堇青石陶瓷由于具有低热膨胀性、高刚性、低密度、高化学稳定性、高热稳定性以及良好的红外辐射能力，是高端光刻机移动平台的首选材料。
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移动平台材料是光刻机获得高精度、高速度的关键
光刻机是支撑集成电路芯片制程不断减小的关键设备，而高性能的光刻机需要高加速度和高精度的运动台作为支撑。光刻机移动平台的材料体系设计是光刻机获得高精度、高速度的关键。为了有效抵抗移动平台在扫描过程中由于高速移动而产生的变形，平台材料应包括具有较高比刚度的低热膨胀材料，即此类材料具备高模量的同时满足低密度的需求。另外，材料还需要较高的比刚度，这能够使整个平台在承受更高加速度和速度的同时保持相同的失真水平。通过在不增加失真的情况下以更高的速度转换掩模，增加吞吐量，在保证高精度的同时提高工作效率。
图 光刻机双工件台示意图
早期的光刻设备选用的是微晶玻璃（Zerodur）、石英玻璃以及 ULE 玻璃等材料，其中 Zerodur 的应用最多。这种玻璃陶瓷材料的热膨胀系数在大范围的工作温度下基本为零，具备一定的强度和硬度，但在实际应用过程中其弹性模量较低，在维持所需刚度的同时需要增加厚度，即无法实现轻量化，逐渐难以满足光刻机移动平台的高速及高精度的需求。此外，在将 Zerodur 应用于超高端EUV 光刻设备的研发过程中，作为 EUV 光刻机的镜面衬底材料，Zerodur 需要具备极低的基板表面粗糙度（EUV 光刻的基片需要 0.1 nm 的均方根粗糙度），尽管微晶玻璃可以实现 0.1 nm 的均方根粗糙度，但微晶玻璃在 EUV 离子束蚀刻过程中很容易发生磨损，从而导致精度下降。传统材料已难以满足高端光刻机更高的精度要求。随着对高端光刻机日益增加的需求，堇青石陶瓷受到关注。
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堇青石陶瓷是高端光刻机移动平台的理想材料
堇青石陶瓷，英文名：Cordierite，是指主晶相为堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）的陶瓷材料，是最常见的低热膨胀陶瓷材料之一。
表 光刻机移动平台用低热膨胀材料性能对比
堇青石因其轻量化、低热膨胀和高机械强度等特性，被选作半导体光刻机平台的理想材料：
（1）堇青石具备高的弹性模量，弹性模量远远超过了 Zerodur（即大约增加了55%），密度只是略高于 Zerodur，可以有效抵制平台高速移动扫描过程中的变形，增加稳定性，在满足刚度条件的基础上，所需的质量远远小于微晶玻璃和石英玻璃材料，从而实现轻量化需求。
（2）堇青石的低热膨胀系数与 Zerodur 相当，同样具备良好的热稳定性；
（3）堇青石的导热系数几乎是 Zerodur 的三倍，这决定了材料在使用过程中能够更大程度地散热，从而更好地满足热稳定性需求。
（4）堇青石能够承受 EUV 射线的影响而不发生变形，确保光刻过程的精度和稳定性。
图 堇青石与其他材料的比刚度与热稳定性对比，来源：AOS
由于堇青石材料高的比刚度、与微晶玻璃相近的低热膨胀特性，光刻机龙头荷兰 ASML 公司很早便开始了其在光刻机平台材料的应用研发，如今已实现堇青石材料在光刻机移动平台部件中的成熟应用及推广。高性能堇青石陶瓷已经替代微晶玻璃成为当今最先进光刻机工件台的关键基础材料。
堇青石近乎为零的热膨胀系数是半导体行业的优质之选，除了光刻机的工作平台，还可以用于镜面基板、晶圆夹持机构、静电吸盘等多方面。目前，堇青石主要供应商为日本京瓷。国内对堇青石材料的研究起步较晚，且堇青石在高端光刻机领域的研发相对较少，相关部件主要依赖进口。近年来经过技术攻关，国内校企在高性能堇青石结构件方面也取得了突破。
8月26日，艾邦将在深圳国际会展中心7号馆举办2026年半导体陶瓷产业论坛，届时，华南理工大学材料学院饶平根教授将做《致密高强高弹性模量超低膨胀堇青石陶瓷的研究》主题报告，欢迎参观交流！演讲/参会报名可联系李小姐：18823755657（同微信）
资料来源：
1.张丛,等：堇青石材料在光刻机领域的应用进展
2.王不赖,等：低热膨胀系数的堇青石陶瓷研究进展
3.姜龙滨,等：光刻机运动台控制方法研究进展
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