半导体Chiller设备温控技术在晶圆制造工艺中的应用实践

2025年7月25日新闻中心行业新闻冷却系统换热机组120

　　在晶圆制造过程中，半导体Chiller设通过制冷与加热的动态调节，为晶圆制造各环节提供稳定的温度环境，其核心作用是维持工艺过程中温度的准确控制，避免因温度波动导致的图形转移偏差、薄膜均匀性下降等问题。

　　一、半导体Chiller设备的温度控制原理

　　半导体Chiller设备的温度控制基于闭环反馈调节机制，通过检测 – 计算 – 执行的循环实现目标温度的稳定。其核心构成包括温度传感器、控制器、制冷系统与加热系统：温度传感器实时采集工艺环境的温度信号，传输至控制器后与设定值对比，控制器根据偏差值调节制冷或加热输出，当实际温度高于设定值时，制冷系统启动，通过制冷剂的相变吸热降低温度；当实际温度低于设定值时，加热系统通过压缩机制热或电加热补充热量。

　　二、半导体Chiller设备在晶圆制造关键工艺中的应用

　　1、光刻工艺中的温度控制

　　光刻工艺对温度变化要求较高，光刻胶的涂布、曝光与显影均需在稳定温度下进行。Chiller设备通过控制光刻胶涂布台的温度，确保胶层厚度均匀，若温度波动过大，可能导致光刻胶黏度变化，引发涂层厚薄不均。在曝光环节，Chiller设备为掩模版与晶圆载台提供恒温环境，避免因热胀冷缩导致的套刻精度偏差。其控温精度可满足光刻工艺对温度稳定性的要求，确保曝光图形的尺寸一致性。

　　2、刻蚀工艺中的温度控制

　　刻蚀过程中，反应腔的温度直接影响刻蚀速率与剖面形态。Chiller设备通过控制反应腔壁与晶圆载台的温度，维持等离子体反应的稳定性：温度过高可能导致刻蚀剂过度反应，造成图形过刻；温度过低则会降低反应效果，影响刻蚀效率。此外，Chiller设备的动态控温能力可应对刻蚀过程中的热负载变化，当晶圆表面因等离子体轰击产生热量时，设备能快速调节制冷量，避免局部温度升高导致的刻蚀均匀性下降。

　　三、半导体Chiller设备温度控制的核心技术要求

　　1、控温精度与稳定性

　　晶圆制造工艺通常要求温度控制精度在合理范围以内。Chiller设备通过成熟的控制算法实现这一要求：算法根据温度变化趋势提前调节输出，减少滞后带来的波动。同时，设备配备高精度温度传感器，结合实时数据采集与快速响应的执行机构，确保在负载变化时仍能维持温度稳定。

　　2、温度范围与调节速率

　　不同工艺对温度的需求差异较大，Chiller设备需覆盖从低温到高温的宽区间。刻蚀工艺需在低温环境下进行，而薄膜退火则可能需要苛刻的高温。此外，工艺切换时的温度调节速率需匹配生产节拍，快速升降温能力可缩短工艺准备时间，提高设备利用率。Chiller设备通过优化制冷与加热系统的功率配置，在保证控温精度的前提下，实现温度的快速切换。

　　3、介质适应性与系统安全性

　　晶圆制造中常用的导热介质包括硅油、乙二醇水溶液等，Chiller设备需根据温度范围选择适配介质：高温场景则使用稳定性更好的硅油，设备的循环系统采用耐腐蚀材料，避免介质与管路反应产生杂质污染晶圆。同时，系统具备多重安全保护功能，防止因介质泄漏或设备故障影响生产安全。

　　半导体Chiller设备通过准确、稳定的温度控制，为晶圆制造的各环节提供了基础保障。其在控温精度、温度范围与系统安全性上的设计，契合了晶圆制造对工艺环境的严苛要求。