CN218146933U - 衬底处理系统、用于衬底处理系统的喷头和喷头组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种衬底处理系统和用于衬底处理系统的喷头和喷头组件，该喷头组件包括喷头，该喷头具有上部，该上部包括沿第一方向延伸并在第二方向上具有第一宽度的气体通道。下部连接到上部并且包括面板和挡板，该面板包括沿第一方向竖直延伸穿过面板的多个气体通孔，该挡板布置在面板上方和气体通道的出口下方的多个支柱上。气体增压室被限定在上部和下部之间，沿第二方向延伸，并与气体通道流体连通。喷头组件包括背侧气体系统，以将气体供应到由布置在喷头的上部周围的波纹管限定的波纹管容积。在喷头的外表面上供应第一和第二环形气流。

Description

衬底处理系统、用于衬底处理系统的喷头和喷头组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年3月25日提交的美国临时申请号 63/323,710和2022年3月29日提交的美国临时申请号63/325,112的权益。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于衬底处理系统的喷头和喷头组件。

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。

衬底处理系统用于对半导体晶片等衬底进行处理。处理的示例包括沉积、蚀刻、清洁和/或其他处理。在将膜沉积到衬底上期间，将处理气体输送到处理室并且可以在处理室中激发等离子体以引发化学反应。

对沉积过程来说重要的是，从一个衬底到另一个衬底以及从衬底的一部分到另一部分是均匀的。例如，一些沉积工艺可以产生具有从衬底中心到衬底边缘变化的厚度的膜。例如，衬底可以具有相对于边缘低的中心或高的中心。不均匀的膜厚度可能由气体输送的变化、可变的衬底温度、衬底上等离子体条件的变化和/或其他因素引起。

实用新型内容

一种用于衬底处理系统的喷头，该喷头包括上部，该上部包括沿第一方向延伸并且在横向于第一方向的第二方向上具有第一宽度的气体通道。下部连接到上部并且包括面板和挡板，该面板包括沿第一方向竖直延伸穿过面板的多个气体通孔，该挡板布置在面板上方和气体通道出口下方的多个支柱上。挡板包括多个挡板孔口并具有在第二方向上的第二宽度，该第二宽度在第一宽度的1.25至3倍的范围内。气体增压室被限定在上部和下部之间，沿第二方向延伸，并与气体通道流体连通。

在其他特征中，多个挡板孔口中的每一个与多个气体通孔中的在第一方向上位于挡板下方的气体通孔未对准。多个挡板孔口相对于挡板的中心对称布置。第二宽度在第一宽度的1.75到2.5倍的范围内。

在其他特征中，多个气体通孔具有第一直径，并且多个挡板孔口具有大于第一直径的第二直径。第二直径在大于第一直径的1.2到6倍的范围内。第二直径在大于第一直径的1.5到3倍的范围内。

在其他特征中，上部包括杆部、从杆部延伸的第一锥形部，以及第二锥形部，该第二锥形部从第一锥形部延伸并包括附接至下部的径向外边缘。

在其他特征中，第一锥形部的侧面相对于杆部的侧面形成第一锐角。第二锥形部的侧面相对于杆部的侧面形成第二锐角。第一锐角小于第二锐角。

在其他特征中，P个支柱连接在面板和上部的第二锥形部之间，其中P为大于1的整数。P在8到24的范围内。P等于12。P个支柱布置成圆形。P个支柱布置在对应于第二锥形部的径向内边缘的第一半径和对应于第二锥形部的径向外边缘的第二半径之间。

在其他特征中，气体通道具有第一半径。下部的面向衬底的表面包括从第一半径延伸到第二半径的圆形部。第一水平部从第二半径延伸到第三半径。锥形部从第三半径延伸到第四半径。第二水平部从第四半径延伸到第五半径。

在其他特征中，第三半径在第二宽度的0.75到2.5倍的范围内。挡板布置在第一水平部与面板之间在第一方向上的距离的25％至75％之间。

在其他特征中，P个接入孔穿过上部的第二锥形部。P个支柱将面板连接到第二锥形部并延伸到P个接入孔中，其中P为大于1的整数。至少一个挡板孔口在第一方向上与至少一个气体通孔至少部分地重叠。至少一个挡板孔口与至少一个气体通孔在第一方向上完全重叠。

在其他特征中，面板中的气体通孔布置在第一区域和第二区域中。第一区域中的多个气体通孔中的第一通孔具有第一孔密度。布置在第二区域中的多个气体通孔中的第二通孔具有第二孔密度。第二孔密度大于第一孔密度。

在其他特征中，第一区域延伸到第一半径，第二区域从第一半径延伸到第二半径，并且第一半径大于或等于第二半径的0.7倍。

在其他特征中，背侧气体系统被配置为沿着杆部、第一锥形部和第二锥形部在向下和径向向外的方向上供应气体。

一种衬底处理系统，其包含喷头和处理室，该处理室包括限定腔体的上表面。环形支撑件布置在杆部周围和上表面的腔体中，并且包括径向内表面和径向外表面。第一环形间隙形成在环形支撑件的径向外表面和处理室的上表面中的腔体之间。第二环形间隙形成在环形支撑件的径向内表面和杆部之间。背侧气体系统将气体供应到第一环形间隙和第二环形间隙。

一种用于在衬底上沉积膜的方法，该方法包括使用布置在处理室中的喷头将处理气体输送到衬底的暴露表面。喷头包含上部，其包括气体通道，该气体通道被配置为接收处理气体，沿第一方向延伸并且在横向于第一方向的第二方向上具有第一宽度；下部，其包含面板，该面板具有沿第一方向延伸穿过面板的多个气体通孔；以及气体增压室，其限定在上部和下部之间并沿第二方向延伸。该方法包括使用挡板重新引导离开气体通道的处理气体，该挡板位于气体增压室中的气体通道下方和面板上方并且包括沿第一方向延伸穿过挡板的多个挡板孔口。处理气体的第一部分通过挡板的不具有多个孔口的部分从第一方向被重新引导到第二方向。处理气体的第二部分穿过挡板的多个孔口并穿过多个气体通孔中的布置在挡板下方的气体通孔。挡板在第二方向上具有第二宽度，该第二宽度在第一宽度的1.25至3倍的范围内。

在其他特征中，处理气体包括反应物和前体中的至少一种。该方法包括将衬底暴露于前体和反应物中的至少一种以形成介电材料。该方法包括将介电材料用致密等离子体处理以形成致密介电材料。

在其他特征中，挡板孔口与多个气体通孔中的在第一方向上位于挡板下方的气体通孔不对准。多个挡板孔口相对于挡板的中心对称布置。第二宽度在第一宽度的1.75到2.5倍的范围内。多个气体通孔具有第一直径并且多个挡板孔口具有大于第一直径的第二直径。第二直径在大于第一直径的1.2到6倍的范围内。第二直径在大于第一直径的1.5到3倍的范围内。

在其他特征中，上部包括杆部、从杆部延伸的第一锥形部，以及第二锥形部，该第二锥形部从第一锥形部延伸并包括附接到下部的径向外部。

在其他特征中，在第一锥形部与杆部的侧面之间形成第一锐角。在第二锥形部的侧面与杆部的侧面之间形成第二锐角，其中第一锐角小于第二锐角。

在其他特征中，P个支柱连接在面板和第二锥形部之间，其中 P在从8到24的范围内。P等于12。P个支柱布置在对应于第二锥形部的径向内边缘的第一半径和对应于第二锥形部的径向外边缘的第二半径之间。

在其他特征中，气体通道具有第一半径。上部的面向基底的表面包括从第一半径延伸到第二半径的圆形部；从第二半径延伸到第三半径的第一水平部；从第三半径延伸到第四半径的锥形部；以及从第四半径延伸到第五半径的第二水平部。

在其他特征中，第三半径在第二宽度的0.75到2.5倍的范围内。挡板布置在第一水平部与面板之间在第一方向上的距离的25％至75％之间。 P个接入孔穿过上部的第二锥形部，并且P个支柱将面板连接到第二锥形部并延伸到P个接入孔中，其中P为大于1的整数。至少一个挡板孔口在第一方向上与至少一个气体通孔至少部分地重叠。至少一个挡板孔口与至少一个气体通孔在第一方向上完全重叠。

在其他特征中，多个气体通孔中的第一气体通孔布置在具有第一孔密度的第一区域中；并且多个气体通孔中的第二气体通孔布置在具有第二孔密度的第二区域中，其中第二孔密度大于第一孔密度。

在其他特征中，第一区域延伸到第一半径；第二区域从第一半径延伸到第二半径；并且第一半径大于或等于第二半径的0.7倍。

在其他特征中，该方法包括沿杆部、第一锥形部和第二锥形部在向下和径向向外的方向上供应气体。膜包括介电膜。一种用于衬底处理系统的喷头，该喷头包括：上部，该上部包括杆部、包括从杆部以相对于杆部的侧面成第一锐角延伸的侧面的第一锥形部、从第一锥形部延伸并包括相对于杆部的侧面形成第二锐角的侧面的第二锥形部，以及沿第一方向延伸穿过上部的气体通道，其中第二锐角大于第一锐角。下部包括连接到上部的径向外边缘、包括沿第一方向延伸穿过面板的多个气体通孔的面板，以及挡板，该挡板布置在面板和气体通道之间的多个支柱上并且包括沿第一方向延伸穿过挡板的多个挡板孔口。气体增压室被限定在上部和下部之间并且在横向于第一方向的第二方向上延伸。背侧气体系统被配置为在衬底处理期间沿着杆部、第一锥形部和第二锥形部供应气体。

一种用于衬底处理系统的喷头，该喷头包括：上部，该上部包括杆部、从杆部延伸的第一锥形部、从第一锥形部延伸的第二锥形部。气体通道沿第一方向延伸穿过上部并具有第一半径。下部包括连接到上部的径向外边缘、包括沿第一方向延伸穿过面板的多个气体通孔的面板，以及挡板，该挡板布置在面板上方的多个支柱上并且包括延伸穿过挡板的多个挡板孔口。气体增压室被限定在上部的第一表面和下部之间并且在横向于第一方向的第二方向上延伸。上部的第一表面包括从第一半径延伸到第二半径的圆形部、从第二半径延伸到第三半径的第一水平部、以锐角从第三半径延伸到第四半径的锥形部，以及从第四半径延伸到第五半径的第二水平部。

一种用于衬底处理系统的喷头，该喷头包括：上部，该上部包括杆部、包括从杆部以相对于杆部的侧面成第一锐角延伸的侧面的第一锥形部、从第一锥形部延伸并包括相对于杆部的侧面形成第二锐角的侧面的第二锥形部，以及沿第一方向延伸穿过上部的气体通道，其中第二锐角大于第一锐角。下部包括连接到上部的径向外边缘、包括沿第一方向延伸穿过面板的多个气体通孔的面板，以及挡板，该挡板布置在面板上方的多个支柱上并且包括沿第一方向延伸穿过挡板的多个挡板孔口。气体增压室被限定在上部和下部之间。面板包括延伸到第一半径的第一区域和从第一半径延伸到第二半径的第二区域，布置在第一区域中的多个气体通孔中的第一气体通孔具有第一孔密度，布置在第二区域中的多个气体通孔中的第二通孔具有第二孔密度，并且第二孔密度大于第一孔密度。

一种衬底处理系统，其包括处理室，该处理室包括限定第一腔体的上室表面。一种喷头组件包括喷头，该喷头具有上部、包括面板的下部以及布置在上部和下部之间的气体增压室。第一环形支撑构件布置在第一腔体中并限定第二腔体，该第二腔体被配置为接收喷头的上部。第一环形支撑构件限定位于第二腔体的径向内表面和喷头的上部的径向外表面之间的第一环形间隙。第二环形间隙位于第一环形支撑构件的径向外表面和第一腔体的径向内表面之间。背侧气体被第一环形支撑构件分成进入第一环形间隙的第一气流和进入第二环形间隙的第二气流。

在其他特征中，第一环形支撑构件包括上环形部和从上环形部向下延伸的下环形部。第二腔体穿过上环形部和下环形部。上环形部的外径大于下环形部的外径。

在其他特征中，第一环形支撑构件包括从第一环形支撑构件的径向内表面穿到第一环形支撑构件的径向外表面的多个通道。第二气流穿过多个通道到达第二环形间隙。第一突起从第一环形支撑构件的径向内表面径向向内延伸以限制气体流入第一环形间隙。

第二环形支撑构件包括气体通道。环形支撑板连接到第二环形支撑构件并且包括与第二环形支撑构件的气体通道的出口流体连通的环形开口。第一突起从环形支撑板的径向内表面朝向第一环形支撑构件的外表面径向向内延伸，以限制气体从气体通道流入第一环形间隙和第二环形间隙。

在其他特征中，通过第一环形间隙的第一气流小于通过第二环形间隙的第二气流。第二气流在流过第一环形间隙和第二环形间隙的气体的 60％至90％的范围内，并且第一气流在流过第一环形间隙和第二环形间隙的气体的10％至40％的范围内。第二气流在流过第一环形间隙和第二环形间隙的气体的68％到76％的范围内，并且第一气流在流过第一环形间隙和第二环形间隙的气体的24％到32％的范围内。

在其他特征中，倾斜机构被配置为使喷头相对于第一环形支撑构件倾斜。当倾斜机构使喷头相对于中心位置倾斜时，第一环形间隙在第一径向位置处变窄。波纹管布置在第一环形支撑构件的第一表面和环形支撑板的第二表面之间。

在其他特征中，喷头的上部包括杆部、从杆部延伸的第一锥形部和从第一锥形部延伸的第二锥形部。第一气流和第二气流被引导穿过杆部、第一锥形部和第二锥形部。

在其他特征中，第一锥形部包括从杆部以相对于杆部的侧面的第一锐角延伸的侧面。第二锥形部从第一锥形部延伸并且包括相对于杆部的侧面形成第二锐角的侧面。第二锐角大于第一锐角。

在其他特征中，面板包括沿第一方向竖直延伸穿过面板的多个气体通孔。喷头的上部包括沿第一方向延伸并在横向于第一方向的第二方向上具有第一宽度的气体通道。挡板布置在面板上方和气体通道出口下方的多个支柱上，其中挡板包括多个挡板孔口并在第二方向上具有第二宽度，该第二宽度在第一宽度的1.25到3倍的范围内。

在其他特征中，多个挡板孔口中的每一个与多个气体通孔中的沿第一方向位于挡板下方的气体通孔未对准。多个挡板孔口相对于挡板的中心对称布置。第二宽度在第一宽度的1.75到2.5倍的范围内。多个气体通孔具有第一直径并且多个挡板孔口具有大于第一直径的第二直径。第二直径在大于第一直径的1.2到6倍的范围内。第二直径在大于第一直径的1.5到3倍的范围内。

根据详细描述和附图，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是根据本公开的方案的包括具有多孔挡板的喷头的衬底处理系统的示例的功能框图；

图2A是其中布置有实心挡板的商用喷头的侧剖视图；

图2B是布置在图2A中所描绘的喷头的气体增压室的面板上方的实心挡板的平面图；

图3是示出使用图2A和2B中所示的喷头沉积的膜的不均匀厚度的曲线图；

图4A是根据本公开的具有包括挡板孔口的挡板的喷头的示例的侧剖视图；

图4B是图4A的喷头的示例的侧视图；

图4C是根据本公开的具有包括挡板孔口的挡板的喷头的另一个示例的侧剖视图；

图4D和4E是根据本公开的包括不同支柱布置的面板的示例的平面图；

图5至图9是根据本公开的一些实施方案的布置在面板上方的挡板的示例的平面图；

图10是包括沿图4A的喷头的背侧输送的背侧气体的喷头组件的示例的侧剖视图；

图11是根据本公开的一些实施方案的包括含有气体通孔的内部和外部区域的喷头面板的示例的仰视图；

图12是示出作为使用图4A的喷头沉积在衬底上的衬底直径的函数的膜厚度的示例的曲线图；

图13和图14是使用根据本公开的喷头来沉积膜的方法的示例的流程图；

图15是根据本公开的包括背侧气体系统的喷头组件的示例的侧剖视图；

图16是根据本公开的一些实施方案的包括背侧气体系统的喷头组件的一部分的示例的局部侧剖视透视图；并且

图17是根据本公开的一些实施方案的环形支撑件的示例的透视图。

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

在诸如化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或其他沉积工艺等沉积工艺中，喷头可用于将来自气体输送系统的诸如前体、惰性气体和/或吹扫气体等处理气体输送到处理室。喷头通常包括在处理室中向下延伸的上部和连接到上部的下部。气体输送系统连接到沿第一方向延伸穿过上部的气体通道。气体通道将处理气体通过上部输送到喷头的气体增压室。下部的面板包括多个气体通孔。来自气体增压室的处理气体流过面板并流到布置在面板下方的衬底上。

在某些情况下，当来自上部的处理气体穿过位于气体通道出口正下方的竖直对准的气体通孔时，可能会发生喷射。气体喷射可能在衬底上产生缺陷，例如高喷点(highspot)。在一些商用喷头中，实心挡板被布置在气体通道下方以消除喷射和重新引导处理气体，例如参见图2A和2B。然而，实心挡板导致衬底上出现投影(shadowing)。投影是指由局部减少的气流引起的挡板下方区域的中心低厚度。

图2A示出了其中布置有实心挡板的商用喷头的侧剖视图。在图2A中，喷头200包括从处理室的上表面向下延伸的上部210和连接到上部 210的下部214。气体增压室226限定在上部210和下部212之间。下部214 包括面板234。上部210包括气体通道218，其具有与气体输送系统连通的入口216和连接到气体增压室226的出口220。

流过气体通道218的气体撞击附接到气体增压室226中的面板 234的实心挡板224。实心挡板224减少了布置在挡板224下方的衬底位置中的喷射，因为没有气体具有从气体通道到对准的气体通孔的直接竖直路径。然而，采用这种布置，较少的气体流过位于挡板224正下方的气体通孔。由于输送的处理气体较少，挡板224下方发生的沉积较少。

在图2A中，气体通道218的内径在水平方向(横向于流过气体通道218的气体方向)上具有宽度d1。实心挡板224在水平方向上具有宽度 d2。为了确保气体动量从竖直方向变为水平方向，实心挡板224的宽度d2通常明显宽于气体通道218的内径的宽度d1。通常，d2>＝4*d1。

此外，在图2A中，支柱240靠近实心挡板224的外边缘定位。一些商用喷头可具有将面板234连接到上部210的过多数量的支柱240(例如超过50个)。过多数量的支柱240可阻碍将气体通孔设置于面板上，从而导致沉积层不均匀。

在图2B中，更详细地示出图2A中的实心挡板224。实心挡板 224支撑在面板234的表面上方的三个支柱228上。气流由实心挡板224在侧向方向上转向，填充气体增压室226，并穿过面板234中的气体通孔230以暴露衬底。实心挡板224导致较少的气体穿过位于实心挡板224正下方的气体通孔，这导致衬底上的沉积厚度不均匀。

现在参考图3，图2A和2B中所示的喷头产生具有不均匀厚度的膜。沉积后，膜在挡板下方区域中具有中心低轮廓。换言之，中心比边缘低距离-y。这种效果可以称为投影。实心挡板224的完全去除是不可能的，因为在没有实心挡板224的情况下会发生喷射。本公开的实施方案描述了改善整体气体分布均匀性的新型喷头组件。

现在参考图1，示出了用于执行衬底处理的衬底处理系统100 的示例。在下面描述的示例中，衬底处理系统可以执行热或等离子体增强化学气相沉积(CVD)、热或等离子体增强原子层沉积(ALD)或其他沉积工艺。在一些实施方案中，衬底处理室沉积诸如氧化膜等介电膜，尽管可以沉积其他膜。然而，喷头也可用于分配处理气体以进行其他类型的使用或不使用等离子体的衬底处理。

衬底处理系统100包括处理室102，该处理室102包围衬底处理系统100的其他部件并包含RF等离子体(如果使用的话)。衬底处理系统 100包括上电极104和静电卡盘(ESC)106。在一些实施方案中，ESC 106包括结合到用作下电极的基板107的陶瓷顶层161。在操作期间，衬底108被布置在上电极104和下电极之间的ESC 106上。ESC 106包括在沉积期间静电吸引衬底的电极163。电极163可以是单极电极或双极电极。

例如，上电极104可以包括引入和分配处理气体的喷头109。喷头109可以包括上部，该上部包括连接到处理室的顶表面的一端。下部通常为圆柱形并且在与处理室的顶面间隔开的位置处从上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括处理气体或吹扫气体流过的多个气体通孔。

如下面将结合图4A至图9进一步描述的那样，根据本公开的喷头包括多孔挡板，该多孔挡板包括挡板孔口。挡板布置在气体通道与面板之间的气体增压室中。挡板孔口允许额外的气流穿过位于挡板下方的气体通孔。

如果使用等离子体，RF生成系统110生成一个或多个频率和/ 或功率水平的RF功率并将其输出到上电极104和下电极中的一者。上电极104和下电极中的另一者可以是DC接地、AC接地或浮动的。例如，RF生成系统110可以包括RF生成器111，该RF生成器111生成RF功率，该RF功率由匹配和分配网络112馈送到下电极，并且上电极104接地(反之亦然)。在将衬底装载到腔室并从中卸载期间，可以使用致动器120和包括P个升降销 124(其中P是大于2的整数)的升降销组件122。

气体输送系统130包括一个或多个气体源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供应一种或多种处理气体，例如沉积前体、吹扫气体、蚀刻气体等。在一些实施方案中，也可以使用汽化的前体(未示出)。气体源132由阀134-1、134-2、……和 134-N(统称为阀134)、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)，以及阀138-1、138-2、……和138-N(统称为阀138)连接到歧管140。歧管140的输出由气体输送系统130进给到处理室102。例如，歧管140的输出被进给到喷头109。

加热器控制器142可以连接到布置在ESC 106中的电阻加热器。加热器控制器142可以用于控制ESC 106和衬底108的温度。此外，ESC 106可以包括内部通道(未示出)以使流体从流体源(未示出)流动以提供对基座和衬底温度的进一步控制。阀150和泵152可用于从处理室102中抽空反应物和/或控制处理室中的压力。控制器160可用于控制本文所述的衬底处理系统100的各种部件。

如将在下文进一步描述的，控制器160使机械臂174将衬底 108装载到ESC 106上。控制器160与气体输送系统130通信以控制处理、吹扫和/或惰性气体的供应。控制器与阀150和泵152连通以控制处理室内的压力和/或反应物的抽空。控制器160还使电压源172向电极输出电压以夹紧和松开衬底。

现在参考图4A至图4E，更详细地示出了根据本公开的一些实施方案的喷头300。在图4A和4B中，喷头300包括上部304和下部306。上部304包括从处理室的上表面向下延伸的上部310、从上部310向外延伸的第一锥形部312。第二锥形部314从第一锥形部312向外延伸。

气体通道318竖直延伸穿过上部304，并包括与气体输送系统连通的入口316和将处理气体输送到由上部304和下部306的相对表面限定的气体增压室326的出口320。在一些实施方案中，气体增压室326限定大致圆柱形的体积，在其顶表面的径向内部上具有锥形部(以提供空隙以供气体围绕下文描述的挡板流动)。

第一锥形部312相对于上部310的侧面形成第一锐角α。第二锥形部314相对于上部310的侧面形成第二锐角β。在一些实施方案中，第一锐角α小于第二锐角β。在一些实施方案中，第一锐角α在从15°到50°的范围内。在其他实施方案中，第一锐角α在从15°到25°的范围内，尽管可以使用其他值。在一些实施方案中，第二锐角β在从60°到85°的范围内。在其他实施方案中，第二锐角β在从70°到80°的范围内，尽管可以使用其他值。上部的侧面相对平滑的过渡允许较少湍流的背侧气流，这改善了气幕的有效性并减少了寄生等离子体(如果使用)。

在图4C中，示出了喷头的另一个示例性方案。第二锥形部314 被省略并且第一锥形部312向下延伸，然后过渡到平面部315，该平面部315 在第一平面中延伸，该第一平面在包括面板334的平面上方间隔开并且平行于包括面板334的平面。

流过气体通道318的气体撞击在包括多个挡板孔口的挡板324 上(其示例在下面如图5至图9中示出和描述)。挡板324具有扁平圆柱形，并在气体通道318下方沿水平方向定向。挡板324的水平表面使来自气体通道 318的一部分气体的动量从竖直方向改变为侧向方向并填充气体增压室326 的径向外部。如下文将进一步描述的，挡板324中的多个挡板孔口允许一些处理气体流过挡板324(以及挡板324下方的气体通孔)以减少或防止衬底上的投影。

来自气体通道318的气体流入气体增压室326并通过面板334 中的气体通孔330。挡板324安装在靠近面板334的气体增压室326的表面上方的B个支柱328上，其中B是大于1的整数。在一些实施方案中，B＝3，尽管可以使用额外的支柱，例如B＝4或B＝5。

在该示例中，气体通道318的内径在水平方向上具有宽度d1，该水平方向横向于流过气体通道318的气体的竖直方向。挡板324在水平方向上具有宽度d3。挡板324的宽度d3通常比气体通道318的宽度d1宽，以确保处理气体的竖直动量变为水平方向。经测试确定，如图2A中所示，当挡板324的宽度d3宽于宽度d1但窄于宽度d2时，投影效果的降低更为显著。在一些实施方案中，宽度d3在从1.25*d1到3*d1的范围内，尽管可以使用其他宽度。在一些实施方案中，宽度d3在从1.75*d1到2.5*d1的范围内，尽管可以使用其他宽度。

在第一半径R1处，出口320过渡到在第二半径R2处结束的圆形部350。圆形部350有助于减少气流湍流。在第二半径R2处，上表面348 以锐角过渡到第一水平部352直到第三半径R3(大于R2)。在第三半径R3处，上表面348过渡到锥形部354，该锥形部354延伸到第四半径R4(大于R3)。第一水平部352和锥形部354提供空隙以供气体在挡板324周围顺利流动。

在一些实施方案中，锐角在从8°到20°的范围内。在一些实施方案中，锐角在从10°到14°的范围内，尽管可以使用其他角度。在第四半径R4处，上表面过渡到第二水平部356，该第二水平部356平行于气体增压室326的下表面349并且延伸到第五半径R5。第一水平部352和锥形部 354在挡板324周围的区域中限定扩大的中心腔体，以增加气体传导并确保均匀的气流。

选择第一水平部352和锥形部354的长度、角度和径向位置，以在气流的动量从竖直方向变为水平方向时确保均匀的气流。圆形部350和锥形部354被配置为增加气体增压室中的气体传导性并减少高压或低压位置。如可以理解的，锥形部354的位置可以径向向内移动，如虚线R3'和R4'所示。

在一些实施方案中，R3在从0.7*d3到2.5*d3的范围内，尽管可以使用其他值。在一些实施方案中，R3在从d3到2.0*d3的范围内，尽管可以使用其他值。如果R3太小，则处理气体流量会受到限制(导致局部压强升高)，并且通过气体通孔330的处理气体流量会发生变化。如果R3太大，则处理气体可能具有较低的局部压强，并且流经该位置的气体通孔330的处理气体可能发生变化。由于较高或较低压强区域导致的气体输送的局部变化可导致投影效应或膜不均匀。

在一些实施方案中，通过将P个支柱340的头部附接到下部 306的面板334的内表面来组装喷头，其中P是大于1的整数。然后，将喷头的上部304附接到下部306。径向边缘362附接到面板334的对应边缘。P个支柱340的轴通过穿过第二锥形部314的对应的接入孔364(示出了一个接入孔)插入并附接到上部304。该接入孔364接在一些实施方案中，P个支柱340 被焊接或模锻到面板334和/或上部304的接入孔364中。

P个支柱340将上部304连接到面板以帮助在处理期间发生的显著温度变化期间保持上表面348和面板334之间的间隔。换言之，P个支柱340抵抗面板334由于加热和冷却引起的可能导致缺陷或不均匀性的膨胀/ 收缩的移动。在一些实施方案中，支柱P的数量设置在从8到24的范围内。不限于特定理论，少于8个支柱通常不能充分防止面板的移动，而多于24个支柱不能提供足够的性能改进以保证机械加工和/或材料成本。

如图4D中所示，在一些实施方案中，P＝12，P个支柱340布置成半径介于R4和R5之间的圆C，并且P个支柱340等距地围绕该圆的圆周。可能需要对间隔开360/P的P个支柱340的间距和圆C进行一些角度调整，以将支柱放置在穿过面板的气体通孔330上。在一些实施方案中，P可以等于14、16、18、20或22。在一些商用喷头中，使用了显著更多数量的支柱，这增加了喷头的制造成本。太多的支柱也减少了可以在面板上布置气体通孔的位置。在一些实施方案中，P个支柱340布置在预定半径介于R4和 R5之间的两个或更多个圆中。

在图4E中，在其他实施方案中，P个支柱布置成在R4和R5 之间的非圆形图案。在一些实施方案中，P个支柱340布置在R4和R5之间的距离的25％和75％之间。

在一些实施方案中，P个支柱340具有倒“T”形横截面并且包括头部和轴。头部的直径大于轴的直径。P个支柱340的头部的顶面附接到面板的表面349。P个支柱340的轴插入并附接到第二锥形部314中的接入孔 364的内表面。

在一些实施方案中，P个支柱340的头部的高度与P个支柱340 的头部的直径的比率在从0.5到1.0的范围内。在其他实施方案中，P个支柱 340的头部的高度与P个支柱340的头部的直径的比率在从0.6到0.8的范围内。

在一些实施方案中，P个支柱340(包括头部和轴)的高度与P个支柱340的头部的直径的比率在从0.2到0.5的范围内。在其他实施方案中， P个支柱340(包括头部和杆身)的总高度与P个支柱340的头部的直径的比率在0.25至0.35的范围内。在一些实施方案中，轴的直径与头部的直径的比率在从0.70到0.95的范围内。在其他实施方案中，轴的直径与头部的直径的比率在从0.80到0.90的范围内。

再参考图4A，气体增压室326的竖直距离d4被限定在面板 334的表面349和第一水平部352之间。在一些实施方案中，挡板324竖直居中在0.25*d4和0.75*d4之间。在一些实施方案中，由第二水平部356限定的平面穿过挡板324。挡板324在气体增压室326中的竖直位置被选择成确保足够的气体侧向地流过(然后通过布置在挡板324的径向外侧的气体通孔330) 并且竖直地流过挡板324的挡板孔口(然后通过挡板324下方的气体通孔330) 以允许均匀的气流。

参考图5至图9，更详细地示出了挡板324中的挡板孔口的各种示例。在图5中，挡板324被支撑在B个支柱328上的面板334的表面上方。虽然示出了B＝3个支柱，但是可以使用额外的支柱。挡板324包括多个挡板孔口370-1、370-2、……和370-H(统称为挡板孔口370)，其中H是大于 1的整数。虽然大部分气流被挡板324侧向地转向并最终穿过面板334中的气体通孔330，但至少一些气流竖直行进穿过挡板324中的挡板孔口370，然后至少部分侧向地，然后竖直地穿过位于挡板324下方的气体通孔330。

在一些实施方案中，挡板孔口370相对于挡板324的中心对称布置，以确保相对于衬底中心的均匀气流。在图5所示的示例中，H＝6并且挡板孔口370对称地布置成圆形图案，尽管可以使用更多或更少的气体通孔。在一些实施方案中，挡板孔口370的直径在大于面板334中的气体通孔330 的1.2至6倍的范围内，但也可以使用其他直径。在一些实施方案中，挡板孔口370的直径在大于面板334中的气体通孔330的1.5至3倍的范围内，但也可以使用其他直径。

在一些实施方案中，挡板324按时钟或旋转定向，使得挡板孔口370与面板334中的位于挡板孔口370竖直下方的气体通孔330不对准。由于挡板孔口未对准，气体竖直流过挡板孔口，撞击面板并水平转向，然后气体竖直通过气体通孔330。在图6中，在挡板324的中心布置有额外的挡板孔口371。挡板324中心的挡板孔口371的布置保持了挡板孔口的对称性以促进均匀的气流。挡板324中的挡板孔口的对称性往往平衡流过面板334 中的位于挡板孔口370的竖直下方的气体通孔330的气体。

在一些实施方案中，不管挡板孔口的总数如何，挡板324的约 2％至10％的表面积被挡板孔口(不包括用于支柱328的孔)覆盖。在一些实施方案中，不管挡板孔口的总数如何，挡板324的约4％至8％的表面积被挡板孔口(不包括用于支柱328的孔)覆盖。该表面积由挡板324的面向气体通道 318的表面限定。

在图7中，挡板324包括挡板孔口372-1、372-2、372-3、……、 372-H。挡板孔口372-1、372-2、……和372-H(例如，图7中的372-3)中的至少一个与面板中的气体通孔330中的位于竖直下方的至少一个气体通孔至少部分地重叠。可以理解，部分重叠可用于经由气体通孔330中的至少一个在某些位置策略性地供应额外的处理气体，以允许对处理气体输送的微调。例如，尽管使用具有挡板孔口的挡板，但在衬底上出现局部投影或低喷点的情况下，可以使用部分重叠。

在图8中，挡板孔口370-1、370-2、……和370-H(例如图8中的370-H)中的至少一个与面板334中的气体通孔330中的位于挡板324竖直下方的至少一个气体通孔完全重叠，而其余挡板孔口未对准。可以理解，完全重叠可用于经由气体通孔330中的至少一个在某些位置策略性地供应额外的处理气体，以允许对处理气体输送的微调。

可以理解，虽然示出了特定孔图案和数量的挡板孔口，但是可以使用其他孔图案和数量的挡板孔口来进一步微调气体输送。例如，可以使用每个具有更小和/或更大直径的更大数量的挡板孔口来进一步调节气流以防止投影。例如在图9中，示出了挡板孔口380-1、380-2、……和380-H以及挡板孔口382-1、382-2、……和382-I。在该示例中，挡板孔口380-1、380- 2、……和380-H具有比挡板孔口382-1、382-2、……和382-I更大的直径。虽然在图5至图8中挡板孔口以第一圆形图案以间隔配置布置，挡板孔口 382-1、382-2、……和382-I以第一圆形图案布置在包括挡板孔口380-1、 380-2、……和380-H的第二圆形图案内。在其他实施方案中，给定圆形图案的挡板孔口的直径可以不同以调节局部气体输送。虽然在图5至图9中描绘了圆形挡板孔口，在一些实施方案中，挡板孔口可以是不同的形状，例如椭圆形、矩形、三角形、正方形或其组合。

参考图10，可以使用包括背侧气体系统410的喷头组件409来实现对不均匀性的额外改进，以沿着喷头的背侧供应背侧气体。在一些实施方案中，背侧气体系统410包括气体源412和阀414以将背侧气体供应到腔体416。喷头安装在包括上表面420和侧壁422的处理室的处理空间418内。环形支撑件424和426用于将喷头安装在处理室中。环形支撑件426布置在环形支撑件424下方。处理室的上表面420包括开口427以容纳环形支撑件 426。环形间隙432和433分别限定在环形支撑件426和上表面420中的开口之间以及环形支撑件426和上部310之间。环形间隙432布置在环形支撑件 426的外径处并且环形间隙433布置在环形支撑件426的内径处。

来自气体源412的背侧气体流过环形间隙432和433并流过由上部310、第一锥形部312和第二锥形部314限定的侧面。在一些实施方案中，气体是惰性气体，例如氩气(Ar)。在其他实施方案中，使用诸如分子氧 (O₂)之类的气体。背侧气流减少了喷头上方的寄生等离子体，并改善了来自喷头在衬底边缘处的处理气流的均匀性。背侧气流还在喷头的径向外边缘周围提供气幕，以包含由喷头供应的处理气体并将该处理气体集中到围绕衬底径向外边缘的半径处。

现在参考图11，面板334的面向衬底的表面被示为包括限定内部区域512和外部区域514的气体通孔图案。内部区域512和外部区域514 包括具有不同图案和/或间距的气体通孔330。在一些实施方案中，内部区域 512延伸到第一半径并且外部区域514从第一半径延伸到第二半径。在一些实施方案中，如图所示，与内部区域512中的气体通孔330的密度相比，外部区域514中的气体通孔330的密度更大。

在该示例中，内部区域512和外部区域514中的图案具有相同的形状，但气体通孔布置得更靠近在一起。在其他实施方案中，图案和密度两者都不同。在另外其他的实施方案中，孔图案具有相同的尺寸，但内部区域512中的气体通孔的直径小于外部区域514。在一些实施方案中，内部区域512的第一半径大于或等于外部区域514的第二半径的0.7倍。在一些实施方案中，第一半径大于或等于第二半径的0.8倍。

在使用具有均匀气体通孔密度的单个区域的面板的一些应用中，可以减少流过面板334的径向外部区域中的气体通孔330的气体，从而导致更少的膜沉积在衬底的径向外部中。相对于内部区域512增加外部区域514 中的气体通孔330的密度增加了供应在外部区域514中的处理气体的流量，这减少了不均匀性。

现在参考图12，包括一个或多个上述特征的喷头组件(如图4A 所示)将气体更均匀地输送到衬底。结果，具有喷头的处理室产生在中心和边缘处具有更均匀厚度的膜。换言之，沉积在衬底上的膜的中心和边缘两者都更接近高度Y[而不是如图3所示的高度Y的边缘和高度(Y-y)的中心]。不受任何特定理论的限制，图5至图9中的挡板的放置、中心腔体空间、背侧气体、支撑支柱的减少数量和特定放置以及本文描述的其他特征允许处理气体更均匀地输送到衬底的中心，同时仍然保护衬底的中心部分免受喷射的不利影响。这进而显著减少了中心处衬底厚度的不均匀性。

如上所述，包括具有挡板孔口的挡板的喷头可用于沉积膜。例如，在化学气相沉积(CVD)或等离子体增强CVD(PECVD)期间，衬底暴露于一种或多种前体气体，并且热、等离子体或反应物可用于引起将膜沉积到衬底上的化学反应。通常，膜的厚度可以至少部分地通过暴露于前体和反应气体的持续时间、气体流速、等离子体功率、衬底温度和/或室压力来控制。

在图13中，示出了用于使用包括具有挡板孔口的挡板和根据本公开的其他特征的喷头或喷头组件，使用CVD或PECVD沉积膜的方法600 的示例。例如，CVD或PECVD工艺可用于沉积介电膜，例如氧化硅(Si_xO_y，其中x和y是大于或等于1的整数)，但也可以沉积其他类型的膜。

在610处，将衬底输送到处理室中的衬底支撑件上。在620处，将处理室压力设置到预定压力范围并且将衬底加热到预定温度范围。在624 处，在预定时间段内将一种或多种前体气体经由具有包括挡板孔口的挡板的喷头供应到处理室。在一些实施方案中，背侧气体系统在膜沉积期间供应背侧气体以防止背侧寄生等离子体和/或提供气幕。

在628处，可以在处理室中任选地激发等离子体以促进化学反应。可以在预定时间段期间以预定子间隔在两个或更多个RF功率水平之间连续供应或切换等离子体功率。在预定时间段之后，熄灭等离子体(如果使用)。可根据需要执行处理室的气体吹扫和/或抽空。

方法600可以执行额外的CVD或PECVD循环以增加沉积在衬底上的膜的厚度(如636处确定的)。例如，可以周期性地停止沉积以允许执行致密化或钝化步骤。在一些实施方案中，致密化步骤通过在预定时间段内供应致密化气体并激发等离子体来执行。在一些实施方案中，致密化气体包括惰性气体，例如氦、氦和分子氧的混合物和/或气体或气体混合物。

如果636为否，该方法返回到624。当衬底的处理已经完成时，在642处可以任选地将衬底暴露于致密化等离子体。在644处，将衬底从处理室移除。在648处，该方法通过返回到610或结束来处理额外的衬底。

如上所述，包括具有挡板孔口的挡板的喷头可用于执行多个原子层沉积(ALD)或等离子体增强ALD(PEALD)循环。在一个ALD或PEALD 循环期间，在第一预定时间段内将衬底暴露于前体气体，在此期间，前体以自限方式吸附到衬底的暴露表面上。在一些实施方案中，大致单层被吸附到衬底的表面上。在第一预定时间段之后，将处理室吹扫或抽空。然后，在第二预定时间段内向处理室供应反应气体。热和/或等离子体可用于引起吸附在衬底表面上的前体与反应气体之间的化学反应以产生膜。在第二预定时间段之后，将处理室吹扫或抽空。执行额外的循环以增加膜的厚度。

现在参考图14，示出了用于使用ALD或PEALD以及包括具有挡板孔口的挡板和上述其他特征的喷头或喷头组件来沉积膜的方法700的示例。例如，ALD或PEALD工艺可用于沉积介电膜，例如氧化硅(Si_xO_y，其中 x和y为整数)，但也可沉积其他类型的膜。

在710处，将衬底输送到处理室中的衬底支撑件上。在720处，将处理室压力设置到预定压力范围并将衬底加热到预定温度范围。在724处，使用喷头(包括具有挡板孔口和/或上述其他特征的挡板)在预定时间段内供应前体气体，以允许前体以自限制方式吸附到衬底上。在一些实施方案中，预定时间段的范围为约0.1秒至约60秒、0.2秒至约6秒，或约0.3秒至约2秒。如本文所用，约是指+/-10％。在一些实施方案中，背侧气体系统在沉积期间供应背侧气体。

在728处，在预定时间段之后，供应吹扫气体以抽空处理室。在732处，使用喷头将反应气体供应到处理室以引起与衬底表面上的前体的化学反应。可以在处理室中任选地激发等离子体以促进化学反应。在736处，在预定时间之后，熄灭等离子体(如果使用)并且供应吹扫气体以抽空处理室。

如果要在衬底上执行额外的ALD或PEALD循环，则该方法返回到724。当衬底的处理完成时，在742处，可以将衬底任选地暴露于致密化等离子体。在744处，从处理室移除衬底。在748处，该方法通过返回到 710或结束来处理额外的衬底。

在一些实施方案中，在处理期间将衬底的温度设定在从100℃到800℃的范围内。在其他实施方案中，在处理期间将衬底的温度设定在从 300℃到700℃的范围内。在另外其他的实施方案中，在处理期间将衬底的温度设定在从350℃到500℃的范围内。在一些实施方案中，处理压强在约0.1 托(T)至约30T的范围内。在一些实施方案中，处理压强在约1T至约10T的范围内。

如果使用RF等离子体，可以以范围从10W到10kW的一个或多个频率提供等离子体功率。RF功率源可以包括以一种或多种频率操作的一种或多种功率源，例如低频和高频功率源。低频源可以在从约10kHz到约 500kHz的范围内操作。在其他实施方案中，低频功率源可以在从约200kHz 到约450kHz(例如，430kHz)的范围内操作。高频源可以在约1.5MHz到约3GHz的频率范围内操作。仅举例来说，高频源可以在约1.8MHz、13.6MHz、 27MHz、40MHz、60MHz或2.54GHz下操作，但也可以使用其他频率。

在一些实施方案中，膜包含氧化硅并且前体包括含硅前体。在一些实施方案中，含硅前体包含硅烷。在一些实施方案中，硅烷包括氨基硅烷。氨基硅烷包括至少一个与硅原子键合的氮原子。氨基硅烷还可以包括氢、氧、卤素和/或碳原子。氨基硅烷的示例包括双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)、 N-(二甲基氨基甲硅烷基)-N-乙基乙胺(SAM-24)；三(二甲氨基)硅烷(3DMAS) 和四(二甲氨基)硅烷(4DMAS)。

在一些实施方案中，反应物包括含氧反应物或含氧和氢的反应物。在一些实施方案中，含氧反应物或含氧和氢的反应物选自由分子氧(O₂)、过氧化氢(H₂O₂)、臭氧(O₃)、分子氢(H₂)、水(H₂O)或其组合组成的群组。

可使用本文所述的喷头沉积的膜的其他示例被显示和描述于以下申请中：2020年7月24日提交的共同转让的“THERMAL ATOMIC LAYER DEPOSITION OF SILICON-CONTAININGFILMS”，PCT公开号 WO 2021/025874；2021年7月21日提交的“CONFORMAL THERMAL CVDWITH CONTROLLER FILM PROPERTIES AND HIGH DEPOSITION RATE”， PCT公开号WO 2022/020528；以及2021年6月28日提交的“REDUCING INTRALEVEL CAPACITANCE INSEMICONDUCTOR DEVICES”，PCT公开号2022/006010，其全部通过引用以其整体并入本文。

现在参考图15和16，使用包括喷头300和背侧气体系统801 的喷头组件800可以实现对不均匀性的额外改进。喷头300安装在处理室的处理空间内。将背侧气体供应到喷头下部和上室表面之间的背侧空间802以减少寄生等离子体和/或提供气幕。将处理气体供应到气体增压室并通过面板以在衬底的暴露表面上沉积膜。在一些实施方案中，背侧气体系统801沿喷头的径向外表面生成第一和/或第二环形气流。

当在处理室的外壳中安装喷头时，喷头的面板应精确定位(例如，在平行于包括衬底支撑件的平面的平面中与衬底隔开预定距离)以避免引起沉积不均匀。换言之，面板与衬底不同位置处衬底的暴露表面之间的预定距离的变化导致沉积不均匀。由于机械加工公差变化，喷头的倾斜可能需要在设置或维护期间精确调整，以使面板的平面相对于衬底支撑件的平面对准，以防止沉积不均匀。

当在设置或维护期间喷头相对于喷头安装结构倾斜时，第一环形气流在某些径向位置被减少或限制。图15至图17中的喷头组件800输送第一环形气流和第二环形气流两者，其中第二环形气流布置成与第一环形气流同心并在其径向外侧。第二环形气流不受喷头倾斜的影响。如下所述经由第二环形气流供应更多的气体降低了对第一环形气流的变化的敏感性，该变化由于倾斜而发生并且在装置之间有所不同。

处理室包括用于限制处理气体和/或等离子体的室外壳。室外壳包括上室表面804、室侧壁和底腔室表面(两者均未示出)。第一腔体806竖直延伸穿过上室表面804。如下文将进一步描述的，背侧气体系统801供应背侧气体，该背侧气体被分成沿喷头300(例如，上部310、第一锥形部312和第二锥形部314)的径向外表面通过的第一环形气流和第二环形气流。在一些示例中，与第一环形气流相比，第二环形气流向背侧空间802供应更多的气体。

第一环形支撑构件810布置在上室表面804的第一腔体806中。第一环形支撑构件810具有“T”形横截面。第一环形支撑构件810包括第二腔体811(竖直穿过第一环形支撑构件810)、上环形部812和下环形部814。在一些实施方案中，上室表面804中的第一腔体806和第二环形支撑构件 820具有互补或匹配的相对表面。

在一些实施方案中，上环形部812的外径大于下环形部814的外径。喷头300的上部310布置在第二腔体811中。当喷头300在第二腔体 811内倾斜时，第一环形支撑构件810对于上室表面804中的第一腔体806保持静止。结果，喷头300的侧面移动得更靠近第一环形支撑构件810，从而造成第一环形气流限制在某些径向位置中。

第二环形支撑构件820连接到上安装表面(未示出)。在一些示例中，第二环形支撑构件820具有“T”形横截面。第二环形支撑构件820包括环形上部821、环形下部823和竖直穿过其中的第三腔体825。环形上部 821的外径大于环形下部823的外径。紧固件827将第二环形支撑构件820连接到喷头300的上部310和环形支撑板816。喷头300的杆部829穿过第二环形支撑构件820中的第三腔体825并连接到气体输送系统800。气体输送系统800如上所述将处理气体供应到气体通道和气体增压室。

环形支撑板816安装在第二环形支撑构件820下方。第一环形支撑构件810的上环形部812通过倾斜机构830连接到环形支撑板816。倾斜机构830包括长度可变的支腿，其允许控制喷头300在由第一环形支撑构件810限定的第二腔体811内的倾斜。倾斜机构830允许微调喷头300(和面板)相对于衬底支撑件上表面的倾斜。在一些示例中，倾斜机构830在从0°到1°的范围内调整倾斜，但也可以使用其他范围。

波纹管840围绕第二环形支撑构件820的径向外表面布置，以限定围绕第二环形支撑构件820的下部环形下部823的柔性容积(或“波纹管容积”)。波纹管840将环形支撑板816的下部径向内表面841柔性连接到第一环形支撑构件810的朝上的径向内表面843以限定波纹管容积。背侧气体被供应到波纹管容积并被第一环形支撑构件810分成第一和第二环形气流。

上环形部812的径向内表面限定了环形开口845和环形倾斜表面847，该环形倾斜表面847在上环形部812和下环形部814之间的过渡处或附近以锐角向内延伸。H个通道844向下和向外延伸穿过上环形部812和/ 或下环形部814，其中H是大于4且小于60的整数。在一些示例中，H个通道844的入口位于环形倾斜表面847上，但也可以使用其他位置。

H个通道844从第一环形支撑构件810的径向内表面延伸到第一环形支撑构件810的径向外表面。第二环形气流由流过H个通道844的气体供应到径向外环形间隙854中，该径向外环形间隙854位于下环形部814 的径向外表面和第一腔体806的径向内表面之间。

在上环形部812和下环形部814之间的过渡处或附近的第一环形支撑构件810的径向内表面上形成突起852。突起852限制进入位于第一环形支撑构件810的径向内表面和喷头300的上部310的径向外表面之间的径向内环形间隙850的气流。

供应到波纹管容积的气体被分成第一气流和第二气流。第一或径向内部气流流过突起852并进入径向内环形间隙850。第二或径向外部气流穿过H个通道844并进入径向外环形间隙854。

现在参考图16，更详细地示出了倾斜机构830和喷头300的其他特征。在一些示例中，倾斜机构830包括高度调节构件858，其具有可变长度并且从第二环形支撑构件820通过环形支撑板816延伸到第一环形支撑构件810的朝上的表面。在一些实施方案中，高度调节构件858包括由第一环形支撑构件810中的螺纹孔容纳的螺栓。转动螺栓增加或减小高度调节构件858的长度以及分隔环形支撑板816和第一环形支撑构件810的局部距离。

在一些示例中，三个高度调节构件858间隔开120°。换言之，高度调节构件858可以单独调节以引起期望量的高度调节和/或倾斜。所有高度调整构件858的高度可增加或减少相同的量以调整衬底支撑件上方的面板的高度。虽然示出了手动调节的高度调节构件，例如螺栓，但也可以使用具有伸出和缩回气缸的致动器(例如步进马达或其他调节装置)。

背侧气体由气体源412和阀414供应到竖直通道860的入口 862，该竖直通道860向下延伸穿过第二环形支撑构件820。气体流入环形腔体863中，该环形腔体863由环形支撑板816限定在环形支撑板816的上表面和第二环形支撑构件820的底表面之间。在一些实施方案中，一个或多个 O形环(未示出)用于密封两个或多个部件之间的相邻表面。气体向下流过竖直通道860进入环形腔体863，径向向内，向下经过突起866，并进入波纹管容积。突起866限制从气体源进入波纹管容积的气流。

现在参考图16和图17，更详细地示出了第一环形支撑构件810。随着高度调节构件858的高度被调节，从第一环形支撑构件810延伸的圆柱形引导件910穿过环形支撑板816中的开口912(图16)。圆柱形引导件910 允许喷头相对于第一环形支撑构件810的相对运动(例如倾斜)。高度调节构件 858被容纳在圆柱形引导件910中。由第二环形支撑构件820中的相应孔容纳的引导销920用于将环形支撑板816相对于第二环形支撑构件820对准。多个孔941竖直穿过第一环形部分814并容纳紧固件(未示出)以将第一环形支撑构件810附接到腔体811中的上室表面804。

H个通道844的入口显示为围绕环形倾斜表面847布置。一个或多个旋转对准部930可限定在凹槽932(例如，圆形凹槽)中，该凹槽位于第一环形支撑构件810的朝上的表面933中。在一些实施方案中，旋转对准部930包括从凹槽932径向向外延伸以提供棘爪的弓形部931。额外的旋转对准部可以布置在凹槽932周围相对于所示的旋转对准部930的不同径向位置处。

再次参考图15，在一些实施方案中，通过径向内环形间隙850 的第一或径向内部气流的第一流速小于通过径向外环形间隙854的第二或径向外部气体的第二流速。在一些示例中，第一流在供应到波纹管容积中的背侧气体的10％到40％的范围内，并且第二流在供应到波纹管容积中的背侧气体的60％到90％的范围内。在一些示例中，第一流在供应到波纹管中的气体的24％到32％的范围内，并且第二流在供应到波纹管容积中的气体的68％到 76％的范围内。在其他示例中，第一环形气流和第二环形气流大致相等或者第一环形气流大于第二环形气流。

在一些实施方案中，供应到波纹管容积的更多的背侧气体被分成与径向内部气流相比的径向外部气流。当喷头300不倾斜时，径向内环形间隙850中的间距围绕第一环形支撑构件810的圆周相对均匀。随着喷头 300倾斜，喷头300相对于第一环形支撑构件810移动。径向内环形间隙850 中的间距在第一环形支撑构件810的一些径向位置中较小，这改变了进入背侧空间的第一气流。通过将背侧气体分成两个环形气流并将更多的背侧气体流向径向外部环形气流，喷头300减少了由于倾斜引起的变化的影响。与仅提供单个背侧气流路径的喷头相比，沉积的径向均匀性受倾斜的影响明显较小。

前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、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”。

在一些实现方式中，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(晶片基座、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。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。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 (48)

1.一种用于衬底处理系统的喷头，所述喷头包含：

包括气体通道的上部，所述气体通道沿第一方向延伸并且在横向于所述第一方向的第二方向上具有第一宽度；

下部，其连接到所述上部并且包括：

面板，其包括沿所述第一方向竖直延伸穿过所述面板的多个气体通孔；以及

挡板，其布置在所述面板上方和所述气体通道出口下方的多个支柱上，其中所述挡板包括多个挡板孔口并且在所述第二方向上具有第二宽度，所述第二宽度在所述第一宽度的1.25至3倍的范围内；以及

气体增压室，其限定在所述上部和所述下部之间，沿所述第二方向延伸，并且与所述气体通道流体连通。

2.如权利要求1所述的喷头，其中所述多个挡板孔口中的每一个与所述多个气体通孔中的沿所述第一方向位于所述挡板下方的气体通孔未对准。

3.如权利要求1所述的喷头，其中所述多个挡板孔口相对于所述挡板的中心对称布置。

4.如权利要求1所述的喷头，其中所述第二宽度在所述第一宽度的1.75到2.5倍的范围内。

5.如权利要求1所述的喷头，其中所述多个气体通孔具有第一直径，并且所述多个挡板孔口具有大于所述第一直径的第二直径。

6.如权利要求5所述的喷头，其中所述第二直径在大于所述第一直径1.2至6倍的范围内。

7.如权利要求5所述的喷头，其中所述第二直径在大于所述第一直径1.5至3倍的范围内。

8.如权利要求1所述的喷头，其中所述上部包括：

杆部；

从所述杆部延伸的第一锥形部；以及

第二锥形部，其从所述第一锥形部延伸并包括附接到所述下部的径向外边缘。

9.如权利要求8所述的喷头，其中：

所述第一锥形部的侧面相对于所述杆部的侧面形成第一锐角；

所述第二锥形部的侧面相对于所述杆部的侧面形成第二锐角；以及

所述第一锐角小于所述第二锐角。

10.如权利要求9所述的喷头，进一步包括连接在所述面板和所述上部的所述第二锥形部之间的P个支柱，其中P是大于1的整数。

11.如权利要求10所述的喷头，其中P在从8到24的范围内。

12.如权利要求11所述的喷头，其中P等于12。

13.如权利要求11所述的喷头，其中所述P个支柱布置成圆形。

14.如权利要求11所述的喷头，其中所述P个支柱布置在对应于所述第二锥形部的径向内边缘的第一半径和对应于所述第二锥形部的径向外边缘的第二半径之间。

15.如权利要求8所述的喷头，其中：

所述气体通道具有第一半径；以及

所述下部的面向衬底的表面包括：

从所述第一半径延伸到第二半径的圆形部；

从所述第二半径延伸到第三半径的第一水平部；

从所述第三半径延伸到第四半径的锥形部；以及

从所述第四半径延伸到第五半径的第二水平部。

16.如权利要求15所述的喷头，其中所述第三半径在所述第二宽度的0.75到2.5倍的范围内。

17.如权利要求15所述的喷头，其中所述挡板布置在所述第一水平部和所述面板之间在所述第一方向上的距离的25％和75％之间。

18.如权利要求9所述的喷头，进一步包含：

P个接入孔，其穿过所述上部的所述第二锥形部；以及

P个支柱，其将所述面板连接到所述第二锥形部并延伸到所述P个接入孔中，其中P为大于1的整数。

19.如权利要求1所述的喷头，其中所述挡板孔口中的至少一个在所述第一方向上与所述气体通孔中的至少一个至少部分地重叠。

20.如权利要求1所述的喷头，其中所述挡板孔口中的至少一个在所述第一方向上与所述气体通孔中的至少一个完全重叠。

21.如权利要求1所述的喷头，其中：

所述面板中的所述气体通孔布置在第一区域和第二区域中；

所述第一区域中的所述多个气体通孔中的第一通孔具有第一孔密度；

布置在所述第二区域的所述多个气体通孔中的第二气体通孔具有第二孔密度；以及

所述第二孔密度大于所述第一孔密度。

22.如权利要求21所述的喷头，其中：

所述第一区域延伸至第一半径；

所述第二区域从所述第一半径延伸至第二半径；以及

所述第一半径大于或等于所述第二半径的0.7倍。

23.一种喷头组件，其包含：

如权利要求9所述的喷头；以及

背侧气体系统，其被配置为沿所述杆部、所述第一锥形部和所述第二锥形部在向下和径向向外的方向上供应气体。

24.一种衬底处理系统，其包含：

如权利要求23所述的喷头组件；

处理室，其包括限定腔体的上表面；

环形支撑件，其布置在所述杆部周围和所述上表面的所述腔体中，并且包括径向内表面和径向外表面；

第一环形间隙，其形成在所述环形支撑件的所述径向外表面和所述处理室的所述上表面中的所述腔体之间；以及

第二环形间隙，其形成在所述环形支撑件的所述径向内表面和所述杆部之间，

其中所述背侧气体系统将所述气体供应到所述第一环形间隙和所述第二环形间隙。

25.一种用于衬底处理系统的喷头，所述喷头包含：

上部，其包括杆部、从所述杆部延伸的第一锥形部、从所述第一锥形部延伸的第二锥形部；

气体通道，其沿第一方向延伸穿过所述上部并具有第一半径；

下部，其包括连接到所述上部的径向外边缘、面板和挡板，所述面板包括沿第一方向延伸穿过所述面板的多个气体通孔，所述挡板布置在所述面板上方的多个支柱上并包括延伸穿过所述挡板的多个挡板孔口；以及

气体增压室，其限定在所述上部的第一表面和所述下部之间并且在横向于所述第一方向的第二方向上延伸；

其中所述上部的所述第一表面包括从所述第一半径延伸到第二半径的圆形部、从所述第二半径延伸到第三半径的第一水平部、从所述第三半径以锐角延伸到第四半径的锥形部，以及从所述第四半径延伸到第五半径的第二水平部。

26.一种用于衬底处理系统的喷头，所述喷头包含：

上部，所述上部包括杆部；第一锥形部，其包括从所述杆部以相对于所述杆部的侧面成第一锐角延伸的侧面；第二锥形部，其从所述第一锥形部延伸并且包括相对于所述杆部的侧面形成第二锐角的侧面；以及气体通道，其沿第一方向延伸穿过所述上部，其中所述第二锐角大于所述第一锐角；

下部，所述下部包括连接到所述上部的径向外边缘；面板，其包括沿所述第一方向延伸穿过所述面板的多个气体通孔；以及挡板，其布置在所述面板上方的多个支柱上并包括沿所述第一方向延伸穿过所述挡板的多个挡板孔口；以及

限定在所述上部和所述下部之间的气体增压室；

其中所述面板包括延伸到第一半径的第一区域和从所述第一半径延伸到第二半径的第二区域，所述多个气体通孔中的布置在所述第一区域中的第一气体通孔具有第一孔密度，所述多个气体通孔中的布置在所述第二区域中的第二气体通孔具有第二孔密度，并且所述第二孔密度大于所述第一孔密度。

27.一种用于衬底处理系统的喷头组件，所述喷头组件包含：

上部，所述上部包括杆部；第一锥形部，其包括从所述杆部以相对于所述杆部的侧面成第一锐角延伸的侧面；第二锥形部，其从所述第一锥形部延伸并包括相对于所述杆部的侧面形成第二锐角的侧面；以及气体通道，其沿第一方向延伸穿过所述上部，其中所述第二锐角大于所述第一锐角；

下部，所述下部包括连接到所述上部的径向外边缘；面板，其包括沿所述第一方向延伸穿过所述面板的多个气体通孔；以及挡板，其布置在所述面板和所述气体通道之间的多个支柱上并且包括沿所述第一方向延伸穿过所述挡板的多个挡板孔口；

气体增压室，其限定在所述上部和所述下部之间并且在横向于所述第一方向的第二方向上延伸；以及

背侧气体系统，其被配置为在衬底处理期间沿着所述杆部、所述第一锥形部和所述第二锥形部供应气体。

28.一种喷头组件，其包含：

处理室，其包括限定第一腔体的上室表面；

喷头，其包括上部、包括面板的下部，以及布置在所述上部和所述下部之间的气体增压室；

第一环形支撑构件，其布置在所述第一腔体中并限定第二腔体，所述第二腔体被配置为容纳所述喷头的所述上部，

其中所述第一环形支撑构件限定：

第一环形间隙，其位于所述第二腔体的径向内表面和所述喷头的所述上部的径向外表面之间；以及

第二环形间隙，其位于所述第一环形支撑构件的所述径向外表面和所述第一腔体的径向内表面之间，以及

其中背侧气体被所述第一环形支撑构件分成进入所述第一环形间隙的第一气流和进入所述第二环形间隙的第二气流。

29.如权利要求28所述的喷头组件，其中：

所述第一环形支撑构件包括上环形部及从所述上环形部向下延伸的下环形部；

所述第二腔体穿过所述上环形部和所述下环形部；以及

所述上环形部的外径大于所述下环形部的外径。

30.如权利要求28所述的喷头组件，其中所述第一环形支撑构件包括从所述第一环形支撑构件的径向内表面到所述第一环形支撑构件的径向外表面的多个通道。

31.如权利要求30所述的喷头组件，其中所述第二气流通过所述多个通道到达所述第二环形间隙。

32.如权利要求31所述的喷头组件，进一步包含第一突出部，所述第一突出部从所述第一环形支撑构件的所述径向内表面径向向内延伸以限制进入所述第一环形间隙的气流。

33.如权利要求28所述的喷头组件，进一步包含：

包括气体通道的第二环形支撑构件；

环形支撑板，其连接到所述第二环形支撑构件并且包括：

环形开口，其与所述第二环形支撑构件的所述气体通道的出口流体连通；以及

第一突起，其从所述环形支撑板的径向内表面朝向所述第一环形支撑构件的外表面径向向内延伸，以限制气体从所述气体通道流入所述第一环形间隙和所述第二环形间隙。

34.如权利要求28所述的喷头组件，其中通过所述第一环形间隙的所述第一气流小于通过所述第二环形间隙的所述第二气流。

35.如权利要求34所述的喷头组件，其中所述第二气流在流过所述第一环形间隙和所述第二环形间隙的气体的60％到90％的范围内，并且所述第一气流在流过所述第一环形间隙和所述第二环形间隙的气体的10％到40％的范围内。

36.如权利要求34所述的喷头组件，其中所述第二气流在流过所述第一环形间隙和所述第二环形间隙的气体的68％到76％的范围内，并且所述第一气流在流过所述第一环形间隙和所述第二环形间隙的气体的24％到32％的范围内。

37.如权利要求28所述的喷头组件，进一步包含：

倾斜机构，其被配置为使所述喷头相对于所述第一环形支撑构件倾斜，

其中当所述倾斜机构使所述喷头相对于中心位置倾斜时，所述第一环形间隙在第一径向位置处变窄。

38.如权利要求33所述的喷头组件，进一步包含波纹管，所述波纹管布置在所述第一环形支撑构件的第一表面和所述环形支撑板的第二表面之间。

39.如权利要求38所述的喷头组件，其中：

所述喷头的所述上部包括杆部、从所述杆部延伸的第一锥形部，以及从所述第一锥形部延伸的第二锥形部，以及

所述第一气流和所述第二气流被引导穿过所述杆部、所述第一锥形部和所述第二锥形部。

40.如权利要求39所述的喷头组件，其中：

所述第一锥形部包括从所述杆部以相对于所述杆部的侧面成第一锐角延伸的侧面，

所述第二锥形部从所述第一锥形部延伸并且包括相对于所述杆部的侧面形成第二锐角的侧面；以及

所述第二锐角大于所述第一锐角。

41.如权利要求28所述的喷头组件，其中：

所述面板包括沿第一方向竖直延伸穿过所述面板的多个气体通孔；以及

所述喷头的所述上部包括沿所述第一方向延伸并在横向于所述第一方向的第二方向上具有第一宽度的气体通道。

42.如权利要求41所述的喷头组件，进一步包含挡板，所述挡板布置在所述面板上方和所述气体通道的出口下方的多个支柱上，其中所述挡板包括多个挡板孔口并且在所述第二方向上具有第二宽度，所述第二宽度在所述第一宽度的1.25到3倍的范围内。

43.如权利要求42所述的喷头组件，其中所述多个挡板孔口中的每一个与所述多个气体通孔中的在所述第一方向上位于所述挡板下方的气体通孔未对准。

44.如权利要求42所述的喷头组件，其中所述多个挡板孔口相对于所述挡板的中心对称地布置。

45.如权利要求44所述的喷头组件，其中所述第二宽度在所述第一宽度的1.75到2.5倍的范围内。

46.如权利要求44所述的喷头组件，其中所述多个气体通孔具有第一直径，并且所述多个挡板孔口具有大于所述第一直径的第二直径。

47.如权利要求46所述的喷头组件，其中所述第二直径在大于所述第一直径1.2至6倍的范围内。

48.如权利要求46所述的喷头组件，其中所述第二直径在大于所述第一直径1.5至3倍的范围内。

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