CN115485413A - 衬底处理系统中喷头的分组特征 - Google Patents

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CN115485413A CN202180032064.8A CN202180032064A CN115485413A CN 115485413 A CN115485413 A CN 115485413A CN 202180032064 A CN202180032064 A CN 202180032064A CN 115485413 A CN115485413 A CN 115485413A
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罗希特·欧德
尤金·斯马加西
杰弗里·沃马克
尼克·拉伊·小林百格
达莫达尔·拉贾拉姆·尚巴格
埃里克·马德森
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Abstract

一种方法包括：选择待加工的在第一公差范围内的多个第一特征；以及待加工的在选定特征的指定尺寸的第二公差范围内的多个第二特征，该第二特征相隔至少预定距离定位。该方法包括：使用工具的切割配件以加工在该第一公差范围内的第一特征，且当与该工具相关的造成第一选定特征的尺寸变化的参数达到预定阈值时，使用该切割配件以加工在该第二公差范围内的第二选定特征。在第二方法中，第一和第二特征的尺寸的平均值与指定尺寸的偏差小于或等于预定平均偏差，且第一和第二特征的尺寸的标准偏差小于或等于预定标准偏差。

Description

衬底处理系统中喷头的分组特征
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月29日申请的美国临时申请No.63,017,582以及于2020年5月8日申请的美国临时申请No.63/022,137的权益。上述引用的申请其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开内容总体上涉及衬底处理系统，具体而言，涉及衬底处理系统中的喷头的特征分组。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。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。
衬底处理系统典型地包含多个处理室(亦称为处理模块)，以执行对例如半导体晶片的类的衬底的沉积、蚀刻和其他处理。可以在衬底上执行的处理的示例包含但不限于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、化学增强等离子体气相沉积(CEPVD)、溅射物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)和等离子体增强ALD(PEALD)。可以在衬底上执行的工艺的其他例示包含但不限于蚀刻(例如化学蚀刻、等离子体蚀刻、反应性离子蚀刻等)和清洁工艺。
在处理期间，将衬底布置在衬底处理系统的处理室中的衬底支撑组件上，例如基座、静电卡盘(ESC)上。机械手通常将衬底从一处理室按顺序传送至另一者以在其中进行衬底处理。在沉积期间，将包含一或多种前体的气体混合物引入处理室，并激励等离子体以激活化学反应。在蚀刻期间，将包含蚀刻气体的气体混合物引入处理室，并激励等离子体以激活化学反应。通过供应清洁气体至处理室中并且点燃等离子体，以周期性地清洁处理室。
发明内容
一种制造用于衬底处理系统的喷头的方法包括：将所述喷头中的一个或更多个设置在包括切割配件的工具上。该方法包括选择待加工的多个特征中的多个第一选定特征，所述多个第一选定特征在所述多个特征的指定尺寸的第一公差范围内。该方法包括选择待加工的所述多个特征中的多个第二选定特征，所述多个第二选定特征在所述多个特征的所述指定尺寸的第二公差范围内，并且相隔开至少预定距离定位。所述第一公差范围小于所述第二公差范围。所述方法包括：使用所述切割配件以加工所述多个特征中的在所述第一公差范围内的所述第一选定特征。所述方法包括：当与所述工具相关的造成所述第一选定特征的尺寸变化的参数达到预定阈值时，使用所述切割配件来加工所述多个特征中的在所述第二公差范围内的所述第二选定特征。
在其他方面，所述参数包括所述切割配件上的磨损、所述切割配件的温度、所述工具的温度或加工中的所述喷头中的所述一个或更多个的温度。
在其他方面，所述参数包括所述切割配件上的磨损，并且所述方法还包括：基于所述切割配件在所述工具上使用的加工时间、使用所述切割配件所切削的特征数目以及在所述切割配件上所感测到的磨损中的至少一者，估计所述切割配件上的所述磨损。
在另一方面，所述第一选定特征和所述第二选定特征位于所述喷头中的一者上。
在另一方面，所述第一选定特征与所述第二选定特征是相同的。
在另一方面，所述第一选定特征和所述第二选定特征位于多个所述喷头上。
在其他方面，所述参数包括所述切割配件上的磨损，并且所述方法还包括：当所述切割配件达到大于所述预定阈值的第二预定阈值时，更换所述工具的所述切割配件。
在另一方面，所述方法还包括：在使用所述切割配件加工预定数量的所述喷头之后，更换所述工具的所述切割配件。
在其他方面，所述方法还包括：选择待加工的多个第二特征中的多个第三选定特征，所述多个第三选定特征在所述多个第二特征的第二指定尺寸的第三公差范围内。所述方法还包括：选择待加工的所述多个第二特征中的多个第四选定特征，所述多个第四选定特征在所述第二指定尺寸的第四公差范围内，并且相隔至少第二预定距离定位。所述第三公差范围小于所述第四公差范围。所述方法还包括：使用所述切割配件以加工在所述第三公差范围内的所述第三选定特征。所述方法还包括：当所述参数达到第二预定阈值时，使用所述切割配件来加工在所述第四公差范围内的所述第四选定特征。
在其他方面，所述第三和第四选定特征不同于所述第一和第二选定特征。所述第二指定尺寸不同于所述指定尺寸。所述第三和第四公差范围不同于所述第一和第二公差范围。所述第二预定距离不同于所述预定距离。
在另一方面，所述第一、第二、第三和第四选定特征位于所述喷头中的一者上。
在另一方面，所述第一、第二、第三和第四选定特征位于多个所述喷头上。
在另一方面，所述方法还包括：在加工所述第一选定特征之后且在加工所述第二选定特征之前，加工所述第三选定特征。
在另一方面，所述第三和第四选定特征修改所述第一和第二选定特征。
在另一方面，所述方法还包括：在加工所述第一选定特征之后且在加工所述第二选定特征之前，加工所述第三和第四选定特征。
在另一方面，所述方法还包括：在加工所述第二选定特征之后，加工所述第三和第四选定特征。
在还有的其他方面，一种制造用于衬底处理系统的喷头的方法包括：将所述喷头中的一个或更多个设置在包括切割配件的工具上。所述方法包括：选择待加工的多个特征中的多个第一选定特征，所述多个第一选定特征在所述多个特征的指定尺寸的预定公差范围内。所述方法包括：选择待加工的所述多个特征中的多个第二选定特征，所述多个第二选定特征在所述多个特征的所述指定尺寸的所述预定公差范围内，并且散布在所述第一选定特征中。所述方法包括：使用所述切割配件以加工在所述预定公差范围内的所述第一选定特征。所述方法包括：当与所述工具相关的造成所述第一选定特征的尺寸变化的参数达到预定阈值时，使用所述切割配件以加工在所述预定公差范围内的所述第二选定特征。所述第一和第二选定特征的尺寸的平均值与所述指定尺寸的偏差小于或等于预定平均偏差。所述第一和第二选定特征的所述尺寸的标准偏差小于或等于预定标准偏差。
在其他方面，所述参数包括所述切割配件上的磨损、所述切割配件的温度、所述工具的温度或加工中的所述喷头中的所述一个或更多个的温度。
在其他方面，所述参数包括所述切割配件上的磨损，并且所述方法还包括：基于所述切割配件在所述工具上使用的加工时间、使用所述切割配件所切削的特征数目以及在所述切割配件上所感测到的磨损中的至少一者，估计所述切割配件上的所述磨损。
在另一方面，所述第一选定特征和所述第二选定特征位于所述喷头中的一者上。
在另一方面，所述第一选定特征与所述第二选定特征是相同的。
在另一方面，所述第一选定特征和所述第二选定特征位于多个所述喷头上。
在其他方面，所述参数包括所述切割配件上的磨损，并且所述方法还包括：当所述切割配件达到大于所述预定阈值的第二预定阈值时，更换所述工具的所述切割配件。
在另一方面，所述方法还包括：在使用所述切割配件而加工预定数量的所述喷头之后，更换所述工具的所述切割配件。
在还有的其他方面，喷头包括杆部和基部，所述杆部连接至处理室，所述基部从所述杆部延伸并包括多个特征以将气体引入所述处理室。所述多个特征中的多个第一特征的尺寸与所述多个特征的指定尺寸相差在第一公差范围内。所述多个特征中的多个第二特征的尺寸与所述指定尺寸相差第二公差范围内且不在第一公差范围内，且所述多个第二特征相隔至少预定距离定位。所述第一公差范围小于所述第二公差范围。
在其他方面，所述多个特征包括多个贯穿孔，且所述尺寸包括所述贯穿孔的直径。
在另一方面，所述多个特征包括多于N百个的特征，其中N是大于1的整数。
在另一方面，所述多个特征包括多于N千个的特征，其中N是大于1的整数。
在还有的其他方面，喷头包括杆部和基部，所述杆部连接至处理室，所述基部从所述杆部延伸并包括多个特征以将气体引入所述处理室。所述多个特征中的多个第一特征的尺寸与所述多个特征的指定尺寸相差在预定公差范围内。所述多个特征中的多个第二特征具有小于所述第一特征的尺寸，散布在所述第一特征中，并且具有在所述预定公差范围内的尺寸。所述第一和第二特征的尺寸的平均值与指定尺寸的偏差小于或等于预定平均偏差。所述第一和第二特征的尺寸的标准偏差小于或等于预定标准偏差。
在其他方面，所述多个特征包括多个贯穿孔，且所述尺寸包括所述贯穿孔的直径。
在另一方面，所述多个特征包括多于N百个的特征，其中N是大于1的整数。
在另一方面，所述多个特征包括多于N千个的特征，其中N是大于1的整数。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1显示了衬底处理系统的一示例；
图2A-2C显示了在衬底处理系统中使用的喷头的示例；
图3A-3G显示了使用根据本公开内容的第一方法所制造的喷头的特征尺寸的直方图的示例；
图3H显示了根据本公开内容的第一方法的流程图；
图4A及4B显示了表格，其包括在第二方法中所使用的统计参数的符号及描述，第二方法用于制造及验证根据本公开内容所制造的部件；
图4C-4H显示了使用根据本公开内容的第二方法所制造的喷头的特征尺寸的直方图的示例；
图4I显示了根据本公开内容的第二方法的流程图；
图5显示了可使用本公开内容的第一和第二方法以制造部件的系统的简化框图；
图6显示了根据本公开内容的第一方法的规格而制造部件的特征的方法的流程图；以及
图7显示了根据本公开内容的第二方法的规格而制造部件(例如，喷头)的特征的方法的流程图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
气体分配设备(通常称为喷头)用于将一种或更多种气体(例如，工艺气体、清扫气体或清洁气体)引入处理室。图1及其以下的描述提供了衬底处理系统的示例，该衬底处理系统包括具有喷头的处理室。喷头包括用于从气体分配系统接收一种或更多种气体的入口，并且包括用于将一种或更多种气体注入处理室的多个出口或特征，例如狭槽或贯穿孔。特征的尺寸(即，大小)和几何轮廓(即，形状)根据在处理室中所使用的应用(例如，工艺)来指定。尺寸的示例包括特征的大小(例如，直径或周长)、特征的分布/密度(例如，每平方英寸的特征数量)等。几何轮廓的示例包括特征的形状(例如，圆形、圆柱形、圆锥形、多边形等)。
喷头通常由金属(例如，铝)制成。喷头也可以由合金或陶瓷材料制成。喷头的特征使用具有配件(例如，特定尺寸的刀具或钻头)的工具制造。在钻出一定数量的特征之后(例如，在制造数个喷头的特征之后)，配件开始磨损。继续使用磨损的配件会产生不符合规格的特征。
当不符合的特征成群地产生时，不符合特征的聚集可能导致使用对喷头的特征尺寸高度敏感的工艺进行处理的衬底中的厚度不均匀。为了避免不符合的特征的聚集，某些制造商遵守特定的生产特征的顺序、序列或模式，其可能是麻烦的。替代地，制造商必须经常(例如，在制造每一喷头或两个喷头的特征之后)更换配件，例如刀具或钻头，其可能是昂贵的。
本公开内容提供了两种方法，以避免不符合特征的聚集并且允许制造商在一定程度上使用磨损的配件。这些方法可用于制造部件而不频繁更换配件，也可用于验证所制造的部件是否符合规格。第一方法使用或指定两个标准：第一，小于较大的公差范围的子范围；第二，最小距离规则。喷头的所有特征的尺寸必须在较大的公差范围内。此外，大多数(如果不是全部的话)特征的尺寸也必须在较大公差范围的较小子范围内。此外，当某些特征的尺寸不在较小的子范围内(即，在该子范围之外)时，这些特征中的每一者必须与这些特征中的其他相隔至少预定距离。
例如，如果F(例如，3931)是喷头的特征的总数，则喷头的所有F个特征的尺寸(例如，直径)必须在F个特征的指定标称直径的第一公差范围内。例如，喷头的所有F个特征必须与指定标称直径相差在X％(例如，5％)以内。此外，F个特征的大多数(如果不是全部的话，例如M个)的尺寸必须在第二公差范围(称为子范围)内，第二公差范围比第一公差范围更紧(即，更小)。例如，M个特征的直径必须与指定标称直径相差在Y％(例如，1.25％)内，其中Y＜X。此外，当F个特征中的N个的尺寸不在第二公差范围内(即，在第二公差范围之外)，其中N＝F-M且N≥2，则N个特征中的每一者必须与该N个特征中的其他相隔至少预定距离D(称为最小距离规则)。即，N个特征中的第一者必须与该N个特征中的其余特征相隔至少距离D；N个特征中的第二者必须与该N个特征中的其余特征相隔至少距离D；等等。
通过采用子范围并且应用最小距离规则，本公开内容的第一方法防止不符合特征的聚集。第一方法使制造商能使用磨损的配件，只要使用磨损的配件所制造的特征满足子范围和最小距离规则即可。第一方法也使制造商能以任何方式生产特征，而不是遵守特定的钻孔模式或顺序，只要所生产的特征满足子范围和最小距离规则即可。
根据本公开内容的第二方法定义特征公差，其基于在具有足够大的或统计上显著的母体(populations)的工艺关键特征的部件中的统计，而不是传统的通过/失败方法。统计数据可包括所定义的特征的直径、位置及图案分布。如果满足以下三个统计要求(统计术语的要求及定义将详细地说明于下)，则部件(例如，喷头)通过特征尺寸(例如，直径)的检查：第一，没有特征直径超过截止公差范围t；第二，母体平均数不超过最大平均偏差DT；第三，母体的标准偏差(SD)不超过SDmax。制造商将所指示的大母体特征的制造顺序随机化，以使任何形式的工具磨损、热效应和/或其他步骤相关效应均匀地分布在特征母体中。一旦根据经验而优化及验证顺序以生产符合部件的三个统计要求的特征，接着便重复使用该顺序以制造预定数量的部件。
第二方法也使制造商能使用磨损的配件，只要使用磨损的配件所制造的特征满足第二方法的三个统计要求即可。此外，只要所生产的特征满足第二方法的三个统计要求，第二方法也使制造商能以任何经验测试的方式来生产特征，而不是遵守指定的钻孔图案或顺序。
本公开内容的第一和第二方法的这些及其他方面将详细地描述于下。在整个本公开内容中，喷头仅使用作为使用第一和第二方法所制造的部件的示例，以说明本公开内容的教导。教导不限于喷头。此外，教导也不限于半导体制造装置的部件。相反，该教导可应用于具有统计上显著的(即，足够大的)母体的(一或多个)特征的任何部件。
本公开内容组织如下。首先，参考图1以显示及说明处理室的示例，其中根据本公开内容所制造的喷头可使用于其中。接着，参考图2A-2C以显示及说明喷头及其特征的示例。随后，参考图3A-3H以说明第一方法，参照图4A-4I以说明第二方法。最后，参考图5以显示及说明系统的框图，其可使用第一及第二方法以制造部件。
图1显示了包含处理室102的衬底处理系统100，其被配置成产生电容耦合式等离子体。虽然本示例是在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的背景中描述的，但本公开的教导可以应用于例如原子层沉积(ALD)、等离子体增强ALD(PEALD)、化学气相沉积的其他类型的衬底处理、或者还有其他包含蚀刻的其他处理。
衬底处理系统100包含将衬底处理系统100的其他部件包围起来且含有RF等离子体(如果使用的话)的处理室102。处理室102包含上部电极104和静电卡盘(ESC)106或其他类型的衬底支撑件。在操作期间，衬底108被布置在ESC106上。
例如，上部电极104可以包含例如喷头之类的气体分配设备110而导入以及分配工艺气体到处理室内。气体分配设备110可以包含杆部，该杆部的一端连接至处理室102的顶表面。喷头的基部通常是圆柱形的，并且在与处理室102的顶表面相隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头的基部的面向衬底的表面或面板包含多个出口或特征(例如，狭槽或贯穿孔)，汽化前体、工艺气体、清洁气体或清扫气体通过这些孔流动。
ESC106包含用作下部电极的底板112。底板112支撑加热板114，而加热板114可以对应于陶瓷多区域加热板。可以在加热板114和底板112之间布置热阻层116。底板112可以包含用于使冷却剂流过底板112的一或多个通道118。
如果使用等离子体，则RF产生系统(或RF源)120产生RF电压并且将RF电压输出到上部电极104和下部电极(例如ESC106的底板112)中的一个。上部电极104和底板112中的另一个可以是DC接地、AC接地或浮动电位。仅作为示例，RF产生系统120可以包含RF产生器122，其产生由匹配及分配网络124馈送到上部电极104或底板112的RF功率。在其他示例中，尽管未示出，等离子体可以感应地或远程地产生。然后供应至处理室102。
气体输送系统130包含一或多个气体源132-1、132-2、......和132-N(统称为气体源132)，其中N是大于零的整数。气体源132由阀134-1、134-2、......和134-N(统称为阀134)和质量流量控制器136-1、136-2、......和136-N(统称为质量流量控制器136)而连接至歧管140。蒸气输送系统142供应汽化前体至歧管140或连接到处理室102的其他歧管(未显示)。从歧管140输出的气体馈送到处理室102。气体源132可以供应工艺气体、清洁气体或清扫气体。
温度控制器150可以连接到布置在加热板114中的多个热控制元件(TCE)152。温度控制器150可以用于控制多个TCE152以控制ESC106和衬底108的温度。温度控制器150可以与冷却剂组件154连通以控制冷却剂流过通道118。例如，冷却剂组件154可以包含冷却剂泵、贮存器以及一或多个温度传感器(未显示)。温度控制器150操作冷却剂组件154以使冷却剂选择性地流经通道118以冷却ESC106。阀156和泵158可用于从处理室102中排出反应物。系统控制器160控制衬底处理系统100的部件。
图2A-2C显示了喷头组件的示例。图2A显示了喷头组件的立体图。图2B及2C显示了喷头组件的特征的示例。图2B显示了喷头组件的面向衬底的表面或面板上的特征。图2C详细地显示了这些特征。
在图2A中，喷头组件200(例如，图1中所示的气体分配设备110)包括杆部202，杆部202包括连接至处理室(例如，图1中所示的处理室102)的顶表面的一端。杆部202包括入口，以从气体输送系统(例如，图1中所示的气体输送系统130)接收已蒸发的前体、工艺气体、清洁气体、或清扫气体。
喷头组件200的基部204通常为圆柱形，并且在与处理室顶表面分隔开的位置处、从杆部202的相反端径向朝外延伸。基部204的面向衬底的表面或面板210(图2B中所示)包括多个出口或特征(例如，狭槽或贯穿孔)212。来自入口的已蒸发的前体、工艺气体、清洁气体、或清扫气体系流动通过特征212进入处理室中。
在图2B中，喷头组件200的面板210包括多个特征212。在一些示例中，所有特征212可具有相同的尺寸和形状。例如，所有特征212可为圆形并且具有相同的直径。在一些示例中，特征212可包括多组特征。例如，具有第一尺寸和第一形状的第一组特征可配置在喷头组件200上的第一位置处，而具有第二尺寸和第二形状的第二组特征可配置在喷头组件200上的第二位置处。第二尺寸和第二形状中的至少一者可不同于第一尺寸和第一形状。例如，在图2C中，显示了两组特征。第一组包括特征212-1，第二组包括特征212-2。虽然特征212-1和212-2都是圆形，但特征212-1的直径大于特征212-2的直径。
在图2C中，仅作为示例，相比于第一特征212-1，特征212-2在数量上非常少。例如，虽然第一组特征212-1包括数千个特征，这在统计上是显著的，但第二组特征212-2包括远少于五十或一百个特征(例如，一打或两打)，这在统计上不是显著的。因此，第二组特征212-2对工艺的影响是可忽略的，且不需将第一方法应用于这些第二组特征212-2。
然而，在一些示例中，第一和第二组特征212-1、212-2中的每一者可包括统计上显著的母体的特征。例如，第一和第二组特征212-1、212-2中的每一者中的特征数量可包括数百或数千个特征。因此，第一方法可应用于第一和第二组特征212-1、212-2中的每一者，第一和第二组特征212-1、212-2中每一者具有子范围和最小距离的不同规格。
换言之，某些喷头(或通常的部件)可包括两组特征。第一组可包括具有第一尺寸(例如，直径)D1的第一特征，并且可以按数量F1生产。第二组可包括具有第二尺寸(例如，直径)D2的第二特征，并且可以按数量F2生产。第一和第二特征可以在喷头的不同区域中产生，或者可散布在喷头的一个或更多区域中(例如，如图2C所示，但F1及F2两者都可为在统计上显著的)。在某些应用中，D1可能大于或小于D2或等于D2。无论如何，子范围和最小距离规则的教导适用于第一和第二特征两者。第二特征与第一特征的子范围和最小距离的值可能不同，具体取决于它们的大小、数量及位置。
现在参考图3A-3H更详细地说明第一方法，其涉及子范围和最小距离规则。目前的喷头规格使用相对大的公差范围来控制特征尺寸。虽然大公差范围在喷头的竞争性成本和高效的可制造性上是令人满意的，但大公差范围对于流量敏感的工艺会造成不利的影响。这是因为这些规格不包括约束(constraints)以在大的公差范围内控制相同尺寸特征的聚集，其对于敏感的工艺来说可能是有问题的。因此，由于喷头的类似尺寸特征(相比于其余特征)的聚集，特征尺寸的目前规格会造成衬底的厚度不均匀。
根据第一方法，特征的分组(grouping)被控制，以确保在特征尺寸范围以上或以下的特征没有在喷头上的任何位置处聚集在一起。该控制用于确保敏感的工艺不受在可接受的公差范围内的特征尺寸变化的影响。尺寸超出指定公差范围的特征被制造成与尺寸超出指定范围的其他类似特征相隔至少预定距离。该方法确保尺寸超出可接受的公差范围的类似尺寸特征没有制造成聚集。第一方法维持较大的公差范围给全部的特征尺寸，并且使用额外的较小的子范围以及最小距离规则，以确保大母体的特征是在可接受的特征尺寸内，而超出范围的特征(称为离群值)没有聚集在一起而形成图案。因此，第一方法确保特征在喷头上的均匀分布。虽然目前的规格可能会形成在公差范围内的类似尺寸特征的随机图案，但第一方法使特征的制造能具有相同的公差范围，但增加了对子范围和最小距离规则的控制。
图3A-3H显示了第一方法如何可通过应用子范围和最小距离规则而用于制造喷头，以及如何可通过应用子范围和最小距离规则而用于验证所制造的喷头合格或不合格。图3A-3G显示了将子范围和最小距离规则应用于一组特征(例如，图2B中所示的第一组特征212-1)的各种示例。这些图显示了使用第一方法所制造的喷头的特征尺寸的直方图。在这些图中，使用具有3931个指定直径的特征的喷头作为解说示例。例如，在这些图中所使用的喷头可类似于在图2A中所示的喷头组件200，在图2A中，第一组特征212-1等于3931。
喷头的所有3931个特征的尺寸(例如，直径)必须在第一公差范围内。例如，所有3931个特征的直径必须与指定直径相差在X％(例如，5％)内。仅作为示例，在这些图中使用的第一公差范围的值为0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸为这些图中的指定标称直径，但可使用第一公差范围的任何合适值。此外，3931个特征中的大多数(如果不是全部的话，例如M个)的尺寸必须在第二公差范围(称为子范围)内，第二公差范围比第一公差范围更小(即，更紧)。例如，M个特征的直径必须与指定标称直径相差在Y％(例如，1.25％)内，在这些图中指定标称直径为0.04英寸，其中Y＜X。仅作为示例，在这些图中所使用的子范围的值为0.0005英寸，但可使用子范围的任何合适值。此外，当3931个特征中的N个的尺寸不在子范围内(即，在子范围之外)时，其中N＝3931-M且N≥2，则N个特征中每一者必须与该N个特征中的其他相隔至少D(称为最小距离规则)。仅作为示例，在这些图中所使用的最小距离的值为1.0英寸，但可使用最小距离的任何合适值。
在图3A中，在根据第一方法所制造的喷头组件的第一示例中，所有3931个特征的直径是在第一公差范围内，在该示例中第一公差范围为0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸为指定标称直径。此外，所有3931个特征的直径落在五不同范围(分区)内，每一者为0.0001英寸。因此，所有特征的直径是在指定子范围内，在该示例中为0.0005英寸(由两竖直虚线表示)。因此，在该示例中的喷头组件是第一方法可接受的(即，根据公差及子范围规格制造)。相反，制造商可继续使用先前使用过的钻头，该钻头可能先前生产的特征比本示例中所示的那些具有更均匀的直径，只要制造商可制造具有如本示例中所示的特征尺寸的喷头组件即可。
在图3B中，在根据第一方法所制造的喷头组件的第二示例中，所有3931个特征的直径是在第一公差范围内，在该示例中为0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸为指定标称直径。此外，所有3931个特征的直径都落在五个不同范围(分区)内，每一者为0.0001英寸。因此，所有特征的直径系在指定子范围内，在此示例中为0.0005英寸(由两竖直虚线表示)。因此，在该示例中的喷头组件也是第一方法可接受的(即，根据公差和子范围规格所制造的)。相反，制造商可继续使用先前使用过的钻头，该钻头可能先前生产的特征比本示例中所示的那些具有更均匀的直径，只要制造商可制造具有如本示例中所示的特征尺寸的喷头组件即可。
在图3C和3D中，在根据第一方法所制造的喷头组件的第三示例中，所有3931个特征的直径是在第一公差范围内，其在该示例中为0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸为指定标称直径。此外，所有3931个特征(除了以250和252标识的两个特征以外)的直径落在0.0001英寸的五个不同范围(分区)内。以250和252标识的两个特征的直径在第一公差范围内，但不在指定子范围内，在此示例中，指定子范围是在与指定标称直径相差在0.0005英寸内(由两竖直虚线表示)，因此称为离群值250、252。换言之，在指定标称直径与两离群值250、252中的每一者的直径之间的差大于指定子范围，在此示例中指定子范围为0.0005英寸。因此，虽然两离群值250、252的直径在第一公差范围内，但是两离群值250、252的直径不在指定子范围内。
然而，如图3D所示，两离群值250、252彼此相隔至少一英寸，在本示例中，一英寸是不在指定子范围内的特征之间所需的最小距离。因此，在该示例中的喷头组件是第一方法可接受的(即，根据公差和最小距离规则规格制造)。相反，制造商可继续使用先前使用过的钻头，该钻头可能先前生产的特征比本示例中所示的那些具有更均匀的直径，只要制造商可制造具有如本示例中所示的特征尺寸的喷头组件即可。
在图3E中，在根据第一方法所制造的喷头组件的第四示例中，所有3931个特征的直径是在第一公差范围内，其在该示例中为0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸为指定标称直径。此外，所有3931个特征的直径落在五个不同范围(分区)内，每一者为0.0001英寸。因此，所有特征的直径是在指定子范围内，在此示例中为0.0005英寸(由两竖直虚线表示)。因此，在该示例中的喷头组件也是第一方法可接受的(即，根据公差和子范围规格所制造)。相反，制造商可继续使用先前使用过的钻头，该钻头可能先前生产的特征比本示例中所示的那些具有更均匀的直径，只要制造商可制造具有如本示例中所示的特征尺寸的喷头组件即可。
在图3F和3G中，在根据第一方法所制造的喷头组件的第五示例中，所有3931个特征的直径在第一公差范围内，其在此示例中为0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸为指定标称直径。然而，在3931个特征中，以260和262标识的26个特征的直径不是指定子范围内，在此示例中指定子范围为与指定标称直径相差在0.0005英寸内(由两竖直虚线显示)，因此被称为离群值260、262。即，在指定标称直径与离群值260、262中的每一者的直径之间的差大于指定子范围，其在此示例中为0.0005英寸。因此，虽然离群值260、262的直径在第一公差范围内，但是离群值260、262的直径不在指定子范围内。
此外，如图3G中的270所示，离群值260、262中的至少一些并非彼此相隔至少一英寸，在此示例中，一英寸为不在指定子范围内的特征之间所需的最小距离。因此，虽然根据第一公差范围所制造，但是该示例中的喷头组件是不可接受的，因为它不符合第一方法的子范围最小距离规则的规格。
图3H显示了使用子范围和最小距离规则以制造和/或验证喷头的第一方法(标示于300处)。在302处，第一方法300确定是否所有特征的尺寸在第一公差范围内(即，较大的公差范围；例如，0.04英寸±0.001英寸，其中0.04英寸是指定标称直径)。如果所有特征的尺寸不在第一公差范围内，则第一方法300在304处结束并且在304处拒绝该部件。如果所有特征的尺寸在第一公差范围内，则第一方法300在306处确定是否两个或更多特征的尺寸在第二公差范围(即，子范围；例如，与指定标称直径相差在0.0005英寸)之外。如果两个或更多特征的尺寸不在第二公差范围之外，则第一方法300在308处结束并且在308处接受该部件。如果两个或更多特征的尺寸在第二公差范围之外，则第一方法300在310处确定是否该两个或更多特征相隔预定最小距离(例如，至少1英寸)。如果该两个或更多特征相隔预定最小距离，则第一方法300在308处结束并且在308处接受该部件。如果该两个或更多特征并非相隔预定最小距离，则第一方法300在304处结束并且在304处拒绝该部件。
制造商可使用第一方法以生产符合子范围和最小距离规格的部件以及验证所制造的部件。例如，在制造期间，制造商可监控钻头的磨损和/或特征尺寸(例如，特征直径/几何形状)的变化。例如，制造商可使用测量工具、坐标测量机(CMM)以及光学探针或其他技术来检查钻孔后的特征并测量特征尺寸。一旦测量了这些特征，就可以分析所测量的数据以确定特征是否满足子范围和最小距离规格的标准。根据该数据分析，制造商也可确定使用同一钻头(即，不更换钻头)可生产多少部件，以便生产出特征符合子范围和最小距离规格的部件。例如，制造商可确定同一钻头可用于生产多达四个喷头(即，总共约16,000个特征)。制造商可确定并使用独特的钻孔模式以在一喷头上钻出所有将近4000个特征。例如，在喷头上的钻孔顺序可分成多个区域。制造商自由地选择钻孔模式/顺序/钻头磨损寿命。无论选择为何，都会测量所生产的特征，以确认特征尺寸符合规格。
现在参考图4A-4I以说明上述的指定三个统计条件的第二方法。类似于大多数机械式特征尺寸，部件(例如，喷头)的特征尺寸(例如，直径)通常由对称的正/负公差范围所定义。然而，由于某些部件(例如，喷头)通常具有大量特征(例如，贯穿孔或出口)，所以单一特征落在正态分布之外的可能性相当高。在考虑加工能力、工具差异、材料偏差等因素时，特征公差范围远大于特征数量相对较少时的公差范围，以防止在制造检查期间的部件的高拒绝率。鉴于更严格的工艺控制要求，传统的特征公差方案已经过时。制造具有在统计上显著的特征母体的部件的第二方法被设计成考虑更严格的公差约束，同时考虑制造变化。
使用单一工具配件(例如，刀具)来制造大量特征可能在特征母体的一或更多尺寸上引起线性变化。例如，当配件磨损时，所得的平均特征尺寸(例如，直径)倾向于随着时间推移而漂移，导致在顺序后端时所制造的特征偏离起始的特征。如果钻出数千个特征，则钻头会随着时间推移而磨损，在后端特征中产生比起始特征更小的尺寸。在制造大量的特征时，最佳做法是开发出随机化的顺序来加工特征，以使磨损散布在整个该组特征中。这导致特征的物理平均化。根据第二方法，如果满足第二方法的以下三个统计要求或规格，则部件通过特征尺寸检查：第一，没有特征的直径超过截止公差范围t；第二，母体平均数不超过最大平均偏差DT；以及第三，母体的标准偏差不超过SDmax。
图4A和4B显示了表格，其包括在图4C-4H中所使用的统计参数的符号及描述，以说明第二方法。在第二方法的整个说明中，喷头及其特征的直径仅使用作为解说示例。直径为圆形特征的横截面宽度，其可通过适用的测量技术(例如，CMM、光学等)进行测量。
在图4A中，第一表格显示了用于描述及限制特征与特征之间(feature-to-feature)的直径的方差的统计参数。这些统计参数代表特征母体的边界约束(boundingconstraint)，而不是每一单独特征的边界约束。符号T代表特征的标称目标尺寸(例如，标称直径)并且描述所有特征的直径的目标平均值以及目标母体平均数。符号t代表截止公差范围，其指定为±数字。截止公差范围t是与标称目标尺寸T的距离，特征不能超过该距离，否则部件将被拒绝。符号DT代表整个特征母体的平均数与标称目标尺寸T的最大平均偏差。最大平均偏差DT为母体平均数的边界窗口(bounding window)，并且指定为±数字。最大平均偏差DT并非定义任何单一特征的范围，而是定义一特征模式中所定义的整个母体的范围。符号SDmax代表最大标准偏差。最大标准偏差SDmax为在对所有特征进行检查和测量之后所计算出的整个特征模式的最大允许标准偏差。
在图4B中，第二表格显示了统计参数，其根据所测量的母体数据计算，并且用于量化特征母体以确定特征母体是否符合第二方法的规格(即，三个统计要求)。在第二表格中，符号USL表示为USL＝T+t，并且代表在母体中的任何特征直径可具有的绝对最大值。USL由标称目标T加上公差范围t来计算。符号LSL表示为LSL＝T–t，并且表示在母体中的任何特征直径可具有的绝对最小值。LSL是由标称目标T减去公差范围t来计算。符号UDT表示为UDT＝T+DT，并且代表特征母体平均数可具有的最大值。符号LDT表示为LDT＝T-DT，并且代表特征母体平均数可具有的最小值。符号μ代表母体平均数，并且描述在母体中的所有特征的直径的实际母体平均数。符号Dμ表示为Dμ＝μ-T，并且代表母体平均数的边界窗口。Dμ(与DT一样)不定义任何单一特征的范围，而是专门地定义在特征模式内所定义的整个母体的范围。
使用这些统计参数，特征尺寸能以下列格式指定。诸如，例如喷头上的贯穿孔之类的特征(例如，图2A-2C中所示的喷头组件200的特征212-1)的直径可指定如下：3894X0.040±0.001DT:±0.0005SD:6E-5；其中3894为特征的数量或量，0.040英寸为标称特征目标尺寸T，±0.001英寸为截止公差t，DT:±0.0005英寸为最大平均偏差，SD为最大允许标准偏差SDmax。
图4C-4H显示了使用第二方法所制造的喷头的特征尺寸的直方图。在图4C-4H中的每一者中，拟合喷头的数据的分布曲线的叠加用于使统计参数可视化。接着应用第二方法的标准以确定特征是否满足如下所述的规格。
图4C-4H显示了基于每一类型的统计参数的可接受和不可接受的特征母体的示例。例如，图4C和4D分别显示了基于母体平均数的可接受和不可接受的特征母体的示例。图4E和4F分别显示了基于标准偏差的可接受和不可接受的特征母体的示例。图4G和4H分别显示了基于离群值的可接受和不可接受的特征母体的示例。
在图4C-4H中，母体平均数μ离特征目标T为距离Dμ。阴影区域表示1σ标准偏差SDmax。随着特征尺寸散开，阴影区域会变宽。USL和LSL边界为母体中所有特征的绝对最大/最小边界。
在图4C和4D中，对于通过第二方法的母体平均数标准(即，母体平均数不超过最大平均偏差DT)的特征母体而言，母体平均数μ需要在UDt和LDt边界内。在图4C所示的示例中，因为母体平均数μ在UDt和LDt边界内，所以特征母体通过了第二方法的母体平均数标准(即，母体平均数不超过最大平均偏差DT)。此外，还满足第二方法的其他两个标准，其包括没有特征尺寸超过截止公差范围、以及特征母体的标准偏差不超过SDmax。因此，图4C所示的示例中的喷头通过第二方法的所有三个标准，因此是可接受的。
在图4D所示的示例中，因为母体平均数μ不在UDt和LDt边界内，所以特征母体没有通过第二方法的母体平均数标准(即，母体平均数太大并超过最大平均偏差DT)。因此，因为图4D所示的示例中的喷头没有通过第二方法的母体平均数标准，所以该喷头是不可接受的，尽管喷头通过了第二方法的其他两个标准，包括没有特征尺寸超过截止公差范围、以及特征母体的标准偏差不超过SDmax。
在图4E和4F中，标准偏差SDmax(其为最大允许母体标准偏差)，控制特征的散开。在图4E所示的示例中，特征母体通过第二方法的标准偏差标准(即，母体的标准偏差不超过SDmax)。此外，还满足第二方法的其他两个标准，包括没有特征尺寸超过截止公差范围、以及母体平均数不超过最大平均偏差DT。因此，图4E所示的示例中的喷头通过第二方法的所有三个标准，因此是可接受的。
在图4F所示的示例中，因为特征母体的标准偏差大于所定义的SDmax，所以特征母体没有通过第二方法的标准偏差标准。因此，因为在图4F所示的示例中的喷头没有通过第二方法的标准偏差标准，所以喷头是不可接受的，尽管喷头通过第二方法的其他两个标准，包括没有特征尺寸超过截止公差范围、以及母体平均数没有超过最大平均偏差DT。
在图4G和4H中，截止公差范围t定义了特征母体中的任何特征的绝对最大和最小可接受值。在图4G所示的示例中，离群值350具有不超过USL的特征尺寸。因此，特征母体通过第二方法的截止公差范围标准(即，没有特征尺寸超过截止公差范围t)。此外，还满足第二方法的其他两个标准，包括特征母体的标准偏差不超过SDmax、以及母体平均数不超过最大平均偏差DT。因此，在图4G所示的示例中的喷头通过第二方法的所有三个标准，因此是可以接受的。
在图4H所示的示例中，离群值352具有超过USL的特征尺寸。结果，特征母体没有通过第二方法的截止公差范围标准(即，特征尺寸超过截止公差范围t)。因此，因为图4H所示的示例中的喷头没有通过第二方法的截止公差范围标准，所以喷头是不可接受的，尽管喷头通过第二方法的其他两个标准，包括特征母体的标准偏差不超过SDmax、以及母体平均数不超过最大平均偏差DT。因为单一离群值超过了USL，所以在图4H所示的示例中的喷头是不可接受的，尽管平均数和标准偏差都在第二方法的规格内。
应当注意，第二方法的最大平均偏差DT标准与第一方法的子范围规格相同。此外，第一方法也将拒绝图4H所示的示例中的喷头，因为离群值352的大小超出了第一方法的较大公差带。然而，如果离群值在子范围之外但满足最小距离规则，则第一方法将接受喷头。
图4I显示了使用统计条件来制造和/或验证喷头的第二方法(标示于400处)。在402，第二方法400确定特征母体是否满足第一条件；换言之，部件(例如，喷头)的特征母体的平均数是否超过母体的最大平均偏差DT。如果母体平均数超过DT，则部件在404被拒绝。
如果母体平均数不超过DT，则在406，第二方法400确定特征母体是否满足第二条件；即，部件的特征母体的标准偏差是否超过母体的最大标准偏差SDmax。如果母体标准偏差超过SDmax，则部件在404被拒绝。
如果母体标准偏差也不超过SDmax，则在408，第二方法400确定特征母体是否满足第三条件；即，部件的任何特征的尺寸是否超过截止公差范围t。如果部件的任何特征的尺寸超过截止公差范围t，则部件在404被拒绝。如果部件的任何特征的尺寸不超过截止公差范围t，则满足第二方法的所有三个条件，且部件在410被接受。
制造商可使用第二方法来生产符合三个统计条件的部件、以及验证所制造的部件。例如，在制造期间，制造商可监控钻头的磨损和/或特征尺寸(例如，特征直径/几何形状)的变化。例如，制造商可使用测量工具、坐标测量机(CMM)及光学探针或其他技术来检查钻孔后的特征并测量特征尺寸。一旦测量了这些特征，就可以分析所测量的数据以确定特征是否满足第二方法的所有三个统计条件的标准。根据该数据分析，制造商也可确定使用同一钻头(即，不更换钻头)可生产多少部件，以便生产出特征符合第二方法的标准的部件。例如，制造商可确定同一钻头可用于生产多达四喷头(即，总共约16,000个特征)，同时仍满足第二方法的标准。
制造商可将所指示的大母体特征的制造顺序随机化，以使任何形式的工具磨损、热效应、或其他步骤相关效应均匀地分布在特征母体中。该制造顺序可凭经验确定，然后可重复以生产符合第二方法的规格的部件。制造商可自由选择钻孔模式/顺序/钻头磨损寿命。无论选择为何，都会测量所生产的特征，以确认特征尺寸符合第二方法的规格。
图5显示了可使用本公开内容的第一和第二方法以制造部件的特征的系统的简化框图，部件例如为喷头(例如，图2A-2C中所示的喷头200)。例如，制造系统500包括计算机系统502和控制工具506的工具控制器504。计算机系统502提供代码给工具控制器504，以用于根据本公开内容的方法的规格来制造部件(例如，喷头)中的特征。计算机系统502也在显示器上提供用户界面给操作员，以操作、监控以及控制工具506。
将部件固定在设置在基座512上的工作台510上。工具506包括耦合至马达的配件508(例如，钻头或刀具)以制造部件中的特征。基于代码，工具控制器504控制马达的旋转速度。工具506还包括能够在X、Y和Z方向上移动马达的致动器(未显示)。工具控制器504使用X轴驱动器514、Y轴驱动器516以及Z轴驱动器518来控制马达在X、Y和Z方向上的移动。驱动器514、516、518驱动各自的致动器而使马达在X、Y和Z方向上移动，以校准在部件内/上的位置，从而根据所述规格来制造特征。
在一些工具中，部件被竖直地保持(不同于所示的水平地保持)，且配件508在水平方向(不同于所示的竖直方向)在部件上操作并且在部件中产生特征。在一些应用中，工作台510可相对于配件508而移动。工具控制器504控制工作台516在X和Y轴方向上的运动。
反馈系统520向工具控制器504提供关于马达和致动器的位置、速度等的反馈。反馈系统520包括位置和速度传感器，其监测/测量马达和致动器的位置和速度。工具控制器504从这些传感器接收信号，并且基于这些信号而产生用于校正任何位置和速度误差的控制信号。
此外，虽然未显示，但工具506可包括润滑/冷却系统，其在操作期间将润滑剂/冷却剂(例如靠近配件514)分配至工件514上。工具控制器504也可实施辅助控制功能，例如打开/关闭润滑剂/冷却剂及更换配件508。
在根据规格而制造预定数量的部件之后，工具506可自动更换配件508或可在计算机系统502的用户界面上提示操作员更换配件508。因此，工具506根据本公开内容的第一和第二方法中的每一者的规格，在部件上制造特征。
图6和图7分别显示了制造商可用来根据本公开内容的第一和第二方法的规格来制造部件(例如，喷头)的特征的方法。在图6和7中，使用工具配件的磨损作为可能导致特征尺寸变化的参数的示例。导致特征尺寸变化的参数的其他非限制性示例包括切割配件的温度、工具的温度、加工中的部件的温度、冷却剂流量、冷却剂温度、操作员错误、外来碎屑以及与工具相关的夹具、设置和一般公差。可使用安装在工具中的合适的传感器或使用外部感测/测量设备来测量和/或检测这些参数。这些参数(单独或任意组合)可能导致特征尺寸的变化。本公开内容的方法考虑了这些参数，并且在部件上产生满足本公开内容的方法的规格要求的特征。
图6显示了制造商可用于根据本公开内容的第一方法的规格来制造部件(例如，喷头)的特征的方法600。方法600可使用图5所示的系统500来实施。使用工具506和配件508(例如，以下所述的切割配件)，方法600可一次在一部件中、或一前一后地(in tandem)在多个部件中制造特征。此外，方法600可遍布一个或更多喷头制造第一特征。方法600可使用同一配件以遍布一或更多部件制造第二(即，不同的)特征，其中第二特征具有与第一特征不同的规格。例如，第二特征可具有比第一特征更小的指定尺寸，并且可使用在制造第一特征之后略微磨损的配件来制造。替代地，第二特征可包括对第一特征的修改，例如添加锥形尖端至圆柱形的贯穿孔。
在方法600中，在602，将一个或更多喷头设置在具有切割配件(例如，图5中所示的配件508)的工具(例如，图5中所示的工具506)上。在604，方法600选择在待加工的多个特征中的第一选定特征，第一选定特征在该多个特征的指定尺寸的第一公差范围内。在606，方法600选择在待加工的多个特征中的第二选定特征，第二选定特征在该多个特征的指定尺寸的第二公差范围内，定位成相隔开至少预定距离。第一公差范围小于第二公差范围(即，第二公差范围是较大的公差范围，而第一公差范围是上述的较小的子范围)。因此，当切割配件没有磨损或磨损可忽略不计时，首先制造具有较严格公差的特征。
例如，第一选定特征和第二选定特征位于这些喷头中的一者上。第一选定特征与第二选定特征是相同的。如果第一选定特征与第二选定特征是不同的，则第二选定特征将需要与第一选定特征不同的规格。第一选定特征和第二选定特征可位于多个喷头上，并且可一前一后地制造。例如，首先可在所有喷头上制造所有第一选定特征，接着可在所有喷头上制造所有第二选定特征。
在608，方法600使用切割配件以加工在多个特征中的在第一公差范围内的第一选定特征。在610，方法600确定切割配件上的磨损是否已达到预定磨损阈值。例如，方法600基于切割配件在工具上使用的加工时间、使用切割配件所切削的特征数目以及在切割配件上所感测到的磨损中的至少一者，以估计切割配件上的磨损。方法600在608继续加工在第一公差范围内的第一选定特征，直到切割配件上的磨损达到预定磨损阈值。在612，当切割配件上的磨损达到预定磨损阈值时，方法600使用切割配件以加工在该多个特征中的在第二公差范围内的第二选定特征。
在614，方法600确定切割配件上的磨损是否已经达到第二磨损阈值，在该第二磨损阈值处，切割配件不能根据第一方法的规格来制造特征。在616，方法600继续使用相同的切割配件来制造特征，直到切割配件上的磨损达到第二磨损阈值。在618，一旦切割配件上的磨损已经达到第二磨损阈值，方法600就停止使用该切割配件，且一旦切割配件上的磨损达到第二磨损阈值，方法600就改变(即，更换)切割配件。因此，方法600可在使用相同的切割配件来加工预定数量的喷头特征之后改变切割配件。换言之，方法600可在不更换切割配件的情况下，制造预定数量的喷头特征。
此外，如上所述，方法600可添加具有相应规格的较小特征，但使用相同但轻微磨损的配件。例如，在上述的加工第一和第二选定特征之前，方法600可额外选择在待加工的第二多个特征中的第三选定特征，第三选定特征在该第二多个特征的第二指定尺寸的第三公差范围内。方法600可选择在待加工的第二多个特征中的第四选定特征，第四选定特征在第二指定尺寸的第四公差范围内，相隔开至少第二预定距离，其中第三公差范围小于第四公差范围。
在上述的加工第一和第二选定特征之后或同时，方法600可使用相同的切割配件来加工在第三公差范围内的第三选定特征。当切割配件上的磨损达到第二预定磨损阈值时，方法600可使用相同的切割配件来加工在第四公差范围内的第四选定特征。
第三和第四选定特征不同于第一和第二选定特征。例如，第三和第四选定特征可包括较小的特征、或可包括对第一和第二选定特征的修改。根据第一方法，第三和第四选定特征具有与第一和第二选定特征不同的规格。第三和第四特征的第二指定尺寸不同于第一和第二选定特征的指定尺寸。第三和第四公差范围不同于第一和第二公差范围。第二预定距离不同于预定距离。第一、第二、第三和第四选定特征可位于这些喷头中的一者上。替代地，第一、第二、第三和第四选定特征可位于多个喷头上，并且可如上述一前一后地制造。
在某些实现方案中，根据规格，方法600可在加工第一选定特征之后且在加工第二选定特征之前加工第三选定特征。替代地，方法600可在加工第一选定特征之后且在加工第二选定特征之前加工第三和第四选定特征。替代地，方法600可在加工第二选定特征之后加工第三和第四选定特征。
在一示例中，使用方法600所制造的喷头包括杆部和基部，杆部连接至处理室，基部从杆部延伸并包括多个特征以将气体引入处理室(例如，参见图1及相应的说明)。使用方法600所制造的多个特征中的第一特征的尺寸是在该多个特征的指定尺寸的第一公差范围内。使用方法600所制造的多个特征中的第二特征的尺寸是在指定尺寸的第二公差范围内，其中第一公差范围小于第二公差范围。此外，第二特征具有不在第一公差范围内(即，尺寸在第一公差范围之外)的尺寸并且相隔至少预定距离定位。
在某些示例中，多个特征包括贯穿孔，且尺寸包括贯穿孔的直径。在某些示例中，多个特征包括多于N百个的特征，其中N是大于1的整数。在某些示例中，多个特征包括多于N千个的特征，其中N是大于1的整数。
图7显示了制造商可以用来根据本公开内容的第二(统计)方法的规格来制造部件(例如，喷头)的特征的方法700。方法700可使用图5所示的系统500来执行。使用工具506及配件508(例如，下述的切割配件)，方法700可一次在一部件中、或一前一后地在多个部件中制造特征。此外，方法700可遍布一或更多喷头制造第一特征。方法700可使用同一配件以遍布一或更多部件制造第二(即，不同的)特征，其中第二特征具有与第一特征不同的规格。例如，第二特征可具有比第一特征更小的指定尺寸，并且可使用在制造第一特征之后略微磨损的配件来制造。替代地，第二特征可包括对第一特征的修改，例如添加锥形尖端至圆柱形的贯穿孔。
在方法700中，在702，将一个或更多喷头设置在具有切割配件(例如，图5中所示的配件508)的工具(例如，图5中所示的工具506)上。在604，方法600选择在待加工的多个特征中的第一选定特征，第一选定特征在该多个特征的指定尺寸的第一公差范围内。在606，方法600选择在待加工的该多个特征中的第二选定特征，第二选定特征在该多个特征的指定尺寸的预定公差范围内，并且第二选定特征散布在第一选定特征中。
例如，第一选定特征和第二选定特征位于这些喷头中的一者上。第一选定特征与第二选定特征是相同的。如果第一选定特征与第二选定特征是不同的，则第二选定特征将需要与第一选定特征不同的规格。第一选定特征和第二选定特征可位于多个喷头上，并且可一前一后地制造。例如，首先可在所有喷头上制造所有第一选定特征，接着可在所有喷头上制造所有第二选定特征。
在708，方法700使用切割配件以加工在多个特征中的在预定公差范围内的第一选定特征。在710，方法700确定切割配件上的磨损是否已达到预定磨损阈值。例如，方法700基于切割配件在工具上使用的加工时间、使用切割配件所切削的特征数目以及在切割配件上所感测到的磨损中的至少一者，以估计切割配件上的磨损。方法700在708继续加工在预定公差范围内的第一选定特征，直到切割配件上的磨损达到预定磨损阈值。在712，当切割配件上的磨损达到预定磨损阈值时，方法700使用切割配件以加工在该多个特征中的在预定公差范围内的第二选定特征。
方法700加工第一和第二选定特征，使得在加工后，不仅第一和第二特征在预定公差范围内，而且第一和第二选定特征的尺寸平均值与指定尺寸的偏差小于或等于预定平均偏差，且第一和第二选定特征的尺寸的标准偏差小于或等于预定标准偏差。因此，第一和第二选定特征的尺寸满足第二方法的所有三个标准。
在714，方法700确定切割配件上的磨损是否已经达到第二磨损阈值，在该第二磨损阈值处，切割配件不能根据第二方法的规格来制造特征。在716，方法700继续使用相同的切割配件来制造特征，直到切割配件上的磨损达到第二磨损阈值。在718，一旦切割配件上的磨损已经达到第二磨损阈值，方法700就停止使用该切割配件，且一旦切割配件上的磨损达到第二磨损阈值，方法700就改变(即，更换)切割配件。因此，方法700可在使用相同的切割配件来加工预定数量的喷头特征之后改变切割配件。换言之，方法700可在不更换切割配件的情况下，制造预定数量的喷头特征。
在一示例中，使用方法700所制造的喷头包括杆部和基部，杆部连接至处理室，基部从杆部延伸并包括多个特征以将气体引入处理室(例如，参见图1及相应的说明)。使用方法700所制造的多个特征中的第一特征的尺寸是在该多个特征的指定尺寸的预定公差范围内。使用方法700所制造的多个特征中的第二特征具有小于第一特征的尺寸，散布在第一特征中，并且具有在预定公差范围内的尺寸。使用方法700制造第一和第二特征，使得除了具有相同的预定公差范围之外，第一和第二特征的尺寸的平均值与指定尺寸的偏差小于或等于预定平均偏差，且第一和第二特征的尺寸的标准偏差小于或等于预定标准偏差。
在某些示例中，多个特征包括贯穿孔，且尺寸包括贯穿孔的直径。在某些示例中，多个特征包括多于N百个的特征，其中N是大于1的整数。在某些示例中，多个特征包括多于N千个的特征，其中N是大于1的整数。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。
应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其他实施方案的特征中实现和/或与任何其他实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其他中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的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(基座、气体流系统等)。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工艺，包括处理气体的输送、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工艺的操作参数。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、以其他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、或者开始新的工艺。
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)向系统提供工艺配方。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工艺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(例如本文所述的工艺和控制)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工艺。
示例性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/或制备的任何其他半导体处理系统。
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、其他工具部件、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。

Claims (20)

1.一种制造用于衬底处理系统的喷头的方法，所述方法包括：
将所述喷头中的一个或更多个设置在包括切割配件的工具上；
选择待加工的多个特征中的多个第一选定特征，所述多个第一选定特征在所述多个特征的指定尺寸的第一公差范围内；
选择待加工的所述多个特征中的多个第二选定特征，所述多个第二选定特征在所述多个特征的所述指定尺寸的第二公差范围内，并且相隔开至少预定距离定位；
使用所述切割配件来加工所述多个特征中的在所述第一公差范围内的所述第一选定特征；以及
当与所述工具相关的造成所述第一选定特征的尺寸变化的参数达到预定阈值时，使用所述切割配件来加工所述多个特征中的在所述第二公差范围内的所述第二选定特征，
其中所述第一公差范围小于所述第二公差范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数包括所述切割配件上的磨损、所述切割配件的温度、所述工具的温度或加工中的所述喷头中的所述一个或更多个的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数包括所述切割配件上的磨损，所述方法还包括：基于所述切割配件在所述工具上使用的加工时间、使用所述切割配件所切削的特征数目以及在所述切割配件上所感测到的磨损中的至少一者，估计所述切割配件上的所述磨损。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一选定特征和所述第二选定特征位于所述喷头中的一者上或位于多个所述喷头上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数包括所述切割配件上的磨损，所述方法还包括：当所述切割配件达到大于所述预定阈值的第二预定阈值时，更换所述工具的所述切割配件。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在使用所述切割配件加工预定数量的所述喷头之后，更换所述工具的所述切割配件。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
选择待加工的多个第二特征中的多个第三选定特征，所述多个第三选定特征在所述多个第二特征的第二指定尺寸的第三公差范围内；
选择待加工的所述多个第二特征中的多个第四选定特征，所述多个第四选定特征在所述第二指定尺寸的第四公差范围内，并且相隔至少第二预定距离定位；
使用所述切割配件来加工在所述第三公差范围内的所述第三选定特征；以及
当所述参数达到第二预定阈值时，使用所述切割配件来加工在所述第四公差范围内的所述第四选定特征，
其中所述第三公差范围小于所述第四公差范围。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述第三和第四选定特征不同于所述第一和第二选定特征；
所述第二指定尺寸不同于所述指定尺寸；
所述第三和第四公差范围不同于所述第一和第二公差范围；以及
所述第二预定距离不同于所述预定距离。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一、第二、第三和第四选定特征位于所述喷头中的一者上。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一、第二、第三和第四选定特征位于多个所述喷头上。
11.根据权利要求7所述的方法，其还包括：在加工所述第一选定特征之后且在加工所述第二选定特征之前，加工所述第三选定特征。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述第三和第四选定特征修改所述第一和第二选定特征。
13.根据权利要求7所述的方法，其还包括：在加工所述第一选定特征之后且在加工所述第二选定特征之前，加工所述第三和第四选定特征。
14.根据权利要求7所述的方法，其还包括：在加工所述第二选定特征之后，加工所述第三和第四选定特征。
15.一种制造用于衬底处理系统的喷头的方法，所述方法包括：
将所述喷头中的一个或更多个设置在包括切割配件的工具上；
选择待加工的多个特征中的多个第一选定特征，所述多个第一选定特征在所述多个特征的指定尺寸的预定公差范围内；
选择待加工的所述多个特征中的多个第二选定特征，所述多个第二选定特征在所述多个特征的所述指定尺寸的所述预定公差范围内，并且散布在所述第一选定特征中；
使用所述切割配件来加工在所述预定公差范围内的所述第一选定特征；以及
当与所述工具相关的造成所述第一选定特征的尺寸变化的参数达到预定阈值时，使用所述切割配件来加工在所述预定公差范围内的所述第二选定特征，
其中：
所述第一和第二选定特征的尺寸的平均值与所述指定尺寸的偏差小于或等于预定平均偏差；以及
所述第一和第二选定特征的所述尺寸的标准偏差小于或等于预定标准偏差。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述参数包括所述切割配件上的磨损、所述切割配件的温度、所述工具的温度或加工中的所述喷头中的所述一个或更多个的温度。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述参数包括所述切割配件上的磨损，所述方法还包括：基于所述切割配件在所述工具上使用的加工时间、使用所述切割配件所切削的特征数目以及在所述切割配件上所感测到的磨损中的至少一者，估计所述切割配件上的所述磨损。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一选定特征和所述第二选定特征位于所述喷头中的一者上或位于多个所述喷头上。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述参数包括所述切割配件上的磨损，所述方法还包括：当所述切割配件达到大于所述预定阈值的第二预定阈值时，更换所述工具的所述切割配件。
20.根据权利要求15所述的方法，其还包括：在使用所述切割配件加工预定数量的所述喷头之后，更换所述工具的所述切割配件。
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