CN115398616A - 用于衬底处理***的高精度边缘环对中 - Google Patents
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Abstract
一种用于等离子处理***的边缘环对中***包括处理室,其包括衬底支撑件和R个边缘环形升降销,其中R是大于或等于3的整数。边缘环包括位于其底面的P个凹槽,其中P为大于或等于R的整数。机械手臂包括末端执行器。控制器被配置为:使所述光学传感器感测所述边缘环在所述末端执行器上的第一位置;使所述机械手臂将所述边缘环传送到所述边缘环升降销上的第一中心位置;从所述边缘环升降销中取出所述边缘环;以及使所述光学传感器感测所述边缘环在所述末端执行器上的第二位置。
Description
技术领域
本公开涉及用于衬底处理***的边缘环对中,更具体地涉及用于等离子体处理***的可移除边缘环的高精度对中。
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***可用于处理诸如半导体晶片之类的衬底。可以在衬底上执行的示例性处理包括但不限于化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、导体蚀刻和/或其他蚀刻、沉积或清洁工艺。衬底可以布置在衬底处理***的处理室中的衬底支撑件上,衬底支撑件例如基座、静电卡盘(ESC)等。在蚀刻期间,可以将包括一种或多种前体的气体混合物引入处理室,并且可以使用等离子体来引发化学反应。
衬底支撑件可以包括布置成支撑衬底的陶瓷层。例如,衬底可以在处理期间被静电夹持到陶瓷层。衬底支撑件可以包括围绕衬底支撑件的外部(例如,在周边之外和/或周边附近)布置的边缘环。可以提供边缘环以限制和/或成形位于衬底上方的等离子体并提高蚀刻均匀性。
发明内容
一种用于等离子处理***的边缘环对中***包括处理室,其包括衬底支撑件和R个边缘环形升降销,其中R是大于或等于3的整数。边缘环包括位于其底面的P个凹槽,其中P为大于或等于R的整数。机械手臂包括末端执行器。控制器被配置为:使所述光学传感器感测所述边缘环在所述末端执行器上的第一位置;使所述机械手臂将所述边缘环传送到所述边缘环升降销上的第一中心位置;从所述边缘环升降销中取出所述边缘环;以及使所述光学传感器感测所述边缘环在所述末端执行器上的第二位置。
在其他特征中,所述控制器还被配置为基于所述第二位置和所述第一位置之间的差产生第一偏移。所述控制器还被配置为基于所述第一中心位置和所述第一偏移生成用于所述边缘环的第一调整后的中心位置。
在其他特征中,所述控制器还被配置为:使所述机械手臂基于所述第一调整后的中心位置将所述边缘环传送到所述边缘环升降销上;从所述边缘环升降销取出所述边缘环;以及使所述光学传感器感测所述边缘环在所述机械手臂上的第三位置。
在其他特征中,所述控制器还被配置为基于所述第三位置和所述第二位置之间的差产生第二偏移。所述控制器还被配置为基于所述第一调整后的中心位置和所述第二偏移来生成第二调整后的中心位置。
在其他特征中,所述控制器还被配置为:使所述机械手臂基于所述第二调整后的中心位置将所述边缘环输送到所述边缘环升降销上;从所述边缘环升降销取出所述边缘环;以及使所述光学传感器感测所述边缘环在所述机械手臂上的第四位置。所述控制器还被配置为基于所述第四位置和所述第三位置之间的差产生第三偏移。所述控制器还被配置为将所述第三偏移与预定偏移进行比较。
在其他特征中,所述控制器还被配置为基于所述比较来确定所述边缘环是否居中。所述P个凹槽为“V”形。所述P个凹槽围绕所述边缘环的底面间隔360°/P。所述P个凹槽为“V”形。所述P个凹槽的最底部部分沿径向方向延伸。
根据详细描述、权利要求和附图,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是根据本公开的等离子体处理***的一个示例的功能框图。
图2是根据本公开的处理室、包括末端执行器的机械手臂和边缘环的示例的透视图;
图3是根据本公开的由升降销支撑的衬底支撑件和边缘环的示例的剖视图;
图4是根据本公开的包括凹槽的边缘环的示例的仰视图;以及
图5是根据本公开的使边缘环对中的方法的示例的流程图。
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
在一些衬底***中,边缘环可用于使等离子体成形并增加蚀刻均匀性。当边缘环腐蚀时,边缘环的高度可以通过边缘环升降销来调整,以保持蚀刻均匀性,尽管有腐蚀也如此。在处理多个衬底后,边缘环被等离子体充分磨损,需要更换。
一些衬底处理***可以在不破坏真空的情况下使用通常用于从处理室传送和移除衬底的机械手臂来更换边缘环。根据本公开的***和方法可用于使边缘环相对于衬底支撑件精确居中。
现在参考图1,示出了示例性衬底处理***100。仅举例而言,衬底处理***100可以用于执行使用RF等离子体的蚀刻并且/或者用于执行其他类型的衬底处理。衬底处理***100包括处理室102,处理室102包围衬底处理***100的其他部件并包含RF等离子体。处理室102包括上电极104和衬底支撑件106,例如静电卡盘(ESC)。在操作期间,衬底108布置在衬底支撑件106上。虽然作为示例示出了特定衬底处理***100和处理室102,但是本公开的原理可以通过使用边缘环而应用于其他类型的衬底处理***和室,例如使用远程等离子体产生和输送(例如,使用等离子体管、微波管)等等的衬底处理***。
仅举例而言,上电极104可包括气体分配设备,例如喷头109,其引入和分配工艺气体。喷头109可包括杆部,杆部包括连接到处理室的顶部表面的一端。基部部分通常为圆柱形,并且在与处理室的顶部表面间隔开的位置处从杆部的相对端径向向外延伸。喷头的基部部分的面向衬底的表面或面板包括让工艺气体或清扫气体流过的多个孔。替代地,上电极104可包括传导板,并且可以以另一种方式引入工艺气体。
衬底支撑件106包括基板110,基板110是导电的并且用作下电极。基板110支撑陶瓷层112。在一些示例中,陶瓷层112可以包含电阻加热器、RF电极和/或静电电极(均未示出)。结合层114可以布置在陶瓷层112和基板110之间并且可以用作热阻层。基板110可以包括一个或多个冷却剂通道116,以用于使冷却剂流过基板110。
RF产生***120产生RF电压并将RF电压输出到上电极104和下电极(例如,衬底支撑件106的基板110)中的一个。上电极104和基板110中的另一个可以是DC接地的、AC接地的或浮动的。仅举例而言,RF产生***120可以包括RF电压产生器122,其产生RF电压,该RF电压由匹配和分配网络124馈送到上电极104或基板110。尽管RF产生***120对应于电容耦合等离子体(CCP)***,但是本公开的原理也可以在其他合适的***中实现,例如,仅举例而言,在变压器耦合等离子体(TCP)***、电感耦合等离子体(ICP)、CCP阴极***、远程微波等离子体产生和输送***等中实现。
气体输送***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提供一种或多种工艺气体、惰性气体、清扫扫气体、蚀刻气体、前体和/或它们的其他气体混合物。也可以使用汽化的前体。气体源132通过阀134-1、134-2、…和134-N(统称为阀134)和质量流量控制器136-1、136-2、…和136-N(统称为质量流量控制器136)与歧管140连接。歧管140的输出被供给到处理室102。仅举例而言,歧管140的输出被供给到喷头109。
温度控制器142可以连接到多个加热元件144,例如布置在陶瓷层112中的热控制元件(TCE)。例如,加热元件144可以包括但不限于对应于多区域加热板中的各个区域的大加热元件和/或跨多区域加热板的多个区域设置的微加热元件阵列。温度控制器142可以用于控制多个加热元件144,以控制衬底支撑件106和衬底108的温度。
温度控制器142可以与冷却剂组件146连通以控制流过冷却剂通道116的冷却剂流。例如,冷却剂组件146可以包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器142操作冷却剂组件146以选择性地使冷却剂流过冷却剂通道116以冷却衬底支撑件106。
阀150和泵152可用于从处理室102排空反应物。***控制器160可用于控制衬底处理***100的部件。机械手170可用于将衬底输送到衬底支撑件106上,和从衬底支撑件106去除衬底。例如,机械手170可以在衬底支撑件106和装载锁172之间传送衬底。虽然温度控制器142示出为单独的控制器,但是温度控制器142可以在***控制器160内实现。在一些示例中,可以在陶瓷层112和基板110之间,在结合层114的外周边周围提供保护性密封176。
边缘环180在处理期间围绕衬底支撑件106。边缘环180相对于衬底支撑件106是可移动的(例如,可沿着竖直方向上下移动)。例如,可以响应于控制器160通过致动器和边缘环升降销(例如,参见图3)来控制边缘环180,如下面更详细描述的。光学传感器182可用于测量边缘环180相对于机械手170的臂/末端执行器的位置。
边缘环相对于衬底支撑件的校准中心位置可以最初使用任何合适的方法来确定。2020年1月20日发布的名称为“Edge Ring Centering Method Using Ring DynamicAlignment Data”的共同转让美国专利No.10,541,768中显示和描述了校准过程的一个合适示例,该专利通过引用整体并入本文。
在美国专利No.10,541,768中描述的校准过程中,边缘环包括倾斜表面并且下边缘环包括互补倾斜表面。当倾斜表面重叠时,边缘环倾向于移动或滑动,直到平放在衬底面上。当边缘环由于倾斜表面而移动时,光学传感器可用于测量位置或偏移的变化。当边缘环没有充分对齐时,会出现大于预定阈值的非零偏移值。
校准过程是迭代过程,其中机械手在四个正交方向上移动边缘环跨过衬底支撑件。光学传感器在每次交付和移除边缘环之前和之后测量边缘环在机械手手臂的末端执行器上的位置。控制器使用放置前后的位置变化来计算偏移,并在大量迭代后最终确定校准的中心位置。可以理解,校准过程通常需要大于12小时的时间来收敛。此外,每次更换边缘环时都会重复校准过程,从而减少了操作时间和效率。
在一些示例中,使用修改的校准过程。在根据本公开的初始校准过程中,边缘环被放置在边缘环升降销上,并且一个或多个垫片用于初始地使边缘环相对于一个或多个周围部件(例如中间边缘环或底部)居中。然后移除垫片。机械手的末端执行器用于去除边缘环,并且边缘环的位置由光学传感器确定。此后,沿正交方向围绕中心位置传送边缘环,测量位置并计算偏移。最终,基于该移动和偏移确定校准的中心位置。此后,可以使用下面描述的远远更短的校准过程(使用有限数量的交付和移除迭代)。在一些示例中,替换边缘环可以被交付和移除多次(例如3到5次),并且边缘环可以在不到15分钟(基本上不到12小时)内在与校准中心位置相差30μm的范围内居中。
现在参考图2,处理室102包括外壳210,外壳210包括顶面、侧面和底面。室端口214包括门或开口218,衬底通过该门或开口218被传送和移除。更具体地,具有末端执行器232的机械手臂234在衬底处理之前通过开口218将衬底传送到衬底支撑件上,并且在衬底处理之后从衬底支撑件移除衬底。在一些示例中,机械手臂234可以形成在真空下操作的衬底传送模块的一部分。
机械手臂234还可用于在通过室端口214从处理室移除磨损的边缘环220之后将新的边缘环220传送到处理室。机械手臂234包括一个或多个末端执行器232(显示了末端执行器232-1和232-2)。在图2中,边缘环220设置在末端执行器232-1上。在一些示例中,光学传感器240被布置在室端口214的开口218附近以感测边缘环在端部执行器上的位置,但是可以使用室内部或外部的其他位置。
如将在下文进一步描述的,机械手臂234最初使用校准的中心位置和/或先前的中心位置将边缘环220放置在边缘环升降销(例如参见图4)上。边缘环220包括与边缘环升降销对齐的凹槽(参见图3和4)。在一些示例中,凹槽的数量大于或等于边缘环升降销的数量。在机械手臂将边缘环220传送到边缘环升降销上之后,边缘环220可以从放置位置移动。换言之,当边缘环220被安置在边缘环升降销上时,边缘环220可以从放置位置移动。
在边缘环220就位之后,机械手臂234拾取边缘环220并使用光学传感器测量边缘环220在机械手臂234上的新位置。控制器计算偏移(边缘环的先前位置与边缘环的新位置之间的差)。
基于偏移和先前的中心位置调整边缘环的居中位置(以去除偏移)。换言之,将中心位置沿偏移的相反方向调整以消除偏移。使用新的中心位置(基于先前的中心位置和偏移),机械手臂234将边缘环220的凹槽放置在边缘环升降销上。在一些示例中,该过程被重复Q次,其中Q是整数。在一些示例中,可以执行相对少量的迭代。在一些示例中,Q<10。在其他示例中,Q=3或Q=5。
在Q次迭代之后,确定最终偏移值并将其与偏移阈值进行比较。如果最终偏移值小于或等于与中心位置对应的偏移阈值,则认为边缘环正确居中并且衬底处理室可以进行衬底处理。
如果最终偏移值大于阈值,则认为边缘环未正确居中。如果偏移大于阈值,则光学传感器可能未校准和/或边缘环底面上的一个或多个凹槽可能无法正确接触相应的边缘环升降销中的一个或多个。
现在参考图3,衬底支撑件320被显示为包括第一层330、粘合层332和基板334。在一些示例中,第一层330由陶瓷制成并且包括静电电极、RF电极和/或加热元件。下边缘环336布置在基板334的径向外侧并且至少部分地径向布置在边缘环220的外侧。边缘环220布置在边缘环升降销340上,该升降销340延伸到位于边缘环220的底面上的凹槽350中。边缘环升降销340支撑边缘环220并被凹槽350接收。
现在参考图4,边缘环220包括环形主体410和位于边缘环220的底面上的多个凹槽350-1、350-2、…和350-P(其中P是大于或等于3的整数)。在一些示例中,凹槽350限定具有“V”形的空腔。在一些示例中,边缘环220包括P个凹槽350,这些凹槽350在方位角上以360°/P间隔开。在一些示例中,当边缘环的环形主体平行于衬底支撑件的上表面放置时,多个凹槽350-1、350-2、…和350-P的最底部或狭缝通常平行于衬底支撑件的上表面延伸。多个凹槽350-1、350-2、……和350-P的最底部相对于边缘环的中心沿径向延伸。
现在参考图5,示出了用于使边缘环居中的方法500。在510,校准边缘环中心位置。在一些示例中,尽管使用上述校准方法,但可以使用其他类型的校准。在512,Q被设置为零。在514,测量在机械手的末端执行器上的边缘环位置。在516,使用机械手臂的末端执行器将边缘环放置在边缘环升降销上(其中边缘环升降销在凹槽中)。机械手臂释放边缘环并且允许边缘环自身就位边缘环升降销上。
在518,使用机械手移除边缘环。在522,使用光学传感器确定边缘环的位置并且计算与校准的边缘环中心位置或先前的边缘环中心位置的偏移。在526,偏移被应用到中心位置。换言之,机械手臂向与偏移相反的方向移动以调整中心位置并消除偏移。在530,Q被设置为等于Q+1。
在534,该方法确定是否Q=M,其中Q和M是整数。在一些示例中,M大于或等于2(例如3、5等)。如果534为假,则该方法返回到514并重复。如果534为真,则该方法在538继续并确定最后的偏移值(Offsetlast)是否小于或等于偏移阈值(OffsetTH)。如果538为真,则边缘环被认为在544居中,因为偏移在预定阈值内。如果538为假,则在542发生错误并且边缘环不被认为是居中的,因为偏移量大于预定阈值。在一些示例中,可以禁用衬底处理***以允许进一步诊断边缘环对中问题。
如可以理解的,本文描述的边缘环对中***能够在相对短的时间段内以高精度重复地将边缘环放置在边缘环升降销上。在一些示例中,边缘环对中***能够在15分钟内在每个室每个衬底传送模块臂将边缘环放置在30μm(和15μm 3σ)内。
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”。
在一些实现方案中,控制器是***的一部分,该***可以是上述示例的一部分。这样的***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(衬底基座、气体流***等)。这些***可以与用于在半导体衬底或衬底的处理之前、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***的各种部件或子部件。根据处理要求和/或***类型,控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺,包括工艺气体的输送、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、衬底转移进出工具和其他转移工具和/或与具体***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***上或针对半导体衬底或***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/或衬底的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中,控制器可以是与***集成、耦合到***、以其它方式联网到***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***的全部或一部分,其可以允许对衬底处理的远程访问。计算机可以实现对***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***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***。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***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衬底的制造和/或制备的任何其它半导体处理***。
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、或在将衬底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 (13)
1.一种用于等离子处理***的边缘环对中***,其包括:
处理室,其包括衬底支撑件和R个边缘环形升降销,其中R是大于或等于3的整数;
边缘环,其包括位于其底面的P个凹槽,其中P为大于或等于R的整数;
包括末端执行器的机械手臂;
光学传感器;以及
控制器,其被配置为:
使所述光学传感器感测所述边缘环在所述末端执行器上的第一位置;
使所述机械手臂将所述边缘环传送到所述边缘环升降销上的第一中心位置;
从所述边缘环升降销中取出所述边缘环;以及
使所述光学传感器感测所述边缘环在所述末端执行器上的第二位置。
2.根据权利要求1所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为基于所述第二位置和所述第一位置之间的差产生第一偏移。
3.根据权利要求2所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为基于所述第一中心位置和所述第一偏移生成用于所述边缘环的第一调整后的中心位置。
4.根据权利要求3所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为:
使所述机械手臂基于所述第一调整后的中心位置将所述边缘环传送到所述边缘环升降销上;
从所述边缘环升降销取出所述边缘环;以及
使所述光学传感器感测所述边缘环在所述机械手臂上的第三位置。
5.根据权利要求4所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为基于所述第三位置和所述第二位置之间的差产生第二偏移。
6.根据权利要求5所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为基于所述第一调整后的中心位置和所述第二偏移来生成第二调整后的中心位置。
7.根据权利要求6所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为:
使所述机械手臂基于所述第二调整后的中心位置将所述边缘环传送到所述边缘环升降销上;
从所述边缘环升降销取出所述边缘环;以及
使所述光学传感器感测所述边缘环在所述机械手臂上的第四位置。
8.根据权利要求7所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为基于所述第四位置和所述第三位置之间的差产生第三偏移。
9.根据权利要求8所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为将所述第三偏移与预定偏移进行比较。
10.根据权利要求8所述的边缘环对中***,其中,所述控制器还被配置为基于所述比较来确定所述边缘环是否居中。
11.根据权利要求1所述的边缘环对中***,其中,所述P个凹槽为“V”形。
12.根据权利要求1所述的边缘环对中***,其中,所述P个凹槽围绕所述边缘环的所述底面间隔360°/P。
13.根据权利要求1所述的边缘环对中***,其中,所述P个凹槽为“V”形,并且其中,所述P个凹槽的最底部部分沿径向方向延伸。
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