在半導體制造過程中,溫度穩(wěn)定性直接影響芯片的良率與性能,高精度獨立控溫冷水機Chiller作為關鍵溫控設備,其選型與應用需緊密結(jié)合工藝特性,通過準確的溫度控制、穩(wěn)定的冷量輸出及可靠的系統(tǒng)集成,為各類半導體設備提供持續(xù)冷源。
一、工藝適配:基于溫度需求的準確匹配
半導體制造包含刻蝕、沉積、離子注入等多個環(huán)節(jié),不同工藝對溫度范圍、控溫精度的要求存在差異,冷水機的選型需以此為基礎進行針對性配置。
刻蝕工藝中,靜電卡盤的溫度控制直接影響晶圓的刻蝕均勻性,通常需要較寬溫調(diào)節(jié)能力,且控溫精度要求高。此時需選擇支持動態(tài)控溫的冷水機,通過實時監(jiān)測腔室回流溫度,快速調(diào)整供液參數(shù),補償工藝過程中的熱負載波動。沉積工藝則對低溫穩(wěn)定性要求更高,部分薄膜生長過程需維持零下的恒溫環(huán)境,這就要求冷水機具備復疊制冷能力,通過多級壓縮技術實現(xiàn)制冷,同時避免溫度波動對薄膜質(zhì)量的影響。高溫測試環(huán)節(jié)中,冷水機需在設備從高溫快速降溫時提供穩(wěn)定冷量,此時應關注設備的降溫速率與熱交換效率。采用直冷技術的冷水機可直接將制冷劑通入換熱器,減少二次換熱損失,適合需要快速響應的高溫降溫場景。
二、系統(tǒng)配置:保障冷源傳輸?shù)姆€(wěn)定性
冷水機與半導體設備的系統(tǒng)集成需圍繞介質(zhì)傳輸、壓力控制及信號交互三個核心環(huán)節(jié),構(gòu)建閉環(huán)溫控體系。
介質(zhì)選擇需根據(jù)工藝溫度范圍確定。乙二醇水溶液則在常溫至中高溫范圍表現(xiàn)穩(wěn)定,且成本較低;硅油則常用于對潔凈度要求較高的場合,可減少介質(zhì)揮發(fā)帶來的污染。介質(zhì)的流動特性需與設備管路匹配,低粘度介質(zhì)適合小的口徑管路的快速傳輸,而高粘度介質(zhì)則需配合高壓力循環(huán)泵使用。
循環(huán)系統(tǒng)的壓力與流量控制直接影響冷量傳輸效率。采用變頻泵的冷水機可通過調(diào)整轉(zhuǎn)速,在不同管路阻力下維持穩(wěn)定流量,避免因壓力波動導致的溫度偏差。對于多通道獨立控溫需求,如同時為多個腔室供冷的設備,需選擇支持多路輸出的冷水機,各通道可獨立設定溫度與流量,且相互不干擾,通過共享冷凝器與冷卻水系,減少設備占地面積。
三、運行保障:應對復雜工況的技術措施
半導體車間的復雜環(huán)境與工藝對冷水機的運行可靠性提出嚴苛要求,需通過硬件設計與軟件優(yōu)化相結(jié)合的方式,構(gòu)建多層次保障體系。
硬件層面,冷水機的核心部件需適應長期高負荷運行。壓縮機采用全封閉結(jié)構(gòu),減少制冷劑泄漏風險;換熱器選用耐腐蝕材料,延長在特殊介質(zhì)中的使用周期;循環(huán)泵采用磁力驅(qū)動設計,避免機械密封帶來的泄漏問題。此外,設備需配備完善的傳感系統(tǒng),在進出口、壓縮機排氣口等關鍵節(jié)點設置溫度、壓力傳感器,實時監(jiān)測運行狀態(tài),一旦出現(xiàn)異常立即觸發(fā)保護機制。
軟件算法是維持溫度穩(wěn)定性的關鍵。基礎 PID 算法通過比例、積分、微分調(diào)節(jié),實現(xiàn)溫度的基礎控制;針對系統(tǒng)滯后問題,引入前饋控制與無模型自建樹算法,結(jié)合歷史數(shù)據(jù)預判溫度變化趨勢,提前調(diào)整制冷輸出,減少超調(diào)量。
高精度獨立控溫冷水機 Chiller在半導體制造中的應用,需實現(xiàn)工藝需求與設備性能的準確匹配,通過科學的選型、系統(tǒng)的配置、可靠的運行保障及規(guī)范的維護管理,為半導體設備提供穩(wěn)定冷源。