Hoe past een modulaire halfgeleiderkoelinstallatie zich aan aan wisselende eisen?

Dankzij een modulair ontwerp kunnen de koelunits een gesloten lus-systeem vormen met behulp van afzonderlijke, onafhankelijke compressorunits voor elk koelcircuit; zij zijn derhalve niet aangewezen op één centrale compressor. Bij geplande of ongeplande uitval van een compressor kunnen de aangrenzende, naburige circuits hun belasting verhogen om ononderbroken koeling te waarborgen. Het unieke ontwerp en het ingebouwde systeem bieden redundantie voor de productieprocessen en tijdens piek- en extreme omstandigheden blijven de temperaturen vrijwel constant, met slechts een minimale wijziging van maximaal 0,5 graden Celsius. Elk individueel circuit kan worden aangestuurd om te functioneren met een vermogen van slechts 15 % van het maximumvermogen. Dit leidt tot aanzienlijke operationele kostenbesparingen, aangezien de energieregeling in realtime wordt afgestemd op de specifieke doorvoer, zonder dat er operationele kostenverspilling optreedt door het noodzakelijke continu in- en uitschakelen van grote systemen.

Met hot-swap-module, kunnen onderhoud en uitbreiding worden uitgevoerd in cleanrooms zonder de bestaande processen te verstoren. Deze modules maken verbinding met hulpmodule, die stroom, koelvloeistoffen en besturingsverbindingen leveren en zijn goedgekeurd voor cleanrooms van klasse 100. Tijdens onderhoudsperiodes vervangen technisch personeel koelinstallaties of pompmodules in bestaande constructies, net zoals IT-personeel serverblades vervangt. Toegang via het voorpaneel betekent dat technisch personeel niet langer toegang hoeft te krijgen tot stoffige gebieden, waardoor het risico op kruisbesmetting wordt verminderd. In 2023 publiceerde Semiconductor Engineering een artikel met gedetailleerde casestudies. Faciliteiten die deze modules implementeerden, verminderden de tijd die nodig was om hun koelinstallaties uit te breiden, met 70% ten opzichte van traditionele methoden waarbij lassen werd gebruikt voor pijpverbindingen. Alle werkzaamheden werden voltooid onder inachtneming van de ISO-klasse 5-norm voor luchtzuiverheid.

Intelligente belastingaanpassing: De rol van variabele capaciteitsregeling in de automatisering van halfgeleiderprocessen

Trapsgewijze belastingaansturing en cyclische bedrijfsvoering van invertorgestuurde compressoren voor lithografie- en etsapparatuur

Moderne modulaire koelmachines zijn in staat om een koelvermogen te leveren dat evenredig is met de vereiste hoeveelheid op elk gewenst moment, door gebruik te maken van microprocessorbestuurde modulaire koelmachines die meerdere afzonderlijke koelcircuits bevatten, die kunnen worden inge- of uitgeschakeld om koeling te leveren aan specifieke circuits. Bovendien zijn de koelunits (compressoren) die in deze koelmachines zijn geïntegreerd niet eenvoudigweg aan-/uit-apparaten; zij kunnen hun koelvermogen moduleren van 10 tot 100 procent, waardoor ze bijna onmiddellijk kunnen reageren op veranderingen in de koellast als gevolg van de warmteafvoersnelheden van de lithografiescanners en plasma-etchmachines die worden gebruikt in de productie van halfgeleiders. De combinatie van deze geavanceerde functies maakt het mogelijk om de koelmachines op een niet-verspilde manier te bedrijven, zonder in te boeten op het vermogen om de koelvloeistoftemperatuur op elk gewenst punt te regelen binnen een tolerantie van ±0,5 °C ten opzichte van de ingestelde waarde, zelfs bij aanzienlijke, snelle en herhaalde veranderingen die optreden tijdens de diverse verwerkingsstappen van het halfgeleiderproductieproces.

Motoren per module en stromingsmodulatie voor nauwkeurige thermische levering

De koelmodule-eenheden zijn uitgerust met deze proportionele gemotoriseerde kleppen die de koelvloeistofstroom aanpassen op basis van wat er stroomafwaarts met de gereedschappen gebeurt. Dit zorgt ervoor dat elke module in staat is om elke specifieke procesgereedschap optimaal te koelen en temperatuurschommelingen te voorkomen als gevolg van receptwijzigingen of een open kamerdeur. Het systeem maakt gebruik van een gesloten regelkring met feedback om de koelvloeistofstroom in realtime aan te passen bij elke proceswijziging. In vergelijking met oudere systemen met vaste instellingen hebben we een vermindering van 23% in thermische belasting op de wafers gemeten. Deze vermindering heeft een aanzienlijke impact voor producenten van halfgeleiders, die werken binnen zeer strakke toleranties.

Aanpasbare temperatuurregeling: TACS optimaliseert temperatuurinstellingen tijdens de uitvoering

TACS integreert met het fabrieksniveau MES voor temperatuurstabiliteit van ±0,1 °C bij kritieke belichtingsstappen

Het thermische geautomatiseerde controlesysteem, of TACS, integreert met het controlesysteem in de productiefaciliteit, waardoor operators de temperatuurinstelpunten kunnen aanpassen tijdens de exacte belichtingsstap van het proces. Temperaturen die meer dan +0,1 of -0,1 graden Celsius afwijken, kunnen leiden tot drift in de afmetingen van de mechanische onderdelen, evenals tot drift ten opzichte van de overlay, wat met name problematisch kan zijn bij EUV-lithografie. TACS maakt gebruik van realtimegegevens van de operationele tools en regelt tegelijkertijd de druk in de verschillende kamers, de chemie van de resist en de stralingsniveaus om thermische veranderingen te anticiperen en te beperken via aanpassing van de koelvloeistofstroom. Het systeem koelt voorzichtig af terwijl het slijtage aan de compressor vermindert en handhaaft de gewenste temperatuur voor fotochemische reacties tijdens actieve belichtingen.

Op basis van onze ervaring met echte fabrieksprocessen verbeteren dergelijke closed-loop regelsystemen de schijfopbrengst en verminderen ze de energiekosten met 15 tot 20 procent, omdat ze uitsluitend koelen wat gekoeld moet worden. Bovendien beheersen ze willekeurige thermische fluctuaties binnen de cleanroomomgeving, zodat de consistentie van partij naar partij tijdens de productieruns stevig blijft.

Voorspellende aanpassing: optimalisatie van de prestaties van modulaire halfgeleiderkoelinstallaties met behulp van op gegevens gebaseerde voorspellingen en closed-loop regeling

Belastingvoorspelling met behulp van kunstmatige intelligentie op basis van historische tool-inzetgegevens en kamer-cyclustijdgegevens

AI heeft een gemiddelde efficiëntie van bijna 94% bereikt bij het voorspellen van warmteopbouw op basis van gegevens over gereedschapstoewijzing, en zelfs 30 minuten voorafgaand aan de warmteactiveringscycli van lithografie- en etsgereedschappen. Dit stelt operationele engineers in staat om koelbronnen te herpositioneren voordat temperatuurschommelingen optreden in circuitmodules. De machineleersystemen kunnen gegevensverzameling van operationele sensoren optimaliseren om koelbronvoorspellingen in real time aan te passen. Door geoptimaliseerde koeling is de onnodige bedrijfstijd van compressorsystemen met 22% verminderd, met een temperatuurregeling binnen minder dan +/- 0,1 graden Celsius van de ingestelde waarde.

Casestudy: Adaptieve instelpuntafstemming in een 300 mm-fabriek verminderde het energieverbruik met 18%, zonder afbreuk te doen aan de procesopbrengst.

Met een jaarlijkse besparing van ongeveer 3.200 uur compressordraaitijd verminderde dit gesloten-regelsysteem de jaarlijkse draaitijd van de compressor met 3.200 uur en behield de defectdichtheid.

Waarom is modulair ontwerp belangrijk in koelsystemen voor halfgeleiders?

Het modulaire ontwerp zorgt voor redundantie en betekent dat individuele circuits op lagere vermoeiniveaus kunnen worden gebruikt, wat energiebesparingen vergroot en storingen in het productieproces tot een minimum beperkt.

Hoe werkt het thermische automatiseringscontrolesysteem (TACS)?

TACS gebruikt gegevens van een MES (Manufacturing Execution System) om de temperatuurstabiliteit tijdens een proces te verbeteren via voorspellende regeling (real-time anticipatie) van de benodigde koelcorrecties.

Wat is de impact van kunstmatige intelligentie (KI) op koelsystemen voor halfgeleiders?

KI maakt voorspellende regeling mogelijk om de koeling te optimaliseren, onnodige compressorcycli te minimaliseren en de operationele efficiëntie te verbeteren.