一种光刻机用快门叶片装置的制作方法

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种光刻机用快门叶片装置。

背景技术：

半导体集成电路要经历材料制备、掩膜、光刻、清洗、刻蚀、渗杂、化学机械抛光等多个工序才可以制造出来，其中光刻工艺最为关键，决定着制造工艺的先进程度。

光刻工艺技术是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。其主要过程如下：首先紫外光通过掩膜版照射到附有一层光刻胶薄膜的基片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶，使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上；最后利用刻蚀技术将图形转移到基片上。

光刻工艺的核心设备是光刻机，其直接决定了集成电路最小的特征尺寸。

在光刻机的曝光系统中，曝光快门直接决定着光刻机的曝光剂量及精度，是一极其重要的零部件。而通过对快门叶片的高速、高频“打开-闭合”动作的控制就可以实现对曝光剂量及精度的控制。

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。

快门叶片作为快门的关键零部件，其处于高温、高紫外辐射的恶劣工作环境中，直接承受着高功率汞灯紫外光的照射。叶片寿命及其热传导作用直接决定着快门系统的热环境及快门性能，生产现场快门故障频发和快门烧毁均跟叶片过热有直接关系。另外，快门叶片需作高速、高频“启/停”旋转运动，其工作工况决定了叶片必须具有质轻、片薄、寿命长、变形小的特性。

而现有中低端光刻机快门叶片多为薄片金属材质，材质表面经过氧化技术处理，此快门叶片面临的主要问题如下：

(1)、叶片的热传导大，易导致快门工作热环境变化，造成快门性能不稳定，轻则无法控制曝光剂量及精度，重则烧毁快门；

(2)、叶片转动惯量大，影响快门“打开-闭合”速度，小剂量无法曝光；

(3)、叶片对高能紫外光反射率低，热累积高，容易变形，寿命短；

(4)、叶片需要大量的洁净冷却压缩空气(cda)冷却，且要求cda波动小，现场生产成本高。

如何有效地解决上述技术问题，是目前的一个攻坚方向。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，提供一种快门叶片装置，以有效解决由快门容易传递热量导致的快门系统工作不稳定甚至烧毁的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种快门叶片装置，用于光刻机曝光系统，包括两个快门叶片、两个隔热板，每个快门叶片连接一个隔热板。

可选的，所述两个快门叶片在入射光光轴方向上有间隙。

可选的，所述两个快门叶片闭合时，所述两个快门叶片在垂直于入射光光轴方向上部分重合。

可选的，所述快门叶片为铝合金材质。

可选的，所述快门叶片厚度为0.5mm-3mm。

可选的，所述快门叶片具有一接受入射光照射的受光面，所述受光面为光滑镜面。

可选的，所述受光面的表面粗糙度ra小于等于0.01μm。

可选的，所述受光面的制作采用金刚石切削加工。

可选的，所述快门叶片具有一接受入射光照射的受光面，所述快门叶片还具有一与所述受光面相对的背光面，所述背光面做减薄处理。

可选的，所述快门叶片具有一接受入射光照射的受光面，所述快门叶片还具有一与所述受光面相对的背光面，所述背光面设置有凹槽和加强筋。

可选的，所述背光面对应入射光照射区域处不进行减薄处理，或进行的减薄处理程度小于其他区域。

可选的，所述隔热板通过螺钉固定连接在所述快门叶片的端部。

本发明采用快门叶片与隔热板连接使用的方式，阻碍叶片对快门系统的热传导，可有效解决由快门热传导导致的快门系统工作不稳定甚至烧毁的问题。

此外，本发明的快门叶片采用密度相对较低的铝合金材质，且叶片的背光面采用轻量化结构设计进行了减薄处理，有效地减小了叶片的质量和转动惯量、提高了快门“打开-闭合”速度，方便小剂量曝光处理并提高了曝光剂量的控制精度；本发明的快门叶片受光面为光滑镜面，大大提高了快门叶片对高能紫外光的反射率，叶片热累积少、不易形变、使用寿命延长、生产成本降低，且叶片的热量累积少就可以相应地减少洁净冷却压缩空气(cda)的使用，进一步降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例的快门叶片装置主视图；

图2为本发明实施例的快门叶片装置左视图；

图3为本发明实施例的快门叶片的结构示意图；

图4为一般阳极氧化叶片的紫外光波反射率曲线图；

图5为本发明实施例快门叶片的紫外光波反射率曲线图；

图6为本发明实施例的冷却空气(cda)流量与叶片温度关系图；

图中，1-螺钉，2-隔热板，3-快门叶片，4-快门叶片，5-紫外光斑照射区域，6-螺纹通孔，7-减薄凹槽，8-未做减薄或部分减薄处理区域，9-加强筋，10-高能紫外光。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用来方便、明晰地辅助说明本发明的实施例。

参考图1，并结合图2，本发明提供了一种快门叶片装置，该快门叶片装置由快门叶片3、快门叶片4、两个隔热板2组成。在快门叶片装置工作时，高能紫外光10直接照射在快门叶片3和快门叶片4的表面上，在快门叶片3、4上形成高能高热的紫外光斑照射区域5。其中，高能紫外光10由光刻机曝光系统的紫外光源提供，常用的紫外光光源是高压汞灯，高压汞灯有许多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的g线(波长436nm)或i线(波长365nm)。高能紫外光10的能量比较大、辐射也很强，在高能紫外光10照射到快门叶片3、4上时，快门叶片3和4处于高温、高辐射的恶劣环境中，快门叶片3、4上的紫外光班照射区域5会有不少的热量累积并向整个快门系统传递热量。为减少快门叶片3、4对整个快门系统的热传导，维护快门工作热环境和工作性能的稳定，快门叶片3、4的端部通过螺钉1分别连接着一个隔热板2。其中，隔热板2可以采用玻璃纤维、尼龙、丙烯、胶木、聚缩醛等具有隔热性质的材质。

可选的，快门叶片3与快门叶片4在入射的高能紫外光10的光轴方向有一定的的距离，不宜过大，一般为1mm-6mm。进一步地，两叶片闭合时在垂直于入射的高能紫外光10的光轴方向有一定的重合量，1mm-15mm即可。如此，可避免快门叶片3与快门叶片4之间的磨损并增强该快门叶片装置闭合时对高能紫外光10的阻挡能力。

如图3所示为本发明一个快门叶片的结构，其中，叶片的端部设置有若干螺纹通孔6，可将隔热板2通过螺钉1固定连接在快门叶片上。其中，本发明快门叶片的固定端采用与快门叶片一体化的柔性结构，以减小快门叶片的应力变形。可选的，本发明快门叶片3、4采用铝合金材质，在保证叶片强度和刚性的同时，具有相对密度低、质量轻的特点。进一步地，本发明的快门叶片3、4为薄板结构，包含有一接受高能紫外光10照射的受光面、一与受光面相背的背光面，快门叶片3、4的厚度一般为0.5mm-3mm。

可选的，如图3所示，快门叶片3、4的背光面采用轻量化结构设计，例如可以设计有不同形状的减薄凹槽7，当然，凹槽7也可以是有着相同的形状。为保证叶片3、4的强度和刚性，快门叶片3、4的背光面不宜过度减薄，还可以适当设计几根加强筋9，加强筋9既可以是在背光面上挖减薄凹槽7时形成的，也可以是经过单独设计后加在背光面上的。另外，考虑到快门叶片3、4闭合时，快门叶片3、4上的紫外光斑照射区域5处的温度较高，快门叶片3、4上与紫外光斑照射区域5相背的背光面区域8可以不进行减薄处理，或进行的减薄处理程度小于其他区域。此外，无论是否进行轻量化设计，快门叶片的背光面均为粗糙面，其粗糙度值ra大于1.6μm。

本发明的快门叶片3、4采用铝合金材质，减小了其密度，还对快门叶片3、4的背光面做了减薄处理，减小了其体积，而物体的转动惯量i＝∫r²dm，对于物体上某处的质元dm，当位置一定时，该质元到物体转轴的垂直距离r也就定了，当减小其质元dm时，就可以减小物体的转动惯量。其中，dm＝ρdv，ρ为密度，dv为体积。而适当减小快门叶片3、4的转动惯量，就可以提高快门叶片3、4的“打开-闭合”速度，进而可解决光刻机的小剂量曝光问题。

可选的，本发明快门叶片3、4的受光面为光滑镜面，该面的面形质量要求为粗糙度ra小于等于0.01μm。光滑镜面一般可由金刚石精密切削、化学机械抛光等加工方法加工而成，其中金刚石精密切削为最常用加工方法。用天然单晶金刚石刀具切削铜、铝等有色金属材料，能得到尺寸精度为0.1μm数量级和表面粗糙度ra为0.01μm数量级的超高精度加工表面。在本实施例中，快门叶片3、4由金刚石精密切削加工而成，经干涉仪检测，其粗糙度ra为0.006μm。在一定放大倍数下可以明显地看出，快门叶片3、4的切削面具有平行或近似平行的金刚石切削刀痕。

对于快门叶片3、4的表面加工方法，其典型工艺路线可规划如下：外形轮廓粗加工(如水刀切割，激光切割)；去应力热处理；外形轮廓精加工；柔性结构加工；稳定化热处理；细磨受光面，保证平面度；金刚石切削受光面；加工背光面凹槽(若有轻量化结构设计)；磨削背光面使其达到粗糙度要求；金刚石精密切削受光面使其达到粗糙度要求；清洗。

实验证明通过减小叶片表面的粗糙度，可有效地提高叶片的反射率。本发明实施例叶片与一般未作金刚石精密切削处理的阳极氧化叶片的反射率对比如下。

附图4和附图5分别为用紫外可见分光光度计检测的一般阳极氧化叶片和本发明实施例叶片的反射率，其中两个入射角分别设定为8°和20°。由检测结果可知，在紫外光波段下，一般的阳极氧化叶片反射率很低，不到1％，且紫外光波长越短反射率越低；而本发明开发的快门叶片3、4反射率高达80％以上，意味着只有少数热量被快门叶片3、4吸收，绝大部分能量被反射，大大降低了快门叶片3、4上的热累积。

另外，快门叶片3、4的受光面反射率高、热累积低，快门叶片3、4工作时的温度上升慢，维护快门叶片3、4热环境稳定所需要的洁净冷却压缩空气(cda)相应地消耗较少。附图6为在2500w功率的汞灯下，叶片中心温度随cda流量的变化曲线图。一般的阳极氧化叶片随着cda由30l/min降低到10l/min时，叶片中心温度由250℃线性上升至约400℃。同时，在cda降低至10l/min时，阳极氧化叶片温度由于过高已经遭到烧毁破坏。而本发明开发的高反射率快门叶片3、4，随着cda由30l/min降低到0时，快门叶片3、4中心温度由100℃上升至160℃。与一般的阳极氧化叶片相比，本发明的快门叶片3、4热累积少，相应地对快门系统的热传导也少，大大提升了快门系统的工作热稳定性。同时，在cda降低至0l/min时，本发明快门叶片3、4的中心温度为160℃，远小于一般阳极氧化叶片的烧毁温度400℃，考虑到节约生产成本，在实际生产应用中可不用或少用cda。

综上，在本发明实施例提供的快门叶片装置中，隔热板可将叶片上的热量进行有效隔离，阻碍叶片上的热量传递至整个快门系统而影响快门性能乃至于烧毁快门；叶片材质为相对密度低、质量轻的铝合金，并对叶片进行了适当的轻量化结构设计－－背光面的减薄凹槽，有效地减轻了叶片的质量、减小了叶片的转动惯量、提高了叶片的“打开-闭合”速度，可以得到更小剂量的曝光处理，同时还可以更精确地控制曝光剂量；而叶片的受光面为光滑镜面，大大提高了叶片对高能紫外光的反射率，叶片上的热量累积较少，叶片工作时的温度相对较低，则叶片不易形变、使用寿命延长，相应地可以降低叶片的更换频率，使得现场生产成本降低，同时叶片热累积少、对快门系统的热传导就少，进一步维护了整个快门系统热环境的稳定，有利于整个快门系统工作性能的稳定；另外，叶片热累积少、叶片工作温度相对较低，还可以相应地减少洁净冷却压缩空气(cda)的使用，进一步降低生产成本。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。