随着半导体工艺向3nm及以下节点演进，光刻机作为芯片制造的核心装备，面临着前所未有的热管理挑战。EUV光刻机要求冷却水温度波动控制在±0.001℃以内，传统铜基散热材料已难以满足超高功率密度下的散热需求。金刚石热沉片凭借其卓越的物理性能，成为破解光刻机散热瓶颈的理想解决方案。
金刚石天然绝缘，避免漏电风险；同时具有高硬度、耐辐照、耐高温（>1000℃）等特性，适合光刻机高功率、高频率、高温环境下的长期稳定运行。
1.激光光源系统散热
光刻机激光光源是热量产生的主要源头。采用金刚石热沉片作为激光二极管的散热基板，可将激光器结温降低30-50%，显著提升输出功率稳定性和器件寿命。金刚石基GaN器件相比传统SiC基GaN，射频性能可提升20%，温度从GaN通道到基板底部的温度变化减少80℃。
2.光学系统热管理
光刻机投影物镜等光学元件对温度稳定性要求极高。金刚石热沉片通过低温键合技术集成于光学组件背面，可实现±0.002℃的温度控制精度。
3.晶圆台温度控制
晶圆台在曝光过程中需要维持极高的温度稳定性。金刚石热沉片作为晶圆台散热基板，可快速导出高密度热量，确保晶圆表面温度波动控制在±0.01℃以内，保障光刻胶的曝光均匀性和图案精度。
金刚石热沉片表面进行精密抛光和金属化处理。水导激光加工技术可实现Ra≤0.3μm的表面粗糙度，热影响区小于5μm，彻底避免石墨化层形成。通过钛、铬等过渡层金属化，实现与芯片的高强度键合，结合强度可达50MPa以上。
采用低温键合工艺将金刚石热沉片直接与芯片键合，缩短热传导路径。通过纳米级界面调控将芯片热阻降低28.5%，为3D集成芯片的散热难题提供新路径。
或构建金刚石-铜复合材料热沉片，兼具高导热性与良好加工性。通过调节金刚石体积分数实现高热导和可调热膨胀，满足系统散热和组装工艺要求。金刚石/铜复合材料的热导率可达630.3W/m·K，弯曲强度高达283.7MPa，经过100次热冲击循环后热导率仅下降1%。
或将金刚石热沉片与微通道液冷系统集成，构建主动散热方案。通过微通道内冷却液循环，实现超高热流密度的散热能力。该方案可支持AI数据中心单机柜功耗从30kW提升至100kW，GPU必须配备金刚石热沉片。
金刚石热沉片凭借其超高热导率、优异的热膨胀匹配性和电绝缘性，成为光刻机等高功率电子设备散热的最佳解决方案。通过MPCVD技术、零翘曲工艺、微通道结构设计等关键技术突破，金刚石热沉片已实现稳定批量化生产，并在光刻机激光光源、光学系统、晶圆台等关键部件中获得成功应用。随着半导体工艺向更先进节点演进，金刚石热沉片将在光刻机热管理领域发挥越来越重要的作用，为半导体产业的技术进步提供强有力的材料支撑。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
