半导体用高精度光刻冷水机采用多级制冷、闭环温控与光刻设备协同研究

2025年7月10日新闻中心行业新闻 Chiller 半导体温控系统1210

　　半导体光刻工艺对温度环境的稳定性要求比较高，微小的温度波动可能导致光刻图案失真，影响芯片良率。光刻冷水机通过准确的温度控制与调节机制，为光刻设备提供稳定的热管理支持，其工作原理与应用特性适配光刻环节的技术需求。

　　一、温度控制的核心原理

　　光刻冷水机在光刻环境中的控温能力基于多级换热与闭环反馈系统实现。冷冻回路中，压缩机将制冷剂压缩为高温高压气体，经冷凝器冷却液化后，通过电子膨胀阀减压形成低温低压液体。低温液体在蒸发器中吸收循环液的热量，使循环液温度降低至设定值，随后被输送至光刻设备的热交换部件，带走设备运行产生的热量。这一过程中，单压缩机多级复叠技术可实现宽范围控温，满足光刻不同步骤的温度需求。

　　循环液回路采用全密闭设计，搭配磁力驱动泵避免泄漏风险，确保导热介质在封闭系统内循环。保障长期运行的密封性与稳定性，防止因介质泄漏污染光刻环境。同时，低温状态下系统会自动补充导热介质，避免因体积收缩导致的流量波动。

　　二、与光刻设备的协同机制

　　光刻设备的光学系统对温度变化要求苛刻，要求冷水机的控温精度高。光刻冷水机通过PLC控制器与多种算法实现动态调节：温度传感器实时采集循环液进出口温度，将数据反馈至控制系统，系统根据偏差值调整压缩机功率与电子膨胀阀开度，确保循环液温度稳定。

　　针对光刻设备的多模块散热需求，部分冷水机采用一拖多设计，一台主机可同时控制多个反应装置的温度。通过变频泵调节不同支路的流量与压力，满足光刻机内部光源、工作台、掩模版等部件的差异化散热需求，避免局部过热影响光刻精度。

　　三、特殊场景的适应性设计

　　深紫外光刻工艺需在低度环境下运行，冷水机的换热器选用微通道或板式设计，避免因结露影响设备性能。其中，板式换热器采用不锈钢材质，耐受光刻车间常用的清洁厂务水，同时具备较小的体积与较高的换热效率，适合集成至光刻机内部狭小空间。

　　紫外光刻的超低温环境则依赖复叠制冷技术。冷水机通过多级压缩与混合制冷剂，为EUV光源的真空腔体提供持续冷量。此外，直冷型制冷机组可将制冷剂直接通入光刻设备的换热器，换热的能力比较传统方式有所提升，快速响应光源启动时的瞬时发热。

　　四、数据监控与追溯能力

　　光刻工艺的可追溯性要求冷水机具备完善的数据记录功能。设备配备7英寸彩色触摸屏，实时显示温度曲线、流量、压力等参数，并支持通过U盘导出EXCEL格式数据，便于与光刻设备的工艺日志联动分析。同时，实现远程监控与历史数据查询，满足半导体行业的合规性要求。

　　光刻冷水机通过准确的温度控制、稳定的循环系统与灵活的适配能力，成为半导体光刻工艺中关键设备之一。其核心原理在于通过闭环反馈与多级换热实现控温精度，同时通过结构设计与数据管理满足光刻环境的严苛要求，为芯片制造的高良率提供基础保障。