EN
Precisionsstyrning av temperatur för dynamisk halvledarprocessning
Stabilitet på under 0,02 °C vid processning av avancerade noder < 5 nm
För att förhindra defekter på nanoskala kräver avancerad halvledarprocessning under 5 nm en termisk stabilitet på mindre än 0,02 °C. Extremt ultravioletta (EUV) litografi och atomlagerdeposition (ALD) orsakar lokal uppvärmning som, om den inte kontrolleras, får wafers att böja sig och leder till defekter samt utbyteförluster på över 40 % för de kritiska lagren. Kylaggregaten för halvledartemperatur har utvecklats för att hantera detta genom flerstegskylning, sensorer med millikelvin-noggrannhet och mikrokanalvärmeeväxlare. Detta möjliggör jämn kylning över en 300 mm wafer samtidigt som aggregaten tål extrema termiska transienter (upp till 100 °C/s) vid plasmaätning, när kylaggregaten används för att lindra termiskt inducerade spänningsbrott i gradienten.
Prediktiva algoritmer för temperaturreglering med feedback i realtid från sensorer
Avgörande för denna exakta temperaturreglering är mätning av tid med mycket hög noggrannhet. Detta inkluderar inbyggda termopilmatriser med zonmedelvärden på mindre än 5 mK vid mer än 200 Hz för över 200 mätpunkter. Indata till styrningen av det termiska hanteringssystemet inkluderar även synkroniserade adaptiva styrrespons på förutsägelser om termiska störningar under korta tidsperioder jämfört med konventionella system, vilket är mindre än 0,5 sekund (500 ms), baserat på en kombination av historiska processdata och andra relevanta miljöfaktorer samt dataströmmar av luftfuktighet och gasflöde i processkammaren. Till exempel svalts gasfasavlagringskamrarna ned till en temperatur ovanför den exoterma reaktionen tills fasomvandlingen sker. De kombinerade algoritmerna för inbyggd maskininlärning ger den energianvändning som krävs under processstyrningen med minsta möjliga reglering och det mest stabila systemet med minsta möjliga översvängning samt färre avvikelser från övre och undre gränser.
Design av termisk hanteringssystem för kylning av halvledarutrustning
Svarstider på under fem sekunder med tvåkanaliga värmeväxlare och kompressorer med varierbar hastighet
Tekniken med varierbar hastighet har möjliggjort modulering av köldmedieflödet i realtid, vilket eliminerar cykliskt inkoppling och urkoppling av kompressorerna och, framför allt, minskat temperaturöverskridning med 70 % vid processövergångar. När denna teknik kombineras med tvåkanaliga värmeväxlare med separata kretsar för processvätska och köldmedium kan dessa kyldonorer uppnå en temperaturstabilitet på ±0,1 °C inom fem sekunder efter en laständring. Denna responsivitet vid laständring är avgörande för höghastighetsprocessorer som är känsliga för termisk tröghet, såsom ätznings- och ALD-reactorer, vilka annars kan orsaka vågformning av wafers och förvrängning av mönster. Konstruktionen förhindrar även korskontaminering samtidigt som den bibehåller en värmeöverföringseffektivitet på > 99,9 % över hela driftområdet: −80 °C till 200 °C.
Redundanta och modulära kyldonssystemkonfigurationer för motståndskraft mot lasttransienter
N+1-kompressorsystemen kombinerade med en dubbelcirkulationsdesign säkerställer felfri termisk kontinuitet vid strömsvängningar eller processanomalier. Modulära dubbelcirkulationssystem överträffar traditionella enfaldiga cirkulationssystem, som kan ta mer än 30 sekunder att återhämta sig och tillåter en avvikelse på ±2 °C. Våra modulära dubbelcirkulationssystem uppnår svarstider på mindre än 5 sekunder med en temperaturdrift ≤±0,15 °C, vilket innebär att påverkan på utbytet blir mindre än 1 %. Designen möjliggör underhåll av kompressormodulerna utan att processen avbryts. Fältdata från anläggningar för snabb termisk behandling (RTP) visar en minskning av händelser med termisk genomgång med 92 %.
Adaptiva regleralgoritmer för att motverka omgivnings- och processvariationer
Kylaggregat för processkylning i halvledarfabriker måste upprätthålla en respons på nanometernivå trots varierande utomhus temperaturförhållanden och kontinuerligt förändrade produktionsbelastningar. Adaptiva regleralgoritmer möjliggör en kombination av konstruktion och programvarureglering för att upprätthålla konsekvens inom den naturliga variationen i temperaturregleringsprocessen.
Optimering av inställningsvärden baserad på live-termiska data
Scannande termiskt adaptiva reglersystem (TACS) använder live-data för att justera inställningsvärden samt luftfuktighet (±15 % RH), lufttemperatur och variationer i processvärmelast (störningar från UV-, ät- och avsättningsprocesser). TACS har prediktiv termisk modellering och kan justera responsiva termiska avvikelser med 92 % jämfört med system som opererar i lås-och-klick-läge. TACS:s prediktiva översvängsrespons vid övergångar och vid underhåll av självjustering inom den krävda temperaturstabiliteten (0,02 %) bidrar till prestanda vad gäller defektnivå och stabilitet i enhetsutbytet (under 5 nm-nivå).
Driftstörningsfelmodens motståndskraft: Under potentiell driftstörning
Konsekventa kylkretsar och inbäddade fasväxlingsmaterial ger den nödvändiga termiska trögheten för att bibehålla, efter strömavbrott och avbrott i kylvätskeflöde, en maximal varaktighet på 8–12 sekunder av stabil termisk balans inom ett system. Detta är avgörande för att säkerställa att fotolacklager förblir fria från för tidig kristallisering och att kiselsubstrat förblir fria från mikrospännrissningar under den nödvändiga aktiveringen av reservsystemen. För tillverkning i områden med instabil elnät (icke-flexibla elnät), där spänningsnedgångar orsakar 37 % av händelserna med termisk genomgående överhettning inom halvledarindustrin, är kylmaskiners och systemets termiska tröghet nödvändig för att säkerställa obegränsad högytterlig produktion.
Vanliga frågor
Vilken temperaturstabilitet krävs för processer som rör tillverkning av halvledare vid under-5 nm-noder?
För processer som avser tillverkning av halvledare vid under-5 nm-noder är en termisk stabilitet inom intervallet ±0,02 °C avgörande för att eliminera nanoskaliga defekter.
Hur påverkar termiska transienter kylaggregaten för wafertillverkning inom halvledarindustrin?
Flerstegskylning, millikelvin-sensorer och mikrokanalvärmeflärar används inom halvledarindustrin för wafertillverkning för att säkerställa jämn kylning och eliminera transienter under tillverkningen.
Vilken betydelse har realtidsövervakning för den termiska hanteringen av halvledarprocesser?
Realtidsövervakning har enorm betydelse eftersom inbäddade sensorer med termopilmatriser övervakar differentiella termiska profiler, vilket är avgörande för adaptiva styrsystem för att förutsäga förändringar i termisk belastning och justera styrresponskurvor.
På vilka sätt kan adaptiv hårdvarukonstruktion stödjas genom integrering av kompressorer med variabel hastighet?
Variabla hastighetskompressorer har förmågan att reglera köldmedieflödet i realtid, vilket resulterar i en minskning med 70 % av temperaturöverskridningen under övergångar – en nyckelfaktor vid tillverkning av halvledare.
Vilka funktioner hos en halvledarkylmaskin stödjer stabilitet vid ström- eller kylmedieavbrott?
Kombinationen av redundanta kretskylsystem och inbyggda fasändringsmaterial ger termisk tröghet vid störningar och upprätthåller stabila förhållanden tillräckligt länge för att möjliggöra aktivering av batteriström.