加熱或冷卻晶片的設備的製作方法

2023-05-16 23:56:56

專利名稱：加熱或冷卻晶片的設備的製作方法
背景技術：
1.發明領域本發明的設備一般涉及處理各種基片，諸如半導體晶片或用於平面顯示器的玻璃板，特別是在各處理工序於真空中進行期間加熱和冷卻這類基片。
2.先有技術描述用於在高度真空下從事處理期間加熱或冷卻半導體晶片的方法和設備據知有多種多樣。比如，King的美國專利第4261762號披露了一種方法和設備，採用在物件與支承件之間提供一種壓力大約為0.5至2.0託(Torr)的氣體的辦法在於真空中正受處理的物件與支承件之間形成熱傳導。Lamont，Jr.的美國專利第4680061號披露了一種類似的方法和設備。一種稍有不同的用於熱處理和冷卻半導體材料的設備披露在Chizinsky的美國專利第5060354號之中。用輻射加熱晶片，諸如出自燈具的輻射，也是為人所知的。在加熱或冷卻過程期間，採用與晶片的機械接觸的先前技術中的設備，諸如一些夾板，遇到某些困難。比如，任何這種機械接觸都會導致顆粒生成和造成局部應力，以及潛在的裂紋。燈具會使晶片過熱。
發明概要本發明包括氣體加載式熱調整工藝的應用，其中使晶片的溫度通過晶片上面的可調節的氣體壓力把晶片壓貼於一塊高熱慣性溫控板而趨近此板的溫度。除了晶片座放在其上的板面之外，與晶片沒有其他機械接觸，也沒有過熱或過冷的危險。處理過程簡易、潔淨、可編程、利用儀表顯示，而且安全。其次，諸如水氣和晶片產生的各種揮發物這樣的氣體都由加壓氣流以較低速率，諸如每5秒鐘交換幾百cm2氣體體積的速率(不足以對流傳熱)，不帶擾動地予以清除。
處理過程是可編程的，由於熱率基於壓力和壓差，以致可以採用諸如氣體流量計這樣的儀器與壓力變換器相結合以形成質流控制器。除了晶片以上的氣流以外，在晶片與板之間經常抽空，以致絕對壓力低而壓差高。氣體載荷由於壓差作用面積相對較大而提供了巨大力量。
附圖的簡要說明本發明從以下其各項優先實施例的詳細說明中，並參照附圖，可以得到最好的了解，附圖中

圖1是接觸式熱傳導設備的鉛直剖面視圖；以及圖2是類似於圖1的視圖，但更重細節。
發明的詳細描述現在參見附圖，首先是圖1，其中所示裝置可以在真空環境中加熱或冷卻半導體晶片或基片或其他類似器件。它的特色在於一真空室(連同相關的真空和通風控制系統)、一加熱或冷卻至選定溫度的熱力板、一部向安放在熱力板上的晶片背面施加真空的裝置，以及一部在受控流率或壓力下向腔室輸進諸如氬氣等惰性氣體的裝置。它還具有一抽空惰性氣體或任何其他的在調整和使腔室回返至高度真空期間可能從晶片產生的氣體的裝置。在正常使用時，此模塊往往安裝在保持於高度真空狀態中的較大的真空室裡面。
這種熱調整模塊的一項重要的新穎特點是，在真空環境中有能力為達到某一選定溫度提供閉環控制的、按照確定型式的加熱或冷卻。加熱或冷卻速率由氬氣或其他惰性氣體緊壓晶片頂面的壓力與施加於晶片底部的真空之間的壓差來控制。這種壓差處於閉環控制之下，在晶片與加熱/冷卻板之間建立了良好的熱接觸。壓差越大，熱接觸越好，因而晶片溫度方面的變化越快。晶片達到的最終溫度是由熱力板選定溫度決定的，它也處於閉環控制之下。
另一重要特點是其環境隔絕性。此模塊的真空室只在高度真空狀態重新建立起來的時候才開啟，這樣可防止在熱調整期間發生任何氣體逸入周圍真空環境的情況。
此模塊在加熱模式下的一種典型用途是用於晶片脫氣(degassing)。在此種用途的正常操作下，晶片以一種由頂面壓力控制的速率達到目標溫度，然後模塊腔室則抽空到高度真空。在缺乏由頂面壓力提供的良好熱力途徑時，晶片溫度會仍然非常接近熱力板的溫度，會繼續保持於目標溫度。換言之，正如晶片與熱力板之間良好的機械接觸可造成良好的熱傳導性那樣，缺乏任何這種機械接觸而只出現緩慢流動的氣體可造成晶片之上不良的熱力途徑。正在脫氣的晶片要在模塊真空室內維持足夠長的一段時間，以確保大多數氣體已經由模塊真空泵予以排除。此時，模塊室才可以開啟，用於晶片傳送，而不致把不需要的氣體引入周圍的高度真空環境。
本發明的第三個重要特點是，本發明的模塊性質可使多部模塊組成在一個較大的真空環境之中。一種這類組成是各部模塊上下疊置地安裝而成的，其方式是，在交替的時刻上開啟時，它們會把晶片提供到同一傳送平面。這樣會允許兩個晶片接受調整並且隨後在不同時間從同一晶片傳送平面被異步地予以存取。存取晶片的能力還允許在另一晶片正在被調整的同時一個晶片的熱調整可以繼續進行。與單一腔室相比，這就有效地加倍了每小時可以調整的晶片數量。
參見圖1，真空室1包括一上壁2，具有一上孔眼3，以及一下壁4，具有一下孔眼5，對置地與上孔眼3對齊。每一所述孔眼3、5容放一個模塊，用於沿鉛直方向在晶片傳送平面與加熱或冷卻位置(加熱位置被畫出)之間推動溫控板(上)或晶片支承板(下)。上模塊6裝在上孔眼3之中，並且包括一個上提升槓7，兩個上提升杆8、9，以及分別用於真空、電力、H2O和氬氣的各個上導管10、11、12、27。兩個上提升杆由上氣動缸體13使之升高和下降，致使上提升槓移動經過如在14處所示的一行程距離。上真空密封件15、16是為上提升杆和上導管設置的，它們相對於其作直線運動。
最初，為進行晶片交換，上提升槓7處於下部位置，如虛線17所示，以致上晶片臺架22(包括上冷卻板或上脫氣板)也處於下部位置，此下部位置低於晶片傳送平面19。晶片20由機器人端部執行器21在晶片傳送平面19內推至上晶片臺架22以上的位置，以致上晶片臺架22能夠託住晶片20。機器人端部執行器21隨後縮回，而上提升槓7提高至上部位置，如實線所示，以致上晶片臺架22也處於上(或加熱/冷卻)位置。
下模塊106類似於上模塊。下模塊裝在下孔眼5裡面，並包括一下提升槓107、兩個下提升杆108、109，和分別用於真空、電力、H2O和氬氣的下導管110、111、112和127。下提升杆108、109由一下氣動缸體113使之上升和下降，以致下提升槓107移動經過如在114處所示的一行程距離。下真空密封件115、116是為下提升杆和下導管設置的，它們相對於其作直線運動。
對於上模塊，上孔眼3依靠移動構成一提升閥的晶片臺架板22而開啟和關閉。操作順序如下首先，裝放晶片，在高度真空下關閉提升閥。裝放晶片的步驟包括通過晶片傳送平面中一適當槽孔送入晶片20，並通過行程距離將其升(或降)至操作位置。一旦處於操作位置，晶片就支承在晶片臺架板22上，它裝有溫控裝置(諸如加熱器或水冷器)。冷卻板的溫度由在一受控溫度下穿過它流通的水來控制。晶片臺架板22與晶片20之間的空隙由一真空管線26抽空。晶片以上的空間連通於氬氣管線27。
第二，在底面作真空泵抽的同時，在晶片頂面上以氬氣再充。
第三，晶片加熱或冷卻。
第四，抽空氬氣。
第五，開啟提升閥並卸下晶片。
對於脫氣操作，要使用加熱器。對於冷卻，取消加熱器，使用水冷。
參照圖1和2可以更為清楚地看出操作順序。參照時可見，真空室1的真空密合性的確保依靠的是，結合上提升杆8、9的移動採用上波形密封管15、16，以及結合下提升杆108、109的移動採用下波形密封管115、116。在圖1中，上模塊6可以是一冷卻模塊，而下模塊106可以是一脫氣模塊。因而，上板22是一冷卻板，包括一冷卻水腔室。板22的上表面具有一些槽溝26，在其中保持真空，以致晶片20被吸向板22。在「上」位置上，此板推壓提升閥22中的一O型密封圈36，這樣構成了在壓力下送入氬氣的腔室37，以致晶片20被推而緊貼板22。如圖2中可見，在冷卻板22處於「下」位置時，晶片20可以由機器人端部執行器21安放在它上面，以致晶片座放在彈簧件38上。在冷卻板22被向上推移到「上」位置時，它推壓構件6，使彈簧件38屈服並使晶片20與冷卻板22相接觸。
在圖1中，下板106是一加熱板，包括一系列加熱燈具134。板106的上表面具有類似於26的一些槽溝，其中保持真空，以致晶片20被拉向板106。在「下」位置上，下託架122推壓板106中類似於36的O形密封圈，這樣構成了類似於37的在壓力下送入氬氣的腔室，以致晶片20被推而緊貼板106。如圖2中可見，在下託架122處於「上」位置時，晶片20可以由機器人端部執行器21安放在裝於下託架122下面的支架138上面，以致它座放在所述支架138上。在下託架122下降到「下」位置時，晶片20就座放在加熱板106上面，以致支架138的下降稍微多於晶片20，而晶片20此時則座放在加熱板106上並不再在支架138上。
在如此說明了本發明的各項原理連同其各項例證性實施例之後，應當理解，儘管採用了一些具體用詞，但它們總是在一般的和敘述性意義上使用的，目的並不在於作出限制，而本發明的範圍則闡述在以下各項權利要求之中。
權利要求
1.一種設備，用於使器件的溫度趨近於高熱慣性溫控板的溫度，包括與所述板相結合的氣體載荷，適於推壓所述器件緊貼所述板，以及用於調節所述氣體載荷的壓力的裝置。
2.一種方法，用於使器件的溫度趨近於高熱慣性溫控板的溫度，包括以下各步驟通過向器件施加氣體載荷推壓所述器件緊貼所述板，以及調節所述氣體載荷的壓力。
3.按照權利要求1所述的設備，用於把晶片的溫度改變到一選定的溫度，總合包括真空室，高熱慣性溫控板，裝在所述真空室裡面，所述熱力板具有一上表面，適於接受所述晶片，所述上表面上面具有一些槽溝，用於把所述晶片安放在所述上表面上的裝置，用於把所述熱力板加熱或冷卻到所選定溫度的裝置，用於抽空所述各槽溝的裝置，用於在所述熱力板與託架之間造成相對運動、以致它們彼此趨近並壓緊其間真空密合密封件以便在所述板與所述託架之間形成氣壓室的裝置，以及用於在一受控的流率或壓力下把惰性氣體輸進所述氣壓室，以便所述氣體壓力推壓所述晶片緊貼所述板以便進行所述晶片的熱調整作業的裝置。
4.按照權利要求2所述的一種方法，把晶片的溫度改變到一選定的溫度，包括以下各個步驟保持高熱慣性溫控板在所述選定溫度上，所述熱力板具有一上表面，適於接受所述晶片，所述上表面上具有一些槽溝，安放所述晶片在所述上表面上，抽空所述各槽溝，造成所述熱力板與託架之間的相對運動，以致它們彼此趨近並緊壓其間的真空密合密封件以便在所述板與所述託架之間形成氣壓室，以及以受控的流率和壓力把惰性氣體輸進所述氣壓室，以使所述氣體壓力推壓所述晶片緊貼所述板以便進行所述晶片的熱調整作業。
全文摘要
應用氣體加載式熱調整工藝，通過基片(20)以上的可調節的氣體壓力把基片(20)壓貼於一塊高熱慣性溫控板(22或106)而達到此板(22或106)的溫度。除了基片(20)座放於其上的板(22或106)之外，沒有其他機械接觸，也沒有過熱或過冷的危險。
文檔編號C23C16/458GK1137296SQ94194497
公開日1996年12月4日 申請日期1994年12月15日 優先權日1993年12月17日
發明者R·A·亨德裡克森, C·霍夫邁斯特, R·S·穆卡 申請人:布魯克斯自動化公司