Comment la vitesse de réponse des dispositifs de compensation de puissance réactive dynamique affecte-t-elle le taux de rendement des lignes de production de semi-conducteurs?

La fabrication de semi-conducteurs, en tant que représentant typique de l'industrie de la précision, a des exigences extrêmement strictes pour la qualité de l'énergie. Dans la section suivante, Geyue Electric, du point de vue professionnel d'un fabricant d'équipements dynamiques de compensation de puissance réactive, explorera profondément le mécanisme de corrélation intrinsèque entre la vitesse de réponse deSVG (générateur Var statique)et le taux de rendement de la production de semi-conducteurs. En analysant les caractéristiques de charge spéciales de l'équipement semi-conducteur, la sensibilité aux affaissement de la tension et les effets d'interaction entre l'équipement de processus et le système d'alimentation, Geyue Electric révèlera le rôle crucial de la compensation dynamique au niveau de la milliseconde dans l'amélioration du taux de rendement de la fabrication de puces. Dans le même temps, Geyue Electric validera également l'efficacité de la solution technique en combinant les données de cas réelles des usines de fabrication de plaquettes.

Les exigences particulières de la fabrication de semi-conducteurs pour la qualité de l'énergie

La ligne de production de semi-conducteurs est un système complexe composé de centaines d'équipements de précision. Les dispositifs clés tels que les machines de photolithographie et les implantes ioniques sont très sensibles aux fluctuations de tension. L'équipement de production dans les usines de plaquettes modernes utilise généralement des alimentations en mode commuté pour l'alimentation électrique. Ces charges non linéaires génèrent des demandes de puissance réactives en évolution rapide pendant le fonctionnement. Lorsque le réseau électrique ne fournit pas un support de puissance réactif dans le temps, il entraînera des affaissement de tension, des distorsions de forme d'onde et d'autres problèmes de qualité de l'énergie électrique.

Dans les processus de fabrication avancés inférieurs à 45 nanomètres, même une chute de tension ne dure que 10 millisecondes peut entraîner la perte de synchronisation, entraînant le système d'alignement de la plaquette. Selon les données de recherche de la feuille de route internationale de la technologie des semi-conducteurs (ITRS), les affaissement de tension sont devenus le troisième facteur contribuant aux défauts des puces, ce qui a causé chaque année des milliards de dollars de pertes à l'industrie mondiale des semi-conducteurs. Cela nécessite que les dispositifs de compensation de puissance réactifs qui l'accompagnent disposent de capacités de réponse dynamique extrêmement rapides. Les dispositifs TSC traditionnels, en raison du retard d'action inhérent des commutateurs mécaniques (dépassant généralement 100 millisecondes), n'ont pas réussi à répondre aux exigences des usines de semi-conducteurs modernes.

Les normes techniques de connotation et de mesure de la vitesse de réponse

La vitesse de réponse des dispositifs dynamiques de compensation de puissance réactive fait référence au temps requis de la détection des changements de puissance réactifs dans le système à la sortie du courant de compensation cible. Pour les équipements électroniques d'alimentation entièrement contrôlés comme SVG, la vitesse de réponse dépend principalement de trois liens techniques: les algorithmes de détection rapide, les puces de contrôle à haute vitesse et les caractéristiques de commutation des dispositifs d'alimentation.

À l'heure actuelle, la Commission internationale électrotechnique (IEC) définit le temps de réponse des dispositifs dynamiques de compensation de puissance réactive comme l'intervalle de temps du changement soudain de la tension du système à la sortie du dispositif atteignant 90% de la valeur cible. Les principaux fabricants d'équipements de semi-conducteurs nécessitent généralement que cet indicateur ne dépasse pas 10 millisecondes, et certains FAB avancés proposent même une norme stricte de 5 millisecondes. Les données mesurées montrent que le temps de réponse des dispositifs SVG utilisant des dispositifs d'alimentation en carbure de silicium de troisième génération (SIC) peut être raccourci à moins de 2 millisecondes, principalement en raison des caractéristiques de fréquence de commutation des matériaux SIC supérieurs à 100 kHz.

Le mécanisme de corrélation entre la vitesse de réponse et le rendement du processus

La perte de taux de rendement dans les lignes de production de semi-conducteurs découle principalement de deux types de problèmes liés à la qualité de l'énergie: dépannage soudain et dérive potentiel des paramètres. Le premier se manifeste directement comme le démontage des plaquettes, tandis que le second conduit à des écarts des paramètres de performance des puces par rapport aux valeurs conçues. La réponse rapide du dispositif dynamique de compensation de puissance réactive peut effectivement empêcher la survenue de ces deux types de problèmes.

Prenez le processus de gravure à titre d'exemple. Lorsque l'alimentation du plasma a une puissance de sortie instable en raison des fluctuations de la tension du réseau, le taux de gravure changera soudainement. Les données expérimentales montrent que si le temps de récupération de tension dépasse 20 millisecondes, l'écart d'uniformité de gravure dépassera 3%, entraînant directement la mise au rebut de l'ensemble du lot de plaquettes. Cependant, un système d'alimentation équipé d'un SVG à réponse rapide (<5 ms) peut contrôler ces fluctuations de processus à 0,5%. Dans le processus de polissage mécanique chimique (CMP), une compensation de puissance réactive plus rapide peut maintenir le couple moteur stable et éviter les rayures nano-échelle sur la surface de la plaquette causée par les fluctuations de la pression de polissage.

Innovations technologiques clés et chemins de mise en œuvre

Les percées technologiques de base pour atteindre la réponse dynamique au niveau des millisecondes se trouvent principalement dans trois aspects: Premièrement, un algorithme de détection amélioré basé sur la théorie de la puissance réactive instantanée raccourcit le temps de détection à 1/4 du cycle de fréquence de puissance par le biais de la transformation du système de coordonnées αβ; Deuxièmement, une architecture de traitement parallèle DSP multi-core est adoptée pour comprimer le cycle de contrôle à 50 microsecondes; Plus important encore, l'application de dispositifs semi-conducteurs larges larges améliore la vitesse de réponse dynamique du module de puissance par ordre de grandeur.

Un appareil SVG national a été testé dans une usine de plaquettes de 12 pouces. Les résultats ont montré que par rapport à l'appareil utilisant le module IGBT traditionnel (temps de réponse de 15 ms), la version mise à niveau utilisant le module SIC (temps de réponse de 1,8 ms) avait un rendement moyen mensuel de 92,7% pour la ligne de production avec le premier, tout en atteignant 96,3% avec le dernier. En particulier dans le processus de lithographie en profondeur ultraviolette (DUV), la différence de rendement était plus significative, ce qui a entièrement vérifié l'impact crucial de la vitesse de réponse sur la précision du processus.

Points clés de l'intégration du système et de la pratique de l'ingénierie

Dans l'application pratique des usines de semi-conducteurs, le dispositif dynamique de compensation de puissance réactive doit être profondément intégré à l'ensemble du système de plantes. Compte tenu de l'architecture d'alimentation spéciale des usines de plaquettes, SVG adopte généralement un schéma de mise en page distribué. Les points de compensation sont fixés du côté bus de 10 kV de chaque sous-station et du côté alimentaire 400V de l'équipement de processus important respectivement, formant un système de protection à plusieurs niveaux.

Dans le projet d'expansion de deuxième phase d'une usine de puces de mémoire à tête internationale, une approche innovante a été adoptée lorsque SVG (générateur de tension de signal) a été intégré au système de contrôle de l'équipement de processus pour l'échange de données. En obtenant les tendances du changement de charge en temps réel des machines de lithographie et des machines de gravure, le système de compensation de puissance réactive peut atteindre une régulation prédictive, le temps de réaction contrôlé avant la fenêtre sensible au processus. Ce modèle de collaboration intelligent a augmenté le rendement global des produits 28-nanomètres de cette usine de 2,8 points de pourcentage, et a généré un avantage économique supplémentaire de plus de 30 millions de dollars américains par an.

Tendances futures de développement technologique

Au fur et à mesure que la fabrication de semi-conducteurs progresse vers 3 nanomètres et inférieure aux nœuds technologiques, les exigences en matière de qualité de l'énergie électrique deviendront encore plus strictes. La technologie de compensation de puissance réactive dynamique de nouvelle génération évolue dans trois directions: premièrement, il y a une percée dans la limite de la vitesse de réponse, avec des dispositifs expérimentaux basés sur des dispositifs de nitrure de gallium (GAN) atteignant une réponse subsinconde; Deuxièmement, l'application profonde de la technologie de jumeaux numériques est en cours de poursuite, en simulant l'ensemble du réseau d'alimentation électrique de l'usine dans un espace virtuel pour réaliser l'optimisation précoce des stratégies de rémunération; Enfin, l'introduction d'algorithmes de prédiction d'IA est mise en œuvre, en analysant des données de processus massives pour prédire les modèles changeants des demandes d'énergie réactives pour chaque équipement de production.

Il existe une relation quantitative claire entre la vitesse de réponse du dispositif de compensation de puissance réactive dynamique et le taux de rendement de la production de semi-conducteurs. La capacité de réponse au niveau de la milliseconde supprime non seulement efficacement les pertes directes causées par les fluctuations de tension, mais améliore également la cohérence globale des performances des puces en maintenant la stabilité des paramètres de processus. En tant que domaine innovant à l'intersection de la technologie de l'électronique de puissance et de la fabrication de semi-conducteurs, les progrès continus de la technologie dynamique de la rémunération réactive de l'énergie fourniront un soutien d'infrastructure important pour la poursuite de la loi de Moore. Geyue Electric, en tant qu'expert en rémunération réactive de l'énergie, notre entreprise suggère que les usines de plaquette intègrent le système de gestion de la qualité de l'énergie dans la conception globale pendant la phase de planification et sélectionnent l'équipement SVG avec un temps de réponse de moins de 5 millisecondes pour construire un système de garantie de puissance solide pour la fabrication de puces haut de gamme. Si votre usine de plaquettes recherche activement une solution de compensation de puissance réactive dynamique à réponse rapide, n'hésitez pas à nous contacter:info@gyele.com.cn.