[发明专利]一种光刻机机械式快门叶片结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种光刻机机械式快门叶片结构。

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。经常使用的基片为表面涂有光敏感介质的半导体晶片或玻璃基片。在光刻过程中，晶片放在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到晶片表面。

光刻机的一个重要指标是最小线宽，曝光剂量的过大或不足都将影响光刻胶显影效果，从而降低最小线宽指标。曝光剂量的精密控制，为整个光刻工艺稳定打好基础。

现有中低端光刻机的曝光系统采用高压汞灯作为光源，曝光开始、结束由光路中的机械快门控制，曝光剂量大小由曝光时间确定。具体过程如下：

1）首先通过预热和环境控制使高压汞灯输出光功率达到稳定；

2）接着计算曝光时间，打开快门开始曝光，同步计时开始；

3）最后时间到，关闭快门，曝光结束。

随着对产率要求的提高，曝光光源功率也在攀升，目前已经有超过1万W的光刻用汞灯投入产线。

光刻机机械快门开闭的速度对曝光剂量影响较大，同时高压汞灯的发热量大，对机械快门的寿命产生严重影响。目前通用的快门装置中的传动方式一般基于继电器技术，通过控制继电器的吸合与释放来控制快门的开闭。虽然利用这种方式的快门速度快，但由于继电器的负载能力有限，导致所采用的快门叶片的材料厚度薄、质量小，经不起在太强的光照与过高的温度的环境下工作，使得这种快门的装置不适合应用于大剂量高光强的曝光。ASML与Nikon公司的光刻机快门采用旋转电机带动快门叶片作往复旋转运动，达到快门通光孔开闭的目的。虽然这种技术避免了因继电器负载能力差所引起的传动快门的缺点，但由于旋转电机的启动速度慢，这种快门曝光所需要的时间较长，因而这种方式的曝光产率较低，并且也不适合薄胶工艺。

此外，快门叶片会向外辐射电磁波。常温下物体向外辐射以低频的远红外为主，随着温度的升高，物体辐射波长会减小。快门受热辐射出的可见光容易被剂量控制系统中的探测器探测到，从而对剂量控制造成干扰，影响剂量控制的精度。

黑体最大光谱辐射波长 ，其中T为黑体的热力学温度。物体对外的辐射能力可由Stefan-Boltzmann定律给出：

其中是辐射表面的发射率，定义成在同一温度下表面的发射功率与黑体的发射功率之比。为材料指定的发射率值介于0和1.0之间。因此，黑体的发射率为1.0，理想反射体的发射率为0。是Stefan-Boltzmann常数，常数的值是。A为辐射表面积，为传热物体的绝对温度，为环境绝对温度。

对于不直接接受汞灯光照的一面，环境温度为后续镜头温度，辐射以流出为主，为了增加对外辐射能力，需要增加发射率、表面积A；对于接受灯室照射的一面，既有快门叶片吸收汞灯辐射流入的热量，又有叶片对外辐射的热量，增加叶片正面温控能力需要降低收率/发射率（）这个比值。

可见高功率快门叶片的结构优化主要解决：速度，温度，高温强度等问题，需要更高功率的汞灯，和更快速度的快门，但汞灯的功率越高，快门叶片受光照后的温度越高，快门叶片越容易损坏，此外本项目中受空间尺寸的影响，快门电机不能选用更大功率的电机，因此快门叶片在现有基础上质量要足够小，才能满足快门的转速要求。

背景专利CN200910200090《一种用于光刻机曝光分系统的快门装置》面临着如下问题：

1、该快门叶片，使用的金属镀层，在低温下反射率良好，但是高温下容易氧化发黑，并最终增加叶片对光能的吸收，目前在2000W汞灯曝光系统中已经出现这种情况。

2、该快门叶片，对实际照射到叶片上的光强分布未做考虑，实际光斑能量分布不不均衡，但是材料分布未相应做优化，导致叶片转速仍然偏低。

现有技术中已针对背景专利《一种用于光刻机曝光分系统的快门装置》做了优化改进：在受照明面涂低吸收率/发射率比例涂层，在背面镀高发射率涂层，以期减少热量吸收，进而控制热变形。但是上述技术方案存在镀膜工艺不易控制、镀膜成本高，膜层在高温紫外光照条件下稳定性未知的问题。同时背面镀高发射率涂层，期望以辐射形式向外释放能量，但这样势必对快门后照明耦合镜组产生影响，增大镜组对热量的吸收。

发明内容