DE102022208269A1 - Device for changing a shape of a surface of an object - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung (10) zur Veränderung einer Form einer Oberfläche (12) eines Objekts (14) umfasst eine Formmanipulationseinrichtung (16), welche dazu konfiguriert ist, mittels eines zur Bearbeitung der Oberfläche konfigurierten Bearbeitungsmittels (18) die Oberfläche entlang einer Bearbeitungsbahn (36) abzutasten und dabei die Oberflächenform zu verändern, eine Steuerungseinrichtung (30), welche dazu konfiguriert ist, aus einer vorgegebenen Solländerung (28) der Oberflächenform des Objekts einen Steuerungsbefehl (34) für die Formmanipulationseinrichtung durch Optimierung einer Zielfunktion (54) zu ermitteln, bei der eine Abweichung (56) einer Vorhersage (48) der mittels des Steuerungsbefehls erzeugbaren Oberflächenänderung von der Solländerung minimiert wird. Dabei ist in der Zielfunktion die Vorhersage (48) durch einen Term (50) dargestellt, welcher von der Bearbeitungsbahn (36) abhängig ist.A device (10) for changing the shape of a surface (12) of an object (14) comprises a shape manipulation device (16), which is configured to move the surface along a processing path (36) by means of a processing means (18) configured to process the surface. to scan and thereby change the surface shape, a control device (30), which is configured to determine a control command (34) for the shape manipulation device from a predetermined target change (28) in the surface shape of the object by optimizing a target function (54), in which a deviation (56) of a prediction (48) of the surface change that can be generated by means of the control command from the target change is minimized. The prediction (48) is represented in the target function by a term (50), which is dependent on the processing path (36).
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Verändern einer Form einer Oberfläche eines Objekts.The invention relates to a device and a method for changing a shape of a surface of an object.
Aus
Üblicherweise wird zunächst die tatsächliche Form der Oberfläche des optischen Elements vermessen und deren Abweichung von einer vorgegebenen Sollform bestimmt. Zur Anpassung der Oberflächenform an die Sollform wird herkömmlicherweise zunächst eine durch die Bestrahlung in das optische Element einzubringende Vorgabe für eine Steuerungsgröße der Formmanipulationseinrichtung, wie etwa in Form einer Energiedosisverteilung eines Elektronenstrahls, bestimmt, die dazu geeignet ist, eine gewünschte Korrektur der Oberflächenform des optischen Elements zu bewirken.Usually, the actual shape of the surface of the optical element is first measured and its deviation from a predetermined target shape is determined. In order to adapt the surface shape to the desired shape, a specification for a control variable of the shape manipulation device to be introduced into the optical element by the irradiation is conventionally first determined, such as in the form of an energy dose distribution of an electron beam, which is suitable for a desired correction of the surface shape of the optical element to effect.
Die mit herkömmlichen Vorrichtungen der eingangs genannten Art erreichbare Angleichung der Oberflächenform an die Sollform ist leider oft nicht ausreichend genau.Unfortunately, the adjustment of the surface shape to the desired shape that can be achieved with conventional devices of the type mentioned at the beginning is often not sufficiently precise.
Zugrunde liegende AufgabeUnderlying task
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere die Oberflächenform eines Objekts mit einer verbesserten Genauigkeit an eine Sollform angepasst werden kann.It is an object of the invention to provide a device and a method with which the aforementioned problems are solved, and in particular the surface shape of an object can be adapted to a target shape with improved accuracy.
Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention
Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß beispielsweise gelöst werden mit einer Vorrichtung zur Veränderung einer Form einer Oberfläche eines Objekts, die eine Formmanipulationseinrichtung umfasst, welche dazu konfiguriert ist, mittels eines zur Bearbeitung der Oberfläche konfigurierten Bearbeitungsmittels die Oberfläche entlang einer Bearbeitungsbahn abzutasten und dabei die Oberflächenform zu verändern. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, aus einer vorgegebenen Solländerung der Oberflächenform des Objekts einen Steuerungsbefehl für die Formmanipulationseinrichtung durch Optimierung einer Zielfunktion zu ermitteln, bei der eine Abweichung einer Vorhersage der mittels des Steuerungsbefehls erzeugbaren Oberflächenänderung von der Solländerung minimiert wird. In der Zielfunktion ist die Vorhersage durch einen Term dargestellt, welcher von der Bearbeitungsbahn abhängig ist.The aforementioned object can be achieved according to the invention, for example, with a device for changing a shape of a surface of an object, which comprises a shape manipulation device which is configured to scan the surface along a processing path by means of a processing means configured to process the surface and thereby change the surface shape . Furthermore, the device according to the invention comprises a control device which is configured to determine a control command for the shape manipulation device from a predetermined target change in the surface shape of the object by optimizing a target function, in which a deviation of a prediction of the surface change that can be generated by means of the control command from the target change is minimized . In the objective function, the prediction is represented by a term that depends on the processing path.
Das von der Vorrichtung veränderte Objekt ist insbesondere ein optisches Element einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie.The object changed by the device is in particular an optical element of a projection exposure system, in particular a projection exposure system for EUV microlithography.
Der Steuerungsbefehl umfasst insbesondere eine Steuerungsgröße für die Formmanipulationseinrichtung. Diese kann eine Energiedosisverteilung eines Bearbeitungsstrahls, insbesondere eines Teilchenstrahls, wie etwa eines Elektronenstrahls, definieren, die dazu geeignet ist, eine gewünschte Korrektur der Oberflächenform des optischen Elements zu bewirken. Die Energiedosisverteilung kann dabei durch eine Verweildauervorgabe für den Bearbeitungsstrahl bestimmt werden, d.h. die Steuerungsgröße kann eine derartige Verweildauervorgabe umfassen. Die Formmanipulationseinrichtung kann zum Materialabtrag oder zum Materialauftrag an der Oberfläche des Objekts konfiguriert sein. Alternativ kann die Formmanipulationseinrichtung auch andere mechanische Verfahren zur Veränderung der Form der Oberfläche des Objekts, beispielsweise Polierverfahren, nutzen.The control command includes in particular a control variable for the shape manipulation device. This can define an energy dose distribution of a processing beam, in particular a particle beam, such as an electron beam, which is suitable for bringing about a desired correction of the surface shape of the optical element. The energy dose distribution can be determined by a dwell time specification for the processing beam, i.e. the control variable can include such a dwell time specification. The shape manipulation device can be configured for material removal or material application on the surface of the object. Alternatively, the shape manipulation device can also use other mechanical methods for changing the shape of the surface of the object, for example polishing methods.
Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Ermittlung eines Steuerungsbefehls ein Verweilzeitfeld berechnet werden, welches aufgrund seiner Glätte gut durch eine Fertigungsanlage in Gestalt der Formmanipulationseinrichtung umgesetzt werden kann.In particular, by determining a control command according to the invention, a ver Because time field can be calculated, which due to its smoothness can be easily implemented by a manufacturing system in the form of the mold manipulation device.
Die Bearbeitungsbahn umfasst eine Mehrzahl von Bahnabschnitten, welche nacheinander von dem Bearbeitungsmittel abgetastet werden, wobei die Bahnabschnitte aneinander anschließend oder voneinander getrennt auf der Oberfläche angeordnet sein können.The processing path comprises a plurality of path sections which are scanned one after the other by the processing means, wherein the path sections can be arranged adjacent to one another or separated from one another on the surface.
Durch die erfindungsgemäße Darstellung der Vorhersage in der Zielfunktion durch einen Term, welcher von der Bearbeitungsbahn abhängig ist, kann bei der durch Minimierung der Zielfunktion stattfindenden Optimierung bereits die Charakteristik der Bearbeitungsbahn angemessen berücksichtigt werden. Das heißt, insbesondere die aus dem Zusammenspiel des Verlaufs der Bearbeitungsbahn mit der Eigenschaft des Bearbeitungsmittels resultierende Oberflächenbearbeitungscharakteristik kann bei der Ermittlung des Steuerungsbefehls im Rahmen des Optimierungsalgorithmus berücksichtigt werden. Die Optimierung der Zielfunktion der von der Bearbeitungsbahn abhängigen Vorhersage kann als 1-dimensionale Optimierung in Bezug auf einen die Streckenposition entlang der Bearbeitungsbahn parametrisierenden Bahnparameter konfiguriert werden.Due to the inventive representation of the prediction in the target function by a term which is dependent on the processing path, the characteristics of the processing path can already be adequately taken into account during the optimization that takes place by minimizing the target function. This means that in particular the surface processing characteristics resulting from the interaction of the course of the processing path with the properties of the processing means can be taken into account when determining the control command within the scope of the optimization algorithm. The optimization of the objective function of the prediction dependent on the machining path can be configured as a 1-dimensional optimization with respect to a path parameter that parameterizes the route position along the machining path.
Bei einer alternativen Konfiguration der Steuerungseinrichtung, bei der die Vorhersage nicht durch einen von der Bearbeitungsbahn abhängigen Term dargestellt wird, sondern durch eine Faltung einer Aufenthaltsdauer mit einer sogenannten Werkzeugfunktion auf dem zweidimensionalen Gebiet der Oberfläche des Objekts gebildet wird, erfolgt die Optimierung als 2-dimensionale Optimierung bezüglich der Oberflächenkoordinaten. Das Ergebnis ist dann ein 2-dimensionales Verweilzeitfeld auf einem äquidistanten Gitter über der Oberfläche. In einem auf die Optimierung folgenden Schritt muss dann eine Bearbeitungsbahn gewählt werden, mit der das Verweilzeitfeld näherungsweise realisiert werden kann.In an alternative configuration of the control device, in which the prediction is not represented by a term dependent on the processing path, but is formed by a folding of a residence time with a so-called tool function on the two-dimensional area of the surface of the object, the optimization takes place as a 2-dimensional one Optimization regarding the surface coordinates. The result is then a 2-dimensional residence time field on an equidistant grid above the surface. In a step following the optimization, a processing path must then be selected with which the dwell time field can be approximately implemented.
Die zur Ermittlung der Sollform bzw. Solländerung gemessenen Oberflächeabweichungsdaten und die Abtragsfunktion des Bearbeitungsmittels werden hierbei auf das in der Regel gröbere Gitter des Verweilzeitfeldes interpoliert. Dabei ist eine Optimierung entlang der Bahn und zwischen den Bahnen meist nicht zufriedenstellend möglich. Bei der vorstehend angesprochenen Modellierung mittels Faltung der Aufenthaltsdauer mit der Werkzeugfunktion hält sich das Bearbeitungsmittel entsprechend der Verweilzeiten in den Gitterpunkten auf, die kontinuierliche Bewegung des Bearbeitungsmittels zwischen den Gitterpunkten wird nicht berücksichtigt. Dadurch ergeben sich Einschränkungen bei der Wahl der Bearbeitungsbahn und Nachteile bei der Genauigkeit der Abtragsberechnung sowie der Gesamtbearbeitungszeit. Weiterhin ergeben sich Nachteile bei der Berücksichtigung der Dynamik der Formmanipulationseinrichtung entlang einer Bearbeitungsbahn. Bei der 2-dimensionalen Optimierung wird ein glattes Verweilzeitfeld richtungsabhängig umgesetzt.The surface deviation data measured to determine the target shape or target change and the removal function of the processing agent are interpolated onto the generally coarser grid of the dwell time field. Optimization along the path and between the paths is usually not possible satisfactorily. In the modeling mentioned above by folding the residence time with the tool function, the processing means stays in the grid points according to the residence times; the continuous movement of the processing means between the grid points is not taken into account. This results in restrictions in the choice of machining path and disadvantages in the accuracy of the removal calculation and the overall machining time. Furthermore, there are disadvantages when taking into account the dynamics of the shape manipulation device along a processing path. In 2-dimensional optimization, a smooth residence time field is implemented depending on the direction.
Diese Probleme werden durch die erfindungsgemäße Konfiguration der Zielfunktion mit dem von der Bearbeitungsbahn abhängigen Term vermieden, da hiermit der Verlauf der Bearbeitungsbahn bereits in die Optimierung eingeht und die Bearbeitungsbahn nicht erst danach in einem weiteren Schritt gewählt werden muss. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Bearbeitungsbahn eine genauere Abtrags- oder Auftragsberechnung erfolgen und zusätzlich Geschwindigkeitsänderungen in Bahnrichtung besser berücksichtigt werden (richtungsabhängiger Gradient von Verweilzeiten des Bearbeitungsmittels).These problems are avoided by the inventive configuration of the target function with the term dependent on the processing path, since the course of the processing path is already included in the optimization and the processing path does not have to be selected afterwards in a further step. Furthermore, by taking the processing path into account according to the invention, a more precise removal or application calculation can be carried out and, in addition, speed changes in the path direction can be better taken into account (direction-dependent gradient of dwell times of the processing agent).
Weitere durch die erfindungsgemäße Konfiguration der Zielfunktion gegenüber der auf einer 2-dimensionalen Optimierung beruhenden alternativen Konfiguration vermeidbare Nachteile sind wie folgt:
- - Die Bearbeitungsbahn muss in der alternativen Konfiguration eine zusammenhängende Kurve (z.B. Mäander, Spirale, etc.) sein, die ein regelmäßiges Raster (auf dem die Verweilzeiten vorgegeben sind) abfährt. Die Abtastpunkte auf der Bearbeitungsbahn haben somit uniforme Abstände und liegen auf einem regelmäßigen Gitter.
- - Eine niedrige Anzahl an Abtastpunkten (was einem groben Verweilzeitgitter entspricht) führt bei der alternativen Konfiguration zu einer ungenauen Abtragsvorhersage, da das ursprüngliche feine Messraster auf ein gröberes interpoliert und die kontinuierliche Bahnbewegung, d.h. Werkzeugbewegung bzw. Bewegung des Bearbeitungsmittels, nicht abgebildet wird.
- - Eine hohe Anzahl an Abtastpunkten führt bei der alternativen Konfiguration ggf. aufgrund der Satzwechselzeiten der Steuerung zu einer hohen Bearbeitungszeit, die mit dem ebenfalls erhöhten Grundabtrag zusammenhängt.
- - Durch die Wahl der Berechnungsparameter muss also bei der alternativen Konfiguration ein Kompromiss zwischen Genauigkeit und erreichbarer Gesamtbearbeitungszeit gefunden werden.
- - Die simultane Optimierung der Verweilzeitfelder mehrerer Werkzeuge bzw. Bearbeitungsmittel bei der alternativen Konfiguration ist umständlich, da jedes Werkzeug auf einem anderen Gitter optimiert wird und eine Interpolation zwischen den Ergebnissen stattfinden muss.
- - Für die praktische Umsetzbarkeit erforderliche Anforderungen an die Glattheit des Verweilzeitfeldes werden bei der alternativen Gestaltung isotrop (entlang und senkrecht zur Bearbeitungsbahn) durchgeführt. Das schränkt den Lösungsraum unnötig ein.
- - In the alternative configuration, the processing path must be a coherent curve (e.g. meander, spiral, etc.) that follows a regular grid (on which the dwell times are specified). The scanning points on the processing path are therefore uniformly spaced and lie on a regular grid.
- - A low number of sampling points (which corresponds to a coarse dwell time grid) leads to an inaccurate removal prediction in the alternative configuration, since the original fine measuring grid is interpolated to a coarser one and the continuous path movement, i.e. tool movement or movement of the processing equipment, is not mapped.
- - In the alternative configuration, a high number of sampling points may lead to a long processing time due to the block change times of the control, which is also related to the increased basic removal.
- - By choosing the calculation parameters in the alternative configuration, a compromise must be found between accuracy and achievable total processing time.
- - The simultaneous optimization of the dwell time fields of several tools or processing means in the alternative configuration is cumbersome because each tool is optimized on a different grid and an interpola tion must take place between the results.
- - Requirements for the smoothness of the residence time field required for practical feasibility are carried out isotropically (along and perpendicular to the processing path) in the alternative design. This restricts the solution space unnecessarily.
Gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung umfasst der die Vorhersage darstellende Term eine Funktion, welche eine positionsabhängige Verweildauer des Bearbeitungsmittels beim Abtasten der Oberfläche darstellt und als eindimensionale Funktion mit einer unabhängigen Variablen konfiguriert ist, wobei die unabhängige Variable eine Streckenposition auf der Bearbeitungsbahn definiert.According to an embodiment according to the invention, the term representing the prediction comprises a function which represents a position-dependent dwell time of the processing means when scanning the surface and is configured as a one-dimensional function with an independent variable, the independent variable defining a route position on the processing path.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem Term der Zielfunktion die Vorhersage entlang einer vorgegebenen Konfiguration der Bearbeitungsbahn dargestellt. Das heißt, die Darstellung der Vorhersage beruht auf einer vorgegebenen Konfiguration der Bearbeitungsbahn.According to a further embodiment, the prediction along a predetermined configuration of the processing path is represented in the term of the target function. This means that the representation of the prediction is based on a given configuration of the processing path.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, die Optimierung für unterschiedliche Konfigurationen der Bearbeitungsbahn durchzuführen und dabei einen jeweiligen vorläufigen Steuerungsbefehl für die Bearbeitung der Oberfläche entlang der jeweiligen Konfiguration der Bearbeitungsbahn zu ermitteln, sowie aus den ermittelten vorläufigen Steuerungsbefehlen den Steuerungsbefehl für die Formmanipulationseinrichtung auszuwählen. Die Auswahl des Steuerungsbefehls aus den ermittelten vorläufigen Steuerungsbefehlen erfolgt vorzugsweise anhand eines dazu geeigneten Qualitätskriteriums, welches etwa aus einer Kombination aus der Gesamtbearbeitungszeit und der mittels des Steuerungsbefehls erreichbaren Annäherung an die Solländerung bestimmt wird. Unter der Annäherung ist zu verstehen, wie gut die mittels des Steuerungsbefehls bewirkte Veränderung der Oberflächenform der Solländerung entspricht. Gemäß einer Ausführungsform kann das Qualitätskriterium weiterhin die Umsetzbarkeit der Steuerungsbefehle durch die Formmanipulationseinrichtung berücksichtigen.According to a further embodiment, the control device is configured to carry out the optimization for different configurations of the processing path and to determine a respective preliminary control command for the processing of the surface along the respective configuration of the processing path, as well as to select the control command for the shape manipulation device from the determined preliminary control commands . The selection of the control command from the determined preliminary control commands is preferably carried out on the basis of a suitable quality criterion, which is determined, for example, from a combination of the total processing time and the approximation to the target change that can be achieved using the control command. The approximation is understood to mean how well the change in surface shape caused by the control command corresponds to the target change. According to one embodiment, the quality criterion can further take into account the feasibility of the control commands by the shape manipulation device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform unterscheiden sich mindestens zwei der unterschiedlichen Konfigurationen der Bearbeitungsbahn durch einen Abstand zwischen parallel angeordneten Abschnitten der Bearbeitungsbahn. Die Bearbeitungsbahn umfasst eine Mehrzahl von Bahnabschnitten, welche aneinander anschließend oder voneinander getrennt auf der Oberfläche angeordnet sein können. Der vorstehend genannte Abstand betrifft dann parallel angeordnete Exemplare dieser Bahnabschnitte, wobei unter einer parallelen Anordnung auch eine Abweichung von bis zu +/- 10° von der exakt parallelen Anordnung zu verstehen ist. Der Abstand ist dann ein mittlerer Abstand zwischen den betreffenden Bahnabschnitten.According to a further embodiment, at least two of the different configurations of the processing path differ in a distance between parallel arranged sections of the processing path. The processing path comprises a plurality of path sections, which can be arranged adjacent to one another or separated from one another on the surface. The above-mentioned distance then applies to copies of these web sections arranged in parallel, whereby a parallel arrangement also means a deviation of up to +/- 10° from the exactly parallel arrangement. The distance is then an average distance between the relevant path sections.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform unterscheiden sich mindestens zwei der unterschiedlichen Konfigurationen der Bearbeitungsbahn durch eine Richtungsänderung der Bearbeitungsbahn. Das heißt, beispielsweise weist eine erste Konfiguration keine Richtungsänderung auf, während die zweite Konfiguration schon eine Richtungsänderung aufweist, weiterhin können auch beide Konfigurationen Richtungsänderungen aufweisen, diese sind jedoch unterschiedlich.According to a further embodiment, at least two of the different configurations of the processing path differ by a change in direction of the processing path. That is, for example, a first configuration has no change in direction, while the second configuration already has a change in direction. Furthermore, both configurations can also have changes in direction, but these are different.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dient mindestens ein eine Gestaltung der Bearbeitungsbahn betreffender Bahnparameter als eine Variable der Optimierung und der Steuerungsbefehl umfasst eine durch die Optimierung ermittelte Vorgabe für den mindestens einen Bahnparameter.According to a further embodiment, at least one path parameter relating to a design of the processing path serves as a variable of the optimization and the control command includes a specification for the at least one path parameter determined by the optimization.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine, als eine Variable der Optimierung dienende, Bahnparameter einen Abstand zwischen parallel angeordneten Abschnitten der Bearbeitungsbahn. Wie vorstehend bereits erwähnt, umfasst die Bearbeitungsbahn eine Mehrzahl von Bahnabschnitten, welche aneinander anschließend oder voneinander getrennt auf der Oberfläche angeordnet sein können. Der vorstehend genannte Abstand betrifft dann parallel angeordnete Exemplare dieser Bahnabschnitte, wobei unter einer parallelen Anordnung auch eine Abweichung von bis zu +/- 10° von der exakt parallelen Anordnung zu verstehen ist. Der Abstand ist dann ein mittlerer Abstand zwischen den betreffenden Bahnabschnitten.According to a further embodiment, the at least one path parameter serving as an optimization variable comprises a distance between parallel arranged sections of the processing path. As already mentioned above, the processing path comprises a plurality of path sections, which can be arranged adjacent to one another or separated from one another on the surface. The above-mentioned distance then applies to copies of these web sections arranged in parallel, whereby a parallel arrangement also means a deviation of up to +/- 10° from the exactly parallel arrangement. The distance is then an average distance between the relevant path sections.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine, als eine Variable der Optimierung dienende Bahnparameter eine Richtungsänderung der Bearbeitungsbahn.According to a further embodiment, the at least one path parameter serving as an optimization variable comprises a change in direction of the processing path.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine, als eine Variable der Optimierung dienende, Bahnparameter eine Verlaufscharakterisierung der Bearbeitungsbahn in zumindest einem Abschnitt der Bearbeitungsbahn. Diese Verlaufscharakterisierung kann mehrere aufeinanderfolgende Kurven und gerade Abschnitte umfassen.According to a further embodiment, the at least one path parameter serving as an optimization variable comprises a course characterization of the processing path in at least a section of the processing path. This course characterization can include several consecutive curves and straight sections.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Steuerungsbefehl eine positionsabhängige Verweildauer des Bearbeitungsmittels entlang der Bearbeitungsbahn, wobei die Verweildauer an den Positionen jeweiliger Streckenabschnitte der Bearbeitungsbahn einheitlich ist und wobei die Streckenabschnitte derart an die jeweilige Verweildauer angepasst sind, dass eine Aufenthaltsdauer des Bearbeitungsmittels in jedem Streckenabschnitt gleich lang ist. Diese Aufenthaltsdauer entspricht insbesondere einer sogenannten Satzwechselzeit, die benötigt wird, um einen geänderten Steuerungsdatensatz in der Formmanipulationseinrichtung hochzuladen. Unter einem geänderten Steuerungsdatensatz ist insbesondere der Datensatz gemeint, der benötigt wird, um die Formmanipulationseinrichtung auf eine geänderte positionsabhängige Verweildauer, d.h. eine andere Bearbeitungsgeschwindigkeit, anzupassen.According to a further embodiment, the control command includes a position-dependent dwell time of the processing agent along the processing path, the dwell time being uniform at the positions of respective sections of the processing path and the sections of the path being adapted to the respective dwell time are adapted so that the length of stay of the processing agent in each section of the route is the same. This length of stay corresponds in particular to a so-called record change time, which is required to upload a changed control data record to the mold manipulation device. A changed control data set means, in particular, the data set that is required to adapt the mold manipulation device to a changed position-dependent dwell time, ie a different processing speed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, bei der Optimierung eine Näherung des Steuerungsbefehls zu ermitteln sowie danach eine weitere Optimierung durchzuführen, bei der, ausgehend von der Näherung ein Endergebnis des Steuerungsbefehls durch Minimierung einer Gesamtzeit, welche zur Erzeugung der Oberflächenänderung mittels der Formmanipulationseinrichtung benötigt wird, ermittelt wird.According to a further embodiment, the control device is configured to determine an approximation of the control command during the optimization and then to carry out a further optimization in which, based on the approximation, a final result of the control command is obtained by minimizing a total time required to generate the surface change by means of the shape manipulation device is needed is determined.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert, die weitere Optimierung unter einer die Abweichung der Oberflächenänderung von der Solländerung begrenzenden Nebenbedingung durchzuführen.According to a further embodiment, the control device is configured to carry out the further optimization under a secondary condition that limits the deviation of the surface change from the target change.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Formmanipulationseinrichtung eine Teilchenbestrahlungseinrichtung oder eine mechanische Abtragseinrichtung, welche dazu konfiguriert ist, mittels einer ortsaufgelösten Wirkungsverteilung in Abhängigkeit von dem Steuerungsbefehl lokale Veränderungen der Oberfläche des Objekts zu bewirken.According to a further embodiment, the shape manipulation device comprises a particle irradiation device or a mechanical removal device, which is configured to bring about local changes in the surface of the object by means of a spatially resolved effect distribution depending on the control command.
Die vorgenannte Aufgabe kann weiterhin beispielsweise gelöst werden mit einem Verfahren zum Verändern einer Form einer Oberfläche eines Objekts, bei dem aus einer vorgegebenen Solländerung der Oberflächenform des Objekts mittels einer Optimierung einer Zielfunktion ein Steuerungsbefehl für eine Formmanipulationseinrichtung ermittelt wird, welcher dazu konfiguriert ist, mittels eines zur Bearbeitung der Oberfläche konfigurierten Bearbeitungsmittels die Oberfläche entlang einer Bearbeitungsbahn abzutasten und dabei die Oberflächenform zu verändern. Bei der Optimierung wird eine Abweichung einer Vorhersage der mittels des Steuerungsbefehls erzeugbaren Oberflächenänderung von der Solländerung minimiert und in der Zielfunktion ist die Vorhersage durch einen Term dargestellt, welcher von der Bearbeitungsbahn abhängig ist.The aforementioned object can further be achieved, for example, with a method for changing a shape of a surface of an object, in which a control command for a shape manipulation device is determined from a predetermined target change in the surface shape of the object by means of an optimization of a target function, which is configured to do so by means of a Processing means configured to process the surface scan the surface along a processing path and thereby change the surface shape. During optimization, a deviation of a prediction of the surface change that can be generated using the control command from the target change is minimized and in the target function the prediction is represented by a term which is dependent on the processing path.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen, Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsvarianten, etc. der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale können entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden und umgekehrt. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.The features specified with regard to the above-listed embodiments, exemplary embodiments or embodiment variants, etc. of the device according to the invention can be transferred accordingly to the method according to the invention and vice versa. These and other features of the embodiments according to the invention are explained in the description of the figures and the claims. The individual features can be implemented either separately or in combination as embodiments of the invention. Furthermore, they can describe advantageous embodiments that are independently protectable and whose protection may only be claimed during or after the application is pending.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verändern einer Form einer Oberfläche eines Objekts mit einer Formmanipulationseinrichtung sowie einer Steuerungseinrichtung zur Ermittlung eines Steuerungsbefehls der Formmanipulationseinrichtung, -
2 eine Darstellung der Oberfläche des Objekts in Draufsicht, -
3 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten ersten Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung, -
4 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten weiteren Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung, -
5 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten weiteren Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung, -
6 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten weiteren Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung, -
7 ein Ausführungsbeispiel eines Verarbeitungsmoduls in der Formmanipulationseinrichtung gemäß1 zur Verarbeitung des von der Steuerungseinrichtung ermittelten Steuerungsbefehls, sowie -
8 eine beispielhafte Einteilung einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung.
-
1 an embodiment of a device for changing a shape of a surface of an object with a shape manipulation device and a control device for determining a control command of the shape manipulation device, -
2 a representation of the surface of the object in top view, -
3 the representation of the surface of the object2 in plan view with an additionally drawn first exemplary embodiment of a processing path of the shape manipulation device, -
4 the representation of the surface of the object2 in plan view with an additional exemplary embodiment of a processing path of the shape manipulation device, -
5 the representation of the surface of the object2 in plan view with an additional exemplary embodiment of a processing path of the shape manipulation device, -
6 the representation of the surface of the object2 in plan view with an additional exemplary embodiment of a processing path of the shape manipulation device, -
7 an embodiment of a processing module in the mold manipulation device according to1 for processing the control command determined by the control device, as well as -
8th an exemplary division of a processing path of the shape manipulation device.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer AusführungsbeispieleDetailed description of exemplary embodiments of the invention
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen oder Ausführungsvarianten sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.In the exemplary embodiments or embodiments or embodiment variants described below, functionally or structurally similar elements are provided with the same or similar reference numerals as far as possible. Therefore, to understand the features of the individual elements of a particular embodiment, reference should be made to the description of other embodiments or the general description of the invention.
Zur Erleichterung der Beschreibung ist in
In
Die Vorrichtung 10 eignet sich aber auch zur hochgenauen Oberflächenformherstellung oder Oberflächenformänderung bei anderen optischen Elementen, wie beispielsweise Spiegeln für andere Wellenlängenbereiche, Linsen oder optischen Elementen mit diffraktiven Strukturen, oder auch bei Objekten, die kein optisches Element bilden.However, the device 10 is also suitable for highly precise surface shape production or surface shape change in other optical elements, such as mirrors for other wavelength ranges, lenses or optical elements with diffractive structures, or even in objects that do not form an optical element.
Die Vorrichtung 10 enthält eine Formmanipulationseinrichtung 16 in Gestalt einer Teilchenbestrahlungseinrichtung zur Erzeugung eines auf auswählbare Orte der Oberfläche 12 gerichteten und gebündelten Teilchenstrahls 18. Alternativ kann die Formmanipulationseinrichtung 16 auch als Polieranlage konfiguriert sein, welche ein Polierwerkzeug zum mechanischen Abtragen von Material an der Oberfläche 12 durch direkten Kontakt des Polierwerkzeugs mit der Oberfläche 12 umfasst. Die Formmanipulationseinrichtung 16 ist in der in
In der in
Sowohl ein Materialabtrag als auch eine lokale Kompaktierung bewirkt eine lokale Absenkung der Oberfläche 12 am Objekt 14, wie etwa einem optischen Element. Eine Kompaktierung tritt insbesondere in amorphen Materialien durch eine Umverteilung von Elektronenbindungen auf. Dabei erfolgt die lokale Kompaktierung in allen Raumrichtungen, d.h. es findet nicht nur eine lokale Oberflächenabsenkung im Bereich eines Flächenelements in negativer z-Richtung sondern auch eine Kompaktierung parallel zur Oberfläche 12 statt. Dabei entstehen parallel zur Oberfläche 12 wirkende Kräfte, wodurch Spannungen in das Objekt 14 induziert werden. Diese Spannungen können eine Verformung eines gegenüber dem von der lokalen Kompaktierung betroffenen Flächenelement wesentlich größeren Oberflächenabschnitts bewirken. Der Oberflächenabschnitt kann einen Teil der Oberfläche 12 oder auch die gesamten Oberfläche 12 umfassen.Both material removal and local compaction cause a local lowering of the
Zur Erzeugung des Teilchenstrahls 18 in Form eines Elektronenstrahls enthält die als Teilchenbestrahlungseinrichtung ausgeführte Formmanipulationseinrichtung 16 gemäß
Zum Fokussieren des von der Beschleunigungseinheit 22 kommenden Teilchenstrahls 18 umfasst die Teilchenbestrahlungseinrichtung weiterhin eine Fokussierungseinheit 24 mit geeignet ausgebildeten elektrischen oder magnetischen Komponenten.To focus the
Mit einer Ablenkungseinheit 26 der Teilchenbestrahlungseinrichtung 16 lässt sich der Teilchenstrahl 18 sowohl in x1- als auch in x2-Richtung ablenken. Hierfür enthält die Ablenkungseinheit 26 ebenfalls geeignet ausgebildete elektrische oder magnetische Komponenten. Je nach Einstellung der Ablenkungseinheit 26 trifft der Teilchenstrahl 18 an einem bestimmten Ort xi = (x1 i, x2 i) auf die Oberfläche 12 des optischen Elements 14 auf. Ein derartiger Ort xi = (x1 i, x2 i) ist in
Auf diese Weise lässt sich nacheinander eine Vielzahl von verschiedenen Orten 33 auf der Oberfläche 12 bestrahlen und somit eine ortsaufgelöste Wirkungsverteilung in Form einer Energiedosisverteilung über die Oberfläche 12 erzielen. Unter der ortsaufgelösten Energiedosisverteilung ist hier eine Verteilung der eingebrachten Energie pro Fläche als Funktion der Ortskoordinate x = (x1, x2) der Oberfläche 12 des optischen Elements 14 zu verstehen. Dabei kann die Bestrahlung beispielsweise rasterartig oder auch kontinuierlich über die gesamte Oberfläche erfolgen. Auch ist eine unregelmäßige oder regelmäßige Anordnung verschiedener zu bestrahlender Orte, etwa in Zeilen, Kreisen, Ellipsen oder dergleichen, möglich.In this way, a large number of
Zur Vermeidung einer Absorption der Elektronen des Teilchenstrahls 18 durch Luft weist die Formmanipulationseinrichtung 16 ferner eine Vakuumkammer auf, in welcher die Elektronenquelle 20, die Beschleunigungseinheit 22, die Fokussierungseinheit 24, die Ablenkeinheit 26 und das Objekt 14 bzw. zumindest die Oberfläche 12 des Objekts 14 angeordnet sind.To avoid absorption of the electrons of the
Die Vorrichtung 10 enthält weiterhin eine Steuerungseinrichtung 30 zum Steuern der Teilchenbestrahlungseinrichtung 16. Die Steuerungseinrichtung 30 ist dazu ausgebildet, aus einer mit dem Bezugszeichen 28 bezeichneten vorgegebenen Solländerung h(x) für die Form der Oberfläche 12 des optischen Elements 14 einen Steuerungsbefehl 34 für die Formmanipulationseinrichtung 16 zu ermitteln. Der Steuerungsbefehl 34 bewirkt die Erzeugung der vorstehend beschriebenen Wirkungsverteilung in Form der Energiedosisverteilung in geeigneter Ausprägung. Die Solländerung 28 wird in der Regel durch Vermessen der tatsächlichen Oberflächenform und Vergleich der gemessenen Form mit einer Sollform ermittelt, d.h. die Solländerung 28 ist diejenige Änderung der Oberflächenform, die benötigt wird, um der Oberfläche 12 die Sollform zu geben.The device 10 further contains a
Werden Oberflächen 12 mittels der Formmanipulationseinrichtung 16 in der vorliegenden Ausführungsform bearbeitet, hängt die Oberflächenänderung, die durch eine Funktion der Raumkoordinaten dargestellt werden kann, von einer Verweilzeit des Bearbeitungsmittels, im vorliegenden Fall des Teilchenstrahls 18, über einer jeweiligen Position seiner Bearbeitungsbahn 36 auf der Oberfläche 12 ab. Beispiele derartiger Bearbeitungsbahnen 36 sind in den
Der Steuerungsbefehl 34 umfasst in der in
In der dargestellten Ausführungsform ist die Bearbeitungsbahn 36 vorgegeben. In diesem Fall bezieht sich die Position s der Verweildauer 32E des Steuerungsbefehls 34 auf die vorgegebene Bearbeitungsbahn 36. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können unterschiedliche Konfigurationen der Bearbeitungsbahn 36 vorgegeben werden, wobei die Steuerungseinrichtung 30 bei der Ermittlung des Endergebnisses 32E der Verweildauer τE(s) eine der vorgegebenen Bearbeitungsbahnen 36 gemäß einem dazu geeigneten Qualitätskriterium auswählt, sodass sich dann die Position s Verweildauer 32E auf die ausgewählte Bearbeitungsbahn bezieht.In the embodiment shown, the
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Steuerungsbefehl 34 aber auch ein Endergebnis 38E mindestens eines Bahnparameters BP umfassen, welcher die Gestaltung der Bearbeitungsbahn 36 definiert. Das Endergebnis 38E des mindestens einen Bahnparameters BP ist zur Veranschaulichung dieser alternativen Ausführungsform in
In
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf
Zum Beispiel Bezug nehmend auf
Die Abtragsvorhersage g(x) in
Die Bearbeitungsbahn 36 verläuft in einem Bearbeitungsbereich Ω' ⊂ ℝ2, während für die Auswertung der Oberflächenrauheit der Nutzbereich Ω bestimmend ist, welcher die im späteren Betrieb des Objekts 14 in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie tatsächlich genutzte Fläche angibt.The
Die Steuerungseinrichtung 30 ist dazu konfiguriert, zur Ermittlung der im Steuerungsbefehl 34 angegebenen Verweildauer 32E aus der vorgegebenen Solländerung 28 eine zweistufige Optimierung durchzuführen. In einer ersten Stufe 52 der Optimierung, in diesem Text auch erste Optimierung bezeichnet, wird eine mit dem Bezugszeichen 32N bezeichnete Näherung τN(s) der Verweildauer durch Minimierung einer Zielfunktion 54 bzw. Gütefunktion ermittelt:
Hierbei bezeichnet (h-g) die Abweichung 56 der Vorhersage g(x) von der Solländerung h(x) und ρ die Standardabweichung von (h-g). Wie dem Fachmann bekannt ist, wird die Standardabweichung einer Größe gebildet, indem die Einzelwerte der Größe von ihrem Mittelwert abgezogen werden, deren Quadrate addiert werden und aus dem Ergebnis die Wurzel gezogen wird.Here (h-g) denotes the
Die Minimierung der Zielfunktion 54 erfolgt unter einer Nebenbedingung 58:
Als Optimierungsverfahren zur Minimierung der Zielfunktion 54 kann ein Standardverfahren für konvexe Optimierung verwendet werden. So kann hier beispielsweise der (linearisierte) ADMM Algorithmus (siehe Neal Parikh & Stephen Boyd, "Proximal algorithms, Foundations and Trends in Optimization, 1 (3):127-239, 2014) oder der Chambolle-Pock Algorithmus (siehe Antonin Chambolle and Thomas Pock, „A first-order primal-dual algorithm for convex problems with applications to imaging, Journal of Mathematical Imaging and Vision, 40(1): 120-145, May 2011) zur Anwendung kommen, falls andere als die 2-Normen eingesetzt werden sollen. In der konkreten Form (2) mit quadratischen Normen kann bevorzugt das Verfahren der konjugierten Gradienten zum Einsatz kommen. In diesem Fall wird die Nebenbedingung durch nachträgliche Verschiebung der Verweildauer 32 realisiert. Bei kleinen Problemgrößen, z.B. wenn die Abtragsvorhersage in einer Basis dargestellt ist, kann auch eine direkte Lösung des sich ergebenden linearen Gleichungssystems genutzt werden.As an optimization method for minimizing the
Die Zielfunktion 38 in der unter (2) dargestellten Form
Die Nebenbedingung 48 gemäß Ausdruck (3) schreibt vor, dass die Lösung der Verweildauer τ mit einer durch eine Menge T an Verweilzeitfunktionen gegebenen Verweilzeitfunktion übereinstimmt. Die Menge T gibt alle mit der Formmanipulationseinrichtung 16 umsetzbaren Verweilzeitfunktionen vor.The
In einer optionalen zweiten Stufe 60 der Optimierung, in diesem Text auch weitere Optimierung bezeichnet, wird die Verweildauer 32E, d.h. ein Endergebnis der Verweildauer des Teilchenstrahls 18, durch Minimierung einer weiteren Zielfunktion 62 ermittelt:
Die Minimierung der Zielfunktion 62 erfolgt unter einer ersten Nebenbedingung 68:
Bei der Optimierung der zweiten Stufe 50 wird die in der ersten Stufe ermittelte Näherung 32N der Vorgabe für die Steuerungsgröße als Startpunkt für die Steuerungsgröße τ(x) verwendet. Das heißt, die Optimierung der zweiten Stufe 50 geht für die Aufenthaltsdauer τ(x) von der in der ersten Stufe ermittelten Werteverteilung der Näherung τN(x) aus. Für die in
Als Optimierungsverfahren zur Minimierung der Zielfunktion 52 kann auch hier ein als Innere-Punkte Verfahren ausgelegtes Standardverfahren für konvexe Optimierung verwendet werden, d.h. es wird eine zulässige Lösung, welche die Nebenbedingungen 68 und 70 erfüllt, benötigt. Dieses kann z.B. durch eine Lösung des Problems gemäß Ausdruck (6) mit einer realisierbaren Nutzervorgabe sichergestellt werden. Die Initiallösung kommt aus der ersten Optimierung 52, d.h. die Näherung 32N wird als Initiallösung verwendet. Danach kann die Bedingung gemäß Ausdruck (7) mittels einer logarithmischen Barriere realisiert und z.B. mit Hilfe des generalisierten Forward-Backward-Splitting Verfahrens (vgl. Hugo Raguet, Jalal Fadili, and Gabriel Peyre, „A generalized forward-backward splitting“, SIAM Journal on Imaging Sciences, 6(3): 1199-1226, 2013) gelöst werden.As an optimization method for minimizing the
Die Zielfunktion 62 in der unter (6) dargestellten Form
Die erste Nebenbedingung 68 begrenzt die Abweichung 56 der mittels der Formmanipulationseinrichtung 16 erzeugten Oberflächenänderung, d.h. der Abtragsvorhersage g, von der Solländerung h. Dazu wird ein bezeichneter Grenzwert RMSspec für einen über der Nutzfläche Ω, auf die sich die Solländerung 28 bezieht, berechneten Mittelwert der quadratischen Abweichung von g in Bezug auf h definiert. Dieser Mittelwert wird in der ersten Nebenbedingung 68 mittels der Standardabweichung ρ gebildet. Das heißt, es steht ein gewisses Fehlerbudget RMSspec zur Verfügung. Dieses soll mittels einer Bearbeitungsvorschrift τE(s) erzielt werden, die eine möglichst kleine Gesamtbearbeitungszeit aufweist. Die zweite Nebenbedingung 70 entspricht der bereits vorstehend mit Bezug auf die erste Stufe 52 der Optimierung erläuterten Nebenbedingung gemäß Ausdruck (3).The first secondary condition 68 limits the
In der bereits vorstehend erwähnten Ausführungsform, bei der unterschiedliche Konfigurationen der Bearbeitungsbahn 36 vorgegeben werden, führt die Steuerungseinrichtung 30 beide Stufen 52 und 60 der Optimierung für jede der vorgegebenen Bearbeitungsbahnen 36 aus und ermittelt dabei einen jeweiligen vorläufigen Steuerungsbefehl mit einer jeweiligen vorläufigen Verweildauer τV(s) für die Bearbeitung der Oberfläche 12 entlang der jeweiligen Konfiguration der Bearbeitungsbahn 36. Aus den ermittelten vorläufigen Steuerungsbefehlen mit der jeweiligen vorläufigen Verweildauer τV(s) wählt die Steuerungseinrichtung 30 dann den endgültigen Steuerungsbefehl 34 mit der endgültigen Verweildauer 32E aus. Die Auswahl des Steuerungsbefehls 34 erfolgt vorzugsweise anhand eines dazu geeigneten Qualitätskriteriums, welches etwa aus einer Kombination aus der Gesamtbearbeitungszeit und der mittels des Steuerungsbefehls 34 erreichbaren Annäherung an die Solländerung 28 bestimmt wird.In the embodiment already mentioned above, in which different configurations of the
Die
Die Satzwechselzeit ist dahingehend an den jeweiligen Streckenabschnitt der Bearbeitungsbahn 36 angepasst, dass der Zeitraum, der zur Bearbeitung des betreffenden Streckenabschnitts durch den Teilchenstrahl 18 benötigt wird, mit dem der Satzwechselzeit übereinstimmt. Da die Satzwechselzeit in der Regel gleich bleibt, wird bei einer größeren Abtastgeschwindigkeit des Teilchenstrahls 18 der betreffende Streckenabschnitt länger bemessen als bei einer kleineren Abtastgeschwindigkeit. Damit wird sichergestellt, dass zum Zeitpunkt der Umstellung der Abtastgeschwindigkeit der zum Betrieb des dann folgenden Streckenabschnitts benötigte Steuerungsdatensatz 72 mit der geänderten Abtastgeschwindigkeit bereits in der Formmanipulationseinrichtung 16 hochgeladen ist. Gemäß des in
Jedem der Streckenabschnitte 78 ist eine Abtastgeschwindigkeit vn zugeordnet, wobei beispielsweise der Streckenabschnitt 78-4 länger ist als der Streckenabschnitt 78-3 und damit die Abtastgeschwindigkeit v4 größer ist als die Abtastgeschwindigkeit v3. Die jeweilige Abtastgeschwindigkeit vn ist im betreffenden Streckenabschnitt 78 einheitlich. Damit ist auch die positionsabhängige Verweildauer τ1 bis τ6 (Bezugszeichen 321 - 326) des Teilchenstrahls 18 im betreffenden Streckenabschnitt 78 einheitlich. Die schwarzen Punkte auf der Bearbeitungsbahn 36 gemäß
Wie vorstehend erläutert, ist gemäß dem in den
Nachstehend wir das in
Durch die Satzwechselzeit tsw ergibt sich die Einschränkung ti ≥ tsw, während man durch die maximale Geschwindigkeit des Werkzeugs vmax die Einschränkung
Die Qualität der Abtragsvorhersage 48 hängt maßgeblich von der gewählten Diskretisierung des Ausdrucks (1) in Verbindung mit dem Kurvenmodell ab. Aufgrund der stückweise konstanten Verweilzeiten zur akkuraten Modellierung der Bewegung des Werkzeugs muss für jedes Intervall nur die Aufenthaltsdauer ti in diesem Intervall bestimmt werden. Die Verweilzeiten τ(s), s ∈ [si, si+1) ergeben sich dann als
Entsprechend kann bei der numerischen Optimierung über die ti optimiert werden, während für die Abtragsvorhersage 48 gemäß Ausdruck (1) die Kurve c beliebig genau abgetastet wird und die Zeit ti auf die Punkte der feinen Diskretisierung des jeweiligen Intervalls verteilt wird. Damit bleibt die Genauigkeit unabhängig von der Wahl der Stützstellen C hoch. Eine Illustration dazu ist in
Der erfindungsgemäße Ansatz, die in der Zielfunktion 54 enthaltene Abtragsvorhersage 48 durch den Term 50 darzustellen, welcher von der Bearbeitungsbahn 46 abhängig ist, kann auch als 1-dimensionaler Optimierungsansatz bezeichnet werden, der sich unterscheidet von einem 2-dimensionalen Optimierungsansatz von alternativen Optimierungsmethoden, bei dem die Abtragsvorhersage in einer betreffenden Zielfunktion als zweidimensionale Funktion in Abhängigkeit der Koordinaten der zu bearbeitenden Oberfläche dargestellt wird.The inventive approach of representing the
Der erfindungsgemäß 1-dimensionale Ansatz zeigt gegenüber den alternativen 2-dimensionalen Ansätzen insbesondere die Vorteile, dass eine genauere Berechnung des Abtrags vorgenommen werden kann, dass die Abstände entlang und zwischen den Bearbeitungstrajektorien 44 der Bearbeitungsbahn 36 variiert werden können und dass der Gradient der Verweilzeiten entlang der Bearbeitungsbahn 36 berücksichtigt werden kann.The 1-dimensional approach according to the invention has the particular advantages over the alternative 2-dimensional approaches that a more precise calculation of the removal can be carried out, that the distances along and between the
Die Genauigkeit der Abtragsvorhersage hängt in der 2-dimensonalen Optimierung von dem gewählten Gitter des Verweilzeitfeldes ab. Im Gegensatz dazu beachtet der 1-dimensionale Ansatz die kontinuierliche Werkzeugbahn, um den Abtrag zu berechnen. Die Werkzeugbahn kann zwischen den Stützstellen durch hinzugefügte Punkte mit passenden Verweilzeiten genau dargestellt werden. Eine genügend feine Diskretisierung führt zu einer beliebig genauen Darstellung der Werkzeugbahn. Der daraus berechnete Abtrag stimmt dadurch besser mit dem tatsächlichen Abtrag überein.In the 2-dimensional optimization, the accuracy of the removal prediction depends on the selected grid of the dwell time field. In contrast, the 1-dimensional approach considers the continuous tool path to calculate the material removal. The tool path can be accurately represented between the support points by adding points with appropriate dwell times. A sufficiently fine discretization leads to an arbitrarily accurate representation of the tool path. The removal calculated from this corresponds better to the actual removal.
Bei der Vorgabe der Werkzeugtrajektorien gibt es durch die beschriebenen Modelle neue Freiheitsgrade gegenüber dem 2-dimensionalen Optimierungsansatz, die sich positiv auf die Gesamtbearbeitungszeit auswirken. Da die Abtastpunkte der Kurve nicht mehr auf einem regelmäßigen Gitter liegen müssen, kann zum einen der Verlauf der Kurve c verändert werden, zum anderen können die Abtastpunkte C auf der Trajektorie frei gewählt werden.When specifying the tool trajectories, the models described provide new degrees of freedom compared to the 2-dimensional optimization approach, which have a positive effect on the overall machining time. Since the sampling points of the curve no longer have to lie on a regular grid, the course of the curve c can be changed, and the sampling points C on the trajectory can be freely selected.
Das Werkzeug muss in jedem Intervall zwischen zwei Abtastpunkten auf der Kurve mindestens die Mindestverweilzeit verbringen, siehe Ausdruck (11), bevor es die Bearbeitung im nächsten Intervall fortsetzen kann. Durch die Mindestverweilzeit in jedem Intervall entsteht ein Grundabtrag des Werkzeugs, der durch die zusätzlichen Freiheitsgrade reduziert werden kann. Allgemein ist das Ziel hierbei, die Anzahl der Abtastpunkte C gering zu halten, um den Grundabtrag durch die Satzwechselzeit in (11) zu minimieren.The tool must spend at least the minimum dwell time in each interval between two sampling points on the curve, see expression (11), before it can continue machining in the next interval. The minimum dwell time in each interval creates a basic removal rate of the tool, which can be reduced by the additional degrees of freedom. In general, the goal here is to keep the number of sampling points C low in order to minimize the basic removal caused by the block change time in (11).
Eine häufig verwendete Bearbeitungsbahn 36 ist der in den
Der Abstand zwischen den Bahnen kann verändert werden, ohne dass die Genauigkeit der Abtragsvorhersage 48 reduziert wird. Durch eine Vergrößerung des Abstands wird die Gesamtlänge der Kurve reduziert und somit die Gesamtbearbeitungszeit. Die Bahnen können unterschiedliche Abstände haben, also gegeneinander verschoben werden, um die Kurve an lokale Eigenschaften der gemessenen Oberflächenabweichungen h anzupassen. Jeder einzelne Punkt der Kurve kann verschoben werden, ebenfalls für eine lokale Anpassung an die Oberflächenabweichungen h.The distance between the tracks can be changed without reducing the accuracy of the
Bei anderen Kurvenarten wie z.B. einer Spirale gelten diese Vorteile in ähnlicher Weise. Eine Vergrößerung des Abstands der Abtastpunkte entlang der Werkzeugbahn reduziert die Anzahl der Abtastpunkte. Dies kann sich ebenfalls günstig auf den Grundabtrag und die Gesamtbearbeitungszeit auswirken.These advantages apply similarly to other types of curves, such as a spiral. Increasing the spacing of the sampling points along the tool path reduces the number of sampling points. This can also have a positive effect on the base removal and the overall processing time.
Ein weiterer Vorteil des 1-dimensionalen Ansatzes ergibt sich durch die Berechnung des Gradienten der Verweilzeiten in Bahnrichtung. Die Glattheit der Verweilzeiten (und damit der Geschwindigkeit) auf der Trajektorie wirkt sich stark auf die Umsetzbarkeit auf der Fertigungsanlage aus - beliebig hohe Beschleunigungen und Beschleunigungsänderungen lassen sich ggf. nicht umsetzen. Bei 2D-Ansätzen wird die Glattheit des Verweilzeitfeldes isotrop behandelt, d.h. es wird nicht zwischen der Glattheit entlang der Bahn und zwischen den Bahnen unterschieden.Another advantage of the 1-dimensional approach arises from the calculation of the gradient of the dwell times in the web direction. The smoothness of the dwell times (and thus the speed) on the trajectory has a strong impact on the feasibility on the production system - arbitrarily high accelerations and changes in acceleration may not be possible. In 2D approaches, the smoothness of the residence time field is treated isotropically, that is, no distinction is made between the smoothness along the trajectory and between the trajectory.
Durch die explizite Modellierung der 1-dimensionalen Natur der Bearbeitungsbahn 36 wird in den vorstehend beschriebenen Optimierungen 52 und 60 nur noch die Glattheit entlang der Bearbeitungsbahn beachtet. Daraus ergeben sich weniger Einschränkungen für die Verweilzeitverteilung, was zu einem kleineren Grundabtrag und geringerer Gesamtbearbeitungszeit führt.By explicitly modeling the 1-dimensional nature of the
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen, insoweit sie in den Rahmen der Erfindung gemäß der Definition in den beigefügten Ansprüchen fallen, sowie Äquivalente vom Schutz der Ansprüche abgedeckt sein.The above description of exemplary embodiments, embodiments or embodiment variants is to be understood as an example. The resulting disclosure, on the one hand, enables the person skilled in the art to understand the present invention and the associated advantages, and on the other hand, in the understanding of the person skilled in the art, also includes obvious changes and modifications to the structures and methods described. Therefore, all such alterations and modifications to the extent that they come within the scope of the invention as defined in the appended claims, and equivalents, are intended to be covered by the protection of the claims.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Vorrichtung zum Verändern der Form einer OberflächeDevice for changing the shape of a surface
- 1212
- Oberflächesurface
- 1414
- Objektobject
- 1616
- FormmanipulationseinrichtungMold manipulation device
- 1818
- Teilchenstrahlparticle beam
- 2020
- Elektronenquelleelectron source
- 2222
- BeschleunigungseinheitAcceleration unit
- 2424
- FokussierungseinheitFocusing unit
- 2626
- AblenkungseinheitDistraction unit
- 2828
- vorgegebene Solländerungspecified target change
- 3030
- SteuerungseinrichtungControl device
- 3232
- Verweildauer des Teilchenstrahls τ(s)Dwell time of the particle beam τ(s)
- 32N32N
- Näherung einer Verweildauer des Teilchenstrahls τN(s)Approximation of a residence time of the particle beam τ N (s)
- 32E32E
- Endergebnis einer Verweildauer des Teilchenstrahls τE(s)Final result of a dwell time of the particle beam τ E (s)
- 321-326321-326
- positionsabhängige Verweildauer unterschiedlicher StreckenabschnittePosition-dependent duration of stay on different route sections
- 3333
- Ort auf der Oberflächelocation on the surface
- 3434
- SteuerungsbefehlControl command
- 3636
- BearbeitungsbahnProcessing path
- 3737
- Streckenposition s der BearbeitungsbahnRoute position s of the processing path
- 38E38E
- Endergebnis mindestens eines BahnparametersFinal result of at least one path parameter
- BP1, BP2, BP3BP1, BP2, BP3
- BahnparameterOrbit parameters
- 4040
- BearbeitungsflächeProcessing surface
- 4242
- NutzflächeUsable area
- 44, 44M44, 44M
- BearbeitungstrajektorienMachining trajectories
- 4646
- WerkzeugfunktionTool function
- 4848
- AbtragsvorhersageRemoval prediction
- 5050
- Termterm
- 5252
- erste Stufe der Optimierungfirst stage of optimization
- 5454
- ZielfunktionObjective function
- 5656
- Abweichung der Vorhersage von der SolländerungDeviation of the forecast from the target change
- 5858
- NebenbedingungAdditional condition
- 6060
- zweite Stufe der Optimierungsecond stage of optimization
- 6262
- weitere Zielfunktionanother objective function
- 6464
- erster Termfirst term
- 6666
- zweiter Termsecond term
- 6868
- erste Nebenbedingungfirst secondary condition
- 7070
- zweite Nebenbedingungsecond secondary condition
- 7272
- SteuerungsdatensatzControl data set
- 7474
- SpeichereinheitStorage unit
- 7676
- SteuersignalgeberControl signal generator
- 7878
- StreckenabschnitteRoute sections
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012212199 A1 [0002]DE 102012212199 A1 [0002]
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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NAIK, S. S.: Optimization of process planning for focused ion beam machine in nano-manufacturing. Masterarbeit, Missouri University of Science and Technology, 2012. - URL: https://scholarsmine.mst.edu/masters_theses/5287 [abgerufen am 11.05.2023] |
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