本發明涉及用于處理襯底的襯底處理設備，并且可以在可操作以沉積薄膜的等離子體增強化學氣相沉積處理設備中找到特定用途。

背景技術：

襯底處理設備用于通過包括蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強原子層沉積(PEALD)、脈沖沉積層(PDL)、等離子體增強脈沖沉積層(PEPDL)和抗蝕劑去除的技術處理襯底，諸如半導體、玻璃或聚合物襯底。襯底處理設備的一種類型是等離子體處理設備，其包括含有上電極和下電極的反應室，其中在電極之間施加射頻(RF)功率以將處理氣體激發成用于處理反應室中的襯底的等離子體。

技術實現要素：

本文公開了一種用于處理襯底的沉積設備的噴頭組件的面板。面板包括以不對稱圖案布置的氣孔，以實現均勻的膜沉積并避免由對稱的孔圖案引起的顆粒缺陷。

本文還公開了包括噴頭組件的沉積設備和制造面板的方法。

本文進一步公開了一種在包括噴頭組件的沉積設備中的襯底的上表面上沉積材料的方法。

具體而言，本發明的一些方面可以闡述如下：

1.一種在用于處理半導體襯底的沉積設備中有用的噴頭的面板，所述面板具有氣孔的不對稱氣孔圖案，其中所述氣孔沿著曲線間隔開，所述曲線在所述面板的中心向外處相交，所述氣孔圖案具有延伸穿過所述面板的非徑向和非同心分布的氣孔。

2.根據條款1所述的面板，其中所述氣孔位于所述曲線的相交處，其中所述曲線圍繞所述面板的中心沿順時針和逆時針方向向外延伸，順時針線在沿逆時針線的單個位置處與所述逆時針線相交。

3.根據條款1所述的面板，其中，所述面板包括容納所述氣孔的底壁、從所述底壁的外周向上延伸的側壁、從所述側壁的上端向內延伸的頂壁、以及從所述底壁的上表面向上延伸的可選的柱，所述柱成錐形且在所述底壁的上表面處直徑較小。

4.根據條款1所述的面板，其中氣孔位于所述面板的中心。

5.根據條款2所述的面板，其中(a)沿順時針曲線定位的相鄰氣孔之間的距離大約等于沿逆時針曲線定位的相鄰氣孔之間的距離，或者(b)氣孔的順時針曲線的總數和氣孔的逆時針曲線的總數是斐波那契序列的連續成員。

6.根據條款2所述的面板，其中(a)氣孔的順時針曲線的總數與氣孔的逆時針曲線的總數的比接近黃金比(1.6180)或(b)氣孔的逆時針曲線的總數對孔的順時針曲線的總數的比接近黃金比率(1.6180)。

7.根據條款2所述的面板，其中(a)在所述氣孔圖案的外周處具有少于100個的氣孔的逆時針曲線和至少140個的氣孔的順時針曲線，或者(b)在氣孔圖案的外周處具有少于100個的氣孔的順時針曲線和至少140個的氣孔的逆時針曲線。

8.根據條款2所述的面板，其中(a)所述氣孔以伏格爾模式布置或(b)每個所述氣孔具有約0.04英寸的直徑。

9.根據條款1所述的面板，其中(a)所述氣孔的圖案具有至少3000個氣孔，或者(b)所述氣孔的密度在所述面板上變化。

10.根據條款1所述的面板，其中所述氣孔圖案具有從所述面板的中心到所述氣孔圖案的外周的每單位面積大約相同數量的氣孔。

11.根據條款1所述的面板，其中，每個所述氣孔具有由極坐標r_n和θ_n根據以下公式定義的徑向位置：

θ_n×c1|n和

其中c1和c2是常數，且c1/2pi是無理數。

12.根據條款11所述的面板，其中c1是黃金角(2.39996弧度或137.508°)。

13.根據條款1所述的面板，其中(a)所述孔的密度(每單位面積的孔數)在所述面板上變化，使得所述孔的密度在所述面板的外部區域中比在所述面板的內部區域至少大10％或孔的密度在所述面板的內部區域中比在所述面板的外部區域大至少10％，或者(b)所述氣孔圖案沒有對稱線和所述孔均勻分布。

14.一種用于處理襯底的沉積設備，所述沉積設備包括：

真空室，其包括其中可以處理襯底的處理區；

與所述真空室流體連通的至少一個氣體源，所述至少一個氣體源可操作以在處理期間將工藝氣體供應到所述真空室中；

包括如條款1所述的面板和背板的噴頭組件，所述背板包括與所述至少一個氣體源流體連通的至少一個氣體入口，所述面板中的所述氣孔在處理期間將所述工藝氣體分配到所述真空室中；和

襯底基座組件，其被配置為當在所述沉積設備中處理襯底時將所述襯底支撐在其上表面上。

15.根據條款14所述的沉積設備，其中

所述噴頭組件還包括桿，其中所述背板從所述桿的下端橫向向外延伸，所述桿具有至少一個垂直延伸穿過其中的氣體通道，所述氣體通道與所述至少一個氣體源流體連通。

16.根據條款14所述的沉積設備，其中，內集氣室位于所述背板的下表面、所述面板的上表面和所述面板的外壁的下內表面之間。

17.一種在條款14所述的沉積設備中在襯底的上表面上沉積材料的方法，所述方法包括：

將所述襯底支撐在設置在沉積設備的真空室中的所述襯底基座組件的上表面上；

通過所述面板中的氣孔從至少一個氣體源供應至少一種氣體；

將所述至少一種氣體激發成等離子體；和

在所述襯底的上表面上均勻地沉積材料。

18.一種制造如條款1所述的面板的方法，包括：

鉆出所述氣孔使得每個孔與徑向相鄰的氣孔之間的角度為約137.5°。

19.根據條款18所述的方法，其中所述面板是金屬板。

20.根據條款19所述的方法，其中所述金屬板包括鋁合金板，并且用數控鉆孔機鉆出所述氣孔。

附圖說明

圖1示出了根據本文公開的一個實施方式示出的沉積設備的概觀的示意圖。

圖2A示出了如本文公開的沉積設備的噴頭組件的一個實施方式。

圖2B示出了本文公開的沉積設備的噴頭組件的一個實施方式。

圖3A示出了本文公開的沉積設備的噴頭組件的一個實施方式。

圖3B示出了圖3A的細節A。

圖4示出了本文所公開的沉積設備的噴頭組件的一個實施方式。

圖5A和5B示出了邊緣集氣孔圖案。

圖6示出了根據一個優選實施方式的氣孔圖案。

圖7A示出了在氣孔圖案的中心區域中具有較大密度的孔的氣孔圖案，并且圖7B示出了在氣孔圖案的外部區域中具有較大密度的孔的氣孔圖案。

圖8示出了根據伏格爾方程的孔圖案。

圖9是具有不對稱氣孔圖案的面板的底視圖，并且圖10示出了根據細節A的圖9中的面板的一部分。

圖11示出了圖9所示的面板的俯視圖，并且圖12A是沿圖11中的線B-B的面板的橫截面圖，以及圖12B是圖12A中的細節C的放大圖。

具體實施方式

在下面的詳細公開中，闡述了示例性實施方式以便提供對本文公開的設備和方法的理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下或通過使用替代的元件或過程來實踐示例性實施方式。在其他情況下，不詳細描述公知的處理、過程、和/或組件，以免不必要地模糊本文公開的實施方式的方面。圖中相似的數字表示相似的元件。本文所用的術語“約”是指±10％。

本文公開了一種噴頭組件，其可操作以將工藝氣體輸送到真空室中并在半導體襯底上形成均勻的膜。如本文所用的氣體包括一種或多種氣體或蒸氣，和/或氣體/蒸汽混合物。噴頭組件包括與可操作以供應處理氣體、調諧氣體、凈化氣體和/或其組合的至少一個氣體源流體連通的內集氣室。優選地，氣體源可操作以供應氣體(例如，氣體或蒸氣混合物)，該氣體可在沉積設備的真空室中被激發成等離子體，使得可在襯底的上表面上執行等離子體沉積工藝。

本文公開的實施方式優選地在諸如等離子體增強化學沉積設備(即PECVD設備、PEALD設備或PEPDL設備)的沉積設備中實施，然而，它們不限于此。圖1提供了描繪被布置用于實現如本文所公開的實施方式的各種襯底等離子體處理設備部件的簡單框圖。如圖所示，襯底等離子體處理設備300包括用于在處理區域中容納等離子體的真空室324，其由包括噴頭組件314的電容器型系統產生，噴頭組件314可選地在其中具有上部RF電極(未示出)，所述上部RF電極與其中具有下部RF電極(未示出)的襯底基座組件320協同工作。至少一個RF發生器可操作以將RF能量供應到真空室324中的襯底316的上表面上方的處理區域中，以將供應到真空室324的處理區域中的氣體激勵為等離子體，使得等離子體沉積工藝在真空室324中執行。例如，高頻RF發生器302和低頻RF發生器304可以各自連接到匹配網絡306，匹配網絡306連接到噴頭組件314的上部RF電極，從而可以將RF能量供應到真空室324中的襯底316上方的處理區域。

由匹配網絡306提供到真空室324的內部的RF能量的功率和頻率足以從氣體產生等離子體。在一個實施方式中，使用高頻RF發生器302和低頻RF發生器304，在一個替代實施方式中，僅使用高頻RF發生器302。在一個工藝中，高頻RF發生器302可以在約2-100MHz的頻率下操作；在一個優選實施方式中為13.56MHz或27MHz。低頻RF發生器304可以在大約50kHz至2MHz操作；在一個優選實施方式中為約350至600kHz。可以基于室體積、襯底尺寸和其他因素來縮放工藝參數。類似地，氣體的流速可以取決于真空室或處理區的自由體積。

襯底基座組件320的上表面在真空室324內的處理期間支撐襯底316。襯底基座組件320可以包括卡盤，其保持襯底和/或提升銷以在沉積和/或等離子體處理工藝之前、期間和/或之后升高和降低所述襯底。在一替代實施方式中，襯底基座組件320可以包括在沉積和/或等離子體處理工藝之前、期間和/或之后升高和降低襯底的載體環。卡盤可以是靜電卡盤、機械卡盤或可用于工業和/或研究中的各種其它類型的卡盤。用于包括靜電卡盤的襯底基座組件的提升銷組件的細節可以在共同轉讓的美國專利No.8,840,754中找到，該專利的全部內容通過引用并入本文。用于襯底基座組件的載體環的細節可以在共同轉讓的美國專利No.6,860,965中找到，該專利的全部內容通過引用并入本文。背側氣體供應器341可操作以在處理期間通過襯底基座組件320將傳熱氣體或凈化氣體供應到襯底的下表面下方的區域。襯底基座組件320可以包括其中的下部RF電極，其中下部RF電極優選在處理期間接地，然而在一替代實施方式中，下部RF電極可以在處理期間被供應RF能量。

為了在襯底等離子體處理設備300的真空室324中處理襯底，氣體從氣源362通過入口312和噴頭組件314引入真空室324，其中氣體用RF能量形成等離子體，使得膜可以沉積到襯底的上表面上。在一個實施方式中，氣體源362可以包括連接到加熱歧管308的多個氣體管線310。氣體可以預混合或單獨供應到室。采用適當的閥門和質量流量控制機構以確保在襯底處理期間通過噴頭組件314輸送正確的氣體。在處理期間，可選地將背側傳熱氣體或凈化氣體供應到支撐在襯底基座組件320上的襯底的下表面下方的區域。優選地，所述處理是化學氣相沉積處理、等離子體增強化學氣相沉積處理、原子層沉積處理、等離子體增強原子層沉積處理、脈沖沉積層處理或等離子體增強脈沖沉積層處理中的至少一種。

在某些實施方式中，采用系統控制器162來控制在沉積、沉積后處理和/或其他工藝操作期間的工藝條件。控制器162通常將包括一個或多個存儲器裝置和一個或多個處理器。處理器可以包括CPU或計算機、模擬和/或數字輸入/輸出連接、步進電機控制板等。

在某些實施方式中，控制器162控制設備的所有活動。系統控制器162執行系統控制軟件，所述軟件包括用于控制工藝操作的定時、低頻RF發生器304和高頻RF發生器302的操作的頻率和功率、前體和惰性氣體及其相對混合的流速和溫度、支撐在襯底基座組件320的上表面上的襯底316和噴頭組件314的等離子體暴露表面的溫度、真空室324的壓力、以及特定工藝的其他參數的指令組。在一些實施方式中可以采用存儲在與控制器相關聯的存儲器設備上的其他計算機程序。

通常，將存在與控制器162相關聯的用戶界面。用戶界面可以包括顯示屏、設備的圖形軟件顯示和/或工藝條件，以及諸如定點設備、鍵盤、觸摸屏、麥克風等的用戶輸入設備。

非暫時性計算機機器可讀介質可以包括用于控制設備的程序指令。用于控制工藝操作的計算機程序代碼可以以任何常規的計算機可讀編程語言編寫：例如匯編語言、C、C++、Pascal、Fortran或其他。編譯的目標代碼或腳本由處理器執行以執行程序中標識的任務。

控制器參數涉及工藝條件，例如工藝步驟的定時、前體和惰性氣體的流速和溫度、襯底的溫度、室的壓力和特定工藝的其它參數。這些參數以配方的形式提供給用戶，并且可以使用用戶界面輸入。

用于監視工藝的信號可以由系統控制器的模擬和/或數字輸入連接提供。用于控制工藝的信號在設備的模擬和數字輸出連接上輸出。

系統軟件可以以許多不同的方式設計或配置。例如，可以寫入各種腔室部件子程序或控制對象以控制執行沉積工藝所需的腔室部件的操作。用于該目的的程序或程序段的示例包括處理步驟代碼的襯底定時、前體和惰性氣體代碼的流速和溫度、以及用于真空室324的壓力的代碼。

圖2A和2B示出了如本文所公開的邊緣集氣噴頭組件(噴頭組件)314的實施方式的橫截面。參考圖2A和2B，噴頭組件314包括面板240和背板230。背板230具有第一氣體入口278和第二氣體入口279，相應的第一和第二氣體可以通過第一氣體入口278和第二氣體入口279供應到噴頭組件314。面板240具有下(底)壁241和從下壁241的外周垂直向上延伸的外(側)壁242。外壁242可密封到背板230的外周232，使得在面板240和背板230之間形成內集氣室250和邊緣集氣室255。背板230的外周232優選地冶金結合(即焊接、銅焊、擴散結合等)到面板240的外壁242。外壁242可以冶金地結合(即焊接、銅焊、擴散結合等)到下壁241，或可替換地，面板240可以制成單件。

面板240包括第一氣體輸送區域214和第二氣體輸送區域215，所述第一氣體輸送區域214經由內集氣室250與第一氣體入口278流體連通，使得在襯底的處理期間可以供應第一氣體通過其中，并且第二氣體輸送區域215通過邊緣集氣室255與第二氣體入口279流體連通，使得在襯底的處理期間可以供應第二氣體通過其中。在一個實施方式中，如圖2A所示，第一和第二氣體輸送區域214、215形成在面板240的下壁241中，其中下壁241由金屬材料、半導體材料或陶瓷材料制成，使得供應到與下壁241流體連通的相應內部和邊緣集氣室的第一和第二氣體可以通過其供應。在一個實施方式中，下壁241可以由冶金地結合到外壁242的鋁材料形成。

如圖2B所示，第一氣體輸送區域214可以包括延伸穿過下壁241的上表面245和下表面254的第一組氣體注入孔243，并且第二氣體輸送區域215可以包括延伸穿過外壁242的上表面和下壁241的下表面254的第二組氣體注入孔244。背板230的第一氣體入口278通過內集氣室250與第一組氣體注入孔243流體連通，并且第二氣體入口279經由邊緣集氣室255與第二組氣體注入孔244流體連通。內集氣室250和邊緣集氣室255不彼此流體連通，并且第一組氣體注入孔243和第二組氣體注入孔244不是空間交錯的。

在一個實施方式中，如圖2A所示，第二氣體入口279可以位于背板230的外周232中，使得第二氣體可以供應到邊緣集氣室255。在一個實施方式中，第二氣體可以通過兩個或更多個第二氣體入口279供應到邊緣集氣室255。在一個替代實施方式中，如圖2B所示，第二氣體入口279可以位于背板230的外周232的橫向內側，其中，背板230包括至少一個橫向延伸的氣體通道231，其與第二氣體入口279和邊緣集氣室255流體連通。優選地，在該實施方式中，第二氣體入口279經由擴散器270與至少四個橫向延伸的氣體通道231流體連通，所述擴散器270可操作以在氣體經由第二氣體入口279供應到其中時，減小流經背板230的每個橫向延伸的氣體通道231的氣體之間的壓力差。

在一個實施方式中，如圖2A所示，面板240的外壁242可以在其上表面中包括環形通道285，其中邊緣集氣室255形成在環形通道285的表面和背板230的外部下表面233之間。在一個替代實施方式中，如圖2B所示，面板240的外壁242可以在其上表面中包括環形通道285，并且背板230可以在其外部下表面233中包括相對的環形通道295，其中邊緣集氣室255包括在相對的環形通道285、295的表面之間的環形空間。

圖3A、3B和4示出了如本文所公開的邊緣集氣噴頭組件(噴頭組件)314的實施方式的橫截面，其中邊緣集氣噴頭組件314包括桿220。噴頭組件314的桿220具有垂直延伸穿過其中的第一氣體通道221，該第一氣體通道221與背板230的第一氣體入口278流體連通。在一個實施方式中，桿220還可包括垂直延伸穿過其中的第二氣體通道222，該第二氣體通道222與背板230的第二氣體入口279流體連通。當噴頭組件314安裝在沉積設備的真空室中時，第一氣體通道221與第一氣體源362a流體連通，使得第一氣體可以通過噴頭組件314供應到真空室，并且第二氣體通道222與第二氣體源362b流體連通，使得第二氣體可以通過噴頭組件314供應到真空室。

背板230從桿220的下端橫向向外延伸。在一個實施方式中，背板230和桿220可以形成為整體件，或者可替代地，背板230可以冶金地結合(即焊接、釬焊或擴散結合)到桿220的下端，其中背板230可包括與桿220的第一氣體通道221流體連通的第一氣體入口278。背板230包括至少一個橫向延伸的氣體通道231，該氣體通道231通過第二氣體入口279與桿的第二氣體通道222流體連通。優選地，背板230包括至少四個橫向延伸的氣體通道231、至少六個橫向延伸的氣體通道231、至少八個橫向延伸的氣體通道或至少十個橫向延伸的氣體通道231。優選地，橫向延伸的氣體通道231圍繞背板230等距離地間隔開。

噴頭組件314包括面板240，其包括下壁241和從下壁241的外周垂直向上延伸的外壁242，其中外壁包括內表面247。外壁242的軸向厚度(即，高度)大于外壁242內側的下壁241的軸向厚度。優選地，外壁242的軸向厚度比外壁242向內的下壁241的軸向厚度大至少兩倍。下壁241優選地在外壁242的內部具有均勻的軸向厚度。外壁242密封到背板230的外周232，使得內集氣室250和邊緣集氣室255形成在面板240和背板230之間。優選地，外壁242冶金結合到背板230的外周232。面板240包括第一組氣體注入孔243和第二組氣體注入孔244，第一組氣體注入孔243延伸穿過下壁241的下表面254和上表面245，且第二組氣體注入孔244延伸穿過外壁242的上表面和下壁241的下表面254。桿220的第一氣體通道221經由內集氣室250與第一組氣體注入孔243流體連通，并且至少一個橫向延伸的氣體通道231經由邊緣集氣室255與第二組氣體注入孔244流體連通。內集氣室250不與邊緣集氣室255流體連通。

內集氣室250位于背板230的外下表面233、面板240的下壁241的上表面245和面板240的外壁242的內表面247的下內表面246之間。參考圖3B，外壁242可以在其上表面中包括環形通道285，其中邊緣集氣室255形成在環形通道285的表面和背板230的外下表面233之間。在一替代實施方式中，背板230可包括在其外下表面233中的相對的環形通道286，其中邊緣集氣室255包括在相對的環形通道285、286的表面之間的環形空間。

在另一實施方式中，如圖4所示，外壁242的內表面247可以包括上垂直表面298、下垂直表面246a和在它們之間延伸的水平表面297。邊緣集氣室255形成在背板295的外表面、蓋板296的下表面、水平表面297和上垂直表面298之間。在一個實施方式中，外壁242的下內表面246可以在下垂直表面246a橫向向外，以便形成與背板230的下部234匹配并且可以冶金地結合(例如，焊接)到背板230的下部234的凸緣247a。蓋板260可以被密封到外壁242的上端248和背板230的外周232的上部235。優選地，蓋板260冶金地結合(例如，焊接)到外壁242的上端248以及背板230的外周232的上部235。

回來參考圖3A、圖3B和圖4，第二組氣體注入孔244的每個氣體注入孔的上部249a具有比相應的下部249b大的直徑。在一個實施方式中，第二組氣體注入孔244的每個氣體注入孔的相應下部249b的長度可以至少與第一組氣體注入孔243的每個氣體注入孔的長度相同。在一個實施方式中，第二組氣體注入孔244的每個氣體注入孔的相應下部249b中的每一個的直徑可以至少與第一組氣體注入孔243的相應氣體注入孔的每一個的直徑相同。

如圖12A所示，面板240優選地包括在內集氣室250中的多個柱291，所述多個柱291從下壁241垂直向上延伸，其中柱291的上端焊接在所述柱291所在的背板230的相應的開口292(見圖4)中。圖12B是圖12A中的細節C的放大圖，其中可以看出，柱在面板240的底壁的上表面處直徑較小。柱291加強了噴頭組件并提供了用于從面板到背板的熱傳導。這有助于確保均勻的面板溫度，這對于工藝均勻性是有利的。在一些實施方式中，柱可以是錐形的(在面板側較小，在背板側較大)，以裝配在緊密間隔的面板孔之間，同時仍然提供大的有效橫截面面積以促進熱傳導。為了處理300mm晶片，柱291的數量可以在2至30個的范圍，優選10至20個，周向間隔在位于面板的中心和外周之間的一個或多個環形區域中。擋板280優選地設置在噴頭組件314的內集氣室250中。擋板280可操作以均勻地分配供應到噴頭組件314的氣體通過內集氣室250。面板240、背板230和桿220優選地由諸如4047、6061-T6的鋁合金或其它合適的材料形成。

現在參考圖4，背板230可包括冶金地結合(例如，焊接)在其外部下表面233中的凹部中的擴散器270。擴散器270與桿220的第二氣體通道222和背板230的橫向延伸的氣體通道231流體連通。擴散器270可操作以將來自桿220的第二氣體通道222的氣體均勻地供應到橫向延伸的氣體通道231，以便當氣體從桿220的第二氣體通道222供應到其中時，減小流過背板230的每個橫向延伸的氣體通道231的氣體之間的壓力差。

擴散器270包括上表面，該上表面具有與桿220的第二氣體通道222流體連通的一組內部氣體開口272和與背板230的相應橫向延伸的氣體通道231流體連通的一組外部氣體開口273。所述一組內部氣體開口272通過從擴散器的上表面垂直向上延伸的壁274與所述一組外部氣體開口273分開。該組內部氣體開口272通過位于其上表面下方的擴散器270的通道275與該組外部氣體開口273流體連通。該組內部氣體開口272和該組外部氣體開口273被配置為當氣體從桿220的第二氣體通道222向其供應氣體時，減小流過背板230的每個橫向延伸的氣體通道231的氣體之間的壓力差。

在一個實施方式中，擴散器270可以是C形環。C形環的相對端之間的空間布置成圍繞背板230的包括溫度探針的部分。優選地，背板230的包括溫度探針的部分形成插座290，插座290包括焊接在其中的柱291的上部。溫度探針與柱291的上部熱連通，使得可以測量下壁241的溫度。在一個實施方式中，設置在內集氣室250中的擋板280可以包括圍繞背板230的插座290的切口(carve out)294。

在一個實施方式中，面板240的下壁241中的第一組氣體注入孔243可以以不對稱圖案的孔排列，其中孔以非徑向和非同心圖案排列，以避免對稱孔圖案(例如六邊形、徑向或同心孔圖案)可能出現的顆粒缺陷問題。因此，不是如圖5A-B所示的同心圓、徑向線或六邊形圖案的孔，面板240的下壁241中的第一組氣體注入孔243可以布置成不對稱圖案的孔，其中所述孔沿著在面板中心向外的位置相交的曲線間隔開，如圖6所示。

第二組氣體噴射孔244可以布置成一個或多個同心行。在一替代實施方式中，如圖5B所示，第二組氣體注入孔244可以以六邊形圖案布置。第一組氣體注入孔243和第二組氣體注入孔244的氣體注入孔圖案、氣體注入孔面密度和氣體注入孔尺寸可以針對要執行的規定工藝而預先確定。在一個實施方式中，第一組氣體注入孔243包括大約3,000-20,000或更多個氣體注入孔，且第二組氣體注入孔244包括大約100至大約2,000或更多個氣體注入孔。

本文進一步公開了一種在沉積設備中在襯底的上表面上沉積材料的方法。該方法包括將襯底支撐在設置在沉積設備的真空室中的襯底基座組件的上表面上。第一氣體從第一氣體源通過噴頭組件供應到位于襯底的上表面上方的真空室的內部處理區域。第一氣體經由噴頭組件的內集氣室供應到處理區域。內集氣室與延伸穿過噴頭組件的面板的下壁的上表面和下表面的第一組氣體注入孔流體連通，使得第一氣體可以供應到襯底的上表面上方的內部處理區域。

第二氣體從第二氣體源通過噴頭組件同時供應到在襯底的上表面上方的真空室的處理區域。第二氣體經由噴頭組件的邊緣集氣室供應到外部處理區域。邊緣集氣室與第二組氣體注入孔流體連通，該第二組氣體注入孔延伸穿過外壁的上表面，該外壁從下壁的外周和噴頭組件的面板的下壁的下表面垂直向上延伸，使得第二氣體可以供應到在襯底的上表面上方的外部處理區域的外部區域。第一氣體或第一和第二氣體被激發成等離子體，其中從第一氣體產生的等離子體被第二氣體的供應局部改性，并且材料均勻地沉積在襯底的上表面上。使用第二氣體的供應局部地改變在外部處理區域中由第一氣體產生的等離子體優選地包括，通過將一種或多種惰性氣體供應到外部處理區域或將惰性調諧氣體供應到外部處理區域，來提高或抑制在外部處理區域中產生的等離子體。

本文還公開了一種在沉積設備中在襯底的上表面上沉積材料的方法。該方法包括將襯底支撐在設置在沉積設備的真空室中的襯底基座組件的上表面上。將第一氣體供應到真空室的內部區域。第一氣體被激發成等離子體。將第二氣體供應到真空室的邊緣區域，以調節正被處理的襯底的邊緣區域附近的等離子體，從而改變材料在襯底的邊緣區域上的沉積速率。優選地，等離子體的調節的大部分效果發生在襯底的橫向范圍的外部25％內。更優選地，等離子體在襯底的橫向范圍的外部20％之上被調節。等離子體的調節包括改變等離子體和/或離子、中性粒子、輻射或其組分的離子通量、能量或種類。

使用具有六邊形孔圖案的噴頭處理的晶片易于具有沿著孔圖案的對稱線的顆粒缺陷。缺陷問題似乎是由于工藝氣體具有由六邊形孔圖案引起的不均勻流動。為了最小化或避免該缺陷問題，孔圖案可以被設計為(a)避免沿著徑向線的對稱線，(b)以不均勻圖案布置且在孔之間沒有大間隙，和/或(c)孔可以布置成不太靠近以產生熱壩/屏障。

根據一個優選的實施方式，根據伏格爾法(Vogel’s method)布置孔圖案以在噴頭的面板上均勻地分布孔。伏格爾提出了一個用于向日葵盤元件的模型，遵循2個方程：和θ_n＝n*137.508°。通過使用該方法，噴頭上的孔可以均勻地分布在完全沒有對稱線(不對稱)的不對稱孔圖案中。示例性孔圖案在圖6中示出，其中孔以不對稱圖案布置，其中孔243沿著順時針和逆時針方向向外延伸的曲線間隔開。例如，虛線C示出順時針曲線，且虛線CC示出逆時針曲線。在一個實施方式中，孔圖案具有多個順時針曲線(螺旋)和多個逆時針曲線(螺旋)，其中順時針螺旋的數量和逆時針螺旋的數量是斐波納契數或斐波納契數的倍數。例如，順時針螺旋的數量和逆時針螺旋的數量作為一對(m，n)可以是(3，5)，(5，8)，(8，13)，(13，21)，(21，34)，(34，55)，(55，89)，(89，144)或這些對的倍數。在另一個實施方式中，順時針螺旋的數量和逆時針螺旋的數量是收斂于黃金比率的比率中的任何數，其中黃金比率等于一加上五的平方根的總和除以二(1+√5)/2，其近似等于1.6180339887(或約1.6180)。在一個特定實施方式中，順時針螺旋與逆時針螺旋的比率近似等于黃金比率。伏格爾模型是“斐波納契螺旋”型，或者螺旋形，其中連續點之間的發散角是接近黃金角的固定斐波那契角，其等于137.508°。關于伏格爾法的討論可以在Vogel，H(1979)“A better way to construct the sunflower head”，Mathematical Biosciences，44(44)：179-189.Doi.10.1016/0025-5564(79)90080-4中找到。此外，美國公開申請No.2013/0260656包括關于磨料制品的孔圖案的斐波納契和伏格爾方程的討論。

該方法的另一個優點是，它可以容易地適于提供可變的孔密度，同時在方位角上均勻地分布孔。在這種情況下，方程變為：并且θ＝n*137.508°，其中ρ(r_n)是作為半徑的函數的孔密度。圖7A示出了應用于在中心具有2X密度的孔圖案的該方法，圖7B示出了外側密度為2X的孔圖案。應當理解，這些示例僅用于說明，并且可以使用其它可變密度孔圖案。

在具有六邊形孔圖案的噴頭中，如上所述，其六個徑向對稱線可導致缺陷圖案。第二個缺點是孔不是均勻分布的-在每個六邊形的中心具有大的空區域而沒有任何孔。最后，第三個缺點是它不能容易地適于允許可變的孔密度。在具有同心孔圖案的噴頭中，雖然可以設計圖案以避免徑向對稱線，但一個缺點是孔不是均勻間隔開的。通常，徑向間距和方位角間距是不同的。第二個缺點是如果方位角間隔太緊，則可以形成熱障(或阻擋)。當這種情況發生時，熱導率降低并且噴頭的溫度徑向變化。

本文公開的不對稱孔圖案可以解決上述問題。首先，不對稱孔圖案避免了徑向對稱線。在一優選實施方式中，任何孔與其后續孔之間的角度為約137.5°。數字137.5°是黃金角；即無理黃金比例近似為1.618。這個數字最難以接近連續分數；因此孔分散良好，沒有對稱線。通過反例，可以表明，如果使用有理數(i/k)而不是則結果將是具有k個徑向輻線的孔圖案。該孔圖案具有作為半徑的函數的恒定密度，因為每個孔的徑向坐標r_n和θ_n遵循以下等式：θ_n＝c1|n和其中c1和c2是常數并且c1/2pi是無理數。因此，每個部分覆蓋相等面積的環。換句話說，等面積的每個環具有(在極限中)相同數量的孔。不對稱的孔圖案也可以避免熱壩的問題。從用于構造孔圖案的方程可以看出，沒有兩個孔在完全相同的半徑處。為此，不對稱孔圖案避免在相同半徑處具有方位上緊密間隔的孔，這產生熱壩。最后，不對稱孔圖案可以解決需要提供用現有的六邊形孔圖案不能實現的可變孔密度的問題。使用θ_n＝n*137.508°來產生孔，可以應用如上面的等式所示的任何任意的孔密度ρ(r)。

實現非對稱孔圖案的優選方式是使用黃金角(大約137.5度)作為根據上述等式確定的連續孔位置之間的角度。角度222.5°是等效的。可以使用360°的無理分數的其他角度來產生這種類型的不對稱孔圖案，但是通過繪制孔位置可以看出結果不如黃金角度137.5°那樣均勻。圖8示出了10個孔位置(n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7，n8，n9，n10)，其中連續孔之間的角度為黃金角。從距離中心點一定距離的孔n1開始，連接孔的線變得更長，并且逆時針延伸到下一個孔，使得形成不對稱圖案的孔。在制造面板時，孔圖案的極坐標可以存儲在數控鉆孔機中，該鉆孔機將鉆具平移到每個孔的極坐標并且連續地鉆孔。

圖9示出了具有不對稱孔圖案的面板240。圖10示出了圖9的細節A。從圖9和圖10可以看出，氣孔沿著在面板的中心向外的位置處相交的曲線設置，氣孔圖案具有延伸穿過面板的非徑向和非同心分布的氣孔。如圖9所示，氣孔位于曲線的交點處，其中曲線圍繞面板的中心沿順時針和逆時針方向向外延伸，順時針線沿逆時針線在單個位置與逆時針線相交。沿著順時針曲線的相鄰氣孔之間的距離大約等于沿著逆時針曲線定位的相鄰氣孔之間的距離，以及氣孔的順時針曲線的總數與孔的逆時針曲線的總數的比率是約1.6。在氣孔圖案的外周處具有少于100個的氣孔的逆時針曲線和至少140個的氣孔的順時針曲線。在一優選實施方式中，氣孔以伏格爾模式布置，且每個氣孔具有約0.04英寸的直徑。對于處理300mm直徑的半導體晶片，氣孔圖案可具有至少3000個氣孔，例如3000至5000個氣孔。

圖11示出了面板240的俯視圖，圖12A示出了沿圖11中的線B-B的面板的橫截面視圖。在該實施例中，省略了邊緣集氣室，并且在單個集氣室中供應氣體。面板240包括如前所述的附接到背板和桿的底壁、側壁和頂壁。

優選地，氣孔密度從面板的中心到氣孔圖案的外周大致相同。例如，孔密度可以是每平方英寸約20至50個孔。期望以均勻(均勻間隔，因此孔之間沒有大間隙)但不對稱(意味著沒有徑向或方位角對稱線)的圖案布置孔。均勻性確保膜被均勻地施加-沒有局部區域被施加更多或更少的膜。優選地避免對稱，因為徑向(和可能的方位角)對稱線建立對稱流體流動圖案，其可以導致顆粒也位于對稱圖案中。

在一替代實施方式中，氣孔密度可以在面板上變化。例如，孔密度可以在面板上變化，使得(a)孔的密度在面板的外部區域比在面板的內部區域大至少10％，或者(b)孔的密度在面板的內部區域比在面板的外部區域大至少10％。然而，面板可以具有從中心區域到外部區域的孔的密度的逐漸變化。

已經參考優選實施方式描述了本文公開的實施例。然而，對于本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發明的精神的情況下，可以以除了上述之外的特定形式實施本發明。優選實施方式是說明性的，并且不應以任何方式被認為是限制性的。