CN207338314U - 一种冷却盘组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种冷却盘组件，包括冷却盘和冷却盘底板，冷却盘与冷却盘底板相对扣合固定；冷却盘的与冷却盘底板相对的一面设有冷却剂凹槽和第一密封沟槽，冷却盘底板的与冷却盘相对的一面设有第二密封沟槽；冷却盘和冷却盘底板之间还设置有密封垫，密封垫将冷却剂凹槽、第一密封沟槽和第二密封沟槽均覆盖，用于防止冷却剂凹槽内的冷却剂漏出。冷却盘的用于放置晶片的第二面设有辅助冷却凹槽，第一密封沟槽和第二密封沟槽的纵截面均为三角形且相互错开设置。本实用新型能防止冷却剂在冷却剂凹槽之间内漏，提高冷却效率，加速wafer的冷却速度，同时提高冷却的均匀性，解决冷却剂容易向冷却盘外漏出的问题。

Description

一种冷却盘组件

技术领域

本实用新型涉及冷却晶片的冷却盘，尤其涉及用于金属刻蚀冷却腔中的冷却盘组件。

背景技术

在集成电路的制造过程中，刻蚀就是利用化学或物理方法有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。

在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及0.13um以上的逻辑产品中。

当铝刻蚀完成之后，硅片表面、图形侧壁和光刻胶表面残留的Cl会和铝反应生成AlCl₃，继而与空气中的水分发生自循环反应，造成对铝的严重侵蚀(corrosion)。因此，在刻蚀工艺完成后，一般会用H₂O和O₂的等离子体把氯和光刻胶去除，并且在铝表面形成氧化铝来保护铝。

经去胶腔去除晶片(wafer)上的残胶和残气后，wafer温度会高达250℃～300℃，若直接送至片盒，会将片盒损坏，因此，需要将wafer温度降至70℃以下，才能送至片盒，以免损坏片盒。冷却腔的主要作用就是实现wafer的快速降温，以保护片盒不受高温wafer的损坏。冷却腔中最重要的部件为冷却盘，冷却盘组件固定在冷却腔中。

现有冷却盘组件90的技术方案，如图8所示，冷却盘组件90为上下分体式，上部的冷却盘91和下部的冷却盘底板92均为圆形，用螺栓93连接，上部的冷却盘91为凹型结构，下部的冷却盘底板92位于其凹部内与冷却盘91的第一面相对扣合。冷却盘91的第一面开设有凹槽94，用于容纳冷却剂(如循环水等介质)，在冷却盘91的第一面上还开设有密封槽，其内装有O型密封圈95，以防止冷却盘上凹槽94里的水外漏。如图9所示，凹槽94分布为环形，其盘绕方式使冷水和热水间隔存在。冷却盘91和冷却盘底板92上还设有进水口96和出水口97，分别与凹槽94的两端连通。

现有技术存在如下缺点：

1、采用单一的密封圈密封的结构，冷却盘底面上各凹槽之间的密封不好，容易在凹槽间漏水，使得冷热水混合降低冷却效率；

2、为了获得更好的密封效果，需要采用的密封圈直径较大，使得水槽分布区域较集中在冷却盘的中间部位，而导致冷却盘的边缘冷却速度慢，使wafer表面降温不均匀；

3、上冷却盘采用凹型结构，不便加工，连接螺栓、进出水口的位置等均位于其凹部内，不便于螺栓、水管接头等部件的安装及紧固。

公开于本实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种冷却盘组件，解决冷却剂容易在冷却剂凹槽之间内漏的问题，提高冷却效率。

本实用新型的另一目的在于提供一种冷却盘组件，提高wafer的冷却均匀性和冷却速度。

本实用新型的再一目的在于提供一种冷却盘组件，解决冷却剂容易向冷却盘外漏出的问题，且便于加工和安装维护。

本实用新型的目的是这样实现的：一种冷却盘组件，其包括冷却盘和冷却盘底板，所述冷却盘与所述冷却盘底板相对扣合固定；所述冷却盘的与所述冷却盘底板相对的第一面设有冷却剂凹槽和第一密封沟槽，所述冷却盘底板的与所述冷却盘相对的第一面设有第二密封沟槽；所述冷却盘和所述冷却盘底板之间还设置有密封垫，所述密封垫将所述冷却剂凹槽、所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽均覆盖，用于防止所述冷却剂凹槽内的冷却剂漏出。

相对于现有技术中只在冷却盘和冷却盘底板之间采用一个密封圈进行密封相比，通过在冷却盘与冷却盘底板之间增加一层密封垫，使整个冷却剂凹槽的分布区域均被覆盖密封，从而防止冷却剂(通常为水)在冷却剂凹槽之间内漏，提高冷却效率。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述冷却盘的用于放置晶片的第二面设有辅助冷却凹槽，所述辅助冷却凹槽从所述冷却盘的中心向所述冷却盘的边缘呈辐射状均匀分布。

与现有技术相比，本实用新型在冷却盘的表面设置多个辅助冷却凹槽，将wafer放置到冷却盘上后，在腔室中充入2～5Torr左右的N₂或Ar，腔室内部的气体分子会进入到辅助冷却凹槽中，使wafer和冷却盘中间有一层均匀的气体膜，气体分子的热运动可以加速wafer的冷却速度，且同时能够提高冷却的均匀性。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述第一密封沟槽为环形且分布在所述冷却盘的边缘，所述冷却剂凹槽在所述第一密封沟槽围成的整个区域内盘绕设置；所述第二密封沟槽为环形且分布在所述冷却盘底板的边缘。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽的纵截面均为三角形。

与现有技术使用的O型密封槽相比，三角形密封沟槽的使用，减小了其占用的空间，可以扩大冷却剂凹槽的分布面积，提高冷却均匀性。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽的位置相互错开设置。

两个密封沟槽的位置相互错开设置，能更好的与密封垫配合形成双重密封，解决冷却剂容易向冷却盘外漏出的问题。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述冷却盘底板的第一面设有凹部，用于定位所述密封垫，所述凹部的面积与所述密封垫的面积相适应。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述冷却剂凹槽的纵截面为矩形，且所述冷却剂凹槽的横向宽度与纵向深度的比值大于1。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述冷却盘和所述冷却盘底板均为圆盘状，并通过沿着圆周分布的多个螺栓相对扣合固定；所述螺栓均位于所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽的外侧。

与现有技术中冷却盘采用凹型结构相比，冷却盘和冷却盘底板均采用圆盘状的结构，降低了加工成本，且便于安装和维护。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述密封垫为圆形，其材料为PTFE(聚四氟乙烯)。

密封垫采用PTFE这种材料，使冷却剂的能量不会传递到冷却盘底板上，减少了能量损失，使更多的能量用于wafer的降温过程中。

在本实用新型的一较佳实施方案中，所述冷却剂凹槽内充满流动的冷却剂后，冷却剂与所述冷却盘的接触面积占所述冷却盘面积的59.5％。相对于现有技术，增加了对于wafer的有效冷却面积，提高了冷却均匀性。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、冷却盘和冷却盘底板之间设置密封垫，防止冷却剂在冷却剂凹槽之间内漏，提高冷却效率。

2、冷却盘的表面设置多个辅助冷却凹槽，能够加速wafer的冷却速度，同时提高冷却的均匀性。

3、采用三角形密封沟槽，减小了其占用的空间，可以扩大冷却剂凹槽的分布面积，提高冷却均匀性。

4、两个密封沟槽的位置相互错开设置，解决冷却剂容易向冷却盘外漏出的问题。

5、冷却盘和冷却盘底板均采用圆盘状的结构，降低了加工成本，且便于安装和维护。

6、密封垫采用PTFE这种材料，减少了冷却剂的能量损失，使更多的能量用于wafer的降温过程中。

在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本实用新型某些原理的具体实施方案中，本实用新型的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

附图说明

图1为本实用新型示例性实施方案的冷却盘组件的截面视图；

图2为本实用新型示例性实施方案的冷却盘的第一面的俯视图；

图3为本实用新型示例性实施方案的冷却盘的第二面的俯视图；

图4为本实用新型示例性实施方案的冷却盘底板的第一面的俯视图；

图5为本实用新型示例性实施方案的冷却盘底板的第二面的俯视图；

图6为本实用新型示例性实施方案的密封垫与密封沟槽之间的局部放大视图；

图7为本实用新型示例性实施方案的冷却盘组件在冷却腔室内的气体流向示意图；

图8为现有技术的冷却盘组件的截面视图；以及

图9为现有技术的上冷却盘的第一面的俯视图。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而是显示了说明本实用新型的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图中，贯穿附图的多幅图，附图标记涉及本实用新型的相同或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本实用新型的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本实用新型将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本实用新型限制为那些示例性实施方案。相反，本实用新型旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

在以下描述中所使用的技术术语仅是为了描述特定实施方案的目的并不旨在对本实用新型进行限制。

包括以下描述中使用的技术术语和科学术语的所有术语可以具有本领域技术人员通常理解的含义，除非另有说明。另外，在一般使用的字典中定义的术语解释为具有与相关技术文献和本实用新型的公开相符的含义，除非另有说明，否则不解释为具有理想的或过于正式的含义。

在下文中，将参照附图描述根据本实用新型示例性实施方案的冷却盘组件。

参见图1、图2、图3和图4，本实用新型公开了一种冷却盘组件100，其主要用于金属刻蚀工艺的冷却腔中，但不限于金属刻蚀工艺，该冷却盘组件100安装在冷却腔的底部，其上用来放置需要冷却的晶片，包括冷却盘10和冷却盘底板20，所述冷却盘10扣合固定在所述冷却盘底板20上，由于晶片为圆盘形，故将冷却盘10和冷却盘底板20均设为圆盘状。所述冷却盘10与所述冷却盘底板20相对的一面设有冷却剂凹槽101和第一密封沟槽102，冷却剂通常为水。所述冷却盘底板20与所述冷却盘10相对的一面设有第二密封沟槽201。所述冷却盘10和所述冷却盘底板20之间还设置有密封垫40，所述密封垫40将所述冷却剂凹槽101、所述第一密封沟槽102和所述第二密封沟槽201均覆盖，用于防止所述冷却剂凹槽101内的冷却剂漏出。冷却盘10和冷却盘底板20通过沿着圆周分布的多个螺栓30相对扣合固定；所述螺栓30均位于所述第一密封沟槽102和所述第二密封沟槽201的外侧。在冷却盘10与冷却盘底板20之间增加一层密封垫40，使整个冷却剂凹槽101的分布区域均被覆盖密封，从而防止冷却水在冷却剂凹槽101之间内漏，提高冷却效率。冷却盘10和冷却盘底板20均采用圆盘状的结构，降低了加工成本，且便于安装和维护。

进一步地，所述冷却盘10的第二面设有辅助冷却凹槽103，晶片放置在冷却盘10的第二面上，所述辅助冷却凹槽103从所述冷却盘10的中心向所述冷却盘10的边缘呈辐射状均匀分布。辅助冷却凹槽103的深度可以为1mm，槽宽为1mm。将wafer放置到冷却盘10上后，在冷却腔室中充入2～5Torr左右的N₂或Ar，气体流向参见图7，从气体入口a进入冷却腔室，从气体出口b离开冷却腔室。辅助冷却凹槽103成发散状分布，腔室内部的气体分子会进入到辅助冷却凹槽103中，使wafer和冷却盘10中间有一层均匀的气体膜，气体分子的热运动可以加速wafer的冷却速度，且同时能够提高冷却的均匀性。

进一步地，所述第一密封沟槽102为环形且分布在所述冷却盘10的边缘，所述冷却剂凹槽101在所述第一密封沟槽102围成的整个区域内盘绕设置，所述第二密封沟槽201为环形且分布在所述冷却盘底板20的边缘。所述第一密封沟槽102和所述第二密封沟槽201的纵截面均为三角形，三角形的方向参见图6，纵截面为密封沟槽延伸方向的法向平面。三角形密封沟槽减小了占用的空间，可以扩大冷却剂凹槽101的分布面积，加上两个密封沟槽分布在边缘，使得冷却剂凹槽101可以在几乎整个冷却盘10的表面上分布，提高了冷却均匀性。

进一步地，所述第一密封沟槽102和所述第二密封沟槽201的位置相互错开设置。参见图6，第二密封沟槽201的直径小于第一密封沟槽102的直径，可以在密封垫40的上下表面形成不重合的双重密封，加强密封效果，解决冷却剂容易向冷却盘10外漏出的问题。

进一步地，如图6所示，所述冷却盘底板20的第一面设有凹部202，用于定位所述密封垫40，所述凹部202的面积与所述密封垫40的面积相适应，密封垫40放入凹部202内进行定位。

进一步地，所述密封垫40为圆形，厚度为1.5mm，其材料为PTFE(聚四氟乙烯)。采用PTFE使冷却剂的能量不会传递到冷却盘底板20上，减少了能量损失，使更多的能量用于wafer的降温过程中。

进一步地，所述冷却剂凹槽101的纵截面为矩形，纵截面是指冷却剂凹槽101延伸方向的法向平面，且所述冷却剂凹槽101的横向宽度与纵向深度的比值大于1。通过增加冷却剂凹槽101的横向宽度，可以增加冷却水与冷却盘10的接触面积，从而增加冷却效率。现有技术中的冷却剂凹槽101虽然也为矩形截面，但其宽高比较小，通过本实用新型的改进，在不改变冷却盘10面积的情况下，冷却水与冷却盘10的接触面积可达到62780.5mm²，与现有技术相比，接触面积增加到了冷却盘面积的59.5％。相对于现有技术，增加了对于wafer的有效冷却面积，提高了冷却均匀性。

进一步地，在冷却盘组件100上还设置有进水口50和出水口60，进水口50和出水口60穿过冷却盘底板20和密封垫40，分别与冷却剂凹槽101的两端连通。参见图5，冷却盘底板20的第二面的中部为与冷却腔底部配合的密封面203，围绕着密封面203圆周方向均匀设置多个螺纹盲孔204，用来通过螺钉与冷却腔底部连接。

进一步地，冷却盘10的第二面上还设有多个在其圆周边缘均匀分布的半圆沉孔104，也可以设置成圆孔，用来与机械手上的卡爪配合，即机械手上的卡爪(通常为顶针)可以嵌入到对应的半圆沉孔104或圆孔中，便于wafer能够顺利地被放置到冷却盘10上；需要抓起晶片时再从沉孔或圆孔中抬起。

上述冷却盘组件100的示例性实施方案在使用时，将wafer(晶片)放置到冷却盘10上，在冷却腔室中充入2～5Torr左右的N₂或Ar，同时，通过进水口50通入冷却水。腔室内部的气体分子会进入到辅助冷却沟槽中，使wafer和冷却盘10中间有一层均匀的气体膜，气体分子的热运动可以加速wafer的冷却速度，且同时能够提高冷却的均匀性。冷却盘10中间的冷却剂凹槽101通过冷却水的循环，将热量带走，以达到wafer降温的目的。辅助冷却沟槽中的气体分子不能单独对wafer进行冷却，主要起辅助作用，冷却盘10内部的循环水起主要的冷却作用。

综上所述，本实用新型的冷却盘组件100具有以下优点：

1、冷却盘和冷却盘底板之间设置密封垫，防止冷却剂在冷却剂凹槽之间内漏，提高冷却效率。

2、冷却盘的表面设置多个辅助冷却凹槽，能够加速wafer的冷却速度，同时提高冷却的均匀性。

3、采用三角形密封沟槽，减小了其占用的空间，可以扩大冷却剂凹槽的分布面积，提高冷却均匀性。

4、两个密封沟槽的位置相互错开设置，解决冷却剂容易向冷却盘外漏出的问题。

5、冷却盘和冷却盘底板均采用圆盘状的结构，降低了加工成本，且便于安装和维护。

6、密封垫采用PTFE这种材料，减少了冷却剂的能量损失，使更多的能量用于wafer的降温过程中。

前面对本实用新型具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并非意欲穷尽，或者将本实用新型严格限制为所公开的具体形式，显然，根据上述教导可能进行很多改变和变化。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本实用新型的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本实用新型的范围意在由所附权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种冷却盘组件，其包括冷却盘和冷却盘底板，所述冷却盘与所述冷却盘底板相对扣合固定；所述冷却盘的与所述冷却盘底板相对的第一面设有冷却剂凹槽和第一密封沟槽，所述冷却盘底板的与所述冷却盘相对的第一面设有第二密封沟槽；其特征在于，所述冷却盘和所述冷却盘底板之间还设置有密封垫，所述密封垫将所述冷却剂凹槽、所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽均覆盖，用于防止所述冷却剂凹槽内的冷却剂漏出。

2.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述冷却盘的用于放置晶片的第二面设有辅助冷却凹槽，所述辅助冷却凹槽从所述冷却盘的中心向所述冷却盘的边缘呈辐射状均匀分布。

3.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述第一密封沟槽为环形且分布在所述冷却盘的边缘，所述冷却剂凹槽在所述第一密封沟槽围成的整个区域内盘绕设置；所述第二密封沟槽为环形且分布在所述冷却盘底板的边缘。

4.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽的纵截面均为三角形。

5.根据权利要求4所述的冷却盘组件，其特征在于，所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽的位置相互错开设置。

6.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述冷却盘底板的第一面设有凹部，用于定位所述密封垫，所述凹部的面积与所述密封垫的面积相适应。

7.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述冷却剂凹槽的纵截面为矩形，且所述冷却剂凹槽的横向宽度与纵向深度的比值大于1。

8.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述冷却盘和所述冷却盘底板均为圆盘状，并通过沿着圆周分布的多个螺栓相对扣合固定；所述螺栓均位于所述第一密封沟槽和所述第二密封沟槽的外侧。

9.根据权利要求1所述的冷却盘组件，其特征在于，所述密封垫为圆形，其材料为PTFE。

10.根据权利要求3所述的冷却盘组件，其特征在于，所述冷却剂凹槽内充满流动的冷却剂后，冷却剂与所述冷却盘的接触面积占所述冷却盘面积的59.5％。