CN116994998A - 一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体晶圆技术领域，尤其是一种半导体晶圆Track工艺冷盘及水冷增强方法，包括上盘体和下盘体，所述上盘体的上表面设置有放置部件，所述上盘体与所述下盘体相对的表面设置有冷却部件，所述冷却部件的外部设置有增强部件。该半导体晶圆Track工艺冷盘及水冷增强方法，通过设置增强部件，恒温水在冷却管内流动时会带动驱动涡卷柱进行转动，通过钢索将驱动涡卷柱的转动力传动至传动涡卷柱，冷气流入增强管内之后，通过贯穿口流至导温槽内，进而增加对上盘体的冷却速度，通过导温柱降低上盘体整体的温度，同时通过铝带提升下盘体的热传导，在上盘体和下盘体扣合后能够增加整体温度下降效率，节约时间，提高产能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶圆技术领域，尤其涉及一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法。
背景技术
晶圆制造是当今世界制造工艺的顶上明珠，离不开众多的精准机构和快速效能装置，为制作晶圆表面的图形，忙碌在世界顶流工艺的工程师们设计除了晶圆Track工艺，晶圆Track工艺，通常包含3个步骤：匀胶、显影和曝光。
匀胶是将光刻胶（正胶或负胶）以匀胶设备按照纳米级工艺要求均匀地涂覆在晶圆表面，在工艺过程中会对晶圆升温加热，因此这个能够完成匀的承载机构也通常称为热盘，完成匀胶后按照工艺流程及为了保障设备产能效率，需要尽快将该晶圆降低至环境温度，因此通过冷盘对晶片进行降温，冷盘的降温模式为水冷降温，冷却水来自于恒温器，即该冷却水的温度为恒定，在恒温水流经冷盘时，通过热传导将冷盘盘体降温。
传统的接触模式为不锈钢管嵌入冷盘盘面，上盘体的底部具有与管路配合的沟槽，下盘体的顶部为平面，不锈钢管在截面半圆的弧面范围内与上盘体的沟槽接触，另外半圆的弧面与冷盘的盘体非直接接触，该部分的热传导效果低于接触的弧面区域，很难对盘体进行均匀冷却，导致热传导效率很低，进而影响晶圆的冷却效率。
发明内容
基于现有的冷盘很难对盘体进行均匀冷却，导致热传导效率很低，进而影响晶圆的冷却效率的技术问题，本发明提出了一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法。
本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法，包括上盘体和下盘体，所述上盘体与所述下盘体之间通过螺栓进行连接，所述上盘体的上表面设置有放置部件，所述上盘体与所述下盘体相对的表面设置有冷却部件，所述冷却部件的外部设置有增强部件。
其中，所述放置部件用于在对晶片进行冷却时对晶片进行稳定的放置。
其中，所述冷却部件用于对上盘体上放置的所述晶片进行冷却。
其中，所述增强部件用于提高所述冷却部件对所述晶片的冷却速度。
优选地，所述放置部件包括均匀分布在所述上盘体上表面的导温圈，所述导温圈呈环形阵列均匀分布，所述导温圈的材质为铜，所述导温圈的上表面固定连接有用于对晶片进行防护的材质为PEEK的防护圈，所述防护圈的上表面开设有均匀分布的散热孔。
通过上述技术方案，能够通过铜材质的导温圈使得晶圆的热量能够更好的进行传导，同时通过防护圈上的散热孔提高热量传导至导温圈上的速度，进而提高整体的热传导效率。
优选地，所述冷却部件包括分别开设在所述上盘体和所述下盘体上的上导热沟槽和下导热沟槽，所述上导热沟槽呈半圆形结构，所述下导热沟槽呈矩形结构，所述下导热沟槽的内壁安装有端面呈凹字形结构的铝带。
通过上述技术方案，能够通过下导热沟槽对铝带进行安装，在上盘体与下盘体对接后将铝带固定在下导热沟槽内，通过铝带提升下盘体的热传导，通过下盘体的热传导，在上盘体和下盘体扣合后能够增加整体温度下降效率，节约时间，提高产能。
优选地，所述上导热沟槽的内部设置有不锈钢材质的冷却管，所述冷却管的外表面固定套接有铝材质的导温管，所述导温管的两端均固定连接有与恒温器进行连接的对接头。
通过上述技术方案，能够通过铝管包覆不锈钢管，其外径大于原不锈钢管，所以接触面积大于原不锈钢管与盘体沟槽的接触面积，提升了换热效果。
优选地，所述上盘体的上表面开设有贯穿至所述上盘体下表面的导热孔，所述导热孔的内壁固定连接有铜材质的导温柱。
通过上述技术方案，能够通过在导温柱将上盘体上方晶圆的热量快速传导至上盘体内部，通过恒温水对热量进行冷却。
优选地，所述增强部件包括开设在所述上盘体下表面的导温槽和套接在所述导温管外表面的增强管，所述增强管的横截面呈半圆形结构，所述增强管的两端表面均固定连接有与所述冷却管的外表面固定套接的对接套，所述对接套的上表面固定连接有呈L形结构的对接管，所述对接管的末端固定连接有与制冷设备进行连接的连接头。
通过上述技术方案，能够通过增强管进一步对恒温水进行降温，并加快对盘体的冷却速度，通过对接管将增强管与制冷设备之间进行连通。
优选地，所述对接管的内壁开设有贯穿至所述冷却管内壁的连通口，所述对接管的内壁固定套接有两个上下分布的安装盘，所述安装盘的内壁通过轴承安装有传动涡卷柱。
通过上述技术方案，能够通过安装盘对传动涡卷柱进行安装，通过传动涡卷柱的转动控制冷气进入到增强管内。
优选地，所述传动涡卷柱的下端内壁固定连接有钢索，所述钢索的中部通过轴承与所述连通口的内壁固定连接，所述钢索的末端延伸至所述冷却管的内部并固定连接有驱动涡卷柱。
通过上述技术方案，能够通过冷却管内恒温水的流动带动驱动涡卷柱进行转动，通过钢索将旋转动作传动至传动涡卷柱上，控制恒温水与冷气同步进入到盘体内对盘体进行冷却。
优选地，所述增强管与所述导温槽相交处的内壁开设有贯穿口，所述贯穿口的外侧边沿处固定连接有与所述导温槽的内壁活动套接的密封套。
通过上述技术方案，冷气能够通过增强管上的贯穿口流动至导温槽内，通过分布在上盘体内部的导温槽增加冷气与上盘体接触的面积，进而增加对盘体的冷却效率。
优选地，一种半导体工艺冷盘的水冷增强方法，步骤一、将匀胶完成的晶圆放置到防护圈上，通过耐高温的PEEK材质的防护圈对晶圆与导温圈之间进行防护，使得晶圆能够平稳的放置。
步骤二、在晶圆放置好之后，控制恒温器启动，恒温器控制恒温水在冷却管内流动，冷却管内的恒温水的温度低于晶圆的温度，晶圆的热量通过散热孔传导至导温柱上，由于导温柱的材质为铜能够很快将热量传导至上盘体内，恒温水的温度通过导温管传导至上盘体上对上盘体进行冷却，使得上盘体始终保持恒温。
步骤三、制冷设备将冷气依次通过对接管进入增强管，在恒温水在冷却管内流动时会带动驱动涡卷柱进行转动，通过钢索将驱动涡卷柱的转动力传动至传动涡卷柱，通过传动涡卷柱的转动控制冷气的流入增强管内，冷气流入增强管内之后，通过贯穿口流至导温槽内，进而增加对上盘体的冷却速度，通过导温柱降低上盘体整体的温度，进而加快对晶圆的冷却效率。
本发明中的有益效果为：
1、通过设置放置部件，能够通过耐高温的PEEK材质的防护圈对晶圆与导温圈之间进行防护，使得晶圆能够平稳的放置，通过散热孔便于将晶圆的热量传导至导温圈内传导至盘体内。
2、通过设置冷却部件，晶圆的热量通过散热孔传导至导温柱上，由于导温柱的材质为铜能够很快将热量传导至上盘体内，恒温水的温度通过导温管传导至上盘体上对上盘体进行冷却使得上盘体始终保持恒温，进而对晶圆进行冷却。
3、通过设置增强部件，能够恒温水在冷却管内流动时会带动驱动涡卷柱进行转动，通过钢索将驱动涡卷柱的转动力传动至传动涡卷柱，通过传动涡卷柱的转动控制冷气的流入增强管内，冷气流入增强管内之后，通过贯穿口流至导温槽内，进而增加对上盘体的冷却速度，通过导温柱降低上盘体整体的温度，同时通过铝带提升下盘体的热传导，通过下盘体的热传导，在上盘体和下盘体扣合后能够增加整体温度下降效率，节约时间，提高产能。
附图说明
图1为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的示意图；
图2为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的下盘体结构立体图；
图3为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的上盘体结构立体图；
图4为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的导温管结构立体图；
图5为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的密封套结构立体图；
图6为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的导温管结构立体图；
图7为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的铝带结构立体图；
图8为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的导温槽结构立体图；
图9为本发明提出的一种半导体工艺冷盘及水冷增强方法的驱动涡卷柱结构立体图。
图中：1、上盘体；2、下盘体；3、导温圈；31、防护圈；4、上导热沟槽；401、下导热沟槽；41、铝带；42、冷却管；43、导温管；44、对接头；45、导热孔；46、导温柱；5、导温槽；51、增强管；52、对接套；53、对接管；54、连接头；55、连通口；56、安装盘；57、传动涡卷柱；58、钢索；59、驱动涡卷柱；510、贯穿口；511、密封套；512、特斯拉阀。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-图9，一种半导体工艺冷盘，包括上盘体1和下盘体2，所述上盘体1与所述下盘体2之间通过螺栓进行连接，所述上盘体1的上表面设置有放置部件，所述上盘体1与所述下盘体2相对的表面设置有冷却部件，所述冷却部件的外部设置有增强部件。
如图1-图4所示，其中，所述放置部件用于在对晶片进行冷却时对晶片进行稳定的放置，所述放置部件包括均匀分布在所述上盘体1上表面的导温圈3，所述导温圈3呈环形阵列均匀分布，所述导温圈3的材质为铜，铜的导热率为：397W/mK，使得晶圆的热量能够快速传导至上盘体1上，为了在晶圆放置到导温圈3上时对晶圆进行防护，在所述导温圈3的上表面固定连接有用于对晶片进行防护的材质为PEEK的防护圈31，聚醚醚酮树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有更多显著优势，耐正高温260度、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、不耐强硝酸、浓硫酸、抗辐射、超强的机械性能可用于高端的机械、核工程和航空等科技。
进一步的，为了增加防护圈31的散热效率，在所述防护圈31的上表面开设有均匀分布的散热孔，能够通过铜材质的导温圈3使得晶圆的热量能够更好的进行传导，同时通过防护圈31上的散热孔提高热量传导至导温圈3上的速度，进而提高整体的热传导效率。
通过设置放置部件，能够通过耐高温的PEEK材质的防护圈31对晶圆与导温圈3之间进行防护，使得晶圆能够平稳的放置，通过散热孔便于将晶圆的热量传导至导温圈3内传导至盘体内。
如图1-图8所示，其中，所述冷却部件用于对上盘体1上放置的所述晶片进行冷却，所述冷却部件包括分别开设在所述上盘体1和所述下盘体2上的上导热沟槽4和下导热沟槽401，为了使上盘体1和下盘体2都能够得到充足的冷却，将所述上导热沟槽4设计成半圆形结构，将所述下导热沟槽401设计成矩形结构，为了对下盘体2的热量进行传导，在所述下导热沟槽401的内壁安装有端面呈凹字形结构的铝带41，能够通过下导热沟槽401对铝带41进行安装，在上盘体1与下盘体2对接后将铝带41固定在下导热沟槽401内，通过铝带41提升下盘体2的热传导，通过下盘体2的热传导，在上盘体1和下盘体2扣合后能够增加整体温度下降效率，节约时间，提高产能。
为了对上盘体1和下盘体2进行冷却，在所述上导热沟槽4的内部设置有SUS304不锈钢材质的冷却管42，冷却管42的导热率为16W/mk，进一步的，为了将冷却管42内恒温水的温度传导至上盘体1和下盘体2内，在所述冷却管42的外表面固定套接有铝材质的导温管43，导温管43的导热率为237W/mK，为了使恒温器的恒温水在冷却管42内流动，在所述导温管43的两端均固定连接有与恒温器进行连接的对接头44，能够通过铝管包覆不锈钢管，其外径大于原不锈钢管，所以接触面积大于原不锈钢管与盘体沟槽的接触面积，提升了换热效果，为了提高上盘体1的热传导率，在所述上盘体1的上表面开设有贯穿至所述上盘体1下表面的导热孔45，并在所述导热孔45的内壁固定连接有铜材质的导温柱46，能够通过在导温柱46将上盘体1上方晶圆的热量快速传导至上盘体1内部，通过恒温水对热量进行冷却。
通过设置冷却部件，晶圆的热量通过散热孔传导至导温柱46上，由于导温柱46的材质为铜能够很快将热量传导至上盘体1内，恒温水的温度通过导温管43传导至上盘体1上对上盘体1进行冷却使得上盘体1始终保持恒温，进而对晶圆进行冷却。
如图1-图9所示，其中，所述增强部件用于提高所述冷却部件对所述晶片的冷却速度，所述增强部件包括开设在所述上盘体1下表面的导温槽5和套接在所述导温管43外表面的增强管51，为了进一步提高上盘体1的热传导率并使导温管43的温度能够更好的传导至上盘体1内，将所述增强管51的横截面设计成半圆形结构，进一步的，为了控制冷气进入到增强管51内，增加对上盘体1和下盘体2的冷却效率，在所述增强管51的两端表面均固定连接有与所述冷却管42的外表面固定套接的对接套52，进一步的，为了将增强管51与制冷设备进行连接，在所述对接套52的上表面固定连接有呈L形结构的对接管53，为了防止水锤情况发生，在对接管53和冷却管42的内壁均安装有特斯拉阀512，进一步的，在所述对接管53的末端固定连接有与制冷设备进行连接的连接头54，能够通过增强管51进一步对恒温水进行降温，并加快对盘体的冷却速度，通过对接管53将增强管51与制冷设备之间进行连通。
为了进一步提高对上盘体1和下盘体2的热传导效率，在所述对接管53的内壁开设有贯穿至所述冷却管42内壁的连通口55，为了对传动涡卷柱57进行安装，在所述对接管53的内壁固定套接有两个上下分布的安装盘56，安装盘56的表面呈镂空状，不阻碍冷气的流动，进一步的，为了对传动涡卷柱57进行安装后能够进行转动，在所述安装盘56的内壁通过轴承安装有传动涡卷柱57，能够通过安装盘56对传动涡卷柱57进行安装，通过传动涡卷柱57的转动控制冷气进入到增强管51内，为了使传动涡卷柱57随着恒温水的流动而旋转，进而控制冷气进入增强管51，在所述传动涡卷柱57的下端内壁固定连接有钢索58，并将所述钢索58的中部通过轴承与所述连通口55的内壁固定连接，进一步的，在所述钢索58的末端延伸至所述冷却管42的内部并固定连接有驱动涡卷柱59，能够通过冷却管42内恒温水的流动带动驱动涡卷柱59进行转动，通过钢索58将旋转动作传动至传动涡卷柱57上，控制恒温水与冷气同步进入到盘体内对盘体进行冷却。
为了控制增强管51内的冷气遍布上盘体1，在所述增强管51与所述导温槽5相交处的内壁开设有贯穿口510，进一步的，为了对增强管51与导温槽5的相交处进行密封，在所述贯穿口510的外侧边沿处固定连接有与所述导温槽5的内壁活动套接的密封套511，使得冷气能够通过增强管51上的贯穿口510流动至导温槽5内，通过分布在上盘体1内部的导温槽5增加冷气与上盘体1接触的面积，进而增加对盘体的冷却效率。
通过设置增强部件，能够恒温水在冷却管42内流动时会带动驱动涡卷柱59进行转动，通过钢索58将驱动涡卷柱59的转动力传动至传动涡卷柱57，通过传动涡卷柱57的转动控制冷气的流入增强管51内，冷气流入增强管51内之后，通过贯穿口510流至导温槽5内，进而增加对上盘体1的冷却速度，通过导温柱46降低上盘体1整体的温度，同时通过铝带41提升下盘体2的热传导，通过下盘体2的热传导，在上盘体1和下盘体2扣合后能够增加整体温度下降效率，节约时间，提高产能。
一种半导体工艺冷盘的水冷增强方法，步骤一、将匀胶完成的晶圆放置到防护圈31上，通过耐高温的PEEK材质的防护圈31对晶圆与导温圈3之间进行防护，使得晶圆能够平稳的放置。
步骤二、在晶圆放置好之后，控制恒温器启动，恒温器控制恒温水在冷却管42内流动，冷却管42内的恒温水的温度低于晶圆的温度，晶圆的热量通过散热孔传导至导温柱46上，由于导温柱46的材质为铜能够很快将热量传导至上盘体1内，恒温水的温度通过导温管43传导至上盘体1上对上盘体1进行冷却，使得上盘体1始终保持恒温。
步骤三、制冷设备将冷气依次通过对接管53进入增强管51，在恒温水在冷却管42内流动时会带动驱动涡卷柱59进行转动，通过钢索58将驱动涡卷柱59的转动力传动至传动涡卷柱57，通过传动涡卷柱57的转动控制冷气的流入增强管51内，冷气流入增强管51内之后，通过贯穿口510流至导温槽5内，进而增加对上盘体1的冷却速度，通过导温柱46降低上盘体1整体的温度，进而加快对晶圆的冷却效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体工艺冷盘，包括上盘体（1）和下盘体（2），其特征在于：所述上盘体（1）与所述下盘体（2）之间通过螺栓进行连接，所述上盘体（1）的上表面设置有放置部件，所述上盘体（1）与所述下盘体（2）相对的表面设置有冷却部件，所述冷却部件的外部设置有增强部件；
其中，所述放置部件用于在对晶片进行冷却时对晶片进行稳定的放置；
其中，所述冷却部件用于对上盘体（1）上放置的所述晶片进行冷却；
其中，所述增强部件用于提高所述冷却部件对所述晶片的冷却速度。
2.根据权利要求1所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述放置部件包括均匀分布在所述上盘体（1）上表面的导温圈（3），所述导温圈（3）呈环形阵列均匀分布，所述导温圈（3）的材质为铜，所述导温圈（3）的上表面固定连接有用于对晶片进行防护的材质为PEEK的防护圈（31），所述防护圈（31）的上表面开设有均匀分布的散热孔。
3.根据权利要求2所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述冷却部件包括分别开设在所述上盘体（1）和所述下盘体（2）上的上导热沟槽（4）和下导热沟槽（401），所述上导热沟槽（4）呈半圆形结构，所述下导热沟槽（401）呈矩形结构，所述下导热沟槽（401）的内壁安装有端面呈凹字形结构的铝带（41）。
4.根据权利要求3所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述上导热沟槽（4）的内部设置有不锈钢材质的冷却管（42），所述冷却管（42）的外表面固定套接有铝材质的导温管（43），所述导温管（43）的两端均固定连接有与恒温器进行连接的对接头（44）。
5.根据权利要求4所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述上盘体（1）的上表面开设有贯穿至所述上盘体（1）下表面的导热孔（45），所述导热孔（45）的内壁固定连接有铜材质的导温柱（46）。
6.根据权利要求5所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述增强部件包括开设在所述上盘体（1）下表面的导温槽（5）和套接在所述导温管（43）外表面的增强管（51），所述增强管（51）的横截面呈半圆形结构，所述增强管（51）的两端表面均固定连接有与所述冷却管（42）的外表面固定套接的对接套（52），所述对接套（52）的上表面固定连接有呈L形结构的对接管（53），所述对接管（53）的末端固定连接有与制冷设备进行连接的连接头（54）。
7.根据权利要求6所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述对接管（53）的内壁开设有贯穿至所述冷却管（42）内壁的连通口（55），所述对接管（53）的内壁固定套接有两个上下分布的安装盘（56），所述安装盘（56）的内壁通过轴承安装有传动涡卷柱（57）。
8.根据权利要求7所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述传动涡卷柱（57）的下端内壁固定连接有钢索（58），所述钢索（58）的中部通过轴承与所述连通口（55）的内壁固定连接，所述钢索（58）的末端延伸至所述冷却管（42）的内部并固定连接有驱动涡卷柱（59）。
9.根据权利要求8所述的一种半导体工艺冷盘，其特征在于：所述增强管（51）与所述导温槽（5）相交处的内壁开设有贯穿口（510），所述贯穿口（510）的外侧边沿处固定连接有与所述导温槽（5）的内壁活动套接的密封套（511）。
10.基于权利要求1-9任意一项所述一种半导体工艺冷盘的水冷增强方法，其水冷增强方法为：步骤一、将匀胶完成的晶圆放置到防护圈（31）上，通过耐高温的PEEK材质的防护圈（31）对晶圆与导温圈（3）之间进行防护，使得晶圆能够平稳的放置；
步骤二、在晶圆放置好之后，控制恒温器启动，恒温器控制恒温水在冷却管（42）内流动，冷却管（42）内的恒温水的温度低于晶圆的温度，晶圆的热量通过散热孔传导至导温柱（46）上，由于导温柱（46）的材质为铜能够很快将热量传导至上盘体（1）内，恒温水的温度通过导温管（43）传导至上盘体（1）上对上盘体（1）进行冷却，使得上盘体（1）始终保持恒温；
步骤三、制冷设备将冷气依次通过对接管（53）进入增强管（51），恒温水在冷却管（42）内流动时会带动驱动涡卷柱（59）进行转动，通过钢索（58）将驱动涡卷柱（59）的转动力传动至传动涡卷柱（57），通过传动涡卷柱（57）的转动控制冷气的流入增强管（51）内，冷气流入增强管（51）内之后，通过贯穿口（510）流至导温槽（5）内，进而增加对上盘体（1）的冷却速度，通过导温柱（46）降低上盘体（1）整体的温度，进而加快对晶圆的冷却效率，通过铝带（41）提升下盘体（2）的热传导，通过下盘体（2）的热传导，在上盘体（1）和下盘体（2）扣合后能够增加整体温度下降效率，节约时间，提高产能。
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