曝光機高壓電源負載突變應對策略

曝光機在光刻工藝切換（如晶圓批次更換、圖形密度變化）時，高壓電源負載會出現突發波動（負載率從 20% 驟升至 90% 或反之），導致輸出電壓超調（最大偏差達 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）。傳統應對方法采用固定緩沖電阻，雖能抑制沖擊，但會產生額外損耗（重載時損耗占比超 8%），且無法適應不同幅度的突變。
負載突變應對需從 “硬件緩沖 + 軟件調控” 雙維度設計：硬件層面，采用 “超級電容 + 可控硅” 組合緩沖電路 —— 當負載驟升時，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；當負載驟降時，可控硅觸發導通，將多余能量轉移至耗能電阻（采用合金材料，耐溫 1200℃），避免電壓超調，同時通過電流互感器實時監測沖擊電流，當電流超額定值 1.2 倍時，觸發硬件保護（響應時間＜10μs）；軟件層面，采用模型預測控制（MPC）算法，通過分析前 10ms 的負載變化趨勢（如晶圓圖形密度分布數據），提前預判負載突變幅度，在突變發生前 5ms 調整電源 PWM 占空比，實現 “預判 - 調整” 的提前干預，減少突變后的動態偏差。
通過某 193nm 光刻曝光機測試驗證：負載從 30% 驟升至 85% 時，傳統方案電壓跌落 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%。