TW201834111A - 用於有效氣體分配組件冷卻的具有同心或螺旋通道的兩區域流動冷卻板設計 - Google Patents

用於有效氣體分配組件冷卻的具有同心或螺旋通道的兩區域流動冷卻板設計 Download PDF

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Abstract

一種用於以冷卻板冷卻氣體分配組件的設備和方法。冷卻板具有主體，該主體具有頂表面、外周、中心、內部區域和外部區域。穿過頂表面形成的複數個通道。複數個通道具有第一外部通道和第一內部通道，該第一外部通道具有一個或更多個第一外部通道區段，該第一外部通道經配置而使第一冷卻流體從冷卻流體入口流到冷卻流體出口，該第一內部通道設置在該第一外部通道與該中心之間，該第一內部通道具有一個或更多個第一內部通道區段，該第一內部通道經配置而使第二冷卻流體從冷卻流體入口流至冷卻流體出口，其中相鄰區段中的流在相反方向上。

Description

用於有效氣體分配組件冷卻的具有同心或螺旋通道的兩區域流動冷卻板設計
本揭示一般係關於用於處理腔室的噴頭組件的冷卻板。
在半導體工業中，元件由眾多製造製程所製造，如蝕刻和沉積，從而產生不斷減小尺寸的結構。隨著元件幾何尺寸縮小，而隨著製程控制在腔室部件以及基板之間變化，對缺陷的易感性也隨之增加。生產更小的元件而沒有缺陷仰賴於在處理基板的電漿處理腔室中所使用之良好的電漿均勻性。因此，隨著元件幾何尺寸縮小，基板上製程參數的均勻性對於基板上元件的製造變得關鍵。
噴頭組件將處理氣體引入處理腔室中，並保留來自處理基板的氣體之電漿。當前的噴頭組件通常不能達到溫度均勻性的規格，特別是在較低的功率負載下。傳統噴頭組件的非均勻溫度導致沉積的基板薄膜的徑向分佈變化。
需要一種改良的噴頭以促進電漿處理的均勻性。
一種用於以冷卻板冷卻氣體分配組件的設備和方法。冷卻板具有主體，該主體具有頂表面、外周、中心、內部區域和外部區域。穿過頂表面形成的複數個通道。複數個通道具有第一外部通道和第一內部通道，該第一外部通道具有一個或更多個第一外部通道區段，該第一外部通道經配置而使第一冷卻流體從冷卻流體入口流到冷卻流體出口，該第一內部通道設置在該第一外部通道與該中心之間，該第一內部通道具有一個或更多個第一內部通道區段，該第一內部通道經配置而使第二冷卻流體從冷卻流體入口流至冷卻流體出口，其中相鄰區段中的流在相反方向上。
本揭示的實施例一般係關於噴頭中的冷卻板，以提升具有不同熱負載要求的電漿處理效能。在冷卻板中形成的冷卻通道包括用於流動調諧能力的徑向區段、用於最佳熱傳遞的逆流動作以及用於最大化傳熱面積的球形度（spheroidality）。噴頭的氣體分配板上的溫度均勻性比傳統的噴頭有利地改善了約±3℃或約85%。另外，相對於傳統的冷卻板，減小了冷卻板的整體厚度，同時提供更好的熱性能。改進的冷卻板能力提高了具有不同熱負載要求的電漿處理蝕刻平台的性能。應該理解的是，本說明書所揭示的用於冷卻板的實施例可獨立地使用或者可結合在一起使用以實現噴頭中的熱分佈和均勻性改良，以改善基板的處理均勻性。
圖1是具有氣體分配組件130的半導體處理腔室100的一個實施例的截面圖。處理腔室100包括腔室主體102和包圍內部體積106的蓋件104。
腔室主體102通常由鋁、不銹鋼或其他合適的材料製成。腔室主體102一般包括側壁108和底部110。基板出入口（未圖示）一般界定於側壁108中並且由狹縫閥門選擇性地密封，以利於基板144進出處理腔室100。
外襯墊116可抵靠腔室主體102的側壁108定位或者定位於腔室主體102的側壁108上。外襯墊116可由氧化鋁製成和/或以電漿或含鹵素的耐氣體材料塗層，如氧化釔、氧化釔合金或其氧化物（如Y2 O3 ）。
排氣口126界定於腔室主體102中且將內部體積106耦接至泵系統128。泵系統128通常包括一個或更多個泵及節流閥，用於抽空和調節處理腔室100的內部體積106的壓力。在一個實施例中，泵系統128保持內部體積106內的壓力。
蓋件104被密封地支撐在腔室主體102的側壁108上。可打開蓋件104以允許進出處理腔室100的內部體積106。蓋件104可以可選地包括窗142，以利於光學製程監控。在一個實施例中，窗142由石英或其他合適的材料構成，其允許傳輸光學監控系統140所使用的信號。
氣體控制板158耦接至處理腔室100以向內部體積106提供處理和/或清洗氣體。處理氣體的實例可包括含鹵素的氣體，如C2 F6 、SF6 、SiCl4 、HBr、NF3 、CF4 、Cl2 、CHF3 、CF4 與SiF4 等，以及其他氣體（如O2 或N2 O）。載體氣體的實例包括N2 、He、Ar、對製程惰性的其他氣體及非活性氣體。入口端口132'和可選的132''置在蓋件104中，以允許自氣體控制板158所傳送的氣體經過氣體分配組件130輸送到處理腔室100的內部體積106。
基板支撐組件148設置在氣體分配組件130下方的處理腔室100的內部體積106中。基板支撐組件148在處理期間固持基板144。調整邊緣沉積環146的尺寸以其上接收基板144，同時保護基板支撐組件148不受電漿和沉積材料的影響。內襯墊118可塗覆在基板支撐組件148的周邊上。內襯墊118可以是與用於外襯墊116的材料實質類似的含鹵素的耐氣體材料。在一個實施例中，內襯墊118可由與外襯墊116相同的材料製成。
在一個實施例中，基板支撐組件148包括裝配板162、基部164和靜電卡盤166。裝配板162耦接至腔室主體102的底部110，且包括用於將設備（如流體、電源線和感測器引線等）佈線至基部164和靜電卡盤166的通道。
基部164或靜電卡盤166中的至少一個可包括至少一個可選的嵌入式加熱器176和複數個導管170，以控制基板支撐組件148的橫向溫度分佈。導管170流體地耦接至流體源172，流體源172使經過其中的溫度調節流體循環。電源178調節加熱器176。利用導管170和加熱器176控制基部164的溫度，從而加熱和/或冷卻靜電卡盤166。
靜電卡盤166包括使用吸附電源182控制的至少一個夾持電極180。電極180可進一步透過匹配電路188耦接至一個或更多個RF功率源184，匹配電路188用於維持處理腔室100內處理氣體和/或其他氣體所形成的電漿。RF功率源184通常能夠產生具有約50kHz至約3GHz頻率及高達約10000瓦功率的RF信號。
氣體分配組件130耦接至蓋件104的內表面114。氣體分配組件130具有氣體分配板194。氣體分配組件130具有界定在蓋件104和氣體分配板194之間的氣室127。氣體分配板194可耦接至導電底板196或具有導電底板196。導電底板196可用作RF電極。氣體分配板194可以是平盤（flat disc），其具有在面向基板144的氣體分配板194的下表面中形成的複數個孔134。孔134允許氣體從入口端口132（所示為132'、132''）流過氣室127以及離開孔134以在處理腔室100中正在處理的基板144表面上預定的分配方式流入內部體積106。進入內部體積106的氣體可由RF電極激發，RF電極用於維持處理腔室100的內部體積106中的電漿。
圖2是根據一個實施例的圖1的氣體分配組件130的透視分解示意圖。氣體分配組件130具有夾環270、氣體分配板260（圖1中的物件194）和噴頭240。氣體分配組件亦具有用於保持氣體分配組件130的溫度的冷卻板210。
夾環270可繞氣體分配板（GDP）260設置且固持固定到氣體分配組件130的GDP 260。GDP 260可以有複數個氣體通道（未圖示）。從氣體控制板158進入氣體分配組件130的氣體透過氣體通道被提供到內部體積106中，在內部體積106中氣體可被激發以形成電漿。GDP 260可由矽（Si）或適合暴露於電漿環境的其他材料形成。在一個實施例中，密封件可設置在夾環270與GDP 260之間以形成流體緊密（fluid tight）的密封。
GDP 260可以是平盤，其具有在面向基板144的氣體分配板130的下表面中形成的複數個孔134（未圖示於圖2）。孔134允許來自氣體控制板158的氣體流出孔134以在處理腔室100中正在處理的基板144表面上預定的分配方式流入處理腔室100的內部體積106。GDP 260可由陶瓷材料（如碳化矽、塊材（bulk）釔或其氧化物）製成以提供對含鹵素的化學物質之抗性。在一個實施例中，GDP 260係由矽（Si）形成。
熱墊片250可設置在GDP 260與噴頭240之間。熱墊片250可以是具有約1mm或更小厚度的薄壁墊片。熱墊片250可具有約10W/m-K的熱係數K。熱墊片250可在GDP 260與噴頭240之間形成氣密密封。熱墊片250可在一個或更多個同心環252中形成。可佈置熱墊片250的同心環252使得噴頭240與GDP 260之間的流體通道不被阻塞，同時保持其間的氣密密封，即，氣體不會從GDP 260與噴頭240之間逸出。
噴頭240可具有複數個氣室242。氣室242可繞噴頭240的中心同心地佈置。在一個實施例中，複數個氣室242中的每個氣室與噴頭240中的相鄰或其他氣室242流體隔離（即，氣體不在氣室之間流動）。因此，可獨立地控制每個氣室，使得一個氣室中的氣體壓力與另一氣室242中的氣體壓力是獨立的或甚至不同的。在第二實施例中，兩個或更多個氣室242可流體地耦接在一起，且進入氣室242的氣體可在其之間共用。例如，第一氣室和第二氣室可流體地耦接，使得第一氣室中的壓力與第二氣室中的壓力實質相似。
噴頭240可另外具有一個或更多個設置在其中的加熱器。加熱器（圖2中未圖示）可形成為環（如圖6A至6D所示）。這些環可設置在氣室242中或靠近氣室242。當沒有電漿功率時，加熱器可加熱噴頭240的溫度或者氣室242中的氣體。
一個或更多個填隙片（shim）220可設置在冷卻板210和噴頭240之間。例如，可放置第一填隙片220和第二填隙片230以獲得熱障和厚度。每組填隙片（例如填隙片220）可具有一個或更多個環221、222。冷卻板210和噴頭240之間相鄰且堆疊的第一填隙片220的環221、222可與填隙片230的環231、231一致（congruent）或不一致。第一填隙片220和第二填隙片230可一起或經組合具有約10W/m-K的導熱率（k）和約0.25mm的厚度t。
冷卻板210具有主體和形成在其中的複數個通道212。冷卻板210可由鋁、不銹鋼或其他合適的材料製成。冷卻板210可具有在約1.5英吋至約0.5英吋之間的厚度。通道212的設計減少了傳統設計上冷卻板210的厚度，同時提供了更好的熱性能。氣體分配組件130亦具有設置在冷卻板210上方的蓋板（如圖6中所示的物件666）。蓋板666密封冷卻板210中的通道212以將冷卻流體保留在通道212中。
冷卻流體可流過通道212以保持氣體分配組件130的溫度。通道212可以是具有多個區域的徑向分段，允許有區域流量調節能力，即有以獨立徑向區域方式控制冷卻流體的能力。相鄰通道212經配置而將冷卻流體以相反的方向流動來改善熱傳遞和溫度均勻性。例如，由於冷卻流體的熱吸收，進入一個通道212的冷卻流體會比當冷卻流體離開通道212時更冷。相鄰通道中的冷卻流體的逆流補償了與相鄰通道212內有較冷溫度在一起的一個通道中的增加溫度，而有助於整個冷卻板210的溫度均勻性。另外，通道212被佈置成球形，即，以同心或螺旋通道的方式佈置，以最大化熱傳遞的表面積。進一步優化通道212，在橫截面上附加鰭片和高深寬比（高度（深度）比寬度），這將在下面參考圖6A至6D進一步論述。
圖3是根據一個實施例可以在氣體分配組件130中使用的冷卻板300的頂視圖。第一冷卻板300具有第一外部通道340、第二外部通道360、第一內部通道370和第二內部通道390。第一外部通道340可以實質為第二外部通道360的鏡射（mirror），其有偏向以容納第一冷卻板300中的設備和其他連接。類似地，第一內部通道370可以為第二內部通道390的鏡射。第一外部通道340和第二外部通道360的組合限定（circumscribe）第一內部通道370和第二內部通道390。第一外部通道340和第二外部通道360的各者在外部區域306中被單獨控制。此外，第一內部通道370和第二內部通道390的流量在內部區域308中被單獨控制，以增強氣體分配組件130的橫向溫度控制。
每個通道212具有相應的冷卻流體入口320，冷卻流體經過冷卻流體入口320進入通道212中。此外，每個通道212具有相應的冷卻流體出口310，冷卻流體從冷卻流體出口310離開通道212和第一冷卻板300。在一個實施例中，用於第一外部通道340和第二外部通道360的相應的冷卻流體入口320彼此相鄰設置且位於相應的冷卻流體出口310。在第二實施例中，用於第一外部通道340的冷卻流體入口320和冷卻流體出口310位於遠離用於第二外部通道360的冷卻流體入口320和冷卻流體出口310的位置，即在橫跨冷卻板300中第一內部通道370和第二內部通道390的遠側上。
冷卻流體在箭頭所指示的方向上流動，從冷卻流體入口320沿著相應通道212的路徑流至冷卻流體出口310。第一冷卻板300的每個通道212中的冷卻劑流以與相鄰通道212中的流動相反的方向流動。例如，第二外部通道360的第一腿部380中的冷卻流體流動的方向與相鄰的第二內部通道390的第一腿部350及第二外部通道360的第二腿部382中的流體流動方向相反。
在一個實例中，冷卻流體可在用於第二外部通道360的冷卻流體入口320進入，沿著第一腿部380到返回彎曲部383，接著沿第二腿部382到冷卻流體出口310，其中第一腿部380遵循冷卻板300的周邊305，返回彎曲部383朝向周邊305向外延伸且遵循周邊305。因此，第二外部通道360沿著兩個相鄰的弧形延伸，其中流體流動在冷卻流體入口320處開始，流體流動緊鄰著其開始處在冷卻流體出口310處停止。第一外部通道340可以為第二外部通道360的形狀和流動路徑的鏡像。或者，第一外部通道340和第二外部通道360可以在形狀上為鏡像但不流動，即，冷卻流體入口320在橫跨內部通道390、370的遠端定位。第一外部通道340可額外地或可選地在其中具有平面（flat）341到設施管道（facility plumbing）。
第一內部通道370與第二內部通道390可以在形狀上為鏡像並流動。或者，第一內部通道370和第二內部通道390可以在形狀上為鏡像但不流動，即，第一內部通道370在流動方向上翻轉，使得冷卻流體入口320和冷卻流體出口310翻轉。第一內部通道370可以描述為具有第一區段371，第一區段371向外延伸到第二區段372到一系列的弧，第一弧373和第二弧374以及第三弧375。這些弧具有界定第一弧373、第二弧374與第三弧375的各者之3個個別半徑。這些半徑不是一致的且具有設置在與第一冷卻板300中心301相對的弧之一側上的原點（origin）。第一弧373、第二弧374與第三弧375相對於中心301從第一弧373開始到第三弧375結束總共界定了180度。第一內部通道370自第三弧375沿著第三區段376繼續並延伸經過第四區段377至冷卻流體出口310，第三區段376實質與第二區段372共線。
第一冷卻板300易於置換到現有的硬體上。現在可以藉由單獨調節分別位於內部區域308和外部區域306中的第一外部通道340、第二外部通道360、第一內部通道370和第二內部通道370之間的冷卻流體的相對流動來控制電漿熱負載從中心高到均勻到邊緣高的變化之影響。
圖4是根據第二實施例可以在氣體分配組件130中使用的冷卻板400的頂視圖。第二冷卻板400具有第一外部通道440、第二外部通道460、第一內部通道480和第二內部通道490。第一外部通道440、第二外部通道460、第一內部通道480和第二內部通道490具有冷卻流體入口320和冷卻流體出口310，用於提供類似於冷卻板300在其中冷卻流體流動。第一外部通道440和第二外部通道460的組合同時限定第一內部通道480和第二內部通道490。
第二冷卻板400的第一外部通道440可實質類似於第一冷卻板300的第一外部通道340。第二冷卻板400的第二外部通道460可與第一冷卻板300的第二外部通道360在形狀上實質相似，但為第一冷卻板300的第二外部通道360的翻轉。亦即，第二外部通道460的冷卻流體入口320和冷卻流體出口310位於遠離第一外部通道440的冷卻流體入口320和冷卻流體出口310的位置。
用於第一內部通道480的冷卻流體入口320可接近冷卻板400的外周邊405。用於第一內部通道480的冷卻流體入口320可額外地靠近用於第二外部通道460的冷卻流體入口320。用於第一內部通道480的冷卻流體出口310可靠近冷卻板400的中心401。第一內部通道480可成形為具有遞減半徑的螺旋形。螺旋的半徑可沿順時針或逆時針方向減小。在一個實施例中，第一內部通道480沿順時針方向向內螺旋。
用於第二內部通道490的冷卻流體入口320可接近冷卻板400的外周邊405。用於第二內部通道490的冷卻流體入口320可額外地靠近用於第一外部通道440的冷卻流體入口320。用於第二內部通道490的冷卻流體出口310可靠近冷卻板400的中心401且橫跨中心401相對於用於第一內部通道480的冷卻流體出口310。第二內部通道490可成形為具有遞減半徑的螺旋形。螺旋的半徑可沿順時針或逆時針方向減小。在一個實施例中，第二內部通道490沿順時針方向向內螺旋。
第一內部通道480和第二內部通道490繞彼此同心地螺旋並形成雙螺旋。用於內部通道480、490的同心螺旋在內部區域494中提供更大的覆蓋面積。
上面關於冷卻板210、300和400所論述的用於減少氣體分配組件130中的溫度變化及降低溫度的方法可進一步擴展到其他實施例。冷卻板的進一步實施例包括徑向分段，針對區域流量調諧能力作雙區域通道設計，為處理溫度不對稱性作逆流，為最大化熱傳遞的表面積設計同心或螺旋通道，以及優化通道截面，將參照圖6A至6D而在下面論述。採用更有效的冷卻通道設計能夠在熱負載增加時，更好地控制氣體分配組件130中的溫度。此外，藉由分別調節內部區域308和外部區域306中的通道流動，現在可獲得從中心高到均勻到邊緣高的電漿熱負載變化的控制效果。此外，此設計概念可以應用於區域流量控制和調節對於徑向溫度均勻性具有重要性的其他腔室中。
圖5A至圖5K圖示用於上述冷卻板210（如冷卻板400）的替代通道設計的實例。通道212具有冷卻流體出口310，其在圖5A至5K中表示為空心圓。通道212亦具有冷卻流體入口320，其在圖5A至5K中表示為實心圓。冷卻流體入口320和冷卻流體出口310之間在這些圖示中的流動方向進一步由箭頭表出。此外，冷卻板210具有外周邊515、內部區域510和外部區域520。
圖5A圖示一個實施例，其中通道212以同心弧的方式佈置在冷卻板210的第一部分上及分開地在第二部分上。冷卻板210具有八（8）個獨立通道212，其中每個通道在與相鄰通道相反的方向上流動。獨立控制的通道212控制冷卻板210上的熱梯度，以在氣體分配組件130上產生更均勻的溫度。
圖5B圖示另一個實施例，其中通道212同心的方式佈置。冷卻板210具有四（4）個獨立通道212，其中每個通道在與相鄰通道相反的方向上流動。冷卻通道212具有較少的冷卻流體入口320和冷卻流體出口310，以為了實施該實施例而最小化管道和控制要求。
圖5C圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。冷卻板210具有四（4）個獨立通道212，通道212的每個部分在與相鄰通道部分相反的方向上流動。冷卻板得利於與冷卻板210的內部中較長的通道212一起使用，以更好地控制整個氣體分配組件130上的溫度均勻性。
圖5D圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。冷卻板210具有四個（2）獨立通道212，每個通道在與相鄰通道相反的方向上流動。每個通道212與另一通道一起向內螺旋而形成雙螺旋。此實施例在外部區域520中具有兩個外部通道212，其中第一通道501具有向內流動的流體及第二通道502具有向外流動的流體。內部區域510中的兩個通道212以類似的方式在相反的方向上流動，其中第三通道503向內流動及第四通道504向外流動。同心螺旋通道212藉由具有在與相鄰通道212相反的方向上流動之每個通道中的流動方向來最大化用於熱傳遞的表面積。
圖5E圖示另一個實施例，其中通道212為線性佈置。冷卻板210具有五個（5）獨立通道212，通道212的每個部分在與相鄰通道部分相反的方向上流動。每個通道212可具有第一部分538，具有與第一部分538相反方向的流動的第二部分537以及具有與第一部分538實質類似的流動方向的第三部分536。冷卻流體入口320和冷卻流體出口310沿著冷卻板210的外周邊515佈置。冷卻流體入口320設置在冷卻板210的第一半部531上，及冷卻流體出口310設置在冷卻板210的第二半部532上。冷卻板得利於與冷卻板210的內部中較長的通道212一起使用，以更好地控制整個氣體分配組件130上的溫度均勻性。
圖5F圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。通道212在外部區域520上以同心圓弧的方式佈置，且在冷卻板210的內部區域510上以雙螺旋方式佈置。通道212具有冷卻流體出口310和冷卻流體入口320。冷卻板210具有六個（6）獨立通道212，其中四個（4）通道在外部區域520中及兩個（2）通道212在內部區域510中。每個通道212在與任何相鄰通道的方向相反的方向上流動。
圖5G圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。通道212以具有大於270度的長度的一系列四個同心圓弧的方式佈置。每個通道212的冷卻流體出口310與用於所述通道的冷卻流體入口320相鄰。每個通道212在與任何相鄰通道的方向相反的方向上流動。
圖5H圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。在外部區域520中的四（4）個通道212以同心圓弧方式排列。用於外部區域520中的每個通道212的冷卻流體入口320遠離冷卻流體出口310定位。內部區域510具有兩個（2）通道212。每個通道212在與任何相鄰通道的方向相反的方向上流動。
圖5I圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。在外部區域520中的四（4）個通道212以同心圓弧方式排列。用於外部區域520中的每個通道212的冷卻流體入口320遠離冷卻流體出口310定位。內部區域510具有兩個（2）通道212。內部區域510中的每個通道212具有朝向周邊延伸的四個（4）葉形（lobe）以及位於靠近冷卻板210中心的冷卻流體入口320和冷卻流體出口310。每個通道212在與任何相鄰通道的方向相反的方向上流動。
圖5J圖示另一個實施例，其中通道212為線性佈置。冷卻板210具有七個（7）獨立通道212，其在與相鄰通道相反的方向上流動。冷卻流體入口320和冷卻流體出口310沿著冷卻板210的外周邊515佈置。冷卻板得利於與較短長度的通道212一起使用，以更好地控制整個氣體分配組件130上的溫度均勻性。
圖5K圖示另一個實施例，其中通道212以同心的方式佈置。在外部區域520中的四（4）個通道212以同心圓弧方式排列。用於外部區域520中的每個通道212的冷卻流體入口320遠離冷卻流體出口310定位。內部區域510具有（4）通道212。每個通道212形成心形，其中流體入口320和流體出口310靠近設置在頂點上的中心，該等頂點以彼此成約90度定向佈置。每個通道212在與任何相鄰通道的方向相反的方向上流動。
以上參照圖示論述的通道212可在其中具有一個或更多個槽和/或鰭片以促進流體流動或熱傳遞。圖6A至圖6D圖示具有兩個或更多個槽的冷卻板210中的單個通道212的示例性橫截面。冷卻板具有頂表面610，槽610形成在頂表面610中。蓋板666流體地密封槽610並防止通道212中的冷卻流體免於從槽洩漏，使得所有的冷卻流體被引導至冷卻流體出口310。圖6A至6D是可沿著通道212的任何地方截取的典型橫截面。可以設想得到，通道212的一個實例（如圖6A中所示）可具有在冷卻板210中的所有通道212中使用的槽610。然而，發明所屬領域中具有通常知識者應該理解，一個通道212中的一個槽610的構造和剖面可不同於相鄰通道212中的槽610的構造和剖面，或者甚至不同於在冷卻板210中沿著相同的通道212的不同位置之槽610的構造和剖面。考慮到冷卻板210區域中槽610的可用空間，槽610可經配置來處理所預期的熱負載。
圖6A圖示具有三個槽610的通道212的一個實例。包括通道212的槽610可具有第一槽611、第二槽612和第三槽613。溝槽610由鰭片650分離，如第一鰭片651分離第一溝槽611和第二溝槽612及第二鰭片652分離第二溝槽612和第三溝槽613。第二鰭片652和第一鰭片651實質與冷卻板210的頂表面690共平面延伸，而允許蓋板666實質密封而抵靠（seal against）鰭片650。因此，鰭片650不僅用於防止第一槽611、第二槽612和第三槽613中的各者之間的流動，而且還藉由透過增加對流面積來增加傳熱率，從而有助於消散冷卻板210的熱。在一個實施例中，冷卻板210可具有3個槽610，其具有約0.6''至約0.7''之間的橫截面寬度685，如0.66''。每個槽可具有約0.100''至約0.2''的寬度（圖6B中的683），如約0.125''，以及約0.7''至約0.8''的深度（圖6B中的681），如約0.75''。
圖6B圖示具有由鰭片650分離的三個槽610的通道212的第二實例。分離第一槽611和第二槽612的鰭片650的第一鰭片653以及分離第二槽612和第三槽613的鰭片650的第二鰭片654沒有延伸到頂表面690，使得縫隙684設置在鰭片650和密封溝槽610的蓋板666之間。冷卻流體可透過縫隙684從第一槽611流到第二槽612或第三槽613，縫隙684藉由允許冷卻流體在槽610之間流動同時受益於透過鰭片650的熱對流而提供更均勻的冷卻。
圖6C圖示具有由鰭片656分離的兩個槽610的通道212的第三實例。槽610可包括第一槽621和第二槽622，其中鰭片656將第一槽611與第二槽612分開。縫隙623設置在鰭片656和冷卻板210的頂表面690之間，並防止蓋板密封抵靠鰭片656同時防止蓋板666密封通道212。因此，鰭片656允許冷卻流體在第一槽621和第二槽622之間流動，同時藉由透過增加對流面積來增加傳熱率，從而消散冷卻板210的熱。在一個實施例中，冷卻板210可具有2個槽610，其具有約0.35''至約0.7''之間（如0.6''）的橫截面寬度685。每個槽可具有約0.100'''至約0.3''（如約0.15''）的寬度（圖6B中的683）及約0.7''至0.8''（如約0.75''）的深度（圖6B中的681）。
圖6D圖示通道212的第四實例，其具有由鰭片657分開的兩個槽610。鰭片657實質與頂表面690共面地延伸，使得蓋板666密封而抵靠鰭片657，以防止第一槽621與第二槽622中的每一個之間的流體流動。
圖7圖示用冷卻板冷卻噴頭組件的方法700。方法700從方塊710開始，其中冷卻流體在第一位置處流入第一外部通道。在方塊720，冷卻流體在第二位置處流入第二外部通道，其中第一和第二外部通道中的流動可彼此獨立地控制，且在通道彼此相鄰時以相反的方向流動。在方塊730，冷卻流體在第三位置處流入第三內部通道，其中內部通道由第一和第二外部通道的組合所限定。在方塊740，冷卻流體在第四位置處流入第四內部通道，其中第一內部通道和第二內部通道形成雙螺旋，且第一內部通道和第二內部通道中的流動可彼此獨立地控制，且第一內部通道和第二內部通道的流動在與其相鄰的所有其他通道相反的方向上。
利用冷卻板210、300、400來改善冷卻氣體分配組件130有利地使得整個氣體分配組件130上有較低的最高溫度及更均勻分佈的溫度。例如，在傳統的冷卻板設計中，氣體分配板可能經歷約正負攝氏17度的溫度變化。在冷卻板300的一個實施例中，GDP 260的溫度變化可以是約正或負攝氏12度。在用於冷卻板400的另一個實施例中，GDP 260的溫度變化可以是約正負攝氏5度。
用冷卻板300、400冷卻氣體分配組件130的冷卻改良也延伸到蓋板666。在傳統的冷卻板設計中，蓋板666的溫度變化可以是約正負攝氏17度。在用於冷卻板300的一個實施例中，蓋板666的溫度變化可以是約正負攝氏13度。在用於冷卻板400的另一個實施例中，蓋板666的溫度變化可以是約正負攝氏7度。
發明所屬領域中具有通常知識者將會理解到，前面的實例為示例性的而不是限制性的。在閱讀說明書和研究圖示之後，對於發明所屬領域中具有通常知識者所作顯而易見的置換、改進、等效物和改良皆包含於本揭示的真實精神和範圍內。因此，所附專利申請範圍旨在包括落入這些教示的真實精神和範圍內的所有此類修改、置換和等效物。
雖然前面所述係針對本發明的實施例，但在不背離本發明基本範圍及以下專利申請範圍所界定之範圍下，可設計本發明的其他與進一步的實施。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧腔室主體
104‧‧‧蓋件
106‧‧‧內部體積
108‧‧‧側壁
114‧‧‧內表面
116‧‧‧外襯墊
118‧‧‧內襯墊
126‧‧‧排氣口
127‧‧‧氣室
128‧‧‧泵系統
130‧‧‧氣體分配組件
132‧‧‧入口端口
134‧‧‧孔
140‧‧‧光學監控系統
142‧‧‧窗
144‧‧‧基板
146‧‧‧邊緣沉積環
148‧‧‧基板支撐組件
158‧‧‧氣體控制板
162‧‧‧裝配板
170‧‧‧導管
172‧‧‧流體源
176‧‧‧嵌入式加熱器
178‧‧‧電源
180‧‧‧夾持電極
182‧‧‧吸附電源
184‧‧‧RF功率源
188‧‧‧匹配電路
194‧‧‧氣體分配板
196‧‧‧導電底板
210‧‧‧冷卻板
212‧‧‧通道
220‧‧‧填隙片
221‧‧‧環
222‧‧‧環
230‧‧‧第二填隙片
231‧‧‧環
240‧‧‧噴頭
242‧‧‧氣室
250‧‧‧熱墊片
252‧‧‧同心環
260‧‧‧氣體分配板
270‧‧‧夾持環
300‧‧‧冷卻板
301‧‧‧中心
305‧‧‧周邊
306‧‧‧外部區域
308‧‧‧內部區域
310‧‧‧冷卻流體出口
320‧‧‧冷卻流體入口
340‧‧‧第一外部通道
350‧‧‧第一腿部
360‧‧‧第二外部通道
370‧‧‧第一內部通道
371‧‧‧第一區段
372‧‧‧第二區段
373‧‧‧第一弧
374‧‧‧第二弧
375‧‧‧第三弧
376‧‧‧第三區段
377‧‧‧第四區段
380‧‧‧第一腿部
382‧‧‧第二腿部
383‧‧‧返回彎曲部
390‧‧‧第二內部通道
400‧‧‧冷卻板
401‧‧‧中心
405‧‧‧外周邊
440‧‧‧第一外部通道
460‧‧‧第二外部通道
480‧‧‧第一內部通道
490‧‧‧第二內部通道
494‧‧‧內部區域
501‧‧‧第一通道
502‧‧‧第二通道
503‧‧‧第三通道
504‧‧‧第四通道
510‧‧‧內部區域
515‧‧‧外周邊
520‧‧‧外部區域
536‧‧‧第三部分
537‧‧‧第二部分
538‧‧‧第一部分
610‧‧‧槽
611‧‧‧第一槽
612‧‧‧第二槽
613‧‧‧第三槽
621‧‧‧第一槽
622‧‧‧第二槽
623‧‧‧縫隙
650‧‧‧鰭片
651‧‧‧第一鰭片
652‧‧‧第二鰭片
653‧‧‧第一鰭片
654‧‧‧第二鰭片
656‧‧‧鰭片
657‧‧‧鰭片
666‧‧‧蓋板
681‧‧‧深度
683‧‧‧寬度
684‧‧‧縫隙
685‧‧‧橫截面寬度
690‧‧‧頂表面
700‧‧‧方法
710‧‧‧方塊
720‧‧‧方塊
730‧‧‧方塊
740‧‧‧方塊
本揭示之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之論述，可以藉由參考所附圖式中繪示之本案實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式僅繪示了本揭示的示例實施例，而由於本揭示可允許其他等效之實施例，因此所附圖式並不會視為本揭示範圍之限制。
圖1是具有氣體分配組件的半導體處理腔室的一個實施例的截面圖。
圖2是根據一個實施例的圖1的氣體分配組件的透視分解示意圖。
圖3是根據一個實施例可以在氣體分配組件中使用的冷卻板的頂視圖。
圖4是根據第二實施例可以在氣體分配組件中使用的冷卻板的頂視圖。
圖5A至圖5K圖示在冷卻板中形成的冷卻通道的替代實例。
圖6A至圖6D圖示具有兩個或更多個槽的冷卻板中的單個通道的示例性橫截面。
圖7圖示用冷卻板冷卻氣體分配組件的方法。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以預期的是一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
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Claims (20)

  1. 一種冷卻板，包括： 一主體，該主體具有一頂表面、一外周、一中心、一內部區域和一外部區域；及 複數個通道，該複數個通道穿過該頂表面並進入該主體而形成，該複數個通道包含： 一第一外部通道，該第一外部通道具有一個或更多個第一外部通道區段、一冷卻流體入口與一冷卻流體出口，該冷卻流體出口靠近該外周設置，該第一外部通道經配置而使一第一冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口；及 一第一內部通道，該第一內部通道設置在該第一外部通道與該中心之間，該第一內部通道具有一個或更多個第一內部通道區段、一內部冷卻流體入口和一內部冷卻流體出口，該第一內部通道經配置而使一第二冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口，其中相鄰區段中的流在相反方向上。
  2. 如請求項1所述之冷卻板，其中該複數個通道中的一第一通道包括： 複數個槽；及 複數個鰭片，該複數個鰭片分離該等槽。
  3. 如請求項2所述之冷卻板，其中該複數個槽包括一第一槽、一第二槽和一第三槽。
  4. 如請求項3所述之冷卻板，其中該等鰭片延伸到該主體的該頂表面。
  5. 如請求項3所述之冷卻板，進一步包括： 一蓋板，該蓋板包圍該第一通道；及 一縫隙，該縫隙在該等鰭片和該蓋板之間形成。
  6. 如請求項1所述之冷卻板，其中該通道進一步包括： 一第二外部通道，該第二外部通道具有一個或更多個第二外部通道區段、一冷卻流體入口與一冷卻流體出口，該冷卻流體出口靠近該外周設置，該第二外部通道經配置而使一第三冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口；及 一第二內部通道，該第二內部通道設置在該第二外部通道與該中心之間，該第二內部通道具有一個或更多個第二內部通道區段、一內部冷卻流體入口和一內部冷卻流體出口，該第二內部通道經配置而使一第四冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口，其中相鄰區段中的流在相反方向上。
  7. 如請求項6所述之冷卻板，其中該第一內部通道和該第二內部通道形成一雙螺旋。
  8. 如請求項7所述之冷卻板，其中該第一外部通道和該第二外部通道形成一雙螺旋。
  9. 如請求項7所述之冷卻板，其中該第一內部通道的入口靠近該中心，及該通道中的冷卻流體流至朝向該外部冷卻通道的該出口，以及該第二內部通道從靠近該外部冷卻通道的該入口流至靠近該冷卻板的該中心之該出口。
  10. 一種氣體分配組件，包括： 一氣體分配板； 一噴頭，該噴頭具有一下表面和一上表面； 一夾環，該夾環將該氣體分配板附接到該噴頭的該下表面；及 一冷卻板與一蓋板，該冷卻板用於維持設置在該噴頭的該上表面上方的該氣體分配組件的一溫度，該蓋板設置在與該噴頭相對的該冷卻板之上，該冷卻板包含： 一主體，該主體具有一頂表面、一外周、一中心、一內部區域和一外部區域； 複數個通道，該複數個通道穿過該頂表面並進入該主體而形成，該複數個通道包含： 一第一外部通道，該第一外部通道具有一個或更多個第一外部通道區段、一冷卻流體入口與一冷卻流體出口，該冷卻流體出口靠近該外周設置，該第一外部通道經配置而使一第一冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口；及 一第一內部通道，該第一內部通道設置在該第一外部通道與該中心之間，該第一內部通道具有一個或更多個第一內部通道區段、一內部冷卻流體入口和一內部冷卻流體出口，該第一內部通道經配置而使一第二冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口，其中相鄰區段的該第一冷卻流體與該第二冷卻流體之流在相反方向上。
  11. 如請求項10所述之氣體分配組件，其中該複數個通道中的一第一通道包括： 複數個槽；及 複數個鰭片，該複數個鰭片分離該等槽。
  12. 如請求項11所述之氣體分配組件，其中該複數個槽包括一第一槽、一第二槽和一第三槽。
  13. 如請求項12所述之氣體分配組件，其中該等鰭片延伸到該主體的該頂表面。
  14. 如請求項12所述之氣體分配組件，進一步包括： 一蓋板，該蓋板包圍該第一通道；及 一縫隙，該縫隙在該等鰭片和該蓋板之間形成。
  15. 如請求項10所述之氣體分配組件，其中該等通道進一步包括： 一第二外部通道，該第二外部通道具有一個或更多個第二外部通道區段、一冷卻流體入口與一冷卻流體出口，該冷卻流體出口靠近該外周設置，該第二外部通道經配置而使一第三冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口；及 一第二內部通道，該第二內部通道設置在該第二外部通道與該中心之間，該第二內部通道具有一個或更多個第二內部通道區段、一內部冷卻流體入口和一內部冷卻流體出口，該第二內部通道經配置而使一第四冷卻流體從該冷卻流體入口流至該冷卻流體出口，其中相鄰區段中的流在相反方向上。
  16. 如請求項15所述之氣體分配組件，其中該第一內部通道和該第二內部通道形成一雙螺旋。
  17. 如請求項16所述之氣體分配組件，其中該第一外部通道和該第二外部通道形成一雙螺旋。
  18. 一種用於以一冷卻板冷卻一氣體分配組件的方法，該方法包括以下步驟： 使冷卻流體流入在一冷卻板的一第一位置處的一第一外部通道； 使冷卻流體流入在一第二位置處的一第二外部通道，其中當該等通道彼此相鄰時，該第一外部通道和該第二外部通道中的流以相反的方向流動； 使冷卻流體流入在一第三位置處的一第三內部通道，其中該第三內部通道由該第一外部通道和第二外部通道的一組合所限定；及 使冷卻流體流入在一第四位置處的一第四內部通道，其中該第一內部通道和該第二內部通道中的流係可互相獨立控制的，且該第一內部通道和該第二內部通道中的流在與其相鄰的所有其他通道相反的方向上。
  19. 如請求項18所述之方法，進一步包括以下步驟： 在該第三內部通道和該第四內部通道內以一雙螺旋形式流動冷卻流體。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該第一內部通道往一周邊流動，且該冷卻板和該第二內部通道往該冷卻板的一中心流動。
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