[发明专利]加热或冷却晶片的设备

说明书

                   发明背景

1.发明领域

本发明的设备一般涉及处理各种基片，诸如半导体晶片或用于平面显示器的玻璃板，特别是在各处理工序于真空中进行期间加热和冷却这类基片。

2.先有技术描述

用于在高度真空下从事处理期间加热或冷却半导体晶片的方法和设备据知有多种多样。比如，King的美国专利第4261762号披露了一种方法和设备，采用在物件与支承件之间提供一种压力大约为0.5至2.0托(Torr)的气体的办法在于真空中正受处理的物件与支承件之间形成热传导。Lamont，Jr.的美国专利第4680061号披露了一种类似的方法和设备。一种稍有不同的用于热处理和冷却半导体材料的设备披露在Chizinsky的美国专利第5060354号之中。用辐射加热晶片，诸如出自灯具的辐射，也是为人所知的。在加热或冷却过程期间，采用与晶片的机械接触的先前技术中的设备，诸如一些夹板，遇到某些困难。比如，任何这种机械接触都会导致颗粒生成和造成局部应力，以及潜在的裂纹。灯具会使晶片过热。

                      发明概要

本发明包括气体加载式热调整工艺的应用，其中使晶片的温度通过晶片上面的可调节的气体压力把晶片压贴于一块高热惯性温控板而趋近此板的温度。除了晶片座放在其上的板面之外，与晶片没有其他机械接触，也没有过热或过冷的危险。处理过程简易、洁净、可编程、利用仪表显示，而且安全。其次，诸如水气和晶片产生的各种挥发物这样的气体都由加压气流以较低速率，诸如每5秒钟交换几百cm²气体体积的速率(不足以对流传热)，不带扰动地予以清除。

处理过程是可编程的，由于热率基于压力和压差，以致可以采用诸如气体流量计这样的仪器与压力变换器相结合以形成质流控制器。除了晶片以上的气流以外，在晶片与板之间经常抽空，以致绝对压力低而压差高。气体载荷由于压差作用面积相对较大而提供了巨大力量。

                  附图的简要说明

本发明从以下其各项优先实施例的详细说明中，并参照附图，可以得到最好的了解，附图中：

图1是接触式热传导设备的铅直剖面视图；以及

图2是类似于图1的视图，但更重细节。

                   发明的详细描述

现在参见附图，首先是图1，其中所示装置可以在真空环境中加热或冷却半导体晶片或基片或其他类似器件。它的特色在于一真空室(连同相关的真空和通风控制系统)、一加热或冷却至选定温度的热力板、一部向安放在热力板上的晶片背面施加真空的装置，以及一部在受控流率或压力下向腔室输进诸如氩气等惰性气体的装置。它还具有一抽空惰性气体或任何其他的在调整和使腔室回返至高度真空期间可能从晶片产生的气体的装置。在正常使用时，此模块往往安装在保持于高度真空状态中的较大的真空室里面。

这种热调整模块的一项重要的新颖特点是，在真空环境中有能力为达到某一选定温度提供闭环控制的、按照确定型式的加热或冷却。加热或冷却速率由氩气或其他惰性气体紧压晶片顶面的压力与施加于晶片底部的真空之间的压差来控制。这种压差处于闭环控制之下，在晶片与加热/冷却板之间建立了良好的热接触。压差越大，热接触越好，因而晶片温度方面的变化越快。晶片达到的最终温度是由热力板选定温度决定的，它也处于闭环控制之下。

另一重要特点是其环境隔绝性。此模块的真空室只在高度真空状态重新建立起来的时候才开启，这样可防止在热调整期间发生任何气体逸入周围真空环境的情况。

此模块在加热模式下的一种典型用途是用于晶片脱气(degassing)。在此种用途的正常操作下，晶片以一种由顶面压力控制的速率达到目标温度，然后模块腔室则抽空到高度真空。在缺乏由顶面压力提供的良好热力途径时，晶片温度会仍然非常接近热力板的温度，会继续保持于目标温度。换言之，正如晶片与热力板之间良好的机械接触可造成良好的热传导性那样，缺乏任何这种机械接触而只出现缓慢流动的气体可造成晶片之上不良的热力途径。正在脱气的晶片要在模块真空室内维持足够长的一段时间，以确保大多数气体已经由模块真空泵予以排除。此时，模块室才可以开启，用于晶片传送，而不致把不需要的气体引入周围的高度真空环境。