Как модуларният полупроводников хладилник се адаптира към променящите се изисквания?

Благодарение на модулния си дизайн, охладителните агрегати имат възможността да създадат затворена система чрез използване на отделни, независими компресорни блокове за всяка охладителна верига и по този начин не разчитат на един централен компресор. При контролирани и неконтролирани спирания на компресори съседните вериги могат да увеличат своята товароносимост, за да осигурят непрекъснато охлаждане. Уникалният дизайн и вградената система осигуряват резервност за производствените процеси, а при екстремни пикови условия температурите остават практически непроменени – промяната е само около 0,5 °C. Всяка отделна верига може да се управлява така, че да работи при максимална мощност от 15 %. Това води до значително намаляване на експлоатационните разходи, тъй като регулирането на енергията се извършва в реално време, за да съответства точно на конкретния обем преработка, без загуби от експлоатационни разходи, причинени от необходимостта постоянно да се включват и изключват големи системи.

Благодарение на модулите с възможност за гореща подмяна, поддръжката и разширяването могат да се извършват в чисти стаи, без да се нарушават съществуващите процеси. Тези модули се свързват с утилитарни модули, които осигуряват електрозахранване, охлаждащи течности и контролни връзки и са сертифицирани за чисти стаи от клас 100. По време на прозорците за поддръжка техническият персонал заменя единици за охлаждане или помпени модули в съществуващите конструкции, по начин, аналогичен на този, по който ИТ персоналът заменя сървърни ламели. Достъпът през предната панел означава, че техническият персонал вече няма нужда да влиза в прашни зони, което намалява риска от кръстосана контаминация. През 2023 г. списание Semiconductor Engineering публикува статия, в която са подробно описани няколко практически случая. Обектите, в които бяха внедрени тези модули, намалиха времето, необходимо за разширяване на своите охладителни системи, с 70 % спрямо традиционните методи, при които за свързване на тръбите се използва заваряване. Цялата работа беше извършена, като се запази пълното съответствие със стандартите за чистота на въздуха ISO клас 5.

Интелигентно съответствие на натоварването: Ролята на управлението с променлива мощност в автоматизацията на полупроводниковите процеси

Ступенчесто управление на натоварването на чилъри и циклично включване/изключване на инверторни компресори за литографски и травиращи системи

Съвременните модулни чилъри са способни да осигуряват охладителна мощност, пропорционална на текущата необходимост във всеки момент, чрез използване на микропроцесорно управляеми модулни чилъри, които включват множество отделни рефрижерационни контура, които могат да се включват и изключват за осигуряване на охлаждане на конкретни контури. Освен това охладителните блокове (компресори), вградени в тези чилъри, не са просто елементарни устройства с функция „включено/изключено“; те могат да регулират охладителната си мощност в диапазона от 10 до 100 %, като по този начин осигуряват почти незабавен отклик при промени в охладителната натовареност, предизвикани от скоростта на отделяне на топлина от скенерите за литография и плазмените етч машини, използвани в производството на полупроводникови устройства. Комбинацията от тези напреднали функции позволява чилърите да се експлоатират по икономичен начин, без да се компрометира възможността за контрол на температурата на охладителната течност в рамките на ±0,5 °C около зададената стойност, дори при значителни, бързи и повтарящи се промени, които възникват по време на различните технологични стъпки в процеса на производство на полупроводникови устройства.

Двигатели по модул и модулиране на потока за точна термична подаване

Хладилните модули включват тези пропорционални моторизирани клапани, които регулират потока на охлаждащата течност в зависимост от това, което се случва надолу по веригата с инструментите. Това позволява на всеки модул да осигурява оптимално охлаждане за всеки конкретен технологичен инструмент и да предотвратява температурни върхове поради промени в технологичната рецепта или при отворена врата на камерата. Системата използва обратна връзка в затворен контур, за да регулира потока на охлаждащата течност в реално време при всяка смяна на процеса. В сравнение с по-старите фиксирани системи сме тествали намаляване с 23 % на термичното напрежение върху пластините. Това намаляване има значително влияние за производителите на полупроводникови устройства, които трябва да работят в рамките на тесни допуски.

Адаптивна температурна регулация: TACS оптимизира температурните зададени стойности в реално време

TACS се интегрира с MES на ниво фабрика за постигане на температурна стабилност от ±0,1 °C при критичните експозиционни стъпки

Термичната автоматизирана система за управление (TACS) се интегрира с управляващата система в производственото предприятие, което позволява на операторите да променят зададените температурни стойности по време на точния етап на експозиция в процеса. Температури, които надхвърлят +0,1 или -0,1 °C, могат да предизвикат дрейф в размерите на механичните компоненти, както и дрейф по отношение на оверлея, което може да се окаже особено проблемно при EUV литография. TACS използва данни в реално време от работещите инструменти, като едновременно управлява налягането в различните камери, химичния състав на резиста и нивата на радиация, за да предвиди и компенсира термичните промени чрез регулиране на потока на хладилната течност. Системата осъществява консервативно охлаждане, намалявайки износването на компресора, и поддържа желаната температура за фотохимичните реакции по време на активни експозиции.

Въз основа на нашия опит от реални заводски процеси такива системи за затворен контур подобряват добива на пластини и намаляват енергийните разходи с 15 до 20 процента, тъй като охлаждат само това, което наистина се нуждае от охлаждане. Освен това те управляват случайни термични колебания в чистата среда, така че последователността между отделните партиди остава стабилна по време на целия производствен цикъл.

Прогностична адаптация: Оптимизиране на производителността на модулни полупроводникови охладители чрез прогнози, базирани на данни, и управление по затворен контур

Прогнозиране на натоварването чрез изкуствен интелект, базирано на исторически данни за диспечериране на инструменти и данни за цикъла на камерите

Изкуственият интелект е успял да постигне средна ефективност от почти 94% при прогнозиране на топлинното натрупване въз основа на данни за изпращането на инструментите и дори 30 минути преди активирането на циклите на топлинно натоварване за литография и травиране. Това позволява на операционните инженери да пренасочват охладителните ресурси преди да настъпят температурни колебания в модулите на веригата. Системите за машинно обучение могат да оптимизират събирането на данни от работещите сензори, за да коригират прогнозите за охладителните ресурси в реално време. Оптимизираното охлаждане намали ненужното работно време на компресорните системи с 22%, като поддържа температурния контрол в рамките на ±0,1 °C спрямо зададената стойност.

Случайно проучване: Адаптивна настройка на зададената стойност в производствена линия за 300 мм намали енергийната употреба с 18%, без да се компрометира добивът от процеса

При приблизителна годишна спестявана мощност от 3200 часа работа на компресора тази затворена система намали годишното работно време на компресора с 3200 часа и запази плътността на дефектите

Защо модулният дизайн е важен за охладителните системи в полупроводниковата индустрия?

Модуларният дизайн позволява резервно функциониране и означава, че отделните вериги могат да работят при по-ниски нива на мощност, което увеличава спестяването на енергия и минимизира прекъсванията в производствения процес.

Как функционира системата за термична автоматизация и управление (TACS)?

TACS използва данни от MES (система за изпълнение на производството), за да подобри стабилността на температурата по време на процеса чрез предиктивно управление (реалновременно предвиждане) на необходимите корекции в охлаждането.

Какъв е ефектът от използването на изкуствен интелект в системите за охлаждане на полупроводникови устройства?

Изкуственият интелект осигурява предиктивно управление за оптимизиране на охлаждането, минимизира ненужното циклиране на компресорите и подобрява експлоатационната ефективност.