调压式半导体晶片冷却装置和方法以及调压装置制造方法及图纸

公开一种半导体晶片冷却系统和方法以及一种用于减轻半导体晶片调节回路中的压力增加的调压装置。所述调压装置包括：缓冲容器，所述缓冲容器包括入口和出口通道；其中所述入口通道被配置成在操作中与所述半导体晶片调节回路的较高压位置流体连通，并且所述出口通道被配置成在操作中与较低压位置流体连通。所述入口通道包括压力控制阀，所述压力控制阀被配置成在正常操作期间关闭所述入口通道，使得所述缓冲容器与所述调节回路的所述较高压位置隔离并响应于所述半导体调节回路内的压力上升到预先确定的水平以上打开所述入口通道。升到预先确定的水平以上打开所述入口通道。升到预先确定的水平以上打开所述入口通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】调压式半导体晶片冷却装置和方法以及调压装置


[0001]本专利技术的
涉及一种用于半导体晶片调节回路的调压装置以及一种包括这种调压装置的半导体晶片冷却系统。

技术介绍

[0002]随着对存储器和处理能力不断增长的需求，存在对下一代半导体设备的开发的兴趣。这些下一代设备需要新的制造工艺，所述制造工艺依赖于对工艺变量的更严格控制以及在温度和压力方面的更宽工艺变量范围。例如，用于3D NAND和MRAM的下一代半导体制造工艺要求在某些工艺步骤期间将半导体晶片冷却至极低温度。虽然对半导体晶片的热管理不是新要求，但是已经改变的是晶片需要冷却至的低温。对于一些下一代MRAM工艺，理论所需晶片温度低至
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210C。对于3D NAND，所需晶片温度在
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85C至
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150C范围内。这些低温对调节回路内部的流体压力的管理提出挑战。
[0003]在常规半导体晶片冷却解决方案中，夹头使用辅助传热流体（冷却剂）冷却，所述辅助传热流体使用制冷单元（冷却器）冷却。然而，通常无法获得可以在下一代设备制造所需的低温下工作的传热流体。此外，这种低温可以显著增加任何这种调节流体的粘度，从而致使调节回路中的压力相应地上升。
[0004]一种解决这此问题的方式是使用制冷剂（所述制冷剂是制冷系统内部的工作流体）以与使用辅助传热流体相反直接冷却晶片夹头。在一些情况下，这可以是单一制冷剂，而在其他情况下，其可以是混合制冷剂。混合制冷剂可以是多种成分的掺和物，并且是能够利用流体的显热和潜热两者来从半导体晶片吸收热的液体
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蒸气混合物。然而，此方式确实导致调节回路内的混合制冷剂的某些成分的相变，从而导致制冷剂混合物的总比容的增加，并且因此导致调节回路内部的压力的增加。
[0005]许多半导体晶片夹头以及与其调节回路相关联的部件（管道、配件等等）适用于相当低最大操作压力。通常，此值在150
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200 PSIG（磅/平方英寸尺度）范围内。随着对较低温度的要求，意识到，冷却剂压力（无论是辅助传热冷却剂还是混合制冷剂）都可能超过半导体晶片调节回路的最大操作压力极限，这又可能损坏系统。
[0006]将期望能够在加工操作期间在不损坏晶片调节回路的情况下将半导体晶片冷却至较低温度。

技术实现思路

[0007]第一方面提供一种用于减轻半导体晶片调节回路中的压力增加的调压装置，所述调压装置包括：缓冲容器，所述缓冲容器包括入口和出口通道；其中所述入口通道被配置成在操作中与所述半导体晶片调节回路的较高压位置流体连通，并且所述出口通道被配置成在操作中与较低压位置流体连通；所述入口通道包括压力控制阀，所述压力控制阀被配置成在正常操作期间关闭所述入口通道、使得所述缓冲容器与所述调节回路的所述较高压位置隔离并响应于所述半导体调节回路内的所述压力上升到预先确定的水平以上打开所述
入口通道。
[0008]本专利技术的专利技术人认识到，随着半导体晶片加工中对温度和压力的增加的要求，用于冷却半导体晶片的调节流体内出现压力峰值的危险增加。在其中为半导体晶片提供局部冷却的调节回路可能不适用于特别高操作压力的一些系统中，这可能成问题。如果调节流体经历显著压力峰值，则这使其容易受到损坏，并且如果存在调节流体到用于加工半导体晶片的真空室中的泄漏，则这可能特别成问题。在这方面，用于冷却晶片的调节回路通常包括多个通道，所述通道局部布置到晶片以为调节流体提供所需路径。这些通道是相对窄通道以提供增加的表面积与体积比。晶片调节回路通常在工艺真空室内，并且因此，重要的是，压力上升并不对所述回路造成损坏，以免其可能使得调节流体泄漏到真空室中。
[0009]因此，重要的是，保护用于冷却半导体晶片、并且在一些情况下使半导体晶片加热的调节回路免受压力增加的影响。出于这种考虑，专利技术人已经试图提供一种可以添加到晶片冷却装置并提供压力缓冲器或膨胀容器的调压装置。此缓冲容器具有被配置成与冷却装置内的较高压通道连接的入口通道，并且包括压力控制阀，所述压力控制阀在正常操作期间关闭，使得缓冲容器与半导体调节回路隔离，但是如果压力上升到预先确定的水平以上，则所述压力控制阀将打开、从而允许调节流体流过入口通道并进入到缓冲容器中，从而为调节回路提供几乎立即卸压并保护其免受较高压力的影响。所述缓冲容器还包括出口通道，所述出口通道连接到半导体晶片调节回路的较低压位置，并且缓冲容器中的流体能够通过所述出口通道排出。在这方面，较高压位置在较低压位置的上游。
[0010]在一些实施例中，所述调压系统进一步在所述出口通道中包括止回阀用于抑制从所述调节回路经由所述出口通道到所述缓冲容器的流动。
[0011]在一些情况下，在正常操作期间使出口通道与调节回路隔离可能是有利的，并且这可以借助止回阀完成，使得如果调节回路中朝向出口通道的压力上升，则这将不会升高缓冲容器中的压力。
[0012]在一些实施例中，所述压力控制阀包括机械阀，在一些实施例中，机械弹簧加载阀。
[0013]虽然压力控制阀可以具有多种形式，但是使用诸如弹簧加载阀等非电力机械阀可能是有利的，因为即使系统失去电力，其也将响应于增加的压力打开。这可能是有利的并提供一些电源故障保护。
[0014]在一些实施例中，所述调压系统进一步包括用于感测所述调节流体的压力的至少一个压力传感器以及被配置成响应于从所述至少一个压力传感器接收的信号生成控制信号的控制电路系统。
[0015]如上所述，所述调压系统试图减轻在调节回路内发生的压力上升，并且因此，具有一个或多个压力传感器来测量调节回路内的压力可能是有利的。在这方面，压力传感器可以感测连接到调节回路的调节流体通道中的压力，在那里测量的压力指示调节回路自身内的压力。控制电路系统可以与这些压力传感器相关联并且可操作以响应于从这些压力传感器接收的信号、特别是响应于指示出乎意料或过大压力上升的所接收信号生成用于控制系统的控制信号。
[0016]在一些实施例中，所述压力控制阀包括电力致动阀，所述控制电路系统被配置成响应于所述至少一个压力传感器指示已经达到或超过预先确定的压力水平生成打开所述
电力致动阀的控制信号。
[0017]虽然所述压力控制阀可以是机械阀，但是替代地和/或另外，其可以是可以由电路控制系统响应于来自压力传感器的信号控制的电力致动阀。
[0018]在一些实施例中，所述调压装置可被配置成使得可以选择所述压力控制阀打开时的所述预先确定的压力。
[0019]实施例的调压系统的一个特定优点在于，其可以被配置成减轻不同压力增加，从而使单个系统适于不同应用并用于保护不同调节回路。在这方面，系统的保护在压力控制阀打开时出现，并且因此，假定压力控制阀可通过例如改变弹簧加载阀的弹簧加载或通过在电力致动系统中的控制电路系统内选择不同值来配置，则所述系统可以适于以不同压力水平提供卸压，从而使其适于保护适用于不同操作压力的不同调节回路。鉴于此系统是独立调压系统，其可以通过将其安装在制冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于减轻半导体晶片调节回路中的压力增加的调压装置，所述调压装置包括：缓冲容器，所述缓冲容器包括入口和出口通道；其中所述入口通道被配置成在操作中与所述半导体晶片调节回路的较高压位置流体连通，并且所述出口通道被配置成在操作中与较低压位置流体连通；所述入口通道包括至少一个压力控制阀，所述压力控制阀被配置成在正常操作期间关闭所述入口通道，使得所述缓冲容器与所述调节回路的所述较高压位置隔离并响应于所述半导体调节回路内的所述压力上升到预先确定的水平以上打开所述入口通道。2.根据权利要求1所述的调压装置，其进一步包括在所述出口通道中的止回阀用于抑制从所述调节回路经由所述出口通道到所述缓冲容器的流动。3.根据权利要求1或2所述的调压装置，其中所述压力控制阀包括机械弹簧加载阀。4.根据任一前述权利要求所述的调压装置，所述调压装置进一步包括用于感测所述调节流体的压力的至少一个压力传感器以及被配置成响应于从所述至少一个压力传感器接收的信号生成控制信号的控制电路系统。5.根据权利要求4所述的调压装置，其中所述压力控制阀包括电力致动阀，所述控制电路系统被配置成响应于所述至少一个压力传感器指示已经达到预先确定的压力水平生成打开所述电力致动阀的控制信号。6.根据权利要求3或5所述的调压装置，其中所述调压装置可被配置成使得可以选择所述压力控制阀打开时的所述预先确定的压力。7.根据任一前述权利要求所述的调压装置，其中所述入口通道进一步包括第二阀，所述第二阀包括电力致动阀，所述电力致动阀被配置成在未通电时关闭以使所述压力控制阀和缓冲容器与所述调节回路隔离并且在通电时打开。8.根据任一前述权利要求所述的调压装置，其中所述缓冲容器包括与比所述出口通道所流体连通的位置更高压力的位置流体连通的至少一个其他入口通道，所述至少一个其他入口通道包括电力致动阀，所述电力致动阀在通电时关闭并且在未通电时打开。9.根据在从属于权利要求4时的权利要求8所述的调压装置，所述控制电路系统被配置成响应于所述至少一个压力传感器指示已经达到预先确定的压力水平生成打开所述至少一个其他入口通道中的所述电力致动阀的控制信号。10.根据权利要求8或9所述的调压装置，所述至少一个其他入口通道进一步包括止回阀用于抑制从所述调节回路经由所述至少一个其他入口管线到所述缓冲容器的流动。11.根据任一前述权利要求所述的调压装置，其中所述调压装置包括用于从制冷系统接收调节流体并且用于将所述调节流体供应到所述晶片调节回路的入口管线以及用于从所述晶片调节回路接收调节流体并使所述流体返回到所述制冷系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：爱德华兹真空泵有限责任公司，
类型：发明
国别省市：