真空 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (5): 11-16.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2025.05.02
李翔, 姜小蛟, 刘昂, 曾鸣
LI Xiang, JIANG Xiaojiao, LIU Ang, ZENG Ming
摘要: 随着集成电路制程向7 nm及以下节点演进,晶圆加热盘需在真空环境中实现高均匀热场。本文针对真空设备中不锈钢加热盘低热导率导致的均温性难题,提出一种基于径厚比(K=D/δ)的发热元件优化排布方法。通过建立热传导-辐射耦合模型,结合有限元模拟获取4种典型直径(6,8,10,12英寸)加热盘在10~30 mm厚度区间的120组热场数据,建立径厚比与最优排布圈数的模型并拟合出关系式,计算结果显示模型拟合关系式的残差R²=0.969 1。研究表明:加热盘均温性随径厚比增大呈先改善后劣化趋势,最佳径厚比为7~12,对应的最佳加热丝排布圈数为4~6。该模型可为直径≤350 mm的不锈钢加热盘设计提供量化参考,较传统迭代试错法大幅缩短研发周期。
中图分类号: TB79
| [1] 周泓霖. 第三代半导体材料在6G通信技术中的应用与挑战[J].中国新通信,2024,26(24):1-3. [2] 程星华. 新基建带动下的第三代半导体产业发展机遇[J]. 智能建筑与智慧城市, 2021,12(5):49-52. [3] VLADIMIROV L, MULLER S, BAUMANN R, et al.Dielectric-semiconductor interface limits charge carrier motion at elevated temperatures and large carrier densities in a high-mobility organic semiconductor[J]. Advanced Functional Materials, 2019, 29(12):1807867. [4] 松波弘之. パワー半導体SiCの発展と実用化への道のり[J]. Engineering Materials, 2012,60(12):18-22. [5] REN R, LIU B, JONES E A, et al.Capacitor-clamped three-level GaN-based DC-DC converter with dual voltage outputs for battery charger applications[J]. IEEE Journal of Emerging & Selected Topics in Power Electronics, 2016, 4(3):841-853. [6] ZHANG H B, TIAN M, GU X K.Thermal management of through-silicon vias and back-end-of-line layers in 3D ICs: a comprehensive review[J]. Microelectronic Engineering, 2025, 298: 112325. [7] 陈庆广, 姬常晓, 何永平, 等. 用于氮化铝陶瓷高温烧结设备的设计与验证[J].电子工艺技术, 2024,45(1):61-63. [8] WOO D S, HAN C W, YOUN B D, et al.Thermal modelling and design of dynamically-controlled heater plates for high temperature processing of 300 mm wafers[J]. Journal of Mechanical Science and Technology,2019, 33:5009-5016. [9] ZHANG A L, LI Y X.Thermal conductivity of aluminum alloys:a review[J]. Materials, 2023,16(8):2972. [10] 高一迪, 许燕, 张岩. 激光-感应加热技术焊接TA2/304不锈钢和TA2/T2复合板研究[J]. 热加工工艺, 2023,52(9):37-41. [11] YUE J, LIU J, SONG X, et al.Research on the design and thermal performance of vacuum insulation panel composite insulation materials[J]. Case Studies in Thermal Engineering,2024,64:105437. [12] LU G Q, YANG W, MEI Y H, et al.Migration of sintered nanosilver on alumina and aluminum nitride substrates at high temperatures in dry air for electronic packaging[J]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability,2014,14(2):600-606. [13] 王宏杰, 陈金灿. 耦合半导体制冷系统性能特性的优化分析[J].半导体学报,2001(7):938-943. [14] LEHMANN J C.Thermal vacuum chamber modification, testing, and analysis [D]. California:California Polytechnic State University, 2021. [15] WU Y M, DU X S, Li Y R, et al.Optimization of temperature uniformity of a serpentine thin film heater by a two-dimensional approach[J]. Microsystem Technologies,2019, 25(4):69-82. [16] ANTIMONOV M S, KUDINOV V A, STEFANYUK E V.Analytical solutions to the heat conduction problems for a cylinder and a ball based on determining the temperature perturbation front[J]. Computational Mathematics and Mathematical Physics, 2008, 48(5):648-658. [17] SPAHHHAKE J, SCHULZ O, HELWIG A, et al.High-temperature MEMS heater platforms: long-term performance of metal and semiconductor heater materials[J]. Sensors, 2006,6(4):405-419. [18] YOON T W, CHO S I, CHOI M, et al.Heat transfer mechanism of electrostatic chuck surface and wafer backside to improve wafer temperature uniformity[J]. Journal of Vacuum Science and Technology B, 2023,41(4):044002. [19] CHUA H T, TAY A, WANG Y H.Integrated bake/chill system for across-wafer temperature uniformity control in photoresist processing[J]. Journal of Vacuum Science and Technology B, 2009,27(3):1211-1214. [20] 李翔, 姜小蛟, 战春鸣, 等. 基于系统回归模型的真空镀膜设备液冷加热盘设计方法研究[J]. 真空, 2024,61(4):6-11. [21] 杨世铭, 陶文铨. 传热学:第四版[M].北京:高等教育出版社, 2006. [22] FILIPPIS S D, KOCK H, NELHIEBEL M, et al.Modelingof highly anisotropic microstructures for electro-thermal simulations of power semiconductor devices[J]. Microelectronics Reliability.2012,52(9),2374-2379. [23] JONES S W.300mm Prime and the prospect for 450mm wafers[J]. Solid State Technology, 2009,52(12):14-15. [24] OH H K, KANG S B, CHOI Y K, et al.Optimization of rapid thermal processing for uniform temperature distribution on wafer surface[J]. Journal of Mechanical Science and Technology,2009,23(6):1544-1552. [25] HASANUZZAMAN M, LABONY M A, HOSSAIN M M.Heat generation and radiative effects on time-dependent free MHD convective transport over a vertical permeable sheet[J]. Heliyon,2023,9(10):e20865. [26] RUELLE D.A mechanical model for fourier's law of heat conduction[J]. Communications in Mathematical Physics, 2012,311(3):755-768. [27] 廖茂新, 廖基定. 概率论与数理统计[M].上海:复旦大学出版社, 2011. |
| [1] | 周明旭, 李建昌. 石墨工装板厚度对碳化硅真空烧结炉温度场的影响*[J]. 真空, 2025, 62(4): 49-53. |
| [2] | 丘荣生, 李建昌. 线圈尺寸和布局对12寸碳化硅单晶生长感应炉温度场的影响研究*[J]. 真空, 2025, 62(3): 1-8. |
| [3] | 孟涛, 郑世豪, 刘恩泽, 谭政, 宁礼奎. 退火工艺对一种超级铁素体不锈钢管材TCP相析出的影响[J]. 真空, 2025, 62(3): 15-20. |
| [4] | 王蔓, 战春鸣, 施国梅, 王哲. 真空时效工艺对ZG0Cr17Ni4Cu3Nb和0Cr17Ni4Cu4Nb硬度与组织的影响[J]. 真空, 2025, 62(2): 100-104. |
| [5] | 唐榕, 卢少波, 韩永超. 基于洁净真空的半导体测试设备的研发[J]. 真空, 2025, 62(1): 62-66. |
| [6] | 熊清海, 吕伟, 林文森, 战春鸣. 真空氧氩脱碳转炉冶炼的单点液滑环用双相不锈钢锻造工艺研究[J]. 真空, 2024, 61(6): 73-78. |
| [7] | 李翔, 姜小蛟, 战春鸣, 刘昂, 孙宁, 李加平. 基于系统回归模型的真空镀膜设备液冷加热盘设计方法研究*[J]. 真空, 2024, 61(4): 6-11. |
| [8] | 张丕显, 张以忱, 战春鸣, 晋伟达. 干式真空泵在半导体及新能源领域的应用及发展趋势[J]. 真空, 2024, 61(3): 1-8. |
| [9] | 向玉春, 朱建雷, 袁亚. 氧气压强对脉冲激光沉积法制备的CuO薄膜性能的影响*[J]. 真空, 2023, 60(3): 42-45. |
| [10] | 刘兴龙, 沈佩, 王光文, 岳向吉, 蔺增. 真空电弧源冷却结构对温度场的影响研究*[J]. 真空, 2022, 59(6): 29-33. |
| [11] | 陈家荣, 王东辰, 彭麦菊. 基于硅基氮化硅波导的外腔激光器研究*[J]. 真空, 2021, 58(5): 77-79. |
| [12] | 解永强, 靳丽岩, 杨晓东, 王成君, 夏丹, 苏春. 基于半导体器件钎焊技术的温度场研究[J]. 真空, 2021, 58(4): 58-62. |
| [13] | 余清洲, 张俊, 李斌, 高明燚, 刘明昆, 柴晓彤, 干蜀毅. 空调散热器真空除油干燥箱温度场优化[J]. 真空, 2021, 58(1): 82-85. |
| [14] | 冯绅绅, 汪亮, 李斌, 余清洲, 干蜀毅. 磁控溅射制备不锈钢基耐蚀导电薄膜研究进展[J]. 真空, 2020, 57(6): 11-17. |
| [15] | 王博, 张忠和, 王飞宇, 王帅, 闫帅, 崔天龙, 张忠信. 马氏体沉淀硬化不锈钢真空热处理畸变的研究[J]. 真空, 2019, 56(4): 49-52. |
|