2000年至2018年期间,全球净耗电量从13281TWh(太瓦时)增加到23398TWh,增幅达到76%。全球每年向大气排放的温室气体约为510亿吨,其中27%来自发电。随着全球人口的增长,各公司、城市和国家都在力求实现净零排放目标的承诺,这就需要更好地利用所产生的电力,以及增加来自可再生资源的能源。
在半导体制造和工业制造等诸多应用领域,更好地利用电力一直是先进的电源转换和管理发展的核心。作为电源转换创新的领导者,Advanced Energy为用户提供高度工程化的精密电源解决方案,通过这些解决方案还能降低电力消耗,并可创造出更高效的应用以及加速采用可再生资源所需的支持技术。
半导体制造:更少电力,更快/更深的刻蚀
从新汽车的交付延迟到全球GDP的整体下降,全球半导体短缺的影响已经有力地证明了全球到底有多少行业依赖于半导体。随着集成电路(IC)设计因每一个新架构和技术节点的出现而变得越来越复杂,用于制造这些IC的半导体晶圆的加工也变得越来越复杂。
IC的制造依靠对薄膜进行等离子体沉积和刻蚀来创建“纳米电路”。这些技术已经变得极为复杂,以至于需要使用多个射频(RF)电源和匹配网络才能生成和控制在晶圆上刻蚀和沉积图形所使用的等离子体。同时,IC制造商正面临着要最大限度提高产量和尽可能保持低工艺能耗的压力。
Advanced Energy是技术领导者,拥有创新的射频电源和匹配网络,匹配网络可以将射频电源传输到等离子体,而且几乎可以即时对蚀刻或沉积工艺步骤发生的变化做出响应。电力传输效果越好,浪费的电力就越少,从而实现尽可能低的能耗。
Evos
AE率先开发了超越射频的等离子体电源。AE的创新使制造商能够重新思考如何在基于等离子体的工艺表征和控制应用中输送和管理电力。AE创造了eVoS™不对称波形的偏压发生器技术,因而在电力传输效率方面向前迈进了一大步。AE的Navigator II数字匹配网络还为快速和高性能的射频传输设定了标准,以实现最少的射频功率的反射和浪费。
eVoS旨在提供更精确的工艺控制和更有针对性的高效电力输送,可以高速为高深宽比(HAR)结构提供精密的偏置等离子体性能。eVoS的特点是可以自定义和直接选择离子能量。与传统的正弦波射频电源不同,eVoS能够产生近乎单极的离子能量分布(IED),且只在等离子体需要的地方输送电力。这反过来以最少的能源浪费提供了最大的效率。
eVoS打破了一种趋势,即在HAR应用中,每个等离子体腔体的射频电源要求高达100kW,每个蚀刻机高达1MW。采用eVoS可以将能耗降低一半,甚至降低三分之二。如果在拥有180台刻蚀机的NAND晶圆厂中采用eVoS,将具备总能耗降低多达120MW的潜力。
另外,在同等的刻蚀条件下,与传统的射频偏置技术相比,eVoS提供的精密离子能源分布控制可以将晶圆的热负荷降低约15%。这降低了刻蚀期间出现晶圆热损伤的可能性,并使晶圆的冷却变得更加容易。
空闲可以为理想状态
对等离子体电源进行精密的控制并不是AE 帮助降低半导体制造中能耗的唯一方式。AE还为射频发生器和匹配系统系列增加了功能,因此可在不参与工艺制程时减少能耗或关闭电源和冷却水。AE的Paramount射频电源发生器和Ascent直流电源现在提供“空闲”状态选项,用以降低能耗。
虽然创建低功率或“空闲”状态听起来很简单,但实际上非常具有挑战性,尤其是在保持性能和产量方面,需要有较高水平的稳定性和对快速变化的条件做出即时响应的能力。这些进步代表了行业看待射频和直流电源管理方式的重大转变(取决于具体的制造要求),能有助于在空闲时间内将每个等离子体室的射频和直流系统能耗降低高达50%。
为低能耗的世界提供解决方案
与半导体制造一样,许多涉及在基板上沉积薄膜和涂层的复杂工业工艺均需要对电源进行精密高效的控制。在LED的薄膜生长中,使用这类工艺。LED仅使用传统白炽灯的一小部分能量,能够支持可持续发展的目标。其还用于制造最新的节能LED显示器、柔性/可折叠OLED、WOLED 和 Micro-LED,以及建筑窗户的低辐射涂层。薄膜沉积对于生产构成太阳能电池板的光伏电池也至关重要,而太阳能电池板在增加从可再生资源获得的能源量方面发挥着重要作用。
通过确保精密工艺电源稳定可靠,制造商可以在开发耐用涂层和可定制的薄膜时提高产量和减少停机时间,以具有成本效益的方式生产晶硅和薄膜光伏产品,并生成满足传统的和不断变化的市场需求的高级减反层。
Ascent®电弧管理系(AMS)
Ascent DMS
例如,AE的Ascent®电弧管理系统(AMS)和Ascent DMS可将电弧能量降至最低,同时为平板显示器、玻璃涂层、工业涂层和太阳能光伏应用保持稳定、可重复的工艺。与传统的交流电力输送相比,充分利用AE的动态反向脉冲(DRP)电源配置,可以降低热负荷,以及提高沉积速率。事实证明,DRP可以将传统双磁控溅射的沉积速率翻倍,从而提高沉积先进薄膜的生产率和经济性。
在太阳能光伏制造领域,AE的Ascent MS通过在单组中支持多达5个独立的PERC PECVD沉积工艺室,优化了电力输送。由于在生产线上从传统的1个输出室增加到2个输出室,Ascent MS还有助于降低资本成本,进而有助于加速向太阳能的转变。用一组即能为五个腔室供电也降低了冷却水的消耗量,并减少了设施中的电力浪费。
除了电源本身,Advanced Energy还提供可实现高精度温度测量的技术,以确保精确的工艺控制和最佳的电力输送。例如,需要对从硅晶圆加工到玻璃生产等广泛的应用进行精确的温度监测。光学高温计、热成像仪等技术可使热加工具有高精度、可重复性和可靠性。当整合到闭环解决方案中时,这些技术可以进行精确的温度测量和调节。