在半導(dǎo)體凈化車間中，溫度控制至關(guān)重要。以下是一些常見(jiàn)的溫度控制方法： 首先，合理設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)是關(guān)鍵。集成電路潔凈車間的溫度控制依靠空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)潔凈車間時(shí)，需根據(jù)車間面積和高度確定空調(diào)的冷卻量和送風(fēng)量，以保證溫度均勻分布。例如，室外空調(diào)箱 MAU 向回風(fēng)輸送潔凈度、溫度和濕度恒定的新風(fēng)，與循環(huán)回風(fēng)混合后，進(jìn)入潔凈室頂棚頂部，通過(guò)風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元 FFU，然后進(jìn)入潔凈室生產(chǎn)區(qū)，基本滿足潔凈室溫度要求。 其次，采用不同的加熱方式。如在空調(diào)系統(tǒng)的冷熱盤(pán)管中，熱盤(pán)管分多種加熱方式，有通蒸汽加熱的，也有通熱水加熱的，還有直接使用電熱片的等等。當(dāng)采用蒸氣或熱水進(jìn)行加熱時(shí)，一般采用控制蒸氣或熱水的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度實(shí)現(xiàn)溫度控制；當(dāng)采用電加熱時(shí)，通過(guò)晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實(shí)現(xiàn)溫度控制。同時(shí)，在北方地區(qū)，由于冬季室外溫度低，會(huì)配備新風(fēng)加熱盤(pán)管，南方地區(qū)則一般不存在這部分配置。 此外，半導(dǎo)體工藝設(shè)備也有溫度控制方法。例如，檢測(cè)半導(dǎo)體工藝設(shè)備工藝腔室內(nèi)加熱器的實(shí)際溫度，確定實(shí)際溫度所屬的溫度區(qū)間，溫度區(qū)間至少包括快速升溫區(qū)、溫度精調(diào)區(qū)和溫度失控區(qū)，根據(jù)實(shí)際溫度所屬的溫度區(qū)間對(duì)應(yīng)的加熱策略，控制加熱器進(jìn)行加熱。具體而言，基于溫度波動(dòng)區(qū)間、目標(biāo)溫度以及預(yù)設(shè)安全余量，確定快速升溫區(qū)、溫度精調(diào)區(qū)和溫度失控區(qū)。在溫度精調(diào)區(qū)，獲取實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之間的第一溫度偏差值，以及上一次檢測(cè)的實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之間的第二溫度偏差值，確定實(shí)際溫度的偏差值變化率，基于第一偏差值、偏差值變化率以及預(yù)設(shè)的修正量確定規(guī)則，確定目標(biāo)參數(shù)修正量，對(duì)加熱器的控制參數(shù)進(jìn)行修正并控制加熱器進(jìn)行加熱。 同時(shí)，在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，如 Levitech 公司在晶圓制造的反應(yīng)器中，用氣體使晶圓在兩個(gè)被加熱到適當(dāng)工藝溫度的石墨圓盤(pán)之間懸停，必要溫度使用 Kanthal?加熱元件才能達(dá)到 1200 攝氏度。晶圓由一個(gè)特殊的加熱控制系統(tǒng)控制，JUMO TYA 201 在每個(gè)溫度階段控制 Kanthal?加熱元件所需的電流和電壓從而確保準(zhǔn)確的溫度變化。 在溫度控制過(guò)程中，還需考慮溫濕度的相互影響。如在 MAU 的溫濕度處理過(guò)程中，為解決除濕問(wèn)題，通常采用濕度優(yōu)先的方法，用冷水閥除濕使溫度下降，再用熱水閥再加熱，使溫度和濕度能達(dá)到要求值。但這種方法可能會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)，因此要優(yōu)化空調(diào)設(shè)備的控制，選擇合適的溫濕度設(shè)定值，提高整個(gè)潔凈室溫濕度控制的穩(wěn)定性，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 ### 半導(dǎo)體凈化車間空調(diào)系統(tǒng)如何設(shè)計(jì) 半導(dǎo)體凈化車間的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接關(guān)系到溫度控制的效果?？諝鈨艋到y(tǒng)設(shè)計(jì)方面，需采用高效過(guò)濾器對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾以保證車間潔凈度，同時(shí)設(shè)置合理的送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)確?？諝庋h(huán)效果。空調(diào)設(shè)備選擇上，制冷機(jī)組應(yīng)選高效、低噪音設(shè)備；空調(diào)機(jī)組要具有除塵、除菌功能；加濕器需有智能控制功能以保證濕度穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)要涵蓋溫度、濕度、壓力、空氣質(zhì)量等方面的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。為降低噪音影響，可采用低噪音設(shè)備、設(shè)置消音器、合理布局風(fēng)口等措施。節(jié)能環(huán)保方面，可選擇能效比高的設(shè)備，采用能源回收技術(shù)，利用自然能源輔助供應(yīng)等。維護(hù)保養(yǎng)設(shè)計(jì)要考慮設(shè)備的維護(hù)空間、操作方便性、可維修性和可替換性等因素?？傊粋€(gè)完善的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能為半導(dǎo)體凈化車間的溫度控制提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 ### 半導(dǎo)體凈化車間有哪些加熱方式 在半導(dǎo)體凈化車間中，有多種加熱方式。比如在晶圓制造過(guò)程中，RTA（快速熱退火）系統(tǒng)能在大約 10s 的極短時(shí)間內(nèi)將晶圓溫度由室溫提高到 1100℃。RTP（快速熱加工）工藝能精確控制晶圓的溫度和晶圓內(nèi)的溫度均勻性，當(dāng)溫度大約為 1100℃時(shí)，能在約 10s 內(nèi)恢復(fù)單晶結(jié)構(gòu)且只引起少量的摻雜物擴(kuò)散。此外，合金化熱處理也是一種加熱工藝，利用熱能使不同原子結(jié)合成化學(xué)鍵形成金屬合金，如自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工藝中形成鈦金屬硅化合物和鈷硅化物的過(guò)程就涉及到兩次退火加熱。在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，Levitech 公司與久茂合作，晶圓制造的反應(yīng)器由兩個(gè)石墨圓盤(pán)組成，用氣體使晶圓在兩個(gè)圓盤(pán)之間懸?；ゲ唤佑|，通過(guò) Kanthal?加熱元件加熱到 1200 攝氏度，久茂的晶閘管功率控制器 JUMO TYA 201 在每個(gè)溫度階段控制 Kanthal?加熱元件所需的電流和電壓，確保準(zhǔn)確的溫度變化。 ### 半導(dǎo)體工藝設(shè)備如何控制溫度 半導(dǎo)體工藝設(shè)備控制溫度的方法有多種。一種是閉環(huán)控制，采用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)晶圓溫度，并將溫度信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的偏差，調(diào)整加熱器的功率或其他相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的準(zhǔn)確控制。另一種是開(kāi)環(huán)控制，不使用溫度傳感器，而是根據(jù)加熱器的功率和其他已知參數(shù)計(jì)算出晶圓的加熱溫度，這種方法簡(jiǎn)單但精度相對(duì)較低。還有智能控制，結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)晶圓加熱過(guò)程中的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確和智能的溫度控制。此外，在半導(dǎo)體工藝設(shè)備中，還可以根據(jù)實(shí)際溫度所屬的溫度區(qū)間確定對(duì)應(yīng)的加熱策略。例如，確定實(shí)際溫度所屬的快速升溫區(qū)、溫度精調(diào)區(qū)和溫度失控區(qū)，根據(jù)不同區(qū)間的加熱策略控制加熱器進(jìn)行加熱。在溫度精調(diào)區(qū)，可以獲取實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之間的第一溫度偏差值以及上一次檢測(cè)的實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之間的第二溫度偏差值，基于此確定實(shí)際溫度的偏差值變化率，再根據(jù)預(yù)設(shè)的修正量確定規(guī)則確定目標(biāo)參數(shù)修正量，對(duì)加熱器的控制參數(shù)進(jìn)行修正并控制加熱器加熱。 ### 晶圓制造反應(yīng)器如何控制溫度 晶圓制造反應(yīng)器通常采用特殊的加熱控制系統(tǒng)來(lái)控制溫度。例如，Levitech 公司的晶圓制造反應(yīng)器由兩個(gè)石墨圓盤(pán)組成，用氣體使晶圓在兩個(gè)圓盤(pán)之間懸?；ゲ唤佑|，必要溫度使用 Kanthal?加熱元件才能達(dá)到 1200 攝氏度。久茂的晶閘管功率控制器 JUMO TYA 201 在每個(gè)溫度階段控制 Kanthal?加熱元件所需的電流和電壓，從而確保準(zhǔn)確的溫度變化。該系統(tǒng)使晶圓每次都在相同的溫度下生產(chǎn)。另外，在半導(dǎo)體晶圓的溫度控制方法中，對(duì)被樹(shù)脂片或者粘合帶覆蓋的半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行冷卻時(shí)，在降溫階段，根據(jù)所進(jìn)行的工藝種類的不同，將溫度降低到高低不同的溫度區(qū)間并穩(wěn)定；并且，根據(jù)不同工藝種類對(duì)氧含量要求的不同，將通入晶圓承載區(qū)域的冷卻用的氣體流量控制在高低不同的范圍，同時(shí)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)速，使承載區(qū)域形成穩(wěn)定的層流氣流，用于進(jìn)行吹掃和冷卻晶圓。維持上述步驟中通入的吹送冷卻用的氣體流量和風(fēng)機(jī)風(fēng)速，在承載區(qū)域?qū)A繼續(xù)進(jìn)行冷卻 5 - 10min。在冷卻時(shí)間到達(dá)且經(jīng)檢測(cè)晶圓的冷卻狀態(tài)滿足取片條件時(shí)，開(kāi)始取片。 ### 半導(dǎo)體凈化車間如何考慮溫濕度相互影響 半導(dǎo)體凈化車間中溫濕度相互影響較大。潔凈室內(nèi)溫度的影響主要從產(chǎn)品精度、合格率以及污染角度考慮，越精密、集成度高的電子加工對(duì)溫度的敏感性越大。濕度太高會(huì)使物體表面的灰塵難以清除，相對(duì)濕度低于 30%時(shí)，又由于靜電力的作用使粒子容易吸附于物體表面，靜電會(huì)使半導(dǎo)體器件發(fā)生擊穿。在空氣處理過(guò)程中，溫度和相對(duì)濕度是兩個(gè)不同方向的控制量，單純靠加熱或冷卻過(guò)程不能使溫濕度同時(shí)向相同趨勢(shì)變化。冷卻去濕過(guò)程是濕空氣經(jīng)冷卻達(dá)到飽和后繼續(xù)制冷的過(guò)程，能降低絕對(duì)濕度起到去濕作用。半導(dǎo)體潔凈室對(duì)溫濕度的控制范圍通常為溫度 22±2℃，濕度 45±5%RH。為達(dá)到目標(biāo)溫濕度控制點(diǎn)，根據(jù)絕對(duì)濕度線和目標(biāo)溫度線劃分的四個(gè)控制區(qū)進(jìn)行不同的溫濕度控制分區(qū)處理。例如在 Zone1 的范圍內(nèi)，先降溫去濕，再加熱；在 Zone2 的范圍內(nèi)，先降溫，再加濕；在 Zone3 的范圍內(nèi)，先加熱，再加濕；在 Zone4 的范圍內(nèi)，先降溫去濕，再加熱。 綜上所述，半導(dǎo)體凈化車間的溫度控制方法多樣，需要綜合考慮空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加熱方式、工藝設(shè)備溫度控制、晶圓制造反應(yīng)器溫度控制以及溫濕度相互影響等因素，以實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制，保證半導(dǎo)體生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。