TWI608549B - 射頻功率、溫度控制的氣體擴散器 - Google Patents

射頻功率、溫度控制的氣體擴散器 Download PDF

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TWI608549B TW102118638A TW102118638A TWI608549B TW I608549 B TWI608549 B TW I608549B TW 102118638 A TW102118638 A TW 102118638A TW 102118638 A TW102118638 A TW 102118638A TW I608549 B TWI608549 B TW I608549B
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Description

射頻功率、溫度控制的氣體擴散器 【交叉參考之相關申請案】
根據專利法，本案主張於2012年5月25日提出申請之美國臨時申請案第61/651,881號之優先權。其全部的揭露內容藉由參照於此併入。
本發明揭露內容關於氣體擴散裝置，且更具體而言，關於射頻(radio frequency,RF)、溫度控制之氣體擴散裝置。
本文中所提供的背景描述係以總括地呈現本揭露內容為目的。在本背景部分中所描述之目前所列名之發明人的工作成果以及在提出申請時不得以其他方式適格作為習知技術的說明的實施態樣，並未明示或默示地被承認為是相對於本揭露內容之習知技術。
氣體擴散裝置通常用於將氣體以均勻的方式引入系統中。單舉例而言，可使用氣體擴散裝置，例如一吊燈式噴淋頭，以將氣體輸送至化學汽相沉積(chemical vapor deposition，CVD)系統之處理腔室，將其用以在基板上沉積薄膜。在一些應用中，噴淋頭可藉由射頻功率源加以偏壓。
一些以射頻供電之氣體擴散裝置並非受主動溫度控制的。在沉積與清洗步驟期間，噴淋頭之溫度可波動。這些溫度的變化趨於負面地影響沉積薄膜之品質或改變在一段時間中處理晶圓之環境條件。
在一些沉積處理，例如電漿加強化學氣相沉積(PECVD)，處理效能可對在處理環境中的溫度變化敏感。主動溫度控制係理想的作 法，其用以減輕沉積過程中固有的熱波動，並且亦可達成產生最佳處理結果之精確的溫度設置點。
一些電漿加強化學氣相沉積系統使用的射頻驅動電容耦合電漿(CCP)電路，其包含可受溫度控制的接地電極，及非受溫度控制的供電電極。由於主動溫度控制系統之加熱部件及冷卻部件兩者能夠引入至電容耦合電漿電路之重大射頻之干擾，而使用此方法。電性加熱電極所必須之AC電源引線亦可將射頻功率從電容耦合電漿電路加以引導遠離。這可以減少電漿所接收之功率，或者是造成短路。此外，傳統的冷卻系統使用冷卻水供應部(CWS)以作為熱交換之介質。標準的冷卻水供應部中之水亦將射頻功率自供電電極加以傳導，這降低輸出至電漿的輸出功率或造成短路。
氣體擴散裝置包含：第一部分，界定具有第一入口與第一出口的一氣體供應導管，並且包含第二入口、第二出口、及連接第二入口與第二出口之通道。該等通道接收非導電性流體以冷卻第一部分。第二部分與該第一部分連接，第二部分包含具有間隔開之孔的擴散器面並且界定一腔，該腔與氣體供應導管之第一出口及擴散器面流體連通。一加熱器與第二部分接觸以加熱第二部分。
在其他特徵中，將射頻(RF)引線連接至第一部分。該第一部分包含噴淋頭的桿部且第二部分包含該噴淋頭的基部。加熱器包含一連接部及一加熱元件部。加熱元件部配置成環繞基部之周緣。連接部通過桿部並與加熱元件部連接。基部包含上層、中間層、及包含擴散器面之下層。加熱元件設置於上層與中間層之間。
在其他特徵中，基部之上層與中間層係加以真空硬焊。第一部分界定了一外表面、一內表面、及一內腔。氣體供應導管通過內腔而通道位於氣體供應導管與第一部分之內表面之間。第一部分包含折流板，其自氣體供應導管徑向地延伸至內表面以界定通道。該等通道界定一蛇形路徑，其為自第二入口至第二出口之非導電性流體所用。
在其他特徵中，一導體通過第一部分及第二部分之上層與中間層之間。一熱電耦連接至該導體且配置於第二部分之中間層中。熱電耦係相鄰中間層之徑向外緣。
該系統包含氣體擴散裝置與控制器。該控制器用以控制氣體擴散裝置之溫度，其係藉由依據來自熱電耦之信號將電流供給至加熱元件，並將處理氣體供給至氣體供應導管且將非導電性流體供給至入口。
一種基板處理系統包含：處理腔室、氣體擴散裝置、及基座，該基座配置成相鄰氣體擴散裝置之擴散器面。基板處理系統執行電漿加強化學氣相沉積。
一種用於氣體擴散裝置之溫度控制之方法，包含：將非導電性流體供給至氣體擴散裝置之第一部分。第一部分界定具有第一入口與第一出口之氣體供應導管，且包含第二入口、第二出口、及連接第二出口與第二入口之通道以接收非導電性流體。該方法更包含將電流供給至加熱器，該加熱器配置於氣體擴散裝置之第二部分中。第二部分被連接至第一部分，該第二部分包含具有間隔開之孔之擴散器面並界定一腔，該腔與氣體供應導管之第一出口及擴散器面流體連通。
在其他特徵中，該方法包含選擇性地將射頻信號供給至第一部分。第一部分包含噴淋頭的桿部，且第二部分包含該噴淋頭的基部。加熱器包含一連接部與一加熱元件部。該方法更包含；將加熱元件部環繞基部之周緣加以配置；將連接部通過桿部；及將連接部連接至加熱元件部。
在其他特徵中，該基部包含上層、中間層、及包含擴散器面之下層。該方法包含將加熱元件設置於上層與中間層之間。基部之上層與中間層係加以真空硬焊。第一部分界定外表面、內表面、及內腔。氣體供應導管穿過內腔且該等通道位於氣體供應導管與第一部分之內表面之間。
在其他特徵中，第一部分包含折流板，該等折流板自氣體供應導管徑向延伸至該內表面以界定通道。該等通道界定一蛇形路徑，該蛇形路徑為自該第二入口至該第二出口之該非導電性流體所用。
在其他特徵中，該方法包含將導體通過第一部分與第二部分之上層與中間層之間；及將熱電耦連接至該導體。該方法包含：將熱電耦 定位在相鄰於中間層之徑向外緣。
在其他特徵中，該方法包含使用電漿加強化學氣相沉積系統中之氣體擴散裝置。
本揭露內容之應用性之其它領域，藉詳細描述、專利申請範圍、與圖式將變得顯而易見。詳細描述與具體之範例係為說明之目的，而非為限制本揭露內容之範圍。
20‧‧‧噴淋頭
24‧‧‧第一部分
25‧‧‧桿部
28‧‧‧第二部分
29‧‧‧基部
29A‧‧‧上層
29B‧‧‧中間層
29C‧‧‧下層
30‧‧‧下端
31‧‧‧上端
32‧‧‧氣體供應導管
34‧‧‧腔
35‧‧‧擴散器面
36‧‧‧電極
36-1‧‧‧(電極)第一端部
36-2‧‧‧(電極)第二端部
37‧‧‧電阻加熱元件
39‧‧‧壓板
40‧‧‧導體
41‧‧‧引線
42‧‧‧螺紋插入件
43‧‧‧固定件
45‧‧‧金屬套管
68‧‧‧冷卻氣體
70‧‧‧入口埠
72‧‧‧折流板
72-1、72-2‧‧‧折流板
72-2、72-3‧‧‧折流板
73‧‧‧通道
73-1‧‧‧通道
73-2‧‧‧通道
74‧‧‧出口埠
80‧‧‧外緣
90‧‧‧熱電耦
500‧‧‧反應器
502‧‧‧高頻射頻產生器
504‧‧‧低頻射頻產生器
506‧‧‧匹配的網路
508‧‧‧歧管
510‧‧‧氣體源管線
512‧‧‧入口
516‧‧‧基板
518‧‧‧基座
520‧‧‧加熱器塊
522‧‧‧出口
525‧‧‧處理腔室
526‧‧‧真空泵
600‧‧‧控制器
602‧‧‧閥
604‧‧‧加熱器
606‧‧‧泵
608‧‧‧裝置
610‧‧‧壓力計
612‧‧‧流量計
614‧‧‧溫度感測器
616‧‧‧其他感測器
618‧‧‧顯示器
620‧‧‧輸入裝置
本揭露內容藉詳細描述與隨附圖式將變得更充分地被理解，其中：圖1為根據本揭露內容之一氣體擴散裝置之立體圖；圖2為根據本揭露內容之一氣體擴散裝置之立體橫剖面圖；圖3A與圖3B為放大立體圖，描繪根據本揭露內容之一氣體擴散裝置之冷卻；圖4A-4C為放大立體圖，描繪根據本揭露內容之一氣體擴散裝置之冷卻；圖5-6為立體圖，描繪根據本揭露內容之一氣體擴散裝置之RF功率導體；圖7為橫剖面立體圖，描繪根據本揭露內容之一氣體擴散裝置之溫度熱電耦；圖8為電漿加強化學氣相沉積處理(PECVD)處理腔室用之控制器的範例之功能性方塊圖；及圖9為一控制器的範例之功能性方塊圖，該控制器用於控制電漿加強化學氣相沉積處理處理腔室。
本揭露內容係關於受溫度控制之氣體擴散裝置。在一些範例中，氣體擴散裝置亦以RF信號加以偏壓以在電容耦合電漿源中作為RF驅動電極。將氣體擴散裝置利用內部加熱元件主動地加熱，且使用非導電性 流體(例如非導電性之氣體)加以冷卻，以達到並維持所預想之操作溫度。
結果，儘管來自環境波動的輸入，氣體擴散裝置之擴散器面保持在一特定溫度之設定點。在一些範例中，氣體擴散裝置包含一噴淋頭，該噴淋頭為電漿加強化學氣相沉積處理腔室中所使用之電容耦合電漿電路之中的一供電電極。雖然本文在此揭露電漿加強化學氣相沉積處理，氣體擴散裝置可用於其他的成膜處理，例如電漿加強原子層沉積(plasma-enhanced atomic layer deposition,PEALD)、保形膜沉積(conformal film deposition,CFD)、及/或其他處理。
現參照圖1與圖2，顯示根據本揭露內容之氣體擴散裝置之一範例。在圖1中，氣體擴散裝置包含一噴淋頭20，該噴淋頭包含第一部分24與第二部分28。當氣體擴散裝置為一噴淋頭，第一部分24可對應於桿部25且第二部分28可對應於基部29。雖然前面之描述將在噴淋頭之背景下加以描述，但可設想其他的氣體擴散裝置。
桿部25包含連接至基部29之一下端30，以及連接至處理腔室壁之一上端31。在一些範例中，將供給射頻(RF)偏壓之引線41直接附接至桿部25，或使用一固定件43(例如夾具裝置)將引線41附接至桿部25。可替代性地，可將射頻偏壓供給至基座而引線41係可為一接地引線。
氣體供應導管32通過桿部25以將氣體供給至噴淋頭20之腔34(圖2)。氣體自噴淋頭20之腔34流通過擴散器面35(圖2)並進入處理腔室中。加熱器包含加熱器電極36，其具有第一端部36-1與第二端部36-2。將加熱電極36引導通過桿部25且連接至在基部29之中的電阻加熱元件37。電阻加熱元件37圍繞基部29之周緣且連接回至加熱電極36。可將加熱器電極36之部分封入金屬套管45中。
當氣體進入腔34時，可使用壓板39以使處理氣體離開氣體供應導管32。導體40連接至熱電耦(圖7)。將導體40引導通過桿部25且進入基部29以連接至熱電耦以提供溫度反饋。在一些範例中，第一與第二熱電耦係備用配件。可設置一或多個螺紋插入件42或其他附接裝置以將噴淋頭20相對於該處理腔室置放。
現在參照圖3A-4C，噴淋頭包含使用非導電性流體(例如非導電性的氣體)之冷卻器，將該非導電性流體作為用於冷卻的熱交換介質。噴淋頭之桿部25中之腔作為一熱交換器。冷卻氣體68於入口埠70處進入桿部25，且藉由界定二個以上通道73之折流板72加以引導。通道73界定一蛇形路徑，其容許氣體往上、往下、及環繞桿部25，且該等通道73連接至一出口埠74。冷卻器係與加熱器電極36電性隔離，而不將射頻功率自電漿電路引導遠離。
於圖3A中顯示氣體進正進入入口埠70且離開出口埠74。在圖3B中顯示氣體沿著通道73-1(折流板72-1與72-2之間)往下移動且沿著相鄰之通道73-2(在折流板72-2與72-3之間)往上返回。圖4A-4C顯示折流板72與通道73之其他視圖。加熱器電極36與導體40通過一或多個通道73。
在圖5-7中，藉由電阻加熱元件37將噴頭20加熱，該電阻加熱元件37與加熱器電極36連接。在圖5中，顯示加熱器電極36通過桿部25。加熱器電極36徑向地向外延伸至基部29之周緣並且連接至電阻電熱器元件37。
在圖6中顯示基部29之一範例，其包含上層29A、中間層29B、及包含擴散器面35之下層29C。將電阻加熱元件37硬焊進噴淋頭20之基部29的外緣80。在一些範例中，將電阻加熱元件真空硬焊於基部29之上層29A與中間層29B之間，但仍可使用其他方式。
較佳將電阻加熱元件37配置於靠近電漿功率進入組件處且遠離斷熱區(thermal break)之一面。可將電阻加熱元件37置於靠近噴淋頭20的擴散器面35，這是由於此區域直接涉及沉積過程。將溫度之時間變化減小，這能夠沉積更高品質之膜。
在圖7中，使用導體40與一或多個熱電耦90以監測與控制基部29之溫度。在一些範例中，熱電耦90較電阻加熱元件37更靠近擴散器面35。結果，將電阻加熱元件37與一或多個熱電耦90之測量位置在很大程度上加以並置。
包含一薄壁管(氣體供應導管32)之桿部25之一區域100 作為一斷熱區，該斷熱區提供加熱區域與冷卻區域之間之一些分隔。此分隔將加熱與冷卻系統彼此對抗之程度加以最小化。在桿部25之氣體熱交換作為熱安定器(thermal ballast)，每當熱負載減少時該熱安定器使噴淋頭20能夠迅速地冷卻。此舉可將延伸出處理腔室且可被觸及的噴淋頭20之桿部25保持在一較低的溫度並且提供噴淋頭20一若干程度恆定之溫度參考。
可將噴淋頭20使用於例如圖8中之反應器500。反應器500包含處理腔室525，其將反應器500之其他部件封入且容納電漿。可藉由電容類型系統產生電漿，該系統包含連接至射頻引線41之噴淋頭20及被接地之加熱器塊520。將一高頻射頻產生器502與一低頻射頻產生器504連接至一匹配的網路506且連接至噴淋頭20。由匹配的網路506所供給之功率與頻率係足以自處理氣體產生電漿。
在反應器之中，基座518支持基板516。基座518通常包含：夾盤、叉、或升降銷以在沉積及/或電漿處理反應期間與沉積及/或電漿處理反應沉積之間將基板加以固持及運輸。夾盤可為靜電夾盤、機械式夾盤、或其它類型之夾盤。
將處理氣體經由入口512引入。將多數個氣體源管線510連接至歧管508。氣體可預先混合或不預先混合。可利用適當之閥與質量流量控制機構，以確保在處理中的沉積期間與電漿處理階段期間輸送正確的氣體。
處理氣體通過出口522離開處理腔室525。真空泵526(例如，一或二階段機械式乾式泵及/或渦輪分子泵)將處理氣體抽出，並且藉由閉迴路控制流量限制裝置，例如一節流閥或一鐘擺閥，在反應器之內保持一合適低之壓力。
可以在每次沉積及/或沉積後電漿退火處理之後將晶圓分度(index)直至所有必需之沉積與處理完成，或在將晶圓分度之前，在單一站上進行多個沉積與處理。
現參照圖9，顯示控制器600，其用於控制圖8所示之系統。控制器600可包含：處理器、記憶體、及一或多個介面。可利用控制器600部分地根據所感測之量值以控制在系統基部之裝置。此外，可使用控制器 600以控制噴淋頭20之加熱與冷卻。特別是可使用控制器600，部分地根據自熱電耦90之反饋以控制至冷卻系統之氣體流及/或供給至電阻加熱元件37之功率。
單舉例而言，控制器600部分地可根據所感測之量值與其他控制參數控制一或多個閥602、過濾加熱器604、泵606、及其他裝置608。單舉例而言，控制器600接收來自壓力計610、流量計612、溫度感測器614、及/或其他感測器616所感測之量值。亦可利用控制器600在前驅物輸送與膜沉積期間控制處理條件。控制器600通常包含：一或多個記憶體裝置、及一或多個處理器。
控制器600可控制前驅物輸送系統與沉積設備之活動。控制器600執行包含多組指令之電腦程式，該等指令用以控制處理時序、輸送系統溫度、橫跨過濾器之壓差、閥之位置、氣體混合物、腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、射頻功率位準、晶圓夾盤或基座位置、及特定處理之其他參數。控制器600亦可監控壓差並自動將氣相前驅物的輸送從一或多個路徑切換至一或多個其他路徑。在一些實施例中，也可利用儲存於與控制器600相關之記憶體裝置之上的其它電腦程式。
通常具有與控制器600相關之使用者介面。使用者介面可包含：一顯示器618(例如顯示螢幕、及/或處理條件及/或裝置之圖形化軟體顯示)、及使用者輸入裝置620，諸如指向裝置、鍵盤、觸控板、麥克風等。
控制器參數係關於處理條件，諸如過濾器壓差、處理氣體成分及流速、溫度、壓力、電漿條件(例如射頻功率位準與低頻率射頻頻率)、冷卻氣體之壓力、及腔室壁的溫度。
可將系統軟體以許多不同方式加以設計或配置。例如，可撰寫各種腔室部件的子程序或控制物件，以控制腔室部件之操作，該操作係實現本發明發明性之沉積處理所必需的。用於此目的之程式或部分程式的範例包含：基板定位指令碼、處理氣體控制指令碼、壓力控制指令碼、加熱器控制指令碼、及電漿控制指令碼。
一種基板之定位程式可包含用於控制腔室部件之程式指令碼，使用該等腔室部件將基板裝載至基座或夾盤上，以及控制基板與腔室 其他部分(例如氣體入口及/或標靶)之間之間距。處理氣體控制程式可包含指令碼，其用於控制氣體成分與流率，以及選擇性地用於在沉積之前將氣體流入腔室，以穩定腔室中之壓力。過濾器的監控程式包含將已測得之差壓與預定量值進行比較的指令碼，及/或用於交換路徑的指令碼。壓力控制程式可包含用以控制腔室中壓力之指令碼，其係藉由調節例如腔室之排氣系統中的節流閥。加熱器控制程式可包含用於控制輸往加熱單元之電流的指令碼，以在前驅物輸送系統中、基板、及/或系統其它部分中將部件加熱。可替代地，加熱器控制程式可控制熱傳導氣體(例如氦氣)通往晶圓夾盤之輸送。
在沉積期間可加以監控之感測器的例子，包含但不限於質量流量控制器、壓力感測器(例如壓力計610)、及位於輸送系統之中的熱電耦(諸如熱電耦90)、底座或夾盤(例如溫度感測器614)。可將適當的程式化反饋及控制演算法與來自此等感測器之數據一同使用，以維持理想的處理條件。前文描述在具有單一或多個腔室的半導體處理工具之中本發明實施例之實施。
在本質上前文的描述僅為說明性，並非意圖以任何方式限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容廣泛教示可以各種形式加以實施。因此，雖然本揭露內容包含特定的範例，本揭露內容之真實範圍不應受限於此，這是由於其它之修改隨著圖式、說明書、及以下專利範圍之研讀，將變得顯而易見。為清楚起見，在圖式中使用相同的標號以標識類似之元件。如本文所用的用語「A、B、與C的至少一者」應被解釋為邏輯上之(A或B或C)，使用邏輯上非互斥性之「或」。應當理解的是，可將方法中一或多個步驟以不同的順序(或同時)加以執行，而不改變本揭露內容之原理。
如本文所用，術語「控制器」係可包含或為下列之部分：特定功能積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)、電子電路、組合邏輯電路、可程式化閘陣列(FPGA)、執行指令碼之處理器(共享、專用、或群組之處理器)、提供以上所述之功能之其它合適之硬體部件、或上述全部或部分之組合，例如一系統晶片。術語「控制器」可包含記憶體 (共享、專用、或群組記憶體)，其儲存由處理器執行之指令碼。
如上所使用之術語「指令碼」可包含軟體、韌體、及/或微指令碼，並可關於程式、子程式、函數、類別、及/或物件。如上所使用的術語「共享」，意指可使用一單一(共享)處理器執行來自多個控制器部分或所有之指令碼。此外，來自多個控制器之部分或全部之指令碼可藉單一(共享)之記憶體加以儲存。如上所用的術語「群組」意指來自單一控制器之部分或全部指令碼可使用一群組之處理器加以執行。此外，來自一單一控制器之部分或所有的指令碼可使用一群組記憶體加以儲存。
20‧‧‧噴淋頭
24‧‧‧第一部分
25‧‧‧桿部
28‧‧‧第二部分
29‧‧‧基部
32‧‧‧氣體供應導管
36‧‧‧電極
36-1‧‧‧(電極)第一端部
36-2‧‧‧(電極)第二端部
40‧‧‧導體
41‧‧‧引線
42‧‧‧螺紋插入件
43‧‧‧固定件

Claims (11)

  1. 一種氣體擴散裝置，用於基板處理系統，該氣體擴散裝置包含：一射頻(RF)供電噴淋頭，包括一第一部分及一第二部分；該第一部分，(i)界定具有一第一入口與一第一出口的一氣體供應導管，並且(ii)包含一第二入口、一第二出口、及連接該第二入口與該第二出口之通道，其中該等通道接收非導電性流體以冷卻該第一部分；該第二部分，連接至該第一部分，該第二部分包含具有間隔開之孔的一擴散器面並且界定一腔，該腔與該氣體供應導管的該第一出口及該擴散器面流體連通；及一加熱器，與該第二部分接觸以將該第二部分加熱，其中該第一部分界定一外表面、一內表面、與一內腔，該氣體供應導管通過該內腔，且該等通道位於該氣體供應導管與該第一部分之該內表面之間，該第一部分包含複數折流板，該等複數折流板其中各者(i)自該氣體供應導管徑向向外延伸至該內表面且(ii)在該內腔內自該第二入口垂直延伸至該第二出口以界定該等通道，該等通道界定一蛇形路徑，以使該非導電性流體自該第二入口向下經過該等通道其中第一者而被引導朝向該第二出口，且自該等通道其中之該第一者向上經過該等通道其中第二者而被引導朝向該第二出口且在該第二入口的方向上，且該加熱器包括至少一加熱器電極，該至少一加熱器電極係設置在該第一部分的該等通道內。
  2. 如專利申請範圍第1項之氣體擴散裝置，更包含一射頻(RF)引線，連接至該第一部分。
  3. 如專利申請範圍第1項之氣體擴散裝置，其中該第一部分包含該噴淋頭之一桿部，且該第二部分包含該噴淋頭之一基部。
  4. 如專利申請範圍第3項之氣體擴散裝置，其中該加熱器更包含一加熱元 件部，其中該加熱元件部環繞該基部之周緣，且其中該加熱器電極係連接至該加熱元件部。
  5. 如專利申請範圍第4項之氣體擴散裝置，其中該基部包含：一上層；一中間層；及一下層，包含該擴散器面；其中將該加熱元件部設置在該上層與該中間層之間。
  6. 如專利申請範圍第5項之氣體擴散裝置，其中將該基部之該上層與該中間層加以真空硬焊。
  7. 如專利申請範圍第5項之氣體擴散裝置，更包含：一導體，通過該第一部分及該第二部分之該上層與該中間層之間；及一熱電耦，連接至該導體且配置於該第二部分之該中間層之中。
  8. 如專利申請範圍第7項之氣體擴散裝置，其中該熱電耦係與該中間層之徑向外緣相鄰。
  9. 一種基板處理系統，包含：申請專利範圍第7項所載之該氣體擴散裝置；及一控制器，用以藉由以下方法控制該氣體擴散裝置之溫度：依據來自該熱電耦之信號，將電流供給至該加熱元件部；及將處理氣體供給至該氣體供應導管，且將該非導電性流體供給至該第二入口。
  10. 一種基板處理系統，包含：一處理腔室；申請專利範圍第3項所載之該氣體擴散裝置；及一基座，將其配置成相鄰該氣體擴散裝置之該擴散器面。
  11. 如專利申請範圍第10項之基板處理系統，其中該基板處理系統執行電漿加強化學氣相沉積。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101327458B1 (ko) * 2012-01-10 2013-11-08 주식회사 유진테크 냉각 방식의 샤워헤드 및 이를 구비하는 기판 처리 장치
TWI654333B (zh) * 2013-12-18 2019-03-21 美商蘭姆研究公司 具有均勻性折流板之半導體基板處理設備
US10249511B2 (en) * 2014-06-27 2019-04-02 Lam Research Corporation Ceramic showerhead including central gas injector for tunable convective-diffusive gas flow in semiconductor substrate processing apparatus
JP6868616B2 (ja) * 2015-10-08 2021-05-12 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 背面でのプラズマ点火が低減されたシャワーヘッド
US10373794B2 (en) 2015-10-29 2019-08-06 Lam Research Corporation Systems and methods for filtering radio frequencies from a signal of a thermocouple and controlling a temperature of an electrode in a plasma chamber
JP1575661S (zh) * 2015-11-24 2017-05-08
US10313641B2 (en) 2015-12-04 2019-06-04 Google Llc Shift register with reduced wiring complexity
US10533251B2 (en) 2015-12-31 2020-01-14 Lam Research Corporation Actuator to dynamically adjust showerhead tilt in a semiconductor processing apparatus
US10190216B1 (en) 2017-07-25 2019-01-29 Lam Research Corporation Showerhead tilt mechanism
US10943768B2 (en) * 2018-04-20 2021-03-09 Applied Materials, Inc. Modular high-frequency source with integrated gas distribution
KR20220018591A (ko) * 2019-06-07 2022-02-15 램 리써치 코포레이션 멀티 스테이션 반도체 프로세싱에서 독립적으로 조정 가능한 플로우 경로 컨덕턴스
USD1013750S1 (en) * 2020-09-18 2024-02-06 Ksm Component Co., Ltd. Ceramic heater
USD1012997S1 (en) * 2020-09-18 2024-01-30 Ksm Component Co., Ltd. Ceramic heater
USD1012998S1 (en) * 2020-09-18 2024-01-30 Ksm Component Co., Ltd. Ceramic heater
USD998112S1 (en) * 2020-12-08 2023-09-05 Bromic Pty Limited Heater
WO2024039613A1 (en) * 2022-08-16 2024-02-22 Eugenus, Inc. Temperature-controlled showerhead assembly for cyclic vapor deposition

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2642857A (en) * 1949-03-30 1953-06-23 Leo N Walter Forced air flow air heating furnace
US20090095220A1 (en) * 2007-10-16 2009-04-16 Novellus Systems Inc. Temperature controlled showerhead

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2467741A (en) * 1947-09-30 1949-04-19 Westinghouse Electric Corp Heat exchange apparatus
US2646033A (en) * 1950-08-24 1953-07-21 Domenico A Marro Air-heating furnace with baffled annular air-heating passageway
US7232867B2 (en) * 2003-12-26 2007-06-19 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Process for producing vinyl chloride polymer
KR200454281Y1 (ko) * 2007-10-16 2011-06-23 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 온도 제어 샤워헤드
US9034142B2 (en) * 2009-12-18 2015-05-19 Novellus Systems, Inc. Temperature controlled showerhead for high temperature operations

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2642857A (en) * 1949-03-30 1953-06-23 Leo N Walter Forced air flow air heating furnace
US20090095220A1 (en) * 2007-10-16 2009-04-16 Novellus Systems Inc. Temperature controlled showerhead

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Publication number Publication date
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