CN103447552A - 极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法 - Google Patents
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Abstract
极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，它涉及一种光学收集镜粗加工方法，以解决采用复制法对EUV光源中光学收集镜进行加工，需要先加工出一个与所需收集镜面型匹配的实心轴，再对实心轴表面进行镍沉积处理，之后将镍壳剥离形成收集镜基底，按照此方案的技术要求，加工过程中精度控制要求非常严格，增加了加工成本的问题，所述极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法是按照以下步骤实现：一、坯料粗车，首先将铝合金坯料利用普通车床粗车成筒形工件；二、数控车削，由数控车床按收集镜面型车削筒形工件。本发明用于EUV光源中光学收集镜直接车削加工粗加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学收集镜粗加工方法，具体涉及一种极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，属于光学及精密加工领域。
背景技术
以光刻宽度处于100nm以下的光刻技术，称为极紫外光刻技术。其中，实现22nm～45nm的刻线，已经作为了我国极紫外光刻光源到2020年的发展目标。目前国际上实现这一目标主要有激光等离子体(LPP)和放电等离子体（DPP）极紫外光刻光源两种，此两种方案通过Xe或Sn介质产生高温高密度等离子体实现13.5nm（2%带宽）辐射光输出。DPP光源主要由毛细管放电、中空阴极管、等离子体焦点等技术方案，其中的毛细管放电极紫外光刻光源由于结构简单、等离子状态稳定等优势，是目前发展的一种很重要的光源方案。
毛细管放电极紫外光刻光源，是指采用Xe或Sn介质，在毛细管放电Z箍缩机制下获得的13.5nm（2%带宽）的辐射光输出。所述的13.5nm波长辐射光的具体形成过程为：在毛细管放电过程中，高电压会使毛细管内沿着内表壁形成一层Xe或Sn等离子体壳层，主脉冲放电时，通过等离子体的强电流受自身磁场作用，会产生强大的洛仑兹力，使等离子体沿径向箍缩，称之为Z箍缩。在等离子体压缩的过程中，等离子体同时受到排斥力和欧姆加热，使得等离子体温度升高，碰撞Xe或Sn离子产生更高价态的离子，当等离子体压缩到半径最小时，约为300μm，此时将会实现EUV辐射光输出。等离子体压缩到最小半径时毛细管内的等离子体是一个很细的等离子体柱，这个等离子体柱中的每一个微小段均可视为一个点光源，这个点光源将向四周4π立体角范围内均匀的辐射EUV辐射光。毛细管放电形成的EUV辐射光，必须经过后续的极紫外光学收集系统，成像在中间焦点IF点，从而实现了IF点一定功率的13.5nm波长的辐射光输出。由于13.5nm辐射光处于极紫外波段，因此，必须在掠入射方案条件下实现较小的入射角，同时表面粗糙度小于1nm，以获得较高的收集效率。同时收集镜壁厚要求不能遮挡过多的光，这样就要求收集镜壁很薄，此外，为了获得IF点较高的功率，提高收集效率，收集镜收集角应该较大。经过设计，收集镜应该为Wolter-I型结构，为多层结构收集镜结构，最外层直径为458mm，壁厚不能大于3mm，单层收集镜面型为椭球面+双曲面组成。
采用复制法对EUV光源收集镜进行加工，该方法需要先加工出一个与所需反射镜面型匹配的实心轴，对心轴表面进行镍沉积，之后将镍壳剥离形成反射镜基底，按照此方案的技术要求，加工工艺要求非常高，增加了加工成本。
发明内容
本发明为解决采用复制法对EUV光源中光学收集镜进行加工，需要先加工出一个与所需收集镜面型匹配的实心轴，再对实心轴表面进行镍沉积处理，之后将镍壳剥离形成收集镜基底，按照此方案的技术要求，加工过程中精度控制要求非常严格，增加了加工成本的问题，进而提供极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法是按照以下步骤实现：
一、坯料粗车，首先将铝合金坯料利用普通车床粗车成筒形工件，加工得到的筒形工件的壁厚为22mm-24mm；所述坯料为筒料或棒料；
二、数控车削，由数控车床按收集镜面型车削筒形工件，先车削筒形工件的内表面，车削6-8次，每次进刀1mm-2mm，每次车削后的筒形工件进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件放入冷却液内浸泡，浸泡温度控制在小于5℃，浸泡时间为30～60min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件放入热处理液内浸泡，浸泡温度为90～100℃，浸泡时间为20～40min；
筒形工件的内表面车削和尺寸稳定化处理后，再车削筒形工件的外表面，车削6-8次，每次进刀1mm-2mm，最终车削得到的收集镜筒坯的壁厚为2.3mm-3.5mm，每次车削后的筒形工件进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件放入冷却液内浸泡，浸泡温度控制在小于5℃，浸泡时间为30～60min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件放入热处理液内浸泡，浸泡温度控制在90～100℃，浸泡时间为20～40min。
本发明的有益效果是：一、本发明加工周期短，加工时间4-8小时，采用铝合金作为坯料，为后续精加工EUV光源中收集镜大幅节约了时间和加工成本；国外加工价格20万美元，本发明成本降低了20%-50%。
二、本发明适用于极紫外（13.5nm）光刻中DPP光源模式下的Wolter-I型收集镜及近似形式的收集镜进行粗加工。
三、本发明经粗车、数控车削与冷热尺寸稳定化循环处理环节。铝合金坯料由普通车床粗车至厚筒壁筒形结构，再由数控车床按收集镜面型车削，车削后的收集镜筒坯的壁厚为2.3mm～3.5mm，留出精车所需余量（余量为0.3-0.8mm），经尺寸稳定化处理，保证了铝合金筒坯材质的尺寸稳定，保证了面型、粗糙度等要求，满足了收集系统应用要求，经超高精度金刚石车床进行收集镜筒坯的精车加工，可直接车削加工成薄壳大面积超光滑复杂面型极紫外（13.5nm）光学聚能收集镜。
附图说明
图1是铝合金坯料粗车示意图，图2是筒形工件尺寸稳定化冷处理示意图，图3是筒形工件尺寸稳定化热处理示意图，图4是经数控车削和尺寸稳定化处理得到的收集镜筒坯主剖视结构示意图，图5是EUV光源的两个收集镜嵌套在一起组成的收集系统原理示意图（θ为发散角、Φ为收集角）。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法按照以下步骤实现：
一、坯料粗车，首先将铝合金坯料利用普通车床2粗车成筒形工件1，加工得到的筒形工件1的壁厚为22mm-24mm；所述坯料为筒料或棒料；
二、数控车削，由数控车床按收集镜面型车削筒形工件1，先车削筒形工件1的内表面，车削6-8次，每次进刀1mm-2mm，每次车削后的筒形工件进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件1进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件1放入冷却液内浸泡，浸泡温度控制在小于5℃，浸泡时间为30～60min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件1放入热处理液内浸泡，浸泡温度为90～100℃，浸泡时间为20～40min；
筒形工件1的内表面车削和尺寸稳定化处理后，再车削筒形工件1的外表面，车削6-8次，每次进刀1mm-2mm，最终车削得到的收集镜筒坯3的壁厚为2.3mm-3.5mm，每次车削后的筒形工件1进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件1进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件1放入冷却液内浸泡，浸泡温度控制在小于5℃，浸泡时间为30～60min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件1放入热处理液内浸泡，浸泡温度控制在90～100℃，浸泡时间为20～40min。
本实施方式的车床采用沈阳数控车床有限公司生产的CK6440型车床；数控车床优选用Taylor Hobson公司生产的Ultraform350型数控车床。本实施方式的浸泡温度，是指浸泡过程中要维持筒形工件的温度。最终车削得到的收集镜筒坯的壁厚为2.3mm-3.5mm，是便于为精加工留有加工余量。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式加工得到的筒形工件1的壁厚为23mm。本实施方式筒形工件内表面车削厚度为10mm，外表面车削厚度为10mm，最终得到的收集镜筒坯的壁厚为2.3mm，保证了精加工的预留量。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中车削筒形工件1的内表面时，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少。由于每车削一次需要进行一次尺寸稳定化处理，很好地保证了筒坯材质的尺寸稳定，保证了面型、粗糙度等要求，这样节约了加工成本和加工时间。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二中车削筒形工件1的外表面时，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少。由于每车削一次需要进行一次尺寸稳定化处理，很好地保证了筒坯材质的尺寸稳定，保证了面型、粗糙度等要求，这样节约了加工成本和加工时间。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或四不同的是步骤二中冷处理时，浸泡时间为45min；热处理时，浸泡温度控制在92℃-98℃，浸泡时间为30min。如此设置，很好地保证了筒坯材质的尺寸稳定，保证了面型、粗糙度等要求，节约了粗加工时间和成本，时间缩短了10%-15%，成本减少了22%。其它与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是所述冷却液为水和酒精组成的混合液，水和乙醇的重量比为1:1。如此设置，乙醇凝固点低（-114℃），沸点低（80℃），水与乙醇可任意混合，形成混合液沸点低，便于筒形工件的冷却，保证了筒形工件面型尺寸稳定。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是所述热处理液为80℃-95℃的热水。如此设置，热水浸泡便于筒形工件经冷处理后的尺寸稳定，同时也避免了铝合金工件的性质发生变化，本实施方式的热处理液为80℃-95℃的热水，是指水的初始温度为80℃-95℃，浸泡温度控制在92℃-98℃，是指浸泡过程中要维持筒形工件的温度在92℃-98℃。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。
实施例1、结合图1-图4说明，本实施例的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法首先将铝合金筒状坯料利用普通车床2粗车成筒形工件1，加工得到的筒形工件1的壁厚为24mm；然后，由数控车床按收集镜面型车削筒形工件1，先车削筒形工件1的内表面，车削8次，每次进刀1mm-2mm，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少；每次车削后的筒形工件进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件1进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件1放入水和乙醇的重量比为1:1的混合液内浸泡，浸泡温度为1℃，浸泡时间为30min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件1放入热处理液内浸泡，浸泡温度为95℃，浸泡时间为40min；待筒形工件1的内表面车削和尺寸稳定化处理后，再车削筒形工件1的外表面，车削8次，每次进刀1mm-2mm，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少，最终车削得到的收集镜筒坯3的壁厚为2.5mm，每次车削后的筒形工件1进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件1进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件1放入水和乙醇的重量比为1:1的混合液内浸泡，浸泡温度控制在2℃，浸泡时间为45min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件1放入热处理液内浸泡，浸泡温度控制在98℃，浸泡时间为40min。本实施例得到收集镜筒坯保证了尺寸稳定性及面型精度要求，面轮廓度达到0.1mm，表面粗糙度达到了0.6nm。
实施例2、结合图1-图4说明，本实施例的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法首先将铝合金筒状坯料利用普通车床2粗车成筒形工件1，加工得到的筒形工件1的壁厚为23mm；然后，由数控车床按收集镜面型车削筒形工件1，先车削筒形工件1的内表面，车削7次，每次进刀1mm-2mm，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少；每次车削后的筒形工件进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件1进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件1放入水和乙醇的重量比为1:1的混合液内浸泡，浸泡温度为5℃，浸泡时间为50min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件1放入热处理液内浸泡，浸泡温度为90℃，浸泡时间为35min；待筒形工件1的内表面车削和尺寸稳定化处理后，再车削筒形工件1的外表面，车削8次，每次进刀1mm-2mm，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少，最终车削得到的收集镜筒坯3的壁厚为2.3mm，每次车削后的筒形工件1进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件1进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件1放入水和乙醇的重量比为1:1的混合液内浸泡，浸泡温度控制在2℃，浸泡时间为45min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件1放入热处理液内浸泡，浸泡温度控制在90℃，浸泡时间为40min。本实施例得到收集镜筒坯保证了尺寸稳定性及面型精度要求，面轮廓度达到0.15mm，表面粗糙度达到了0.8nm。
实施例3、如图5所示，本实施例的EUV光源中光学收集系统由2个嵌套在一起的收集镜组成。发散角θ为45°，收集角Φ为10°，每个收集镜由共用一个公共焦点C的回转双曲面A和回转椭球面B构成，在工作时，EUV光源D和中间焦点E（像点IF）分别位于回转双曲面A和回转椭球面B的另一个焦点，每个收集镜的公共焦点C位置相同。各个收集镜的端面大小不同，但每个收集镜壁厚近似相等，约为2～3mm。
Claims (7)
1.极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：所述粗加工方法是按照以下步骤实现：
一、坯料粗车，首先将铝合金坯料利用车床（2）粗车成筒形工件（1），加工得到的筒形工件（1）的壁厚为22mm-24mm；所述坯料为筒状料或棒料；
二、数控车削，由数控车床按收集镜面型车削筒形工件（1），先车削筒形工件（1）的内表面，车削6-8次，每次进刀1mm-2mm，每次车削后的筒形工件进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件（1）进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件（1）放入冷却液内浸泡，浸泡温度控制在小于5℃，浸泡时间为30～60min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件（1）放入热处理液内浸泡，浸泡温度为90～100℃，浸泡时间为20～40min；筒形工件（1）的内表面车削和尺寸稳定化处理后，再车削筒形工件（1）的外表面，车削6-8次，每次进刀1mm-2mm，最终车削得到的收集镜筒坯（3）的壁厚为2.3mm-3.5mm，每次车削后的筒形工件（1）进行一次尺寸稳定化处理，每一次尺寸稳定化处理的工艺步骤是先对筒形工件（1）进行冷处理，冷处理结束后再进行热处理，冷、热处理交替进行；所述冷处理是：将筒形工件（1）放入冷却液内浸泡，浸泡温度控制在小于5℃，浸泡时间为30～60min；所述热处理是：将冷处理后的筒形工件（1）放入热处理液内浸泡，浸泡温度控制在90～100℃，浸泡时间为20～40min。
2.根据权利要求1所述的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：加工得到的筒形工件（1）的壁厚为23mm。
3.根据权利要求1或2所述的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：步骤二中车削筒形工件（1）的内表面时，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少。
4.根据权利要求3所述的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：步骤二中车削筒形工件（1）的外表面时，车削量随尺寸稳定化处理循环次数的增加而逐渐减少。
5.根据权利要求1、2或4所述的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：步骤二中冷处理时，浸泡时间为45min；热处理时，浸泡温度控制在92℃-98℃，浸泡时间为30min。
6.根据权利要求5所述的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：所述冷却液为水和乙醇组成的混合液，水和乙醇的重量比为1:1。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的极紫外光刻光源中光学收集镜直接车削加工粗加工方法，其特征在于：所述热处理液为80℃-95℃的热水。
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