CN111180399A - 冷却盘及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却盘及其制作方法，所述冷却盘包括盘体，所述盘体表面铺设有环形槽；不锈钢管，嵌设于所述环形槽内，用于输送液体；所述冷却盘的制作方法，包括步骤：提供盘体和不锈钢管，所述盘体表面铺设有环形槽；将所述不锈钢管嵌设入所述环形槽内；挤压所述环形槽边缘台阶，将所述不锈钢管稳固在所述环形槽内。该发明的冷却盘结构具有冷却效率高，冷却盘使用寿命长的优点，同时该发明采用挤压模具将折弯后的不锈钢管稳固嵌入到冷却盘中，保证了嵌入的不锈钢管不易脱落。

Description

冷却盘及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种冷却盘及其制作方法。

背景技术

在半导体工艺中，于晶圆上加工制作各种电路元件结构，而使晶圆成为有特定电性功能之IC产品。对于计算机产品而言，晶圆的品质影响着整个计算机的性能。

目前，在对晶圆进行光刻过程中，需要对晶圆多次冷却；而冷却过程通常分为空冷和冷却盘强制冷却两个阶段。但是晶圆的初始温度较高，利用空冷，需要花费大量的时间，导致效率低，逐渐出现越来越多的强制冷却晶圆的装置。

现有工艺中，大多采用冷却盘对晶圆进行冷却，在冷却过程中，存在两个缺陷：第一，冷却效率低，一方面冷却盘中冷却液的流动速率低，能够带走晶圆表面的热量少，另一方面，冷却盘内直接输送冷却液，导致冷却盘氧化，这样在冷却盘表面形成致密的氧化层，影响热量的传递，直接导致晶圆冷却效率低；第二冷却盘使用寿命短，冷却盘长期输送冷却液，经历长时间的腐蚀，容易出现裂缝的现象。

所以如何在提高晶圆的冷却效率的同时又能延长冷却盘的使用寿命，这是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种冷却盘及其制作方法，避免冷却盘氧化，影响冷却盘的使用寿命以及晶圆的冷却效率。

为解决上述问题，本发明提供一种冷却盘，包括：盘体，所述盘体表面铺设有环形槽；不锈钢管，嵌设于所述环形槽内，用于输送液体。

可选的，所述环形槽具有多个弯折部。

可选的，所述环形槽边缘设置有台阶。

可选的，所述环形槽直径大于所述不锈钢管的外径。

可选的，所述不锈钢管具有用于液体输送的进口与出口。

可选的，所述盘体上至少设置有3个通孔。

本发明还提供一种上述冷却盘的制作方法，包括步骤：提供盘体和不锈钢管，所述盘体表面铺设有环形槽；将所述不锈钢管嵌设入所述环形槽内；挤压所述环形槽边缘台阶，将所述不锈钢管稳固在所述环形槽内。

可选的，所述挤压采用模具挤压。所述模具包括：凸模固定板、导柱以及底座，所述凸模固定板与所述底座通过导柱连接。

可选的，所述凸模固定板与所述底座边缘上分别设有导柱通孔，所述导柱通孔内设有导套。

可选的，所述凸模固定板上固定有凸模，所述凸模固定板上至少设置有3个盲孔，所述底座上至少设置有3个弹簧定位销。

可选的，在挤压所述环形槽边缘台阶，将所述不锈钢管稳固在所述环形槽内之前还包括步骤：将盘体放置于所述底座上，所述弹簧定位销穿过所述盘体上的通孔；所述弹簧定位销远离所述底座的一端伸入所述凸模固定板上的盲孔中；所述导柱套进所述导套内，将所述凸模固定板与所述底座连接，实现模具与盘体的装配；将装配好的模具与盘体放在油压机平台上，所述油压机带动凸模固定板向所述环形槽表面运动，所述凸模与所述台阶接触。

可选的，挤压时施加在所述凸模固定板上的力在20-22Mpa之间，所述凸模与所述台阶挤压时停留10-20s。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案中利用在冷却盘中嵌有不锈钢管的结构，由于不锈钢管本身具有良好的耐碱金属、耐酸以及优异的耐化学性能，冷却液长期盘泡在里面也对其腐蚀作用很小，这就大大的延长了冷却盘的使用寿命。

进一步，冷却盘表面铺设有环形槽，环形槽有多个弯折部，不锈钢管也折弯成对应的多个弯折部嵌在环形槽中，所述不锈钢管的弯折部越多，所述不锈钢管的长度越长，每次流动的冷却液的体积量越多，这样在冷却晶圆过程中，冷却液能够更多的带走晶圆表面的热量，提高了晶圆的冷却效率。

进一步，采用挤压模具挤压环形槽的边缘的台阶，利用边缘台阶的金属流动，受到挤压的金属填充到不锈钢管与环形槽的缝隙中，从而将折弯后的不锈钢管稳固嵌入到冷却盘中，保证了嵌入的不锈钢管不易脱落。

附图说明

图1至图5是本发明冷却盘制作方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。

其中：1-盘体；101-通孔；102-环形槽；103-台阶；2-不锈钢管；3-模具；310-凸模固定板；311-凸模；312-凸起部；313-凹槽部；314-盲孔；315-导柱通孔；320-导柱；330-底座；331-弹簧定位销；4-导套。

具体实施方式

目前晶圆冷却的工艺中涉及的冷却盘结构，使用最为广泛的是采用一体式焊接型冷却盘。该冷却盘包括上盖板和下盖板，上盖板和下盖板之间通过焊接形成一体式结构，其中内部形成中空水道，用于冷却液的输送。晶圆放在盖板上，冷却液从内部的水道中流通，带走晶圆表面的温度，实现对晶圆的冷却。

发明人经过分析发现，由于这种一体式的结构，冷却液是直接从上盖板和下盖板之间的水道流过，这种结构能流动的冷却液量少，且水道里面的冷却液不能完全的蒸发掉，水道长期处在潮湿的环境中容易被腐蚀，内部表面形成致密的氧化层，导致热量输送缓慢，影响晶圆的冷却效率；而且由于冷却盘长期被腐蚀氧化，冷却盘的硬度、强度就降低，缩短了冷却盘的使用寿命。

发明人通过研究发现，在冷却盘表面铺设环形槽，里面嵌入不锈钢管，这种结构设计大大的延长了冷却盘的使用寿命。

同时，发明人研究发现将环形槽做成含有多个折弯部，这样对应的不锈钢管也折弯成多个弯折部，这样能够提高水流量，提高晶圆的冷却效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

图1至图5是本发明冷却盘制作方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。

首先参考图1，提供盘体1，所述盘体1表面铺设有环形槽102，所述环形槽102的边缘设置有台阶103，所述盘体1还设置有通孔101。

本实施例中，所述盘体1的材料为铝材料，所述铝材料具有价格低廉、性价比较高的优点。

其他实施例中，所述盘体1的材料可以根据实际成本出发进行选择，比如铜、钢等。

以铝作为所述盘体1材料，一方面，有利于节约所述盘体1的成本；另一方面，铝本身硬度较小，挤压成型也容易，这样盘体1容易加工，方便使用。

参考图2，提供不锈钢管2，所述不锈钢管2被折弯成与所述环形槽102相同的形状。

本实施例中，所述不锈钢管2具有耐腐蚀、价格低廉，强度高的特点，在使用过程中，发生不锈钢管因腐蚀而断裂的现象较少，能够满足长期使用的需求。

参考图3，将图2的所述不锈钢管2嵌入到图1所示所述盘体1表面铺设有环形槽102内。

本实施例中，在将不锈钢管2放入到环形槽102内之前，对所述盘体1的环形槽102进行抛光，抛光的目的是为了减少环形槽102表面的毛刺，保证环形槽102与所述不锈钢管2的接触面平整。

本实施例中，在将不锈钢管2放入到环形槽102内之前，对所述盘体1进行硬质阳极氧化处理，目的是在盘体1的表面形成一层致密的氧化膜，由于形成氧化膜盘体1的耐腐蚀与耐磨损性能都要比没有形成氧化膜的盘体1要好，这样克服了盘体1耐腐蚀与耐磨性差的缺陷，扩大盘体1使用范围，延长盘体1使用寿命。

本实施例中，采用阳极氧化处理所述盘体1的表面，主要是盘体1采用的是铝材料，采用阳极氧化处理既能形成致密的氧化膜，又能节约成本。

其他实施例中，也可以采用其他表面处理技术，处理所述盘体1的表面。

本实施例中，在将不锈钢管2放入到环形槽102内之前，对不锈钢管2外表面进行抛光处理，目的是保证与所述环形槽102接触面的平整；之后对所述不锈钢管2进行折弯处理，将其折弯成与所述环形槽102相同的形状。

本实施例中，对所述不锈钢管2进行多处折弯，相当于增加了不锈钢管2的长度，这样一次能够流动的冷却液的体积量增多，能够带走晶圆表面的热量也越多，从而提高晶圆的冷却效率。

本实施例中，所述环形槽102直径大于所述不锈钢管2的外径，目的是便于所述不锈钢管2嵌入到环形槽102内，若所述环形槽102直径小于或等于所述不锈钢管2的外径，这就在嵌入过程中会出现不锈钢管2变形，或者不能嵌入到环形槽102内，甚至在嵌入过程中，出现盘体1的断裂等现象。

本实施例中，所述不锈钢管2具有用于液体输送的进口与出口，目的是用于冷却液的循环输入和输出。

挤压所述环形槽102边缘台阶103，将所述不锈钢管2稳固在所述环形槽102内，利用挤压过程中，所述台阶103的金属流动，填充到环形槽102与所述不锈钢管2之间的缝隙中，实现将不锈钢管2稳固在所述环形槽102内。

本实施例中，所述环形槽102的直径大于所述不锈钢管2的外径，这样设置的目的是一方面是方便将不锈钢管2完好无损的放入到环形槽102中，保证不锈钢管2的质量；另一方面环形槽102的直径大于所述不锈钢管2的外径，这样所述环形槽102与所述不锈钢管2之间就存在缝隙，便于挤压的时候，给变形的台阶103预留一定的金属流动空间，让其更好的填充到所述不锈钢管2与所述环形槽102之间的缝隙中，实现将不锈钢管2稳固的嵌入到环形槽102里。

所述挤压采用模具3挤压。所述模具3包括：凸模固定板310、导柱320以及底座330，所述凸模固定板310与所述底座330通过导柱320连接。

参考图4，提供一种凸模311，固定在凸模固定板310上，所述凸模311包括凸起部312和凹槽部313；所述凸模固定板上设置有盲孔314，所述凸模固定板310边缘上设有导柱通孔315，所述导柱通孔315内设有导套4。

本实施中，所述底座330边缘上设有导柱通孔(未画出)，导柱通孔中也设有导套4，所述底座330上设置有弹簧定位销331。

参考图5，图5是模具3装配好的图。

本实施例中，在挤压所述环形槽102边缘台阶103，将所述不锈钢管2稳固在所述环形槽102内之前还包括步骤：

将盘体1放置于所述底座330上，此时的不锈钢管2已经放入所述环形槽102中，所述底座330上的弹簧定位销331穿过所述盘体1上的通孔101，这就实现了盘体1和不锈钢管2位置的准确固定；

所述弹簧定位销331远离所述底座330的一端伸入所述凸模固定板310上的盲孔314中；

所述导柱320一端套进所述凸模固定板310边缘上的导柱通孔315内所述导套4内，另一端套进所述底座330边缘上的的导柱通孔内的导套中，将所述凸模固定板310与所述底座330连接，实现模具3与盘体1的装配。

本实施例中，所述凸模311的凸起部312与所述台阶103接触，不锈钢管2高出台阶103的部分就伸进了所述凸模311的凹槽部313中。

在挤压的过程中，所述凸模311的凸起部312对台阶103施加挤压力，利用台阶103的金属流动，将不锈钢管2与所述环形槽102的缝隙填满，这样就能够实现将不锈钢管2稳固嵌入到环形槽102中，形成一种冷却盘结构。

本实施例中，在冷却晶圆的时候，将晶圆放在具有所述环形槽102面的对立面上，冷却液体从不锈钢管2流进流出，带走晶圆表面的热量，实现了对晶圆的冷却。

将装配好的模具与盘体放在油压机平台上，所述油压机带动凸模固定板向所述环形槽表面运动，所述凸模与所述台阶接触。

本实施例中，为了更好地准确实现所述盘体与所述模具的准确装配，在所述盘体上开设了6个通孔，凸模固定板上设置了6个盲孔，以及所述底座上设置了对应的6个弹簧定位销。

其他实施例中，所述盘体上最少设置有3个通孔，对应的凸模固定板上最少设置有3个盲孔，底座上设置了对应的3个弹簧定位销。优选地，能够使得3个通孔能构成一个平面，这样对应的3个盲孔、3个弹簧定位销也分别构成了对应的平面，这样有利于实现盘体1与模具3之间方便快捷、准确地装配，而且有利于盘体1与模具3之间装配的稳定性，为后续的挤压做好铺垫。

本实施例中，所述环形槽102的直径大于所述不锈钢管2的外径，这样设置的目的是由于采用物理方法将不锈钢管2嵌入环形槽102中，一方面是保证不锈钢管2完好无损的放入到环形槽102中；另一方面给变形的台阶103预留一定的金属流动空间，让其更好的填充到所述不锈钢管2与所述环形槽102之间，实现将不锈钢管2稳固的嵌入到环形槽102中。

本实施例中，油烟机挤压时施加在所述凸模固定板310上的力在20-22MPa之间，若所述挤压力过小，所述台阶103都没有变形，难以充分填充到不锈钢管2与所述环形槽102之间的缝隙中，影响所述不锈钢管2与所述盘体1之间稳固的嵌入。若所述挤压力过大，容易造成不锈钢管2表面的损伤，造成不锈钢管2的形变，或者造成盘体1的断裂，影响成品的质量。

本实施例中，所述凸模311与所述台阶103挤压时停留10-20s，若所述停留时间过短，所述台阶103在挤压过程中，变形的金属没有足够的流动时间，不能充分在不锈钢管2与所述环形槽102之间的缝隙之间流动，从而影响不锈钢管2与所述盘体1之间的嵌入质量。若停留时间过长，所述台阶103过度变形，影响所述不锈钢管2嵌入到所述盘体1内质量。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种冷却盘，其特征在于，包括：

盘体，所述盘体表面铺设有环形槽；

不锈钢管，嵌设于所述环形槽内，用于输送液体。

2.如权要求1所述的冷却盘，其特征在于，所述环形槽具有多个弯折部。

3.如权要求2所述的冷却盘，其特征在于，所述环形槽边缘设置有台阶。

4.如权要求1所述的冷却盘，其特征在于，所述环形槽直径大于所述不锈钢管的外径。

5.如权要求1所述的冷却盘，其特征在于，所述不锈钢管具有用于液体输送的进口与出口。

6.如权要求1所述的冷却盘，其特征在于，所述盘体上至少设置有3个通孔。

7.一种如权1至权6任一项所述冷却盘的制作方法，其特征在于，包括步骤：

提供盘体和不锈钢管，所述盘体表面铺设有环形槽；

将所述不锈钢管嵌设入所述环形槽内；

挤压所述环形槽边缘台阶，将所述不锈钢管稳固在所述环形槽内。

8.如权利要求7所述的冷却盘的制作方法，其特征在于，所述挤压采用模具挤压。

9.如权利要求8所述的冷却盘的制作方法，其特征在于，所述模具包括：凸模固定板、导柱以及底座，所述凸模固定板与所述底座通过导柱连接。

10.如权利要求9所述的冷却盘的制作方法，其特征在于，所述凸模固定板与所述底座边缘上分别设有导柱通孔，所述导柱通孔内设有导套。

11.如权利要求9所述的冷却盘的制作方法，其特征在于，所述凸模固定板上固定有凸模，所述凸模固定板上至少设置有3个盲孔，所述底座上至少设置有3个弹簧定位销。

12.如权利要求11所述的冷却盘的制作方法，其特征在于，在挤压所述环形槽边缘台阶，将所述不锈钢管稳固在所述环形槽内之前还包括步骤：

将盘体放置于所述底座上，所述弹簧定位销穿过所述盘体上的通孔；

所述弹簧定位销远离所述底座的一端伸入所述凸模固定板上的盲孔中；

所述导柱套进所述导套内，将所述凸模固定板与所述底座连接，实现模具与盘体的装配；

将装配好的模具与盘体放在油压机平台上，所述油压机带动凸模固定板向所述环形槽表面运动，所述凸模与所述台阶接触。

13.如权利要求12所述的冷却盘的制作方法，其特征在于，挤压时施加在所述凸模固定板上的力在20-22MPa之间，所述凸模与所述台阶挤压时停留10-20s。

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