接触式光刻机汞灯电源功率大幅波动故障处理

申承志，张海明

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄 050051）

1 故障现象

某台接触式光刻机，汞灯电源带有双通道恒光强功能。由于种种原因，设备使用者提出设备改造要求，将光刻机的500 W汞氙灯改成350 W 汞灯。设备厂家对该设备进行改造后，曝光时通道1 光强显示为0，通道2 正常。由于汞灯电源参数可以设置，为此按照汞灯电源说明书，修改通道1 光强显示值。修改后出现通道1 恒光强模式电源功率大幅度波动，光的亮度忽明忽暗的情况。

2 汞灯电源工作原理

汞灯电源有触发电路，控制电路，光强输入处理电路与安全保护电路等。该汞灯电源有恒功率模式和恒光强模式。文献[2]给出了该汞灯电源主电路原理图和汞灯光谱，阐述其原理和一些常见故障的处理方法。

汞灯发出的光包含多种频率。高压汞灯通常不只一个光谱峰值，生产厂家一般都会给出汞灯在某一波长峰值的辐射强度Ie。从汞灯光谱图中可以看出，320 nm 波长的光强比365 nm 波长的光强弱很多，同时在恒功率模式下，汞灯光强会随着使用时间变长而减弱。

3 故障分析

汞氙灯的光谱与汞灯的光谱有区别。汞氙灯是一种气体放电灯，能辐射出200～300 nm 远紫外谱线，而且发光稳定、使用寿命长，是比较理想的紫外光源。

汞灯电源在恒功率模式下，通道1 的光强读数总是大幅度波动，数值在0～4.5 跳跃式波动，如图1 所示。光强传感器里有2 个感光部件（图2），还有黑色（或墨绿色）和银白色滤光片。

在汞灯亮，快门打开情况下，使用带示波器功能的万用表测量光传感器的输出，输出电压如图3 所示。光强传感器通道2 的输出电压是406 mV，输出线平稳，光强传感器通道1 的输出电压平均值是51 mV，波动幅度大。汞灯电源后部一块小电路板上有2 个电位器。在光强传感器感光情况下调节其中一个电位器，可以改变S1OK 的值。当这个参数达到100%时，汞灯电源就会出现“光强超范围”报错信息。该电位器对光强传感器的输入值起比例系数作用。调整通道1 对应的电位器，但是没有解决问题。

对光强传感器接头里的对应光强通道1 和通道2 的两根导线交换位置，在恒功率曝光的模式下，汞灯电源光强显示值波动仍然在通道1 上。因此判断，汞灯电源存在故障。通过分析认为汞灯电源光强输入小电路板可能有问题。但是，根据汞灯电源说明书的说明复位了通道1 的参数以后，在恒光强模式下通道1 光强显示为0，也不波动。因此推断汞灯电源里的小电路板没有问题，但是汞灯电源的参数设置不合适造成了通道1 光强读数跳跃式波动问题。

图1 光强跳跃式波动

图2 光强传感器探头

图3 快门打开时光强传感器输出

汞灯功率265 W 时，光强传感器的输出电压见表1，可见曝光快门关闭以后，光强传感器仍有输出。光强输入弱时汞灯电源光强显示值为0。光强显示值公式：y=f（x）-b，x＞c；y=0，x≤c，其中，f（x）是以x 为变量的函数，x 为光强传感器输出（mV），y 为光强显示值（mW/cm2）。

去掉通道1 光强传感器上的滤光片，在通道1 恒光强模式下测试，有光强超范围报警。此时通道1 光强传感器输出见表1。当汞灯在最大允许功率时，对应通道的参数S1OK 设为95%。这个信号与（汞灯）寿命电路关系密切。因此将350 W 汞灯功率设到最大功率430 W，调整通道1 参数S1OK 为95%。这样光强超范围报警就消失了。调好以后，使用者对设备进行工艺验证，设备工作正常，满足工艺要求。

表1 光强传感器输出电压

4 结语

对汞灯电源参数设置不当，银白色滤光片的过滤作用太强，导致在恒光强模式下汞灯电源功率大幅波动故障。解决办法：去掉通道1 滤光片，调整汞灯电源上的通道1 对应电位器，或更换与汞灯匹配的滤光片。