DE102022208269A1 - Device for changing a shape of a surface of an object - Google Patents

Device for changing a shape of a surface of an object Download PDF

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Max Nimmer
Johannes Persch
Holger Perfahl
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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 DE10 2012 212 199A1 ist beispielsweise eine derartige Vorrichtung bekannt. Diese umfasst eine Formmanipulationseinrichtung zur Oberflächenstrukturierung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen aus Glas oder Keramik mittels Elektronenbestrahlung. Dazu kann ein Teilchenstrahl, wie etwa ein Elektronenstrahl, mit einem Durchmesser im Bereich der kleinsten zu erzeugenden Strukturen auf ausgewählte Teilbereiche der Oberfläche gerichtet werden, um eine lokale Verdichtung und somit eine lokale Absenkung der Oberfläche entsprechend der gewünschten Oberflächenstrukturierung zu erzielen. Weiterhin wird eine Bearbeitung eines optischen Elements einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Elektronenstrahl beschrieben. Durch den Herstellungsprozess bedingte Abbildungsfehler der Projektionsbelichtungsanlage können durch eine geeignet ausgeführte Verdichtung und eine damit einhergehende Änderung der Form der optischen Oberfläche eines optischen Elements kompensiert werden. Teilchenstrahlen können neben der beschriebenen Materialverdichtung auch zum direkten Materialabtrag an der Oberfläche des bestrahlten optischen Elements eingesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, durch geeignete Bestrahlung einen Materialauftrag auf der Oberfläche des Objekts zu bewirken. Alternativ zu Teilchenstrahlverfahren kann die Oberflächenstrukturierung auch durch andere mechanische Verfahren, wie etwa durch Polierverfahren, erfolgen.Out of DE10 2012 212 199A1 For example, such a device is known. This includes a shape manipulation device for surface structuring of micro- or nanostructured components made of glass or ceramic using electron irradiation. For this purpose, a particle beam, such as an electron beam, with a diameter in the range of the smallest structures to be created can be directed onto selected subareas of the surface in order to achieve local densification and thus local lowering of the surface in accordance with the desired surface structuring. Furthermore, processing of an optical element of a projection exposure system for microlithography with an electron beam is described. Imaging errors in the projection exposure system caused by the manufacturing process can be compensated for by a suitably designed compression and an associated change in the shape of the optical surface of an optical element. In addition to the material compaction described, particle beams can also be used for direct material removal from the surface of the irradiated optical element. Furthermore, it is possible to apply material to the surface of the object through suitable irradiation. As an alternative to particle beam processes, surface structuring can also be carried out using other mechanical processes, such as polishing processes.

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.
Further disadvantages that can be avoided by configuring the objective function according to the invention compared to the alternative configuration based on a 2-dimensional optimization are as follows:
  • - 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 gemäß 2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten ersten Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung,
  • 4 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß 2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten weiteren Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung,
  • 5 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß 2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten weiteren Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung,
  • 6 die Darstellung der Oberfläche des Objekts gemäß 2 in Draufsicht mit einem zusätzlich eingezeichneten weiteren Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung,
  • 7 ein Ausführungsbeispiel eines Verarbeitungsmoduls in der Formmanipulationseinrichtung gemäß 1 zur Verarbeitung des von der Steuerungseinrichtung ermittelten Steuerungsbefehls, sowie
  • 8 eine beispielhafte Einteilung einer Bearbeitungsbahn der Formmanipulationseinrichtung.
The above and further advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments or embodiments according to the invention with reference to the attached schematic drawings. It shows:
  • 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 object 2 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 object 2 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 object 2 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 object 2 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 to 1 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 1 ein Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. Dabei verläuft die x1-Richtung nach rechts, die x2-Richtung in die Zeichenebene hinein und die z-Richtung nach oben. In den in 1 sowie nachstehend angegebenen Formeln wird mit x ein zweidimensionaler Ortsvektor mit den Koordinaten (x1, x2) bezeichnet.For ease of description, in 1 a coordinate system is specified, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. The x 1 direction runs to the right, the x 2 direction runs into the drawing plane and the z direction runs upwards. In the in 1 and the formulas given below, x denotes a two-dimensional position vector with the coordinates (x 1 , x 2 ).

In 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zum Verändern einer Form einer Oberfläche 12 eines Objekts 14 in Gestalt eines optischen Elements mittels Elektronenbestrahlung schematisch dargestellt. Als optisches Element ist exemplarisch ein Spiegel für den EUV-Wellenlängenbereich, d.h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 100 nm, insbesondere einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm oder etwa 6,8 nm dargestellt. Dabei kann dieses ein optisches Element für ein Beleuchtungssystem oder eine Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Mikrolithographie oder die DUV-Mikrolithographie mit einer Wellenlänge von etwa 365 nm, etwa 248 nm oder etwa 193 nm sein. Bei dem mittels der Vorrichtung 10 veränderbaren optischen Element kann es sich dabei um einen Umlenkspiegel, Facetten eines Facettenspiegels einer Beleuchtungsoptik oder um einen Spiegel einer Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage handeln.In 1 An exemplary embodiment of a device 10 for changing a shape of a surface 12 of an object 14 in the form of an optical element by means of electron irradiation is shown schematically. As an example, a mirror for the EUV wavelength range, ie for electromagnetic radiation with a wavelength of less than 100 nm, in particular a wavelength of approximately 13.5 nm or approximately 6.8 nm, is shown as an optical element. This can be an optical element for an illumination system or projection optics of a projection exposure system for EUV microlithography or DUV microlithography with a wavelength of approximately 365 nm, approximately 248 nm or approximately 193 nm. The optical element that can be changed using the device 10 can be a deflection mirror, facets of a facet mirror of an illumination optics or a mirror of a projection optics of a projection exposure system.

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 1 dargestellten Ausführungsform zum Materialabtrag auf der Oberfläche 12 konfiguriert. Alternativ kann die Formmanipulationseinrichtung 16 auch zum Materialauftrag an der Oberfläche 12 ausgelegt sein.The device 10 contains a shape manipulation device 16 in the form of a particle irradiation device for generating a particle beam 18 directed and focused at selectable locations on the surface 12. Alternatively, the shape manipulation device 16 can also be configured as a polishing system, which uses a polishing tool for the mechanical removal of material on the surface 12 direct contact of the polishing tool with the surface 12 includes. The shape manipulation device 16 is in the in 1 illustrated embodiment configured for material removal on the surface 12. Alternatively, the shape manipulation device 16 can also be designed to apply material to the surface 12.

In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform einer Teilchenbestrahlungseinrichtung wird der Teilchenstrahl 18 durch Elektronen gebildet, damit handelt es sich bei der Teilchenbestrahlungseinrichtung um eine Elektronenbestrahlungseinrichtung. In anderen Ausführungsvarianten können auch Ionen, etwa bei Anlagen zur IBF-Oberflächenbearbeitung, oder ungeladene Teilchen zum Einsatz kommen. Bei Verwendung von Ionen werden diese typischerweise nach Beschleunigung im elektrischen Feld vor dem Auftreffen auf die Oberfläche neutralisiert. Der Teilchenstrahl 18 ist insbesondere energetisch derart ausgebildet, dass je nach Energiedosis ein mehr oder weniger stark ausgeprägter lokaler Abtrag bzw. eine mehr oder weniger stark ausgeprägte lokale Kompaktierung des Materials des Objekts 14 an der Oberfläche 12 bewirkt wird. Als Energiedosis ist die Energie pro Fläche zu verstehen, welche durch den Teilchenstrahl 18 in das Objekt 14 eingebracht wird. Die Energiedosis ist somit insbesondere von der Verweildauer des Elektronenstrahls am ausgewählten Ort und von dessen Intensität abhängig.In the in 1 In the illustrated embodiment of a particle irradiation device, the particle beam 18 is formed by electrons, so the particle irradiation device is an electron irradiation device. In other design variants, ions can also be used, for example in systems for IBF surface processing, or uncharged particles. When using ions, they are typically neutralized after acceleration in the electric field before hitting the surface. The particle beam 18 is, in particular, energetically designed in such a way that, depending on the energy dose, a more or less pronounced local removal or a more or less pronounced local compaction of the material of the object 14 on the surface 12 is brought about. The energy dose is the energy per area that is introduced into the object 14 by the particle beam 18. The absorbed dose is therefore particularly dependent on the duration of the electron beam at the selected location and on its intensity.

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 surface 12 on the object 14, such as an optical element. Compaction occurs particularly in amorphous materials through a redistribution of electron bonds. The local compaction takes place in all spatial directions, i.e. there is not only a local surface depression in the area of a surface element in the negative z-direction but also a compaction parallel to the surface 12. This creates forces acting parallel to the surface 12, whereby stresses are induced in the object 14. These stresses can cause a deformation of a surface section that is significantly larger than the surface element affected by the local compaction. The surface section can include a part of the surface 12 or the entire surface 12.

Zur Erzeugung des Teilchenstrahls 18 in Form eines Elektronenstrahls enthält die als Teilchenbestrahlungseinrichtung ausgeführte Formmanipulationseinrichtung 16 gemäß 1 eine Elektronenquelle 20 und eine Beschleunigungseinheit 22. Als Elektronenquelle 20 kann beispielsweise eine Glühkathode, eine Kristallkathode oder eine Feldemissions-Kathode verwendet werden. Die Beschleunigungseinheit 22 beschleunigt und bündelt die von der Elektronenquelle 20 emittierten Elektronen. Dazu kann die Beschleunigungseinheit 22 eine Anode mit einem gegenüber der Elektronenquelle 20 hohen positiven elektrostatischen Potential und einer kleinen Austrittsöffnung für die beschleunigten Elektronen aufweisen. Zum Bündeln und zum Einstellen der Intensität des Teilchenstrahls 18 enthält die Beschleunigungseinheit 22 ferner eine Steuerelektrode, beispielsweise einen Wehneltzylinder. Die Intensität bzw. der Strahlstrom gibt die Anzahl der Elektronen an, welche pro Zeiteinheit durch eine senkrecht zum Elektronenstrahl gedachte Fläche treten.To generate the particle beam 18 in the form of an electron beam, the form is designed as a particle irradiation device nipulation device 16 according to 1 an electron source 20 and an acceleration unit 22. An incandescent cathode, a crystal cathode or a field emission cathode can be used as the electron source 20, for example. The acceleration unit 22 accelerates and concentrates the electrons emitted by the electron source 20. For this purpose, the acceleration unit 22 can have an anode with a high positive electrostatic potential compared to the electron source 20 and a small outlet opening for the accelerated electrons. To focus and adjust the intensity of the particle beam 18, the acceleration unit 22 also contains a control electrode, for example a Wehnelt cylinder. The intensity or the beam current indicates the number of electrons that pass through an imaginary surface perpendicular to the electron beam per unit of time.

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 particle beam 18 coming from the acceleration unit 22, the particle irradiation device further comprises a focusing unit 24 with suitably designed electrical or magnetic components.

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 1 mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet.With a deflection unit 26 of the particle irradiation device 16, the particle beam 18 can be deflected in both the x 1 and x 2 directions. For this purpose, the deflection unit 26 also contains suitably designed electrical or magnetic components. Depending on the setting of the deflection unit 26, the particle beam 18 hits the surface 12 of the optical element 14 at a specific location x i = (x 1 i , x 2 i ). Such a location x i = (x 1 i , x 2 i ) is in 1 designated by the reference number 33.

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 different locations 33 on the surface 12 can be irradiated one after the other and thus a spatially resolved effect distribution in the form of an energy dose distribution over the surface 12 can be achieved. The spatially resolved energy dose distribution here is to be understood as a distribution of the energy introduced per area as a function of the spatial coordinate x = (x 1 , x 2 ) of the surface 12 of the optical element 14. The irradiation can, for example, take place in a grid pattern or continuously over the entire surface. An irregular or regular arrangement of different locations to be irradiated, for example in rows, circles, ellipses or the like, is also possible.

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 particle beam 18 by air, the shape manipulation device 16 also has a vacuum chamber in which the electron source 20, the acceleration unit 22, the focusing unit 24, the deflection unit 26 and the object 14 or at least the surface 12 of the object 14 are arranged.

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 control device 30 for controlling the particle irradiation device 16. The control device 30 is designed to generate a control command 34 for the shape manipulation device from a predetermined target change h (x) for the shape of the surface 12 of the optical element 14, designated by the reference number 28 16 to determine. The control command 34 causes the effect distribution described above to be generated in the form of the energy dose distribution in a suitable form. The target change 28 is usually determined by measuring the actual surface shape and comparing the measured shape with a target shape, i.e. the target change 28 is the change in the surface shape that is required to give the surface 12 the target shape.

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 3 bis 6 dargestellt und weiter unten näher beschrieben. Die Abhängigkeit der Oberflächenänderung von der Verweilzeit des Bearbeitungsmittels kann eine lineare Abhängigkeit, etwa im Fall eines durch einen Teilchenstrahl bedingten Materialabtrags, oder auch eine nichtlineare Abhängigkeit, etwa bei Elektronenstrahlkompaktierung, sein.If surfaces 12 are processed by means of the shape manipulation device 16 in the present embodiment, the surface change, which can be represented by a function of the spatial coordinates, depends on a dwell time of the processing agent, in the present case the particle beam 18, over a respective position of its processing path 36 on the surface 12 off. Examples of such processing paths 36 are in the 3 until 6 shown and described in more detail below. The dependence of the surface change on the residence time of the processing agent can be a linear dependence, for example in the case of material removal caused by a particle beam, or a non-linear dependence, for example in electron beam compaction.

Der Steuerungsbefehl 34 umfasst in der in 1 dargestellten Ausführungsform eine mit dem Bezugszeichen 32E bezeichnetes Endergebnis einer Verweildauer τE(s) des Bearbeitungsmittels in Form des Teilchenstrahls 18 über der jeweiligen, auch mit dem Bezugszeichen 37 bezeichneten, Streckenposition s der Bearbeitungsbahn 36. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Verweildauer 32E um eine positionsabhängige Verweildauer des Bearbeitungsmittels beim Abtasten der Oberfläche entlang der Bearbeitungsbahn 36.The control command 34 includes in the in 1 In the embodiment shown, a final result of a dwell time τ E (s) of the processing agent in the form of the particle beam 18, denoted by reference number 32E, over the respective route position s of the processing path 36, also denoted by reference number 37. In other words, the dwell time is 32E about a position-dependent dwell time of the processing agent when scanning the surface along the processing path 36.

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 processing path 36 is predetermined. In this case, the position s of the dwell time 32E of the control command 34 relates to the predetermined processing path 36. According to a further embodiment, different configurations of the processing path 36 can be specified, with the control device 30 in the determination Development of the final result 32E of the dwell time τ E (s) selects one of the predetermined processing paths 36 according to a suitable quality criterion, so that the position s dwell time 32E then relates to the selected processing path.

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 1 mit einer gestrichelten Kreisform dargestellt. Dabei ist zu verstehen, dass die in 1 anhand der dargestellten Formeln veranschaulichte Funktionalität sich auf die Ausführungsform der Steuerungseinrichtung 30 bezieht, in welcher der Steuerungsbefehl 34 lediglich die Verweildauer 32E umfasst. In der weiteren Ausführungsform, in welcher der Steuerungsbefehl 34 zusätzlich das Endergebnis 38E des mindestens einen Bahnparameters umfasst, ist die Funktionalität der Steuerungseinrichtung 30 entsprechend angepasst. Das Endergebnis 38E kann beispielsweise Angaben zu nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläuterte Bahnparameter BP1, BP2 und BP3 umfassen.According to a further embodiment, the control command 34 can also include a final result 38E of at least one path parameter BP, which defines the design of the processing path 36. The end result 38E of the at least one trajectory parameter BP is shown in Figure 1 to illustrate this alternative embodiment 1 shown with a dashed circle shape. It should be understood that the in 1 Functionality illustrated using the formulas shown relates to the embodiment of the control device 30, in which the control command 34 only includes the dwell time 32E. In the further embodiment, in which the control command 34 additionally includes the final result 38E of the at least one path parameter, the functionality of the control device 30 is adapted accordingly. The final result 38E can, for example, provide information about the following with reference to the 3 until 6 explained trajectory parameters include BP1, BP2 and BP3.

2 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf die Oberfläche 12 des Objekts 14. Ein mit Q' bezeichnetes kreisförmiges Gebiet stellt hierbei eine Bearbeitungsfläche 40 auf der Oberfläche 12 des Objekts 14, d.h. einen dem Teilchenstrahl 18 bzw. allgemein dem Bearbeitungsmittel bzw. Bearbeitungswerkzeug zugänglichen Bearbeitungsbereich dar. Die Ausführung der Bearbeitungsfläche als kreisförmiges Gebiet ist beispielhaft zu verstehen. Andere Formen der Bearbeitungsfläche, wie etwa ovale, quadratische, rechteckige oder anders geartete Formen sind denkbar. Der innere Bereich der Bearbeitungsfläche Ω' enthält eine Nutzfläche 42, welche mit Ω bezeichnet ist. Die Nutzfläche Ω ist für den Fall, in dem das Objekt 14 ein optisches Element für eine Lithographie-Projektionsbelichtungsanlage, ein Flächenabschnitt auf dem optischen Element, welcher im in der Projektionsbelichtungsanlage eingebauten Zustand in einem Nutzstrahlengang angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Nutzfläche Ω der im späteren Betrieb des optischen Elements tatsächlich genutzte Flächenabschnitt oder enthält diesen. Auch die Nutzfläche Ω ist in der in 2 dargestellten Draufsicht kreisförmig. 2 shows an example of a top view of the surface 12 of the object 14. A circular area designated Q 'represents a processing area 40 on the surface 12 of the object 14, ie a processing area accessible to the particle beam 18 or generally to the processing means or processing tool Execution of the processing area as a circular area is to be understood as an example. Other shapes of the processing surface, such as oval, square, rectangular or other shapes are conceivable. The inner region of the processing surface Ω 'contains a useful surface 42, which is designated Ω. For the case in which the object 14 is an optical element for a lithography projection exposure system, the useful area Ω is a surface section on the optical element, which is arranged in a useful beam path when installed in the projection exposure system. In other words, the useful area Ω is or contains the area section actually used in the later operation of the optical element. The usable area Ω is also in the in 2 shown top view circular.

In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsbahn 36 eingezeichnet. Die Bearbeitungsbahn 36 umfasst eine Vielzahl von Bearbeitungstrajektorien 44 in Form von parallelen Linien bzw. parallelen Abschnitten der Bearbeitungsbahn 36, wobei lediglich einige dieser Bearbeitungstrajektorien mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet sind. Die Bearbeitungstrajektorien 44 geben den Weg des Teilchenstrahls 18 bzw. allgemein eines Bearbeitungsmittels auf der Oberfläche 12 im Betrieb der Vorrichtung 10 an, wobei benachbarte Bearbeitungstrajektorien 44 in entgegengesetzter Richtung vom Teilchenstrahl 18 abgefahren werden. Der Abstand benachbarter Bearbeitungstrajektorien 44 ist in der Ausführungsform gemäß 3 einheitlich und als Bahnparameter BP1 bezeichnet.In 3 a first exemplary embodiment of the processing path 36 is shown. The processing path 36 includes a large number of processing trajectories 44 in the form of parallel lines or parallel sections of the processing path 36, only some of these processing trajectories being designated by the reference number 44. The processing trajectories 44 indicate the path of the particle beam 18 or generally of a processing agent on the surface 12 during operation of the device 10, with adjacent processing trajectories 44 being traveled in the opposite direction by the particle beam 18. The distance between adjacent processing trajectories 44 is in the embodiment according to 3 uniform and referred to as trajectory parameter BP1.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsbahn 36. Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 lediglich im Bahnparameter BP1, der Abstand benachbarter Bearbeitungstrajektorien 44 ist gemäß 4 größer als gemäß 3. 4 shows a further exemplary embodiment of the processing path 36. This differs from the exemplary embodiment according to 3 only in the path parameter BP1, the distance between adjacent machining trajectories 44 is according to 4 larger than according 3 .

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsbahn 36. Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 lediglich darin, dass eine der Bearbeitungstrajektorien 44, welche mit dem Bezugszeichen 44M bezeichnet ist, einen modifizierten Verlauf aufweist. Der modifizierte Verlauf ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsbahn 36 an drei Positionen jeweils eine Richtungsänderung aufweist, wodurch ein V-förmiger Verlauf entsteht. Die Richtungsänderungen werden durch einen weiteren Bahnparameter BP2 definiert. 5 shows a further exemplary embodiment of the processing path 36. This differs from the exemplary embodiment according to 4 only in that one of the machining trajectories 44, which is designated by the reference number 44M, has a modified course. The modified course is characterized in that the processing path 36 has a change in direction at three positions, which creates a V-shaped course. The changes in direction are defined by another path parameter BP2.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsbahn 36. Dieses unterscheidet sich dahingehend von den Ausführungsbeispielen gemäß der 3 und 4, dass der Verlauf der Bearbeitungsbahn 36 nicht durch parallele Bearbeitungstrajektorien gekennzeichnet ist, sondern spiralförmig gestaltet ist. Die genaue Verlaufscharakterisierung der Bearbeitungsbahn 36 wird durch einen weiteren Bahnparameter BP3 definiert. 6 shows a further exemplary embodiment of the processing path 36. This differs from the exemplary embodiments according to FIG 3 and 4 that the course of the processing path 36 is not characterized by parallel processing trajectories, but is designed in a spiral shape. The exact course characterization of the processing path 36 is defined by a further path parameter BP3.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 1 die Funktionsweise der Steuerungseinrichtung 30 erläutert. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird vorliegend die Solländerung 28 der Oberflächenform mit h(x) bezeichnet. Die Verweildauer 32 des Teilchenstrahls 18 bzw. allgemein eines Bearbeitungsmittels oder Werkzeugs wird mit τ(s) in Abhängigkeit von der Streckenposition s der Bearbeitungsbahn 36 auf der zu bearbeitenden Oberfläche 12 beschrieben. Die Wirkung des Werkzeugs in Gestalt des Teilchenstrahls 18 wird durch eine, mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnete, sogenannte Werkzeugfunktion k charakterisiert.Below is with reference to 1 the functionality of the control device 30 is explained. As already mentioned above, the desired change 28 in the surface shape is denoted h(x). The dwell time 32 of the particle beam 18 or generally of a processing means or tool is described as τ(s) depending on the route position s of the processing path 36 on the surface 12 to be processed. The effect of the tool in the form of the particle beam 18 is characterized by a so-called tool function k, designated by reference number 46.

Zum Beispiel Bezug nehmend auf 3 bewegt sich der Teilchenstrahl 18 entlang der Bearbeitungsbahn 36, die durch eine nach Bogenlänge parametrisierte Kurve c: ℝ ⊃ S → Ω', S = [0,L], mit Länge L und dazugehörigen Verweildauern τ: ℝ ⊃ S → ℝ≥0 beschrieben wird. Eine zweidimensionale Abtragsvorhersage g(x) mit der Werkzeugfunktion k: ℝ2 → ℝ2 kann durch ein Kurvenintegral entlang c beschrieben werden als g ( x ) = s k ( x c ( s ) ) τ ( s )  d s

Figure DE102022208269A1_0001
For example, referring to 3 the particle beam 18 moves along the processing path 36, which is characterized by a curve c: ℝ ⊃ S → Ω', S = [0,L], parameterized according to arc length, with length L and associated dwell times τ: ℝ ⊃ S → ℝ ≥0 is described. A two-dimensional stock removal prediction g(x) with the tool function k: ℝ 2 → ℝ 2 can be described by a curve integral along c as G ( x ) = s k ( x c ( s ) ) τ ( s ) d s
Figure DE102022208269A1_0001

Die Abtragsvorhersage g(x) in 1 stellt eine Vorhersage der mittels des Steuerungsbefehls 34 erzeugbaren Oberflächenänderung dar und ist mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet. In einer Ausführungsform, in der das Bearbeitungsmittel einen Materialauftrag bewirkt, stellt g(x) entsprechend eine Auftragsvorhersage dar. Wie aus (1) ersichtlich, ist der die Abtragsvorhersage g(x) darstellende Term ∫S k(x - c(s)) τ(s) ds, , welcher in 1 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist, von der Bearbeitungsbahn c(s) abhängig.The removal prediction g(x) in 1 represents a prediction of the surface change that can be generated by means of the control command 34 and is designated by the reference numeral 48. In an embodiment in which the processing means effects a material application, g(x) accordingly represents an order prediction. As can be seen from (1), the term representing the removal prediction g(x) is ∫ S k(x - c(s)) τ(s) ds, , which in 1 is designated by the reference number 50, depends on the processing path c(s).

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 processing path 36 runs in a processing area Ω' ⊂ ℝ 2 , while the useful area Ω is decisive for the evaluation of the surface roughness, which indicates the area actually used in the later operation of the object 14 in a projection exposure system for microlithography.

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: argmin τ ρ ( h g ) 2 + λ s | τ ˙ ( s ) | 2  d s

Figure DE102022208269A1_0002
The control device 30 is configured to carry out a two-stage optimization to determine the dwell time 32E specified in the control command 34 from the specified target change 28. In a first stage 52 of the optimization, also referred to as the first optimization in this text, an approximation τ N (s) of the dwell time, designated by the reference number 32N, is determined by minimizing a target function 54 or quality function: argmin τ ρ ( H G ) 2 + λ s | τ ˙ ( s ) | 2 d s
Figure DE102022208269A1_0002

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 deviation 56 of the prediction g(x) from the target change h(x) and ρ denotes the standard deviation of (h-g). As is known to those skilled in the art, the standard deviation of a quantity is formed by subtracting the individual values of the quantity from their mean, adding their squares and taking the root from the result.

Die Minimierung der Zielfunktion 54 erfolgt unter einer Nebenbedingung 58: NB:  τ T

Figure DE102022208269A1_0003
The objective function 54 is minimized under a secondary condition 58: NB: τ T
Figure DE102022208269A1_0003

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 objective function 54, a standard convex optimization method can be used. For example, the (linearized) ADMM algorithm (see Neal Parikh & Stephen Boyd, "Proximal algorithms, Foundations and Trends in Optimization, 1 (3):127-239, 2014) or the Chambolle-Pock algorithm (see 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) are used if norms other than the 2 norms should be used. In the specific form (2) with quadratic norms, the method of conjugate gradients can preferably be used. In this case, the secondary condition is implemented by subsequently shifting the dwell time 32. For small problem sizes, e.g. if the removal prediction is in a basis is shown, a direct solution of the resulting linear system of equations can also be used.

Die Zielfunktion 38 in der unter (2) dargestellten Form ρ ( h g ) 2 + λ s | τ ˙ ( s ) | 2 d s

Figure DE102022208269A1_0004
besteht aus zwei Termen. Der erste Term ist der Datenterm. Er misst die RMS-Rauheit der bearbeiteten Oberfläche 12. Der zweite Term dient als Bestrafungsterm und erzwingt eine Glattheit der Lösung, d.h. er definiert ein Limit auf der Ableitung von τ und somit auf der Beschleunigung der Formmanipulationseinrichtung 16. Ein Gewichtungsfaktor in Form eines skalaren Wertes λ dient der Regulierung der Glattheit der Lösung.The objective function 38 in the form shown under (2). ρ ( H G ) 2 + λ s | τ ˙ ( s ) | 2 d s
Figure DE102022208269A1_0004
consists of two terms. The first term is the data term. It measures the RMS roughness of the machined surface 12. The second term serves as a penalty term and enforces smoothness of the solution, i.e. it defines a limit on the derivative of τ and thus on the acceleration of the shape manipulation device 16. A weighting factor in the form of a scalar value λ is used to regulate the smoothness of the solution.

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 constraint 48 according to expression (3) dictates that the solution of the residence time τ agrees with a residence time function given by a set T of residence time functions. The quantity T specifies all dwell time functions that can be implemented with the shape manipulation device 16.

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: argmin τ s τ ( s ) + λ | τ ˙ ( s ) | 2 d s

Figure DE102022208269A1_0005
In an optional second stage 60 of the optimization, also referred to as further optimization in this text, the dwell time 32E, ie a final result of the dwell time of the particle beam 18, is determined by minimizing a further objective function 62: argmin τ s τ ( s ) + λ | τ ˙ ( s ) | 2 d s
Figure DE102022208269A1_0005

Die Minimierung der Zielfunktion 62 erfolgt unter einer ersten Nebenbedingung 68: ρ ( h g ) < RMS spec

Figure DE102022208269A1_0006
wobei ρ die Standardabweichung von (h-g) bildet, sowie einer zweiten Nebenbedingung 70: NB2:  τ T
Figure DE102022208269A1_0007
The objective function 62 is minimized under a first secondary condition 68: ρ ( H G ) < RMS spec
Figure DE102022208269A1_0006
where ρ is the standard deviation of (hg), as well as a second constraint 70: NB2: τ T
Figure DE102022208269A1_0007

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 1 nicht eigens veranschaulichte Ausführungsform, gemäß der auf die zweite Stufe 60 der Optimierung verzichtet wird, wird die in der ersten Stufe 52 der Optimierung ermittelte Verweildauer 32N als Endergebnis 32E der Verweildauer in den Steuerungsbefehl 34 aufgenommen.When optimizing the second stage 50, the approximation 32N of the specification for the control variable determined in the first stage is used as the starting point for the control variable τ(x). This means that the optimization of the second stage 50 is based on the value distribution of the approximation τ N (x) determined in the first stage for the length of stay τ (x). For those in 1 Not specifically illustrated embodiment, according to which the second stage 60 of the optimization is dispensed with, the dwell time 32N determined in the first stage 52 of the optimization is included in the control command 34 as the final result 32E of the dwell time.

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 objective function 52, a standard method for convex optimization designed as an interior point method can also be used here, i.e. an admissible solution that satisfies the secondary conditions 68 and 70 is required. This can be ensured, for example, by solving the problem according to expression (6) with a feasible user specification. The initial solution comes from the first optimization 52, i.e. the approximation 32N is used as the initial solution. The condition according to expression (7) can then be realized using a logarithmic barrier and, for example, with the help of the generalized forward-backward splitting method (cf. Hugo Raguet, Jalal Fadili, and Gabriel Peyre, “A generalized forward-backward splitting”, SIAM Journal on Imaging Sciences, 6(3): 1199-1226, 2013).

Die Zielfunktion 62 in der unter (6) dargestellten Form s τ ( s ) + λ | τ ˙ ( s ) | 2 d s

Figure DE102022208269A1_0008
umfasst ein Integral über die Streckenposition s der Bearbeitungsbahn 36. Die Zielfunktion 62 ist, wie auch die Zielfunktion 54, ein Funktional. Der Integrand der Zielfunktion 62 umfasst zwei Terme in Form von zwei Summanden. Der erste Term 64 minimiert die Gesamtbearbeitungszeit τTotal, während der zweite Term 66 die Glattheit der Lösung kontrolliert. Das Integral des ersten Terms 64 über die Verweildauer τ(s) entspricht der Gesamtzeit, welche zur Erzeugung der mit der Verweildauer 32E definierten Oberflächenänderung mittels der Formmanipulationseinrichtung 16 benötigt wird. Aufgrund des ersten Terms der Zielfunktion 62 wird daher in der zweiten Stufe 60 der Optimierung die Verweildauer 32E durch Minimierung der Gesamtzeit ermittelt. Der zweite Term des Integranden der Zielfunktion 52 entspricht dem bereits in der Zielfunktion 54 der ersten Stufe 52 enthaltenen Bestrafungsterm, mit dem ein Ortsgradient der Aufenthaltsdauer τ gering gehalten wird. Der Gewichtungsfaktor λ kann in beiden Stufen 52 und 60 der Optimierung unterschiedlich gewählt werden.The objective function 62 in the form shown under (6). s τ ( s ) + λ | τ ˙ ( s ) | 2 d s
Figure DE102022208269A1_0008
comprises an integral over the distance position s of the processing path 36. The target function 62, like the target function 54, is a functional. The integrand of the objective function 62 includes two terms in the form of two summands. The first term 64 minimizes the total processing time τ Total , while the second term 66 controls the smoothness of the solution. The integral of the first term 64 over the dwell time τ(s) corresponds to the total time required to produce the surface change defined with the dwell time 32E by means of the shape manipulation device 16. Based on the first term of the objective function 62, the dwell time 32E is determined in the second stage 60 of the optimization by minimizing the total time. The second term of the integrand of the objective function 52 corresponds to the punishment term already contained in the objective function 54 of the first stage 52, with which a spatial gradient of the length of stay τ is kept low. The weighting factor λ can be chosen differently in both stages 52 and 60 of the optimization.

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 deviation 56 of the surface change generated by the shape manipulation device 16, ie the removal prediction g, from the target change h. For this purpose, a designated limit value RMS spec is defined for a mean value of the squared deviation of g with respect to h, calculated over the useful area Ω, to which the target change 28 relates. This mean value is formed in the first secondary condition 68 using the standard deviation ρ. This means that a certain error budget RMS spec is available. This should be achieved using a processing rule τ E (s) that has the shortest possible total processing time. The second secondary condition 70 corresponds to the secondary condition according to expression (3) already explained above with reference to the first stage 52 of the optimization.

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 processing path 36 are specified, the control device 30 carries out both stages 52 and 60 of the optimization for each of the predetermined processing paths 36 and thereby determines a respective preliminary control command with a respective preliminary dwell time τ V ( s) for processing the surface 12 along the respective configuration of the processing path 36. From the determined preliminary control commands with the respective preliminary dwell time τ V (s), the control device 30 then selects the final control command 34 with the final dwell time 32E. The control command 34 is preferably selected based on a suitable quality criterion, which is determined, for example, from a combination of the total processing time and the approximation to the target change 28 that can be achieved using the control command 34.

Die 7 und 8 dienen der Veranschaulichung einer Ausführungsform, gemäß der die Steuerungseinrichtung 30 den Steuerungsbefehl 34 derart konfiguriert, dass eine sogenannte Satzwechselzeit an einen jeweiligen Streckenabschnitt der Bearbeitungsbahn 36 angepasst ist. Unter der Satzwechselzeit ist die Zeit zu verstehen, die benötigt wird, um einen geänderten Steuerungsdatensatz 72 bzw. eine geänderte steuerungsbedingte Mindestverweilzeit in der Formmanipulationseinrichtung 16 hochzuladen. Unter einem geänderten Steuerungsdatensatz 72 sind die Steuerungsdaten zu verstehen, die benötigt werden, um die Strahlsteuerung der Formmanipulationseinrichtung 16, d.h. insbesondere die Ablenkungseinheit 26, auf eine geänderte positionsabhängige Verweildauer, d.h. eine geänderte Bearbeitungsgeschwindigkeit des Bearbeitungsmittels in Form einer geänderten Abtastgeschwindigkeit des Teilchenstrahls 18 umzustellen.The 7 and 8th serve to illustrate an embodiment according to which the control device 30 configures the control command 34 in such a way that a so-called block change time is adapted to a respective section of the processing path 36. The set change time is to be understood as the time that is required to upload a changed control data set 72 or a changed control-related minimum dwell time in the mold manipulation device 16. A changed control data set 72 is to be understood as meaning the control data that is required to change the beam control of the shape manipulation device 16, ie in particular the deflection unit 26, to a changed position-dependent dwell time, ie a changed processing speed of the processing means in the form of a changed scanning speed of the particle beam 18.

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 7 dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Steuerungsdatensatz 72 dabei in einen Steuersignalgeber 76 hochgeladen.The set change time is adapted to the respective section of the processing path 36 in such a way that the period of time required for the particle beam 18 to process the relevant section of the route corresponds to that of the set change time. Since the set change time generally remains the same, the relevant section of the route is dimensioned longer at a higher scanning speed of the particle beam 18 than at a lower scanning speed. This ensures that at the time of changing the scanning speed, the control data set 72 required to operate the following route section with the changed scanning speed is already uploaded to the shape manipulation device 16. According to the in 7 In the exemplary embodiment shown, the control data record 72 is uploaded to a control signal generator 76.

7 zeigt beispielhaft die Verarbeitung der Verweildauer 34E in Abhängigkeit von der Streckenposition s in der Formmanipulationseinrichtung 16 gemäß 1. Die durch die Verweildauer 34E vorgegebene Bearbeitungsanweisung der Bearbeitungsbahn 36 wird in einer Speichereinheit 74 abgespeichert. Von der Speichereinheit 74 wird dann beim Betrieb der Formmanipulationseinrichtung 16 während der Bearbeitung eines Streckenabschnitts der Bearbeitungsbahn 36 jeweils in Echtzeit der Steuerungsdatensatz 72 für den folgenden Streckenabschnitt in den Steuersignalgeber 76 hochgeladen. Der betreffende Steuerungsdatensatz 72 betrifft eine jeweilige Abtastgeschwindigkeit vn. Der Steuersignalgeber 76 regelt dann damit die Strahlsteuerung der Formmanipulationseinrichtung 16, insbesondere die Ablenkungseinheit 26. 7 shows an example of the processing of the dwell time 34E depending on the route position s in the mold manipulation device 16 according to 1 . The processing instruction of the processing path 36 specified by the dwell time 34E is stored in a storage unit 74. During operation of the shape manipulation device 16 during the processing of a section of the processing path 36, the control data record 72 for the following section of the processing path 36 is then uploaded from the storage unit 74 into the control signal generator 76 in real time. The relevant control data set 72 relates to a respective scanning speed v n . The control signal generator 76 then regulates the beam control of the shape manipulation device 16, in particular the deflection unit 26.

8 zeigt beispielhaft die Einteilung einer Bearbeitungsbahn 36 in eine Vielzahl von Streckenabschnitten 78 zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Stützstellen S1 bis S7. So ist die Bearbeitungsbahn 36 in sechs aufeinanderfolgende Streckenabschnitte 78, nämlich den Streckenabschnitt 78-1 zwischen s1 und s2, den Streckenabschnitt 78-2 zwischen s2 und s3, den Streckenabschnitt 78-3 zwischen s3 und s4, den Streckenabschnitt 78-4 zwischen s4 und s5, den Streckenabschnitt 78-5 zwischen s5 und s6 und den Streckenabschnitt 78-6 zwischen s6 und s7, eingeteilt. 8th shows, by way of example, the division of a processing path 36 into a plurality of sections 78 between two successive support points S 1 to S 7 . The processing path 36 is thus divided into six successive route sections 78, namely the route section 78-1 between s 1 and s 2 , the route section 78-2 between s 2 and s 3 , the route section 78-3 between s 3 and s 4 , the route section 78-4 between s 4 and s 5 , the route section 78-5 between s 5 and s 6 and the route section 78-6 between s 6 and s 7 .

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 8 werden bei der Ausführung der Optimierung 52 mittels der Steuerungseinrichtung 30 zur Bestimmung der Abtragsvorhersage 48 genutzt.Each of the route sections 78 is assigned a scanning speed v n , for example the route section 78-4 being longer than the route section 78-3 and thus the scanning speed v 4 being greater than the scanning speed v 3 . The respective scanning speed v n is uniform in the relevant section 78. This means that the position-dependent residence time τ 1 to τ 6 (reference numbers 32 1 - 32 6 ) of the particle beam 18 in the relevant section 78 is also uniform. The black dots on the processing path 36 according to 8th are used when executing the optimization 52 by means of the control device 30 to determine the removal prediction 48.

Wie vorstehend erläutert, ist gemäß dem in den 7 und 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel die positionsabhängige Verweildauer τE(s) des Teilchenstrahls 18 an den Positionen jeweiliger Streckenabschnitte der Bearbeitungsbahn einheitlich, wobei die Streckenabschnitte 78 derart an die jeweilige Verweildauer angepasst sind, dass die Aufenthaltsdauer des Bearbeitungsmittels in jedem Streckenabschnitt 78 gleich lang ist. Die Aufenthaltsdauer entspricht dann der Satzwechselzeit.As explained above, according to the 7 and 8th illustrated embodiment, the position-dependent residence time τ E (s) of the particle beam 18 at the positions of respective sections of the processing path is uniform, the section sections 78 being adapted to the respective residence time in such a way that the residence time of the processing agent in each section 78 is the same length. The length of stay then corresponds to the set change time.

Nachstehend wir das in 8 veranschaulichte Ausführungsbeispiel mit anderen Worten sowie ergänzend erläutert. Die Verweilzeiten auf der Bearbeitungsbahn 36 unterliegen in der Praxis bestimmten Einschränkungen, die eine praktische Ausführbarkeit durch das Bearbeitungsmittel bzw. das Werkzeug sicherstellen. In den vorangegangenen Optimierungsproblemen wurde die Menge der zulässigen Kurven als T bezeichnet. Eine mögliche Einschränkung ist, dass die Bearbeitungsbahn c für die Ausführung in Intervalle unterteilt wird, auf denen die Formmanipulationseinrichtung 16 sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Auf jedem dieser Intervalle hat das Werkzeug eine Mindestverweilzeit, die sich aus maximaler Geschwindigkeit des Werkzeugs und der Satzwechselzeit ergibt. Sei C {c(si) | s1, ..., sN ∈ S} die Menge der Punkte (auch Stützstellen genannt), an denen die Geschwindigkeit des Werkzeugs geändert wird, dann muss die Verweilzeit zwischen diesen Stützstellen konstant sein, d.h. τ(s) = τ(si) ∀s ∈ [si, si+1) ∀i. Die Verweilzeit auf einem dieser Intervalle ist dann t i = s i s i + 1 τ ( s )  d s .

Figure DE102022208269A1_0009
Below we will do this in 8th illustrated exemplary embodiment explained in other words and in addition. In practice, the residence times on the processing path 36 are subject to certain restrictions which ensure practical feasibility by the processing means or the tool. In the previous optimization problems, the set of feasible curves was denoted as T. A possible limitation is that the machining path c for execution is divided into intervals on which the shape manipulation device 16 moves at a constant speed. At each of these intervals the tool has a minimum dwell time, which results from the maximum speed of the tool and the block change time. Let C {c(s i ) | s 1 , ..., s N ∈ S} is the set of points (also called support points) at which the speed of the tool is changed, then the dwell time between these support points must be constant, i.e. τ(s) = τ(s i ) ∀s ∈ [s i , s i+1 ) ∀ i . The dwell time on one of these intervals is then t i = s i s i + 1 τ ( s ) d s .
Figure DE102022208269A1_0009

Durch die Satzwechselzeit tsw ergibt sich die Einschränkung ti ≥ tsw, während man durch die maximale Geschwindigkeit des Werkzeugs vmax die Einschränkung t i s i + 1 s i v max

Figure DE102022208269A1_0010
erhält. Da c auf Bogenlänge parametrisiert ist entspricht hierbei Si+1 - si der Länge des Kurvenabschnitts zwischen c(si) und c(si+1). Wir fassen die Menge der diesbezüglich zulässigen Verweilzeiten zusammen als T = { τ : S | τ ( s ) = τ ( s i ) s [ s i , s i + 1 ) i , t i max ( s i + 1 s i v max , t sw ) } .
Figure DE102022208269A1_0011
The block change time t sw results in the restriction t i ≥ t sw , while the maximum speed of the tool v max results in the restriction t i s i + 1 s i v Max
Figure DE102022208269A1_0010
receives. Since c is parameterized to arc length, S i+1 - s i corresponds to the length of the curve section between c(s i ) and c(s i+1 ). We summarize the amount of permissible dwell times in this regard as: T = { τ : S | τ ( s ) = τ ( s i ) s [ s i , s i + 1 ) i , t i Max ( s i + 1 s i v Max , t sw ) } .
Figure DE102022208269A1_0011

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 τ ( s ) = t i s i + 1 s i s [ s i , s i + 1 ) .

Figure DE102022208269A1_0012
The quality of the removal prediction 48 depends largely on the selected discretization of expression (1) in conjunction with the curve model. Due to the piecewise constant dwell times, in order to accurately model the movement of the tool, only the dwell time t i in this interval needs to be determined for each interval. The residence times τ(s), s ∈ [s i , s i+1 ) are then given as τ ( s ) = t i s i + 1 s i s [ s i , s i + 1 ) .
Figure DE102022208269A1_0012

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 8 zu finden. Die Verweilzeiten ti beziehen sich auf die von Strichen begrenzten Intervalle, die fein abgetasteten Punkte sind in schwarz gegeben. In der Umsetzung kann z.B. ein maximaler Abstand dmax von Punkten auf der Kurve angegeben werden. Gilt ||c(si+1) - c(si) ||2 > dmax werden in dem entsprechenden Intervall für die Abtragsvorhersage so viele Punkte hinzugefügt, dass der maximale Abstand dieser unter dem Grenzwert liegt. Um die gleichbleibende Geschwindigkeit des Werkzeugs auf jedem Intervall abzubilden, wird ein linearer Upsampling Operator in das Funktional integriert, welcher die Verweilzeit in jedem Intervall gleichmäßig auf die Punkte in diesem Intervall verteilt.Accordingly, in the numerical optimization, the t i can be optimized, while for the removal prediction 48 according to expression (1), the curve c is sampled with any precision and the time t i is distributed over the points of fine discretization of the respective interval. This means that the accuracy remains high regardless of the choice of support points C. An illustration of this is in 8th to find. The dwell times t i refer to the intervals delimited by lines; the finely scanned points are given in black. In the implementation, for example, a maximum distance dmax from points on the curve can be specified. We have ||c(s i+1 ) - c(s i ) || 2 > d max , so many points are added in the corresponding interval for the removal prediction that the maximum distance between them is below the limit value. In order to represent the constant speed of the tool on each interval, a linear upsampling operator is integrated into the functional, which distributes the dwell time in each interval evenly across the points in this interval.

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 removal prediction 48 contained in the target function 54 by the term 50, which is dependent on the processing path 46, can also be referred to as a 1-dimensional optimization approach, which differs from a 2-dimensional optimization approach of alternative optimization methods in which the removal prediction is represented in a relevant target function as a two-dimensional function depending on the coordinates of the surface to be machined.

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 processing trajectories 44 of the processing path 36 can be varied and that the gradient of the dwell times along the processing path 36 can be taken into account.

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 3 bis 5 dargestellte Mäander, bei dem der Bearbeitungsbereich durch lange, gerade, parallele, am Rand verbundene Bahnen überdeckt wird. Außerdem muss der Abstand der Bahnpunkte klein gewählt werden, um eine gewisse Genauigkeit der Abtragsvorhersage zu sichern. Für die 1D-Modelle fällt diese Einschränkung weg.A frequently used processing path 36 is the one in the 3 until 5 Meander shown, in which the processing area is covered by long, straight, parallel paths connected at the edge. In addition, the distance between the path points must be chosen to be small in order to ensure a certain level of accuracy in the removal prediction. This restriction no longer applies to the 1D models.

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 removal prediction 48. Increasing the distance reduces the overall length of the curve and therefore the overall machining time. The paths can have different distances, i.e. they can be shifted relative to one another, in order to adapt the curve to local properties of the measured surface deviations h. Each individual point of the curve can be moved, also for local adaptation to the surface deviations h.

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 processing path 36, only the smoothness along the processing path is taken into account in the optimizations 52 and 60 described above. This results in fewer restrictions on the residence time distribution, which leads to smaller base removal and lower overall processing time.

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]

Claims (15)

Vorrichtung (10) zur Veränderung einer Form einer Oberfläche (12) eines Objekts (14) mit: - einer 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, - einer 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, wobei in der Zielfunktion die Vorhersage (48) durch einen Term (50) dargestellt ist, welcher von der Bearbeitungsbahn (36) abhängig ist.Device (10) for changing a shape of a surface (12) of an object (14) with: - a shape manipulation device (16), which is configured to scan the surface along a processing path (36) by means of a processing means (18) configured to process the surface 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) the surface change that can be generated by means of the control command is minimized from the target change, the prediction (48) being represented in the target function by a term (50), which is dependent on the processing path (36). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der die Vorhersage darstellende Term (50) eine Funktion umfasst, welche eine positionsabhängige Verweildauer (32) des Bearbeitungsmittels (18) beim Abtasten der Oberfläche darstellt und als eindimensionale Funktion mit einer unabhängigen Variablen (37) konfiguriert ist, wobei die unabhängige Variable eine Streckenposition auf der Bearbeitungsbahn (36) definiert.Device according to Claim 1 , wherein the term (50) representing the prediction comprises a function which represents a position-dependent dwell time (32) of the processing means (18) when scanning the surface and is configured as a one-dimensional function with an independent variable (37), the independent variable being a Route position on the processing path (36) is defined. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Term (50) der Zielfunktion die Vorhersage (48) entlang einer vorgegebenen Konfiguration der Bearbeitungsbahn (36) dargestellt ist.Device according to Claim 1 or 2 , wherein in the term (50) of the target function, the prediction (48) is represented along a predetermined configuration of the processing path (36). Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Steuerungseinrichtung (30) dazu konfiguriert ist, die Optimierung für unterschiedliche Konfigurationen der Bearbeitungsbahn (36) durchzuführen und dabei einen jeweiligen vorläufigen Steuerungsbefehl für die Bearbeitung der Oberfläche (12) entlang der jeweiligen Konfiguration der Bearbeitungsbahn zu ermitteln, sowie aus den ermittelten vorläufigen Steuerungsbefehlen den Steuerungsbefehl (44) für die Formmanipulationseinrichtung (16) auszuwählen.Device according to one of the preceding claims, in which the control device (30) is configured to carry out the optimization for different configurations of the processing path (36) and thereby to issue a respective preliminary control command for the processing of the surface (12) along the respective configuration of the processing path determine, and select the control command (44) for the shape manipulation device (16) from the determined preliminary control commands. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei mindestens zwei der unterschiedlichen Konfigurationen der Bearbeitungsbahn sich durch einen Abstand (BP1) zwischen parallel angeordneten Abschnitten (44) der Bearbeitungsbahn unterscheiden.Device according to Claim 4 , wherein at least two of the different configurations of the processing path differ by a distance (BP1) between parallel arranged sections (44) of the processing path. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei mindestens zwei der unterschiedlichen Konfigurationen der Bearbeitungsbahn sich durch eine Richtungsänderung (BP2) der Bearbeitungsbahn unterscheiden.Device according to Claim 4 or 5 , whereby at least two of the different configurations of the processing path differ by a change in direction (BP2) of the processing path. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein eine Gestaltung der Bearbeitungsbahn (36) betreffender Bahnparameter (38) als eine Variable der Optimierung dient und der Steuerungsbefehl eine durch die Optimierung ermittelte Vorgabe für den mindestens einen Bahnparameter umfasst.Device according to Claim 1 or 2 , wherein at least one path parameter (38) relating to a design of the processing path (36) serves as a variable of the optimization and the control command comprises a specification determined by the optimization for the at least one path parameter. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Bahnparameter einen Abstand (BP1) zwischen parallel angeordneten Abschnitten der Bearbeitungsbahn umfasst.Device according to Claim 7 , wherein the at least one path parameter comprises a distance (BP1) between parallel arranged sections of the processing path. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der mindestens eine Bahnparameter eine Richtungsänderung (BP2) der Bearbeitungsbahn umfasst.Device according to Claim 7 or 8th , wherein the at least one path parameter includes a change in direction (BP2) of the processing path. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der mindestens eine Bahnparameter eine Verlaufscharakterisierung (BP3) der Bearbeitungsbahn in zumindest einem Abschnitt der Bearbeitungsbahn umfasst.Device according to one of the Claims 7 until 9 , wherein the at least one path parameter comprises a course characterization (BP3) of the processing path in at least a section of the processing path. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Steuerungsbefehl (34) eine positionsabhängige Verweildauer (32E) des Bearbeitungsmittels (18) entlang der Bearbeitungsbahn (36) umfasst, wobei die Verweildauer (321-326) an den Positionen jeweiliger Streckenabschnitte (78) 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.Device according to one of the preceding claims, wherein the control command (34) comprises a position-dependent dwell time (32E) of the processing means (18) along the processing path (36), the dwell time (32 1 -32 6 ) at the positions of respective route sections (78). the processing path is uniform and the route sections are adapted to the respective residence time in such a way that a residence time of the processing means is the same length in each route section. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung dazu konfiguriert ist, bei der Optimierung (52) eine Näherung (32N) des Steuerungsbefehls zu ermitteln sowie danach eine weitere Optimierung (60) durchzuführen, bei der, ausgehend von der Näherung ein Endergebnis (32E) des Steuerungsbefehls (34) durch Minimierung einer Gesamtzeit, welche zur Erzeugung der Oberflächenänderung mittels der Formmanipulationseinrichtung benötigt wird, ermittelt wird.Device according to one of the preceding claims, wherein the control device is configured to determine an approximation (32N) of the control command during the optimization (52) and then to carry out a further optimization (60), in which, based on the approximation, a final result (32E ) of the control command (34) is determined by minimizing a total time required to generate the surface change using the shape manipulation device. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (30) dazu konfiguriert ist, die weitere Optimierung (60) unter einer die Abweichung der Oberflächenänderung von der Solländerung begrenzenden Nebenbedingung (68) durchzuführen.Device according to Claim 12 , wherein the control device (30) is configured to carry out the further optimization (60) under a secondary condition (68) that limits the deviation of the surface change from the target change. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die Formmanipulationseinrichtung eine Teilchenbestrahlungseinrichtung (16) oder eine mechanische Abtragseinrichtung umfasst, welche dazu konfiguriert ist, mittels einer ortsaufgelösten Wirkungsverteilung in Abhängigkeit von dem Steuerungsbefehl (34) lokale Veränderungen der Oberfläche (12) des Objekts zu bewirken.Device according to one of the preceding claims, in which the shape manipulation device device comprises a particle irradiation device (16) or a mechanical removal device, which is configured to bring about local changes in the surface (12) of the object by means of a spatially resolved effect distribution depending on the control command (34). Verfahren zum Verändern einer Form einer Oberfläche (12) eines Objekts (14), bei dem: aus einer vorgegebenen Solländerung (28) der Oberflächenform des Objekts mittels einer Optimierung einer Zielfunktion (54) ein Steuerungsbefehl (34) für eine Formmanipulationseinrichtung (16) ermittelt wird, welcher 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, wobei bei der Optimierung eine Abweichung einer Vorhersage (48) der mittels des Steuerungsbefehls erzeugbaren Oberflächenänderung von der Solländerung minimiert wird und wobei in der Zielfunktion die Vorhersage durch einen Term (50) dargestellt ist, welcher von der Bearbeitungsbahn abhängig ist.Method for changing a shape of a surface (12) of an object (14), in which: from a predetermined target change (28) in the surface shape of the object by means of an optimization of a target function (54), a control command (34) for a shape manipulation device (16) is determined, which is configured to use a processing means (18) configured to process the surface to scan the surface along a processing path (36) and thereby change the surface shape, wherein during the optimization, a deviation of a prediction (48) of the surface change that can be generated by means of the control command from the target change is minimized and wherein in the target function the prediction is represented by a term (50), which depends on the processing path.
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