EN
Hitastýring er nauðsynleg til að bæta framleiðslu, tryggja samhverf verkefnagildi og halda framleiðslustöðvum áfram ávinningagjörðum á keppnishorni markaði.
Lykilverkfræðilegar hugmyndir um kæli fyrir hálfleiðisferli
Hitastýring í lokuðum hringi með rauntíma aðlögun á álagi
Vatnskælir fyrir ferli í hálfleiðistökuframleiðslu halda hitastöðugleika á um það bil ±0,1°C með því að nota lokaða hitastjórnunarkerfi sem stillir flæði kælivatnsins í rauntíma með notkun á þrýstis- og hitamælum. Þeir nota háþróuða hlutfalls-, heildunar- og afleiðu (PID) stjórnvél sem svara breytingum á hituálaginu á dynamískan hátt. Til dæmis, í etningarferlum, munu sumar stjórnvélir stilla hraða samþrýnifluktu og flæði á pípum til að koma í veg fyrir hitabreytingar sem gætu skadað plötur sem eru í vinnslu. Í grein frá Semiconductor Engineering árið 2023 kom fram að ef hitubreytingar eru ekki stýrðar, hækka hlutfallið af villa um 18%. Á næstu árum verða forspársreiknirit mikilvæg til að spá fyrir um breytingar á álaginu í háhitaprocessum með stýrðum jafnvægisstöðum til að tryggja samhverf afköst.
Magnetskáldasamþrýnifluktur og röðkæling
Að ná óvenjulegri nákvæmni og stjórnun í hitastigssviðum minni en 0,1 °C er aðeins hægt með þróuðri kælisvélarverkfræði sem notar tveggja stiga kælisambönd. Nákvæm stjórnun niður að 0,1 °C og jafnvel nákvæmni undir 0,1 °C er hægt að ná með því að þróa fyrsta stigs kæliþættislag sem kæla niður frá fyrsta kælingu eða kælingu í annað lag. Auk þess eru notaðar olíufríar þéttingar með rafmagnsgeisla í kælisamböndum. Vörn við olíu í kerfinu þýðir minna friðjun, slitage og mengun á kerfinu. Þá geta þéttingar byggðar á rafmagnsgeisla gert mjög litlar stillingar á reksturshraða í skrefum allt að 0,1 %, sem hefur áhrif á rekstursstöðugleika. Þetta þýðir að kælisvélarkerfið getur verið í rekstri við 10 % af heildargetu kerfisins og samt halda hitastigsstöðugleika á ± 0,05 °C. Slíkur rekstursstöðugleiki og nákvæmni er nauðsynlegur til hitastigsstjórnunar og -stöðugleika í EUV-litógrafíu, þar sem hitamismunir jafnvel minnstu brotshluta geta fyrirbælt og eyðilegt litógrafíumynsturin. Þá eru rafmagnsgeisla-kerfi orkueffektívri um meira en 35 % en fyrrverandi tækniþéttingar (ASHRAE, 2023).
Rökræn samsetning: Hvernig kælisvæði fyrir hálfleiðaraferli samsetur sig við lyklauglýsingar
Tenging við EUV-lithógrafíu-, CMP- og ALD-kerfi
Kælikerfi framleiðenda hálfleiðara halda jafnvel hitastigi á ±0,05°C, sem er mikilvægt þegar þau eru beint tengd stjórnkerfum framleiðsluverkfræðinnar við útfærslu á frumefni með últraviolett ljósi (EUV) til að koma í veg fyrir stilluvillur sem orsakast af hitadreifingu ljósþátta. Fyrir efna- og vélbundna polírun (CMP) breyta þessi kælikerfi stöðugt kæliskap sínnum til að bregðast við samhverfum og rafmagnsfrictionshitaflutningum sem geta verið yfir 10 kW á fermetra. Fyrir skýrslu átómhluta (ALD) breyta kælikerfin stjórnun hitastigs til að uppfylla skilyrði fyrir frumefnaáhrif. Á síðasta ári tilkynnti blöðurinn Semiconductor Engineering að slík samstarfsverkefni hafi leitt til 18% minnkunar á skekkjum á vefjum á 3nm stigum. Stjórnkerfi framleiðsluverkfræðinnar tala við kælikerfin í rauntíma til að tryggja að öll þrjú kerfi virki samhæft með notkun sama samskiptastandards, SECS/GEM og Modbus TCP.
Að ná árangri í ádeilu við vandamálið með háan flæði og lágan hitamismun (low-delta-T)
Með virkum hitamismun (ΔT) af 2°F eða lægra hafa framleiðsluverksmiðjur fyrir hálfleiðara mikla þörf á kælivatnsstraumi sem er meiri en 150 GPM. Þessi samsetning af kröfum er óþarfi fyrir hefðbundin kerfi. Kælivatnsskerpilur fyrir hálfleiðaraprófess eru hannaðar til að leysa þessa áskorun með því að nota:
- Breytilegar hraðapípupumpur sem ná og viðhalda lágþrýstisstraumi með kælivatnsstraumhraða allt að 200 GPM.
- Hitavöxlu með mikrokanalum sem ná og viðhalda hitaskiptaeffekt sem er tvisvar sinnum hærri en hjá hefðbundnum hitavöxlum.
- Forspársreiknirit sem greina og spá í breytingum á hituálaginu vegna hratt breytilegra ferla.
Þessi aðferð veitir virkja hitamun sem er ekki meiri en ±0,1°C og gefur 35% minnkun á orkunotkun miðað við kerfi með fastri hraða. Kælikerfi fyrir hálfleiðaraframleiðslu stilla hitamuninn/straummassujafnvægi, sem gerir kerfinu kleift að koma í veg fyrir spillingu á yfirskemmtun á óvirku tíma, mikilvæg eiginleiki fyrir sjálfbær rekstur framleiðslustöðva (ASME 2023).
Viðhalda langtíma nákvæmni: Stillun, greiningar og adaftív stýring – forvarnaráætlunargreining á þverþvílum hitavexlunum og minnkun á straumi.
Mikrohráða hitavekslur þurfa samfelldar greiningar. Jafnvel safn undir 5 mícron stórra hversdagslegra efnis, sem virðist ómerkilegt, leidir til minnkunar á hitasamræmisvirkni um 12–18% á ári, sem hefur beina áhrif á framleiðslu plátunnar. Framþróaðari kerfi hafa þrjú viðbótareiginleika: 1. Rauntíma flæðisgildi (gildi fyrir safn af óhreinindum) sem greina flæðiminnkun sem er meiri en 2% af væntanlegri þrýstingsfalli. 2. Sjálfstæð stjórnkerfi sem stilla sjálfkrafa á viðbótargerða hitamótun vegna óhreininda. 3. Sjálfvirk kerfi fyrir innstreymi á efnafræðilegum grunni (hreinsun á óhreinindum), sem eru ávirkað af leiðileika. Þessir eiginleikar hjálpa til við að halda rekstri í markvörðuðum markgrænsi ± 0,05 °C og lengja viðhaldsbrugðu um 40% miðað við áætlaðan viðhaldsáætlun. Hvert þriggja mánaða skipti eru gildin stillt til að sýna samræmi við NIST-sporfylgt (kryo)staðlaðar mælingar og vélmenniskuleg fræði hefur verið notuð til að líkja og spá fyrir um villa innan 72 klukkustunda glugga.
Algengar spurningar: Af hverju er hitastýring í framleiðslu hálfleiðara svo mikilvæg þáttur?
Hitastýring er mikilvægur þáttur í framleiðslu hálfleiðara, því að framleiðsluferlið fer fram á nanoskalanum, sem getur leitt til villna og þar með til tapa á hagnaði.
Hvernig ná hálfleiðarafköstunarskjólar slíka nákvæma hitastýringu?
Til að ná slíkri nákvæmri hitastýringu nota hálfleiðarafköstunarskjólar lokaðan hring, röð af kælisvæðum og samþrýstiflæðisvélir með segulhaldari.
Af hverju eru notuð samþrýstiflæðisvélir með segulhaldari í þessum kerfum?
Samþrýstiflæðisvélir með segulhaldari minnka friðjun, halda sér hreinari og leyfa nákvæmar stillingar á hraða, sem er mikilvægt til að tryggja hitastöðugleika kerfanna og bæta orkueffektísku.