半導体製造装置の冷却

数千もの冷却と温度制御システムが半導体製造工場に設置されており、常時作動しています。半導体製造工場で使われる重要な製造装置は、信頼性が高く、ダウンタイムを短縮できるようにサービスが容易でなければなりません。レアードサーマルシステムズは、半導体製造装置向けにカスタム仕様の冷却と温度制御システムを提供しています。


高精度の温度制御

レアードサーマルシステムズのカスタム液冷システムは半導体装置向けに特別に設計され正確な温度で装置が作動し続けるようにしています。このシステムには熱交換器やポンプ、センサ、熱電冷却器、熱電冷却アセンブリ、熱電冷却チラー、コンプレッサ、流量コントローラ、温度コントローラなどたくさん含まれています。

半導体製造装置に対する冷却能力の要求は、200W(熱電冷却チラーやコンプレッサベースのシステム)から数百kW(液体から液体へと熱を移動させる冷却システム)までいろいろあり、これらに-80℃から+150℃までの温度コントローラがつきます。大概の応用では、安定させる設定温度が1つだけです。しかし、チップの最終テスト環境では、チップにストレスをかけるため温度を変化させます。この場合、一つの熱管理システムでは異なる2点の設定温度を定める必要があります。高精度のプロセスにより、製造装置メーカーは極めて安定な温度環境を要求します。これらの温度は典型的に±0.1K(例えばエッチング装置)から±0.001K(例えばリソグラフィ装置)が求められ、冷却能力は数kWまで求められます。


低温の要求

半導体製造工場では、レアードサーマルシステムズのカスタム多段コンプレッサベースの冷却機が使われ、低温冷却の要求に対応してきました。標準的な冷却チラーだと、その要求に合うように改良が必要なことが多く、時々水冷の凝縮器が求められました。

レアードサーマルシステムズの液体から液体への冷却システムは周囲環境に対して閉じた系で作動していましたが、これは流体から流体への熱交換機の原理に基づくものです。当社は、コスト効率の良い熱電ベースの冷却システム(19インチラック)も各応用に対して提供しています。

レアードサーマルシステムズのカスタム冷却システムのユニークな点は、空冷のエバポレータの代わりに水冷方式を使っていることです。この結果、ファンを使っていないので動作は静かです。さらに重要なことは、この熱が一般的な工場で使われる冷却水には入らず、空調の効いた環境の水に入ります。

冷却・加熱の全ての制御システムは、耐震性を含むSEMI S2およびF47の標準規格を満たすように作られています。生産装置の近くに設置されていますが、クリーンルームの下の隠されたスペースか、下の階に置かれています。また、クリーンルームでの要求も満たすようにシステムを構成し直すこともできます。


問題の多い環境での専門技術

半導体製造装置環境は、液冷システムを設計・製造する上で最も問題の多い応用の一つです。部品の選択に細心の注意を払わなくてはならない上に、液冷システム全体と半導体製造装置との統合にも気を配らなくてはなりません。設計者が直面するシステムの問題は、制御と放熱側で使われる熱移送メカニズムのタイプや、材料の互換性、バルブの制御、清浄度、スペースの最適化、半導体業界のコンプライアンス、保守性などがあります。

レアードサーマルシステムズは、エンジニアリング設計サービスの専門家集団であり、グローバルな存在でもあります。オンサイトでコンセプトを生み出すとか、熱のモデル技術、機械的・電気的設計技術、ラピッドプロトタイピングも可能です。当社はまた、振動試験サービスも提供し、半導体産業の独特の規格に合わせています。稼働時間を最大にするために半導体製造装置はレアードサーマルシステムズの先進の温度コントローラと監視・警報機能と共に、補完し合うことができます。


半導体製造装置応用におけるレアードサーマルシステムズの液冷システムの重要な特長

  • 未知のウエット部品・材料混合物による化学反応に対して装置のプロセスを保護
  • 工場の水温変化に関係なく安定した温度を得ること
  • 工場の水温より上あるいは下の温度を得ること
  • 多ループの液冷システムを持つ1台の装置で、異なる温度や流体への要求を解決すること
     

液冷ソリューション 
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半導体製造装置の環境は液冷システムを設計する上で問題が極めて多いため、細心の注意が必要です。詳細はこちらのアプリケーションノートをお読みください;半導体装置向け液体から液体周囲への冷却システム