光刻机高压电源抗辐射屏蔽结构设计与应用

在半导体纳米级制程制造中，光刻机作为核心设备，其运行精度直接决定芯片良率。高压电源作为光刻机的关键动力单元，负责为激光系统、静电吸盘等核心部件提供稳定高压输出，但其在高频高压工况下易产生电磁辐射，同时外部辐射环境也可能干扰电源输出稳定性，因此抗辐射屏蔽结构成为保障光刻机整体性能的关键环节。
光刻机高压电源面临的辐射干扰具有双向性：一方面，电源内部的高压整流模块、高频逆变电路在工作时会产生宽频段电磁辐射，其中高频辐射易穿透常规壳体，干扰光刻机的激光定位系统与精密位移平台，导致光刻图案产生纳米级偏移；另一方面，半导体厂房内存在多台高功率设备（如离子注入机、刻蚀机），其产生的外部辐射可能耦合进入高压电源内部，导致输出电压纹波增大，影响负载部件的工作稳定性。
抗辐射屏蔽结构的设计需围绕“抑制辐射泄漏”与“抵御外部干扰”双重目标展开，核心在于材料选型与结构优化的协同。在材料选择上，单一金属材料难以覆盖宽频段辐射防护需求，因此多采用“高导磁率-高导电率”复合结构：内层选用坡莫合金，利用其优异的低频磁场屏蔽能力，衰减电源内部低频辐射；外层采用无氧铜板材，通过高导电率特性反射高频电磁辐射，同时降低屏蔽体自身的涡流损耗。为避免材料界面产生信号反射，两层材料间需通过真空扩散焊接实现紧密结合，减少界面间隙带来的辐射泄漏通道。
结构设计上，屏蔽壳体需解决“缝隙泄漏”这一关键问题。高压电源的壳体拼接处（如盖板与主体的连接法兰）易因装配间隙形成辐射泄漏窗口，因此需采用导电衬垫密封——选用铍铜材质的指形衬垫，其弹性结构可确保法兰面在长期振动环境下保持紧密接触，同时铍铜的高导电性可将缝隙处的辐射泄漏量控制在10dB以下。此外，针对电源的线缆接口与散热孔，需设计专用屏蔽组件：线缆接口采用滤波连接器，通过穿心电容滤除高频干扰信号；散热孔采用蜂窝状结构，蜂窝孔的尺寸设计为防护频段波长的1/20以下，既保证散热效率，又避免辐射穿透。
为验证屏蔽结构的有效性，需通过多维度测试体系：在EMI暗室中，采用宽带天线检测屏蔽体外的辐射场强，确保在30MHz-1GHz频段内辐射值符合半导体设备电磁兼容标准；同时模拟外部强辐射环境，测试屏蔽结构对内部电源输出的保护效果，要求外部辐射强度提升10倍时，电源输出电压纹波变化率不超过0.1%。此外，长期可靠性测试需模拟光刻机10万小时运行周期，通过温度循环、振动测试等手段，验证屏蔽材料的结合强度与导电衬垫的弹性衰减情况，确保屏蔽性能无明显退化。
光刻机高压电源抗辐射屏蔽结构的设计，本质是通过材料科学与结构工程的融合，解决“辐射干扰-精度损失”的核心矛盾。随着半导体制程向3nm及以下节点推进，光刻精度对辐射干扰的敏感度进一步提升，屏蔽结构将向“超薄化”“集成化”方向发展——未来可能将屏蔽层与电源壳体的散热结构一体化设计，在保障辐射防护性能的同时，降低设备整体体积与重量，为光刻机的精密化发展提供支撑。