TW202405974A - 用於高溫製程的噴淋頭之主動式溫度控制 - Google Patents

Abstract

一種用於基板處理系統之噴淋頭，包含：由一金屬材料製成的一背板和由一陶瓷材料製成的一面板。該噴淋頭更包含第一冷卻板，其配置在該背板和該面板的中心區域之間，及複數加熱器，其配置在該背板和該面板的周邊區域之間。

Description

用於高溫製程的噴淋頭之主動式溫度控制

本揭露大致關於基板處理系統，並且更具體地關於用於高溫製程的噴淋頭之主動式溫度控制的抗腐蝕加熱器。

此處所提供之先前技術說明係為了大體上介紹本揭露內容之背景。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內容之先前技術。

原子層沉積(ALD)是一種薄膜沉積方法，其順序地執行氣態化學處理以在材料的表面(例如，諸如半導體晶圓的基板之表面)上沉積薄膜。大多數ALD反應使用至少兩種稱為前驅物(反應物)的化學物質，它們以順序的、自限制的方式一次與材料的表面反應一種前驅物。通過反覆暴露於單獨的前驅物，薄膜逐漸沉積在材料的表面上。

熱ALD(T-ALD)在加熱的處理腔室中進行。使用真空幫浦和受控的惰性氣體流將處理腔室維持在亞大氣壓。將待塗ALD膜的基板放置在處理腔室中，並允許在開始ALD處理之前的處理腔室的溫度平衡。

一種用於基板處理系統之噴淋頭，包含：由一金屬材料製成的一背板和由一陶瓷材料製成的一面板。該噴淋頭更包含第一冷卻板，其配置在該背板和該面板的中心區域之間，及複數加熱器，其配置在該背板和該面板的周邊區域之間。

在附加特徵中，該第一冷卻板和該複數加熱器與該面板直接熱接觸。

在附加特徵中，該第一冷卻板與該背板直接熱接觸。

在附加特徵中，該第一冷卻板包含一材料，該材料具有比該背板的該金屬材料更高的導熱性。

在附加特徵中，該背板由鋁或一合金製成，且其中該第一冷卻板由銅製成。

在附加特徵中，該第一冷卻板和該複數加熱器位在平行於該面板的一平面中。

在附加特徵中，該複數加熱器圍繞該第一冷卻板。

在附加特徵中，該複數加熱器中的各加熱器係相對於其餘的該複數加熱器而獨立控制。

在附加特徵中，該複數加熱器的各者之一部分與該面板直接接觸。該複數加熱器的該各者之剩餘部分被封裝在電絕緣且導熱的一材料中。

在附加特徵中，該噴淋頭更包含設置在該複數加熱器和該背板之間的一熱阻材料之一層。該熱阻材料具有比該背板更低的導熱性。

在附加特徵中，該層是環形的，該層具有大於該第一冷卻板的直徑之內徑，並且該層具有小於或等於該面板的直徑之外徑。

在附加特徵中，該第一冷卻板的直徑大於或等於該面板的直徑之一半。

在附加特徵中，該複數加熱器沿著一圓配置，該圓的直徑小於或等於該面板的直徑。

在附加特徵中，該第一冷卻板包含一加熱器。

在附加特徵中，該加熱器與該複數加熱器相比之下為一低功率加熱器。

在附加特徵中，該加熱器與該背板和該面板中之至少一者直接熱接觸。

在附加特徵中，該噴淋頭更包含配置在該背板上的第二冷卻板。該第二冷卻板包含用以循環一冷卻劑的一冷卻通道。

在附加特徵中，該噴淋頭更包含設置在該背板與該第二冷卻板之間的一熱阻材料之一層。該熱阻材料具有比該背板更低的導熱性。

在附加特徵中，該噴淋頭更包含設置在該背板與該第二冷卻板之間的熱阻材料之複數層。該熱阻材料具有比該背板更低的導熱性。該複數層的該導熱性從該背板提高到該第二冷卻板。

在附加特徵中，該複數層中之至少一者包含提供氣袋的特徵部之一圖案。

在附加特徵中，該噴淋頭更包含一桿部，該桿部包含一金屬部分和一陶瓷部分。該陶瓷部分嵌入該金屬部分和該背板中。

在附加特徵中，該陶瓷部分包含複數區段，該複數區段從該陶瓷部分徑向地向外延伸。該複數區段的遠端部垂直於該複數區段而延伸至該面板。

在附加特徵中，該等遠端部透過在該第一冷卻板中的切口延伸到該面板。

在附加特徵中，該桿部包含一氣體入口。該金屬部分、該陶瓷部分、和該複數區段包含與該氣體入口流體連通的氣體通道。

在附加特徵中，該面板包含複數通孔，且其中該等氣體通道與該等通孔流體連通。

透過實施方式、申請專利範圍及圖式，本揭露內容之其它應用領域將變得顯而易見。實施方式及特定範例僅用於說明之目的，其用意不在於限制揭示內容之範圍。

對於若干處理，用於支撐基板的台座具有陶瓷頂板，並且用於供應處理氣體的噴淋頭具有陶瓷面板。在這些處理中，台座的頂板和噴淋頭的面板之間的間隙很窄。該等處理需要將噴淋頭和台座加熱到高溫。此外，台座被加熱到比噴淋頭的溫度更高的溫度。由於台座和噴淋頭之間的狹窄間隙，來自台座的熱量被耦合到噴淋頭的面板。

若干處理使用高導熱性的處理氣體，且這些處理具有長的浸泡時間(即，面板暴露於這些氣體的時間)。在這些處理中，面板傾向於在中心區域比在周邊區域更熱，這導致中心區域變暗。由於變暗，中心區域趨向比周邊區域更熱，導致橫跨面板半徑的大溫度梯度，這會損壞(例如，破裂)面板。

本揭露藉由在面板的中心區域上方提供冷卻板以及藉由在面板的周邊區域上方提供複數加熱器來解決這些和其他問題。冷卻板和加熱器配置在噴淋頭的面板和金屬背板之間。冷卻板和加熱器與面板和背板熱接觸。使用設置在背板上方的冷卻通道來冷卻背板。冷卻背板從面板的中心區域傳導熱量。冷卻背板傳導的熱量傳遞到背板，背板被冷卻通道冷卻。

在面板周邊區域上方的加熱器(也稱為外部加熱器)加熱面板的周邊區域。面板中心區域上方的冷卻板也包含加熱器。除了冷卻中心區域之外，冷卻板中的加熱器還可加熱中心區域。透過控制由冷卻板提供的熱量和由外部加熱器提供的熱量，可橫跨面板的半徑實現均勻的溫度梯度。

在若干範例中，熱阻材料層可設置在外部加熱器和背板之間。在若干範例中，一或更多層熱阻材料也可設置在背板和冷卻通道之間。這些層可如下面詳細解釋的那樣被圖案化。

此外，本揭露提供從噴淋頭的桿部到面板的氣體分配通道，以將處理氣體供應到面板。氣體分配通道被設計為使得流過噴淋頭的處理氣體和通過噴淋頭逸出的處理副產物與冷卻板和加熱器的流體連通去耦合。去耦合允許優化加熱器材料和加熱元件設計而不限制處理化學的腐蝕性副產物之相容性。

此外，連接到背板的桿部經受由背板傳導的熱量。桿部通常由塗有抗腐蝕材料的金屬製成。為了防止桿部被來自背板的熱量損壞，根據本揭露的桿部包含上金屬部分和嵌入上金屬部分中的下陶瓷部分。金屬部分內部襯有抗腐蝕材料以防止由於流過桿部的處理氣體所引起的腐蝕。陶瓷部分連接到背板。陶瓷部分不僅不會由於處理氣體而腐蝕，而且還可以承受來自背板的熱量。此外，氣體分配通道從陶瓷部分延伸至面板，也由陶瓷材料製成。氣體分配通道穿過背板和冷卻板中的空腔。下面詳細描述本揭露的這些和其他特徵。

本揭露組織如下。參照圖1顯示和描述其中可使用根據本揭露的噴淋頭之處理腔室的範例。參照圖2顯示和描述根據本揭露的噴淋頭。參照圖3顯示和描述冷卻板的範例，該冷卻板包括設置在噴淋頭的面板之中心區域上方的加熱器。參照圖4更詳細地顯示和描述設置在面板和冷卻板周邊區域上方的外部加熱器。參照圖5和圖6進一步詳細地顯示和描述嵌入在噴淋頭的桿部和背板中的陶瓷氣體分配歧管。參考圖7更詳細地顯示和描述在噴淋頭的背板和頂部冷卻板之間使用的熱阻器。 基板處理系統的範例

圖1顯示基板處理系統100的範例，基板處理系統100包含配置為使用熱原子層沉積(T-ALD)處理基板的處理腔室102。處理腔室102包圍基板處理系統100的其他部件。處理腔室102包括基板支撐件(例如，台座)104。在處理期間，基板106配置在台座104上。

一或更多加熱器108(例如，加熱器陣列)可設置在陶瓷板中，該陶瓷板配置在台座104的金屬底板上以在處理期間加熱基板106。稱為區域加熱器或主加熱器(圖未顯示)的一或更多附加的加熱器可配置在加熱器108上方或下方的陶瓷板中。此外，儘管未示出，但包括冷卻通道的冷卻系統可被配置在台座104的底板中，冷卻劑可流過該冷卻通道以冷卻台座104；且台座104內可設置一或更多溫度感測器，以感測台座104的溫度。

處理腔室102包括例如噴淋頭的氣體分配裝置110，以將處理氣體引入和分配到處理腔室102中。氣體分配裝置(下文稱為噴淋頭)110包括桿部112。桿部112的一端連接到處理腔室102的頂表面。噴淋頭110的背板114通常是圓柱形的，並且在與處理腔室102的頂表面間隔開的位置處從桿部112的反向端徑向地向外延伸。噴淋頭110的背板114之面向基板的表面包含面板(在後續圖中顯示)。面板包括複數出口或特徵部(例如，狹縫或通孔)，處理氣體通過這些出口或特徵部流入處理腔室102中。

噴淋頭110亦包含複數冷卻板和複數加熱器(參照後續附圖顯示和描述)。上冷卻板包含導管(參照圖2)，冷卻劑可通過該導管循環。此外，儘管未示出，一或更多溫度感測器可設置在噴淋頭110中以感測噴淋頭110的溫度。噴淋頭110包含附加特徵，例如一或更多熱阻器，這些附加特徵將在下面參考後續附圖詳細顯示和描述。

氣體輸送系統130包括一或更多氣體源132-1、132-2…、及132-N(統稱為氣體源132)，其中N是大於零的整數。氣體源132透過閥134-1、134-2…、及134-N(統稱為閥134)、和質量流量控制器136-1、136-2…、及136-N(統稱為質量流量控制器136)連接到歧管139。歧管139的輸出饋送到處理腔室102。氣體源132可向處理腔室102供應處理氣體、清潔氣體、沖淨氣體、惰性氣體等。

流體輸送系統140將冷卻劑供應到台座104中的冷卻系統及噴淋頭110中的上冷卻板。溫度控制器150可連接到台座104中的加熱器108、區域加熱器、冷卻系統、和溫度感測器。溫度控制器150也可連接到噴淋頭110中的冷卻板、加熱器、和溫度感測器。溫度控制器150可控制供應給加熱器108、區域加熱器的功率、和流過台座104中的冷卻系統之冷卻劑，以控制台座104和基板106的溫度。溫度控制器150也可控制供應給設置在噴淋頭110中的加熱器之功率和流過設置在噴淋頭110的上冷卻板中之導管的冷卻劑，以控制噴淋頭110的溫度。

真空幫浦158在基板處理期間維持處理腔室102內的亞大氣壓。閥156連接至處理腔室102的排氣口。閥156和真空幫浦158被用於控制處理腔室102中的壓力，以及透過閥156從處理腔室102中抽空反應物。系統控制器160控制基板處理系統100的構件。 噴淋頭的範例

圖2顯示根據本揭露的噴淋頭200之橫截面圖。在圖1所示的處理腔室102中，可使用噴淋頭200取代噴淋頭110。噴淋頭200包括面板202、背板204、和桿部206，其中各者都是圓柱形的。

面板202由陶瓷材料製成。面板202包括氣室210，氣室210由面板202的側壁203和面板202的上表面205及下表面207所限定。面板202的下表面207包括複數通孔212-1、212-2、…、和212-N(統稱為通孔212)，其中N為正整數。通孔212從面板202的下表面207延伸到氣室210。通孔212與氣室210流體連通。

背板204具有比面板202更大的直徑。背板204是由諸如鋁或合金的金屬材料所製成。面板202的上表面205附接到背板204的下表面211。桿部206附接到背板204的上中心區域。桿部206包含入口208以接收處理氣體。

桿部206包含金屬部分220和陶瓷部分222，陶瓷部分222嵌入金屬部分220的下中心區域230。陶瓷部分222包括上部232和下部234。陶瓷部分222的上部232嵌入金屬部分220的下中心區域230。陶瓷部分222的下部分234嵌入背板204的上中心區域。

陶瓷部分222包含複數區段(圖5和圖6中所示的元件242)，這些區段從陶瓷部分222的下部234徑向地延伸穿過背板204中的相應狹縫。區段242(稱為端口)的遠端部垂直於區段242朝向面板202延伸，其中僅兩者顯示在240-1、240-2處(統稱為端口240)。端口240設置在背板204中的相應狹縫中。端口240附接至面板202的上表面205，如下面參照圖5和圖6更詳細地顯示和描述的。

複數氣體通道鑽孔穿過桿部206的金屬部分220和陶瓷部分222、穿過區段242和端口240、並且穿過面板202。氣體通道顯示為250-1、250-2、250-3、250-4、250-5、250-6、和250-7(統稱為氣體通道250)。氣體通道250與桿部206中的入口208流體連通，並且與氣室210和面板202中的通孔212流體連通。陶瓷部分222和陶瓷部分222中的氣體通道250限定了背板204中的氣體分配歧管。氣體分配歧管(元件222和250)從桿部206中的入口208供應處理氣體到面板202。

第一冷卻板260配置在面板202的上表面205之中心區域上方。第一冷卻板260是圓形的並且在下面參照圖3更詳細地顯示和描述。在若干範例中，第一冷卻板260的直徑大於或等於面板202的直徑之一半。

第一冷卻板260由具有高導熱性的金屬(例如，銅)製成。例如，第一冷卻板260由導熱性高於背板204的材料所製成。第一冷卻板260與背板204直接熱接觸並且與面板202的上表面205直接熱接觸。第一冷卻板260從面板202的中心區域傳導熱量並將傳導的熱量傳遞到背板204。

第一冷卻板260也包含加熱器262，其在下面參照圖3更詳細地顯示和描述。在若干處理中，加熱器262可用於加熱面板202的中心區域。加熱器262和第一冷卻板260朝向面板202的外徑(OD)徑向地延伸超過桿部206的陶瓷部分222之端口240。

複數加熱器(稱為外部加熱器)配置在面板202的上表面205上方，其中僅兩者顯示為270-1、270-2(統稱為外部加熱器270)。外部加熱器270沿著面板202的周邊(例如，靠近OD)配置。外部加熱器270將在下面參照圖4更詳細地顯示和描述。簡言之，外部加熱器270配置在背板204中的相應狹縫中。外部加熱器270封裝在具有高導熱性的電絕緣材料272(例如，氮化鋁)中。外部加熱器270加熱面板202的周邊區域。

外部加熱器270的下表面可與面板202的上表面205直接熱接觸。絕緣材料272的上表面可與背板204直接熱接觸。在若干範例中，第一熱阻器274可設置在絕緣材料272的上表面和背板204之間。第一熱阻器274在下面參照圖4更詳細地顯示和描述。第一熱阻器274可減少從外部加熱器270到背板204的熱傳遞。

控制器(例如，圖1中所示的控制器160)控制了提供給外部加熱器270和第一冷卻板260中的加熱器262之功率。與加熱器262相比，外部加熱器270是高功率加 熱器。控制器可獨立於彼此而單獨地控制外部加熱器270。例如，控制器不僅可打開和關閉每個外部加熱器270，還可以控制提供給每個外部加熱器270的功率之量，這決定了每個外部加熱器270產生的熱量。加熱器270、262提供給面板202的熱量和第一冷卻板260從面板202傳導的熱量橫跨面板202的半徑提供了溫度均勻性。此外，在若干處理中，可控制加熱器270、262以橫跨面板202的半徑提供期望的溫度梯度或溫度區域。

第二冷卻板280配置在背板204上方。第二冷卻板280是環形的，其OD小於或等於面板202的OD。第二冷卻板280包括導管282，來自流體輸送系統的冷卻劑流過該導管。第二冷卻板280可包括複數導管，冷卻劑可以不同的流速流過這些導管。第二冷卻板280冷卻背板204。由第一冷卻板260從面板202的中心區域傳導的熱量被傳遞到背板204，該熱量被第二冷卻板280從背板204移除。由外部加熱器270產生的若干熱量被傳遞到背板204，也被第二冷卻板280從背板204移除。

隨著熱量從面板202流向第二冷卻板280，流過導管282的冷卻劑會變熱，並且會失去提供冷卻的能力(即，冷卻能力)。例如，如果使用水作為冷卻劑(儘管可以使用其他冷卻劑)，水在100攝氏度時會沸騰並失去冷卻能力。由於噴淋頭200的溫度可達到幾百攝氏度，因此冷卻劑的溫度需要保持在遠低於冷卻劑的沸點(例如，如果使用水作為冷卻劑，則遠低於100攝氏度)。這透過在背板204和第二冷卻板280之間設置第二熱阻器(也稱為熱扼流圈)286來實現。

下面參考圖7更詳細地顯示和描述熱扼流圈286。簡言之，熱扼流圈286可包括多層材料，其導熱性不同於用於形成背板204的金屬或合金。至少一層可被圖案化，如下面參考圖7所解釋的。由於導熱性不同的層，熱扼流圈286逐漸阻礙熱量從背板204流向第二冷卻板280，從而防止冷卻劑過熱和沸騰。 在面板上方使用的冷卻板和加熱器的範例

圖3顯示具有加熱器262的第一冷卻板260之頂視圖。第一冷卻板260是圓形的。加熱器262包括直徑小於第一冷卻板260的圓板。加熱器262配置在第一冷卻板260的上部。第一冷卻板260的上表面和加熱器262共平面。加熱器262與背板204和第一冷卻板260直接熱接觸。加熱器262與第一冷卻板260和背板204電絕緣。

此外，如圖2所示，加熱器262的厚度或高度小於第一冷卻板260的厚度或高度。加熱器262被顯示為比到面板202更靠近背板204。然而，加熱器262可配置為比到背板204更靠近面板202。可選地，加熱器262可配置在第一冷卻板260的中心部分，使得加熱器262與面板202和背板204兩者等距。

複數切口290-1、290-2、…、290-6(統稱為切口290)設置在具有加熱器262的第一冷卻板260中。陶瓷部分222的區段242(如圖5所示)穿過切口290。 在面板上方使用的外部加熱器的範例

圖4顯示第一冷卻板260和外部加熱器270的底視圖。該底視圖更詳細地顯示外部加熱器270和第一熱阻器274。使用圖2和圖3中所用的那些相同的符號標示的元件已參照圖2和圖3描述，因此為了簡潔而不再描述。

外部加熱器270圍繞第一冷卻板260。外部加熱器270和第一冷卻板260位於平行於面板202的平面內。外部加熱器270通常為圓餅形，儘管外部加熱器270可為任何其他形狀。此外，如圖所示，外部加熱器270可為徑向上等距的(即，可沿著圓放置)。或者，外部加熱器270可以不同的圖案配置。例如，一組外部加熱器270可位於具有第一半徑之第一圓上，而另一組外部加熱器270可位於具有不同於第一半徑的第二半徑之第二圓上。

在所示範例中，外部加熱器270包括內部彎曲部分300和外部彎曲部分302。所有外部加熱器270的內部彎曲部分300具有相同的半徑。所有外部加熱器270的內部彎曲部分300位於具有第一半徑R1的第一圓上。所有外部加熱器270的外部彎曲部分302具有相同的半徑。所有外部加熱器270的外部彎曲部分302位於具有第二半徑R2＞R1的第二圓上。第一圓和第二圓是同心的。第一圓和第二圓的中心與面板202、背板204、桿部206、第一冷卻板260、和加熱器262的中心對齊。

第一熱阻器274是環形的。第一熱阻器274的內徑(ID)大於第一冷卻板260的OD。第一熱阻器274的外徑(OD)小於或等於面板202的OD(如圖2所示)。第一熱阻器274的ID小於所有加熱器270的內部彎曲部分300所在的半徑為R1之第一圓的直徑。第一熱阻器274的OD大於所有加熱器270的外部彎曲部分302所在的半徑為R2之第二圓的直徑。

第一熱阻器274由與用於形成背板204的金屬或合金和用於封裝外部加熱器270的絕緣材料272具有不同(較低)導熱性的材料製成。因此，第一熱阻器274阻止熱量從外部加熱器270流向背板204。 氣體分配歧管的範例

圖5和圖6更詳細地顯示桿部206的陶瓷部分222。圖5從與圖2所示的不同的角度顯示陶瓷部分222的橫截面圖，以顯示陶瓷部分222的區段。圖6更詳細地顯示陶瓷部分222以及噴淋頭200的相鄰元件的橫截面圖。在圖5和圖6中，使用與圖1-4中相同的符號標示的元件已參照圖1-4描述，因此為了簡潔而不再描述。

圖5顯示從陶瓷部分222的基部朝向背板204的OD徑向地向外延伸的區段242-1、242-2(統稱為區段242)。雖然只顯示兩個區段242，但噴淋頭200可包含多個區段242。例如，噴淋頭200可包括六個區段242和六個端口240。通常，噴淋頭200可包括多個區段242和相應的端口240。區段242的遠端部垂直於區段242並平行於噴淋頭200的垂直軸線延伸以形成端口240。端口240附接到面板202的上表面205。

區段242包括在圖2中不可見的附加氣體通道250-8和250-9。氣體通道250-8和250-9與其餘的氣體通道250流體連通，並且是上面參照圖2描述的氣體分配歧管的組成部分。

圖6更詳細地顯示區段242和端口240。部分的區段242和端口240與第一冷卻板260的徑向外部和加熱器262的徑向外部重疊。端口240附接到面板202的上表面205，使得端口240中的氣體通道250與面板202中的相應氣體通道250對齊並流體連通。第一冷卻板260與部分的區段242和端口240之間的部分重疊防止氣體分配歧管(即，元件222、242、和242)過熱。 在背板與冷卻板之間使用的熱扼流圈的範例

圖7顯示如圖2所示設置在第二冷卻板280和背板204之間的熱扼流圈286之範例。例如，熱扼流圈286包括第一板330和第二板332。第一板330和第二板332的外徑小於或等於背板204的OD。第一板330和第二板332由具有不同導熱性的材料製成，每個材料的導熱性都小於製成背板204的材料之導熱性。

例如，如果背板204由鋁製成，則第一板330可由不鏽鋼製成，第二板332可由非金屬(例如，半導體材料)製成。例如，第一板330的導熱性小於背板204的導熱性而大於第二板332的導熱性。因此，第一板330和第二板332形成熱阻器(即，熱扼流圈286)，其逐漸阻礙熱從背板204流向第二冷卻板280(即，使熱流漸進)以防止導管282中的冷卻劑過熱。具體地，熱阻器(即，熱扼流圈286)防止流過第二冷卻板280的冷卻劑達到其沸點。

第一板330額外地包括凹陷部分334，其提供進一步增加熱阻器(即，熱扼流圈286)的熱阻之氣袋。具體而言，第一板330包括多個凹陷部分334-1、334-2、334-3、…、334-N，其中N為大於1的整數(統稱為凹陷部分334)。凹陷部分334可配置在第一板330的頂表面和底表面中的至少一者上。在第一板330的頂表面上之凹陷部分334的尺寸、形狀、和數量可使得第一板330的頂表面之大約65%的表面積與第二冷卻板280的底表面接觸。

類似地，第一板330的底表面上之凹陷部分334的尺寸、形狀、和數量可使得第一板330的底表面之大約65%的表面積與第二板332的頂表面接觸。其他百分比可用於第一板330的頂表面和底表面的接觸面積。例如，第一板330的頂表面和底表面的接觸面積可在50-80%之間變化。此外，第一板330的頂表面和底表面的接觸面積可不相同(即，不相等)。

更具體地，第一板330和第二板332由具有相對低導熱性的材料製成。第一板330可具有比第二板332更高的導熱性。第一板330和第二板332為從背板204流向第二冷卻板280的熱量提供熱障。第二板332為從背板204流向第一板330的熱量提供熱障，且第一板330為從第二板332流向第二冷卻板280的熱量提供熱障。第一板330和第二板332用作彼此串聯的熱扼流圈或熱阻器。因此，第二板332和第一板330對從背板204流向第二冷卻板280的熱量呈現逐漸增加的熱障或熱阻。

凹陷部分334包括氣袋並且在頂表面和底表面中之至少一者上於整個第一板330間隔開以進一步增加熱障。第一板330和第二板332的堆疊形成熱阻器(即，熱扼流圈286)，其防止第二冷卻板280將相對大量的熱量從背板204傳導走，這會迫使外部加熱器270以相對較高的容量運作。

熱阻器(即，熱扼流圈286)還防止導管282中的冷卻劑(例如，水)由於熱流而接近其沸點。因此，第二冷卻板280、外部加熱器270、熱扼流圈286、第一冷卻板260、和加熱器262在噴淋頭200的加熱和冷卻之間提供平衡以最小化橫跨面板202的溫度梯度。

第一板330可被製造為單片板。或者，第一板330可包括三層：包括凹陷部分334(呈穿過層切開的凹陷或狹縫的形式) 的兩層(頂層和底層)，以及兩層之間的平坦的第三層(即，沒有凹陷部分334)。這三層可互相結合(例如，焊接或擴散結合)。

凹陷部分334可以多種方式配置在第一板330的頂表面和底表面中之至少一者上。在第一板330的頂表面上之凹陷部分334可與在第一板330的底表面上之凹陷部分334對齊。或者，第一板330的頂表面上之凹陷部分334可相對於第一板330的底表面上之凹陷部分334而偏移。例如，第一板330的頂表面上之凹陷部分334可與第一板330的底表面上之至少一個凹陷部分334重疊。或者，第一板330的頂表面上之凹陷部分334中的任何一者都可不與第一板330的底表面上之凹陷部分334重疊。

只要第一板330的頂表面和底表面的接觸面積如上所述，第一板330的頂表面和底表面上之凹陷部分334可具有任何尺寸、形狀、和數量。例如，第一板330的頂表面和底表面上之凹陷部分334可具有相同的尺寸和形狀。或者，第一板330的頂表面上之凹陷部分334可具有與第一板330的底表面上之凹陷部分334不同的尺寸和/或形狀。凹陷部分334可配置為對稱或不對稱地位於第一板330的頂表面或底表面。

凹陷部分334的數量可與顯示的不同(例如，更少或更多)。第一板330的頂表面和底表面可具有相同數量的凹陷部分334。或者，第一板330的頂表面與第一板330的底表面可具有不同數量的凹陷部分334。凹陷部分334的深度可相同或不同。第一板330的頂表面和底表面上之凹陷部分334可具有相同的深度。或者，第一板330的頂表面上之凹陷部分334可具有第一深度，而第一板330的底表面上之凹陷部分334可具有第二深度。第一板330的頂表面上之凹陷部分334的深度可以第一模式變化，並且第一板330的底表面上之凹陷部分334的深度可以的二模式變化。可使用上述變化的任何組合。

第一板330和第二板332的OD小於或等於第二冷卻板280的OD。第一板330和第二板332的厚度可根據處理需求而變化。第一板330可比第二板332厚。在若干應用中，第二板332也可包括在頂表面和底表面中的至少一者上之凹陷部分，並且可包括上面參照第一板330描述的任何變化。

此外，在第一板330和第二板332的凹陷部分之間可能存在額外的置換和組合。在若干應用中，第二板332可由熱塑性材料(例如，聚醯亞胺)製成，可包括上述第一板330的所有結構特徵，並且可獨立使用(即，使用其本身而非與第一板330一起使用)。或者，在若干應用中，可省略第二板332，而第一板330可由由熱塑性材料(例如，聚醯亞胺)製成。

此外，儘管未顯示，但除了第一板330和第二板332之外，還可使用具有相對低導熱性的第三板。第三板也可類似於第一板330和第二板332中的任何一者，惟第三板的導熱性可能不同於第一板330和第二板332。第三板可配置在第一板330和第二板332的上方、下方、或之間。第三板的導熱性可基於第三板的位置來選擇。例如，配置在第二板332下方的第三板可具有比第二板332低的導熱性。配置在第一板330上方的第三板可具有比第一板330更高的導熱性。配置在第一板330和第二板332之間的第三板可具有小於第一板330並且大於第二板332的導熱性。

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。本揭露內容的廣義教示得以各種形式而實施。因此，雖然本揭露內容包括特定範例，惟本揭露內容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。

應理解，在不變更本揭露內容之原理的情況下，一方法中的一或更多的步驟得以不同順序(或同時地)執行。此外，雖然係將各實施例在上方描述成具有某些特徵，但可將對於本揭露內容之任何實施例所描述的任一或更多這些特徵實施在、及/或組合至任何其他實施例的特徵，即使該組合並未明確地描述。換言之，所描述的實施例並非為彼此互斥的，且一或更多實施例彼此的置換仍在本揭露內容的範圍內。

複數元件之間(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。如本文所用，片語「A、B及C其中至少一者」應解釋為表示使用非排他邏輯「或(OR)」之邏輯(「A或B或C」)，而不應解釋為表示「至少一A、至少一B、及至少一C」。

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:處理腔室 104:台座 106:基板 108:加熱器 110:氣體分配裝置；噴淋頭 112:桿部 114:背板 130:氣體輸送系統 132、132-1、132-2…、132-N:氣體源 134、134-1、134-2…、134-N:閥 136、136-1、136-2…、136-N:質量流量控制器 139:歧管 140:流體輸送系統 150:溫度控制器 152:幫浦 156:閥 158:真空幫浦 160:系統控制器 200:噴淋頭 202:面板 203:側壁 204:背板 205:上表面 206:桿部 207:下表面 208:入口 210:氣室 211:下表面 212、212-1、212-2…、212-N:通孔 220:金屬部分 222:陶瓷部分 230:下中心區域 232:上部 234:下部 240、240-1、240-2:端口 242:區段 250、250-1、250-2、250-3、250-4、250-5、250-6、250-7、250-8、250-9:氣體通道 260:第一冷卻板 262:加熱器 270、270-1、270-2:外部加熱器 272:絕緣材料 274:第一熱阻器 280:第二冷卻板 282:導管 286:熱扼流圈 290、290-1、290-2、290-3、290-4、290-5、290-6:切口 300:內部彎曲部分 302:外部彎曲部分 330:第一板 332:第二板 334、334-1、334-2、334-3、…、334-N:凹陷部分

由實施方式及隨附圖式，將能更完整地理解本揭露內容，其中：

圖1顯示包含一處理腔室的基板處理系統之範例；

圖2顯示用於圖1的處理腔室中的噴淋頭之範例；

圖3顯示包含加熱器的第一冷卻板之範例，該加熱器設置在圖2的噴淋頭之面板的中心區域上方；

圖4顯示第一冷卻板和設置在圖2的噴淋頭周邊區域上方的外部加熱器的範例；

圖5和圖6顯示圖2之噴淋頭的氣體分配歧管之範例；

圖7顯示設置在背板和第二冷卻板之間的熱阻器之範例，該第二冷卻板設置在圖2的噴淋頭之背板上方。

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。

200:噴淋頭

202:面板

203:側壁

204:背板

205:上表面

206:桿部

207:下表面

208:入口

210:氣室

211:下表面

212、212-1、212-2...、212-N:通孔

220:金屬部分

222:陶瓷部分

230:下中心區域

232:上部

234:下部

240、240-1、240-2:端口

242:區段

250、250-1、250-2、250-3、250-4、250-5、250-6、250-7、250-8、250-9:氣體通道

260:第一冷卻板

262:加熱器

270、270-1、270-2:外部加熱器

272:絕緣材料

274:第一熱阻器

280:第二冷卻板

282:導管

286:熱扼流圈

Claims (25)

1. 一種用於基板處理系統之噴淋頭，包含： 由一金屬材料製成的一背板； 由一陶瓷材料製成的一面板； 第一冷卻板，其配置在該背板和該面板的中心區域之間；及 複數加熱器，其配置在該背板和該面板的周邊區域之間。
2. 如請求項1之噴淋頭，其中該第一冷卻板和該複數加熱器與該面板直接熱接觸。
3. 如請求項1之噴淋頭，其中該第一冷卻板與該背板直接熱接觸。
4. 如請求項1之噴淋頭，其中該第一冷卻板包含一材料，該材料具有比該背板的該金屬材料更高的導熱性。
5. 如請求項1之噴淋頭，其中該背板由鋁或一合金製成，且其中該第一冷卻板由銅製成。
6. 如請求項1之噴淋頭，其中該第一冷卻板和該複數加熱器位在平行於該面板的一平面中。
7. 如請求項1之噴淋頭，其中該複數加熱器圍繞該第一冷卻板。
8. 如請求項1之噴淋頭，其中該複數加熱器中的各加熱器係相對於其餘的該複數加熱器而獨立控制。
9. 如請求項1之噴淋頭，其中該複數加熱器的各者之一部分與該面板直接接觸，且其中該複數加熱器的該各者之剩餘部分被封裝在電絕緣且導熱的一材料中。
10. 如請求項1之噴淋頭，更包含設置在該複數加熱器和該背板之間的一熱阻材料之一層，其中該熱阻材料具有比該背板更低的導熱性。
11. 如請求項10之噴淋頭，其中該層是環形的，該層具有大於該第一冷卻板的直徑之內徑，並且該層具有小於或等於該面板的直徑之外徑。
12. 如請求項1之噴淋頭，其中該第一冷卻板的直徑大於或等於該面板的直徑之一半。
13. 如請求項1之噴淋頭，其中該複數加熱器沿著一圓配置，該圓的直徑小於或等於該面板的直徑。
14. 如請求項1之噴淋頭，其中該第一冷卻板包含一加熱器。
15. 如請求項14之噴淋頭，其中該加熱器與該複數加熱器相比之下為一低功率加熱器。
16. 如請求項14之噴淋頭，其中該加熱器與該背板和該面板中之至少一者直接熱接觸。
17. 如請求項1之噴淋頭，更包含配置在該背板上的第二冷卻板，其中該第二冷卻板包含用以循環一冷卻劑的一冷卻通道。
18. 如請求項17之噴淋頭，更包含設置在該背板與該第二冷卻板之間的一熱阻材料之一層，其中該熱阻材料具有比該背板更低的導熱性。
19. 如請求項17之噴淋頭，更包含設置在該背板與該第二冷卻板之間的熱阻材料之複數層，其中該熱阻材料具有比該背板更低的導熱性，且其中該複數層的該導熱性從該背板提高到該第二冷卻板。
20. 如請求項19之噴淋頭，其中該複數層中之至少一者包含提供氣袋的特徵部之一圖案。
21. 如請求項1之噴淋頭，更包含一桿部，該桿部包含一金屬部分和一陶瓷部分，其中該陶瓷部分嵌入該金屬部分和該背板中。
22. 如請求項21之噴淋頭，其中該陶瓷部分包含複數區段，該複數區段從該陶瓷部分徑向地向外延伸，且其中該複數區段的遠端部垂直於該複數區段而延伸至該面板。
23. 如請求項22之噴淋頭，其中該等遠端部透過在該第一冷卻板中的切口延伸到該面板。
24. 如請求項22之噴淋頭，其中該桿部包含一氣體入口，且其中該金屬部分、該陶瓷部分、和該複數區段包含與該氣體入口流體連通的氣體通道。
25. 如請求項24之噴淋頭，其中該面板包含複數通孔，且其中該等氣體通道與該等通孔流體連通。

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