挡板，该外径定位于距晶片中心约-50mm和50mm处；图7中-50mm和50mm位置处的材料峰表明与挡板边缘相关的不均匀性。直径为0.020的通孔减少了由挡板引起的这种局部不均匀性，因为此类通孔的横截面积减小会在充气室内产生更高的内部压力，这使得整个面板背面的压力分布更加均匀，因而不易受挡板的影响。
本发明人发现支撑挡板的柱会导致晶片上的颗粒产生和颗粒污染。与上述类似，直径为0.020的通孔减少了这种由挡板柱引起的颗粒的产生和污染。
在一些实施方案中，面板通孔可以布置成也减少不均匀性的图案。该图案包括围绕中心孔以六边形图案排列的六个周边孔，并且所有七个孔都彼此等距间隔开。该图案可以被认为是具有中心孔的六边形图案、六角密排图案、双六角图案或等边三角形图案。图8描绘了面板的第一通孔图案。这里，六个通孔以六边形形状950布置在中心通孔922C周围，并且所有七个通孔与最近的相邻通孔等距间隔，如其中一些孔之间的距离D1所表示的。例如，相邻的周边通孔922A和922B彼此等距隔开间隔距离D1并且与中心通孔922C等距隔开间隔距离D1。在一些情况下，通孔之间的这个间隔距离D1可以在约0.100英寸和0.400英寸之间，包括约0.150、0.162、0.200和0.250英寸。本发明人发现，在面板的中心具有孔(例如，该通孔的中心轴与面板中心轴基本共线)并且对于面板的大部分使用具有中心孔图案的六边形，并且在跨越所有面板的一些实施方案中，与不具有中心孔的传统六边形图案相比，减少了不均匀性。
在第三个实验中，在一个晶片上使用带有面板(该面板具有平坦的背面和在六边形图案中的直径为0.040的通孔)的传统喷头沉积材料，并且在第二个晶片上使用带有面板(该面板具有非平面的截头圆锥背面和在有中心孔的六角形图案中的且直径为0.020的通孔)的喷头沉积材料。图9A描绘了在第三沉积实验中使用常规喷头在第一晶片上测量的沉积材料的不均匀性，而图9B描绘了在第三沉积实验中在第二晶片上测量的沉积材料的不均匀性。在这些图中，x轴和y轴是衬底上的测量位置，所描绘的不均匀性的关键在每个图的右侧。在图9A中，还显示了六边形图案中的六个通孔，并且可以看出，该六边形图案的中心存在不均匀性，如浅色阴影所表示的，而该图案周边的材料厚度不同，如深色阴影所代表的那样。在图9B中，显示了具有中心孔图案的六边形，并且不均匀性降低，表现为在该图案周围和内部没有较浅的阴影和更一致的较暗阴影，从而表明该图案的沉积材料更均匀。应理解，在这两个实验中，也包括了额外的六边形孔图案，尽管在每幅图中只显示了一个这样的图案。
在一些实施方案中，在面板的正面处的每个通孔的边缘可以以提供有利结果的半径倒圆。每个通孔延伸穿过面板并在其与面板的正面相交处形成边缘。边缘可以指尖锐或圆形边缘。在锋利边缘的情况下，边缘是指两个表面(例如圆筒形通孔表面和面板的正面)相交处的区域。在圆形边缘的情况下，相交的表面实际上可能并不真正相交，因为圆形的作用是在表面相互接触之前终止这些表面。然而，尽管缺乏实际的表面相交，但这种圆形几何形状在本文中仍被称为“边缘”。如本文所使用的，锋利边缘是指不具有任何有意的倒圆或圆角的边缘，并且锋利边缘可以由相交并具有小于180度(例如90度)的内角的两个表面产生。然而，应该理解的是，可能会引入一些不意图出现的锐利边缘的倒圆，例如，随着时间的推移，锋利边缘可能会因重复加工和清洁操作的磨损而倒圆化。
使用传统的机加工处理，面板中的通孔通常具有锋利或非圆角边缘，此类处理可能会导致毛刺或其他尖锐的、不均匀的点。本发明人已经发现，具有锋利边缘的通孔可能对半导体加工操作产生不利影响。例如，空心阴极放电(HCD)是在带有锋利边缘或毛刺的通孔周围和内部产生等离子火花；HCD也可能是由于等离子体鞘在直径过大的通孔内合并而引起的。HCD可能会导致在通孔内部和周围形成局部高密度等离子体，这会在晶片上的该位置引起更多局部沉积，从而会导致局部不均匀性和晶片缺陷。本发明人已经发现，可以通过使每个通孔边缘以足够尺寸的半径倒圆和/或通过使通孔直径小于特定量(例如上述的0.02英寸)来减小这种HCD效应，该特定尺寸足够小以防止一些等离子体鞘在通孔内合并。
图10描绘了面板的两个示例性通孔的放大局部剖视图。这里，左通孔1022A与面板的正面1020形成锐边1052，而右通孔1022B与面板的正面1020形成具有半径R的圆形边缘1054。本发明人进一步发现，在一些实施方案中，使该半径等于或基本等于孔直径(例如，与孔直径相差在±10％、25％和50％内)能防止HCD的发生。例如，发现使用0.02英寸的通孔直径和半径为0.02英寸的圆角边缘可以防止HCD的发生，而使用0.02英寸的通孔直径和半径为0.005英寸的圆角边缘没有减少HCD的发生。在图10中，通孔1022B的边缘1054的半径R可以被认为与通孔1022B的直径D基本相等，例如相差在10％以内。
在一些实施方案中，每个通孔上的圆角可以通过电抛光面板来形成。这种电化学处理包括将金属面板浸入溶液中并施加电压，该电压优先从高点和尖锐的高点减少材料，从而使通孔的尖锐边缘平滑。这种圆化(包括将0.02英寸通孔的圆周边缘圆化到0.02英寸的半径)很难用机械抛光来完成，因为这种处理实际上可能会产生更多的毛刺。
本文所述的喷头可用于各种半导体处理室和衬底处理装置中。图11描绘了用于使用任意数量的处理在半导体衬底上沉积膜的衬底处理装置的示意图。图11的装置1160具有单个处理室1162，其内部容积空间中具有单个衬底支撑件1164(例如，基座或静电卡盘)，其可以通过真空泵1166保持在真空下。气体输送系统1168和喷头1104也流体耦合至室以输送(例如)膜前体、载体和/或清扫和/或处理气体、二次反应物等。喷头1104可以是本文所述的任何喷头。图11还显示了用于在处理室中产生等离子体的设备。图11中所示意性描绘出的装置常用于执行原子层沉积(ALD)，但其可适用于执行其他膜沉积操作，例如常规化学气相沉积(CVD)，特别是等离子体增强CVD(PECVD)。
为了简单起见，将处理装置1160描绘成独立的处理站，其具有用于维持低压环境的处理室主体1162。然而，应理解，可将多个处理站包括于如本文所述的公共处理工具环境中(例如，在公共反应室内)。举例而言，图12描绘了多站处理工具的实现方案，其将在下文进一步详细讨论。此外，应理解，在一些实现方案中，处理装置1160的一或更多硬件参数(包括本文详细讨论的那些)可通过一或更多个系统控制器而以编程方式进行调整。
处理站1162与气体输送系统1168流体连通，该气体输送系统1168用于将处理气体(其可包括液体和/或气体)输送至喷头1104。气体输送系统1168包括混合容器1170，其用于将输送至喷头1104的处理气体进行共混和/或调节。一或更多个混合容器入口阀1172和1174可控制处理气体向混合容器1170的导入。
一些反应物可以液体形式储存，后续在汽化之后，输送至处理室1162。图11中的实现方案包括汽化点1176，其用于将待供应至混合容器1170的液体反应物进行汽化。在一些实现方案中，汽化点1176可以是加热液体注入模块。在一些其他实现方案中，汽化点1176可以是加热汽化器。在又一些其他实现方案中，可将汽化点1176从处理站去除。在一些实现方案中，可提供位于汽化点1176上游的液体流量控制器(LFC)，以控制用于汽化且输送至处理室1162的液体的质量流量。
喷头1104在处理站处将处理气体和/或反应物(例如，膜前体)朝向衬底1178进行分配，其流量由喷头上游的一或更多阀(例如，阀1180、1172和1174)所控制。在图11所示的实现方案中，衬底1178位于喷头1104下方，并显示为放置在基座1164上。在一些具有两个或更多个站的实现方案中，气体输送系统1168在喷头的上游包括阀或其他流量控制结构，其可独立控制到各站的处理气体和/或反应物的流量，使得气体可流向一站但不流向另一站。此外，气体输送系统1168可被配置成独立控制输送至多站装置中各站的处理气体和/或反应物，使得提供至不同站的气体组成是不同的；例如，在同一时间在这些站之间的气体组分的分压可以是不同的。
容积空间1180位于喷头1104下方。在一些实现方案中，基座1164可升高或降低以将衬底1178暴露于容积空间1180和/或改变容积空间1180的容积。任选地，可在沉积处理的部分期间降低和/或升高基座1164以调节容积空间1180内的处理压力、反应物浓度等。
在图11中，喷头1104和基座1164被电气连接至用于为等离子体供电的RF电源1182和匹配网络1184。在一些实现方案中，可通过对处理站压力、气体浓度、RF源功率、RF源频率、以及等离子体功率脉冲时间中的一或更多者进行控制，以控制等离子体能量(例如，通过具有适当机器可读指令和/或控制逻辑的系统控制器)。举例而言，RF电源1182和匹配网络1184可以在任何合适功率下进行操作以形成具有期望的自由基物质组成的等离子体。同样，RF电源1182可提供任何合适频率及功率的RF功率。装置1160还可以包括DC电源1186，其被配置成对基座1164(其可以是ESC)提供直流电流，以便产生静电夹持力并将其提供至ESC1164和衬底1178。基座1164还可以具有一或更多个温度控制元件1188，其被配置成将衬底1164加热和/或冷却。
在一些实现方案中，该装置是以系统控制器中的适当硬件和/或适当机器可读指令进行控制，该系统控制器可经由输入/输出控制(IOC)指令的序列来提供控制指令。在一示例中，用于为等离子体点燃或维护设定等离子体条件的指令是以处理配方的等离子体启动配方形式所提供。在一些情况下，处理配方可按顺序布置，使得用于处理的所有指令是与该处理同时执行的。在一些实现方案中，用于设定一或更多等离子体参数的指令可被包括在等离子体处理前的配方中。举例而言，第一配方可包括用于设定惰性气体(例如，氦)和/或反应物气体流速的指令、用于将等离子体产生器设定至功率设定点的指令、以及用于该第一配方的时间延迟指令。后续的第二配方可包括用于启动等离子体产生器的指令、以及用于该第二配方的时间延迟指令。第三配方可包括用于关闭等离子体产生器的指令、以及用于该第三配方的时间延迟指令。应理解的是，这些配方可以在本公开的范围内以任何合适的方式进一步细分和/或重复。
如上所述，多站衬底处理工具中可包括一个或更多个处理站。图12显示了示例性的多站衬底处理装置。关于设备成本、操作费用、以及增加生产量的各种效率可通过使用如图12所显示的多站处理装置来实现。举例而言，通过为所有四个处理站抽空废弃处理气体等方式，可使用单一真空泵为所有四个处理站创造单个高真空的环境。取决于实现方案，各处理站可具有气体输送用的专用喷头，但可共享同一气体输送系统。同样，等离子体产生器设备的某些元件(例如，电源)可以在处理站之间共享，然而取决于实现方案，某些方面可能是处理站特异性的(例如，如果喷头用于施加等离子体产生电位)。再次，应当理解的是，还可通过在每一处理室使用更多或更少数量的处理站(例如，每一反应室使用2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、或16、或更多处理站)而更大或更少程度地实现这样的效率。
图12的衬底处理装置1260采用包含多个衬底处理站的单一衬底处理室1262，其中该多个衬底处理站中的每一个可用于对被保持于该处理站处的晶片座(例如，基座或ESC)中的衬底上执行处理操作。在该特定实现方案中，多站衬底处理装置1260被显示为具有四个处理站1291、1292、1293和1294。取决于实现方案、以及例如并行晶片处理的所需程度、尺寸/空间限制、成本限制等等，其他类似的多站处理装置可具有更多或更少的处理站。在图12中还显示了衬底搬运机械手1296和控制器1298。
如图12所显示的，多站处理工具1260具有衬底装载端口12100和机械手1296，该机械手1296被配置成将衬底从通过晶舟12102所装载的卡匣移动通过大气端口12100进入处理室1262内，并位于四个站1291、1292、1293和1294中的一者上。工具1260还具有用于在处理室1262内传送晶片的晶片搬运系统1295。在一些实施方案中，晶片搬运系统1295可以在各个处理站和处理站之间和/或在处理站和装载锁之间传送晶片。应当理解，可以采用任何合适的晶片搬运系统。非限制性示例包括晶片转盘(如图12所示)和晶片搬运机械手。
图12所示的所描绘的处理室1262提供四个处理站1291、1292、1293和1294。RF功率在RF功率系统1282处产生并分配至站1291、1292、1293、或1294中的每一者；类似地，DC功率源1286被分配至各站。RF功率系统1282可包括一或更多个RF功率源(例如，高频(HFRF)和低频(LFRF)源)、阻抗匹配模块、以及滤波器。在某些实现方案中，功率源可仅限于高频或低频源。RF功率系统的分配系统可关于反应器对称并且可以具有高阻抗。该对称性和阻抗使得将大约相等量的功率输送至各站。
图12还描绘了系统控制器1298的实现方案，其用于控制处理工具1260及其处理站的处理条件与硬件状态。系统控制器1298可包括一或更多个存储器设备12104、一或更多个海量储存设备12106、以及一或更多个处理器12108。处理器12108可以包括一或更多个CPU、ASIC、通用计算机和/或专用计算机、一或更多个模拟和/或数字输入/输出连接、一或更多个步进马达控制板等。
系统控制器1298可执行在处理器12108上的机器可读的系统控制指令12110，在一些实现方案中，系统控制指令12110从海量储存设备12106载入至存储器设备12104中。系统控制指令12110可包括多个指令，其用于控制：时间、气态与液态反应物的混合物、室和/或站的压力、室和/或站的温度、晶片温度、目标功率等级、RF功率等级、RF暴露时间、DC功率以及夹持衬底的持续时间、衬底基座、卡盘、和/或基座位置、各站中的等离子体形成(如上所述，其可包括一个或多个站中的独立等离子体形成)、气态与液态反应物的流动(如上所述，其可包括到一个或多个站的独立流量)和由处理工具1260所执行的特定处理的其他参数。这些处理可包括各种类型的处理，包括但不限于与将膜沉积在衬底上有关的处理。系统控制指令1298可以任何合适的方式进行配置。
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、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的工具和其他转移工具和/或装载锁。
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。
在一些实现方案中，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，以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”可以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可以在各种晶片加工操作或晶片转移操作中的任何一个期间放置晶片的任何位置。晶片支撑件在本文中用于指代被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。
应理解的是，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)可能需在(b)之前被执行，因为(b)依赖于(a)中所获取的信息，然而(c)可在(a)和/或(b)中任一者之前或之后执行。
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及多个项目组两者，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该等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。
还应理解的是，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被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的，且本文中所定义的一般原理在不背离本公开的精神或范围下可应用于其他实施方案。因此，权利要求不旨在限于本文所示出的实施方案，而是应被赋予符合本文所公开的本公开内容、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涉及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性处理中。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。
除非本公开内容的上下文清楚地要求，否则，使用单数或复数的词通常也分别包含多个或单数。当在两个或更多项目的列表中使用“或”这个字时，此字涵盖该字的所有下列的解释：在列表中的项目中的任一者、在列表中的项目的全部和在列表中的项目的任何组合。术语“实现方案”是指本文中所述的技术及方法的实现方案，以及体现本文中所述的结构和/或并入本文中所述的技术和/或方法的物理对象。
除非另外指明，否则本文中的术语“基本上”是指与参考值相差在5％以内。例如，基本上垂直是指与平行相差在+/-5％以内。术语“基本上”在本文中可用于表示虽然可能预期测量和关系的精确性，但由于制造缺陷和公差，并不总是实现或能够实现精确性。例如，可能旨在制造两个单独的特征以具有相同的尺寸(例如，两个孔)，但由于各种制造缺陷，这些特征可具有接近但不完全相同的尺寸。

Claims (26)

1.一种喷头，其包括：
面板，其具有正面、背面和从所述正面延伸穿过所述面板到达所述背面的多个通孔，
气体入口，
充气容积空间，其与所述喷头内的所述气体入口流体连接并且至少部分地由所述背面限定，其中所述背面包括非平面区域，所述非平面区域：
围绕所述面板的中心轴延伸，
具有沿所述中心轴相互偏移第一距离的外边界和内边界，所述外边界在平行于所述中心轴的方向上比所述内边界更靠近所述气体入口，所述外边界从所述内边界径向向外偏移，并且
具有跨越所述内边界和所述外边界之间的非平面表面。
2.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述背面还包括圆形平面区域，所述圆形平面区域垂直于所述中心轴并且具有由所述非平面区域的内边界限定的外圆周边缘。
3.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述非平面表面是旋转表面，所述旋转表面：
由围绕所述中心轴旋转的线性轮廓定义，
在所述内边界和所述外边界之间延伸，并且
与所述中心轴成斜角取向。
4.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述非平面表面是截头圆锥表面。
5.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述非平面表面是锥形表面。
6.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述非平面表面是由非线性轮廓限定的旋转表面，所述非线性轮廓围绕所述中心轴旋转并且在所述内边界和所述外边界之间延伸。
7.根据权利要求1所述的喷头，其中：
所述多个通孔中的一个或多个第一通孔从所述非平面区域延伸至所述正面，并且一个或多个通孔各自具有第一长度，
所述多个通孔中的一个或多个第二通孔从所述非平面区域延伸至所述正面，并且被布置成在与所述中心轴平行的方向上比所述一个或多个第一通孔更远离所述中心轴，并且
所述一个或多个第二通孔各自具有比所述一个或多个第一通孔的所述第一长度更长的第二长度。
8.根据权利要求1所述的喷头，其中：
每个通孔与所述正面形成边缘，并且
每个边缘都有半径。
9.根据权利要求8所述的喷头，其中，每个边缘的半径和每个通孔的直径基本相同。
10.根据权利要求8所述的喷头，其中每个通孔的直径介于约0.01英寸和0.03英寸之间。
11.根据权利要求8所述的喷头，其中，所述半径通过电抛光形成。
12.根据权利要求8所述的喷头，其中，所述半径通过机械加工和电解抛光形成。
13.根据权利要求1所述的喷头，其中：
所述通孔排列成多个六边形图案，
每个六边形图案具有围绕中心孔布置的六个外孔，并且
所述六个外孔彼此等距间隔开且与所述中心孔等距间隔开。
14.根据权利要求13所述的喷头，其中，每个六边形图案的所述六个外孔与所述中心孔之间的距离介于约0.1英寸和0.4英寸之间。
15.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述外边界的直径大于半导体衬底的直径。
16.根据权利要求15所述的喷头，其中，所述外边界的直径介于7.5英寸和13英寸之间。
17.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述第一距离介于0.01英寸和0.075英寸之间。
18.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述内边界的直径介于约0英寸和8.5英寸之间。
19.根据权利要求1所述的喷头，其还包括具有所述气体入口和第一表面的背板，其中所述充气容积空间还由所述第一表面限定。
20.根据权利要求1所述的喷头，其还包括具有挡板外径并且定位在所述充气容积空间内的挡板。
21.根据权利要求20所述的喷头，其中，所述挡板外径和所述内边界的直径基本相同。
22.一种用于半导体处理装置的处理室中的面板，该面板包括：
正面；
包括中心点和非平面区域的背面，其中所述非平面区域：
围绕所述面板的中心轴延伸，
具有沿所述中心轴相互偏移第一距离的外边界和内边界，所述内边界在平行于所述中心轴的方向上比所述外边界更靠近所述中心点，所述外边界是从所述内边界径向向外偏移，并且
具有跨越所述内边界和所述外边界之间的非平面表面；以及
从所述正面延伸穿过所述面板到达所述背面的多个通孔，其中每个通孔与所述正面形成边缘并且所述边缘具有半径。
23.根据权利要求22所述的面板，其中，所述非平面表面是旋转表面，所述旋转表面：
由围绕所述中心轴旋转的线性轮廓定义，
在所述内边界和所述外边界之间延伸，并且
与所述中心轴成斜角取向。
24.根据权利要求22所述的面板，其中：
所述非平面区域是截头圆锥表面，并且
所述背面还包括圆形平面区域，所述圆形平面区域垂直于所述中心轴并且具有由所述非平面区域的内边界限定的外圆周边缘。
25.根据权利要求22所述的面板，其中，所述非平面区域是锥形表面。
26.根据权利要求22所述的面板，其中，所述非平面表面是由非线性轮廓限定的旋转表面，所述非线性轮廓围绕所述中心轴旋转并且在所述内边界和所述外边界之间延伸。
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