半导体 Chiller 设备的动态控温方案及其技术架构、原理与应用场景

2025年7月31日新闻中心行业新闻复叠式制冷系统高低温热流仪800

在半导体制造与测试过程中，温度控制的精度与稳定性直接影响芯片的性能与可靠性。半导体Chiller设备作为核心温控装置之一，其技术方案对半导体工艺的良率提升具有重要意义。其中，多通道设计与动态控温方案的结合，为复杂工况下的准确温控提供了解决路径，成为满足多样化半导体工艺需求的关键技术方向。

一、通道设计的技术架构与核心优势

半导体Chiller设备的多通道设计基于模块化理念，通过单独控制系统实现多个温控通道的并行运行。每个通道可具备单独的温度调节范围、冷却加热的能力及导热介质流量，既能适配不同工艺环节的差异化需求，又能通过共享膨胀罐、冷凝器等核心部件减少设备整体尺寸，降低操作复杂度。这种设计使得一台设备可同时为多个工艺模块提供温控支持，大幅提升空间利用率与设备集成度。

多通道设计的核心优势体现在系统协同性上。设备采用统一电源系统为多个通道供电，减少接线工作量与电路复杂性；通过标准化接口与外部测试系统联动，可实现多通道参数的集中设置与监控。此外，通道间的物理隔离设计避免了相互干扰，即使某一通道出现状态波动，也不会影响其他通道的稳定运行，提升了系统的容错能力。

二、动态控温方案的技术原理与实现路径

动态控温方案是应对半导体工艺中热负载波动的关键技术之一，其核心在于通过成熟算法与实时反馈机制，实现温度的快速响应与准确调节。该方案基于主从双 PID 控制回路构建，主回路根据目标温度与实际偏差生成调节指令，作为从回路的设定值；从回路则通过调节制冷量与加热功率，实时补偿负载变化带来的温度波动。这种分层控制结构既能保证系统的稳定性，又能提升对瞬时热扰动的响应速度。

滞后预估器的应用是动态控温方案的另一技术亮点。通过无模型自建树算法，系统可生成替代实际温度的动态反馈信号，提前预判温度变化趋势，从而减少传统温控中因热滞后导致的调节延迟。

动态控温方案的实现还依赖于高精度的传感与执行系统。设备通过分布在循环管路中的温度、压力传感器实时采集数据，结合 PLC 控制器的高速运算能力，实现对电子膨胀阀、变频压缩机等核心部件的准确调控。

三、多通道与动态控温的协同应用场景

在半导体刻蚀工艺中，多通道 Chiller 设备的动态控温方案展现出技术适配性。设备通过三个单独通道分别控制刻蚀腔壁、静电卡盘及喷淋系统的温度：腔壁通道维持稳定的低温环境以减少反应副产物的沉积；卡盘通道通过动态调节温度补偿晶圆因等离子体轰击产生的热积累；喷淋通道则准确控制刻蚀气体的预热温度，确保化学反应速率的稳定性。三者的协同作用可降低晶圆间的温度偏差，提升刻蚀图形的一致性。

在芯片可靠性测试环节，多通道 Chiller 的应用大幅提升了测试效率。设备可同时为多个老化测试腔提供不同的温度应力条件，通过动态控温模拟芯片在实际应用中的温度循环曲线。

多通道设计与动态控温方案的结合，为半导体Chiller设备提供了应对复杂工艺需求的能力。这种技术方案提升了温控精度与系统操作性，随着半导体工艺向更高精度、更复杂流程的演进，半导体Chiller设备将在提升芯片良率、缩短研发周期等方面持续发挥作用。