CN115763315A - 射频连杆的冷却结构以及半导体器件的加工设备 - Google Patents

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CN115763315A CN202211514466.4A CN202211514466A CN115763315A CN 115763315 A CN115763315 A CN 115763315A CN 202211514466 A CN202211514466 A CN 202211514466A CN 115763315 A CN115763315 A CN 115763315A
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Abstract

本发明提供了一种射频连杆的冷却结构以及一种半导体器件的加工设备。所述射频连杆的冷却结构包括:导热基座,其中部设有通孔,所述射频连杆经由所述通孔穿过所述导热基座,以连接射频电路及晶圆托盘;导热陶瓷部,设于所述导热基座,用于实现所述射频连杆与所述导热基座之间的热传导及电隔离;以及导热连接部,其第一端连接所述射频连杆,而其第二端连接所述导热陶瓷部,用于将所述射频连杆的热量经由所述导热陶瓷部传导到所述导热基座。

Description

射频连杆的冷却结构以及半导体器件的加工设备
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域,尤其涉及一种射频连杆的冷却结构以及一种半导体器件的加工设备。
背景技术
在半导体加工领域中,射频连杆对于半导体的加工至为重要。本领域目前的射频连杆在高温应用环境以及高射频功率的电流作用下会发生氧化,增大了接触电阻。在静电卡盘的作用下,不能直接将连杆直接接地,因此不能直接通过导热金属接地,并且,当晶圆托盘作为功率电极时,不能直接接地。进一步地,当加热盘温度很高时,传导到连杆的热量会导致射频连杆温度较高,例如150-250℃,并且射频连杆上的射频电流也会带来发热,随着功率的增大,其产生的热量也会增大,电流最可达50A甚至更高。进一步地,由于连接处存在接触电阻,其发热量Q=I2*R将会更高。因此,现有技术中的射频连杆会在使用过程中会进一步地发热以及氧化,从而影响了半导体加工工艺的稳定性以及导致了连杆和连接器发黑、粘连。
为了克服现有技术存在的上述缺陷,本领域亟需一种射频连杆的冷却结构,用于在隔离射频的前提下导走连杆底部的热量,并且在导热连接环节避免连杆在温度变化过程中受力,以避免连杆发热氧化、结构变形以及连接改变,从而提高射频连杆的稳定性以及可靠性。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览,并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷,本发明提供了一种射频连杆的冷却结构以及一种半导体器件的加工设备,能够在隔离射频的前提下导走连杆底部的热量,并且在导热连接环节避免连杆在温度变化过程中受力,以避免连杆发热氧化、结构变形以及连接改变,从而提高射频连杆的稳定性以及可靠性。
具体来说,根据本发明的第一方面提供的上述射频连杆的冷却结构包括:
导热基座,其中部设有通孔,所述射频连杆经由所述通孔穿过所述导热基座,以连接射频电路及晶圆托盘;导热陶瓷部,设于所述导热基座,用于实现所述射频连杆与所述导热基座之间的热传导及电隔离;以及导热连接部,其第一端连接所述射频连杆,而其第二端连接所述导热陶瓷部,用于将所述射频连杆的热量经由所述导热陶瓷部传导到所述导热基座。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述冷却结构还包括水冷系统,其中,所述水冷系统设于所述导热基座的内部,或者所述水冷系统设于所述导热基座的外部,并经由热传输的方式连接所述导热基座。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述导热连接部包括导热带,其中,所述导热带的第一端以面接触的形式连接所述射频连杆,而其第二端以面接触的形式连接所述导热陶瓷部。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述导热带的第一端经由第一导热介质连接所述射频连杆,而其第二端经由第二导热介质连接所述导热陶瓷部。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述导热带的第一端环绕所述射频连杆的至少一部分,以连接所述射频连杆。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述导热带由柔性材料制成。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述导热陶瓷部嵌于所述导热基座的内部,所述导热连接部的第二端伸入所述导热基座,以连接所述导热陶瓷部。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述导热陶瓷部的厚度大于预设厚度,其中,所述预设厚度是根据寄生电容的电容值上限来确定。
此外根据本发明的第二方面提供的半导体器件的加工设备包括:晶圆托盘,用于承载半导体器件的晶圆;射频连杆,其第一端连接射频电路,而其第二端连接所述晶圆托盘,用于向所述晶圆提供射频电场;以及如上所述的射频连杆的冷却结构,用于吸收所述射频连杆的热量,并实现所述射频连杆与地端的电隔离。
进一步地,在本发明的一些实施例中,所述晶圆托盘选自静电卡盘或加热盘。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后,能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中,各组件不一定是按比例绘制,并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件的加工设备的示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的射频连杆的冷却结构的示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的导热带与连杆的连接结构的示意图。
图4示出了根据本发明的一些实施例提供的导热带与连杆的连接结构的示意图。
附图标记:
11 射频连杆;
12 导热基座;
13 地面或射频电源;
131 电感;
132 电容;
133 第一支路;
134 第二支路;
14 晶圆托盘;
15 静电吸附盘;
16 静电吸附盘;
21 导热基座;
22 导热陶瓷部;
23 导热连接部;
231 导热带;
24 射频连杆;
31 导热带;
32 螺钉;
33 射频连杆;
41 导热带;
42 螺钉;
43 射频连杆。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍,但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反,结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解,以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外,为了避免混乱或模糊本发明的重点,有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外,在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用,其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作,因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是,虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分,这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定,且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此,以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述,在半导体加工领域中,射频连杆对于半导体的加工至为重要。本领域目前的射频连杆在高温应用环境以及高射频功率的电流作用下会发生氧化,增大了接触电阻。在静电卡盘的作用下,不能直接将连杆直接接地,因此不能直接通过导热金属接地,并且,当晶圆托盘作为功率电极时,不能直接接地。进一步地,当加热盘温度很高时,传导到连杆的热量会导致射频连杆温度较高,例如150-250℃,并且射频连杆上的射频电流也会带来发热,随着功率的增大,其产生的热量也会增大,电流最可达50A甚至更高。进一步地,由于连接处存在接触电阻,其发热量Q=I2*R将会更高。因此,现有技术中的射频连杆会在使用过程中会进一步地发热以及氧化,从而影响了半导体加工工艺的稳定性以及导致了连杆和连接器发黑、粘连。
为了克服现有技术存在的上述缺陷,本发明提供了一种射频连杆的冷却结构以及一种半导体器件的加工设备,能够在隔离射频的前提下导走连杆底部的热量,并且在导热连接环节避免连杆在温度变化过程中受力,以避免连杆发热氧化、结构变形以及连接改变,从而提高射频连杆的稳定性以及可靠性。
在一些非限制性的实施例中,本发明第一方面提供的上述射频连杆的冷却结构可以被配置于本发明的第二方面提供的上述半导体器件的加工设备。
首先,请参考图1,图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件的加工设备的示意图。
如图1所示,在本发明的一些实施例中,本发明的第二方面提供的半导体器件的加工设备包括晶圆托盘14、射频连杆11以及本发明的第一方面提供的射频连杆的冷却结构12。在此,该晶圆托盘14可以为陶瓷托盘,用于承载半导体期间的晶圆。该晶圆托盘上方可以设有金属接地网16以起到安全防护以及屏蔽作用。当该晶圆托盘14的温度很高时,热量会从该晶圆托盘14盘面下沿该射频连杆11传导。该射频连杆11,其第一端可以连接射频电路13,而其第二端可以连接该晶圆托盘,用于向上述晶圆提供射频电场。该射频电路的第一支路可以通过电感131连接静电吸附盘15。该射频电路13的第二支路可以通过电容132连接地面或射频电源。该第一支路与该第二支路并联。
进一步地,在本发明的一些实施例中,该晶圆托盘14可以选自静电卡盘或加热盘。
进一步地,在本发明的一些实施例中,该射频连杆11可以为镍材质,上述作为电极的金属接地网16为金属钼。上述射频连杆可以与接地网通过焊接连接。
在本发明的另一些实施例中,上述射频连杆11与上述金属接地网16可以为镍钼合金。
请结合参考图1以及图2,图2示出了根据本发明的一些实施例提供的射频连杆的冷却结构的示意图。
在图2所示的实施例中,上述射频连杆的冷却结构可以包括:导热基座21、导热陶瓷部22以及导热连接部23。在此,该导热基座21中部设有通孔。该射频连杆24可以经由上述通孔穿过该导热基座21,以连接射频电路13及晶圆托盘14。该导热陶瓷部可以设于该导热基座21,用于实现该射频连杆24与该导热基座21之间的热传导及电隔离。该导热连接部23的第一端连可以接该射频连杆24。该导热连接部23的第二端可以连接该导热陶瓷部22,用于将该射频连杆24的热量经由该导热陶瓷部22传导到该导热基座21。如此,上述连杆的冷却结构便可以在隔离射频的前提下导走连杆底部的热量。
可选地,该金属基座本身水冷或与水冷块连接。
进一步地,在本发明的一些实施例中,上述冷却结构还可以包括水冷系统。在此,该水冷系统可以设于该导热基座21的内部。
在本发明的另一些实施例中,该水冷系统还可以设于所述导热基座21的外部,并经由热传输的方式连接该导热基座21。
进一步地,在本发明的一些实施例中,上述导热连接部可以包括导热带231。在此,该导热带231的第一端可以以面接触的形式连接上述射频连杆24,而其第二端可以以面接触的形式连接上述导热陶瓷部22。如此,上述导热带的面接触的接触方式可以保证良好的导热性,从而实现射频连杆的导热。
进一步地,上述导热带231的第一端可以经由第一导热介质连接上述射频连杆24,而其第二端可以经由第二导热介质连接上述导热陶瓷部22。
具体来说,上述第一导热介质以及第二导热介质可以包括石墨烯垫片、导热硅胶中的一者或多者以增强或调控导热性。
请参考图3。图3示出了根据本发明的一些实施例提供的导热带与连杆的连接结构的示意图。
如图3所示,上述导热带31的第一端可以通过螺钉32固定以绕上述射频连杆33的至少一部分,从而连接上述射频连杆33。
本领域的技术人员可以理解,上述螺钉32只是本发明提供的一种优选方案,旨在固定上述射频连杆33,而非用于限制本发明的保护范围。
请参考图4,图4示出了根据本发明的一些实施例提供的导热带与连杆的连接结构的示意图。
如图4所示,在本发明的另一些实施例中,上述导热带41的第一端可以通过螺钉42固定以面对面直接连接上述射频连杆43。
优选地,上述导热带可以由柔性材料制成。具体来说,该柔性材料包括但不限于柔性软铜带。该柔性软铜带可以避免升降温的变形影响连接,并且有余量来防止应力。如此,上述连杆的冷却结构便可以在导热连接环节避免连杆在温度变化过程中受力,以避免连杆发热氧化、结构变形以及连接改变。
本领域的技术人员可以理解,上述导热带41只是本发明提供的一种优选方案,旨在避免升降温的变形影响连接,并且有余量来防止应力,从而使得连杆的冷却结构可以在导热连接环节避免连杆在温度变化过程中受力,以避免连杆发热氧化、结构变形以及连接改变,而非用于限制本发明的保护范围。
在本发明的一些实施例中,上述冷却结构可以通过至少2颗螺钉固定上述导热陶瓷部22以及上述导热带231。
进一步地,在本发明的一些实施例中,上述导热陶瓷部22可以嵌于上述导热基座21的内部。上述导热连接部23的第二端可以伸入该导热基座21,以连接该导热陶瓷部22。
在本发明的一些实施例中,该导热基座21的温度可以控制在40-80℃,以保证该导热基座21的温度低于上述射频连杆24的温度以导走上述射频连杆24的温度。
进一步地,在本发明的一些实施例中,上述导热陶瓷部22的厚度可以大于预设厚度。在此,该预设厚度可以根据寄生电容的电容值上限来确定。
具体来说,上述导热陶瓷部22的厚度可以为1-10mm以避免带来寄生电容。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作,但是应理解并领会,这些方法不受动作的次序所限,因为根据一个或多个实施例,一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的,且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此,本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计,而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种射频连杆的冷却结构,其特征在于,包括:
导热基座,其中部设有通孔,所述射频连杆经由所述通孔穿过所述导热基座,以连接射频电路及晶圆托盘;
导热陶瓷部,设于所述导热基座,用于实现所述射频连杆与所述导热基座之间的热传导及电隔离;以及
导热连接部,其第一端连接所述射频连杆,而其第二端连接所述导热陶瓷部,用于将所述射频连杆的热量经由所述导热陶瓷部传导到所述导热基座。
2.如权利要求1所述的冷却结构,其特征在于,还包括水冷系统,其中,所述水冷系统设于所述导热基座的内部,或者
所述水冷系统设于所述导热基座的外部,并经由热传输的方式连接所述导热基座。
3.如权利要求1所述的冷却结构,其特征在于,所述导热连接部包括导热带,其中,所述导热带的第一端以面接触的形式连接所述射频连杆,而其第二端以面接触的形式连接所述导热陶瓷部。
4.如权利要求3所述的冷却结构,其特征在于,所述导热带的第一端经由第一导热介质连接所述射频连杆,而其第二端经由第二导热介质连接所述导热陶瓷部。
5.如权利要求3所述的冷却结构,其特征在于,所述导热带的第一端环绕所述射频连杆的至少一部分,以连接所述射频连杆。
6.如权利要求3所述的冷却结构,其特征在于,所述导热带由柔性材料制成。
7.如权利要求1所述的冷却结构,其特征在于,所述导热陶瓷部嵌于所述导热基座的内部,所述导热连接部的第二端伸入所述导热基座,以连接所述导热陶瓷部。
8.如权利要求1所述的冷却结构,其特征在于,所述导热陶瓷部的厚度大于预设厚度,其中,所述预设厚度是根据寄生电容的电容值上限来确定。
9.一种半导体器件的加工设备,其特征在于,包括:
晶圆托盘,用于承载半导体器件的晶圆;
射频连杆,其第一端连接射频电路,而其第二端连接所述晶圆托盘,用于向所述晶圆提供射频电场;以及
如权利要求1~8中任一项所述的射频连杆的冷却结构,用于吸收所述射频连杆的热量,并实现所述射频连杆与地端的电隔离。
10.如权利要求9所述的加工设备,其特征在于,所述晶圆托盘选自静电卡盘或加热盘。
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CN117477298A (zh) * 2023-11-21 2024-01-30 拓荆科技股份有限公司 一种用于加热盘的射频连接器以及射频连接组件

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