Forebyggelse af wafer-vridning og termisk stress ved opvarmning af en halvleder

Forebyggelse af wafer-vridning og termisk stress ved opvarmning af en halvleder
Hurtige temperaturændringer forårsager mekanisk belastning, som kan forårsage revner i tynde film, glidelinjer og vridning af wafer. Overlejringsnøjagtighed og udbytte reduceres, når en halvlederwafer opvarmes ujævnt eller rampes for kraftigt, fordi den resulterende bue eller kæde fortsætter gennem yderligere litografi- og ætsningsprocesser. Således bliver styring af både temperaturændringshastigheden og den rumlige homogenitet af varmetilførsel til den vigtigste procesbegrænsning.
Ved at tillade reguleret opvarmning af flere-zoner af støttepladen eller patronen hjælper patronvarmere med at reducere stress. Det er muligt at matche kant- og centertemperaturer, så waferen oplever en praktisk talt synkron temperaturstigning, når flere patronvarmere er spredt over den termiske masse og drives af separate PID-sløjfer. En patronvarmers lave termiske masse eliminerer de enorme overskridelser, der forårsager differentiel udvidelse i hele waferens diameter, hvilket gør det muligt for enheden at følge en programmeret rampe.
Stress er direkte påvirket af valget af watt-tæthed. Til normale metalbelastninger giver densiteter, der holdes mellem 5 og 7 W/cm², nok energi til realistiske cyklusperioder, samtidig med at de høje lokale temperaturer, der resulterer i varme pletter, undgås. De luftspalter, der normalt ville få individuelle varmelegemer til at fungere varmere end deres naboer,-og introducerer netop de gradienter, som multi-zonelayoutet er beregnet til at undertrykke-, elimineres ved tæt boring. Effekten kan justeres, før overfladetemperaturen afviger fra den ønskede profil takket være integrerede termoelementer, der forsyner controlleren med kappedata i realtid.-
Langsigtet-stabilitet under adskillige varmecyklusser understøttes yderligere af tætning og materialevalg. Gennem tusindvis af ramper bevarer kappelegeringer valgt på grund af deres minimale afgasning og høje temperaturstyrke deres mekaniske integritet. Den indvendige isolering er beskyttet af hermetiske forseglinger mod den akkumulerede fugt, som ellers ville sive ind under afkølingstider og udvide sig under den efterfølgende varmecyklus. Den mekaniske belastning, der er et resultat af hyppige, bittesmå justeringer af varmeeffekten, mindskes af fast-strømskift.
Hvorvidt den tilsigtede spændingsreduktion opnås afhænger af installationsdetaljerne. Waferbue er et resultat af lokale temperaturanomalier forårsaget af overdimensionerede monteringshuller, resterende urenheder eller delvis indføring af den opvarmede længde. De grundlæggende procedurer, der opretholder ensartet termisk ydeevne i hele værktøjets levetid, omfatter rengøring før-installation, verificering af pasform og test af isoleringsmodstand-.
Mekanisk forvrængning forbliver inden for procestolerancer, når en halvleder opvarmes under forhold, der begrænser både hastighed og rumlige gradienter. Det er afgørende at designe varmeapparatets konfiguration, tæthed og kontrolarkitektur med den termiske masse og rampebehovet for den særlige borepatron eller plade i tankerne. For at holde stress og forvridning inden for rimelige grænser kræver forskellige waferstørrelser, patronmaterialer og procesopskrifter tilsvarende modificerede patronvarmerdesigns.