光刻機高壓電源抗輻射屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

在半導(dǎo)體納米級制程制造中，光刻機作為核心設(shè)備，其運行精度直接決定芯片良率。高壓電源作為光刻機的關(guān)鍵動力單元，負責(zé)為激光系統(tǒng)、靜電吸盤等核心部件提供穩(wěn)定高壓輸出，但其在高頻高壓工況下易產(chǎn)生電磁輻射，同時外部輻射環(huán)境也可能干擾電源輸出穩(wěn)定性，因此抗輻射屏蔽結(jié)構(gòu)成為保障光刻機整體性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
光刻機高壓電源面臨的輻射干擾具有雙向性：一方面，電源內(nèi)部的高壓整流模塊、高頻逆變電路在工作時會產(chǎn)生寬頻段電磁輻射，其中高頻輻射易穿透常規(guī)殼體，干擾光刻機的激光定位系統(tǒng)與精密位移平臺，導(dǎo)致光刻圖案產(chǎn)生納米級偏移；另一方面，半導(dǎo)體廠房內(nèi)存在多臺高功率設(shè)備（如離子注入機、刻蝕機），其產(chǎn)生的外部輻射可能耦合進入高壓電源內(nèi)部，導(dǎo)致輸出電壓紋波增大，影響負載部件的工作穩(wěn)定性。
抗輻射屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計需圍繞“抑制輻射泄漏”與“抵御外部干擾”雙重目標展開，核心在于材料選型與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的協(xié)同。在材料選擇上，單一金屬材料難以覆蓋寬頻段輻射防護需求，因此多采用“高導(dǎo)磁率-高導(dǎo)電率”復(fù)合結(jié)構(gòu)：內(nèi)層選用坡莫合金，利用其優(yōu)異的低頻磁場屏蔽能力，衰減電源內(nèi)部低頻輻射；外層采用無氧銅板材，通過高導(dǎo)電率特性反射高頻電磁輻射，同時降低屏蔽體自身的渦流損耗。為避免材料界面產(chǎn)生信號反射，兩層材料間需通過真空擴散焊接實現(xiàn)緊密結(jié)合，減少界面間隙帶來的輻射泄漏通道。
結(jié)構(gòu)設(shè)計上，屏蔽殼體需解決“縫隙泄漏”這一關(guān)鍵問題。高壓電源的殼體拼接處（如蓋板與主體的連接法蘭）易因裝配間隙形成輻射泄漏窗口，因此需采用導(dǎo)電襯墊密封——選用鈹銅材質(zhì)的指形襯墊，其彈性結(jié)構(gòu)可確保法蘭面在長期振動環(huán)境下保持緊密接觸，同時鈹銅的高導(dǎo)電性可將縫隙處的輻射泄漏量控制在10dB以下。此外，針對電源的線纜接口與散熱孔，需設(shè)計專用屏蔽組件：線纜接口采用濾波連接器，通過穿心電容濾除高頻干擾信號；散熱孔采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩孔的尺寸設(shè)計為防護頻段波長的1/20以下，既保證散熱效率，又避免輻射穿透。
為驗證屏蔽結(jié)構(gòu)的有效性，需通過多維度測試體系：在EMI暗室中，采用寬帶天線檢測屏蔽體外的輻射場強，確保在30MHz-1GHz頻段內(nèi)輻射值符合半導(dǎo)體設(shè)備電磁兼容標準；同時模擬外部強輻射環(huán)境，測試屏蔽結(jié)構(gòu)對內(nèi)部電源輸出的保護效果，要求外部輻射強度提升10倍時，電源輸出電壓紋波變化率不超過0.1%。此外，長期可靠性測試需模擬光刻機10萬小時運行周期，通過溫度循環(huán)、振動測試等手段，驗證屏蔽材料的結(jié)合強度與導(dǎo)電襯墊的彈性衰減情況，確保屏蔽性能無明顯退化。
光刻機高壓電源抗輻射屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計，本質(zhì)是通過材料科學(xué)與結(jié)構(gòu)工程的融合，解決“輻射干擾-精度損失”的核心矛盾。隨著半導(dǎo)體制程向3nm及以下節(jié)點推進，光刻精度對輻射干擾的敏感度進一步提升，屏蔽結(jié)構(gòu)將向“超薄化”“集成化”方向發(fā)展——未來可能將屏蔽層與電源殼體的散熱結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，在保障輻射防護性能的同時，降低設(shè)備整體體積與重量，為光刻機的精密化發(fā)展提供支撐。