CN102376527A - 半导体晶片冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体晶片冷却装置，其目的在于提供一种一边抑制作为被照射物的半导体晶片的温度偏差一边进行冷却的半导体晶片冷却装置。本发明的半导体晶片冷却装置具备：托盘（1），其具有载置半导体晶片（10）的载置面；冷却管道（2），配置在托盘（1）内，流过对在载置面上载置的半导体晶片（10）进行冷却的冷却介质；以及真空管道（3），在载置面具有开口并设置在托盘（1），对在载置面上载置的半导体晶片（10）进行吸附。

Description

半导体晶片冷却装置

技术领域

本发明涉及具备对例如作为照射放射线时的被照射物的半导体晶片进行载置并冷却的托盘的半导体晶片冷却装置。

背景技术

将在p型半导体材料中电子进行复合的时间、或者在n型半导体材料中空穴进行复合的时间称为少数载流子的寿命。为了导通后残留的少数载流子更迅速地复合，需要控制寿命，该寿命控制通过将金、白金等的重金属扩散，或照射电子、质子等的带电粒子来进行。

为了防止这样的放射线照射工序中的半导体晶片的温度上升，对载置半导体晶片的托盘设置冷却水等的冷却介质流过的冷却管道，对晶片进行冷却。例如在专利文献1中记载的电子线照射用被处理物输送装置中，成为如下结构，即，在与载置被处理物的托盘密接的水冷板的内部蛇形配置有冷却管道，通过在该冷却管道中流过的冷却水对被处理物进行冷却。

专利文献1：日本特开平10-312764号公报。

通过如专利文献1那样蛇形配置冷却管道，能够通过1根冷却管道对托盘的整个面进行冷却。可是，在这样的冷却管道的配置结构中，由于在位于冷却管道的正上方的部分和位于管道间的正上方的部分中托盘的冷却性能不同，所以根据半导体晶片和托盘的接触位置，即使在单一的晶片内也产生温度差。进而，由于在上游和下游中冷却介质的温度不同，所以根据托盘上的载置位置，在晶片间产生温度差。

此外，当作为被照射物的半导体晶片有翘曲时，在同一半导体晶片内产生与托盘接触的部分和不接触的部分，在这些部分中产生温度差。

由于这样的在半导体晶片的面内、晶片间产生的温度差，导致在从半导体晶片切割出而制作的半导体元件的寿命、其它的电气特性中产生偏差的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种半导体晶片冷却装置，例如在放射线照射工序中一边抑制作为被照射物的半导体晶片的温度偏差一边进行冷却。

用于解决课题的方案

本发明的半导体晶片冷却装置，具备：托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质；以及真空管道，在所述载置面具有开口并设置在所述托盘，对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行吸附。

本发明的第2半导体晶片冷却装置具备：托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及一根冷却管道，在所述托盘内在两端间折回状地配置，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质，在将从所述半导体晶片切割出的正方形芯片的一边设为a（mm）、将所述冷却管道的侧壁厚度设为b（mm）的情况下，所述冷却管道的相邻的管道的距离c（mm）满足：

[数式1]

。

本发明的第3半导体晶片冷却装置具备：托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及一对冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质，所述冷却管道的每一个是将多个管道并联连接的结构，构成一方的所述冷却管道的管道在与所述载置面平行的面内与构成另一方的所述冷却管道的管道交替地配置。

本发明的第4半导体晶片冷却装置具备：托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质；以及压紧环，对在所述载置面上载置的所述半导体晶片的外周部从所述载置面的相反侧进行抵接，将所述半导体晶片按压到所述载置面。

本发明的第5半导体晶片冷却装置具备：托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及冷却管道，在所述托盘内遍及所述载置面地呈面状地设置，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质。

本发明的第6半导体晶片冷却装置具备：托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质；以及冷却介质流方向切换单元，对所述冷却管道内的冷却介质的流动方向进行切换。

发明的效果

本发明的第1半导体晶片冷却装置由于具备：在载置面具有开口并设置在托盘，对在载置面上载置的半导体晶片进行吸附的真空管道，因此能够抑制半导体晶片面内的温度差。

在本发明的第2半导体晶片冷却装置中，在将从所述半导体晶片切割出的正方形芯片的一边设为a（mm）、将所述冷却管道的侧壁厚度设为b（mm）的情况下，通过冷却管道的相邻的管道的距离c（mm）满足：

[数式1]

，从而至少在正方形芯片的1/2以上的范围的正下方构成冷却管道2，因此冷却效率提高。

在本发明的第3半导体晶片冷却装置中，一对冷却管道的每一个是将多个管道并联连接的结构，构成一方的所述冷却管道的管道在与所述载置面平行的面内与构成另一方的所述冷却管道的管道交替地配置，由此各管道与半导体晶片的距离变得相等。如果使在冷却管道2a、2b中的冷却水的流动方向为相反朝向的话，将半导体晶片载置在托盘的任何处都能均等地进行冷却，能够抑制晶片间的温度不均。

在本发明的第4半导体晶片冷却装置中，通过对在载置面上载置的半导体晶片的外周部从所述载置面的相反侧进行抵接而将所述半导体晶片按压到所述载置面的压紧环，半导体晶片与托盘的载置面的密接性提高，因此半导体晶片的整个面通过托盘被均匀地冷却，抑制晶片面内的温度不均。

在本发明的第5半导体晶片冷却装置中，由于具备：在所述托盘内遍及载置面地呈面状地设置的、流过对在载置面上载置的半导体晶片进行冷却的冷却介质的冷却管道，所以能够均匀地冷却托盘的整个面，抑制晶片面内的温度差。

在本发明的第6半导体晶片冷却装置中，由于具备：对所述冷却管道内的冷却介质的流动方向进行切换的冷却介质流方向切换单元，所以能够缓和在冷却介质流的上游侧和下游侧中产生的温度差，抑制晶片间的温度差。

附图说明

图1是实施方式1的半导体晶片冷却装置的结构图。

图2是实施方式2的半导体晶片冷却装置的结构图。

图3是实施方式3的半导体晶片冷却装置的结构图。

图4是实施方式3的半导体晶片冷却装置的结构图。

图5是实施方式4的半导体晶片冷却装置的结构图。

图6是实施方式4的半导体晶片冷却装置的结构图。

图7是实施方式5的半导体晶片冷却装置的结构图。

图8是实施方式5的半导体晶片冷却装置的变形例的结构图。

图9是实施方式6的半导体晶片冷却装置的结构图。

具体实施方式

（实施方式1）

图1是实施方式1的半导体晶片冷却装置的结构图，图1（a）是平面图，图1（b）是图1（a）中的A-A剖面图。

在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，在托盘1中在其载置面载置多个半导体晶片10。在托盘1的内部形成有冷却管道2，通过在冷却管道2中流过的例如冷却水等的冷却介质进行半导体晶片10的冷却。例如，冷却管道2如图1（a）所示，是在托盘1的两端间折回状地配置（蛇形配置）的1根冷却管道。

进而在托盘1的内部，以不干扰冷却管道2的方式形成真空管道3，在托盘1的载置面形成真空管道3的开口。真空管道3的内部处于通过真空泵被减压了的状态，通过在托盘1的载置面设置的开口能够使半导体晶片10真空吸附于托盘1的载置面。

即，本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：托盘1，具有载置半导体晶片10的载置面；冷却管道2，配置在托盘1内，流过对在载置面上载置的半导体晶片10进行冷却的冷却介质；以及真空管道3，在载置面具有开口并设置在托盘1，对在载置面上载置的半导体晶片10进行吸附。通过以真空管道3而被真空吸附，半导体晶片10相对于托盘1不设置缝隙，其整个面与托盘1接触。由于半导体晶片10的整个面均匀地通过托盘1被冷却，所以取得晶片面内的温度不均变小的效果。

再有，图1中示出了以位于半导体晶片10的中心的方式设置真空管道3的开口的情况下的例子，但通过增加开口的数量，能够进一步提高半导体晶片10与托盘1的密接性。

<效果>

根据本实施方式的半导体晶片冷却装置，如所述那样，取得如下的效果。即，本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：托盘1，具有载置半导体晶片10的载置面；冷却管道2，配置在托盘1内，流过对在载置面上载置的半导体晶片10进行冷却的冷却介质；以及真空管道3，在载置面具有开口并设置在托盘1，对在载置面上载置的半导体晶片10进行吸附。通过以真空管道3而被真空吸附，半导体晶片10相对于托盘1不设置缝隙，其整个面与托盘1接触，因此半导体晶片10的整个面均匀地通过托盘1被冷却，取得晶片面内的温度不均变小的效果。

（实施方式2）

图2是实施方式2的半导体晶片冷却装置的结构图。在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，在托盘1中在其载置面载置多个半导体晶片10（参照图1）。在托盘1的内部形成有冷却管道2，通过在冷却管道2中流过的例如冷却水等的冷却介质，进行半导体晶片10的冷却。冷却管道2是在托盘1的两端间折回状地配置（蛇形配置）的1根冷却管道。

在将从半导体晶片10切割出的正方形芯片的一边设为a（mm）、将冷却管道2的侧壁厚度设为b（mm）的情况下，使冷却管道2的相邻的管道的距离（管道间隔）c（mm）满足：

[数式2]

。例如当将正方形芯片的一边设为a=22.5（mm），将冷却管道2的侧壁厚度设为b=1.25（mm）时，管道间隔c≤8.75（mm）。通过这样的结构，由于至少在正方形芯片的1/2以上的范围的正下方构成冷却管道2，所以冷却效率提高。

再有，如果对本实施方式的半导体晶片冷却装置应用在实施方式1中叙述的真空管道3的话，在冷却效率提高之外还能够使晶片面内的温度不均变小。

<效果>

根据本实施方式的半导体晶片冷却装置，如所述那样取得如下的效果。即，在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，冷却管道2是在托盘1内在两端间折回状地配置的1根冷却管道，在将从半导体晶片10切割出的正方形芯片的一边设为a（mm）、将冷却管道2的侧壁厚度设为b（mm）的情况下，通过使冷却管道2的相邻管道的距离c（mm）满足数式（1），从而至少在正方形芯片的1/2以上的范围的正下方构成冷却管道2，因此冷却效率提高。

（实施方式3）

图3、图4是实施方式3的半导体晶片冷却装置的结构图。在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，在托盘1中在其载置面载置多个半导体晶片10（参照图1）。在托盘1的内部形成有一对冷却管道2a、2b，通过在冷却管道2a、2b中在相互相反方向流过的例如冷却水等的冷却介质，进行半导体晶片10的冷却。

冷却管道2a、2b分别是将多个分支管道并联连接的结构，冷却管道2a的分支管道和冷却管道2b的分支管道在与托盘1的载置面平行的面中交替地配置。

图4（a）是从托盘1的背面侧（与载置面相反的面）观察冷却管道2a、2b的图，图4（b）是从图4（a）的A侧观察冷却管道2a、2b的图，图4（c）是从图4（a）的B侧观察冷却管道2a、2b的图，图4（d）是从图3的C侧观察冷却管道2a、2b的图。

由于构成冷却管道2a、2b的多个管道在与托盘1的载置面平行的面中交替地配置，所以各管道和半导体晶片10的距离相等，进而由于在冷却管道2a、2b中冷却水的流动方向相异，所以将半导体晶片10载置在托盘1的任何处都能够均等地进行冷却，能够抑制晶片间的温度不均。

此外，通过在托盘1的两端部中使冷却管道2b向托盘1的背面侧移动，从而相互没有干扰地在托盘1的短尺寸方向配设冷却管道2a、2b。

再有，如果对本实施方式的半导体晶片冷却装置应用在实施方式1中叙述的真空管道3的话，能够抑制晶片间的温度不均，并且使晶片面内的温度不均变小。

<效果>

本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：托盘1，其具有载置半导体晶片10的载置面；以及一对冷却管道2a、2b，在相互相反的方向流过对载置于载置面上的半导体晶片10进行冷却的冷却介质，冷却管道2a、2b分别是将多根分支管道并联连接的结构，构成一方的冷却管道2a的分支管道在与所述载置面平行的面内与构成另一方的冷却管道2b的分支管道交替地配置。由此，抑制托盘1上的温度不均，因此在晶片间、晶片面内的温度偏差减少。

（实施方式4）

图5是实施方式4的半导体晶片冷却装置的结构图。图5（a）是托盘1的平面图，图5（b）是图5（a）的B-B剖面图。在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，在托盘1中在其载置面载置多个半导体晶片10。在托盘1的内部形成有冷却管道2，通过在冷却管道2中流过的例如冷却水等的冷却介质，进行半导体晶片10的冷却。冷却管道2例如是在托盘1的两端间折回状地配置（蛇形配置）的1根冷却管道。

进而，本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：压紧环4，将半导体晶片10的外周部对于托盘1的载置面进行按压。对压紧环4可以考虑各种各样的结构，但例如在图5（b）所示的压紧环4中，3根腿不与冷却管道2干扰地埋入托盘1的内部，通过该腿利用电动机驱动相对于托盘1的载置面在垂直方向移动，从而压紧环4对半导体晶片10的外周部抵接、按压。

由此，半导体晶片10和托盘1的载置面的密接性提高，因此半导体晶片10的整个面均匀地通过托盘1被冷却，取得晶片面内的温度不均变小的效果。

或者如图6所示，采用与托盘1整体地形成螺丝1a，使用滚花螺母5将压紧环4从上方按压到托盘1的载置面的结构也可。在该情况下不需要埋入托盘1的结构构件，因此能够不考虑与冷却管道2的干扰地配置压紧环4。

再有，也能够对本实施方式的半导体晶片冷却装置应用在实施方式1~3中叙述的结构。

<效果>

本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：托盘1，具有载置半导体晶片10的载置面；冷却管道2，配置在托盘1内，流过对在载置面上载置的半导体晶片10进行冷却的冷却介质；以及压紧环4，对在载置面上载置的半导体晶片10的外周部从载置面的相反侧进行抵接，将半导体晶片10按压到载置面。由此，半导体晶片10和托盘1的载置面的密接性提高，因此半导体晶片10的整个面均匀地通过托盘1被冷却，取得晶片面内的温度不均变小的效果。

（实施方式5）

图7是实施方式5的半导体晶片冷却装置的结构图。图7（a）是半导体晶片冷却装置的平面图，图7（b）、（c）是图7（a）的C-C剖面图。在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，在托盘1中在其载置面载置多个半导体晶片10（参照图1）。如图7（a）所示，在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，托盘1的内部成为中空形状。

换句话说，在托盘1内遍及载置面地设置有面状的冷却管道6，通过在冷却管道6中流过的例如冷却水等的冷却介质，进行半导体晶片10的冷却。如果是通常的冷却管道的话，在托盘1中有管道的部分的正上方和没有管道的部分（管道间）的正上方产生温度差，但通过像这样设置面状的冷却管道6，托盘1的整个面均匀地被冷却，能够抑制晶片面内的温度差。

在图7（b）中，例示有仅设置1个面状的冷却管道6的情况，但如图7（c）所示，采用接近载置面一侧的第1冷却管道6a、和相对于第1冷却管道6a在与载置面相反的一侧设置的第2冷却管道6b的2层结构也可。通过在冷却管道6a、6b中使冷却介质流方向为相反朝向，冷却管道6a、6b的上游侧和下游侧的温度差被缓和，能够抑制晶片间的温度差。

再有，通过将后述的实施方式6的冷却介质流方向切换单元应用于图7（b）的半导体晶片冷却装置，能够进一步抑制晶片间的温度差。

<变形例>

图8是表示本实施方式的半导体晶片冷却装置的变形例的结构的平面图。在变形例中，将对冷却管道6导入冷却介质的供给路径、和通过了冷却管道6的冷却介质向外部流出的流出路径分别设置多个。在图8中例示有分别设置了3个路径的情况。通过像这样使冷却介质的供给路径和流出路径分路为多个，从而防止冷却介质滞留在冷却管道6内。

<效果>

本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：托盘1，具有载置半导体晶片10的载置面；以及冷却管道6，在托盘1内遍及载置面地呈面状地设置，流过对在载置面上载置的半导体晶片10进行冷却的冷却介质，因此托盘1的整个面均匀地被冷却，能够抑制晶片面内的温度差。

此外，使冷却管道6具备在载置面侧设置的第1冷却管道6a、和相对于第1冷却管道6a在与载置面的相反侧设置的第2冷却管道6b，如果使冷却介质在第1、第2冷却管道6a、6b内在相互相反的方向流过的话，冷却管道6a、6b的上游侧和下游侧的温度差被缓和，能够抑制晶片间的温度差。

进而，通过具备将冷却介质导入冷却管道6的多个供给路径、和使冷却介质从冷却管道6向外部流出的多个流出路径，从而防止冷却介质滞留在冷却管道6内。

（实施方式6）

图9是本实施方式的半导体晶片冷却装置的结构图。在本实施方式的半导体晶片冷却装置中，在托盘1中在其载置面载置多个半导体晶片10。在托盘1的内部形成有冷却管道2，通过在冷却管道2中流过的例如冷却水等的冷却介质，进行半导体晶片10的冷却。例如，冷却管道2如图9所示，是在托盘1的两端间折回状地配置（蛇形配置）的1根冷却管道。

进而，在本实施方式中具备切换冷却管道2内的冷却介质的流动方向的冷却介质流方向切换单元。图9表示冷却介质流方向切换单元的一例，冷却管道2的供给路径和流出路径以连结管道9a连结，在连结管道9a的上游侧将供给路径和流出路径以连结管道9b连结。在连结管道9a、9b分别设置管道阀8b、8a，在供给路径和流出路径的每一个在连结管道9a、9b之间分别设置有管道阀7a、7b。以上是冷却介质流方向切换单元的结构。

当打开管道阀7a、7b并关闭管道阀8a、8b时，在图中的实线箭头方向流过冷却介质，当关闭管道阀7a、7b并打开管道阀8a、8b时，在图中的虚线箭头方向流过冷却介质。通过像这样适宜地切换冷却介质流方向，能够缓和冷却介质流的在上游侧和下游侧中产生的温度差。由此能够抑制晶片间的温度差。

再有，能够将本实施方式的冷却介质流方向切换单元应用于实施方式1、2、4、5的半导体晶片冷却装置，能够取得抑制晶片间的温度差的效果。

<效果>

本实施方式的半导体晶片冷却装置具备：托盘1，具有载置半导体晶片10的载置面；冷却管道2，配置在托盘1内，流过对在载置面上载置的半导体晶片10进行冷却的冷却介质；以及冷却介质流方向切换单元，对冷却管道2内的冷却介质的流动方向进行切换。由此，能够缓和冷却介质的在上游侧和下游侧中产生的温度差，抑制晶片间的温度差。

（其它）

以上，针对各种实施例说明了本发明，但也能够将这些实施例适宜地组合来实施本发明。

附图标记说明

1 托盘；1a 螺丝；2、2a、2b、6、6a、6b 冷却管道；3 真空管道；4 压紧环；5 滚花螺母；7a、7b、8a、8b 管道阀；9a、9b 连结管道；10 半导体晶片。

Claims (12)

1.一种半导体晶片冷却装置，其中，具备：

托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；

冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质；以及

真空管道，在所述载置面具有开口并设置在所述托盘，对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行吸附。

2.根据权利要求1所述的半导体晶片冷却装置，其中，

所述冷却管道是在所述托盘内在两端间折回状地配置的1根冷却管道，

在将从所述半导体晶片切割出的正方形芯片的一边设为a（mm）、将所述冷却管道的侧壁厚度设为b（mm）的情况下，所述冷却管道的相邻的管道的距离c（mm）满足：

[数式3]

。

3.一种半导体晶片冷却装置，其中，具备：

托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及

一根冷却管道，在所述托盘内在两端间折回状地配置，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质，

在将从所述半导体晶片切割出的正方形芯片的一边设为a（mm）、将所述冷却管道的侧壁厚度设为b（mm）的情况下，所述冷却管道的相邻的管道的距离c（mm）满足：

[数式4]

。

4.根据权利要求1所述的半导体晶片冷却装置，其中，

所述冷却管道是所述冷却介质在相互相反方向流过的一对冷却管道，

所述冷却管道的每一个是将多个分支管道并联连接的结构，

构成一方的所述冷却管道的分支管道在与所述载置面平行的面内与构成另一方的所述冷却管道的分支管道交替地配置。

5.一种半导体晶片冷却装置，其中，具备：

托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及

一对冷却管道，配置在所述托盘内，在相互相反方向流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质,

所述冷却管道的每一个是将多个分支管道并联连接的结构，

构成一方的所述冷却管道的分支管道在与所述载置面平行的面内与构成另一方的所述冷却管道的分支管道交替地配置。

6.根据权利要求1~5的任一项所述的半导体晶片冷却装置，其中，还具备：压紧环，对在所述载置面上载置的所述半导体晶片的外周部从所述载置面的相反侧进行抵接，将所述半导体晶片按压到所述载置面。

7.一种半导体晶片冷却装置，其中，具备：

托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；

冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质；以及

压紧环，对在所述载置面上载置的所述半导体晶片的外周部从所述载置面的相反侧进行抵接，将所述半导体晶片按压到所述载置面。

8.一种半导体晶片冷却装置，其中，具备：

托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及

冷却管道，在所述托盘内遍及所述载置面地呈面状地设置，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质。

9.根据权利要求8所述的半导体晶片冷却装置，其中，

所述冷却管道具备：

第1冷却管道，在所述载置面一侧设置；以及

第2冷却管道，相对于所述第1冷却管道在与所述载置面相反的一侧设置，

在所述第1、第2冷却管道内所述冷却介质在相互相反方向流过。

10.根据权利要求8或9所述的半导体晶片冷却装置，其中，还具备：

多个供给路径，将所述冷却介质导入所述冷却管道；以及

多个流出路径，使所述冷却介质从所述冷却管道向外部流出。

11.根据权利要求1~3、7~9的任一项所述的半导体晶片冷却装置，其中，还具备：冷却介质流方向切换单元，对所述冷却管道内的冷却介质的流动方向进行切换。

12.一种半导体晶片冷却装置，其中，具备：

托盘，其具有载置半导体晶片的载置面；以及

冷却管道，配置在所述托盘内，流过对在所述载置面上载置的所述半导体晶片进行冷却的冷却介质；以及

冷却介质流方向切换单元，对所述冷却管道内的冷却介质的流动方向进行切换。

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