聊聊常见的晶圆背冷方式

原创 芯片智造 Tom聊芯片智造 2023-08-11 09:47 发表于广东

温度管理是半导体制造中的一个关键因素。一个微小的温度变化就可能 导致晶圆工艺参数的巨大偏差， 进一步影响芯片的性能 。 晶圆背冷技术作 为一种有效的温度管理手段 ，不仅保证了晶圆温度的均匀性， 还增强了晶 圆处理过程中的稳定性。本文将深入探讨晶圆背冷的方式 ，原理等。什么是晶圆背冷？

在一些蚀刻、沉积或者离子注入过程中， 晶圆可能产生大量的热量。如 果不加以适当控制， 这些热量可能会引起晶圆温度的不均匀， 从而影响到 芯片的一致性 。 这个时候就需要将晶圆冷却降温 ，将晶圆温度维持在设定 的温度 。 因此会选择背冷的方式 。 背冷是通过晶圆的背面， 也就是其非工 作面 ，来进行冷却的。

为什么是背冷 ，而不是正面冷却？

因为晶圆的正面是工作面 ，如果正面冷却会干扰工艺的进行。而通过背 冷， 首先不会干扰到工艺的正常进行， 而且将冷却系统集成到吸盘上， 可供选择的冷却方式更多 ，冷取的效率更高 ，对工艺的影响最小。

晶圆背冷的方式有哪些？

气体背冷：

通过在晶圆的背面喷射冷却气体 ，气体与晶圆背面接触， 吸收晶圆多余 的热量 ，然后将热量传递到机台冷却系统以降温 。 通过调节气体的压力和 流量， 可以精确地控制晶圆的温度 。 在晶圆背冷方面， 氦气是最常见的背 冷气体。

为什么用氦气作为背冷气体？

高热导率 ：氦气的热导率非常高 ，远高于大多数气体 ，包括氮气等。这 使得氦气能够迅速并有效地从晶圆中传递热量 ，确保有效的冷却。

液体背冷：

液体背冷通过流动的液体冷却剂直接或间接与晶圆背面接触 ，将晶圆产 生的热量迅速传递到冷却剂中 。 通过循环冷却系统， 液体被送到冷却器中 进行冷却 ，然后再流入晶圆背面进行冷却， 形成一个闭合的冷却循环 。 液 体背冷比气体背冷具有更高的冷却效率， 但是液体背冷系统相对复杂 ，成 本更高。

液体冷却剂的种类？

液体冷却剂应具备良好的热传导性能、化学稳定性等 ，通常是比热容较 大的中性液体。一般为：

水

水是最常用的液体冷却剂之一， 因为它具有优异的热传导性能并且成本 低廉 。 但是， 水可能会与某些材料发生化学反应， 所以它可能需要添加缓 蚀剂等。

水和乙二醇混合物

常用于需要低温冷却的应用。 乙二醇也可以降低水的腐蚀性。

有机冷却液

某些有机化合物， 如油基冷却液， 具有良好的热传递特性并且化学稳

定。 它们通常用于不与晶圆直接接触的冷却系统。等等

选择液体冷却还是气冷要依赖于许多因素 ，一般要考虑冷却需求 ，成本 等因素。