曝光机高压电源负载突变应对策略

曝光机在光刻工艺切换（如晶圆批次更换、图形密度变化）时，高压电源负载会出现突发波动（负载率从 20% 骤升至 90% 或反之），导致输出电压超调（最大偏差达 10%）、电流冲击（峰值超额定值 1.5 倍），轻则造成光刻图形线宽偏差（超 3nm），重则损坏电源功率器件（如 IGBT 击穿）。传统应对方法采用固定缓冲电阻，虽能抑制冲击，但会产生额外损耗（重载时损耗占比超 8%），且无法适应不同幅度的突变。
负载突变应对需从 “硬件缓冲 + 软件调控” 双维度设计：硬件层面，采用 “超级电容 + 可控硅” 组合缓冲电路 —— 当负载骤升时，超级电容（容量 1000F，耐压 1000V）快速释放电能，补充电源输出，抑制电压跌落；当负载骤降时，可控硅触发导通，将多余能量转移至耗能电阻（采用合金材料，耐温 1200℃），避免电压超调，同时通过电流互感器实时监测冲击电流，当电流超额定值 1.2 倍时，触发硬件保护（响应时间＜10μs）；软件层面，采用模型预测控制（MPC）算法，通过分析前 10ms 的负载变化趋势（如晶圆图形密度分布数据），提前预判负载突变幅度，在突变发生前 5ms 调整电源 PWM 占空比，实现 “预判 - 调整” 的提前干预，减少突变后的动态偏差。
通过某 193nm 光刻曝光机测试验证：负载从 30% 骤升至 85% 时，传统方案电压跌落 4.8%，电流冲击 1.4 倍，采用新策略后，电压跌落控制在 1.2%，电流冲击降至 1.05 倍，光刻线宽偏差从 4.2nm 缩小至 1.8nm；同时，缓冲电路损耗从 8% 降至 2.5%，电源效率提升 5.5%。