靜電卡盤高壓電源智能介質損耗補償技術及應用

在半導體晶圓制造的光刻、干法刻蝕等關鍵工藝中，靜電卡盤（ESC）承擔著晶圓精準夾持與溫度控制的核心功能，而高壓電源的輸出穩定性直接影響卡盤夾持力均勻性與晶圓加工精度。靜電卡盤的絕緣層（如氧化鋁、氮化鋁）存在介質損耗，會導致施加的高壓部分轉化為熱能，不僅降低夾持力穩定性，還可能引發晶圓局部過熱，造成圖形轉移偏差，因此智能介質損耗補償技術成為提升半導體制造良率的關鍵。
智能介質損耗補償的核心邏輯在于 “實時監測 - 動態建模 - 精準補償” 的閉環控制。首先，通過高精度霍爾電流傳感器（精度≤0.1%）實時采集介質損耗電流，同時監測絕緣層溫度（采樣間隔≤10ms）與電源輸出頻率，建立損耗電流與溫度、電壓、頻率的耦合數學模型。其次，采用 BP 神經網絡算法對損耗趨勢進行預測，該算法可通過歷史工藝數據自主優化模型參數，將損耗電流預測誤差控制在 5% 以內。最后，基于預測結果動態調整電源輸出：當檢測到介質損耗導致電壓衰減時，通過可調增益放大器提升輸出電壓幅值，同時修正電壓相位，抵消損耗帶來的相位偏移；若絕緣層溫度超過閾值（如 80℃），則啟動熱補償機制，降低電源輸出功率密度，避免介質擊穿風險。
該技術在 300mm 晶圓制造中展現出顯著應用價值。在光刻工藝中，智能補償使靜電卡盤的夾持力波動從 ±5% 降至 ±1%，晶圓與光刻物鏡的平行度誤差控制在 0.1μm 以內，圖形線寬偏差（CD Variation）減少 30%，滿足 7nm 制程對圖形精度的要求。在干法刻蝕工藝中，晶圓溫度均勻性從 ±2℃提升至 ±0.5℃，避免因局部溫度差異導致的刻蝕速率不均，刻蝕圖形垂直度提升至 98% 以上。此外，該技術具備工藝兼容性，可適應不同介電常數的絕緣層材料（如 SiO?、Si?N?），減少工藝切換時的電源調試時間，提升生產線效率。