Способ охлаждения полупроводниковых пластин и устройство для его осуществления

 

Использование: в микроэлектронике на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Сущность изобретения заключается в следующем. В способе охлаждения полупроводниковых пластин между подложкодержателем и полупроводниковой пластиной размещают теплопроводящее вещество, в качестве которого 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. Устройство для осуществления данного способа представляет 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, датчики малых давлений центральной и периферийной пневмокамер, соединенные со средствами изменения расхода газа или воздуха через блок управления. Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного контакта по всей площади пластины с теплопроводным материалом, возможность использования 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. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Технической задачей является повышение эксплуатационных качеств и снижение затрат на осуществление данного способа.

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.

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.

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.

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.

Пример. Проверка способа проводилась для пластин диаметром 100 мм.

Для этого была изготовлена модель полупроводниковой пластины, которая представляет собой обычную полупроводниковую пластину с вживленными в нее микротермопарами.

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).

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.

Формула изобретения

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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для охлаждения электронной аппаратуры и может быть использовано в геофизической сейсморазведке

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре для охлаждения электронных модулей

Охлаждающее устройство 1, использующее пульсирующую текучую среду для охлаждения объекта, содержащее: преобразователь 2, имеющий мембрану, выполненную с возможностью генерирования волн давления с рабочей частотой fw, и полость 4, заключающую первую сторону мембраны. Полость 4 имеет по меньшей мере одно отверстие 5, выполненное с возможностью испускания пульсирующего потока текучей среды за вычетом потерь к указанному объекту, при этом отверстие 5 сообщается со второй стороной мембраны. Полость 4 является достаточно маленькой для предотвращения действия текучей среды в упомянутой полости 4 как пружины в резонирующей системе масса-пружина в рабочем диапазоне. Это является преимуществом, так как объемная скорость u1 около отверстия но существу равна объемной скорости u1' около второй стороны мембраны, за исключением знака минус. Таким образом, при рабочей частоте пульсирующая текучая среда за вычетом потерь может быть в значительной степени подавлена благодаря противофазе волн давления со второй стороны мембраны, вызывая в результате близкую к нулю объемную скорость в дальней области. Таким образом, обеспечивается низкий уровень звука при низкой стоимости и без необходимости обеспечения механической симметрии. 2 н.з.п., 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройству для охлаждения полупроводникового кристалла (111). Охлаждающее устройство для полупроводникового кристалла (111) содержит радиатор (112), термически соединенный с полупроводниковым кристаллом (111) для рассеивания тепла, корпус (150), к которому прикреплен радиатор (112), причем радиатор расположен в корпусе (150), первый канал (153) потока текучей среды для обеспечения принудительного потока текучей среды внутри корпуса (150) и из него и тракт потока текучей среды, выполненный с возможностью направления текучей среды в первом направлении между первым каналом (153) потока текучей среды и радиатором (112), а также для направления потока текучей среды вдоль радиатора (112) во втором направлении из корпуса (150) или в него, отличном от первого направления. Изобретение обеспечивает охлаждающее устройство, обладающее улучшенной хладопроизводительностью, работающее с меньшим поглощением пыли, меньшим шумом, и компактное по размерам при меньшей стоимости. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении электронного и микроэлектронного оборудования. Способ охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования реализуется за счет использования конденсатора пара в качестве пленкоформирователя, обеспечивающего формирование тонких безволновых пленок жидкости высокой равномерности и качества. Технический результат - обеспечение более интенсивного, контролируемого и экономичного охлаждения. 1 ил.

Изобретения относятся к авиационной технике. Способ воздушного охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, расположенной снаружи летательных аппаратов, включает тепловой контакт между тепловыделяющими поверхностями аппаратуры и воздушными термоплатами (2), движение атмосферного воздуха через проточные полости (14) воздушных термоплат, формирование зоны для прохождения и распределения потока атмосферного воздуха через проточные полости (14) воздушных термоплат. Сформированная зона разбивается на независимые участки с шагом, зависящим от выделяющегося тепла на единицу площади. Скоростной воздушный поток атмосферного воздуха, возникающий при движении летательного аппарата, проходит сначала через воздухозаборник (6), затем попадает в воздуховоды (4), диффузоры (5) и коллектор (7), из которого распределяется через проточные полости (14) воздушных термоплат (2). Воздушный поток направляют последовательно от первого участка по направлению движения летательного аппарата к последующим участкам. Участки образовывают из воздушного тракта с помощью герметизирующих перегородок (8). Изобретение уменьшает массу, габариты и энергозатраты. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к области охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений. Технический результат - повышение интенсивности отвода теплоты от плавящегося вещества во время паузы в работе элемента РЭА. Достигается тем, что устройство содержит тонкостенный металлический контейнер c плавящимся рабочим веществом, на одной из торцевых поверхностей которого размещается элемент РЭА. В контейнере выполнены две группы сквозных горизонтально расположенных воздуховодов, ориентированных друг относительно друга перпендикулярно. Воздуховоды первой группы имеют протяженность по ширине контейнера так, что их начала и концы соответствуют его двум противоположным боковым стенкам (длина воздуховодов равна ширине контейнера). Воздуховоды второй группы имеют протяженность по толщине контейнера так, что их начала и концы соответствуют его передней и задней стенкам (длина воздуховодов равна толщине контейнера). Во время паузы в работе элемента РЭА осуществляется прокачивание воздуха через группы воздуховодов посредством двух пар вентиляторов, запитываемых от источника электрической энергии. В каждой паре один вентилятор работает на вдув воздушного потока, а второй - на его выдув. 1 ил.

Изобретение относится к области охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Технический результат - повышение интенсивности отвода теплоты от плавящегося вещества во время паузы в работе элемента РЭА. Достигается тем, что устройство содержит тонкостенный металлический контейнер, заполненный плавящимся рабочим веществом, на одной из торцевых поверхностей которого размещается элемент РЭА. В контейнере выполнены горизонтально расположенные воздуховоды, разделенные на две группы. Воздуховоды первой группы имеют протяженность по ширине контейнера так, что длина воздуховодов равна ширине контейнера. Причем концы воздуховодов первой группы герметично закрыты боковой стенкой, а начала воздуховодов выполнены сквозными. К воздуховодам первой группы перпендикулярно в горизонтальной плоскости присоединены воздуховоды второй группы так, что их начала соответствуют воздуховодам первой группы, а концы передней стенке контейнера. Во время паузы в работе элемента РЭА осуществляется прокачивание воздуха через воздуховоды посредством вентиляторов, ориентированных относительно друг друга перпендикулярно, причем один из них работает на вдув воздушного потока в воздуховоды первой группы, а второй - на его выдув из воздуховодов второй группы. 1 ил.
Наверх