半導體Chiller設備溫控技術在晶圓制造工藝中的應用實踐

2025年7月25日行業(yè)新聞 Heat Exchanger Semiconductor Chiller 冷卻系統(tǒng)換熱機組151

　　在晶圓制造過程中，半導體Chiller設通過制冷與加熱的動態(tài)調節(jié)，為晶圓制造各環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的溫度環(huán)境，其核心作用是維持工藝過程中溫度的準確控制，避免因溫度波動導致的圖形轉移偏差、薄膜均勻性下降等問題。

　　一、半導體Chiller設備的溫度控制原理

　　半導體Chiller設備的溫度控制基于閉環(huán)反饋調節(jié)機制，通過檢測 – 計算 – 執(zhí)行的循環(huán)實現(xiàn)目標溫度的穩(wěn)定。其核心構成包括溫度傳感器、控制器、制冷系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)：溫度傳感器實時采集工藝環(huán)境的溫度信號，傳輸至控制器后與設定值對比，控制器根據(jù)偏差值調節(jié)制冷或加熱輸出，當實際溫度高于設定值時，制冷系統(tǒng)啟動，通過制冷劑的相變吸熱降低溫度；當實際溫度低于設定值時，加熱系統(tǒng)通過壓縮機制熱或電加熱補充熱量。

　　二、半導體Chiller設備在晶圓制造關鍵工藝中的應用

　　1、光刻工藝中的溫度控制

　　光刻工藝對溫度變化要求較高，光刻膠的涂布、曝光與顯影均需在穩(wěn)定溫度下進行。Chiller設備通過控制光刻膠涂布臺的溫度，確保膠層厚度均勻，若溫度波動過大，可能導致光刻膠黏度變化，引發(fā)涂層厚薄不均。在曝光環(huán)節(jié)，Chiller設備為掩模版與晶圓載臺提供恒溫環(huán)境，避免因熱脹冷縮導致的套刻精度偏差。其控溫精度可滿足光刻工藝對溫度穩(wěn)定性的要求，確保曝光圖形的尺寸一致性。

　　2、刻蝕工藝中的溫度控制

　　刻蝕過程中，反應腔的溫度直接影響刻蝕速率與剖面形態(tài)。Chiller設備通過控制反應腔壁與晶圓載臺的溫度，維持等離子體反應的穩(wěn)定性：溫度過高可能導致刻蝕劑過度反應，造成圖形過刻；溫度過低則會降低反應效果，影響刻蝕效率。此外，Chiller設備的動態(tài)控溫能力可應對刻蝕過程中的熱負載變化，當晶圓表面因等離子體轟擊產生熱量時，設備能快速調節(jié)制冷量，避免局部溫度升高導致的刻蝕均勻性下降。

　　三、半導體Chiller設備溫度控制的核心技術要求

　　1、控溫精度與穩(wěn)定性

　　晶圓制造工藝通常要求溫度控制精度在合理范圍以內。Chiller設備通過成熟的控制算法實現(xiàn)這一要求：算法根據(jù)溫度變化趨勢提前調節(jié)輸出，減少滯后帶來的波動。同時，設備配備高精度溫度傳感器，結合實時數(shù)據(jù)采集與快速響應的執(zhí)行機構，確保在負載變化時仍能維持溫度穩(wěn)定。

　　2、溫度范圍與調節(jié)速率

　　不同工藝對溫度的需求差異較大，Chiller設備需覆蓋從低溫到高溫的寬區(qū)間。刻蝕工藝需在低溫環(huán)境下進行，而薄膜退火則可能需要苛刻的高溫。此外，工藝切換時的溫度調節(jié)速率需匹配生產節(jié)拍，快速升降溫能力可縮短工藝準備時間，提高設備利用率。Chiller設備通過優(yōu)化制冷與加熱系統(tǒng)的功率配置，在保證控溫精度的前提下，實現(xiàn)溫度的快速切換。

　　3、介質適應性與系統(tǒng)安全性

　　晶圓制造中常用的導熱介質包括硅油、乙二醇水溶液等，Chiller設備需根據(jù)溫度范圍選擇適配介質：高溫場景則使用穩(wěn)定性更好的硅油，設備的循環(huán)系統(tǒng)采用耐腐蝕材料，避免介質與管路反應產生雜質污染晶圓。同時，系統(tǒng)具備多重安全保護功能，防止因介質泄漏或設備故障影響生產安全。

　　半導體Chiller設備通過準確、穩(wěn)定的溫度控制，為晶圓制造的各環(huán)節(jié)提供了基礎保障。其在控溫精度、溫度范圍與系統(tǒng)安全性上的設計，契合了晶圓制造對工藝環(huán)境的嚴苛要求。