[发明专利]一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法

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凸锥镜高效加工的联合工艺方法。

背景技术

随着电信息产业的蓬勃发展，作为电子信息产业基础的集成电路制造业呈现出大型化、特征尺寸微细化、集成度高密集化的发展趋势，电子芯片上包含的器件由几十个发展到现在包含上亿个。极大规模集成电路已经成为高技术领域发展的基石。作为集成电路制造业中的关键工艺，光学曝光机曝光波长从436nm、365nm的近紫外进入到246nm、193nm的深紫外。国外ASML、Canon、Nikon等公司以及成功完成了193nm光刻机研制的成熟技术。随着我国集成电路的高密集化发展需求，研发193nm光刻机对国防安全、科技进步有重要意义，直接影响了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。光刻照明系统常用的结构形式主要包括扩束单元、光束整形单元、匀光单元及照明物镜单元四个部分。其中，光束整形单元的作用主要体现为匀光、控制入射光束的空间及角度。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。轴锥镜是产生无衍射光束的常用光学元器件之一，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。

在193nm光刻物镜系统中，CaF₂晶体材料渗透范围可以从紫外波长(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，在深紫外光刻物镜系统中有广泛的应用，是光刻曝光系统透镜最理想的光学材料。然而，氟化钙晶体是典型的脆性材料，断裂韧度低、热膨胀系数高、导热系数低等特性，对现有的加工技术水平提出较大的挑战。

总而言之，CaF₂轴锥镜是照明系统的核心元件，决定了整个照明系统的性能。然而，就其特殊的晶体材料、异形结构及苛刻的粗糙度要求，加工技术手段非常有限，具体表现为：

(1)CaF₂轴锥镜为软性晶体材料，材料异性，粗糙度及光洁度控制较困难；

(2)CaF₂轴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，导致传统技术加工轴锥镜后，母线直线度差及中心区域破坏层无法控制等问题；

(3)CaF₂轴锥镜镜面法线异向，镜面曲率变化不一致，圆锥中心为拐点，加工轨迹受限，同时，加工过程无法保证去除效率的一致性及面形收敛的有效性；

(4)为降低锥面的散射率，CaF₂轴锥镜的表面粗糙度要求为0.5nm以内，限于CaF₂轴锥镜的异形结构，传统手段无法直接采用，国内并无成熟、可靠的加工技术方法。

目前国外可成熟加工应用于193nm光刻物镜照明系统中CaF₂轴锥镜的单位主要有德国Zeiss公司、日本Canon公司及Nikon公司等研制光刻机的加工单位。由于我国在该领域的研究起步较晚及CaF₂轴锥镜限于特殊用途，国内没有可借鉴的CaF₂轴锥镜加工经验。因此，CaF₂轴锥镜的高精度加工技术研制对保障光刻物镜照明系统的生产具有重要意义。

发明内容