[发明专利]不夹持的真空传热站

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及半导体晶片的真空加工，特别涉及半导体晶片的热加工，即在一真空环境中对所述晶片进行加热或冷却。

本发明的背景

在许多的集成电路器件制造工艺过程中，经常需要在真空环境中对半导体晶片进行加热和冷却。由于在这些加工过程中对清洁度有极其严格的要求，以避免杂质混入和颗粒沉积在晶片上，因此对集成电路的制造工艺进行改进变得越来越重要，即要使几乎所有这些传热作业均在一抽真空的净室内进行。通常，晶片和其环境之间的传热机理涉及辐射、晶片和其支承件之间的接触点处的传导以及通过晶片和其支承件之间的气体进行的传导。辐射在所论温度范围的内所起的作用非常小。而且，在真空压力下进行的传热是一种复杂的现象，它在很大程度上取决于所采用的真空压力、

因此，在已有技术中，人们已经采用了各种手段来提高晶片和其支承夹具之间在真空中的传热速率。人们已经成功地通过施加较大的夹持压力提高了接触导热性，但是它不可避免地要求接触晶片的边缘，这往往导致晶片颗粒的形成以及晶片边缘的碎裂。还有，人们也经常在夹具和晶片之间采用一种柔软的导热材料来改善实际接触表面的面积。但这种柔软材料易于粘连在晶片上而使晶片的处理和传送更加复杂。

当今半导体工业中最常用的冷却方法称为“背面”冷却，它是将晶片的边缘夹持于一夹具并仅对晶片的下侧施加一增大的气体压力，从而通过向高压气体的分子传热、气体分子在晶片和夹具之间来回撞击而把热量传递给较冷的零件，来大大提高加热/冷却速率。这种结构通常将晶片作为一隔板，用其阻止压力稍高的传热气体进入真空压力较低的真空室内。如果想要保持晶片的正在进行诸如沉积、蚀刻和插入加工的低压表面的清洁度，以往一直是必须采用这种结构。

应该理解，在已有技术中，对于想要使晶片和夹具之间的间隙尽可能小以提高气体分子的撞击频率来说，“背面冷却”是有利的。但是，较高的背面气压会使晶片拱起，进而这会使间隙沿晶片直径具有不同的尺寸。为了消除这一问题，一直是将夹具表面制成拱形的。而且，背面压力不能高于真空室压力10乇以上，否则晶片会发生破裂。在限制于约为10乇或更低的最大背面压力下，传热速率对压力极其敏感。因此，由于晶片和支承件之间间隙的局部不同以及对压力的依赖性，横跨晶片的传热速率有空间变化。

在由Anthony等人申请的美国专利3,895,967中揭示了一种与本发明有某一些表面上类似的装置。具体地说，晶片背面加热是在一真空室内通过加热板和晶片之间的一个大间隙内的气体传导加热来完成的。一个重要差别在于，An-thony的专利用一个大气压的压力。在一个大气压力下，按Anthony的说法，采用市售的氦气，由氦气产生的杂质浓度如此之高，以致使这一工艺过程由于杂质扩散入晶片而变得不实用。Anthony采用较高压力工况以提高传热速率。在这样一个大气压力范围内，由于气体传热对压力的变化不敏感，因此如Anthony专利所用的晶片和加热板之间的较大间隙的影响是可以接受的。

本发明的目的

本发明的一个目的在于提供一种具有高传热装置和方法的真空工艺过程，它允许使用超过10乇但低于30乇的压力而不会使晶片发生破裂。

本发明的另一目的在于消除对晶片的夹持接触，从而避免颗粒的形成和对晶片沾染以及晶片边缘的破碎。

附图简要说明

图1是本发明中使用的一晶片和一夹具的示意剖视图。

图2是图1中A-A区域的剖视图，用以表明所述晶片的背面和所述夹具的顶面的微观表面粗糙度，进而说明在该区域内这些表面之间的传热机构。

图3是本发明的一传热室和夹具的一实施例的俯视图。

图4是本发明的传热室和夹具的侧视图。

图5A是另一传热处的俯视图。

图5B是图5A的方案的侧视图。

本发明的具体描述