CN115720681A - 真实自由基处理的远程等离子体架构 - Google Patents

Abstract

一种喷头包括第一部件、第二部件和第三部件。所述第一部件包括盘状部分以及从所述盘状部分垂直延伸的圆柱形部分。所述盘状部分包括分别具有第一直径和第二直径的第一组孔洞和第二组孔洞，其中所述第一组孔洞和所述第二组孔洞从所述盘状部分的中心延伸至所述圆柱形部分的所述内直径。第二部件是盘状的，并且与所述第一部件的所述盘状部分附接且限定出与所述第二组孔洞流体连通的充气室，所述第二部件包括沿着所述顶表面的周缘且位于所述顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽，以及在所述成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽。所述第三部件是盘状的且附接至所述第二部件，并且包括与所述充气室连接的气体输入口、以及与弧形凹槽连接的流体输入口以及流体输出口。

Description

真实自由基处理的远程等离子体架构

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月28日申请的美国临时申请No.63/084,541的优先权。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

本公开整体上涉及衬底处理系统，且更具体而言涉及真实自由基处理的远程等离子体架构。

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。

衬底处理系统通常包括将基座包围的处理室，其中衬底(例如，半导体晶片)在处理期间被配置在该基座上。气体输送系统可将包括一种或更多前体的处理气体混合物引进处理室，以在衬底上沉积膜或蚀刻该衬底。等离子体可在处理室中点燃。或者，等离子体可在处理室的远程(即，外侧)产生，接着引进该处理室。在处理室外侧产生的等离子体被称为远程等离子体，且其可使用任何方法产生，所述方法包括电容耦合等离子体(CCP)、感应耦合等离子体(ICP)、变压耦合等离子体(TCP)、以及微波。

一些衬底处理系统使用原子层沉积(ALD)处理以在衬底上沉积材料。ALD按顺序执行气体化学处理以在衬底表面上沉积薄膜的薄-膜沉积方法。ALD使用至少两种被称作(反应物)的化学品，其中所述前体是一次一种前体以序列式、自限制的方式与衬底表面进行反应。通过重复暴露于不同前体而逐渐在衬底表面上沉积薄膜。

发明内容

对处理室中的衬底进行处理所用的喷头包括第一部件、第二部件及第三部件。该第一部件包括盘状部分以及从该盘状部分垂直延伸的圆柱形部分。该盘状部分的直径大于该圆柱形部分的外直径。该圆柱形部分的内直径大于该衬底的直径。该盘状部分包括分别具有第一直径及第二直径的第一组孔洞及第二组孔洞。该第一组孔洞及该第二组孔洞从该盘状部分的中心延伸至该圆柱形部分的该内直径。第二部件是盘状的，且包括与该第一部件中的第一组孔洞对准的第一贯穿孔。第二部件具有顶表面、侧表面、以及在相对于该圆柱形部分的一侧上与该第一部件的该盘状部分附接并且限定出充气室的底表面。该充气室与该第一部件中的该第二组孔洞流体连通，并与该第一部件中的该第一组孔洞分隔开。该第二部件的该顶表面包括沿着该顶表面的周缘且位于该顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽，以及包括在该成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽。该第三部件是盘状的，且包括与该第二部件中的该第一贯穿孔、及该第一部件中的该第一组孔洞对准的多个第二贯穿孔。该第三部件具有与该第二部件的该顶表面附接的底表面。

在另一特征中，该第一组孔洞及该第二组孔洞被配置成六边形图案。

在另一特征中，该第一组孔洞及该第二组孔洞被配置成三角形图案。

在另一特征中，该第一组孔洞及该第二组孔洞被配置成六边形图案与三角形图案的组合。

在其他特征中，该六边形图案中的六边形为等边六边形，且该三角形图案中的三角形为等边三角形。

在其他特征中，该第一组孔洞被配置成六边形图案，该第二组孔洞位于该第一组孔洞所形成的六边形内的多个三角形的顶点上，且所述三角形中的每一者内存在该第一组孔洞中的一者。

在其他特征中，该第二组孔洞被配置成六边形图案，该第一组孔洞位于该第二组孔洞所形成的六边形内的多个三角形的顶点上，且所述三角形中的每一者内存在该第二组孔洞中的一者。

在其他特征中，该第三部件还包括与该充气室流体连通的气体输入口、与该成对的弧形凹槽的第一者流体连通的流体输入口、以及与该成对的弧形凹槽的第二者流体连通的流体输出口。

在另一特征中，该成对的弧形凹槽及该多个凹槽与该充气室及该第一组孔洞及该第二组孔洞分隔开。

在另一特征中，该第二部件的该底表面还包括沿着该第二部件的该底表面的周缘的半圆形凹槽，且其中该半圆形凹槽与该充气室流体连通。

在另一特征中，该半圆形凹槽围绕着该第二部件中的第一贯穿孔。

在另一特征中，该半圆形凹槽围绕着该成对的弧形凹槽。

在另一特征中，该成对的弧形凹槽包括与该第三部件的该底表面接触的多个竖直延伸脊部。

在另一特征中，所述脊部的高度等于该多个凹槽的深度。

在另一特征中，该成对的弧形凹槽围绕着该第二部件中的第一贯穿孔。

在另一特征中，该成对的弧形凹槽与该多个凹槽具有相等深度。

在另一特征中，该多个凹槽彼此平行。

在另一特征中，该多个凹槽具有锯齿形状。

在另一特征中，该多个凹槽的第一端与该成对的弧形凹槽的第一者连接，且该多个凹槽的第二端与该成对的弧形凹槽的第二者连接。

在另一特征中，该第二部件中的第一贯穿孔位于该多个凹槽之间。

在其他特征中，该第三部件包括：位于该第三部件的顶表面上且沿着该第三部件的周缘的环状脊部，以及从该环状脊部的内直径延伸至该第三部件的该顶表面的中心的凹陷部。

在另一特征中，该环状脊部的该内直径大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的该内直径。

在另一特征中，该环状脊部的外直径大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的外直径。

在另一特征中，该环状脊部的宽度大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的厚度。

在另一特征中，该环状脊部的该内直径大于该衬底的该直径。

在另一特征中，该凹陷部的直径大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的该内直径。

在另一特征中，该凹陷部的直径大于该衬底的直径。

在另一特征中，该第三部件中的第二贯穿孔位于该环状脊部的内直径内。

在另一特征中，该第三部件中的第二贯穿孔位于该凹陷部内。

在另一特征中，该第一部件、该第二部件及该第三部件经扩散接合。

在另一特征中，该第一组孔洞的横截面积的总和比上该第一部件的该圆柱形部分的横截面积的比率介于4.5％与5.5％之间。

在另一特征中，该第一组孔洞的横截面积的总和比上该第一部件的该圆柱形部分的横截面积的比率介于4％与6％之间。

在另一特征中，该第一组孔洞的数量比上该第二组孔洞的数量的比率介于1.00与1.05之间。

在另一特征中，该第一组孔洞及该第二组孔洞的密度介于4至5个孔洞/平方英寸之间。

在其他特征中，一种系统包括喷头、处理室、以及配置在该喷头的第三部件上方以将等离子体供应至该喷头的等离子体产生器。该喷头配置在该处理室的顶端处。该系统包括配置在该处理室中的基座。该喷头的该第一部件的圆柱形部分围绕着该基座的顶部部分。该系统包括用于将气体供应至该充气室的气体输送系统，以及用于将流体供应至该成对的弧形凹槽中的一者的流体输送系统。

在另一特征中，该喷头中的该第一组孔洞将来自该等离子体的离子进行过滤，以及使来自该等离子体的自由基通过该喷头而进入该处理室。

在另一特征中，沉积在该衬底上的膜具有0.0％的不均匀性。

在另一特征中，沉积在该衬底上的膜具有小于0.1％的不均匀性。

在另一特征中，介于该喷头的该第一部件的该盘状部分的底表面与该基座的顶表面之间的间隙介于0.11英寸与0.2英寸之间。

在另一特征中，该处理室包括原子层沉积(ALD)处理室、原子层蚀刻(ALE)处理室、化学气相沉积(CVD)处理室或物理气相沉积(PVD)处理室。

在还有的其他特征中，用于对该处理室中的衬底进行处理的喷头包括第一部件、第二部件及第三部件。该第一部件包括盘状部分以及从该盘状部分垂直延伸的圆柱形部分。该盘状部分的直径大于该圆柱形部分的外直径。该圆柱形部分的内直径大于该衬底的直径。该盘状部分包括分别具有第一直径及第二直径的第一组孔洞及第二组孔洞。该第一组孔洞及该第二组孔洞从该盘状部分的中心延伸至该圆柱形部分的该内直径。该第二部件为盘状的，且包括与该第一部件中的该第一组孔洞对准的多个第一贯穿孔。该第二部件具有顶表面、多个侧表面以及在相对于该圆柱形部分的一侧上与该第一部件的该盘状部分附接并且限定出充气室的底表面。该充气室与该第一部件中的该第二组孔洞流体连通，并与该第一部件中的该第一组孔洞分隔开。该第二部件的该顶表面包括沿着该顶表面的周缘且位于该顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽以及包括在该成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽。该第三部件为盘状的，且包括与该第二部件中的第一贯穿孔及该第一部件中的第一组孔洞对准的多个第二贯穿孔。该第三部件具有与该第二部件的该顶表面附接的底表面。该第一组孔洞及该第二组孔洞被配置成六边形图案、三角形图案或六边形图案与三角形图案的组合。该六边形图案中的六边形为等边六边形，且其中该三角形图案中的三角形为等边三角形。该第一组孔洞被配置成六边形图案，该第二组孔洞位于该第一组孔洞所形成的六边形内的多个三角形的顶点上，以及所述三角形中的每一者内存在该第一组孔洞中的一者。该第二组孔洞被配置成六边形图案，该第一组孔洞位于该第二组孔洞所形成的六边形内的多个三角形的顶点上，以及所述三角形中的每一者内存在该第二组孔洞中的一者。

在其他特征中，该第三部件还包括与该充气室流体连通的气体输入口、与该成对的弧形凹槽的第一者流体连通的流体输入口、以及与该成对的弧形凹槽的第二者流体连通的流体输出口。

在其他特征中，该成对的弧形凹槽及该多个凹槽与该充气室及该第一组孔洞及该第二组孔洞分隔，该成对的弧形凹槽围绕着该第二部件中的第一贯穿孔，或该成对的弧形凹槽与该多个凹槽具有相同深度。

在其他特征中，该第二部件的该底表面还包括沿着该第二部件的该底表面的周缘的半圆形凹槽，该半圆形凹槽与该充气室流体连通，且该半圆形凹槽围绕着该第二部件中的第一贯穿孔或该半圆形凹槽围绕着该成对的弧形凹槽。

在其他特征中，该成对的弧形凹槽包括与该第三部件的该底表面接触的多个竖直延伸脊部，且该多个竖直延伸脊部的高度等于该多个凹槽的深度。

在其他特征中，该多个凹槽彼此平行、或该多个凹槽具有锯齿形状。

在其他特征中，该多个凹槽的第一端与该成对的弧形凹槽的第一者连接，且该多个凹槽的第二端与该成对的弧形凹槽的第二者连接。

在其他特征中，该第二部件中的第一贯穿孔位于该多个凹槽之间。

在其他特征中，该第一组孔洞的横截面积的总和比上该第一部件的该圆柱形部分的横截面积的比率介于4.5％与5.5％之间；该第一组孔洞的横截面积的总和比上该第一部件的该圆柱形部分的横截面积的比率介于4％与6％之间；该第一组孔洞的数量比上该第二组孔洞的数量的比率介于1.00与1.05之间；或该第一组孔洞及该第二组孔洞的密度介于4至5个孔洞/平方英寸之间。

在还有的其他特征中，用于对处理室中的衬底进行处理的喷头包括第一部件、第二部件及第三部件。该第一部件包括盘状部分以及从该盘状部分垂直延伸的圆柱形部分。该盘状部分的直径大于该圆柱形部分的外直径。该圆柱形部分的内直径大于该衬底的直径。该盘状部分包括分别具有第一直径及第二直径的第一组孔洞及第二组孔洞。该第一组孔洞及该第二组孔洞从该盘状部分的中心延伸至该圆柱形部分的内直径。该第二部件为盘状的，且包括与该第一部件中的该第一组孔洞对准的多个第一贯穿孔。该第二部件具有顶表面、多个侧表面以及在相对于该圆柱形部分的一侧上与该第一部件的该盘状部分附接并且限定出充气室的底表面。该充气室与该第一部件中的该第二组孔洞流体连通，并与该第一部件中的该第一组孔洞分隔开。该顶表面包括沿着该顶表面的周缘且位于该顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽以及包括在该成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽。该第三部件为盘状的，且包括与该第二部件中的第一贯穿孔及该第一部件中的该第一组孔洞对准的多个第二贯穿孔。该第三部件具有与该第二部件的顶表面附接的底表面。该第三部件包括位于该第三部件的顶表面上且沿着该第三部件的周缘的环状脊部、以及从该环状脊部的内直径延伸至该第三部件的该顶表面的中心的凹陷部。

在其他特征中，该环状脊部的该内直径大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的该内直径、或该环状脊部的外直径大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的外直径。

在其他特征中，该环状脊部的宽度大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的厚度、或该环状脊部的该内直径大于该衬底的该直径。

在其他特征中，该凹陷部的直径大于或等于该第一部件的该圆柱形部分的该内直径、或该凹陷部的直径大于该衬底的该直径。

在其他特征中，该第三部件中的第二贯穿孔位于该环状脊部的该内直径内、或该第三部件中的第二贯穿孔位于该凹陷部内。

在还有的其他特征中，一种系统包括处理室、以及用于对该处理室中的衬底进行处理的喷头。该喷头被配置在该处理室的顶端处。该喷头包括第一部件、第二部件及第三部件。该第一部件包括盘状部分以及从该盘状部分垂直延伸的圆柱形部分。该盘状部分的直径大于该圆柱形部分的外直径。该圆柱形部分的内直径大于该衬底的直径。该盘状部分包括分别具有第一直径及第二直径的第一组孔洞及第二组孔洞。该第一组孔洞及该第二组孔洞从该盘状部分的中心延伸至该圆柱形部分的该内直径。该第二部件为盘状的，且包括与该第一部件中的该第一组孔洞对准的多个第一贯穿孔。该第二部件具有顶表面、多个侧表面以及在相对于该圆柱形部分的一侧上与该第一部件的该盘状部分附接并且限定出充气室的底表面。该充气室与该第一部件中的该第二组孔洞流体连通，并与该第一部件中的该第一组孔洞分隔开。该顶表面包括沿着该顶表面的周缘且位于该顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽以及包括在该成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽。第三部件为盘状的，且包括与该第二部件中的第一贯穿孔及该第一部件中的该第一组孔洞对准的多个第二贯穿孔。该第三部件具有与该第二部件的该顶表面附接的底表面。该系统还包括配置在该喷头的该第三部件上方以将等离子体供应至该喷头的等离子体产生器、配置在该处理室中的基座。该喷头的第一部件的该圆柱形部分围绕着该基座的顶部部分。该系统还包括用于将气体供应至该充气室的气体输送系统、以及用于将流体供应至该成对的弧形凹槽中的一者的流体输送系统。

在其他特征中，该喷头中的第一组孔洞将来自等离子体的离子进行过滤，以及使来自等离子体的自由基通过该喷头而进入该处理室。

在其他特征中，沉积在该衬底上的膜具有0.0％的不均匀性、沉积在该衬底上的膜具有小于0.1％的不均匀性、或介于该喷头的第一部件的盘状部分的底表面与该基座的顶表面之间的间隙介于0.11英寸与0.2英寸之间。

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根据本公开显示了使用远程等离子体及喷头的衬底处理系统的示例；

图2根据本公开显示了图1的喷头的侧向横截面图；

图3根据本公开显示了图1的喷头的立体横截面图；

图4根据本公开显示了被配置在图1的喷头中的仰视图，其中该充气室用于将前体气体引进喷头；

图5根据本公开显示了配置在图1的喷头中的冷却通道的俯视图，其中该冷却通道用于将冷却剂在喷头中进行循环；

图6根据本公开显示了图1的喷头的仰视图，其显示在喷头中所使用的孔洞图案的示例；

图7显示了图6所显示的孔洞图案的放大图；

图8根据本公开显示了图1的喷头的俯视图；

图9根据本公开显示了图1的喷头的顶部的立体图；以及

图10根据本公开显示了图1的喷头的底部的立体图。

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

本公开涉及使用远程等离子体的衬底处理系统，其中接地喷头将引起损害的离子从远程等离子体中过滤，并允许远程等离子体中的自由基通过而进入处理室。自由基(其具有未成对电子，但不像离子具有净电荷)提供有益的膜性质。喷头(其将远程等离子体的源连接至处理室)中的孔洞经优化以从该远程等离子体过滤离子并使自由基穿过。为方便起见，在本公开通篇将这些孔洞称作自由基孔洞。

此外，一种或更多前体经由喷头中的单独充气室而供应至处理室，其中所述单独充气室针对ALD操作的剂量均匀性及清扫效率而优化。所述前体经由喷头中的第二组孔洞而从该单独充气室供应至处理室中，其中该第二组孔洞在本公开通篇被称作前体孔洞。将自由基及前体分别输送允许对两者进行独立优化，以实现优化的膜性质及均匀性。

选择性质(例如，直径、深宽比、以及自由基孔洞的数量)以优化被输送至处理室中的衬底的自由基量，并且还平衡过滤离子(其可能以其他方式对衬底造成损害)的有效性。此外，自由基孔洞及前体孔洞的图案(例如，布局、分布及密度)也被优化以在整个衬底上提供膜均匀性。此架构可与任何类型的等离子体源一起使用，并且还使用与远程等离子体增强ALD或化学气相沉积(CVD)处理一起使用。

喷头包括平面基底部分、以及从该基底部分的周缘垂直朝下延伸的圆柱形部分。该基底部分包括冷却及前体充气室、自由基孔洞、以及前体孔洞。该圆柱形部分具有外壁及内壁。该圆柱形部分的该内壁限定出喷头的孔。支撑衬底的基座被配置在处理室中、直接位于喷头的基底部分下方。该基座包括平面顶部部分、以及从该顶部部分的中心垂直朝下延伸的竖直基底部分。喷头的圆柱形部分的内直径(ID)(即，喷头的内壁直径)大于基座的顶部部分的外直径(OD)。喷头的圆柱形部分的内壁围绕着基座的顶部部分，并且在基座的顶部部分下方竖直延伸。喷头的圆柱形部分遮蔽着基座的顶部部分。该基座向下移动以装载衬底、向上移动以处理衬底、以及向下移动以移除衬底。可将基座的顶部部分在喷头的圆柱形部分内竖直向上及向下移动，以调整该基座的基底部分与顶部部分之间的间隙。

喷头的圆柱形部分提供围绕着基座边缘的相对稳定的热及气体流动环境，因此简化将喷头与基座之间的间隙进行变动的程序。具体而言，当基座在喷头的圆柱形部分内竖直移动以调整喷头与基座之间的间隙时，喷头的圆柱形部分(其在基座的顶部部分下方竖直延伸)提供围绕着基座边缘的对称的热边界条件(即，相对恒定温度的区域)。

此外，当基座在喷头的圆柱形部分内移动时，喷头的圆柱形部分还对于围绕着基座边缘的气体流动提供相对恒定的收缩，其简化在ALD处理中对于喷头与基座之间的间隙中的气体微容积进行控制的程序。在喷头与基座之间的可调间隙允许对ALD处理中的微容积进行准确控制。在喷头与基座之间的窄间隙避免ALD处理的微容积中的自由基耗尽。本公开的喷头的这些及其他特征在下文详细描述。

本公开编排如下。使用远程等离子体以及根据本公开而设计的喷头的衬底处理系统示例参照图1而显示及描述。喷头的侧向及立体横截面图参照图2及图3而显示及描述。喷头中的气体充气室及冷却通道的仰视图及俯视图分别参照图4及图5而显示及描述。喷头的俯视图及仰视图、以及自由基孔洞及前体孔洞的各种特征参照图6-8而显示及描述。喷头的顶部及底部的立体图分别参照图9及图10而显示及描述。

图1显示了根据本公开的衬底处理系统100。衬底处理系统100包括处理室103及喷头104。喷头104由金属(例如，铝)或合金所制成。喷头104包括平面基底部分105、以及从基底部分105垂直朝下延伸的圆柱形部分107。基底部分105在圆柱形部分107的顶部(其形成凸缘200)处径向朝外延伸。基底部分105参照图2及图3而在下文进一步详细描述。圆柱形部分107具有外壁109-1及内壁109-2。圆柱形部分107的内壁109-2限定出喷头104的孔106(可见于图2)。喷头104的孔106的直径等于圆柱形部分107的内壁109-2的直径(即，圆柱形部分107的ID)。

处理室103具有侧壁108及底部壁110。该侧壁108附接至喷头104的圆柱形部分107的底部。该侧壁108垂直于喷头104的基底部分105，并且从该喷头104的圆柱形部分107的外壁109-1的底部竖直朝下延伸。处理室103的底部壁110平行于喷头104的基底部分105且垂直于该处理室103的侧壁108，并且附接至处理室103的侧壁108。

衬底处理系统100包括被配置在喷头104上方的等离子体源102。该喷头104被配置在等离子体源102与处理室103之间。该喷头104将等离子体源102与处理室103分隔开。该等离子体源102进一步详细描述于下。

基座112被配置在处理室103中、直接位于喷头104下方。在处理期间，衬底114被配置在基座112的顶表面116上。基座112的顶表面116是平坦的，且平行于喷头104的基底部分105，以及平行于处理室103的底部壁110。因此，衬底114平行于基座112的顶表面116、喷头104的基底部分105、以及处理室103的底部壁110。喷头104的圆柱形部分107的ID(即，喷头104的内壁109-2的直径)大于基座112的顶表面116的OD。喷头104的圆柱形部分107的ID(即，喷头104的内壁109-2的直径)也大于衬底114的OD。

由马达122所驱动的致动器120可将基座112在喷头104的圆柱形部分107内相对于喷头104竖直上下移动。等离子体源102及喷头104相对于基座112是固定的。可通过将基座112在喷头104的圆柱形部分107内竖直移动而调整喷头104的基底部分105的底部与基座112的顶表面116之间的间隙。举例而言，喷头104的基底部分105的底部与基座112的顶表面116之间的间隙可约为0.2英寸、0.15英寸或0.11英寸。

等离子体源102可为如图所示的圆顶形状、或可为任何的其他形状。等离子体源102的底端是敞开的，并且附接至第一圆柱形部件124的顶端。第一圆柱形部件124具有第一凸缘126，其中该第一凸缘126从第一圆柱形的部件124的中心附近径向朝外延伸。因此，该第一圆柱形部件124具有字母“T”的形状，其中该字母“T”向左转动90度。

第二圆柱形部件128围绕着第一圆柱形部件124。该第二圆柱形部件128具有第二凸缘129，其中该第二凸缘129从第二圆柱形部件128的底端径向朝内延伸。因此，第二圆柱形部件128具有字母“L”的形状，其中该字母“L”是水平翻转。第一圆柱形部件124的第一凸缘126悬垂于第二圆柱形部件128的第二凸缘129上。第一圆柱形部件124及第二圆柱形部件128的底端是在喷头104的基底部分105的周缘附近附接至喷头104的基底部分105的顶部。

仅举例而言，等离子体源102使用ICP产生远程等离子体(即，在处理室103外侧的等离子体)。等离子体源102经由气体注射器132而接收从气体分布系统130接收的一种或更多气体，其中该气体注射器132被配置在等离子体源102的顶部处，然而能以其他方式将气体注入该等离子体源102中。线圈134围绕着等离子体源102配置。线圈134的第一端是接地的，而线圈134的第二端连接至RF产生系统136。

RF产生系统136产生RF功率并将其输出至线圈134。仅举例而言，RF产生系统136可包括产生RF功率的RF产生器138。该RF功率通过匹配网络140而馈送至线圈134。供应至线圈134的RF功率将由气体注射器132注射至等离子体源102中的一种或更多气体点燃，并且产生等离子体142。由于等离子体源102是在处理室103的远程(即，外侧)产生等离子体142，故该等离子体142被称作远程等离子体142。

气体输送系统130包括一个或更多气体源150-1、150-2、…、及150-N(统称为气体源150)，其中N为大于零的整数。气体源150通过阀152-1、152-2、…、及152-N(统称为阀152)以及质量流量控制器154-1、154-2、…、及154-N(统称为质量流量控制器154)而连接至歧管156。歧管156连接至气体注射器132。

喷头104参照图2-8而进一步在下文详细描述。简而言之，喷头104的基底部分105包括第一组孔洞(也如上述称作自由基孔洞)160-1、160-2、...、及160-N(统称为自由基孔洞160)，其中N为大于1的整数。自由基孔洞160从喷头104的基底部分105的顶表面162延伸至喷头104的基底部分105的面向衬底的底表面164(亦称作面板164)。

此外，喷头104的基底部分105包括充气室166，该充气室166与自由基孔洞160分离，且未与自由基孔洞160流体连通。充气室166从第二气体输送系统170接收一种或更多前体气体。喷头104的基底部分105还包括第二组孔洞(也如上述称作前体孔洞)172-1、172-2、...、及172-N(统称为前体孔洞172)，其中N为大于1的整数。前体孔洞172从充气室166延伸至喷头104的面板164。自由基孔洞160未与充气室166及前体孔洞172流体连通。自由基孔洞160的直径及长度大于前体孔洞172的直径及长度。

喷头104的基底部分105还包括多个凹槽168-1、168-2、…、及168-N(统称为凹槽168)，其中N为大于1的整数。凹槽168形成冷却通道(参照图3而进行描述)，其中冷却剂经由该冷却通道而流动。流体输送系统180经由喷头104的基底部分105的输入口(显示于图3中)以将冷却剂供应至凹槽168。

在喷头104的基底部分105中可设置一个或更多温度传感器(未显示)。温度传感器可与温度控制器182连接。温度控制器182可控制从流体输送系统180往凹槽168的冷却剂供应，以控制喷头104的温度。

此外，虽然未显示，但基座112可包括一个或更多加热器、从流体输送系统180接收冷却剂的冷却系统、以及一个或更多温度传感器。温度控制器182可连接至基座112中的温度传感器。温度控制器182可控制往加热器的功率供应。温度控制器182可控制从流体输送系统180至基座112中的冷却系统的冷却剂供应，以控制基座112的温度。

阀186及泵188可在处理期间控制处理室103中的压力，并且从处理室103抽空反应物。系统控制器190可控制上述衬底处理系统100的部件。

现在将进一步详细描述喷头104。如上所述，喷头104过滤来自远程等离子体142的离子，并且使来自远程等离子体142的自由基通过自由基孔洞160而进入处理室103。自由基与介于喷头104与基座112之间的间隙中的前体产生反应，并且使用例如ALD的处理而在衬底114上沉积薄膜。为使自由基通过喷头104而通过自由基孔洞160所提供的敞开区域、自由基孔洞160及前体孔洞172的密度及图案、以及喷头104的圆柱形部分107的结构性质及功能性质(其全部将在下文详细描述)在使用喷头104所沉积的膜中提供几乎为0的径向及方位不均匀性。

图2显示了喷头104的侧向横截面图。喷头104包括基底部分105、以及从喷头104的基底部分105竖直朝下延伸的圆柱形部分107。喷头104的基底部分105是水平的，且平行于基座112的顶表面116(请参见图1)以及处理室103的底部壁110(请参见图1)。基底部分105从圆柱形部分107的外直径(OD)径向朝外延伸以形成凸缘200。使用紧固件202以将该凸缘200固定至处理室103的顶部板(未显示)。可在凸缘200与顶部板之间设置O形环(未显示)，以在喷头104与顶部板之间形成密封。

喷头104的基底部分105的顶表面162包括环状脊部210，其中该环状脊部210具有相对小的高度。在图3、8、及9中还显示了该环状脊部210。如果喷头104位于一表面上且其中基底部分105的顶表面162停靠在该表面上(即，如果该喷头104面朝下而放置在该表面上)，则环状脊部210在该喷头104的搬运期间保护着自由基孔洞160。环状脊部210的宽度大约(但不需为必要)与圆柱形部分107的厚度相同。

喷头104的基底部分105的顶表面162还包括从环状脊部210的ID延伸至喷头104的中心的凹陷部212。凹陷部212也显示于图3中。凹陷部212的直径大约(但不需为必要)与喷头104的圆柱形部分107的ID相同。举例而言，凹陷部212的直径可小于或等于喷头104的圆柱形部分107的ID。自由基孔洞160被配置在凹陷部212的区域内。该凹陷部212及环状脊部210在喷头104的搬运期间共同保护自由基孔洞160。

环状脊部210的ID及凹陷部212的直径大约等于圆柱形部分107的ID。在一些示例中，环状脊部210的ID及凹陷部212的直径可大于圆柱形部分107的ID。环状脊部210的OD可大于或等于圆柱形部分107的OD。在一些示例中，环状脊部210的ID及凹陷部212的直径可小于圆柱形部分107的内直径；且环状脊部210的OD可小于圆柱形部分107的OD。因此，环状脊部210的宽度可大于、等于或小于圆柱形部分107的厚度。

喷头的基底部分105包括充气室166、以及从该充气室166穿过该基底部分105及穿过该喷头104的面板164而竖直延伸的前体孔洞172。充气室166参照图3及图4进一步在下文详细显示及描述。

自由基孔洞160的直径及长度大于前体孔洞172的直径及长度。如220所示，自由基孔洞160在顶端处(即，在面向等离子体源102的一侧上，请参见图1)是锥形的。自由基孔洞160及前体孔洞172是圆柱形的，且配置在参照图6及图7而在下文详细描述的图中。如参照图6及图7而详细描述的，自由基孔洞160的总横截面积经优化以过滤来自远程等离子体142的离子，仅使来自远程等离子体142的自由基通过喷头104而进入处理室103。

喷头104的基底部分105包括凹槽168，所述凹槽168形成冷却通道，而冷却剂通过该冷却通道以进行循环。凹槽168及冷却通道参照图3及图5进一步在下文详细显示及描述。

喷头104的圆柱形部分107的外壁109-1并未直接接触处理室103的顶部板。由于此特征，以及由于喷头104的圆柱形部分107在基座112的顶表面116(其上方设置着衬底114(请参见图1))下方竖直延伸，因此喷头104的圆柱形部分107提供围绕着基座112的顶表面116的边缘(参见图1)的对称热边界条件(即，相对恒定温度的区域)。因此，基座112可在圆柱形部分107内(即，在圆柱形部分107的高度之间)竖直移动，以调整喷头104与基座112之间的间隙，而不大幅改变围绕着基座112的顶表面116的边缘的热边界条件，这在衬底处理期间是有利的。

此外，如上所述，当基座112在圆柱形部分107内上下移动时，喷头104的圆柱形部分107还对于围绕着基座112的顶表面116的边缘的气体流动提供相对恒定收缩。这简化对介于喷头104与基座112之间的间隙中的气体的微容积进行控制的程序，原因在于围绕着基座112的顶表面116的边缘的气体流动条件会因为圆柱形部分107围绕着且靠近基座112的顶表面116的边缘而保持相对恒定。因此，基座112可在圆柱形部分107内(即，在圆柱形部分107的高度之间)竖直移动，以调整喷头104与基座112之间的间隙，而不大幅改变围绕着基座112的顶表面116的边缘的气体流动条件。

介于喷头104的面板164与基座112的顶表面116之间的可调间隙允许对ALD处理中的微容积进行准确控制。此外，介于喷头104的面板164与基座112的顶表面116之间的窄间隙避免该间隙中的微容积中的自由基耗尽。这些特征均可因为喷头104的圆柱形部分107的结构而提供。

图3显示了喷头104的立体横截面图，并进一步详细显示喷头104的结构。该喷头104包括三部件：第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3。第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3系经扩散接合在一起(或使用紧固件或铜焊而结合在一起)以形成该喷头104。

第一部件230-1包括顶部部分231及喷头104的圆柱形部分107。第一部件230-1的顶部部分231、第二部件230-2及第三部件230-3形成喷头104的基底部分105。第一部件230-1的顶部部分231是平坦的，且为盘状。圆柱形部分107从顶部部分231的周缘垂直朝下延伸。第一部件230-1的顶部部分231径向朝外延伸超出圆柱形部分107的OD。因此，第一部件230-1的顶部部分231的直径大于圆柱形部分107的OD。顶部部分231位于圆柱形部分107的内壁109-2内(即，该圆柱形部分107的ID内)的区域形成喷头104的面板164。

自由基孔洞160及前体孔洞172位于面板164的区域内，其中该区域的直径小于或等于圆柱形部分107的ID。如图1及图6所示(请参见图6中所绘示的虚线圆圈250，其表示衬底114的直径)，自由基孔洞160及前体孔洞172位于其中的区域的直径大于衬底114的直径，并且也大于或等于基座112的顶表面116的OD。自由基孔洞160及前体孔洞172位于其中的面板164区域的直径及面积与凹陷部212的直径及面积相同，其参照图2而显示及描述于上文中。

在一些示例中，第一部件230-1可为整体式的。换言之，第一部件230-1的顶部部分231及圆柱形部分107可以不是彼此附接的分离部件；反而，第一部件230-1可为单一结构，第一部件230-1的顶部部分231可与圆柱形部分107整合成为单一整体式结构。替代地，在一些示例中，顶部部分231及圆柱形部分107可为接合在一起(例如，透过紧固件或扩散接合)以形成第一部件230-1的分离部件。

现在将另外参照图4及图5以对第二部件230-2进行描述，其中图4及图5分别显示了第二部件230-2的仰视图及俯视图。第二部件230-2被配置在第一部件230-1的顶表面232上，并与第一部件230-1的顶表面232附接。第二部件230-2是盘状的，且具有与第一部件230-1的顶部部分231相同的直径。因此，第二部件230-2的直径也大于圆柱形部分107的OD。

第二部件230-2的顶表面234及侧表面236、以及第一部件230-1的顶表面232限定出充气室166。图4进一步详细显示了该充气室166。如图4所显示，第二部件230-2的底表面237包括沿着底表面237的周缘的半圆形或马蹄形凹槽167。该凹槽167经由多个输出口169-1、169-2、...、及169-N(统称为输出口169)而与充气室166流体连通，其中N为大于1的整数。该凹槽167经由输入口171而与提供在第三部件230-3上的气体输入口240流体连通，其中该输入口171与气体输入口240流体连通。因此，充气室166经由凹槽167而与气体输入口240流体连通。

气体输入口240与图1中显示的第二气体输送系统170连接。充气室166经由气体输入口240及凹槽167以从第二气体输送系统170接收一种或更多前体。该充气室166与第一部件230-1中的前体孔洞172流体连通。该前体从气体输入口240开始流动，经过凹槽167、充气室166、及前体孔洞172而进入处理室103中。

自由基孔洞160钻过第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3。因此，第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3各自包括作为自由基孔洞160的一部分的贯穿孔。由于自由基孔洞160穿过第二部件230-2，因此第二部件230-2包括作为自由基孔洞160的一部分的贯穿孔(因此也显示为160)，且所述贯穿孔与第一部件230-1及第三部件230-3中的自由基孔洞160的一部分对准。

凹槽167围绕着第二部件230-2的贯穿孔160(其为自由基孔洞160的一部分)，但不与其流体连通。第二部件230-2中的贯穿孔160未与凹槽167、充气室166及前体孔洞172流体连通。因此，自由基孔洞160未与充气室166及前体孔洞172流体连通。

第二部件230-2的顶表面234包括形成冷却通道的凹槽168。图5进一步详细显示了凹槽168及冷却通道。如图5所显示的，第二部件230-2的顶表面234包括沿着顶表面234的周缘的两个弧形或半圆形凹槽173-1及173-2(统称为凹槽173)。这些凹槽173位于顶表面234的相对侧上。凹槽173-1包括输入口177-1，该输入口177-1与提供在第三部件230-3上的流体输入口242流体连通。凹槽173-2包括输出口177-2，该输出口177-2与提供在第三部件230-3(显示于图8及图9中)上的流体输出口244流体连通。

这些凹槽168彼此平行，且延伸横跨凹槽173之间的顶表面234。这些凹槽168各自具有与凹槽173-1连接的一端、以及与凹槽173-2连接的另一端。因此，凹槽168与凹槽173流体连通。凹槽173及凹槽168形成冷却通道。

由于凹槽173是半圆形的，因此这些凹槽168的长度不同。这些凹槽168具有相同的宽度及深度。这些凹槽168是波浪状或扭曲的(即，具有锯齿状)，但也可为直线的。这些凹槽173并不直接彼此连接；反而，这些凹槽173是通过凹槽168而彼此连接。由凹槽173及凹槽168所形成的冷却通道延伸超出衬底114的直径(由虚线圆圈250所显示)。

提供在第三部件230-3上的流体输入口242与流体输送系统180连接。流体输送系统180将冷却剂供应至流体输入口242。该冷却剂流经流体输入口242、通过凹槽173-1、凹槽168及凹槽173-2，并且通过流体输出口244而离开。

凹槽173包括多个脊部175-1、175-2、…、及175-N(统称为脊部175)，其中N是大于1的整数。脊部175大致上为椭圆形，但脊部175可为任何的其他形状。脊部175从凹槽173的底部部分竖直朝上延伸，并与第三部件230-3的底表面238接触。在这些凹槽173每一者中的脊部175数量是(但不必)大约等于凹槽168的数量。

脊部175有助于引导冷却剂的流动通过凹槽173及凹槽168。凹槽168的深度大约等于脊部173的高度。凹槽168及凹槽173具有相同深度。第二部件230-2的底表面237中的凹槽167围绕着第二部件230-2的顶表面234中的凹槽173。

如图5所显示的，凹槽173围绕着第二部件230-2的贯穿孔160(其为自由基孔洞160的一部分)，但不与其流体连通。第二部件230-2的贯穿孔160(其为自由基孔洞160的一部分)位于凹槽168的任一侧上。

第三部件230-3被配置在第二部件230-2的顶表面234上并与其附接。该第三部件230-3也是盘形的，且也具有与第一部件230-1的顶部部分231相同的直径。因此，第三部件230-3的直径也大于圆柱形部分107的OD。此外，第二部件230-2及第三部件230-3具有相同的直径。

第三部件230-3的顶表面162包括环状脊部210及凹陷部212。该凹陷部212从环状脊部的ID延伸至第三部件230-3的顶表面162的中心。环状脊部210及凹陷部212已参照图2而在上文详细显示及描述。因此，为简洁起见而不再次描述环状脊部210及凹陷部212。

第三部件230-3包括气体输入口240、流体输入口242、及流体输出口244(显示于图8及图9)。如上所述，气体输入口240与第二部件230-2中的凹槽167及充气室166流体连通。流体输入口242与第二部件230-2中的凹槽173-1流体连通。流体输出口244与第二部件230-2中的凹槽173-2流体连通。

因此，流体输入口242及流体输出口244与第二部件230-2中的凹槽173及凹槽流体连通。由流体输送系统180所供应的冷却剂流入流体输入口242、通过凹槽173及凹槽168所形成的冷却通道、并通过流体输出口244离开该冷却通道。离开流体输出口244的冷却剂可返回至流体输送系统180。

如上所述，自由基孔洞160钻过第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3；因此，第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3各自包括作为自由基孔洞160的一部分的贯穿孔。由于自由基孔洞160穿过第三部件230-3，因此第三部件230-3包括作为自由基孔洞160的一部分的贯穿孔(因此也显示为160)，且所述贯穿孔与第二部件230-2及第一部件230-1中的自由基孔洞160的一部分对准。第三部件230-3中的贯穿孔160未与第二部件230-2中的凹槽167、凹槽168及凹槽173流体连通。因此，第三部件230-3中的贯穿孔160未与前体孔洞172流体连通。

第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3通过扩散接合而结合在一起。当使用铜焊结合所述部件时，扩散接合会将常用的填充物去除。由于残留的填充物容易在铜焊及后续清洁过后存留，因此去除填充物使得污染的可能性消除。替代地，可使用紧固件及/或铜焊以结合第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3。

在将第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3结合在一起(使用任何方法)后，将自由基孔洞160以参照图6及图7而描述于下的图案钻过第一部件230-1、第二部件230-2及第三部件230-3。前体孔洞172是以参照图6及图7而描述于下的图案而钻过第一部件230-1。第一部件230-1中的前体孔洞172与第二部件230-2中的充气室166对准。

如上所述，自由基孔洞160是圆柱形的，且直径及长度大于前体孔洞172的直径及长度。如220所示，自由基孔洞160在顶端(即，面向等离子体源102的端部)处是锥状(锥形)的。自由基孔洞160并未与凹槽168、凹槽173、凹槽167、充气室166、及前体孔洞172流体连通。现在将详细描述自由基孔洞160及前体孔洞172的图案、布局及密度。

图6及7详细显示了自由基孔洞160及前体孔洞172。图6显示喷头104的仰视图。图7显示了喷头104的仰视图的一部分的放大图。如图6及7所显示的，自由基孔洞160及前体孔洞172被配置成六角/三角形图案。此图案均匀绕着喷头104的中心。虽然在下方将六边形及三角形显示及描述为等边六边形及三角形，但可使用其他多边形及三角形。

具体而言，前体孔洞172被配置在等边六边形的顶点处，如图7所示。如图6的252所显示的，自由基孔洞160也被配置在等边六边形的顶点处。此外，如图7所示，前体孔洞172被配置在等边三角形的顶点处。自由基孔洞160位于由前体孔洞172所形成的三角形内，并与该三角形的顶点等距。自由基孔洞160也配置在等边三角形的顶点处。在自由基孔洞160所形成的至少一些三角形中，前体孔洞172位于自由基孔洞160所形成的三角形中。前体孔洞172与自由基孔洞160所形成的三角形的顶点等距。

如图6的252所显示的，自由基孔洞160被配置在等边六边形的顶点处、以及自由基孔洞160所形成的六边形内，前体孔洞172被配置在三角形的顶点处，其中自由基孔洞160被配置在该三角形内。如图6的254所显示的，前体孔洞172被配置在等边六边形的顶点处，以及前体孔洞172所形成的六边形内，自由基孔洞160被配置在三角形的顶点处，其中前体孔洞172被配置在该三角形内。

自由基孔洞160及前体孔洞172是以上述图案而相对密集地配置在面板164各处。举例而言，自由基孔洞160及前体孔洞172的平均密度可为约4.5个孔洞/平方英寸。举例而言，平均密度可介于4至5个孔洞/平方英寸之间。

另外，自由基孔洞160的数量及前体孔洞172的数量可几乎为相等的。在一些示例中，自由基孔洞160的数量可稍微大于前体孔洞172的数量。举例而言，自由基孔洞160的数量比前体孔洞172的数量的比率可介于1.00与1.05之间。

此外，自由基孔洞160及前体孔洞172是以上述图案及上述密度而分布在面板164各处(即，从圆柱形部分107的中心至ID)。图6显示了代表衬底114直径的圆圈250。如图所示，自由基孔洞160及前体孔洞172的图案及密度在面板164中径向延伸超出该圆圈250而到达圆柱形部分107的ID。自由基孔洞160及前体孔洞172的图案及密度径向延伸超出衬底114的OD确保从面板164的中心到至少圆圈250(即，衬底114的OD)在面板164上所延伸之处的该图案及该密度是均匀的。

由于这些图案及密度特征的范围及均匀性，因此可在衬底114上均匀沉积材料。举例而言，可在使用等离子体源102及喷头104而沉积在衬底114上的材料中实现0.0％、小于0.1％、小于0.5％、或小于1％的不均匀性。

此外，例如自由基孔洞160的尺寸(直径及长度)及数量的特征决定着来自远程等离子体142的自由基可从等离子体源102穿过喷头104而进入处理室103的效率。虽然可将这些特征中的一些提高以增加可通过自由基孔洞160的自由基数量，但对于一些尺寸或深宽比的自由基孔洞160来说，喷头104可能无法有效过滤来自远程等离子体142的离子。因此，自由基孔洞160被设计成使得敞开以让自由基从等离子体源102通过喷头104，但仍能过滤离子的面积的百分比是相对高的(示例如下)。

具体而言，敞开以让自由基从等离子体源102通过喷头104的面积的百分比系被定义为所有自由基孔洞160的总横截面积对于等离子体源102的底部(其附接至喷头104)的横截面积的比率。等离子体源102及喷头104被设计成使喷头104的孔106的横截面积(即，圆柱形部分107的内壁109-2的横截面积)与等离子体源102的底部的横截面积实质相同，因此可被其所取代。

因此，可将敞开以让自由基从等离子体源102通过喷头104的面积的百分比定义为所有自由基孔洞160的总横截面积对于喷头104的孔106的横截面积(即，圆柱形部分107的内壁109-2的横截面积)的比率。数学上，此比率等于自由基孔洞160的数量乘以自由基孔洞160的直径的平方再除以喷头104的孔106的ID的平方(即，圆柱形部分107的内壁109-2的横截面积)。

虽然该面积百分比决定着来自远程等离子体142自由基可通过而离子被过滤的效率，但该面积百分比还改善不均匀性，而其通过使用上述自由基孔洞160及前体孔洞172的图案及密度的组合来实现。举例而言，为了在衬底114上所沉积的材料中实现几乎为0的不均匀性(请参见上述示例)，除了上述自由基孔洞160及前体孔洞172的图案及密度之外，敞开以让自由基通过喷头104的面积的百分比可为约5％。举例而言，该面积百分比可介于4.5％与5.5％之间。举例而言，该面积百分比可介于4％与6％之间。

此外，由于对面积百分比进行优化会提高自由基可通过喷头而进入处理室103的效率，因此可使用上述设计的图案、密度及面积百分比而快速执行处理循环(例如，ALD循环)。由于可快速执行这些处理循环，因此可提高在给定时间量中可处理的衬底速率(即，生产量)。

图8显示了喷头104的俯视图。在此图中，仅可见自由基孔洞160，前体孔洞172是不可见的。此外，显示出与充气室166连接的气体输入口240。此外，显示出流体输入口242、以及与凹槽168所形成的通道连接的流体输出口244。此外，在此图中，位于自由基孔洞160的顶部处的锥形被显示于220处。还显示出环状脊部210及凹陷部212。图中所示的这些及其他元件已参照图2及图3而在上文详细描述。因此，为简洁起见而不再次描述这些元件。

图9及图10分别显示了喷头104的顶部及底部的立体图。同样，在图9所显示的喷头104的顶部的立体图中，仅可见自由基孔洞160，前体孔洞172是不可见的。此外，显示出与充气室166连接的气体输入口240。此外，显示出流体输入口242、以及与凹槽168所形成的通道连接的流体输出口244。比起其他图，本图提供对于喷头104的圆柱形部分107的较佳透视图。

在图10所显示的喷头104的底部的立体图中，显示了自由基孔洞160及前体孔洞172是以上方参照图7及图8所述的图案一直延伸至喷头104的圆柱形部分107的ID。此外，可从此图中的喷头104的底部理解到喷头104的圆柱形部分相对于107喷头104的基底部分105的范围(或高度)。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，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，其他修改方案将变得显而易见。

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，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它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是在本公开的范围内。

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它中间元件，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处理，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/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。

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。

Claims (20)

1.一种喷头，其用于对处理室中的衬底进行处理，所述喷头包括：

第一部件，其包括盘状部分以及从所述盘状部分垂直延伸的圆柱形部分，所述盘状部分的直径大于所述圆柱形部分的外直径，所述圆柱形部分的内直径大于所述衬底的直径，所述盘状部分包括分别具有第一直径和第二直径的第一组孔洞和第二组孔洞，且所述第一组孔洞和所述第二组孔洞从所述盘状部分的中心延伸至所述圆柱形部分的所述内直径；

第二部件，其是盘状的，包括与所述第一部件中的所述第一组孔洞对准的第一贯穿孔，具有顶表面、侧表面以及在相对于所述圆柱形部分的一侧上与所述第一部件的所述盘状部分附接并且限定出充气室的底表面，所述充气室与所述第一部件中的所述第二组孔洞流体连通，并与所述第一部件中的所述第一组孔洞分隔开，所述顶表面包括沿着所述顶表面的周缘且位于所述顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽以及包括在所述成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽；以及

第三部件，其是盘状的，包括与所述第二部件中的所述第一贯穿孔及所述第一部件中的所述第一组孔洞对准的第二贯穿孔，且具有与所述第二部件的所述顶表面附接的底表面。

2.根据权利要求1所述的喷头，其中所述第一组孔洞和所述第二组孔洞被配置成六边形图案、三角形图案或六边形图案与三角形图案的组合。

3.根据权利要求2所述的喷头，其中所述六边形图案中的六边形为等边六边形，且其中所述三角形图案中的三角形为等边三角形。

4.根据权利要求1所述的喷头，其中：

所述第一组孔洞被配置成六边形图案；所述第二组孔洞位于由所述第一组孔洞所形成的六边形内的三角形的顶点上；以及

所述三角形中的每一者内存在所述第一组孔洞中的一者；

或其中：

所述第二组孔洞被配置成六边形图案；

所述第一组孔洞位于由所述第二组孔洞所形成的六边形内的三角形的顶点上；以及

所述三角形中的每一者内存在所述第二组孔洞中的一者。

5.根据权利要求1所述的喷头，其中所述第三部件还包括：

气体输入口，其与所述充气室流体连通；

流体输入口，其与所述成对的弧形凹槽中的第一者流体连通；以及

流体输出口，其与所述成对的弧形凹槽中的第二者流体连通。

6.根据权利要求1所述的喷头，其中：

所述成对的弧形凹槽及所述多个凹槽与所述充气室及所述第一组孔洞及所述第二组孔洞分隔开；

所述成对的弧形凹槽围绕着所述第二部件中的所述第一贯穿孔；或

所述成对的弧形凹槽与所述多个凹槽具有相同深度。

7.根据权利要求1所述的喷头，其中所述第二部件的所述底表面还包括沿着所述第二部件的所述底表面的周缘的半圆形凹槽，且其中所述半圆形凹槽与所述充气室流体连通，且其中所述半圆形凹槽围绕着所述第二部件中的所述第一贯穿孔或所述半圆形凹槽围绕着所述成对的弧形凹槽。

8.根据权利要求1所述的喷头，其中所述成对的弧形凹槽包括与所述第三部件的所述底表面接触的多个竖直延伸脊部，且其中所述多个竖直延伸脊部的高度等于所述多个凹槽的深度。

9.根据权利要求1所述的喷头，其中：

所述多个凹槽彼此平行；或

所述多个凹槽具有锯齿形状。

10.根据权利要求1所述的喷头，其中所述多个凹槽的第一端与所述成对的弧形凹槽中的第一者连接，且其中所述多个凹槽的第二端与所述成对的弧形凹槽中的第二者连接。

11.根据权利要求1所述的喷头，其中所述第二部件中的所述第一贯穿孔位于所述多个凹槽之间。

12.根据权利要求1所述的喷头，其中：

所述第一组孔洞的横截面积的总和比上所述第一部件的所述圆柱形部分的横截面积的比率介于4.5％与5.5％之间；

所述第一组孔洞的横截面积的总和比上所述第一部件的所述圆柱形部分的横截面积的比率介于4％与6％之间；

所述第一组孔洞的数量比上所述第二组孔洞的数量的比率介于1.00与1.05之间；或

所述第一组孔洞和所述第二组孔洞的密度介于4至5个孔洞/平方英寸之间。

13.一种喷头，其用于对处理室中的衬底进行处理，所述喷头包括：

第一部件，其包括盘状部分以及从所述盘状部分垂直延伸的圆柱形部分，所述盘状部分的直径大于所述圆柱形部分的外直径，所述圆柱形部分的内直径大于所述衬底的直径，所述盘状部分包括分别具有第一直径和第二直径的第一组孔洞和第二组孔洞，且所述第一组孔洞和所述第二组孔洞从所述盘状部分的中心延伸至所述圆柱形部分的所述内直径；

第二部件，其是盘状的，包括与所述第一部件中的所述第一组孔洞对准的第一贯穿孔，具有顶表面、侧表面以及在相对于所述圆柱形部分的一侧上与所述第一部件的所述盘状部分附接并且限定出充气室的底表面，所述充气室与所述第一部件中的所述第二组孔洞流体连通，并与所述第一部件中的所述第一组孔洞分隔开，所述顶表面包括沿着所述顶表面的周缘且位于所述顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽以及包括在所述成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽；以及

第三部件，其是盘状的，包括与所述第二部件中的所述第一贯穿孔及所述第一部件中的所述第一组孔洞对准的第二贯穿孔，且具有与所述第二部件的所述顶表面附接的底表面，其中所述第三部件包括：

环状脊部，其沿着所述第三部件的周缘位于所述第三部件的顶表面上；以及

凹陷部，其从所述环状脊部的内直径延伸至所述第三部件的所述顶表面的中心。

14.根据权利要求13所述的喷头，其中：

所述环状脊部的所述内直径大于或等于所述第一部件的所述圆柱形部分的所述内直径；或

所述环状脊部的外直径大于或等于所述第一部件的所述圆柱形部分的外直径。

15.根据权利要求13所述的喷头，其中：

所述环状脊部的宽度大于或等于所述第一部件的所述圆柱形部分的厚度；或

所述环状脊部的所述内直径大于所述衬底的所述直径。

16.根据权利要求13所述的喷头，其中：

所述凹陷部的直径大于或等于所述第一部件的所述圆柱形部分的所述内直径；或

所述凹陷部的直径大于所述衬底的所述直径。

17.根据权利要求13所述的喷头，其中：

所述第三部件中的所述第二贯穿孔位于所述环状脊部的所述内直径内；或

所述第三部件中的所述第二贯穿孔位于所述凹陷部内。

18.一种系统，其包括：

处理室；

喷头，其用于对所述处理室中的衬底进行处理，且配置在所述处理室的顶端处，所述喷头包括：

第一部件，其包括盘状部分以及从所述盘状部分垂直延伸的圆柱形部分，所述盘状部分的直径大于所述圆柱形部分的外直径，所述圆柱形部分的内直径大于所述衬底的直径，所述盘状部分包括分别具有第一直径和第二直径的第一组孔洞和第二组孔洞，且所述第一组孔洞和所述第二组孔洞从所述盘状部分的中心延伸至所述圆柱形部分的所述内直径；

第二部件，其是盘状的，包括与所述第一部件中的所述第一组孔洞对准的第一贯穿孔，具有顶表面、侧表面以及在相对于所述圆柱形部分的一侧上与所述第一部件的所述盘状部分附接并且限定出充气室的底表面，所述充气室与所述第一部件中的所述第二组孔洞流体连通，并与所述第一部件中的所述第一组孔洞分隔开，所述顶表面包括沿着所述顶表面的周缘且位于所述顶表面的相对端上的成对的弧形凹槽以及包括在所述成对的弧形凹槽之间延伸的多个凹槽；以及

第三部件，其是盘状的，包括与所述第二部件中的所述第一贯穿孔及所述第一部件中的所述第一组孔洞对准的第二贯穿孔，且具有与所述第二部件的所述顶表面附接的底表面；

所述系统还包括：

等离子体产生器，其配置在所述喷头的所述第三部件上方以将等离子体供应至所述喷头；

基座，其配置在所述处理室中，其中所述喷头的所述第一部件的所述圆柱形部分围绕所述基座的顶部部分；

气体输送系统，其用于将气体供应至所述充气室；以及

流体输送系统，其用于将流体供应至所述成对的弧形凹槽中的一者。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述喷头中的所述第一组孔洞将来自所述等离子体的离子过滤，以及使来自所述等离子体的自由基通过所述喷头而进入所述处理室。

20.根据权利要求18所述的系统，其中：沉积在所述衬底上的膜具有0.0％的不均匀性；

沉积在所述衬底上的膜具有小于0.1％的不均匀性；或

介于所述喷头的所述第一部件的所述盘状部分的底表面与所述基座的顶表面之间的间隙介于0.11英寸与0.2英寸之间。

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