Waarom zijn modulaire halfgeleiderkoelinstallaties kosteneffectief voor fabrieken?

Betrouwbaar voldoen aan fabrieksspecifieke thermische vereisten

Ultra-stabiele temperatuurregeling (±0,1 °C) voor EUV-lithografie en processen onder de 3 nm

Een EUV-lithografie- en sub-3 nm-productieproces heeft een vereiste thermische stabiliteit van ±0,1 °C. Het niet binnen dit bereik blijven kan leiden tot lensvervorming, overlayfouten van meer dan 1,5 nm en een afvalpercentage van wafers tot wel 12 %. Daarom zijn koelunits voor deze modulaire processen onmisbaar geworden. Typische modulaire proceskoelvloeistofkoelunits hebben een temperatuurregeling van de koelvloeistof met een variatie van 0,05 °C. Dit maakt een hoge mate van controle mogelijk bij het bewerken van 300 mm-wafers. Dit wordt bereikt door het gebruik van meerdere koelcircuits in combinatie met slimme PID-regeling (die bijna direct reageert op wijzigingen in de belasting) om de koelvloeistofstroom te optimaliseren. Hierdoor worden aanzienlijke verbeteringen bereikt in de controle van de lithografie- en etsprocessen op submicronniveau. Fabrieksgegevens tonen aan dat na het bewerken van 10.000 wafers een naleving van de thermische eisen wordt bereikt van 99,8 %. In een sector waar kleine verbeteringen grote winsten kunnen opleveren, bedragen de besparingen miljoenen.

Geïntegreerde glijbanesystemen ontworpen voor verminderde trillingen en naleving van cleanroom-voorschriften

Bij het gebruik van koelinstallaties die zijn gebouwd in een centrale praktijk voor ISO-klasse 1 tot 3 cleanrooms, leiden onbedoelde cleanroomvereisten vaak tot hogere kosten en nadelige gevolgen voor de flexibiliteit van modules en het milieu. De cleanroom is te klein voor opslag/transport, heeft lekkende leidingen of ontbrekende leidingen naar het compressorsysteem, enzovoort. Het modulaire systeem is ontworpen om geassembleerde systemen te elimineren die nadelige effecten hebben of blootstelling aan verwarming, gebouwde systemen, trillingen of modules voor alle klanten met zich meebrengen. Bovendien moet rekening worden gehouden met cleanroom-/CE-voorschriften voor O&M-w-systemen. Filters moeten geïntegreerd zijn in het systeem en onderhouden worden, zodat het systeem voldoet aan de meest strenge eisen. 40 Cleanroom-unit stilgelegd; resterende O₂ uit operationele processen is gerealiseerd. Bovendien: deeltjesmeting, maandelijkse activiteit O₂, 1 cleanroom per EU, O₂ per cleanroom en per proces, en dit op basis van de processen en systemen binnen de cleanroom/faciliteit, alsook op basis van de werking en de cleanroom-/CE-systemen. 40 Stilstandtijd en in- en uitvoer van O₂, 1 en meer operationele systemen; resterende O₂ per cleanroom, per cleanroom en per CM 1-cleanroomsystemen. 40 Stilstandtijd en in- en uitvoer van O₂, 1 en meer operationele systemen; resterende cleanroom-/CE-systemen, bij O₂ 1, per cleanroom-/CE-systeem. 40 Stilstandtijd van en naar operationele systemen, bij en per cleanroom-/CE-systeem, en per cleanroom-/CE-systeem, en per cleanroom-/CE-systeem, en per operationele cleanroom-/CE-systeem op en in de cleanroom. Modulair systeem op basis van een m-o-aanpak, van 1 per m tot O₂ per cleanroom-/CE-cleanroom en binnen O₂ 1 op en binnen elke m. 40 Stillegging en tot 1, operationeel per systeem, tot O₂ en m, en O₂-f 1, elke cleanroom O₂ 40 stilstandtijd en en O₂ 1, en op een m-o-aanpak per 1, en operationele systemen, op m voor cleanroom van O₂ m-systemen, operationele systemen en O₂ cleanroom per systeem en per systeem, en op en per m op en in cleanroom-/CE operationele f 1, stilstandtijd van en naar m cleanroomsystemen, cleanroom-/fac. 40 Stilstandtijd van cleanroomsystemen, ms m 40 Vermindering van eigendomskosten door efficiënter gebruik van kapitaal, bedrijfsvoering en planning

27% lagere totale eigendomskosten (TCO) over 10 jaar vergeleken met ter plaatse geïnstalleerde koelinstallaties (SEMI S26-0722-benchmark)

De SEMI S26-0722-benchmark van 2022 toont aan dat modulaire halfgeleiderkoelinstallaties over een periode van 10 jaar 27% lagere totale eigendomskosten (TCO) hebben dan ter plaatse gebouwde koelinstallaties. De investeringskosten zijn 19% lager, omdat modulaire systemen ter plaatse worden gemonteerd en geïntegreerd, volgens de ontwerpcriteria worden gebouwd en als volledige koelvloeistofkring naar de locatie worden verzonden. Afhankelijk van de configuratie en het bedrijfsniveau van de productiefaciliteit kunnen modulaire koelinstallaties tot 40% energie besparen dankzij superieure warmteuitwisselingsoppervlakken en frequentieregelaarskoelinstallaties met aanpasbare prestaties die optimaal of suboptimaal reageren op de belasting van de faciliteit. Door vroegtijdige storingdetectie via voorspellende diagnose en minder mechanische slijtage kunnen onderhoudskosten met 31% dalen. Deze gegevens ondersteunen krachtig de transitie die talloze fabrikanten momenteel doorlopen.

Verlagingen van financieringskosten en arbeidskosten zijn te verwachten dankzij efficiëntere implementatie.

Wanneer slip-systemen in de voertuigfabriek worden getest, wordt de tijd voor lassen en kalibratie op locatie met 85% verminderd. Daarnaast wordt de implementatietijd met 6 tot 9 weken verkort ten opzichte van de 12 tot 18 weken die nodig zijn bij oudere systemen. Op basis van gegevens uit 2023 van de Fab Owners Association vertaalt de bespaarde tijd voor lassen en kalibratie zich direct naar lagere rentekosten van ongeveer $740.000 per fabricagefaciliteit. Bovendien bespaart het nieuwe systeem meer dan 300 manuren aan validatiewerk. Het geïntegreerde besturingssysteem zorgt voor een snellere installatie en productiestart, waardoor de totale projectvoltooiingstijd wordt verkort; dit vermindert de kans op weergerelateerde vertragingen die de projectkosten verhogen.

Modulaire koelmachines vergemakkelijken het rendement op investering (ROI) bij sub-3 nm-processen en ondersteunen daarmee schaalbare, financieel verantwoorde capaciteitsgroei.

Fasgewijze, vraaggestuurde capaciteitsgroei mogelijk maken met modulaire halfgeleiderkoelmachines

Gedetailleerde schaalbaarheid (in stappen van 50–200 RT) maximaliseert het gebruik en voorkomt overdimensionering

Modulaire halfgeleiderkoelinstallaties bieden de flexibiliteit om af te koelen tot het vereiste niveau, waardoor een schaalbaarheid van 50 tot 200 koelton is mogelijk. Dit lost de uitdaging op van traditionele systemen die te veel capaciteit hebben en te weinig koelinstallaties bevatten. Wanneer fabrieken meer lithografie- of etsmachines ontvangen, stijgt hun algehele apparatuurgebruiksgraad met 15 tot 20 procent meer dan bij faciliteiten met één grote koelinstallatie. Bovendien verlaagt de fijne schaalbaarheid de initiële investeringskosten met ongeveer dertig procent, waardoor meer middelen beschikbaar zijn voor ontwikkeling in plaats van vast te zitten in koelsystemen. Naarmate productieprocessen zich uitbreiden van kleine testseries naar volledige productielopen, schalen deze koelinstallaties mee, zonder de extra kosten van upgrades of de onbenutte koelcapaciteit die verloren gaat.

Bewezen impact in de praktijk: casestudies van toonaangevende fabrieken

Halfgeleiderfabrikanten profiteren nu van de voordelen van modulaire koelmachines in hun installaties. Op één geavanceerde logica-fabriek werd gemeld dat de stilstandtijd van machines door warmte met 18% is verminderd. Op een andere fabriek werd binnen slechts één jaar een vermindering van de energiekosten met 22% bereikt. Toen een grote geheugenfabrikant bezig was met de schaalvergroting naar 3 nm-technologienodes, gaf men de voorkeur aan geleidelijke uitbreidingen van telkens 50 koelton, in plaats van alle koeltonnen in één keer aan te kopen. Deze beslissing bespaarde hen 2,7 miljoen dollar aan overtollige kosten voor bovenstrooms materiaal. Modulaire koelmachines worden positief vergeleken met traditionele ter plaatse gebouwde systemen. In vergelijking met alle andere systemen presteren modulaire koelmachines beter, wat betekent dat modulaire koelmachines de betere aankoopoptie zijn voor koeloplossingen. Dit geldt met name voor ultraviolet lithografie, waarbij zelfs de kleinste procesvariaties een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de doelopbrengst.

Veelgestelde vragen

Waarom is temperatuurregeling noodzakelijk voor EUV-lithografie en sub-3nm-processen?

Bij temperatuurregeling treedt vervorming op in de lens, ontstaan overlayfouten en neemt het afval toe als gevolg van een hoog percentage afgekeurde producten, wat allemaal schadelijk is voor productkwaliteit en opbrengst.

Hoe beperkt het modulaire ontwerp van halfgeleiderkoelinstallaties de aanmaak van deeltjes in cleanrooms?

Deze koelinstallaties zijn vanaf de fabriek geïntegreerd ontworpen, inclusief HEPA-filters en een fabrieksafdichting om lekkages te elimineren, waardoor de aanmaak van deeltjes aanzienlijk lager is — een zeer belangrijke factor voor cleanroomnormen.

Hoeveel kostenbesparingen kunnen worden verwacht met modulaire halfgeleiderkoelinstallaties?

Modulaire halfgeleiderkoelinstallaties bieden besparingen door een lagere investeringskost, lagere bedrijfskosten, kortere implementatietijd en lagere onderhoudskosten in vergelijking met conventionele systemen.