Hvordan tilpasser en modulær halvlederkyler sig skiftende krav?

Med et modulært design har køleanlæggene mulighed for at opbygge et lukket kredsløb ved hjælp af separate, uafhængige kompressorenheder til hver kølekring, og er derfor ikke afhængige af én central kompressor. Ved planlagte og uventede nedkørsler af kompressorer kan de tilstødende, nabokredsløb øge deres arbejdsbyrde for at sikre uafbrudt køling. Den unikke konstruktion og det indbyggede system sikrer redundanthed i produktionsprocesserne, og under ekstreme topforhold kan temperaturerne forblive næsten uændrede – kun med en variation på så lidt som 0,5 grad Celsius. Hvert enkelt kredsløb kan styres til at fungere ved så lavt som 15 % af maksimal effekt. Dette resulterer i betydelige besparelser på driftsomkostningerne, da energistyringen justeres i realtid efter den specifikke gennemstrømning uden unødig spild af driftsomkostninger ved at skulle cykle store systemer konstant til og fra.

Med udskiftelige moduler under drift kan vedligeholdelse og udvidelse udføres i rensedøre uden at forstyrre eksisterende processer. Disse moduler forbinder sig med forsyningsmoduler, som leverer strøm, kølevæske og styringsforbindelser og er godkendt til brug i rensedøre af klasse 100. Under vedligeholdelsesvinduer erstatter teknisk personale køleanlæg eller pumpemoduler i eksisterende konstruktioner, ligesom IT-personale gør, når de udskifter serverblades. Adgang via frontpanelet betyder, at teknisk personale ikke længere behøver at komme ind i støvede områder, hvilket reducerer risikoen for krydskontamination. I 2023 offentliggjorde tidsskriftet Semiconductor Engineering en artikel, der detaljeret beskrev flere casestudier. Faciliteter, der implementerede disse moduler, reducerede tiden til udvidelse af deres køleanlæg med 70 % sammenlignet med traditionelle metoder, der anvendte svejsning til rørforbindelser. Alt arbejde blev udført i overensstemmelse med ISO-klasse 5-kravene til luftrensning.

Intelligent belastningsmatchning: Rollen af variabel kapacitetsstyring i automatisering af halvlederprocesser

Køleanlæggets belastningsstyring og cyklusdrift af inverterdrevne kompressorer til litografi- og ætsningsudstyr

Moderne modulære køleanlæg er i stand til at levere en køleeffekt, der er proportionel med det krævede behov på ethvert givet tidspunkt, ved hjælp af mikroprocessorstyrede modulære køleanlæg, der indeholder flere separate kølekredsløb, som kan tændes eller slukkes for at levere køling til specifikke kredsløb. Desuden er de køleenheder (kompressorer), der indgår i disse køleanlæg, ikke blot simple tænd/sluk-enheder; de kan justere deres køleeffekt fra 10 til 100 procent og dermed give en næsten øjeblikkelig respons, når kølebelastningen varierer som følge af varmeafgivelseshastighederne fra lithografiskanners og plasmaætsningsmaskiner, der anvendes i halvlederfremstilling. Kombinationen af disse avancerede funktioner gør det muligt at drive køleanlæggene på en ikke-spildende måde, uden at kompromittere evnen til at regulere kølevæskens temperatur på ethvert tidspunkt inden for ±0,5 °C af den indstillede værdi, selv ved betydelige, hurtige og gentagne ændringer, der opstår under de forskellige procesfaser i halvlederfremstillingsprocessen.

Motorer pr. modul og strømningsregulering til præcis termisk levering

Kølemodulet indeholder disse proportionale motorstyrede ventiler, der justerer kølevæskestrømmen afhængigt af, hvad der sker nedstrøms ved værktøjerne. Dette giver hvert modul mulighed for at levere optimal køling til hvert specifikt procesværktøj og forhindre temperaturspidser forårsaget af ændringer i fremstillingsprogrammet eller når en kammerdør er åben. Systemet anvender lukket feedback-løkke til at justere kølevæskestrømmen i realtid ved hver procesomskiftning. I forhold til ældre faste systemer har vi testet en reduktion på 23 % af den termiske spænding på waferne. Denne reduktion har betydelig indflydelse på halvlederproducenter, der skal arbejde inden for meget snævre tolerancer.

Adaptiv temperaturregulering: TACS optimerer temperaturindstillinger i realtid

TACS integreres med fabriksniveauets MES for temperaturstabilitet på ±0,1 °C ved kritiske eksponeringsfaser

Det termiske automatiserede styresystem, eller TACS, integreres med styresystemet på fremstillingsanlægget og giver operatører mulighed for at justere temperaturstyringsindstillingerne under den præcise eksponeringsfase i processen. Temperaturer, der afviger mere end +0,1 eller -0,1 grad Celsius, kan forårsage drift i dimensionerne af de mekaniske komponenter samt drift i forhold til overlay, hvilket især kan være problematisk ved EUV-litografi. TACS anvender realtidsdata fra de operative værktøjer og styrer samtidig trykkene i de forskellige kamre, resistens kemiske sammensætning og strålingsniveauerne for at forudse og mindske termiske ændringer ved justering af kølevæskens strømning. Systemet køler forsigtigt ned, mens det samtidig reducerer slid på kompressoren, og opretholder den ønskede temperatur for fotochemiske reaktioner, når aktive eksponeringer finder sted.

Ud fra vores erfaringer fra reelle fabriksprocesser forbedrer sådanne lukkede styringssystemer wafer-udbyttet og reducerer energiomkostningerne med 15 til 20 procent, da de kun køler det, der skal køles. Desuden håndterer de tilfældige termiske svingninger i renrumsmiljøet, så batch-til-batch-konsekvensen forbliver stabil gennem hele produktionskørslerne.

Prædiktiv tilpasning: Optimering af modulære halvlederchillere ved hjælp af datadrevne prognoser og lukketstyrede systemer

Belastningsprognose ved brug af kunstig intelligens baseret på historiske værktøjsudsendelsesdata og kammercyklusdata

AI har været i stand til at opnå en gennemsnitlig effektivitet på næsten 94 % ved forudsigelse af varmeopbygning ud fra værktøjsudsendelsesdata og endda 30 minutter før lithografi- og ætsningsværktøjers varmefrigivelsescykler. Dette giver driftsingeniører mulighed for at omplacere køleressourcer, inden temperatursvingninger opstår i kredsløbsmodulerne. Maskinlæringsystemerne kan optimere dataindsamlingen fra driftssensorer for at justere prognoserne for køleressourcer i realtid. Den optimerede køling har reduceret unødigt driftstid for kompressorsystemer med 22 %, samtidig med at temperaturkontrollen er opretholdt inden for +/- 0,1 grad Celsius af indstillingen.

Case-studie: Adaptiv indstilling af referenceværdi i en 300 mm-fabrik reducerede energiforbruget med 18 % uden at påvirke procesudbyttet negativt

Med en årlig besparelse på ca. 3.200 timer kompressordrift har dette lukkede styringssystem reduceret den årlige kompressordrift med 3.200 timer og opretholdt defektdensiteten

Hvorfor er modulær design vigtig i halvlederkølesystemer?

Modulært design giver mulighed for redundantfunktion og betyder, at enkelte kredsløb kan køres ved lavere effektniveauer, hvilket øger energibesparelserne og minimerer forstyrrelser af produktionsprocessen.

Hvordan fungerer termisk automatiseret styresystem (TACS)?

TACS bruger data fra et MES (Manufacturing Execution System) til at forbedre processtemperaturstabiliteten under en proces ved prædiktiv kontrol (realtime-anticipation) af de nødvendige kølejusteringer.

Hvad er indflydelsen af kunstig intelligens (AI) på halvlederkølesystemer?

AI gør prædiktiv kontrol mulig til optimering af køling og minimerer unødigt kompressorkørsel samt forbedrer den operative effektivitet.