推荐厂家
暂无
暂无
[color=#990000]摘要:针对半导体低温工艺中制冷系统在高压防护和温度控制中存在的问题,本文将提出一种更简便有效的解决方案。解决方案的核心是在晶片托盘上并联一个流量可调旁路,使制冷剂在流入晶片托盘之前进行部分短路。即通过旁路流量的变化调节流出晶片托盘的制冷剂压力,一方面保证制冷剂低压工作状态,另一方面实现晶片温度的高精度控制。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#990000]1. 问题的提出[/color][/size][/b] 随着新一代半导体工艺技术的发展,如低温刻蚀和沉积,需要晶片达到更低的温度。更低温度的实现目前可选的技术途径一般是采用循环流体介质直接作用在晶片卡盘,而介质可以是单一制冷剂(如液氮)和混合制冷剂。目前,更具有应用前景的是使用混合制冷剂的自复叠混合工质低温制冷技术,但在半导体低温工艺的具体应用中,需要处理好以下两方面的问题: (1)当制冷系统连接到晶片托盘后,混合工质就在一个容积固定管路内循环运行。在压缩机启动初期,整个系统基本处于较高温度,系统内大部分工质为[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url],随着制冷温度的降低,除压缩机和冷凝器外的其他部件内的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]工质含量逐渐增加,当制冷温度达到最低时,系统内的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]工质含量达到最高。由于气液两相工质的比容相差较大,不同相态的工质通过节流单元的能力不同,工质间的沸点也不同,所以在制冷系统启动初期,通过节流单元的几乎全部为气态工质,压缩机的排气压力也将会很高。而在半导体工艺设备中,半导体晶片托盘及其回路部件的最大工作压力通常在1~1.4MPa范围内,那么在低温制冷过程中,冷却剂压力可能会超过晶片托盘冷却回路的最大操作压力而造成系统损坏。因此,要在晶片制冷系统中增加低温压力控制装置,避免出现高压问题,保证制冷系统在整个运行过程中制冷剂压力符合要求。 (2)晶片冷却温度是半导体低温工艺的一项重要技术参数,晶片冷却过程中的低温温度要求按照设定值进行准确控制。尽管大多数低温制冷系统都具有温度控制功能,可通过外部温度传感器、调节回路和控制器组成的闭环回路实现低温温度控制,调节回路基本都是通过调节制冷剂流量和膨胀方式,有些则通过辅助加热方式进行温度控制,但这些温控方式普遍结构复杂且控温精度不高,特别是在多个晶片同时冷却的半导体设备中这些问题更是突出。 针对上述半导体低温工艺中制冷系统在压力和温度控制中存在的问题,本文将提出一种更简便有效的解决方案。解决方案的核心是在晶片托盘上并联一个流量可调旁路,使制冷剂在流入晶片托盘之前进行部分短路。即通过旁路流量的变化调节流出晶片托盘的制冷剂压力,一方面保证制冷剂低压工作状态,另一方面实现晶片温度的高精度控制。[b][size=18px][color=#990000]2. 解决方案[/color][/size][/b] 对于半导体低温工艺中的晶片托盘进行冷却,一般所采用的技术方案是直接将自复叠混合工质制冷机与晶片托盘连接,其结构如图1所示。这种方案在温度控制时是在晶片托盘上安装温度传感器,并与控制器连接进行温度控制,但这种方案存在压力过高和温度控制不准确的问题。[align=center][color=#33ccff][size=14px][b][img=半导体晶片低温冷却实施方案示意图,400,235]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212270900279759_748_3221506_3.jpg!w690x406.jpg[/img][/b][/size][/color][/align][align=center][b][color=#990000]图1 半导体晶片低温冷却常规方案[/color][/b][/align][align=center][size=14px][b][img=半导体晶片低温冷却改进后方案,400,240]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212270900037860_9891_3221506_3.jpg!w690x414.jpg[/img][/b][/size][/align][b][/b][align=center][b][color=#990000]图2 半导体晶片低温冷却改进后方案[/color][/b][/align] 本文提出的改进方案如图2所示,为了使冷却过程中的混合工质压力始终处于安全工作范围,在图1所示的冷却管路上增加了一个短接旁路,通过一个调节阀控制此旁路中的工质流量可以降低晶片卡盘及其管路的内部压力达到安全范围。同时,此旁路调节阀具有高精度动态精密调节能力,可使晶片卡盘内部的制冷剂压力波动非常小而实现更准确的温度控制,由此可在制冷机现有温度控制能力的基础上,降低压力波动和提高温度稳定性。具体实施方案如图3所示。[align=center][size=14px][b][color=#33ccff][img=半导体晶片低温冷却实施方案示意图,690,266]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212270900506941_8802_3221506_3.jpg!w690x266.jpg[/img][/color][/b][/size][/align][align=center][b][color=#990000]图3 半导体晶片低温冷却系统压力和温度精密控制方案示意图[/color][/b][/align] 在图3所示的解决方案中,采用了以下几个控制部件: (1)气动调节阀:此气动调节阀也称之为背压阀,即通过较小的气体压力来驱动较大压力下流体介质中阀门的开度变化。通过此低温调节阀开度变化来改变旁路流量进而实现压力调节。 (2)先导阀:先导阀是一个低压气体压力调节阀,可对表压(如0.6MPa)的进气压力进行高精度减压调节,调节控制信号为模拟量(如4~20mA或0-10V),由此来驱动气动调节阀。 (3)传感器:晶片低温冷却系统包含了压力和温度传感器,以分别检测晶片冷却剂回路中的压力和晶片温度,并将检测信号传输给双通道PID控制器。压力传感器可根据实际需要布置在制冷剂管路中的不同位置,以提供合理和准确的压力监测。 (4)双通道控制器:此双通道控制器是具有两路独立控制通道且具有很高精度的PID控制器,一路通道与压力传感器和先导阀构成压力控制回路,另一通道与温度传感器和制冷机构成温度控制回路。 总之,通过这种增加旁路并进行压力精密调节的解决方案,即可满足降低制冷剂压力提供安全防护功能,又可以提高晶片温度控制精度,是一种可用于晶片低温工艺的更优化方案。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~[/align]
HELLER Industries是一家成立于1960年的公司,专门提供电子制造设备和解决方案。其中,Heller PCO-520压力固化炉是其针对后端半导体制造的一款定制化烤箱。该设备可以满足各种不同的固化需求,并能提高生产效率、产品质量,并降低成本。根据工艺规范,Heller PCO-520压力固化炉的处理时间为120分钟或用户规格。工作温度范围从60°C到200°C,蕞高温度可达220°C。同时,该设备还支持1 bar至10 bar不等的工作压力,并具有24个Magazines(典型)容量。冷却方法为PCW(17oC - 23oC),而冷却水压力则在25至40 psi之间。[img=,690,706]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/06/202306201456561415_9579_5802683_3.jpg!w690x706.jpg[/img]除了以上技术参数外,Heller Industries还提供全面的后端半导体制造解决方案,包括定制化烤箱、回流焊接技术等等。通过与客户合作并不断完善系统以满足更高级应用要求,HELLER赢得了回流焊技术世界领导者的地位。此外,HELLER还拥有强大的研发团队,可以快速提供特殊的热处理解决方案,并为客户提供竞争优势。总之,Heller PCO-520压力固化炉是一款高效、可靠、精准的后端半导体制造设备。它不仅能够满足各种不同的固化需求,还具有降低成本、提高产能和产品质量等优点。如果您正在寻找一款专业的后端半导体制造设备或解决方案,请考虑HELLER Industries!如果您正在寻找一家可靠、专业的heller回流焊设备供应商,[b]苏州仁恩机电科技有限公司[/b]值得您信赖。我们期待与您合作,共同推动电子工业应用行业的发展。
由于美国调整芯片出口规则,中国对芯片国产化的重视程度越来越高,并定下了2025年将芯片自给率提高到70%的目标,国内半导体行业也掀起了投资热潮。近年来,随着国家的对于集成电路产业的重视以及资本的支持,国内的集成电路产业发展迅速,但是与国外仍有不小的差距,特别是在上游的半导体材料等领域,更是差距巨大。不过,随着国内半导体制造的崛起,也推动了半导体材料的国产化进程。虽然目前各大主要品类的半导体材料领域均有国内企业涉足,但整体对外依存度仍在 60%以上,特别是大尺寸半导体硅片、光刻胶、电子特气等材料更为依赖进口,进口替代空间巨大。除技术难题外,还有一个阻绊我们半导体制造的崛起的难题:在芯片制程中要使用到极高毒性,腐蚀性及易燃性气体、液体和大量可燃性塑材。在目前工艺技术较为先进的半导体晶圆代工厂的制造过程中,全部工艺步骤超过450道,其中大约要使用50种不同种类的气体。一般把气体分为大宗气体和特种气体两种。大宗气体一般是指集中供应且用量较大的气体,特种气体主要有各种掺杂用气体、外延用气体、离子注入用气体、刻蚀用气体以及其他广为各种制程设备所使用的惰性气体等。如沉积工艺中作为所用的NH3氨气、O2氧气等,光刻时常用的H2氢气等,刻蚀时常用的HCL氯化氢、Cl2氯气、F2氟气等。热处理时常用的O2氧气和H2氢气等。腔室清洗时常用的卤化物HCI氯化氢、Cl2氯气、HF氟化氢、HBr溴化氢和O2氧气等以及离子注入法作为n型硅片离子注入磷源、砷源的PH 3磷化氢和AsH3砷化氢等。从以上的应用可以看出,气体在半导体晶圆代工厂有着非常重要的作用。因为各种气体的特性不同,所以要设计出不同的气体来满足各种不同制程的需求。[url=http://news.isweek.cn/wp-content/uploads/2022/07/QQ图片20220714171055.png][img=QQ图片20220714171055,401,300]http://news.isweek.cn/wp-content/uploads/2022/07/QQ图片20220714171055-401x300.png[/img][/url]半导体制造业所使用的特种气体一般按其使用时的特性,[b][b]可分为易燃性气体、毒性气体、腐蚀性气体、惰性气体和氧化性气体五大类。[/b][/b]隋性气体本身一般不会直接对人体产生伤害,在气体传输过程中,相对于安全上的要求不如以下其他气体严格。惰性气体具有窒息特性,不开阔空间下发生少量泄漏不会使人窒息而造成工伤事故;易燃性气体一般指可发生自燃、易燃的可燃气体。当环境温度达到一定时,PH3等气体也会产生自燃。可燃易燃气体都有一定的着火燃烧爆炸范围,即上限、下限值。此范围越大的气体起爆炸燃烧危险性就越高,属于易燃气体有H2,NH3,PH3, 等等;毒性气体是指在半导体制造行业中使用的气体很多都是对人体有害、有毒的。如PH3、NH3、HCL、CL2、AsH3、CO等气体在工作环境中的允许浓度极微,因此在贮存、输送以及使用的过程中都要求特别的小心。一般都应该采取特定的技术措施来控制使用这些气体;腐蚀性气体通常同时也兼有较强的毒性。腐蚀性气体在干燥状态下一般不易侵蚀金属,但在遇到水的环境下就显示出很强的腐蚀性,如HCl, HF, 等;氧化性气体有较强的氧化性,一般同时具有其他特性,如毒性或腐蚀性等。属于这类的气体有ClF3 ,Cl2,NF3等。半导体制造业被美国(FMS)组织列为”极高风险”的行业。主要是因为它在制程中要使用到极高毒性,腐蚀性及易燃性气体、液体和大量可燃性塑材,再加上无尘室的密闭作业环境及回风系统,所有这些因素都大大增加了半导体厂房的风险。作为半导体晶圆代工厂气体的使用者,每一位工作人员都应该在使用前对各种危险气体的安全数据加以了解,并且应该知道如何应对这些气体外泄时的紧急处理程序。一般来讲,我们将有三重保障来防范万一有意外发生的危险气体外泄进入到工作环境中。一个是特种气体的气瓶以及全部经过正负压测漏的气体输送管路;第二个是持续不断的排气抽风系统(Exhaust),管路节点如气瓶柜、VMB、工作台等均具有很强排气抽风系统,以确保每一管路节点外围都处于负压环境。若发生微量的有毒气体的泄漏,排气抽风系统将第一时间抽出。另外一个很重要的是:根据现行国家标准[b][b]《特种气体系统工程技术规范》GB50646-2011[/b][/b]和[b][b]《有毒气体检测报警仪技术条件及检验方法》HG23006[/b][/b]中的有关规定,同时结合半导体工厂使用气体检测装置产品的快速响应要求作出检测报警响应时间规定。要求处于抽风口或环境点安装[b][b]毒性气体侦测器[/b][/b]及系统,若发生任何有毒气体的泄漏将会被气体侦测系统所侦测到,这个控制系统将根据气体外泄对人体危害的大小来确定整个气体输送系统的相关互锁动作,严重时紧急关闭上游所有气源,同时会驱动中央控制室和现场的相关报警系统LAU,甚至会驱动全厂的自动语音广播系统通知立即疏散,要求相关人员迅速撤离报警区域。因此只要工程技术人员严格按照所制定的标准作业程序操作,所有这些安全装置都将确保人员不会有安全上的顾虑。[b][b]工采网提供监测[/b][/b]一氧化碳CO、氨气NH3、氧气O2、氯化氢HCL、氯气CL2、氟化氢HF、磷化氢PH3和氢气H2等有毒有害/易燃易爆气体传感器,是针对半导体制造业毒气监测应用的专业级传感器产品,传感器寿命长,可长时间稳定持续监测,可大大降低半导体制造业毒气监测成本,实现大范围安装应用,为半导体制造业毒气监测提供了切实可行的安全生产监测解决方案。具体产品如下:[url=http://news.isweek.cn/wp-content/uploads/2022/07/QQ图片20220714171413.png][img=QQ图片20220714171413,756,222]http://news.isweek.cn/wp-content/uploads/2022/07/QQ图片20220714171413.png[/img][/url]