RU2153209C1 - Method and device for cooling down semiconductor wafers - Google Patents

Method and device for cooling down semiconductor wafers Download PDF

Info

Publication number
RU2153209C1
RU2153209C1 RU99115921A RU99115921A RU2153209C1 RU 2153209 C1 RU2153209 C1 RU 2153209C1 RU 99115921 A RU99115921 A RU 99115921A RU 99115921 A RU99115921 A RU 99115921A RU 2153209 C1 RU2153209 C1 RU 2153209C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
gas
peripheral
central
chambers
Prior art date
Application number
RU99115921A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.В. Абрамов
В.К. Битюков
В.Б. Коваленко
Г.В. Попов
Original Assignee
Воронежская государственная технологическая академия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Воронежская государственная технологическая академия filed Critical Воронежская государственная технологическая академия
Priority to RU99115921A priority Critical patent/RU2153209C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2153209C1 publication Critical patent/RU2153209C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: semiconductor wafers used in lithographic operations for manufacturing semiconductor devices and integrated circuits are cooled down as follows. Heat- conducting substance such as gas or air space is organized between substrate holder and semiconductor wafer by means of air-swirl centrifuge upon admission of excess pressure into its air chambers; semiconductor wafer to be cooled down is placed directly onto centrifuge; compressed gas or air flow through feed lines of peripheral and central chambers is chosen to ensure that peripheral-to-central chamber flowrate ratio is between 1.5 and 6. Proposed method is suitable for use at atmospheric pressure and within comprehensive temperature range. Device implementing proposed method is, essentially, air swirl centrifuge that has case accommodating central and peripheral air chambers connected to gas or air feed lines and to working zone on its one external side that receives wafer and communicates through nozzles with air chambers; it also has gas or air flow varying facility, control unit, sensors responding to low pressure in central and peripheral air chambers connected to gas or air flow varying facilities through control unit. Device is arranged so that uniform contact is ensured between entire surface of wafer and heat- conducting material, that wafer is not wetted by the latter, and that gas or air space is controlled more effectively. EFFECT: reduced labor consumption; simplified design and reduced cost of device. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. The invention relates to microelectronics and can be used in lithographic operations in the manufacture of semiconductor devices and integrated circuits.

Известно устройство для термообработки полупроводниковых пластин (SU N 1799196), содержащее подложкодержатель, холодильник с полостью, соединенной со средствами для подачи хладагента, размещенный под подложкодержателем, и плоский резистивный нагреватель, размещенный между подложкодержателем и холодильником, полость в холодильнике выполнена в форме спиралевидного непрерывного канала квадратного сечения. A device is known for heat treatment of semiconductor wafers (SU N 1799196), comprising a substrate holder, a refrigerator with a cavity connected to means for supplying refrigerant located under the substrate holder, and a flat resistive heater located between the substrate holder and the refrigerator, the cavity in the refrigerator is made in the form of a spiral-shaped continuous channel square section.

Недостатком данного устройства является возникновение механических напряжений в пленке фоторезиста, приводящих к деструктивным изменениям из-за температурных перепадов в местах неравномерного контакта пластины и подложкодержателя. The disadvantage of this device is the occurrence of mechanical stresses in the film of the photoresist, leading to destructive changes due to temperature differences in places of uneven contact between the plate and the substrate holder.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для нанесения фоторезиста на пластины (заявка RU N 2093921), содержащее корпус с пневматической камерой внутри него, соединенной с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматической камерой, блок управления, соединенный с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума, и дозатор для подачи раствора фоторезиста, корпус установлен неподвижно, а его пневматическая камера разделена на центральную и периферийную части, которые соединены с магистралью подачи сжатого воздуха и снабжены соплами, которые размещены со стороны рабочей зоны корпуса, магистрали подачи сжатого воздуха и вакуума снабжены установленными на их выходах средствами изменения расхода сжатого воздуха, которые соединены с блоком управления, имеется датчик толщины газовой прослойки, расположенный со стороны рабочей зоны корпуса, рабочая зона для размещения пластины сообщена с центральной частью пневматической камеры и с периферийной частью пневматической камеры посредством ее сопел, датчик толщины газовой прослойки соединен с блоком управления. The closest in technical essence and the achieved effect is a device for applying a photoresist to plates (application RU N 2093921), comprising a housing with a pneumatic chamber inside it, connected to the compressed air and vacuum supply lines and with the working area from one of its outer sides for placing the plate communicating with the pneumatic chamber, a control unit connected to the compressed air and vacuum supply lines, and a dispenser for supplying the photoresist solution, the housing is stationary, and its pneumatic cam The unit is divided into central and peripheral parts, which are connected to the compressed air supply line and are equipped with nozzles, which are located on the side of the housing working area, the compressed air and vacuum supply lines are equipped with means for changing the compressed air flow, which are connected to the control unit, there is a gauge of the thickness of the gas layer located on the side of the working area of the housing, the working area for placing the plate is in communication with the Central part of the pneumatic chamber and with the peripheral part of the pneumatic chamber through its nozzles, the thickness gauge of the gas layer is connected to the control unit.

Недостатком данного устройства является невозможность контроля расходов газа или воздуха в магистралях подачи воздуха или контроля давления в камерах, что снижает эффективность процесса управления вихревой воздушной прослойкой. The disadvantage of this device is the inability to control the flow of gas or air in the air supply lines or to control the pressure in the chambers, which reduces the efficiency of the process of controlling the vortex air gap.

Наиболее близким является способ охлаждения полупроводниковых пластин в вакууме (заявка RU N 2076390), включающий размещение между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной теплопроводящего вещества, которое размещено в поддоне и расположено между пластиной и подложкодержателем, диаметр поддона выбирают больше диаметра пластины, а в качестве теплопроводящего вещества используют галлий в жидком виде. The closest is a method of cooling semiconductor wafers in a vacuum (application RU N 2076390), comprising placing between a substrate holder and a semiconductor wafer a heat-conducting substance that is placed in a tray and located between the wafer and the substrate holder, the diameter of the tray is larger than the diameter of the plate, and use as the heat-conducting substance gallium in liquid form.

Недостатком данного способа является его высокая стоимость и трудоемкость осуществления, наличие эффекта смачивания полупроводниковой пластины теплопроводящим веществом, в качестве которого используется легкоплавкий металл, и относительно узкий интервал температур, при котором возможно использование данного способа. The disadvantage of this method is its high cost and the complexity of the implementation, the presence of the effect of wetting the semiconductor wafer with a heat-conducting substance, which is used as a low-melting metal, and the relatively narrow temperature range at which this method can be used.

Технической задачей является повышение эксплуатационных качеств и снижение затрат на осуществление данного способа. The technical task is to improve performance and reduce the cost of implementing this method.

Поставленная задача достигается тем, что в способе охлаждения полупроводниковых пластин, включающем размещение между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной теплопроводящего вещества, новым является то, что в качестве теплопроводящего вещества используют газовую или воздушную прослойку, создаваемую на пневмовихревой центрифуге после подачи избыточных давлений в ее пневмокамеры, на которую непосредственно кладется для охлаждения полупроводниковая пластина, причем расходы сжатого газа или воздуха через магистрали подачи периферийной и центральной камер выбираются такими, чтобы отношение расхода периферийной камеры к расходу центральной камеры лежало в пределах 1,5...6. Использование газа или воздуха вместо жидкого металла исключает эффект смачивания и расширяет температурный диапазон использования данного способа. The problem is achieved in that in a method for cooling semiconductor wafers, including the placement between a substrate holder and a semiconductor wafer of a heat-conducting substance, it is new that a gas or air gap created on a pneumatic vortex centrifuge after applying excess pressure to its air chambers is used as a heat-conducting substance which is directly placed for cooling the semiconductor wafer, and the flow of compressed gas or air through the supply line eriferiynoy and central chambers are selected such that the ratio of the circumferential flow chamber for flow of the central chamber lies in the range 1.5 ... 6. The use of gas or air instead of liquid metal eliminates the effect of wetting and extends the temperature range of the use of this method.

На чертеже (фиг. 1) схематично представлено устройство пневмовихревой центрифуги для охлаждения полупроводниковых пластин на пневмовихревой газовой или воздушной прослойке, с помощью которого реализуется предложенный способ. The drawing (Fig. 1) schematically shows a device of a pneumatic vortex centrifuge for cooling semiconductor wafers on a pneumatic vortex gas or air gap, with which the proposed method is implemented.

Устройство для охлаждения полупроводниковых пластин представляет собой двухкамерную пневмовихревую центрифугу, содержащую корпус 1 с центральной 2 и периферийной 3 пневмокамерами, соединенными с магистралями подачи газа или воздуха 9 и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения полупроводниковой пластины 4, сообщающейся с пневматическими камерами посредством сопел 10, блок управления 7, отличающееся тем, что в нем имеются датчики малых давлений 5 и 6, соединенные со средствами изменения расхода газа или воздуха 8 через блок управления 7. The device for cooling the semiconductor wafers is a two-chamber pneumatic vortex centrifuge containing a housing 1 with a central 2 and peripheral 3 pneumatic chambers connected to the gas or air supply lines 9 and with a working area from one of its outer sides to accommodate the semiconductor plate 4 communicating with pneumatic chambers by nozzles 10, control unit 7, characterized in that it contains low pressure sensors 5 and 6, connected to means for changing the flow of gas or air 8 through the unit the board 7.

Устройство работает следующим образом. В периферийную и центральную камеры подают избыточное давление путем изменения расхода газа или воздуха в соответствующих магистралях таким образом, чтобы соотношение между расходами лежало в диапазоне соотношений, определяемых экспериментально для конкретного диаметра полупроводниковой пластины, конфигурации и диаметра воздухоподводящих сопел исходя из минимального разброса температуры по площади пластины во время процесса охлаждения. Истекая через воздухоподводящие сопла периферийной и центральной камер, газ или воздух образует вихревой поток, на который помещается полупроводниковая пластина. Вихревой поток, обтекая пластину, охлаждает ее. При помещении полупроводниковой пластины на газовую прослойку, образованную вихревым потоком, изменяется давление в пневмокамерах. Датчик малых давлений 5 центральной пневмокамеры и датчик малых давлений 6 периферийной пневмокамеры выдает значения давления газа или воздуха в камерах на устройство управления, которое пересчитывает эти значения в расходы, и сравнивая их соотношение с заданным, выдает управляющее воздействие на средства изменения расходов газа или воздуха 8, поддерживая таким образом заданное соотношение расходов газа или воздуха. Образованный вихревой поток заставляет пластину вращаться, увеличивая тем самым устойчивость пластины и равномерность теплообмена пластины и газовой или воздушной прослойки. The device operates as follows. Overpressure is supplied to the peripheral and central chambers by changing the gas or air flow rate in the respective lines so that the ratio between the flow rates lies in the range of ratios determined experimentally for a particular diameter of the semiconductor wafer, configuration and diameter of the air supply nozzles based on the minimum temperature spread over the plate area during the cooling process. Expiring through the air supply nozzles of the peripheral and central chambers, the gas or air forms a vortex flow onto which the semiconductor wafer is placed. The swirling stream flowing around the plate cools it. When a semiconductor wafer is placed on a gas interlayer formed by a vortex flow, the pressure in the pneumatic chambers changes. The low-pressure sensor 5 of the central pneumatic chamber and the low-pressure sensor 6 of the peripheral pneumatic chamber gives the values of gas or air pressure in the chambers to the control device, which recalculates these values into costs, and comparing their ratio with the set one, gives a control action on the means for changing the gas or air consumption 8 , thus maintaining a given ratio of gas or air flow rates. Formed by the vortex flow causes the plate to rotate, thereby increasing the stability of the plate and the uniformity of heat transfer between the plate and the gas or air gap.

Пример. Проверка способа проводилась для пластин диаметром 100 мм. Example. The method was tested for plates with a diameter of 100 mm.

Для этого была изготовлена модель полупроводниковой пластины, которая представляет собой обычную полупроводниковую пластину с вживленными в нее микротермопарами. For this, a semiconductor wafer model was made, which is an ordinary semiconductor wafer with microthermocouples implanted into it.

Экспериментально были определены рабочие диапазоны расходов, которые для центральной пневмокамеры лежат в пределах 0,0012...0,0018 м3/сек, а для периферийной пневмокамеры в пределах 0,0033...0,0062 м3/сек, и оптимальное отношение расхода газа или воздуха в периферийной пневмокамере к расходу газа или воздуха в центральной пневмокамере с точки зрения минимального разброса температур по площади полупроводниковой пластины лежит в диапазоне 1,5. . .6. Например, для пневмовихревой центрифуги, геометрические параметры рабочей поверхности которой приведены на фиг.2, оптимальное отношение расхода газа или воздуха периферийной пневмокамеры к расходу газа или воздуха центральной пневмокамеры с точки зрения минимального разброса температур по площади полупроводниковой пластины составило 3,6 (фиг.3).The operating ranges of flow rates were determined experimentally, which for the central pneumatic chamber lie within 0.0012 ... 0.0018 m 3 / s, and for the peripheral pneumatic chamber within 0.0033 ... 0.0062 m 3 / s, and the optimal the ratio of the flow of gas or air in the peripheral pneumatic chamber to the flow of gas or air in the central pneumatic chamber from the point of view of the minimum temperature spread over the area of the semiconductor wafer is in the range of 1.5. . .6. For example, for a pneumatic vortex centrifuge, the geometric parameters of the working surface of which are shown in Fig. 2, the optimal ratio of gas or air flow of the peripheral pneumatic chamber to the gas or air flow of the central pneumatic chamber from the point of view of the minimum temperature dispersion over the area of the semiconductor wafer was 3.6 (Fig. 3 )

Таким образом, предложенный способ охлаждения полупроводниковых пластин и устройство для его осуществления обеспечивают:
- равномерный контакт по всей площади пластины с теплопроводным материалом;
- использование данного способа при атмосферном давлении и в широком диапазоне температур;
- значительное снижение трудоемкости реализации способа и стоимости устройства при сохранении его простоты;
- отсутствие эффекта смачивания полупроводниковой пластины теплопроводящим веществом;
- более эффективное управление газовой или воздушной прослойкой по сравнению с прототипом устройства.
Thus, the proposed method for cooling semiconductor wafers and a device for its implementation provide:
- uniform contact over the entire area of the plate with a heat-conducting material;
- the use of this method at atmospheric pressure and in a wide temperature range;
- a significant reduction in the complexity of the method and the cost of the device while maintaining its simplicity;
- the absence of the effect of wetting the semiconductor wafer with a thermally conductive substance;
- more efficient control of the gas or air gap in comparison with the prototype device.

Claims (2)

1. Способ охлаждения полупроводниковых пластин, включающий размещение между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной теплопроводящего вещества, отличающийся тем, что в качестве теплопроводящего вещества используют газовую или воздушную прослойку, создаваемую на пневмовихревой центрифуге после подачи избыточных давлений в ее пневмокамеры, на которую непосредственно кладется для охлаждения полупроводниковая пластина, причем расход сжатого газа или воздуха через магистрали подачи периферийной и центральной камер выбираются такими, чтобы отношение расхода периферийной камеры к расходу центральной камеры лежало в пределах 1,5 - 6. 1. A method of cooling semiconductor wafers, comprising placing between a substrate holder and a semiconductor wafer a heat-conducting substance, characterized in that as a heat-conducting substance, a gas or air layer is used that is created on a pneumatic vortex centrifuge after applying excess pressure to its air chamber, on which a semiconductor is directly placed for cooling plate, and the flow rate of compressed gas or air through the supply lines of the peripheral and central chambers are selected such that the ratio of the flow rate of the peripheral camera to the flow rate of the Central camera was in the range of 1.5 to 6. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, представляющее собой пневмовихревую центрифугу, содержащую корпус с центральной и периферийной пневмокамерами, соединенными с магистралями подачи газа или воздуха и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматическими камерами посредством сопел, средства изменения расходов газа или воздуха, блок управления, отличающееся тем, что в нем имеются датчики малых давлений центральной и периферийной пневмокамер, соединенные со средствами изменения расхода газа или воздуха через блок управления. 2. The device for implementing the method according to claim 1, which is a pneumatic vortex centrifuge containing a housing with a central and peripheral pneumatic chambers connected to the gas or air supply lines and with a working area from one of its outer sides to accommodate a plate communicating with pneumatic chambers through nozzles , means for changing the flow of gas or air, a control unit, characterized in that it contains low pressure sensors of the central and peripheral pneumatic chambers connected to means for changing p descent of gas or air through the control unit.
RU99115921A 1999-07-22 1999-07-22 Method and device for cooling down semiconductor wafers RU2153209C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99115921A RU2153209C1 (en) 1999-07-22 1999-07-22 Method and device for cooling down semiconductor wafers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99115921A RU2153209C1 (en) 1999-07-22 1999-07-22 Method and device for cooling down semiconductor wafers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2153209C1 true RU2153209C1 (en) 2000-07-20

Family

ID=20222965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99115921A RU2153209C1 (en) 1999-07-22 1999-07-22 Method and device for cooling down semiconductor wafers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2153209C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101834120B (en) Shower head and plasma processing apparatus
KR100303076B1 (en) Substrate support with contact area and pressure area to reduce temperature feedback
US20190326138A1 (en) Ceramic wafer heater with integrated pressurized helium cooling
US8083855B2 (en) Temperature control module using gas pressure to control thermal conductance between liquid coolant and component body
US7448604B2 (en) Heat treatment apparatus
JP4256031B2 (en) Processing apparatus and temperature control method thereof
JP2008516462A5 (en)
KR102569631B1 (en) Chemical mechanical polishing apparatus and control method thereof
JP3817414B2 (en) Sample stage unit and plasma processing apparatus
US6736206B2 (en) Thermal processor
WO2019204125A1 (en) Ceramic wafer heater having cooling channels with minimum fluid drag
CN101448357B (en) Plasma processing apparatus
JPH05243191A (en) Dry etching device
US20070221618A1 (en) Etching method
RU2153209C1 (en) Method and device for cooling down semiconductor wafers
TWI574316B (en) Substrate processing apparatus and temperature adjustment method
US20040099217A1 (en) Uniform temperature workpiece holder
JP2001338914A (en) Gas introducing mechanism, method for gas introduction, method for detecting gas leakage, and vacuum processing equipment
JP2005086208A (en) Plasma etching apparatus
JPS6136931A (en) Control method of temperature of wafer
RU2193258C2 (en) Semiconductor wafer cooling device
JP4642358B2 (en) Wafer mounting electrode
JPS6230329A (en) Dry etching device
JPH0325938A (en) Manufacturing equipment for semiconductor device
JP2005051008A (en) Device and method for development processing