一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法，充分考虑了氟化钙晶体的材料特性及凸锥面异形结构特性，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铣磨成型技术、金刚石车削技术及磁流变抛光技术三种联合工艺进行加工，对氟化钙凸锥的锥角度、面形精度、粗糙度等技术瓶颈进行各个击破。本发明专利技术加工效率高，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凸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。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法
本专利技术涉纳米精度精密加工的
，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。
技术介绍
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
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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有的技术工艺加工CaF2凸锥的技术缺陷，提供一种可应用于CaF2凸锥高效率、高精度要求的加工工艺，从而为光刻物镜照明系统的高精度研制提供技术保障。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法，其特征在于：根据氟化钙凸锥的成型、面形精度提升、粗糙度提升三道工艺流程，分别采用铣磨成型技术、金刚石车削技术及磁流变抛光技术三种技术方法进行联合加工；所述的铣磨成型技术是采用数控铣磨机床将最接近球半径的氟化钙凸面快速铣磨为氟化钙凸锥镜，锥角误差θ≤0.1°，锥面直线度误差≤2微米；所述的金刚石车削技术主要提升氟化钙凸锥镜面形精度及锥角度，加工后的氟化钙凸锥镜面形精度峰谷值PV≤λ/8(λ＝632.8nm)，锥角误差θ≤0.003°，粗糙度Rq≤25nm；所述的磁流变抛光技术主要提升氟化钙凸锥镜的表面粗糙度及控制凸锥镜的面形精度，加工后的氟化钙凸锥镜面形精度峰谷值PV≤λ/6(λ＝632.8nm)，锥角误差θ≤0.003°，粗糙度Rq≤0.5nm；所述的适用于CaF2材料加工的磁流体抛光液主要包括羰基铁粉、双相基载液、添加剂、Ph添加剂以及磨料，组合的质量比例分别为83％-87％，10％-15％，1％-1.5％，1.2％-2％，0.01％-0.0.05％；所述的羰基铁粉为表面积平均粒径≤3微米的软性铁粉，双相基载液由质量比例约5：1的去离子水及二甲基甲酰胺组合，添加剂为苯甲酸纳抗氧化剂及丙三醇保湿剂，ph调节剂为氢氧化钠，磨料为50nm颗粒的金刚石磨削液；所述的磁流变加工的工艺参数为：抛光液切入深度0.1mm-0.2mm，抛光液流量：110L/min-120L/min，磨削速度1m/min-1.5m/min，抛光磁场电流为0.3A-0.4A；所述的磁流变抛光技术采用磁流体柔性去除特性，对氟化钙表面材料进行均匀去除，加工轨迹为固定螺旋间隔为0.05-0.10mm；磁流变抛光去除的氟化钙凸锥表面材料深度为300纳米-500纳米。与现有技术相比，本专利技术的优点为：(1)本专利技术工艺充分考虑了氟化钙晶体材料的硬度及凸锥面异形结构等特性，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铣磨成型技术、金刚石车削技术及磁流变抛光技术三种联合工艺进行加工，对氟化钙凸锥的锥角度、面形精度、粗糙度等技术瓶颈进行各个击破，具有加工效率高，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凸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。(2)本专利技术是依据氟化钙凸锥的成型、面形精度提升、粗糙度提升三道加工流程而分别开展的铣磨成型技术、金刚石车削技术及磁流变抛光技术三种联合加工工艺，流程简单、技术紧凑、可靠性强，对光刻物镜照明系统轴锥镜的锥角、面形精度、粗糙度等技术瓶颈有较强的技术突破性。(3)本专利技术的所涉及的磁流体抛光液是双相基载抛光液，剪切屈服应力强，对晶体材料的粗糙度提升及超光滑加工具有较大的突破性及稳定性。附图说明图1为金刚石车削前后的CaF2凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法，其特征在于：根据氟化钙凸锥的成型、面形精度提升、粗糙度提升三道工艺流程，分别采用铣磨成型技术、金刚石车削技术及磁流变抛光技术三种技术方法联合加工实现；所述铣磨成型技术：通过采用数控铣磨机床将最接近球半径的氟化钙凸面快速铣磨为氟化钙凸锥镜，锥角误差θ≤0.1°，锥面直线度误差≤2微米；所述金刚石车削技术：提升氟化钙凸锥镜面形精度及锥角度，采用金刚石车削技术使加工后的氟化钙凸锥镜面形精度峰谷值PV≤λ/8，锥角误差θ≤0.003°，粗糙度Rq≤25nm；所述磁流变抛光技术：提升氟化钙凸锥镜的表面粗糙度及控制凸锥镜的面形精度，采用磁流变抛光技术使加工后的氟化钙凸锥镜面形精度峰谷值PV≤λ/6，锥角误差θ≤0.003°，粗糙度Rq≤0.5nm。

【技术特征摘要】
1.一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法，其特征在于：根据氟化钙凸锥的成型、面形精度提升、粗糙度提升三道工艺流程，分别采用铣磨成型技术、金刚石车削技术及磁流变抛光技术三种技术方法联合加工实现；所述铣磨成型技术：通过采用数控铣磨机床将最接近球半径的氟化钙凸面快速铣磨为氟化钙凸锥镜，锥角误差θ≤0.1°，锥面直线度误差≤2微米；所述金刚石车削技术：提升氟化钙凸锥镜面形精度及锥角度，采用金刚石车削技术使加工后的氟化钙凸锥镜面形精度峰谷值PV≤λ/8，锥角误差θ≤0.003°，粗糙度Rq≤25nm；所述磁流变抛光技术：提升氟化钙凸锥镜的表面粗糙度及控制凸锥镜的面形精度，采用磁流变抛光技术使加工后的氟化钙凸锥镜面形精度峰谷值PV≤λ/6，锥角误差θ≤0.003°，粗糙度Rq≤0.5nm。2.根据权利要求1所述的一种适用于氟化钙凸锥镜高效加工的联合工艺方法，其特征在于：所述磁流变抛光技术中适用于氟化钙凸锥镜加工的磁流体抛光液包括：羰基铁粉、双相基载液、添加剂、pH调节剂以及磨料，各组分的质量百比分别为83％...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟显云，蔡蓉，万勇建，龚艳发，龙懿，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51