CN115427607A - 使用气体冷却的喷头热管理 - Google Patents

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Abstract

温控喷头组件包括带有冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道的杆部，以及热耦合到所述杆部的背板。喷头还包括连接到背板的面板和热耦合到背板的对流传热元件(CHTE)。CHTE包括密封杯件，其用于将CHTE传热结构与工艺环境隔离开来。CHTE包括内充气部，其包括输入路径和输出路径，输入路径用于经由多个冷却气体通道中的至少一个第一通道接收冷却气体流，输出路径用于通过多个冷却气体通道中的至少第二个从CHTE中除去冷却气体流。接收的冷却气体流与背板的表面进行热耦合。

Description

使用气体冷却的喷头热管理
优先权主张
本申请要求于2020年4月16日提交的美国临时专利申请No.63/010,976的优先权利益，其通过引用全部并入本文。
技术领域
本文公开的主题总体上涉及系统、方法、装置以及储存计算机程序的机器可读介质，其用于在半导体设备制造期间的热管理，包含关联于热交换器使用洁净干燥空气(CDA)(或其他冷却气体)的喷头(或其他部分，如基座)的热管理。
背景技术
半导体设备处理装置系用于通过以下技术处理半导体衬底，包含：蚀刻、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、有机金属化学气相沉积(MOCVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、脉冲沉增材(PDL)、等离子体增强脉冲沉增材(PEPDL)以及光致抗蚀剂移除。半导体设备(例如，衬底)可以在该半导体设备处理装置的处理室中布置于衬底支撑件上，如基座、静电卡盘(ESC)、及类似者上。在处理期间，气体混合物通过喷头导入该处理室中，并且等离子体可用于辅助在该处理室内的化学反应。
在半导体设备处理装置(如基于CVD的沉积室)中，可加热该基座，且该喷头可被加热以及冷却。然而，在基于CVD的工艺的若干阶段期间，可能需要从该喷头移除热(例如，在沉积期间)，而在该基于CVD的工艺的其他阶段期间不需要热移除(例如，在调整阶段)。常规的喷头冷却技术包含液体冷却，这关联于多个缺点。例如，液体冷却允许热移除的若干调制，但调制的可得深度由可允许的冷却剂温度范围强烈地限制。该限制的特性在冷却剂之间不同。对水性冷却剂而言，该限制主要缘于水的低沸点，而次要缘于水的腐蚀性。对氟碳、硅氧烷以及硅酸脂冷却剂而言，该限制是沸点或分解温度。一些烃以及液体金属冷却剂允许深度调制，但因为其他理由(可燃性、毒性、活性、腐蚀性)而不切实际。此外，氟碳冷却剂(例如Galden)在热分解期间产生剧毒产物(例如氟化氢)，进而产生安全考虑。有鉴于此，可灰化硬掩模(AHM)喷头的不合适的温度控制将在等离子体沉积步骤期间导致温度尖峰，以及在调整期间导致过度冷却，其导致产量损失、衬底缺陷以及喷头劣化。
本文提供的背景描述用于整体上呈现本公开的背景为目的。应注意到，在此章节描述的信息是为了对本领域技术人员提供下文公开主题的若干背景而呈现，并且不应理解为是被承认的现有技术。更具体而言，当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
发明内容
方法、系统、及计算机程序是为了在半导体设备制造期间的热管理而呈现，包含与热交换器连接的使用洁净干燥空气(CDA)(或其他冷却气体)的喷头(或其他部分，如基座)的热管理。
一种温度控制喷头组件包含：杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部。所述温度控制喷头组件还包含：背板，在所述第二端在结构上耦合至所述杆部，以及面板，其热耦合至所述杆部且附接于所述背板，所述面板和所述背板包围充气部以用于工艺气体的分布。所述温度控制喷头组件还包含对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述背板。所述CHTE具有内充气部，所述内充气部包含输入路径以及输出路径，所述输入路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第一者而接收冷却气体流，所述输出路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第二者而从所述CHTE移除所述冷却气体流。所接收的所述冷却气体流可与所述背板的表面热耦合。
另一通用方面包含一种温度控制系统，其用于控制在半导体设备处理室中的喷头温度。所述温度控制系统包含半导体设备处理室，其包含温度控制喷头。所述喷头包含：杆部，其包含多个冷却气体通道及至少一个工艺气体输送通道。所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部。所述喷头包含：背板，其在所述第二端在结构上耦合于所述杆部，以及面板，其热耦合于所述杆部且附接于所述背板。所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间。所述喷头还包含至少一个温度传感器，其热耦合至所述背板且被配置成测量所述背板的至少一个表面区域的温度。所述喷头还包含对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述杆部和所述背板。所述CHTE包含内充气部，所述内充气部包含输入路径和输出路径，所述输入路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第一者而接收冷却气体流，所述输出路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第二者而从所述CHTE移除所述冷却气体流。所接收的所述冷却气体流可以与所述背板的表面热耦合。所述温度控制系统还包含控制器，其耦合至所述多个冷却气体通道和所述喷头的所述至少一个温度传感器。所述控制器被配置成基于测量的所述温度而对经过所述CHTE的所述输入路径的所述冷却气体流的流率进行设定。
另一通用方面包含一种温度控制系统，其用于控制在半导体设备处理室中的喷头温度。所述系统包含半导体设备处理室，其包含温度控制喷头。所述喷头包含：杆部，其包含多个冷却气体通道以及至少一个工艺气体输送通道。所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部。所述喷头还包含：背板，其在所述第二端在结构上耦合于所述杆部；以及面板，热耦合至所述杆部且附接于所述背板。所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间，所述充气部经由所述工艺气体通道接收所述工艺气体。所述喷头还包含：多个温度传感器，其热耦合至所述背板，且被配置成测量所述背板的对应多个加热区域的多个温度。所述喷头还包含：对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述杆部和所述背板。所述CHTE包含多个输入路径以及多个输出路径，所述多个输入路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第一子组接收冷却气体流，所述多个输出路径用于经由所述多个冷却气体通道的第二子组而从所述CHTE移除所述冷却气体流。所述多个输入路径中的每一者的所述接收冷却气体流可以与所述背板的所述多个加热区域的相对应加热区域热耦合。所述温度控制系统还包含控制器，其耦合至所述多个冷却气体通道和所述多个温度传感器。所述控制器被配置成基于所述测量多个温度对经过所述CHTE的所述多个输入路径的所述冷却气体流中的每一者的流率进行设定。所述温度控制系统还包含：冷却系统，其至少耦合至所述多个冷却气体通道的所述第二子组，以及被配置成冷却从所述CHTE移除的所述冷却气体流。
额外的通用方面包含一种方法，其用于使用气体冷却而调节喷头温度。所述方法包含：提供喷头，其包含耦合至背板的杆部，所述杆部包含多个冷却气体通道及与所述背板热耦合的对流传热元件(CHTE)。所述CHTE包含输入路径以及输出路径，所述输入路径耦合至所述多个冷却气体通道中的至少第一者，所述输出路径耦合至所述多个冷却气体通道中的至少第二者。所述方法还包含使用与所述背板热耦合的至少一个温度传感器测量所述背板的至少一个表面区域的温度。所述方法还包含使所述输入路径至少通过所述多个冷却气体通道的所述第一者接收冷却气体流。所述方法进一步包含基于所述测量温度而对经过所述CHTE的所述输入路径的所述冷却气体流的流率进行设定。
附图说明
附图中的各种图仅示出了本公开的示例性实施方案，且不能被认为对其范围的限制。
图1示出了根据一些示例性实施方案的用于使用沉积技术制造半导体设备的真空室(如沉积室)，以及具有CHTE的喷头。
图2示出了根据一些实施方案的使用实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的温度控制喷头。
图3示出了根据一些实施方案的实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的示图。
图4根据一些实施方案的使用实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的温度控制喷头的横截面图。
图5是根据一些实施方案的使用实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的温度控制喷头的另一示图。
图6示出了根据一些实施方案的实现本文讨论的基于气体的冷却技术的CHTE的输入和输出路径的横截面图的示图。
图7示出了根据一些实施方案的实现本文讨论的基于气体的冷却技术的CHTE的输入路径及输出路径的横截面图的示图。
图8示出了根据一些实施方案的以包含冲击流设备的输入路径实现本文讨论的基于气体的冷却技术的CHTE的输入路径和输出路径的横截面图的另一示图。
图9A根据一些实施方案的使用实现与多个输入和输出冷却气体通道相关联的基于气体的冷却技术的CHTE的温度控制喷头的顶视图的示图。
图9B和图9C示出了根据一些实施方案的可通过图9A的温度控制喷头来使用的加热区域的不同配置。
图10A和10B示出了根据一些实施方案的在温度控制喷头的杆部内的输入及输出冷却气体通道的不同配置。
图11示出了根据一些实施方案的在半导体设备制造期间用于喷头的温度控制的系统。
图12是根据一些实施方案的控制器的框图，其可用于控制在图11的系统中的冷却气体流率。
图13示出了根据一些实施方案的当冲击流设备形成不同加热区域时以包含多个喷嘴的输入路径实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的输入路径和输出路径的横截面图的示图。
图14A是根据一些实施方案的显示在喷头的面上的热通量入射的图表。
图14B示出了根据一些实施方案的为了增加在图14A中示出的上升热通量的区域中的冷却效果而在中间半径周围的环形区域中具有喷嘴的增加间隔频率的喷射喷嘴阵列。
图15根据一些示例性实施方案的在半导体制造装备中的用于使用磁场以控制蚀刻率和等离子体均匀性的方法的流程图。
图16是示出机器的示例的框图，一个或多个示例性方法实施方案可以在其上实现，或者一个或多个示例性实施方案可以由其控制。
具体实施方式
以下的描述包含系统、方法、技术、指令序列、及计算机程序产品(例如，储存在机器可读介质上)，其具体化本公开的示意性实施方案。在以下叙述中，为了解释的目的，许多特定细节是为了提供在半导体设备制造期间用于热管理的示例性实施方案的完整理解进行阐明，包含关联于热交换器的使用洁净干燥气体(CDA)(或其他冷却气体)的喷头(或其他部件，如基座)的热管理。然而，对本领域技术人员而言将显而易见的是，本实施方案可在不具有这些特定细节的情况下实施。
本专利文件的公开内容的部分会含有受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为其出现于专利和商标局的专利档案或纪录中，但除此之外保留所有的版权。以下声明适用于下文所描述和构成本文件的一部分的附图中的任何数据：Copyright Lam Research Corporation,2020,All RightsReserved。
为了通过冷却气体(例如，如CDA之类的气体)从用于半导体设备制造的热部件(例如喷头)的热移除最大化，可使用对流传热元件(CHTE)，其中该CHTE的几何形状可最优化以提供用于热传导的接触表面(例如，从该热部件至该CHTE的一个或多个元件的热流)，以及用于通过气体而提供热对流的表面区域(例如，从CHTE元件至气体的热流)。使用CDA的CHTE可提供额外冷却能力以及快速响应。在一些方面，增材制造(AM)可用于产生成本效益最优化CHTE。有鉴于此，CHTE将通过加工密封杯件而与工艺气体进行物理隔离。该隔离将涉及该半导体产业需求的目前AM技术限制消除，例如，与产业化学品的AM粉末兼容性；以及对极高真空(UHV)密封及污染防治的不充分表面质量。使用AM以制造CHTE(而非密封杯件)将允许性能和成本的先进调适以及最优化。新一代的设计工具将该最优化更进一步向前推进。
在一些方面，温度控制喷头的CHTE可包含一个或更多个输入路径以及输出路径，其经由喷头杆部附接于多个冷却气体通道。该温度控制喷头可进一步包含一个或更多个温度传感器(例如，在喷头的背板或面板之中)，其被配置以测量(例如周期性地)与喷头的一个或更多个加热区域相关联的表面温度。质量流控制器(MFC)被设置以基于测量表面温度而控制在CHTE中的各个输入和输出路径中的流率，以单独地控制一个或更多个加热区域中的每一者的冷却。有鉴于此，可使用本文公开的技术以通过用于在半导体设备制造环境中的部件的气体冷却的CHTE的最优化设计传热结构而通过冷却气体(例如，如CDA之类的气体)的流动和节流来实现热调制，进而消除与使用如基于水和氟碳的冷却剂之类的液体冷却剂相关的风险和缺点。
本文公开的CHTE包含密封杯，其将CHTE传热结构与工艺环境(例如从使用于沉积室中的工艺气体)隔离，导致在冷却气体(例如CDA)和工艺环境之间的完全和紧密分离，以及保护CHTE传热结构免受沉积和工艺气体的影响。在一些方面，本文公开的温度控制喷头可以是3D打印的(AM)，其中内置有CHTE的传热结构。
用于配置使用冷却气体(如CDA)的喷头(或使用于半导体设备制造中的其他部件)的热管理的各种不同技术和选项结合图1-16进行说明。
图1示出了根据一些示例性实施方案的真空室100(如沉积室)，用于使用沉积技术以及具有CHTE的喷头而制造半导体设备(例如衬底)。在两个电极间激发电场被用于在真空之中获得射频(RF)气体放电的方法中的一者。当振荡电压施加于这些电极之间时，获得的放电被称为CCP放电。
等离子体102可利用稳定的原料气体产生，以获得由电子-中子对撞造成的各种不同分子的解离而产生的化学反应副产品的广泛多样性。沉积的化学方面基于导入于来自工艺气体源122的工艺气体中的电容放电，导致等离子体102的产生，改变气体分子且产生沉积于衬底上的新化合物的活性物质。蚀刻的化学方面涉及中性气体分子及其解离副产品与待蚀刻表面的分子的反应且产生挥发性分子，该挥发性分子可被泵送离开。当等离子体产生时，正离子从等离子体被加速而横跨将等离子体与室壁分离的空间电荷鞘，从而以足够将材料从晶片表面移除的能量撞击该晶片表面，或用于沉积膜的致密化。这已知为离子轰击或离子溅镀。然而，一些工业等离子体无法以足够能量产生离子而仅通过纯粹物理手段有效率地蚀刻或致密化表面。
控制器116通过控制在室中的不同元件(例如RF产生器118、气体源122以及气体泵120)而管理真空室100的作业。在一实施方案中，氟碳气体(如CF4及C4F8)针对其各向异性及选择性蚀刻能力被使用于介电蚀刻工艺中，但本文所描述的原理可适用于其他等离子体产生气体。氟碳气体容易解离为包含较小分子和原子自由基的化学活性副产品。这些化学反应副产品将介电材料蚀刻。
真空室100示出了有着顶电极104和作为基座132的部分的底电极108的处理室。顶电极104可接地或耦合至RF产生器(未显示)，并且底电极108通过耦合至基座132的匹配网络114而耦合至RF产生器118。RF产生器118以一或多(例如二或三)种不同的RF频率提供RF功率。根据用于特定作业的真空室100的理想配置，三种RF频率中的至少一者可被启动或关闭。在图1显示的实施方案中，RF产生器118被配置以提供例如2MHz、27MHz、及60MHz的频率，但其他频率也是可能的。
真空室100包含作为顶电极104的部分的气体喷头105以及多孔限制环112，该气体喷头105用于将工艺气体输入至由气体源122供给的真空室100中，该多孔限制环112允许气体被气体泵120泵送离开真空室100。在一些示例性实施方案中，气体泵120是涡轮分子泵，但也可以使用其他类型的气体泵。
当衬底106存在于真空室100中且由基座132予以支撑时，硅聚焦环110位于衬底106旁，使得在等离子体102的底表面处具有均匀RF场，其用于在衬底106的表面上的均匀蚀刻。基座132通常包含卡盘与升降销(未显示于图1中)以在沉积和/或等离子体处理反应期间及之间升降衬底106。该卡盘可以是静电卡盘、机械卡盘、真空卡盘或工业用途可得的各种不同其他类型的卡盘。图1的实施方案显示了一种三极体反应器配置，其中顶电极104由对称RF接地电极124所环绕。绝缘件126是电介质，其将接地电极124从顶电极104隔离。在不改变公开的实施方案的范围的情况下，真空室100的其他实现方案也是可能的。
例如，衬底106可以包含晶片(例如，具有100mm、150mm、200mm、300mm、450mm或更大的直径)且包含元素-半导体材料(例如，硅(Si)或锗(Ge))或化合物-半导体材料(例如，锗化硅(SiGe)或砷化镓(GaAs))。另外，例如，其他衬底包含例如石英或蓝宝石之类的介电材料(其上可涂布半导体材料)。
由RF产生器118所产生的每一频率可以是为了半导体设备制造工艺中的特定目的而选择。在图1的示例中，在以2MHz、27MHz和60MHz提供的RF功率的情况下，2MHz的RF功率提供对离子能量的控制，而27MHz和60MHz的功率提供对等离子体密度和化学物质的解离方式的控制。该配置(其中各RF功率可被开启或关闭)使得能在衬底或晶片上使用极低离子能的某些工艺，以及其中离子能必须是低(例如在700或200eV以下)的某些工艺(例如，用于低k材料的软蚀刻)。
在另一实施方案中，60MHz的RF功率被用于顶电极104上以获得极低能量以及非常高的密度。该配置允许了当衬底106不在真空室100中时使用高密度等离子体的室清洁，同时使静电卡盘(ESC)表面上的溅镀最小化。当不存在衬底106时，ESC表面是暴露的，且应避免在该表面上的任何离子能，这就是底部的2MHz及27MHz功率源在清洁期间可关闭的原因。
在一些方面，真空室100包含至少一个工艺气体输送通道134(经由杆部107)，以通过喷头105输送在CVD或蚀刻中使用的工艺气体。喷头105可以包含CHTE 130，其被配置为包含传热结构并且实施本文讨论的功能。在一些方面，控制器(例如，质量流控制器或另一控制器电路)136可耦合至在喷头105内的一个或更多个温度传感器，并且可通过阀138以及通过喷头杆部107(例如，输入通道142和输出通道144，其用于允许CHTE 130内的冷却气体的循环)的多个冷却气体通道而控制冷却气体(例如，如来自冷却气体源140的例如CDA之类的冷却气体)的流率。CHTE 130以及冷却气体通道142和144的各种不同配置在此结合图2-图13进行讨论。
图2示出了根据一些实施方案的使用实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的温度控制喷头200。参考图2，喷头200可包含杆部202、面板206和背板204。杆部202可包含至少一个工艺气体输送通道210，以在位于基座上表面208上方的工艺气体充气部227内输送工艺气体223。
在一些方面，喷头200包含CHTE 220，其被配置成实施本文讨论的喷头冷却功能中的一者或更多者。喷头200还包含多个输入冷却气体通道212和多个输出冷却气体通道214，其分别被配置成使用在CHTE 220内的输入/输出路径而输送和移除冷却气体，以用于喷头200的热控制。
在示例性实施方案中，冷却气体(例如CDA)通过多个输入冷却气体通道212中的输入冷却气体216而输送至CHTE 220。冷却气体224可通过与输入路径相关联的第一开口217(在杆部202中)进入CHTE 220，并且通过与输出路径相关联的第二开口218(在杆部202中)离开CHTE 220。CHTE 220的输入和输出路径的各种不同配置更详细示出在图3、图4、图6、图7、图8和图13中。
尽管图2仅在杆部202中示出了两个开口，以适合于CHTE 220内的冷却气体的输送和移除，但本公开不限于此，且杆部202内的多个输入冷却气体通道212和多个输出冷却气体通道214可以具有在位于杆部202上的对应开口(并且耦合至CHTE 220内的对应输入和输出路径)。在一些方面，耦合至输入冷却气体通道212的多个输入路径中的一者或更多者可接近于(即，如CDA之类的冷却气体可经过)背板204的表面区域226。有鉴于此，通过对通过CHTE 220内的输入路径的冷却气体流率进行调节，背板204的表面区域226(其可以是喷头200的主传热区域)的冷却可被调节和控制(例如，如在图11中更详细示出的)，其可导致来自面板206的2kW或更多的喷头散热QSH。
在一些方面，CHTE 220可以包含密封杯件222，其可覆盖通过CHTE 220内的各种不同传热元件所形成的输入和输出路径，将CHTE 220与室中的工艺气体隔离。为了改善与室内的工艺气体及反应环境的隔离，使用圆形焊接件225将密封杯件222焊接于杆部202和背板204上。在一些方面，CHTE 220可制造(例如，3D打印)为杆部202的部分且包含密封杯件222。
图3示出了根据一些实施方案的实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE 300的示图。参考图3，CHTE 300包含鳍部302(平行于喷头200的离开平面，如面板206的平面)以及鳍部304(垂直于喷头200的离开平面)的布置，从而形成多个通道310B。如图3示出的，经由输入冷却气体通道(例如，经由第一开口217)从杆部输送的冷的冷却气体306(例如，称为CDA)通过输入路径310A，该输入路径310A定位成靠近于喷头背板204(其是主传热区域)。热冷却气体308经由输出路径310C(例如，经由第二开口218)离开CHTE 300。
尽管在图3中CHTE示出为具有传热结构的特定布置的传热矩阵的特定实现方案，但本公开不局限于此且还可使用CHTE内的传热结构的其他布置(例如，示出了于图6、图7、图8、及图13中)。
图4是根据一些实施方案的使用实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE 404的温度控制喷头400的横截面图。参考图4，喷头400包含杆部402、背板406、面板408、以及至少部分地置于背板406上的CHTE 404。
CHTE 404通过密封杯件412所包围，其可以在喷头400的制造工艺期间加工。如图4中所示出的，杆部402包含多个输入冷却气体通道418(对应的多个输出冷却气体通道附接于CHTE 404的输出路径，但在图4中不可见)。
CHTE 404包含在充气部415内的多个加工图案板，形成至少一个输入路径414及至少一个输出路径416，该至少一个输入路径414用于通过通道418接收冷却气体，该至少一个输出路径416用于在与后板表面热交换之后将热的冷却气体移除。
在一些方面，背板406可包含一个或更多个温度传感器，如温度传感器410。温度传感器410可被配置成周期性地感测背板406的温度且报告给控制器(例如，就图11的系统而示出的)。在示例性实施方案中，控制器可配置成基于由温度传感器410获得的温度而改变通过输入冷却气体通道418供给的冷却气体流率(例如，CDA的压力)。即使图4示出了温度传感器410是在背板406内，但本公开不限于此，且温度传感器410(或多个温度传感器)可以位于喷头400的其他部分内(例如，温度传感器可以在面板408或喷头的其他部分内)。
在示例性实施方案中，CHTE的传热结构的各种不同尺度可基于理想的散热、制造成本等予以优化(例如，如在图5中示出的)。图5是根据一些实施方案的使用实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE的温度控制喷头500的另一示图。参考图5，喷头500包含杆部502、背板504、面板506、以及安装于背板504的顶部上的CHTE 508。在示例性实施方案中，CHTE 508的直径510和高度512可基于散热需求、制造成本以及其他考虑进行配置。
图6是示出根据一些实施方案的实现本文讨论的基于气体的冷却技术的CHTE 600的输入和输出路径的横截面图的示图。参考图6，CHTE 600包含传热结构，如多个堆叠的加工板，其形成多个输入路径602和多个输出路径604。如图6中所示出的，独立的输入602和输出路径604的尺度(例如，高度L1、L2以及L3)可基于散热需求、制造成本以及其他考虑加以配置。
图7是示出了根据一些实施方案的实现本文讨论的基于气体的冷却技术的CHTE700的输入路径和输出路径的横截面图的示图。参考图7，CHTE 700包含传热结构，该传热结构包含具有增加的表面面积的至少一个导热板，其形成至少一个输入路径702和至少一个输出路径704。如图7所示出的，当冷却气体通过输入路径702(其与喷头的背板直接接触)时，因为热被冷却气体吸收而从背板发生的散热。
图8是示出根据一些实施方案的以包含冲击流设备的输入路径实现本文讨论的基于气体的冷却技术的CHTE 800的输入路径和输出路径的横截面图的另一示图。参考图8，CHTE 800包含如至少一个加工板之类的传热结构，从而形成至少一个输入路径804和至少一个输出路径806。如图8示出的，当冷却气体通过输入路径804(其与喷头的背板直接接触)时，因为热被冷却气体吸收而从背板发生的散热。在一示例性实施方案中，输入路径804可以包含一个或更多个冲击流设备，以进一步增加输入路径804内的表面面积并且改善(例如，增加)冷却气体的热吸收。在示例性实施方案中，冲击流设备可以包含竖直屏障802，其可正交于CHTE 800安装于其上的背板表面。在其他实施方案中，如图13中示出的，冲击流设备可以包含不同宽度的喷嘴或其他不同的喷嘴几何特性。其他类型的冲击流设备也可用于限制或强化CHTE内的冷却气体流。
图9A是根据一些实施方案的使用实现关联于多个输入和输出冷却气体通道的气体冷却技术的CHTE 906的温度控制喷头904的顶视图900A的示图。参考图9A，顶视图900A示出了经过杆部902的多个输入冷却气体通道(例如，916、918、920和922)以及多个输出冷却气体通道(例如924、926、928和930)。在示例性实施方案中，CHTE 906安装于喷头904的背板上并且被配置为包含多个输入和输出路径以分离地管理在喷头背板的多个加热区域内的散热。举例并且示出了于图9A中，喷头904的背板被分隔成加热区域908、910、912和914，并且对应的冷却气体通道被用于独立地管理在加热区域的每一者内的散热。
更具体而言，输入冷却气体通道916可用于在置于加热区域908上方的CHTE 906的一部分内输送冷却气体(例如，CDA或其他冷却气体)，而输出冷却气体通道924被用于移除与加热区域908相关联的已加热的冷却气体。相似地，输入冷却气体通道918可用于在置于加热区域910上方的CHTE 906的一部分内输送冷却气体，而输出冷却气体通道926用于移除与加热区域910相关联的已加热的冷却气体。输入冷却气体通道920可用于在置于加热区域912上方的CHTE 906的一部分内输送冷却气体，而输出冷却气体通道928被用于移除与加热区域912相关联的已加热冷却气体。输入冷却气体通道922可用于在置于加热区域914上方的CHTE 906的一部分内输送冷却气体，而输出冷却气体通道930被用于移除与加热区域914相关联的已加热冷却气体。
在一示例性实施方案中，共同输出冷却气体通道932可用于取代独立输出冷却气体通道924、926、928和930。
尽管图9A示出了四个径向加热区域，但本公开不限于此，且可使用其他配置的加热区域，如图9B和图9C中示出的。另外，经过杆部的输入和输出冷却气体通道的不同配置结合图10A和图10B进行说明。
图9B和图9C示出了根据一些实施方案的可以由图9A的温度控制喷头来使用的加热区域的不同配置。参考图9B，喷头顶视图900B示出了背板可分隔成多个径向加热区域，其包含加热区域940、942、944、946、948、950、952和954。参考图9C，喷头顶视图900C示出了背板可分隔成多个方位角加热区域，其包含加热区域960、962和964。有鉴于此，对应的输入和输出冷却气体通道可配置于杆部内，使得可对径向与方位角加热区域中的每一者的冷却气体流率独立地进行配置和调节。
图10A和10B示出了根据一些实施方案的在温度控制喷头的杆部内的输入和输出冷却气体通道的不同配置。参考图10A，喷头顶视图1000示出了一杆部，有着至少一个工艺气体输送通道1010和一对输入冷却气体通道1002和1004，该对输入冷却气体通道1002和1004位于彼此对面且与该至少一个工艺气体输送通道1010距离相等。喷头顶视图1000进一步示出了该杆部具有一对输出冷却气体通道1006和1008，其置于彼此对面且也与该至少一个工艺气体输送通道1010距离相等。
参考图10B，喷头顶视图1020示出了多个输入冷却气体通道1028、1030和1032，以及多个输出冷却气体通道1022、1024和1026，其通过喷头杆部1021。在一示例性实施方案中，输入和输出冷却气体通道可沿杆部1021的周边布置，具有交替且与中心工艺气体输送通道呈相等距离的输入及输出通道。在一示例性实施方案中且如图10B所示出的，杆部1021可包含隔离设备1034、1036、1038、1040、1042和1044，其置于输入及输出冷却气体通道之间，以改善热效率且减少在输入和输出通道之间的热的交叉传导。隔离设备1034、1036、1038、1040、1042和1044可以包含隔离膜、隔离空气空隙、隔热材料、排空的空间、或其他隔离手段。
图11示出了根据一些实施方案的在半导体设备制造期间用于喷头的温度控制的系统1100。参考图11，系统1100可包含安装于喷头背板1102上的喷头CHTE 1101，其可使用于包含基座1103的半导体设备处理室中，该基座1103用于保持半导体设备(例如，衬底)。CHTE 1101包含形成多个热交换器(例如热交换器1110、1112、……、1114)的传热结构。热交换器中的每一者可配置为用于与背板1102相关联的特定加热区域的热管理(例如，如在图9A-图9C中所示出的)。此外，热交换器1110、……、1114中的每一者可配置具有对应的输入冷却气体通道1132和输出冷却气体通道1134。
在示例性实施方案中，输入冷却气体通道1132的每一者可耦合至对应的质量流控制器(MFC)1118、1120、……、1122，这些质量流控制器被配置成接收冷却气体，如分别来自设施或专用压缩器1135的CDA 1124、1126、……、1128。
在一示例性实施方案中，输出冷却气体通道1134中的每一者可耦合至热交换器1130，其可配置成回收通过由输出冷却气体通道1134释放的冷却气体而从CHTE 1101移除的热。在一些方面，热交换器1130可接收冷空气1131且使用回收的热以产生热气体1133。在其他方面中，由输出冷却气体通道1134接收的热CDA可被释放进入大气。将现存的冷却剂冷却可以改善安全性且促进安全处置(例如，通过排放进入大气中进行)。
系统1100进一步包含耦合至MFC和多个温度传感器的控制器1116。图12是根据一些实施方案的控制器1116的框图，其可用于控制在图11的系统中的冷却气体流率。控制器1116耦合至多个温度传感器1202和多个MFC 1204，其中MFC 1204中的每一者的流率可基于来自多个温度传感器1202的对应温度传感器的温度进行调整/调节。
更具体而言且参考图11，控制器1116可被配置为从喷头背板1102内的温度传感器1104、1106、……、1108周期性地获得温度读数。温度传感器1104、1106、……、1108可置于与热交换器1110、……、1114相关联的对应的加热区域内。在操作中，控制器1116从温度传感器1104、1106、……、1108获得与对应热交换器相关联的加热区域中的每一者的温度读数，并且通过对应的MFC 1118、1120、……、1122调整冷却气体流率。有鉴于此，CHTE 1101可配置成对配置的加热区域中的一者或多者单独地调节散热。
图13是示出了根据一些实施方案的当冲击流设备形成不同加热区域时以包含多个喷嘴的输入路径实现本文讨论的气体冷却技术的CHTE 1300的输入路径和输出路径的横截面图的示图。参考图13，CHTE 1300包含传热结构，如具有增加表面面积的至少一个导热板，形成至少一个输入路径1302和至少一个输出路径1304。如在图13中所示出的，输入路径1302包含多个喷嘴1306、1308、1310、1312、1314、1316和1318，其被配置作为CHTE 1300的冲击流设备。
在一示例性实施方案中，喷嘴的各种不同特征(例如，半径、喷嘴壁的斜率等)可以是不同的，使得结合不同加热区域(例如加热区域1320、1322和1324)的不同散热和冷却可实现。喷嘴1306-1312(与加热区域1320相关联)的喷嘴半径可小于喷嘴1314-1316(与加热区域1322相关联)的喷嘴半径，后者小于喷嘴1318(与加热区域1324相关联)的喷嘴半径。有鉴于此，因为喷嘴1306-1312的半径是最小的，所以就加热区域1320实现了最大散热。
图14A是根据一些实施方案的显示入射喷头的面的热通量的图表1400A。如在图14A中示出的，限定于半径R1和半径R2之间的喷头空间内的入射热通量增加。图14B示出了根据一些实施方案的为了增加在图14A中示出的上升热通量的区域中的冷却效果而在中间半径周围的环形区域1402中具有喷嘴的增加空间频率的喷头1400B的喷射喷嘴阵列。如图14B中示出的，区域1402(在半径R1和半径R2之间)与增加的热流密度有关。结果，在喷头1400B的环形区域1402内的喷射喷嘴的密集度被增加，以抵销上升的热通量。喷射喷嘴密集度的其他样式也可基于与喷头相关的入射热通量来使用。
图15是根据一些示例性实施方案的在半导体制造装备中的使用气体冷却以调节喷头温度的方法1500的流程图。方法1500包含作业1502、1504、1506、及1508，其可通过控制逻辑件加以实施，如管理质量流控制器(MFC)1118、……、1122的图11的控制器1116。参考图15，在操作1502，提供喷头，其包含耦合至背板(例如，1102)的杆部。该杆部包含多个冷却气体通道(例如，1132和1134)以及对流传热元件(CHTE)(例如，1101)，该CHTE热耦合至杆部及背板。CHTE包含输入路径和输出路径，该输入路径耦合至多个冷却气体通道中的至少第一者，该输出路径耦合至多个冷却气体通道中的至少第二者。例如，CHTE 1101包含多个热交换器1110-1114，其中各热交换器包含至少一个输入路径和至少一个输出路径，该至少一个输入路径用于接收冷却气体，该至少一个输出路径用于在与背板1102的加热区域相关联的热交换之后将已加热冷却气体移除。
在操作1504，背板的至少一个表面区域的温度使用与背板热耦合的至少一个温度传感器进行测量。例如，控制器1116接收来自温度控制器1104-1108的温度测量值，其中各温度传感器与对应于CHTE 1101内的热交换器1110-1114的加热区域相关联。
在操作1506，控制器通过多个冷却气体通道中的至少第一者而使输入路径接收冷却气体流。例如，控制器1116使MFC 1118-1122启动向对应热交换器1110-1114的冷却气体流。在操作1508，经过CHTE的输入路径的冷却气体流的流率可基于测量温度进行设定。例如，控制器1116使用从温度传感器1104-1108接收的温度测量值以调节/调整MFC 1118-1122的一种或更多种流率，使得经过热交换器1110-1114的冷却气体流率可单独地管理和调节，从而使得能单独调节在半导体设备制造系统1100内的冷却。
图16是框图，其示出了示例性机器1600，其上可实现一个或更多个示例性方法实施方案或一个或更多个示例性实施方案可通过其控制。在替代性实施方案中，机器1600可作为独立设备操作，或可连接(例如网络连接)至其他机器。在网络式部署中，机器1600可在服务器-客户端网络环境中以服务器机器、客户端机器、或以上两者的容量操作。在一示例中，机器1600可用作点对点(P2P)网络(或其他的分布式网络)环境中的对等机器。此外，虽然仅显示单一的机器1600，然而术语“机器”(控制器)也应视为包含机器(控制器)的任何集合，这些机器(控制器)单独或联合执行一组(或多组)指令以执行本文所述的方法的任一或多者，例如经由云端运算、软件即服务(SaaS)或其他的计算机集群配置执行。
本文所述的示例可包含逻辑、多个部件或机构，或可通过逻辑、多个部件或机构而操作。电路系统是在包含硬件(例如简单电路、栅极、逻辑)的有形实体中实施的电路集合。电路系统构件可随时间推移及基本硬件可变性而具有灵活性。电路系统包含在进行操作时可以单独或组合的方式执行指定操作的构件。在一示例中，可以固定不可变的方式设计电路系统的硬件以执行特定操作(例如硬连线)。在一示例中，电路系统的硬件可包含可变连接实体部件(例如执行单元、晶体管、简单电路)，其包括经物理方式(例如经磁性方式、经电气方式、通过不变质量粒子的可移动设置等)修改以将特定操作的指令进行编码的计算机可读介质。在连接实体部件时，使硬件部件的基本电气性能改变(例如，从绝缘体变成导体，反之亦然)。指令使嵌入式硬件(例如执行单元或加载机构)能经由可变连接而在硬件中产生电路系统的构件，以在进行操作时执行特定操作的部分。因此，当设备进行操作时，计算机可读介质被通信地耦合至电路系统的其他部件。在一些方面中，实体部件中的任一者可用在多于一个的电路系统中的多于一个的构件中。例如，在操作中，执行单元可在一时间点时用于第一电路系统的第一电路中，而在不同时间时由第一电路系统的第二电路、或由第二电路系统的第三电路再使用。
机器(例如计算机系统)1600可以包含硬件处理器1602(例如中央处理单元(CPU)、硬件处理器核、图形处理单元(GPU)、或其任何组合)、主存储器1604以及静态存储器1606，以上各者中的一些或全部可经由互连(例如总线)1608彼此通信。机器1600还可包含显示设备1610、字母数字输入设备1612(例如键盘)以及用户接口(UI)导航设备1614(例如鼠标)。在一示例中，显示设备1610、字母数字输入设备1612以及UI导航设备1614可为触摸屏显示器。机器1600可另外包含海量存储设备(例如驱动单元)1616、信号产生设备1618(例如扬声器)、网络接口设备1620以及一或更多传感器1621，例如全球定位系统(GPS)传感器、罗盘、加速度计、或另一传感器。机器1600可包含输出控制器1628(例如串行的(例如通用串行总线(USB))、平行的、或其他有线或无线的(例如红外线(IR)、近场通信(NFC))连接)，以与一或更多外围设备(例如打印机、读卡器)进行通信、或控制该一或更多外围设备。
在一示例性实施方案中，硬件处理器1602可实施控制器1116或以上讨论的任何控制逻辑件的功能(如，结合至少图11讨论)。
海量存储设备1616可包含机器可读介质1622，一或多组数据结构或指令1624(例如软件)可存储于机器可读介质1622上，这些数据结构或指令1624实现本文所述技术或功能中的任一或多者、或被本文所述技术或功能中的任一或多者使用。指令1624在其由机器1600执行的期间，也可完全或至少部分地存在于主存储器1604内、静态存储器1606内、硬件处理器1602内。在一示例中，硬件处理器1602、主存储器1604、静态存储器1606、或海量存储设备1616中的一者或任何组合可构成机器可读介质。
虽然机器可读介质1622被显示为单一的介质，然而术语“机器可读介质”可包含被配置以存储一或更多指令1624的单一介质、或多个介质(例如集中式或分布式数据库和/或相关高速缓存及服务器)。
术语“机器可读介质”可包含：能够存储、编码、或运载用于由机器1600执行以及使机器1600执行本公开内容的技术中的任一或多者的指令1624的任何介质；或能够存储、编码、或运载由这样的指令1624所使用或与其相关的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质示例可包含固态存储器以及光学与磁性介质。在一示例中，海量机器可读介质包含具有多个粒子的机器可读介质1622，该多个粒子具有不变质量(例如静质量)。因此，海量机器可读介质并非瞬时传播信号。海量机器可读介质的特定示例可包含非挥发性存储器，例如半导体存储器设备(例如电子可编程只读存储器(EPROM)、电子抹除式可编程只读存储器(EEPROM)以及快闪存储器设备；磁盘，例如内部硬磁盘及可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM与DVD-ROM磁盘。
指令1624可经由网络接口设备1620使用传输介质以通过通信网络1626来进一步发送或接收。
前述技术的实现方案可通过任何数量的特征、配置、或硬件及软件的示例性部署来完成。应理解到在该说明书中所述的功能单元或能力可被称为或标示为部件或模块，以为了更具体地强调其实现方案的独立性。如此的部件可通过任何数量的软件或硬件形式来实施。例如，部件或模块可实现为硬件电路，其包含定制的超大型集成件(VLSI)电路或门阵列、现成的半导体，如逻辑芯片、晶体管、或其他的分离的部件。部件或模块亦可实现在可程序硬件设备中，如场可编程门阵列、可编程阵列逻辑件、可编程逻辑设备、或其他。部件或模块也可在软件中实现以供各种不同类型的处理器执行。例如，可执行代码的已识别部件或模块可包含计算机指令的一个或更多个的物理或逻辑框，例如其可组织为对象、程序、或功能。然而，已识别部件或模块的可执行者不需要物理地放置在一起，而可能包含储存于不同位置中的不同指令，其(当逻辑地结合在一起时)包含部件或模块且达成该部件或模块的所述目的。
当然，可执行代码的部件或模块可以是单一指令、或许多指令，且可能甚至分布于数个不同代码区段上方、不同程序之间、及横跨若干存储器设备或处理系统。具体而言，所述工艺的若干方面(如程序代码重写及程序代码分析)可发生于不同处理系统上(例如，在数据中心的计算机中)，而非在部署代码处(例如，在嵌入传感器或机器人的计算机中)。相似地，运算数据可在此识别及示出部件或模块内，并且能以任何合适形式具体化且组织于任何合适类型的数据结构内。运算数据可收集为单一数据组或可分布于不同位置上方，包含在不同储存设备上方，且可能至少部分地仅作为电信号存在于系统或网络上。这些部件或模块可以是被动或主动的，包含可运行以实施理想功能的代理。
附加说明和实施例
实施例1是一种温度控制喷头组件，其包含：杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部；背板，其在所述第二端在结构上耦合至所述杆部；面板，其热耦合至所述杆部且附接于所述背板，所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间；以及对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述杆部和所述背板，所述CHTE具有内充气部，所述内充气部包含输入路径和输出路径，所述输入路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第一者而接收冷却气体流，所述输出路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第二者而从所述CHTE移除所述冷却气体流，所接收的所述冷却气体流与所述背板的表面热耦合。
在实施例2中，根据实施例1所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述冷却气体流通过在连接至所述多个冷却气体通道中的所述第一者的所述杆部上的第一开口接收；并且所述冷却气体流通过在连接至所述多个冷却气体通道中的所述第二者的所述杆部上的第二开口移除。
在实施例3中，根据实施例2所述的主题包括其中有以下特征的主题：密封杯件结构，其通过圆形焊接件附接于所述杆部和所述背板，从而形成所述CHTE的气密外壳。
在实施例4中，根据实施例3所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述第一开口和所述第二开口位于由所述密封杯件结构封闭的所述杆部的一部分上。
在实施例5中，根据实施例1-4中所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个堆叠的导热板，从而形成所述输入路径和所述输出路径。
在实施例6中，根据实施例1-5所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个竖直和水平鳍部，从而形成与所述输入路径以及所述输出路径关联的多个通道。
在实施例7中，根据实施例1-6所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个冷却气体通道被配置成使以下至少一者流动：洁净干燥空气(CDA)；氩；氦；氮；以及氢。
在实施例8中，根据实施例1-7所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE的所述输入路径通过所述背板的所述表面至少部分地限定。
在实施例9中，根据实施例1-8所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述输入路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第一子组接收所述冷却气体流，且所述输出路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第二子组移除所述冷却气体流。
在实施例10中，根据实施例9所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个冷却气体通道的所述第一子组和所述第二子组基本上平行于在所述杆部内的所述至少一工艺气体输送通道。
在实施例11中，根据实施例9-10所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个冷却气体通道的所述第一子组通过所述杆部内的多个隔离膜而与所述多个冷却气体通道的所述第二子组热隔离。
在实施例12中，根据实施例9-11所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个冷却气体通道的所述第一子组通过在所述杆部内的多个隔离空气空隙与所述多个冷却气体通道的所述第二子组热隔离。
实施例13是一种用于控制在半导体设备处理室中的喷头温度的温度控制系统，其包含温度控制喷头，所述喷头包含：杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部；背板，其在所述第二端在结构上耦合至所述杆部；面板，其热耦合至所述杆部并且附接于所述背板，所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间；至少一个温度传感器，其热耦合至所述背板且被配置成测量所述背板的至少一个表面区域的温度；以及对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述杆部和所述背板，所述CHTE具有内充气部，所述内充气部包含输入路径和输出路径，所述输入路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第一者而接收冷却气体流，所述输出路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第二者而从所述CHTE移除所述冷却气体流，所接收的所述冷却气体流与所述背板的表面热耦合；以及质量流量控制器(MFC)，其耦合至所述多个冷却气体通道和所述喷头的所述至少一个温度传感器，所述MFC被配置成基于测量的所述温度而对经过所述CHTE的所述输入路径的所述冷却气体流的流率进行设定。
在实施例14中，根据实施例13所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述至少一个温度传感器热耦合至所述面板。
在实施例15中，根据实施例13-14所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述至少一温度传感器热耦合至所述杆部。
在实施例16中，根据实施例13-15所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述MFC被配置为：从所述至少一个温度传感器周期性地获得测量的所述温度；以及基于测量的所述温度动态地调整所述冷却气体流的所述流率。
在实施例17中，根据实施例13-16所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个堆叠的导热板，从而形成所述输入路径和所述输出路径。
在实施例18中，根据实施例13-17所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个竖直和水平鳍部，所述多个竖直和所述水平鳍部形成与所述输入路径以及所述输出路径关联的多个通道。
在实施例19中，根据实施例13-18所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个冲击流设备，从而形成所述输入路径。
在实施例20中，根据实施例19所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个冲击流设备包含至少第一子组喷嘴和至少第二子组喷嘴，从而形成所述输入路径。
在实施例21中，根据实施例20所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述第一子组喷嘴关联于第一喷嘴宽度，并且所述第二子组喷嘴关联于与所述第一喷嘴宽度不同的第二喷嘴宽度。
在实施例22中，根据实施例19-21所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个冲击流设备包含多个竖直屏障，所述多个竖直屏障基本上正交于所述背板的所述表面区域。
实施例23是一种温度控制系统，其用于控制在半导体设备处理室中的喷头温度，所述半导体设备处理室包含温度控制喷头，所述喷头包含：杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部；背板，其在所述第二端在结构上耦合至所述杆部；面板，其热耦合至所述杆部并且附接于所述背板，所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间，所述充气部经由所述工艺气体通道接收所述工艺气体；多个温度传感器，其热耦合至所述背板，并且被配置成测量所述背板的对应多个加热区域的多个温度；以及对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述杆部和所述背板，所述CHTE包含多个输入路径以及多个输出路径，所述多个输入路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第一子组接收冷却气体流，所述多个输出路径用于经由所述多个冷却气体通道的第二子组而从所述CHTE移除所述冷却气体流，所述多个输入路径中的每一者的接收的所述冷却气体流与所述背板的所述多个加热区域的相对应加热区域热耦合；质量流量控制器(MFC)，其耦合至所述多个冷却气体通道和所述多个温度传感器，所述MFC被配置成基于测量的所述多个温度对经过所述CHTE的所述多个输入路径的所述冷却气体流中的每一者的流率进行设定；以及冷却系统，其至少耦合至所述多个冷却气体通道的所述第二子组，且被配置成冷却从所述CHTE移除的所述冷却气体流。
在实施例24中，根据实施例23所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个加热区域被配置为相对于所述杆部的中心的方位角加热区域。
在实施例25中，根据实施例23-24所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述多个加热区域配置做为关于所述杆部的中心的径向加热区域。
在实施例26中，根据实施例23-25所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述控制器被配置成：从所述多个温度传感器周期性地获得测量的所述多个温度；以及基于测量的所述多个温度而动态地对通过所述CHTE的所述多个输入路径的所述冷却气体流中的一者或更多者的流率进行调整。
在实施例27中，根据实施例23-26所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个堆叠的导热板，从而形成所述多个输入路径及所述多个输出路径。
在实施例28中，根据实施例23-27所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个竖直和水平鳍部，从而形成与所述多个输入路径和所述多个输出路径关联的多个通道。
在实施例29中，根据实施例23-28所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述CHTE包含多个冲击流设备，从而形成所述多个输入路径。
实施例30是一种方法，其用于使用气体冷却而调节喷头温度，所述方法包含：提供喷头，其包含耦合至背板的杆部，所述杆部包含多个冷却气体通道及与所述杆部和所述背板热耦合的对流传热元件(CHTE)，所述CHTE包含输入路径以及输出路径，所述输入路径耦合至所述多个冷却气体通道中的至少第一者，所述输出路径耦合至所述多个冷却气体通道中的至少第二者；使用与所述背板热耦合的至少一个温度传感器测量所述背板的至少一个表面区域的温度；使所述输入路径至少通过所述多个冷却气体通道的所述第一者接收冷却气体流；以及包含基于所述测量温度而对经过所述CHTE的所述输入路径的所述冷却气体流的流率进行设定。
在实施例31中，根据实施例30所述的主题包括其中有以下特征的主题：所述冷却气体是压缩的洁净干燥空气(CDA)且所述方法还包含：提供质量流控制器，其耦合至所述多个冷却气体通道中的至少所述第一者，以及气体源，其被配置成产生所述CDA。
实施例32是至少一种机器可读介质，其包含以下指令：当由处理电路执行时，使所述处理电路执行操作以实现实施例1-31中的任何一者。
实施例33是一种装置，其包含实现实施例1-31中的任何一者的措施。
实施例34是一种系统，其用于实现实施例1-31中的任何一者。
实施例35是一种方法，其用于实现实施例1-31中的任何一者。
在整篇说明书中，多个实施例可以实现被描述为单一实施例的部件、操作、或结构。尽管一个或更多个方法的各个操作被示出及描述为不同的操作，但各个操作中的一者或更多者可共同实施，且不需要以示出的顺序实施这些操作。结构及菜单示为分离部件，例如，配置可实现为组合结构或部件。相似地，显示为单一部件的结构及功能可实现为分离部件。这些及其他差异、修改、添加、及改善落在本文主题范围内。
本文示出的实施方案以充分的细节进行描述，使本领域技术人员能够实施所公开的教导。其他实施方案可被使用及由其导出，使得结构及逻辑替代及改变可在不离开本公开的范围的情况下进行。因此，实施方法章节不应理解为限制意义，并且各种不同实施方案的范围仅由附随的权利要求以及这样的权利要求所主张的等同方案的全部范围所限制。
权利要求可能未阐明本文公开的所有特征，因为实施方案可能表示所述特征的子组合。进一步而言，实施方案可能包含比特定实施例中公开的特征少的特征。因此，附随权利要求在此纳入实施方法章节中，其中各权利要求作为单独的实施方案而独立存在。
如本文所使用的，术语“或”能以包含或排他的意义进行理解。此外，多个实施例可为了本文描述的资源、操作、或结构而提供为单一实施例。另外，在各种不同资源、操作、模块、引擎、及数据储存之间的界线在某种程度上是任意的，并且特定操作是以特定示出的配置的背景示出。功能性的其他配置被设想且可能落在本公开的各种不同实施方案的范围内。总而言之，在实施例性配置中显示为独立资源的结构及功能性可实现为组合结构或资源。相似地，显示为单一资源的结构及功能性可实现为独立资源。这些及其他变化、修改、添加以及改善落在由附随权利要求表示的本公开的实施方案的范围内。因此，说明书及附图应理解为说明性的而非限制意义。

Claims (24)

1.一种温度控制喷头组件，其包含：
杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部；
背板，其在所述第二端在结构上耦合至所述杆部；
面板，其热耦合至所述杆部且附接于所述背板，所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间；以及
对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述背板，所述CHTE具有内充气部，所述内充气部包含输入路径和输出路径，所述输入路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第一者而接收冷却气体流，所述输出路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第二者而从所述CHTE移除所述冷却气体流，所接收的所述冷却气体流与所述背板的表面热耦合。
2.根据权利要求1所述的温度控制喷头组件，其中：
所述冷却气体流通过在连接至所述多个冷却气体通道中的所述第一者的所述杆部上的第一开口接收；并且
所述冷却气体流通过在连接至所述多个冷却气体通道中的所述第二者的所述杆部上的第二开口移除。
3.根据权利要求2所述的温度控制喷头组件，其还包含：
密封杯件结构，其通过圆形焊接件附接于所述杆部和所述背板，从而形成所述CHTE的气密外壳。
4.根据权利要求3所述的温度控制喷头组件，其中所述第一开口和所述第二开口位于由所述密封杯件结构封闭的所述杆部的一部分上。
5.根据权利要求1所述的温度控制喷头组件，其中所述CHTE包含多个堆叠的导热板，从而形成所述输入路径和所述输出路径。
6.根据权利要求1所述的温度控制喷头组件，其中所述CHTE包含多个鳍部，从而形成与所述输入路径以及所述输出路径关联的多个通道。
7.根据权利要求1所述的温度控制喷头组件，其中所述多个冷却气体通道被配置成使以下至少一者流动：
洁净干燥空气(CDA)；
氩；
氦；
氮；以及
氢。
8.根据权利要求1所述的温度控制喷头组件，其中所述CHTE的所述输入路径通过所述背板的所述表面至少部分地限定。
9.根据权利要求1所述的温度控制喷头组件，其中所述输入路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第一子组接收所述冷却气体流，且所述输出路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第二子组移除所述冷却气体流。
10.一种用于控制在半导体设备处理室中的喷头温度的温度控制系统，其包含：
在所述半导体设备处理室中的温度控制喷头，所述喷头包含：
杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部；
背板，其在所述第二端在结构上耦合至所述杆部；
面板，其附接于所述背板，所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间；
至少一个温度传感器，其热耦合至所述背板且被配置成测量所述背板的至少一个表面区域的温度；以及
对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述背板，所述CHTE具有内充气部，所述内充气部包含输入路径和输出路径，所述输入路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第一者而接收冷却气体流，所述输出路径用于经由所述多个冷却气体通道中的至少第二者而从所述CHTE移除所述冷却气体流，所接收的所述冷却气体流与所述背板的表面热耦合；以及
控制器，其耦合至所述多个冷却气体通道和所述喷头的所述至少一个温度传感器，所述控制器被配置成基于测量的所述温度而对经过所述CHTE的所述输入路径的所述冷却气体流的流率进行设定。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器被配置为：
从所述至少一个温度传感器周期性地获得测量的所述温度；以及
基于测量的所述温度动态地调整所述冷却气体的所述流率。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述CHTE包含多个堆叠的导热板，从而形成所述输入路径和所述输出路径。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述CHTE包含多个竖直和水平鳍部，所述多个竖直和所述水平鳍部形成与所述输入路径以及所述输出路径关联的多个通道。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述CHTE包含多个冲击流设备，从而形成所述输入路径。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述多个冲击流设备包含至少第一子组喷嘴，所述第一子组喷嘴形成所述输入路径。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述多个冲击流设备包含至少第二子组喷嘴，其中所述第一子组喷嘴关联于第一喷嘴宽度，并且所述第二子组喷嘴关联于与所述第一喷嘴宽度不同的第二喷嘴宽度。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述多个冲击流设备包含多个竖直屏障，所述多个竖直屏障正交于所述背板的所述表面区域。
18.一种温度控制系统，其用于控制在半导体设备处理室中的喷头温度，所述系统包含：
在所述半导体设备处理室中的温度控制喷头，所述喷头包含：
杆部，其包含多个冷却气体通道和至少一个工艺气体输送通道，所述至少一个工艺气体输送通道在第一端进入所述杆部以及在与所述第一端相反的第二端离开所述杆部；
背板，其在所述第二端在结构上耦合至所述杆部；
面板，其附接于所述背板，所述面板和所述背板将充气部限定在两者之间，所述充气部经由所述至少一个工艺气体输送通道接收所述工艺气体；
多个温度传感器，其热耦合至所述背板或所述面板，并且被配置成测量所述背板的对应多个加热区域的多个温度；以及
对流传热元件(CHTE)，其热耦合至所述背板，所述CHTE包含多个输入路径以及多个输出路径，所述多个输入路径被配置成经由所述多个冷却气体通道的第一子组接收冷却气体流，所述多个输出路径用于经由所述多个冷却气体通道的第二子组而从所述CHTE移除所述冷却气体流，所述多个输入路径中的每一者的接收的所述冷却气体流与所述背板的所述多个加热区域的相对应加热区域热耦合；
控制器，其耦合至所述多个冷却气体通道和所述多个温度传感器，所述控制器被配置成基于测量的所述多个温度对经过所述CHTE的所述多个输入路径的所述冷却气体流中的每一者的流率进行设定；以及
冷却系统，其至少耦合至所述多个冷却气体通道的所述第二子组，且被配置成冷却从所述CHTE移除的所述冷却气体流。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个加热区域被配置为相对于所述杆部的中心的方位角加热区域。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个加热区域系配置为项关于所述杆部之中心的径向加热区域。
21.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器被配置成：
从所述多个温度传感器周期性地获得测量的所述多个温度；以及
基于测量的所述多个温度而动态地对通过所述CHTE的所述多个输入路径的所述冷却气体流中的一者或更多者的流率进行调整。
22.根据权利要求18所述的系统，其中所述CHTE包含多个堆叠的导热板，从而形成所述多个输入路径及所述多个输出路径。
23.根据权利要求18所述的系统，其中所述CHTE包含多个竖直和水平鳍部，从而形成与所述多个输入路径和所述多个输出路径关联的多个通道。
24.根据权利要求18所述的系统，其中所述CHTE包含多个冲击流设备，从而形成所述多个输入路径。
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