Upgrade van turbomoleculaire pomp voor hoge temperaturen voor etsproces: langere bedrijfstijd van het gereedschap en lagere totale eigendomskosten

Bij de productie van halfgeleiders in grote volumes staan de uptime van de apparatuur en de verbetering van de opbrengst centraal.

Zelfs een enkele ongeplande onderbreking kan de output verstoren, het risico op waferverlies verhogen en de algehele productiviteit verminderen.

Deze casestudy laat zien hoe een upgrade van een turbomoleculaire pomp voor hoge temperaturen de duurzaamheid van de pomp verbeterde, afzettingen verminderde en meetbare uptimeverbeteringen opleverde in een productieomgeving voor displaychips.

Klantsituatie: reactief onderhoud in de productie van flatscreens

De klant is een van de belangrijkste spelers op de markt voor flat panel displays (FPD's). Ze voerden een reactief onderhoudsprogramma uit op hun Edwards turbomoleculaire pompen (TMP), die rechtstreeks in de etsproceskamers waren geïnstalleerd. Deze pompen spelen een cruciale rol bij het handhaven van stabiele vacuümomstandigheden die essentieel zijn voor de prestaties van metaaletsen.

Door de ophoping en afzetting van bijproducten waren frequente storingen een aanhoudende uitdaging geworden, waardoor het gebruik van apparatuur werd verminderd, de reparatiekosten stegen en de klant ontevreden was in een kritisch stadium van hun productiestroom.

De uitdaging: afzettingen in turbopompen en een kortere levensduur

De proceschemie is rijk aan verbindingen op basis van aluminium en chloor, wat leidde tot een aanzienlijke ophoping van bijproducten in de pompen. Terwijl standaard visuele controles weinig zorgwekkend waren, toonden de demontage-inspecties aanzienlijke afzettingen aan op de inlaat, uitlaat en vooral de Holweck-trappen van de pompen.

Na verloop van tijd verminderden deze verontreinigingen niet alleen de pompefficiëntie, maar verhoogden ze ook de kans op voortijdige storingen.

Waarom deeltjesafzetting turbomoleculaire pompen beschadigt

TMP's zitten direct in de kamer, dus botsingen tussen procesbijproducten en rotorbladen kunnen schade aan de rotor veroorzaken en het aantal deeltjes op de wafer of het substraat verhogen. In ernstige gevallen kunnen deze deeltjes niet alleen leiden tot dure TMP-reparaties, maar ook tot secundaire schade aan aangrenzende apparatuurcomponenten. Beide scenario's brengen een aanzienlijk risico met zich mee voor de productie van de fabriek. Naarmate de frequentie van storingen toenam, nam ook de ontevredenheid en scrupuleusheid toe, wat het potentieel voor competitieve verplaatsing met zich meebracht als er niet snel een robuuste en betrouwbare oplossing werd geleverd.

De oplossing: TMP-upgrade voor hoge temperaturen

Het Edwards-team erkende de urgentie en voerde een volledige analyse uit van de geretourneerde pompen, inclusief materiaalkarakterisering van de afzettingen en temperatuurprofilering.

De pompgegevens toonden een duidelijke kans: door de interne pomptemperaturen te verhogen, vooral in de lagere Holweck-regio, zou het mogelijk zijn om de condensatie en de accumulatie van aluminiumchloride bijproducten aanzienlijk te verminderen. Hoewel de chemie zelf niet verandert met de temperatuur, verandert het gedrag van deze deeltjes in de pomp wel.

Een grafiek met het gedrag van de upgrade van de turbomoleculaire pomp voor hoge temperaturen voor het etsproces

Op basis van deze bevindingen adviseerden we om de bestaande pompen van de klant binnen dezelfde modelserie om te bouwen naar een hogetemperatuurversie.

Deze upgrade verhoogde de belangrijkste interne temperatuurpunten met 20-30 °C, waardoor de hechting van procesbijproducten aan interne oppervlakken aanzienlijk werd verminderd. Het resultaat was geen verandering in het proces van de klant, maar een verbetering van de duurzaamheid van de pomp, een drop-in oplossing die geen herkwalificatie van gereedschap of architecturale wijzigingen vereiste.

Implementatie van de upgrade voor hoge temperaturen in etsgereedschappen

De implementatie verliep naadloos. De onderhoudstechnici van Edwards voerden volledige inlaat-, uitlaat- en Holweck-inspecties uit, waarbij de dikte van het bijproduct voor en na de reiniging werd gemeten om veilige bedrijfsmarges te garanderen. De geüpgradede maglev TMP's voor hoge temperaturen werden vervolgens geïnstalleerd op gerichte etsgereedschappen, waardoor het vertrouwen werd hersteld en de pompprestaties vanaf dag één werden verbeterd.

Resultaten: 1,5× langere levensduur van de pomp

De resultaten waren onmiddellijk en meetbaar. De klant ervaarde een 1,5× toename van de levensduur van de pomp, waardoor de frequentie van storingen en ongeplande stilstand aanzienlijk afnam. Doordat er minder interventies nodig waren, daalden de totale eigendomskosten aanzienlijk – dankzij de lagere reparatiefrequentie, het lagere verbruik van reserveonderdelen en de lagere voorraadvereisten voor reservepompen. Belangrijker nog, de uptime van het gereedschap is gestabiliseerd, waardoor de waferdoorvoer wordt beschermd en de beschikbaarheid van het proces voorspelbaar is.

Naast de operationele winsten had deze verbetering een strategische impact. Door de bron van de ontevredenheid aan te pakken en storingsproblemen op te lossen, hebben we het vertrouwen van de klant in de technologie van Edwards versterkt.

Deze gerichte technische verbeteringen kunnen leiden tot aanzienlijke verbeteringen in uptime, duurzaamheid en kostenefficiëntie. De klant evalueert nu een bredere inzet van TMP's voor hoge temperaturen in vergelijkbare toepassingen. Deze upgradecase verandert een eenmalige kritieke uitdaging in een betrouwbaarheidsvoordeel op de lange termijn.

Veelvoorkomende vragen

Wat is een upgrade van een turbomoleculaire pomp voor hoge temperaturen?

Een upgrade van een turbomoleculaire pomp voor hoge temperaturen verhoogt de interne bedrijfstemperaturen in een turbopomp om condensatie en ophoping van condenseerbare bijproducten van etsen te verminderen.

Bij halfgeleideretstoepassingen helpt deze aanpak:

Minimaliseert afzetting van aluminiumchloride

Langere levensduur

Verminder het risico op deeltjesverontreiniging

Verbeterde uptime

Lagere totale eigendomskosten

Omdat het binnen dezelfde pompserie kan worden geïmplementeerd, dient het vaak als een verbetering van de betrouwbaarheid.

Waarom treedt er afzetting op in turbomoleculaire pompen tijdens etsen?

Neerslag treedt op wanneer condenseerbare bijproducten, zoals aluminiumchlorideverbindingen, afkoelen en zich aan interne pompoppervlakken hechten, met name in de Holweck-fasen.

Hoe vermindert een verhoging van de pomptemperatuur afzettingen?

Hogere interne temperaturen verminderen de condensatie van bijproducten, waardoor de hechting van deeltjes en de ophoping in de turbomoleculaire pomp worden beperkt.

Vereist een TMP met hoge temperatuur herkwalificatie van het proces?

Nee. In dit geval was de upgrade een drop-in-oplossing binnen dezelfde pompmodelserie en waren er geen architecturale wijzigingen nodig.

Wat is het verschil tussen standaard turbomoleculaire pompen en turbopompen voor hoge temperaturen bij etsen?

Terwijl standaard turbomoleculaire pompen veel worden gebruikt in vacuümprocessen voor halfgeleiders, kunnen etstoepassingen die bijproducten van aluminiumchloride genereren profiteren van hogere pompbedrijfstemperaturen. Turbomoleculaire pompen voor hoge temperaturen helpen condensatie in de pomp te minimaliseren, verlengen de onderhoudsintervallen en ondersteunen een stabiele uptime van het gereedschap.