專利名稱：一種拋光工件射流拋光材料去除函數(shù)的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的射流拋光材料去除函數(shù)優(yōu)化方法，屬于光刻物鏡光學(xué)制造 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微電子專用關(guān)鍵設(shè)備是微電子技術(shù)的重要支撐，光刻物鏡是微電子專用設(shè)備分布 重復(fù)投影光刻的關(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)元件的質(zhì)量要求比其他高精度光學(xué)元件質(zhì)量要高一個(gè) 數(shù)量級(jí)，例如，曲率半徑小于或等于1 μ m，面形誤差小于或等于λ/20 λ/100，rms均方根 值小于或等于λ/100 λ/300等，對(duì)光學(xué)元件外徑、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(duì)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)。射流拋光技術(shù)是光刻物鏡加工過(guò)程中的一種技術(shù)，該技術(shù)由荷蘭Delft 大學(xué)的Oliver W. Fahnle和Hedser van Brug等人最先提出。在光學(xué)加工中，材料去除函數(shù)定義為是一個(gè)不做移動(dòng)的拋光模在單位時(shí)間內(nèi)對(duì) 工件材料的去除量分布函數(shù)，射流拋光材料去除函數(shù)則是在單位時(shí)間內(nèi)噴嘴定點(diǎn)對(duì)待拋 光工件拋光的去除量分布。材料去除函數(shù)是拋光工藝控制模型的基礎(chǔ)，研究能正確表達(dá) 材料去除的拋光模型對(duì)實(shí)現(xiàn)拋光過(guò)程的精確控制具有重要的意義。國(guó)內(nèi)外大量研究資 料表明(RonaldAspden, Ralph McDonough, Francis R. Nitchie. “Computer assisted opticalsurfacing”，App 1. Opt.，11 (12)，2739-2747，1972.)，拋光去除函數(shù)的輪廓是影響 拋光結(jié)果的重要因素，它直接關(guān)系到面形誤差能否最終收斂及收斂的程度。在常規(guī)射流拋光待拋光工件時(shí)，材料去除量呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)分布，以中心頂點(diǎn)為圓心 的同一徑向位置處，沿圓周的去除量近似相等，拋光區(qū)中心部分材料去除量不是最大，拋光 區(qū)域整個(gè)面形呈W形狀分布，如圖2所示，材料去除函數(shù)則成M形狀分布。而理想的材料去 除函數(shù)應(yīng)該盡可能滿足以下特點(diǎn)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的、連續(xù)的光滑函數(shù)；中心具有最大去 除量，函數(shù)具有單個(gè)峰值并隨半徑的增大而減小至零；在最大半徑以外，去除函數(shù)不具有材 料去除能力；在邊緣處和中心峰值處，函數(shù)的斜率為零。理想的去除函數(shù)有利于拋光過(guò)程中的迭代收斂，從而提高拋光精度，為了獲得理 想的去除函數(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用了很多方法對(duì)射流拋光去除函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，目前已有的方
法主要有三種。第一種現(xiàn)有射流拋光去除函數(shù)優(yōu)化方法及其缺點(diǎn)噴嘴以一定的角度斜沖擊工件表面(SilviaΜ. Booij, Hedser vanBrug, Mandeep Singh, Joseph J. M. Braat. "Nanometer accurate shaping withFluid Jet Polishing，，， SPIE，4451 :222-232, 2001)，這種方法能實(shí)現(xiàn)去除函數(shù)中心具有最大去除量，但去除函數(shù)并 不是中心對(duì)稱的，如圖3所示，由于噴管傾斜朝著一個(gè)方向噴射，造成這個(gè)方向有一道長(zhǎng)的 彗星狀拖尾。第二種現(xiàn)有射流拋光去除函數(shù)優(yōu)化方法及其缺點(diǎn)
現(xiàn)有一種優(yōu)化方法是從噴嘴機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)出發(fā)，將噴嘴內(nèi)部加工成帶有螺紋形狀 的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使得射流體從噴嘴出射時(shí)具有沿周向的速度分布(S.M.Booij，H. van Brug, and 0. W. Fahnle, "Computational model forprediction of shaping with FJP and experimental validation" . presented atOptical Society ofAmerica, 2002),這禾中方法 能實(shí)現(xiàn)去除函數(shù)中心具有最大去除量，但去除函數(shù)不是中心對(duì)稱的，不是呈理想的高斯型 分布。第三種現(xiàn)有射流拋光去除函數(shù)優(yōu)化方法及其缺點(diǎn)現(xiàn)有還有一種方法是使噴嘴以一定夾角繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)或?qū)θコ瘮?shù)進(jìn)行疊來(lái)實(shí) 現(xiàn)優(yōu)化去除函數(shù)(Hui Fang, Peiji Guo, Jingchi Yu. "Optimization of the material removal in fluid j et polishing”· Opt. Eng.，45 (5)，053401 :1-6，2006)，這種優(yōu)化方法 keko公司在其產(chǎn)品上已有應(yīng)用，能獲得較理想的去除函數(shù)，但這種方法機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì) 角度控制和旋轉(zhuǎn)控制精度要求很高，在實(shí)際拋光中，成本高且不易控制。綜上所述，射流拋光技術(shù)是光刻物鏡加工的一種技術(shù)，目前對(duì)射流拋光去除函數(shù) 的優(yōu)化方法雖然有幾種，但都各有優(yōu)缺點(diǎn)。采用斜沖擊射流或噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對(duì)去除函 數(shù)優(yōu)化不能得到理想的去除函數(shù)，采用噴嘴傾斜繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方法優(yōu)化去除函數(shù)機(jī)械結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，對(duì)角度控制和旋轉(zhuǎn)控制精度要求很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)射流拋光去除函數(shù)優(yōu)化方法的技術(shù)問(wèn)題，為此而提 出一種拋光工件射流拋光材料去除函數(shù)的優(yōu)化方法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出一種拋光工件射流拋光材料去除函數(shù)的優(yōu)化 方法的技術(shù)方案是利用含有噴嘴、待拋光工件、拋光液容器及計(jì)算單元的射流拋光設(shè)備，實(shí) 現(xiàn)所述方法包括步驟如下步驟Sl 檢測(cè)待拋光工件的初始面形，獲得拋光前的面形數(shù)據(jù)；步驟S2 使用一個(gè)盛滿拋光液的容器，待拋光工件置放于拋光液容器中；步驟S3 調(diào)節(jié)噴嘴的出口與待拋光工件的表面之間的距離，使噴嘴的出口淹沒(méi)在 拋光液中；步驟S4 在單位時(shí)間內(nèi)，利用噴嘴定點(diǎn)對(duì)待拋光工件進(jìn)行全淹沒(méi)射流拋光，得到 去除待拋光工件材料的去除量分布；步驟S5 利用干涉儀檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)噴嘴在定點(diǎn)拋光區(qū)域去除待拋光工件材料 的去除量分布，生成拋光去除材料后的待拋光工件的面形數(shù)據(jù)，利用計(jì)算單元將待拋光工 件的拋光前的面形數(shù)據(jù)減去拋光去除材料后待拋光工件的面形，獲得材料去除函數(shù)分布；步驟S6 顯示材料去除函數(shù)分布，拋光去除材料后的待拋光工件獲得呈旋轉(zhuǎn)近似 對(duì)稱的、連續(xù)的、光滑的、中間有最大去除量的高斯函數(shù)形狀的材料去除函數(shù)的優(yōu)化分布。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1).本發(fā)明的方法能獲得一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的連續(xù)的光滑函數(shù)；中心具有最大去除 量，函數(shù)具有單個(gè)峰值并隨半徑的增大而減小至零；在最大半徑以外，去除函數(shù)不具有拋光 材料去除能力；在邊緣處和中心峰值處，函數(shù)的斜率為零。(2).本發(fā)明采用全淹沒(méi)射流拋光優(yōu)化了去除待拋光工件的材料去除函數(shù)，本發(fā)明
4結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，過(guò)程容易控制，拋光過(guò)程去除穩(wěn)定、可控，成本低，去除函數(shù)理想。對(duì)射 流拋光誤差的收斂和去除精度的提高具有重要的意義，在射流拋光技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用 前景。


圖1為本發(fā)明射流拋光去除函數(shù)的優(yōu)化方法所用的全淹沒(méi)射流拋光系統(tǒng)示意圖；圖IA為本發(fā)明去除函數(shù)的優(yōu)化方法的步驟流程圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有優(yōu)化的射流拋光材料去除函數(shù)曲線圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)提到的斜沖擊射流優(yōu)化的去除函數(shù)曲線圖；圖4為本發(fā)明中全淹沒(méi)射流拋光材料去除函數(shù)優(yōu)化方法所得到的材料去除分布 和去除輪廓曲線圖；圖5為本發(fā)明中全淹沒(méi)射流拋光材料去除函數(shù)優(yōu)化方法所得到的材料去除函數(shù) 曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1示出本發(fā)明的材料去除函數(shù)優(yōu)化方法，是利用含有射流噴嘴1、光學(xué)元器件 待拋光工件2、容器3及計(jì)算單元等的射流拋光設(shè)備，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明拋光工件射流拋光材料去 除函數(shù)的優(yōu)化方法，如圖IA示出的步驟如下步驟Sl 檢測(cè)待拋光工件2的初始面形，獲得拋光前的面形數(shù)據(jù)；步驟S2 使用一個(gè)盛滿拋光液的容器3，待拋光工件2置放于拋光液容器3中；步驟S3 調(diào)節(jié)噴嘴1的出口與待拋光工件2的表面之間的距離，使噴嘴1的出口 淹沒(méi)在拋光液中；步驟S4 在單位時(shí)間內(nèi)，利用噴嘴1定點(diǎn)對(duì)待拋光工件2進(jìn)行全淹沒(méi)射流拋光，得 到去除待拋光工件2材料的去除量分布；步驟S5 利用干涉儀檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)噴嘴1在定點(diǎn)拋光區(qū)域去除待拋光工件2材 料的去除量分布，生成拋光去除材料后的待拋光工件2的面形數(shù)據(jù)，利用計(jì)算單元將待拋 光工件2的拋光前的面形數(shù)據(jù)減去拋光去除材料后待拋光工件2的面形，獲得材料去除函 數(shù)分布；步驟S6 顯示材料去除函數(shù)分布，拋光去除材料后的待拋光工件2獲得呈旋轉(zhuǎn)近 似對(duì)稱的、連續(xù)的、光滑的、中間有最大去除量的高斯函數(shù)形狀的材料去除函數(shù)的優(yōu)化分布。噴嘴1是固定在射流拋光設(shè)備上的，噴嘴1為射流噴嘴，噴嘴1可以選用柱形噴 嘴，例如LECHLER品牌的柱形噴嘴等，或選用其他噴嘴，在此不再贅述，容器3選用不銹鋼容 器，容器3也是固定在射流拋光設(shè)備的工作平臺(tái)上，射流拋光設(shè)備采用IRP600拋光機(jī)，或選 用其他拋光機(jī)，在此不再贅述。在拋光前，用Zygo干涉儀檢測(cè)待拋光工件2的初始面形，獲 得拋光前的面形數(shù)據(jù)。然后使用一個(gè)盛滿拋光液的不銹鋼容器3，拋光液為拋光磨料顆粒和 水的混合溶液，如氧化鈰顆粒和水的混合溶液，在此不再贅述。將待拋光工件2置放于拋光液的容器3中，調(diào)節(jié)噴嘴1的出口距待拋光工件2表面的距離，使噴嘴1的出口淹沒(méi)在拋光 液中。最后啟動(dòng)射流拋光設(shè)備，如IRP600拋光機(jī)，控制噴嘴1出射的拋光液在單位時(shí)間內(nèi) 定點(diǎn)對(duì)待拋光工件2進(jìn)行材料去除拋光。單位時(shí)間(即時(shí)間為1秒)拋光后，取下待拋光 工件2，通過(guò)Zygo干涉儀檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)噴嘴定點(diǎn)對(duì)待拋光工件2的拋光后的面形，獲得拋 光材料去除后的面形數(shù)據(jù)。待拋光工件2的拋光前的面形數(shù)據(jù)減去單位時(shí)間內(nèi)拋光后的面 形數(shù)據(jù)，即獲得射流拋光材料去除函數(shù)分布。此外，在去除函數(shù)獲得的過(guò)程中，由于單位時(shí) 間內(nèi)的去除量比較小，對(duì)干涉儀精度要求高，去除函數(shù)不好準(zhǔn)確提取，可以控制在一定時(shí)間 內(nèi)，如60秒或其他時(shí)間，采用上述的方法獲得初始面形和拋光后的面形相減的數(shù)據(jù)，再除 以60秒或其他時(shí)間值，即獲得單位時(shí)間內(nèi)的材料去除函數(shù)分布。噴嘴1的出口距待拋光工件2表面的距離4調(diào)解在噴嘴1 口徑的5至6倍左右， 當(dāng)大于所述的距離4時(shí)，拋光的材料去除率低，影響拋光效率；當(dāng)小于所述的距離4時(shí)，一方 面去除函數(shù)得不到很好的優(yōu)化，另一方面拋光的材料去除率低。噴嘴1的出口淹沒(méi)深度5 不能過(guò)大，否則由于液體壓力會(huì)減小噴嘴射流的出口速度，影響材料的去除，噴嘴1的出口 淹沒(méi)深度5調(diào)節(jié)在10-30mm左右。如圖4示出是本發(fā)明在單位時(shí)間內(nèi)，噴嘴定點(diǎn)對(duì)待拋光工件2進(jìn)行材料拋光去除， 通過(guò)Zygo干涉儀檢測(cè)到的待拋光工件2的去除面形形狀和去除輪廓曲線分布，從圖可以看 出，在拋光區(qū)域中間處，材料有最大去除量，材料去除分布近似呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的分布。如圖5示出是采用本發(fā)明的優(yōu)化方法，從圖5示出的Zygo干涉儀檢測(cè)數(shù)據(jù)提取到 的射流拋光材料去除函數(shù)分布。從圖可以看出，本發(fā)明的優(yōu)化方法獲得的去除函數(shù)呈近似 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的連續(xù)的光滑函數(shù)；中心具有最大去除量，函數(shù)具有單個(gè)峰值并隨半徑的增大而 減小至零；在最大半徑以外，去除函數(shù)不具有拋光材料去除能力；在邊緣處和中心峰值處， 函數(shù)的斜率為零。相比圖2和圖3示出的去除函數(shù)，本發(fā)明的去除函數(shù)到達(dá)優(yōu)化的目的。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種拋光工件射流拋光材料去除函數(shù)的優(yōu)化方法，其特征在于利用含有噴嘴、待 拋光工件、拋光液容器及計(jì)算單元的射流拋光設(shè)備，實(shí)現(xiàn)所述方法包括步驟如下 步驟Sl 檢測(cè)待拋光工件的初始面形，獲得拋光前的面形數(shù)據(jù)； 步驟S2 使用一個(gè)盛滿拋光液的容器，待拋光工件置放于拋光液容器中； 步驟S3 調(diào)節(jié)噴嘴的出口與待拋光工件的表面之間的距離，使噴嘴的出口淹沒(méi)在拋光 液中；步驟S4 在單位時(shí)間內(nèi)，利用噴嘴定點(diǎn)對(duì)待拋光工件進(jìn)行全淹沒(méi)射流拋光，得到去除 待拋光工件材料的去除量分布；步驟S5 利用干涉儀檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)噴嘴在定點(diǎn)拋光區(qū)域去除待拋光工件材料的去 除量分布，生成拋光去除材料后的待拋光工件的面形數(shù)據(jù)，利用計(jì)算單元將待拋光工件的 拋光前的面形數(shù)據(jù)減去拋光去除材料后待拋光工件的面形，獲得材料去除函數(shù)分布；步驟S6 顯示材料去除函數(shù)分布，拋光去除材料后的待拋光工件獲得呈旋轉(zhuǎn)近似對(duì)稱 的、連續(xù)的、光滑的、中間有最大去除量的高斯函數(shù)形狀的材料去除函數(shù)的優(yōu)化分布。
全文摘要
本發(fā)明是一種拋光工件射流拋光材料去除函數(shù)的優(yōu)化方法，利用射流拋光系統(tǒng)，檢測(cè)待拋光工件拋光前的面形數(shù)據(jù)；待拋光工件置放于盛滿拋光液的容器中；調(diào)節(jié)噴嘴的出口與待拋光工件的表面之間的距離，使噴嘴的出口淹沒(méi)在拋光液中；在單位時(shí)間內(nèi)，利用噴嘴定點(diǎn)對(duì)待拋光工件進(jìn)行全淹沒(méi)射流拋光，得到去除待拋光工件材料的去除量分布；利用干涉儀檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)噴嘴在定點(diǎn)拋光區(qū)域去除待拋光工件材料的去除量分布，生成拋光去除材料后的待拋光工件的面形數(shù)據(jù)，利用計(jì)算單元將待拋光工件的拋光前的面形數(shù)據(jù)減去拋光去除材料后待拋光工件的面形，獲得顯示材料去除函數(shù)的優(yōu)化分布。
文檔編號(hào)B24C1/08GK102120313SQ20101058683
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者萬(wàn)勇建, 伍凡, 施春燕, 范斌, 袁家虎, 雷柏平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所