EN
Præcisions temperaturregulering til dynamisk halvlederbehandling
Stabilitet på under 0,02 °C ved behandling af avancerede knudepunkter < 5 nm
For at forhindre opståen af fejl i nanoskala kræver avanceret halvlederbehandling under 5 nm en termisk stabilitet på mindre end 0,02 °C. Den ekstreme ultraviolet (EUV) lithografi og atomlagaflejring (ALD) forårsager lokal opvarmning, som – hvis den ikke kontrolleres – får waferne til at bule og fører til fejl samt udbyttetab på over 40 % for de kritiske lag. Halvleder-temperaturkølerne er designet til at løse dette problem ved hjælp af køling i flere trin, sensorer med millikelvin-præcision og mikrokanal-varmevekslere. Dette muliggør ensartet køling over en 300 mm wafer, samtidig med at kølerne kan klare de ekstreme termiske transienter (op til 100 °C/sek.) ved plasmaætsning, når kølere anvendes til at mindske termisk inducerede spændingsrevner.
Prædiktive termiske styringsalgoritmer med realtids sensorfeedback
Afgørende for denne præcise temperaturregulering er målingen af tid med stor nøjagtighed. Dette omfatter indlejrede termopararrays med zonemidler på under 5 mK ved mere end 200 Hz for over 200 målepunkter. Indgangen til styring af det termiske styresystem omfatter også synkroniserede, adaptive styringsrespons på forudsigelser om termiske forstyrrelser for korte tidsperioder i forhold til konventionelle systemer – under 0,5 sekund (500 ms) – baseret på en kombination af historiske procesdata og andre relevante miljøfaktorer samt datastrømme om luftfugtighed og gasflow i proceskammeret. For eksempel køles gasfaseaflejrningskammerne ned til over den eksoterme reaktion, indtil faseovergangen finder sted. De kombinerede algoritmer med indlejret maskinlæring sikrer den energiforbrug, der kræves under processtyringen, med mindst mulig regulering og det mest stabile system med mindst mulig oversvingning samt færre udsving uden for øvre og nedre grænser.
Design af termisk styringssystem til køling af halvlederudstyr
Responsstider på under 5 sekunder med tokanalsvarmevekslere og kompressorer med variabel hastighed
Teknologien med variabel hastighed har gjort det muligt at regulere kølemiddelfluksen i realtid, hvilket eliminerer cyklisk start og stop af kompressorerne og – hvad der er endnu vigtigere – har reduceret temperaturoverskridelse med 70 % under procesovergange. Når denne teknologi kombineres med tokanalsvarmevekslere, der har separate kredsløb for procesvæske og kølemiddel, kan disse køleanlæg opnå en temperaturstabilitet på ±0,1 °C inden for 5 sekunder efter en belastningsændring. Denne hurtige respons på belastningsændringer er afgørende for højhastighedsprocessorer, der er følsomme over for termisk træghed, såsom ætsnings- og ALD-reaktorer, som ellers kan forårsage bøjet vækst og forvrængte mønstre på waferne. Designet forhindrer også krydskontaminering, samtidig med at det sikrer en varmeoverførselsydelse på > 99,9 % over hele det fulde driftsområde: −80 °C til 200 °C.
Redundante og modulære køleanlægskonfigurationer til sikkerhed mod lasttransienter
N+1-kompressorsystemerne kombineret med en dobbeltløkke-cirkulationsdesign sikrer fejlsikker termisk kontinuitet under strømsvingninger eller procesanomalier. Modulære dobbeltløkkesystemer yder bedre end traditionelle enkeltløkkesystemer, som kan tage over 30 sekunder at genoprette sig og tillader en afvigelse på ±2 °C. Vores modulære dobbeltløkkesystemer opnår responstider på under 5 sekunder med en temperaturafvigelse på ≤±0,15 °C, hvilket begrænser indflydelsen på udbyttet til under 1 %. Designet gør det muligt at udføre vedligeholdelse på kompressormodulerne uden at afbryde processen. Feltdata fra Rapid Thermal Processing (RTP)-faciliteter viser en reduktion i tilfælde af termisk løberi på 92 %.
Adaptiv kontrolalgoritme til modvirking af omgivelses- og procesvariation
Køleanlæg til proceskøling i halvlederfabrikker skal opretholde en præcision på nanometerniveau, mens omgivelsestemperaturen varierer og produktionsbelastningen kontinuerligt ændres. Adaptiv kontrolalgoritme gør det muligt at kombinere konstruktion og softwarebaseret kontrol for at opretholde konsekvens inden for den naturlige variation i temperaturreguleringsprocessen.
Optimering af referenceværdier baseret på live termiske data
Scannende termisk adaptiv kontrolsystem (TACS) bruger live-data til at justere referenceværdier samt luftfugtighed (±15 % RH), lufttemperatur og variationer i procesvarmelast (UV-, ætsnings- og aflejringssystemer). TACS indeholder prædiktiv termisk modellering og kan justere responsiv termisk afvigelse med 92 % i forhold til systemer, der kører med faste, ujusterbare indstillinger. TACS’ prædiktive oversvingrespons ved overgang og ved opretholdelse af selvjustering inden for den krævede temperaturstabilitet (0,02 %) bidrager til fejlratepræstationen og stabiliteten i enhedsudbyttet (under 5 nm-niveau).
Fejltolerance over forstyrrelser i strømforsyningen: Under potentielle strømforstyrrelser
Konsekvente kølingssystemer og indlejrede faseskiftematerialer sikrer den nødvendige termiske inertitet, så systemet kan opretholde en maksimal varmeligevægt i 8–12 sekunder efter strømudfald og afbrydelse af kølevæskestrømmen. Dette er afgørende for at sikre, at fotolitografiske resistlag forbliver fri for for tidlig krystallisation, og at siliciumsubstrater forbliver fri for mikrorevner under den påkrævede aktivering af reserve-systemerne. Ved fremstilling i områder med ustabil elnet (ikke-reaktive net), hvor spændningsfald udgør 37 % af tilfældene af termisk runaway i halvledere, er køleanlæggets og systemets termiske inertitet nødvendig for at sikre uafbrudt produktion med høj udbytte.
Ofte stillede spørgsmål
Hvilken temperaturstabilitet kræves der for processer relateret til fremstilling af halvledere ved sub-5 nm-node?
For processer ved fremstilling af halvledere på under-5 nm-noder er en termisk stabilitet inden for området ±0,02 °C afgørende for at eliminere nanoskala-fejl.
Hvordan påvirker termiske transiente tilstande køleanlæg til waferfremstilling i halvlederindustrien?
Flertreds køling, millikelvin-sensorer og mikrokanal-varmevekslere anvendes i halvlederindustrien til waferfremstilling for at sikre ensartet afkøling og eliminere transiente tilstande under fremstillingen.
Hvilken betydning har realtidsdetektering for den termiske styring af halvlederprocesser?
Realtidsdetektering har stor betydning, da indbyggede sensorer med termopar-arrays overvåger differentielle termiske profiler, hvilket er afgørende for adaptive styresystemer til at forudsige ændringer i termisk belastning og justere styresvarkurverne.
På hvilke måder kan adaptiv hardwaredesign understøttes ved integration af kompressorer med variabel hastighed?
Variabelhastighedskompressorer har evnen til at modulere kølemiddelfloden i realtid, hvilket resulterer i en reduktion på 70 % af temperaturoverskridelse under overgange – en afgørende faktor ved fremstilling af halvledere.
Hvilke funktioner i en halvlederkøler understøtter stabilitet i tilfælde af strøm- eller kølevæskeafbrydelse?
Kombinationen af redundante kølekredsløb og indlejrede fasematerialer giver termisk træghed under forstyrrelser og opretholder stabile forhold længe nok til, at batteristrømmen kan aktiveres.