DE102017130797B4 - Process for creating a desired surface profile - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils durch Materialauftrag auf und/oder Materialabtrag von zumindest einem Werkstück (19) mit einer Werkstücknormalen durch ein kontaktloses Bearbeitungswerkzeug (16) mit einer Werkzeugfunktion (26) und einer Werkzeuglängsachse (WL), wobei das Bearbeitungswerkzeug (16) relativ in Bezug auf das Werkstück (19) rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Werkstück (19) eine Maske (20) aufgebracht und das Werkstück (19) mit dem Werkzeug (16) bearbeitet wird, wobei der Abstand (B) zwischen Werkstücknormale und Werkzeuglängsachse (WL) auf zumindest zwei unterschiedliche Werte (B1, B2) eingestellt wird.Method for generating a desired surface profile by applying material to and/or removing material from at least one workpiece (19) with a workpiece normal using a contactless machining tool (16) with a tool function (26) and a tool longitudinal axis (WL), the machining tool (16) being relatively is rotated in relation to the workpiece (19), characterized in that a mask (20) is applied to the workpiece (19) and the workpiece (19) is machined with the tool (16), the distance (B) between the workpiece normal and the longitudinal tool axis (WL) is set to at least two different values (B1, B2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a method for generating a desired surface profile according to the preamble of claim 1.

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 method of imprinting a specific shape on a surface. In principle, this can be done by application or removal or a 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 a surface profiling. Those are known which make direct contact with the surface, as is the case with mechanically acting tools, for example milling machines and the like. In the case of such contact-forming tools, there is therefore direct contact between 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 without contact with the surface. These are tools in which there is no direct contact between a mechanical part of the tool and the surface. For example, cut-off welding devices, laser beam tools, printers, ion beam sources, plasma beam sources and the like are known here.

Die vorliegende Erfindung geht von solchen kontaktlosen Werkzeugen aus.The present invention is based on such non-contact 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 non-contact tools is that they always have a tool function that has a certain spatial effect distribution that is not homogeneous. For example, a LASER beam has an inhomogeneous intensity distribution in a plane perpendicular to its direction of propagation. However, this makes it difficult to carry out a desired processing 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. In order to remedy this, it is already known to arrange a tool centrally over a workpiece and to rotate the workpiece relative to the tool.

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.This compensates for inhomogeneities in the tool function on the circular paths 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 depends on the width of the tool function and its homogeneity across the width, which is why it is limited. More precisely, one will select a workpiece size that is significantly 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 U.S. 3,456,616 A shown, which describes a rotation of the workpiece axis of rotation about a central axis of rotation, ie a kind of planetary movement, in addition to a rotation of the workpiece about a workpiece axis of rotation. While this planetary motion improves homogeneity, it does not remove the size constraint. In addition, the processing times are greatly increased.

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 hold the workpiece still and scan the tool over the workpiece in a raster fashion. Such systems use a dwell time control, but in which there is an enormous outlay in terms of machinery and complicated simulation calculations are necessary in advance. In addition, a meander path is used to move the tool over the workpiece, which significantly increases the machining time and in which deceleration and acceleration processes take place at the beginning and end of each meander line, which places a heavy load on the system's mechanics.

Die US 2016 0 111 249 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Probenpräparation zur Vorbereitung von Probenuntersuchungen, beispielsweise mikroskopischer Art. Dabei wird in einem ersten Schritt die Probe mittels einer lonenquelle bestrahlt, wobei die Oberfläche abgetragen wird, und anschließend erfolgt eine Beschichtung durch Bestrahlung eines Targets. Dazu lässt sich die Probe mit Hilfe einer Hubmechanik vertikal in den Strahl verfahren. Außerdem kann die Sputterquelle gegenüber der Probe verkippt werden.the U.S. 2016 0 111 249 A1 describes a device and a method for sample preparation in preparation for sample examinations, for example microscopic type. In a first step, the sample is irradiated by means of an ion source, the surface being removed, and then coating takes place by irradiating a target. For this purpose, the sample can be moved vertically into the beam with the help of a lifting mechanism. In addition, the sputtering source can be tilted relative to the sample.

Die US 2014 0 028 828 A1 offenbart eine Vorläufererfindung zur US 2016 0 111 249 A1 , wobei keine Beschichtung vorgesehen ist. Stattdessen werden ein oder zwei Sputterquellen verwendet, um eine oder beide Seiten der Probe zugleich präparieren zu können. Der Probenhalter, der hierzu eingesetzt wird, ist in der DE 11 2011 103 860 T5 näher beschrieben.the U.S. 2014 0 028 828 A1 discloses a precursor invention to U.S. 2016 0 111 249 A1 , wherein no coating is provided. Instead, one or two sputtering sources are used to prepare one or both sides of the sample at the same time. The sample holder that is used for this purpose is in the DE 11 2011 103 860 T5 described in more detail.

Die DE 10 2004 047 563 A1 offenbart ein mechanisches Polierverfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Werkstücken, beispielsweise Linsen. Dabei wird das Werkstück um eine Werkstücknormale rotiert und zugleich auf einer radialen Bahn das Werkzeug rotierend über das Werkstück geführt.the DE 10 2004 047 563 A1 discloses a mechanical polishing method for producing rotationally symmetrical workpieces, such as lenses. The workpiece is rotated around a workpiece normal and at the same time the tool is guided over the workpiece in a rotating manner on a radial path.

Die US 5 986 264 A beschreibt eine lonenstrahlpräparationsvorrichtung für die Elektronenmikroskopie, die mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops den Präparationsvorgang beobachten und damit die Probe gezielt bearbeiten kann. Die Vorrichtung ist mit einem Mehrachsen-Probentisch, mindestens einer lonenquelle, einem Rasterelektronenmikroskop mit Elektronendetektoren zur Aufnahme von Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen und transmittierten Elektronen, einer Elektronenquelle als Entlader für isolierende Proben sowie einem Lichtmikroskop ausgerüstet.the U.S. 5,986,264 A describes an ion beam preparation device for electron microscopy, which can observe the preparation process with the aid of a scanning electron microscope and thus process the sample in a targeted manner. The device is equipped with a multi-axis sample table, at least one ion source, a scanning electron microscope with electron detectors for recording secondary electrons, backscattered electrons and transmitted electrons, an electron source as a discharger for insulating samples, and a light microscope.

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 the object of the present invention to specify surface profiling with non-contact tools that enables high precision in relation to the desired surface profile. In particular, the process control should be relatively simple and the structure of the device should be relatively simple. In this case, turning points of a travel movement should preferably be avoided and travel movements should only be limited to short distances. Tool surfaces that are significantly larger than the width of the tool function should particularly preferably be machinable.

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1. 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 as claimed in claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims 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.The inventors recognized that this task can be solved in a surprising manner in a particularly simple manner if the tool is rotated relative to the workpiece, with the distance between the surface normal of the workpiece and the longitudinal axis of the tool assuming 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 auf dem Werkstück eine Maske aufgebracht und das Werkstück mit dem Werkzeug bearbeitet wird, wobei 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 generating a desired surface profile by applying material to and/or removing material from at least one workpiece with a workpiece normal using a contactless machining tool with a tool function and a tool longitudinal axis, with the machining tool being rotated relative to the workpiece, is characterized in that that a mask is applied to the workpiece and the workpiece is machined with the tool, the distance between the workpiece normal and the longitudinal tool axis being set to at least two different values. Both values or just one value can be unequal 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.
In the context of the present invention, “relatively in relation” means that the following three different cases can exist:
  1. i) the tool is stationary and the workpiece is rotated around the workpiece normal, whereby the axis of rotation does not have to be identical to the workpiece normal,
  2. ii) the workpiece is stationary and the tool is rotated on a path relative to the workpiece and
  3. iii) the workpiece is rotated about the workpiece normal, with the axis of rotation not having to be identical to the workpiece normal, and the tool is rotated on a path relative to the workpiece.

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

„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 track" means that the track does not have to be traveled completely and/or not in one go, but moving at least partially on this track is sufficient. Likewise, "rotated" does not necessarily mean that there is a complete rotation. For example, a workpiece could be continuously rotated around the workpiece normal and at the same time the distance between the longitudinal tool axis and the tool normal could 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 in relation to the longitudinal axis of the tool. 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 about the longitudinal axis of the tool could also be provided.

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 with distance 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 processing 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 allows surfaces to be processed particularly 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 aligned tilted relative to the tool longitudinal axis. This allows three-dimensional surface profiles to be generated more quickly. In addition, undercuts can also be produced in the surface profile in relation to the workpiece normal. Finally, curved surfaces can also be machined.

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 an active tool function. So the tool is on and the surface profiling is in effect during the distance change. 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 processing tool is defined 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. A tilting angle of the workpiece normal relative to the longitudinal tool axis is preferably also determined. This tilting angle can be different in relation to the different distances and can 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.An advantageous development provides that the tool function is modeled by mathematical functions from the group of polynomial functions, trigonometric functions and two-dimensional Gaussian functions and two-dimensional error functions and the superimposition 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 that can be rotated about an axis of rotation and the tool is moved on a radius in relation to the axis of rotation from a first distance to the axis of rotation to a second distance to the axis of rotation. As a result, the method can be implemented in a particularly simple manner in terms of design.

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 clear below on the basis of the description of preferred exemplary embodiments in connection with the figures. The following are shown purely schematically:
  • 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 that 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 versus 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 the device 10 according to the invention and its workpiece holder 12 are 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 has 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, with tel for gas supply and means for power supply of 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, about which the workpiece holder 12 can be rotated.

Die lonenstrahlquelle 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 be tilted by an angle α in relation to the axis of rotation D. The distance A between the workpiece holder 12 and the ion beam source 16 can be changed, for example, by a telescoping element 17 . The distance B between the axis of rotation D, which is aligned parallel (i.e. not tilted) to one another, and the longitudinal tool axis WL can be changed, for example, by means of a rail system 18, with the axis of rotation D and the longitudinal tool axis WL lying on one line in the non-tilted state and for a distance B = 0 mm. The distance B is thus changed along an axis x, the axis x lying on a radius in relation to the axis of rotation D.

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 accordingly 2 Arrange five workpieces 19 in wafer form, for example Si wafers, next to one another, the workpieces 19 having a diameter of 100 mm.

1. Ausführungsbeispiel1st embodiment

1.1. Bestimmung der Werkzeugfunktion durch Footprintätzung1.1. Determination 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 five Si wafers 19 were placed adjacent to each other along the x-direction on the workpiece holder 12, thereby covering the entire width of 500 mm of the workpiece holder 12.

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 µm 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 had previously been provided with a binary photoresist mask 20, as in FIG 3 is shown schematically. As a result, there was a lateral grating 21 with a 20 μm period on each wafer 19, ie there were photoresist ridges 22 with a width of 10 μm and adjacent trenches 24 with a width of 10 μm. As a result, each trench 24 could 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 not tilted in such a way that its longitudinal tool axis WL was on a line with the axis of rotation D of the workpiece holder 12 .

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 of the Kaufman type, operated with argon as the process gas and an ion 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.The workpiece holder 12 was rotated with the workpieces 19 at 5 revolutions per minute about the axis of rotation D for a period of 30 minutes, with the ion source 16 standing still.

Prozessparameter:Process parameters:

Ionenenergie:ion energy: 800 eV800eV Prozessgas:process gas: Argonargon Arbeitsabstand:working distance: 400 mm400mm Einfallswinkel α:Angle of incidence α: 0°0° Rotationsgeschwindigkeit:rotation speed: 5 rpm5rpm Bearbeitungszeit:Processing time: 30 min30 min Prozessdruck Vakuumkammer 13:Process pressure vacuum chamber 13: 4,0 * 10-5 mbar4.0 * 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.As a result, the wafers 19 were etched in the trenches 24, with the photoresist mask 20 preventing the wafers 19 from being etched at the respective positions of the ridges 22.

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 the end of the etching, all the wafers 19 were removed and the photoresist mask 20 was removed wet-chemically. The depth, i.e. the material removal caused by the etching, was then measured at the location of the trenches 24 using atomic 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.The measured removals were used as input data for determining the tool function, in this case the removal function. The tool function was adjusted using a non-linear fit procedure through a superposition of 2-dimensional Gaussian and error functions in order to determine parameters such as etching rates, standard deviations in the x and y directions, plateau values and the like.

Folgende Parameter der Werkzeugfunktion wurden berechnet:The following parameters of the tool function were calculated:

Maximale Ätzrate:Maximum etch rate: 9,48 nm/min9.48nm/min Halbwertsbreite:FWHM: 192,40 mm192.40mm Volumenätzrate:Volume etch rate: 0,40 mm3/min0.40 mm 3 /min

1.2. Homogenes Oberflächenprofil1.2. Homogeneous 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 tool function calculated in this way was integrated over circles with a sufficient number of radii to obtain the mean and maximum deviation from the desired surface profile. 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.In a subsequent non-linear fit procedure, the parameters of the two distances B1, B2 from the axis of rotation D and the processing times for the respective distances were determined with the aid of the circle integrals mentioned, so that the desired surface profile is obtained as precisely as possible. The L2 (least squares method) and the Min(Max(.)) norm were used as norms.

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 The following optimal etching parameters were calculated for two distances B1, B2: First distance B1: 107.87mm Processing time for first distance B1: 27.15 mins Second distance B2: 260.55mm Processing time for second distance B2: 67.18 mins

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 scheme 5 carried out. More precisely, the workpiece holder 12 was continuously rotated about the axis of rotation D and the ion source 16 with its tool function 26 was arranged at a first distance B1 of the longitudinal tool axis WL in relation to the axis of rotation D over a first specific machining time and then at a second distance B2 of the longitudinal tool axis WL arranged with respect to the axis of rotation D over a second specific machining 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, placement at the second distance B2 could also be performed first, followed by placement at the first distance B1. Whether this arrangement can be interchanged 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 28 were respectively 4 on the workpiece holder 12 on the x-axis so that they lay directly against each other. This covered a radius range from - 50 to + 250 mm (corresponds to a diameter of 500 mm). 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.These wafers 28 had been provided with a lateral grid 21 in the form of ridges 22 and trenches 24 of a binary photoresist 20 identically to the wafers 19 . During the change of the distance B from the first distance B1 to the second distance B2, the ion beam source 16 had been deactivated.

Folgende Ätzparameter waren verwendet worden:The following etching parameters were used:

Ionenenergie:ion energy: 800 eV800eV Prozessgas:process gas: Argonargon Arbeitsabstand:working distance: 400 mm400mm Einfallswinkel α:Angle of incidence α: 0°0° Rotationsgeschwindigkeit:rotation speed: 5 rpm5rpm Prozessdruck Vakuumkammer 13:Process pressure vacuum chamber 13: 3,8 * 10-5 mbar3.8 * 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 20 was again removed wet-chemically and the surface profile was measured by means of atomic force microscopy in order to thereby determine the etching depths at the locations of the trenches 24.

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% The in 6 shown relationship between the relative removal and the position on the x-axis. The following values could be calculated from this: Minimum removal related to the entire workpiece holder diameter: 106.1 nm Average removal related to the entire workpiece holder diameter: 107.9 nm Maximum removal related to the entire workpiece holder diameter: 109.2 nm Relative deviation based on the entire 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 when generating a homogeneous surface profile, which can be further improved by including further distances B and the related processing times.

2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment

2.1. Bestimmung der Werkzeugfunktion durch Footprintätzung2.1. Determination 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 in turn, five Si wafers 18 with a binary lattice of 20 µm period became corresponding 3 along the x-direction on the workpiece holder 12 were arranged adjacent to each other, thereby covering the entire width of 500 mm of the workpiece holder 12.

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 not tilted in such a way that its longitudinal tool axis WL was on a line with the axis of rotation D of the workpiece holder 12 .

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 of the Kaufman type, operated with argon as the process gas and an ion 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 exemplary embodiment, the distance A was increased here in order to increase the half-value width of the tool function of the ion source 16 in connection with an increased grid 2 voltage and an increased gas flow of the ion source 16 .

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.The workpiece holder 12 was rotated with the workpieces 18 at 5 revolutions per minute about the axis of rotation D for a period of 36.2 minutes, with the ion source 16 standing still.

Prozessparameter:Process parameters:

Ionenenergie:ion energy: 800 eV800eV Prozessgas:process gas: Argonargon Arbeitsabstand:working distance: 425 mm425mm Einfallswinkel α:Angle of incidence α: 0°0° Rotationsgeschwindigkeit:rotation speed: 5 rpm5rpm Bearbeitungszeit:Processing time: 36,2 min36.2 mins Prozessdruck Vakuumkammer 13:Process pressure vacuum chamber 13: 4,2 * 10-5 mbar4.2 * 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 the etching was complete, all of the wafers 18 were removed and the photoresist mask 20 was removed by wet-chemical means. The depth at the location of the trenches 24 was then again measured using scanning force microscopy and the tool function was determined as follows: Maximum etch rate: 4.98nm/min FWHM: 280.70mm Volume etch rate: 0.42 mm 3 /min

2.2. Rotationssymmetrisches Oberflächenprofil2.2. Rotationally symmetrical 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 calculated in this way was in turn integrated over circles with a sufficient number of radii in order to obtain the mean and maximum deviation from the desired surface profile. In this case, a rotationally symmetrical curve shape should be achieved over the entire workpiece holder surface, which is formed approximately by means of an exponential function with a polynomial exponent of the second degree.

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.In a subsequent non-linear fit procedure, the parameters of the two distances B1, B2 from the axis of rotation D and the processing times for the respective distances were again determined with the aid of the circle integrals mentioned, so that the desired surface profile is obtained as precisely as possible. The L2 (least squares method) and the Min(Max(.)) norm were used as norms.

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 The following optimal etching parameters were calculated for two distances B1, B2: First distance B1: 200.00mm Processing time for first distance B1: 4.07 mins Second distance B2: 400.00mm Processing time for second distance B2: 158.75 mins

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 28 were analogous to 4 on the workpiece holder 12 on the x-axis so that they lay directly against each other. This covered a range from -50mm to +250mm on the x-axis. Here again, three wafers 28 were sufficient because of the rotational symmetry.

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.These wafers 18 were provided with a binary grating in the form of ridges 22 and trenches 24 of a photoresist 20, identical to the first exemplary embodiment. During the change of the distance B from the first distance B1 to the second distance B2, the ion beam source 16 had been deactivated.

Folgende Ätzparameter waren verwendet worden:The following etching parameters were used:

Ionenenergie:ion energy: 800 eV800eV Prozessgas:process gas: Argonargon Arbeitsabstand:working distance: 425 mm425mm Einfallswinkel α:Angle of incidence α: 0°0° Rotationsgeschwindigkeit:rotation speed: 5 rpm5rpm Prozessdruck Vakuumkammer 13:Process pressure vacuum chamber 13: 4,4 * 10-5 mbar4.4 * 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 20 was again removed wet-chemically and the surface profile was measured by means of atomic force microscopy in order to thereby determine the etching depths at the locations of the trenches 24.

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.The in 7 shown relationship between the relative removal and the position on the x-axis. The surface profile is shown mirrored about the axis of rotation D for better clarification. This obtained surface profile (points) corresponded very well to the desired surface profile (solid line). Only in the area of the axis of rotation D are there slight deviations of 2.5 nm between the generated and the 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 very good precision when generating the desired surface profile, which can be further improved by including further distances B and the related processing times.

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.Even though the invention was explained using exemplary embodiments in which surface profiling was carried out by removal, it is clear that the invention is also effective when material is applied. In addition, a combination of removal and application could also take place. Two different tools could also be used for this purpose.

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.It has become clear from the above description that the present invention provides surface profiling with non-contact tools, in which a high degree of precision with regard to the desired surface profile is made possible. The process control is relatively simple and the structure of the device is relatively simple. Turning points of a driving movement are avoided and driving movements remain limited to short distances. Finally, tool surfaces that are significantly larger than the width of the tool function can be machined.

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 stated, all features of the present invention can be freely combined with one another. Unless otherwise stated, the features described in the description of the figures can also be freely combined with the other features as features of the invention. Objective features of the device can also be used in the context of a method reformulated as method features and method features in the context of a device reformulated as features of the device.

BezugszeichenlisteReference List

1010
erfindungsgemäße Vorrichtungdevice according to the invention
1212
Werkstückhalterworkpiece holder
1313
Vakuumkammervacuum chamber
1414
Gehäuse der Vakuumkammer 13Housing of the vacuum chamber 13
1616
lonenstrahlquelle, 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 ridges
2424
Gräbenditches
2525
Messpunkte der RasterkraftmessungMeasuring points of the grid force measurement
2626
Werkzeugfunktiontool function
2828
Waferwafers
αa
Verkippungswinkeltilt angle
AA
Abstand zwischen Werkstückhalter 12 und lonenstrahlquelle 16Distance between workpiece holder 12 and ion beam source 16
BB
Abstand zwischen Drehachse D und Werkzeuglängsachse WLDistance between axis of rotation D and longitudinal tool axis WL
B1B1
erster Abstandfirst distance
B2B2
zweiter Abstandsecond distance
DD
Drehachseaxis of rotation
WLWL
Werkzeuglängsachselongitudinal tool axis

Claims (9)

Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils durch Materialauftrag auf und/oder Materialabtrag von zumindest einem Werkstück (19) mit einer Werkstücknormalen durch ein kontaktloses Bearbeitungswerkzeug (16) mit einer Werkzeugfunktion (26) und einer Werkzeuglängsachse (WL), wobei das Bearbeitungswerkzeug (16) relativ in Bezug auf das Werkstück (19) rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Werkstück (19) eine Maske (20) aufgebracht und das Werkstück (19) mit dem Werkzeug (16) bearbeitet wird, wobei der Abstand (B) zwischen Werkstücknormale und Werkzeuglängsachse (WL) auf zumindest zwei unterschiedliche Werte (B1, B2) eingestellt wird.Method for generating a desired surface profile by applying material to and/or removing material from at least one workpiece (19) with a workpiece normal using a contactless machining tool (16) with a tool function (26) and a tool longitudinal axis (WL), the machining tool (16) being relatively is rotated in relation to the workpiece (19), characterized in that a mask (20) is applied to the workpiece (19) and the workpiece (19) is machined with the tool (16), the distance (B) between the workpiece normal and the longitudinal tool axis (WL) is set to at least two different values (B1, B2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückoberfläche größer ist als die Breite der Werkzeugfunktion (26).procedure after claim 1 , characterized in that the workpiece surface is larger than the width of the tool function (26). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein rotationssymmetrisches Oberflächenprofil, bevorzugt ein homogener Abtrag erzeugt wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that a rotationally symmetrical surface profile, preferably a homogeneous removal, is produced. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug aus der Gruppe umfassend lonenstrahlquellen (16), Plasmaquellen, Elektronenstrahlquellen, Quellen elektromagnetischer Strahlung und Teilchenquellen für die Schichtabscheidung ausgewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the processing tool is selected from the group comprising ion beam sources (16), plasma sources, electron beam sources, sources of electromagnetic radiation and particle sources for the layer deposition. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücknormale relativ gegenüber der Werkzeuglängsachse (WL) verkippt ausgerichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece normal is aligned tilted relative to the longitudinal tool axis (WL). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsänderung mit aktiver Werkzeugfunktion (26) erfolgt und/oder dass für jeden Abstand (B1, B2) eine Bearbeitungszeit des Bearbeitungswerkzeugs festgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the distance is changed with the tool function (26) active and/or that a processing time for the processing tool is defined for each distance (B1, B2). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugfunktion (26) bestimmt wird und Abstände sowie die Bearbeitungszeiten der Abstände (B1, B2) durch Anpassung der Werkzeugfunktion (26) an das gewünschte Oberflächenprofil bestimmt werden, wobei bevorzugt auch ein Verkippungswinkel (α) der Oberflächennormale des Werkstücks (19) gegenüber der Werkzeuglängsachse (WL) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool function (26) is determined and distances and the processing times of the distances (B1, B2) are determined by adapting the tool function (26) to the desired surface profile, with a tilting angle ( α) the surface normal of the workpiece (19) relative to the longitudinal tool axis (WL) is determined. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugfunktion (26) 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.procedure after claim 7 , characterized in that the tool function (26) is modeled by mathematical functions from the group of polynomial functions, trigonometric functions, two-dimensional Gaussian functions and two-dimensional error functions and the superimposition of two or more of these functions. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (19) auf einem um eine Drehachse (D) drehbaren Werkzeughalter (12) angeordnet wird und das Werkzeug (16) auf einem Radius in Bezug auf die Drehachse (D) von einem ersten Abstand (B1) zur Drehachse (D) zu einem zweiten Abstand (B2) zur Drehachse (D) bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (19) is arranged on a tool holder (12) which can be rotated about an axis of rotation (D) and the tool (16) is arranged on a radius in relation to the axis of rotation (D) of a first distance (B1) to the axis of rotation (D) to a second distance (B2) to the axis of rotation (D).
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