1 引言
德國蔡司公司自成立至今已經(jīng)有一百七十多年的歷史，在長時間的業(yè)務(wù)積累和技術(shù)沉淀中，推出了很多經(jīng)典的光學(xué)產(chǎn)品，包括眼鏡、顯微鏡、攝影相機、三坐標測量機等，種類豐富，性能優(yōu)越。在半導(dǎo)體光學(xué)領(lǐng)域，蔡司的產(chǎn)品也是一騎絕塵，DUV光刻物鏡供不應(yīng)求，目前它也是極紫外EUV光刻機鏡頭的獨家供應(yīng)商，為半導(dǎo)體芯片的發(fā)展做出了不可替代的貢獻。在蔡司公司，有一個部門叫半導(dǎo)體制造部，簡稱SMT（Semiconductor Manufacturing Technology），專門制造高精度的DUV、EUV光刻光學(xué)元件，除了光刻元件之外，這個部門也生產(chǎn)應(yīng)用于晶圓檢測設(shè)備中的顯微鏡片、同步輻射用的光學(xué)件、X射線光柵等。蔡司公司的技術(shù)令人嘆為觀止，然而，這幫大神們具體是怎么干的，很少有公開的報道，對于國內(nèi)的光學(xué)從業(yè)者而言，它一直是一個神秘的存在。為了讓大家對領(lǐng)先的技術(shù)有所了解，在今天這篇文章中，我們就以光學(xué)非球面反射鏡的加工過程為例，對蔡司公司半導(dǎo)體制造部的元件加工與檢測技術(shù)做詳細的介紹，以期待能給大家?guī)砀嗟男畔⒑蛦l(fā)。
2 光學(xué)非球面反射鏡的加工技術(shù)
4、拋光，拋亮表面，調(diào)整表面參數(shù)，完全去除亞表面損傷；
5、精修，來改善表面面形誤差；
6、超光滑，來獲得最終的表面微觀粗糙度。
從拋光階段開始，非球面鏡的加工流程如下圖所示：
上圖中，黃色菱形框中有M的字母，代表檢測（Metrology）的工序，CMD是Coordinate Measuring Device的縮寫，指的是三坐標測量機。CCP是Computer Controlled Polishing的縮寫，表示數(shù)控小磨頭拋光，IBF是Ion Beam Figuring的縮寫，表示離子束修形，蔡司通常使用德國NTG的離子束設(shè)備來做修形。M400是蔡司自主研發(fā)的高精度三坐標測量機，目前沒有對外銷售，我們后面會提到它的精度，會遠高于市面上看到的三坐標設(shè)備。IFM是Interferometer的縮寫，表示干涉儀，用來測試元件的表面面形，μ-IFM表示顯微干涉測量，用來測試元件表面毫米尺度的表面粗糙度，AFM是Atomic Force Microscope的縮寫，表示原子力顯微鏡，用來測試元件表面的微米尺度的表面粗糙度。
從上圖可以看出，非球面鏡的拋光是一個要求很高的迭代過程。在拋光階段，需要完全的去除前道留下的麻點和缺陷。在精修階段，需要降低表面波紋度并逐步降低面形誤差，這個階段會用到不同形狀和尺寸的拋光工具和多樣的機床運動形式，來達成面形指標的實現(xiàn)。最后還要對做超光滑處理，來達到對波紋度和表面粗糙度的要求。
3 光學(xué)非球面反射鏡的檢測
上圖中的M400，我們在上一節(jié)提到過，是蔡司自主研制的一款超高精度三坐標測量機，它的測量范圍為550×380mm，測量分辨率高達10nm，下圖是工作人員用M400三坐標測量機來測試一個工件的照片：
蔡司還報道了用M400設(shè)備測量的一個柱面鏡面形，與用干涉儀+柱面CGH測量相同柱面鏡的面形結(jié)果對比，如下圖所示，可以看到這個超高精度三坐標機與干涉儀的測試結(jié)果一致性非常的好，面形精度PV值在40nm以內(nèi)，不得不說，工欲善其事，必先利其器啊。
關(guān)于面形測量干涉儀（Interferometer，IFM），蔡司使用自主研制的干涉儀，有報道的是D100型干涉儀，分辨率1nm以內(nèi)，他們也會用到Zygo的6英寸干涉儀配合CGH來做柱面和非球面的測試。
在中頻誤差測試方面，蔡司采用Zygo生產(chǎn)的NewView 700型顯微干涉儀，顯微鏡的放大倍率使用2.5倍（分辨率0.1nm以內(nèi)，采樣區(qū)域12μm~5.8mm）、10倍（分辨率0.1nm以內(nèi)，采樣區(qū)域2.8μm~1.4mm）和50倍（分辨率0.1nm以內(nèi)，采樣區(qū)域0.6μm~290μm），通過這幾種放大倍率顯微鏡頭的切換，來識別不同周期的中頻誤差。
在高頻誤差測試方面，蔡司采用原子力顯微鏡觀測不同尺度范圍內(nèi)的粗糙度指標，來定量的評價表面光滑程度。蔡司報道了他們使用過的2種型號的原子力顯微鏡，一種是Nanosurf Nanite S200型，采樣分辨率0.1nm以內(nèi)，采用區(qū)域4nm~8μm，另一種是Digital Instruments生產(chǎn)的DI nanoscope D3100M型，采樣分辨率也是0.1nm以內(nèi)，采樣區(qū)域4nm~10μm。
對鏡片表面做多個空間頻率下的探測，可以得到PSD曲線，借助PSD曲線，可以敏銳的發(fā)現(xiàn)，每道工序或者每種工具都會在表面留下它曾經(jīng)工作過的痕跡，因此通過設(shè)計多種多樣的拋光工具及其去除函數(shù)，就能有針對性的對表面做修形，從而收斂到最佳的指標范圍內(nèi)。不同工具的去除函數(shù)如下圖所示：
4 結(jié)語
（來源寧靜吉光）
