半導体冷却装置の現代のウェハ製造における応用

ウェハは半導体チップ製造の核心的な材料です。通常、高純度シリコンから作られた円形かつ薄型のシートです。その表面には、フォトリソグラフィー、エッチング、薄膜堆積などのプロセスを通じて、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器、多層インターコネクト構造が形成されます。したがって、ウェハの品質はチップの性能を直接決定します。

ウェハ加工は温度に敏感です。温度の変動はエッチングの深さ、フォトレジストの現像効果、薄膜の応力分布に影響を及ぼし、その結果、微細構造の一貫性に影響を与えます。したがって、ウェハ製造には高精度で応答が速く、長期的に安定した温度制御システムが必須です。高精度な温度制御は、ウェハ製造における不可欠な設備です。

半導体冷却装置を使用した主要プロセス

フォトリソグラフィ

フォトリソグラフィは、ウェハの表面に回路パターンを「印刷」するマイクロパターン転写技術です。そのプロセス精度がチップの集積度と性能を決定します。具体的な手順は、ウェハにフォトレジストを均一にスピンコーティングし、マスクを介して露光し、特定の領域に光を照射し、現像液でパターンを現像し、最後に固化・乾燥させることです。

チラーは、露光機の光源の温度、スピンコーターのプロセスチャンバーの温度、現像液の冷却板の温度を制御できます。これにより、ウェハの局所的な熱膨張によるフォトレジストの劣化やアライメント誤差を防止します。また、高精度レーザー位置決めシステム用の冷却水も供給可能です。

ドライエッチング

ドライエッチングは、反応性イオンエッチング（RIE）と誘導結合プラズマエッチング（ICP）に分類されます。リソグラフィーで形成されたパターンを材料層に刻むために、プラズマまたは反応性ガスを使用します。このプロセスでは、冷却装置を使用して反応室を冷却し、電極プラットフォームの温度を制御し、真空ポンプシステムとプラズマ源を保護します。その温度制御の安定性は、エッチングパターンの垂直性と均一性に直接影響を与えます。

薄膜成膜

成膜とは、ウェハ上に絶縁層、導電層、またはバリア層を形成するプロセスです。主に物理気相成膜（PVD）、化学気相成膜（CVD）、および原子層成膜（ALD）によって実現されます。チラーは、成膜反応室の温度を制御し、ターゲット、コイル、冷却プレートなどの部品を冷却し、膜厚の変動や粒子の生成を防止します。そのうち、ALDプロセスではより高い温度制御精度が要求され、動的温度制御はチラーの支援なしには実現できません。

研磨プロセス

化学機械研磨（CMP）は、化学的腐食と機械的摩擦の複合作用により、ウェハ表面の全体的な平坦性を実現する研磨プロセスです。これは、多層インターコネクト金属配線を行う前の必須工程です。研磨スラリーの循環と研磨パッドとウェハ間の摩擦により、多量の熱が発生します。廃熱を適切に除去しない場合、研磨ディスクの熱膨張が発生し、ウェハ表面の平坦性に影響を及ぼします。そのため、研磨ディスクを適切に冷却し、研磨液の温度を制御するため、チラーが必要となります。また、研磨後の洗浄装置に一定温度の純水を供給するためにもチラーが不可欠です。

検査とテスト

各工程段階終了後、AOI自動光学検査、E-ビーム電子線検査、電気プローブ検査などのテストを通じて、欠陥と電気的特性を検出する必要があります。チラーは、AOIレンズ、電気プローブ座、CCD、およびレーザースキャンモジュールを冷却し、機器の温度上昇による画像のずれや誤りを防ぎます。

ウェハ製造におけるチラーの要件

ウェハ製造におけるチラーの要件は、精度、安定性、清潔さ、応答速度など、複数の側面をカバーしています。

温度制御精度

リソグラフィ、エッチング、薄膜堆積などのプロセスにおいて、わずかな温度差は線幅の変化、膜厚の均一性の欠如、またはエッチング深度の違いを引き起こし、チップの性能に影響を及ぼす可能性があります。特定の重要なプロセスでは、
±0.05℃または±0.02℃の温度精度が要求されます。

応答速度

ウェハ製造ではプロセス切り替えが比較的頻繁に行われるため、チラーは生産遅延を防止するために温度を迅速に調整できる必要があります。チラーは起動後、設定温度に迅速に到達し、安定して動作する必要があります。加熱または冷却速度は少なくとも
5℃/分以上である必要があります。温度の変動が発生した場合でも、設定値に迅速に戻す必要があります。

清潔さ

ウェハ製造の核心工程は高度なクリーンルームであり、微細な不純物でもプロセスに持ち込まれるとウェハの汚染を引き起こす可能性があります。したがって、チラーには冷却水として比抵抗が10 MΩ·cm以上の超純水を使用し、イオン性不純物がキャビティに侵入するのを防ぐ必要があります。配管に使用される材料は金属の析出を起こさないものでなければなりません。

安定性

ウェハ製造は通常、年間を通じて稼働しています。設備の運転コストは高く、冷却装置の故障は不良品の発生を引き起こす可能性があります。冷却装置の連続運転時間は
20,000時間以上必要であり、二重ポンプ、二重回路、またはN+1冗長設計が採用されています。リモートアラーム、システム自己診断、自動切替機能などのインテリジェント機能をサポートする必要があります。

ゾーン別温度制御

装置には、加熱ゾーンと冷却ゾーンなど、異なるプロセスゾーンが存在する場合があり、同時に異なる温度の冷却液が必要となる場合があります。このようなシナリオでは、各流量チャネルのパラメーターを独立して制御できるマルチチャネルチラーが一般的に使用されます。各ゾーンの温度、圧力、流量は独立して設定可能です。

安全

ウェハ製造に使用されるプロセス液体は、可燃性、毒性、または腐食性などの特性を持つ場合があります。チラーユニットは、CE、UL、SEMI S2/S8、RoHSなど、国際的な認証を取得する必要があります。電気回路、冷媒回路、ポンプ本体などは、防爆要件を満たす必要があります。システムには、さまざまな安全装置が装備されている必要があります。

LNEYA 半導体用チラー

LNEYAは、高級温度制御装置の研究開発に特化した中国のチラー製造メーカーです。その製品は、ウェハ製造、パッケージング、テスト、レーザー、チップパッケージングなど、さまざまな工程で広く採用されています。
当社は、-150℃から+350℃の制御可能な温度範囲と±0.02℃までの温度制御精度を備えたカスタマイズ可能なチラーソリューションを提供しています。マルチチャンネル制御、空冷式または水冷式オプション、防爆設計など、柔軟な構成が可能です。
ウェハの温度制御に関するご要望は、
LNEYAのチラー専門家にご相談ください。

ウェハ温度制御のニーズについては、LNEYA チラーの専門家にご相談ください。