EN
Точно температурно регулиране за динамична полупроводникова обработка
Стабилност под 0,02 °C при обработката на напреднали възли < 5 nm
За предотвратяване на дефекти в наномащаба напредналата полупроводникова обработка под 5 nm изисква термична стабилност по-малка от 0,02 °C. Екстремната ултравиолетова (EUV) литография и процесът на атомно-слоева депозиция (ALD) предизвикват локализирано нагряване, което – ако не се контролира – води до деформация на пластините и възникване на дефекти, както и до загуба на добив над 40 % за критичните слоеве. Полупроводниковите температурни чилъри са проектирани специално за решаване на този проблем чрез многостепенна рефрижерация, сензори с точност в миликелвинов диапазон и микроканални топлообменници. Това осигурява равномерно охлаждане по цялата повърхност на 300 mm пластина, като едновременно издържа екстремните термични преходи (до 100 °C/сек) при плазмено травиране, когато чилърите се използват за намаляване на термично индуцираните напрежения и фрактури.
Прогностични алгоритми за термичен контрол с обратна връзка в реално време от сензори
Ключово за този прецизен термичен контрол е измерването на времето с голяма точност. Това включва вградени термопилни масиви със зонни средни стойности по-малки от 5 мК при честота над 200 Hz за повече от 200 точки на измерване. Входните данни за управление на термичната система също включват синхронизирани адаптивни управляващи отговори на прогнозираните термични смущения за кратки интервали от време — по-кратки от 0,5 секунди (500 ms) спрямо конвенционалните системи — въз основа на комбинация от исторически данни за процеса и други свързани екологични фактори, както и потокови данни за влажност и газов поток в процесната камера. Например, камерите за депозиция в газова фаза се охлаждат до температура над тази на екзотермичната реакция, докато не настъпи фазовото превръщане. Комбинираните алгоритми на вградено машинно обучение осигуряват минималното енергийно потребление, необходимо по време на процесното управление, най-малкото управляващо въздействие и най-стабилната система с минимално допринасяне към надвишаване (overshoot) и по-малко отклонения от горните и долните гранични стойности.
Проектиране на система за термично управление в охлаждането на полупроводникови устройства
Време на отговор по-малко от 5 секунди с двуканални топлообменници и компресори с променлива скорост
Технологията с променлива скорост позволява модулиране на потока на хладилния агент в реално време, което елиминира цикличното включване и изключване на компресорите и, най-важното, намалява температурното надвишение с 70 % по време на технологични преходи. Когато се комбинират с двуканални топлообменници, които имат отделни контури за технологична течност и хладилен агент, тези чилъри могат да постигнат стабилност на температурата ±0,1 °C в рамките на 5 секунди след промяна на натоварването. Бързината на отговор при промяна на натоварването е критична за процесори с висока скорост и чувствителни към топлинна инерция, като например реактори за травиране и атомно-слоево отлагане (ALD), които могат да деформират пластините и да разместват шаблоните. Конструкцията също предотвратява кръстосаното замърсяване и осигурява ефективност на топлопреминаването > 99,9 % в целия работен диапазон: от –80 °C до 200 °C.
Резервни и модулни конфигурации на охладителни системи за устойчивост към преходни товарни промени
Системите с N+1 компресори в комбинация с дизайн на двойна циркулационна верига осигуряват гарантирана топлинна непрекъснатост по време на колебания в електрозахранването или технологични аномалии. Модулните системи с двойна верига надминават традиционните системи с една верига, които изискват повече от 30 секунди за възстановяване и допускат отклонение от ±2 °C. Нашите модулни системи с двойна верига постигат време на реакция под 5 секунди и температурно отклонение ≤±0,15 °C, като така влиянието върху добива остава под 1 %. Конструкцията позволява поддръжка на компресорните модули без прекъсване на технологичния процес. Полеви данни от инсталации за бързо термично обработване (RTP) показват намаляване на инцидентите с термичен разгон с 92 %.
Адаптивни алгоритми за управление за компенсиране на променливостта на околната среда и технологичния процес
Хладилните агрегати за процесно охлаждане в полупроводникови фабрики трябва да осигуряват отговор на нанометрово ниво при променящи се външни температурни условия и непрекъснато променящи се производствени натоварвания. Адаптивните алгоритми за управление позволяват комбиниране на конструктивни и софтуерни решения за управление, за да се поддържа стабилност в рамките на естествената вариабилност на процеса за термичен контрол.
Оптимизация на зададените стойности, базирана на реални термични данни
Сканиращите адаптивни термични системи за управление (TACS) използват реални данни за коригиране на зададените стойности и влажност (±15 % относителна влажност), въздушна температура и вариабилност на топлинното производствено натоварване (различия, свързани с ултравиолетово облъчване, травиране и напръскване). TACS разполага с предиктивно термично моделиране и може да коригира реактивните термични отклонения с 92 % спрямо системи, работещи по принципа „блокиране и фиксиране“. Предиктивният отговор на TACS при преходи и поддържане на самоадаптираща се работа в рамките на зададената (0,02 %) температурна стабилност допринася за подобряване на показателите за дефекти и стабилността на добива на устройства (на ниво под 5 нм).
Устойчивост към режими на повреда при прекъсване на захранването: по време на потенциално прекъсване на захранването
Постоянните охладителни контури и вградените материали с променливо фазово състояние осигуряват необходимата топлинна инерция, за да се поддържа, след загуба на електрозахранване и прекъсване на циркулацията на хладилната течност, максимум 8–12 секунди продължително топлинно равновесие в системата. Това е от съществено значение, за да се гарантира, че слоевете фоточувствителен полимер остават свободни от предварителна кристализация, и че кремниевите подложки остават свободни от микротрещини по време на задължителното включване на резервните системи. При производството в райони с нестабилна електрическа мрежа (неадаптивна мрежа), където провалите в напрежението причиняват 37 % от случаите на топлинен разгром в полупроводниковите устройства, използването на чилъри и топлинната инерция на системата са необходими, за да се осигури непрекъснато производство с висок процент добив.
Често задавани въпроси
Каква температурна стабилност се изисква за процесите, свързани с производството на полупроводници при възли под 5 нм?
За процесите, свързани с производството на полупроводници на възли под 5 нм, термичната стабилност в диапазона ±0,02 °C е от съществено значение, за да се елиминират дефектите в наномащаб.
Какви са термичните преходни процеси по време на охлаждането на пластини (уейфъри) чрез охладителни системи в полупроводниковата промишленост?
В полупроводниковата промишленост за охлаждане на пластини (уейфъри) се използват многостепенни рефрижерационни системи, сензори с миликелвинова точност и топлообменници с микроканали, за да се осигури равномерно охлаждане и елиминиране на преходни процеси по време на производството.
Какво значение има реалновременното усещане (сензиране) за термичното управление на полупроводниковите процеси?
Реалновременното усещане има изключително голямо значение, тъй като вградените сензори с термопилни масиви следят диференциалните термични профили, което е от решаващо значение за адаптивните контролни системи при прогнозиране на промените в термичната натовареност и коригиране на кривите на контролния отговор.
По какъв начин интегрирането на компресори с променлива скорост може да подпомогне адаптивния хардуерен дизайн?
Компресорите с променлива скорост имат възможността да модулират потока на хладилния агент в реално време, което води до намаляване с 70 % на температурното надвишение по време на преходи — ключов фактор при производството на полупроводници.
Какви характеристики на охладител за полупроводници осигуряват стабилност при прекъсване на електрозахранването или на охлаждащата течност?
Комбинацията от резервни охладителни контури и вградени материали с фазов преход осигурява термична инерция по време на нарушения и поддържа стабилни условия достатъчно дълго, за да се активира захранването от батерии.