In che modo esattamente la velocità di risposta dei dispositivi di compensazione della potenza reattiva dinamica influisce sul tasso di snervamento delle linee di produzione dei semiconduttori?

La produzione di semiconduttori, come tipico rappresentante dell'industria di precisione, ha requisiti estremamente rigorosi per la qualità dell'energia. Nella sezione seguente, Geyue Electric, dal punto di vista professionale di un produttore di apparecchiature dinamiche di compensazione della potenza reattiva, esplorerà profondamente il meccanismo di correlazione intrinseca tra la velocità di risposta della velocitàSVG (Generatore VAR statico)e il tasso di rendimento della produzione di semiconduttori. Analizzando le speciali caratteristiche di carico delle apparecchiature a semiconduttore, la sensibilità alle abbassazioni di tensione e gli effetti di interazione tra apparecchiature di processo e sistema di alimentazione, Geyue Electric rivelerà il ruolo cruciale della compensazione dinamica a livello di millisecondi nel migliorare il tasso di resa della produzione di chip. Allo stesso tempo, Geyue Electric convaliderà anche l'efficacia della soluzione tecnica combinando i dati dei casi effettivi dagli impianti di fabbricazione di wafer.

I requisiti speciali della produzione di semiconduttori per la qualità dell'alimentazione

La linea di produzione di semiconduttori è un sistema complesso composto da centinaia di apparecchiature di precisione. I dispositivi chiave come le macchine della fotolitografia e gli impianti ionici sono altamente sensibili alle fluttuazioni di tensione. L'attrezzatura di produzione nelle moderne fabbriche di wafer utilizza generalmente alimentatori in modalità commutata per l'alimentazione. Questi carichi non lineari generano richieste di potenza reattiva in rapido cambiamento durante il funzionamento. Quando la griglia di potenza non riesce a fornire un supporto di potenza reattivo in tempo, causerà sags di tensione, distorsioni della forma d'onda e altri problemi di qualità dell'energia elettrica.

Nei processi di produzione avanzati al di sotto di 45 nanometri, anche una caduta di tensione che durava solo 10 millisecondi può causare la perdita di sincronizzazione del sistema di servo di precisione della macchina litografica, con conseguente deviazioni di allineamento del wafer. Secondo i dati di ricerca dell'International Semiconductor Technology Roadmap (ITRS), gli SAG di tensione sono diventati il terzo fattore più grande che contribuisce ogni anno ai difetti del chip, causando miliardi di dollari nelle perdite per l'industria globale dei semiconduttori. Ciò richiede che i dispositivi di compensazione della potenza reattiva di accompagnamento abbiano capacità di risposta dinamica estremamente rapide. I dispositivi TSC tradizionali, a causa del ritardo di azione intrinseco degli switch meccanici (di solito superiori a 100 millisecondi), non sono riusciti completamente a soddisfare i requisiti delle moderne fabbriche di semiconduttori.

Gli standard di connotazione tecnica e di misurazione della velocità di risposta

La velocità di risposta dei dispositivi di compensazione della potenza reattiva dinamica si riferisce al tempo richiesto dal rilevamento di variazioni di potenza reattiva nel sistema all'output della corrente di compensazione target. Per apparecchiature elettroniche di potenza completamente controllata come SVG, la velocità di risposta dipende principalmente da tre collegamenti tecnici: algoritmi di rilevamento rapido, chip di controllo ad alta velocità e caratteristiche di commutazione dei dispositivi di alimentazione.

Allo stato attuale, la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) definisce il tempo di risposta dei dispositivi di compensazione della potenza reattiva dinamica come l'intervallo di tempo dall'improvvisa variazione della tensione di sistema all'output del dispositivo che raggiunge il 90% del valore target. I principali produttori di apparecchiature a semiconduttore in genere richiedono che questo indicatore non sia più di 10 millisecondi e alcuni Fab Wafer avanzati propongono persino uno standard rigoroso di 5 millisecondi. I dati misurati mostrano che il tempo di risposta dei dispositivi SVG utilizzando i dispositivi di alimentazione di silicio di terza generazione (SIC) possono essere ridotti a meno di 2 millisecondi, principalmente a causa delle caratteristiche di frequenza di commutazione dei materiali SIC superiori a 100 kHz.

Il meccanismo di correlazione tra velocità di risposta e rendimento del processo

La perdita del tasso di snervamento nelle linee di produzione dei semiconduttori deriva principalmente da due tipi di problemi relativi alla qualità della potenza: demolizione improvvisa e potenziale deriva dei parametri. Il primo si manifesta direttamente come la demolizione dei wafer, mentre il secondo porta a deviazioni dei parametri di prestazione dei chip dai valori progettati. La rapida risposta del dispositivo dinamico di compensazione della potenza reattiva può impedire efficacemente il verificarsi di questi due tipi di problemi.

Prendi il processo di attacco come esempio. Quando l'alimentazione al plasma ha una potenza instabile a causa di fluttuazioni nella tensione della griglia, la velocità di attacco cambierà improvvisamente. I dati sperimentali mostrano che se il tempo di recupero della tensione supera i 20 millisecondi, la deviazione di uniformità di incisione supererà il 3%, con conseguente demolizione dell'intero lotto di wafer. Tuttavia, un sistema di alimentazione dotato di un SVG a risposta rapida (<5MS) può controllare tali fluttuazioni di processo entro lo 0,5%. Nel processo di lucidatura meccanica chimica (CMP), una compensazione di potenza reattiva più rapida può mantenere la coppia del motore stabile ed evitare graffi nano su scala sulla superficie del wafer causato da fluttuazioni della pressione di lucidatura.

Innovazioni tecnologiche chiave e percorsi di implementazione

Le scoperte tecnologiche principali per raggiungere la risposta dinamica a livello di millisecondi si trovano principalmente in tre aspetti: in primo luogo, un algoritmo di rilevamento migliorato basato sulla teoria del potere reattivo istantanea accorcia il tempo di rilevamento a 1/4 del ciclo di frequenza di potenza attraverso la trasformazione del sistema di coordinate αβ; In secondo luogo, viene adottata un'architettura di elaborazione parallela DSP multi-core per comprimere il ciclo di controllo a 50 microsecondi; Soprattutto, l'applicazione di dispositivi a semiconduttore a banda ampio migliora la velocità di risposta dinamica del modulo di potenza di un ordine di grandezza.

Un dispositivo SVG domestico è stato testato in una fabbrica di wafer da 12 pollici. I risultati hanno mostrato che rispetto al dispositivo utilizzando il modulo IGBT tradizionale (tempo di risposta di 15 ms), la versione aggiornata usando il modulo SIC (tempo di risposta di 1,8 ms) aveva un rendimento medio mensile del 92,7% per la linea di produzione con il primo, mentre ha raggiunto il 96,3% con il secondo. Soprattutto nel processo di litografia ultravioletta profonda (DUV), la differenza di resa era più significativa, che ha verificato pienamente l'impatto cruciale della velocità di risposta sull'accuratezza del processo.

Punti chiave di integrazione del sistema e pratica ingegneristica

Nell'applicazione pratica delle fabbriche di semiconduttori, il dispositivo dinamico di compensazione della potenza reattiva deve essere profondamente integrato con l'intero sistema vegetale. Considerando la speciale architettura di alimentazione delle fabbriche di wafer, SVG di solito adotta uno schema di layout distribuito. I punti di risarcimento sono impostati sul lato Busbar da 10kV di ciascuna sottostazione e sul lato dell'alimentatore a 400 V rispettivamente di importanti apparecchiature di processo, formando un sistema di protezione a più livelli.

Nel progetto di espansione di seconda fase di una fabbrica di chip di memoria a livello internazionale, è stato adottato un approccio innovativo in cui SVG (generatore di tensione del segnale) è stato integrato con il sistema di controllo dell'apparecchiatura di processo per lo scambio di dati. Ottenendo le tendenze del cambio di carico in tempo reale delle macchine litografiche e delle macchine per l'attacco, il sistema di compensazione della potenza reattiva può raggiungere una regolamentazione predittiva, con i tempi di consegna della risposta controllati prima della finestra sensibile al processo. Questo modello collaborativo intelligente ha aumentato il rendimento complessivo dei prodotti a 28 nanometri di questa fabbrica di 2,8 punti percentuali e ha generato un ulteriore beneficio economico di oltre 30 milioni di dollari USA all'anno.

Future Tendenze di sviluppo tecnologico

Man mano che la produzione di semiconduttori avanza verso i nodi 3 nanometri e al di sotto della tecnologia, i requisiti per la qualità di energia elettrica diventeranno ancora più rigorosi. La tecnologia di compensazione della potenza reattiva dinamica di prossima generazione si sta evolvendo in tre direzioni: in primo luogo, c'è una svolta nel limite della velocità di risposta, con dispositivi sperimentali basati sui dispositivi di nitruro di gallio (GAN) che raggiungono la risposta sub-millisecondo; In secondo luogo, viene perseguita la profonda applicazione della tecnologia gemella digitale, simulando l'intera rete di alimentazione della fabbrica in uno spazio virtuale per raggiungere la prima ottimizzazione delle strategie di compensazione; Infine, viene implementata l'introduzione di algoritmi di previsione dell'IA, analizzando enormi dati di processo per prevedere i mutevoli modelli di richieste di potere reattivo per ciascuna apparecchiatura di produzione.

Esiste una chiara relazione quantitativa tra la velocità di risposta del dispositivo dinamico di compensazione della potenza reattiva e il tasso di snervamento della produzione di semiconduttori. La capacità di risposta a livello di millisecondi non solo sopprime efficacemente le perdite dirette causate dalle fluttuazioni di tensione, ma migliora anche la coerenza complessiva delle prestazioni dei chip mantenendo la stabilità dei parametri di processo. Come campo innovativo all'intersezione della tecnologia elettronica di potenza e della produzione di semiconduttori, il continuo progresso della tecnologia dinamica di compensazione del potere reattivo fornirà un importante supporto infrastrutturale per la continuazione della legge di Moore. Geyue Electric, come esperto di compensazione reattiva di potenza, la nostra azienda suggerisce che le fabbriche di wafer incorporano il sistema di gestione della qualità dell'alimentazione nella progettazione generale durante la fase di pianificazione e seleziona apparecchiature SVG con un tempo di risposta inferiore a 5 millisecondi per costruire un sistema di garanzia di energia solida per la produzione di chip di fascia alta. Se la tua fabbrica di wafer è attivamente alla ricerca di una soluzione di compensazione reattiva dinamica di risposta a risposta rapida, non esitare a contattarci:info@gyele.com.cn.