半导体薄膜沉积冷水机温控系统研究：热力学调控机理、等离子体稳定性优化

2025 年 7 月 10 日新闻中心行业新闻 chiller工业冷水机半导体制冷机360

　　在半导体薄膜沉积工艺中，温度控制是确保薄膜质量的核心要素之一。薄膜沉积冷水机CVD chiller通过准确调控反应腔室、靶材及相关部件的温度，为薄膜生长提供稳定的热力学环境，其应用原理与薄膜沉积的物理化学过程相关。

　　从薄膜生长热力学角度来看，沉积过程中反应腔室的温度稳定性直接影响原子扩散速率与结晶质量。无论是化学的气相沉积还是物理的气相沉积，薄膜的成核与生长均对温度要求较高。在金属化合物气相沉积中，反应气体在高温衬底表面发生化学反应，温度波动会导致反应速率不均匀，进而形成薄膜厚度偏差。薄膜沉积冷水机CVD chiller通过制冷循环将腔室壁温控制在设定范围，减少环境温度波动对内部反应的影响。其工作原理是通过压缩机压缩制冷剂形成高温高压气体，经冷凝器液化后，通过膨胀阀降压降温，在蒸发器中吸收循环液热量，再由循环液将冷量传递至腔室冷却套，实现温度调节。

　　从靶材与等离子体控制角度分析，溅射沉积中靶材的温度升高会改变其溅射产额与粒子分布。靶材过热可能导致表面熔化或蒸发，引入杂质污染薄膜。薄膜沉积冷水机CVD chiller通过直冷或间接冷却方式控制靶材温度，采用板式换热器实现循环液与靶材冷却通道的换热，使靶材温度维持在稳定区间。在等离子体增强化学气相沉积中，等离子体状态与反应腔室温度相关，温度过高会导致等离子体密度分布不均，影响薄膜的均匀性。薄膜沉积冷水机CVD chiller通过调控腔室冷却系统的流量与温度，配合压力传感器与温度传感器的实时监测，实现对等离子体环境的间接稳定。

　　从薄膜应力控制角度而言，薄膜沉积过程中产生的热应力是导致薄膜开裂、脱落的主要原因之一。沉积温度与衬底温度的差异会使薄膜与衬底之间产生热失配应力，温度梯度越大，应力积累越多。薄膜沉积冷水机CVD chiller通过准确控制温度，减少薄膜与衬底的温差，采用快速温变控温卡盘技术，使衬底温度在规定范围内波动，从而降低热应力影响。其循环系统采用全密闭设计，通过磁力驱动泵输送循环液，避免因泄漏导致的温度波动，保障温度控制精度。

　　从设备集成角度来看，薄膜沉积系统由多个子系统构成，各部分的温度需协同匹配。反应气体预热单元、真空阀门与腔室之间的温度差异可能导致气体冷凝或吸附，影响反应气体的流量稳定性。薄膜沉积冷水机CVD chiller通过模块化设计，实现对多个子系统的集中温控。

　　在实际应用中，薄膜沉积冷水机CVD chiller的性能还体现在应对复杂工况的能力上。在原子层沉积工艺中，需要频繁切换反应气体，每次切换后腔室温度需快速恢复至设定值，这要求薄膜沉积冷水机CVD chiller具备快速响应能力。通过采用电子膨胀阀调节制冷剂流量，配合无模型自建树算法，可实现温度的快速调节，满足工艺节拍需求。

薄膜沉积冷水机CVD chiller通过热力学调控、多系统协同及高精度控制等原理，为半导体薄膜沉积工艺提供了稳定的温度环境。