極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法
【專利摘要】極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，它涉及一種光學(xué)收集鏡粗加工方法，以解決采用復(fù)制法對EUV光源中光學(xué)收集鏡進行加工，需要先加工出一個與所需收集鏡面型匹配的實心軸，再對實心軸表面進行鎳沉積處理，之后將鎳殼剝離形成收集鏡基底，按照此方案的技術(shù)要求，加工過程中精度控制要求非常嚴格，增加了加工成本的問題，所述極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法是按照以下步驟實現(xiàn)：一、坯料粗車，首先將鋁合金坯料利用普通車床粗車成筒形工件；二、數(shù)控車削，由數(shù)控車床按收集鏡面型車削筒形工件。本發(fā)明用于EUV光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工。
【專利說明】極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)收集鏡粗加工方法，具體涉及一種極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，屬于光學(xué)及精密加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以光刻寬度處于IOOnm以下的光刻技術(shù)，稱為極紫外光刻技術(shù)。其中，實現(xiàn)22nm?45nm的刻線，已經(jīng)作為了我國極紫外光刻光源到2020年的發(fā)展目標。目前國際上實現(xiàn)這一目標主要有激光等離子體(LPP)和放電等離子體(DPP)極紫外光刻光源兩種，此兩種方案通過Xe或Sn介質(zhì)產(chǎn)生高溫高密度等離子體實現(xiàn)13.5nm (2%帶寬)輻射光輸出。DPP光源主要由毛細管放電、中空陰極管、等離子體焦點等技術(shù)方案，其中的毛細管放電極紫外光刻光源由于結(jié)構(gòu)簡單、等離子狀態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)勢，是目前發(fā)展的一種很重要的光源方案。
[0003]毛細管放電極紫外光刻光源，是指采用Xe或Sn介質(zhì)，在毛細管放電Z箍縮機制下獲得的13.5nm (2%帶寬)的輻射光輸出。所述的13.5nm波長輻射光的具體形成過程為:在毛細管放電過程中，高電壓會使毛細管內(nèi)沿著內(nèi)表壁形成一層Xe或Sn等離子體殼層，主脈沖放電時，通過等離子體的強電流受自身磁場作用，會產(chǎn)生強大的洛侖茲力，使等離子體沿徑向箍縮，稱之為Z箍縮。在等離子體壓縮的過程中，等離子體同時受到排斥力和歐姆加熱，使得等離子體溫度升高，碰撞Xe或Sn離子產(chǎn)生更高價態(tài)的離子，當?shù)入x子體壓縮到半徑最小時，約為300 μ m，此時將會實現(xiàn)EUV輻射光輸出。等離子體壓縮到最小半徑時毛細管內(nèi)的等離子體是一個很細的等離子體柱，這個等離子體柱中的每一個微小段均可視為一個點光源，這個點光源將向四周4JI立體角范圍內(nèi)均勻的輻射EUV輻射光。毛細管放電形成的EUV輻射光，必須經(jīng)過后續(xù)的極紫外光學(xué)收集系統(tǒng)，成像在中間焦點IF點，從而實現(xiàn)了IF點一定功率的13.5nm波長的輻射光輸出。由于13.5nm輻射光處于極紫外波段，因此，必須在掠入射方案條件下實現(xiàn)較小的入射角，同時表面粗糙度小于lnm，以獲得較高的收集效率。同時收集鏡壁厚要求不能遮擋過多的光，這樣就要求收集鏡壁很薄，此外，為了獲得IF點較高的功率，提高收集效率，收集鏡收集角應(yīng)該較大。經(jīng)過設(shè)計，收集鏡應(yīng)該為Wolter-1型結(jié)構(gòu)，為多層結(jié)構(gòu)收集鏡結(jié)構(gòu)，最外層直徑為458mm,壁厚不能大于3mm,單層收集鏡面型為橢球面+雙曲面組成。
[0004]采用復(fù)制法對EUV光源收集鏡進行加工，該方法需要先加工出一個與所需反射鏡面型匹配的實心軸，對心軸表面進行鎳沉積，之后將鎳殼剝離形成反射鏡基底，按照此方案的技術(shù)要求，加工工藝要求非常高，增加了加工成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決采用復(fù)制法對EUV光源中光學(xué)收集鏡進行加工，需要先加工出一個與所需收集鏡面型匹配的實心軸，再對實心軸表面進行鎳沉積處理，之后將鎳殼剝離形成收集鏡基底，按照此方案的技術(shù)要求，加工過程中精度控制要求非常嚴格，增加了加工成本的問題，進而提供極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法。[0006]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法是按照以下步驟實現(xiàn):
[0007]—、坯料粗車，首先將鋁合金坯料利用普通車床粗車成筒形工件，加工得到的筒形工件的壁厚為22mm-24mm ;所述坯料為筒料或棒料；
[0008]二、數(shù)控車削，由數(shù)控車床按收集鏡面型車削筒形工件，先車削筒形工件的內(nèi)表面，車削6-8次，每次進刀lmm-2mm，每次車削后的筒形工件進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件放入冷卻液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在小于5°C，浸泡時間為30?60min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為90?100°C，浸泡時間為20?40min ；
[0009]筒形工件的內(nèi)表面車削和尺寸穩(wěn)定化處理后，再車削筒形工件的外表面，車削6-8次，每次進刀最終車削得到的收集鏡筒還的壁厚為2.3mm-3.5mm,每次車削后的筒形工件進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件放入冷卻液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在小于5°C，浸泡時間為30?60min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在90?100°C，浸泡時間為20?40mino
[0010]本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明加工周期短，加工時間4-8小時，采用鋁合金作為坯料，為后續(xù)精加工EUV光源中收集鏡大幅節(jié)約了時間和加工成本；國外加工價格20萬美元，本發(fā)明成本降低了 20%-50%。
[0011]二、本發(fā)明適用于極紫外(13.5nm)光刻中DPP光源模式下的Wolter-1型收集鏡及近似形式的收集鏡進行粗加工。
[0012]三、本發(fā)明經(jīng)粗車、數(shù)控車削與冷熱尺寸穩(wěn)定化循環(huán)處理環(huán)節(jié)。鋁合金坯料由普通車床粗車至厚筒壁筒形結(jié)構(gòu)，再由數(shù)控車床按收集鏡面型車削，車削后的收集鏡筒坯的壁厚為2.3mm?3.5mm,留出精車所需余量(余量為0.3-0.8mm),經(jīng)尺寸穩(wěn)定化處理,保證了招合金筒坯材質(zhì)的尺寸穩(wěn)定，保證了面型、粗糙度等要求，滿足了收集系統(tǒng)應(yīng)用要求，經(jīng)超高精度金剛石車床進行收集鏡筒坯的精車加工，可直接車削加工成薄殼大面積超光滑復(fù)雜面型極紫外(13.5nm)光學(xué)聚能收集鏡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是鋁合金坯料粗車示意圖，圖2是筒形工件尺寸穩(wěn)定化冷處理示意圖，圖3是筒形工件尺寸穩(wěn)定化熱處理示意圖，圖4是經(jīng)數(shù)控車削和尺寸穩(wěn)定化處理得到的收集鏡筒坯主剖視結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是EUV光源的兩個收集鏡嵌套在一起組成的收集系統(tǒng)原理示意圖(Θ為發(fā)散角、Φ為收集角)。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式,本實施方式的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法按照以下步驟實現(xiàn):
[0015]一、坯料粗車，首先將鋁合金坯料利用普通車床2粗車成筒形工件1，加工得到的筒形工件I的壁厚為22_-24_ ;所述坯料為筒料或棒料；
[0016]二、數(shù)控車削，由數(shù)控車床按收集鏡面型車削筒形工件1，先車削筒形工件I的內(nèi)表面，車削6-8次，每次進刀lmm-2mm，每次車削后的筒形工件進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件I進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件I放入冷卻液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在小于5°C，浸泡時間為30?60min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件I放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為90?100°C，浸泡時間為20?40min ；
[0017]筒形工件I的內(nèi)表面車削和尺寸穩(wěn)定化處理后，再車削筒形工件I的外表面，車削6-8次,每次進刀最終車削得到的收集鏡筒還3的壁厚為2.3mm_3.5mm,每次車削后的筒形工件I進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件I進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件I放入冷卻液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在小于5 °C，浸泡時間為30?60min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件I放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在90?100°C，浸泡時間為20?40min。
[0018]本實施方式的車床采用沈陽數(shù)控車床有限公司生產(chǎn)的CK6440型車床；數(shù)控車床優(yōu)選用Taylor Hobson公司生產(chǎn)的Ultraform350型數(shù)控車床。本實施方式的浸泡溫度,是指浸泡過程中要維持筒形工件的溫度。最終車削得到的收集鏡筒坯的壁厚為2.3mm-3.5mm,是便于為精加工留有加工余量。
[0019]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式加工得到的筒形工件I的壁厚為23mm。本實施方式筒形工件內(nèi)表面車削厚度為10mm，外表面車削厚度為10mm，最終得到的收集鏡筒坯的壁厚為2.3mm，保證了精加工的預(yù)留量。其它與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟二中車削筒形工件I的內(nèi)表面時，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少。由于每車削一次需要進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，很好地保證了筒坯材質(zhì)的尺寸穩(wěn)定，保證了面型、粗糙度等要求，這樣節(jié)約了加工成本和加工時間。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0021 ] 【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】三不同的是步驟二中車削筒形工件I的外表面時，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少。由于每車削一次需要進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，很好地保證了筒坯材質(zhì)的尺寸穩(wěn)定，保證了面型、粗糙度等要求,這樣節(jié)約了加工成本和加工時間。其它與【具體實施方式】三相同。
[0022]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一、二或四不同的是步驟二中冷處理時，浸泡時間為45min ;熱處理時，浸泡溫度控制在92°C _98°C，浸泡時間為30min。如此設(shè)置，很好地保證了筒坯材質(zhì)的尺寸穩(wěn)定，保證了面型、粗糙度等要求，節(jié)約了粗加工時間和成本，時間縮短了 10%-15%，成本減少了 22%。其它與【具體實施方式】一、二或四相同。
[0023]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】五不同的是所述冷卻液為水和酒精組成的混合液，水和乙醇的重量比為1:1。如此設(shè)置，乙醇凝固點低(-114°C)，沸點低(80°C)，水與乙醇可任意混合，形成混合液沸點低，便于筒形工件的冷卻，保證了筒形工件面型尺寸穩(wěn)定。其它與【具體實施方式】五相同。
[0024]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】六不同的是所述熱處理液為80°C -95°c的熱水。如此設(shè)置，熱水浸泡便于筒形工件經(jīng)冷處理后的尺寸穩(wěn)定，同時也避免了鋁合金工件的性質(zhì)發(fā)生變化，本實施方式的熱處理液為80°C _95°C的熱水，是指水的初始溫度為80°C -95°C，浸泡溫度控制在92°C -98°C，是指浸泡過程中要維持筒形工件的溫度在92°C -98°C。其它與【具體實施方式】一、二、四或六相同。
[0025]實施例1、結(jié)合圖1-圖4說明，本實施例的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法首先將鋁合金筒狀坯料利用普通車床2粗車成筒形工件I，加工得到的筒形工件I的壁厚為24_ ;然后，由數(shù)控車床按收集鏡面型車削筒形工件1，先車削筒形工件I的內(nèi)表面，車削8次，每次進刀lmm-2mm，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少；每次車削后的筒形工件進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件I進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件I放入水和乙醇的重量比為1:1的混合液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為1°C，浸泡時間為30min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件I放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為95°C，浸泡時間為40min ;待筒形工件I的內(nèi)表面車削和尺寸穩(wěn)定化處理后，再車削筒形工件I的外表面，車削8次，每次進刀lmm-2mm，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少，最終車削得到的收集鏡筒坯3的壁厚為2.5_，每次車削后的筒形工件I進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件I進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件I放入水和乙醇的重量比為1:1的混合液內(nèi)浸泡,浸泡溫度控制在2°C,浸泡時間為45min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件I放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在98°C，浸泡時間為40min。本實施例得到收集鏡筒坯保證了尺寸穩(wěn)定性及面型精度要求，面輪廓度達到0.1mm,表面粗糙度達到了 0.6nm。
[0026]實施例2、結(jié)合圖1-圖4說明，本實施例的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法首先將鋁合金筒狀坯料利用普通車床2粗車成筒形工件I，加工得到的筒形工件I的壁厚為23_ ;然后，由數(shù)控車床按收集鏡面型車削筒形工件1，先車削筒形工件I的內(nèi)表面，車削7次，每次進刀lmm-2mm，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少；每次車削后的筒形工件進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件I進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件I放入水和乙醇的重量比為1:1的混合液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為5°C，浸泡時間為50min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件I放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為90°C，浸泡時間為35min ;待筒形工件I的內(nèi)表面車削和尺寸穩(wěn)定化處理后，再車削筒形工件I的外表面，車削8次，每次進刀lmm-2mm，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少，最終車削得到的收集鏡筒坯3的壁厚為2.3_，每次車削后的筒形工件I進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件I進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件I放入水和乙醇的重量比為1:1的混合液內(nèi)浸泡,浸泡溫度控制在2°C,浸泡時間為45min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件I放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在90°C，浸泡時間為40min。本實施例得到收集鏡筒坯保證了尺寸穩(wěn)定性及面型精度要求，面輪廓度達到
0.15mm,表面粗糙度達到了 0.8nm。
[0027]實施例3、如圖5所示，本實施例的EUV光源中光學(xué)收集系統(tǒng)由2個嵌套在一起的收集鏡組成。發(fā)散角Θ為45°，收集角Φ為10°，每個收集鏡由共用一個公共焦點C的回轉(zhuǎn)雙曲面A和回轉(zhuǎn)橢球面B構(gòu)成，在工作時，EUV光源D和中間焦點E (像點IF)分別位于回轉(zhuǎn)雙曲面A和回轉(zhuǎn)橢球面B的另一個焦點，每個收集鏡的公共焦點C位置相同。各個收集鏡的端面大小不同，但每個收集鏡壁厚近似相等，約為2?3mm。
【權(quán)利要求】
1.極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:所述粗加工方法是按照以下步驟實現(xiàn): 一、坯料粗車，首先將鋁合金坯料利用車床(2)粗車成筒形工件(1)，加工得到的筒形工件(I)的壁厚為22mm-24mm ;所述坯料為筒狀料或棒料； 二、數(shù)控車削，由數(shù)控車床按收集鏡面型車削筒形工件(1)，先車削筒形工件(I)的內(nèi)表面，車削6-8次，每次進刀lmm-2mm，每次車削后的筒形工件進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件(I)進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件(I)放入冷卻液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在小于5°C，浸泡時間為30?60min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件(I)放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度為90?100°C，浸泡時間為20?40min ;筒形工件(I)的內(nèi)表面車削和尺寸穩(wěn)定化處理后，再車削筒形工件(I)的外表面，車削6-8次，每次進刀lmm-2mm，最終車削得到的收集鏡筒坯(3)的壁厚為2.3mm-3.5_，每次車削后的筒形工件(I)進行一次尺寸穩(wěn)定化處理，每一次尺寸穩(wěn)定化處理的工藝步驟是先對筒形工件(I)進行冷處理，冷處理結(jié)束后再進行熱處理，冷、熱處理交替進行；所述冷處理是:將筒形工件(I)放入冷卻液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在小于5°C，浸泡時間為30?60min ;所述熱處理是:將冷處理后的筒形工件(I)放入熱處理液內(nèi)浸泡，浸泡溫度控制在90?100°C，浸泡時間為20?40min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:加工得到的筒形工件(I)的壁厚為23mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:步驟二中車削筒形工件(I)的內(nèi)表面時，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:步驟二中車削筒形工件(I)的外表面時，車削量隨尺寸穩(wěn)定化處理循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減少。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:步驟二中冷處理時，浸泡時間為45min ;熱處理時，浸泡溫度控制在92 0C -98 °C，浸泡時間為 30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:所述冷卻液為水和乙醇組成的混合液，水和乙醇的重量比為1:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的極紫外光刻光源中光學(xué)收集鏡直接車削加工粗加工方法，其特征在于:所述熱處理液為80°C _95°C的熱水。
【文檔編號】B23B5/00GK103447552SQ201310438498
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】趙永蓬, 徐強, 王騏 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)