अर्धचालक प्रक्रिया चिलर सटीक तापमान नियंत्रण को कैसे बनाए रखता है?

उत्पादन में सुधार करने, सुसंगत उत्पादकता सुनिश्चित करने और प्रतिस्पर्धी बाजार में निर्माण संयंत्रों को लाभदायक बनाए रखने के लिए तापमान का नियंत्रण आवश्यक है।

अर्धचालक प्रक्रिया शीतलक की प्रमुख इंजीनियरिंग अवधारणाएँ

वास्तविक समय में भार समायोजन के साथ बंद परिपथ तापमान प्रबंधन

अर्धचालक उद्योग में प्रक्रिया चिलर्स दबाव और तापमान सेंसरों का उपयोग करके कूलेंट प्रवाह को वास्तविक समय में समायोजित करने वाली बंद लूप थर्मल प्रबंधन प्रणाली का उपयोग करके लगभग ±0.1°C की तापमान स्थिरता बनाए रखते हैं। वे उन्नत आनुपातिक-समाकलन-अवकल (PID) नियंत्रकों का उपयोग करते हैं, जो तापीय भार में परिवर्तनों के प्रति गतिशील रूप से प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, एटिंग प्रक्रियाओं के दौरान, कुछ नियंत्रक वेफर्स को क्षतिग्रस्त होने से बचाने के लिए कंप्रेसर की गति और पंप की प्रवाह दर को समायोजित करते हैं। सेमीकंडक्टर इंजीनियरिंग द्वारा 2023 के एक लेख में शोध दिखाता है कि यदि तापीय विचरण को अनियंत्रित छोड़ दिया जाता है, तो दोष दरें 18% तक बढ़ जाती हैं। आने वाले समय में, उच्च तापमान प्रक्रियाओं में भार परिवर्तनों की पूर्वानुमान लगाने के लिए भविष्यवाणी आधारित एल्गोरिदम नियंत्रित स्थायी अवस्था के साथ सुसंगत प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण होंगे।

चुंबकीय बेयरिंग कंप्रेसर और कैस्केड शीतलन

तापमान सीमा में असाधारण सटीकता और नियंत्रण प्राप्त करना, जो 0.1°C से कम हो, केवल दो-चरणीय कैस्केड शीतलन का उपयोग करके उन्नत शीतलन इंजीनियरिंग के माध्यम से संभव है। 0.1°C तक और यहाँ तक कि < 0.1°C की सटीकता को प्राप्त करने के लिए पहले चरण के शीतलक लूप का विकास किया जाता है, जो पहले चरण के शीतलन या शीतलन से दूसरे लूप तक कैस्केड करते हैं। इसके अतिरिक्त, कैस्केड शीतलन प्रणालियों में तेल-मुक्त चुंबकीय बेयरिंग कंप्रेसरों का उपयोग किया जाता है। प्रणाली में तेल की अनुपस्थिति का अर्थ है कम घर्षण, कम घिसावट और कम प्रणाली दूषण। इसके अतिरिक्त, चुंबकीय बेयरिंग आधारित कंप्रेसर ऑपरेशनल गति में 0.1 % के छोटे-छोटे समायोजन कर सकते हैं। इस संचालन स्थिरता का परिणाम संचालन स्थिरता के कई गुना तक बढ़ जाना है। इसका अर्थ है कि शीतलन प्रणाली कुल प्रणाली क्षमता के 10 % के भीतर संचालित रह सकती है और फिर भी ± 0.05 °C की तापमान स्थिरता बनाए रखने में सक्षम हो सकती है। यह प्रकार की संचालन स्थिरता और सटीकता EUV लिथोग्राफी के तापमान नियंत्रण और स्थिरता में आवश्यक है, जहाँ सबसे छोटे भिन्नात्मक तापीय विचरण भी लिथोग्राफी पैटर्न को समाप्त कर सकते हैं और नष्ट कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, चुंबकीय बेयरिंग प्रणालियाँ पिछली प्रौद्योगिकी के कंप्रेसरों की तुलना में 35 % से अधिक ऊर्जा कुशल हैं (ASHRAE, 2023)

स्मार्ट एकीकरण: सेमीकंडक्टर प्रोसेस चिलर का मुख्य उपकरणों के साथ एकीकरण कैसे किया जाता है

EUV लिथोग्राफी, CMP और ALD प्रणालियों के साथ कनेक्शन

सेमीकंडक्टर निर्माताओं के प्रक्रिया चिलर एक स्थिर तापमान ±0.05°C बनाए रखते हैं, जो अति पराबैंगनी (एक्सट्रीम अल्ट्रावायलेट) लिथोग्राफी के दौरान प्रक्रिया उपकरण नियंत्रण प्रणालियों से सीधे जुड़े होने की स्थिति में ऑप्टिकल घटकों के तापीय विस्थापन के कारण होने वाली संरेखण त्रुटियों को रोकने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग (सीएमपी) के लिए, ये चिलर सदैव अपनी शीतलन क्षमता को समायोजित करते रहते हैं ताकि सहक्रिया और घर्षण से उत्पन्न ऊष्मा भार के प्रति प्रतिक्रिया दी जा सके, जो प्रति वर्ग मीटर 10 किलोवाट से अधिक हो सकता है। परमाणु परत निक्षेपण (एएलडी) के लिए, चिलर पूर्ववर्ती (प्रीकर्सर) अभिक्रिया की परिस्थितियों के तापमान नियंत्रण के अनुसार समायोजित होते हैं। पिछले वर्ष, सेमीकंडक्टर इंजीनियरिंग ने रिपोर्ट की कि इस प्रकार के सहयोग ने 3 नैनोमीटर नोड पर वेफर दोषों में 18% की कमी का परिणाम दिया। प्रक्रिया उपकरण नियंत्रण प्रणालियाँ चिलर के साथ वास्तविक समय में संचार करती हैं, जिससे सुनिश्चित होता है कि तीनों प्रणालियाँ समान संचार प्रोटोकॉल—SECS/GEM और Modbus TCP—का उपयोग करते हुए एक साथ संचालित होती हैं।

उच्च-प्रवाह, कम-डेल्टा-टी (ΔT) समस्या का समाधान करते हुए दक्षता प्राप्त करना

2°F या उससे कम के संचालन तापमान अंतर (ΔT) के साथ, अर्धचालक निर्माण सुविधाओं को 150 GPM से अधिक कूलेंट प्रवाह की आवश्यकता होती है। ये आवश्यकताएँ एक साथ मिलकर पारंपरिक प्रणालियों के लिए चुनौतीपूर्ण हैं। अर्धचालक प्रक्रिया चिलर इस चुनौती को निम्नलिखित का उपयोग करके दूर करते हैं:

- परिवर्तनशील गति के पंप जो 200 GPM तक के कूलेंट प्रवाह दर के साथ लैमिनर प्रवाह को प्राप्त करते हैं और बनाए रखते हैं।

- माइक्रोचैनल हीट एक्सचेंजर जो पारंपरिक हीट एक्सचेंजरों की तुलना में दोगुनी ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता प्राप्त करते हैं और बनाए रखते हैं।

- भविष्यवाणी करने वाले एल्गोरिदम जो तीव्रता से बदलती प्रक्रियाओं के कारण ऊष्मीय भार में परिवर्तनों की पहचान करते हैं और उनकी पूर्वानुमान लगाते हैं।

यह विधि ±0.1°C से अधिक नहीं का संचालन तापमान अंतर प्रदान करती है और स्थिर गति वाली प्रणालियों की तुलना में ऊर्जा खपत में 35% की कमी प्रदान करती है। अर्धचालक प्रक्रिया शीतलक तापमान अंतर/प्रवाह द्रव्यमान संतुलन को अनुकूलित करते हैं, जिससे प्रणाली निष्क्रिय समय के दौरान अत्यधिक शीतलन के अपव्यय को प्रभावी ढंग से रोक सकती है—जो सतत फैब संचालन (ASME 2023) के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता है।

दीर्घकालिक परिशुद्धता बनाए रखना: कैलिब्रेशन, नैदानिक विश्लेषण और अनुकूली नियंत्रण द्वारा सूक्ष्मचैनल ऊष्मा विनिमयक के दूषण और प्रवाह के अवक्षय की निवारक निगरानी।

माइक्रोचैनल हीट एक्सचेंजर्स के लिए निरंतर निदान की आवश्यकता होती है। 5 माइक्रोन से कम के कणों का जमाव, जो स्पष्ट रूप से नगण्य प्रतीत होता है, भी ऊष्मा-स्थानांतरण दक्षता में प्रति वर्ष 12–18% की कमी का कारण बनता है, जिससे सीधे वेफर उत्पादन (यील्ड) प्रभावित होता है। अधिक उन्नत प्रणालियों में तीन अतिरिक्त सुविधाएँ होती हैं: 1. वास्तविक समय के प्रवाह सेंसर (दूषक जमाव सेंसर), जो अपेक्षित दबाव गिरावट के 2% से अधिक के प्रवाह में कमी का पता लगाते हैं। 2. अनुकूली नियंत्रण प्रणालियाँ, जो दूषण के कारण उत्पन्न अतिरिक्त ऊष्मीय प्रतिरोध के अनुसार स्वतः समायोजन करती हैं। 3. स्वचालित रासायनिक इंजेक्शन चक्र (दूषक निकास) प्रणालियाँ, जो चालकता के कारण रासायनिक रूप से सक्रिय होती हैं। ये सुविधाएँ संचालन नियंत्रण को ± 0.05 °C के भीतर बनाए रखने में सहायता करती हैं और अनुमानित रखरखाव अनुसूची की तुलना में सेवा अंतराल को 40% तक बढ़ा देती हैं। प्रत्येक तीन महीने में, सेंसरों का NIST ट्रेसेबल (क्रायो) मानक के अनुपालन को प्रदर्शित करने के लिए कैलिब्रेशन किया जाता है और विफलताओं के मॉडलिंग तथा 72-घंटे की समय सीमा के भीतर उनकी भविष्यवाणी के लिए मशीन लर्निंग का उपयोग किया गया है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: सेमीकंडक्टर निर्माण में तापमान नियंत्रण इतना महत्वपूर्ण कारक क्यों है?

सेमीकंडक्टर निर्माण में तापमान नियंत्रण एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि निर्माण प्रक्रिया नैनो-स्तर पर होती है, जिससे दोष उत्पन्न होते हैं और इसके साथ ही लाभप्रदता की हानि भी होती है।

सेमी-कंडक्टर चिलर्स इतने सटीक तापमान नियंत्रण को किस प्रकार प्राप्त करते हैं?

इतने सटीक तापमान नियंत्रण को प्राप्त करने के लिए, सेमीकंडक्टर प्रक्रिया चिलर्स एक बंद-लूप प्रणाली, रेफ्रिजरेटरों की श्रृंखला और चुंबकीय धुरी संपीड़कों का उपयोग करते हैं।

इन प्रणालियों में चुंबकीय धुरी संपीड़कों का उपयोग क्यों किया जाता है?

चुंबकीय धुरी संपीड़क घर्षण को कम करते हैं, स्वच्छ रहते हैं और गति में सटीक समायोजन की अनुमति देते हैं, जो प्रणालियों को तापमान स्थिरता प्रदान करने और ऊर्जा दक्षता में सुधार करने के लिए आवश्यक है।