CN1287423C - 包括采用热管制造的冷却装置的烘干*** - Google Patents
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Abstract
提供一种包括使用热管制造的冷却装置的烘干***。在包括其上放置有一个将要进行烘干的晶片的板和对板进行加热的加热器的烘干***中,冷却装置包括:冷却元件,设置成与板相对,同时加热器在板和冷却元件之间,并且使用内部冷却剂的汽化对板进行冷却;冷却剂存放箱,当对板进行冷却时给冷却元件供应冷却剂,当板被加热时存放冷却剂;冷却水存放箱,当对板进行冷却时使冷却水循环通过冷却元件,以将供应给冷却元件内的冷却剂的温度保持恒定;冷却水供应管线,其是冷却元件内的冷却水的流径,并且使冷却元件与冷却水存放箱相互连接。整个烘干板能均匀地加热和冷却,并且冷却所需要的时间显著地由几分钟减少到几十秒。
Description
技术领域
本发明涉及一种在半导体器件的生产中用到的烘干***,尤其涉及一种包括采用热管制造的冷却装置的烘干***。
背景技术
在半导体器件的生产过程中所使用的影印包括涂覆一个带有感光耐蚀膜的晶片,在曝光前先烘干此感光耐蚀膜,然后在曝光之后进行烘干工艺,以在感光耐蚀膜上形成一个预定图案。
影印的烘干温度取决于所使用的感光耐蚀膜的类型以及所使用的工艺。例如,可以在150摄氏度或90摄氏度下进行烘干。由此,现在使用的烘干***配备有一个加热和冷却***,用于根据周围情况来控制烘干温度。
图1至3是烘干设备的传统冷却***的剖视图。在韩国专利第2001-0015371中公开的图1所示的传统冷却***中,加热板51是通过使一种冷却剂循环通过形成在板54内的冷却路径56和57而被冷却的。在图1中,附图标记52表示加热器,附图标记53表示提升销53,附图标记55表示冷却板。附图标记60和61表示冷却剂供应管线,附图标记62和63表示开关阀。附图标记64表示排水管,附图标记65表示热传感器,附图标记66表示单元控制器,附图标记67表示螺线管阀(SOL),附图标记69表示电源,附图表示80表示控制整个***工作的控制器。
在日本专利申请第11-227512(公开号2001-118789A)中公开的图2所示的另一个传统冷却***中,在作为烘干板的加热板70下设置有多个喷管74。加热板70是靠通过喷管74向上喷射液体而冷却的。在图2中,附图标记71表示加热器,附图标记83表示导向器,附图标记85表示内壳,附图标记87表示点环,附图标记93表示冷却板,附图标记96表示后板。
在韩国专利第2001-0051755中公开的图3所示的另一种传统冷却***中,在冷却板100中包括有一个peltier装置101。peltier装置101将冷却板100的温度控制在一个预定范围内。冷却***还包括一个给peltier装置101提供电源的电源控制器102,控制peltier装置101的温度的温度控制器103,以及的比例积分微分控制(PID)控制参数转换元件105。另外还有流径111,通过此流径111发散由peltier装置101产生的热。在图3中,附图标记90表示将晶片W向上和向下移动的销,附图标记91表示通孔,附图标记92表示停靠销,附图标记104表示感应冷却板100的温度的热传感器。
在传统的冷却***中,虽然它们都具有优点,但是由于存在局部冷却的原因,因此在冷却板的各个区域之间存在有很大的温度偏差。换句话说,整个冷却板没有均匀冷却。此外,需花费大量的时间才能按照期望的均衡温度分布对整个烘干板进行冷却。因此,传统冷却***的这些缺点大大地降低了半导体器件的生产率。
作为一种此类传统冷却***的替换方案,建议安装多个设置成不同温度的烘干板。虽然使用这种方法能够减少冷却所需要的时间,但是在旋转器内安装多个烘干板会增大旋转器的体积,这是我们所不希望的。
发明内容
本发明提供一种包括使用热管制造的冷却装置的烘干***。此冷却***允许其内安装一个烘干板,以在短时间内在整个面积上均匀加热和冷却。
在本发明的一个方面中,提供一种烘干***,包括:其上设有一个将要烘干的晶片的板,对该板进行加热的加热器,以及一个对该板进行冷却的冷却装置。冷却装置包括:冷却元件,将其放置成与板相对,同时加热器在冷却元件和板之间,并且使用内部汽化的冷却剂对板进行冷却;冷却剂存放箱,其在对板进行冷却时给冷却元件提供冷却剂,并且在对板加热时存放冷却剂;恒温元件,其在对板进行冷却时使提供给冷却元件内的冷却剂的温度保持恒定。
恒温元件可以包括:冷却水存放箱,其使冷却水循环通过冷却元件;冷却水供应管线,其是冷却元件内的冷却水的流径,并且使冷却元件和冷却水存放箱相互连接。
冷却剂存放箱可包括冷却剂流动元件,其当对板进行冷却时使冷却剂流入冷却元件内。冷却剂流动元件可以是放置在冷却剂存放箱的下侧,上侧,或一侧上的加热器。
连接在冷却水村方箱和冷却剂之间的冷却水供应管线可具有一个阀门。烘干***还可包括一个冷却剂供应管线,其连接冷却剂存放箱和冷却元件之间,并具有一个阀门。
冷却元件可以是一个热管。此热管可以包括一个顶部和内侧部分内的芯。可替换的,可以在热管的顶部内安装包括多个平面芯的芯板。可以在热管的内表面上形成一个芯,以引导冷却剂流向芯板。
根据本发明,整个烘干***可以在例如几时秒钟内均匀加热和冷却。
附图说明
通过参照附图对本发明实施例进行的详细描述,本发明的以上以及其他特征和优点将变得更加清楚,其中:
图1至3是烘干设备的传统冷却***的剖视图;
图4是根据本发明一实施例的包括一个使用热管制造的冷却***的烘干***的剖视图;
图5和图6分别是加热模式和冷却模式下的图4所示的烘干***的剖视图;
图7是阐述用于测试使用根据本发明的烘干***的冷却效率的模拟试验结果图,其中根据本发明的烘干***包括安装有热管的冷却***;
图8和图9是阐述用于测试分别使用传统烘干***作为控制和使用自然冷却型烘干***的冷却效率的模拟试验结果图;
图10和11是在模拟试验中用于与根据本发明的烘干***相比较的,作为控制的传统烘干***的正视和俯视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明包括使用热管制造的冷却装置的烘干***的实施例。为了能观察清楚,在图中对薄膜层的厚度和区域进行了放大。
参照附图4,根据本发明实施例的烘干***包括:板150,在板150上放置有将要由感光耐蚀膜覆盖的晶片;用于对板150进行加热的加热器152;用于对板150进行冷却的热管154;根据周围情况存放冷却剂或是将冷却剂供给热管150的冷却剂存放箱。根据本发明的烘干***还包括将供给板150的冷却剂的温度维持在恒温下的恒温元件。恒温元件包括放置在热管154内邻近底面的输入管线158,以及给冷却水供应管线158供应冷却剂,例如水的冷却剂存放箱164。固定在板150的表面上的加热器152,将板150加热至预定烘干温度,例如150度或190度,并且保持板150处于此温度。热管154是一个热导体,放置在加热器152之下。冷却时,由热量引起的冷却剂的状态变化使得热管154将板150产生的热向外传送。最后,在热管154的顶部154a,内侧部154b以及154c内安装一个芯(未示出)。该芯可以具有各种形状,例如直线形,螺旋形,放射形等等。
随着由冷却剂存储箱160供应至热管154的冷却剂156到达热管154的内侧154b和154c,其包含有芯,在冷却剂156上就会施加有一个表面张力。由于芯在热管154的顶部154a上延伸,因此由于冷却剂156受到的表面张力,冷却剂156立即在热管154的顶部154a上流动。供应给热管154的顶部154a上的冷却剂156吸收传送到板150上的热量,并且经历一个状态变化。换句话说,冷却剂156发生了汽化。通过此过程,板150的热量向外发散,这样板150冷却。
一旦板150加热,则在开始冷却的那一刻,在最靠近热管154的板150的表面上的温度是均匀的。换句话说,热均匀地从板150传送给热管154。如上所述,冷却剂156在热管154的顶部154a上均匀供应。因此,冷却剂156在热管154的顶部154a上汽化。结果是,最靠近热管154的板150的表面要比使用传统的***冷却得快。附图标记154S表示汽化的冷却剂存在的区域。由于相对于液体冷却剂156存在的较低区域而产生的大气压力差,区域154S内的汽化冷却剂向下流向液体冷却剂156,并且在接触液体冷却剂156时发生冷凝。
向热管154供应冷却剂156的冷却剂存放箱160安装在热管154的外部。热管154通过冷却剂供应管线166连接至冷却剂存放箱160。
当板150加热时,热管154的内部压力升高,导致热管154与冷却剂存放箱160之间产生压力差,使得供应给热管154的用于冷却板150的冷却剂156回流至冷却剂存储箱160内,并且在板150加热时,热管154不工作。
这样,由加热器152产生的加热板150的热存在于板150内,使得板150能够更快地加热。
当开始对板150进行冷却时,必须允许在板150加热时进入冷却剂存储箱160内的冷却剂156进入热管154。但是,由于热管154内部压力仍然高于冷却剂存放箱160的内部压力,因此冷却剂156不能自然地从冷却剂存放箱160流入热管154内,而必须要受力才能流入热管154内。
为此,冷却剂存放箱160配备有辅助加热器162。此辅助加热器162是一种使冷却剂156从冷却剂存放箱160流入热管154的装置,其可以安装在冷却剂存放箱160的上方,下方或一侧上。辅助加热器162可以与冷却剂存放箱160一体集成。随着冷却剂存放箱160由辅助加热器162加热,冷却剂存放箱160的内部压力升高超过热管154的内部压力,使得允许冷却剂存放箱160内的冷却剂156进入热管154内并达到一个水位,这样使得冷却水供应管线158淹没在冷却剂156内。冷却剂156可以是丙酮,甲醇,或水(蒸馏水)。
给冷却水供应管线158供应冷却水的冷却水存放箱164安置在热管154的外部。该冷却水存放箱164由冷却水供应管线158连接至热管154。虽然图4中的冷却水供应管线158看起来是一个单管线,但实际上冷却水供应管线是由两个管线组成的。其中的一根管线用于由冷却水存放箱164给热管154供应冷却水,另一根管线用于释放冷却水。
由冷却水存放箱164向热管154供应冷却水是从放置在板150上的晶片(未示出)烘干之后开始进行的。给热管154供应冷却水可以与给热管154供应冷却剂156同时进行,尽管通过经由冷却水供应管线158向热管154供应冷却水来冷却热管154内的热空气已经足够了。此外,可以先于供应冷却剂156而供应冷却水。可替换的,可以先于供应冷却水而供应冷却剂。在这种情况下,由于板150的热传递给冷却剂以使其汽化,并且使其温度升高,因此优选的是在供应冷却剂156之后尽可能快的供应冷却水。
此外,如上所述,由于对板150进行冷却时冷却剂156的温度升高,因此需要将通过冷却水供应管线158的冷却水温度维持在足以使冷却剂156冷却的低温度下,例如18摄氏度。从板150传送给冷却剂156的热由冷却水吸收,并且发散到热管154外。结果,冷却剂156的温度维持在足以使热管154的顶部154a附近的汽化冷却剂发生冷凝的低温度下。
图5和6是用于解释上述根据本发明的烘干***分别在加热模式和冷却模式下的工作方式的剖视图。在图5和6中,箭头表示热量传送的方向。
参照图4和5,当对板150加热时,供应给热管154的用于冷却的冷却剂156通过冷却剂供应管线166进入冷却剂存放箱160内。结果,由加热器152产生的热量停留在板150内。
参照图6,当辅助加热器162工作以对板150进行加热时,冷却剂存放箱160内的冷却剂156流入热管154内。由于上述芯嵌入在热管154内,因此冷却剂156快速地在热管154的顶部154a上传播,由此允许热量均匀地由整个板150传送给热管154,并且允许板150均匀地进行冷却。
现在将参照一个模拟试验及其试验结果证实根据本发明的烘干***的性能。
在模拟试验中,发明人使用图10和11所示的传统的烘干***作为控制。在图10和11中,附图标记200表示其内嵌入有第一和第二冷却水供应管线206和208的板,附图标记202表示云母层,附图标记204表示加热器。附图标记Lc表示通过图11中的板200中部的线。图10是板200的前视图,图中仅示出其沿着线Lc分开的左半部。
图7至图9是阐述对根据本发明的烘干***和传统的烘干***进行模拟试验的试验结果图。特别是,图7是阐述与使用根据本发明的烘干***对板进行冷却时相应的板的上表面的平均温度以及温度变化图。图8是阐述与使用传统的烘干***对板进行冷却时相应的板的上表面的平均温度以及温度变化图。图9是阐述与既不使用传统的烘干***也不使用根据本发明的烘干***而对板进行冷却时相应的板的上表面的平均温度以及温度变化图。
在图7至9中,点G1,G3和G5表示使用不同的烘干***时板的平均温度的变化,点G2,G4,G6表示板的温度变化的变化。
比较点G2,G4,和G6,根据本发明的烘干***的板150的温度变化范围从0.8℃到1℃内,但是传统烘干***中的板200的温度(G4)要比根据本发明的烘干***在70℃到80℃的范围内,甚至是在冷却的最开始阶段内波动更大。
当使用自然冷却型烘干***时,从点G6处可以清楚地看到,有一0.2-0.3℃的微小温度变化,此变化远远小于根据本发明或根据传统烘干***中的温度变化。但是与根据本发明的烘干***和传统的烘干***相比,自然冷却型烘干***需要一个较长的冷却和汽化时间,以下将对此作出描述。
与点G1,G3,和G5相比,在根据本发明的烘干***中,需要花费80秒的时间来将板150从150摄氏度冷却到100摄氏度,并且将其汽化。但是,对于传统的烘干***要花费80秒的时间,对于自然冷却型烘干***要花费50分钟的时间来将烘干板冷却且汽化到相同的温度。
下表中列出了在三中不同的烘干***中冷却和汽化冷却板所需要的时间。
***类型 | 本发明 | 传统*** | 自然冷却型*** |
从150℃冷却到100℃所需时间 | 80秒 | 5分钟 | 50分钟 |
如上所述,虽然在自然冷却型烘干***中的温度变化是最小的,但是因为自然冷却型***与根据本发明的烘干***和传统的烘干***相比,需要更长的冷却和汽化时间,因此没有实际应用价值。
从上述模拟试验分析结果中证实根据本发明的烘干***与自然冷却型烘干***一样具有很小的温度变化,并且所需要的冷却和汽化时间是三个测试***中最少的。
如上所述,根据本发明的烘干***在烘干板和加热器之间包括一个作为冷却装置的热管。该热管在其顶部和内侧部内包括一个芯,并且在冷却时填充有冷却剂使其淹没。与外部冷却水存放箱相连的冷却水供应管线放置在热管的内下表面附近。这样,冷却时,冷却剂能够迅速均匀地流过与烘干板相对的热管的顶部,由此允许整个烘干板均匀地冷却。此外,由于冷却剂在热管顶部附近汽化,对烘干板加倍冷却,这样与完全依赖于冷却水循环的传统冷却***相比,冷却所需要的时间显著地减少了。
虽然已经参照以上实施例对本发明进行了描述和图示,但本领域技术人员理解这些实施例是用于示例的,而并不是用于限制本发明的范围的,本发明覆盖了落入所附权利要求所限定的精神和范围内的所有变形,等效变形以及替换物。例如,可以只在热管154的顶部154a或也可在顶部154a以及内侧部154b,154c内放置包括多个平面芯的薄芯板。可以给冷却水供应管线166或连接冷却水存放箱164和热管154的冷却水供应管线158连接一个能够便于打开和关闭的阀。
Claims (16)
1.一种烘干***,包括其上放置有将要进行烘干的晶片的板,用于对所述板进行加热的加热器,用于对板进行冷却的冷却装置,
其中所述冷却装置包括:
冷却元件,放置成与该板相对,同时加热器在板和冷却元件之间,并且所述冷却元件使用其内的冷却剂的汽化来对所述板进行冷却;
冷却剂存放箱,当对板进行冷却时给冷却元件提供冷却剂,当对板进行加热时存放冷却剂;
恒温元件,当对板进行冷却时,保持供应给冷却元件内的冷却剂的温度处于恒定,
其中,冷却剂存放箱通过冷却剂供应管线连接到冷却元件。
2.权利要求1的烘干板,其中冷却剂存放箱包括冷却剂流动元件,当对板进行冷却时,使冷却剂流入冷却元件内。
3.权利要求1的烘干***,其中所述恒温元件包括:
冷却水存放箱,其使冷却水循环通过冷却元件,
冷却水供应管线,其是放置在冷却元件内的冷却水的流径,并且使冷却元件和冷却水存储箱相互连接。
4.权利要求3的烘干***,其中连接在冷却水存放箱与冷却元件之间的冷却水供应管线具有一个阀。
5.权利要求1的烘干***,其特征在于,冷却剂供应管线具有一个阀。
6.权利要求1的烘干***,其中所述冷却元件是一个热管。
7.权利要求2的烘干***,其中所述冷却元件是一个热管。
8.权利要求3的烘干***,其中所述冷却元件是一个热管。
9.权利要求2的烘干***,其中使冷却剂流动的元件是放置在冷却剂存放箱之下,之上,或一侧上的加热器。
10.权利要求2的烘干***,其中使冷却剂流动的元件与冷却剂存储箱一体集成。
11.权利要求6的烘干***,其中所述热管在顶部和内侧部上具有一个芯。
12.权利要求7的烘干***,其中所述热管在顶部和内侧上具有一个芯。
13.权利要求8的烘干***,其中所述热管在顶部和内侧上内具有一个芯。
14.权利要求6的烘干***,其中包括多个平面芯的芯板安装在热管的顶部内,并且一芯形成在热管的一个内表面上,用于将冷却剂导流向芯板。
15.权利要求7的烘干***,其中包括多个平面芯的芯板安装在热管的顶部内,并且一芯形成在热管的一个内表面上,用于将冷却剂导流向芯板。
16.权利要求8的烘干***,其中包括多个平面芯的芯板安装在热管的顶部内,并且一芯形成在热管的一个内表面上,用于将冷却剂导流向芯板。
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