Hur anpassar sig ett modulärt halvledarprocesskylaggregat till förändrade krav?

Med en modulär design har kylenheterna möjlighet att skapa ett slutet kretslopp genom att använda separata, oberoende kompressorenheter för varje kylkrets, och är därför inte beroende av en central kompressor. Vid hanterade och oplanerade avbrott i kompressorernas drift kan de intilliggande, närliggande kretsarna öka sin arbetsbelastning för att säkerställa obegränsad kylning. Den unika konstruktionen och det inbyggda systemet ger redundans för produktionsprocesserna, och vid extrema toppbelastningsförhållanden kan temperaturerna förbli nästan oförändrade – med endast en förändring på så lite som 0,5 grader Celsius. Varje enskild krets kan styras så att den opererar vid så låg effekt som 15 % av maxeffekten. Detta resulterar i betydande driftkostnadsbesparingar, eftersom energistyrningen justeras i realtid för att matcha den specifika genomströmningen utan onödiga driftkostnadsförluster från att stora system kontinuerligt måste slås på och av.

Med moduler som kan bytas ut under drift kan underhåll och utbyggnad utföras i renrum utan att störa befintliga processer. Dessa moduler ansluter till installationsmoduler, som tillhandahåller el, kylvätskor och styranslutningar, och är godkända för renrumsklass 100. Under underhållsfönster kommer tekniskt personal att ersätta kylaggregat eller pumpmoduler i befintliga installationer, på samma sätt som IT-personal gör när de byter ut serverblades. Åtkomst via främre panel innebär att teknisk personal inte längre behöver komma åt dammiga områden, vilket minskar risken för korskontaminering. År 2023 publicerade tidskriften Semiconductor Engineering en artikel som detaljerade flera fallstudier. Anläggningar som införde dessa moduler minskade tiden för utbyggnad av sina kylaggregat med 70 % jämfört med traditionella metoder som använde svetsning för röranslutningar. Allt arbete slutfördes samtidigt som kraven på luftrenhet enligt ISO-klass 5 uppfylldes.

Intelligent lastanpassning: Rollen för variabel kapacitetsstyrning i automatisering av halvledarprocesser

Kylmaskinslaststegring och cykling av inverterdrivna kompressorer för litografi- och ätverktyg

Moderna modulära kyldon är kapabla att tillhandahålla en kylytning som är proportionell mot det som krävs vid varje given tidpunkt, genom att använda mikroprocessorbaserade modulära kyldon som innehåller flera separata kylkretsar som kan slås på eller av för att tillhandahålla kyling till specifika kretsar. Dessutom är de kylenheter (kompressorer) som ingår i dessa kyldon inte bara enkla på/av-enheter; de kan reglera sin kylytning från 10 till 100 procent, vilket ger en nästan omedelbar respons när kyllasten varierar på grund av värmeavledningshastigheterna hos litografiskanner och plasmaätmaskiner som används i halvledartillverkning. Kombinationen av dessa avancerade funktioner gör att kyldonen kan drivas på ett icke-slöseriskt sätt utan att man offrar möjligheten att styra kylvätskans temperatur med en noggrannhet på ±0,5 °C från inställd nivå, även vid stora, snabba och upprepade förändringar som uppstår under de olika bearbetningsstegen i halvledartillverkningsprocessen.

Motorer per modul och flödesmodulering för exakt termisk leverans

Kylarmodulerna inkluderar dessa proportionella motorstyrda ventiler som justerar kylmedelsflödet beroende på vad som sker nedströms vid verktygen. Detta gör att varje modul kan tillhandahålla optimal kyling till varje specifikt processverktyg och förhindra temperaturspikar orsakade av receptändringar eller när en kammardörr är öppen. Systemet använder återkoppling i sluten loop för att justera kylmedelsflödet i realtid vid varje processväxling. Jämfört med äldre system med fast inställning har vi testat en minskning av termisk belastning på wafers med 23 %. Denna minskning har en betydande inverkan för halvledartillverkare som måste arbeta inom strikta toleranser.

Adaptiv temperaturreglering: TACS optimerar temperaturinställningar i realtid

TACS integreras med fabriksnivåns MES för temperaturstabilitet på ±0,1 °C vid kritiska exponeringssteg

Det termiska automatiserade kontrollsystemet, eller TACS, integreras med kontrollsystemet på tillverkningsanläggningen, vilket gör att operatörer kan justera temperaturkontrollens inställningsvärden under exakt den exponeringssteg i processen. Temperaturer som avviker med mer än +0,1 eller −0,1 grader Celsius kan orsaka drift i måtten på de mekaniska komponenterna samt drift i förhållande till överläppningen (overlay), vilket särskilt kan vara problematiskt för EUV-litografi. TACS använder realtidsdata från de driftverktyg som är i bruk samtidigt som det styr trycket i de olika kammarna, resistens kemiska sammansättning och strålningens intensitet för att förutse och mildra termiska förändringar genom justering av kylmedelströmmen. Systemet kyler försiktigt samtidigt som det minskar slitage på kompressorn och upprätthåller den önskade temperaturen för foto-kemiska reaktioner vid aktiva exponeringar.

Baserat på vår erfarenhet från verkliga fabriksprocesser förbättrar sådana slutna styrsystem utbytet av wafers och minskar energikostnaderna med 15 till 20 procent, eftersom de endast kyler det som behöver kylas. Dessutom hanterar de slumpmässiga termiska svängningar i renrumsmiljön, så att konsekvensen mellan olika partier förblir stabil under hela produktionsloppen.

Prediktiv anpassning: Optimering av modulära halvledarkylares prestanda med hjälp av data-baserade prognoser och slutna styrloopar

Lastprognos med hjälp av AI baserad på historiska verktygsutlämningsdata och kammarcykeldata

AI har kunnat uppnå en genomsnittlig effektivitet på nästan 94 % vid förutsägelse av värmeackumulering från verktygsutskickdata, även upp till 30 minuter i förväg jämfört med värmeutlösningsscyklerna för litografi- och ätverktyg. Detta gör att driftingenjörer kan omplacera kylresurser innan temperaturfluktuationer uppstår i kretsmoduler. Maskininlärningssystemen kan optimera datainsamlingen från driftsensorer för att justera prognoserna för kylresurser i realtid. Den optimerade kylningen har minskat onödig drifttid för kompressorsystem med 22 %, samtidigt som temperaturregleringen bibehålls inom ±0,1 °C från inställd nivå.

Fallstudie: Adaptiv inställning av styrvärde i en 300 mm-fabrik minskade energianvändningen med 18 % utan att påverka processutbytet negativt

Med en ungefärlig årlig besparing på 3 200 timmar kompressordrifttid minskade detta slutna styrsystemet den årliga kompressordrifttiden med 3 200 timmar och bibehöll defektdensiteten

Varför är modulär design viktig i halvledarkylsystem?

Modulärt utformning möjliggör redundans och innebär att enskilda kretsar kan köras vid lägre effektnivåer, vilket ökar energibesparingen och minimerar störningar i produktionsprocessen.

Hur fungerar systemet för termisk automatiserad styrning (TACS)?

TACS använder data från ett MES (Manufacturing Execution System) för att förbättra temperaturstabiliteten under en process genom förutsägande styrning (realtime-anticiption) av nödvändiga kyljusteringar.

Vad är inverkan av AI på halvledarkylsystem?

AI möjliggör förutsägande styrning för att optimera kylningen, minimerar onödig kompressorcirkulation och förbättrar driftseffektiviteten.