[发明专利]一种适用于提升氟化钙凹锥镜粗糙度的磁流体加工工具及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉纳米精度精密加工的技术领域，特别涉及一种适用于氟化钙凹锥镜高效加工的磁流体工具设计及方法。

背景技术

极大规模集成电路的发展已成为电子信息产业的基石，光刻机作为集成电路的主要刻蚀设备，经历了曝光波长从436nm、365nm、246nm的近紫外进入到193nm的深紫外及13.2nm极紫外。高密度集成化集成电路的光刻机研制对国防安全、科技进步有重要意义，直接影响到我国未来的战略地位。

光刻照明系统是光刻机投影曝光光学系统的核心部件，其功能主要是为掩模面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现离轴照明模式。照明光学体统中普通光学成像系统景深有限性的物理原因是由于光的衍射，随着离焦位置(即光束传播位置)的不同，衍射光斑的大小急剧变化，而平行光入射轴锥镜产生的无衍射光束具有中心光斑在一定范围内保持不变的特性。当球面波照射轴锥镜时，所产生的衍射光斑在一定的范围内缓慢变化。为提高照明系统的光束整形效率，需采用衍射元件及轴锥镜组合，通过调节轴锥镜的相干因子，以提高光束整形单元的变焦能力。轴锥镜在像距内产生的衍射光束近似为零阶贝塞尔函数，在无衍射成像中仅改变系统的相位，其中心光斑半径基本不变，是无衍射光学成像的重要器件，其在照明光学系统中的优势主要有：

(1)传统光学成像时，点扩散函数随离焦变化很快，给图像复原造成很大的困难。而锥镜产生的无衍射光束的中心光斑大小和形状在一定范围内保持不变；

(2)应用光学系统常用缩小相对孔径来增大景深，但会降低系统的空间分辨率，使图像细节模糊。轴锥镜由于具有线焦的特性，将其应用于光学成像系统中可以增大系统的焦深；

(3)轴锥镜镜组可随着轴锥镜单元之间间距的变化，产生的环形照明内外环宽度也发生变化，轴锥镜元件的中心的拐点(圆锥的尖端)可起到了分割光束的作用。

因此，轴锥镜在整个光刻照明系统成像中具有非常重要的地位，轴锥镜的高精度加工是保障整个照明系统具有高分辨力、高能量传输、高成像系统景深的重要前提。

CaF₂晶体材料可以从紫外波长(125nm)到红外波长(12μm)，同时还有相差补偿功能，具有无色透明，吸收系数低、抗损伤阈值高、渗透性高、无双折射现象等光学优势。CaF₂轴锥镜是深紫外(DUV)、极紫外(EUV)光刻照明系统的必不可少的关键器件之一。

经过多年的实验与研究，中科院光电所已经完成了CaF₂凸锥加工的工艺技术摸索，实现了CaF₂凸锥的超光滑加工。而对于凹锥的面形精度及粗糙度提升，工艺技术方法具有更高的挑战性，主要体现为：

(1)凹锥镜母线在加工过程线速度不一致，中心区域线速度几乎为零，现有工艺技术加工凹锥镜时，母线直线度及中心区域破坏层无法控制；

(2)凹锥曲面为异形结构，镜面曲率变化不一致，凹锥中心为拐点，无法对整面进行均匀平滑；

(3)凹锥中心区域相对口径较深，加工轨迹受限，同时，现有的加工磨头无法应用于凹锥镜面加加工。

基于上述考虑，满足凹锥镜加工最基本的方法为对加工距离要求不严格的非接触式柔性流体轰击技术，如射流加工技术或离子束加工技术。如现有的光刻系统凹锥深度为20-40mm，采用加工距离大于40mm的轰击方式即可满足加工条件。

以英国Zeeko科研机构为代表发展的射流加工技术是通过将混有磨料的抛光液高压轰击于工件镜面，加工距离为1mm-80mm。轰击流束口径为0.1mm-2mm。该小口径抛光斑可对镜面的2mm-5mm空间频率误差进行有效修形，但喷射的磨削颗粒均匀度、浓度难以控制，现有的技术手段只能满足粗糙度Rq2nm-4nm加工，因此，该技术方法无法实现光刻机照明系统轴锥镜的超光滑加工要求。

德国IOM科研机构为代表发展的离子束加工技术是通过真空电离氩原子实行离子轰击工件镜面，加工距离可达到为5mm-50mm，轰击束斑可达到5mm-100mm。IOM技术人员采用牺牲层加工技术实现了光学元件粗糙度提升。然而，离子束加工束斑为聚焦光束，对于凹锥异形曲面，容易造成中心区域的衍射及中心区域镜面的污染，无法实现中心区域面形的准确去除及粗糙度提升。