接觸式光刻機汞燈電源功率大幅波動故障處理

申承志，張海明

（中國電子科技集團公司第十三研究所，河北石家莊 050051）

1 故障現象

某臺接觸式光刻機，汞燈電源帶有雙通道恒光強功能。由于種種原因，設備使用者提出設備改造要求，將光刻機的500 W汞氙燈改成350 W 汞燈。設備廠家對該設備進行改造后，曝光時通道1 光強顯示為0，通道2 正常。由于汞燈電源參數可以設置，為此按照汞燈電源說明書，修改通道1 光強顯示值。修改后出現通道1 恒光強模式電源功率大幅度波動，光的亮度忽明忽暗的情況。

2 汞燈電源工作原理

汞燈電源有觸發電路，控制電路，光強輸入處理電路與安全保護電路等。該汞燈電源有恒功率模式和恒光強模式。文獻[2]給出了該汞燈電源主電路原理圖和汞燈光譜，闡述其原理和一些常見故障的處理方法。

汞燈發出的光包含多種頻率。高壓汞燈通常不只一個光譜峰值，生產廠家一般都會給出汞燈在某一波長峰值的輻射強度Ie。從汞燈光譜圖中可以看出，320 nm 波長的光強比365 nm 波長的光強弱很多，同時在恒功率模式下，汞燈光強會隨著使用時間變長而減弱。

3 故障分析

汞氙燈的光譜與汞燈的光譜有區別。汞氙燈是一種氣體放電燈，能輻射出200～300 nm 遠紫外譜線，而且發光穩定、使用壽命長，是比較理想的紫外光源。

汞燈電源在恒功率模式下，通道1 的光強讀數總是大幅度波動，數值在0～4.5 跳躍式波動，如圖1 所示。光強傳感器里有2 個感光部件（圖2），還有黑色（或墨綠色）和銀白色濾光片。

在汞燈亮，快門打開情況下，使用帶示波器功能的萬用表測量光傳感器的輸出，輸出電壓如圖3 所示。光強傳感器通道2 的輸出電壓是406 mV，輸出線平穩，光強傳感器通道1 的輸出電壓平均值是51 mV，波動幅度大。汞燈電源后部一塊小電路板上有2 個電位器。在光強傳感器感光情況下調節其中一個電位器，可以改變S1OK 的值。當這個參數達到100%時，汞燈電源就會出現“光強超范圍”報錯信息。該電位器對光強傳感器的輸入值起比例系數作用。調整通道1 對應的電位器，但是沒有解決問題。

對光強傳感器接頭里的對應光強通道1 和通道2 的兩根導線交換位置，在恒功率曝光的模式下，汞燈電源光強顯示值波動仍然在通道1 上。因此判斷，汞燈電源存在故障。通過分析認為汞燈電源光強輸入小電路板可能有問題。但是，根據汞燈電源說明書的說明復位了通道1 的參數以后，在恒光強模式下通道1 光強顯示為0，也不波動。因此推斷汞燈電源里的小電路板沒有問題，但是汞燈電源的參數設置不合適造成了通道1 光強讀數跳躍式波動問題。

圖1 光強跳躍式波動

圖2 光強傳感器探頭

圖3 快門打開時光強傳感器輸出

汞燈功率265 W 時，光強傳感器的輸出電壓見表1，可見曝光快門關閉以后，光強傳感器仍有輸出。光強輸入弱時汞燈電源光強顯示值為0。光強顯示值公式：y=f（x）-b，x＞c；y=0，x≤c，其中，f（x）是以x 為變量的函數，x 為光強傳感器輸出（mV），y 為光強顯示值（mW/cm2）。

去掉通道1 光強傳感器上的濾光片，在通道1 恒光強模式下測試，有光強超范圍報警。此時通道1 光強傳感器輸出見表1。當汞燈在最大允許功率時，對應通道的參數S1OK 設為95%。這個信號與（汞燈）壽命電路關系密切。因此將350 W 汞燈功率設到最大功率430 W，調整通道1 參數S1OK 為95%。這樣光強超范圍報警就消失了。調好以后，使用者對設備進行工藝驗證，設備工作正常，滿足工藝要求。

表1 光強傳感器輸出電壓

4 結語

對汞燈電源參數設置不當，銀白色濾光片的過濾作用太強，導致在恒光強模式下汞燈電源功率大幅波動故障。解決辦法：去掉通道1 濾光片，調整汞燈電源上的通道1 對應電位器，或更換與汞燈匹配的濾光片。