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半導體行業的溫度控制解決方案(一)—— 晶圓制造中的精準溫控

更新時間:2025-03-11

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半導體工業的溫度控制解決方案

在現代,半導體是開發智能手機、計算機、電動汽車、可再生能源和人工智能等技術的基礎,將在未來承擔決定性的角色。


為了滿足對精度和效率的最高要求,溫度控制在半導體生產工藝中起著決定性的作用。LAUDA 可以為半導體工業提供一系列創新的溫度控制解決方案,幫助克服芯片制造中面臨的挑戰。


半導體工業的溫度控制解決方案 

系列一:晶圓制造中的精準溫控


晶圓:半導體制造的核心

晶圓是現代電子技術的基礎。這些由高純度半導體材料(如,硅)制成的薄片,是制作微型芯片的基礎。晶圓的質量和純度,決定了芯片的性能。


直拉單晶制造工藝(Czochralski,Cz法)

Czochralski 法(直拉法)是半導體工業中用于生長高純度單晶硅(或其他單晶材料)的核心工藝。該方法由波蘭科學家 Jan Czochralski 于 1916 年發明,通過晶體提拉從熔融材料中生長出單晶。

 

在直拉工藝中,籽晶軸會以每分鐘 0.5 - 2 mm 的可控速度向上拉伸,在提拉的過程中,由于溫度呈梯度下降,熔融硅會在 1410 - 1420 °C 時(低于硅的熔點),在相變界面凝固成固態硅。通過精確控制拉伸的速度和溫度,生長出的晶體可達到所需的直徑。整個拉伸過程需要恒定的溫度控制,可能需要長達三天的時間。

 

在此工藝中,水作為溫控介質,對生長爐進行冷卻,LAUDA 可以精確控制晶體生長中的冷卻速度,幫助客戶最大限度地減少晶體缺陷,提高硅錠質量。同時,LAUDA 循環冷水機的可靠性對整個工藝至關重要,我們的 TCU 組件在設計上即有較長的使用壽命,可以在更長的時間內連續不間斷運行。



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Lauda 應用

單晶硅生長爐的溫度控制

Lauda 產品

Ultracool 循環冷水機

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典型產品特征

• 溫度穩定性高達 ± 0.5 K

• 冷卻能力高達 240 kW

• 泵流量高達 500 L/min

• 通過 LAUDA.LIVE 遠程訪問


晶圓研磨和拋光工藝

晶圓表面的不規則和損傷,會影響其導電性。通過研磨和拋光工藝,可以除去這些表面缺陷。


由于拋光過程會產生熱量,而溫度波動會影響晶圓的瑕疵去除率,因此必須保持研磨墊和晶圓的接觸界面的溫度恒定,這可以通過控制研磨輪的溫度來實現。


在晶圓研磨和拋光中,精密的溫度控制技術可以防止熱應力對晶圓造成損傷,確保材料屬性的一致。



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Lauda 應用

研磨輪/拋光板、研磨液的溫度控制

Lauda 產品

ITHW 350 熱傳導系統

Ultracool 循環冷水機

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外延工藝

外延是一種將新材料層添加到單晶襯底上的沉積過程。新的材料層必須和單晶襯底貼合。


沉積過程中的精準溫度控制,可以減少沉積層的缺陷,保持晶體結構。


LAUDA 二次回路系統可以提供精確沉積所需要的溫度控制工具。



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Lauda 應用

外延系統的溫度控制

(工藝氣體,反應器,渦輪泵)

Lauda 產品

TR 400 K 二次回路系統

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典型產品特性

• 可放置在次潔凈區的強力泵

• 緊急冷卻功能

• 50°C 時,冷卻能力為 100 kW

• 流量可高達 106 L/min

• 控制精度 ± 0.5 °C

• 可根據客戶需求,提供接口

• 可根據客戶需求,進行定制


更多半導體工藝的溫度控制

半導體制造是人類工業文明中精密程度最高的系統性工程之一,其工藝流程涉及數百道復雜工序。從硅晶圓制備、光刻顯影到薄膜沉積、離子注入,每個環節都需要在原子級別的精度上進行控制,其中溫度參數的調控堪稱整個制造過程的生命線。在接下來的系列文章中,我們將逐層揭開半導體制造的溫度密碼,解析精準溫控背后的工程智慧。


前道工藝

后道工藝




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