Как модульный охладитель для полупроводниковых процессов адаптируется к изменяющимся требованиям?

Благодаря модульной конструкции чиллеры позволяют создавать замкнутую систему охлаждения с использованием отдельных независимых компрессорных блоков для каждой холодильной цепи, а значит, не зависят от одного центрального компрессора. В случае планового или аварийного отключения компрессора соседние цепи могут увеличить свою нагрузку, обеспечивая непрерывное охлаждение. Уникальная конструкция и встроенная система обеспечивают резервирование производственных процессов; при этом даже в условиях пиковых экстремальных нагрузок температура остаётся практически неизменной — её колебания составляют всего около 0,5 °C. Каждая отдельная цепь может управляться в диапазоне мощности от 0 до 15 % от максимальной. Это приводит к существенной экономии эксплуатационных затрат, поскольку энергетическое управление осуществляется в реальном времени с точным соответствием текущему объёму переработки, без потерь энергии, связанных с необходимостью постоянного включения и выключения крупногабаритных систем.

Благодаря модулям с функцией горячей замены техническое обслуживание и расширение систем возможно в чистых помещениях без нарушения существующих процессов. Эти модули взаимодействуют с модулями инженерных систем, которые обеспечивают подачу электроэнергии, охлаждающей жидкости и управляющих сигналов и соответствуют классу чистоты 100. В периоды технического обслуживания технический персонал заменяет холодильные агрегаты или насосные модули непосредственно в существующие конструкции — аналогично тому, как ИТ-специалисты заменяют серверные лезвия. Доступ к оборудованию через переднюю панель позволяет техническому персоналу избегать попадания в запылённые зоны, снижая тем самым риск перекрёстного загрязнения. В 2023 году журнал Semiconductor Engineering опубликовал статью, в которой подробно описаны несколько кейсов. На объектах, где были внедрены такие модули, время, необходимое для расширения холодильных установок, сократилось на 70 % по сравнению с традиционными методами, предполагавшими сварку трубопроводных соединений. При этом вся работа была выполнена с соблюдением стандартов чистоты воздуха ISO класса 5.

Интеллектуальное согласование нагрузки: роль управления переменной мощностью в автоматизации полупроводникового производства

Ступенчатое управление нагрузкой чиллера и циклическое включение/выключение инверторных компрессоров для литографических и травильных установок

Современные модульные чиллеры способны обеспечивать охлаждающую мощность, пропорциональную текущим потребностям в любой момент времени, за счёт применения микропроцессорных модульных чиллеров, оснащённых несколькими независимыми холодильными контурами, которые могут включаться и выключаться по отдельности для подачи холода в конкретные контуры. Кроме того, охлаждающие блоки (компрессоры), используемые в таких чиллерах, представляют собой не просто устройства с простым режимом включения/выключения: они способны плавно регулировать свою охлаждающую мощность в диапазоне от 10 до 100 %, обеспечивая почти мгновенную реакцию при изменении нагрузки на охлаждение, вызванной колебаниями скорости теплоотвода литографических сканеров и плазменных травильных установок, применяемых в производстве полупроводников. Совокупность этих передовых функций позволяет эксплуатировать чиллеры без излишних потерь энергии, не жертвуя при этом возможностью поддерживать температуру охлаждающей жидкости с точностью ±0,5 °C относительно заданного значения даже при значительных, быстрых и многократных изменениях, возникающих на различных этапах технологического процесса изготовления полупроводников.

Двигатели на уровне модулей и модуляция потока для точной подачи тепла

Модули холодильных установок оснащены пропорциональными моторизованными клапанами, которые регулируют поток хладагента в зависимости от текущих условий на выходе — в частности, состояния технологических инструментов. Благодаря этому каждый модуль способен обеспечивать оптимальное охлаждение для каждого конкретного технологического инструмента и предотвращать скачки температуры при смене рецептуры или при открытой дверце камеры. В системе реализован механизм обратной связи по замкнутому контуру, позволяющий в реальном времени корректировать поток хладагента при каждой смене технологического процесса. По сравнению с устаревшими системами с фиксированными параметрами мы зафиксировали снижение термических напряжений в кремниевых пластинах на 23 %. Такое снижение оказывает существенное влияние на производителей полупроводников, вынужденных соблюдать крайне жёсткие допуски.

Адаптивное регулирование температуры: TACS динамически оптимизирует заданные значения температуры

TACS интегрируется с MES уровня фабрики для обеспечения стабильности температуры в критических экспозиционных операциях с точностью ±0,1 °C

Термальная автоматизированная система управления (TACS) интегрируется с системой управления на производственном предприятии, позволяя операторам изменять заданные значения температурного контроля непосредственно на этапе экспонирования в процессе. Отклонения температуры более чем на +0,1 или −0,1 °C могут вызвать дрейф геометрических размеров механических компонентов, а также дрейф относительно наложения (overlay), что особенно критично для литографии с использованием экстремального ультрафиолета (EUV). TACS использует данные в реальном времени от эксплуатируемых инструментов и одновременно управляет давлением в различных камерах, химией фоторезиста и уровнем радиационного излучения, чтобы прогнозировать и компенсировать тепловые изменения путём регулирования потока охлаждающей жидкости. Система обеспечивает консервативное охлаждение, снижая износ компрессора, и поддерживает требуемую температуру для фотохимических реакций во время активных экспонирований.

На основе нашего опыта, полученного в ходе реальных производственных процессов на заводах, такие системы управления с замкнутым контуром повышают выход пластин и снижают энергозатраты на 15–20 %, поскольку охлаждение осуществляется только там, где это действительно необходимо. Кроме того, они компенсируют случайные тепловые колебания в чистой комнате, обеспечивая стабильную воспроизводимость параметров от партии к партии на протяжении всего цикла производства.

Прогнозирующая адаптация: оптимизация производительности модульных охладителей для полупроводниковых технологий с использованием прогнозов на основе данных и управления с замкнутым контуром

Прогнозирование нагрузки с применением ИИ на основе исторических данных о запуске оборудования и данных о циклах камер

Искусственный интеллект смог достичь средней эффективности почти 94 % при прогнозировании накопления тепла на основе данных о запуске оборудования, а также — за 30 минут до начала циклов нагрева литографического и травильного оборудования. Это позволяет эксплуатационным инженерам перераспределять ресурсы охлаждения до того, как в модулях схем произойдут колебания температуры. Системы машинного обучения способны оптимизировать сбор данных с эксплуатационных датчиков для корректировки прогнозов потребности в ресурсах охлаждения в режиме реального времени. Оптимизированное охлаждение позволило сократить избыточное время работы компрессорных систем на 22 % при поддержании температуры с точностью не хуже ±0,1 °C относительно заданного значения.

Кейс-стади: адаптивная настройка уставок в 300-мм фабрике позволила снизить энергопотребление на 18 % без ущерба для выхода годных изделий

Приблизительная годовая экономия составила 3200 часов работы компрессора; эта замкнутая система сократила годовое время работы компрессора на 3200 часов и обеспечила стабильность плотности дефектов

Почему модульная конструкция важна в системах охлаждения для полупроводниковой промышленности?

Модульная конструкция обеспечивает резервирование и позволяет эксплуатировать отдельные контуры при более низких уровнях мощности, что повышает энергоэффективность и сводит к минимуму перерывы в производственном процессе.

Как работает система термоавтоматического управления (TACS)?

TACS использует данные из MES (системы выполнения производственных операций) для повышения стабильности температурного режима процесса за счёт прогнозирующего управления (реального времени с предварительным прогнозированием) необходимых корректировок охлаждения.

Каково влияние искусственного интеллекта на системы охлаждения для полупроводниковой промышленности?

Искусственный интеллект обеспечивает прогнозирующее управление для оптимизации охлаждения, сводит к минимуму необоснованные циклы включения/выключения компрессора и повышает эксплуатационную эффективность.