DE102011079806A1

DE102011079806A1 - Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102011079806A1
Application number: DE102011079806A
Authority: DE
Inventors: Takaya Noguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: JP2012043916A; CN102376527A; JP5535003B2; KR20120022619A; KR101294114B1; DE102011079806B4; CN104362113A

Abstract

Es ist eine Aufgabe, eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung anzugeben, welche zu bestrahlende Halbleiterwafer kühlt, während Temperaturunregelmäßigkeiten der Halbleiterwafer unterdrückt werden. Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung der Erfindung umfasst eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der Halbleiterwafer (10) angeordnet sind, eine Kühlverrohrung (2), welche in der Wanne (1) vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer (10) fließt, die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, und eine Vakuumverrohrung (3), welche in der Wanne (1) vorhanden ist und Öffnungen in der Anordnungsoberfläche aufweist, um die Halbleiterwafer (10), die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, durch Saugkraft zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung mit einer Wanne zum Tragen und Kühlen von Halbleiterwafern, beispielsweise wenn die Halbleiterwafer durch Strahlung bestrahlt werden.
Die Zeit, bevor ein Elektron in einem p-Halbleitermaterial rekombiniert, oder die Zeit, bevor ein Loch in einem n-Halbleitermaterial rekombiniert, wird als Lebensdauer eines Minoritätsladungsträgers bezeichnet. Es ist notwendig, die Lebensdauer so zu steuern, dass die Minoritätsladungsträger welche nach der Leitung verbleiben, schneller rekombinieren, und die Lebensdauersteuerung wird erreicht, indem Schwermetalle wie Gold oder Platin eindiffundiert werden oder indem geladene Teilchen wie Elektronen oder Protonen eingebracht werden.
Um eine Temperaturerhöhung von Halbleiterwafern während solch eines Prozesses der Bestrahlung zu verhindern, werden Wannen zum Tragen der Halbleiterwafer mit einer Kühlverrohrung ausgestattet, in welcher ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, fließt, um die Wafer zu kühlen. Beispielsweise ist in der Trägervorrichtung für durch Elektronen bestrahlte Objekte, welche in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 10-312764 (1998) beschrieben ist (nachstehend als ”Patentdruckschrift” bezeichnet), ein Kühlrohr serpentinenartig in einer Wasserkühlplatte angeordnet, welche in Kontakt mit einer Wanne ist, auf der Objekte angeordnet sind, und die Objekte werden durch das Kühlwasser gekühlt, welches in dem Kühlrohr fließt.
Die gesamte Oberfläche der Wanne kann mit einem einzelnen Kühlrohr gekühlt werden, indem das Kühlrohr serpentinenartig angeordnet wird, wie in dieser Patentdruckschrift beschrieben. Jedoch unterscheidet sich bei einer solchen Kühlrohranordnung die Kühlleistung der Wanne in Abschnitten, welche direkt oberhalb des Kühlrohrs gelegen sind, und Abschnitten, welche direkt oberhalb der Zwischenräume der Verrohrung gelegen sind. Dementsprechend treten Temperaturdifferenzen selbst innerhalb eines einzelnen Wafers auf, und zwar in Abhängigkeit von der Position des Kontakts zwischen dem Halbleiterwafer und der Wanne. Darüber hinaus unterscheidet sich die Temperatur des Kühlmittels stromaufwärts und stromabwärts und somit treten unter Wafern in Abhängigkeit von ihrer Anordnung auf der Wanne Temperaturdifferenzen auf.
Auch wenn sich ein Halbleiterwafer, der zu bestrahlen ist, verzieht, sind einige Teile eines Halbleiterwafers in Kontakt mit der Wanne, während andere Teile desselben Halbleiterwafers dies nicht sind, was zu Temperaturdifferenzen zwischen diesen Teilen fuhrt.
Solche Temperaturdifferenzen, welche innerhalb einer Halbleiterwaferoberfläche oder zwischen Wafern auftreten, bewirken Variationen der Lebensdauer und anderer elektrischer Eigenschaften bei den Halbleitervorrichtungen, welche durch Ausschneiden von Teilen aus den Halbleiterwafern hergestellt werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung anzugeben, welche zu bestrahlende Halbleiterwafer kühlt, während sie Temperaturunregelmäßigkeiten der Halbleiterwafer unterdrückt.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 5, 7, 8, 12 gelöst. Fortbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Wanne, eine Kühlverrohrung und eine Vakuumverrohrung. Die Wanne weist eine Anordnungsoberfläche auf, auf der ein Halbleiterwafer angeordnet wird. Die Kühlverrohrung ist in der Wanne vorhanden und ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt. Die Vakuumverrohrung ist in der Wanne vorhanden und weist eine Öffnung in der Anordnungsoberfläche auf, um den Halbleiterwafer, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, durch Saugkraft zu halten.
Die Vakuumverrohrung ist in der Wanne vorhanden und hat eine Öffnung in der Anordnungsoberfläche, um den Halbleiterwafer, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, durch Saugkraft zu halten, wodurch eine Temperaturdifferenz in der Halbleiterwaferoberfläche unterdrückt wird.
Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Wanne und ein einzelnes Kühlrohr. Die Wanne weist eine Anordnungsoberfläche auf, auf welcher ein Halbleiterwafer angeordnet wird. Das einzelne Kühlrohr ist zwischen beiden Enden in der Wanne gebogen, und ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers, der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt. Wenn eine Seite eines viereckigen Chips, der aus dem Halbleiterwafer ausgeschnitten ist, a (mm) beträgt und eine Seitenwanddicke des Kühlrohrs b (mm) beträgt, genügt ein Abstand c (mm) zwischen benachbarten Verrohrungsabschnitten des Kühlrohrs der Gleichung: c < a/2 – 2b.
Wenn eine Seite eines viereckigen Chips, der aus dem Halbleiterwafer ausgeschnitten ist, a (mm) beträgt und die Seitenwanddicke des Kühlrohrs b (mm) beträgt, genügt der Abstand c (mm) zwischen benachbarten Verrohrungsabschnitten des Kühlrohrs der Gleichung c < a/2 – 2b, wodurch das Kühlrohr genau unter mindestens der Hälfte der Fläche des viereckigen Chips ausgebildet ist, was die Kühleffizienz verbessert.
Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst eine Wanne und ein Paar Kühlverrohrungssysteme. Die Wanne weist eine Anordnungsoberfläche auf, auf der ein Halbleiterwafer angeordnet ist. Das Paar Kühlverrohrungssysteme ist in der Wanne vorhanden und ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt in entgegengesetzte Richtungen. Jedes der Kühlverrohrungssysteme umfasst eine Mehrzahl an verzweigten Rohren, die parallel verbunden sind. Die verzweigten Rohre, welche ein Kühlverrohrungssystem bilden, sind wechselweise mit den verzweigten Rohren, welche das andere Kühlverrohrungssystem bilden, in einer Ebene parallel zur Anordnungsoberfläche angeordnet.
Die verzweigten Rohre, welche ein Kühlverrohrungssystem bilden, sind wechselweise mit den verzweigten Rohren, welche das andere Kühlverrohrungssystem bilden, in einer Ebene parallel zur Anordnungsoberfläche für Halbleiterwafer der Wanne angeordnet, wodurch Temperaturunregelmäßigkeiten auf der Wanne verringert werden und Temperaturunregelmäßigkeiten unter den Wafern und auf einer Waferoberfläche verringert werden.
Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung umfasst eine Wanne, Kühlverrohrung und einen Klemmring. Die Wanne weist eine Anordnungsoberfläche auf, auf der ein Halbleiterwafer angeordnet ist. Die Kühlverrohrung ist in der Wanne vorhanden und ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt. Der Klemmring kontaktiert einen Umfang des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche der Wanne angeordnet ist, von einer Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche und drückt den Halbleiterwafer gegen die Anordnungsoberfläche.
Der Klemmring kontaktiert einen Umfang des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche der Wanne angeordnet ist, von einer Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche und drückt den Halbleiterwafer gegen die Anordnungsoberfläche, wodurch der Halbleiterwafer und die Anordnungsoberfläche der Wanne in engeren Kontakt miteinander kommen. Als Ergebnis davon wird die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers einheitlich durch die Wanne gekühlt und Temperaturunregelmäßigkeiten in der Waferoberfläche werden verringert.
Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung umfasst eine Wanne und eine Kühlverrohrung. Die Wanne weist eine Anordnungsoberfläche auf, auf welcher ein Halbleiterwafer angeordnet ist. Die Kühlverrohrung ist in der Wanne in einer Form einer Oberfläche über der Anordnungsoberfläche vorhanden und ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt.
Die Kühlverrohrung ist in der Wanne in einer oberflächenähnlichen Form über der Anordnungsoberfläche vorhanden, wodurch die gesamte Oberfläche der Wanne einheitlich gekühlt wird und eine Temperaturdifferenz innerhalb einer Waferoberfläche verringert wird.
Eine Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung umfasst eine Wanne, Kühlverrohrung und Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung. Die Wanne weist eine Anordnungsoberfläche auf, auf der ein Halbleiterwafer angeordnet ist. Die Kühlverrohrung ist in der Wanne vorhanden, und ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers, welcher auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt. Das Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung schaltet die Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Kühlverrohrung.
Die Vorrichtung umfasst Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung zum Schalten der Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Kühlverrohrung, wodurch eine Temperaturdifferenz, die zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite auftritt, umgangen wird und Temperaturunterschiede unter den Wafern verringert werden.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;
2 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
3 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht;
4A bis 4D sind Darstellungen, welche die Struktur der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulichen;
5A und 5B sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulichen;
6 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht;
7A bis 7C sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulichen;
8 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Modifikation der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht; und
9 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Die 1A und 1B sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulichen, wobei 1A eine Draufsicht ist und 1B eine Querschnittsansicht, welche entlang der Linie A-A von 1A gemacht ist.
In der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl an Halbleiterwafern 10 auf der Anordnungsoberfläche einer Wanne 1 angeordnet. Eine Kühlverrohrung 2 ist innerhalb der Wanne 1 ausgebildet und die Halbeleiterwafer 10 werden durch ein Kühlmittel gekühlt, beispielsweise Kühlwasser, welches in der Kühlverrohrung 2 fließt. Beispielsweise ist die Kühlverrohrung 2, wie es in 1A gezeigt ist, ein einzelnes Kühlrohr, welches zwischen beiden Enden der Wanne 1 gebogen ist (Serpentinenanordnung).
Auch eine Vakuumverrohrung 3 ist innerhalb der Wanne 1 auf solche Weise ausgebildet, dass sie die Kühlverrohrung 2 nicht behindert, und Öffnungen der Vakuumverrohrung 3 sind in der Anordnungsoberfläche der Wanne 1 ausgebildet. Der Druck innerhalb der Vakuumverrohrung 3 wird durch eine Vakuumpumpe verringert, und die Halbleiterwafer 10 können durch Saugkraft auf der Anordnungsoberfläche der Wanne 1 durch die Öffnungen gehalten werden, welche in der Anordnungsoberfläche der Wanne 1 ausgebildet sind.
Das heißt, dass die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform eine Wanne 1 aufweist, welche eine Anordnungsoberfläche hat, auf der Halbleiterwafer 10 angeordnet sind, eine Kühlverrohrung 2, welche in der Wanne vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer 10, die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, strömt, und eine Vakuumverrohrung 3, welche in der Wanne 1 vorhanden ist und Öffnungen in der Anordnungsoberfläche aufweist, um die Halbleiterwafer 10, die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, durch Saugkraft zu halten. Die Halbleiterwafer 10 werden durch Saugkraft durch die Vakuumverrohrung 3 gehalten und die gesamten Oberflächen der Halbleiterwafer 10 kommen ohne Zwischenraum mit der Wanne 1 in Kontakt. Die Gesamtheit der Halbleiterwafer 10 wird einheitlich durch die Wanne 1 gekühlt und deshalb sind Temperaturunregelmäßigkeiten innerhalb der Waferoberflächen klein.
Die 1A und 1B zeigen ein Beispiel, in welchem sich die Öffnungen der Vakuumverrohrung 3 in den Zentren der Halbleiterwafer 10 befinden, wobei jedoch der Kontakt zwischen den Halbleiterwafern 10 und der Wanne 1 enger gemacht werden kann, indem die Anzahl an Öffnungen erhöht wird.
EFFEKTE
Wie vorstehend beschrieben, bietet die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform die nachstehenden Effekte. Das heißt, die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform umfasst eine Wanne 1, die eine Anordnungsoberfläche, auf welcher die Halbleiterwafer 10 angeordnet sind, eine Kühlverrohrung 2, welche in der Wanne 1 vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer 10, die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, fließt, und eine Vakuumverrohrung 3, welche in der Wanne 1 vorhanden ist, und Öffnungen in der Anordnungsoberfläche aufweist, um die Halbleiterwafer 10, welche auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, durch Saugkraft zu halten. Die Halbleiterwafer 10 werden durch Saugkraft durch die Vakuumverrohrung 3 gehalten und die gesamten Oberflächen der Halbleiterwafer 10 kommen in Kontakt mit der Wanne 1, ohne einen Zwischenraum. Die Gesamtheit der Halbleiterwafer 10 wird einheitlich durch die Wanne 1 gekühlt und deshalb sind Temperaturunregelmäßigkeiten innerhalb der Waferoberflächen gering.
Zweite Ausführungsform
2 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform wird eine Mehrzahl an Halbleiterwafern 10 auf der Anordnungsoberfläche einer Wanne 1 angeordnet (siehe 1A und 1B). Die Kühlverrohrung 2 ist innerhalb der Wanne 1 ausgebildet und die Halbleiterwafer 10 werden von einem Kühlmittel gekühlt, beispielsweise Kühlwasser, das in der Kühlverrohrung 2 fließt. Die Kühlverrohrung 2 ist ein einzelnes Kühlrohr, welches zwischen beiden Enden der Wanne 1 gebogen ist (Serpentinenanordnung).
Wenn eine Seite eines viereckigen bzw. quadratischen Chips, welcher aus dem Halbleiterwafer 10 ausgeschnitten wird, gleich a (mm) lang ist und die Seitenwanddicke der Kühlverrohrung 2 b (mm) beträgt, genügt der Abstand c (mm) zwischen benachbarten Verrohrungsabschnitten des Kühlrohrs 2 (Verrohrungsintervall) der folgenden Gleichung: c < a/2 – 2b (1)
Beispielsweise beträgt, wenn eine Seite eines viereckigen Chips a = 22,5 mm lang ist und die Seitenwanddicke des Kühlrohrs 2 b = 1,25 mm beträgt, das Verrohrungsintervall c ≤ 8,75 mm. Mit dieser Struktur ist das Kühlrohr 2 genau unter mindestens der Hälfte oder mehr der Fläche des viereckigen Chips ausgebildet und die Kühleffizienz ist verbessert.
Wenn die Vakuumverrohrung 3, welche in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform verwendet wird, ist es möglich, Temperaturunregelmäßigkeiten innerhalb einer Waferoberfläche zu verringern, während die Kühleffizienz verbessert wird.
EFFEKTE
Wie vorstehend beschrieben, bietet die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform die nachstehenden Effekte. Das heißt, bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform ist die Kühlverrohrung 2 ein einzelnes Kühlrohr, das zwischen beiden Enden der Wanne 1 gebogen ist, und wenn eine Seite eines viereckigen bzw. quadratischen Chips, der aus dem Halbleiterwafer 10 ausgeschnitten wird, a (mm) beträgt und die Seitenwanddicke des Kühlrohrs 2 b (mm) ist, genügt der Abstand c (mm) zwischen benachbarten Verrohrungsabschnitten des Kühlrohrs 2 der obigen Gleichung (1), wodurch das Kühlrohr 2 gerade unter mindestens der Hälfte oder mehr der Fläche des viereckigen Chips ausgebildet ist und die Kühleffizienz verbessert wird.
Dritte Ausführungsform
Die 3 und 4A bis 4D sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulichen. Bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl an Halbleiterwafern 10 auf der Anordnungsoberfläche der Wanne 1 angeordnet (siehe 1A und 1B). Ein Paar aus einer Kühlverrohrung 2a und einer Kühlverrohrung 2b ist in der Wanne 1 ausgebildet und die Halbleiterwafer 10 werden von einem Kühlmittel gekühlt, beispielsweise Kühlwasser, das in der Kühlverrohrung 2a und in der Kühlverrohrung 2b in entgegengesetzten Richtungen fließt.
Sowohl die Kühlverrohrung 2a als auch die Kühlverrohrung 2b umfassen eine Mehrzahl an verzweigten Rohren, die parallel miteinander verbunden sind, und die verzweigten Rohre der Kühlverrohrung 2a und die verzweigten Rohre der Kühlverrohrung 2b sind wechselweise in einer Ebene angeordnet, die parallel zur Anordnungsoberfläche der Wanne 1 ist.
4A ist eine Darstellung der Kühlverrohrung 2a und der Kühlverrohrung 2b von der Rückseite der Wanne 1 aus gesehen (von der Seite gegenüberliegend der Anordnungsoberfläche), 4B ist eine Darstellung der Kühlverrohrung 2a und der Kühlverrohrung 2b von der Seite A von 4A gesehen, 4C ist eine Darstellung der Kühlverrohrung 2a und der Kühlverrohrung 2b von der Seite B von 4A gesehen, und 4D ist eine Darstellung der Kühlverrohrung 2a und der Kühlverrohrung 2b von der Seite C von 3 gesehen.
Die Rohre der Mehrzahl an Rohren, welche die Kühlverrohrung 2a und die Kühlverrohrung 2b bilden, sind wechselweise in einer Ebene parallel zur Anordnungsoberfläche der Wanne 1 angeordnet, und somit ist der Abstand zwischen den Rohren zu den Halbleiterwafern 10 gleich. Auch fließt das Kühlwasser in der Kühlverrohrung 2a und in der Kühlverrohrung 2b in unterschiedliche Richtungen. Entsprechend können die Halbleiterwafer 10 einheitlich gekühlt werden, und zwar unabhängig davon, wo sie auf der Wanne 1 angeordnet sind, wodurch die Temperaturunregelmäßigkeiten unter den Wafern verringert werden.
Auch ist an beiden Enden der Wanne 1 die Kühlverrohrung 2b zur Rückseite der Wanne 1 hin verschoben, so dass die Kühlverrohrung 2a und die Kühlverrohrung 2b ohne einander zu behindern in Richtung der kürzeren Seite der Wanne 1 angeordnet sind.
Wenn die Vakuumverrohrung 3, welche in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform eingesetzt wird, ist es möglich, Temperaturunregelmäßigkeiten innerhalb einer Waferoberfläche zu reduzieren, während Temperaturunregelmäßigkeiten zwischen Wafern unterdrückt werden.
EFFEKTE
Die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfasst eine Wanne 1 mit einer Anordnungsoberfläche, auf der die Halbleiterwafer 10 angeordnet sind, und ein Paar aus einer Kühlverrohrung 2a und einer Kühlverrohrung 2b, welche in der Wanne 1 vorhanden sind und in denen ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer 10, die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, in entgegengesetzten Richtungen fließt, wobei sowohl die Kühlverrohrung 2a als auch die Kühlverrohrung 2b eine Mehrzahl an verzweigten Rohren aufweist, die parallel miteinander verbunden sind, und die verzweigten Rohre, welche eine Kühlverrohrung 2a bilden, sind wechselweise mit den verzweigten Rohren, welche die andere Kühlverrohrung 2b bilden, in einer Ebene parallel zur Anordnungsoberfläche angeordnet. Somit werden Temperaturunregelmäßigkeiten auf der Wanne 1 unterdrückt und Temperaturunregelmäßigkeiten zwischen Wafern und innerhalb einer Waferoberfläche werden reduziert.
Vierte Ausführungsform
Die 5A und 5B sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulichen. 5A ist eine Draufsicht auf eine Wanne 1 und 5B ist eine Querschnittsansicht entlang B-B von 5A. Bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl an Halbleiterwafern 10 auf der Anordnungsoberfläche der Wanne 1 angeordnet. Eine Kühlverrohrung 2 ist innerhalb der Wanne 1 ausgebildet, und die Halbleiterwafer 10 werden von einem Kühlmittel gekühlt, beispielsweise Kühlwasser, welches in der Kühlverrohrung 2 fließt. Beispielsweise ist die Kühlverrohrung 2 eine einzelne Kühlverrohrung, welche zwischen beiden Enden der Wanne 1 gebogen ist (Serpentinenanordnung).
Die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform umfasst weiter Klemmringe 4, welche die Umfänge der Halbleiterwafer 10 gegen die Anordnungsoberfläche der Wanne 1 drücken. Die Klemmringe 4 können auf verschiedene Arten strukturiert sein. Beispielsweise weist der Klemmring 4, der in 5B gezeigt ist, drei Beine auf, welche in der Wanne 1 ohne Behinderung durch die Kühlverrohrung 2 vergraben sind. Diese Beine sind motorisch angetrieben und werden in eine Richtung vertikal zur Anordnungsoberfläche der Wanne 1 bewegt, und der Klemmring 4 kontaktiert den Umfang des Halbleiterwafers 10 und drückt diesen.
Dies bewirkt einen engeren Kontakt zwischen dem Halbleiterwafer 10 und der Anordnungsoberfläche der Wanne 1, und die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 10 wird durch die Wanne einheitlich gekühlt, und Temperaturunregelmäßigkeiten innerhalb der Waferoberfläche werden reduziert.
Alternativ dazu kann, wie in 6 gezeigt ist, eine Schraube 1a als Teil der Wanne 1 ausgebildet sein, und der Klemmring 4 kann mit einer geränderten Mutter 5 von oben gegen die Anordnungsoberfläche der Wanne 1 gedrückt werden. Im Fall dieser Struktur ist kein Element in der Wanne 1 vergraben und somit kann der Klemmring 4 angeordnet werden, ohne dass eine Behinderung der Kühlverrohrung 2 berücksichtigt werden muss.
Die Strukturen, die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben sind, können bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform eingesetzt werden.
EFFEKTE
Die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform weist eine Wanne 1 auf, welche eine Anordnungsoberfläche hat, auf der Halbleiterwafer 10 angeordnet sind, eine Kühlverrohrung 2, welche innerhalb der Wanne 1 vorhanden ist und in welcher ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer 10, die auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, fließt, und Klemmringe 4, welche in Kontakt mit den Umfängen der auf der Anordnungsoberfläche angeordneten Halbleiterwafer 10 von der Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche kommen und die Halbleiterwafer 10 gegen die Anordnungsoberfläche drücken. Dies bewirkt einen engeren Kontakt zwischen den Halbleiterwafern 10 und der Anordnungsoberfläche der Wanne 1, und die Gesamtheiten der Halbleiterwafer 10 werden einheitlich durch die Wanne 1 gekühlt und Temperaturunregelmäßigkeiten innerhalb einer Waferoberfläche werden verringert.
Fünfte Ausführungsform
Die 7A, 7B und 7C sind Darstellungen, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulichen. 7A ist eine Draufsicht auf die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung und die 7B und 7C sind Querschnittsansichten entlang der Linie C-C von 7A. Bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl an Halbleiterwafern 10 auf der Anordnungsoberfläche der Wanne 1 angeordnet (siehe 1A und 1B). Wie in 7A gezeigt ist, weist bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform die Wanne 1 innen einen Leerraum auf.
Mit anderen Worten weist die Wanne 1 ein oberflächenartiges Kühlrohr 6 über der Anordnungsoberfläche auf, und die Halbleiterwafer 10 werden durch ein Kühlmittel gekühlt, beispielsweise Kühlwasser, das in dem Kühlrohr 6 fließt. Wenn ein herkömmliches Kühlrohr verwendet wird, treten in der Wanne 1 Temperaturdifferenzen in Abschnitten genau oberhalb des Rohrs und in Abschnitten ohne Rohr (den Intervallen der Verrohrung) auf. Wenn jedoch ein solches oberflächenartiges Kühlrohr 6 vorhanden ist, wird die gesamte Oberfläche der Wanne 1 ohne Unregelmäßigkeit gekühlt und Temperaturdifferenzen innerhalb einer Waferoberfläche werden verringert.
7B zeigt ein Beispiel, in welchem ein einzelnes oberflächenartiges Kühlrohr 6 vorhanden ist. Auch kann die Struktur, wie in 7C gezeigt ist, eine Zweischichtstruktur mit einem ersten Kühlrohr 6a, welches näher an der Anordnungsoberfläche vorhanden ist, und einem zweiten Kühlrohr 6b, welches auf der Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche in Bezug auf das erste Kühlrohr 6a vorhanden ist, sein. Das Kühlmittel wird in den Kühlrohren 6a und 6b in entgegengesetzten Richtungen geführt, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen den stromaufwärts gelegenen Seiten und den stromabwärts gelegenen Seiten der Kühlrohre 6a und 6b umgangen wird, und Temperaturdifferenzen zwischen Wafern werden verringert.
Die Temperaturdifferenzen zwischen Wafern können stärker verringert werden, indem Schaltmittel für die Kältemittelströmungsrichtung einer sechsten Ausführungsform, welche nachstehend beschrieben wird, bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung der 7B eingesetzt werden.
MODIFIKATION
8 ist eine Draufsicht, welche die Struktur einer Modifikation der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform veranschaulicht. Die Modifikation weist eine Mehrzahl an Zufuhrkanälen zum Einleiten eines Kühlmittels in das Kühlrohr 6 und eine Mehrzahl an Ausgangskanälen, aus denen das Kühlmittel, das durch das Kühlrohr 6 fließt, austritt, auf. 8 zeigt ein Beispiel, in welchem drei Kanäle auf jeder Seite vorhanden sind.
Es ist möglich zu verhindern, dass das Kühlmittel innerhalb des Kühlrohrs 6 still steht, indem mit Abzweigungen versehene Kühlmittelzufuhrkanäle und Kühlmittelausgangskanäle verwendet werden.
EFFEKTE
Die Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform weist eine Wanne 1 mit einer Anordnungsoberfläche auf, auf der Halbleiterwafer 10 angeordnet sind, und ein Kühlrohr 6, welches in der Wanne 1 in Form einer Oberfläche über der Anordnungsoberfläche vorhanden ist und in dem ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer 10, welche auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, fließt. Somit wird die gesamte Oberfläche der Wanne 1 einheitlich gekühlt und Temperaturdifferenzen innerhalb einer Waferoberfläche werden verringert.
Auch umfassen die Kühlrohre 6 ein erstes Kühlrohr 6a, welches näher an der Anordnungsoberfläche vorhanden ist, und ein zweites Kühlrohr 6b, welches auf der Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche in Bezug auf das erste Kühlrohr 6a vorhanden ist, und das Kühlmittel fließt im ersten Kühlrohr 6a und im zweiten Kühlrohr 6b in entgegengesetzten Richtungen, und somit wird die Temperaturdifferenz zwischen den stromaufwärts gelegenen Seiten und den stromabwärts gelegenen Seiten des Kühlrohrs 6a und des Kühlrohrs 6b vermieden und Temperaturdifferenzen zwischen Wafern werden reduziert.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine Mehrzahl an Zufuhrkanälen zum Einleiten des Kühlmittels in das Kühlrohr 6 und eine Mehrzahl an Ausgangskanälen auf, aus denen das Kühlmittel aus dem Kühlrohr 6 fließt, und dies verhindert, dass das Kühlmittel innerhalb des Kühlrohrs 6 still steht.
Sechste Ausführungsform
9 ist eine Darstellung, welche die Struktur einer Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. Bei der Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl an Halbleiterwafern 10 auf der Anordnungsoberfläche einer Wanne 1 angeordnet. Eine Kühlverrohrung 2 ist innerhalb der Wanne 1 vorhanden und die Halbleiterwafer 10 werden von einem Kühlmittel gekühlt, beispielsweise Kühlwasser, das in der Kühlverrohrung 2 fließt. Beispielsweise ist die Kühlverrohrung 2, wie in 9 gezeigt, ein einzelnes Kühlrohr, welches zwischen beiden Enden einer Wanne 1 gebogen ist (Serpentinenanordnung).
Diese Ausführungsform umfasst weiter Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung, um die Richtung, in welche das Kühlmittel in der Kühlverrrohrung 2 fließt, zu wechseln. 9 zeigt ein Beispiel des Schaltmittels für die Kühlmittelströmung, wobei der Zufuhrkanal und der Ausgangskanal der Kühlverrohrung 2 durch ein Verbindungsrohr 9a verbunden sind, und der Zufuhrkanal und der Ausgangskanal sind auch durch ein Verbindungsrohr 9b stromaufwärts des Verbindungsrohrs 9a verbunden. Die Verbindungsrohre 9a und 9b sind jeweils mit Verrohrungsventilen 8a und 8b versehen. Auch sind auf dem Zufuhrkanal und den Ausgangskanälen Verrohrungsventile 7a und 7b jeweils zwischen den Verbindungsrohren 9a und 9b vorhanden. Das Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung ist auf diese Weise strukturiert.
Wenn die Verrohrungsventile 7a und 7b geöffnet sind und die Verrohrungsventile 8a und 8b geschlossen sind, fließt das Kältemittel in die Richtung, welche durch die durchgezogenen Pfeile in der Darstellung gezeigt ist. Wenn die Verrohrungsventile 7a und 7b geschlossen sind und die Verrohrungsventile 8a und 8b geöffnet sind, fließt das Kältemittel in die Richtung, welche durch die punktierten Pfeile in der Darstellung veranschaulicht ist. Somit kann das Auftreten der Temperaturdifferenz zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite durch geeignetes Schalten der Strömungsrichtung des Kältemittels umgangen werden. Dies verringert die Temperaturdifferenzen zwischen Wafern.
Das Schaltmittel für die Kältemittelströmungsrichtung dieser Ausführungsform ist bei den Halbleiterwafer-Kühlvorrichtungen der ersten, zweiten, vierten und fünften Ausführungsform einsetzbar und bietet den Effekt des Unterdrückens von Temperaturdifferenzen zwischen Wafern.
EFFEKTE
Die Halbleiterwafer-Kühlvorrrichtung dieser Ausführungsform umfasst eine Wanne 1, welche eine Anordnungsoberfläche aufweist, auf der Halbleiterwafer angeordnet sind, eine Kühlverrohrung 2, die in der Wanne 1 vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleiterwafer 10, welche auf der Anordnungsoberfläche angeordnet sind, fließt, und ein Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung zum Wechseln der Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Kühlverrohrung 2. Dies umgeht das Auftreten von Temperaturdifferenzen des Kühlmittels auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite und unterdrückt Temperaturdifferenzen zwischen Wafern.
Obgleich die Erfindung auf der Basis verschiedener Ausführungsformen beschrieben wurde, kann die Erfindung durch geeignetes Kombinieren dieser Ausführungsformen verwirklicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10-312764 [0003]

Claims

Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung, aufweisend: eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der ein Halbleiterwafer (10) angeordnet ist; eine Kühlverrohrung (2), welche in der Wanne (1) vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers (10), der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt; und eine Vakuumverrohrung (3), welche in der Wanne (1) vorhanden ist und welche eine Öffnung in der Anordnungsoberfläche aufweist, um den Halbleiterwafer (10), der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, durch Saugkraft zu halten.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlverrohrung (2) ein einzelnes Kühlrohr ist, das zwischen beiden Enden in der Wanne (1) gebogen ist, und wenn eine Seite eines viereckigen Chips, der aus dem Halbleiterwafer (10) ausgeschnitten ist, gleich a (mm) ist und eine Seitenwanddicke der Kühlverrohrung (2) gleich b (mm) ist, genügt ein Abstand c (mm) zwischen benachbarten Verrohrungsabschnitten des Kühlrohrs (2) der folgenden Gleichung: c < a/2 – 2b.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung, aufweisend; eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der ein Halbleiterwafer (10) angeordnet ist; und ein einzelnes Kühlrohr (2), welches zwischen beiden Enden in der Wanne (1) gebogen ist und in welchem ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers (10), der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt, wobei, wenn eine Seite eines viereckigen Chips, der aus dem Halbleiterwafer ausgeschnitten ist, gleich a (mm) ist und eine Seitenwanddicke des Kühlrohrs (2) gleich b (mm) ist, ein Abstand c (mm) zwischen benachbarten Verrohrungsabschnitten des Kühlrohrs (2) der folgenden Gleichung genügt: c < a/2 – 2b.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlverrohrung (2) ein Paar Kühlverrohrungssysteme (2a, 2b) umfasst, in welchen das Kühlmittel in entgegengesetzte Richtungen fließt, jedes Kühlverrohrungssystem (2a, 2b) eine Mehrzahl an verzweigten Rohren aufweist, die parallel geschaltet sind, und die verzweigten Rohre, die das eine Kühlverrohrungssystem (2a) bilden, wechselweise mit den verzweigten Rohren, die das andere Kühlverrohrungssystem (2b) bilden, in einer Ebene parallel zur Anordnungsoberfläche angeordnet sind.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung aufweisend: eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der ein Halbleiterwafer (10) angeordnet ist; und ein Paar Kühlverrohrungssysteme (2a, 2b), welche in der Wanne (1) vorhanden sind und in denen ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers (10), der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, in entgegengesetzten Richtungen fließt, wobei jedes Kühlverrohrungssystem (2a, 2b) eine Mehrzahl an verzweigten Rohren umfasst, die parallel verbunden sind, wobei die verzweigten Rohre, die das eine Kühlverrohrungssystem (2a) bilden, wechselweise mit den verzweigten Rohren, welche das andere Kühlverrohrungssystem (2b) bilden, in einer Ebene parallel zur Anordnungsoberfläche angeordnet sind.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend einen Klemmring (4), der einen Umfang des auf der Anordnungsoberfläche angeordneten Halbleiterwafers (10) von einer Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche kontaktiert und den Halbleiterwafer (10) gegen die Anordnungsoberfläche drückt.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung, aufweisend: eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der ein Halbleiterwafer (10) angeordnet ist; eine Kühlverrohrung (2), welche in der Wanne (1) vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers (10), der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt; und einen Klemmring (4), welcher einen Umfang des auf der Anordnungsoberfläche angeordneten Halbleiterwafers (10) von einer Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche kontaktiert und den Halbleiterwafer (10) gegen die Anordnungsoberfläche drückt.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung, aufweisend: eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der ein Halbleiterwafer (10) angeordnet ist; und eine Kühlverrohrung (6), welche in der Wanne (1) in Form einer Oberfläche über der Anordnungsoberfläche vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen des auf der Anordnungsoberfläche angeordneten Halbleiterwafers (10) fließt.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlverrohrung (6) folgendes umfasst: ein erstes Kühlrohr (6a), welches näher an der Anordnungsoberfläche vorhanden ist; und ein zweites Kühlrohr (6b), welche auf einer Seite gegenüber der Anordnungsoberfläche in Bezug auf das erste Kühlrohr vorhanden ist, wobei ein Kühlmittel in dem ersten Kühlrohr (6a) und dem zweiten Kühlrohr (6b) in entgegengesetzten Richtungen fließt.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, weiter aufweisend eine Mehrzahl an Zufuhrkanälen zum Einleiten des Kühlmittels in die Kühlverrohrung (6), und eine Mehrzahl an Ausgangskanälen, durch die das Kühlmittel aus der Kühlverrohrung (6) austritt.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 7 bis 9, weiter aufweisend ein Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung, welches eine Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Kühlverrohrung (2, 6) wechselt.
Halbleiterwafer-Kühlvorrichtung, aufweisend: eine Wanne (1) mit einer Anordnungsoberfläche, auf der ein Halbleiterwafer (10) angeordnet ist; eine Kühlverrohrung (2, 6), welche in der Wanne (1) vorhanden ist und in der ein Kühlmittel zum Kühlen des Halbleiterwafers (10), der auf der Anordnungsoberfläche angeordnet ist, fließt; und ein Schaltmittel für die Kühlmittelströmungsrichtung, welches eine Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Kühlverrohrung (2, 6) wechselt.