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1、制冷技术在集成电路制造工艺设备中的应用2013年第12期总第132期Siliconvalley制冷技术在集成电路制造工艺设备中的应用余斌(上海微电子装备有限公司,上海201203)摘要集成电路制造的刻蚀设备要求宽温区温度控制(-20℃~80℃)、光刻设备要求超精密温度控制(±0.01℃)、薄膜气相沉积设备要求的大功率温度控制。本文分析上述温控特点后,分别选择蒸汽式压缩制冷、热电制冷、水水热交换制冷技术,并介绍基于半导体制冷片的制冷系统设计,提出旁通式压缩机制冷系统、基于流量调节的温度控制系统及相关控制技术。关键词制冷技术;集成电路制造;宽温区;大功率;
2、高精度中图分类号:TN305.94文献标识码:A文章编号:1671-7597(2013)12-0105-02ApplicationoftherefrigerationtechnologyOntheequipmentof终带出设备。integratedcircuitmanufacturingYuBinShanghaiMicroElectronicsEquipmentCo.,Ltd.SMEE,Shanghai201203Abstract:Etching,lithographyandfilmvapordepositionprocessequipmentsre
3、quirethewide-rangetemperaturecontrol-20℃~80℃,ultra-precisiontemperature±0.01℃,andhigh-powercoolingsystem.Afteranalyzingthesecharacteristics,thepaperselectsthevaporcompressor,thermoelectric,andwater-waterheatexchangerrefrigerationtechnology,andintroducesthedesignofrefrigerationsy
4、stembasedonsemiconductorrefrigerationsheet,andbringsforwardthebypass-compressorrefrigerationsystem,thetemperaturecontrolsystembasedonflowregulationKeywords:refrigerationtechnology;integratedcircuitmanufacturing;图1水冷系统原理图thewide-rangetemperature;high-power;high-precision.制冷技术主要有三
5、种方法,利用物质相变的吸热效应实现制冷;利用气体膨胀产生的冷效应进行制冷;利用半导体的热电效应实现制冷。其中以物质相变原理的蒸汽压缩式制冷最为集成电路制造工艺复杂性与装备精密性对温度控制技术提常见,具有制冷效率高、冷却温度低的特点。压缩式制冷适合温度达到-20℃的低温冷却场合,并且对冷量控制技术的研究出宽温区、大功率、超精密等严格要求。如刻蚀工艺设备中,目前也有很大进展,如数码蜗旋式变频压缩机控制技术、PWM由于不同刻蚀方法要求反应腔内的温度不同,需要冷却系统输电子膨胀阀等,能够实现较高的温控精度。出温度范围在-20℃~80℃、精度优于±0.5℃的循环
6、冷却介热电制冷技术是利用直流电经过不同导体时发生热量转移质。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺时,反应腔内温度达的原理,利用热电制冷原理制造出的制冷元器件称为半导体制到300℃~1000℃,对冷却系统的温控精度要求不高,主要目的冷片,可以通过调节它电流的大小实现冷量的调节,具有调节是带走内部大量热量,制冷功率达到100kW、甚至更高。纳米精度高、制冷功率小的特点。此外,制冷片的冷却效率与它冷、级(100nm)光刻机要求内部投影镜头和关键区域的温度稳定热面的温差有很大关系,为保证一定的冷却效率,冷热面的温在±0.01℃,随着光刻工艺特征线宽(CD)的不断减
7、小该指标差需要控制在一定范围内,这限制了热电制冷的制冷温度。虽还需不断提高,为此要求冷却系统输出的冷却介质的温度控制然光刻机内部投影镜头和关键区域的温度控制精度要求高,但精度在±0.01℃。主要用来平衡环境空气的温度波动及传感器、板卡的热量,冷冷却系统中制冷技术是最为关键的技术,制冷技术的选择却功率小,并且温度点在20℃左右。因此,热电制冷技术十分恰当直接决定水冷系统的指标实现、方案复杂性与经济性等。适合于光刻工艺设备的超精密温度控制。1冷却系统介绍与制冷技术分析此外转移热量也可以通过冷却水与循环冷却介质直接进行上述冷却系统是专用提供温度、压力、流量受
8、控的循环冷热交换器实现,即通过水、水强制对流的方式。该方式的传热22却介质的设备。它对内部加热
