W jaki sposób modułowa chłodnica do procesów półprzewodnikowych dostosowuje się do zmieniających się wymagań?

Dzięki konstrukcji modułowej jednostki chłodnicze umożliwiają budowę układu zamkniętego z wykorzystaniem oddzielnych, niezależnych jednostek sprężarkowych dla każdego obwodu chłodniczego i w związku z tym nie zależą od jednej centralnej sprężarki. W przypadku zaplanowanych oraz niezaplanowanych awarii sprężarki sąsiednie obwody mogą zwiększyć obciążenie, zapewniając ciągłość chłodzenia. Unikalna konstrukcja oraz wbudowany system zapewniają redundancję procesów produkcyjnych, a w warunkach ekstremalnego obciążenia temperatury pozostają praktycznie niezmienione – zmieniają się jedynie o maksymalnie 0,5 °C. Każdy poszczególny obwód można kontrolować tak, aby działał z mocą maksymalną na poziomie 15%. Dzięki temu osiąga się znaczne oszczędności operacyjne, ponieważ sterowanie energią odbywa się w czasie rzeczywistym zgodnie z konkretnym przepływem materiału, bez marnowania kosztów operacyjnych związanych z koniecznością cyklicznego włączania i wyłączania dużych systemów.

Dzięki modułom z możliwością gorącej wymiany konserwacja i rozbudowa mogą być przeprowadzane w czystych pomieszczeniach bez zakłócania istniejących procesów. Te moduły łączą się z modułami usługowymi, które zapewniają zasilanie, medium chłodzące oraz połączenia sterujące i są certyfikowane do użytku w czystych pomieszczeniach klasy 100. W okresach przeznaczonych na konserwację personel techniczny zamienia jednostki chłodnicze lub moduły pompowe w istniejących konstrukcjach – podobnie jak personel IT wymienia noże serwerowe. Dostęp przez panel czołowy oznacza, że personel techniczny nie będzie już musiał wchodzić do zakurzonych obszarów, co zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego. W 2023 roku czasopismo „Semiconductor Engineering” opublikowało artykuł zawierający kilka przypadków badawczych. Obiekty, które wdrożyły te moduły, skróciły czas potrzebny na rozbudowę swoich agregatów chłodniczych o 70% w porównaniu do tradycyjnych metod wykorzystujących spawanie połączeń rurociągów. Cała praca została wykonana przy jednoczesnym zachowaniu zgodności ze standardem czystości powietrza ISO klasy 5.

Inteligentne dopasowanie obciążenia: Rola sterowania pojemnością zmienną w automatyzacji procesów półprzewodnikowych

Etapy obciążenia chłodnicy i cyklowanie sprężarek napędzanych falownikami dla urządzeń do litografii i trawienia

Nowoczesne chłodnice modułowe są w stanie dostarczać moc chłodzenia proporcjonalną do aktualnie wymaganej mocy w dowolnym momencie, wykorzystując mikroprocesorowo sterowane chłodnice modułowe wyposażone w wiele niezależnych obwodów chłodniczych, które mogą być włączane lub wyłączane w celu zapewnienia chłodzenia konkretnych obwodów. Ponadto jednostki chłodzące (sprężarki) zastosowane w tych chłodnicach nie są prostymi urządzeniami typu włącz/wyłącz; mogą one regulować swoją moc chłodzenia w zakresie od 10 do 100 procent, zapewniając niemal natychmiastową odpowiedź na zmiany obciążenia chłodzącego wynikające z różnicy szybkości odprowadzania ciepła przez skanery litograficzne oraz maszyny do trawienia plazmowego stosowane w procesie wytwarzania układów półprzewodnikowych. Połączenie tych zaawansowanych funkcji umożliwia eksploatację chłodnic w sposób nie marnujący energii, bez utraty możliwości precyzyjnej kontroli temperatury czynnika chłodzącego w zakresie ±0,5 °C wokół zadanej wartości, nawet przy znacznych, szybkich i powtarzających się zmianach występujących podczas poszczególnych etapów procesu wytwarzania układów półprzewodnikowych.

Silniki na poziomie modułu i modulacja przepływu do dokładnej dostawy ciepła

Moduły chłodnicze zawierają proporcjonalne zawory motocyklowe, które regulują przepływ czynnika chłodzącego w zależności od warunków panujących w dalszej części układu, czyli przy narzędziach procesowych. Dzięki temu każdy moduł jest w stanie zapewnić optymalne chłodzenie dla konkretnego narzędzia procesowego oraz zapobiega skokom temperatury spowodowanym zmianami receptury lub otwartą drzwiczką komory. System wykorzystuje sprzężenie zwrotne w pętli zamkniętej do rzeczywistoczasowej regulacji przepływu czynnika chłodzącego przy każdej zmianie procesu. W porównaniu z starszymi systemami o stałym przepływie przeprowadziliśmy testy wykazujące 23-procentowe zmniejszenie naprężeń termicznych w płytach krzemowych. Taka redukcja ma istotne znaczenie dla producentów półprzewodników, którzy muszą działać w bardzo ścisłych tolerancjach.

Adaptacyjna regulacja temperatury: TACS dynamicznie optymalizuje zadane wartości temperatury

TACS integruje się z systemem MES na poziomie fabryki, zapewniając stabilność temperatury na poziomie ±0,1 °C podczas kluczowych etapów ekspozycji

System automatycznej kontroli temperatury (TACS) integruje się z systemem sterowania w zakładzie produkcyjnym, umożliwiając operatorom modyfikację punktów nastawy kontroli temperatury w trakcie dokładnego etapu ekspozycji procesu. Temperatury przekraczające +0,1 lub −0,1 °C mogą powodować dryf wymiarowy elementów mechanicznych oraz dryf względem nakładania się warstw (overlay), co może być szczególnie uciążliwe w litografii EUV. TACS wykorzystuje dane w czasie rzeczywistym pochodzące od narzędzi operacyjnych, zarządzając jednocześnie ciśnieniem w poszczególnych komorach, składem chemicznym rezystu oraz poziomami promieniowania, aby przewidywać i łagodzić zmiany termiczne poprzez regulację przepływu czynnika chłodzącego. System stosuje ostrożne chłodzenie, redukując zużycie sprężarki, oraz utrzymuje pożądaną temperaturę dla reakcji fotochemicznych podczas aktywnych ekspozycji.

Na podstawie naszego doświadczenia zdobytego w rzeczywistych procesach produkcyjnych w fabrykach takie systemy sterowania w pętli zamkniętej zwiększają współczynnik wydajności krzemowych płytek (wafer) i obniżają koszty energetyczne o 15–20%, ponieważ chłodzą wyłącznie te elementy, które wymagają chłodzenia. Dodatkowo zapewniają kontrolę przypadkowych fluktuacji termicznych w środowisku czystej sali, dzięki czemu spójność między partiami pozostaje wysoka na протяжении całej serii produkcyjnej.

Adaptacja predykcyjna: optymalizacja wydajności modułowych chłodnic półprzewodnikowych przy użyciu prognoz opartych na danych oraz sterowania w pętli zamkniętej

Prognozowanie obciążenia przy użyciu sztucznej inteligencji opartej na historycznych danych dotyczących przypisywania narzędzi oraz danych cyklu komory

Sztuczna inteligencja osiągnęła średnio niemal 94% skuteczności w przewidywaniu nagromadzenia ciepła na podstawie danych dotyczących wydawania narzędzi oraz nawet 30 minut przed cyklami aktywacji nagrzewania narzędzi litograficznych i trawieniowych. Pozwala to inżynierom operacyjnym na ponowne rozmieszczenie zasobów chłodzących jeszcze przed wystąpieniem fluktuacji temperatury w modułach obwodów. Systemy uczenia maszynowego są w stanie zoptymalizować zbieranie danych z czujników operacyjnych, aby dostosowywać prognozy zapotrzebowania na zasoby chłodzące w czasie rzeczywistym. Zoptymalizowane chłodzenie pozwoliło zmniejszyć niepotrzebny czas pracy systemów sprężarkowych o 22%, przy jednoczesnym utrzymaniu kontroli temperatury w zakresie mniejszym niż ±0,1 °C od wartości zadanej.

Studium przypadku: Adaptacyjne dostrajanie wartości zadanej w fabryce półprzewodników o średnicy 300 mm pozwoliło zmniejszyć zużycie energii o 18% bez pogorszenia wydajności procesu.

Dzięki oszczędnościom wynoszącym około 3200 godzin pracy sprężarki rocznie ten system ze sprzężeniem zwrotnym zmniejszył roczny czas pracy sprężarki o 3200 godzin i utrzymał gęstość wad.

Dlaczego projekt modularny jest ważny w systemach chłodzenia półprzewodników?

Modularna konstrukcja zapewnia redundancję i oznacza, że poszczególne obwody mogą działać przy niższych poziomach mocy, co zwiększa oszczędności energii oraz minimalizuje zakłócenia w procesie produkcyjnym.

Jak działa System Automatycznego Sterowania Temperaturą (TACS)?

TACS wykorzystuje dane z systemu MES (Manufacturing Execution System – systemu realizacji produkcji), aby poprawić stabilność temperatury procesu poprzez sterowanie predykcyjne (rzeczywiste przewidywanie) wymaganych korekt chłodzenia.

Jaki jest wpływ sztucznej inteligencji na systemy chłodzące do przemysłu półprzewodnikowego?

Sztuczna inteligencja umożliwia sterowanie predykcyjne w celu zoptymalizowania chłodzenia, minimalizuje niepotrzebne cyklowanie sprężarek oraz poprawia efektywność eksploatacyjną.