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光刻直冷機(jī)Litho chiller 在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景及選型指南

閱讀:38          發(fā)布時(shí)間:2025-7-14

在半導(dǎo)體制造的光刻工藝中,光刻直冷機(jī)(Litho chiller)作為核心溫控設(shè)備,其性能直接決定了光刻機(jī)的曝光精度、晶圓良率及生產(chǎn)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)冷水機(jī)相比,Litho chiller以“直冷"設(shè)計(jì)消除中間熱阻,配合高精度傳感與自適應(yīng)控制算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)微小熱量變化的瞬時(shí)響應(yīng),成為光刻工藝中的關(guān)鍵支撐。

  Litho chiller的核心應(yīng)用場(chǎng)景圍繞光刻機(jī)的三大核心部件展開(kāi),每個(gè)場(chǎng)景都對(duì)溫控提出很高要求。Litho chiller通過(guò)與光源模塊的水冷套直接耦合,采用微通道流道設(shè)計(jì),將冷卻水流速穩(wěn)定,確保光源腔體溫度恒定,使激光功率波動(dòng)控制在0.5%以內(nèi)。

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  投影物鏡的溫控是保證成像精度的另一關(guān)鍵。物鏡由數(shù)十片高精度鏡片組成,溫度變化0.05℃即可導(dǎo)致鏡片熱變形,引發(fā)像差變大——在5nm制程中,這種像差可能使關(guān)鍵尺寸偏差超過(guò)1nm。Litho chiller通過(guò)環(huán)繞物鏡的環(huán)形水冷結(jié)構(gòu),實(shí)施分區(qū)溫控:鏡組中間區(qū)域溫度穩(wěn)定控制,邊緣區(qū)域因散熱需求略高,通過(guò)流量梯度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)均勻。

  晶圓載臺(tái)的溫控直接影響晶圓面內(nèi)曝光一致性。在掃描曝光過(guò)程中,載臺(tái)的高速運(yùn)動(dòng)與激光照射會(huì)產(chǎn)生局部熱量,若溫度分布不均,導(dǎo)致曝光后的圖案出現(xiàn)“比例失調(diào)"。Litho chiller通過(guò)載臺(tái)內(nèi)部的微針狀水冷陣列,將水溫穩(wěn)定,配合紅外溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)晶圓背面溫度,動(dòng)態(tài)調(diào)整各區(qū)域水流速,使晶圓面內(nèi)溫差控制在±0.05℃以內(nèi)。

  Litho chiller的選型需建立在對(duì)工藝需求與設(shè)備特性的深度解析之上,核心圍繞“精度、穩(wěn)定、兼容"三大維度展開(kāi)。制冷量的計(jì)算需覆蓋設(shè)備發(fā)熱量與工藝動(dòng)態(tài)冗余,因此Litho chiller的制冷量需預(yù)。需注意的是,低溫工況會(huì)導(dǎo)致制冷量衰減。

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  控溫精度與響應(yīng)速度是選型的核心指標(biāo)。響應(yīng)速度方面,這依賴于變頻壓縮機(jī)與電子膨脹閥的協(xié)同控制。

  流體系統(tǒng)的兼容性直接影響光刻環(huán)境潔凈度。冷卻介質(zhì)需采用超純水,水路材質(zhì)需滿足“零釋放"要求:管路選用316L不銹鋼或PFA材質(zhì),密封件采用全氟醚橡膠,避免金屬離子或有機(jī)污染物析出。流量與壓力需匹配光刻機(jī)接口要求。此外,設(shè)備需具備防結(jié)垢設(shè)計(jì),如內(nèi)置離子交換樹(shù)脂柱,維持水質(zhì)電阻率長(zhǎng)期穩(wěn)定。

  設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性是連續(xù)生產(chǎn)的保障。Litho chiller需采用全密閉循環(huán)系統(tǒng),避免冷卻液泄漏污染光刻機(jī)內(nèi)部。關(guān)鍵部件需具備冗余設(shè)計(jì),當(dāng)主泵故障時(shí),備用泵可在0.5秒內(nèi)切換,確保流量無(wú)中斷。智能化功能方面,需支持SECS/GEM協(xié)議與工廠MES系統(tǒng)對(duì)接,實(shí)時(shí)上傳溫度、流量、壓力等20余項(xiàng)參數(shù),具備遠(yuǎn)程診斷與預(yù)測(cè)性維護(hù)能力。

Litho chiller的應(yīng)用與選型,本質(zhì)上是對(duì)光刻工藝需求的技術(shù)響應(yīng)。從激光光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定到晶圓載臺(tái)的溫度均勻,從水質(zhì)潔凈度控制到系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),每一項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化都直接關(guān)聯(lián)芯片良率的提升。


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