Bakit mahalaga ang mga chiller para sa paglamig ng semiconductor fab sa mga halaman ng paggawa?

Ang mga bahid ng Estabilidad ng Thermal para sa Photolithography na Sub-7nm at mga Device na EUV.

Upang makabuo ng mga istrukturang semiconductor na mas maliit kaysa 7nm, kinakailangan ang kakayahang kontrolin at pangasiwaan ang antas ng pagbabago ng temperatura na halos hindi maisasagawa. Ang mga sistemang Extreme Ultraviolet (EUV) lithography ay kailangang gumana sa isang temperatura na matatag sa loob ng ±0.01°C. Katumbas ito ng pagpapanatili ng temperatura ng buong swimming pool sa antas na ±0.0005°C. Sa napakaliit na sukat, ang mga pagbabago ng temperatura ay nagdudulot ng thermal expansion at contraction sa mga materyales ng lens at sa mga stage ng wafer, na humahantong sa (a) mga pagkakaiba mula sa nakatakda nang layout (ang lubos na eksaktong mga landas ng liwanag na kinakailangan upang ilantad ang isang maliit na tampok) at (b) pagbagsak ng mga landas ng liwanag. Ang ganitong uri ng hamon ay nararanasan din ng immersion lithography. Ang isang simpleng pagbabago ng temperatura na 0.1°C ay nagdudulot ng mga pagbabago sa refractive index ng likido. Bukod dito, nagdudulot ito ng kalagayan ng out-of-focus sa mga pattern. Ito ay isang walang kapaguran at, sa katunayan, ang pinakamahalagang katotohanang dapat isaalang-alang kaugnay ng mga bagong EUV power module na may power density na higit sa 500kW/m². Kung ang init ay hindi matatag sa napakataas na antas ng katiyakan, ang pangunahing layunin ng pagmamanupaktura sa nanometer-scale ay maisasagawa man, ngunit ang mga elektronikong komponente ay magiging depekto.

Mga Epekto ng Teknolohiya ng Thermal Drift na Dulot ng Chiller sa Katiyakan ng Overlay sa Paggawa ng Semiconductor

Ang mga sistema ng chiller sa paggawa ng semiconductor ay may natatanging epekto sa katiyakan ng overlay, na tumutukoy sa kahusayan kung paano isinaayos ang maraming layer ng silicon. Ang temperatura ng mga chiller na ito ay nakaaapekto sa mga wafer sa paraang ang bawat degree ng thermal-induced na pagbabago sa temperatura ng chiller ay nagdudulot ng pagpapalawak ng mga wafer na gawa sa silicon hanggang sa 2.6 μm/m. Sa mga wafer na may diameter na 300 mm, ang pagpapalawak na ito ay maaaring magdulot ng hanggang 3 nm na pagkawala ng alignment ng mga wafer. Ang mga advanced na proseso sa paggawa ng chip na may sukat na 5 nm ay nagsisilbing tumatanggap lamang ng 1.7 nm na pagkawala ng alignment ng mga layer ng wafer. Mahalaga rin na bigyang-diin ang epekto ng thermal drifts sa yugto ng lithography ng kagamitan. Ayon sa mga inhinyero, ang mga drift na ito ay may sanhi sa 'mechanical creep' sa paggamit ng kagamitan sa lithography, na nagpapalaki nang mas malaki at mas malaki sa mga hindi pa man naging maliliit na pagkakamali sa posisyon ng kagamitan dahil sa paulit-ulit na paggamit.

Kapag nangyayari ang pagkakamali sa pag-align ng mga layer, maaaring magdulot ito ng malubhang problema tulad ng short-circuit o mga puwang sa kumbinasyon ng mga circuit. Ang mga depekto na ito ay nagreresulta sa pagkawala ng mga tagagawa ng humigit-kumulang $740,000 bawat oras (Ponemon Institute, 2023). Ang mga advanced na modernong chiller ay may smart load management at kayang panatilihin ang katatagan ng temperatura sa loob ng +/- 0.005 degree Celsius. Ito ay nagpapahintulot sa paggawa ng mga semiconductor na may kritikal na katiyakan na +/- 0.15 nm upang makamit ang mabuting yield.

Mga Pamantayan para sa Mga Cleanroom at Katinuan ng Fluid sa Semiconductor

Integridad ng Fluid Path at Kontrol sa Particle

Ang mga chiller na ginagamit sa mga sistema ng pagpapalamig para sa mga halaman ng paggawa ng semiconductor ay kailangang panatilihin sa pamantayan ng ISO Class 1–4 upang hindi masira ang extreme ultraviolet lithography (EUV) at iba pang yugto ng pagmamanupaktura. Anumang kontaminante sa hangin na may sukat na higit sa 0.1 micron ay magiging problema sa pagtuturo sa napakaliit na mga wafer na may sukat na mas mababa sa 5 nanometer. Ang mga modernong sistema ng chiller ay may ganap na nakasara na mga daanan ng refrigerant at gumagamit ng mataas na kalidad na stainless steel na konstruksyon na katulad ng ginagamit sa mga instrumentong pang-siruhya upang mabawasan ang kontaminasyon. Ang mga chiller na ito ay gumagamit ng mga advanced na molecular contamination filter pati na rin ng HEPA filter upang matiyak na ang positibong differential pressure at ang mga kontaminante sa hangin ay panatiling nasa ilalim ng isang (1) kontaminante bawat cubic meter sa sukat na 0.1 micron. Ang mga ekstremong hakbang na ito ay nagpapatiyak na ang mga machine ng ASML lithography ay hindi apektado ng anumang kontaminante na maaaring pabaguhin ang optical performance ng mga lithography machine. Ang rate ng mga depekto sa mga wafer ay kontrolado sa ilalim ng 0.01 bawat square centimeter. Ang mga makina na ito ay nagkakahalaga ng higit sa dalawang milyong dolyar at lubhang sensitibo sa optical deposition.

Pagsasagawa ng Pagpili ng Mga Materyales na Tinitibay Laban sa Pagka-corrode at Pagsunod sa Pamantayan para sa Deionized Water (≥18.2 MΩ·cm)

Ang mga chiller para sa paglamig ng semiconductor fab ay kailangang magbigay ng mga sistemang ultrapure water (UPW) na may lahat ng thermal transfer point na may resistivity na >18.2 MΩ·cm (i.e., >99.999999% na wala ng ionic contaminants). Ang karaniwang industrial chillers ay hindi gumagana dito dahil sa galvanic corrosion sa copper-nickel alloys na nagpapalabas ng mga metal sa coolant loops. Bilang resulta, ang mga susunod na henerasyong solusyon ay idinisenyo gamit ang sumusunod:

- Mga fluid circuit na gawa sa 316L/904L stainless steel na naka-electropolish.
- Mga passivation layer na hindi nagpapahiwatig ng iron oxide.
- Mga non-metallic (Kalrez® FFKM) na seal na tumutugon sa thermal cycling.

Ang disenyo na ito ay nagpipigil sa pagbaba ng resistivity sa <18.0 MΩ·cm na nagdudulot ng wafer hazing—na isang depekto na nagkakahalaga ng $740,000 bawat insidente (SEMI Benchmark Report, Yield Loss Drivers in Advanced Node Fabrication, 2023). Kumpara sa mga pharmaceutical-grade na sistema, ang mga semiconductor chiller ay kailangan ding makatiis sa permeation ng mga etch chemicals, tulad ng HF, sa pamamagitan ng equipment interface.

Pagpapalawig ng Buhay ng Kagamitan at Pagpapabuti ng Ani gamit ang Maaasahang Chiller para sa Paglamig ng Semiconductor Fab

Pagtataya ng Kawalan ng Ani: Ang Kamalian na ± 0.3°C at ang Kaugnayan Nito sa mga Sira (SEMI F47)

Maraming dahilan, tulad ng konsentrasyon ng mga sira, para panatilihin ang pare-parehong temperatura sa isang semiconductor fab. Ang mga sira ay 'killer' at, ayon sa estratehiya ng industriya ng semiconductor sa pamamahala ng mga sira, ang SEMI F47 (draft), ang pag-alis ng mga sira ay isang malakas na motibasyon. Kung ang isang fab ay hindi sumusunod sa mga pamantayan ng SEMI F47, ito ay magpaprodukto ng 1.5–3% na mas kaunti ng mga chip bawat 100 wafers dahil sa mga 'killer defects'. Ang lahat ng nabubulok na silicon ay isang malaking pinsalang pampinansya para sa isang fab, ngunit ang tunay na gastos ng nagbabagong kondisyon ng init ay ang pagkasira ng kagamitan at ang kaugnay na pagtaas ng mga gastos sa pagpapanatili. Ang mga kagamitan, tulad ng extreme ultraviolet (EUV) na laser at mga etch chamber, ay lalo pang sensitibo sa mga siklo ng init, at madaling maapektuhan ng isang pangyayari na tinatawag na thermal fatigue na nagdudulot ng 18% na pagtaas sa mga gastos sa pagpapanatili at panahon ng pagkakabigo.

Kaya pumupunta ang mga modernong planta ng pagmamanufactura ng pera sa mga sistema ng pagpapalamig na kayang panatilihin ang temperatura sa loob ng saklaw na plus o minus 0.05 degree Celsius. Ang ganitong kahusayan ay nagpipigil sa mga pagkabigo, nagpapangalaga sa mga kagamitan na may halagang milyon-milyong dolyar, at nagbibigay ng pare-parehong antas ng produksyon na kailangan ng mga pangulo ng planta upang suportahan ang malusog na kita.

Pagpapakatama ng Sukat at Pagpapasadya ng mga Industrial Chiller para sa Dinamikong Mga Beban ng Proseso

Kapag pinapalamig ang isang pasilidad para sa paggawa ng semiconductor, iba-iba ang mga pangangailangan nito sa init. Ang pagpapalamig gamit ang chiller ay kailangang tamang sukat at nakasalalay sa partikular na pangangailangan, o kung hindi man, mangyayari ang lahat ng uri ng problema. Ang malalaking chiller ay masyadong madalas na i-on at i-off, na sa paglipas ng panahon ay mag-aabala ng kuryente at sisirain ang mga komponenteng madalas na i-on at i-off. Samantala, ang maliit na chiller ay hindi kayang panatilihin ang kritikal na saklaw na +/- 0.3 degree kapag may biglang tumaas na demand. Ito ay nagdudulot ng pagbabago sa mga kritikal na chip na ginagawa, at tulad ng alam natin, ang temperatura ay isang pangunahing salik sa kalidad. Upang labanan ito, ang mga pasadyang sistema at ang matalinong teknolohiya ng PID control ay awtomatikong ina-adjust ang antas ng pagpapalamig habang nagbabago ang mga kondisyon. Sa pamamagitan ng pagsasama ng matalinong kontrol ng PID at ng espesyal na mga materyales na nagbabago ng yugto (phase change materials) bilang mga pampigil ng thermal shock, ang mga inhinyero ay may tamang kombinasyon upang bawasan ang mga depekto at makatipid ng enerhiya. Ang mga customer ay nakapag-uulat ng pagtitipid na 25 hanggang 30 porsyento, kumpara sa karaniwang mga chiller na may fixed capacity.

Mga FAQ  

Bakit mahalaga ang thermal stability sa paggawa ng semiconductor?

Ang katatagan ng temperatura ay mahalaga sa paggawa ng semiconductor dahil ang mga pagbabago sa temperatura ay maaaring magdulot ng hindi tiyak na proseso ng paggawa ng semiconductor, na nagreresulta sa mga depekto at hindi maayos na gumagana na komponente.

Ano ang mga kahihinatnan ng thermal drift na dulot ng mga chiller?

Ang thermal drift na dulot ng mga chiller ay maaaring magdulot ng di-pagkakasunod-sunod ng mga layer ng silicon. Ito naman ay maaaring magdulot ng mga depekto na sanhi ng short circuit sa silicon at dagdag na gastos sa produksyon dahil sa mga pagkaantala sa produksyon.

Paano tumutulong ang mga modernong chiller upang makamit ang mga pamantayan sa cleanroom at kalinisan ng fluid?

Ang mga modernong chiller ay tumutulong na makamit ang mga pamantayan sa cleanroom sa pamamagitan ng paggamit ng mga nakasiradong refrigerant pathway at anti-corrosive na materyales na hindi nagpapahintulot ng kontaminasyon, na pananatilihin ang integridad ng chip.