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半導(dǎo)體工業(yè)的溫度控制解決方案

在現(xiàn)代，半導(dǎo)體是開(kāi)發(fā)智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)汽車、可再生能源和人工智能等技術(shù)的基礎(chǔ)，將在未來(lái)承擔(dān)決定性的角色。

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

半導(dǎo)體工業(yè)的溫度控制解決方案 

系列一：晶圓制造中的精準(zhǔn)溫控

晶圓：半導(dǎo)體制造的核心

晶圓是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。這些由高純度半導(dǎo)體材料（如，硅）制成的薄片，是制作微型芯片的基礎(chǔ)。晶圓的質(zhì)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(dǎo)體工業(yè)中用于生長(zhǎng)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(xué)家 Jan Czochralski 于 1916 年發(fā)明，通過(guò)晶體提拉從熔融材料中生長(zhǎng)出單晶。

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

在此工藝中，水作為溫控介質(zhì)，對(duì)生長(zhǎng)爐進(jìn)行冷卻，LAUDA 可以精確控制晶體生長(zhǎng)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(zhì)量。同時(shí)，LAUDA 循環(huán)冷水機(jī)的可靠性對(duì)整個(gè)工藝至關(guān)重要，我們的 TCU 組件在設(shè)計(jì)上即有較長(zhǎng)的使用壽命，可以在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)不間斷運(yùn)行。

1 Lauda 應(yīng)用

單晶硅生長(zhǎng)爐的溫度控制

2 Lauda 產(chǎn)品

Ultracool 循環(huán)冷水機(jī)

3 典型產(chǎn)品特征

• 溫度穩(wěn)定性高達(dá) ± 0.5 K

• 冷卻能力高達(dá) 240 kW

• 泵流量高達(dá) 500 L/min

• 通過(guò) LAUDA.LIVE 遠(yuǎn)程訪問(wèn)

晶圓研磨和拋光工藝

晶圓表面的不規(guī)則和損傷，會(huì)影響其導(dǎo)電性。通過(guò)研磨和拋光工藝，可以除去這些表面缺陷，讓晶圓表面變得無(wú)瑕。

由于拋光過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量，而溫度波動(dòng)會(huì)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(guò)控制研磨輪的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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

1 Lauda 應(yīng)用

研磨輪/拋光板、研磨液的溫度控制

2 Lauda 產(chǎn)品

ITHW 350 熱傳導(dǎo)系統(tǒng)

Ultracool 循環(huán)冷水機(jī)

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(guò)程。新的材料層必須和單晶襯底貼合。

沉積過(guò)程中的精準(zhǔn)溫度控制，可以減少沉積層的缺陷，保持晶體結(jié)構(gòu)。

LAUDA 二次回路系統(tǒng)可以提供精確沉積所需要的溫度控制工具。

1 Lauda 應(yīng)用

外延系統(tǒng)的溫度控制

(工藝氣體，反應(yīng)器，渦輪泵)

2 Lauda 產(chǎn)品

TR 400 K 二次回路系統(tǒng)

3 典型產(chǎn)品特性

• 可放置在次潔凈區(qū)的強(qiáng)力泵

• 緊急冷卻功能

• 50°C 時(shí)，冷卻能力為 100 kW

• 流量可高達(dá) 106 L/min

• 控制精度 ± 0.5 °C

• 可根據(jù)客戶需求，提供接口

• 可根據(jù)客戶需求，進(jìn)行定制

更多半導(dǎo)體工藝的溫度控制

半導(dǎo)體制造是人類工業(yè)文明中精密程度最高的系統(tǒng)性工程之一，其工藝流程涉及數(shù)百道復(fù)雜工序。從硅晶圓制備、光刻顯影到薄膜沉積、離子注入，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要在原子級(jí)別的精度上進(jìn)行控制，其中溫度參數(shù)的調(diào)控堪稱整個(gè)制造過(guò)程的生命線。在接下來(lái)的系列文章中，我們將逐層揭開(kāi)半導(dǎo)體制造的溫度密碼，解析精準(zhǔn)溫控背后的工程智慧。

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