Zašto su rashladni rashladni uređaji za poluprovodnike neophodni u proizvodnim pogonima?

Subtilitete toplotne stabilnosti za fotolitografiju ispod 7nm i EUV uređaje.

Za izgradnju struktura poluprovodnika manjih od 7 nm, potrebno je moći kontrolirati i upravljati nivoom varjabilnosti toplote koji je gotovo nedostižan. Ekstremno ultraljubičasta litografija (EUV) mora raditi na temperaturi stabilnoj do ± 0,01°C. To je ekvivalentno stabilizaciji temperature celog bazena na nivou od ± 0,0005°C. Na ekstremno malim dimenzijama, temperaturne varijacije dovode do termološkog širenja i Takvi izazovi se susreću i sa litografijom. Samo 0,1°C temperatura vodi do fluidnih promena u indeksu lomljivosti. Štaviše, dovodi do stanja nesmotrenosti uzoraka. To je neprestana i, zapravo, najznačajnija činjenica koju treba uzeti u obzir u vezi sa novim EUV modulima snage koji imaju gustoću snage veću od 500kW/m2. Ako toplota nije stabilna do visokog stepena preciznosti, primarni cilj proizvodnje u nanometarskom obimu biće dostižna, ali i defektna, elektronska komponenta.

Tehnološki uticaji toplotnog pomicanja izazvanih hladnjakom na preciznost preklapanja u proizvodnji poluprovodnika

Hladni sistemi u proizvodnji poluprovodnika imaju jedinstveni učinak na preciznost preklapanja, preciznost kojom su višestruki slojevi silicija poravnani. Temperatura ovih hladnjaka utiče na pločice na način da svaki toplinski indukovani stepen hladnjaka uzrokuje širenje silicijumskih pločica brzinom do 2,6 μm/m. Na prečnicima od 300 mm, širenje može dovesti do 3 nm neuskladenih pločica. Napredni 5 nm proces proizvodnje čipova može tolerirati samo 1,7 nm slojeva bez poravnanja. Takođe je važno istaknuti uticaj koji toplotne derive imaju na litografiju opreme. Odmak, kako to kažu inženjeri, imaju uzrokovnu ulogu na "mehanički kretanje" upotrebe litografske opreme, uzrokujući da i dalje hipotetski male netočnosti pozicioniranja opreme budu sve veće od upotrebe.

Kada se neispravnost slojeva dogodi, mogu se stvoriti ozbiljni problemi kao što su kratki spoj ili praznine u vezi. Takvi nedostaci dovode do gubitka proizvođača od oko 740.000 dolara svaki sat (Ponemon institut, 2023.). Napredni moderni hladnjači imaju pametno upravljanje opterećenjem i mogu održavati stabilnost temperature do +/- 0,005 stepeni Celzijusa. Ovo omogućava proizvodnju poluprovodnika sa kritičnom tačnošću od +/- 0,15 nm potrebnom za postizanje dobrih prinosa.

Standardi za čiste prostorije i čistoću tečnosti u poluprovodnicima

Integritet putanja tečnosti i kontrola čestica

Hladnjači koji se koriste u sistemima hlađenja za postrojenja za proizvodnju poluprovodnika moraju biti u skladu sa standardima ISO klase 1-4 kako ne bi bila ugrožena ekstremna ultraljubičasta litografija (EUV) i druge faze proizvodnje. Svaki zagađivač u zraku veći od 0,1 mikrona bi bio problematičan za ciljanje na ultra male pod-5 nanometarske oblike. Moderni hladnjači imaju potpuno zatvorene puteve hladnog sredstva i koriste konstrukciju od nehrđajućeg čelika visoke klase sličnu konstrukciji hirurških instrumenata kako bi se smanjila kontaminacija. Ovi hladnjači koriste napredne filtere molekularne kontaminacije kao i HEPA filtere kako bi se osiguralo da se pozitivan diferencijalni pritisak i kontaminanti u zraku održavaju na manje od 1 po kubnom metru na 0,1 mikrona. Ove ekstremne mere osiguravaju da ASML litografije ne budu pogođene zagađivačima koji bi narušili optiku litografije. Stopa defekta u obrucima je kontrolisana na ispod 0,01 po kvadratnom centimetru. Ove mašine koštaju preko dva miliona dolara i vrlo su osetljive na optičko odlaganje.

Izbor materijala otpornih na koroziju i usklađenost sa deonizovanom vodom (≥ 18,2 MΩ·cm)

Proizvodnja poluprovodničkih hladnjača mora da obezbedi sisteme ultračiste vode (UPW) sa svim tačkama toplotnog prenosa otpornosti > 18,2 MΩ·cm (tj. > 99,999999% ionskih kontaminanta). Standardni industrijski hladnjači ne rade ovdje zbog galvanske korozije bakro-nikl legura koje oslobađaju metale u kružnice rashladne tečnosti. Kao rezultat toga, rešenja nove generacije su dizajnirana sa:

- Elektropolirani 316L/904L fluidni krugovi od nehrđajućeg čelika.
- Pasivni slojevi koji ne ispuštaju željezni oksid.
- Ne-metalni (Kalrez® FFKM) testere koji izdržavaju toplotni ciklus.

Ovaj dizajn sprečava pad otpora na < 18,0 MΩ·cm koji uzrokuju defekt u oblaku od 740k $ / incident (SEMI Benchmark Report, Drivers of Yield Loss in Advanced Node Fabrication, 2023). U poređenju sa farmaceutskim sistemima, poluprovodnički hladnjači moraju takođe tolerirati prodiranje hemijskih materija, kao što je HF, kroz interfejs opreme.

Povećanje životne dužine opreme i poboljšanje prinosa pomoću pouzdanih poluprovodničkih Fab hladnjaka

Procenjivanje gubitka prinosa: ± 0,3°C Greška i njena povezanost sa nedostatcima (SEMI F47)

Postoji mnogo razloga, kao što je koncentracija defekta, za održavanje poluprovodnika na konstantnoj temperaturi. Defekti su ubica i, prema strategiji upravljanja defektima u poluprovodničkoj industriji, SEMI F47 (nacrta), eliminacija defekata je snažan motivator. Ako fabrika ne ispunjava standarde SEMI F47, proizvedeće 1,5-3% manje čipova na 100 oblaka zbog fatalnih defekata. Sav taj otpad silicija je veliki finansijski gubitak za fabriku, ali stvarni trošak fluktuacije toplotnih uslova je habanje opreme i povezano povećanje troškova održavanja. Oprema, kao što su laseri ekstremne ultraljubičaste (EUV) svetlosti i komore za građenje, posebno su osetljive na toplotne cikluse i skloni su fenomenu koji se zove toplotna umor, što dovodi do povećanja troškova održavanja i vremena zastoja za 18%.

Zbog toga su savremene fabrike troše novac na sisteme za hlađenje koji mogu održavati temperaturu u rasponu od plus ili minus 0,05 stepeni Celzijusa. Takva preciznost sprečava kvarove, štiti opremu vrijednu milione dolara i osigurava dosljednu proizvodnju koju menadžeri fabrika trebaju da bi imali dobar profit.

Prerađivanje i prilagođavanje industrijskih hladnjaka za dinamičko opterećenje procesa

Pri hlađenju postrojenja za proizvodnju poluprovodnika, toplotni zahtjevi su različiti. Hladno hlađenje mora biti prave veličine, prilagođeno, ili će se pojaviti sve vrste problema. Veliki hladnjači će se previše uključivati i isključivati i vremenom će trošiti energiju i izgorjeti komponente koje se previše često uključuju i zaustavljaju. Mali ne mogu da održe kritičan opseg od +/- 0,3 stepeni kada se potražnja poveća. To uzrokuje fluktuacije u proizvodnji kritičnih čipova, a kao što znamo, temperatura je glavni kvalitetni faktor. Da bi se borila protiv toga, prilagođeni sistemi i pametna PID tehnologija kontrole prilagođavaju nivo hlađenja kako se uslovi mijenjaju. Povezujući pametne PID kontrole sa posebnim materijalima za promjenu faze kao amortizatori toplotnih udaraca, inženjeri imaju pravu kombinaciju za minimiziranje mana i uštedu energije. Kupci imaju uštedu od 25 do 30 posto, u poređenju sa standardnim hladnjačima fiksnog kapaciteta.

FAQs  

Zašto je toplotna stabilnost od vitalnog značaja u proizvodnji poluprovodnika?

Temperaturska stabilnost je od suštinskog značaja u proizvodnji poluprovodnika jer temperaturne varijacije mogu dovesti do neprekisnog procesa proizvodnje poluprovodnika, što rezultira defektnim i loše funkcionalnim komponentama.

Šta je posljedica toplotnog pomicanja koje uzrokuju hladnjači?

Toplotni drift koji uzrokuju hladnjači može dovesti do nepravilnog poravnanja silikonskih slojeva. To zauzvrat može dovesti do kvarova u silicijumu i povećanja troškova proizvodnje zbog kašnjenja u proizvodnji.

Na koji način moderni hladnjači pomažu da se dostignu standardi čistoće čistih soba i tečnosti?

Moderni hladnjači pomažu da se postignu standardi čiste sobe upotrebom zapečaćenih putanja hladnjaka i anti-korozivnih materijala koji ne dopuštaju kontaminaciju, čuvajući integritet čipova.