Ako sa modulárny chladič na báze polovodičov prispôsobuje meniacim sa požiadavkám?

Vďaka modulárnej konštrukcii majú chladiče schopnosť vytvoriť uzavretý okruh pomocou samostatných, nezávislých kompresorových jednotiek pre každý chladiaci okruh a teda sa nepoliehajú na jeden centrálny kompresor. Pri plánovaných aj neplánovaných výpadkoch kompresora môžu susedné okruhy zvýšiť svoju záťaž, čím sa zabezpečí nepretržité chladenie. Jedinečný dizajn a zabudovaný systém poskytujú redundanciu v rámci výrobných procesov a za extrémnych podmienok v špičkovom zaťažení sa teploty takmer nemenia – zmenia sa len o najviac 0,5 °C. Každý jednotlivý okruh je možné riadiť tak, aby pracoval pri maximálnej výkonnosti až na úrovni 15 %. To má za následok významné úspory prevádzkových nákladov, pretože riadenie energie je prispôsobené presne aktuálnemu výrobnému výkonu v reálnom čase bez zbytočných prevádzkových nákladov spôsobených nutnosťou neustáleho zapínania a vypínania veľkých systémov.

S modulmi s možnosťou výmeny za behu je možné vykonávať údržbu a rozširovať systém v čistých miestnostiach bez narušenia existujúcich procesov. Tieto moduly komunikujú s pomocnými modulmi, ktoré zabezpečujú napájanie, chladiace kvapaliny a riadiace pripojenia a sú certifikované pre čisté miestnosti triedy 100. Počas časových okien na údržbu technický personál nahradí chladiace jednotky alebo čerpadlové moduly v rámci existujúcich štruktúr, podobne ako to robia zamestnanci IT pri výmene serverových modulov. Prístup cez predný panel znamená, že technický personál už nebude musieť vstupovať do prachom znečistených oblastí, čím sa zníži riziko krížovej kontaminácie. V roku 2023 časopis Semiconductor Engineering zverejnil článok, v ktorom bolo podrobné popísaných niekoľko prípadov. Prevádzky, ktoré tieto moduly implementovali, skrátili dobu potrebnú na rozšírenie chladiacich systémov o 70 % v porovnaní s tradičnými metódami, ktoré na pripájanie potrubí používali zváranie. Všetky práce boli dokončené v súlade so štandardmi čistoty vzduchu ISO triedy 5.

Inteligentné prispôsobenie zaťaženia: Úloha regulácie premenlivej kapacity v automatizácii polovodičových procesov

Stupňovanie zaťaženia chladiča a cyklický prevádzkový režim invertorovo riadených kompresorov pre litografické a leptacie zariadenia

Moderné modulárne chladiče sú schopné poskytovať chladiaci výkon úmerný aktuálnej požiadavke v danom okamihu prostredníctvom mikroprocesorových modulárnych chladičov, ktoré obsahujú viacero samostatných chladiacich okruhov, ktoré je možné zapínať alebo vypínať na zabezpečenie chladenia konkrétnych okruhov. Okrem toho chladiace jednotky (kompresory) zabudované do týchto chladičov nie sú len jednoduché zariadenia s funkciou zapnutia/vypnutia; dokážu modulovať svoj chladiaci výkon v rozsahu od 10 do 100 percent, čím zabezpečujú takmer okamžitú reakciu pri zmenách chladiaceho zaťaženia spôsobených rýchlosťou odvádzania tepla litografickými skenermi a plazmovými leptacími strojmi používanými pri výrobe polovodičov. Kombinácia týchto pokročilých funkcií umožňuje prevádzku chladičov bez zbytočného plytvačstva energiou, pričom sa neobmedzuje schopnosť regulovať teplotu chladiacej kvapaliny v akomkoľvek bode s presnosťou ±0,5 °C od nastavenej hodnoty, aj v prípade výrazných, rýchlych a opakujúcich sa zmien, ktoré vznikajú počas jednotlivých technologických krokov procesu výroby polovodičov.

Motory pre jednotlivé moduly a modulácia toku pre presné dodávanie tepla

Chladiace moduly obsahujú tieto proporcionálne motorizované ventily, ktoré upravujú prietok chladiacej kvapaliny v závislosti od toho, čo sa deje v následných krokoch s nástrojmi. To umožňuje každému modulu poskytnúť optimálne chladenie pre každý konkrétny technologický nástroj a zabrániť výkyvom teploty spôsobeným zmenou technologického postupu alebo otvoreným dverami komory. Systém využíva uzavretú spätnú väzbu na reálnom čase prispôsobovať prietok chladiacej kvapaliny pri každej zmene technologického kroku. V porovnaní so staršími pevnými systémami sme namerali zníženie tepelnej záťaže na kremíkových platničkách o 23 %. Toto zníženie má významný vplyv na výrobcov polovodičov, ktorí musia dodržiavať veľmi úzke tolerancie.

Adaptívna regulácia teploty: TACS optimalizuje teplotné nastavenia v reálnom čase

TACS sa integruje s výrobným informačným systémom (MES) celej výrobnej linky (fab) a zabezpečuje stabilitu teploty ±0,1 °C pre kritické expozície

Tepelný automatický riadiaci systém (TACS) je integrovaný do riadiaceho systému výrobnej zariadenia, čo umožňuje operátorom upravovať nastavené hodnoty teplotného riadenia počas presného kroku expozície v rámci procesu. Teploty, ktoré prekračujú +0,1 alebo –0,1 °C, môžu spôsobiť posun v rozmeroch mechanických komponentov, ako aj posun vzhľadom na prekrytie (overlay), čo môže byť obzvlášť problematické pri EUV litografii. TACS využíva údaje v reálnom čase od prevádzkových nástrojov a súčasne riadi tlaky v jednotlivých komorách, chemické zloženie rezistu a úrovne žiarenia, aby predvídal a zmiernil tepelné zmeny prostredníctvom úpravy prietoku chladiacej kvapaliny. Systém ochladzuje konzervatívne, čím zníži opotrebovanie kompresora, a udržiava požadovanú teplotu pre fotochemické reakcie počas aktívnych expozícií.

Na základe našich skúseností z reálnych výrobných procesov v továrňach sa takéto systémy riadenia s uzavretou slučkou prejavujú zvýšením výťažku platní a znížením nákladov na energiu o 15 až 20 percent, pretože chladia len to, čo je potrebné chladiť. Okrem toho regulujú náhodné tepelné kolísania v prostredí čistej miestnosti, čím sa počas celého výrobného cyklu udržiava stabilná konzistencia medzi jednotlivými šaržami.

Prediktívna adaptácia: optimalizácia výkonu modulárnych polovodičových chladičov pomocou predikcií založených na dátach a riadenia s uzavretou slučkou

Predikcia zaťaženia pomocou umelej inteligencie na základe histórie priradenia nástrojov a dát cyklov komôr

Umelá inteligencia dokázala dosiahnuť priemernú účinnosť takmer 94 % pri predpovedaní hromadenia tepla na základe údajov o vysielaní nástrojov a dokonca 30 minút vopred pred spustením cyklov hromadenia tepla pri litografických a leptacích nástrojoch. To umožňuje prevádzkovým inžinierom presunúť chladiace zdroje ešte pred výskytom teplotných kolísaní v obvodových moduloch. Systémy strojového učenia sú schopné optimalizovať zbieranie údajov z prevádzkových senzorov, aby v reálnom čase upravili predpovede chladiacich zdrojov. Optimalizované chladenie znížilo nepotrebný prevádzkový čas kompresorových systémov o 22 % pri regulácii teploty s odchýlkou menšou ako ± 0,1 °C od nastavenej hodnoty.

Prípadová štúdia: Adaptívna optimalizácia nastavovacej hodnoty v 300 mm výrobnej prevádzke znížila spotrebu energie o 18 % bez ohrozenia výťažku procesu

Pri približnom ročnom úspore 3 200 hodín prevádzky kompresora tento uzavretý regulačný systém znížil ročnú prevádzku kompresora o 3 200 hodín a zároveň udržiaval hustotu porúch

Prečo je modulárny dizajn dôležitý v chladiacich systémoch pre polovodiče?

Modulárny dizajn umožňuje redundanciu a znamená, že jednotlivé obvody môžu byť prevádzkované pri nižších úrovniach výkonu, čím sa zvyšujú úspory energie a minimalizuje sa narušenie výrobného procesu.

Ako funguje systém tepelnej automatizovanej regulácie (TACS)?

TACS využíva údaje z MES (systému na riadenie výroby) na zlepšenie stability teploty procesu počas jeho priebehu prostredníctvom prediktívnej regulácie (reálneho predvídania) potrebných úprav chladenia.

Aký je vplyv umelej inteligencie na chladiace systémy pre polovodiče?

Umelá inteligencia umožňuje prediktívnu reguláciu na optimalizáciu chladenia, minimalizuje nepotrebné zapínanie a vypínanie kompresora a zvyšuje prevádzkovú účinnosť.