曝光機(jī)高壓電源負(fù)載突變應(yīng)對策略

曝光機(jī)在光刻工藝切換（如晶圓批次更換、圖形密度變化）時，高壓電源負(fù)載會出現(xiàn)突發(fā)波動（負(fù)載率從 20% 驟升至 90% 或反之），導(dǎo)致輸出電壓超調(diào)（最大偏差達(dá) 10%）、電流沖擊（峰值超額定值 1.5 倍），輕則造成光刻圖形線寬偏差（超 3nm），重則損壞電源功率器件（如 IGBT 擊穿）。傳統(tǒng)應(yīng)對方法采用固定緩沖電阻，雖能抑制沖擊，但會產(chǎn)生額外損耗（重載時損耗占比超 8%），且無法適應(yīng)不同幅度的突變。
負(fù)載突變應(yīng)對需從 “硬件緩沖 + 軟件調(diào)控” 雙維度設(shè)計：硬件層面，采用 “超級電容 + 可控硅” 組合緩沖電路 —— 當(dāng)負(fù)載驟升時，超級電容（容量 1000F，耐壓 1000V）快速釋放電能，補充電源輸出，抑制電壓跌落；當(dāng)負(fù)載驟降時，可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，將多余能量轉(zhuǎn)移至耗能電阻（采用合金材料，耐溫 1200℃），避免電壓超調(diào)，同時通過電流互感器實時監(jiān)測沖擊電流，當(dāng)電流超額定值 1.2 倍時，觸發(fā)硬件保護(hù)（響應(yīng)時間＜10μs）；軟件層面，采用模型預(yù)測控制（MPC）算法，通過分析前 10ms 的負(fù)載變化趨勢（如晶圓圖形密度分布數(shù)據(jù)），提前預(yù)判負(fù)載突變幅度，在突變發(fā)生前 5ms 調(diào)整電源 PWM 占空比，實現(xiàn) “預(yù)判 - 調(diào)整” 的提前干預(yù)，減少突變后的動態(tài)偏差。
通過某 193nm 光刻曝光機(jī)測試驗證：負(fù)載從 30% 驟升至 85% 時，傳統(tǒng)方案電壓跌落 4.8%，電流沖擊 1.4 倍，采用新策略后，電壓跌落控制在 1.2%，電流沖擊降至 1.05 倍，光刻線寬偏差從 4.2nm 縮小至 1.8nm；同時，緩沖電路損耗從 8% 降至 2.5%，電源效率提升 5.5%。