多通道高压电源在现代半导体设备中往往需要同时驱动数十至上百路相互隔离的高压负载,如刻蚀偏置、离子注入扫描、EUV物镜偏置等,通道间串扰、负载动态变化与温度漂移极易导致电压失配。传统模拟反馈虽响应快,但在多通道场景下难以实现高一致性与长期稳定,数字反馈技术的全面引入正彻底改变这一局面。
核心在于将每路高压输出配置独立的高速ADC与数字补偿器,采样率普遍达到2MSps以上,量化精度18-24位。反馈信号不再经过传统模拟误差放大器,而是直接进入FPGA或专用ASIC进行全数字PID运算,控制环路带宽轻松突破180kHz,远超模拟环路的35kHz上限,使电压在负载突变时恢复时间从280μs缩短到9μs以内。
通道间一致性通过全局数字校正实现。系统在上电后先利用内置精密铆基准对所有通道ADC与DAC进行一次性误差映射,生成1024段分段校正表,随后每路输出实时套用对应表项,使满量程±1500V下通道间偏差从传统±1.8%收窄到±0.028%,彻底满足多区刻蚀偏置对电压匹配的严苛要求。
温度漂移补偿是数字反馈的另一杀手锏。每路高压模块内部布置6-8个铂电阻传感器,实时采集功率级、变压器、输出分压网络的温度分布,数字控制器根据预存的三维温度补偿模型动态调整DAC设定值,将-10℃至+65℃全温区漂移压制到8ppm/℃以下,实现真正意义上的“一次校准、终身无漂”。
负载自适应增益调度进一步提升了动态性能。数字控制器实时监测负载电流变化率,当负载从空载跳变到满载时,自动将PID参数从低增益平稳组态切换到高带宽动态组态,避免了传统固定参数在极端负载下出现的欠阻尼振荡或过阻尼迟滞,电压过冲控制在±0.6V以内。
数字反馈还天然支持复杂的波形叠加与序列控制。同一套反馈环路可在微秒级完成从直流偏置到同步脉冲偏置的拓扑重构,所有通道共享同一时基,波形相位偏差小于800ps,完美满足原子层刻蚀对多频多相偏置的苛刻同步要求。
通过高速采样、全数字PID、通道级校正表、三维温补、自适应增益与波形软定义等技术,多通道高压电源的数字反馈已将电压控制精度、通道一致性与动态响应提升到前所未有的水平,成为先进制程设备不可或缺的核心子系统。
