Como exatamente a velocidade de resposta dos dispositivos de compensação de energia reativa dinâmica afeta a taxa de rendimento das linhas de produção de semicondutores?

A fabricação de semicondutores, como um representante típico da indústria de precisão, possui requisitos extremamente rígidos para a qualidade da energia. Na seção a seguir, a Geyue Electric, da perspectiva profissional de um fabricante de equipamentos de compensação de energia reativa dinâmica, explorará profundamente o mecanismo de correlação intrínseca entre a velocidade de resposta deSVG (gerador Var estático)e a taxa de rendimento da produção de semicondutores. Ao analisar as características de carga especial do equipamento semicondutor, a sensibilidade aos SAGs de tensão e os efeitos de interação entre o equipamento de processo e o sistema de energia, a Geyue Electric revelará o papel crucial da compensação dinâmica em nível de milissegundos na melhoria da taxa de produção de fabricação de chips. Ao mesmo tempo, a Geyue Electric também validará a eficácia da solução técnica, combinando dados reais de casos das plantas de fabricação de wafer.

Os requisitos especiais da fabricação de semicondutores para qualidade de energia

A linha de produção de semicondutores é um sistema complexo composto por centenas de equipamentos de precisão. Dispositivos -chave, como máquinas de fotolitografia e implantes de íons, são altamente sensíveis a flutuações de tensão. Os equipamentos de produção nas fábricas modernas de wafer geralmente usam fontes de alimentação com comutação para fonte de alimentação. Essas cargas não lineares geram rapidamente as demandas de energia reativa durante a operação. Quando a grade de energia falha em fornecer suporte de energia reativo no tempo, causará cedos de tensão, distorções da forma de onda e outros problemas de qualidade da energia elétrica.

Em processos avançados de fabricação abaixo de 45 nanômetros, mesmo uma queda de tensão com duração de apenas 10 milissegundos pode fazer com que o sistema servo de precisão da máquina de litografia perca a sincronização, resultando em desvios de alinhamento de wafer. De acordo com dados de pesquisa do Roteiro Internacional de Tecnologia de Semicondutores (ITRs), os SAGs de tensão tornaram-se o terceiro maior fator que contribui para defeitos de chip, causando bilhões de dólares em perdas para a indústria global de semicondutores a cada ano. Isso requer que os dispositivos de compensação de energia reativa que acompanham tenham recursos de resposta dinâmica extremamente rápidos. Os dispositivos TSC tradicionais, devido ao atraso inerente à ação dos interruptores mecânicos (geralmente excedendo 100 milissegundos), falharam completamente em atender aos requisitos das fábricas modernas de semicondutores.

Os padrões técnicos de conotação e medição da velocidade de resposta

A velocidade de resposta dos dispositivos de compensação de energia reativa dinâmica refere -se ao tempo exigido da detecção de alterações de energia reativa no sistema para a saída da corrente de compensação de destino. Para equipamentos eletrônicos de energia totalmente controlados como o SVG, a velocidade de resposta depende principalmente de três links técnicos: algoritmos de detecção rápida, chips de controle de alta velocidade e as características de comutação dos dispositivos de energia.

Atualmente, a Comissão Internacional Eletrotécnica (IEC) define o tempo de resposta dos dispositivos de compensação de energia reativa dinâmica como o intervalo de tempo da mudança repentina da tensão do sistema para a saída do dispositivo que atinge 90% do valor alvo. Os principais fabricantes de equipamentos semicondutores normalmente exigem que esse indicador não seja superior a 10 milissegundos, e alguns Fabs avançados até propõem um padrão rigoroso de 5 milissegundos. Os dados medidos mostram que o tempo de resposta dos dispositivos SVG usando dispositivos de potência de carboneto de silício de terceira geração (SIC) pode ser reduzido para menos de 2 milissegundos, principalmente devido às características de frequência de comutação dos materiais SIC acima de 100 kHz.

O mecanismo de correlação entre a velocidade de resposta e o rendimento do processo

A perda de taxa de rendimento nas linhas de produção de semicondutores decorre principalmente de dois tipos de problemas relacionados à qualidade da energia: sucata repentina e possível desvio de parâmetros. O primeiro é manifestado diretamente como a demolição de bolachas, enquanto o último leva a desvios dos parâmetros de desempenho do chip dos valores projetados. A resposta rápida do dispositivo de compensação de potência reativa dinâmica pode efetivamente impedir a ocorrência desses dois tipos de problemas.

Tome o processo de gravação como exemplo. Quando a fonte de alimentação plasmática possui uma potência instável devido a flutuações na tensão da grade, a taxa de gravação mudará repentinamente. Os dados experimentais mostram que, se o tempo de recuperação de tensão exceder 20 milissegundos, o desvio da uniformidade de gravação excederá 3%, resultando diretamente na demolição de todo o lote de bolachas. No entanto, um sistema de fonte de alimentação equipado com um SVG de resposta rápida (<5ms) pode controlar essas flutuações de processo em 0,5%. No processo de polimento mecânico químico (CMP), a compensação de potência reativa mais rápida pode manter o torque do motor estável e evitar arranhões em nano-escala na superfície da wafer causada por flutuações de pressão de polimento.

Principais inovações tecnológicas e caminhos de implementação

Os principais avanços tecnológicos para alcançar a resposta dinâmica em nível de milissegundos estão principalmente em três aspectos: primeiro, um algoritmo de detecção aprimorado com base na teoria do poder reativo instantâneo diminui o tempo de detecção para 1/4 do ciclo de frequência de potência através da transformação do sistema de coordenadas de αβ; Em segundo lugar, uma arquitetura de processamento paralela DSP de vários núcleos é adotada para comprimir o ciclo de controle para 50 microssegundos; Mais importante ainda, a aplicação de dispositivos semicondutores de bandGAP ampla aumenta a velocidade de resposta dinâmica do módulo de potência por uma ordem de magnitude.

Um dispositivo SVG doméstico foi testado em uma fábrica de wafer de 12 polegadas. Os resultados mostraram que, em comparação com o dispositivo usando o módulo IGBT tradicional (tempo de resposta de 15ms), a versão atualizada usando o módulo SIC (tempo de resposta de 1,8ms) teve um rendimento médio mensal de 92,7% para a linha de produção com a primeira, enquanto atingiu 96,3% com o último. Especialmente no processo de litografia ultravioleta profunda (DUV), a diferença de rendimento foi mais significativa, o que verificou completamente o impacto crucial da velocidade de resposta na precisão do processo.

Pontos -chave da integração do sistema e prática de engenharia

Na aplicação prática de fábricas de semicondutores, o dispositivo de compensação de energia reativa dinâmica precisa ser profundamente integrada a todo o sistema vegetal. Considerando a arquitetura especial da fonte de alimentação das fábricas de wafer, o SVG geralmente adota um esquema de layout distribuído. Os pontos de compensação são definidos no lado do barramento de 10kV de cada subestação e no lado do alimentador de 400V de equipamentos de processo importantes, respectivamente, formando um sistema de proteção de vários níveis.

No projeto de expansão da segunda fase de uma fábrica de chip de memória líder internacionalmente, foi adotada uma abordagem inovadora onde o SVG (gerador de tensão de sinal) foi integrado ao sistema de controle do equipamento de processo para troca de dados. Ao obter tendências de mudança de carga em tempo real das máquinas de litografia e máquinas de gravação, o sistema de compensação de energia reativa pode atingir a regulação preditiva, com o tempo de lead time de resposta controlado antes da janela sensível ao processo. Esse modelo de colaboração inteligente aumentou o rendimento geral dos produtos de 28 nanômetros dessa fábrica em 2,8 pontos percentuais e gerou um benefício econômico adicional de mais de 30 milhões de dólares anualmente.

Tendências futuras de desenvolvimento tecnológico

À medida que a fabricação de semicondutores avança para nós de nanômetro 3 e abaixo da tecnologia, os requisitos para a qualidade da energia elétrica se tornarão ainda mais rigorosos. A tecnologia de compensação de energia reativa dinâmica da próxima geração está evoluindo em três direções: primeiro, há um avanço no limite de velocidade de resposta, com dispositivos experimentais baseados em dispositivos de nitreto de gálio (GaN) que atingem a resposta sub-movina; Em segundo lugar, está sendo realizada a profunda aplicação da tecnologia gêmea digital, simulando toda a rede de fonte de alimentação da fábrica em um espaço virtual para alcançar a otimização precoce das estratégias de remuneração; Finalmente, a introdução de algoritmos de previsão de IA está sendo implementada, analisando dados maciços de processo para prever os padrões de mudança de demandas reativas de energia para cada equipamento de produção.

Existe uma clara relação quantitativa entre a velocidade de resposta do dispositivo de compensação de potência reativa dinâmica e a taxa de rendimento da produção de semicondutores. A capacidade de resposta no nível de milissegundos não apenas suprime efetivamente as perdas diretas causadas por flutuações de tensão, mas também melhora a consistência geral do desempenho dos chips, mantendo a estabilidade dos parâmetros do processo. Como um campo inovador na interseção da tecnologia eletrônica de energia e da fabricação de semicondutores, o progresso contínuo da tecnologia de compensação de energia reativa dinâmica fornecerá um importante suporte à infraestrutura para a continuação da lei de Moore. A Geyue Electric, como especialista em compensação de energia reativa, nossa empresa sugere que as fábricas de wafer incorporam o sistema de gerenciamento da qualidade da energia no design geral durante o estágio de planejamento e selecione equipamentos SVG com um tempo de resposta inferior a 5 milissegundos para construir um sistema sólido de garantia de energia para fabricação de chips de ponta. Se a sua fábrica de wafer estiver buscando ativamente uma solução de compensação de energia reativa dinâmica de resposta rápida, não hesite em entrar em contato conosco:info@gyele.com.cn.