СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H01L23/467 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известно устройство для термообработки полупроводниковых пластин (SU N 1799196), содержащее подложкодержатель, холодильник с полостью, соединенной со средствами для подачи хладагента, размещенный под подложкодержателем, и плоский резистивный нагреватель, размещенный между подложкодержателем и холодильником, полость в холодильнике выполнена в форме спиралевидного непрерывного канала квадратного сечения.

Недостатком данного устройства является возникновение механических напряжений в пленке фоторезиста, приводящих к деструктивным изменениям из-за температурных перепадов в местах неравномерного контакта пластины и подложкодержателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для нанесения фоторезиста на пластины (заявка RU N 2093921), содержащее корпус с пневматической камерой внутри него, соединенной с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматической камерой, блок управления, соединенный с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума, и дозатор для подачи раствора фоторезиста, корпус установлен неподвижно, а его пневматическая камера разделена на центральную и периферийную части, которые соединены с магистралью подачи сжатого воздуха и снабжены соплами, которые размещены со стороны рабочей зоны корпуса, магистрали подачи сжатого воздуха и вакуума снабжены установленными на их выходах средствами изменения расхода сжатого воздуха, которые соединены с блоком управления, имеется датчик толщины газовой прослойки, расположенный со стороны рабочей зоны корпуса, рабочая зона для размещения пластины сообщена с центральной частью пневматической камеры и с периферийной частью пневматической камеры посредством ее сопел, датчик толщины газовой прослойки соединен с блоком управления.

Недостатком данного устройства является невозможность контроля расходов газа или воздуха в магистралях подачи воздуха или контроля давления в камерах, что снижает эффективность процесса управления вихревой воздушной прослойкой.

Наиболее близким является способ охлаждения полупроводниковых пластин в вакууме (заявка RU N 2076390), включающий размещение между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной теплопроводящего вещества, которое размещено в поддоне и расположено между пластиной и подложкодержателем, диаметр поддона выбирают больше диаметра пластины, а в качестве теплопроводящего вещества используют галлий в жидком виде.

Недостатком данного способа является его высокая стоимость и трудоемкость осуществления, наличие эффекта смачивания полупроводниковой пластины теплопроводящим веществом, в качестве которого используется легкоплавкий металл, и относительно узкий интервал температур, при котором возможно использование данного способа.

Технической задачей является повышение эксплуатационных качеств и снижение затрат на осуществление данного способа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе охлаждения полупроводниковых пластин, включающем размещение между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной теплопроводящего вещества, новым является то, что в качестве теплопроводящего вещества используют газовую или воздушную прослойку, создаваемую на пневмовихревой центрифуге после подачи избыточных давлений в ее пневмокамеры, на которую непосредственно кладется для охлаждения полупроводниковая пластина, причем расходы сжатого газа или воздуха через магистрали подачи периферийной и центральной камер выбираются такими, чтобы отношение расхода периферийной камеры к расходу центральной камеры лежало в пределах 1,5...6. Использование газа или воздуха вместо жидкого металла исключает эффект смачивания и расширяет температурный диапазон использования данного способа.

На чертеже (фиг. 1) схематично представлено устройство пневмовихревой центрифуги для охлаждения полупроводниковых пластин на пневмовихревой газовой или воздушной прослойке, с помощью которого реализуется предложенный способ.

Устройство для охлаждения полупроводниковых пластин представляет собой двухкамерную пневмовихревую центрифугу, содержащую корпус 1 с центральной 2 и периферийной 3 пневмокамерами, соединенными с магистралями подачи газа или воздуха 9 и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения полупроводниковой пластины 4, сообщающейся с пневматическими камерами посредством сопел 10, блок управления 7, отличающееся тем, что в нем имеются датчики малых давлений 5 и 6, соединенные со средствами изменения расхода газа или воздуха 8 через блок управления 7.

Устройство работает следующим образом. В периферийную и центральную камеры подают избыточное давление путем изменения расхода газа или воздуха в соответствующих магистралях таким образом, чтобы соотношение между расходами лежало в диапазоне соотношений, определяемых экспериментально для конкретного диаметра полупроводниковой пластины, конфигурации и диаметра воздухоподводящих сопел исходя из минимального разброса температуры по площади пластины во время процесса охлаждения. Истекая через воздухоподводящие сопла периферийной и центральной камер, газ или воздух образует вихревой поток, на который помещается полупроводниковая пластина. Вихревой поток, обтекая пластину, охлаждает ее. При помещении полупроводниковой пластины на газовую прослойку, образованную вихревым потоком, изменяется давление в пневмокамерах. Датчик малых давлений 5 центральной пневмокамеры и датчик малых давлений 6 периферийной пневмокамеры выдает значения давления газа или воздуха в камерах на устройство управления, которое пересчитывает эти значения в расходы, и сравнивая их соотношение с заданным, выдает управляющее воздействие на средства изменения расходов газа или воздуха 8, поддерживая таким образом заданное соотношение расходов газа или воздуха. Образованный вихревой поток заставляет пластину вращаться, увеличивая тем самым устойчивость пластины и равномерность теплообмена пластины и газовой или воздушной прослойки.

Пример. Проверка способа проводилась для пластин диаметром 100 мм.

Для этого была изготовлена модель полупроводниковой пластины, которая представляет собой обычную полупроводниковую пластину с вживленными в нее микротермопарами.

Экспериментально были определены рабочие диапазоны расходов, которые для центральной пневмокамеры лежат в пределах 0,0012...0,0018 м³/сек, а для периферийной пневмокамеры в пределах 0,0033...0,0062 м³/сек, и оптимальное отношение расхода газа или воздуха в периферийной пневмокамере к расходу газа или воздуха в центральной пневмокамере с точки зрения минимального разброса температур по площади полупроводниковой пластины лежит в диапазоне 1,5. . .6. Например, для пневмовихревой центрифуги, геометрические параметры рабочей поверхности которой приведены на фиг.2, оптимальное отношение расхода газа или воздуха периферийной пневмокамеры к расходу газа или воздуха центральной пневмокамеры с точки зрения минимального разброса температур по площади полупроводниковой пластины составило 3,6 (фиг.3).

Таким образом, предложенный способ охлаждения полупроводниковых пластин и устройство для его осуществления обеспечивают:
- равномерный контакт по всей площади пластины с теплопроводным материалом;
- использование данного способа при атмосферном давлении и в широком диапазоне температур;
- значительное снижение трудоемкости реализации способа и стоимости устройства при сохранении его простоты;
- отсутствие эффекта смачивания полупроводниковой пластины теплопроводящим веществом;
- более эффективное управление газовой или воздушной прослойкой по сравнению с прототипом устройства.

Использование: в микроэлектронике на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Сущность изобретения заключается в следующем. В способе охлаждения полупроводниковых пластин между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной размещают теплопроводящее вещество, в качестве которого используют газовую или воздушную прослойку, создаваемую на пневмовихревой центрифуге после подачи избыточных давлений в ее пневмокамеры, на которую непосредственно кладется для охлаждения полупроводниковая пластина, причем расходы сжатого газа или воздуха через магистрали подачи периферийной и центральной камер выбираются такими, чтобы отношение расхода периферийной камеры к расходу центральной камеры лежало в пределах 1,5 - 6. Устройство для осуществления данного способа представляет собой пневмовихревую центрифугу, содержащую корпус с центральной и периферийной пневмокамерами, соединенными с магистралями подачи газа или воздуха и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматическими камерами посредством сопел, средства изменения расходов газа или воздуха, блок управления, датчики малых давлений центральной и периферийной пневмокамер, соединенные со средствами изменения расхода газа или воздуха через блок управления. Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного контакта по всей площади пластины с теплопроводным материалом, возможность использования данного способа при атмосферном давлении и в широком диапазоне температур, значительное снижение трудоемкости реализации способа и стоимости устройства при сохранении его простоты, отсутствие эффекта смачивания полупроводниковой пластины теплопроводящим веществом, более эффективное управление газовой или воздушной прослойкой по сравнению с прототипом устройства. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения полупроводниковых пластин, включающий размещение между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной теплопроводящего вещества, отличающийся тем, что в качестве теплопроводящего вещества используют газовую или воздушную прослойку, создаваемую на пневмовихревой центрифуге после подачи избыточных давлений в ее пневмокамеры, на которую непосредственно кладется для охлаждения полупроводниковая пластина, причем расход сжатого газа или воздуха через магистрали подачи периферийной и центральной камер выбираются такими, чтобы отношение расхода периферийной камеры к расходу центральной камеры лежало в пределах 1,5 - 6. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, представляющее собой пневмовихревую центрифугу, содержащую корпус с центральной и периферийной пневмокамерами, соединенными с магистралями подачи газа или воздуха и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматическими камерами посредством сопел, средства изменения расходов газа или воздуха, блок управления, отличающееся тем, что в нем имеются датчики малых давлений центральной и периферийной пневмокамер, соединенные со средствами изменения расхода газа или воздуха через блок управления.