TWI713657B - 用於hdp-cvd的具有擋板和噴嘴的冷卻氣體進料塊 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了用於減少在具有冷卻氣體進料塊的高溫處理腔室中的粒子污染形成的方法和設備的技術。該冷卻氣體進料塊具有主體。該主體具有主中心部分，該主中心部分具有頂表面和底表面。該主體還具有凸緣，該凸緣從該主中心部分的該底表面向外延伸。氣體通道穿過該主體設置。該氣體通道具有在該主中心部分的該頂表面中形成的入口和在該主中心部分的該底表面中形成的出口。該主體還具有中心冷卻劑通道。該中心冷卻劑通道具有第一部分和耦接至該第一部分的第二部分，該第一部分具有在該主中心部分的頂表面中形成的入口，該第二部分具有在該凸緣的側壁上形成的出口。

Description

用於HDP-CVD的具有擋板和噴嘴的冷卻氣體進料塊
本文所描述的實施方式一般涉及半導體製造，並且更具體來說，涉及保護處理設備不受腐蝕和污染。
在製造半導體元件期間，出於形成適宜用於最終用途的材料層和特徵的目的，基板可以在各種處理腔室中經歷各種操作。例如，該基板可以經歷若干沉積、退火、和蝕刻操作以及其他操作。該處理腔室由各種部件形成，該部件由含鋁化合物、含鋼化合物、含鎳化合物以及其他化合物形成。這些化合物可以另外含有鉻、鈦和鉬以及其他材料。
裝置小型化已使得在基板膜層中形成的裝置圖案的小尺寸更為關鍵。實現基板中的關鍵尺寸開始於對基板中的下層膜層具有良好黏附性的良好品質膜層。該處理設備最小化腔室環境中的污染物對基板的影響或在基板上形成，從而實現良好品質膜。
當形成電漿時，處理氣體的完全解離增強了在基板上所沉積的膜的品質。使用高溫提供了處理氣體的更完全解離，並且還提供了該高品質膜對基板的強黏附性。然而，在處理腔室的連續操作期間，在腔室中的腐蝕劑侵蝕腔室部件並產生殘留粒子，該殘留粒子增加了在處理腔室內部空間中的污染物濃度。隨著時間的推移，處理腔室內部空間中的殘留粒子的濃度趨於上升。在沉積環境中的殘留粒子最終會進入在基板上沉積的膜中並且不期望地促成製程污染和製程偏斜。為防止製程污染和製程偏斜，處理腔室環境可需要監測和週期性清潔。
由此，需要改良的腔室部件。
本文公開了用於減少具有冷卻氣體進料塊的高溫處理腔室中的粒子污染形成的方法和設備的技術。在一個實施方式中，該冷卻氣體進料塊具有主體。該主體具有主中心部分，該主中心部分具有頂表面和底表面。該主體還具有凸緣，該凸緣從該主中心部分的底表面向外延伸。氣體通道穿過該主體設置。該氣體通道具有在該主中心部分的頂表面中形成的入口和在該主中心部分的底表面中形成的出口。該主體還具有中心冷卻劑通道。該中心冷卻劑通道具有第一部分和耦接至該第一部分的第二部分，該第一部分具有在該主中心部分的頂表面中形成的入口，該第二部分具有在該凸緣的側壁上形成的出口。
在另一實施方式中，處理腔室具有腔室主體。蓋在該腔室主體上設置。至少一個氣體冷卻進料塊耦接至該腔室主體和蓋的至少一者的外部。該氣體冷卻進料塊具有主體。該主體具有主中心部分，該主中心部分具有頂表面和底表面。該主體還具有凸緣，該凸緣從該主中心部分的底表面向外延伸。氣體通道穿過該主體設置。該氣體通道具有在該主中心部分的頂表面中形成的入口和在該主中心部分的底表面中形成的出口。該主體還具有中心冷卻劑通道。該中心冷卻劑通道具有第一部分和耦接至該第一部分的第二部分，該第一部分具有在該主中心部分的頂表面中形成的入口，該第二部分具有在該凸緣的側壁上形成的出口。
在又一實施方式中，公開了一種將氣體提供至處理腔室中的方法。該方法開始於使第一冷卻劑流過冷卻氣體塊的中心線。處理氣體隨後偏離冷卻氣體塊的中心線流過冷卻氣體塊。最後，第二冷卻劑流過該處理氣流外側的通道。
現在將詳細參考實施方式，實施方式的實例在附圖中示出，附圖中示出了一些但不是全部的實施方式。實際上，該概念可以體現為許多不同形式，且本文不應理解為限制。在可能的情況下，使用類似的附圖標記來標示類似的部件或零件。
本文所公開的實施方式包括具有擋板和噴嘴的冷卻氣體進料塊。該冷卻氣體進料塊、擋板和噴嘴可被設置在使用高溫的處理腔室中，諸如化學氣相沉積(CVD)、高密度電漿化學氣相沉積(HDP-CVD)腔室、低壓化學氣相沉積(LP-CVD)腔室、或採用高溫和處理氣體的其他處理腔室。所公開的擋板和噴嘴具有防止該擋板和噴嘴被加熱至非常高的溫度的較低導熱率，非常高的溫度可能增加在操作和清潔期間該處理腔室中的粒子形成。對來自所公開的冷卻氣體進料塊的擋板和噴嘴和該冷卻氣體進料塊進行材料選擇有助於減少處理腔室中的粒子形成，該冷卻氣體進料塊具有冷卻通道以在低操作溫度下維持元件。以此方式，該噴嘴和擋板的壽命隨著在清潔(即，相關製程設備的停機時間)之間的平均時間的增大而延長。
圖1是處理腔室100的示意性正視圖，處理腔室100具有附接至擋板112和一個或多個噴嘴114的冷卻氣體進料塊110。處理腔室100可以是化學氣相沉積(CVD)處理腔室、熱絲化學氣相沉積(HWCVD)處理腔室、或用於高溫處理基板的其他真空腔室。在一個實施方式中，處理腔室100是高密度電漿化學氣相沉積(HDP-CVD)腔室。
處理腔室100包括腔室主體102，腔室主體102具有頂部106、腔室側壁104和耦接至地面124的腔室底部108。頂部106、腔室側壁104和腔室底部108界定內部處理空間140。腔室側壁104可以包括基板傳送口116以利於將基板118傳送進出處理腔室100。基板傳送口116可以耦接至傳送腔室和/或基板處理系統的其他腔室。
腔室主體102和處理腔室100的相關部件的尺寸不受限制且一般成比例地大於其中待處理的基板118的大小。基板大小的實例包括200 mm直徑、250 mm直徑、300 mm直徑和450 mm直徑以及其他大小。
泵送口182可以在腔室底部108中形成。泵送裝置184耦接至泵送口182以排空並控制處理腔室100的內部處理空間140中的壓力。泵送裝置184可以包括一個或多個節流閥、低真空泵、羅茨(roots)鼓風機、渦輪分子泵或適用於控制內部處理空間140中的壓力的其他相似設備。
用以固持基板118的底座134可設置在內部處理空間140中。底座134可由腔室側壁104或腔室底部108支撐。底座134可以具有冷卻流體通道和對本發明來說不關鍵的其他常規特徵。底座134可以包括基板支撐件132。基板支撐件132可以是加熱器、靜電卡盤(ESC)或用以在處理期間支援基板118或將基板118卡緊至底座134的其他適宜元件。基板支撐件132可以由介電材料（例如陶瓷材料，諸如氮化鋁(AIN)以及其他適宜材料）形成。基板支撐件132可以包括連接至卡緊電源的卡緊電極（未圖示）。基板支撐件132可以另外或替代地包括連接至加熱器電源的加熱器電極（未圖示）。基板支撐件132可以使用靜電引力來將基板118固持至基板支撐件132並在處理腔室100中處理期間對基板118施加熱量。
頂部線圈128和/或側面線圈126可設置在處理腔室100的腔室主體102上。頂部線圈128和側面線圈126可以連接至一個或多個射頻(RF)電源（未圖示）。頂部線圈128和側面線圈126誘發該處理空間中的電磁場以維持由處理氣體形成的電漿。
氣體面板180透過噴嘴114和/或擋板112將處理氣體和其他氣體供應至腔室主體102的內部處理空間140內。氣體面板180可經配置用以提供一個或多個處理氣體源、惰性氣體、非反應性氣體、反應性氣體、或清潔氣體（若需要）。可以由氣體面板180提供的處理氣體的實例包括但不限於，含矽(Si)氣體、碳前驅體和含氮氣體。在一個實施方式中，該氣體面板提供清潔氣體諸如三氟化氮(NF3 )。
擋板112可以透過冷卻氣體進料塊110中的一個冷卻氣體進料塊附接至氣體面板180。擋板112可設置為穿過處理腔室100的圓頂122並在基板支撐件132上方與基板支撐件132相間隔。由氣體面板180提供的一種或多種處理氣體可供應反應性物質穿過擋板112進入內部處理空間140中。擋板112可暴露於內部處理空間140和其中所形成的電漿的高溫並由該高溫加熱。擋板112的溫度可以由冷卻氣體進料塊110調節。另外，擋板112可以由具有低導熱率的材料形成以助於調節擋板112的溫度。例如，擋板112可以由氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )或其他適宜材料形成。替代地，擋板112可以由設置成穿過圓頂122的一個或多個噴嘴114替代。
噴嘴114可以透過對應冷卻氣體進料塊110附接至氣體面板180。噴嘴114可設置在環152上，該環152在鄰近於腔室側壁104處圍繞內部處理空間140。替代地，噴嘴114可設置成穿過腔室側壁104並由腔室側壁104支撐。另外，如上所述，噴嘴114可設置成穿過圓頂122。設置成穿過腔室側壁104的噴嘴114可圍繞內部處理空間140以控制在處理腔室100的整個內部處理空間140中從噴嘴114中流出的處理氣體的濃度。以此方式，可控制從處理氣體產生的離子在處理腔室100中經處理的基板118表面上的濃度和分佈。例如，在約4個與24個或更多個之間的噴嘴114，諸如18個噴嘴114，可以更小分組間隔、等距間隔、或以圍繞內部處理空間140的其他適宜配置間隔。噴嘴114可暴露於內部處理空間140和其中所形成的電漿的高溫並由該高溫加熱。噴嘴114的溫度可以由冷卻氣體進料塊110調節。另外，噴嘴114可以由具有低導熱率的材料形成以助於調節噴嘴114的溫度。例如，噴嘴114可以由氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )或其他適宜材料形成。
在基板118的處理期間，噴嘴114和擋板112暴露於處理腔室100的內部處理空間140中的高溫，諸如超過400℃的溫度。在清潔操作期間清潔氣體如氟可被引入至噴嘴114和擋板112的暴露於內部處理空間140的部分。在高溫（諸如大於400℃）下處理腔室100內由AlF和SiO2 構成的濺射材料的堆積可導致在清潔迴圈期間形成氟化鋁(AlF3 )並且還因沉積期間矽烷熱解導致形成氟化鋁。冷卻氣體進料塊110有助於將噴嘴114和擋板112的溫度維持於低於400℃的溫度以防止形成AlF3 粒子，即污染物。
在於大於400℃的溫度下處理腔室中的粒子形成的顯著原因是氟離子侵蝕鋁腔室部件。例如，在超過400℃的溫度下，由Al2 O3 形成的腔室部件被從NF3 清潔氣體產生的氟粒子(F-)侵蝕並生成副產物AlF3 和O2 。AlF3 的形成可以透過將Al2 O3 腔室部件的溫度降低至低於400℃來減輕。另外，可用除Al2 O3 以外的材料形成腔室部件來減少AlF3 形成。
圖2是圖1所示的冷卻氣體進料塊110中的一個冷卻氣體進料塊的示意性仰視圖。冷卻氣體進料塊110經配置用於將腔室部件（諸如噴嘴114和擋板112）的溫度降低至小於約400℃以減少AlF3 形成。冷卻氣體進料塊110具有主體202。主體202具有底表面218。主體202可具有適於與氣體管線對接的形狀，該氣體管線連接至氣體面板180、處理腔室100，以及噴嘴114或擋板112的任一者。例如，主體202的底表面218大體上可以是矩形、三角形、圓形、或任何其他適宜形狀。主體202具有穿過其設置的氣體通道210。來自氣體面板180的處理和清潔氣體移動穿過氣體通道210和噴嘴114而進入處理腔室100中。
多個安裝點224、225、226可以形成於主體202的外周邊252處。在圖3中該安裝點224、225、226示出為在凸緣349上。安裝點224、225、226可為通孔、凸耳、或適於將冷卻氣體進料塊110附接至處理腔室100的其他特徵。
凹陷表面216可以形成至底表面218中。凹陷表面216可經研磨、鑄造、印刷或用其他適宜製造技術形成。可選地，多個套管214可設置在主體202的凹陷表面216部分中。套管214經配置以接受緊固件，該緊固件用以將冷卻氣體進料塊110附接至處理腔室100的部件，諸如噴嘴114或擋板112。
墊片槽212可形成於凹陷表面216中。墊片槽212可以成形為圓形或其他多邊形環狀，以經配置用以在其中接受密封件，諸如墊片、O形環，或適用於使主體202的內部部分232與外部部分234流體隔離的其他密封件。在一個實施方式中，墊片槽212接受O形環以流體密封內部部分232並防止流過氣體通道210的氣體逸出至冷卻氣體進料塊110的外部部分234中。噴嘴114或擋板112可附接至主體202中的套管214並壓縮墊片槽212中的墊片以形成不漏流體的密封。
圖3是穿過截面線3-3所截取的圖2的冷卻氣體進料塊110的橫截面圖。圖3示出冷卻氣體進料塊110中的氣體和冷卻通道。冷卻氣體進料塊110的主體202具有中心部分372。凸緣349從主體202的中心部分372延伸。主體202具有頂部318。頂部318流體附接至氣體面板180。氣體通道210從底表面218延伸至冷卻氣體進料塊110的頂部318。氣體面板180可附接至冷卻氣體進料塊110的頂部318以將氣體供應至設置於底表面218處的處理腔室100。
氣體通道210可具有在頂部318處的弧形頂部歧管394。該氣體通道可具有在底表面218處的弧形底部歧管392。在一個實施方式中，弧形底部歧管392可以沿著主體的中心部分372的中心線340封閉。在另一實施方式中，凹陷312可形成於底表面218中並且弧形底部歧管392可以沿著主體的中心部分372的中心線340敞開。中心導管390可以流體連接頂部歧管394和底部歧管392。
更多冷卻通道中的一個冷卻通道設置成穿過冷卻氣體進料塊110的主體202以維持冷卻氣體進料塊110的溫度。中心冷卻劑通道320設置成至少部分地穿過主體202的中心線340。中心冷卻劑通道320可以具有大體上平行於氣體通道210的第二部分322。主體202的內壁362設置在氣體通道210與中心冷卻劑通道320之間。流過第二部分322的冷卻流體可以在與流過氣體通道210的處理氣體的方向相反的方向中流動。第二部分322調節流過冷卻氣體進料塊110的氣體的溫度。
側面冷卻劑口332可以設置在主體202的外周邊252上。例如，側面冷卻劑口332可形成在凸緣349上。密封壓蓋334可圍繞側面冷卻劑口332設置以流體連接側面冷卻劑口332與冷卻劑來源。側面冷卻劑口332在主體202中流體連接至中心冷卻劑通道320的第一部分324。第一部分324可以大體上平行於冷卻氣體進料塊110的底表面218。冷卻劑流入側面冷卻劑口332中並穿過中心冷卻劑通道320的第一部分324以調節冷卻氣體進料塊110的主體202在底表面218處的溫度並且由此調節附接至其的噴嘴114或擋板112的溫度。
穿過中心冷卻劑通道320的冷卻流體的流動可以是從第一部分324至第二部分322。第一部分324可以呈一角度連接至第二部分。該角度可以在約80度和約100度之間，諸如約90度。有益地，在調節流過氣體通道210的處理氣體的較低溫度之前，該冷卻劑的流動調節噴嘴114、腔室主體102或擋板112的較高溫度。以此方式，冷卻氣體進料塊110從噴嘴114或擋板112去除了更多熱量。
冷卻劑通道342可設置成穿過冷卻氣體進料塊110的主體202。冷卻劑通道342可形成於主體202的中心部分372中。例如，冷卻劑通道342可以透過添加製造(additive manufacture)（諸如3D印刷、研磨或其他適宜方法）形成。在其中製造製程是減去材料的形成方法（諸如研磨）中，插塞398可以密封冷卻劑通道342並且防止冷卻劑從其中洩漏。第二側面冷卻劑口344可以設置在主體202的外周邊252上。例如，第二側面冷卻劑口344可以形成在凸緣349上。第二側面冷卻劑口344流體連接至冷卻劑通道342。主體202的外壁364設置在氣體通道210與冷卻劑通道342之間。冷卻劑可以流入第二側面冷卻劑口344中並穿過冷卻劑通道342以調節冷卻氣體進料塊110的主體202的溫度。
鄰近氣體通道210設置的內壁362在流過氣體通道210的處理和冷卻氣體與流過中心冷卻劑通道320的冷卻劑之間進行熱傳遞。鄰近冷卻劑通道342和氣體通道210設置的外壁364還可以在流過氣體通道210的處理和冷卻氣體與流過冷卻劑通道342的冷卻劑之間進行熱傳遞。以此方式，處理和清潔氣體的溫度可被維持並且該處理和清潔氣體的溫度大體上調節附接至冷卻氣體進料塊110的噴嘴114和/或擋板112的溫度。
主體202可以由促進熱傳遞的材料形成。例如，主體202可以由鋁形成，具有冷卻通道，諸如中心冷卻劑通道320和冷卻劑通道342，從而從冷卻氣體進料塊110帶走熱量。主體202可以由單質量材料形成以促進有效熱傳遞。因此，冷卻氣體進料塊110可以充當附接至其的腔室部件（諸如噴嘴114和擋板112）的散熱件。主體202可以透過機械加工和熔接製造為2件或透過3D印刷製造為單件。
圖4是圖2的冷卻氣體進料塊110的示意性俯視圖。頂部318可以具有凸起部分414。凸起部分414可以提供給主體202額外品質，以當冷卻流體流過其中時幫助調節冷卻氣體進料塊110的溫度。凸起部分414可以具有頂表面416。在一個實施方式中，冷卻劑通道342設置至頂表面416中。冷卻劑通道342可以透過添加製造技術或其他適宜方法如研磨或鑄造形成。該冷卻通道可以抵靠腔室側壁104、圓頂122或其他腔室部件密封。流過冷卻劑通道342的冷卻劑可以與噴嘴114或擋板112接觸並從該腔室部件去除熱量。替代地，冷卻劑通道342可以設置在主體202中並在頂表面416下方。流過冷卻劑通道342的冷卻劑可以從冷卻氣體進料塊110的主體202去除熱量。噴嘴114或擋板112可以由冷卻氣體進料塊110透過傳導來冷卻。
冷卻氣體進料塊110可以由此將所附接的腔室部件和處理氣體的溫度良好地維持在低於400℃。該冷卻處理氣體還可以提供對噴嘴114或擋板112的冷卻以將噴嘴114或擋板112的溫度維持在低於約400℃。
圖5是圖1所示的噴嘴114中的一個噴嘴的示意性側視圖。噴嘴114具有主體510。噴嘴114的主體510可以由陶瓷材料形成。例如，主體510可以由氧化鋁、氮化鋁、氧化釔、或其他適宜材料形成。在一個實施方式中，噴嘴114的主體510由氮化鋁形成。由氧化鋁形成的噴嘴114具有小於約15 W/mK的低導熱率值並在比用氮化鋁形成的那些噴嘴更高的溫度下執行。由氮化鋁形成的噴嘴114具有大於約120 W/MK的非常高的導熱率並且在處理腔室100中的電漿操作期間不會升溫。因此，用氮化鋁形成噴嘴114有助於減少在溫度超過400℃的處理腔室100中產生的粒子，這繼而有助於降低處理腔室100中關於基板處理的缺陷。
噴嘴114的主體510可經噴砂處理或具有其上形成的特徵。例如，可以在製造期間在噴嘴114上印刷紋理。替代地，噴砂處理可以從AlOx 去除結合材料以形成數微米厚的保護層。粗糙化噴嘴114的表面另外促進粒子黏附以使處理腔室中來自噴嘴114的粒子污染降低約15%至約20%。在一個實施方式中，噴嘴114（和擋板112）的表面的平均粗糙度(Ra)可以是約1.18微米。另外，噴嘴114（和擋板112）的表面的峰粗糙度(Ry)可以是約9.5微米。
氣體通道530可以沿著主體510的中心線501形成。主體510具有頭部508和基部506。氣體口520形成在基部506中並透過氣體通道530流體連接至頭部508中的噴嘴尖頭570。處理或清潔氣體可以從冷卻氣體進料塊110流動穿過噴嘴114的氣體口520、穿過氣體通道530並流出噴嘴尖頭570而進入處理腔室100中。例如，NF3 可以流動穿過噴嘴114而進入處理腔室100中以清潔處理腔室100。
噴嘴尖頭570可以具有一個或多個內部輪廓以影響穿過氣體通道530流入處理腔室100中的氣體的速度和/或壓力。圖5A至圖5D是描繪圖5所示的噴嘴尖頭570的內部輪廓的示意性側視圖。圖5A至圖5D是噴嘴尖頭570的個別實施方式，其中流過氣體通道530的氣體的速度和壓力可在離開噴嘴尖頭570後改變。圖5A至圖5D將在本文中一起論述。
氣體通道530一般是圓柱形的並且具有外周邊503。氣體通道530具有從外周邊503向內朝向中心線501延伸的錐形部分505。錐形部分506從外周邊503延伸至噴嘴114的頭部508處的出口572。錐形部分506一般將在氣體通道530中的流的橫截面積從對應於外周邊503的較大區域531降低至對應於出口572的較小區域532。較大區域531處的氣體壓力大於較小區域532處的氣體壓力。類似地，較大區域531處的氣體速度小於較小區域532處的氣體速度。在一個實施方式中，較大區域531可以具有約1.014英寸的直徑且較小區域532可以具有約2.120英寸的直徑。
氣體通道530可以任選地具有從外周邊503延伸並與氣體通道530流體連通的突起560。例如，穿過氣體通道530的氣體流動581可以延伸入突起560中。垂線502示出於噴嘴尖頭570中。垂線502呈90度與中心線501相交，即，與中心線501以及外周邊503垂直。垂線502一般可以在突起560與外周邊503的交叉處平分突起560。突起560可以是圓形或橢圓形、或任何適宜形狀。噴嘴114的內部輪廓，並且具體地突起560，可以透過燒結、鑄造、3D印刷或其他適宜技術形成。
突起560的取向、或噴嘴尖頭570是否具有此特徵可影響流過噴嘴114的流體的流動特性。可以透過修改噴嘴內部流動輪廓，諸如透過添加不同配置突起560，來在出口572處控制或修改穿過氣體通道530的流動，諸如速度或壓力。這有利於較大或需要返工的噴嘴114，因為氣體噴嘴114可經修改以實現穿過其中的氣體的所需流速。穿過噴嘴114的流體的流速可以透過修改噴嘴尖頭在約97%至約103%之間變化。修理和/或返工噴嘴114可以使用內部輪廓（諸如圖5A至圖5D所示）而非刮削噴嘴114來完成。
作為下文圖5A至圖5D論述的組成部分進行的對排氣速度和壓力的計算假設氣體噴嘴114在較大區域531中具有約2.120英寸的直徑並且在較小區域532中具有約1.014英寸的直徑。然而，應當理解，該發現可以延用於不同大小的氣體噴嘴114。圖5A示出噴嘴尖頭570的一個實施方式。噴嘴尖頭570上的突起560與垂線502成角度562定向。在一個實施方式中，突起560與垂線502所呈的角度562是在朝向基部506約15度至約60度之間，諸如朝向基部506約45度。對於具有朝向基部506呈約45度的角度562的突起560的氣體噴嘴114，離開噴嘴尖頭570的出口572的氣體的速度是約3.248 m/s且該氣體的壓力是約0.1106托。
圖5B示出噴嘴尖頭570的另一實施方式。噴嘴尖頭570上的突起560與垂線502呈角度564定向。在一個實施方式中，突起560與垂線502所呈的角度564是在朝向氣體噴嘴114的頭部508約15度至約60度之間，諸如朝向氣體噴嘴114的頭部508約45度。對於具有朝向基部506呈約45度的角度562的突起560的氣體噴嘴114，離開噴嘴尖頭570的出口572的氣體的速度是約2.875 m/s且該氣體的壓力是約0.1129托。圖5B中示出的噴嘴尖頭570的排出氣體的速度比圖5A中示出的噴嘴尖頭570增大約11.45%。另外，圖5B中示出的噴嘴尖頭570的排出氣體的壓力比圖5A中示出的噴嘴尖頭570減小約2.08%。
圖5C示出噴嘴尖頭570的一個實施方式。噴嘴尖頭570上的突起560與垂線502對齊。對於具有與垂線502對齊的突起560的氣體噴嘴114，排出噴嘴尖頭570的出口572的氣體的速度是約3.242 m/s且該氣體的壓力是約0.1106托。圖5C中示出的噴嘴尖頭570的排出氣體的速度比圖5A中示出的噴嘴尖頭570增大約0.18%。另外，圖5C中示出的噴嘴尖頭570與圖5A中示出的噴嘴尖頭570相比大體上不具有排出氣體壓力變化，例如，壓力變化是約0.00%。
圖5D示出噴嘴尖頭570的一個實施方式。對於不具有突起的氣體噴嘴114（如圖5A至圖5C所示），排出噴嘴尖頭570的出口572的氣體的速度是約3.252 m/s且該氣體的壓力是約0.1106托。圖5D中示出的噴嘴尖頭570的排出氣體的速度比圖5A中示出的噴嘴尖頭570略微增大約0.18%。另外，圖5D中示出的噴嘴尖頭570與圖5A中示出的噴嘴尖頭570相比大體上不具有排出氣體壓力變化，例如，壓力變化是約0.00%。
因此，可以由圖5A至圖5D示出，排出噴嘴尖頭570的氣體的速度和壓力可以透過改變噴嘴尖頭570的內部輪廓來獨立控制。
圖6是圖1所示的擋板112的橫截面圖。擋板112具有主體602。主體602具有基部606。主體602還可以具有凸緣632。一個或多個緊固件634可形成在凸緣632上或穿過凸緣632。緊固件634可以有助於將擋板112固定至處理腔室100。例如，緊固件634可以將擋板112固定至圓頂122。緊固件634可以是凸型或凹型配件、孔、或適用於將擋板112附接至處理腔室100的其他特徵。在一個實施方式中，緊固件634是適當地經配置用於接受螺釘或其他裝置的通孔。在另一實施方式中，緊固件634可以是凸型套管，該凸型套管被鍵接至處理腔室100上的對應凹型配件。
氣體口620可以從基部606穿過主體602並穿過凸緣632形成。氣體口620流體連接至氣室618。該氣室設置在凸緣632與頭部608之間。頭部608具有一個或多個排氣口610。排氣口610將氣室618流體連接至處理腔室100的內部處理空間140。處理或清潔氣體可以從冷卻氣體進料塊110穿過擋板112並流出排氣口610而進入處理腔室100中。例如，NF3 可以穿過擋板112流入處理腔室100中以清潔處理腔室100。
擋板112的主體602可以由陶瓷材料形成。例如，主體602可以由氧化鋁、氮化鋁、氧化釔、或其他適宜材料形成。在一個實施方式中，擋板112的主體602由氮化鋁(AlN)形成。AlN主體602可以具有約3.3克/平方釐米的體積密度和約小於160百萬分率(ppm)的矽(Si)、約小於3 ppm的鎂(Mg)、約小於180 ppm的鈣(Ca)、約小於30 ppm的鈦(Ti)、和約小於20 ppm的鐵(Fe)的微量元素。由氧化鋁形成的擋板112具有小於約15 W/mK的低導熱率值並在比由AlN形成的擋板112更高的溫度下執行。由AlN形成的擋板112具有大於約120 W/mK的非常高的導熱率，諸如約140±20 W/mK，且在處理腔室100中的電漿操作期間不會升溫。因此，用氮化鋁形成擋板112有助於減少在溫度超過400℃的處理腔室100中產生的粒子，這繼而有助於降低處理腔室100中關於基板處理的缺陷。
擋板112的主體602可經噴砂處理。該噴砂處理可以從AlOx 去除結合材料以形成數微米厚的保護層。粗糙化擋板112的表面另外促進粒子黏附以將處理腔室中來自擋板112的粒子污染降低約15%至約20%。
有益地，噴嘴114和擋板112均由氮化鋁形成以改善（即，減少）處理腔室100的內部處理空間140中的粒子產生。這增加了噴嘴114和擋板112的導熱率。冷卻氣體進料塊110被設計以用於200 mm HDP-CVD處理系統，但是改善可延用於其他處理系統。冷卻氣體進料塊110具有在鋁氣體進料塊中的冷卻通道以助於維持噴嘴114和擋板112的低操作溫度。因此，冷卻氣體進料塊110、噴嘴114和擋板112最小化處理系統中的粒子產生並延長維護之間的平均時間和減少經處理的基板中的缺陷。
圖7是將氣體提供至處理腔室中的方法700的方框圖。方法700開始於方框710，使第一冷卻劑流過冷卻氣體塊的中心線。在方法700的方框720中，處理氣體偏離該冷卻氣體塊的中心線流過冷卻氣體塊。在方框730中，第二冷卻劑流過處理氣流外側的通道。
儘管前文涉及本發明的實施方式，但可在不脫離本發明的基本範圍的情況下設計本發明的其他和進一步實施方式，且本發明的範圍由隨附申請專利範圍確定。
100‧‧‧處理腔室102‧‧‧腔室主體104‧‧‧腔室側壁108‧‧‧腔室底部110‧‧‧冷卻氣體進料塊112‧‧‧擋板114‧‧‧噴嘴116‧‧‧基板傳送口118‧‧‧基板122‧‧‧圓頂124‧‧‧地面126‧‧‧側面線圈128‧‧‧頂部線圈132‧‧‧基板支撐件134‧‧‧底座140‧‧‧內部處理空間152‧‧‧環180‧‧‧氣體面板182‧‧‧泵送口184‧‧‧泵送裝置202‧‧‧主體210‧‧‧氣體通道212‧‧‧墊片槽214‧‧‧套管216‧‧‧凹陷表面218‧‧‧底表面224‧‧‧安裝點225‧‧‧安裝點226‧‧‧安裝點232‧‧‧內部部分234‧‧‧外部部分252‧‧‧外周邊312‧‧‧凹陷318‧‧‧頂部320‧‧‧中心冷卻劑通道322‧‧‧第二部分324‧‧‧第一部分332‧‧‧側面冷卻劑口334‧‧‧密封壓蓋340‧‧‧中心線342‧‧‧冷卻劑通道344‧‧‧第二側面冷卻劑口349‧‧‧凸緣362‧‧‧內壁364‧‧‧外壁372‧‧‧中心部分390‧‧‧中心導管392‧‧‧弧形底部歧管398‧‧‧插塞414‧‧‧凸起部分416‧‧‧頂表面501‧‧‧中心線502‧‧‧垂線503‧‧‧外周邊505‧‧‧錐形部分506‧‧‧基部508‧‧‧頭部510‧‧‧主體520‧‧‧氣體口531‧‧‧較大區域532‧‧‧較小區域560‧‧‧突起562‧‧‧角度564‧‧‧角度570‧‧‧噴嘴尖頭572‧‧‧出口602‧‧‧主體606‧‧‧基部608‧‧‧頭部610‧‧‧排氣口618‧‧‧氣室620‧‧‧氣體口632‧‧‧凸緣634‧‧‧緊固件700‧‧‧方法710‧‧‧方框720‧‧‧方框730‧‧‧方框
因此，為了能夠詳細理解本公開內容的上述特徵結構所用方式，上文所簡要概述的本公開內容的更具體的描述可以參考各個實施方式進行，該實施方式中的一些示出於附圖中。然而，應當注意，附圖僅示出本公開內容的典型實施方式，並且因此不應視為限制本公開內容的範圍，且本公開內容可允許其他等效實施方式。
圖1是示例性處理腔室的示意性正視圖，該示例性處理腔室具有附接至氣體擋板和一個或多個氣體噴嘴的冷卻氣體進料塊。
圖2是圖1所示的冷卻氣體進料塊之一的示意性仰視圖。
圖3是圖2的冷卻氣體進料塊的橫截面圖。
圖4是圖2的冷卻氣體進料塊的示意性俯視圖。
圖5是圖1所示的氣體噴嘴之一的示意性側視圖。
圖5A至圖5D是描繪圖5所示的噴嘴尖頭的內部輪廓的示意性側視圖。
圖6是圖1所示的氣體擋板的橫截面圖。
圖7是將氣體提供至處理腔室內的方法的方框圖。
為了便於理解，在儘可能的情況下，使用相同的附圖標記來標示圖中共有的相同元件。可以預期一個實施方式的元件和特徵可以有益地併入其他實施方式中而無須贅述。將在隨後的詳細描述中提出附加特徵和優點，並且該附加特徵和優點透過該描述將對本領域中的技術人員顯而易見或透過實踐如本文所述的實施方式本領域中的技術人員將清楚地認識到該附加特徵和優點，本文所述的實施方式包括以下詳細描述、申請專利範圍、以及附圖。
應當理解以上概述和以下詳述均呈現實施方式，並且意欲提供用於理解本公開內容的性質和特性的綜述或框架。包括附圖以提供進一步理解，並且附圖併入本說明書並組成本說明書的一部分。附圖示出各種實施方式，並且與描述一起用於解釋本發明的原理和操作。
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(請換頁單獨記載) 無
202‧‧‧主體
210‧‧‧氣體通道
212‧‧‧墊片槽
218‧‧‧底表面
226‧‧‧安裝點
232‧‧‧內部部分
252‧‧‧外周邊
312‧‧‧凹陷
318‧‧‧頂部
320‧‧‧中心冷卻劑通道
322‧‧‧第二部分
324‧‧‧第一部分
332‧‧‧側面冷卻劑口
334‧‧‧密封壓蓋
340‧‧‧中心線
342‧‧‧冷卻劑通道
344‧‧‧第二側面冷卻劑口
349‧‧‧凸緣
362‧‧‧內壁
364‧‧‧外壁
372‧‧‧中心部分
390‧‧‧中心導管
392‧‧‧弧形底部歧管
398‧‧‧插塞

Claims (18)

  1. 一種冷卻氣體進料塊，該冷卻氣體進料塊包括：一主體，該主體包括：一主中心部分，該主中心部分具有一最頂表面、一頂表面和一底表面；以及一凸緣，該凸緣從該主中心部分的該底表面向外延伸；一氣體通道，該氣體通道穿過該主體設置，該氣體通道具有在該主中心部分的該頂表面中形成的一入口和在該主中心部分的該底表面中形成的一出口；以及一中心冷卻劑通道，該中心冷卻劑通道包括：一第一部分，該第一部分具有在該凸緣的一側壁上形成的一入口；以及一第二部分，該第二部分耦接至該第一部分，該第二部分具有在該主中心部分的該最頂表面中形成的一出口。
  2. 請求項1所述的冷卻氣體進料塊，進一步包括：一外部冷卻劑通道，該外部冷卻劑通道設置成相對於該主中心部分的一中心線在該中心冷卻劑通道外 側。
  3. 如請求項2所述的冷卻氣體進料塊，其中該外部冷卻劑通道進一步包括：一第一弧形歧管；以及一第二弧形歧管，該第二弧形歧管透過一內部導管流體連接至該第一弧形歧管。
  4. 如請求項2所述的冷卻氣體進料塊，其中該氣體通道在該外部冷卻劑通道與該中心冷卻劑通道之間。
  5. 如請求項1所述的冷卻氣體進料塊，其中該中心冷卻劑通道的該第二部分形成在該主中心部分的一中心線上。
  6. 如請求項5所述的冷卻氣體進料塊，其中該第二部分未穿過該底表面。
  7. 如請求項1所述的冷卻氣體進料塊，其中該第一部分平行於該底表面。
  8. 如請求項1所述的冷卻氣體進料塊，其中該主中心部分具有在該底表面中形成的一凹陷。
  9. 如請求項8所述的冷卻氣體進料塊，其中該第一部分鄰近該凹陷。
  10. 一種處理腔室，該處理腔室包括：一腔室主體； 一蓋，該蓋設置在該腔室主體上；至少一個氣體冷卻進料塊，該氣體冷卻進料塊耦接至該腔室主體和該蓋的至少一者的一外部，該氣體冷卻進料塊包括：一主體，該主體包括：一主中心部分，該主中心部分具有一最頂表面、一頂表面和一底表面；以及一凸緣，該凸緣從該主中心部分的該底表面向外延伸；一氣體通道，該氣體通道穿過該主體設置，該氣體通道具有在該主中心部分的該頂表面中形成的一入口和在該主中心部分的該底表面中形成的一出口；以及一中心冷卻劑通道，該中心冷卻劑通道包括：一第一部分，該第一部分具有在該凸緣的一側壁上形成的一入口；以及一第二部分，該第二部分耦接至該第一部分，該第二部分具有在該主中心部分的該最頂表面中形成的一出口。
  11. 如請求項10所述的處理腔室，進一步包括：一噴嘴，該噴嘴設置在該腔室主體的一內部上，其 中至該腔室主體的該內部中的一氣體通道延伸穿過該氣體冷卻進料塊和該噴嘴。
  12. 如請求項11所述的處理腔室，其中該噴嘴具有暴露於該腔室主體的該內部的一紋理。
  13. 如請求項12所述的處理腔室，其中該紋理具有1.18微米的一平均粗糙度。
  14. 如請求項10所述的處理腔室，進一步包括：一擋板，該擋板設置在該腔室主體的一內部上，其中至該腔室主體的該內部中的一氣體通道延伸穿過氣體冷卻進料塊和該擋板。
  15. 如請求項14所述的處理腔室，其中該擋板具有暴露至該腔室主體的該內部的一紋理。
  16. 如請求項14所述的處理腔室，其中該擋板設置在該蓋上。
  17. 如請求項10所述的處理腔室，其中各個氣體冷卻進料塊與一個噴嘴或擋板相關。
  18. 一種用於將氣體提供至一處理腔室中的方法，該方法包括以下步驟：使一第一冷卻劑流過一冷卻氣體塊的一中心線；使一處理氣體偏離該冷卻氣體塊的該中心線流過該冷卻氣體塊； 使一第二冷卻劑流過在該處理氣體的流動外側的一通道；以及使該第一冷卻劑以一方向流過一中心冷卻劑通道，該方向與該處理氣體的流動的一方向不同，該中心冷卻劑通道包括：一第一部分，該第一部分具有穿過一凸緣的一側壁形成的一入口，該凸緣從該冷卻氣體塊的一底表面向外延伸；以及一第二部分，該第二部分耦接至該第一部分，該第二部分具有在該冷卻氣體塊的一最頂表面中形成的一出口。
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