DE102005026334A1 - Method for processing of medium- and long-wave surface shape of work piece e.g., for optical elements, involves eroding modified layers to give work piece modified surface - Google Patents

Method for processing of medium- and long-wave surface shape of work piece e.g., for optical elements, involves eroding modified layers to give work piece modified surface Download PDF

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Abstract

A precision processing method, involves a first step in which the surface of the work piece (1) being processed has at least one layer applied to it and a second step where the top-most layer is modified and by means of a plasma support, chemical etching processes with local action are applied by super-positioning of an etching action of a given form. Thirdly, the modified layer(s) and the work piece (1) are etched physically, chemically physically, plasma chemically or wet chemically until the modified layer(s) is eroded.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Präzisionsbearbeitung der mittel- und langwelligen Oberflächenform eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The present invention relates to a method of precision machining the medium and long-wavy surface shape of a workpiece according to the preamble of claim 1.

Solche Verfahren werden beispielsweise zur gezielten Veränderung der Oberflächenform konventionell vorgefertigter, optikrelevanter Körper (d. h. optische Elemente, wie Linsen, Prismen und Spiegel, sowie Substrate für Spiegel, Beugungsgitter oder Reflexionsmasken und darüber hinaus Werkzeuge (Master) zur Herstellung optischer Elemente durch Abformverfahren wie z. B. Blankpressen) benötigt, um entweder eine Korrektur der mittel- und langwelligen Oberflächenform dieser Werkstücke für UV- (Ultraviolet), DUV- (Deep Ultraviolet), VUV- (Vacuum Ultraviolet) und EUV- (Extreme Ultraviolet) sowie Synchrotron- und Röntgenanwendungen vorzunehmen, oder beispielsweise ausgehend von einer planen, zylindrischen oder sphärischen Form z. B. elliptische, parabolische, hyperbolische oder allgemein asphärische und Freiformflächen herzustellen.Such For example, procedures become targeted changes the surface shape conventionally prefabricated optically relevant bodies (i.e., optical elements, such as lenses, prisms and mirrors, as well as substrates for mirrors, Diffraction gratings or reflection masks and moreover tools (master) for the production of optical elements by molding methods such. B. blank pressing) needed to either a correction of the medium and long-wave surface shape of these workpieces for UV (Ultraviolet), DUV (Deep Ultraviolet), VUV (Vacuum Ultraviolet) and EUV (Extreme Ultraviolet) as well as synchrotron and X-ray applications make or, for example, starting from a plan, cylindrical or spherical Shape z. Elliptical, parabolic, hyperbolic or general aspherical and freeform surfaces manufacture.

Zum Einsatz kommen bisher Verfahren der direkten Oberflächenbearbeitung durch gezielten und lokal variierenden Materialabtrag. Zum einen sind dies mechanisch abrasive Verfahren, wie Schleifen, Diamantdrehen sowie Läppen und Polieren, einschließlich magnetorheologisches Polieren (MRF) und computergestütztes Polieren (CCP) mit kleinem Werkzeug (STP). Diese etablierten Verfahren führen auf Grund ihres Wirkprinzips stets zu einer Störung oberflächennaher Schichten. Des Weiteren ist die lokale Politur mittels CCP oder STP wegen der geringen Abtragsraten sehr zeitaufwändig und die laterale Auflösung begrenzt. Für das MRF-Verfahren bestehen darüber hinaus gegenwärtig noch Einschränkungen hinsichtlich der Werkstückgeometrie, d. h. insbesondere kleinformatige und stark gekrümmte konkave Werkstücke können nicht bearbeitet werden.To the So far methods of direct surface treatment have been used through targeted and locally varying material removal. For one thing this mechanically abrasive process, such as grinding, diamond turning as well as lapping and polishing, including magnetorheological polishing (MRF) and computer aided polishing (CCP) with small tool (STP). These established procedures perform Reason for their principle of action always a disturbance of near-surface layers. Furthermore is the local polish using CCP or STP because of the low removal rates very time consuming and the lateral resolution limited. For the MRF procedure is in place present still restrictions with regard to workpiece geometry, d. H. especially small-format and highly curved concave workpieces can not to be edited.

Zu den direkten Oberflächenbearbeitungsverfahren zählen auch die physikalischen Ätzverfahren, wie z. B. das Ionenstrahlätzen (IBE), chemisch-physikalische Ätzverfahren, wie das reaktive Ionenstrahlätzen (RIBE) oder das chemisch unterstützte Ionenstrahlätzen (LAIBE), und plasmachemische Ätzverfahren mit lokaler Wirkung, wie CVM (Chemical Vapour Machining), PACE (Plasma Assisted Chemical Etching), LDE (Local Dry Etching), RAP(E) (Reactive Atom Plasma (Etching)), oder PJCE (Plasma Jet Chemical Etching), welches in der DE 199 25 790 näher beschrieben ist. Auch diese Verfahren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So erfordern die physikalischen Ätzverfahren ebenfalls extrem lange Bearbeitungszeiten, da sie insbesondere im Fall einer lokalen Bearbeitung mit hoher lateraler Auflösung sehr geringe Volumenabtragsraten aufweisen. Darüber hinaus ist die dazu erforderliche Technik sehr kostenintensiv. Das gleiche gilt für die chemischphysikalischen Ätzverfahren, die zwar höhere Abtragsraten aufweisen, aber auf Grund der chemischen Komponente zu einer Aufrauung der Oberfläche führen können und zusätzlich nur eine eingeschränkte Palette von Materialien mit diesen Verfahren bearbeitbar ist. Auch mit den lokal wirkenden, plasmaunterstützten, chemischen Ätzverfahren lassen sich nur sehr wenige Materialien sinnvoll bearbeiten. Bei diesen kommt es darüber hinaus meist zu einer Aufrauung der in der Regel mechanisch vorgefertigten Oberflächen, was unter anderem eine Folge von vorbearbeitungsbedingten chemischen und physikalischen Störungen des Materialgefüges ist. Die meisten optischen Gläser, viele Keramiken oder andere, z. B. fluorhaltige Kristalle, wie CaF2 oder MgF2, können auf Grund ihrer stofflichen Zusammensetzung, einer zu geringen thermischen Stabilität oder chemischer Resistenz mit diesem Verfahren nicht bearbeitet werden.The direct surface treatment methods also include the physical etching methods, such. For example, ion beam etching (IBE), chemical-physical etching techniques such as reactive ion beam etching (RIBE) or chemically assisted ion beam etching (LAIBE), and local chemical plasma etching techniques such as CVM (Chemical Vapor Machining), PACE (Plasma Assisted Chemical Etching ), LDE (Local Dry Etching), RAP (E) (Reactive Atom Plasma (Etching)), or PJCE (Plasma Jet Chemical Etching), available in the DE 199 25 790 is described in more detail. These methods also have a number of disadvantages. Thus, the physical etching processes also require extremely long processing times, since they have very low volume removal rates, in particular in the case of local processing with high lateral resolution. In addition, the required technology is very expensive. The same applies to the chemical-physical etching processes, which, although having higher removal rates, but due to the chemical component can lead to a roughening of the surface and additionally only a limited range of materials can be processed by these methods. Even with the locally effective, plasma-assisted, chemical etching processes, only very few materials can be reasonably processed. In addition, these usually result in a roughening of the usually mechanically prefabricated surfaces, which is, among other things, a consequence of pre-processing-related chemical and physical disturbances of the material structure. Most optical glasses, many ceramics or other, z. B. fluorine-containing crystals such as CaF 2 or MgF 2 , can not be processed due to their material composition, too low thermal stability or chemical resistance with this method.

Einige Nachteile der direkten Oberflächenbearbeitungsverfahren werden durch indirekte Verfahren vermieden. Diesen indirekten Verfahren ist gemein, dass nicht das Werkstück selbst mit einem der genannten Verfahren bearbeitet wird, sondern eine zuvor aufgebrachte Hilfsschicht.Some Disadvantages of direct surface treatment methods are avoided by indirect methods. This indirect procedure is mean that not the workpiece itself with one of the mentioned Process is processed, but a previously applied auxiliary layer.

In der JP 11246240 wird die Bearbeitung eines Werkstücks beschrieben, bei der eine Schicht aus SiO2 aufgetragen wird. Diese Schicht wird anschließend mittels CVM bearbeitet. Ein Übertragungsprozess findet nicht statt, so dass Teile der Schicht auf der Substratoberfläche verbleiben. Dadurch beschränkt sich die Anwendung dieses Verfahrens weitgehend auf die Korrektur der Form von Spiegelsubstraten. Darüber hinaus können unter bestimmten Bedingungen (z. B. starke thermische Belastung oder Strahlungsbelastung) Probleme mit der Schichthaftung auftreten.In the JP 11246240 is described the machining of a workpiece, in which a layer of SiO 2 is applied. This layer is then processed by CVM. A transfer process does not take place so that parts of the layer remain on the substrate surface. As a result, the application of this method is largely limited to the correction of the shape of mirror substrates. In addition, under certain conditions (eg high thermal stress or radiation exposure), layer adhesion problems may occur.

In der DE 44 13 575 wird ein Verfahren unter anderem zur Herstellung eines optischen Elements mit asphärischer Oberflächenform beschrieben, bei dem die Formgebung des Substrats durch mechanische Bearbeitung einer Hilfsschicht und anschließender Übertragung durch Ätzen in das Substrat erfolgt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass der Formgebungsschritt auf einer mechanisch-abrasiven Bearbeitung der Hilfsschicht basiert und deshalb den daraus resultierenden Nachteilen, wie beispielsweise der eingeschränkten Formgenauigkeit der Dreh- und Schleifprozesse, der geringen Effizienz von lokalen Polierprozessen sowie der Schädigung oberflächennaher Schichten, unterliegt.In the DE 44 13 575 For example, there is described a method of fabricating, among other things, an aspherical surface form optical element in which the shaping of the substrate is accomplished by mechanical processing of an auxiliary layer and subsequent transfer by etching into the substrate. A disadvantage of this method is that the shaping step is based on a mechanical-abrasive processing of the auxiliary layer and therefore the resulting disadvantages, such as the limited dimensional accuracy of the turning and grinding processes, the low efficiency of local polishing processes and damage to near-surface layers subject.

Darüber hinaus ist die Verwendung von Hilfsschichten Stand der Technik in der Mikrostrukturierung, die neben der Halbleitertechnik zunehmend auch zur Herstellung von diffraktiven optischen Elementen (DOEs) oder Mikrooptiken (z. B Mikrolinsen) eingesetzt wird. Allerdings erfolgt dort das Einbringen der Mikrostrukturen oder Mikroformen in die meist aus organischem Material bestehende Hilfsschicht durch aufwendige Lithographieverfahren, wie Photo- und Elektronenstrahllithographie sowie Grautonlithographie, durch Laserstrukturierung oder durch Abformverfahren. Ziel dieser Verfahren ist die Herstellung von immer wiederkehrenden, meist periodisch oder regelmäßig angeordneten Strukturen oder Formen mit lateralen und vertikalen Dimensionen im Mikrometer- und Sub-Mikrometer-Bereich (d. h. im Ortswellenlängenbereich ≪ 0,1 mm), die eine hohe Güte, d. h. eine hohe Regelmäßigkeit, ein sehr genaues Verhältnis von Breite zu Höhe, sehr steile Kanten etc. aufweisen. Ein Beispiel der Herstellung mikrostrukturierter optischer Elemente unter Verwendung einer Hilfsschicht mit anschließendem Ätzübertrag ist in der DE 102 60 819 beschrieben.In addition, the use of auxiliary State of the art in microstructuring, which is increasingly used in addition to semiconductor technology for the production of diffractive optical elements (DOEs) or micro-optics (eg microlenses). However, there the introduction of the microstructures or microforms into the usually consisting of organic material auxiliary layer by complex lithographic processes, such as photo and electron beam lithography and grayscale lithography, by laser structuring or by molding. The aim of these methods is the production of recurring, mostly periodic or regularly arranged structures or shapes with lateral and vertical dimensions in the micrometer and sub-micrometer range (ie in the spatial wavelength range «0.1 mm), the high quality, ie a high regularity, a very accurate ratio of width to height, very steep edges, etc. have. An example of the fabrication of microstructured optical elements using an auxiliary layer followed by etch transfer is shown in FIG DE 102 60 819 described.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Veränderung der mittel- und langwelligen Oberflächenform (Ortswellenlängenbereich ≥0,1 mm) von Werkstücken, wie beispielsweise optischen Elementen und Werkzeugen zur Herstellung solcher Elemente, zur Verfügung zu stellen, das eine hohe Effizienz, Präzision und Flexibilität aufweist und mit dem wenigstens ein Teil der oben genannten Nachteile überwunden wird. Insbesondere soll das Verfahren eine höhere laterale Auflösung als die bekannten Verfahren bereitstellen und in Bezug auf die bearbeitbaren Materialien nahezu keinen Einschränkungen unterliegen.task The present invention is a method of modification the medium- and long-wave surface form (spatial wavelength range ≥0,1 mm) of Workpieces, such as optical elements and tools for making such Elements available to provide high efficiency, precision and flexibility and overcome with at least part of the above-mentioned disadvantages becomes. In particular, the method should have a higher lateral resolution than provide the known methods and with respect to the workable Materials are almost unlimited.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Präzisionsbearbeitung der mittel- und langwelligen Oberflächenform eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.According to the invention this Task by a method for precision machining of medium and long-wave surface shape a workpiece according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of this method are the subject of dependent Dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem aus drei Schritten bestehenden Prozess, in dem in einem ersten Schritt eine oder mehrerer Schichten auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche aufgebracht werden, wobei wenigstens die oberste Schicht aus einem Material besteht, das chemisch oder plasmachemisch gut bearbeitet werden kann (Schichterzeugung). In einem zweiten Schritt wird die Form dieser obersten Schicht modifiziert, indem in diese Schicht auf der Basis plasmaunterstützten, chemischen Ätzens mit lokaler Wirkung durch definierte Überlagerung dieser lokalen Wirkung eine bestimmte Form eingebracht wird (Formbearbeitung). Plasmaunterstützt heißt in diesem Zusammenhang, dass entweder das Plasma mit den darin enthaltenen ätzaktiven Spezies unmittelbar auf die oberste Schicht einwirkt und zu einem Materialabtrag durch plasmachemisches Ätzen führt oder dass das Plasma soweit von der obersten Schicht entfernt ist, dass nur die aus dem Plas ma austretenden Ionen und Radikale in der obersten Schicht einen Materialabtrag durch rein chemisches Ätzen verursachen. Lokal bedeutet, dass der Bereich, in dem die Ätzwirkung auftritt, deutlich kleiner ist als die Werkstückoberfläche. In einem dritten Schritt wird dann das Werkstück mit den darauf befindlichen Schichten großflächig zumindest solange physikalisch, chemisch-physikalisch, plasmachemisch oder nasschemisch geätzt, bis die Schichten abgetragen sind (Formübertragung).The inventive method is based on a three-step process in which in a first step, one or more layers towards the machining workpiece surface applied be at least the top layer of a material exists, which can be processed well chemically or plasmachemisch (Film formation). In a second step, the shape of this top layer modified by placing in this layer on the base plasma-assisted, chemical etching with local effect by defined superposition of these local Effect of a certain form is introduced (form processing). Plasma-Supports is called in this context, that either the plasma with the etching active contained therein Species acts directly on the top layer and to a Material removal by plasma chemical etching leads or that the plasma so far removed from the top layer is that only those from the plas ma leaking ions and radicals in the topmost layer a material removal by purely chemical etching cause. Local means that the area in which the caustic effect occurs, is significantly smaller than the workpiece surface. In a third step then becomes the workpiece with the layers on it large area at least as long as physically, chemically-physically, plasma-chemically or wet-chemically etched, until the layers are removed (shape transfer).

Kern dieses Verfahrens ist das lokale, plasmaunterstützte, chemische Ätzen. Damit kann in der chemisch oder plasmachemisch bearbeitbaren Schicht sowohl eine effektive Tiefenbearbeitung bei hohen Ätzraten erfolgen, als auch eine Feinstbearbeitung mit hoher Präzision bei stark reduzierten Ätzraten.core This method is the local plasma enhanced chemical etching. In order to can both in the chemically or plasma-chemically editable layer Effective deep processing at high etch rates is done as well a superfinishing with high precision at greatly reduced etching rates.

Da das plasmaunterstützte, chemische Ätzen mit lokaler Wirkung nur auf die oberste Schicht und nicht auf das Werkstück selbst angewendet wird, werden diese Vorteile nicht mit den Nachteilen des chemischen oder plasmachemischen Ätzens, d. h. einer infolge des chemischen Charakters eingeschränkten Materialpalette für die bearbeitbaren Werkstücke erkauft, und auch eine Aufrauung der Werkstückoberfläche bei der direkten chemischen oder plasmachemischen Bearbeitung von durch Schleifen, Läppen oder Polieren hergestellten Ausgangsflächen unter anderem infolge struktureller und chemischer Defekte und Inhomogenitäten wird vermieden.There the plasma-assisted, chemical etching with local effect only on the top layer and not on the workpiece Even when applied, these benefits do not come with the disadvantages chemical or plasma chemical etching, d. H. a result of the chemical character limited material pallet for the machinable workpieces, and also a roughening of the workpiece surface at the direct chemical or plasma chemical processing by grinding, lapping or Polishing manufactured starting surfaces among other things due structural and chemical defects and inhomogeneities avoided.

Die in die oberste Schicht sehr präzise eingebrachte Form wird je nach Anwendungsfall und Substratmaterial sehr flexibel und effizient mit Hilfe eines physikalischen, chemisch-physikalischen oder plasmachemischen Ätzverfahrens großflächig in das Werkstück übertragen. Auf diese Weise können unter anderem die mit den physikalischen Ätzverfahren, wie dem Ionenstrahlätzen, verbundenen Nachteile geringer Ätzraten und damit langer Bearbeitungszeiten insbesondere bei geringer Strahlbreite zur Erlangung hoher Ortsauflösung vermieden werden und es müssen auch nicht die für eine effiziente lokale Ionenstrahlbearbeitung erforderlichen relativ hohen Stromdichten verwandt werden, die zu einer Aufrauung der bearbeiteten Oberfläche, insbesondere bei kristallinem Material, wie CaF2 oder MgF2, führen können.Depending on the application and the substrate material, the mold, which is introduced very precisely into the uppermost layer, is transferred very flexibly and efficiently over a large area into the workpiece with the aid of a physical, chemical-physical or plasma-chemical etching process. In this way, among other things, the disadvantages associated with the physical etching methods, such as ion beam etching, low etch rates and thus long processing times, especially at low beam width to achieve high spatial resolution can be avoided and it does not need the required for efficient local ion beam machining relatively high current densities which can lead to a roughening of the machined surface, in particular in the case of crystalline material, such as CaF 2 or MgF 2 .

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Werkstückoberfläche sowohl mit einer bestimmten geometrischen Form versehen als auch eine bereits vorhandene geometrische Form korrigiert werden. In dem ersten Fall wird die gewünschte geometrische Form in die oberste Schicht eingebracht und in das Werkstück übertragen. Beispielsweise wird einem Werkstück, insbesondere einem optischen Element oder einem Werkzeug zur Herstellung optischer Elemente, mit planarer, zylindrischer oder sphärischer Oberflächenform eine beliebige, insbesondere eine elliptische, parabolische, hyperbolische oder allgemein asphärische Oberflächenform gegeben (Formgebung). In dem zweiten Fall wird die Differenz aus bestehender und gewünschter Form der Werkstückoberfläche in die oberste Schicht eingebracht und anschließend in das Werkstück übertragen. Auf diese Weise werden vorhandene Oberflächenformfehler, insbesondere auch mittelfrequente (Ortswellenlängen von ca. 0,1 mm bis ca. 3 mm) Formabweichungen oder Tangentenwinkelfehler, entfernt und die Werkstückoberfläche der gewünschten Form angenähert (Formfehlerkorrektur). Diese beiden Fälle unterscheiden sich nicht grundsätzlich. Es ergeben sich jedoch infolge der Menge des abzutragenden Materials unterschiedliche Anforderungen an die einzelnen Verfahrensschritte, wie z. B. eine erforderliche Schichtdicke im Beschichtungsschritt, eine geeignete Werkzeugbreite und Ätzrate im Formgebungsschritt oder ein geeignetes Ätzverfahren im Übertragungsschritt. Darüber hinaus sind Unterschiede bei der erreichbaren Genauigkeit zu erwarten, so dass insbesondere im Anschluss an die Formgebung für bestimmte Anwendungen eine Formkorrektur notwendig und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in gleicher Weise durchzuführen ist.With the help of the method according to the invention, the workpiece surface can be both with a be be given a geometric shape as well as an existing geometric shape corrected. In the first case, the desired geometric shape is introduced into the uppermost layer and transferred into the workpiece. For example, given a workpiece, in particular an optical element or a tool for producing optical elements, with planar, cylindrical or spherical surface shape any, in particular an elliptical, parabolic, hyperbolic or generally aspherical surface shape (shaping). In the second case, the difference between existing and desired shape of the workpiece surface is introduced into the uppermost layer and then transferred into the workpiece. In this way, existing surface form errors, in particular also medium-frequency (spatial wavelengths of about 0.1 mm to about 3 mm) form deviations or tangent angle errors, removed and the workpiece surface of the desired shape is approximated (shape error correction). These two cases do not differ fundamentally. However, there are due to the amount of material to be removed different demands on the individual process steps, such. Example, a required layer thickness in the coating step, a suitable tool width and etching rate in the shaping step or a suitable etching process in the transfer step. In addition, differences in the achievable accuracy can be expected, so that in particular following the shaping for certain applications, a shape correction is necessary and must be carried out in the same way with the method according to the invention.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nicht nur bei optischen Elementen und Werkzeugen zur Herstellung solcher Elemente die mittel- und langwellige Oberflächenform verändert werden, es ist selbstverständlich auch möglich, die Oberfläche mechanischer Präzisionsbauteile wie Laufschienen oder -wellen zu bearbeiten.With the method according to the invention not only in optical elements and tools for manufacturing such elements the medium and long-wavy surface shape changed be, it goes without saying also possible, the surface of mechanical precision components how to handle rails or shafts.

Vorteilhafterweise wird die im zweiten Schritt in die oberste Schicht eingebrachte Form vor der Übertragung mittels lokaler, Nanometer genauer Schichtdickenmessung kontrolliert. Wenn die in die oberste Schicht eingebrachte Form nicht mit der gewünschten übereinstimmt, kann nun entweder wenigstens die oberste Schicht von dem Werkstück entfernt werden und anschließend der erste und zweite Schritt erneut ausgeführt werden oder der zweite Schritt wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Form im Rahmen einer geforderten Genauigkeit in die oberste Schicht eingearbeitet ist. Wenn die oberste Schicht für weitere Korrekturen zu dünn ist oder nach der Bearbeitung nicht die erforderliche Qualität, also z. B. eine erhöhte Mikrorauheit aufweist, kann sie ebenfalls einfach, z. B. nasschemisch, wieder entfernt werden. Auf diese Weise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das eigentliche Werkstück geschont, da zunächst nur die oberste Schicht bearbeitet wird.advantageously, is introduced in the second step in the top layer Form before the transfer controlled by local, nanometer accurate coating thickness measurement. If the introduced into the uppermost layer mold with the matches, can now either at least the top layer removed from the workpiece and then the first and second steps are performed again or the second step is repeated until the desired shape as part of a required accuracy is incorporated in the top layer. If the top layer for further corrections too thin is or after editing not the required quality, ie z. B. an increased Micro roughness, it may also be simple, z. Wet-chemically, be removed again. In this way, in the method according to the invention spared the actual workpiece, there first only the top layer is processed.

Vorteilhaft werden vorzugsweise homogene Schichten durch Standardverfahren wie Aufdampfen (z. B. Plasma-CVD), Aufsputtern (z. B. IBAD) oder Aufschleudern (z. B. Spin- oder Spray-Coating) auf dem zu bearbeitenden Werkstück aufgebracht, wobei wenigstens die oberste Schicht aus einem organischen oder einem anorganischen Material besteht, das chemisch oder plasmachemisch gut bearbeitbar ist. Bevorzugte Schichtmaterialien sind thermisch stabile Photolacke und SiOx (x = 0...2). Zu bearbeitende optische Elemente bestehen überwiegend aus optischen Gläsern einschließlich Quarzglas, Materialien mit geringer thermischer Ausdehnung (LTEM), wie ULE® oder Zerodur®, Silizium sowie kristallinen Materialien, wie CaF2 oder MgF2, aber z. B. für Synchrotronspiegel auch aus Metallen, wie Mo, W oder Cu, während für Master und Werkzeuge zum Blankpressen von optischen Elementen aus Kunststoff oder Glas vorzugsweise hochschmelzende metallische Legierungen oder Keramiken, wie SiC, WC und Si3N4, zum Einsatz kommen.Homogeneous layers are preferably applied by standard methods such as vapor deposition (eg plasma CVD), sputtering (eg IBAD) or spin coating (eg spin or spray coating) on the workpiece to be machined, wherein at least the uppermost layer consists of an organic or an inorganic material which is readily processable chemically or plasma-chemically. Preferred layer materials are thermally stable photoresists and SiO x (x = 0 ... 2). To be machined optical elements consist mainly of optical glass including quartz glass, materials with low thermal expansion (LTEM) as ULE ® or Zerodur ®, silicon, and crystalline materials such as CaF 2 or MgF 2, but z. B. for synchrotron also from metals such as Mo, W or Cu, while for master and tools for molding of optical elements made of plastic or glass preferably high-melting metallic alloys or ceramics, such as SiC, WC and Si 3 N 4 , are used.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die definierte Überlagerung der lokalen Wirkung des plasmaunterstützten, chemischen Ätzprozesses computergesteuert, entweder durch ein Verweilzeitverfahren, bei dem Werkstück und lokales Plasma relativ zu einander nichtgleichförmig bewegt werden, wobei nur das Werkstück, nur das Plasma oder beide gleichzeitig bewegt werden. Oder die Steuerung der lokalen Ätzwirkung erfolgt durch ein Verfahren, bei dem die mittlere lokale Ätzzeit durch schnelles Ein- und Ausschalten des Plasmas variiert wird, wobei Plasma und Werkstück zueinander gleichförmig bewegt werden (Puls- bzw. Trigger-Verfahren).In a preferred embodiment the defined overlay takes place computer-controlled the local effect of the plasma-assisted, chemical etching process, either by a residence time method, with the workpiece and local Plasma are moved non-uniformly relative to each other, only the workpiece, only the plasma or both can be moved simultaneously. Or the controller the local caustic effect is performed by a method in which the mean local etching time by rapid switching on and off of the plasma is varied, with plasma and workpiece uniform to each other be moved (pulse or trigger method).

Als bevorzugtes Verfahren für das plasmaunterstützte, chemische Ätzen mit lokaler Wirkung wird das reaktive Plasmastrahl- oder Plasmajetätzen unter atmosphärischen Bedingungen basierend auf kapazitiv gekoppelten Hochfrequenz- oder Mikrowellenplasmen (CRP oder CMP) verwendet. Mittels dieser Verfahren ist eine sehr gute Ortsauflösung möglich und die einfache Bearbeitung kleiner und stark gekrümmter Werkstücke durch die Erzeugung sehr feiner Plasmastrahlen mit axialen Ausdehnungen im Millimeter-Bereich, so dass ein hinreichend großer Abstand zwischen Plasmastrahlquelle und Werkstückoberfläche realisiert werden kann, der eine aufwendige Abstandssteuerung überflüssig macht. Aufgrund der relativ einfachen Technik zur Plasmastrahlerzeugung z. B. im Vergleich zur Ionenstrahltechnik sowie der Möglichkeit, die Bearbeitung unter atmosphärischen Bedingungen durchführen zu können, ist die Plasmastrahlformbearbeitung auch mit vergleichsweise geringen Kosten verbunden. Darüber hinaus kann die Formgebung der Schicht durch gut etablierte Verfahren, wie z. B. CVM, PACE, LDE, RAP(E) oder PJCE, erfolgen.As a preferred method for plasma-enhanced, local effect chemical etching, reactive plasma jet or plasma etching under atmospheric conditions based on capacitively coupled radio frequency or microwave (CRP or CMP) plasmas is used. By means of these methods, a very good spatial resolution is possible and the simple processing of small and highly curved workpieces by generating very fine plasma jets with axial dimensions in the millimeter range, so that a sufficiently large distance between the plasma jet source and the workpiece surface can be realized, the costly distance control makes superfluous. Due to the relatively simple technique for plasma jet generation z. B. compared to the ion beam technology and the ability to perform the processing under atmospheric conditions, the plasma jet machining is also ver at a comparatively low cost. In addition, the shaping of the layer by well established procedures, such as. CVM, PACE, LDE, RAP (E) or PJCE.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem dritten Schritt Schichten und Werkstück vollflächig geätzt, was z. B. unter Verwendung von Breitstrahlionenquellen oder durch Einsatz von Planarätzanlagen möglich ist. Dadurch können gegebenenfalls mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden, wodurch sich insbesondere eine hohe Effizienz bei der Bearbeitung kleinformatiger Werkstücke ergibt. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, im dritten Schritt Schichten und Werkstück durch computergesteuerte Teilflächenätzung zu bearbeiten, was z. B. dann notwendig ist, wenn die zu bearbeitende Werkstückfläche größer ist als der zur Verfügung stehende homogene Ätzbereich.In a preferred embodiment In the third step, the layers and the workpiece are etched over the entire surface, which z. B. using wide-beam ion sources or by use from planar etching plants possible is. Thereby can optionally several workpieces be processed simultaneously, which in particular a high Efficiency in the processing of small-sized workpieces results. About that but it is also possible in the third step layers and workpiece by computer-controlled Partial surface etching too edit what z. B. is necessary if the to be processed Workpiece surface is larger as the available standing homogeneous etching area.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden in dem dritten Schritt Ionenprozesse, wie reaktives oder nichtreaktives Ionenstrahlätzen und reaktives Ione nätzen verwendet, da hierbei durch geeignete Wahl der Bearbeitungsparameter, wie Ioneneinfallswinkel, Ionenenergie, Ionenstromdichte, Substratemperatur und Reaktivität der Ätzspezies, die Formübertragung im dritten Schritt gezielt beeinflusst und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.In a particularly preferred embodiment In the third step, ion processes, such as reactive or nonreactive ion beam etching and reactive ion used, as this by a suitable choice of processing parameters, such as Ion incidence angle, ion energy, ion current density, substrate temperature and reactivity the etching species, the shape transfer specifically influenced in the third step and with high accuracy carried out can be.

Das Ätzen in dem dritten Schritt erfolgt vorteilhaft nicht selektiv in Bezug auf die Schichten und das Werkstück. Dies kann durch geeignete Bearbeitungsparameter oder durch Anpassung des Schichtmaterials an das Substratmaterial hinsichtlich seiner Ätzeigenschaften erreicht werden. Auf diese Weise ist ein nahezu unveränderter Übertrag der in die oberste Schicht eingebrachten Form in die Werkstückoberfläche möglich. Vorteilhaft wird dazu ein nichtreaktives Ionenstrahlätzen verwandt, bei dem die modifizierte Schicht und das Werkstück unter einem Winkel geätzt werden, bei dem die Ätzraten gleich sind. Mittels eines nichtreaktiven Ionenstrahlätzens kann auch die Oberflächenrauheit der Schichten und damit des Werkstücks gezielt verringert werden. Dazu kann die Dicke der obersten Schicht so gewählt werden, dass nach Einbringen der Form noch genügend Schichtmaterial für diesen ioneninduzierten Glättungseffekt zur Verfügung steht, sofern die oberste Schicht bereits aus einem dafür geeigneten Material besteht. Anderenfalls kann das Substrat vorher mit einer hinreichend dicken Schicht aus einem dafür geeigneten Material versehen werden, die zwischen Werkstück und zu modifizierender Schicht angeordnet ist.The etching in the third step is advantageously not selectively in relation on the layers and the workpiece. This can be done by suitable machining parameters or by adaptation of the layer material to the substrate material with respect to its etching properties be achieved. In this way, a nearly unchanged carry the introduced into the top layer form into the workpiece surface possible. Advantageous is used to a non-reactive ion milling, in which the modified layer and the workpiece are etched at an angle, where the etch rates are the same are. By means of a non-reactive ion beam etching also the surface roughness can the layers and thus of the workpiece are specifically reduced. For this purpose, the thickness of the uppermost layer can be chosen so that after introduction of the Form still enough Layer material for this ion-induced smoothing effect is available if the uppermost layer already consists of a suitable material. Otherwise, the substrate may previously be coated with a sufficiently thick layer for one suitable material to be provided between the workpiece and modifying layer is arranged.

Andererseits kann es auch wünschenswert sein, dass das Ätzverhalten in Bezug auf die Schichten untereinander oder wenigstens eine Schicht und Werkstück selektiv ist, was beispielsweise mit einem reaktiven Ätzverfahren eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann die in die oberste Schicht eingebrachte Form skaliert in das Werkstück übertragen werden, so dass zum einen mit Bearbeitungstiefen von wenigen um in der obersten Schicht Formen von bis zu einigen 10 μm in dem Werkstück erzeugt werden können, wie sie vielfach für Asphärisierungen (z. B. der Herstellung einer Planparabel aus einer bestangepassten Zylinderfläche) benötigt werden, und zum anderen aber auch umgekehrt Formen verkleinert und somit hochpräzise von der obersten Schicht in das Werkstück übertragen werden können. Auch im Fall des skalierten Ätzens kann eine zusätzlich auf dem Werkstück zwischen zu modifizierender Schicht und Werkstück aufgebrachte Schicht von Vorteil sein, da so unabhängig von der Materialwahl für Werkstück und zu modifizierender Schicht der Skalierungsfaktor durch Wahl des Materials der zusätzlichen Schicht eingestellt werden kann.on the other hand it may also be desirable that the etching behavior in relation to the layers with each other or at least one layer and workpiece is selective, such as with a reactive etching process can be adjusted. In this way, the one in the top Layer introduced form scaled to be transferred into the workpiece, allowing for one with processing depths of a few um in the top layer Shapes of up to several 10 μm in the workpiece can be generated as they often do for aspherizations (eg the production of a plan parabola from a best-adapted Cylinder surface) needed and vice versa thus highly precise can be transferred from the top layer into the workpiece. Also in Case of scaled etching can be an additional on the workpiece between layer to be modified and workpiece applied layer of Be an advantage, because so independent from the material choice for workpiece and the layer to be modified the scaling factor by choice material of additional Layer can be adjusted.

Durch geeignete Materialwahl, Wahl der Bearbeitungsparameter und gegebenenfalls Anordnung einer oder mehrerer Schichten zwischen der zu modifizierenden obersten Schicht und dem Werkstück können die Effekte der Glättung der Werkstückoberfläche und der skalierten Formübertragung vorteilhaft kombiniert werden.By suitable choice of material, choice of machining parameters and, if necessary Arrangement of one or more layers between the to be modified top layer and the workpiece can the Effects of smoothing the workpiece surface and the scaled shape transfer be advantageously combined.

Weitere Merkmale, Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren, wobei dieFurther Features, characteristics and advantages of the present invention from the following embodiments in connection with the figures, wherein the

1a bis 1d eine Formfehlerkorrektur eines Werkstücks mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und 1a to 1d a shape error correction of a workpiece with the inventive method and

2a bis 2d eine Formgebung, speziell eine Asphärisierung eines Werkstücks mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen. 2a to 2d a shaping, especially an aspherization of a workpiece with the inventive method show.

Als ein Beispiel für die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 1a bis 1d schematisch die Planarisierung eines Werkstücks 1 dargestellt. In einem ersten Schritt wird durch ein Standardverfahren, wie Aufdampfen, Aufsputtern oder Aufschleudern, auf der nicht planaren Ausgangsoberfläche 2 des Werkstücks 1 eine Schicht 3 homogen aufgebracht. Dabei kann es sich z. B. um eine organische Substanz, wie einen Photolack, handeln oder um ein anorganisches Material, wie z. B. SiOx (x = 0...2). Die Schicht 3 bildet mit ihrer Oberfläche 4 in der Regel die mittel- und langwellige Form der Oberfläche 2 des Werkstücks 1 originalgetreu ab, d. h. dass die Tangentenwinkel der einzelnen Punkte der Oberfläche 4 den Tangentenwinkeln der darunter liegenden einzelnen Punkte der Oberfläche 2 des Werkstücks gleich sind (vgl. 1a).As an example of the use of the method according to the invention is in 1a to 1d schematically the planarization of a workpiece 1 shown. In a first step, by a standard method, such as vapor deposition, sputtering or spin coating, on the non-planar starting surface 2 of the workpiece 1 a layer 3 applied homogeneously. It may be z. B. to an organic substance such as a photoresist, act or an inorganic material such. B. SiO x (x = 0 ... 2). The layer 3 forms with its surface 4 usually the medium- and long-wave form of the surface 2 of the workpiece 1 true to original, ie that the tangent angles of the individual points of the surface 4 the tangent angles of the underlying individual points of the surface 2 of Workpiece are the same (see. 1a ).

In einem zweiten Schritt wird die Oberfläche 4 der Schicht 3 mit Hilfe eines lokalen Plasmaätzverfahrens, im dargestellten Beispiel mit einem Subapertur-Plasmastrahl 5 bearbeitet. Das Werkstück 1 hat eine laterale Ausdehnung von 20 mm während der Subapertur-Plasmastrahl 5 eine Wirkungsbreite von etwa 1 mm aufweist. Gesteuert durch eine Verweilzeitmethode, die je nach Menge des abzutragenden Materials den rasterförmig über die Oberfläche 4 geführten Plasmastrahl 5 in den Bereichen länger verweilen lässt, in denen mehr Material abzutragen ist, wird in die Schicht 3 eine neue Oberfläche 4' eingebracht, die eine planare Form aufweist (vgl. 1b).In a second step, the surface becomes 4 the layer 3 by means of a local plasma etching process, in the example shown with a subaperture plasma jet 5 processed. The workpiece 1 has a lateral extent of 20 mm during the subaperture plasma jet 5 has an effective width of about 1 mm. Controlled by a residence time method, depending on the amount of material to be removed, the grid-shaped over the surface 4 guided plasma jet 5 stay longer in those areas where more material needs to be removed into the layer 3 a new surface 4 ' introduced, which has a planar shape (see. 1b ).

Anschließend wird in einem dritten Schritt die Schicht 3 und das darunter liegende Werkstück 1 so lange mit Hilfe eines nichtreaktiven Ionenstrahls 6 geätzt bis zumindest die Schicht 3 vollständig von dem Werkstück 1 entfernt ist. Das Material der Schicht 3 ist dabei so an das Material des Werkstücks 1 angepasst, dass für bestimmte optimierte Bedingungen, im gezeigten Beispiel ein bestimmter Ioneneinfallswinkel α, die Ätzraten für Schicht 3 und Werkstück 1 gleich sind (vgl. 1c). Unter diesen optimierten Bedingungen erfolgt eine originalgetreue Übertragung der Form 4' der Schicht 3 in das Werkstück 1, wobei sich eine planare Oberfläche 2' auf dem Werkstück 1 einstellt (vgl. 1d). Abhängig von den Materialien der Schicht 3 und des Werkstücks 1 kann die Berücksichtigung weiterer Bearbeitungsparameter, wie Ionenenergie, Ionenstromstärke und Substrattemperatur, erforderlich sein, um ein nicht selektives Ätzen und damit eine originalgetreue Formübertragung in dem dritten Schritt zu gewährleisten.Subsequently, in a third step, the layer 3 and the underlying workpiece 1 so long with the help of a non-reactive ion beam 6 etched until at least the layer 3 completely from the workpiece 1 is removed. The material of the layer 3 is thus the material of the workpiece 1 adapted that for certain optimized conditions, in the example shown a certain ion incidence angle α, the etch rates for layer 3 and workpiece 1 are the same (cf. 1c ). Under these optimized conditions a faithful transmission of the form takes place 4 ' the layer 3 into the workpiece 1 , where is a planar surface 2 ' on the workpiece 1 adjusts (cf. 1d ). Depending on the materials of the layer 3 and the workpiece 1 For example, consideration of other processing parameters such as ion energy, ion current intensity and substrate temperature may be required to ensure non-selective etching and thus faithful shape transfer in the third step.

In den 2a bis 2d ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch die Asphärisierung eines Werkstücks 11 dargestellt. Auf die Ausgangsoberfläche 12 des Werkstücks 11 wird wiederum mittels eines Standardverfahrens eine Schicht 13 aufgebracht, die eine Oberfläche 14 besitzt (vgl. 2a). In einem zweiten Schritt wird in die Schicht 13 mit Hilfe eines Verweilzeit gesteuerten Subapertur-Plasmastrahls 15 eine asphärische Form eingebracht, die sich als neue Oberfläche 14' darstellt (vgl. 2b). Die Schicht 13 und das darunter liegende Werkstück 11 werden dann in einem dritten Schritt durch ein reaktives Plasma 16 mit oder ohne Ionenunterstützung (d. h. mit oder ohne BIAS-Spannung) geätzt (vgl. 2c), und zwar mindestens solange, bis die Schicht 13 vollständig vom Werkstück 11 entfernt ist (vgl. 2d). Bei sehr großer Deformation der zu erzielenden Asphäre werden das Material und/oder die Bearbeitungsparameter der Schicht 13 so gewählt, dass der reaktive Ätzprozess 16 in Bezug auf das Material des Werkstücks 11 und der Schicht 13 selektiv ist, d. h. unterschiedlich wirkt. Beispielsweise kann bei dem reaktiven Ätzprozess 16 die Selektivität des Ätzens durch unterschiedliche Materialwahl für die Schicht 13 und das Werkstück 11 so eingestellt werden, dass der chemische Umsatz der Materialien unterschiedlich schnell erfolgt. So reichen, wie in 2c dargestellt, relativ geringe Höhenunterschiede in der Schicht 13 aus, um in das Werkstück 11 eine asphärische Form mit großer Deformation einzubringen, da aufgrund der Materialselektivität eine Skalierung der Form 14' auf die Form 12' des Werkstücks 11 erfolgt. Die Werkstückbearbeitung erfolgt so noch ökonomischer und flexibler.In the 2a to 2d is in a second embodiment schematically the aspherization of a workpiece 11 shown. On the output surface 12 of the workpiece 11 again becomes a layer by means of a standard procedure 13 Applied to a surface 14 owns (cf. 2a ). In a second step is in the layer 13 using a residence time controlled subaperture plasma jet 15 an aspherical shape is introduced, posing as a new surface 14 ' represents (cf. 2 B ). The layer 13 and the underlying workpiece 11 are then in a third step by a reactive plasma 16 etched with or without ion support (ie with or without BIAS voltage) (cf. 2c ), at least until the layer 13 completely from the workpiece 11 is removed (cf. 2d ). In case of very large deformation of the asphere to be achieved, the material and / or the processing parameters of the layer 13 so chosen that the reactive etching process 16 in terms of the material of the workpiece 11 and the layer 13 is selective, ie acts differently. For example, in the reactive etching process 16 the selectivity of the etching by different choice of material for the layer 13 and the workpiece 11 be set so that the chemical conversion of the materials takes place at different speeds. As rich as in 2c shown, relatively low height differences in the layer 13 out to get into the workpiece 11 To introduce an aspherical shape with great deformation, since due to the material selectivity, a scaling of the shape 14 ' on the form 12 ' of the workpiece 11 he follows. The workpiece processing is made even more economical and flexible.

Entgegen dem Asphärisierungsbeispiel der 2a bis 2d, bei dem das Werkstück vor Einsatz des Verfahrens eine planare Oberfläche 12 aufwies und die Materialselektivität so eingestellt wurde, dass ein Verlängerungsfaktor bei der Übertragung der Form auftritt, ist es zum einen selbstverständlich auch möglich, Werkstücke 11 mit beliebiger Ausgangsoberfläche 12 zu verwenden. In diesem Fall wird in die bestimmte Form der Schicht 13 die Korrektur der Ausgangsoberfläche 12 des Werkstücks 11 mit eingebracht. Andererseits ist es auch möglich, die Materialselektivität so zu wählen, dass ein Verkürzungseffekt auftritt. Auf diese Weise können bestimmte Formen 14', die in die Schicht 13 eingebracht wurden, vertikal gestaucht und somit hochpräzise in das Werkstück 11 übertragen werden.Contrary to the aspherization example of 2a to 2d in which the workpiece is a planar surface before use of the method 12 and the material selectivity was adjusted so that an extension factor occurs during the transfer of the mold, it is of course also possible to workpieces 11 with any output surface 12 to use. In this case, in the specific form of the layer 13 the correction of the output surface 12 of the workpiece 11 with introduced. On the other hand, it is also possible to select the material selectivity such that a shortening effect occurs. In this way, certain forms can 14 ' in the layer 13 were introduced, vertically compressed and thus high-precision in the workpiece 11 be transmitted.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht infolge der einfachen lateralen Skalierung des Plasmawerkzeugs bei entsprechend genauer Justage von Werkstück und Werkzeug eine hohe Ortsauflösung der Bearbeitung bis in den Sub-Millimeter-Ortswellenlängenbereich. Damit lassen sich unter anderem mittelfrequente Oberflächenfehler (MSFR), die im Ortswellenlängenbereich von 0,1 bis ca. 3 mm liegen, korrigieren. Durch Variation der Plasmaparameter und dabei insbesondere des Reaktivgasanteils beim Plasmaätzen im Schritt 2 verfügt das Verfahren darüber hinaus auch über eine sehr variable Abtragsdynamik. Diese reicht von 1 nm/s und darunter bis zu einigen 100 nm/s und mehr und kann ohne großen Aufwand an die erforderlichen Bearbeitungstiefen angepasst werden. Damit sind sowohl Nanometer genaue Formfehlerkorrekturen als auch Asphärisierungen im Mikrometer-Bereich durchführbar.The inventive method allows due to the simple lateral scaling of the plasma tool with a correspondingly accurate adjustment of the workpiece and tool a high spatial resolution of the processing to the sub-millimeter spatial wavelength range. This can be used to correct, inter alia, medium-frequency surface defects (MSFR) that lie in the spatial wavelength range of 0.1 to approx. 3 mm. By varying the plasma parameters and in particular the reactive gas content during plasma etching in the step 2 In addition, the method also has a very variable Abtragsdynamik. This ranges from 1 nm / s and below to several 100 nm / s and more, and can be easily adapted to the required processing depths. Thus, both nanometer accurate shape error corrections and aspherizations in the micrometer range are feasible.

Mit den vorstehenden Ausführungen ist deutlich geworden, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Präzisionsbearbeitung der mittel- und langwelligen Oberflächenform eines Werkstücks (1; 11) eine sehr hohe Effizienz, Präzision und Flexibilität aufweist, wobei es nahezu keine Einschränkungen in Bezug auf die bearbeitbaren Materialien gibt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können sowohl definierte Oberflächenformen 12' in Werkstücke 11 eingebracht als auch die Oberflächenform 2 von konventionell vorgefertigten Werkstücken 1 korrigiert werden. Insbesondere ist so eine Korrektur mittelfrequenter Oberflächen- oder Tangentenwinkelfehler von Präzisionsoptiken möglich.With the above statements it has become clear that the method according to the invention for the precision machining of the medium and long-waved surface shape of a workpiece ( 1 ; 11 ) has very high efficiency, precision and flexibility with almost no restrictions on workable materials. With the aid of the method according to the invention, both defined surface forms 12 ' in workpieces 11 introduced as well as the surface shape 2 from conventionally prefabricated workpieces 1 corrected become. In particular, such a correction of medium-frequency surface or tangent angle error of precision optics is possible.

Claims (21)

Verfahren zur Präzisionsbearbeitung der mittel- und langwelligen Oberflächenform eines Werkstücks (1; 11), insbesondere eines optischen Elements oder eines Werkzeugs zur Herstellung eines optischen Elements, gekennzeichnet, durch Ausführung eines ersten Schrittes a), in dem auf die zu bearbeitende Oberfläche (2; 12) des Werkstücks (1; 11) mindestens eine Schicht (3; 13) aufgebracht wird, wobei wenigstens die oberste Schicht (3; 13) aus einem Material besteht, das durch chemisches oder plasmachemisches Ätzen abtragbar ist, eines zweiten Schrittes b), in dem die oberste Schicht (3; 13) dahingehend modifiziert wird, dass mittels eines plasmaunterstützten, chemischen Ätzprozesses mit lokaler Wirkung (5; 15) durch definierte Überlagerung der lokalen Ätzwirkung eine bestimmte Form (4'; 14') eingebracht wird, und eines dritten Schrittes c), in dem die modifizierte Schicht (3; 13) bzw. die Schichten und das Werkstück (1; 11) zumindest solange physikalisch, chemisch-physikalisch, plasmachemisch oder nasschemisch geätzt werden (6; 16), bis die modifizierte Schicht (3; 13) bzw. die Schichten abgetragen sind, so dass das Werkstück (1; 11) eine modifizierte Oberfläche (2'; 12') aufweist.Method for precision machining of the medium and long-wave surface shape of a workpiece ( 1 ; 11 ), in particular an optical element or a tool for producing an optical element, characterized by carrying out a first step a) in which the surface to be processed ( 2 ; 12 ) of the workpiece ( 1 ; 11 ) at least one layer ( 3 ; 13 ) is applied, wherein at least the uppermost layer ( 3 ; 13 ) consists of a material which is ablatable by chemical or plasma chemical etching, a second step b), in which the top layer ( 3 ; 13 ) is modified such that by means of a plasma-enhanced, chemical etching process with local action ( 5 ; 15 ) by defined superimposition of the local etching effect a certain shape ( 4 '; 14 ' ) and a third step c), in which the modified layer ( 3 ; 13 ) or the layers and the workpiece ( 1 ; 11 ) at least as long as physically, chemically-physically, plasma-chemically or wet-chemically etched ( 6 ; 16 ) until the modified layer ( 3 ; 13 ) or the layers are removed, so that the workpiece ( 1 ; 11 ) a modified surface ( 2 '; 12 ' ) having. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die gegebene Oberflächenform (2) des Werkstücks (1) im Ortswellenlängenbereich ≥0,1 mm von einer vorgegebenen Form abweicht und dahingehend verändert wird, dass sie mit der vorgegebenen Form im Rahmen der geforderten Genauigkeit übereinstimmt.Method according to claim 1, wherein the given surface form ( 2 ) of the workpiece ( 1 ) deviates from a given shape in the spatial wavelength range ≥ 0.1 mm and is changed so as to coincide with the predetermined shape within the required accuracy. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei Oberflächenformfehler, Tangentenwinkelfehler oder beides korrigiert werden.Method according to claim 2, wherein surface deformity, Tangent angle error or both are corrected. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei einem Werkstück (11) mit planarer, zylindrischer oder sphärischer Oberflächenform eine beliebige Form, insbesondere eine elliptische, parabolische, hyperbolische oder asphärische Oberflächenform (12') gegeben wird.Method according to claim 1, wherein a workpiece ( 11 ) having a planar, cylindrical or spherical surface shape of any shape, in particular an elliptical, parabolic, hyperbolic or aspherical surface shape ( 12 ' ) is given. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die eingebrachte Form (4'; 14') in der modifizierten Schicht (3; 13) mittels einer lokalen Schichtdickenmessung kontrolliert wird und bei Nichtübereinstimmung der eingebrachten mit der gewünschten Form die modifizierte Schicht (3; 13) allein oder alle Schichten von dem Werkstück (1; 11) entfernt werden und anschließend die Schritte a) und b) erneut ausgeführt werden oder Schritt b) solange wiederholt wird, bis die eingebrachte Form (4'; 14') und die gewünschte Form im Rahmen der geforderten Genauigkeit übereinstimmen.Method according to one of the preceding claims, wherein the introduced form ( 4 '; 14 ' ) in the modified layer ( 3 ; 13 ) is controlled by means of a local layer thickness measurement and in the case of non-conformity of the introduced with the desired shape, the modified layer ( 3 ; 13 ) alone or all layers of the workpiece ( 1 ; 11 ) and then steps a) and b) are repeated or step b) is repeated until the introduced form ( 4 '; 14 ' ) and the desired shape within the required accuracy. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Werkstück (1; 11) ein optisches Element ist, das aus optischem Glas, insbesondere Quarzglas, einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, wie ULE® oder Zerodur®, einem kristallinen Material, wie Silizium, einem Metall, wie Mo, W oder Cu, oder einem fluorhaltigen Kristall, wie CaF2 oder MgF2, besteht, oder ein Werkzeug zur Herstellung optischer Elemente ist, das aus hochschmelzenden metallische Legierungen oder Keramiken, wie SiC, WC oder Si3N4, besteht.Method according to one of the preceding claims, wherein the workpiece ( 1 ; 11 Is) an optical element, made of optical glass, in particular quartz glass, a material having low thermal expansion, such as ULE ® or Zerodur ®, a crystalline material such as silicon, a metal such as Mo, W or Cu, or a fluorine-containing crystal such as CaF 2 or MgF 2 , or is a tool for producing optical elements consisting of refractory metallic alloys or ceramics such as SiC, WC or Si 3 N 4 . Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Schritt b) zur gezielten Überlagerung der lokalen Ätzwirkung die mittlere lokale Ätzzeit computergesteuert durch eine überwiegend nichtgleichförmige Bewegung des Werkstücks (1; 11) relativ zu dem lokal wirkenden Plasma (5; 15) variiert wird, wobei das Werkstück (1; 11) und/oder das lokale Plasma bewegt werden.Method according to one of the preceding claims, in which, in step b) for targeted superimposition of the local etching effect, the mean local etching time is controlled by a predominantly non-uniform movement of the workpiece ( 1 ; 11 ) relative to the locally acting plasma ( 5 ; 15 ), whereby the workpiece ( 1 ; 11 ) and / or the local plasma are moved. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Schritt b) zur gezielten Überlagerung der lokalen Ätzwirkung die mittlere lokale Ätzzeit computergesteuert durch schnelles Ein- und Ausschalten des Plasmas (5; 15) variiert wird, während das Werkstück (1; 11) relativ zu dem lokalen Plasma (5; 15) überwiegend gleichförmig bewegt wird, wobei das Werkstück (1; 11) und/oder das lokale Plasma (5; 15) bewegt werden.Method according to one of the preceding claims, in which in step b) for the targeted superimposition of the local etching effect, the mean local etching time is controlled by computer control by rapid switching on and off of the plasma ( 5 ; 15 ) while the workpiece ( 1 ; 11 ) relative to the local plasma ( 5 ; 15 ) is moved predominantly uniform, wherein the workpiece ( 1 ; 11 ) and / or the local plasma ( 5 ; 15 ) are moved. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Schritt b) der plasmaunterstützte, chemische Ätzprozess (5; 15) mit lokaler Wirkung auf einem reaktiven Plasmastrahl oder Plasmajet basiert, der durch kapazitiv gekoppelte Hochfrequenz- oder Mikrowellenanregung eines Gasstroms geeigneter Zusammensetzung unter atmosphärischen Bedingungen erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in step b) the plasma-assisted, chemical etching process ( 5 ; 15 ) with local action on a reactive plasma jet or plasma jet produced by capacitively coupled high frequency or microwave excitation of a gas stream of suitable composition under atmospheric conditions. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Schritt b) der plasmaunterstützte, chemische Ätzprozess mit lokaler Wirkung (5; 15) mittels eines der Verfahren CVM, PACE, LDE, RAPE oder PJCE erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein in step b) the plasma-enhanced, chemical etching process with local action ( 5 ; 15 ) by means of one of the methods CVM, PACE, LDE, RAPE or PJCE. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ätzen (6; 16) in Schritt c) vollflächig erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the etching ( 6 ; 16 ) in step c) over the entire surface. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ätzen in Schritt c) durch computergesteuerte Teilflächenätzung erfolgt.Method according to one the claims 1 to 10, wherein the etching in step c) by computer-controlled partial area etching. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ätzen (6) in Schritt c) durch reaktives Ionenstrahlätzen, nichtreaktives Ionenstrahlätzen oder reaktives Ionenätzen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the etching ( 6 ) in step c) by reak ion beam etching, non-reactive ion beam etching or reactive ion etching. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Schritt c) das Ätzen (6) in Bezug auf die modifizierte Schicht (3) bzw. die Schichten und das Werkstück (1) nicht selektiv erfolgt, so dass die Form (4') der modifizierten Schicht (3) im Rahmen der geforderten Genauigkeit unverändert in das Werkstück (1) übertragen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) the etching ( 6 ) with respect to the modified layer ( 3 ) or the layers and the workpiece ( 1 ) is not selective, so that the shape ( 4 ' ) of the modified layer ( 3 ) within the required accuracy in the workpiece ( 1 ) is transmitted. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei in Schritt c) als Ätzverfahren (6) nichtreaktives Ionenstrahlätzen unter einem Winkel angewandt wird, bei dem die modifizierte Schicht (3) bzw. die Schichten und das Werkstück (1) mit annähernd gleicher Rate geätzt werden.A method according to claim 14, wherein in step c) as an etching method ( 6 ) non-reactive ion beam etching is applied at an angle at which the modified layer ( 3 ) or the layers and the workpiece ( 1 ) are etched at approximately the same rate. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Schritt c) als Ätzverfahren (6) nichtreaktives Ionenstrahlätzen unter Bedingungen angewandt wird, die zu einer Verringerung der Oberflächenrauheit der modifizierten Schicht (3) und damit des Werkstücks (1) führen.Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) as an etching method ( 6 ) non-reactive ion beam etching is applied under conditions which result in a reduction of the surface roughness of the modified layer ( 3 ) and thus the workpiece ( 1 ) to lead. Verfahren gemäß der vorherigen Ansprüche 1 bis 13, wobei in Schritt c) das Ätzen (16) in Bezug auf die modifizierte Schicht (13) bzw. wenigstens eine der Schichten und das Werkstück (11) selektiv erfolgt, so dass die Form (14') der modifizierten Schicht (13) skaliert in das Werkstück (11) übertragen wird.Method according to the preceding claims 1 to 13, wherein in step c) the etching ( 16 ) with respect to the modified layer ( 13 ) or at least one of the layers and the workpiece ( 11 ) is selectively carried out so that the shape ( 14 ' ) of the modified layer ( 13 ) scales into the workpiece ( 11 ) is transmitted. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwei oder mehrere Schichten in Schritt a) aufgebracht werden und die ein oder mehreren zwischen dem Werkstück und der modifizierten Schicht angeordneten Schichten in Schritt c) geglättet werden und damit eine Glättung der modifizierten Werkstückoberfläche bewirken und/oder infolge eines selektiven Ätzverhaltens eine skalierten Übertragung der Form der modifizierten Schicht in das Werkstück bewirken.Method according to one the previous claims, wherein two or more layers are applied in step a) and the one or more between the workpiece and the modified layer arranged layers are smoothed in step c) and thus a smoothing effect the modified workpiece surface and / or scaled transmission due to a selective etch behavior effect the shape of the modified layer in the workpiece. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Schritt a) die Schicht (3; 13) bzw. die Schichten mittels Aufdampfen, Aufsputtern oder Aufschleudern aufgebracht werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in step a) the layer ( 3 ; 13 ) or the layers are applied by vapor deposition, sputtering or spin coating. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schicht (3; 13) bzw. die Schichten aus einem organischen Material, insbesondere einem Photolack, oder einem anorganischen Material, vorzugsweise SiOx mit x = 0...2, bestehen.Method according to one of the preceding claims, wherein the layer ( 3 ; 13 ) or the layers of an organic material, in particular a photoresist, or an inorganic material, preferably SiO x with x = 0 ... 2, exist. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest in dem dritten Schritt mehrere Werkstücke (1; 11) gleichzeitig bearbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein at least in the third step a plurality of workpieces ( 1 ; 11 ) are processed simultaneously.
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DE102015119325A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-11 Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Method for smoothing surfaces of a workpiece

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