EN
Presis temperaturregulering for dynamisk halvlederprosessering
Stabilitet på under 0,02 °C ved prosessering av avanserte noder < 5 nm
For å unngå feil på nanoskala krever avansert halvlederprosessering under 5 nm en termisk stabilitet på mindre enn 0,02 °C. Ekstrem ultraviolettt (EUV) litografi og atomlagavsetning (ALD) fører til lokal oppvarming, som – hvis den ikke kontrolleres – får wafere til å bukke seg og fører til feil samt utbytteforfall på over 40 % i de kritiske lagene. Halvleder-temperaturkjølerne er utformet for å løse dette ved hjelp av flertrinnskjøling, sensorer med millikelvin-nøyaktighet og mikrokanalvarmevekslere. Dette muliggjør jevn kjøling over en 300 mm wafer, samtidig som kjølerne tåler ekstreme termiske transienter (opp til 100 °C/s) under plasmaetsjing, når kjølerne brukes til å redusere termisk indusert spenningsbrudd i gradienten.
Prediktive termiske kontrollalgoritmer med sanntids sensorfeedback
Avgjørende for denne nøyaktige termiske kontrollen er målingen av tid med stor nøyaktighet. Dette inkluderer integrerte termopil-arrayer med sonegjennomsnitt på under 5 mK ved mer enn 200 Hz for over 200 målepunkter. Inngangen til styringssystemet for termisk regulering inkluderer også synkroniserte, adaptive styringsrespons på forutsigelser om termiske forstyrrelser for korte tidsperioder i forhold til konvensjonelle systemer – under 0,5 sekunder (500 ms) – basert på en kombinasjon av historiske prosessdata og andre relevante miljøfaktorer, samt datastrømmer av luftfuktighet og gassstrøm i prosesskammeret. For eksempel kjøles kamrene for gassfaseavsetning ned til over den eksoterme reaksjonen inntil faseendringen skjer. De kombinerte algoritmene for integrert maskinlæring gir den energibruk som er nødvendig under prosesskontrollen, med minst mulig regulering og det mest stabile systemet, samt minst mulig overskridelse (overshoot), og færre avvik fra øvre og nedre grenser.
Utforming av termisk styringssystem for kjøling av halvlederutstyr
Responsstider på under fem sekunder med tokanalsvarmevekslere og kompressorer med variabel hastighet
Teknologien for variabel hastighet har gjort det mulig å regulere kjølemiddelfluksen i sanntid, noe som eliminerer syklisk inn- og utkobling av kompressorene og, fremfor alt, reduserer temperaturoverskridelse med 70 % under prosesstransisjoner. Når denne teknologien kombineres med tokanalsvarmevekslere med separate kretsløp for prosessvæske og kjølemiddel, kan disse kjøleanleggene oppnå en temperaturstabilitet på ±0,1 °C innen fem sekunder etter en lastendring. Denne hurtige responsen på lastendringer er avgjørende for prosessorer med høy proseshastighet og følsomhet for termisk treghet, som f.eks. ets- og ALD-reaktorer, der silisiumskiver kan bøyes og mønstre forvrenges. Utformingen forhindrer også krysskontaminering samtidig som den sikrer en varmeoverføringseffektivitet på > 99,9 % over hele driftsområdet: −80 °C til 200 °C.
Redundante og modulære kjøleanleggskonfigurasjoner for robusthet mot lasttransienter
N+1-kompressorsystemene kombinert med en dobbeltsløyfe-sirkulasjonsdesign gir feilsikker termisk kontinuitet under strømsvingninger eller prosessanomali. Modulære dobbeltsløyfesystemer overgår tradisjonelle enkeltsløyfesystemer, som kan ta over 30 sekunder å gjenopprette og tillater en avvik på ±2 °C. Våre modulære dobbeltsløyfesystemer oppnår responstider på under 5 sekunder med en temperaturdrift på ≤±0,15 °C, slik at påvirkningen på utbyttet blir mindre enn 1 %. Designet gjør det mulig å utføre vedlikehold på kompressormodulene uten å avbryte prosessen. Felldata fra anlegg for rask termisk behandling (RTP) viser en reduksjon i tilfeller av termisk løype på 92 %.
Adaptiv styringsalgoritmer for å motvirke omgivelses- og prosessvariasjon
Kjøleanlegg for prosesskjøling i halvlederfabrikker må opprettholde en respons på nanometer-nivå samtidig som de tilpasser seg varierende omgivelsestemperaturer og kontinuerlig skiftende produksjonslast. Adaptiv kontrollalgoritme tillater en kombinasjon av konstruksjon og programvarekontroll for å opprettholde konsekvens innenfor den naturlige variasjonen i temperaturkontrollprosessen.
Optimalisering av referanseverdier basert på sanntids termiske data
Scanning-tilpassede termiske kontrollsystemer (TACS) bruker sanntidsdata til å justere referanseverdier samt luftfuktighet (±15 % RF), lufttemperatur og variasjon i prosessvarmelast (UV-, ets- og avsetningsprosesser). TACS har prediktiv termisk modellering og kan justere responsiv termisk avvik med 92 % i forhold til systemer som opererer med faste, ujusterbare innstillinger. TACS’ prediktive respons på overskridelse ved overgang og ved vedlikehold av selvjustering innenfor kravet til temperaturstabilitet (0,02 %) bidrar til bedre ytelse når det gjelder defektnivå og stabilitet i enhetsutbytte (under 5 nm-nivå).
Feilmodusresistens ved strømavbrudd: Under potensielle strømavbrudd
Konsekvente kjølingskretser og integrerte fasendringsmaterialer gir den nødvendige termiske tregheten for å opprettholde en maksimal varmestabilitet i systemet i opptil 8–12 sekunder etter strømbrudd og avbrudd i kjølevæskestrømmen. Dette er avgjørende for å sikre at fotolakklagene forblir fritt for tidlig krystallisering og at silisiumsubstratene forblir fritt for mikrosprekker under den nødvendige aktivering av reservesystemene. For produksjon i områder med ustabil strømforsyning (ikke-tilpasningsdyktig strømnett), der spenningsfall utgjør 37 % av tilfellene av termisk løsrivelse i halvledere, er det nødvendig med termisk treghet i kjølesystemer for å sikre uavbrutt produksjon med høy utbyttegrad.
Ofte stilte spørsmål
Hva er den nødvendige temperaturstabiliteten for prosesser knyttet til produksjon av halvledere ved sub-5 nm-noder?
For prosesser som angår fremstilling av halvledere ved sub-5 nm-noder er en termisk stabilitet innenfor området ±0,02 °C avgjørende for å eliminere nanoskala-defekter.
Hvordan påvirker termiske transients kjøleanlegg for vafers fremstilling i halvlederindustrien?
Flertrinnskjøling, millikelvin-sensorer og mikrokanal-varmevekslere brukes i halvlederindustrien for vafers fremstilling for å sikre jevn avkjøling og eliminere transients under fremstillingen.
Hva betyr sanntidsdeteksjon for termisk styring av halvlederprosesser?
Sanntidsdeteksjon har stor betydning, siden integrerte sensorer med termopil-arrayer overvåker differensielle termiske profiler – noe som er avgjørende for adaptive styringssystemer når det gjelder å forutsi endringer i termisk belastning og justere styringsresponskurver.
På hvilke måter kan adaptiv maskinvaredesign støttes ved integrering av kompressorer med variabel hastighet?
Variabelhastighetskompressorer har evnen til å modulere kjølemiddelfluksen i sanntid, noe som fører til en reduksjon på 70 % i temperaturoverskudd under overganger, noe som er en avgjørende faktor i fremstillingen av halvledere.
Hvilke funksjoner i en halvlederkjøler støtter stabilitet ved strøm- eller kjølevæskeavbrudd?
Kombinasjonen av redundante kjølekretser og integrerte fasedelingsmaterialer gir termisk treghet under forstyrrelser og opprettholder stabile forhold lenge nok til at batteristrøm kan aktiveres.