DE102012100544A1

DE102012100544A1 - Method for smoothing or structuring of surfaces of work piece, involves irradiating surface with energy beam, where surface to be processed moves relative to beam

Info

Publication number: DE102012100544A1
Application number: DE102012100544A
Authority: DE
Inventors: Martin Weiser; Nils Haverkamp; Axel Schindler; Frank Frost
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Leibniz Institut fuer Oberflachenmodifizierung eV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Leibniz Institut fuer Oberflachenmodifizierung eV
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-05-29

Abstract

The method involves irradiating the surface with an energy beam. The surface to be processed moves relative to the beam. The relative movement between the surface to-be processed and the high energy beam is changed multiple times during the irradiation. The random-controlled variation of the relative movement relates the change of the direction of movement. An independent claim is included for a device for smoothing or structuring of surfaces of a work piece.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung und/oder Strukturierung von Oberflächen eines Werkstücks, insbesondere einer optischen Oberfläche, bei welchen die Oberfläche mit mindestens einem energiereichen Strahl bestrahlt wird, wobei die zu bearbeitende Oberfläche sich relativ zu dem mindestens einem Strahl bewegt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The present invention relates to a method for smoothing and / or structuring surfaces of a workpiece, in particular an optical surface, in which the surface is irradiated with at least one high-energy beam, wherein the surface to be machined moves relative to the at least one beam. Moreover, the present invention relates to a corresponding device for carrying out the method.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass mit energiereichen Strahlen, wie beispielsweise Elektronenstrahlen oder Ionenstrahlen, Oberflächen von Werkstücken bearbeitet werden können. Hierbei ist es möglich, je nach Einstellung der Verfahrensparameter Strukturierungen der Oberfläche vorzunehmen oder die Oberflächen zu glätten. It is known from the prior art that surfaces of workpieces can be processed with high-energy rays, such as, for example, electron beams or ion beams. In this case it is possible, depending on the setting of the process parameters, to carry out structuring of the surface or to smooth the surfaces.

Einen Überblick über die Grundlagen und die Anwendung der Ionenstrahlbearbeitung von Oberflächen zur großflächigen Glättung von Oberflächen ist beispielsweise in F. Frost, R. Fechner, B. Ziberi, J. Völlner, D. Flamm und A. Schindler: Large area smoothing of surfaces by ion bombardment: fundamentals and applications, J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 224026 (20 pp) offenbart , deren Offenbarung durch Verweis vollständig hier mit aufgenommen wird. An overview of the principles and application of ion beam machining of surfaces for large-area smoothing of surfaces is given, for example, in US Pat F. Frost, R. Fechner, B. Ziberi, J. Völlner, D. Flamm, and A. Schindler: Large area smoothing surfaces by ion bombardment: fundamental and applications, J. Phys. Condens. Matter 21 (2009) 224026 (20 pp) the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.

Gemäß dem bekannten Stand der Technik ist es beispielsweise möglich, Oberflächen unterschiedlichster Materialien, wie beispielsweise von Halbleitern, Silizium, Quarzglas oder glasähnlichen Siliziumdioxidkeramiken wie Zerodur^® mittels Ionenstrahlen zu glätten. Hierzu werden die Oberflächen entweder direkt durch die Bestrahlung mit den Ionenstrahlen geglättet oder es werden Hilfsschichten, wie beispielsweise Opferschichten, eingesetzt, um eine weitere Glättung der Oberfläche zu erzielen. Die entsprechenden Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, ermöglichen beispielsweise Rauheitswerte der quadratischen Rauheit (RMS roughness) R_q im Bereich von weniger als 1 nm. According to the known prior art, it is possible, for example, surfaces unterschiedlichster materials such as, for example, to smooth out of semi-conductors, silicon, quartz glass or glass-like Siliziumdioxidkeramiken as Zerodur ^® by means of ion beams. For this purpose, the surfaces are either smoothed directly by the irradiation with the ion beams or auxiliary layers, such as sacrificial layers, are used to achieve a further smoothing of the surface. The corresponding methods known in the prior art, for example, allow roughness values of the RMS roughness R _q in the range of less than 1 nm.

Gleichwohl bedürfen Oberflächen von optischen Elementen für Projektionsbelichtungsanlagen in EUV-(extrem ultraviolett)Mikrolithographieanlagen, die mit Licht im Wellenlängenspektrum des extrem ultravioletten Lichts, also z.B. einer Wellenlänge von 13,5 nm, betrieben werden, noch einer weiteren Verbesserung hinsichtlich der Rauheit bzw. Glattheit der Oberflächen. However, surfaces of optical elements for projection exposure equipment in EUV (extreme ultraviolet) microlithography equipment requiring light in the wavelength spectrum of extreme ultraviolet light, e.g. a wavelength of 13.5 nm, yet another improvement in the roughness of the surfaces.

Außerdem ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Bearbeitung von Oberflächen mit energiereichen Strahlen zur Ausbildung von feinsten Strukturierungen führen kann. Dieser Effekt könnte genutzt werden, um gezielt möglichst definierte Strukturierungen in Oberflächen von optischen Elementen vorzusehen. In addition, it is known from the prior art that the machining of surfaces with high-energy radiation can lead to the formation of finest structurings. This effect could be used to deliberately provide as defined structuring in surfaces of optical elements.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Glättungsverfahren zur Herstellung von glatten Oberflächen, wie sie beispielsweise im oben beschriebenen Stand der Technik offenbart sind und durch Verweise vollständig hierin mit aufgenommen sind, weiter zu verbessern, um auf möglichst einfache und effektive Weise Oberfläche mit einer extrem glatten Oberfläche zu erzeugen. Zusätzlich besteht die Aufgabe darin entsprechende Verfahren durch Abänderung und Anpassung der Verfahrensparameter alternativ dazu zu nutzen, fein strukturierte Oberflächen zu schaffen. It is therefore an object of the present invention, Smoothing method for producing smooth surfaces, as disclosed for example in the above-described prior art and are incorporated herein by reference in its entirety, in order to simplify the most simple and effective surface with a extremely smooth surface to produce. In addition, the object is to use corresponding methods by altering and adapting the process parameters as an alternative to creating finely structured surfaces.

TECHNISCHE LÖSUNG TECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Glättung und/oder Strukturierung von Oberflächen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method for smoothing and / or structuring surfaces with the features of claim 1 and by an apparatus having the features of claim 12. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von der Idee, dass eine weitere Verbesserung von Glättungs- und/oder Strukturierungsverfahren, wie sie beispielsweise in dem oben zitierten Artikel aus J. Phys.: Condens. Matter beschrieben sind, dadurch erreicht werden können, dass anstelle einer konstanten Relativbewegung zwischen dem zur Bearbeitung vorgesehenen energiereichen Strahl und der zu bearbeitenden Oberfläche mehrere Änderungen der Relativbewegung nach dem Zufallsprinzip vorgesehen werden, so dass bei der Bearbeitung hinsichtlich der Einflüsse unterschiedlicher Bearbeitungszustände eine statistische Mittelung erfolgt, was die Möglichkeit bietet, die Mikrorauheit entsprechender Oberflächen bezogen auf unterschiedliche Messstrecken bzw. Ortswellenlängen, insbesondere im Ortswellenlängenbereich < 3 µm, auf Werte der quadratischen Rauheit im Sub-Nanometerbereich abzusenken. In gleicher Weise können bei Variation der Bestrahlungsparameter entsprechende Mikrostrukturen mit höherer Gleichmäßigkeit geschaffen werden. The invention is based on the idea that a further improvement of smoothing and / or structuring methods, as described, for example, in the article by J. Phys. Condens. Matter be achieved, can be achieved by the fact that instead of a constant relative movement between the intended for processing high-energy beam and the surface to be machined several changes in the relative movement are randomly provided, so that during processing with respect to the influences of different processing states, a statistical averaging , which offers the possibility of reducing the microroughness of corresponding surfaces with respect to different measuring sections or spatial wavelengths, in particular in the spatial wavelength range <3 μm, to values of the quadratic roughness in the sub-nanometer range. Similarly, by varying the irradiation parameters, corresponding microstructures with greater uniformity can be created.

Die zufallsgesteuerte Änderung der Relativbewegung zwischen dem energiereichen Strahl und der zu bearbeitenden Oberfläche kann durch eine zufallsgesteuerte Änderung der Bewegungsrichtung erfolgen. Aber auch andere Änderungen hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit, der geometrischen Ausrichtung zueinander etc. sind zusätzlich oder alternativ denkbar. The random change of the relative movement between the high-energy beam and the surface to be processed can be done by a random change of the direction of movement. But other changes in the relative speed, the geometric orientation to each other, etc. are additionally or alternatively conceivable.

Da sich bei der Relativbewegung zwischen energiereichem Strahl und zu bearbeitender Oberfläche entweder nur die zu bearbeitende Oberfläche gegenüber einem ortsfesten Bezugssystem bewegen kann oder nur der energiereiche Strahl bzw. sowohl Strahl als auch zu bearbeitende Oberfläche, kann die zufallsgesteuerte Bewegungsänderung ebenfalls nur die Änderung der Bewegung der zu bearbeitenden Oberfläche und/oder auch die Änderung der Bewegung des Strahls betreffen. Die zufallsgesteuerte Änderung der Relativbewegung kann hierbei zusätzlich zu geplanten, definiert ablaufenden Änderungen der Relativbewegung erfolgen. Beispielsweise kann ein Bearbeitungsstrahl mäanderförmig über eine zu bearbeitende Oberfläche geführt werden, wobei sich an den Wendepunkten die Relativbewegung zwischen Strahl und zu bearbeitender Oberfläche zumindest hinsichtlich der Bewegungsrichtung ändert. Gemäß der Erfindung können mehrere Abtastungen der zu bearbeitenden Oberfläche mit dem mäanderförmig geführten Strahl zufallsgesteuert überlagert werden, so dass sich zusätzlich zufallsgesteuerte Bewegungsänderungen ergeben. Since during the relative movement between the high-energy beam and the surface to be processed either only the surface to be processed can move relative to a stationary reference system or only the high-energy beam or both the beam and the surface to be processed, the randomly controlled change of movement can also only change the movement of the relate to surface to be machined and / or the change of the movement of the beam. The randomly controlled change of the relative movement can take place in addition to planned, defined changes of the relative movement. For example, a machining beam can be guided in a meandering manner over a surface to be machined, with the relative movement between the beam and the surface to be machined changing, at least with regard to the direction of movement, at the turning points. According to the invention, several scans of the surface to be processed can be randomly superimposed with the meander-shaped guided beam, so that additionally randomly controlled changes in movement result.

Der Durchmesser des energiereichen Strahls bzw. das Arbeitsfeld oder der Arbeitsbereich des energiereichen Strahls kann größer oder kleiner als die zu bearbeitende Oberfläche sein, wobei im letzteren Fall sichergestellt werden muss, dass die gesamte zu bearbeitende Oberfläche durch den energiereichen Strahl bearbeitet wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass der energiereiche Strahl so lange durch zufallsgesteuerte Bewegungen relativ zur zu bearbeitenden Oberfläche bewegt wird, bis die gesamte zu bearbeitende Oberfläche durch den Strahl bearbeitet worden ist oder dass die Relativbewegung zwischen der zu bearbeitenden Oberfläche und energiereichem Strahl so geführt wird, dass zwischen den zufallsgesteuerten Änderungen der Bewegung eine vollständige Abtastung der zu bearbeitenden Oberfläche durch den energiereichen Strahl folgt. The diameter of the high-energy beam or the working field or the working range of the high-energy beam may be larger or smaller than the surface to be processed, in which case it must be ensured that the entire surface to be processed is processed by the high-energy beam. This can be achieved by moving the high-energy beam by randomly controlled movements relative to the surface to be processed until the entire surface to be processed has been processed by the beam or by guiding the relative movement between the surface to be processed and the high-energy beam. that between the randomly controlled changes of the movement a complete scanning of the surface to be processed by the high-energy beam follows.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Werkstück mit der zu bearbeitenden Oberfläche auf einem Drehteller angeordnet sein, welcher sich um seine Mittelachse dreht, so dass das Werkstück eine Drehbewegung ausführt. Das Werkstück kann hierbei entweder mit seinem Mittelpunkt auf der Drehachse des Drehtellers angeordnet sein oder der Mittelpunkt kann versetzt zur Drehachse des Drehtellers angeordnet sein. According to one embodiment of the invention, the workpiece can be arranged with the surface to be machined on a turntable, which rotates about its central axis, so that the workpiece performs a rotational movement. The workpiece may in this case be arranged either with its center on the axis of rotation of the turntable or the center may be arranged offset from the axis of rotation of the turntable.

Zusätzlich oder alternativ kann der energiereiche Strahl in einem Arbeitsbereich, beispielsweise einem Kreis, bewegt werden, der einen Durchmesser D_A aufweist, der dem effektiven Durchmesser D_I des Strahls plus den Durchmesser D_W des Werkstücks bzw. der zu bearbeitenden Oberfläche entspricht. Der effektive Durchmesser ist derjenige Durchmesser des Strahls, bei welchem ein merklicher Bearbeitungseffekt auftritt. Beispielsweise kann dies der Durchmesser sein, der der Halbwertsbreite des Strahls entspricht, wenn beispielsweise angenommen wird, dass der Strahl eine Gauß-förmige Intensitätsverteilung aufweist und eine effektive Bearbeitung durch den Strahl bis zur Hälfte der maximalen Intensität möglich ist. Additionally or alternatively, the high-energy beam can be moved in a work area, for example a circle, which has a diameter D _A which corresponds to the effective diameter D _{I of} the beam plus the diameter D _{W of} the workpiece or of the surface to be processed. The effective diameter is the diameter of the jet at which a significant processing effect occurs. For example, this may be the diameter corresponding to the half width of the beam, for example, assuming that the beam has a Gaussian intensity distribution and that effective beam processing is possible up to half the maximum intensity.

Bei einem Arbeitsbereich, welcher dem Werkstückdurchmesser D_W und dem effektiven Strahldurchmesser entspricht, kann der Strahl bis über den Rand des Werkstücks verfahren werden, so dass eine gleichmäßige Bearbeitung der gesamten Werkstückoberfläche bis in den Randbereich möglich ist. Entsprechend ist mit dem vorgestellten Verfahren auch eine Nachbearbeitung bereits fertig gestellter Werkstücke möglich. In a work area which corresponds to the workpiece diameter D _W and the effective beam diameter, the beam can be moved to beyond the edge of the workpiece, so that a uniform machining of the entire workpiece surface is possible up to the edge region. Accordingly, with the presented method, a post-processing of already finished workpieces possible.

Die zufallsgesteuerte Bewegungsänderung kann bei einer Bewegung des Strahls entlang von Sekanten eines kreisförmigen Arbeitsbereichs dadurch erfolgen, dass der Winkel zwischen zwei Sekanten mittels einer Zufallszahl gemäß der Formel β = (180° – α) × R bestimmt werden, wobei R eine Zufallszahl zwischen –1 und 1 ist und α ein beliebiger Startwinkel zwischen der ersten Sekante und einem Bezugssystem für die Winkeleinstellung, z.B. der Mittellinie durch den Mittelpunkt des Kreises, ist. The random motion change may be effected by moving the beam along secants of a circular workspace by determining the angle between two secants using a random number according to the formula β = (180 ° -α) × R where R is a random number between -1 and 1 and α is any starting angle between the first secant and a reference frame for angular adjustment, eg the center line through the center of the circle, is.

Die Bestrahlung kann zeitlich so lange eingestellt werden, bis mehr als 99 % der zu bearbeitenden Oberfläche und/ oder eines Arbeitsbereichs des Strahls mit dem Strahl bestrahlt worden sind. The irradiation can be adjusted in time until more than 99% of the surface to be processed and / or a working range of the beam have been irradiated with the beam.

Für das Verfahren können Elektronen- oder Ionenstrahlen eingesetzt werden, wobei sich insbesondere Ionenstrahlen mit kinetischen Energien der Ionen von 50 bis 2000 eV für die Glättung von optischen Materialien, die für die EUV-Lithografie eingesetzt werden können, als vorteilhaft erwiesen hat.Electron or ion beams can be used for the method, with ion beams in particular having kinetic energies of the ions of 50 to 2000 eV being found to be advantageous for the smoothing of optical materials which can be used for EUV lithography.

Hierbei können Wasserstoffionen wie H⁺ oder H₂ ⁺ oder Edelgasionen wie Ar⁺ eingesetzt werde. Here, hydrogen ions such as H ⁺ or H ₂ ⁺ or noble gas ions such as Ar ⁺ can be used.

Der Einstrahlwinkel des energiereichen Strahls auf die zu bearbeitende Oberfläche zwischen der Strahlachse des energiereichen Strahls und einer Normalen auf der zu bearbeitenden Oberfläche (bei Betrachtung eines lokalen, ebenen Flächenteils) oder auf dem zu bearbeitenden Werkstück (bei Betrachtung eines gemittelten ebenen Flächenbereichs über die gesamte zu bearbeitende Oberfläche oder einen großen Teil davon) kann kleiner oder gleich 90° sein und während des Bearbeitens konstant gehalten werden. Allerdings ist auch eine Variation des Einstrahlwinkels, insbesondere zufallsgesteuert innerhalb bestimmter Grenzen denkbar. The angle of incidence of the high-energy beam on the surface to be processed between the beam axis of the high-energy beam and a normal on the surface to be processed (when viewing a local, flat surface portion) or on the workpiece to be machined (when viewing an averaged flat surface area over the entire working surface or one large part of it) can be less than or equal to 90 ° and kept constant during processing. However, a variation of the angle of incidence, in particular random control within certain limits is conceivable.

Mit dem vorgestellten Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung ist es somit möglich die Oberfläche von Werkstücken im Wesentlichen kraftfrei zu bearbeiten, wobei die Oberfläche poliert oder geglättet bzw. mit Strukturen versehen werden kann oder im Bereich von Strukturierungen eine definierte Oberflächenrauheit eingestellt werden kann. Entsprechend können Bauelemente, insbesondere Spiegel für die EUV-Mikrolithographie hergestellt werden, bei denen auch nachträglich insbesondere im Randbereich oder im Bereich von Strukturierungen, wie z.B. an Facettenflächen oder Fresnel-Flächen, die Rauheit der Oberfläche beeinflusst werden kann. With the presented method and the corresponding device, it is thus possible to machine the surface of workpieces substantially force-free, wherein the surface can be polished or smoothed or provided with structures or in the range of structuring a defined surface roughness can be adjusted. Accordingly, it is possible to produce components, in particular mirrors, for EUV microlithography, in which also subsequently, in particular in the edge region or in the region of structuring, such as, for example on faceted surfaces or Fresnel surfaces, the roughness of the surface can be influenced.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Zeichnungen zeigen in rein schematischen Darstellungen in The drawings show purely schematic representations in FIG

1 eine seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a side view of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention;

2 eine Draufsicht auf die Werkstückaufnahme und ein darauf angeordnetes Werkstück; 2 a plan view of the workpiece holder and a workpiece disposed thereon;

3 eine Darstellung des Arbeitsbereichs eines Ionenstrahls zur Bearbeitung eines Werkstücks; 3 a representation of the working range of an ion beam for machining a workpiece;

4 eine Darstellung des Arbeitsbereichs eines Ionenstrahls mit Anzeige der Bewegung des Ionenstrahls im Arbeitsbereich; und in 4 a representation of the working range of an ion beam with an indication of the movement of the ion beam in the work area; and in

5 eine weitere Darstellung des Arbeitsbereichs eines Ionenstrahls und Darstellung der Bewegung des Ionenstrahls im Arbeitsbereich, wobei die Bewegung unterschiedlich zu der in 4 ist. 5 a further representation of the working range of an ion beam and representation of the movement of the ion beam in the work area, wherein the movement is different to that in 4 is.

AUSFÜHRUNGSBEIPIELE EXECUTION BEIPIELE

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich. Allerdings ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of exemplary embodiments. However, it goes without saying that the invention is not limited to the embodiments.

1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Werkstückaufnahme in Form eines Drehtellers 1, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück 4, beispielsweise ein optisches Element für eine EUV-Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist. Der Drehteller 1 dreht sich mit dem Werkstück 4 um die Achse 5 des Drehtellers 1, wie durch den Pfeil um die Drehachse 5 angezeigt ist, wobei das Werkstück 4 mit seinem Mittelpunkt und der durch den Mittelpunkt verlaufenden Werkstückachse 9 versetzt von der Drehtellerachse 5 ist, sodass der Mittelpunkt des Werkstücks 4 eine Kreisbewegung um den Mittelpunkt des Drehtellers 1 beschreibt. 1 shows in a purely schematic representation of a workpiece holder in the form of a turntable 1 on which a workpiece to be machined 4 For example, an optical element for an EUV microlithography projection exposure apparatus is arranged. The turntable 1 turns with the workpiece 4 around the axis 5 of the turntable 1 as indicated by the arrow around the axis of rotation 5 is displayed, wherein the workpiece 4 with its center and the workpiece axis passing through the center 9 offset from the turntable axis 5 is, so the center of the workpiece 4 a circular movement around the center of the turntable 1 describes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin eine Einrichtung zur Erzeugung eines energiereichen Strahls, wobei diese im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2 ist. Die Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2 erzeugt einen Ionenstrahl 3, beispielsweise aus Edelgasionen, wie beispielsweise Ar⁺, oder Wasserstoffionen, wie H⁺ oder H₂ ⁺. Der Ionenstrahl 3 wird mit einer Energie im Bereich von 50 eV bis 2000 eV auf das zu bearbeitende Werkstück 4 mit der zu bearbeitenden Oberfläche 19 gerichtet, sodass die auf der zu bearbeitenden Oberfläche 19 auftreffenden Ionen des Ionenstrahls 3 eine Veränderung der Oberfläche bewirken können, indem beispielsweise Material durch auftreffende Ionen aus der Oberfläche entfernt wird. The device according to the invention furthermore comprises a device for generating a high-energy beam, wherein in the exemplary embodiment shown this device is an ion beam generating device 2 is. The ion beam generation device 2 generates an ion beam 3 For example, from noble gas ions, such as Ar ⁺ , or hydrogen ions, such as H ⁺ or H ₂ ⁺ . The ion beam 3 with an energy in the range of 50 eV to 2000 eV on the workpiece to be machined 4 with the surface to be processed 19 directed so that the on the surface to be machined 19 incident ions of the ion beam 3 can cause a change in the surface, for example, by removing material from the surface by impinging ions.

Die Ionen des Ionenstrahls 3 treffen hierbei unter einem Winkel ∆ gegenüber der Drehtellerachse 5 bzw. der Werkstückachse 9 oder der Normalen der Oberfläche 19 auf die Oberfläche 19 auf. Der Winkel ∆ ist variabel, da die Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2 entsprechend des gezeigten Doppelpfeils verschwenkbar ist und/oder der Ionenstrahl 3 mittels mindestens einer Ablenkeinrichtung 20, die mit einer Steuereinheit 21 verbunden ist, bewegbar ist, sodass ein Winkel ∆ ≤ 90° eingestellt werden kann. The ions of the ion beam 3 meet here at an angle Δ relative to the turntable axis 5 or the workpiece axis 9 or the normal of the surface 19 on the surface 19 on. The angle Δ is variable because the ion beam generator 2 is pivotable according to the double arrow shown and / or the ion beam 3 by means of at least one deflection device 20 that with a control unit 21 is connected, is movable, so that an angle Δ ≤ 90 ° can be adjusted.

Neben der Drehbewegung des Drehtellers 1 und der Einstellbarkeit des Einstrahlwinkels ∆ ist zusätzlich auch eine translatorische Bewegung des Strahls 3 unter Beibehaltung oder Variation des Einstrahlwinkels ∆ über das Werkstück 4 und/oder den Drehteller 1 durch Bewegung der Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2 und/oder Manipulation des Strahls mit Ablenkeinrichtungen 20 möglich. In addition to the rotary movement of the turntable 1 and the adjustability of the angle of incidence Δ is in addition also a translational movement of the beam 3 while maintaining or varying the angle of incidence Δ over the workpiece 4 and / or the turntable 1 by movement of the ion beam generating device 2 and / or manipulating the beam with baffles 20 possible.

In 2 ist eine Draufsicht auf den Drehteller 1 gezeigt, der den Drehtellerdurchmesser D_T aufweist und der sich um seinen Mittelpunkt bzw. die Drehtellerachse 5 mit konstanter Geschwindigkeit dreht. In 2 is a top view of the turntable 1 shown having the turntable diameter D _T and which is about its center or the turntable axis 5 rotating at a constant speed.

Auf dem Drehteller 1 ist das zu bearbeitende Werkstück 4 angeordnet, welches im vorliegenden Fall genauso wie der Drehteller 1 eine kreisrunde Form aufweist. Allerdings kann genauso wie der Drehteller 1 auch das Werkstück 4 eine andersartige Form besitzen. Das Werkstück 4 weist einen Werkstückdurchmesser D_W auf, wobei der Werkstückmittelpunkt, durch den die Werkstückachse 9 verläuft von der Drehtellerachse 5 um den Vektor a versetzt ist. Der Betrag des Vektors a kann im Bereich von 0 bis zum Durchmesser des Werkstücks D_W liegen. On the turntable 1 is the workpiece to be machined 4 arranged, which in the present case as well as the turntable 1 has a circular shape. However, just like the turntable 1 also the workpiece 4 have a different shape. The workpiece 4 has a workpiece diameter D _W , wherein the workpiece center point through which the workpiece axis 9 extends from the turntable axis 5 is offset by the vector a. The magnitude of the vector a can be in the range of 0 lie to the diameter of the workpiece D _W.

Sofern der Mittelpunkt des Werkstücks 4 versetzt zum Mittelpunkt des Drehtellers 1 angeordnet ist, beschreibt der Mittelpunkt des Werkstücks 4 eine Kreisbewegung um die Drehtellerachse 5. Unless the midpoint of the workpiece 4 offset to the center of the turntable 1 is arranged, describes the center of the workpiece 4 a circular movement around the turntable axis 5 ,

In der 3 ist der Arbeitsbereich 7 des Ionenstrahls 8 dargestellt, wobei der Ionenstrahl 8 einen Strahldurchmesser D_I aufweist, der kleiner als der Durchmesser D_A des Arbeitsbereichs 7 bzw. der Durchmesser D_W des Werkstücks 4 ist. In the 3 is the workspace 7 of the ion beam 8th shown, wherein the ion beam 8th has a beam diameter D _I , which is smaller than the diameter D _{A of} the working area 7 or the diameter D _{W of} the workpiece 4 is.

Der Arbeitsbereich 7 des Ionenstrahls 8 ist durch einen Kreis gegeben, der einen Mittelpunkt 10 aufweist, wobei sich der Ionenstrahl 8 mit seinem Mittelpunkt 11 innerhalb des Arbeitsbereichs 7 bewegen kann. The workspace 7 of the ion beam 8th is given by a circle that has a center 10 has, wherein the ion beam 8th with its center 11 within the workspace 7 can move.

Die 4 und 5 zeigen Beispiele, wie der Ionenstrahl 8 im Arbeitsbereich 7 bewegt werden kann. In der 4 ist dargestellt, dass der Ionenstrahl 8 zunächst auf einer mäanderförmigen Bewegungsbahn 11 sich über möglichst den gesamten Arbeitsbereich 7 bewegt, um diesen vollständig zu überstreichen. Die Bewegung des Ionenstrahls 8 auf der mäanderförmigen Bewegungsstrecke 11 ist durch Richtungswechsel der Bewegungsrichtung des Ionenstrahls 8 gekennzeichnet, die jedoch in einer geplanten und klar definierten Weise erfolgen, um durch die mäanderförmige Bewegung eine vollständige Bearbeitung im Arbeitsbereich 7 zu ermöglichen. Erst wenn der Ionenstrahl 8 nach Überstreichen des gesamten Arbeitsbereichs 7 bei 12 an das Ende der Bewegungsbahn angelangt, wird für die Fortsetzung der Bewegung des Ionenstrahls 8 mittels eines Zufallsgenerators der Vorrichtung zur Glättung und/oder Strukturierung von Oberflächen eine zufallsgesteuerte Änderung der Bewegung des Ionenstrahls 8 vorgenommen, indem die Richtung bzw. Orientierung der parallelen Bewegungsanteile der mäanderförmigen Bewegung geändert wird. Hierzu wird ein Winkel β erzeugt, welcher den Winkel zwischen der Bewegungsrichtung auf dem letzten Teilstück der mäanderförmigen Bewegungsbahn 11 und dem ersten Teilstück einer neuen mäanderförmigen Bewegungsbahn 13 (siehe gestrichelte Linie) darstellt. Nach der zufallsgesteuerten Bewegungsänderung der Ionenstrahls 8 wird der Ionenstrahl wiederum in einer mäanderförmigen Bewegung 13 über den gesamten Arbeitsbereich 7 der Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2 geführt. Danach schließt sich wieder eine zufallsgesteuerte Richtungsänderung an und diese Prozesse können sich mehrfach wiederholen, sodass der geplanten mäanderförmigen Bewegung des Ionenstahls 8 im Arbeitsbereich 7 zusätzlich zufallsgesteuerte Bewegungen überlagert werden. Der Zufallsgenerator zur Erzeugung der zufallsgesteuerten Bewegung ist in der Steuerung 21 der Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2 ausgebildet, um für die Steuerung des Strahls 3 zur Verfügung zu stehen. The 4 and 5 show examples, such as the ion beam 8th in the workspace 7 can be moved. In the 4 is shown that the ion beam 8th initially on a meandering trajectory 11 about as much as possible the entire work area 7 moved to completely sweep it. The movement of the ion beam 8th on the meandering movement route 11 is by changing direction of the direction of movement of the ion beam 8th However, this is done in a planned and clearly defined manner, by the meandering movement, a complete processing in the work area 7 to enable. Only when the ion beam 8th after sweeping the entire workspace 7 at 12 Arrived at the end of the trajectory, is for the continuation of the movement of the ion beam 8th by means of a random generator of the device for smoothing and / or structuring of surfaces a randomly controlled change of the movement of the ion beam 8th made by changing the direction or orientation of the parallel motion components of the meandering movement. For this purpose, an angle β is generated, which is the angle between the direction of movement on the last section of the meandering trajectory 11 and the first part of a new meandering trajectory 13 (see dashed line) represents. After the random motion change of the ion beam 8th the ion beam is again in a meandering motion 13 over the entire workspace 7 the ion beam generating device 2 guided. This is followed by a random change of direction and these processes can be repeated several times, so that the planned meandering movement of the ionic steel 8th in the workspace 7 additionally random movements are superimposed. The random number generator for generating the randomized motion is in the controller 21 the ion beam generating device 2 trained to control the beam 3 to be available.

Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer möglichen Bewegung des Ionenstrahls 8 über die zu bearbeitende Oberfläche. The 5 shows another embodiment of a possible movement of the ion beam 8th over the surface to be processed.

Bei der Ausführungsform der 5 bewegt sich der Ionenstrahl 8 geradlinig entlang der Sekanten des Arbeitsbereichs 7 und ändert beim Erreichen des Randes des Arbeitsbereichs 7 seine Bewegungsrichtung, wobei die Richtung und Größe der Änderung der Bewegungsrichtung um den Winkel β zufallsgesteuert erfolgt. So bewegt sich der Ionenstrahl 8 in der 5 linear auf der Sekante 14, bis er bei Punkt 15 das Ende des Arbeitsbereichs 7 erreicht und sich entlang der Sekante 16, die mit der Sekante 14 den Winkel β einschließt, weiterbewegt. Bei 17 erfolgt wiederum eine zufallsgesteuerte Richtungsänderung, sodass sich der Ionenstrahl 8 entlang der Sekante 18 bewegt usw. Der Ionenstrahl wird solange im Arbeitsbereich 7 bewegt, bis möglichst der gesamte Arbeitsbereich 7 durch den Ionenstrahl 8 überstrichen ist. In the embodiment of the 5 the ion beam moves 8th straight line along the secants of the workspace 7 and changes when reaching the edge of the workspace 7 its direction of movement, wherein the direction and magnitude of the change of the direction of movement by the angle β is randomly controlled. This is how the ion beam moves 8th in the 5 linear on the secant 14 until he is at point 15 the end of the workspace 7 reached and stretched along the secant 16 that with the secant 14 includes the angle β, moved on. at 17 Again, a random directional change takes place, so that the ion beam 8th along the secant 18 moved, etc. The ion beam is in the work area as long 7 moves, as far as possible the entire work area 7 through the ion beam 8th is overlined.

Durch eine Überlagerung des Arbeitsbereichs 7 mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 4 bzw. des Drehtellers 1 kommt es zu einer Überlagerung der Einzelbewegungen des Werkstücks 4 durch die Bewegung des Drehtellers 1 und der Bewegung des Ionenstrahls 8 durch die Ionenstrahlerzeugungseinrichtung 2. Dadurch kommt es auch bei konstantem Einstrahlwinkel ∆ zu einer Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungssituationen, sodass es zu einer Glättung oder einer regelmäßigen Strukturierung der bearbeiteten Oberfläche kommt, je nach dem wie weitere Parameter, wie Ionenart, Beschleunigungsenergie etc. eingestellt werden. Eine Strukturierung oder Glättung der Oberfläche kann somit z.B. durch Einstellung des Einstrahlwinkels des Ionenstrahls 3, des Energiebereichs der Ionen sowie der gewählten Ionenart entsprechend bestimmt werden. Für unterschiedliche Werkstoffe können unterschiedliche Parameter zur Glättung und/oder Strukturierung eingesetzt werden. By overlaying the workspace 7 with the surface of the workpiece to be machined 4 or the turntable 1 it comes to a superposition of the individual movements of the workpiece 4 by the movement of the turntable 1 and the movement of the ion beam 8th by the ion beam generation device 2 , As a result, even with a constant angle of incidence Δ, a large number of different processing situations occur, so that a smoothing or a regular structuring of the machined surface occurs, depending on how further parameters, such as the type of ion, acceleration energy, etc., are set. A structuring or smoothing of the surface can thus eg by adjusting the angle of incidence of the ion beam 3 , the energy range of the ions and the selected ionic species are determined accordingly. For different materials, different parameters can be used for smoothing and / or structuring.

Der Winkel β für die zufallsgesteuerte Änderung der Bewegung des Ionenstrahls 8 im Arbeitsbereich 7 kann durch folgende Formel bestimmt werden: β = (180° – α) × R, wobei R eine Zufallszahl aus dem Bereich von –1 bis 1 ist und α einen beliebigen Anfangswinkel einer ersten Bewegungsrichtung zu einem festen Koordinatensystem sein kann. The angle β for the random change of the movement of the ion beam 8th in the workspace 7 can be determined by the formula: β = (180 ° -α) × R where R is a random number in the range of -1 to 1 and α can be any initial angle of a first moving direction to a fixed coordinate system.

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 andersartige Kombinationen vorgestellter Einzelmerkmale realisiert werden oder einzelne Merkmale weggelassen werden. Insbesondere offenbart die vorliegende Erfindung sämtliche Kombinationen von allen vorgestellten Einzelmerkmalen. 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 such a way that different combinations of presented individual features are realized or individual features are omitted. In particular, the present invention discloses all combinations of all presented individual features.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

F. Frost, R. Fechner, B. Ziberi, J. Völlner, D. Flamm, and A. Schindler: Large area smoothing surfaces by ion bombardment: fundamental and applications, J. Phys. Condens. Matter 21 (2009) 224026 (20 pp) discloses [0003]

Claims

Method for smoothing and / or structuring surfaces of a workpiece ( 4 ), in which the surface ( 19 ) with at least one high-energy beam ( 3 ) is irradiated, wherein the surface to be machined moves relative to the at least one beam, characterized in that the relative movement between the surface to be machined and the at least one high-energy beam is changed several times during the irradiation, wherein at least in part the change at random he follows.

A method according to claim 1, characterized in that the random controlled change of the relative movement relates to the change of the direction of movement.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that only the surface to be processed ( 19 ) or only the at least one beam ( 3 ) or moving both the beam and the surface to be processed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the randomly controlled movement change by changing the movement of the surface to be processed ( 19 ) and / or by changing the movement of the beam ( 3 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a workpiece ( 4 ) with the surface to be processed on a turntable ( 1 ), which is about its axis ( 5 ) turns.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the beam ( 3 ) moves within a working range, preferably within a circle, which in particular has a diameter D _A = D _I + D _W , where D _{I is} the diameter of the beam and D _{W is} the diameter of the surface to be machined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the beam ( 3 ) moves within a circle along secants of the circle, the angle β between two secants being determined by: β = (180 ° -α) × R, where R is a random number between -1 and 1 and α is any starting angle between the first secant and a centerline through the center of the circle.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the irradiation is continued until more than 99% of the surface to be processed and / or a working range of the beam have been irradiated with the beam.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the angle Δ between the beam axis ( 6 ) and the normal on the surface to be machined or on the workpiece is less than or equal to 90 °.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the beams ( 3 ) Are electron or ion beams, in particular ion beams having an energy of 50 to 2000 eV and / or hydrogen ions or noble gas ions are used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is used for smoothing optical materials for EUV (extreme ultraviolet) lithography.

Device for smoothing and / or structuring surfaces, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, with at least one device ( 2 ) for generating at least one high-energy beam ( 3 ), at least one workpiece holder ( 1 ), which the workpiece to be machined ( 4 ), so that the surface to be processed ( 19 ) of the workpiece is irradiated with the high-energy beam, and with a controller ( 21 ) for controlling the device, wherein the workpiece holder and / or beam generating device are designed so that the surface to be machined can move relative to the at least one beam, characterized in that the device comprises at least one random generator connected to the controller ( 21 ) acts together so that a relative movement between the surface to be machined and the at least one high-energy beam is changed several times during the irradiation, whereby at least in part the change takes place on a random basis.