CN104345578A - 光刻机的快门叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光刻机的快门叶片，用于光刻机的曝光系统，所述快门叶片的基体材料为金属材料，所述快门叶片包括接受汞灯光照射的正面和与之相背的背面，所述快门叶片的正面和背面中至少一面上设有一层非金属涂层。本发明通过在所述快门叶片的正面和背面中至少一面上设有涂层，实现了对快门叶片的温度控制，避免了快门受热辐射出的可见光被剂量控制系统中的探测器探测到，进而防止了热辐射对剂量控制造成干扰，克服快门叶片受热的辐射对剂量控制的精度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻机的快门叶片。
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：
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；
接着计算曝光时间，打开快门开始曝光，同步开始计时；
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。
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。
此外，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。
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。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服快门叶片受热的辐射对剂量控制的精度的影响。
为了解决这一技术问题，本一种光刻机的快门叶片，用于光刻机的曝光系统，所述快门叶片的基体材料为金属材料，所述快门叶片包括接受汞灯光照射的正面和与之相背的背面，所述快门叶片的正面和背面中至少一面上设有一层非金属涂层。
所述非金属涂层的吸收率与发射率的比值的范围为0.01至0.25。
所述非金属涂层的材料为氧化铝或者其他氧化物。
所述快门叶片的背面设有一层高发射率涂层，该高发射率涂层的发射率的范围为0.85至0.99。
所述高发射率涂层的材料为黑色氧化层或者镀黑镍层。
所述高发射率涂层通过将所述快门叶片的金属基体钝化发黑、氧化发黑或者镀黑镍的方式得到。
所述快门叶片的背面表面做有粗糙处理，且评定其表面的粗糙度大于12.5。
所述背面开设有辐射槽。
所述辐射槽的形状为三角形、梯形或者矩形。
所述快门叶片的厚度的范围为0.75毫米至1毫米，所述辐射槽的槽深范围为0.1毫米至0.3毫米。
所述快门叶片在结构上区分为位于重心位置附近的中心部、位于边缘位置的边缘部以及所述中心部与边缘部之间的连接部，所述连接部包括若干两端分别连接所述中心部和所述边缘部的连接筋部，所述快门叶片的中心部、边缘部和连接筋部的厚度比所述快门叶片的其他部位厚。
本发明还提供了一种光刻机的快门叶片，所述快门叶片的基体材料为金属材料，所述快门叶片包括接受汞灯光照射的正面和与之相背的背面，所述背面开设有辐射槽或者做有粗糙处理。
本发明通过在所述快门叶片的正面和背面中至少一面上设有涂层，实现了对快门叶片的温度控制，避免了快门受热辐射出的可见光被剂量控制系统中的探测器探测到，进而防止了热辐射对剂量控制造成干扰，克服快门叶片受热的辐射对剂量控制的精度的影响。
附图说明
图1、图2为本发明实施例1中还未设涂层的快门叶片的结构示意图；
图3为本发明实施例1的快门叶片的结构示意图；
图4为本发明实施例2的快门叶片的结构示意图；
图5为本发明实施例4的快门叶片的结构示意图；
图6为本发明实施例6的快门叶片的结构示意图；
图7、图8为本发明实施例6的快门叶片的结构示意图；
图中，1-快门叶片；2-旋转轴；3-光阑；4-汞灯光；5-正面；6-背面；7-非金属涂层；8-高发射率涂层；9-辐射槽；11-中心部；12-边缘部；13-连接部；131-连接筋部。
具体实施方式
以下将结合图1至图8通过五个实施例对本发明提供的快门叶片的结构进行详细的描述，其均为本发明可选的实施例，可以认为本领域的技术在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
实施例1
请参考图2，其描述了快门叶片1的使用环境，快门叶片1前有一光阑3，汞灯光4穿过光阑3，到达快门叶片1的正面5；汞灯光4一部分被快门叶片1正面5吸收转化为热能，汞灯光4转化的热能，通过快门叶片1的正面5、快门叶片背面6向空间散发。
请参考图3，并结合图1和图2，本实施例提供了一种快门叶片，所述快门叶片1的基体材料为金属材料，所述快门叶片1包括接受汞灯光4照射的正面5和与之相背的背面6，所述快门叶片1的正面5和背面6中至少一面上设有非金属涂层7。在本实施例中，所述非金属涂层7的吸收率与发射率的比值的范围为0.01至0.25。所述非金属涂层7的材料为氧化铝或者其他氧化物。
快门叶片1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。快门叶片1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：
Q辐射＝εσA（TS 4-Ta 4）
其中
其中ε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。
σ是Stefan-Boltzmann常数，常数的值是5.67×10-8W/m2K4。
A为辐射表面积。
TS为传热物体的绝对问题，Ta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，辐射以流出未主，为了增加对外辐射能力，需要增加发射率ε、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吸收率/发射率（α/ε）这个比值。其中，吸收率α是指特定波长的光投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比。
现有技术中未考虑辐射散热影响。在外界辐射一定的情况下，影响辐射传热中物体温度的主要因素是吸收率/发射率这个比值，为降低受辐射物体温度，需要降低吸收率/发射率。镀光亮金属的吸收/发射率较高，实际起不到控制快门叶片1温度的作用，所以本实施例未采用现有技术中的金属镀层，而是采用非金属涂层；现有技术主要从增加反射的角度考虑辐射相关的温控，本发明从吸收率/发射率的角度考虑温控；现有技术使用金属镀层，吸收率/发射率约为2.2，本实施例所采用的通常是无机非金属镀层（氧化铝，熔融石英），吸收率/发射率可以控制在0.12，或0.22。现有技术的快门叶片在300°情况下已经发黑，本实施例采用选用合适无机非金属涂层7（例如氧化铝）可以耐受600度及以上的高温。
实施例2
请参考图4，本实施例提供了一种快门叶片，所述快门叶片1的基体材料为金属材料，所述快门叶片1包括接受汞灯光4照射的正面5和与之相背的背面6，所述快门叶片1的正面5和背面6中至少一面上设有涂层。在本实施例中，所述快门叶片1的背面6设有一层高发射率涂层8，该高发射率涂层8的发射率的范围为0.85至0.99。所述高发射率涂层8的材料为黑色氧化层或者镀黑镍层。所述高发射率涂层8可以通过将所述快门叶片1的金属基体钝化发黑、氧化发黑或者镀黑镍的方式得到。
物体对外的辐射能力可由斯蒂芬—波尔茨曼（Stefan-Boltzmann）定律给出：
Q辐射＝εσA（TS 4-Ta 4）
发射率可以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。根据该定律，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，辐射以流出未主，为了增加对外辐射能力，需要增加发射率ε、表面积A。
现有技术在背面6使用光亮金属，发射率约0.1，本实施例使用发射率高的高发射率涂层8，发射率可以达到95%；
实施例3
本实施例提供了一种快门叶片，所述快门叶片1的基体材料为金属材料，所述快门叶片1包括接受汞灯光4照射的正面5和与之相背的背面6，所述快门叶片1的正面5和背面6中至少一面上设有涂层。在本实施例中，在快门叶片1的正面5设有实施例1所提供的非金属涂层7，背面6设有实施例2所提供的高发射率涂层。
实施例4
请参考图5，本实施例提供了一种快门叶片，所述快门叶片1的基体材料为金属材料，所述快门叶片1包括接受汞灯光4照射的正面5和与之相背的背面6，所述背面6开设有辐射槽9。所述辐射槽9的形状为三角形、梯形或者矩形。所述快门叶片1的厚度的范围为0.75毫米至1毫米，所述辐射槽9的槽深范围为0.1毫米至0.3毫米。
现有技术中通常未考虑辐射散热对叶片温度控制的影响，并且在结构上未做考虑，本实施例考虑了辐射散热对叶片温控的影响，并且在结构上通过增加辐射槽9增加了辐射散热对外发射面积，进而提高了辐射散热能力。
实施例5
本实施例中，所述快门叶片1的基体材料为金属材料，所述快门叶片1包括接受汞灯光4照射的正面5和与之相背的背面6，所述快门叶片1的背面6表面做有粗糙处理，且评定其表面的粗糙度大于12.5，即粗糙度的轮廓算术平均偏差（即Ra）大于12.5。
粗糙处理的作用与实施例4中的辐射槽9的作用类似，通过粗糙处理增加了辐射散热对外发射面积，进而提高了辐射散热能力。
实施例6
请参考图6，本实施例与实施例3的区别在于：对设在背面6的高发射率涂层8开设一个辐射槽9，从而增加了辐射散热对外发射面积，进而提高了辐射散热能力。相似的，在其他可选的实施例中，也可以在高发射率涂层8的表面做粗糙处理。
实施例7
请参考图7和图8，其是对实施例3的一种改进，其区别在于：所述快门叶片1在结构上区分为位于重心位置附近的中心部11、位于边缘位置的边缘部12以及所述中心部11与边缘部12之间的连接部13，所述连接部13中包括了若干两端分别连接所述中心部11和所述边缘部12的连接筋部131，所述快门叶片1的中心部11、边缘部12和连接筋部131的厚度比所述快门叶片1的其他部位厚。
本实施例通过保证中心部11、边缘部12的厚度，减少其他多数部位的厚度的手段减小了转动惯量，提高了快门的速度，本实施例之所以保证了中心部11的厚度，而未减少其厚度是因为中心部11在工作时通常温度较高，本实施例考虑了不同热载荷的材料分配，从而根据热载荷不同实现了该结构优化；另一方面，本实施例之所以保证了边缘部12的厚度不减少，是为了保证快门叶片1的稳固，不至发生弯曲。此外，为了保证快门叶片1不至于发生弯曲，本实施例还使得连接筋部131的厚度与中心部11以及边缘部12相同，从而保证快门叶片1的稳固。
综上所述，本发明通过在所述快门叶片的正面和背面中至少一面上设有涂层，实现了对快门叶片的温度控制，避免了快门受热辐射出的可见光被剂量控制系统中的探测器探测到，进而防止了热辐射对剂量控制造成干扰，克服快门叶片受热的辐射对剂量控制的精度的影响。
Claims (12)
1.一种光刻机的快门叶片，用于光刻机的曝光系统，其特征在于：所述快门叶片的基体材料为金属材料，所述快门叶片包括接受汞灯光照射的正面和与之相背的背面，所述快门叶片的正面和背面中至少一面上设有一层非金属涂层。
2.如权利要求1所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述非金属涂层的吸收率与发射率的比值的范围为0.01至0.25。
3.如权利要求2所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述非金属涂层的材料为氧化铝或者其他氧化物。
4.如权利要求1所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述快门叶片的背面设有一层高发射率涂层，该高发射率涂层的发射率的范围为0.85至0.99。
5.如权利要求4所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述高发射率涂层的材料为黑色氧化层或者镀黑镍层。
6.如权利要求4所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述高发射率涂层通过将所述快门叶片的金属基体钝化发黑、氧化发黑或者镀黑镍的方式得到。
7.如权利要求1所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述快门叶片的背面表面做有粗糙处理，且其表面的粗糙度大于12.5。
8.如权利要求1所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述背面开设有辐射槽。
9.如权利要求8所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述辐射槽的形状为三角形、梯形或者矩形。
10.如权利要求8所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述快门叶片的厚度的范围为0.75毫米至1毫米，所述辐射槽的槽深范围为0.1毫米至0.3毫米。
11.如权利要求1所述的光刻机的快门叶片，其特征在于：所述快门叶片在结构上区分为位于重心位置附近的中心部、位于边缘位置的边缘部以及位于所述中心部与边缘部之间的连接部，所述连接部包括若干两端分别连接所述中心部和所述边缘部的连接筋部，所述快门叶片的中心部、边缘部和连接筋部的厚度比所述快门叶片的其他部位厚。
12.一种光刻机的快门叶片，其特征在于：所述快门叶片的基体材料为金属材料，所述快门叶片包括接受汞灯光照射的正面和与之相背的背面，所述背面开设有辐射槽或者做有粗糙处理。
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