[發(fā)明專利]一種針對離子束犧牲層中高頻誤差抑制加工的復(fù)合犧牲層加工方法

有效

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• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN104608024B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施春燕;許力超;張亮;張凌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B24B13/00
• 分類號(hào): B24B13/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)光學(xué)制造與檢測領(lǐng)域，具體涉及一種針對離子束犧牲層中高頻誤差抑制加工的復(fù)合犧牲層加工方法。

背景技術(shù)

集成電路在制造過程中經(jīng)歷材料制備、掩膜、光刻、清洗、刻蝕、滲雜、化學(xué)機(jī)械拋光等多個(gè)工序，其中尤以光刻工藝最為關(guān)鍵，決定著制造工藝的先進(jìn)程度。光刻機(jī)是一種曝光工具，這是光刻工藝的核心部分，其造價(jià)昂貴，號(hào)稱世界上最精密的儀器。而在光刻機(jī)制造流程中，光刻物鏡是光刻機(jī)的關(guān)鍵核心部分，其性能直接決定了光刻微細(xì)圖形傳遞能力，與微電子器件超大規(guī)?；苯酉嚓P(guān)。光刻物鏡光學(xué)零件的質(zhì)量要求比其他高精度光學(xué)零件質(zhì)量要高一個(gè)數(shù)量級(jí)，對光學(xué)零件外徑、中心厚、曲率半徑、破壞層、偏心、粗糙度、面形PV值、RMS值等精度方面都提出極為苛刻的要求，對現(xiàn)有光學(xué)加工條件和技術(shù)提出了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

對于亞納米級(jí)光刻物鏡的加工技術(shù)，國外從上世紀(jì)的70年代發(fā)展的CCOS技術(shù)到現(xiàn)在的確定性離子束拋光技術(shù)，半個(gè)世紀(jì)期間投入了大量的人力物力，加工工藝實(shí)現(xiàn)了平面、球面以及非球面rms<1nm的亞納米級(jí)面形精度提升。而我國在光學(xué)零件高精度加工技術(shù)方面相對薄弱，在本世紀(jì)初加工方式仍為傳統(tǒng)加手工修正的方式為主，加工精度低，效率慢，制約著極端光學(xué)系統(tǒng)尤其是光刻機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

光學(xué)制造過程中，不論采用哪種技術(shù)或復(fù)合技術(shù)，一般采用大口徑去除函數(shù)到小口徑去除函數(shù)的工藝順序加工，使得誤差大小從高到低、頻率從低到高的收斂。但在加工過程中，由于去除函數(shù)不穩(wěn)定、磨盤接觸不均勻、定位存在偏差等誤差的因素存在，加工的面形誤差不按預(yù)期收斂，鏡面出現(xiàn)大量“碎亂”的中高頻誤差。尤其在超高精度加工和非球面加工的過程中，中高頻誤差特別明顯。

在光學(xué)系統(tǒng)中，中頻誤差使光線發(fā)生小角度散射，影響像的對比度；高頻誤差使光線發(fā)生大角度散射，降低鏡面的反射率。近年來，國內(nèi)外一些學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到中高頻誤差抑制的重要性，開始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究，在平面、球面的誤差平滑過程中取得了一定的成果，但是在非球面和超高精度加工過程中，由于加工方法和加工工具空間尺寸的限制，未見有系統(tǒng)科學(xué)且行之有效的中高頻誤差消除方式。非球面作為極端光學(xué)系統(tǒng)重要的元器件，具有減輕光學(xué)系統(tǒng)重量、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和提升系統(tǒng)質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，如何加工和制造高精度非球面元件以滿足極端光學(xué)系統(tǒng)的需求，成為我國光學(xué)制造領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。非球面由于在不同環(huán)帶曲率半徑的不一致，需要進(jìn)行非球面化特定誤差的修形，導(dǎo)致其加工過程較平球面要復(fù)雜，加工難度要大很多，尤其要實(shí)現(xiàn)納米、亞納米級(jí)精度的非球面加工，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有非球面加工檢測水平，對光學(xué)加工和檢測提出了巨大的挑戰(zhàn)。

在現(xiàn)有技術(shù)的非球面加工過程中，首先采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行最接近球面拋光，然后利用小工具進(jìn)行非球面化，進(jìn)行非球面精度的提升。該方法不能進(jìn)行高精度去除迭代，加工周期長、工序復(fù)雜，誤差和穩(wěn)定性難于控制，導(dǎo)致非球面面形中高頻誤差嚴(yán)重，精度不高，滿足不了極端光學(xué)系統(tǒng)的指標(biāo)要求。

光刻系統(tǒng)非球面不僅面形精度要求高、陡度大，而且偏離量大，面形形狀復(fù)雜，都為高次非球面。大偏離量高陡度高次非球面的加工難點(diǎn)主要有以下兩個(gè)方面：

(1)非球面去除分布曲線不光滑、單調(diào)連續(xù)，而是波浪狀分布，導(dǎo)致在頻段方面去除誤差更高頻化，在誤差斜率方面斜率變化更大，從而去除迭代難度增加，在非球面化過程中產(chǎn)生原理性的環(huán)帶狀中高頻誤差；

(2)由于加工因素和原理性因素產(chǎn)生的中高頻誤差難于去除，使得精度無法收斂，對于中高頻誤差往往采用磨盤進(jìn)行中高頻誤差的平滑，在一定程度上能平滑鏡面上的中高頻誤差，但由于非球面陡度大、偏離量大，磨盤與表面不能貼合而破壞面形精度和非球面的面形形狀，造成平滑后需要再非球面化，在非球面化過程中又產(chǎn)生中高頻誤差，形成一個(gè)誤差無法很好收斂的死循環(huán)。

離子束犧牲層加工方法是通過特殊的手段在光學(xué)元件表面覆蓋一層薄膜，形成用于均勻去除的犧牲層。通過對不光滑的表面涂一層犧牲層，覆蓋表面凹凸不平區(qū)域而使得表面平滑，然后采用離子束拋光技術(shù)對光學(xué)表面進(jìn)行拋光，使涂層和不平之處的光學(xué)表面材料一起均勻去除，從而達(dá)到使光學(xué)表面平滑的目的。其實(shí)，離子束犧牲層加工技術(shù)在國外早就提出，但目前仍局限于應(yīng)用在光學(xué)表面超光滑加工過程中，主要是因?yàn)檎J(rèn)為該技術(shù)對犧牲層的形成要求很高，目前的甩膠工藝很難實(shí)現(xiàn)球面、非球面的均勻甩膠。對于光學(xué)元件的甩膠犧牲層制作主要存在以下幾大問題；

(1)甩膠膠層表面容易出現(xiàn)放射狀的誤差出現(xiàn)，而且這種放射狀誤差難于修形去除，影響后續(xù)的加工，如附圖2所示；