Pourquoi les refroidisseurs semi-conducteurs modulaires sont-ils rentables pour les usines de fabrication de puces (fabs) ?

Répondre de façon fiable aux besoins thermiques spécifiques des fabs

Contrôle ultra-stable de la température (±0,1 °C) pour la lithographie EUV et les procédés inférieurs à 3 nm

Un procédé de fabrication par lithographie EUV et inférieur à 3 nm exige une stabilité thermique de ±0,1 °C. Le fait de sortir de cette plage peut entraîner une déformation des lentilles, des erreurs de superposition supérieures à 1,5 nm et un taux de rejet de wafers allant jusqu’à 12 %. En conséquence, les groupes frigorifiques destinés à ces procédés modulaires sont devenus indispensables. Les groupes frigorifiques modulaires typiques pour le refroidissement des procédés présentent une variation de régulation de la température du fluide caloporteur de 0,05 °C. Cela permet un haut degré de précision lors du traitement de wafers de 300 mm. Ce niveau de performance est obtenu grâce à l’emploi de plusieurs circuits de refroidissement combinés à une commande PID intelligente (qui s’adapte quasi instantanément aux variations de la charge de travail) afin d’optimiser le débit du fluide caloporteur. Il en résulte des améliorations significatives dans le contrôle des procédés de lithographie et de gravure au niveau submicronique. Des données usines montrent un taux de conformité aux exigences thermiques de 99,8 % après le traitement de 10 000 wafers. Dans un domaine où de faibles améliorations peuvent générer des bénéfices considérables, les économies réalisées s’élèvent à plusieurs millions.

Systèmes de châssis intégrés conçus pour réduire les vibrations et assurer la conformité aux salles propres

Lors de l’exploitation de groupes frigorifiques installés dans des salles propres de classe ISO 1 à 3 conçues selon une pratique centralisée, les exigences non intentionnelles liées aux salles propres augmentent fréquemment les coûts et nuisent à la flexibilité des modules ainsi qu’à l’environnement. Une salle propre trop exigeante en matière de stockage/transit, de fuites dans le réseau de tuyauteries ou d’ajustements absents dans la tuyauterie menant au système de compresseur, etc., pose des problèmes. Un système modulaire a été conçu pour éliminer ces inconvénients : les systèmes assemblés intègrent en effet des détails préjudiciables ou exposent à des risques liés au chauffage, aux systèmes construits sur site, aux vibrations des modules, etc., pour tous les clients. En outre, les systèmes doivent être conformes aux normes relatives aux salles propres / CE pour les opérations et la maintenance (O&M). Les filtres doivent être intégrés au système et entretenus afin que ce dernier respecte les exigences les plus strictes. Arrêt complet de l’unité de salle propre : résidus d’oxygène provenant du fonctionnement antérieur sont encore présents. En outre, la concentration particulaire mensuelle est inférieure à 1 par mètre cube dans chaque salle propre, conformément à la classe EU GMP 1, et ce, pour chaque processus, chaque système de salle propre / installation, chaque salle propre / CE, ainsi que pendant les phases de fonctionnement et d’arrêt des systèmes de salle propre / CE. 40 heures d’indisponibilité, avec résidus d’oxygène dans chaque salle propre, pour chaque système de salle propre / CE, et pour chaque système opérationnel, résidus d’oxygène dans chaque salle propre / CE, conformément à la classe CM 1. 40 heures d’indisponibilité, avec résidus d’oxygène dans chaque salle propre / CE, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, pour chaque salle propre / CE, et pour chaque salle propre / CE. 40 heures d’indisponibilité dues à l’arrêt et à la remise en service des systèmes de salle propre / CE, avec résidus d’oxygène dans chaque salle propre / CE, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, pour chaque salle propre / CE, et pour chaque salle propre / CE, ainsi que pour chaque système opérationnel de salle propre / CE, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre / CE. Un système modulaire permet de réduire les contraintes liées à chaque salle propre / CE, depuis un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre / CE, et dans chaque salle propre / CE, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre / CE. Arrêt complet et retour à un niveau inférieur à 1 par mètre cube : chaque salle propre atteint ce seuil après mise en service, avec une durée totale d’indisponibilité de 40 heures, et une durée d’indisponibilité de 40 heures pour chaque salle propre, avec résidus d’oxygène inférieurs à 1 par mètre cube, et pour chaque système opérationnel, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre, avec une durée d’indisponibilité de 40 heures, pour chaque salle propre / CE, chaque salle propre / CE, chaque salle propre / CE, chaque salle propre / CE, et chaque système opérationnel de salle propre / CE, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre / CE, et dans chaque salle propre. Un système modulaire permet de réduire les contraintes liées à chaque salle propre / CE, depuis un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre / CE, et dans chaque salle propre / CE, à un niveau inférieur à 1 par mètre cube, dans chaque salle propre / CE. Réduction des coûts de possession grâce à une utilisation plus efficace des investissements, des opérations et de la planification.

27 % de TCO inférieur sur 10 ans par rapport aux refroidisseurs montés sur site (référence SEMI S26-0722)

La référence SEMI S26-0722 de 2022 a montré que les refroidisseurs modulaires pour semi-conducteurs présentent un coût total de possession inférieur de 27 % sur une période de 10 ans, comparé aux refroidisseurs construits sur site. Les économies sur les coûts d’investissement s’élèvent à 19 %, car les systèmes modulaires sont assemblés et intégrés sur site, construits conformément aux critères de conception et livrés sur le chantier sous forme de circuit frigorifique complet. Selon la configuration et les niveaux opérationnels de l’usine de fabrication, les refroidisseurs modulaires peuvent permettre des économies d’énergie allant jusqu’à 40 %, grâce à des surfaces d’échange thermique supérieures et à des refroidisseurs à vitesse variable dont les performances (bonnes ou mauvaises) s’ajustent en fonction de la charge de l’installation. Grâce à la détection précoce des pannes assurée par les diagnostics prédictifs et à une usure mécanique réduite, les coûts de maintenance peuvent diminuer de 31 %. Ces données étayent fortement la transition actuellement entreprise par de nombreux fabricants.

Des réductions des coûts de financement et des frais généraux liés à la main-d’œuvre peuvent être attendues grâce à un déploiement plus efficace.

Lorsque les systèmes sur châssis sont testés en usine sur véhicule, ils réduisent de 85 % le temps de soudage et d’étalonnage sur site. Ils permettent également de réduire le délai de déploiement de 6 à 9 semaines par rapport aux 12 à 18 semaines requis avec les anciens systèmes. Selon les données de 2023 de la Fab Owners Association, les économies de temps réalisées sur le soudage et l’étalonnage se traduisent directement par une réduction des coûts d’intérêt d’environ 740 000 $ pour chaque installation de fabrication. En outre, le nouveau système permet d’économiser plus de 300 heures-homme de travail de validation. Le système de commande intégré assure une configuration et un démarrage de la production plus rapides, ce qui accélère globalement la réalisation du projet et réduit les risques de retards liés aux conditions météorologiques, facteurs d’augmentation des coûts du projet.

Les groupes frigorifiques modulaires favorisent le retour sur investissement (ROI) dans les procédés sub-3 nm, soutenant ainsi une croissance de capacité évolutive et financièrement maîtrisée.

Permettre une croissance progressive et pilotée par la demande de la capacité grâce à des groupes frigorifiques modulaires pour semi-conducteurs

Une évolutivité fine (par paliers de 50 à 200 RT) optimise l’utilisation des ressources et évite la surdimensionnement

Les refroidisseurs semi-conducteurs modulaires offrent une grande flexibilité pour atteindre le niveau de refroidissement requis, permettant ainsi une évolution de la capacité de 50 à 200 tonnes frigorifiques. Cela résout le défi posé par les systèmes traditionnels, qui disposent souvent d’une capacité trop importante et d’un nombre insuffisant de refroidisseurs. Lorsque les usines de fabrication de semi-conducteurs (fabs) reçoivent davantage de machines de lithographie ou de gravure, leur taux d’utilisation global des équipements augmente de 15 à 20 % par rapport aux installations équipées d’un seul refroidisseur à forte capacité. En outre, la possibilité d’ajuster progressivement la capacité réduit les coûts d’investissement initiaux d’environ trente pour cent, libérant ainsi davantage de fonds pour la recherche et le développement, au lieu de les immobiliser dans les systèmes de refroidissement. À mesure que les procédés de fabrication passent de petites séries de tests à des productions complètes, ces refroidisseurs s’adaptent en conséquence, sans nécessiter d’investissements supplémentaires liés aux mises à niveau ni générer de capacité de refroidissement excédentaire gaspillée.

Impact réel éprouvé : Études de cas provenant de fabs de pointe

Les fabricants de semi-conducteurs profitent désormais des avantages des groupes frigorifiques modulaires dans leurs installations. Dans une usine avancée de fabrication de circuits logiques, les arrêts imprévus des équipements dus à la chaleur auraient été réduits de 18 %, selon les rapports. Dans une autre usine, une réduction de 22 % des coûts énergétiques a été obtenue en un seul an. Lorsqu’un important fabricant de mémoires a entrepris le passage à la technologie des nœuds de 3 nm, il a préféré procéder à des ajouts incrémentaux de 50 tonnes frigorifiques à chaque fois, plutôt que d’acquérir l’ensemble des tonnes d’un seul coup. Cette décision lui a permis d’économiser 2,7 millions de dollars de coûts supplémentaires liés aux équipements amont. Les groupes frigorifiques modulaires sont favorablement comparés aux systèmes traditionnels construits sur site. Comparés à tous les autres systèmes, les groupes frigorifiques modulaires se distinguent par de meilleures performances, ce qui en fait l’option d’achat privilégiée pour les solutions de refroidissement. Cela est particulièrement vrai pour la lithographie ultraviolette, où la moindre variation du procédé peut avoir un impact significatif sur les rendements cibles.

FAQ

Pourquoi le contrôle de la température est-il nécessaire pour la lithographie EUV et les procédés sub-3 nm ?

Dans le cadre du contrôle de la température, des déformations surviennent dans l’objectif, des erreurs d’alignement (overlay) apparaissent et les taux de rebut augmentent, ce qui nuit tous à la qualité du produit et au rendement.

Comment la conception modulaire des refroidisseurs pour semi-conducteurs permet-elle de réduire la génération de particules dans les salles propres ?

Ces refroidisseurs sont conçus de manière intégrée en usine, avec notamment des filtres HEPA et un joint d’étanchéité usiné afin d’éliminer les fuites, ce qui réduit considérablement la génération de particules — un critère essentiel pour respecter les normes applicables aux salles propres.

Quelles économies de coûts peuvent être attendues avec les refroidisseurs modulaires pour semi-conducteurs ?

Les refroidisseurs modulaires pour semi-conducteurs permettent des économies grâce à un coût d’investissement moindre, un coût d’exploitation réduit, un délai de déploiement plus court et un coût de maintenance inférieur par rapport aux systèmes conventionnels.