DE102017130797A1 - Method and device for producing a desired surface profile - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils auf einem Werkstück. Die erfindungsgemäße Oberflächenprofilierung ermöglicht eine hohe Präzision in Bezug auf das gewünschte Oberflächenprofil, beispielsweise einen gewünschten homogenen Abtrag. Dabei ist die Prozessführung relativ simpel und der Aufbau der Vorrichtung (10) relativ einfach. Es werden Wendepunkte einer Fahrbewegung vermieden und Fahrbewegungen bleiben auf kurze Distanzen beschränkt. Schließlich sind Werkzeugoberflächen bearbeitbar, die wesentlich größer sind als die Breite der Werkzeugfunktion.The present invention relates to a method and apparatus (10) for producing a desired surface profile on a workpiece. The surface profiling according to the invention enables high precision with respect to the desired surface profile, for example a desired homogeneous removal. The process management is relatively simple and the structure of the device (10) is relatively simple. Turning points of a driving movement are avoided and travel movements are limited to short distances. Finally, tool surfaces are machinable that are significantly larger than the width of the tool function.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.The present invention relates to a method for producing a desired surface profile according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for producing a desired surface profile according to the preamble of claim 9.

Die Oberflächenprofilierung ist eine gängige Methode, um einer Oberfläche eine bestimmte Form aufzuprägen. Dies kann grundsätzlich durch Auftrag oder Abtrag oder Kombination von beidem erfolgen.Surface profiling is a common way to impart a specific shape to a surface. This can basically be done by order or removal or combination of both.

Für eine solche Oberflächenprofilierung können grundsätzlich unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt werden. Bekannt sind solche, die einen direkten Kontakt mit der Oberfläche herstellen, wie es bei mechanisch wirkenden Werkzeugen, beispielsweise Fräsen und dgl. der Fall ist. Bei solchen kontaktbildenden Werkzeugen besteht somit ein direkter Kontakt eines mechanischen Teils des Werkzeuges.In principle, different tools can be used for such surface profiling. Those are known which produce a direct contact with the surface, as is the case with mechanically acting tools, for example milling and the like. In such contact-forming tools, there is thus a direct contact of a mechanical part of the tool.

Andererseits bestehen auch Werkzeuge, die kontaktlos gegenüber der Oberfläche wirken. Es handelt sich also um Werkzeuge, bei denen kein direkter Kontakt eines mechanischen Teils des Werkzeuges mit der Oberfläche besteht. Bekannt sind hier beispielsweise Trennschweißgeräte, LASER-Strahl-Werkzeuge, Drucker, lonenstrahlquellen, Plasmastrahlquellen und dgl.On the other hand, there are also tools that act contactless with respect to the surface. So these are tools where there is no direct contact of a mechanical part of the tool with the surface. Here, for example, are known Trennschweißgeräte, laser beam tools, printers, ion beam sources, plasma jet sources and the like.

Die vorliegende Erfindung geht von solchen kontaktlosen Werkzeugen aus.The present invention is based on such contactless tools.

Problematisch an diesen kontaktlosen Werkzeugen ist es, dass sie immer eine Werkzeugfunktion aufweisen, die eine gewisse räumliche Wirkungsverteilung aufweist, die nicht homogen ist. Beispielsweise weist ein LASER-Strahl in einer Ebene senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung eine inhomogene Intensitätsverteilung auf. Damit ist es aber schwierig eine gewünschte Bearbeitung der Oberfläche vorzunehmen.The problem with these contactless tools is that they always have a tool function that has a certain spatial distribution of effects that is not homogeneous. For example, a laser beam in a plane perpendicular to its propagation direction has an inhomogeneous intensity distribution. This makes it difficult to perform a desired machining of the surface.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist schon bekannt, ein Werkzeug zentral über einem Werkstück anzuordnen und das Werkstück gegenüber dem Werkzeug zu drehen. Dadurch werden Inhomogenitäten der Werkzeugfunktion auf den Kreisbahnen bzgl. der Drehachse ausgeglichen, so dass rotationssymmetrische Oberflächenprofile mit hoher Präzision erzeugt werden können. Allerdings ist die radiale Homogenität des Oberflächenprofils von der Breite der Werkzeugfunktion deren Homogenität über der Breite abhängig, weshalb sie beschränkt ist. Genauer gesagt wird man eine Werkstückgröße wählen, die wesentlich kleiner ist als die Werkzeugfunktion, so dass die Werkzeugfunktion über dem Werkstück weitgehend homogen ist.To remedy this situation, it is already known to arrange a tool centrally over a workpiece and to rotate the workpiece relative to the tool. As a result, inhomogeneities of the tool function on the circular paths are balanced with respect to the axis of rotation, so that rotationally symmetrical surface profiles can be produced with high precision. However, the radial homogeneity of the surface profile is dependent on the width of the tool function their homogeneity across the width, which is why it is limited. More specifically, one will select a workpiece size that is substantially smaller than the tool function, so that the tool function is largely homogeneous over the workpiece.

Dies ist beispielsweise in der US 3 456 616 A gezeigt, die zusätzlich zu einer Drehung des Werkstücks um eine Werkstückdrehachse noch eine Drehung der Werkstückdrehachse um eine zentrale Drehachse, also eine Art Planetenbewegung beschreibt. Diese Planetenbewegung verbessert zwar die Homogenität, beseitigt allerdings nicht die Größenbeschränkung. Außerdem verlängern sich die Bearbeitungszeiten stark.This is for example in the US 3 456 616 A shown, in addition to a rotation of the workpiece about a workpiece axis of rotation still describes a rotation of the workpiece axis of rotation about a central axis of rotation, so a kind of planetary motion. Although this planetary motion improves the homogeneity, it does not eliminate the size limitation. In addition, the processing times are greatly extended.

Eine andere Lösung besteht darin, das Werkstück ruhig stehen zu lassen und das Werkzeug rasterartig über das Werkstück zu bewegen. Solche Anlagen verwenden eine Verweilzeitsteuerung, bei denen jedoch ein enormer maschineller Aufwand besteht und vorab komplizierte Simulationsberechnungen notwendig sind. Außerdem wird ein Meanderpfad für die Bewegung des Werkzeugs über dem Werkstück verwendet, der die Bearbeitungszeit wesentlich vergrößert und bei dem Abbrems- und Beschleunigungsvorgänge am Anfang und Ende jeder Meanderzeile erfolgen, die die Mechanik der Anlage stark belasten.Another solution is to let the workpiece stand still and to move the tool over the workpiece like a grid. Such systems use a residence time control, but in which there is an enormous machine effort and complex simulation calculations are necessary beforehand. In addition, a meander path is used for the movement of the tool over the workpiece, which significantly increases the machining time and in which deceleration and acceleration operations take place at the beginning and end of each meander line which severely stress the mechanics of the system.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenprofilierung mit kontaktlosen Werkzeugen anzugeben, die eine hohe Präzision in Bezug auf das gewünschte Oberflächenprofil ermöglicht. Insbesondere soll die Prozessführung relativ simpel und der Aufbau der Vorrichtung relativ einfach sein. Dabei sollen vorzugsweise Wendepunkte einer Fahrbewegung vermieden und Fahrbewegungen nur auf kurze Distanzen beschränkt bleiben. Besonders bevorzugt sollen Werkzeugoberflächen bearbeitbar sein, die wesentlich größer sind als die Breite der Werkzeugfunktion.It is therefore an object of the present invention to provide a surface profiling with contactless tools, which allows a high degree of precision with respect to the desired surface profile. In particular, the process management should be relatively simple and the structure of the device relatively simple. In this case, inflection points of a travel movement are preferably avoided and travel movements are limited only to short distances. Particularly preferably, tool surfaces should be machinable, which are substantially larger than the width of the tool function.

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.This object is achieved with the method according to the invention according to claim 1 and the device according to the invention as claimed in claim 9. Advantageous further developments are specified in the subclaims and in the following description together with the figures.

Erfinderseits wurde erkannt, dass diese Aufgabe in überraschender Art und Weise dadurch besonders einfach gelöst werden kann, wenn das Werkzeug relativ gegenüber dem Werkstück rotiert wird, wobei der Abstand der Oberflächennormalen des Werkstücks und der Längsachse des Werkzeugs zumindest zwei unterschiedliche Werte annimmt.It has been recognized, on the one hand, that this task can be achieved in a surprising manner in a particularly simple manner if the tool is rotated relative to the workpiece, wherein the tool Distance of the surface normal of the workpiece and the longitudinal axis of the tool assumes at least two different values.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils durch Materialauftrag auf und/oder Materialabtrag von zumindest einem Werkstück mit einer Werkstücknormalen durch ein kontaktloses Bearbeitungswerkzeug mit einer Werkzeugfunktion und einer Werkzeuglängsachse, wobei das Bearbeitungswerkzeug relativ in Bezug auf das Werkstück rotiert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstand zwischen Werkstücknormale und Werkzeuglängsachse auf zumindest zwei unterschiedliche Werte eingestellt wird. Dabei können beide Werte oder nur ein Wert ungleich 0 mm sein.The method according to the invention for producing a desired surface profile by material application and / or material removal of at least one workpiece with a workpiece normal by a contactless machining tool with a tool function and a tool longitudinal axis, wherein the machining tool is rotated relative to the workpiece, is characterized by the distance between workpiece normal and tool longitudinal axis is set to at least two different values. Both values or only one value can not be equal to 0 mm.

„Relativ in Bezug“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass folgende drei unterschiedliche Fälle bestehen können:

  1. i) das Werkzeug steht still und das Werkstück wird um die Werkstücknormale rotiert, wobei die Drehachse nicht identisch mit der Werkstücknormale sein muss,
  2. ii) das Werkstück steht still und das Werkzeug wird auf einer Bahn gegenüber dem Werkstück rotiert und
  3. iii) das Werkstück wird um die Werkstücknormale rotiert, wobei die Drehachse nicht identisch mit der Werkstücknormale sein muss, und das Werkzeug wird auf einer Bahn gegenüber dem Werkstück rotiert.
"Relative in relation to" in the context of the present invention means that the following three different cases may exist:
  1. i) the tool stands still and the workpiece is rotated about the workpiece normal, the axis of rotation need not be identical to the workpiece normal,
  2. ii) the workpiece stands still and the tool is rotated on a path opposite the workpiece and
  3. iii) the workpiece is rotated about the workpiece normal, the axis of rotation need not be identical to the workpiece normal, and the tool is rotated on a path opposite the workpiece.

„Bahn“ schließt nicht nur Kreisbahnen ein, sondern auch andere Bahnen, wie elliptische Bahnen oder andere beliebig gebogene Bahnen."Railway" includes not only circular paths, but also other tracks, such as elliptical tracks or other arbitrarily curved tracks.

„Auf einer Bahn“ bedeutet, dass die Bahn nicht vollständig und/oder nicht in einem Zug durchfahren werden muss, sondern das zumindest teilweise bewegen auf dieser Bahn ausreicht. Ebenso bedeutet „rotiert“ nicht zwingend, dass eine vollständige Rotation vorliegt. Beispielsweise könnte ein Werkstück kontinuierlich um die Werkstücknormale rotiert und zugleich der Abstand zwischen Werkzeuglängsachse und Werkzeugnormale verändert werden."On a train" means that the train does not have to be completely and / or not traversed in one go, but that at least partially move on this track is sufficient. Likewise, "rotating" does not necessarily mean that there is complete rotation. For example, a workpiece could be rotated continuously around the workpiece normal and at the same time the distance between the tool longitudinal axis and tool normal can be changed.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Werkzeugfunktion in Bezug auf die Werkzeuglängsachse rotationssymmetrisch ist. Dann ist die Oberflächenprofilpräzision besonders einfach herstellbar. Zusätzlich oder falls die Werkzeugfunktion nicht rotationssymmetrisch ist, könnte zusätzlich eine Drehung der Werkzeugfunktion um die Werkzeuglängsachse vorgesehen werden.In an advantageous development, it is provided that the tool function is rotationally symmetrical with respect to the tool longitudinal axis. Then the surface profile precision is particularly easy to produce. In addition, or if the tool function is not rotationally symmetrical, a rotation of the tool function could be additionally provided around the tool longitudinal axis.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein rotationssymmetrisches Oberflächenprofil erzeugt wird. Solche Oberflächenprofile lassen sich durch die erfindungsgemäße Rotation mit Abstandsverstellung besonders leicht mit hoher Präzision herstellen.In an advantageous development, it is provided that a rotationally symmetrical surface profile is generated. Such surface profiles can be produced particularly easily with high precision by the rotation adjustment with spacing adjustment according to the invention.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bearbeitungswerkzeug aus der Gruppe umfassend lonenstrahlquellen, Plasmaquellen, Elektronenstrahlquellen, Quellen elektromagnetischer Strahlung oder Teilchenquellen zur Schichtabscheidung ausgewählt wird. Damit lassen sich besonders effektiv Oberflächen bearbeiten.In an advantageous development, it is provided that the machining tool is selected from the group comprising ion beam sources, plasma sources, electron beam sources, sources of electromagnetic radiation or particle sources for layer deposition. This makes it possible to process surfaces very effectively.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Werkstücknormale relativ gegenüber der Werkzeuglängsachse verkippt ausgerichtet wird. Dadurch lassen sich dreidimensionale Oberflächenprofile schneller erzeugen. Außerdem lassen sich auch in Bezug auf die Werkstücknormale Hinterschneidungen im Oberflächenprofil herstellen. Schließlich können auch gekrümmte Oberflächen bearbeitet werden.In an advantageous development, it is provided that the workpiece normal is tilted relative to the longitudinal axis of the tool. As a result, three-dimensional surface profiles can be generated faster. In addition, it is also possible to produce undercuts in the surface profile in relation to the workpiece normal. Finally, even curved surfaces can be processed.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstandsänderung mit aktiver Werkzeugfunktion erfolgt. Das Werkzeug ist also eingeschaltet und die Oberflächenprofilierung wirksam während der Abstandsänderung. Dadurch kann die Bearbeitungszeit reduziert werden.In an advantageous development, it is provided that the change in distance takes place with active tool function. The tool is thus switched on and the surface profiling is effective during the change in distance. This can reduce the processing time.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass für jeden Abstand eine Bearbeitungszeit des Bearbeitungswerkzeugs festgelegt wird.In an advantageous development it is provided that a processing time of the machining tool is determined for each distance.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Werkzeugfunktion bestimmt wird und Abstände sowie die Bearbeitungszeiten der Abstände durch Anpassung der Werkzeugfunktion an das gewünschte Oberflächenprofil bestimmt werden. Bevorzugt wird auch ein Verkippungswinkel der Werkstücknormale relativ gegenüber der Werkzeuglängsachse bestimmt. Dieser Verkippungswinkel kann dabei unterschiedlich sein in Bezug auf die unterschiedlichen Abstände und sich auch zeitlich ändern. In an advantageous development it is provided that the tool function is determined and distances and the processing times of the distances are determined by adapting the tool function to the desired surface profile. Preferably, a tilt angle of the workpiece normal relative to the tool longitudinal axis is determined. This tilt angle can be different with respect to the different distances and also change over time.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Werkzeugfunktion durch mathematische Funktionen aus der Gruppe der Polynomfunktionen, der trigonometrischen Funktionen und der zweidimensionalen Gaußfunktionen und der zweidimensionalen Fehlerfunktionen sowie der Überlagerung zwei oder mehrerer dieser Funktionen modelliert wird.In an advantageous development, it is provided that the tool function is modeled by mathematical functions from the group of polynomial functions, the trigonometric functions and the two-dimensional Gaussian functions and the two-dimensional error functions as well as the superposition of two or more of these functions.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Werkstück auf einem um eine Drehachse drehbaren Werkzeughalter angeordnet wird und das Werkzeug auf einem Radius in Bezug auf die Drehachse von einem ersten Abstand zur Drehachse zu einem zweiten Abstand zur Drehachse bewegt wird. Dadurch ist das Verfahren konstruktiv besonders einfach umsetzbar.In an advantageous development it is provided that the workpiece is arranged on a tool holder rotatable about a rotation axis and the tool is moved on a radius with respect to the rotation axis from a first distance to the rotation axis to a second distance to the rotation axis. As a result, the method is structurally particularly easy to implement.

Unabhängiger Schutz wird beansprucht für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils durch Materialauftrag auf und/oder Materialabtrag von zumindest einem Werkstück mit einer Werkstücknormalen durch ein kontaktloses Bearbeitungswerkzeug mit einer Werkzeugfunktion und einer Werkzeuglängsachse, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, das Bearbeitungswerkzeug relativ in Bezug auf das Werkstück zu rotieren, wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass der Abstand zwischen Werkstücknormale und Werkzeuglängsachse auf zumindest zwei unterschiedliche Werte einstellbar ist..Independent protection is claimed for the device according to the invention for producing a desired surface profile by material application and / or material removal of at least one workpiece with a workpiece normal by a non-contact machining tool with a tool function and a tool longitudinal axis, wherein the device is set up, the machining tool relative to to rotate the workpiece, wherein the device is characterized in that the distance between workpiece normal and tool longitudinal axis is adjustable to at least two different values.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.In an advantageous development, the device is set up to carry out the method according to the invention.

Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:

  • 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Schnittansicht,
  • 2 den Werkstückhalter der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 in einer Draufsicht in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung,
  • 3 das auf dem Werkstückhalter nach 2 angeordnete Werkstück in einem Längsschnitt,
  • 4 den Werkstückhalter der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 in einer Draufsicht in einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung,
  • 5 das Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 6 den relativen Materialabtrag über der radialen Position für ein erstes Ausführungsbeispiel und
  • 7 den relativen Materialabtrag über der radialen Position für ein zweites Ausführungsbeispiel.
The features and further advantages of the present invention will become apparent in the following with reference to the description of preferred embodiments in conjunction with the figures. Here are purely schematic:
  • 1 the device according to the invention in a perspective sectional view,
  • 2 the workpiece holder of the device according to the invention 1 in a plan view in a first preferred embodiment,
  • 3 on the workpiece holder 2 arranged workpiece in a longitudinal section,
  • 4 the workpiece holder of the device according to the invention 1 in a plan view in a second preferred embodiment,
  • 5 the scheme of the method according to the invention,
  • 6 the relative material removal over the radial position for a first embodiment and
  • 7 the relative material removal over the radial position for a second embodiment.

In den 1, 2 und 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 und dessen Werkstückhalter 12 in verschiedenen Ansichten und Ausgestaltungen gezeigt.In the 1 . 2 and 4 is the device according to the invention 10 and its workpiece holder 12 shown in various views and configurations.

Es ist zu erkennen, dass die Vorrichtung 10 eine Vakuumkammer 13 mit einem Gehäuse 14 aufweist, in der eine lonenstrahlquelle 16 als Werkzeug mit einer Werkzeuglängsachse WL und ein Werkstückhalter 12 angeordnet sind. Die Vakuumkammer 13 besitzt wie üblich Mittel zur Evakuierung in Form von Pumpen, Mittel zur Gaszuführung und Mittel zur Energieversorgung der lonenstrahlquelle 16 sowie diesbezügliche Steuertechnik (jeweils nicht gezeigt).It can be seen that the device 10 a vacuum chamber 13 with a housing 14 in which an ion beam source 16 as a tool with a tool longitudinal axis WL and a workpiece holder 12 are arranged. The vacuum chamber 13 has as usual means for evacuation in the form of pumps, means for gas supply and means for supplying power to the ion beam source 16 and related control technology (not shown).

Der Werkstückhalter 12 weist eine Drehachse D auf, um die der Werkstückhalter 12 rotiert werden kann.The workpiece holder 12 has an axis of rotation D on to the the workpiece holder 12 can be rotated.

Die Ionenstrahlquelle 16 kann in Bezug auf die Drehachse D um einen Winkel α verkippt werden. Der Abstand A zwischen Werkstückhalter 12 und lonenstrahlquelle 16 kann beispielsweise durch ein teleskopierbares Element 17 verändert werden. Der Abstand B zwischen der parallel (also unverkippt) zueinander ausgerichteten Drehachse D und Werkzeuglängsachse WL kann beispielsweise mittels eines Schienensystems 18 verändert werden, wobei im unverkippten Zustand und für einen Abstand B = 0 mm die Drehachse D und die Werkzeuglängsachse WL auf einer Linie liegen. Der Abstand B wird also auf einer Achse x verändert, wobei die Achse x auf einem Radius in Bezug auf die Drehachse D liegt.The ion beam source 16 can in terms of the axis of rotation D at an angle α be tilted. The distance A between workpiece holder 12 and ion beam source 16 may be, for example, a telescoping element 17 to be changed. The distance B between the parallel (ie untilted) aligned axis of rotation D and tool longitudinal axis WL For example, by means of a rail system 18 be changed, wherein in the untilted state and for a distance B = 0 mm, the axis of rotation D and the tool longitudinal axis WL lie on a line. The distance B is thus changed on an axis x, wherein the axis x on a radius with respect to the axis of rotation D lies.

Der Werkstückhalter 12 weist einen Durchmesser von 500 mm auf. Auf diesem Werkstückhalter 12 lassen sich entsprechend 2 fünf Werkstücke 19 in Wafer-Form, beispielsweise Si-Wafer nebeneinander anordnen, wobei die Werkstücke 19 einen Durchmesser von 100 mm aufweisen.The workpiece holder 12 has a diameter of 500 mm. On this workpiece holder 12 can be adjusted accordingly 2 five workpieces 19 in wafer form, for example, juxtaposing Si wafers, the workpieces 19 have a diameter of 100 mm.

Ausführungsbeispiel embodiment

Bestimmung der Werkzeugfunktion durch FootprintätzungDetermination of the tool function by footprint etching

Entsprechend 2 wurden fünf Si-Wafer 19 entlang der x-Richtung auf dem Werkstückhalter 12 aneinander angrenzend angeordnet, wodurch die gesamte Breite von 500 mm des Werkstückhalters 12 abgedeckt wurde.Corresponding 2 became five Si wafers 19 along the x-direction on the workpiece holder 12 arranged adjacent to each other, whereby the entire width of 500 mm of the workpiece holder 12 was covered.

Diese Wafer 19 waren vorher mit einer binären Photoresist-Maske 20 versehen worden, wie in 3 schematisch gezeigt ist. Dadurch befand sich auf jedem Wafer 19 ein laterales Gitter 21 mit einer 20 µm-Periode, d.h. es bestanden Photoresist-Stege 22 mit 10 um Breite und angrenzende Gräben 24 mit 10 µm Breite. Dadurch konnte jedem Graben 24 eine exakte Position auf der x-Achse zugeordnet werden.These wafers 19 were before with a binary photoresist mask 20 been provided as in 3 is shown schematically. This was on every wafer 19 a lateral grid 21 with a 20 μm period, ie, there were photoresist lands 22 with 10 um width and adjacent trenches 24 with 10 μm width. This allowed each ditch 24 be assigned an exact position on the x-axis.

Die lonenstrahlquelle 16 wurde unverkippt so angeordnet, dass sich deren Werkzeuglängsachse WL auf einer Linie mit der Drehachse D des Werkstückhalters 12 befand.The ion beam source 16 was arranged untilted so that their tool longitudinal axis WL on a line with the axis of rotation D of the workpiece holder 12 was.

Die lonenstrahlquelle 16 war vom Kaufman-Typ, die mit Argon als Prozessgas und einer Ionenenergie von 800 eV betrieben wurde. Der Arbeitsabstand A betrug 400 mm und der Prozessdruck in der Vakuumkammer lag bei 4,0 * 10-5 mbar.The ion beam source 16 was the Kaufman type, which was operated with argon as a process gas and an ionic energy of 800 eV. The working distance A was 400 mm and the process pressure in the vacuum chamber was 4.0 * 10 -5 mbar.

Der Werkstückhalter 12 wurde mit den Werkstücken 19 mit 5 Umdrehungen pro Minute um die Drehachse D für eine Zeit von 30 min rotiert, wobei die lonenquelle 16 still stand. Prozessparameter: Ionenenergie: 800 eV Prozessgas: Argon Arbeitsabstand: 400 mm Einfallswinkel α: Rotationsgeschwindigkeit: 5 rpm Bearbeitungszeit: 30 min Prozessdruck Vakuumkammer 13: 4,0 * 10-5 mbar The workpiece holder 12 was with the workpieces 19 at 5 revolutions per minute about the axis of rotation D rotated for a period of 30 min, with the ion source 16 stood still. Process parameters: Ion energy: 800 eV Process gas: argon Working distance: 400 mm Angle of incidence α: 0 ° Rotation speed: 5 rpm Processing time: 30 min Process pressure vacuum chamber 13: 4.0 * 10 -5 mbar

Dadurch wurden die Wafer 19 in den Gräben 24 geätzt, wobei die Photoresist-Maske 20 eine Ätzung der Wafer 19 an den jeweiligen Positionen der Stege 22 verhinderte.This made the wafers 19 in the trenches 24 etched, with the photoresist mask 20 an etching of the wafers 19 at the respective positions of the webs 22 prevented.

Nach Beendigung der Ätzung wurden alle Wafer 19 entnommen und die Photoresist-Maske 20 nasschemisch entfernt. Anschließend wurde die Tiefe, also der durch die Ätzung bedingte Materialabtrag, an der Stelle der Gräben 24 mittels Rastkraftmikroskopie gemessen 25.After completion of the etching, all wafers were 19 taken and the photoresist mask 20 removed wet-chemically. Subsequently, the depth, that is, the etching caused by the material removal, at the location of the trenches 24 measured by means of detent force microscopy 25 ,

Die gemessenen Abträge wurden als Eingangsdaten für die Bestimmung der Werkzeugfunktion, in diesem Falle also der Abtragfunktion, verwendet. Dabei wurde die Werkzeugfunktion mit Hilfe einer nichtlinearen Fit-Prozedur durch eine Superposition 2-dimensionaler Gauß- und Fehlerfunktionen angepasst, um dadurch Parameter wie beispielsweise Ätzraten, Standardabweichungen in x- und y-Richtung, Plateauwerte und dgl. zu bestimmen. Folgende Parameter der Werkzeugfunktion wurden berechnet: Maximale Ätzrate: 9,48 nm/min Halbwertsbreite: 192,40 mm Volumenätzrate: 0,40 mm3/min The measured ablations were used as input data for the determination of the tool function, in this case the ablation function. In doing so, the tool function was fit by means of a nonlinear fit procedure through a superposition of 2-dimensional Gaussian and error functions to thereby determine parameters such as etch rates, standard deviations in x and y directions, plateau values and the like. The following parameters of the tool function were calculated: Maximum etching rate: 9.48 nm / min FWHM: 192.40 mm Volumenätzrate: 0.40 mm 3 / min

Homogenes OberflächenprofilHomogeneous surface profile

Die so berechnete Werkzeugfunktion wurde über Kreise mit ausreichend vielen Radien integriert, um die mittlere und maximale Abweichung von der gewünschten Oberflächenprofilierung zu erhalten. In diesem Fall sollte ein homogener Abtrag über der gesamten Werkstückhalterfläche erzielt werden.The calculated tool function was integrated over circles with enough radii to obtain the mean and maximum deviation from the desired surface profiling. In this case, a homogeneous removal should be achieved over the entire workpiece holder surface.

In einer anschließenden nichtlinearen Fit-Prozedur wurden mit Hilfe der genannten Kreisintegrale die Parameter der zwei Abstände B1, B2 von der Drehachse D und die Bearbeitungszeiten für die jeweiligen Abstände bestimmt, so dass die gewünschte Oberflächenprofilierung möglichst genau erhalten wird. Als Normen wurden dabei die L2- (Methode der kleinsten Quadrate) und die Min(Max(.))-Norm verwendet. Es wurden folgende optimale Ätzparameter für zwei Abstände B1, B2 berechnet: Erster Abstand B1: 107,87 mm Bearbeitungszeit für ersten Abstand B1: 27,15 min Zweiter Abstand B2: 260,55 mm Bearbeitungszeit für zweiten Abstand B2: 67,18 min In a subsequent nonlinear fit procedure, the parameters of the two distances became known with the help of the mentioned circle integrals B1 . B2 from the axis of rotation D and determines the processing times for the respective distances, so that the desired surface profiling is obtained as accurately as possible. The norms used were the L2 (least squares method) and the Min (Max (.)) Norms. The following optimal etching parameters for two distances B1, B2 were calculated: First distance B1: 107.87 mm Processing time for first distance B1: 27.15 min Second distance B2: 260.55 mm Processing time for second distance B2: 67.18 min

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit der Vorrichtung 10 entsprechend dem Schema nach 5 durchgeführt. Genauer gesagt wurde der Werkstückhalter 12 um die Drehachse D kontinuierlich gedreht und die lonenquelle 16 mit seiner Werkzeugfunktion 26 an einem ersten Abstand B1 der Werkzeuglängsachse WL in Bezug auf die Drehachse D über eine erste bestimmte Bearbeitungszeit angeordnet und anschließend an einem zweiten Abstand B2 der Werkzeuglängsachse WL in Bezug auf die Drehachse D über eine zweite bestimmte Bearbeitungszeit angeordnet.The inventive method was with the device 10 according to the diagram 5 carried out. More specifically, the workpiece holder 12 around the axis of rotation D continuously rotated and the ion source 16 with its tool function 26 at a first distance B1 the tool longitudinal axis WL in relation to the axis of rotation D arranged over a first specific processing time and then at a second distance B2 the tool longitudinal axis WL in relation to the axis of rotation D arranged over a second specific processing time.

In diesem bestimmten Fall könnte auch zuerst die Anordnung an dem zweiten Abstand B2 und anschließend die Anordnung am ersten Abstand B1 vorgenommen werden. Ob diese Anordnung verstauschbar ist, hängt letztlich vom gewünschten Oberflächenprofil ab.In this particular case, the arrangement at the second distance could also be the first B2 and then the arrangement at the first distance B1 be made. Whether this arrangement is interchangeable ultimately depends on the desired surface profile.

Zur Bestimmung der Präzision des erzeugten Oberflächenprofils wurden drei Wafer 28 entsprechend 4 auf dem Werkstückhalter 12 auf der x-Achse so angeordnet, dass sie direkt aneinander lagen. Dadurch wurde ein Radienbereich von - 50 bis + 250 mm (entspricht einem Durchmesser von 500 mm) abgedeckt. Durch die Rotation des Werkstückhalters 12 entsteht ein symmetrisches Oberflächenprofil, so dass die Anordnung dieser drei Wafer 28 ausreichend war.To determine the precision of the generated surface profile, three wafers were used 28 corresponding 4 on the workpiece holder 12 arranged on the x-axis so that they lay directly against each other. This covered a radius range of - 50 to + 250 mm (equivalent to a diameter of 500 mm). By the rotation of the workpiece holder 12 creates a symmetrical surface profile, so that the arrangement of these three wafers 28 was sufficient.

Diese Wafer 28 waren identisch wie die Wafer 19 mit einem lateralen Gitter 21 in der Form von Stegen 22 und Gräben 24 eines binären Photoresists 20 versehen worden. Während der Veränderung des Abstandes B vom ersten Abstand B1 zum zweiten Abstand B2 war die lonenstrahlquelle 16 deaktiviert worden. Folgende Ätzparameter waren verwendet worden: Ionenenergie: 800 eV Prozessgas: Argon Arbeitsabstand: 400 mm Einfallswinkel α: Rotationsgeschwindigkeit: 5 rpm Prozessdruck Vakuumkammer 13: 3,8 * 10-5 mbar These wafers 28 were the same as the wafers 19 with a lateral grid 21 in the form of webs 22 and ditches 24 a binary photoresist 20 been provided. During the change of the distance B from the first distance B1 to the second distance B2 was the ion beam source 16 been deactivated. The following etching parameters had been used: Ion energy: 800 eV Process gas: argon Working distance: 400 mm Angle of incidence α: 0 ° Rotation speed: 5 rpm Process pressure vacuum chamber 13: 3.8 * 10 -5 mbar

Nachdem das Ätzen abgeschlossen war, wurde die Photoresist-Maske 20 wiederum nasschemisch entfernt und das Oberflächenprofil mittels Rasterkraftmikroskopie vermessen, um dadurch die Ätztiefen an den Stellen der Gräben 24 zu bestimmen.After the etching was completed, the photoresist mask became 20 again wet-chemically removed and measured the surface profile by atomic force microscopy, thereby etching depths at the locations of the trenches 24 to determine.

Es ergab sich der in 6 gezeigte Zusammenhang zwischen dem relativen Abtrag und der Position auf der x-Achse. Daraus konnten folgende Werte berechnet werden: Minimaler Abtrag bezogen auf den gesamten Werkstückhalterdurchmesser: 106,1 nm Mittlerer Abtrag bezogen auf den gesamten Werkstückhalterdurchmesser: 107,9 nm Maximaler Abtrag bezogen auf den gesamten Werkstückhalterdurchmesser: 109,2 nm Relative Abweichung bezogen auf den gesamten Werkstückhalterdurchmesser: 2,8% Relative Abweichung bezogen auf ein Werkstückhalterdurchmesser von 450 mm 1,9% It resulted in the 6 shown relationship between the relative removal and the position on the x-axis. From this the following values could be calculated: Minimal removal based on the total workpiece holder diameter: 106.1 nm Average removal based on the total workpiece holder diameter: 107.9 nm Maximum removal based on the total workpiece holder diameter: 109.2 nm Relative deviation related to the total workpiece holder diameter: 2.8% Relative deviation based on a workpiece holder diameter of 450 mm 1.9%

Es konnte somit eine sehr gute Präzision bei der Erzeugung eines homogenen Oberflächenprofils erreicht werden, die durch Einbeziehung weiterer Abstände B und diesbezüglicher Bearbeitungszeiten noch verbessert werden kann.It was thus possible to achieve very good precision in the generation of a homogeneous surface profile, which could be achieved by including further distances B and related processing times can be improved.

Ausführungsbeispielembodiment

Bestimmung der Werkzeugfunktion durch FootprintätzungDetermination of the tool function by footprint etching

Entsprechend 2 wurden wiederum fünf Si-Wafer 18 mit einem binären Gitter von 20 µm Periode entsprechend 3 entlang der x-Richtung auf dem Werkstückhalter 12 aneinander angrenzend angeordnet, wodurch die gesamte Breite von 500 mm des Werkstückhalters 12 abgedeckt wurde.Corresponding 2 again five Si wafers 18 corresponding to a binary grid of 20 μm period 3 along the x-direction on the workpiece holder 12 arranged adjacent to each other, whereby the entire width of 500 mm of the workpiece holder 12 was covered.

Die Ionenstrahlquelle 16 wurde unverkippt so angeordnet, dass sich deren Werkzeuglängsachse WL auf einer Linie mit der Drehachse D des Werkstückhalters 12 befand.The ion beam source 16 was arranged untilted so that their tool longitudinal axis WL on a line with the axis of rotation D of the workpiece holder 12 was.

Die lonenstrahlquelle 16 war vom Kaufman-Typ, die mit Argon als Prozessgas und einer Ionenenergie von 800 eV betrieben wurde. Der Arbeitsabstand A betrug 425 mm und der Prozessdruck in der Vakuumkammer lag bei 4,2 * 10-5 mbar. Im Unterschied zum 1. Ausführungsbeispiel war hier also der Abstand A vergrößert worden, um im Zusammenhang mit einer erhöhten Gitter-2-Spannung und einem erhöhten Gasfluss der lonenquelle 16 die Halbwertsbreite der Werkzeugfunktion der lonenquelle 16 zu vergrößern.The ion beam source 16 was the Kaufman type, which was operated with argon as a process gas and an ionic energy of 800 eV. The working distance A was 425 mm and the process pressure in the vacuum chamber was 4.2 * 10 -5 mbar. In contrast to the first embodiment, so here was the distance A has been increased to be associated with increased lattice 2 voltage and increased gas flow to the ion source 16 the half width of the tool function of the ion source 16 to enlarge.

Der Werkstückhalter 12 wurde mit den Werkstücken 18 mit 5 Umdrehungen pro Minute um die Drehachse D für einen Zeit von 36,2 min rotiert, wobei die lonenquelle 16 stillstand. Prozessparameter: Ionenenergie: 800 eV Prozessgas: Argon Arbeitsabstand: 425 mm Einfallswinkel α: Rotationsgeschwindigkeit: 5 rpm Bearbeitungszeit: 36,2 min Prozessdruck Vakuumkammer 13: 4,2 * 10-5 mbar The workpiece holder 12 was with the workpieces 18 at 5 revolutions per minute about the axis of rotation D rotated for a time of 36.2 minutes, with the ion source 16 Stood Still. Process parameters: Ion energy: 800 eV Process gas: argon Working distance: 425 mm Angle of incidence α: 0 ° Rotation speed: 5 rpm Processing time: 36.2 min Process pressure vacuum chamber 13: 4.2 * 10 -5 mbar

Nach Beendigung der Ätzung wurden alle Wafer 18 entnommen und die Photoresist-Maske 20 nasschemisch entfernt. Anschließend wurde wiederum die Tiefe an der Stelle der Gräben 24 mittels Rastkraftmikroskopie gemessen und die Werkzeugfunktion wie folgt bestimmt: Maximale Ätzrate: 4,98 nm/min Halbwertsbreite: 280,70 mm Volumenätzrate: 0,42 mm3/min After completion of the etching, all wafers were 18 taken and the photoresist mask 20 removed wet-chemically. Subsequently, the depth was again in the place of the trenches 24 measured by means of detent force microscopy and the tool function determined as follows: Maximum etching rate: 4.98 nm / min FWHM: 280.70 mm Volumenätzrate: 0.42 mm 3 / min

Rotationssymmetrisches OberflächenprofilRotationally symmetric surface profile

Die so berechnete Werkzeugfunktion wurde wiederum über Kreise mit ausreichend vielen Radien integriert, um die mittlere und maximale Abweichung von der gewünschten Oberflächenprofilierung zu erhalten. In diesem Fall sollte eine rotationssymmetrische Kurvengestalt über der gesamten Werkstückhalterfläche erzielt werden, die näherungsweise mittels einer Exponentialfunktion mit polinomialem Exponent zweiten Grades gebildet wird.The tool function thus calculated was in turn integrated over circles with enough radii to obtain the mean and maximum deviation from the desired surface profiling. In this case, a rotationally symmetric curve shape should over the entire workpiece holder surface which is approximately formed by means of an exponential function with polynomial second-order exponent.

In einer anschließenden nichtlinearen Fit-Prozedur wurden mit Hilfe der genannten Kreisintegrale wiederum die Parameter der zwei Abstände B1, B2 von der Drehachse D und die Bearbeitungszeiten für die jeweiligen Abstände bestimmt, so dass die gewünschte Oberflächenprofilierung möglichst genau erhalten wird. Als Normen wurden dabei die L2- (Methode der kleinsten Quadrate) und die Min(Max(.))-Norm verwendet. Es wurden folgende optimale Ätzparameter für zwei Abstände B1, B2 berechnet: Erster Abstand B1: 200,00 mm Bearbeitungszeit für ersten Abstand B1: 4,07 min Zweiter Abstand B2: 400,00 mm Bearbeitungszeit für zweiten Abstand B2: 158,75 min In a subsequent non-linear fitting procedure, the parameters of the two distances were again determined with the help of the mentioned circle integrals B1 . B2 from the axis of rotation D and determines the processing times for the respective distances, so that the desired surface profiling is obtained as accurately as possible. The norms used were the L2 (least squares method) and the Min (Max (.)) Norms. The following optimal etching parameters for two distances B1, B2 were calculated: First distance B1: 200.00 mm Processing time for first distance B1: 4.07 min Second distance B2: 400.00 mm Processing time for second distance B2: 158.75 min

Zur Bestimmung der Präzision des erzeugten Oberflächenprofils wurden drei Wafer 28 analog zu 4 auf dem Werkstückhalter 12 auf der x-Achse so angeordnet, dass sie direkt aneinander lagen. Dadurch wurde ein Bereich von -50 mm bis + 250 mm auf der x-Achse abgedeckt. Auch hier waren wiederum wegen der Rotationssymmetrie drei Wafer 28 ausreichend.To determine the precision of the generated surface profile, three wafers were used 28 analogous to 4 on the workpiece holder 12 arranged on the x-axis so that they lay directly against each other. This covered a range of -50 mm to + 250 mm on the x-axis. Again, there were three wafers because of rotational symmetry 28 sufficient.

Diese Wafer 18 waren identisch zum 1. Ausführungsbeispiel mit einem binären Gitter in der Form von Stegen 22 und Gräben 24 eines Photoresists 20 versehen worden. Währen der Veränderung des Abstandes B vom ersten Abstand B1 zum zweiten Abstand B2 war die lonenstrahlquelle 16 deaktiviert worden. Folgende Ätzparameter waren verwendet worden: Ionenenergie: 800 eV Prozessgas: Argon Arbeitsabstand: 425 mm Einfallswinkel α: Rotationsgeschwindigkeit: 5 rpm Prozessdruck Vakuumkammer 13: 4,4 * 10-5 mbar These wafers 18 were identical to the first embodiment with a binary grid in the form of webs 22 and ditches 24 a photoresist 20 been provided. During the change of the distance B from the first distance B1 to the second distance B2 was the ion beam source 16 been deactivated. The following etching parameters had been used: Ion energy: 800 eV Process gas: argon Working distance: 425 mm Angle of incidence α: 0 ° Rotation speed: 5 rpm Process pressure vacuum chamber 13: 4.4 * 10 -5 mbar

Nachdem das Ätzen abgeschlossen war, wurde die Photoresist-Maske 20 wiederum nasschemisch entfernt und das Oberflächenprofil mittels Rasterkraftmikroskopie vermessen, um dadurch die Ätztiefen an den Stellen der Gräben 24 zu bestimmen.After the etching was completed, the photoresist mask became 20 again wet-chemically removed and measured the surface profile by atomic force microscopy, thereby etching depths at the locations of the trenches 24 to determine.

Es ergab sich der in 7 gezeigte Zusammenhang zwischen dem relativen Abtrag und der Position auf der x-Achse. Zur besseren Verdeutlichung ist das Oberflächenprofil um die Drehachse D gespiegelt gezeigt. Dieses erhaltene Oberflächenprofil (Punkte) entsprach sehr gut dem gewünschten Oberflächenprofil (durchgezogene Linie). Einzig im Bereich der Drehachse D bestehen geringfüge Abweichungen von 2,5 nm zwischen erzeugter und gewünschter Oberflächenprofilierung.It resulted in the 7 shown relationship between the relative removal and the position on the x-axis. For better clarity, the surface profile is about the axis of rotation D shown mirrored. This obtained surface profile (dots) corresponded very well to the desired surface profile (solid line). Only in the area of the rotary axis D There are slight deviations of 2.5 nm between generated and desired surface profiling.

Es konnte somit eine sehr gute Präzision bei der Erzeugung des gewünschten Oberflächenprofils erreicht werden, die durch Einbeziehung weiterer Abstände B und diesbezüglicher Bearbeitungszeiten noch verbessert werden kann.It was thus possible to achieve a very good precision in the production of the desired surface profile, by including further distances B and related processing times can be improved.

Auch wenn die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wurde, bei denen einen Oberflächenprofilierung durch Abtragung erfolgte, ist doch klar, dass die Erfindung auch bei einem Materialauftrag wirksam ist. Außerdem könnte auch eine Kombination von Abtrag und Auftrag erfolgen. Hierzu könnten auch zwei unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt werden.Although the invention has been explained with reference to embodiments in which a surface profiling was carried out by ablation, it is clear that the invention is also effective in a material application. In addition, a combination of erosion and order could take place. For this purpose, two different tools could be used.

Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenprofilierung mit kontaktlosen Werkzeugen bereitgestellt wird, bei der eine hohe Präzision in Bezug auf das gewünschte Oberflächenprofil ermöglicht wird. Dabei ist die Prozessführung relativ simpel und der Aufbau der Vorrichtung relativ einfach. Es werden Wendepunkte einer Fahrbewegung vermieden und Fahrbewegungen bleiben auf kurze Distanzen beschränkt. Schließlich sind Werkzeugoberflächen bearbeitbar, die wesentlich größer sind als die Breite der Werkzeugfunktion.From the foregoing, it has become clear that the present invention provides surface profiling with non-contact tools that enables high precision with respect to the desired surface profile. The process management is relatively simple and the structure of the device is relatively simple. Turning points of a driving movement are avoided and Travel movements are limited to short distances. Finally, tool surfaces are machinable that are significantly larger than the width of the tool function.

Soweit nichts anderes angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Dabei können gegenständliche Merkmale der Vorrichtung auch im Rahmen eines Verfahrens umformuliert zu Verfahrensmerkmalen Verwendung finden und Verfahrensmerkmale im Rahmen einer Vorrichtung umformuliert zu Merkmalen der Vorrichtung.Unless otherwise indicated, all features of the present invention may be freely combined. The features described in the description of the figures can, unless stated otherwise, be freely combined with the other features as features of the invention. In this case, representational features of the device can also be reworded as part of a method to process features use and reformulated process characteristics in the context of a device features of the device.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
erfindungsgemäße Vorrichtunginventive device
1212
WerkstückhalterWorkpiece holder
1313
Vakuumkammervacuum chamber
1414
Gehäuse der Vakuumkammer 13Housing of the vacuum chamber 13
1616
Ionenstrahlquelle, WerkzeugIon beam source, tool
1717
teleskopierbares Elementtelescopic element
1818
Schienensystemrail system
1919
Werkstücke, Si-WaferWorkpieces, Si wafers
2020
binäre Photoresist-Maskebinary photoresist mask
2121
laterales Gitterlateral grid
2222
Photoresist-StegePhotoresist webs
2424
Gräbentrenches
2525
Messpunkte der RasterkraftmessungMeasuring points of the atomic force measurement
2626
Werkzeugfunktiontool function
2828
Waferwafer
αα
Verkippungswinkeltilt
AA
Abstand zwischen Werkstückhalter 12 und Ionenstrahlquelle 16Distance between workpiece holder 12 and ion beam source 16
BB
Abstand zwischen Drehachse D und Werkzeuglängsachse WLDistance between rotation axis D and tool longitudinal axis WL
B1B1
erster Abstandfirst distance
B2B2
zweiter Abstandsecond distance
DD
Drehachseaxis of rotation
WLWL
Werkzeuglängsachsetool longitudinal axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 3456616 A [0008]US 3,456,616 A [0008]

Claims (10)

Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils durch Materialauftrag auf und/oder Materialabtrag von zumindest einem Werkstück mit einer Werkstücknormalen durch ein kontaktloses Bearbeitungswerkzeug mit einer Werkzeugfunktion und einer Werkzeuglängsachse, wobei das Bearbeitungswerkzeug relativ in Bezug auf das Werkstück rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Werkstücknormale und Werkzeuglängsachse auf zumindest zwei unterschiedliche Werte eingestellt wird.A method for producing a desired surface profile by material application and / or material removal of at least one workpiece with a workpiece normal by a contactless machining tool with a tool function and a tool longitudinal axis, wherein the machining tool is rotated relative to the workpiece, characterized in that the distance between Workpiece standards and tool longitudinal axis is set to at least two different values. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein rotationssymmetrisches Oberflächenprofil, bevorzugt ein homogener Abtrag erzeugt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a rotationally symmetrical surface profile, preferably a homogeneous removal is generated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug aus der Gruppe umfassend lonenstrahlquellen, Plasmaquellen, Elektronenstrahlquellen, Quellen elektromagnetischer Strahlung und Teilchenquellen für die Schichtabscheidung ausgewählt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the machining tool is selected from the group consisting of ion beam sources, plasma sources, electron beam sources, sources of electromagnetic radiation and particle sources for the film deposition. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücknormale relativ gegenüber der Werkzeuglängsachse verkippt ausgerichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece normal is tilted relative to the longitudinal axis of the tool tilted. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsänderung mit aktiver Werkzeugfunktion erfolgt und/oder dass für jeden Abstand eine Bearbeitungszeit des Bearbeitungswerkzeugs festgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change in distance takes place with active tool function and / or that a processing time of the machining tool is set for each distance. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugfunktion bestimmt wird und Abstände sowie die Bearbeitungszeiten der Abstände durch Anpassung der Werkzeugfunktion an das gewünschte Oberflächenprofil bestimmt werden, wobei bevorzugt auch ein Verkippungswinkel der Oberflächennormale des Werkstücks gegenüber der Werkzeuglängsachse bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool function is determined and distances and the processing times of the distances are determined by adjusting the tool function to the desired surface profile, wherein preferably also a tilt angle of the surface normal of the workpiece relative to the tool longitudinal axis is determined. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugfunktion durch mathematische Funktionen aus der Gruppe der Polynomfunktionen, der trigonometrischen Funktionen, der zweidimensionalen Gaußfunktionen und der zweidimensionale Fehlerfunktionen sowie der Überlagerung zwei oder mehrerer dieser Funktionen modelliert wird.Method according to Claim 6 , characterized in that the tool function is modeled by mathematical functions from the group of polynomial functions, the trigonometric functions, the two-dimensional Gaussian functions and the two-dimensional error functions as well as the superposition of two or more of these functions. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück auf einem um eine Drehachse drehbaren Werkzeughalter angeordnet wird und das Werkzeug auf einem Radius in Bezug auf die Drehachse von einem ersten Abstand zur Drehachse zu einem zweiten Abstand zur Drehachse bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece is arranged on a rotatable about an axis tool holder and the tool is moved on a radius with respect to the axis of rotation from a first distance to the axis of rotation to a second distance from the axis of rotation. Vorrichtung (10) zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils durch Materialauftrag auf und/oder Materialabtrag von zumindest einem Werkstück mit einer Werkstücknormalen durch ein kontaktloses Bearbeitungswerkzeug (16) mit einer Werkzeugfunktion (26) und einer Werkzeuglängsachse (WL), wobei die Vorrichtung (10) eingerichtet ist, das Bearbeitungswerkzeug (16) relativ in Bezug auf das Werkstück zu rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (B) zwischen Werkstücknormale und Werkzeuglängsachse (WL) auf zumindest zwei unterschiedliche Werte einstellbar ist.Device (10) for producing a desired surface profile by material application and / or material removal of at least one workpiece with a workpiece normal by a contactless machining tool (16) with a tool function (26) and a tool longitudinal axis (WL), wherein the device (10) set is to rotate the machining tool (16) relative to the workpiece, characterized in that the distance (B) between workpiece normal and tool longitudinal axis (WL) is adjustable to at least two different values. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8 durchzuführen.Device after Claim 9 , characterized in that the device is adapted to the method according to one of Claims 2 to 8th perform.
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