[发明专利]具有减小的内部容积的喷头

说明书

公开了用于半导体处理操作的增材制造的喷头，其可具有通过使用这样的制造技术实现的各种特征。在一些实施方案中，这样的喷头可具有多个独立的流动路径，其特征在于设置以形成菱形网格图案的横向通道、以及位于这样的横向通道之间的各个交叉处的气体分配口和/或立管通道。这样的喷头也可包括改善其可制造性并同时提供期望的气流性能的特征。例如，横向通道的横截面可经设计成使得它们的形状大致为三角形或五边形，其可允许更有效地利用喷头内的可用材料容积以提供气流通道，同时还提供考虑到可能使用的典型增材制造处理的限制的几何结构。

相关申请

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背景技术

半导体处理工具通常使用“喷头”以使半导体处理气体分布遍及衬底或晶片，该衬底或晶片由基座或卡盘支撑在半导体处理室内。喷头通常具有大量的气体分配口，其分布遍及喷头的下侧，且在半导体处理操作期间处理气体流过这些气体分配口。半导体处理工具中所使用的喷头有两大类—“枝形灯架(chandelier)”型喷头、以及“平装型(flush-mount)”喷头。枝形灯架型喷头通常包括容置气体分配口的盘状结构、一或多个用于将处理气体分配至该等气体分配口的内充气部、以及连接至盘状结构的顶侧或自其延伸直至或穿过枝形灯架型喷头所在的处理室的天花板的杆部。该杆部将盘状结构支撑于处理室内并且还用于将处理气体引导至盘状结构内的(多个)充气部。平装型喷头不具有杆部或等效结构，而是简单地安装于例如半导体处理室的壁部，实际上常作为半导体处理室的盖部。

本文呈现一种关于增材制造的半导体处理喷头的设计。

发明内容

在本说明书中所述主题的一或多个实现方案的细节在以下附图和实施方式中阐明。其他特征、方面和优点将根据实施方式、附图和权利要求而变得显而易见。

本案发明人构思了一种增材制造的喷头。例如，所述喷头可利用任何合适的增材制造技术来制造，例如选择性激光烧熔(SLM)(其可用于生产其陶瓷或硅的版本)或直接金属激光烧熔(DMLM)(其可用于生产其金属版本)。

在大多数增材制造处理中，部件通过一次一个水平层地添加材料至部件而制造；所述膜层可能是极薄的，例如，对于DMLM部件而言，一次0.02mm是可能的。例如，在DMLM中，支撑部件的平台是相对于参考平面而逐渐降低。平台形成用于容纳所制造的部件的空腔的“底板”。每次平台下降时，将粉末材料添加至空腔中，然后将其整平以与参考平面齐平。接着，激光在参考平面上各处扫描，并在需要结构的区域中对粉末材料的最上层施加热，从而使粉末颗粒彼此熔融并熔融任何下伏的先前熔融的结构。一旦完成特定膜层后，即可稍微降低平台，可涂布新的粉末材料层，并且重复进行激光烧熔处理。重复此处理，直到部件完成为止，此时DMLM设备的空腔将会填充有非熔融的粉末材料，其具有埋入其中的增材制造的部件。

与整体制造的部件相比(例如，通过铸造制成的部件，其中熔融材料大致在单一操作中形成所需的部件，而非如在SLM或DMLM中所进行般地在许多循序操作过程中一次将少量晶粒融合在一起(即，通过由激光提供的热的选择性施加而熔合固体材料的小晶粒而形成的结构))，所述增材制造的部件通常具有非常精细的晶粒微结构。在许多情况下，所述增材制造的部件也倾向于具有明显方向性的微结构，其中微晶粒在XY平面中的轮廓比所述微晶粒在平行于Z方向的平面中的轮廓更圆且更大(其中XY平面对应于水平面，而Z方向对应于竖直方向，相对于在增材制造处理期间定位的部件)。例如，图1显示在使用一示例性DMLM处理制造的示例性部件中在竖直平面(左侧)和水平面(右侧)中截取的代表性晶界；可以看出，晶粒在竖直平面中的尺寸在Z方向的尺寸方面表现出高度的不对称性(与其在X或Y方向上的尺寸相比)。微晶粒在X及/或Y方向上的长度往往远比在Z方向上的厚度更长。此微晶粒结构在本文中可称为各向异性微晶粒结构，其应被理解为区别于以下项：其中微晶粒虽然表现出尺寸和形状的变化，但大致不会表现出与特定轴线相关的尺度变化的微晶粒结构。应理解，本文所讨论的至少一些增材制造的喷头可显示出所述各向异性微晶粒结构。