靜電卡盤電源的精準吸附控制算法

靜電卡盤（Electrostatic Chuck, ESC）在晶圓加工中用于固定與釋放工件，其電源需提供可控高壓直流以形成吸附電場?？ūP吸附力與輸出電壓、電極結構及介質狀態密切相關，因此電源的控制算法直接決定吸附精度與釋放效率。精準吸附控制的核心目標是實現快速響應、高穩定度以及吸附過程的智能調節。
靜電卡盤的電學特性可近似為電容性負載，但其電容值會隨溫度、表面電荷積累及工件厚度變化而動態變化。傳統的恒壓控制無法保證吸附力恒定，且在釋放時易產生殘余電荷。為此，電源控制系統需建立吸附模型并實現自適應控制。
控制算法可采用雙閉環結構，外環控制吸附電壓，內環調節電流以抑制動態變化。通過實時采樣電壓與電流信號，算法計算等效電容并據此預測吸附狀態。當檢測到電容突變時，可自動調整輸出電壓，實現吸附力恒定化。
為了提升精度，可在控制器中引入模糊自適應算法。該算法基于吸附誤差與誤差變化率動態調整控制參數，使系統在不同負載下保持最佳響應。對于釋放過程，可采用極性反轉與脈沖消電技術，通過短時反向高壓脈沖加速殘余電荷中和，從而縮短釋放時間。
此外，電源應具備電壓線性化補償功能。由于高壓變換級在不同負載下存在傳遞非線性，可通過查表或多項式擬合對輸出進行修正?？刂葡到y可實時計算目標電壓對應的PWM占空比，實現精確控制。
在硬件實現方面，采用高分辨率ADC進行采樣，采樣頻率應高于系統帶寬十倍以上，以保證閉環精度。主控制器可基于FPGA實現高速并行處理。通過算法與硬件的協同優化，吸附力波動可控制在2%以內，釋放殘余電荷降低90%以上，大幅提升了晶圓搬運的安全性與工藝一致性。