光刻机高压电源电磁拓扑优化设计

在半导体光刻制程中，光刻机对高压电源的性能需求呈现“高精度-低干扰-高稳定”的三重特性。其核心功能是为光刻机光学系统、工件台驱动模块提供千伏级甚至兆伏级稳定电压，电压纹波需控制在毫伏级，而电磁兼容性（EMC）指标直接关联光刻成像的纳米级精度——即使微伏级的电磁干扰耦合至光路系统，也可能导致晶圆图形偏移，因此高压电源的电磁拓扑优化成为关键设计环节。
电磁拓扑优化的核心逻辑是从“干扰源抑制-传播路径阻断-敏感部件防护”三维度构建设计体系。在拓扑结构选型阶段，需优先规避传统硬开关拓扑的缺陷：相较于正激、半桥拓扑，移相全桥拓扑通过软开关技术将开关损耗降低60%以上，同时使电压应力集中现象得到缓解，从源头减少高频电磁干扰（EMI）的产生；此外，采用模块化拓扑拆分设计，将高压产生单元与控制单元物理隔离，避免控制信号与高压回路的电磁耦合，使控制端噪声水平控制在50μV以内。
接地与屏蔽设计是电磁拓扑优化的关键执行环节。针对高压电源内部复杂的电流路径，需采用“星型接地+多点接地”混合方案：高压功率回路采用多点接地，缩短大电流回流路径，降低地阻抗引发的共模干扰；控制信号回路采用独立星型接地，集中连接至单点接地极，避免地环流对微弱控制信号的影响。在屏蔽结构上，采用双层复合屏蔽设计：内层选用高导磁率的坡莫合金，吸收电源内部产生的低频磁场干扰；外层选用高导电率的紫铜，阻挡外部高频电场干扰，屏蔽效能可提升至40dB以上。
滤波网络的拓扑集成化设计进一步提升抗干扰能力。传统离散式滤波方案存在寄生参数大、滤波频段不连续的问题，通过将EMI滤波器与高压拓扑深度集成，在高压输入端设计LC串联差模滤波网络，抑制电网侧引入的差模干扰；在功率开关管两端并联RC吸收网络，抑制开关过程中产生的电压尖峰；在控制信号输入端采用共模电感与陶瓷电容组成的共模滤波网络，阻断共模干扰的传播。同时，通过仿真工具建立电磁拓扑模型，模拟不同工况下的电磁分布特性，对滤波参数进行迭代优化，使电源整体EMI辐射值符合EN 55032 Class B标准。
光刻机高压电源的电磁拓扑优化，不仅是提升电源自身性能的技术手段，更是保障光刻制程稳定性的核心支撑。通过拓扑结构、接地屏蔽、滤波网络的协同优化，可实现高压电源在高精度供电与低电磁干扰间的平衡，为半导体芯片向更小制程突破提供关键动力。