Hvordan tilpasser en modulær halvlederkjøler seg endrende krav?

Med et modulært design har kjøleaggregatene evnen til å bygge opp et lukket kretssystem ved hjelp av separate, uavhengige kompressoraggregater for hver kjølesirkel, og er dermed ikke avhengige av én sentral kompressor. Ved planlagte og uforutsette nedstillinger av kompressorer kan nabosirkler øke sin arbeidsbyrde for å sikre uavbrutt kjøling. Den unike designløsningen og det integrerte systemet gir redundans til produksjonsprosessene, og under ekstreme topptilfeller kan temperaturene forbli nesten uendret – med endringer på så lite som 0,5 grad Celsius. Hver enkelt sirkel kan styres for å operere med inntil 15 % av maksimal effekt. Dette fører til betydelige driftskostnadssparinger, siden energistyringen justeres i sanntid for å matche den spesifikke gjennomstrømningen, uten at driftskostnader spilles bort på grunn av behovet for å kontinuerlig slå store systemer av og på.

Med varmebyttbare moduler kan vedlikehold og utvidelse utføres i renrom uten å forstyrre eksisterende prosesser. Disse modulene kobles til hjelpemoduler, som leverer strøm, kjølevæske og kontrolltilkoblinger, og som er godkjent for renrom av klasse 100. Under vedlikeholdsperioder vil teknisk personell bytte ut kjøleanlegg eller pumpemoduler i eksisterende anlegg, på samme måte som IT-personell gjør når de bytter ut serverblader. Tilgang via frontpanelet betyr at teknisk personell ikke lenger trenger å komme inn i støvete områder, noe som reduserer risikoen for krysskontaminering. I 2023 publiserte Semiconductor Engineering en artikkel som detaljerte flere casestudier. Anlegg som implementerte disse modulene reduserte tiden som kreves for å utvide sine kjøleanlegg med 70 % sammenlignet med tradisjonelle metoder som brukte sveising for rørtilkoblinger. Alt arbeid ble fullført i overensstemmelse med ISO-klasse 5-kravene til luftrensing.

Intelligent lasttilpasning: Rollen til variabel kapasitetskontroll i automatisering av halvlederprosesser

Kjølerlaststyring og syklisering av inverterdrevne kompressorer for litografi- og etsverktøy

Moderne modulære kjøleanlegg er i stand til å levere en kjøleytelse som er proporsjonal med det som kreves på ethvert gitt tidspunkt, ved å bruke mikroprosessorbaserte modulære kjøleanlegg som inneholder flere separate kjølesirkuler som kan slås på eller av for å levere kjøling til spesifikke sirkuler. I tillegg er kjøleenhetene (kompressorene) som er integrert i disse kjøleanleggene ikke bare enkle «på/av»-enheter; de kan justere sin kjøleytelse fra 10 til 100 prosent, og dermed gi en nesten øyeblikkelig respons når kjølelasten varierer på grunn av varmeavgivelseshastighetene til litografiskannerne og plasmaetskemaskinene som brukes i halvlederprodusksjon. Kombinasjonen av disse avanserte funksjonene gjør at kjøleanleggene kan driftes på en ressursbesparende måte uten å ofre evnen til å regulere kjølevæskens temperatur med en nøyaktighet på ±0,5 °C fra innstilt verdi, selv ved betydelige, raskt skiftende og gjentatte endringer som oppstår under de ulike prosessstegene i halvlederprodusksjonen.

Motorer per modul og strømningsmodulering for nøyaktig termisk levering

Kjølermodulene inneholder disse proporsjonale, motoriserte ventiler som justerer kjølevæskestrømmen avhengig av hva som skjer nedstrøms ved verktøyene. Dette gir hver modul evnen til å levere optimal kjøling til hvert enkelt prosessverktøy og forhindre temperatursprang forårsaket av reseptendringer eller når kammerdøren er åpen. Systemet bruker tilbakekopling i lukket sløyfe for å justere kjølevæskestrømmen i sanntid ved hver prosessbytte. I forhold til eldre systemer med fast strømning har vi testet en reduksjon på 23 % i termisk spenning på waferne. Denne reduksjonen har betydelig innvirkning på halvlederprodusenter som må operere innenfor svært smale toleranser.

Adaptiv temperaturregulering: TACS optimaliserer temperaturinnstillinger i sanntid

TACS integreres med fabrikknivåets MES for temperaturstabilitet på ±0,1 °C ved kritiske eksponeringssteg

Det termiske automatiserte kontrollsystemet, eller TACS, integreres med kontrollsystemet på fabrikasjonsanlegget og lar operatører endre temperaturkontrollens innstillingsverdier under den nøyaktige eksponeringsfasen i prosessen. Temperaturer som overskrider +0,1 eller –0,1 grad Celsius kan føre til avdrift i målene på de mekaniske komponentene samt avdrift med hensyn til overlapp, noe som spesielt kan være problematisk for EUV-litografi. TACS bruker sanntidsdata fra de operative verktøyene samtidig som det styrer trykket i de ulike kamrene, resistens kjemi og strålingsnivåene for å forutse og redusere termiske endringer gjennom justering av kjølevæskestrømmen. Systemet kjøler forsiktig mens det reduserer slitasjen på kompressoren og opprettholder den ønskede temperaturen for foto-kjemiske reaksjoner når aktive eksponeringer forekommer.

Basert på vår erfaring fra reelle fabrikksprosesser forbedrer slike lukkede reguleringssystemer silisiumskivens utbytte og reduserer energikostnadene med 15 til 20 prosent, siden de kun kjøler det som faktisk må kjøles. I tillegg håndterer de tilfeldige termiske svingninger i renromsmiljøet, slik at konsistensen mellom ulike produksjonsbatcher forblir stabil gjennom hele produksjonsløpet.

Prediktiv tilpasning: Optimalisering av ytelsen til modulære halvlederavkjølere ved hjelp av datadrevne prognoser og lukket regulering

Lastprognose ved bruk av kunstig intelligens basert på historiske verktøyutstedelsesdata og kammercykkeldata

AI har vært i stand til å oppnå en gjennomsnittlig effektivitet på nesten 94 % ved å forutsi varmeopphoping fra verktøyutløsningsdata, og til og med 30 minutter før lithografi- og etsverktøyets varmeutløsningsperioder. Dette gir driftsingeniører mulighet til å omposisjonere kjøleressursene før temperatursvingninger oppstår i kretsmodulene. Maskinlæringsystemene kan optimere datainnsamling fra driftssensorer for å justere prognosene for kjøleressurser i sanntid. Den optimerte kjølingen har redusert unødvendig driftstid for kompressorsystemer med 22 %, samtidig som temperaturkontrollen opprettholdes innenfor ± 0,1 grad Celsius av innstilt verdi.

Case study: Adaptiv innstilling av referanseverdier i en 300 mm-fabrik reduserte energiforbruket med 18 % uten å påvirke prosessutbyttet negativt

Med en omtrentlig årlig besparelse på 3 200 timer kompressordriftstid reduserte dette lukkede løkkesystemet den årlige kompressordriftstiden med 3 200 timer og opprettholdt defekttettheten

Hvorfor er modulært design viktig i halvlederkjølesystemer?

Modulært design gir mulighet for redundans og betyr at enkelte kretser kan kjøres ved lavere effektnivåer, noe som øker energibesparelsene og minimerer forstyrrelser i produksjonsprosessen.

Hvordan fungerer termisk automatiseringskontrollsystem (TACS)?

TACS bruker data fra et MES (Manufacturing Execution System) for å forbedre stabiliteten til prosesstemperaturen under en prosess ved hjelp av prediktiv kontroll (realtime-antispåing) av nødvendige justeringer av kjølingen.

Hva er innvirkningen av kunstig intelligens (AI) på kjølesystemer for halvledere?

AI muliggjør prediktiv kontroll for optimalisering av kjøling og minimerer unødvendig kompressor-syklus og forbedrer driftseffektiviteten.