TW202336801A

TW202336801A - 具有用於自由基物種輸送的孔尺寸之噴淋頭

Info

Publication number: TW202336801A
Application number: TW111140857A
Authority: TW
Inventors: 亞倫布萊克米勒; 戈皮納特比馬拉塞提; 凱爾瓦特哈特
Original assignee: 美商蘭姆研究公司
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2023-09-16
Also published as: CN118215980A; WO2023077002A1

Abstract

一噴淋頭包含第一組孔和第二組孔。該第一組孔具有比該第二組孔更大之直徑和長度。該第一組孔延伸通過該噴淋頭的厚度。在若干實施例中，該噴淋頭具有一基部和從該基部垂直延伸的一圓柱部。該基部可限定一氣室，該氣室與該第二組孔流體連接但與該第一組孔分開。該第二組孔從該氣勢延伸至該噴淋頭的底表面。在若干實施例中，該第一組孔的該第一直徑可優化以過濾來自電漿的離子、使來自該電漿的自由基通過噴淋頭、並限制前驅物通過該噴淋頭的反向擴散。

Description

具有用於自由基物種輸送的孔尺寸之噴淋頭

本文的實施例關於半導體基板處理系統，且更具體地關於在電漿處理系統中使用的噴淋頭。

半導體基板處理設備被使用以透過包括蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD) 、脈衝沉積層(PDL)、電漿增強脈衝沉積層(PEPDL)、和光阻去除之技術而處理半導體基板。半導體基板處理設備的一種類型是電漿處理設備。許多半導體處理將晶圓暴露至電漿並將晶圓暴露至高於環境溫度或室溫的溫度。可在處理腔室中的半導體基板處理設備中激發電漿。或者，電漿可遠離處理腔室(即，在外部)而產生。在處理腔室外部產生的電漿稱為遠端電漿，並且可使用任何方法產生，包括電容耦合電漿(CCP)、電感耦合電漿(ICP)、變壓器耦合電漿(TCP)、和微波(MW)電漿。

此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本揭露之背景。在此先前技術章節所敘述之範圍內之本案列名之發明人的成果、以及在申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本揭露之先前技術。

本文提供一種用於半導體處理設備中的噴淋頭。該噴淋頭包括一基部，該基部具有在該噴淋頭內的一氣室；及一圓柱部，該圓柱部從該基部垂直延伸，該基部具有比該圓柱部的外徑更大之直徑，其中該基部包含第一組孔以及第二組孔，該第一組孔之各者具有第一直徑和第一長度，且該第二組孔之各者具有第二直徑和第二長度。該第一組孔和該第二組孔從該基部的中心到該圓柱部的內徑而分布，其中該第一組孔從該基部的頂表面延伸到該基部的底表面，其中該第二組孔從該氣室延伸到該基部的該底表面，其中該第一直徑大於該第二直徑且該第一長度大於該第二長度，且其中該第一組孔的橫截面積之和與該圓柱部的橫截面積的比率在約0.5%和約3.0%之間。

在若干實施例中，該第一組孔與該第二組孔以六角形圖案、三角形圖案、或六角形圖案和三角形圖案之組合而配置。在若干實施例中，該第一組孔與該第二組孔的密度介於每平方英吋約3孔和每平方英吋約6孔之間。在若干實施例中，該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約8和約15之間。在若干實施例中，該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約10和約12之間。在若干實施例中，該第一直徑介於約0.03英吋和約0.1英吋之間。在若干實施例中，該噴淋頭更包括第一構件，該第一構件具有該基部與該圓柱部；第二構件，該第二構件為盤形的並包含與該基部中的該第一組孔對齊之第一通孔，其中該第二構件具有頂表面、側表面、和底表面，該底表面附接至與該圓柱部相反的一側上的該第一構件之該基部，並限定與該第二組孔流體連接且與該第一組孔分離的該氣室；及第三構件，該第三構件為盤形的並包含第二通孔，該等第二通孔與該第二構件中的該等第一通孔和該第一構件中的該第一組孔對齊，並且具有附接至該第二構件的該頂表面之底表面。在若干實施例中，該第二構件的該頂表面包含一對弧形溝槽，該對弧形溝槽沿著該頂表面的一周邊且位於該頂表面的相對端上，且其中該第二構件的該頂表面更包含在該對弧形溝槽之間延伸的複數溝槽。在若干實施例中，該第三構件包含與該氣室流體連接的一氣體入口、與該對弧形溝槽之第一者流體連接的一流體入口、及與該對弧形溝槽之第二者流體連接的一流體出口。在若干實施例中，該噴淋頭配置以限制從該第二組孔所供應之氣體反向擴散通過該第一組孔。在若干實施例中，該圓柱部的該內徑大於被處理之基板的直徑。在若干實施例中，該第一組孔以六角形圖案配置，其中該第二組孔位於由該第一組孔所限定的六角形內之三角形的頂點上，並且其中該第一組孔之一者位於該等三角形之各者內。在若干實施例中，該第二組孔以六角形圖案配置，其中該第一組孔位於由該第二組孔所限定的六角形內之三角形的頂點上，並且其中該第二組孔之一者位於該等三角形之各者內。在若干實施例中，該第一組孔的數量與該第二組孔的數量之比率介於約1.00和約1.05之間。

本文亦提供一種用於半導體處理設備的噴淋頭。該噴淋頭包括第一構件，該第一構件包含一盤形部和從該盤形部垂直延伸的一圓柱部，該盤形部具有比該圓柱部的外徑更大之直徑，該盤形部包含第一組孔以及第二組孔，該第一組孔之各者具有第一長度和第一直徑，且該第二組孔之各者具有第二長度和第二直徑，其中該第一直徑大於該第二直徑且該第一長度大於該第二長度，其中該第一組孔和該第二組孔從該盤形部的中心到該圓柱部的內徑而分布，其中該第一組孔的橫截面積之和與該圓柱部的橫截面積的比率在約0.5%和約3.0%之間。該噴淋頭更包括第二構件，該第二構件為盤形的並包含與該第一構件中的該第一組孔對齊之第一通孔，其中該第二構件具有頂表面、側表面、和底表面，該底表面附接至與該圓柱部相反的一側上的該第一構件之該盤形部，並限定一氣室，該氣室與該第一構件中之該第二組孔流體連接且與該第一構件中之該第一組孔分離。該噴淋頭更包括第三構件，該第三構件為盤形的並包含第二通孔，該等第二通孔與該第二構件中的該等第一通孔和該第一構件中的該第一組孔對齊，其中該第三構件具有附接至該第二構件的該頂表面之底表面。

在若干實施例中，其中該第二構件的該頂表面包含一對弧形溝槽，該對弧形溝槽沿著該第二構件的該頂表面之一周邊且位於該頂表面之相對端上，且其中該第二構件的該頂表面更包含在該對弧形溝槽之間延伸的複數溝槽。在若干實施例中，該第三構件更包含一環形脊部，該環形脊部沿著該第三構件的一周邊而位於該第三構件的頂表面上，其中該第三構件更包含從該環形脊部的內徑延伸至該第三構件的該頂表面之中心的一凹部。在若干實施例中，該第一組孔與該第二組孔以六角形圖案、三角形圖案、或六角形圖案和三角形圖案之組合而配置。在若干實施例中，該第一組孔與該第二組孔的密度介於每平方英吋約3孔和每平方英吋約6孔之間。在若干實施例中，該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約8和約15之間。

本文亦提供一種電漿設備，其包含：一處理腔室；一台座，該台座在該處理腔室內並配置以支撐一基板；一電漿源，該電漿源配置在該處理腔室之上；及一噴淋頭，該噴淋頭配置在該處理腔室和該電漿源之間。該噴淋頭包含：一基部，該基部具有在該噴淋頭內的一氣室；及一圓柱部，該圓柱部從該基部垂直延伸，該基部具有比該圓柱部的外徑更大之直徑，其中該基部包含第一組孔以及第二組孔，該第一組孔之各者具有第一直徑和第一長度，且該第二組孔之各者具有第二直徑和第二長度，其中該第一組孔和該第二組孔從該基部的中心到該圓柱部的內徑而分布，其中該第一組孔從該基部的頂表面延伸到該基部的底表面，其中該第二組孔從該氣室延伸到該基部的該底表面，其中該第一直徑大於該第二直徑且該第一長度大於該第二長度，其中該第一組孔的橫截面積之和與該圓柱部的橫截面積的比率在約0.5%和約3.0%之間。

在若干實施例中，該電漿源配置以產生電漿並將該電漿供應至該噴淋頭，其中在該噴淋頭中的該第一組孔係配置以過濾來自電漿的離子並使來自電漿的自由基通過該噴淋頭進入該處理腔室中。在若干實施例中，該第一組孔與該第二組孔以六角形圖案、三角形圖案、或六角形圖案和三角形圖案之組合而配置。在若干實施例中，該第一組孔與該第二組孔的密度介於每平方英吋約3孔和每平方英吋約6孔之間。在若干實施例中，該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約8和約15之間。

在本揭露中，術語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部分製造的積體電路」可互換使用。本領域的一般技術人員將理解，術語「部分製造的積體電路」可指在積體電路製造的許多階段中之任一者期間的矽晶圓。在半導體裝置產業中使用的晶圓或基板通常具有200 mm、或300 mm、或450 mm的直徑。下面的實施方式假設本揭露在晶圓上實施。然而，本揭露不限於此。工件可具有各種形狀、尺寸、和材料。除了半導體晶圓之外，可利用本揭露的其他工件，包括諸如印刷電路板等的各種物品。

本揭露關於使用噴淋頭的基板處理系統。噴淋頭可具有兩組不同尺寸的孔。第一組孔的直徑可比第二組孔的直徑大。在若干實施例中，第一組孔的直徑可為第二組孔的直徑的至少兩倍大。在若干實施例中，第一組孔的長度可比第二組孔的長度長。第一組孔可延伸穿過噴淋頭的厚度，而第二組孔可僅部分延伸穿過噴淋頭的厚度。第一組孔的橫截面積之總和與噴淋頭的圓柱部之內徑所限定的橫截面積之比等於或小於3%、等於或小於2.5%、等於或小於2%、或者在0.5%與3%之間。第一組孔和第二組孔的密度在每平方英吋大約3個和6個孔之間，或者在每平方英吋大約4個孔和大約5個孔之間。

本揭露的噴淋頭可用於配置成產生電漿的半導體處理設備中。噴淋頭可配置為從遠端電漿中過濾引起損傷的離子並允許遠端電漿中的自由基通過進入處理腔室。通過第二組孔輸送自由基，其中第二組孔透過噴淋頭提供遠端電漿源和處理腔室之間的流體連接。將遠端電漿源連接到處理腔室的噴淋頭中之孔經過優化以過濾離子並使來自遠端電漿的自由基通過。為了方便，這些孔在本揭露通篇中被稱為「自由基孔」。

此外，一或更多前驅物通過噴淋頭中的單獨氣室而供應到處理腔室。在若干實施例中，可針對原子層沉積(ALD)或化學氣相沉積(CVD)操作中的劑量均勻性和沖淨效率優化噴淋頭中的單獨氣室。前驅物通過噴淋頭中的第二組孔從單獨氣室供應到處理腔室中。為了方便，這些孔在本揭露通篇中被稱為「前驅物孔」。分離自由基和前驅物的輸送允許對兩者進行獨立優化以實現最佳的膜效能和均勻性。應理解，本揭露的噴淋頭可在沉積操作和/或蝕刻操作的電漿處理設備中實施。

選擇諸如自由基孔的直徑、深寬比、及數量等特性，以優化輸送到處理腔室中之基板的自由基量，同時亦平衡過濾離子的有效性，否則離子可損壞基板。選擇例如自由基從電漿源通過噴淋頭的開放面積百分比等特性，以優化輸送到基板的自由基量，同時限制前驅物和非所欲物質通過噴淋頭回流。在若干實施例中，自由基孔和前驅物孔的圖案(例如，佈局、分布、和密度)亦可被優化以提供跨整個基板的膜之均勻性。此噴淋頭結構可與任何類型的電漿源一起使用，也可與遠端電漿增強ALD處理、CVD處理、或蝕刻處理一起使用。

噴淋頭包括平面基部和從基部的外圍垂直向下延伸的圓柱部。基部包括冷卻和前驅物氣室、自由基孔、和前驅物孔。圓柱部具有外壁和內壁。圓柱部的內壁限定噴淋頭的孔。支撐基板的台座配置在處理腔室中，該處理腔室直接位於噴淋頭的基部下方。台座包括平面頂部和從頂部的中心垂直向下延伸的垂直基部。噴淋頭的圓柱部之內徑(ID)(即，噴淋頭的內壁之直徑)大於台座頂部的外徑(OD)。噴淋頭的圓柱部之內壁圍繞台座的頂部並在垂直延伸於其下方。噴淋頭的圓柱部覆蓋台座的頂部。台座向下移動以裝載基板，向上移動以處理基板，並向下移動以移除基板。台座的頂部可在噴淋頭的圓柱部內垂直上下移動，以調整噴淋頭的基部和台座的頂部之間的間隙。

噴淋頭的圓柱部在台座的邊緣周圍提供相對穩定的熱和氣流環境，其又簡化了改變噴淋頭和台座之間的間隙之處理。具體而言，在台座頂部下方垂直延伸之噴淋頭的圓柱部提供圍繞台座邊緣的對稱熱邊界條件(即，溫度相對恆定的區域)，同時台座在噴淋頭的圓柱部內垂直移動以調整噴淋頭和台座之間的間隙。

此外，當台座在噴淋頭的圓柱部內移動時，噴淋頭的圓柱部也對台座的邊緣周圍的氣流提供相對恆定的限縮，此簡化了在沉積(例如ALD)處理中將微體積之氣體控制在噴淋頭和台座之間的間隙中的處理。在噴淋頭和台座之間的可調間隙允許在沉積處理中微體積的精確控制。在噴淋頭和台座之間的狹窄間隙防止沉積處理中在微體積中的自由基耗盡。下文詳細描述本揭露的噴淋頭之此些和其他特徵。

圖1顯示根據若干實施例，使用遠端電漿和噴淋頭之例示半導體基板處理系統的示意圖。圖1顯示基板處理系統100。基板處理系統100包含處理腔室103和噴淋頭104。噴淋頭104可由金屬(例如，鋁)或合金製成。噴淋頭104包含平面基部105和從基部105垂直向下延伸的圓柱部107。基部105在圓柱部107的頂部徑向地向外延伸，形成凸緣200。下文參照圖2-4更詳細地描述基部105。圓柱部107具有外壁109-1和內壁109-2。圓柱部107的內壁109-2限定了噴淋頭104的孔106(在圖2中可見)。孔106的直徑等於噴淋頭104的圓柱部107之內壁109-2的直徑(即，圓柱部107的內徑)。

處理腔室103具有側壁108和底壁110。側壁108附接到噴淋頭104的圓柱部107之底部。側壁108垂直於噴淋頭104的基部105並從噴淋頭104的圓柱部107之外壁109-1的底部垂直向下延伸。處理腔室103的底壁110平行於噴淋頭104的基部105並垂直於處理腔室103的側壁108，並且附接到處理腔室103的側壁108。

基板處理系統100包含配置在噴淋頭104上方的電漿源102。噴淋頭104配置在電漿源102和處理腔室103之間。噴淋頭104將電漿源102與處理腔室103分開。下文將更詳細地描述電漿源102。

台座112配置在處理腔室103中的噴淋頭104之正下方。在處理期間，基板114配置在台座112的頂表面116上。台座112的頂表面116可為平面的且平行於噴淋頭104的基部105並平行於處理腔室103的底壁110。因此，基板114平行於台座112的頂表面116、噴淋頭104的基部105、及處理腔室103的底壁110。噴淋頭104的圓柱部107之內徑(即，噴淋頭104的內壁109-2的直徑)大於台座112的頂表面116之外徑。噴淋頭104的圓柱部107之內徑(即，噴淋頭104的內壁109-2的直徑)也大於基板114的外徑。

由馬達122驅動的致動器120可使台座112在噴淋頭104的圓柱部107內相對於噴淋頭104垂直地上下移動。電漿源102和噴淋頭104可相對於台座112固定。可藉由在噴淋頭104的圓柱部107內垂直移動台座112來調整在噴淋頭104的基部105之底部和台座112的頂表面116之間的間隙。例如，噴淋頭104的基部105之底部和台座112的頂表面116之間的間隙可等於或小於約0.2英吋、等於或小於0.15英吋、或者等於或小於0.11英吋。

電漿源102可為如圖所示的圓頂形狀或可以是任何其他形狀。電漿源102的底端是敞開的，並附接到第一圓柱構件124的頂端。第一圓柱構件124具有從第一圓柱構件124的中心附近徑向地向外延伸的第一凸緣126。因此，第一圓柱構件124具有呈字母「T」向左旋轉90度後的「T」字母形狀。

第二圓柱構件128圍繞第一圓柱構件124。第二圓柱構件128具有從第二圓柱構件128的底端徑向地向內延伸的第二凸緣129。因此，第二圓柱構件128具有字母「L」水平翻轉的「L」字母形狀。第一圓柱構件124的第一凸緣126懸於第二圓柱構件128的第二凸緣129之上。第一和第二圓柱構件124、128的底端於噴淋頭104的基部105之周圍附近附接到噴淋頭104的基部105之頂部。

作為說明，電漿源102使用ICP產生遠端電漿(即，處理腔室103外部的電漿)。然而，應理解，電漿源102可使用諸如CCP、TCP、或MW的其他方法來產生遠端電漿。電漿源102藉由配置在電漿源102頂部處的氣體注射器132從氣體分配系統130接收一或更多氣體，儘管氣體可以其他方式注入到電漿源102中。線圈134可配置在電漿源102周圍。線圈134的第一端接地，且線圈134的第二端連接到RF產生系統136。

RF產生系統136產生RF功率並將RF功率輸出到線圈134。作為範例，RF產生系統136可包括產生RF功率的RF產生器138。RF功率藉由匹配網路140輸送到線圈134。供應至線圈134的RF功率點燃由氣體注射器132注入電漿源102中的一或更多氣體並產生電漿142。由於電漿源102遠離處理腔室103(即，在處理腔室103外部)而產生電漿142，故電漿142被稱為遠端電漿142。

氣體分配系統130包括一或更多氣體源150。一或更多氣體源150透過閥152和質量流量控制器154連接至歧管156。歧管156連接到氣體注射器以輸送一或更多氣體至電漿源102。

下文參照圖2-9更詳細地描述噴淋頭104。簡言之，噴淋頭104的基部105包括第一組孔160。第一組孔160也可稱為自由基孔160。第一組孔160從噴淋頭104的基部105之頂表面162延伸到噴淋頭104的基部105之面向基板的底表面164(也稱為面板164)。換言之，第一組孔160完全延伸穿過噴淋頭104的厚度。

此外，噴淋頭104的基部105包含氣室166，其與第一組孔160分開並且不與第一組孔160流體連接。氣室166從氣體輸送系統170接收一或更多前驅氣體。噴淋頭104的基部105更包含第二組孔172。第二組孔172也可稱為前驅物孔172。第二組孔172從氣室166延伸到噴淋頭104的面板164。第一組孔160不與氣室166和第二組孔172流體連接。第一組孔160的直徑和長度大於第二組孔172的直徑和長度。在若干實施例中，第一組孔160的直徑為第二組孔172的直徑的至少兩倍大。

噴淋頭104的基部105更可包括複數溝槽168。溝槽168形成冷卻劑流過的冷卻通道。流體輸送系統180通過噴淋頭104的基部105中的入口將冷卻劑供應至溝槽168。

一或更多溫度感測器(圖未顯示)可設置在噴淋頭104的基部105中。一或更多溫度感測器可連接到溫度控制器182。溫度控制器182可控制冷卻劑從流體輸送系統180到溝槽168的供應以控制噴淋頭104的溫度。

此外，雖然未顯示，但台座112可包括一或更多加熱器、從流體輸送系統180接收冷卻劑的冷卻系統、及一或更多溫度感測器。溫度控制器182可連接至在台座112中的一或更多溫度感測器。溫度控制器182可控制對一或更多加熱器的功率供應。溫度控制器182可控制從流體輸送系統180向台座112中的冷卻系統之冷卻劑供應以控制台座112的溫度。

閥186和幫浦188可控制處理腔室103中的壓力並在處理期間從處理腔室103中排出反應物。系統控制器190可控制上述基板處理系統100的構件。

如上所述，噴淋頭104過濾來自遠端電漿142的離子，並使來自遠端電漿142的自由基通過自由基孔160進入處理腔室103。在若干實施例中，遠端電漿142可用於與處理基板114相關聯的蝕刻、處理、清潔、或沉積操作。例如，自由基可與在噴淋頭104和台座112之間的間隙中的前驅物反應，並且可使用諸如ALD或CVD的沉積處理在基板114上沉積薄膜。自由基孔160為自由基通過噴淋頭104所提供的開放區域、自由基孔160與前驅物孔172的密度和圖案、及噴淋頭104的圓柱部107的結構和功能特性(所有這些都在下文詳細描述)可在使用噴淋頭104沉積的膜中提供接近零的徑向和方位角不均勻性。

圖2顯示根據若干實施例，配置為在半導體基板處理系統中使用的噴淋頭之側橫截面圖。圖3顯示根據若干實施例，圖2之噴淋頭的側橫截面圖之放大詳細圖。噴淋頭104包括基部105和從噴淋頭104的基部105垂直向下延伸的圓柱部107。噴淋頭104的底部105是水平的且平行於台座112的頂表面116(見圖1)和處理腔室103的底壁110(見圖1)。基部105從圓柱部107的外徑徑向地向外延伸以形成凸緣200。凸緣200可使用固定器(圖未顯示)固定到處理腔室103的頂板(圖未顯示)。O形環(圖未顯示)可設置在凸緣200和頂板之間以在噴淋頭104和頂板之間形成密封。

在若干實施例中，噴淋頭104的基部105之頂表面162包括具有相對較小高度的環形脊部210。環形脊部210也顯示在圖4、8、9中。如果噴淋頭104放置在一表面上且基部105的頂表面162擱置在該表面上(即，如果噴淋頭104在該表面上放置為面朝下)，則環形脊部210可在噴淋頭的搬運期間保護自由基孔160。環形脊部210的寬度可與圓柱部107的厚度大約(但不一定必須)相同。

噴淋頭104的基部105之頂表面162也可包括從環形脊部210的內徑延伸到噴淋頭104的中心之凹部212。凹部212也顯示在圖4中。凹部212的直徑可與噴淋頭104的圓柱部107之內徑大約(但不一定必須)相同。例如，凹部212的直徑可小於或等於噴淋頭104的圓柱部107之內徑。自由基孔160配置在凹部212的區域內。凹部212和環形脊部210一起作用可在搬運噴淋頭104期間保護自由基孔160。

環形脊部210的內徑和凹部212的直徑可大約等於圓柱部107的內徑。在若干實施例中，環形脊部210的內徑和凹部212的直徑可大於圓柱部107的內徑。環形脊部210的外徑可大於或等於圓柱部107的外徑。在若干實施例中，環形脊部210的內徑和凹部212的直徑可小於圓柱部107的內徑；且環形脊部210的外徑可小於圓柱部107的外徑。因此，環形脊部210的寬度可大於、等於、或小於圓柱部107的厚度。

噴淋頭104的基部105可包括氣室166和從氣室166垂直延伸穿過基部105並穿過噴淋頭104的面板164的前驅物孔172。氣室166代表限定在基部105中的體積、空間或空腔，其與前驅物孔172流體連接但不與自由基孔160流體連接。

自由基孔160可具有比前驅物孔172更大的直徑和長度。自由基孔160和前驅物孔172是圓柱形的，但應理解，自由基孔160和前驅物孔172可為任何合適的形狀。自由基孔160和前驅物孔172可配置為特定幾何圖案，其將參照圖6和7於下文詳細地描述。可優化自由基孔160的總橫截面面積以過濾來自遠端電漿142的離子，僅使來自遠端電漿142的自由基通過噴淋頭104進入處理腔室103，並限制回流前驅物通過噴淋頭104擴散到電漿源102中。

在若干實施例中，自由基孔160可在頂端(即，在面向電漿源102的一側上)逐漸變細/倒角。自由基孔160可替代地或附加地在底端處(即，在面向台座112的一側上)逐漸變細/倒角。在如圖2和3所示的若干實施例中，自由基孔160未逐漸變細/倒角。在若干實施例中，前驅物孔172可在頂端(即，在面向電漿源102的一側上)逐漸變細/倒角。前驅物孔172可替代地或附加地在底端處(即，在面向台座112的一側上)逐漸變細/倒角。

在若干實施例中，噴淋頭104的基部105包括形成冷卻通道的溝槽168，冷卻劑通過該冷卻通道循環。溝槽168和冷卻通道在下文參照圖4和5更詳細地示出和描述。

噴淋頭104的圓柱部107之外壁109-1不直接接觸處理腔室103的頂板。由於此特徵，並且由於噴淋頭104的圓柱部107在台座112之頂表面116下方垂直延伸，其中在該台座112之頂表面116上配置了基板114 (參見圖1)，噴淋頭104的圓柱部107在台座112的頂表面116之邊緣(參見圖1)周圍提供對稱的熱邊界條件(即，溫度相對恆定的區域)。因此，台座112可在圓柱部107內垂直移動(即，貫穿其高度)，以調整噴淋頭104和台座112之間的間隙，而不顯著改變台座112的頂表面116之邊緣周圍的熱邊界條件，此在基板處理過程中可能為有利的。

此外，當台座112在圓柱部107內向上或向下移動時，噴淋頭104的圓柱部107也可對台座112的頂表面116之邊緣周圍的氣流提供相對恆定的限縮。此簡化控制噴淋頭104和台座112之間的間隙中的氣體微體積之處理，因為圓柱部107圍繞且緊鄰台座112的頂表面116之邊緣，台座112的頂表面116之邊緣周圍的氣流條件保持相對恆定。因此，台座112可在圓柱部107內(即，貫穿其高度)垂直移動，以調整噴淋頭104和台座112之間的間隙，而不顯著改變台座112的頂表面116之邊緣周圍的氣流條件。

在噴淋頭104的面板164和台座112的頂表面116之間的可調節間隙允許精確控制沉積(例如ALD)處理中的微體積。此外，噴淋頭104的面板164和台座112的頂表面116之間的狹窄間隙防止在間隙中的微體積中的自由基耗盡。此二特徵可至少部分地由於噴淋頭104的圓柱部107結構而提供。

圖4顯示根據若干實施例，圖2之噴淋頭的透視橫截面圖。噴淋頭104的透視橫截面圖更詳細地顯示了噴淋頭104的結構。噴淋頭104可包括三個構件：第一構件230-1、第二構件230-2、和第三構件230-3。第一構件230-1、第二構件230-2、和第三構件230-3可擴散結合在一起(或者使用固定器或焊接在一起)以形成噴淋頭104。

第一構件230-1可包括頂部231和噴淋頭104的圓柱部107。第一構件230-1的頂部231、第二構件230-2、及第三構件230-3形成噴淋頭104的基部105。第一構件230-1的頂部231是平面的且為盤形的。圓柱部107從頂部231的周邊垂直向下延伸。第一構件230-1的頂部231徑向地向外延伸超過圓柱部107的外徑。因此，第一構件230-1的頂部231的直徑大於圓柱部107的外徑。頂部231在圓柱部107的內壁109-2內的區域(即，在圓柱部107的內徑內)形成噴淋頭104的面板164。

自由基孔160和前驅物孔172位於面板164的區域內，該區域的直徑小於或等於圓柱部107的內徑。自由基孔160和前驅物孔172所在區域的直徑大於被處理之基板114的直徑，並且也大於或等於台座112的頂表面116之外徑，如圖1中可見。自由基孔160和前驅物孔172所在之面板164的區域具有與凹部212相同的直徑和面積，如前參照圖2所示和所述。

在若干實施例中第一構件230-1可為一體成型的。亦即，第一構件230-1的頂部231和圓柱部107可非彼此附接的單獨構件；相反地，第一構件230-1可為一體結構，且第一構件230-1的頂部231可與圓柱部107整合形成單一的一體成型結構。或者，在若干實施例中，頂部231和圓柱部107可為單獨構件，它們連接在一起(例如，透過固定器或擴散結合)以形成第一構件230-1。

第二構件230-2額外參照圖4和5而進行描述。第二構件230-2配置在第一構件230-1的頂表面232上並附接至該頂表面232。第二構件230-2為盤形的且具有與第一構件230-1的頂部231相同的直徑。因此，第二構件230-2的直徑也大於圓柱部107的外徑。

第二構件230-2的頂表面234和側表面236與第一構件230-1的頂表面232限定氣室166。圖4更詳細地顯示氣室166。如圖4所示，第二構件230-2的底表面237包括沿底表面237周邊之半圓形或馬蹄形溝槽167。溝槽167與氣室166經由複數出口流體連接。溝槽167經由一或更多入口與設置在第三構件230-3上的氣體入口240流體連接。因此，氣室166經由溝槽167與氣體入口240流體連接。

氣體入口240連接到圖1中所示的氣體輸送系統170。氣室166經由氣體入口240和溝槽167從氣體輸送系統170接收一或更多前驅物。氣室166與第一構件230-1中的前驅物孔172流體連接。前驅物從氣體入口240流過溝槽167、氣室166、和前驅物孔172，進入處理腔室103。

自由基孔160可鑽穿過第一構件230-1、第二構件230-2、和第三構件230-3。因此，第一構件230-1、第二構件230-2、和第三構件230-3之各者包括是自由基孔160之部分的通孔。由於自由基孔160穿過第二構件230-2，因此第二構件230-2包括是自由基孔160之部分的通孔(因此也顯示為160)且該等通孔與第一構件230-1和第三構件230-3中的自由基孔160之部分對齊。

在若干實施例中，溝槽167圍繞但不與第二構件230-2中的通孔流體連接，該等通孔是自由基孔160之部分。在第二構件230-2中的是自由基孔160之部分的通孔不與溝槽167、氣室166、及前驅物孔172流體連接。因此，自由基孔160不與氣室166和前驅物孔172流體連接。

第二構件230-2的頂表面234包括形成冷卻通道的溝槽168。圖5顯示根據若干實施例，配置在圖2之噴淋頭中用於在該噴淋頭中循環冷卻劑的冷卻通道之俯視圖。如圖4和圖5所示，第二構件230-2的頂表面234包括沿頂表面234的周邊之兩個弧形或半圓形溝槽173(分別標記為173-1和173-2)。溝槽173位於頂表面234的相對側。溝槽173-1包括與設置在第三構件230-3上的流體入口242流體連接的入口171-1，並且溝槽173-2包括與設置在第三構件230-3上的流體出口244(顯示於圖8和9)流體連接的出口171-2。

溝槽168可彼此平行並延伸橫跨溝槽173之間的頂表面234。溝槽168之各者具有一端連接到溝槽173之一者(例如，溝槽173-1)，及另一端連接到溝槽173之另一者(例如，溝槽173-2)。因此，溝槽168和溝槽173流體連接。溝槽173和168可形成噴淋頭104的冷卻通道。

由於溝槽173為半圓形，所以溝槽168可具有不同的長度。溝槽168可具有相同的寬度和深度。在若干實施例中，溝槽168可為波浪形的或彎曲的(即，具有鋸齒形的)，但也可為直的。在若干實施例中，溝槽173彼此不直接連接；相反，溝槽173透過溝槽168彼此連接。由溝槽173和168形成的冷卻通道可延伸超過基板114的直徑。

設置在第三構件230-3上的流體入口242可連接到流體輸送系統180。流體輸送系統180可將冷卻劑供應到流體入口242。冷卻劑可流過流體入口242、通過溝槽173-1、溝槽168、及溝槽173-2，並通過流體出口244流出。

溝槽173包括複數脊部175。脊部175的形狀可為近似橢圓形，但脊部175可為任何其他形狀。脊部175可從溝槽173的底部垂直向上延伸並接觸第三構件230-3的底表面238。在溝槽173之各者中的脊部175之數量大約等於(但非必須等於)溝槽168的數量。

脊部175有助於引導冷卻劑流動通過溝槽173和168。溝槽168的深度可大約與脊部175的高度相同。溝槽173和168可具有相同的深度。第二構件230-2的底表面237中的溝槽167可圍繞第二構件230-2的頂表面234中的溝槽173。

在若干實施例中，溝槽173圍繞但不與第二構件230-2中的通孔流體連接，該等通孔是自由基孔160的部分。此可見於圖5中。在第二構件230-2中的是自由基孔160之部分的通孔位於溝槽168的任一側。

第三構件230-3配置在第二構件230-2的頂表面234上並附接至該頂表面234。第三構件230-3也是盤形的，並且也具有與第一構件230-1的頂部231相同之直徑。因此，第三構件230-3的直徑也大於圓柱部107的外徑。此外，第二構件230-2和第三構件230-3具有相同的直徑。

第三構件230-3的頂表面162包括環形脊部210和凹部212。凹部212從環形脊部210的內徑延伸到第三構件230-3的頂表面162之中心。

第三構件230-3包括氣體入口240、流體入口242、和流體出口244(如圖8和9所示)。氣體入口240可與第二構件230-2中的溝槽167及氣室166流體連接。流體入口242可與第二構件230-2中的溝槽173之一者(例如，溝槽173-1)流體連接。流體出口244可與第二構件230-2中的溝槽173之另一者(例如，溝槽173-2)流體連接。

因此，流體入口242和流體出口244可與第二構件230-2中的溝槽173和溝槽168流體連接。由流體輸送系統180供應的冷卻劑流入流體入口242，通過溝槽173和168形成的冷卻通道，並通過流體出口244流出冷卻通道。在若干實施例中，離開流體出口244的冷卻劑可返回到流體輸送系統180。

自由基孔160可鑽穿過第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3之各者；因此，第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3之各者包括是自由基孔160之部分的通孔。由於自由基孔160穿過第三構件230-3，因此第三構件230-3包括是自由基孔160之部分的通孔(因此也顯示為160)且該等通孔與第二構件230-2和第一構件230-1中的自由基孔160之部分對齊。在第三構件230-3中是自由基孔160之部分的通孔不與第二構件230-2中的氣室166和溝槽167、168、及173流體連接。因此，在第三構件230-3中是自由基孔160之部分的通孔不與前驅物孔172流體連接。在若干實施例中，自由基孔160具有穿過第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3的均勻直徑。在若干實施例中，自由基孔160可在噴淋頭104的頂表面162和底表面164之一或二者處變細/倒角。

第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3可透過擴散結合來連接在一起。擴散結合消除了通常在使用焊接來連接構件時使用的填料。消除填料消除了由於在焊接和隨後的清潔之後傾向於持續存在的殘餘填料所引起之汙染的可能性。或者，固定器和/或焊接可用於連接第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3。

在第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3(使用任何方法)連接在一起後，自由基孔160以一特定圖案鑽穿過第一構件230-1、第二構件230-2、及第三構件230-3。前驅物孔172以另一特定圖案鑽穿過第一構件230-1。第一構件230-1中的前驅物孔172和第二構件230-2中的氣室166對齊。

自由基孔160可為圓柱形，並且可具有比前驅物孔172更大的直徑和長度。在若干實施例中，自由基孔160可在頂端(即，面向電漿源102的端部)變細(圓錐形)。在若干實施例中，自由基孔160可在底端(即，面向台座112的端部)變細(圓錐形)。自由基孔160不與溝槽167、168、和173、氣室166、和前驅物孔172流體連接。

圖6與圖7顯示自由基孔160和前驅物孔172。圖6顯示噴淋頭104的底視圖。圖7顯示噴淋頭104的底視圖之部分放大圖。自由基孔160和前驅物孔172配置為六角形/三角形圖案。此圖案均勻圍繞噴淋頭104的中心。雖然六角形和三角形在下面被顯示和描述為等邊六角形和三角形，但可以使用其他多邊形和三角形。

具體上，前驅物孔172可配置在等邊六角形的頂點處。自由基孔160亦可配置在等邊六角形的頂點處。此外，前驅物孔172可配置在等邊三角形的頂點處。在若干實施例中，自由基孔160位於由前驅物孔172形成的三角形內，與三角形之頂點的距離相等。自由基孔160也可配置在等邊三角形的頂點處。在由自由基孔160形成的至少若干三角形中，前驅物孔172位於由自由基孔160形成的三角形中。在若干實施例中，前驅物孔172與由自由基孔160形成的三角形之頂點的距離相等。

如圖6中的252處所示，自由基孔160配置在等邊六角形的頂點處，且在自由基孔160形成的六角形內；前驅物孔172配置在三角形的頂點處，三角形內配置自由基孔160。如圖6中的254處所示，前驅物孔172配置在等邊六角形的頂點處，且在前驅物孔172形成的六角形內；自由基孔160配置在三角形的頂點處，前驅物孔172配置在三角形內。

自由基孔160和前驅物孔172在整個面板164中以上述圖案相對密集地配置。例如，自由基孔160和前驅物孔172的平均密度可為每平方英吋約4.5個孔。在若干實施例中，自由基孔160和前驅物孔172的平均密度可在每平方英吋3到6個孔之間或每平方英吋4到5個孔之間。

此外，自由基孔160的數量和前驅物孔172的數量可幾乎相等。在若干實施例中，自由基孔160的數量可稍微大於前驅物孔172的數量。例如，自由基孔160的數量與前驅物孔172的數量之比可在1.00和1.10之間或在1.00和1.05之間。

此外，自由基孔160和前驅物孔172可在整個面板164中(即，從中心到圓柱部107的內徑)以上述圖案和上述密度分布。自由基孔160和前驅物孔172的圖案和密度在面板164中徑向地延伸超過基板114的直徑達到圓柱部107的內徑。自由基孔160和前驅物孔172的圖案和密度徑向延伸超過基板114的直徑確保圖案和密度從面板164的中心至少達到基板114的外徑在面板164上延伸之處為均勻的。

由於此些圖案和密度特徵的範圍和均勻性，材料可均勻地沉積(或均勻地蝕刻)在基板114上。例如，使用電漿源102和噴淋頭104可在沉積於基板114上的材料中實現0.0%、小於0.1%、小於0.5%、小於1%的不均勻性。

此外，自由基孔160的尺寸(直徑和長度)和數量等特性決定來自遠端電漿142的自由基可從電漿源102通過噴淋頭104進入處理腔室103的效率。儘管可增加此些特性之若干者以增加可通過自由基孔160的自由基之數量，但在自由基孔160的若干尺寸或深寬比下，噴淋頭104可能無法有效地過濾來自遠端電漿142的離子。

在若干實施例中，自由基孔160可具有第一直徑(D ₁)和第一長度(L ₁)，其被優化以過濾離子並使來自遠端電漿142的自由基通過。前驅物孔172可具有第二直徑(D ₂)和第二長度(L ₂)。第一直徑(D ₁)大於第二直徑(D ₂)，並且第一長度(L ₁)大於第二長度(L ₂)。在若干實施例中，第一直徑(D ₁)為第二直徑(D ₂)的至少兩倍大。

通常，自由基孔160的長度與直徑之比在約5.0和約8.0之間，或在約6.5和7.0之間，或約6.8，以優化離子過濾和自由基向基板114的輸送。例如，第一長度(L ₁)可為大約0.850英吋，且第一直徑(D ₁)可為大約0.125英吋以獲得6.8的L ₁/D ₁比率。如此的孔尺寸被認為有助於離子過濾並促進自由基從噴淋頭104輸送到基板114。

為了優化基板114的自由基輸送，據信自由基孔160可設計成使得開放讓自由基從電漿源102通過噴淋頭的面積之百分比可為相對較高的。開放讓自由基從電漿源102通過噴淋頭104的面積之百分比可定義為自由基開放百分比(也稱為「R開放%」)。此自由基開放百分比可定義為所有自由基孔160的總橫截面積與附接至噴淋頭104的電漿源102之底部的橫截面積之比。電漿源102和噴淋頭104被設計成使得噴淋頭104的孔106之橫截面積(即，圓柱部107的內壁109-2的橫截面積)與電漿源102底部之橫截面積基本上相同，因此可替代電漿源102底部之橫截面積。因此，開放讓自由基從電漿源102通過噴淋頭104的面積之百分比可定義為自由基孔160的橫截面積之和與由噴淋頭104之圓柱部107的內徑所限定的橫截面積之比。數學上，此比率等於自由基孔160的數量乘以自由基孔160的直徑之平方除以孔106的內徑之平方。此可用下式表示：R開放% = [(自由基孔的數量) x (πD ₁ ²/4)] / (πD _b ²/4)，其中D _b是指孔106的直徑，D ₁是指自由基孔160的直徑。

通常，自由基孔160的橫截面積之和與由孔106的直徑限定的橫截面積之比在約2.5%和約8.0%之間、在約3.0%和約7.0%之間、約4.0%和約 6.0%之間、約4.5%和約5.5%之間、或約5.14%。例如，自由基孔160的第一直徑(D ₁)可為大約0.125英吋，孔106的直徑(D _b)可為大約14.55英吋，且自由基孔160的數量可為大約696以獲得5.14%的R開放%。如此的開放讓自由基通過的面積之百分比被認為可優化自由基向基板114的輸送。

然而，在若干實施例中，具有約4.0%和約6.0%之間的開放讓自由基通過的面積之百分比可能為非所欲的。如此的開放讓自由基通過的面積之百分比可能太高，並導致前驅物從處理腔室103通過噴淋頭104反向擴散到電漿源102。不受任何理論的限制，增加前驅物通過前驅物孔172向基板114的輸送可能導致前驅物通過自由基孔160回流。當前驅物被引入電漿源102時，它們可能難以清除。在隨後的電漿生成和基板處理期間，前驅物可能與遠端電漿142混合並產生污染物顆粒。此可能導致基板114的汙染物顆粒增加，其增加寄生缺陷的形成並以其他方式降低性能。

為了在優化離子過濾和自由基向基板114的輸送之同時限制回流的影響，本揭露的噴淋頭可採用減小的開放讓自由基通過的面積之百分比。具體而言，減小的開放讓自由基通過的面積之百分比可等於或小於約3.0%、等於或小於約2.5%、等於或小於約2.0%、介於約0.5%和約3.0%之間、或介於約0.5%和約2.0%之間。因此，自由基孔160的橫截面積之和與由圓柱部107之內徑所限定的橫截面積之比可等於或小於約3.0%、等於或小於約2.5%、等於或小於約2.0%、介於約0.5%和約3.0%之間、或介於約0.5%和約2.0%之間。例如，自由基孔160的橫截面積之和與圓柱部107之內徑所限定的橫截面積之比可為1.85%。在該比率介於約0.5%和約3.0%之間的情況下，自由基孔160的直徑可介於約1.0 mm和約2.4 mm之間。

在若干實施例中，可透過減小自由基孔160的直徑來實現減小的自由基開放面積百分比。減小的直徑增加了L ₁/D ₁比率並降低了R開放%。舉例而言，自由基孔160的第一直徑可介於約0.01英吋和約0.1英吋之間、介於約0.03英吋和約0.1英吋之間、或介於約0.05英吋和約0.1英吋之間。在若干實施例中，第一長度與第一直徑的比率，或L ₁/D ₁比率，可介於約8和約15之間或介於約10和約12之間。

自由基開放面積百分比可配置以限制前驅物和其他非所欲物質通過噴淋頭104回流進入電漿源102中。該面積之百分比亦可影響在從遠端電漿142過濾離子時自由基通過的效率。然而，減小該面積之百分比可能不會對自由基輸送至基板114的效率有實質上不利的影響。使用上述自由基孔160和前驅物孔172的圖案和孔密度，自由基開放面積百分比(例如，介於約0.5%和約3.0%之間)可限制前驅物的反向擴散、促進離子過濾、並促進自由基輸送。在執行諸如ALD處理或CVD處理之操作時，自由基開放面積百分比也可改善不均勻性。例如，為了在沉積於基板114上的材料中實現接近零的不均勻性(參照上述範例)，除了上述自由基孔160和前驅物孔172的圖案和密度之外，開放讓自由基通過噴淋頭104的面積之百分比可為大約1.85%。例如，該面積百分比可介於0.5%和3.0%之間。或者，可介於0.5%和2.0%之間。

此外，由於優化面積之百分比限制前驅物的反向擴散，同時保持自由基可通過噴淋頭進入處理腔室103的期望效率，所以可使用如上設計的圖案、密度、和面積之百分比快速執行處理循環(例如，ALD循環)。由於可以快速執行處理循環，因此可增加在給定時間內處理基板的速率(即，處理量)。

圖8顯示噴淋頭104的斜底視圖。在此視圖中，自由基孔160和前驅物孔172是可見的。自由基孔160和前驅物孔172顯示為一路延伸到噴淋頭104的圓柱部107之內徑。此外，在此視圖中，可從噴淋頭104的底部看到噴淋頭104之圓柱部107相對於噴淋頭104的基部105之範圍(或高度)。

圖9顯示噴淋頭104的等距頂視圖。在此視圖中，只有自由基孔160是可見的，而前驅物孔172是不可見的。此外，示出連接到氣室166的氣體入口240。此外，還示出連接到由溝槽168形成的通道之流體入口242及流體出口244。該視圖中顯示了環形脊部210和凹部212。

前述的實施方式在本質上僅為說明性的，且並非意旨對本揭露、其應用、或使用進行限制。本揭露的廣義教示得以各種形式而實施。因此，雖然本揭露包括特定範例，惟本揭露的真實範圍應當不因此而受限，原因在於在對圖式、說明書、及下列申請專利範圍進行研讀後，其他的修正將變得顯而易知。

元件之間(例如，在模組、電路元件、半導體膜層之間等)的空間與功能性關係使用諸多用語來描述，包括「連接」、「接合」、「耦合」、「相鄰」、「在…旁」、「在…的頂部」、「在…之上」、「在…之下」、以及「配置」。除非明確描述為「直接」，否則在上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一和第二元件之間不存在其他中間元件的直接關係，亦可為一或更多中間元件存在(不論空間上或功能上)於第一和第二元件之間的非直接關係。

在有些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述範例之一部分。此系統可包含半導體處理設備，包括一或更多處理工具、一或更多腔室、一或更多處理平台、和/或特定處理構件(晶圓基座、氣體流動系統等)。可將這些系統與電子元件進行整合以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、及之後控制它們的操作。所述電子元件可被稱為「控制器」，其可控制一或更多系統的各種構件或子部件。

取決於處理需求和/或系統類型，可將控制器進行編程以控制本文所揭露之任何處理，包括處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱和/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、定位與操作設定、與特定系統連接或接合的一工具及其他運送工具及/或負載鎖室的晶圓運送進出。

廣義而言，可將控制器定義成具有各種積體電路、邏輯、記憶體、和/或軟體的電子元件，其接收指令、發送指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用終點測量等。所述積體電路可包括以韌體形式儲存程序指令的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、和/或執行程式指令(例如，軟體)的一或更多微處理器或微控制器。

程式指令可為以各種獨立設定(或程式檔案)形式而與控制器通訊的指令，而定義出用於在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為製程工程師所定義的配方之一部分，以在將一或更多膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、和/或晶圓的晶粒之製造期間完成一或更多的處理步驟。

在有些實施例中，控制器可為電腦的一部分或耦合至電腦，該電腦係與系統整合、耦合至所述系統、或以網路連接到系統、或是其組合。例如，控制器可位於「雲端」中、或晶圓廠主電腦系統的全部或一部分中，其可允許晶圓處理的遠端存取。電腦可對系統進行遠端存取，以監控製造操作的當前進展、檢視過去製造操作的歷史、由複數製造操作檢視趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、設定處理步驟以依循當前處理、或開始新處理。

在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路向系統提供處理配方，該網路可包括區域網路或網際網路。遠端電腦可包括使用者介面，而能夠對參數和/或設定進行輸入或編程，所述參數和/或設定則接著從遠端電腦通訊至系統。在一些範例中，控制器接收數據形式的指令，該指令係指明一或更多操作期間待執行的各處理步驟所用之參數。應理解，可將所述參數特定於待執行的處理之類型以及控制器所設置以與之接合或控制的工具之類型。

因此，如上所述，控制器可例如藉由包括一或更多離散控制器而進行分佈，其中所述離散控制器係彼此以網路連接且朝向共同的目的而作業，例如此處所述的處理和控制。為此目的所分佈的控制器之示例係位於腔室上的一或更多積體電路，其與遠端設置（例如，位於平台層或作為遠端電腦的一部分）的一或更多積體電路通訊，且結合以控制腔室上之處理。

不具限制地，例示系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜角邊緣蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積 (PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、以及可能有關於或使用於半導體晶圓之加工及/或製造中的任何其他半導體處理系統。

如前所述，取決於工具待執行的一或更多處理步驟，控制器可通訊至一或多其他工具電路或模組、其他工具構件、群集式工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於材料傳送中的工具，該等工具將晶圓的容器來回傳送於半導體生產工廠中的工具位置和/或裝載埠。

100:基板處理系統 102:電漿源 103:處理腔室 104:噴淋頭 105:基部 106:孔 107:圓柱部 108:側壁 109-1:外壁 109-2:內壁 110:底壁 112:台座 114:基板 116:頂表面 120:致動器 122:馬達 124:第一圓柱構件 126:第一凸緣 128:第二圓柱構件 129:第二凸緣 130:氣體分配系統 132:氣體注射器 134:線圈 136:RF產生系統 138:RF產生器 140:匹配網路 142:電漿 150:氣體源 152:閥 154:質量流量控制器 156:歧管 160:孔/自由基孔 162:頂表面 164:底表面/面板 166:氣室 167:溝槽 168:溝槽 170:氣體輸送系統 171-1:入口 171-2:出口 172:孔/前驅物孔 173:溝槽 173-1:溝槽 173-2溝槽 175:脊部 180:流體輸送系統 182:溫度控制器 186:閥 188:幫浦 190:系統控制器 200:凸緣 210: 環形脊部 212:凹部 230-1:第一構件 230-2:第二構件 230-3:第三構件 231:頂部 232:頂表面 234:頂表面 236:側表面 237:底表面 240:氣體入口 242:劉體入口 244:流體出口

圖1顯示根據若干實施例，使用遠端電漿和噴淋頭之例示半導體基板處理系統的示意圖。

圖2顯示根據若干實施例，配置為在半導體基板處理系統中使用的噴淋頭之側橫截面圖。

圖3顯示根據若干實施例，圖2之噴淋頭的側橫截面圖之放大詳細圖。

圖4顯示根據若干實施例，圖2之噴淋頭的透視橫截面圖。

圖5顯示根據若干實施例，配置在圖2之噴淋頭中用於在該噴淋頭中循環冷卻劑的冷卻通道之俯視圖。

圖6顯示根據若干實施例，帶有使用於噴淋頭中之孔圖案的圖2之噴淋頭的底視圖。

圖7顯示圖6之帶有孔圖案的圖2之噴淋頭的底視圖之放大詳細圖。

圖8顯示根據若干實施例，圖2之噴淋頭的斜底視圖。

圖9顯示根據若干實施例，圖2之噴淋頭的等距頂視圖。

在圖式中，元件符號可能重複使用，以標示類似和/或相同的元件。

104:噴淋頭

105:基部

107:圓柱部

109-1:外壁

109-2:內壁

160:孔/自由基孔

172:孔/前驅物孔

200:凸緣

Claims

一種用於半導體處理設備中之噴淋頭，該噴淋頭包含：一基部，該基部具有在該噴淋頭內的一氣室；及一圓柱部，該圓柱部從該基部垂直延伸，該基部具有比該圓柱部的外徑更大之直徑，其中該基部包含第一組孔以及第二組孔，該第一組孔之各者具有第一直徑和第一長度，且該第二組孔之各者具有第二直徑和第二長度，其中該第一組孔和該第二組孔從該基部的中心到該圓柱部的內徑而分布，其中該第一組孔從該基部的頂表面延伸到該基部的底表面，其中該第二組孔從該氣室延伸到該基部的該底表面，其中該第一直徑大於該第二直徑且該第一長度大於該第二長度，其中該第一組孔的橫截面積之和與該圓柱部的橫截面積的比率在約0.5%和約3.0%之間。
如請求項1之噴淋頭，其中該第一組孔與該第二組孔以六角形圖案、三角形圖案、或六角形圖案和三角形圖案之組合而配置。
如請求項1之噴淋頭，其中該第一組孔與該第二組孔的密度介於每平方英吋約3孔和每平方英吋約6孔之間。
如請求項1之噴淋頭，其中該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約8和約15之間。
如請求項4之噴淋頭，其中該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約10和約12之間。
如請求項1之噴淋頭，其中該第一直徑介於約0.03英吋和約0.1英吋之間。
如請求項1之噴淋頭，更包含：第一構件，該第一構件具有該基部與該圓柱部；第二構件，該第二構件為盤形的並包含與該基部中的該第一組孔對齊之第一通孔，其中該第二構件具有頂表面、側表面、和底表面，該底表面附接至與該圓柱部相反的一側上的該第一構件之該基部，並限定與該第二組孔流體連接且與該第一組孔分離的該氣室；及第三構件，該第三構件為盤形的並包含第二通孔，該等第二通孔與該第二構件中的該等第一通孔和該第一構件中的該第一組孔對齊，並且具有附接至該第二構件的該頂表面之底表面。
如請求項7之噴淋頭，其中該第二構件的該頂表面包含一對弧形溝槽，該對弧形溝槽沿著該頂表面的一周邊且位於該頂表面的相對端上，且其中該第二構件的該頂表面更包含在該對弧形溝槽之間延伸的複數溝槽。
如請求項8之噴淋頭，其中該第三構件包含與該氣室流體連接的一氣體入口、與該對弧形溝槽之第一者流體連接的一流體入口、及與該對弧形溝槽之第二者流體連接的一流體出口。
如請求項1之噴淋頭，其中該噴淋頭配置以限制從該第二組孔所供應之氣體反向擴散通過該第一組孔。
如請求項1之噴淋頭，其中該圓柱部的該內徑大於被處理之基板的直徑。
如請求項1之噴淋頭，其中該第一組孔以六角形圖案配置，其中該第二組孔位於由該第一組孔所限定的六角形內之三角形的頂點上，並且其中該第一組孔之一者位於該等三角形之各者內。
如請求項1之噴淋頭，其中該第二組孔以六角形圖案配置，其中該第一組孔位於由該第二組孔所限定的六角形內之三角形的頂點上，並且其中該第二組孔之一者位於該等三角形之各者內。
如請求項1之噴淋頭，其中該第一組孔的數量與該第二組孔的數量之比率介於約1.00和約1.05之間。
一種用於半導體處理設備中之噴淋頭，該噴淋頭包含：第一構件，該第一構件包含一盤形部和從該盤形部垂直延伸的一圓柱部，該盤形部具有比該圓柱部的外徑更大之直徑，該盤形部包含第一組孔以及第二組孔，該第一組孔之各者具有第一長度和第一直徑，且該第二組孔之各者具有第二長度和第二直徑，其中該第一直徑大於該第二直徑且該第一長度大於該第二長度，其中該第一組孔和該第二組孔從該盤形部的中心到該圓柱部的內徑而分布，其中該第一組孔的橫截面積之和與該圓柱部的橫截面積的比率在約0.5%和約3.0%之間；第二構件，該第二構件為盤形的並包含與該第一構件中的該第一組孔對齊之第一通孔，其中該第二構件具有頂表面、側表面、和底表面，該底表面附接至與該圓柱部相反的一側上的該第一構件之該盤形部，並限定一氣室，該氣室與該第一構件中之該第二組孔流體連接且與該第一構件中之該第一組孔分離；及第三構件，該第三構件為盤形的並包含第二通孔，該等第二通孔與該第二構件中的該等第一通孔和該第一構件中的該第一組孔對齊，其中該第三構件具有附接至該第二構件的該頂表面之底表面。
如請求項15之噴淋頭，其中該第二構件的該頂表面包含一對弧形溝槽，該對弧形溝槽沿著該第二構件的該頂表面之一周邊且位於該頂表面之相對端上，且其中該第二構件的該頂表面更包含在該對弧形溝槽之間延伸的複數溝槽。
如請求項15之噴淋頭，其中該第三構件更包含一環形脊部，該環形脊部沿著該第三構件的一周邊而位於該第三構件的頂表面上，其中該第三構件更包含從該環形脊部的內徑延伸至該第三構件的該頂表面之中心的一凹部。
如請求項15之噴淋頭，其中該第一組孔與該第二組孔以六角形圖案、三角形圖案、或六角形圖案和三角形圖案之組合而配置。
如請求項15之噴淋頭，其中該第一組孔與該第二組孔的密度介於每平方英吋約3孔和每平方英吋約6孔之間。
如請求項15之噴淋頭，其中該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約8和約15之間。
一種電漿設備，其包含：一處理腔室；一台座，該台座在該處理腔室內並配置以支撐一基板；一電漿源，該電漿源配置在該處理腔室之上；及一噴淋頭，該噴淋頭配置在該處理腔室和該電漿源之間，其中該噴淋頭包含：一基部，該基部具有在該噴淋頭內的一氣室；及一圓柱部，該圓柱部從該基部垂直延伸，該基部具有比該圓柱部的外徑更大之直徑，其中該基部包含第一組孔以及第二組孔，該第一組孔之各者具有第一直徑和第一長度，且該第二組孔之各者具有第二直徑和第二長度，其中該第一組孔和該第二組孔從該基部的中心到該圓柱部的內徑而分布，其中該第一組孔從該基部的頂表面延伸到該基部的底表面，其中該第二組孔從該氣室延伸到該基部的該底表面，其中該第一直徑大於該第二直徑且該第一長度大於該第二長度，其中該第一組孔的橫截面積之和與該圓柱部的橫截面積的比率在約0.5%和約3.0%之間。
如請求項21之電漿設備，其中該電漿源配置以產生電漿並將該電漿供應至該噴淋頭，其中在該噴淋頭中的該第一組孔係配置以過濾來自電漿的離子並使來自電漿的自由基通過該噴淋頭進入該處理腔室中。
如請求項21之電漿設備，其中該第一組孔與該第二組孔以六角形圖案、三角形圖案、或六角形圖案和三角形圖案之組合而配置。
如請求項21之電漿設備，其中該第一組孔與該第二組孔的密度介於每平方英吋約3孔和每平方英吋約6孔之間。
如請求項21之電漿設備，其中該第一長度(L ₁)與該第一直徑(D ₁)的比率介於約8和約15之間。