DE102015215851A1 - Method and device for blasting workpieces - Google Patents

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Martin Suske
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Materialabtrags bei der Bearbeitung eines Werkstücks (4) mit einem Strahlwerkzeug sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strahlbearbeitung, wobei ein Schwingquarz (5) bereitgestellt wird, welcher mit dem Material des Werkstücks beschichtet wird oder dieses umfasst, wobei das Material des Werkstücks mit dem Strahlwerkzeug von dem Schwingquarz (5) zumindest teilweise entfernt wird und die Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes durch den Materialabtrag bestimmt wird und wobei aus der Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes der Materialabtrag bzw. die Materialabtragsrate bestimmt wird.The present invention relates to a method for determining the removal of material during the machining of a workpiece (4) with a jet tool and to a method and a device for beam machining, wherein a quartz crystal (5) is provided which is coated with or comprises the material of the workpiece wherein the material of the workpiece with the beam tool of the quartz crystal (5) is at least partially removed and the change in the natural frequency of the quartz crystal is determined by the material removal and wherein from the change in the natural frequency of the quartz crystal material removal or the material removal rate is determined.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Strahlbearbeitung eines Werkstücks mit einem Strahl und insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung des Materialabtrags bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Strahlwerkzeug.The present invention relates to a method or a device for beam machining of a workpiece with a beam, and in particular to a method for determining the material removal during the machining of a workpiece with a jet tool.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere auch von optischen Elementen, wie beispielsweise Linsen oder Spiegeln für Projektionsbelichtungsanlagen der Mikrolithographie, werden Strahlbearbeitungsverfahren eingesetzt, bei denen mittels hochenergetischer Strahlen, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, Laserstrahlen oder Ionenstrahlen, Material von dem zu bearbeitenden Werkstück entfernt werden kann. Insbesondere bei optischen Elementen für optische Anordnungen und ganz besonders bei optischen Elementen für Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie ist es erforderlich, eine hohe Präzision bei der Bearbeitung anzuwenden, um die erforderliche Genauigkeit der Oberflächenform der optischen Elemente zu erreichen.For processing of workpieces, in particular also of optical elements, such as lenses or mirrors for projection exposure apparatuses of microlithography, beam processing methods are used in which material can be removed from the workpiece to be machined by means of high-energy radiation, such as electron beams, laser beams or ion beams. In particular, in optical elements for optical arrangements, and more particularly in optical elements for projection exposure apparatuses for microlithography, it is necessary to apply a high precision in the processing to achieve the required accuracy of the surface shape of the optical elements.

So ist es beispielsweise bekannt, optische Elemente wie Linsen und Spiegel für die Formgebung im Nano- und Subnanometerbereich mit Ionenstrahlen zu bearbeiten, wobei Ionen auf die zu bearbeitende Oberfläche des optischen Elements beschleunigt werden, um beim Auftreffen Material des zu bearbeitenden Werkstücks von der Oberfläche zu entfernen. Der Artikel von Vladimir Chutko, Ion Beam Figuring: Ion Source and Optical Materials Sputtering Parameters and Process Monitoring, Vacuum Technology and Coating, November 2013 beschreibt Grundlagen der Prozessparameter für die Ionenstrahlbearbeitung von optischen Materialien. Thus, for example, it is known to process optical elements such as lenses and mirrors for shaping in the nano- and subnanometer range with ion beams, whereby ions are accelerated onto the surface of the optical element to be machined in order to absorb material from the surface to be machined on impacting remove. The article of Vladimir Chutko, Ion Beam Figuring: Ion Source and Optical Materials Sputtering Parameters and Process Monitoring, Vacuum Technology and Coating, November 2013 describes basics of process parameters for ion beam machining of optical materials.

Um bei der Ionenstrahlbearbeitung von optischen Materialien die gewünschte exakte Bearbeitung vornehmen zu können, ist es erforderlich, den Materialabtrag oder die Materialabtragsrate genau einstellen zu können bzw. den Materialabtrag, der bei bestimmten Einstellungen der Strahlquelle für das zu bearbeitende Material erfolgt, genau bestimmen zu können.In order to be able to carry out the desired exact processing in the case of ion beam processing of optical materials, it is necessary to be able to precisely set the material removal or the material removal rate or to be able to precisely determine the material removal which takes place for certain settings of the beam source for the material to be processed ,

Üblicherweise wird dies dadurch sichergestellt, dass vor der Bearbeitung eines Werkstücks der Materialabtrag an einem Probewerkstück aus dem gleichen Material dadurch bestimmt wird, dass eine Probebearbeitung stattfindet und der erfolgte Materialabtrag anschließend durch interferometrische Verfahren ermittelt wird. Dies ist jedoch sehr aufwändig, da insbesondere bei einer Anpassung des Materialabtrags durch veränderte Einstellung des Strahlwerkzeugs unter Umständen viele Probebearbeitungen mit nachfolgenden interferometrischen Messungen des Materialabtrags erforderlich sind. Neben diesem Messaufwand wird durch den Probeabtrag ein nicht unerheblicher Teil der Anlagenkapazität gebunden, sodass die Bearbeitung nicht effizient ist.Usually, this is ensured by the fact that before machining a workpiece, the removal of material on a sample workpiece from the same material is determined by the fact that a sample processing takes place and the material removal is subsequently determined by interferometric methods. However, this is very time-consuming, since, in particular when adjusting the removal of material by changing the setting of the jet tool, it may be necessary to perform many sample operations with subsequent interferometric measurements of the material removal. In addition to this measurement effort, a significant part of the plant capacity is tied up by the sample removal, so that the processing is not efficient.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Strahlbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere von optischen Elementen, für optische Anordnungen, wie vorzugsweise Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, bereitzustellen, bei denen eine exakte und genau definierte Bearbeitung mit hoher Effizienz möglich ist. Dabei soll die Vorrichtung einfach aufgebaut und bedienbar sein sowie das Verfahren zuverlässig durchführbar sein.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and a method for beam processing of a workpiece, in particular of optical elements, for optical arrangements, such as preferably projection exposure systems for microlithography, in which an exact and well-defined processing with high efficiency is possible. In this case, the device should be simple to set up and operate and the method should be reliably feasible.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 12 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1 or claim 12 and a device having the features of claim 5. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Bestimmung des Materialabtrags bei der Strahlbearbeitung einer Werkstückoberfläche einen Schwingquarz einzusetzen, der mit dem Material eines zu bearbeitenden Werkstücks beschichtet wird oder dieses umfasst, wobei zur Bestimmung des Materialabtrags bei der Strahlbearbeitung das Material des Werkstücks von dem Schwingquarz mit dem Strahlwerkzeug entfernt wird und die Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes durch den Materialabtrag bestimmt wird, so dass aus der Veränderung der Eigenfrequenz aufgrund des Materialabtrags der Materialabtrag und daraus die Materialabtragsrate des Strahlwerkzeugs bestimmt werden kann. Durch die Veränderung der Eigenfrequenz bei einem Materialabtrag von dem Schwingquarz kann sehr genau die Größe des Materialabtrags bestimmt werden, so dass dadurch eine exakte Methode zur Bestimmung des Materialabtrags zur Verfügung steht. Darüber hinaus kann die Veränderung der Eigenfrequenz durch den Materialabtrag einfach und schnell erfasst werden, so dass eine schnelle und unmittelbare Bestimmung des Materialabtrags bzw. der Materialabtragsrate des Strahlwerkzeugs für gegebene Einstellungen des Strahlwerkzeugs möglich ist. According to the invention, it is proposed to use a quartz crystal which is coated with the material of a workpiece to be machined to determine the removal of material in the beam machining of a workpiece surface, wherein the material of the workpiece from the quartz crystal with the Beam tool is removed and the change in the natural frequency of the quartz crystal is determined by the removal of material, so that from the change in the natural frequency due to the material removal of the material removal and therefrom the material removal rate of the jet tool can be determined. By changing the natural frequency in a material removal of the quartz crystal can be determined very accurately the size of the material removal, so that thereby an exact method for determining the material removal is available. In addition, the change in the natural frequency due to the material removal can be detected simply and quickly, so that a fast and direct determination of the material removal or the material removal rate of the jet tool for given settings of the jet tool is possible.

Entsprechend kann eine derartige Vorrichtung zur Strahlbearbeitung eines Werkstücks eine Auswerteeinheit umfassen, mittels der die Eigenfrequenz des Schwingquarzes bestimmt und vorzugsweise auch gleich bei Kenntnis des abzutragenden Materials der Materialabtrag bestimmt werden kann. Dies kann entweder zeitlich aufeinanderfolgend stattfinden oder gleichzeitig bzw. kontinuierlich. Correspondingly, such a device for beam processing of a workpiece may comprise an evaluation unit, by means of which the natural frequency of the quartz crystal can be determined and, preferably, also when knowledge of the material to be removed can be determined, the material removal. This can take place either chronologically consecutively or simultaneously or continuously.

Bei einer zeitlich aufeinanderfolgenden Bestimmung des Materialabtrags bzw. der Materialabtragsrate kann zunächst in einem ersten Schritt die Eigenfrequenz des Schwingquarzes bestimmt werden, danach die Bearbeitung des Schwingquarzes mit der Strahlquelle erfolgen und anschließend nach der Bearbeitung wiederum eine Bestimmung der Eigenfrequenz des bearbeiteten Schwingquarzes, wobei dann aus der Veränderung der Eigenfrequenz der Materialabtrag und aus dem Materialabtrag mit der Bearbeitungszeit die Materialabtragsrate bestimmt werden kann. In a temporally sequential determination of the material removal or material removal rate, the natural frequency of the quartz crystal can first be determined in a first step, then the processing of the quartz crystal with the beam source and then after processing again a determination of the natural frequency of the processed quartz crystal, in which case the change in the natural frequency of material removal and from the material removal with the processing time, the material removal rate can be determined.

Bei einer gleichzeitigen oder kontinuierlichen Vorgehensweise kann während des Materialabtrags von dem Schwingquarz kontinuierlich fortlaufend die Eigenfrequenz bestimmt werden und durch die kontinuierliche Veränderung der Eigenfrequenz der Materialabtrag und daraus mit der Bearbeitungszeit die Materialabtragsrate erfasst werden. Damit ist eine effiziente und schnelle Bestimmung der Materialabtragsrate für ein Strahlwerkzeug gegeben.In the case of a simultaneous or continuous procedure, the natural frequency can be continuously continuously determined during the removal of material from the quartz oscillator, and the material removal rate can be detected by the continuous change of the natural frequency of the material removal and from this with the processing time. This provides an efficient and rapid determination of the material removal rate for a jet tool.

Die Schichtdicke der Beschichtung, die auf dem Schwingquarz abgeschieden wird, um dann anschließend durch die Strahlbearbeitung wieder zumindest teilweise entfernt zu werden, kann im Bereich von größer oder gleich 100 nm, insbesondere größer oder gleich 200 nm und vorzugsweise größer oder gleich 500 nm, gewählt werden. Das zu beschichtende Material ist das Material des Werkstücks, für dessen Bearbeitung der Materialabtrag bzw. die Materialabtragsrate bestimmt werden soll.The layer thickness of the coating, which is deposited on the quartz crystal, and then subsequently at least partially removed by the beam processing, can be in the range of greater than or equal to 100 nm, in particular greater than or equal to 200 nm and preferably greater than or equal to 500 nm become. The material to be coated is the material of the workpiece, for the processing of the material removal or the material removal rate is to be determined.

Als Schwingquarz kann ein piezoelektrisches Material gewählt werden, welches durch Anlegen von elektrischen Feldern zu Schwingungen angeregt werden kann. Die Eigenfrequenz kann hierbei im Bereich von 0,5 bis 20 MHz, vorzugsweise 1 bis 10 MHz und insbesondere 3 bis 7 MHz, gewählt werden. As a quartz crystal, a piezoelectric material can be selected, which can be excited to vibrate by applying electric fields. The natural frequency can be selected in the range from 0.5 to 20 MHz, preferably 1 to 10 MHz and in particular 3 to 7 MHz.

Das Verfahren kann mit verschiedenen Strahlwerkzeugen durchgeführt werden, insbesondere können Bearbeitungsstrahlen verwendet werden, die durch Elektronenstrahlen, Ionenstrahlen oder Laserstrahlen gebildet werden. Entsprechend kann eine geeignete Vorrichtung zur Strahlbearbeitung Strahlquellen, wie Elektronenstrahlquellen, Ionenstrahlquellen oder Laser umfassen.The method can be carried out with various beam tools, in particular, processing beams can be used, which are formed by electron beams, ion beams or laser beams. Accordingly, a suitable apparatus for beam processing may include beam sources, such as electron beam sources, ion beam sources, or lasers.

Zur schnellen und effizienten Bestimmung des Materialabtrags können ein oder mehrere Schwingquarze mit einem zu bearbeitenden Material direkt in der Bearbeitungskammer der Strahlbearbeitungsvorrichtung vorgesehen sein, in der auch die Strahlbearbeitung der zu bearbeitenden Werkstücke erfolgen soll. Dadurch kann unmittelbar vor der Bearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks, beispielsweise eines optischen Elements einer optischen Anordnung, eine Bestimmung des Materialabtrags bzw. der Materialabtragsrate durchgeführt werden.For fast and efficient determination of the material removal, one or more quartz crystals with a material to be processed can be provided directly in the processing chamber of the beam processing device, in which also the beam processing of the workpieces to be processed is to take place. As a result, a determination of the removal of material or the removal rate of material can be carried out immediately before the machining of the workpiece to be machined, for example an optical element of an optical arrangement.

Um zu vermeiden, dass ein in der Bearbeitungskammer der Strahlbearbeitungsvorrichtung angeordneter Schwingquarz während der Materialbearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks durch das von dem zu bearbeitenden Werkstück entfernte Material beschichtet wird, kann die Vorrichtung eine Abschirmung umfassen, mit der der Schwingquarz abgedeckt werden kann, sofern der Schwingquarz nicht selbst durch das Strahlwerkzeug für die Bestimmung der Abtragsrate bzw. des Materialabtrags bearbeitet wird.In order to avoid that a quartz crystal arranged in the processing chamber of the beam processing device is coated during the material processing of the workpiece to be machined by the material removed from the workpiece to be machined, the device may comprise a shield, with which the quartz crystal can be covered if the quartz crystal is not even processed by the jet tool for the determination of the removal rate and the material removal.

Die Vorrichtung kann mehrere Schwingquarze umfassen, die jeweils in eine Messposition bewegbar sind, so dass für die Bestimmung des Materialabtrags bzw. der Materialabtragsrate mehrere Schwingquarze zur Verfügung stehen. Die Schwingquarze können sowohl das gleiche zu bearbeitende Material als auch unterschiedliches, zu bearbeitendes Material aufweisen. Dadurch kann die Effizienz der Vorrichtung weiterhin verbessert wird.The apparatus may comprise a plurality of quartz crystals, which are each movable into a measuring position, so that a plurality of quartz crystals are available for determining the material removal or the material removal rate. The quartz crystals may have both the same material to be processed as well as different material to be processed. Thereby, the efficiency of the device can be further improved.

Schwingquarz und Strahlquelle bzw. Strahlwerkzeug können so ausgebildet sein, dass sie in mehreren unterschiedlichen Positionen zueinander angeordnet werden können, so dass auch unterschiedliche Abtragswinkel einstellbar sind. Auf diese Weise lässt sich der Materialabtrag bzw. die Materialabtragsrate für verschiedene Abtragswinkel erfassen und die Bearbeitung eines Werkstücks kann mit noch höherer Genauigkeit durchgeführt werden. Oscillating quartz and beam source or jet tool can be designed so that they can be arranged in several different positions to each other, so that different Abtragswinkel are adjustable. In this way, the removal of material or the material removal rate for different ablation angles can be detected and the machining of a workpiece can be carried out with even higher accuracy.

Zur Anordnung von Schwingquarz und Strahlwerkzeug in einer Messposition, in der der Schwingquarz durch das Strahlwerkzeug bearbeitet werden kann, gibt es verschiedene Möglichkeiten. So kann entweder das Strahlwerkzeug beweglich ausgebildet sein, um gegenüber einer fixen Messposition eines Schwingquarzes so angeordnet werden zu können, dass der Schwingquarz durch das Strahlwerkzeug bearbeitet werden kann, oder es kann umgekehrt der Schwingquarz so beweglich angeordnet sein, dass er bezüglich des Stahlwerkzeugs in eine Messposition gebracht werden kann, in der das Strahlwerkzeug Materialabtrag von dem Schwingquarz bewirken kann. In diesem Fall würde das Strahlwerkzeug in seiner Bearbeitungsposition verbleiben, in der auch die Bearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks, also beispielsweise eines optischen Elements, erfolgen würde. Dies ist insofern vorteilhaft, da dann Einflüsse auf die Abtragsleistung des Strahlwerkzeugs durch Veränderung der Bearbeitungsposition ausgeschlossen werden können.There are various possibilities for arranging the quartz oscillator and the blasting tool in a measuring position in which the quartz oscillator can be processed by the blasting tool. Thus, either the jet tool can be designed to be movable in order to be arranged relative to a fixed measuring position of a quartz crystal, that the quartz crystal can be processed by the jet tool, or vice versa, the quartz crystal can be arranged so movable that it with respect to the steel tool in a Measuring position can be brought, in which the jet tool can cause material removal of the quartz crystal. In this case, the jet tool would remain in its processing position, in which the processing of the machining workpiece, so for example an optical element, would take place. This is advantageous in that influences on the removal rate of the jet tool can then be excluded by changing the processing position.

Durch die Erfindung und die Bestimmung des Materialabtrags bzw. der Materialabtragsrate durch Bearbeitung eines Schwingquarzes kann eine effiziente Bestimmung der Abtragsleistung des Strahlwerkzeugs unmittelbar in derselben Vorrichtung durchgeführt werden, in der die Strahlbearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks erfolgt. Die Effizienz dieses Vorgehens kann weiterhin dadurch verbessert werden, dass die Bestimmung des Materialabtrags bzw. der Materialabtragsrate während des Ein- und/oder Ausschleusens eines zu bearbeitenden Werkstücks in oder aus der Vorrichtung zur Strahlbearbeitung erfolgen kann, so dass weitgehend Stillstandszeiten der Vorrichtung vermieden werden können. By means of the invention and the determination of the material removal or the material removal rate by processing a quartz crystal, an efficient determination of the removal rate of the jet tool can be carried out directly in the same apparatus in which the beam machining of the workpiece to be machined takes place. The efficiency of this procedure can be further improved by the fact that the determination of the material removal or the rate of material removal during insertion and / or removal of a workpiece to be machined in or out of the apparatus for beam processing can be done so that largely downtime of the device can be avoided ,

Die Bestimmung des Materialabtrags kann auch in Anwesenheit des zu bearbeitenden Werkstücks in der Vorrichtung erfolgen, wobei in diesem Fall unter Umständen eine Schutzeinrichtung für das zu bearbeitende Werkstück vorgesehen werden kann, um zu vermeiden, dass durch den Materialabtrag von dem Schwingquarz das zu bearbeitende Werkstück beschichtet wird.The determination of the material removal can also take place in the presence of the workpiece to be machined in the device, in which case a protective device for the workpiece to be machined may be provided in order to avoid that coated by the removal of material from the quartz crystal to be machined workpiece becomes.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise inThe accompanying drawings show in a purely schematic manner in FIG

1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strahlbearbeitung von optischen Elementen, 1 a representation of a device according to the invention for the beam processing of optical elements,

2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Schwingquarzes in den Teilbildern a) und b) in zwei unterschiedlichen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens und in 2 a representation of a quartz crystal according to the invention in the sub-images a) and b) in two different stages of the method according to the invention and in

3 eine Draufsicht auf die Anordnung mehrerer Schwingquarze in einer Vorrichtung gemäß 1. 3 a plan view of the arrangement of a plurality of quartz crystals in a device according to 1 ,

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of the embodiments. However, the invention is not limited to these embodiments.

Die 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Strahlbearbeitung von Werkstücken bzw. insbesondere optischen Elementen für Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse 1 umfasst, welches einen Bearbeitungsraum umschließt, in dem die Strahlbearbeitung durchgeführt werden kann. Entsprechend kann in dem Gehäuse 1 ein für die Strahlbearbeitung erforderliches Vakuum erzeugt werden. In dem Gehäuse 1 ist eine Strahlquelle 2 angeordnet, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Ionenstrahlquelle ist, welche einen Ionenstrahl 3 erzeugt. Der Ionenstrahl 3 wird auf das zu bearbeitende Werkstück 4, wie beispielsweise eine optische Linse oder einen Spiegel für eine Projektionsbelichtungsanlage gerichtet, um mit Hilfe der auftreffenden Ionen die Oberfläche des optischen Elements 4 zu bearbeiten. Statt einer Ionenstrahlquelle kann als Strahlquelle 2 auch eine Elektronenstrahlquelle oder ein Laser verwendet werden, der durch Erzeugung hochenergetischer Laserstrahlen ebenfalls eine Materialbearbeitung beim Auftreffen auf ein Werkstück bewirken kann. Entsprechend ist in der 1 die Strahlquelle 2 rein schematisch dargestellt, und es ist selbstverständlich, dass beispielsweise die Strahlquelle 2 für Ionenstrahlbearbeitung eine Gaszuführung zum Einleiten eines Gases, wie beispielsweise Argon, sowie entsprechende Elektroden umfasst, um ein Plasma mithilfe des Gases zu erzeugen, aus welchem die Ionen zur Bildung des Ionenstrahls 3 auf die Oberfläche des zu bearbeitenden optischen Elements 4 beschleunigt werden. Da derartige Strahlquellen aus dem Stand der Technik bekannt sind, erübrigt sich jedoch eine weitergehende Darstellung der entsprechenden Strahlquelle 2.The 1 shows an embodiment of a device for beam processing of workpieces or in particular optical elements for projection exposure systems for microlithography, wherein the device comprises a housing 1 includes, which encloses a processing space in which the beam processing can be performed. Accordingly, in the housing 1 a required for the beam processing vacuum can be generated. In the case 1 is a beam source 2 arranged in the embodiment shown, for example, an ion beam source, which is an ion beam 3 generated. The ion beam 3 is applied to the workpiece to be machined 4 , such as an optical lens or a mirror for a projection exposure apparatus, to detect the surface of the optical element with the aid of the incident ions 4 to edit. Instead of an ion beam source can be used as a beam source 2 Also, an electron beam source or a laser can be used, which can also cause material processing when hitting a workpiece by generating high-energy laser beams. Accordingly, in the 1 the beam source 2 shown purely schematically, and it is understood that, for example, the beam source 2 for ion beam machining, a gas supply for introducing a gas, such as argon, and corresponding electrodes to generate a plasma by means of the gas, from which the ions to form the ion beam 3 on the surface of the optical element to be processed 4 be accelerated. Since such beam sources are known from the prior art, however, a more detailed representation of the corresponding beam source is unnecessary 2 ,

Um eine exakte Bearbeitung des optischen Elements 4 mit der Stahlquelle 2 bzw. dem Ionenstrahl 3 gewährleisten zu können, ist es erforderlich, dass genau bekannt ist, welchen Materialabtrag der erzeugte Strahl 3 auf dem optischen Element 4 bewirkt. Um dies feststellen zu können, weist die Vorrichtung nach 1 erfindungsgemäß einen Schwingquarz 5 auf, der so angeordnet ist, dass der Strahl 3 auf eine Oberfläche des Schwingquarzes 5 gerichtet werden kann, um dort eine Oberflächenbearbeitung entsprechend der Bearbeitung des optischen Elements 4 durchführen zu können. Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung wird dies beispielsweise dadurch gewährleistet, dass die Strahlquelle 2 mit einer translatorischen Bewegung entsprechend dem Doppelpfeil in eine Messposition 8 gebracht werden kann, in der der Ionenstrahl 3 auf den Schwingquarz 5 gerichtet werden kann. For an exact processing of the optical element 4 with the steel source 2 or the ion beam 3 To ensure that it is necessary that it is known exactly what material removal of the generated beam 3 on the optical element 4 causes. In order to be able to determine this, the device yields 1 According to the invention a quartz crystal 5 on, which is arranged so that the beam 3 on a surface of the quartz crystal 5 can be directed to there a surface treatment according to the processing of the optical element 4 to carry out. At the in 1 This device is ensured, for example, characterized in that the beam source 2 with a translational movement corresponding to the double arrow in a measuring position 8th can be brought, in which the ion beam 3 on the quartz crystal 5 can be directed.

Um zu vermeiden, dass der Schwingquarz 5 während der Materialbearbeitung des optischen Elements 4 durch von der Oberfläche des optischen Elements 4 entferntes Material beschichtet wird, ist eine Abdeckung 6 vorgesehen, die zumindest aus einer Position, in der der Schwingquarz 5 abgedeckt ist, in eine Position, in der der Schwingquarz 5 für eine Oberflächenbearbeitung freigegeben ist, bewegbar ist, wie ebenfalls durch einen Doppelpfeil bei der Abdeckung 6 angedeutet ist.To avoid the quartz crystal 5 during material processing of the optical element 4 through from the surface of the optical element 4 coated material is a cover 6 provided, at least from a position in which the quartz crystal 5 is covered, in a position in which the quartz crystal 5 is released for a surface treatment, is movable, as well as by a double arrow on the cover 6 is indicated.

Der Schwingquarz 5 ist weiterhin mit einer Auswerteeinheit 7 verbunden, die separat vorgesehen sein kann oder als Teil einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung der gesamten Vorrichtung ausgebildet sein kann. Die Auswerteeinheit 7 ist so ausgebildet, dass sie die Eigenfrequenz des Schwingquarzes 5 ermitteln kann und aus einer festgestellten Änderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes 5 nach einer Bearbeitung mit dem Strahl 3 den Materialabtrag bzw. die Materialabtragsrate, also die Abtragung pro Zeiteinheit, an der Oberfläche des Schwingquarzes 5 bestimmen kann.The quartz crystal 5 is still with an evaluation unit 7 connected, which may be provided separately or may be formed as part of a control and / or regulating device of the entire device. The evaluation unit 7 is designed so that it is the natural frequency of the quartz crystal 5 can determine and from a detected change in the natural frequency of the quartz crystal 5 after processing with the beam 3 the removal of material or the material removal rate, ie the removal per unit time, on the surface of the quartz crystal 5 can determine.

Die Vorrichtung der 1 umfasst weiterhin zwei Schleusenkammern 9 und 10, wobei die eine Schleusenkammer 9 zum Ein- und Ausschleusen von Schwingquarzen 5 vorgesehen ist, während die andere Schleusenkammer 10 zum Ein- und Ausschleusen von zu bearbeitenden Werkstücken, also optischen Elementen 4, vorgesehen ist.The device of 1 also includes two lock chambers 9 and 10 , where the one lock chamber 9 for the inward and outward transfer of quartz crystals 5 is provided while the other lock chamber 10 for the inward and outward transfer of workpieces to be machined, ie optical elements 4 , is provided.

Die 2 zeigt in den Teilbildern a) und b) jeweils einen Schwingquarz 5, wie er in der Vorrichtung der 1 eingesetzt werden kann. Der Schwingquarz 5 umfasst ein piezoelektrisches Substrat 11, auf welchem in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Beschichtung 12 angeordnet ist, wobei die Beschichtung 12 aus demselben Material wie das zu bearbeitende optische Element 4 gebildet ist. Durch die Bearbeitung mit dem Strahl 3 wird ein Teil der Beschichtung 12, der in 2b) mit Bezugszeichen 13 bezeichnet ist, abgetragen, so dass sich die Eigenfrequenz des Schwingquarzes 5 durch die veränderte Dicke der Beschichtung 12 verändert. Aus der Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes 5 kann wiederum der Materialabtrag 13 bestimmt werden, so dass die Abtragsrate der Strahlquelle 2 bzw. des Strahls 3 für das zu bearbeitende Material genau bestimmt werden kann.The 2 shows in the partial images a) and b) each a quartz crystal 5 as he is in the device of 1 can be used. The quartz crystal 5 comprises a piezoelectric substrate 11 on which in the embodiment shown a coating 12 is arranged, the coating 12 of the same material as the optical element to be processed 4 is formed. By working with the beam 3 becomes part of the coating 12 who in 2 B) with reference number 13 is designated, removed, so that the natural frequency of the quartz crystal 5 by the changed thickness of the coating 12 changed. From the change in the natural frequency of the quartz crystal 5 in turn, the material removal 13 be determined, so that the removal rate of the beam source 2 or the beam 3 can be determined exactly for the material to be processed.

Die Vorrichtung der 1 kann nun in der nachfolgend beschriebenen Weise verwendet werden. Um exakt feststellen zu können, wie der Materialabtrag bei einem zu bearbeitenden optischen Element 4 durch den von der Strahlquelle 2 erzeugten Strahl ist, kann unmittelbar vor der Bearbeitung des optischen Elements 4 die Strahlquelle 2 in die Messposition 8 verbracht werden und die Abdeckung 6 kann von dem Schwingquarz 5 entfernt werden, so dass der von der Strahlquelle 2 erzeugte Strahl 3 auf die Oberfläche des Schwingquarzes 5 und insbesondere auf eine dort vorhandene Beschichtung 12 gerichtet werden kann. Der durch die Strahlbearbeitung mit dem Strahl 3 bewirkte Materialabtrag 13 von der Beschichtung 12 führt beim Schwingquarz 5 zu einer Veränderung der Eigenfrequenz, die von der Auswerteeinheit 7 erfasst werden kann. Aus der Änderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes 5 kann die Auswerteeinheit 7 für das entsprechende Material der Beschichtung 12 den Materialabtrag und somit die gegebene Materialabtragsrate bestimmen, so dass genau bestimmt bzw. qualifiziert werden kann, wie der Materialabtrag beim optischen Element 4 bei der nachfolgenden Bearbeitung durch den Strahl 3 der Strahlquelle 2 sein wird. Entsprechend kann aufgrund der ermittelten Abtragsrate, die die Auswerteeinheit 7 einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung der Vorrichtung zur Strahlbearbeitung zur Verfügung stellen kann, die Bearbeitung des optischen Elements gesteuert bzw. geregelt werden. Nach der Bestimmung der Materialabtragsrate wird entsprechend die Strahlquelle 2 aus der Messposition 8 in die Bearbeitungsposition zurück überführt, so dass unmittelbar die Bearbeitung stattfinden kann. The device of 1 can now be used in the manner described below. In order to be able to determine exactly how the material removal occurs in the case of an optical element to be processed 4 through the from the beam source 2 generated beam can, immediately before the processing of the optical element 4 the beam source 2 in the measuring position 8th be spent and the cover 6 can from the quartz crystal 5 be removed, so that of the beam source 2 generated beam 3 on the surface of the quartz crystal 5 and in particular to a coating present there 12 can be directed. The by the beam processing with the beam 3 caused material removal 13 from the coating 12 leads to the quartz crystal 5 to a change in the natural frequency of the evaluation 7 can be detected. From the change in the natural frequency of the quartz crystal 5 can the evaluation unit 7 for the corresponding material of the coating 12 Determine the material removal and thus the given rate of material removal, so that can be accurately determined or qualified as the removal of material in the optical element 4 during subsequent processing by the beam 3 the beam source 2 will be. Accordingly, due to the determined removal rate, the evaluation unit 7 a control and / or regulating device of the device for beam processing can be provided, the processing of the optical element can be controlled or regulated. After the determination of the material removal rate, the beam source accordingly becomes 2 from the measuring position 8th transferred back into the processing position, so that immediately the processing can take place.

Sollte bei der Bestimmung der Materialabtragsrate festgestellt worden sein, dass der gewünschte Materialabtrag zu groß oder zu klein ist, so kann die Steuerung der Strahlquelle 2 entsprechend verändert werden und die Veränderung der Materialabtragsrate auf Grund der geänderten Einstellungen für die Strahlquelle kann unmittelbar durch einen weiterein Materialabtrag am Schwingquarz 5 verifiziert werden. Entsprechend ist eine besonders effektive Bearbeitung des optischen Elements 4 mit einer exakten Materialabtragsrate möglich. If it has been determined during the determination of the material removal rate that the desired material removal is too great or too small, then the control of the beam source 2 be changed accordingly and the change in the material removal rate due to the changed settings for the beam source can directly by a further material removal on the quartz crystal 5 be verified. Accordingly, a particularly effective processing of the optical element 4 possible with an exact material removal rate.

Da die Bestimmung der Materialabtragsrate gleichzeitig mit dem Einschleusen eines zu bearbeitenden Werkstücks, also des optischen Elements 4, durch die Schleusenkammer 9 erfolgen kann, können derartige Stillstandszeiten bezüglich der Materialbearbeitung für die Überprüfung der Strahlquelle 2 und deren Einstellungen verwendet werden. Since the determination of the material removal rate simultaneously with the introduction of a workpiece to be machined, ie the optical element 4 through the lock chamber 9 can take place, such downtime with respect to the material processing for the review of the beam source 2 and their settings are used.

Durch das Vorsehen einer Schleusenkammer 8 für den Schwingquarz 5 kann zudem ohne weitere Stillstandszeiten der Vorrichtung während der Strahlbearbeitung des optischen Elements 4 ein entsprechender Wechsel des Schwingquarzes 5, beispielsweise für die Bestimmung der Materialabtragsrate des nächsten zu bearbeitenden optischen Elements 4, vorgenommen werden.By providing a lock chamber 8th for the quartz crystal 5 can also without further downtime of the device during the beam processing of the optical element 4 a corresponding change of the quartz crystal 5 For example, for determining the material removal rate of the next optical element to be processed 4 , be made.

Die 3 zeigt in einer Draufsicht ein Beispiel für die Anordnung von mehreren Schwingquarzen 5 und eine Abdeckvorrichtung zur Vermeidung der Beschichtung der Schwingquarze 5 bei einer Bearbeitung des optischen Elements 4.The 3 shows in a plan view an example of the arrangement of a plurality of quartz crystals 5 and a covering device for preventing the coating of the quartz crystals 5 when processing the optical element 4 ,

Wie der Draufsicht der 3 zu entnehmen ist, sind auf einem Drehteller 14 mehrere Schwingquarze 5 angeordnet, wobei jeweils nur ein Schwingquarz 5 in der Messposition 15 vorgesehen ist. Zum Schutz der nicht verwendeten Schwingquarze 5 ist eine gestrichelt gezeichnete Abdeckplatte 16 vorgesehen, die für den Schwingquarz 5 in der Messposition 15 eine Aussparung aufweist. Diese Aussparung kann mit der beweglichen Abdeckung 6, die in der Darstellung der 3 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist, abgedeckt werden, wenn die Strahlbearbeitung des optischen Elements 4 stattfindet. Durch die Anordnung von mehreren Schwingquarzen 5, die unmittelbar zur Anordnung in der Messposition und damit zur Bestimmung der Materialabtragsrate zur Verfügung stehen, ist ein besonders effektiver Betrieb der Vorrichtung aus 1 möglich.Like the top view of the 3 it can be seen on a turntable 14 several quartz crystals 5 arranged, in each case only one quartz crystal 5 in the measuring position 15 is provided. To protect the unused quartz crystals 5 is a dashed cover plate 16 provided for the quartz crystal 5 in the measuring position 15 has a recess. This recess can with the movable cover 6 that in the representation of the 3 is also shown in dashed lines, are covered when the beam processing of the optical element 4 takes place. By the arrangement of several quartz crystals 5 , which are available directly to the arrangement in the measuring position and thus to determine the material removal rate, is a particularly effective operation of the device 1 possible.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to these embodiments, but rather modifications are possible in the manner that individual features omitted or other combinations of features can be realized as long as the scope of protection of the appended claims is not abandoned. The present disclosure includes all combinations of the features presented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gehäuse casing
22
Strahlquelle beam source
33
Strahl beam
44
Werkstück workpiece
55
Schwingquarz quartz crystal
66
Abdeckung cover
77
Auswerteeinheit evaluation
88th
Messposition der Strahlquelle Measuring position of the beam source
99
Schleusenkammer lock chamber
1010
Schleusenkammer lock chamber
1111
Substrat substratum
1212
Beschichtung coating
1313
Materialabtrag material removal
1414
Drehteller turntable
1515
Messposition des Schwingquarzes Measuring position of the quartz crystal
1616
Abdeckplatte cover

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Vladimir Chutko, Ion Beam Figuring: Ion Source and Optical Materials Sputtering Parameters and Process Monitoring, Vacuum Technology and Coating, November 2013 [0003] Vladimir Chutko, Ion Beam Figuring: Ion Source and Optical Materials Sputtering Parameters and Process Monitoring, Vacuum Technology and Coating, November 2013 [0003]

Claims (14)

Verfahren zur Bestimmung des Materialabtrags bei der Bearbeitung eines Werkstücks (4) mit einem Strahlwerkzeug, wobei das zu bearbeitende Werkstück aus einem bestimmten Material gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingquarz (5) bereitgestellt wird, welcher mit dem Material des Werkstücks beschichtet wird oder dieses umfasst, wobei das Material des Werkstücks mit dem Strahlwerkzeug von dem Schwingquarz (5) zumindest teilweise entfernt wird und die Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes (5) durch den Materialabtrag bestimmt wird und wobei aus der Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes der Materialabtrag bestimmt wird. Method for determining the material removal during the machining of a workpiece ( 4 ) with a beam tool, wherein the workpiece to be machined is formed from a specific material, characterized in that a quartz crystal ( 5 ), which is coated with or comprises the material of the workpiece, wherein the material of the workpiece with the beam tool of the quartz crystal ( 5 ) is at least partially removed and the change in the natural frequency of the quartz crystal ( 5 ) is determined by the material removal and wherein from the change in the natural frequency of the quartz crystal material removal is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Materials, das auf dem Schwingquarz (5) abgeschieden wird, größer oder gleich 100 nm, insbesondere größer oder gleich 200 nm, vorzugsweise größer oder gleich 500 nm ist. Method according to claim 1, characterized in that the layer thickness of the material which is deposited on the quartz crystal ( 5 ) is greater than or equal to 100 nm, in particular greater than or equal to 200 nm, preferably greater than or equal to 500 nm. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingquarz (5) gewählt wird, dessen Eigenfrequenz im Bereich von 0,5 bis 20 MHz, vorzugsweise 1 bis 10 MHz, insbesondere 3 bis 7 MHz liegt. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a quartz crystal ( 5 ) whose natural frequency is in the range of 0.5 to 20 MHz, preferably 1 to 10 MHz, in particular 3 to 7 MHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlwerkzeug mindestens einen Strahl (3) aus der Gruppe erzeugt, die einen Elektronenstrahl, einen Ionenstrahl und einen Laserstrahl umfasst. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the jet tool at least one beam ( 3 ) is generated from the group comprising an electron beam, an ion beam and a laser beam. Vorrichtung zur Strahlbearbeitung eines Werkstücks (4) mit einem Strahl (3), insbesondere zur Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mindestens eine Strahlquelle (2) und mindestens einen Schwingquarz (5) sowie mindestens eine Auswerteeinheit (7) umfasst, wobei die Auswerteeinheit die Eigenfrequenz des Schwingquarzes (5) bestimmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingquarz eine Beschichtung (12) aufweist und so angeordnet ist, dass die Strahlquelle (2) die Beschichtung mittels Bestrahlung zumindest teilweise entfernen kann. Device for blasting a workpiece ( 4 ) with a beam ( 3 ), in particular for the application of the method according to one of the preceding claims, which at least one beam source ( 2 ) and at least one quartz crystal ( 5 ) as well as at least one evaluation unit ( 7 ), wherein the evaluation unit the natural frequency of the quartz crystal ( 5 ), characterized in that the quartz crystal has a coating ( 12 ) and is arranged so that the beam source ( 2 ) can at least partially remove the coating by means of irradiation. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) so ausgebildet ist, dass aus einer Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes (5) bei oder nach einer Bestrahlung mit dem Strahl der Strahlquelle (2) der Materialabtrag (13) vom Schwingquarz bestimmt werden kann. Apparatus according to claim 5, characterized in that the evaluation unit ( 7 ) is formed so that from a change in the natural frequency of the quartz crystal ( 5 ) during or after irradiation with the beam of the beam source ( 2 ) the material removal ( 13 ) can be determined by the quartz crystal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle (2) ausgewählt ist aus der Gruppe, die eine Elektronenstrahlquelle, eine Ionenstrahlquelle und einen Laser umfasst. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the beam source ( 2 ) is selected from the group comprising an electron beam source, an ion beam source and a laser. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Abschirmung (6) umfasst, mit der der Schwingquarz (5) abgedeckt werden kann, wenn das Strahlwerkzeug ein Werkstück (4) bearbeitet. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the device is a shield ( 6 ), with which the quartz crystal ( 5 ) can be covered when the blasting tool is a workpiece ( 4 ) processed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Schwingquarze (5) umfasst, die insbesondere so angeordnet sind, dass sie in eine Messposition (15) bewegbar sind, in der das Strahlwerkzeug Material von dem Schwingquarz (5) abtragen kann. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the device comprises a plurality of oscillating crystals ( 5 ), which are in particular arranged so that they are in a measuring position ( 15 ) are movable, in which the jet tool material from the quartz crystal ( 5 ) can ablate. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingquarz (5) und die Strahlquelle (2) in mehreren unterschiedlichen Positionen zueinander angeordnet werden können, sodass unterschiedliche Abtragswinkel einstellbar sind. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the quartz crystal ( 5 ) and the beam source ( 2 ) can be arranged in several different positions to each other, so that different Abtragswinkel are adjustable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingquarz (5) so bewegbar angeordnet ist, dass der Materialabtrag des Strahlwerkzeugs in einer Bearbeitungsposition für das Werkstück bestimmbar ist. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the quartz crystal ( 5 ) Is arranged movable so that the material removal of the jet tool can be determined in a processing position for the workpiece. Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere optischen Komponenten einer optischen Anordnung, vorzugsweise einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit einem Strahlwerkzeug, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei vor der Bearbeitung der Materialabtrag mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bestimmt wird. Method for processing workpieces, in particular optical components of an optical arrangement, preferably a projection exposure apparatus for microlithography, with a jet tool, in particular with a device according to one of claims 5 to 11, wherein prior to machining the material removal with the method according to one of claims 1 to 4 is determined. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Materialabtrags während des Ein- und/oder Ausschleusen eines zu bearbeitenden Werkstücks in die Vorrichtung zur Strahlbearbeitung erfolgt. A method according to claim 12, characterized in that the determination of the removal of material takes place during the input and / or rejection of a workpiece to be machined in the apparatus for beam processing. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Materialabtrags in Anwesenheit des zu bearbeitenden Werkstücks (4) erfolgt. The method of claim 12 or 13, characterized in that the determination of the material removal in the presence of the workpiece to be machined ( 4 ) he follows.
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WO2018171975A1 (en) 2017-03-23 2018-09-27 Carl Zeiss Smt Gmbh Method for determining material removal and device for the beam machining of a workpiece

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US11162778B2 (en) 2017-03-23 2021-11-02 Carl Zeiss Smt Gmbh Method for determining material removal and device for the beam machining of a workpiece

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