EN
Точное регулирование температуры для динамической обработки полупроводников
Стабильность в пределах менее 0,02 °C при обработке передовых техпроцессов < 5 нм
Для предотвращения возникновения дефектов на наноуровне передовая обработка полупроводников по техпроцессам менее 5 нм требует тепловой стабильности менее 0,02 °C. Экстремальная ультрафиолетовая (EUV) литография и процесс атомарного осаждения из газовой фазы (ALD) вызывают локальный нагрев, который при отсутствии контроля приводит к короблению пластин и появлению дефектов, а также к потере выхода годных изделий более чем на 40 % в критических слоях. Полупроводниковые температурные чиллеры разработаны специально для решения этой задачи: они оснащены многоступенчатой системой охлаждения, датчиками точностью до милли-Кельвина и микроканальными теплообменниками. Это обеспечивает равномерное охлаждение пластины диаметром 300 мм и одновременно позволяет выдерживать экстремальные тепловые переходные процессы (до 100 °C/с) при плазменном травлении, когда чиллеры используются для снятия термически индуцированных напряжений, приводящих к образованию трещин.
Алгоритмы прогнозирующего теплового управления с обратной связью от датчиков в реальном времени
Критически важным для такого точного термического контроля является измерение времени с высокой точностью. Это включает встроенные массивы термопар с усреднёнными по зонам значениями погрешности менее 5 мК при частоте более 200 Гц и более чем по 200 точкам измерения. Входные данные для управления системой терморегулирования также включают синхронизированные адаптивные управляющие реакции на прогнозируемые тепловые возмущения в течение коротких временных интервалов — менее 0,5 секунды (500 мс) по сравнению с традиционными системами, — основанные на сочетании исторических данных технологического процесса и других соответствующих факторов окружающей среды, а также потоков данных о влажности и газовом потоке в рабочей камере процесса. Например, камеры газофазного осаждения охлаждаются до температуры, превышающей температуру экзотермической реакции, пока не произойдёт фазовый переход. Комбинированные алгоритмы встроенной машинного обучения обеспечивают минимальное энергопотребление в ходе технологического управления, наименьшую степень регулирования и наиболее стабильную работу системы с минимальным перерегулированием и меньшим числом выходов за верхние и нижние предельные значения.
Проектирование системы теплового управления в охлаждающем оборудовании для полупроводниковых установок
Время отклика менее 5 секунд благодаря теплообменникам с двумя каналами и компрессорам с регулируемой скоростью вращения
Технология регулируемой скорости вращения позволила осуществлять модуляцию потока хладагента в реальном времени, что исключает циклическое включение и выключение компрессоров и, что наиболее важно, снизило превышение заданной температуры на 70 % при переходах между технологическими режимами. В сочетании с теплообменниками с двумя каналами, имеющими отдельные контуры технологической жидкости и хладагента, эти холодильные агрегаты обеспечивают стабильность температуры в пределах ±0,1 °C в течение 5 секунд после изменения нагрузки. Такая оперативность реагирования на изменение нагрузки критически важна для высокоскоростных процессоров, чувствительных к тепловому запаздыванию, таких как реакторы для травления и атомно-слоевого осаждения (ALD), поскольку в противном случае возможно коробление пластин и искажение рисунков. Кроме того, данная конструкция предотвращает перекрестное загрязнение и обеспечивает эффективность теплопередачи более 99,9 % в полном диапазоне рабочих температур: от −80 °C до 200 °C.
Резервные и модульные конфигурации чиллеров для обеспечения устойчивости к переходным нагрузкам
Системы компрессоров по схеме N+1 в сочетании с конструкцией двойного циркуляционного контура обеспечивают бесперебойное тепловое функционирование при колебаниях напряжения питания или технологических аномалиях. Модульные системы с двойным контуром превосходят традиционные одноконтурные системы, на восстановление работы которых требуется более 30 секунд и которые допускают отклонение температуры в пределах ±2 °C. Наши модульные системы с двойным контуром обеспечивают время отклика менее 5 секунд и дрейф температуры ≤±0,15 °C, что позволяет снизить влияние на выход продукции до менее чем 1 %. Конструкция позволяет проводить техническое обслуживание модулей компрессоров без остановки технологического процесса. Полевые данные, полученные на объектах быстрой термообработки (RTP), свидетельствуют о снижении числа инцидентов теплового разгона на 92 %.
Адаптивные алгоритмы управления для компенсации изменений внешних условий и технологических параметров
Чиллеры для процессного охлаждения в полупроводниковых фабриках должны обеспечивать стабильность отклика на нанометровом уровне при изменяющихся условиях окружающей температуры и постоянно колеблющихся нагрузках производства. Адаптивные алгоритмы управления позволяют объединить конструктивные решения и программное управление для поддержания стабильности в пределах естественной вариабельности процесса термоконтроля.
Оптимизация заданных значений на основе данных о реальном тепловом состоянии
Сканирующие адаптивные системы термоконтроля (TACS) используют данные в реальном времени для корректировки заданных значений влажности (±15 % относительной влажности), температуры воздуха и тепловой нагрузки процесса (возмущения, вызванные УФ-обработкой, травлением и осаждением). TACS включает прогнозирующую тепловую модель и способна компенсировать динамические тепловые отклонения на 92 % по сравнению с системами, работающими по принципу «фиксации и захвата». Прогнозирующий отклик TACS на перерегулирование при переходных процессах и поддержании саморегулируемой стабильности температуры в пределах установленного допуска (0,02 %) способствует снижению уровня дефектов и стабилизации выхода годных изделий (на уровне менее 5 нм).
Устойчивость к сбоям режима при прерывании питания: во время потенциального прерывания питания
Постоянные контуры охлаждения и встроенные материалы с фазовым переходом обеспечивают требуемую тепловую инерцию, позволяющую системе сохранять термическое равновесие в течение максимум 8–12 секунд после потери питания и прекращения циркуляции хладагента. Это необходимо для предотвращения преждевременной кристаллизации слоёв фоторезиста и для исключения образования микротрещин в кремниевых подложках в период, требуемый для ввода в действие резервных систем. При производстве в регионах с нестабильной электросетью (неадаптивная сеть), где провалы напряжения вызывают 37 % случаев теплового разгона в полупроводниковых устройствах и чиллерах, тепловая инерция системы необходима для обеспечения бесперебойного высокопроизводительного производства.
Часто задаваемые вопросы
Какая стабильность температуры требуется для процессов изготовления полупроводников на узлах менее 5 нм?
Для процессов, связанных с производством полупроводников на узлах менее 5 нм, термическая стабильность в диапазоне ±0,02 °C является обязательным условием для устранения дефектов на наноуровне.
Как термические переходные процессы влияют на чиллеры для изготовления пластин в полупроводниковой промышленности?
В полупроводниковой промышленности для изготовления пластин применяются многоступенчатое охлаждение, датчики с точностью до милли-Кельвина и теплообменники с микроканалами, обеспечивающие равномерное охлаждение и устраняющие переходные процессы в ходе изготовления.
Какое значение имеет оперативное (в реальном времени) измерение температуры в системах теплового управления полупроводниковых процессов?
Оперативное измерение температуры имеет исключительно важное значение: встроенные датчики с массивами термопар отслеживают дифференциальные тепловые профили, что критически важно для адаптивных систем управления при прогнозировании смещений тепловой нагрузки и корректировке кривых реакции системы управления.
Каким образом интеграция компрессоров с переменной скоростью может поддерживать адаптивный аппаратный дизайн?
Компрессоры с переменной скоростью вращения способны регулировать поток хладагента в режиме реального времени, что приводит к снижению перерегулирования температуры при переходных процессах на 70 % — это ключевой фактор при производстве полупроводников.
Какие функции охладителя для полупроводников обеспечивают стабильность в случае перебоев в подаче электроэнергии или охлаждающей жидкости?
Совместное применение резервных контуров охлаждения и встроенных материалов с фазовым переходом обеспечивает тепловую инерцию во время сбоев и поддерживает стабильные условия в течение достаточного времени для включения резервного питания от аккумуляторов.