投影光刻机镜头的装校关键工艺与技术

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1、投影光刻机镜头的装校关键工艺与技术【关键词】投影光刻机,光刻镜头,装校工艺【论文摘要】重点介绍投影光刻镜头的装配结构、材料和加工、定心、检测、调整、连接等关键工艺环节的基本要求、工艺方法和保证措施。在此基础上介绍了一种光刻镜头专用装校系统；最后结合我国的光刻镜头研制现状和存在问题对今后的发展方向提出几点个人见解。第一章前言投影光刻镜头是微电子生产的关键工艺设备分步投影光刻机的核心部件。随着微电子生产工艺不断向微细化、集成化发展，对光刻镜头的要求越来越高，从而推动着光学制造技术在近十几年时间内从材料、设计、加工、检测、装校等各方面全面向前发展，加上激光技

2、术的应用使传统而古老的光学制造技术在内容上发生了深刻变化，也使得在微电子工业中被认为寿终正寝的光学光刻技术焕发出新的青春。一个高性能光刻镜头的制造典型地反映和代表了当今世界光学制造技术的最高水平和高新技术的含义，这是因为设计制造这样的镜头意味着以下一些复杂技术问题的解决：*寻求并获得在紫外和深紫外波段的高性能指标的光学材料；*探索新的光学结构或对典型结构进行合理有效的复杂化；*先进的光学设计软件、丰富的像差校正经验并取得近乎完美的计算结果；*具备高精度的检测分析手段；*掌握和具备高精度光学零件、机械零件的加工工艺和手段；*寻找品质优良的光学膜系材料

3、和膜系设计结果，具备高精度的膜系控制和检测手段；*掌握和具备相应的装配工艺、技术、材料和手段；此外还应包括严格的环境条件控制和配套设施。下面着重介绍与光刻镜头装配有关的工艺和第二章光刻镜头的装配概念光刻镜头装配的最终目标就是严格按照理论设计的要求保证镜头每个镜片的相对空间位置。对球面镜片而言，它们的空间相对位置由两个量决定，一个是沿光轴方向的间隔Δ，另一个是镜片光轴与镜头光轴之间的偏差c。因此光刻镜头的装校问题从本质上说就是如何使Δ=理论计算值，使c=0的问题。这就必然涉及到装配结构、过程、方法、手段和使用材料等工艺技术问题。本章先就光刻镜头的装配结构

4、和装配过程作一介绍，以便对光刻镜头有一个清楚的装配概念。2.1光刻镜头的装配结构光刻镜头对装配精度的要求一般在微米和亚微米的量级，为了保证这一点，光刻镜头的装配结构与传统结构有较大的差别，主要体现在：(1)传统结构用普通加工精度的隔圈或套筒来保证镜片的轴向间隔Δ，隔圈或套筒的加工精度(直径、长度L)一般在数十微米的量级。并且确定和L时以理论计算值为根据，不去顾及计算值与带有加工误差的实际值之间的差别和其它因素反映在实际间隙Δ上的误差，因此，不可能有很高的实际精度。而光刻镜头用精密加工的镜框轴向基准面之间的实际距离(H)来保证镜片的轴向间隙Δ，并且对H

5、最放松的加工误差也不会超过5μm，它更真实地反映了镜片的实际间隔。(2)传统结构对镜片偏心量c的控制是依靠镜筒、隔圈、套筒、镜框的机械加工精度或者镜片本身的磨边精度来保证的。这些件的加工精度一般在数十微米，加上装配间隙也在数十微米，因此偏心的控制精度就可想而知。而光刻镜头是在高精度(≤1μm)定心仪的实时监视下，通过高精度加工的镜框定位面和直接在定心监视下连接固定镜片来保证偏心量的。这不仅反映了偏心量的真实情况而且在精度上有了数量级的提高。(3)传统结构对镜片的固定采用包边或压圈一类的机械固定法，给镜片造成较大的应力，严重破坏光学镜头成像质量。光刻镜头用

6、低应力光学结构胶固定，大大减轻了应力，有利于成像质量的保证。(4)传统结构中镜筒、隔圈、压圈、套筒、镜框是不可缺少的结构件，大镜片直接固定，小镜片在镜框中包边后固定。所有结构件都是保证装配精度的重要因素，光刻镜头装配结构中只有一种对装配精度起决定作用的镜框和一个对装配精度没有太大影响的镜筒。镜筒只起外界保护和整体定位作用。2.2光刻镜头的装配过程从以上介绍可以清楚看出，光刻镜头的装配结构和工艺流程在保证装配精度方面充分体现了更为直接,更为真实和更为实时的3个特点。第三章光刻镜头装配的关键因素总体上讲，在光刻镜头的整个装配过程中，没有那个工艺环节是

7、不重要的，无论哪个环节的失败都装不出合格的镜头。根据本人的了解和体会，以下关键因素应引起高度重视。3.1装配材料这里所说的材料一个是指制造镜框和镜筒的金属材料，另一个是指固定镜片的光学结构胶。3.1.1镜框镜筒材料光刻镜头的镜框和镜筒一般是用铜合金或铝合金制作。对选择材料的主要要求是：(1)较高的硬度。因为镜框的连接使用螺钉固定，镜框受到的挤压力较大，硬度不够将产生挤压变形，一方面破坏装配精度，另一方面会产生挤压应力并传递到镜片上而影响成像质量。(2)良好的热稳定性。光刻镜头在工作时受到大功率的光源照射，并且为了消除杂光，镜框内表面往往要加工成微

8、细螺纹面并氧化成黑色，因此极易吸收热量，尽管对光源已采取了冷光反射