在先进光刻系统中,曝光光源通常采用高强度气体放电或准分子激光形式,其驱动能量由高压脉冲电源提供。随着工艺节点进入亚百纳米时代,曝光能量的时域一致性和空间稳定性成为关键指标。纳秒脉冲电源凭借极高的响应速度与能量重复性,被广泛用于光刻光源驱动。如何进一步优化其性能,以满足极高精度光刻要求,是当前研究的重点。
纳秒脉冲电源的核心特性是脉宽短、上升沿陡、能量输出一致。为了保证输出波形稳定性,脉冲形成网络(PFN)的参数匹配尤为重要。通过精确控制电感、电容及阻尼分布,可使脉冲波形保持平顶形态,避免电压过冲与能量衰减。此外,采用多段储能结构,可在每个周期中实现能量分层释放,从而保持脉冲幅值一致性。
光刻工艺对能量重复性要求极高,通常需达到±0.1%以内。为此,电源控制系统必须具备高精度反馈与快速调节能力。采用双环稳能算法,其中外环控制储能电压,内环实时监测脉冲能量并校正偏差,可有效抑制长时间漂移。触发控制方面,引入光纤同步触发系统可将延时误差降至纳秒级,确保光源放电时序一致。
在高压放电环境中,寄生电感及电磁辐射会引起能量损耗与波形畸变。通过优化传输线结构、采用同轴屏蔽设计,可降低电磁反射与干扰,提高能量传输效率。同时,宽禁带功率器件(SiC或GaN)在纳秒脉冲电源中的应用,可显著缩短开关时间并减少损耗,使脉冲上升沿更陡峭、重复频率更高。
实验结果表明,经优化设计的纳秒脉冲电源可实现脉冲宽度小于30ns、重复频率达10kHz,输出能量稳定度优于±0.05%,满足高端光刻系统对能量均匀性与光源稳定性的苛刻要求。
