[发明专利]一种适用于氟化钙凹锥镜高效加工的联合工艺方法

说明书

本发明公开了一种适用于氟化钙凹锥镜高效加工的联合工艺方法，该方法充分考虑了氟化钙晶体的材料特性及凹锥面异形结构特性，将加工流程分为成型、面形精度提升、粗糙度提升三个环节并分别采用直线成型铣磨、金刚石车削技术及直线磁力棒磨削三种联合工艺进行加工，对氟化钙凹锥的直线度、锥角度、面形精度、粗糙度等技术瓶颈进行各个击破。该联合工艺加工效率高，锥角精度准确，面形精度及粗糙度可控、稳定，突破了国内现有工艺无法加工氟化钙凹锥异形曲面的技术瓶颈，为我国开展光刻机投影曝光光学系统的研制提供技术保障。

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联合工艺方法。

背景技术

CaF2晶体材料具有无色透明，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，渗透范围可以从红外波长(12μm)到紫外波长(125nm)，在红外系统及紫外系统中具有广泛的应用，是193nm深紫外光刻系统透镜最理想的光学材料之一。

光学系统成像景深及成像分辨率是光学系统设计的两项重要指标，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。如平行光入射普通光学成像系统，在焦点处形成一个很小的光斑，但随着离焦位置(即光束传播位置)的不同，衍射光斑的大小急剧变化。而轴锥镜透镜的成像特点是不同带高的光线具有不同的像点位置，所以它能将轴上点光源发出的光线连续地会聚到沿轴线不同位置的点上，具有无衍射光的特性，是光学系统设计中提高系统景深的重要方法。轴锥镜在光学系统中的优势主要有：

(1)普通光学系统成像时，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。

随着我国“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”的开展，CaF2轴锥镜的研制作为投影光刻机照明系统的核心元件，决定了整个照明系统能力传输的性能。因此，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。

在光刻照明系统结构中，无衍射光学器件是由凸锥镜及凹锥镜互补构成的轴锥镜。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)CaF2凹锥镜为软性晶体材料，结构异性，粗糙度及光洁度控制困难；

(2)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；

(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。

发明内容