WO2008113858A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elements mit mindestens einer freiformfläche mit hoher formgenauigkeit und geringer oberflächenrauhigkeit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elements mit mindestens einer freiformfläche mit hoher formgenauigkeit und geringer oberflächenrauhigkeit Download PDF

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WO2008113858A2
WO2008113858A2 PCT/EP2008/053398 EP2008053398W WO2008113858A2 WO 2008113858 A2 WO2008113858 A2 WO 2008113858A2 EP 2008053398 W EP2008053398 W EP 2008053398W WO 2008113858 A2 WO2008113858 A2 WO 2008113858A2
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free
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processed
roughness
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Thure Böhm
Stefan Burkart
Hans-Jürgen Mann
Danny Chan
Holger Maltor
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
    • B24B13/0043—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor the workpieces being deformed during the grinding operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an element having at least one arbitrarily freely shaped surface (free-form surface) with high dimensional accuracy and low surface roughness according to the preamble of claim 1 and an apparatus for smoothing a freeform surface having the features of the preamble of claim 17 ,
  • Matcrialbearbeitungsvon a distinction between forming processes that receive the surface roughness, and those that have a roughening of the surface during processing result.
  • Unfortunately especially the methods that allow high material removal, such. B. grinding or milling, with respect to the surface roughness unfavorable because they lead to a strong roughening of the surface.
  • smoothing or smoothing processes are carried out, which eliminate the roughenings caused by the shaping again.
  • the smoothing steps usually by material removal turn one To change the shape, the resulting form errors must be corrected again in shape correction steps. Accordingly, a process chain results with a sequence of shape correction and smoothing steps until the desired shape accuracy and surface roughness are achieved. 5
  • JP 2000 084 838 A An adaptation of the surface to be machined to the forming tool is also known from JP 2000 084 838 A.
  • semiconductor devices with nonplanar surface are adapted by appropriate deformation to the planar forming tool 15, so that the corresponding surface can be processed by the forming tool.
  • such elements should be suitable as optical elements for microlithography lenses to be used with the appropriate accuracy and roughness requirements.
  • the method should be easy to use or the device should be easy to manufacture and operate, and allow overall effective production of the corresponding elements.
  • the inventors have recognized that the above-mentioned object can be achieved in that at least a division of the two processing steps is performed on the one hand in a shaping step and on the other hand in a smoothing step.
  • the procedure is such that, in particular in the smoothing step, a tensioning or resulting elastic deformation of the element to be machined is effected, which allows the machining with known smoothing processes for spherical, planar or aspherical, in particular rotationally symmetrical surfaces. In this way, it is ensured that in the forming step forming processes can be used with high material removal, so that short processing times are guaranteed.
  • the possibly introduced roughnesses are then removed in a subsequent smoothing process, whereby an intermediate shape is set by the strain or deformation of the element to be processed, which makes it possible to use smoothing processes for spherical, almost spherical, planar or aspherical, rotationally symmetric surfaces.
  • the inventors have recognized that the deformation or hitherto used for the formation of aspheric optical surfaces or Strain of the element to be processed can be modified in a novel way for the solution of the above task.
  • an arbitrarily shaped workpiece is brought by any shaping process into a shape approximated to the desired free-form surface in order subsequently to be machined by the action of force To bring surface in a spherical, almost spherical, plane or rotationally symmetrical shape.
  • This intermediate form is then smoothed in the second processing step.
  • the shaping is not carried out in a strained, deformed state, but in particular the smoothing of an already existing free-form surface.
  • the processing into two independent, separate steps namely on the one hand the shaping step and on the other hand, the smoothing step is divided and that in the shaping step an arbitrarily freely shaped, non-rotationally symmetric surface can be formed, the then be adjusted accordingly in the subsequent smoothing step in the surface roughness
  • the method according to the invention ensures that the method is easy to carry out, since the element to be processed only has to be clamped into a processing device during the second processing step, ie the smoothing step, in which actuators are on the side opposite the surface to be processed act, leaving freely to be worked on, freely
  • piezoelectrically, pneumatically and / or hydraulically acting actuators may be provided so that both tensile and compressive forces can act on the optical element. This causes the surface to be processed both bulged outward and can be pressed inward.
  • the introduction of force or the distribution of the actuators on the opposite side to be machined surface may be such that the actuators all the element to be processed can be influenced, so the actuators are distributed over the entire page, which is to be processed Surface opposite. 5
  • the actuators may be arranged in or on the recording of the processing device so that the actuators adjacent to each other cover the entire recording.
  • the actuators can be arranged in a field in rows and columns.
  • the required tensile and / or compressive forces can be determined by a preceding simulation calculation from the desired target shape of the surface and the surface contour set in the first processing step. For this purpose, it is only necessary to determine in advance which intermediate form the surface to be processed should occupy during the second processing step, ie the smoothing step.
  • the first and second processing steps, so the shaping step and the smoothing step can be repeated several times in succession in the inventive method, in particular during the individual processing steps in each cycle different material processing methods can be used to
  • a third processing step may follow, in which a material processing
  • Corresponding methods can be, for example, ion beam methods, iron beam figuring (IBF) or magneto-rheological machining methods (MRF). Although these methods have only a small material removal, but have the advantage that they do not lead to a roughening of the
  • This third processing step can be done after relaxation of the element to be processed, so solution of the corresponding application of force.
  • the third processing step precedes a measuring step for measuring or assessment of the surface achieved in terms of dimensional accuracy and surface roughness, as also during, before or after each other processing step of the method according to the invention, for example by interferometric measurements, 5 can be performed.
  • corresponding devices for controlling and measuring the surface can be provided directly on the machining tools, which allow intermittent or continuous comparison of the surface achieved with the 0 target shape.
  • machining methods are used with relatively large material removal to ensure effective production of the desired element with free-form surface.
  • the element to be processed can be both in a tense and in a relaxed state.
  • material processing methods are used with low material removal in the order of at most 1 .mu.m, in particular at most 100 nm per processing step, in particular a low surface roughness in the order of ⁇ 1 nm, preferably ⁇ 0.1 nm square roughness (RMS).
  • RMS square roughness
  • the method material processing methods are used which make it possible to produce a free-form surface with a shape accuracy in which the mean of the deviation squares of the target shape ⁇ 10 nm, preferably ⁇ 1 nm.
  • the surface roughness shall be values of the square roughness at which the mean square squares are taken from a center line ⁇ 1 nm or ⁇ 0.1 nm.
  • the measuring method used may be any of the measuring methods known to those skilled in the art for determining surface shapes and roughnesses, in particular standard methods defined in corresponding DESf or ISO standards, preferably interferometric measurements.
  • the inventive method can be used so that already taken into account in the design or the design of the corresponding element, so for example an optical element for a microlithography lens, the corresponding processing steps, ie in particular the tension or deformation during the second processing step as boundary conditions become.
  • the present invention comprises a device for carrying out the method, wherein the device has at least one receptacle for holding the element to be processed and a smoothing tool for smoothing processing of the freeform surface.
  • the receptacle according to the invention at least one actuator for exerting a tensile and / or compressive force is provided on the element to be processed, so that the element to be machined is elastically clamped in an intermediate form.
  • the free-form surface to be smoothed can be processed with a smoothing tool for spherical, planar or aspherical surfaces, which is easily possible with correspondingly available polishing tools, the surface to be processed being provided by the intermediate mold.
  • a processed with the inventive method or apparatus according to the invention or manufactured optical element is also an object of the present invention.
  • Such an optical element is characterized by a shape accuracy of the free-form surface in the range of ⁇ 10 nm means of deviation squares (RMS Root Mean Square) and / or a surface roughness in the range ⁇ 1 nm square roughness (RMS roughness).
  • the shape accuracy can be ⁇ 1 nm mean of the deviation squares or have the surface roughness ⁇ 0.1 nm square roughness.
  • the freeform surface which is processed according to the invention and has corresponding shape accuracy and roughness values, is preferably an optically active surface
  • inventive method or the corresponding device or the optical elements produced therewith especially for use in projection exposure systems for Microlithography suitable. Consequently, a corresponding projection exposure apparatus and in particular a projection objective or an illumination system of a projection exposure apparatus with a corresponding optical element, in particular for EUV microlithography with light or generally electromagnetic radiation in the region of the extreme ultraviolet wavelength range, likewise form the subject of this invention.
  • Figure 1 is a side sectional view of an optical element to be processed
  • FIG. 2 shows a sectional view of the optical element from FIG. 1 after a first processing step
  • Figure 3 is a sectional view of the optical element of Figures 1 and 2 in one
  • FIG. 4 shows a sectional view of the finished optical element from the preceding figures.
  • FIG. 1 shows a lateral sectional view of a semifinished product of an optical system
  • Elements 1 such as an optical lens of a corresponding glass material.
  • other optical elements such as mirrors or the like, are also conceivable.
  • the method is not limited to optical elements, but applicable to suitable materials for all components of microtechnology, where a high dimensional accuracy must be present with a very low surface roughness combined.
  • the semifinished product shown in Figure 1 for an optical lens 1 has a spherical optical surface 2, which is convexly curved to the outside.
  • the opposite side 3 is flat.
  • a corresponding semifinished product for an optical element 1 can be produced, for example, by a casting process. However, mechanical processing steps for producing the semifinished product, as shown in FIG. 1, may have already been carried out.
  • the spherical surface 2 which corresponds to a spherical segment, should have an arbitrarily freely shaped surface instead of the spherical shape, wherein the deviations from the spherical surface 2 can be realized by any elevations or depressions or depressions. Although the deviations from the spherical shape may be very small, in order to illustrate the principle of the method, they are rendered excessively amplified in the following schematic illustrations.
  • the optical element 1 shows the optical element 1 in an intermediate stage after a first processing step, in which the optical element 1 and in particular the optical surface 2 are approximated by shaping material processing method to the desired free-form surface with any surface contour.
  • the surface 2 'produced thereby can, for example, have been produced by machining with a five-axis milling cutter.
  • the topography of the surface 2 ' is already approximated to the freeform surface to be achieved.
  • a corresponding material removal to produce the desired shape a Surface roughness generated, which does not usually meet the requirements for corresponding optical elements of a microlithography lens. Accordingly, the surface 2 'of the intermediate product of FIG.
  • the set structure of the surface T is approximated to the target shape only insofar as a corresponding material removal by the required smoothing process is already taken into account and has not yet been correspondingly removed from the surface 2 '.
  • the optical element 1 is added in a second processing step in a clamping frame 5 a corresponding processing device.
  • the clamping frame 5 has a plurality of actuators 6, which are shown in the figure 3 as spring elements for the application of tensile and / or compressive stresses.
  • the actuators 6 may be realized by any suitable means, such as mechanical elements, such as spring elements, piezoelectric elements, pneumatic or hydraulic actuators, such as miniature cylinders, and the like.
  • the actuators 6 act on the surface 2 to be machined opposite side 3 and cause an elastic strain of the optical element 1 in an intermediate state 2 "at
  • the surface 2 "of the optical element 1 in the intermediate state may also assume a nearly spherical shape or a rotationally symmetrical, aspheric shape, ideally in the form of a spherical, ie spherical-segment-shaped form. It is only essential that for the surface form of the intermediate state a suitable smoothing process is present, the
  • the free-form surface 2 'after the shaping first processing step for the second, smoothing operation shown in FIG a strained state has been added, in which the surface to be machined 2 "has a spherical shape.
  • a rotationally symmetrical, aspheric surface 2" would be conceivable as long as suitable smoothing tools are available.
  • a Butler-chalen- tool 7 is provided for a full-shell smoothing process, in which the smoothing tool 7 over its entire surface on the spherical surface 2" rests and can make a uniform smoothing of the surface.
  • the surface 2 After carrying out the second processing step, that is, the smoothing process, the surface 2 "can be examined for its surface quality by a measuring device 8, which can be arranged, for example, on the processing tool 7 or integrated therein , continuously or
  • the optical element 1 is removed from the clamping frame 5 after the last second processing step, so that the optical element 1 can relax.
  • the plan page 3 return to their original form, while the spherical state in the clamped state surface 2 "now the target shape, so the arbitrarily freely shaped free-form surface 2 '" with appropriate dimensional accuracy and
  • a third processing step with a Material processing methods are performed, which achieves a material removal while maintaining the set surface roughness.
  • ion beam methods ion beam figuring (IBF) or magneto-rheological methods, such as MRF (Magneto Rheology Finishing).
  • IBF ion beam figuring
  • MRF Magnetic Rheology Finishing
  • the surface 2 '' 'in turn can be examined or measured by a corresponding measuring device 10, similar to the measuring device 8 after or during the second processing step, during or after the third processing step to determine whether the desired shape is set.
  • a corresponding measuring device 10 similar to the measuring device 8 after or during the second processing step, during or after the third processing step to determine whether the desired shape is set.
  • this can also be carried out after the first or during the first processing step for shaping, in which case interferometric methods can be used as the measuring method.
  • the invention is thus characterized in particular by the following, non-limiting Markmale:
  • a method for producing an element having at least one arbitrarily freely shaped surface (free-form surface) with high dimensional accuracy and low surface roughness, in particular an optical element having a free-form optical surface for a lens for microlithography wherein the free-form surface by at least one at least one second step with a surface smoothing material processing method is obtained, at least during a second processing step of the smoothing material processing, the element to be processed (1) at least one approach to the desired freeform surface (target shape) 1) is elastically clamped by force introduction such that the free-form surface (2) to be smoothed can be machined by smoothing processes for spherical, planar or aspherical surfaces.
  • first and second processing steps are repeated several times, wherein in particular during the individual processing steps different material processing methods can be used.
  • a third, in particular final processing step takes place after a second processing step, in which a shape correction while maintaining the surface roughness is performed.
  • processes with large material removal in particular in the order of more than 50 nm, in particular more than 100 nm, preferably more than 20 microns per processing step, are used, in particular at least one of the group with grinding, milling,
  • FIG. 5 shows the dimensional accuracy of the finished freeform surface in the range of less than or equal to 10 nm, preferably less than or equal to 1 nm mean square root mean square (RMS) and / or surface roughness in the range of less than or equal to 1 nm, preferably less than or equal to zero , 1 nm square roughness (RMS roughness).
  • RMS mean square root mean square
  • Microlithography preferably according to the method according to one of the preceding features, with a receptacle for holding the element to be processed and a smoothing tool for smoothing the freeform surface, wherein
  • the recording at least one actuator (6) for exerting a tensile and / or compressive force on the element to be machined (1), so that the element to be machined in an intermediate form (2 ") is elastically braced, so that the free-form surface to be smoothed can be processed with the smoothing tool by smoothing processes for spherical, planar or aspherical surfaces.
  • a plurality of actuators (6) are provided distributed over the receptacle, so that forces can be applied distributed over the element to be processed.
  • actuators comprise mechanical, piezoelectric, pneumatic and / or hydraulic actuators.
  • Optical element having at least one arbitrarily freely shaped surface (free-form surface), wherein the shape accuracy of the free-form surface in the range ⁇ 10 nm root mean square (RMS) mean square and / or the surface roughness in the range of ⁇ 1 nm square roughness (RMS roughness).
  • RMS root mean square
  • Microlithographic projection exposure apparatus with an optical element according to one of the features 22 to 27. 8. Projection exposure apparatus according to feature 27, wherein the projection exposure apparatus for EUV (extreme ultra violet) microlithography is prepared.
  • EUV extreme ultra violet

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elements mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit sowie ein optisches Element mit einer optischen Freiformfläche und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem entsprechenden optischen Element, wobei die Freiformfläche durch mindestens einen ersten Bearbeitungsschritt mit einem formgebenden Materialbearbeitungsverfahren, bei dem zumindest eine Annäherung an die gewünschte Freiformfläche (Zielform) erfolgt, und mindestens einem zweiten Schritt mit einem die Oberfläche glättenden Materialbearbeitungsverfahren erhalten wird, wobei mindestens während eines zweiten Bearbeitungsschrittes der glättenden Materialbearbeitung das zu bearbeitende Element (1) durch Krafteinleitung derart elastisch verspannt ist, dass die zu glättende Freiformfläche durch Glättprozesse für sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung zum Glätten einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) eines Elements mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit mit einer Halterung zur Aufnahme des zu bearbeitenden Elements und einem Glättwerkzeug zur glättenden Bearbeitung der Freiformfläche, wobei die Aufnahme mindestens einen Aktor (6) zur Ausübung einer Kraft auf das zu bearbeitende Element aufweist, so dass das zu bearbeitende Element in eine intermediäre Form (2') elastisch verspannt ist, so dass die zu glättende Freiformfläche mit dem Glättwerkzeug durch Glättprozesse für sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitbar ist.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES ELEMENTS MIT MINDESTENS EINER FREIFORMFLÄCHE MIT HOHER FORMGENAUIGKEIT UND
GERINGER OBERFLÄCHENRAUHIGKEIT
[0001] HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[0002] GEBIET DER ERFINDUNG
[0003] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elements mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Glätten einer Freiformfläche mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17.
[0004] STAND DER TECHNIK
[0005] Für die Mikrolithographie zur Herstellung von elektrotechnischen Bauteilen mit kleinsten Strukturgrößen werden hochleistungsfähige Beleuchtungs- und Projektionsobjektive zur Ausleuchtung und Abbildung der Strukturen eines Retikels auf ein Halbleiterbauelement eingesetzt. Um die entsprechenden Abbildungsgenauigkeiten im Nanometerbereich erhalten zu können, ist es erforderlich, optische Elemente, wie Linsen, Spiegel und dergleichen, mit einer hohen Formgenauigkeit und niedrigen Oberflächenrauhigkeiten einzusetzen und entsprechend herzustellen. Bei den hierzu zur Verfügung stehenden
Matcrialbearbeitungsverfahren wird unterschieden zwischen Formgebungsverfahren, die die Oberflächenrauhigkeit erhalten, und solchen, die eine Aufrauung der Oberfläche bei der Bearbeitung zur Folge haben. Ungünstigerweise sind gerade die Verfahren, die hohe Materialabträge ermöglichen, wie z. B. Schleifen oder Fräsen, bzgl. der Oberflächenrauhigkeit ungünstig, da sie zu einer starken Aufrauung der Oberfläche führen. Entsprechend werden nach derartigen Bearbeitungsverfahren, die aber zur Bearbeitung der optischen Elemente in vertretbaren Zeiten erforderlich sind, Glättschritte bzw. Glättprozesse durchgeführt, die die durch die Formgebung verursachten Aufrauungen wieder beseitigen. Nachdem die Glättschritte jedoch üblicherweise durch Materialabtrag wiederum eine Veränderung der Form bewirken, müssen die dadurch eingeführten Formfehler wieder in Formkorrekturschritten korrigiert werden. Entsprechend ergibt sich eine Prozesskette mit einer Abfolge von Formkorrektur- und Glättschritten bis die gewünschte Formgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit erreicht sind. 5
[0006] Aufgrund der weiter steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Mikrolithographieobjektive werden neben den sphärischen Oberflächenformen der optischen Elemente mit Kugelsegmentflächen und von dieser sphärischen Form abweichende asphärische, aber rotationssymmetrische optische Flächen zunehmend auch beliebig frei
10 geformte, nicht rotationssymmetrische optische Flächen, sog. Freiformflächen erforderlich, um die entsprechenden Abbildungen zu gewährleisten. Bei derartigen Freiformflächen ergibt sich jedoch die Problematik, dass im Gegensatz zu den sphärischen Flächen und asphärischen, rotationssymmetrischen Flächen keine geeigneten Glättungsprozesse zur Verfügung stehen, die es ermöglichen, bei hoher Formgenauigkeit an der entsprechenden Fläche eine über die
[ 5 gesamte Fläche gleich bleibende Oberflächenrauhigkeit einzustellen.
[0007] Aus der DE 10 331 390 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein optisches Element mit zwei gegenüberliegenden sphärischen Oberflächen in eine asphärische Formschale gepresst und anschließend sphärisch bearbeitet wird. Im entspannten Zustand relaxiert die .0 bearbeitete Oberfläche aus der sphärischen Gestalt in eine asphärische Form.
[0008] Eine Anpassung der zu bearbeitenden Oberfläche an das Formgebungswerkzeug ist auch aus der JP 2000 084 838 A bekannt. Hier werden Halbleiterbauelemente mit nicht planarer Oberfläche durch entsprechende Verformung an das planare Formgebungswerkzeug 15 angepasst, so dass die entsprechende Oberfläche durch das Formgebungswerkzeug bearbeitet werden kann.
[0009] OFFENBARUNG DER ERFINDUNG 0 [0010] AUFGABE DER ERFINDUNG
[0011] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen es möglich ist, Elemente, insbesondere optische Elemente, wie Spiegel, Linsen und dergleichen, herzustellen, welche mindestens eine beliebig frei geformte Fläche, eine sog. Freiformfläche aufweisen, die höchsten Anforderungen an hohe Formgenauigkeit und geringe Oberflächenrauhigkeit genügt. Insbesondere sollen derartige Elemente geeignet sein als optische Elemente für Mikrolithographieobjektive mit den entsprechenden Genauigkeits- und Rauhigkeitsanforderungen eingesetzt zu werden. Darüber hinaus soll das Verfahren einfach anwendbar bzw. die Vorrichtung einfach herstellbar und betreibbar sein, sowie insgesamt eine effektive Herstellung der entsprechenden Elemente ermöglichen. Weiterhin ist es auch Aufgabe entsprechende optische Elemente und Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie mit entsprechenden optischen Elementen bereitzustellen.
[0012] TECHNISCHE LÖSUNG
[0013] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17, einem optischen Element mit den Merkmalen der Ansprüche 22 oder 23 sowie einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 27. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0014] Die Erfinder haben erkannt, dass die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass zumindest eine Zweiteilung der Bearbeitungsschritte vorgenommen wird und zwar einerseits in einen Formgebungsschritt und andererseits in einen Glättungsschritt. Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung so vorgegangen, dass insbesondere im Glättungsschritt eine Verspannung bzw. daraus resultierende elastische Verformung des zu bearbeitenden Elements bewirkt wird, welche die Bearbeitung mit bekannten Glättprozessen für sphärische, plane oder asphärische, insbesondere rotationssymmetrische Oberflächen ermöglicht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass in dem Formgebungsschritt Formgebungsverfahren mit hohem Materialabtrag eingesetzt werden können, so dass kurze Bearbeitungszeiten gewährleistet sind. Die dadurch möglicherweise eingebrachten Rauhigkeiten werden dann in einem nachfolgenden Glättungsprozess beseitigt, wobei durch die Verspannung bzw. Verformung des zu bearbeitenden Elements eine intermediäre Form eingestellt wird, die es ermöglicht Glättungsprozesse für sphärische, nahezu sphärische, plane oder asphärische, rotationssymmetrische Oberflächen einzusetzen. Die Erfinder haben hierbei erkannt, dass die bisher zur Formung von asphärischen optischen Flächen eingesetzte Verformung bzw. Verspannung des zu bearbeitenden Elements in neuartiger Weise für die Lösung der oben genannten Aufgabenstellung abgeändert werden kann.
[0015] Anders als bei dem oben beschriebenen Verfahren der DE 10 331 390 Al, wird nach 5 dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zunächst ein beliebig geformtes Werkstück durch beliebige Formgebungsverfahren in eine an die gewünschte Freiformfläche angenäherte Form gebracht, um anschließend durch Krafteinwirkung die zu bearbeitende Fläche in eine sphärische, nahezu sphärische, plane oder rotationssymmetrische Gestalt zu bringen. Diese intermediäre Form wird dann in dem zweiten Bearbeitungsschritt geglättet. Entsprechend 0 wird bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht, wie bei dem bekannten Verfahren gemäß der DE 10 331 390 Al, die Formgebung in einem verspannten, verformten Zustand durchgeführt, sondern insbesondere die Glättung einer bereits vorhandenen Freiformfläche.
5 [0016] Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist somit, dass die Bearbeitung in zwei unabhängige, getrennte Schritte, nämlich einerseits den Formgebungsschritt und andererseits den Glättungsschritt aufgeteilt wird und dass im Formgebungsschritt eine beliebig frei geformte, nicht-rotationssymmetrische Oberfläche ausgebildet werden kann, die dann im anschließenden Glättungsschritt in der Oberflächenrauhigkeit entsprechend eingestellt werden
:0 kann. Gleichzeitig gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren, dass das Verfahren einfach durchführbar ist, da das zu bearbeitende Element lediglich während des zweiten Bearbeitungsschrittes, also des Glättungsschrittes, in eine Bearbeitungsvorrichtung eingespannt werden muss, bei welcher Aktoren auf die Seite, die der zu bearbeitenden Oberfläche gegenüberliegt, derartig einwirken, so dass aus der zu bearbeitenden, beliebig frei
,5 geformten Oberfläche, welche üblicherweise nicht rotationssymmetrisch ist, durch elastische Verformung bzw. Verspannung eine rotationssymmetrische oder idealerweise sphärische bzw. nahezu sphärische Oberfläche erzeugt wird, die dann einfach bearbeitet werden kann.
[0017] Bei der Krafteinleitung zur Verspannung bzw. Verformung des zu bearbeitenden 0 Elements können mechanisch, piezoelektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch wirkende Aktoren vorgesehen sein, so dass sowohl Zug- als auch Druckkräfte auf das optische Element einwirken können. Dadurch wird bewirkt, dass die zu bearbeitende Oberfläche sowohl nach Außen ausgebeult als auch nach Innen eingedrückt werden kann. [0018] Die Krafteinleitung bzw. die Verteilung der Aktoren an der der zu bearbeitenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite kann derart sein, dass durch die Aktoren das gesamte zu bearbeitende Element beeinflusst werden kann, also die Aktoren über die gesamte Seite verteilt sind, die der zu bearbeitenden Oberfläche gegenüberliegt. 5
[0019] Hierbei können die Aktoren in oder an der Aufnahme der Bearbeitungsvorrichtung so angeordnet sein, dass die Aktoren einander benachbart die gesamte Aufnahme überdecken. Insbesondere können die Aktoren in einem Feld in Reihen und Spalten angeordnet sein.
0 [0020] Die erforderlichen Zug- und/oder Druckkräfte können durch eine vorangegangene Simulationsrechnung aus der angestrebten Zielform der Oberfläche und der im ersten Bearbeitungsschritt eingestellten Oberflächenkontur ermittelt werden. Dazu ist lediglich im Vorfeld zu bestimmen, welche intermediäre Form die zu bearbeitende Oberfläche während des zweiten Bearbeitungsschrittes, also des Glättschrittes, einnehmen soll.
5
[0021] Die ersten und zweiten Bearbeitungsschritte, also der Formgebungsschritt und der Glättschritt, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrmals nacheinander durchlaufen werden, wobei insbesondere während der einzelnen Bearbeitungsschritte in jedem Zyklus unterschiedliche Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt werden können, um
!0 sich so schrittweise der Zielform mit der angestrebten Formgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit zu nähern.
[0022] Nach dem zweiten Bearbeitungsschritt, also der Glättung der Freiformfläche, kann sich ein dritter Bearbeitungsschritt anschließen, bei welchem eine Materialbearbeitung
!5 vorgenommen wird, die eine geringfügige Korrektur der Form bei gleichzeitiger Erhaltung der Oberflächenrauhigkeit ermöglicht. Entsprechende Verfahren können beispielsweise Ionenstrahlverfahren, Iron-Beam-Figuring (IBF) oder magneto-rheologische Bearbeitungsverfahren (MRF) sein. Diese Verfahren weisen zwar lediglich nur einen geringen Materialabtrag auf, besitzen jedoch den Vorteil, dass sie nicht zu einer Aufrauung der
0 Oberfläche führen. Entsprechend sind sie für geringfügige Formanpassungen nach bereits erfolgter Glättung bzw. Einstellung der Oberflächenrauhigkeit geeignet.
[0023] Dieser dritte Bearbeitungsschritt kann nach Entspannung des zu bearbeitenden Elements, also Lösung der entsprechenden Krafteinleitung, erfolgen. Insbesondere kann dem dritten Bearbeitungsschritt ein Messschritt zur Vermessung bzw. Beurteilung der erzielten Oberfläche hinsichtlich Formgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit vorangehen, wie dies zudem auch während, vor oder nach jedem anderen Bearbeitungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise durch interferometrische Messungen, 5 durchgeführt werden kann.
[0024] Insbesondere können unmittelbar an den Bearbeitungswerkzeugen entsprechende Einrichtungen zur Kontrolle und Vermessung der Oberfläche vorgesehen sein, die intermittierend oder kontinuierlich einen Vergleich der erreichten Oberfläche mit der 0 Zielform ermöglichen.
[0025] Während des oder der ersten Bearbeitungsschritte, also den Formgebungsschritten, werden Bearbeitungsverfahren mit relativ großem Materialabtrag eingesetzt, um eine effektive Herstellung des gewünschten Elements mit Freiformfläche zu gewährleisten. Hier
5 bieten sich Verfahren an, die einen Materialabtrag in der Größenordnung von mindestens 50 nm, vorzugsweise mindestens 100 nm, insbesondere mindestens 20 μm pro Bearbeitungsschritt aufweisen. Mögliche Verfahren sind hier Schleif- oder Fräsverfahren, insbesondere Fünf- Achs-Fräsen, Honen oder Läppen. Hier gilt es zu beachten, dass die Abtragswerte und eingesetzten Verfahren nicht absolut zu sehen sind, sondern relativ in
:0 Abhängigkeit der angestrebten Oberflächengüte und des vertretbaren Aufwands sowie des Einsatzgebiets verstanden werden sollen und lediglich Anhaltspunkte bzw. bevorzugte Bereiche angeben. Daraus ergibt sich auch, dass als Materialabtrag pro Bearbeitungsschritt sowohl der Materialabtrag bei einmaligem Überfahren der Oberfläche, z.B. beim Fräsen, als auch der Gesamtabtrag bei mehrmaligem Überfahren in einem Prozessschritt gemeint sein
',5 kann.
[0026] Während des ersten Bearbeitungsschrittes kann das zu bearbeitende Element sowohl in einem verspannten, als auch in einem entspannten Zustand sein.
0 [0027] Bei den zweiten Bearbeitungsschritten, also den Glättungsverfahren, werden Materialbearbeitungsverfahren mit geringem Materialabtrag in der Größenordnung von höchstens 1 μm, insbesondere höchstens 100 nm pro Bearbeitungsschritt eingesetzt, die insbesondere eine geringe Oberflächenrauhigkeit in der Größenordnung von < 1 nm, vorzugsweise < 0,1 nm quadratische Rauhigkeit (RMS) ermöglichen. Hier gilt das zu den Abtragswerten des ersten Bearbeitungsschritts Gesagte in gleicher Weise.
[0028] Insbesondere werden bei dem Verfahren Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt, die es ermöglichen, eine Freiformfläche mit einer Formgenauigkeit herzustellen, bei der das Mittel der Abweichungsquadrate von der Zielform < 10 nm, vorzugsweise < 1 nm ist. Gleichzeitig soll die Oberflächenrauhigkeit Werte der quadratischen Rauhigkeit, bei der die Mittel der Abweichungsquadrate von einer Mittellinie herangezogen werden, < 1 nm oder < 0,1 nm sein. Als Messverfahren können alle dem Fachmann bekannten Messverfahren zur Bestimmung von Oberflächenformen und -rauhigkeiten, insbesondere in entsprechenden DESf oder ISO Normen definierten Standardverfahren eingesetzt werden, vorzugsweie interferometrische Messungen.
[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren kann so eingesetzt werden, dass bereits bei der Auslegung oder dem Design des entsprechenden Elements, also beispielsweise eines optischen Elements für ein Mikrolithographieobjektiv die entsprechenden Bearbeitungsschritte, also insbesondere die Verspannung bzw. Verformung während des zweiten Bearbeitungsschrittes als Randbedingungen mit berücksichtigt werden.
[0030] Entsprechend umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Vorrichtung mindestens eine Aufnahme zur Halterung des zu bearbeitenden Elements und ein Glättwerkzeug zur glättenden Bearbeitung der Freiformfläche aufweist. In der Aufnahme ist erfindungsgemäß mindestens ein Aktor zur Ausübung einer Zug- und/oder Druckkraft auf das zu bearbeitende Element vorgesehen, so dass das zu bearbeitende Element in eine intermediäre Form elastisch verspannbar ist. Entsprechend kann die zu glättende Freiformfläche mit einem Glättwerkzeug für sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitet werden, was mit entsprechend vorhandenen Glättwerkzeugen leicht möglich ist, wobei die zu bearbeitende Oberfläche durch die intermediäre Form bereit gestellt wird.
[0031] Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitetes bzw. hergestelltes optisches Element ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. [0032] Ein derartiges optisches Element zeichnet sich durch eine Formgenauigkeit der Freiformfläche im Bereich von < 10 nm Mittel der Abweichungsquadrate (RMS Root Mean Square) und/oder einer Oberflächenrauhigkeit im Bereich < 1 nm quadratische Rauhigkeit (RMS roughness) aus.
[0033] Vorzugsweise kann die Formgenauigkeit < 1 nm Mittel der Abweichungsquadrate betragen bzw. die Oberflächenrauhigkeit < 0,1 nm quadratische Rauhigkeit aufweisen.
[0034] Da die Freiformfläche, die erfindungsgemäß bearbeitet wird und entsprechende Formgenauigkeits- und Rauhigkeitswerte aufweist, vorzugsweise eine optisch aktive Fläche ist, ist das er findungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung oder die damit hergestellten optischen Elemente besonders für die Verwendung in Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie geeignet. Folglich ist auch eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage sowie insbesondere ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem entsprechenden optischen Element insbesondere für die EUV-Mikrolithographie mit Licht bzw. allgemein elektromagnetischer Strahlung im Bereich des extrem ultravioletten Wellenlängenbereichs ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung.
[0035] KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0036] Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnungen zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
Figur 1 eine seitliche Schnittansicht eines zu bearbeitenden optischen Elements;
Figur 2 eine Schnittansicht des optischen Elements aus Figur 1 nach einem ersten Bearbeitungsschritt;
Figur 3 eine Schnittansicht des optischen Elements aus den Figuren 1 und 2 in einer
Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Bearbeitungsschrittes; und in Figur 4 eine Schnittansicht des fertig gestellten optischen Elements aus den vorangegangenen Figuren. [0037] AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
[0038] Die Figur 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Halbzeugs eines optischen
Elements 1, wie beispielsweise einer optischen Linse aus einem entsprechenden Glasmaterial. Neben dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel einer optischen Linse 1 sind jedoch auch andere optische Elemente, wie Spiegel oder dergleichen, denkbar. Insgesamt ist das Verfahren nicht nur auf optische Elemente beschränkt, sondern bei entsprechend geeigneten Materialien für sämtliche Komponenten der Mikrotechnik anwendbar, bei denen eine hohe Formgenauigkeit mit einer sehr geringen Oberflächenrauhigkeit vereint vorliegen müssen.
[0039] Das in Figur 1 gezeigte Halbzeug für eine optische Linse 1 weist eine sphärische optische Fläche 2 auf, die konvex nach Außen gewölbt ist. Die gegenüberliegende Seite 3 ist plan ausgebildet. Ein entsprechendes Halbzeug für ein optisches Element 1 kann beispielsweise durch einen gießtechnischen Prozess hergestellt werden. Allerdings können auch bereits mechanische Bearbeitungsschritte zur Herstellung des Halbzeugs, wie es in Figur 1 vorliegt, durchlaufen worden sein.
[0040] Die sphärische Oberfläche 2, die einem Kugelsegment entspricht, soll anstelle der sphärischen Form eine beliebig frei geformte Oberfläche aufweisen, wobei die Abweichungen von der sphärischen Fläche 2 durch beliebige Erhöhungen oder Vertiefungen bzw. Senken realisiert sein können. Obwohl die Abweichungen von der sphärischen Form sehr klein sein können, sind sie zur Veranschaulichung des Verfahrensprinzips in den nachfolgenden schematischen Darstellungen übermäßig verstärkt wiedergegeben.
[0041] Die Figur 2 zeigt das optische Element 1 in einer Zwischenstufe nach einem ersten Bearbeitungsschritt, bei welchem das optische Element 1 und insbesondere die optische Fläche 2 durch formgebende Materialbearbeitungsverfahren an die gewünschte Freiformfläche mit beliebiger Oberflächenkontur angenähert sind. Die dadurch erzeugte Oberfläche 2' kann beispielsweise durch Bearbeitung mit einem Fünf- Achs-Fräser erzeugt worden sein. Die Topographie der Oberfläche 2' ist bereits der zu erzielenden Freiformfläche angenähert. Allerdings wird durch die Verfahren, mit denen in einer kurzen Zeit ein entsprechender Materialabtrag zur Herstellung der gewünschten Form erzielt wird, eine Oberflächenrauhigkeit erzeugt, die üblicherweise nicht den Anforderungen an entsprechende optische Elemente eines Mikrolithographieobjektivs entsprechen. Entsprechend muss die Oberfläche 2' des Zwischenprodukts der Figur 2 noch einem Glättungsprozess unterzogen werden, um die gewünschte Oberflächengüte bzw. Oberflächenrauhigkeit einzustellen. 5 Entsprechend ist die eingestellte Struktur der Oberfläche T nur insoweit der Zielform angenähert, dass ein entsprechender Materialabtrag durch den erforderlichen Glättungsprozess bereits berücksichtigt ist und entsprechend noch nicht von der Oberfläche 2' abgetragen ist.
[0042] Da die beliebig geformte Oberfläche 2' des optischen Elements 1 aufgrund ihrer nicht-
0 rotationssymmetrischen Form durch übliche Glättungsprozesse nicht in der ausreichenden Qualität und Güte geglättet werden kann, wird das optische Element 1 in einem zweiten Bearbeitungsschritt in einem Spannrahmen 5 einer entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung aufgenommen. Der Spannrahmen 5 weist eine Vielzahl von Aktoren 6 auf, die in der Figur 3 als Federelemente für die Aufbringung von Zug- und/oder Druckspannungen dargestellt sind.
5 Die Aktoren 6 können durch jede beliebige geeignete Einrichtung, wie beispielsweise mechanische Elemente, wie Federelemente, piezoelektrische Elemente, pneumatische oder hydraulische Aktoren, wie Minizylinder und dergleichen, verwirklicht sein. Die Aktoren 6 wirken auf die der zu bearbeitenden Oberfläche 2 gegenüberliegende Seite 3 ein und bewirken eine elastische Verspannung des optischen Elements 1 in einen intermediären Zustand 2", bei
!0 dem die Oberfläche 2" idealerweise eine sphärische, also kugelsegmentförmige Form einnimmt. Statt einer im Wesentlichen idealen sphärischen Form kann die Oberfläche 2" des optischen Elements 1 im intermediären Zustand auch eine nahezu sphärische Gestalt oder eine rotationssymmetrische, asphärische Form annehmen. Wesentlich ist lediglich, dass für die Oberflächenform des intermediären Zustande ein geeigneter Glättungsprozess vorliegt, der
;5 eine über die gesamte Oberfläche 2" einheitliche Rauhigkeit ohne Schleif-, Polierspuren oder dergleichen erzeugt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Freiformfläche 2' nach dem formgebenden ersten Bearbeitungsschritt für den zweiten, die Glättung bewirkenden Arbeitsschritt gemäß der Figur 3 in einen verspannten Zustand versetzt worden, bei dem die zu bearbeitende Oberfläche 2" eine sphärische Form aufweist. Wie
0 bereits erwähnt, wäre jedoch anstelle einer sphärischen Oberfläche 2' ' auch eine rotationssymmetrische, asphärische Oberfläche 2" denkbar, solange geeignete Glättwerkzeuge zur Verfügung stehen. [0043] Bei der sphärischen Oberfläche 2" wird beispielsweise ein Vollschalen- Werkzeug 7 für einen Vollschalen-Glättprozess vorgesehen, bei dem das Glättwerkzeug 7 vollflächig auf der sphärischen Oberfläche 2" aufliegt und eine einheitliche Glättung der Oberfläche vornehmen kann.
5
[0044] Nach Durchfuhrung des zweiten Bearbeitungsschrittes, also des Glättprozesses, kann die Oberfläche 2" durch eine Messeinrichtung 8, welche beispielsweise an dem Bearbeitungswerkzeug 7 angeordnet oder in diesem integriert sein kann, auf ihre Oberflächengüte hin untersucht werden. Auf diese Weise ist es möglich, kontinuierlich oder
0 durch kurze Unterbrechungen während des Glättprozesses festzustellen, ob die erforderliche Oberflächenrauhigkeit bereits eingestellt worden sind.
[0045] Nach Abschluss des zweiten Bearbeitungsschrittes, also des Glättprozesses, kann, wenn beispielsweise die Messeinrichtung 8 festgestellt hat, dass zwar die
5 Oberflächenrauhigkeit in entsprechender Weise eingestellt ist, aber weiterhin ein kleiner Formfehler vorliegt, ein erneuter Durchgang durch die beiden Bearbeitungsschritte erfolgen. Einerseits wird also ein weiterer formgebender erster Bearbeitungsschritt zur Erzeugung eines Zwischenprodukts gemäß Figur 2 und andererseits ein weiterer zweiter Bearbeitungsschritt zur Glättung der Oberfläche durchlaufen werden. Dies kann so oft erfolgen, bis die
!0 Formgenauigkeit der optischen Fläche 2 und die Oberflächenrauhigkeit derselben Fläche in den geforderten Toleranzbereichen liegen.
[0046] Wird nach einem oder mehreren zweiten Bearbeitungsschritten festgestellt, dass sowohl die Formgenauigkeit als auch die Oberflächenrauhigkeit in dem angestrebten Bereich
\5 liegen, so wird das optische Element 1 nach dem letzten zweiten Bearbeitungsschritt aus dem Spannrahmen 5 entfernt, so dass sich das optische Element 1 relaxieren kann. Dabei wird, wie in Figur 4 gezeigt ist, die Planseite 3 wieder in ihre Ursprungsform zurückkehren, während die im verspannten Zustand sphärische Oberfläche 2" nunmehr die Zielform, also die beliebig frei geformte Freiformfläche 2'" mit entsprechender Formgenauigkeit und
0 Oberflächenrauhigkeit aufweist. Statt einer Planseite 3 kann selbstverständlich an dieser Seite des zu bearbeitenden optischen Elements 1 eine beliebig geformte Fläche vorgesehen sein.
[0047] Sollte die Oberfläche 2'" noch Abweichungen bzgl. der gewünschten Zielform aufweisen, so kann abschließend ein dritter Bearbeitungsschritt mit einem Materialbearbeitungsverfahren durchgeführt werden, welches einen Materialabtrag bei gleichzeitiger Erhaltung der eingestellten Oberϊlächenrauhigkeit erzielt. Als Beispiel sind hierzu zu nennen Ionenstrahlverfahren, Ion-Beam-Figuring (IBF) oder magneto-rheologische Verfahren, wie MRF (Magneto Rheologie Finishing). Dies ist in Figur 4 durch das schematische Werkzeug 9 dargestellt. Die Verfahren zur Formgebung bei Erhaltung der
Oberflächenrauhigkeit weisen jedoch nur sehr geringe Materialabtragsraten auf, so dass diese lediglich für geringfügige Korrekturen der Oberfläche zur Erreichung der Zielform eingesetzt werden können.
[0048] Die Oberfläche 2'" kann wiederum durch eine entsprechende Messvorrichtung 10, ähnlich zu der Messvorrichtung 8 nach oder während des zweiten Bearbeitungsschrittes, während oder nach dem dritten Bearbeitungsschritt untersucht bzw. vermessen werden, um festzustellen, ob die gewünschte Form eingestellt ist. Dies kann selbstverständlich auch nach dem ersten oder während des ersten Bearbeitungsschrittes zur Formgebung durchgeführt werden. Als Messverfahren können hierbei insbesondere interferometrische Verfahren zum Einsatz kommen.
[0049] Wird jedoch beispielsweise nach dem zweiten Bearbeitungsschritt festgestellt, dass die Oberfläche 2'" im entspannten Zustand den Ziel vorgaben entspricht, so kann auf einen dritten Bearbeitungsschritt verzichtet werden.
[0050] Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann klar ersichtlich, dass die Erfindung nicht nur auf eine derartige Ausfuhrungsform beschränkt ist. Vielmehr sind Abwandlungen und Änderungen, insbesondere im Bezug auf das Weglassen einzelner vorgestellter Merkmale oder die unterschiedliche Kombination der vorgestellten Merkmale denkbar, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
[0051] Die Erfindung zeichnet sich somit insbesondere durch folgende, nicht einschränkenden Markmale aus:
1. Verfahren zur Herstellung eines Elements mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit, insbesondere eines optischen Elements mit einer optischen Freiformfläche für ein Objektiv für die Mikrolithographie, wobei die Freiformfläche durch mindestens einen ersten Bearbeitungsschritt mit einem formgebenden Materialbearbeitungsverfahren, bei dem zumindest eine Annäherung an die gewünschte Freiformfläche (Zielform) erfolgt, und mindestens einem zweiten Schritt mit einem die Oberfläche glättenden Materialbearbeitungsverfahren erhalten wird, 5 wobei mindestens während eines zweiten Bearbeitungsschrittes der glättenden Materialbearbeitung das zu bearbeitende Element (1) durch Krafteinleitung derart elastisch verspannt ist, dass die zu glättende Freiformfläche (2) durch Glättprozesse für sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitbar ist.
[0 2. Verfahren nach Merkmal 1 , wobei die Freiformfläche des zu bearbeitenden Elements (1) während des Glättens in einem zweiten Bearbeitungsschritt in einer intermediären Form (2") ist, welche rotationssymmetrisch und/oder sphärisch, nahezu sphärisch oder plan ist.
15 3. Verfahren nach Merkmal 1 oder 2, wobei die Krafteinleitung durch Zug- und/oder Druckkräfte erfolgt, die insbesondere an einer der zu bearbeitenden Fläche gegenüberliegenden Seite (3) des zu bearbeitenden Elements örtlich verteilt angelegt werden.
>0 4. Verfahren nach Merkmal 3, wobei die Kräfte hydraulisch, pneumatisch, piezoelektrisch oder durch mechanische Aktoren (6) aufgebracht werden.
5. Verfahren nach Merkmal 3 oder 4, >5 wobei eine optimale Form der zu bearbeitenden Freiformfläche für den zweiten Bearbeitungsschritt bestimmt und durch eine Simulationsrechnung die erforderlichen Kräfte bestimmt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, 10 wobei erste und zweite Bearbeitungsschritte mehrfach nacheinander durchlaufen werden, wobei insbesondere während der einzelnen Bearbeitungsschritte unterschiedliche Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt werden können. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei ein dritter, insbesondere abschließender Bearbeitungsschritt nach einem zweiten Bearbeitungsschritt erfolgt, bei welchem eine Formkorrektur unter Beibehaltung der Oberflächenrauheit durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Merkmal 7, wobei als rauhigkeitserhaltende Oberflächenbearbeitung Ionenstrahlverfahren und/oder magneto- rheologische Bearbeitungsverfahren während des dritten Bearbeitungsschrittes eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Merkmal 7 oder 8, wobei das zu bearbeitende Element während des dritten Bearbeitungsschrittes in einem entspannten Zustand ist. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei als Formgebungsverfahren während des ersten Bearbeitungsschrittes Verfahren mit großem Materialabtrag, insbesondere in der Größenordnung von mehr als 50 nm, insbesondere mehr als 100 nm, vorzugsweise mehr als 20 μm pro Bearbeitungsschritt, eingesetzt werden, insbesondere mindestens eines aus der Gruppe mit Schleifen, Fräsen,
Honen und Läppen.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei das zu bearbeitende Element während eines ersten Bearbeitungsschrittes in einem entspannten Zustand oder in einem verspannten, intermediären Zustand ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei die zu bearbeitende Oberfläche nach dem ersten Bearbeitungsschritt eine beliebig frei geformte, insbesondere nicht rotationssymmetrische Oberfläche ist. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei als Glättungsverfahren während des zweiten Bearbeitungsschrittes Verfahren mit geringem Materialabtrag und geringer Oberflächenrauhigkeit, insbesondere in der Größenordnung von weniger als 1 μm, insbesondere weniger als 100 nm pro Bearbeitungsschritt, eingesetzt werden, insbesondere Polieren und/oder Schlichten.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei
5 die Formgenauigkeit der fertig bearbeiteten Freiformfläche im Bereich von kleiner oder gleich 10 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 nm Mittel der Abweichungsquadrate (RMS Root Mean Square) und/oder die Oberflächenrauhigkeit im Bereich von kleiner oder gleich 1 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 nm quadratische Rauhigkeit (RMS roughness) liegt.
0 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, wobei bei der Auslegung der Freiformfläche die Bearbeitung in den ersten, zweiten und/oder dritten Bearbeitungsschritten als Randbedingung berücksichtigt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, 5 wobei die zu bearbeitende Oberfläche vor, während und/oder nach den ersten, zweiten und dritten Bearbeitungsschritten vermessen, insbesondere interferometrisch vermessen wird.
17. Vorrichtung zum Glätten einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) eines Elements mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit, insbesondere
\0 eines optischen Elements mit einer optischen Freiformfläche für ein Objektiv für die
Mikrolithographie, vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Merkmale, mit einer Aufnahme zur Halterung des zu bearbeitenden Elements und einem Glättwerkzeug zur glättenden Bearbeitung der Freiformfläche, wobei
'.5 die Aufnahme mindestens einen Aktor (6) zur Ausübung einer Zug- und/oder Druckkraft auf das zu bearbeitende Element (1) aufweist, so dass das zu bearbeitende Element in eine intermediäre Form (2") elastisch verspannbar ist, so dass die zu glättende Freiformfläche mit dem Glättwerkzeug durch Glättprozesse für sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitbar ist.
0 18. Vorrichtung nach Merkmal 17, wobei die Aufnahme so gestaltet ist, dass die zu bearbeitende Oberfläche der intermediären Form eine sphärische, nahezu sphärische, plane oder rotationssymmetrische Oberfläche ist.
19. Vorrichtung nach Merkmal 17 oder 18, wobei
5 eine Vielzahl von Aktoren (6) über die Aufnahme verteilt vorgesehen sind, so dass Kräfte über das zu bearbeitende Element verteilt aufbringbar sind.
20. Vorrichtung nach Merkmal 19, wobei ein Feld von Aktoren (6) vorgesehen ist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind und [ 0 die vorzugsweise unmittelbar gegenseitig benachbart die gesamte Aufnahme überdecken.
21. Vorrichtung nach einem der Merkmale 17 bis 20, wobei die Aktoren mechanische, piezoelektrische, pneumatische und/oder hydraulische Stellglieder umfassen.
.5 22. Optisches Element, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Merkmale 1 bis 16.
23. Optisches Element mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche), wobei die Formgenauigkeit der Freiformfläche im Bereich < 10 nm Mittel der Abweichungsquadrate (RMS Root Mean Square) und/oder die Oberflächenrauhigkeit im 10 Bereich von < 1 nm quadratische Rauhigkeit (RMS roughness) liegt.
24. Optisches Element nach Merkmal 23, wobei die Formgenauigkeit < 1 nm Mittel der Abweichungsquadrate beträgt.
25. Optisches Element nach einem der Merkmale 23 oder 24, \5 wobei die Oberflächenrauhigkeit < 0,1 nm quadratische Rauhigkeit beträgt.
26. Optisches Element nach einem der Merkmale 23 bis 25, wobei die Freiformfläche eine optisch aktive Fläche ist.
>Q 27. Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem optischen Element nach einem der Merkmale 22 bis 27. 8. Projektionsbelichtungsanlage nach Merkmal 27, wobei die Projektionsbelichtungsanlage für die EUV (extreme ultra violet)-Mikrolithographie hergerichtet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Elements mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit,
5 insbesondere eines optischen Elements mit einer optischen Freiformfläche für ein
Objektiv für die Mikrolithographie, wobei die Freiformfläche durch mindestens einen ersten Bearbeitungsschritt mit einem formgebenden Materialbearbeitungsverfahren, bei dem zumindest eine Annäherung an die gewünschte Freiformfläche (Zielform) erfolgt, und mindestens einem zweiten Schritt mit einem die Oberfläche glättenden
[ 0 Materialbearbeitungsverfahren erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens während eines zweiten Bearbeitungsschrittes der glättenden Materialbearbeitung das zu bearbeitende Element (1) durch Krafteinleitung derart elastisch verspannt ist, dass die zu glättende Freiformfläche (2) durch Glättprozesse für
[ 5 sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformfläche des zu bearbeitenden Elements (1) während des Glättens in einem zweiten Bearbeitungsschritt in einer intermediären Form (2") ist, welche 50 rotationssymmetrisch und/oder sphärisch, nahezu sphärisch oder plan ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung durch Zug- und/oder Druckkräfte erfolgt, die insbesondere an einer der zu bearbeitenden Fläche gegenüberliegenden Seite (3) des zu bearbeitenden Elements !5 örtlich verteilt angelegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kräfte hydraulisch, pneumatisch, piezoelektrisch oder durch mechanische Aktoren (6) aufgebracht werden.
SO 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine optimale Form der zu bearbeitenden Freiformfläche für den zweiten Bearbeitungsschritt bestimmt und durch eine Simulationsrechnung die erforderlichen Kräfte bestimmt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
5 erste und zweite Bearbeitungsschritte mehrfach nacheinander durchlaufen werden, wobei insbesondere während der einzelnen Bearbeitungsschritte unterschiedliche Materialbearbeitungsverfahren eingesetzt werden können.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
0 ein dritter, insbesondere abschließender Bearbeitungsschritt nach einem zweiten
Bearbeitungsschritt erfolgt, bei welchem eine Formkorrektur unter Beibehaltung der Oberflächenrauheit durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
5 als rauhigkeitserhaltende Oberflächenbearbeitung Ionenstrahlverfahren und/oder magneto- rheologische Bearbeitungsverfahren während des dritten Bearbeitungsschrittes eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
:0 das zu bearbeitende Element während des dritten Bearbeitungsschrittes in einem entspannten Zustand ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Formgebungsverfahren während des ersten Bearbeitungsschrittes Verfahren mit 5 großem Materialabtrag, insbesondere in der Größenordnung von mehr als 50 nm, insbesondere mehr als 100 nm, vorzugsweise mehr als 20 μm pro Bearbeitungsschritt, eingesetzt werden, insbesondere mindestens eines aus der Gruppe mit Schleifen, Fräsen, Honen und Läppen.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 0 dadurch gekennzeichnet, dass das zu bearbeitende Element während eines ersten Bearbeitungsschrittes in einem entspannten Zustand oder in einem verspannten, intermediären Zustand ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bearbeitende Oberfläche nach dem ersten Bearbeitungsschritt eine beliebig frei geformte, insbesondere nicht rotationssymmetrische Oberfläche ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Glättungsverfahren während des zweiten Bearbeitungsschrittes Verfahren mit geringem Materialabtrag und geringer Oberflächenrauhigkeit, insbesondere in der Größenordnung von weniger als 1 μm, insbesondere weniger als 100 nm pro Bearbeitungsschritt, eingesetzt werden, insbesondere Polieren und/oder Schlichten.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgenauigkeit der fertig bearbeiteten Freiformfläche im Bereich von kleiner oder gleich 10 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 nm Mittel der Abweichungsquadrate (RMS Root Mean Square) und/oder die Oberflächenrauhigkeit im Bereich von kleiner oder gleich 1 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 nm quadratische Rauhigkeit (RMS roughness) liegt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auslegung der Freiformfläche die Bearbeitung in den ersten, zweiten und/oder dritten Bearbeitungsschritten als Randbedingung berücksichtigt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bearbeitende Oberfläche vor, während und/oder nach den ersten, zweiten und dritten Bearbeitungsschritten vermessen, insbesondere interferometrisch vermessen wird.
17. Vorrichtung zum Glätten einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche) eines Elements mit hoher Formgenauigkeit und geringer Oberflächenrauhigkeit, insbesondere eines optischen Elements mit einer optischen Freiformfläche für ein Objektiv für die Mikrolithographie, vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Aufnahme zur Halterung des zu bearbeitenden Elements und einem
Glättwerkzeug zur glättenden Bearbeitung der Freiformfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme mindestens einen Aktor (6) zur Ausübung einer Zug- und/oder Druckkraft auf das zu bearbeitende Element (1) aufweist, so dass das zu bearbeitende Element in eine intermediäre Form (2") elastisch verspannbar ist, so dass die zu glättende Freiformfläche mit dem Glättwerkzeug durch Glättprozesse für sphärische, plane oder asphärische Oberflächen bearbeitbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme so gestaltet ist, dass die zu bearbeitende Oberfläche der intermediären Form eine sphärische, nahezu sphärische, plane oder rotationssymmetrische Oberfläche ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Aktoren (6) über die Aufnahme verteilt vorgesehen sind, so dass Kräfte über das zu bearbeitende Element verteilt aufbringbar sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feld von Aktoren (6) vorgesehen ist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind und die vorzugsweise unmittelbar gegenseitig benachbart die gesamte Aufnahme überdecken.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren mechanische, piezoelektrische, pneumatische und/oder hydraulische
Stellglieder umfassen.
22. Optisches Element, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
23. Optisches Element mit mindestens einer beliebig frei geformten Fläche (Freiformfläche), dadurch gekennzeichnet, dass die Formgenauigkeit der Freiformfläche im Bereich < 10 nm Mittel der
Abweichungsquadrate (RMS Root Mean Square) und/oder die Oberflächenrauhigkeit im Bereich von < 1 nm quadratische Rauhigkeit (RMS roughness) liegt.
24. Optisches Element nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgenauigkeit < 1 nm Mittel der Abweichungsquadrate beträgt.
25. Optisches Element nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit < 0,1 nm quadratische Rauhigkeit beträgt.
26. Optisches Element nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformfläche eine optisch aktive Fläche ist.
27. Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem optischen Element nach einem der Ansprüche 22 bis 27.
28. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage für die EUV (extreme ultra violet)-Mikrolithographie hergerichtet ist.
PCT/EP2008/053398 2007-03-21 2008-03-20 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elements mit mindestens einer freiformfläche mit hoher formgenauigkeit und geringer oberflächenrauhigkeit WO2008113858A2 (de)

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