Làm thế nào chính xác tốc độ phản hồi của các thiết bị bù công suất phản ứng động ảnh hưởng đến tốc độ năng suất của các dây chuyền sản xuất bán dẫn?

Sản xuất chất bán dẫn, như một đại diện điển hình của ngành công nghiệp chính xác, có những yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về chất lượng điện. Trong phần sau, Geyue Electric, từ góc độ chuyên nghiệp của một nhà sản xuất thiết bị bù năng lượng phản ứng động, sẽ khám phá sâu cơ chế tương quan nội tại giữa tốc độ đáp ứng của tốc độ phản ứng củaSVG (Trình tạo VAR tĩnh)và tỷ lệ sản xuất chất bán dẫn. Bằng cách phân tích các đặc tính tải đặc biệt của thiết bị bán dẫn, độ nhạy đối với điện áp và hiệu ứng tương tác giữa thiết bị xử lý và hệ thống điện, Geyue Electric sẽ tiết lộ vai trò quan trọng của mức bù động ở mức độ lớn trong việc cải thiện tốc độ sản xuất chip. Đồng thời, Geyue Electric cũng sẽ xác nhận hiệu quả của giải pháp kỹ thuật bằng cách kết hợp dữ liệu trường hợp thực tế từ các nhà máy chế tạo wafer.

Các yêu cầu đặc biệt của sản xuất chất bán dẫn cho chất lượng điện

Dây chuyền sản xuất bán dẫn là một hệ thống phức tạp bao gồm hàng trăm thiết bị chính xác. Các thiết bị chính như máy quang học và máy đóng băng ion rất nhạy cảm với biến động điện áp. Các thiết bị sản xuất trong các nhà máy wafer hiện đại thường sử dụng nguồn điện chế độ chuyển đổi để cung cấp điện. Các tải trọng phi tuyến này tạo ra nhu cầu công suất phản ứng thay đổi nhanh chóng trong quá trình hoạt động. Khi lưới điện không cung cấp hỗ trợ năng lượng phản ứng kịp thời, nó sẽ gây ra sags điện áp, biến dạng dạng sóng và các vấn đề chất lượng năng lượng điện khác.

Trong các quy trình sản xuất tiên tiến dưới 45 nanomet, thậm chí sự giảm điện áp chỉ kéo dài 10 mili giây có thể khiến hệ thống servo chính xác của máy in thạch bản mất đồng bộ hóa, dẫn đến độ lệch liên kết wafer. Theo dữ liệu nghiên cứu từ Lộ trình công nghệ bán dẫn quốc tế (ITRS), điện áp đã trở thành yếu tố lớn thứ ba góp phần vào các khiếm khuyết của chip, gây ra tổn thất hàng tỷ đô la cho ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu mỗi năm. Điều này đòi hỏi các thiết bị bù năng lượng phản ứng đi kèm phải có khả năng phản ứng động cực nhanh. Các thiết bị TSC truyền thống, do độ trễ hành động vốn có của các công tắc cơ học (thường vượt quá 100 mili giây), đã hoàn toàn không đáp ứng các yêu cầu của các nhà máy bán dẫn hiện đại.

Ý nghĩa kỹ thuật và tiêu chuẩn đo lường của tốc độ phản hồi

Tốc độ phản hồi của các thiết bị bù công suất phản ứng động đề cập đến thời gian cần thiết từ việc phát hiện các thay đổi công suất phản ứng trong hệ thống sang đầu ra của dòng bù đích. Đối với các thiết bị điện tử được điều khiển đầy đủ như SVG, tốc độ phản hồi chủ yếu phụ thuộc vào ba liên kết kỹ thuật: thuật toán phát hiện nhanh, chip điều khiển tốc độ cao và đặc tính chuyển đổi của các thiết bị công suất.

Hiện tại, Ủy ban điện tử quốc tế (IEC) định nghĩa thời gian phản hồi của các thiết bị bù công suất phản ứng động là khoảng thời gian từ sự thay đổi điện áp hệ thống đột ngột đến đầu ra của thiết bị đạt 90% giá trị mục tiêu. Các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn hàng đầu thường yêu cầu chỉ số này không quá 10 mili giây, và một số fab wafer tiên tiến thậm chí còn đề xuất một tiêu chuẩn nghiêm ngặt là 5 mili giây. Dữ liệu được đo cho thấy thời gian phản hồi của các thiết bị SVG sử dụng các thiết bị năng lượng silicon cacbua (SIC) thế hệ thứ ba có thể được rút ngắn xuống dưới 2 mili giây, chủ yếu là do đặc tính tần số chuyển đổi của vật liệu SIC trên 100 kHz.

Cơ chế tương quan giữa tốc độ phản hồi và năng suất quy trình

Việc mất tốc độ năng suất trong các dây chuyền sản xuất chất bán dẫn chủ yếu bắt nguồn từ hai loại vấn đề liên quan đến chất lượng công suất: loại bỏ đột ngột và trôi dạt tham số tiềm năng. Cái trước được biểu hiện trực tiếp là việc loại bỏ các tấm wafer, trong khi cái sau dẫn đến độ lệch của các tham số hiệu suất chip so với các giá trị được thiết kế. Phản ứng nhanh chóng của thiết bị bù công suất phản ứng động có thể ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện của hai loại vấn đề này.

Lấy quá trình khắc làm ví dụ. Khi nguồn điện plasma có công suất không ổn định do sự dao động trong điện áp lưới, tốc độ khắc sẽ đột nhiên thay đổi. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng nếu thời gian phục hồi điện áp vượt quá 20 mili giây, thì độ lệch đồng đều khắc sẽ vượt quá 3%, dẫn đến việc loại bỏ toàn bộ lô. Tuy nhiên, một hệ thống cung cấp năng lượng được trang bị SVG phản ứng nhanh (<5ms) có thể kiểm soát các biến động quá trình đó trong vòng 0,5%. Trong quá trình đánh bóng cơ học hóa học (CMP), bù công suất phản ứng nhanh hơn có thể duy trì ổn định mô-men xoắn động cơ và tránh các vết trầy xước quy mô nano trên bề mặt wafer do biến động áp suất đánh bóng.

Đổi mới công nghệ chính và con đường thực hiện

Các đột phá công nghệ cốt lõi để đạt được phản ứng động ở mức độ lớn chủ yếu nằm ở ba khía cạnh: thứ nhất, một thuật toán phát hiện được cải thiện dựa trên lý thuyết công suất phản ứng tức thời rút ngắn thời gian phát hiện xuống 1/4 của chu kỳ tần số công suất thông qua chuyển đổi hệ thống tọa độ; Thứ hai, một kiến trúc xử lý song song DSP đa lõi được áp dụng để nén chu kỳ điều khiển đến mức 50 micro giây; Quan trọng nhất, việc áp dụng các thiết bị bán dẫn bandgap rộng giúp tăng cường tốc độ phản hồi động của mô -đun công suất theo một thứ tự cường độ.

Một thiết bị SVG trong nước đã được thử nghiệm trong một nhà máy wafer 12 inch. Kết quả cho thấy so với thiết bị sử dụng mô -đun IGBT truyền thống (thời gian phản hồi là 15ms), phiên bản nâng cấp sử dụng mô -đun SIC (thời gian phản hồi là 1,8ms) có năng suất trung bình hàng tháng là 92,7% cho dây chuyền sản xuất với trước, trong khi nó đạt 96,3% so với sau này. Đặc biệt là trong quá trình in thạch bản cực tím (DUV) sâu, sự khác biệt về năng suất có ý nghĩa hơn, điều này đã xác minh đầy đủ tác động quan trọng của tốc độ phản hồi đối với độ chính xác của quá trình.

Điểm chính của tích hợp hệ thống và thực hành kỹ thuật

Trong ứng dụng thực tế của các nhà máy bán dẫn, thiết bị bù năng lượng phản ứng động cần được tích hợp sâu với toàn bộ hệ thống nhà máy. Xem xét kiến trúc cung cấp năng lượng đặc biệt của các nhà máy wafer, SVG thường áp dụng sơ đồ bố cục phân tán. Các điểm bù được đặt ở phía thanh cái 10kV của mỗi trạm biến áp và ở phía bộ nạp 400V của thiết bị xử lý quan trọng tương ứng, tạo thành một hệ thống bảo vệ đa cấp.

Trong dự án mở rộng giai đoạn thứ hai của một nhà máy chip bộ nhớ hàng đầu quốc tế, một cách tiếp cận sáng tạo đã được áp dụng trong đó SVG (máy phát điện áp tín hiệu) được tích hợp với hệ thống điều khiển của thiết bị xử lý để trao đổi dữ liệu. Bằng cách có được xu hướng thay đổi tải thời gian thực của các máy in thạch bản và máy khắc, hệ thống bù năng lượng phản ứng có thể đạt được quy định dự đoán, với thời gian dẫn phản hồi được kiểm soát trước cửa sổ nhạy cảm với quy trình. Mô hình hợp tác thông minh này đã tăng năng suất tổng thể của các sản phẩm 28 nanomet của nhà máy này lên 2,8 điểm phần trăm và đã tạo ra lợi ích kinh tế bổ sung hơn 30 triệu đô la Mỹ mỗi năm.

Xu hướng phát triển công nghệ trong tương lai

Khi sản xuất chất bán dẫn tiến tới 3 nanomet và bên dưới các nút công nghệ, các yêu cầu về chất lượng điện sẽ trở nên nghiêm ngặt hơn. Công nghệ bù năng lượng phản ứng động thế hệ tiếp theo đang phát triển theo ba hướng: thứ nhất, có một bước đột phá về tốc độ phản hồi, với các thiết bị thử nghiệm dựa trên các thiết bị gallium nitride (GAN) đạt được phản ứng phụ phụ; Thứ hai, ứng dụng sâu của công nghệ sinh đôi kỹ thuật số đang được theo đuổi, bằng cách mô phỏng toàn bộ mạng lưới cung cấp năng lượng của nhà máy trong một không gian ảo để đạt được tối ưu hóa sớm các chiến lược bồi thường; Cuối cùng, việc giới thiệu các thuật toán dự đoán AI đang được thực hiện, bằng cách phân tích dữ liệu quy trình lớn để dự đoán các mô hình thay đổi của nhu cầu năng lượng phản ứng cho từng thiết bị sản xuất.

Có một mối quan hệ định lượng rõ ràng giữa tốc độ phản hồi của thiết bị bù năng lượng phản ứng động và tốc độ sản xuất chất bán dẫn. Khả năng đáp ứng ở mức độ lớn không chỉ ngăn chặn các tổn thất trực tiếp một cách hiệu quả do dao động điện áp, mà còn cải thiện tính nhất quán hiệu suất tổng thể của các chip bằng cách duy trì tính ổn định của các tham số quá trình. Là một lĩnh vực sáng tạo tại giao điểm của công nghệ điện tử và sản xuất chất bán dẫn, tiến trình liên tục của công nghệ bù năng lượng phản ứng động sẽ cung cấp hỗ trợ cơ sở hạ tầng quan trọng cho việc tiếp tục luật của Moore. Geyue Electric, với tư cách là một chuyên gia về bồi thường năng lượng phản ứng, công ty chúng tôi cho rằng các nhà máy wafer kết hợp hệ thống quản lý chất lượng năng lượng vào thiết kế tổng thể trong giai đoạn lập kế hoạch và chọn thiết bị SVG với thời gian đáp ứng dưới 5 mili giây để xây dựng hệ thống đảm bảo năng lượng vững chắc để sản xuất chip cao cấp. Nếu nhà máy wafer của bạn đang tích cực tìm kiếm một giải pháp bù năng lượng phản ứng phản ứng phản ứng nhanh, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi:info@gyele.com.cn.