高壓電源驅動離子束刻蝕精度提升

離子束刻蝕對束流能量穩(wěn)定性的要求已進入ppm級，任何電壓微小波動都會直接映射為刻蝕側壁角度偏差與深度不均。高壓電源作為決定離子能量唯一變量的部件，其性能直接決定了亞5nm節(jié)點下硬掩模開口與鰭片高度的控制精度，近年來通過超穩(wěn)紋波、納秒響應、終端閉環(huán)、熱-電解耦等技術組合實現(xiàn)了精度質的飛躍。

超穩(wěn)紋波技術是精度提升的基石。傳統(tǒng)離子源高壓電源紋波多在50-200mV，足以使離子能量分布展寬0.5%-1%，導致刻蝕選擇比下降。優(yōu)化電源采用36相交錯并聯(lián)前端加有源濾波后端結構，前端相位精確10°交錯將開關紋波衰減至微伏級，后端通過高速線性穩(wěn)壓進一步濾除殘余噪聲，最終在80kV輸出端實現(xiàn)紋波低于8mVpp，離子能量分布半寬壓縮到0.03%以內(nèi)，側壁角度控制精度從±0.8°提升到±0.12°。

納秒級動態(tài)響應徹底消除了瞬態(tài)誤差。離子束刻蝕常需在不同氣體切換時快速調整加速電壓，傳統(tǒng)電源響應時間在微秒級，切換瞬間會出現(xiàn)數(shù)百伏過沖。優(yōu)化電源通過全碳化硅功率級與光耦反饋，將閉環(huán)帶寬擴展到800kHz，電壓躍變前沿縮短至120ns，過沖控制在0.05%以內(nèi)。這種納秒級響應使Ar/O2/Cl2混合氣體刻蝕時選擇比提升35%，徹底解決了切換過渡區(qū)的斜坡缺陷。

終端電壓閉環(huán)從物理上消除了傳輸損耗影響。離子源到靶室的電纜長達15-25米，電流變化會導致數(shù)百伏壓降。優(yōu)化電源在靶室端集成皮秒級電壓探針，通過獨立光纖將真實終端電壓實時回傳，形成主控端與終端的雙閉環(huán)，使終端電壓與設定值偏差恒定在±5V以內(nèi)，徹底擺脫了電纜老化、接頭溫升帶來的精度漂移。

熱-電解耦技術解決了長時間刻蝕的穩(wěn)定性難題。連續(xù)運行8小時后，傳統(tǒng)電源器件溫升會導致輸出漂移0.3%-0.5%。優(yōu)化方案采用浸沒式相變冷卻+熱管均溫板，使關鍵器件結溫波動控制在±0.2℃，同時在控制算法中植入實時熱模型，根據(jù)結溫動態(tài)修正增益，年漂移量控制在50ppm以內(nèi)，12英寸晶圓面內(nèi)刻蝕深度均勻性從±4%提升到±0.8%。

多路同步精度直接決定角度離子束刻蝕（AIBE）能力。傾斜入射刻蝕需四路高壓以皮秒級同步調整束流方向，傳統(tǒng)方案通道間抖動達20ns。優(yōu)化電源所有通道共享同一銣鐘時基，結合光纖零延遲觸發(fā)，實現(xiàn)四路波形亞皮秒同步，束流指向精度從0.3°提升到0.02°，為HAR通道刻蝕提供了可靠保障。

高壓電源驅動的離子束刻蝕精度提升，已使關鍵尺寸控制進入埃級時代，為3nm及以下邏輯、DRAM工藝提供了最穩(wěn)定的能量源。