DE102015208820A1 - Polishing device and use of a polishing device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche (20), insbesondere zum Polieren einer gekrümmten und/oder strukturierten Oberfläche (20) eines optischen Elements (2), umfassend eine Trägerstruktur (10) und ein an der Trägerstruktur (10) angebrachtes Polierelement (11), wobei das Polierelement (11) einen Grundkörper (110) aus einem elastisch verformbaren Material aufweist, und wobei ein Polierbelag (114) direkt auf einer der zu polierenden Oberfläche (20) zugewandten Nutzseite (112) des Grundkörpers (110) aufgebracht ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung einer Poliervorrichtung (1) und ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche (20), insbesondere zum Polieren einer gekrümmten und/oder strukturierten Oberfläche (20) eines optischen Elements (2).The invention relates to a polishing apparatus for polishing a surface (20), in particular for polishing a curved and / or structured surface (20) of an optical element (2), comprising a support structure (10) and a polishing element (10) attached to the support structure (10). 11), wherein the polishing element (11) comprises a base body (110) of an elastically deformable material, and wherein a polishing pad (114) directly on one of the surface to be polished (20) facing Nutzseite (112) of the base body (110) is applied , The invention further relates to a use of a polishing apparatus (1) and a method for polishing a surface (20), in particular for polishing a curved and / or structured surface (20) of an optical element (2).
Description
ANWENDUNGSGEBIET FIELD OF USE
Die Erfindung betrifft eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche, insbesondere Polieren einer gekrümmten und/oder strukturierten Oberfläche eines optischen Elements. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung einer Poliervorrichtung und ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche, insbesondere zum Polieren einer gekrümmten und/oder strukturierten Oberfläche eines optischen Elements.The invention relates to a polishing apparatus for polishing a surface, in particular polishing a curved and / or structured surface of an optical element. The invention further relates to a use of a polishing apparatus and a method for polishing a surface, in particular for polishing a curved and / or structured surface of an optical element.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Optische Elemente mit gekrümmten und/oder strukturierten Oberflächen werden beispielsweise im Bereich der Halbleiterfertigung, insbesondere in der Lithografie oder der Waferinspektion, eingesetzt. Zur lithografischen Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen ist es bekannt, ein Muster einer Maske (Retikel) auf ein zu belichtendes Material, üblicherweise ein mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtetes Substrat (Wafer), zu projizieren. Eine Projektionsbelichtungsanlage umfasst zu diesem Zweck mehrere optische Elemente, wie Linsen, Spiegeln, Gittern oder Planparallelplatten. Die optischen Elemente verursachen eine Brechung und/oder eine Reflexion einer von einer Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung.Optical elements with curved and / or structured surfaces are used, for example, in the field of semiconductor production, in particular in lithography or wafer inspection. For the lithographic production of semiconductor components and other finely structured components, it is known to project a pattern of a mask (reticle) on a material to be exposed, usually a substrate (wafer) coated with a photosensitive layer. A projection exposure apparatus comprises for this purpose a plurality of optical elements, such as lenses, mirrors, gratings or plane parallel plates. The optical elements cause a refraction and / or a reflection of an electromagnetic radiation emitted by a lighting device.
Um Wafer mit möglichst planen Oberflächen zu schaffen, ist es bekannt, Waferoberflächen chemisch-mechanisch zu polieren. Aus
Aus
Die das Substrat kontaktierenden Poliertücher für chemisch-mechanische Poliervorrichtungen sind üblicherweise aus einem steifen Material, beispielsweise aus Polyurethan. The chemical-mechanical polishing device polishing cloths contacting the substrate are usually made of a rigid material such as polyurethane.
Um immer feinere Strukturen mittels Lithographie erzeugen zu können, verschieben sich die Arbeitswellenlängen der elektromagnetischen Strahlung zur lithografischen Herstellung von Halbleiterbauelementen vorzugsweise zu immer kürzeren Wellenlängen, beispielsweise liegen diese im Bereich von ca. 5 nm bis ca. 30 nm. Die optischen Elemente müssen unter Berücksichtigung der Arbeitswellenlänge geeignet gewählt werden. Zudem stellt die Verschiebung zu immer kürzeren Arbeitswellenlängen sehr hohe Anforderungen an eine Oberflächenrauheit der optischen Elemente sowie an eine Formtreue der Retikel und der Wafer.In order to be able to produce ever finer structures by means of lithography, the operating wavelengths of the electromagnetic radiation for the lithographic production of semiconductor components preferably shift to ever shorter wavelengths, for example, they are in the range of about 5 nm to about 30 nm. The optical elements must be considered the working wavelength can be selected appropriately. In addition, the shift to ever shorter working wavelengths very high demands on a surface roughness of the optical elements as well as a form fidelity of the reticle and the wafer.
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche zu schaffen, insbesondere zum Polieren gekrümmter und/oder strukturierter Oberflächen optischer Elemente oder anderer Bauteile, welche eine Mikrostruktur aufweisen. Es ist weiter eine Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer Poliervorrichtung und ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 4 und 8. Vorteilhafte Aspekte ergeben sich aus den Unteransprüchen.It is an object of the invention to provide a polishing apparatus for polishing a surface, in particular for polishing curved and / or structured surfaces of optical elements or other components which have a microstructure. It is a further object of the invention to provide a use of a polishing apparatus and a method of polishing a surface. This object is achieved by the objects having the features of
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Poliervorrichtung zum Polieren einer Oberfläche, insbesondere zum Polieren einer gekrümmten und/oder strukturierten Oberfläche eines optischen Elements, geschaffen, die eine Trägerstruktur und ein an der Trägerstruktur angebrachtes Polierelement umfasst, wobei das Polierelement einen Grundkörper aus einem elastisch verformbaren Material aufweist, und wobei ein Polierbelag direkt auf einer der zu polierenden Oberfläche zugewandten Nutzseite des Grundkörpers aufgebracht ist.According to a first aspect, a polishing device is provided for polishing a surface, in particular for polishing a curved and / or structured surface of an optical element, which comprises a carrier structure and a polishing element attached to the carrier structure, wherein the polishing element comprises a base body made of an elastically deformable material has, and wherein a polishing pad is applied directly on one of the surface to be polished facing the payload side of the body.
Als Polierbelag wird im Zusammenhang mit der Anmeldung ein An- oder Einbringen von Materialien an einer Oberfläche bezeichnet, welche ein Trennen eines zu bearbeitenden Werkstückes so bewirken, dass an dem Werkstück Oberflächen im Bereich der gewünschten Rauheiten erzeugt werden. Als „direkt aufgebracht“ wird dabei eine Anbringung des Polierbelags an dem Grundkörper ohne zusätzliche Trägerschichten oder dergleichen bezeichnet. Die Verbindung des Polierbelags mit dem Grundkörper ist je nach Art des Polierbelags geeignet durch den Fachmann wählbar. Die Verbindung umfasst dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen eine Klebeschicht und/oder einen Haftvermittler. Durch den Verzicht auf eine zusätzliche Trägerschicht bleibt die elastische Verformbarkeit des Grundkörpers an der Nutzfläche erhalten. Dadurch ist eine Formanpassung des Polierelements an eine strukturierte und/oder gekrümmte, auch asphärisch gekrümmte Oberfläche möglich. In the context of the application, a polishing coating refers to the application or introduction of materials on a surface, which effect a separation of a workpiece to be processed in such a way that surfaces in the region of the desired roughness are produced on the workpiece. In this case, an attachment of the polishing pad to the base body without additional carrier layers or the like is referred to as "directly applied". The compound of the polishing pad with the body is suitable depending on the type of polishing pad selected by the expert. In advantageous embodiments, the compound comprises an adhesive layer and / or an adhesion promoter. By abandoning one additional carrier layer, the elastic deformability of the body remains at the effective area. This makes it possible to adapt the shape of the polishing element to a structured and / or curved, also aspherically curved surface.
Der Polierbelag ist je nach Anwendungsfall geeignet wählbar. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Nutzseite des Grundkörpers zur Bildung des Polierbelags mit gewobenem Textil, einzelnen Textilfasern, geschäumten Kunststoffen bezogen oder beflockt. Für eine Beflockung werden zahlreiche kurz geschnittene Fasern Polyamid, Viskose, Polyester oder ähnlichen Materialien in den mit einem geeigneten Haftvermittler versehenen Grundkörper derart eingeschossen, dass die Fasern zumindest im Wesentlichen senkrecht von der Nutzfläche abragen.The polishing pad can be selected depending on the application. In advantageous embodiments, the useful side of the main body is covered or flocked to form the polishing pad with woven textile, individual textile fibers, foamed plastics. For flocking, numerous short-cut fibers of polyamide, viscose, polyester or similar materials are injected into the base body provided with a suitable adhesion promoter in such a way that the fibers protrude at least substantially perpendicularly from the useful surface.
Der Grundkörper ist aus einem elastischen Material, wobei das Material je nach Anforderung an eine Formanpassung durch den Fachmann geeignet wählbar ist. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist der Grundkörper aus einem Schaumstoff aus Polyurethan, aus einem Filzbelag, als Luftkissen oder dergleichen gefertigt. The main body is made of an elastic material, wherein the material is suitably selected depending on the requirement of a shape adaptation by the skilled person. In advantageous embodiments, the base body is made of a foam made of polyurethane, a felt covering, air cushion or the like.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Verwendung einer Poliervorrichtung, die eine Trägerstruktur und ein an der Trägerstruktur angebrachtes Polierelement umfasst, zum Polieren einer Oberfläche eines Elements, insbesondere eines optischen Elements, geschaffen, wobei das Polierelement einen Grundkörper aus einem elastisch verformbaren Material aufweist, und wobei ein Polierbelag direkt auf einer der zu polierenden Oberfläche zugewandten Nutzseite des Grundkörpers aufgebracht ist. Die Nutzseite mit dem Polierbelag wird zum Polieren in Kontakt mit der zu polierenden Oberfläche gebracht. According to a second aspect, the use of a polishing apparatus comprising a support structure and a polishing element attached to the support structure for polishing a surface of an element, in particular an optical element is provided, wherein the polishing element has a base body made of an elastically deformable material, and wherein a polishing pad is applied directly to one of the surface to be polished facing the payload side of the body. The payload side with the polishing pad is brought into contact with the surface to be polished for polishing.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung, wenn das zu polierende Element eine gekrümmte und/oder strukturierte Oberfläche aufweist. Dadurch, dass der Polierbelag direkt auf der Nutzseite des sich an die Form der Oberfläche anpassenden Materials aufgebracht ist, ist ein gutes Anschmiegen auch an stark gekrümmte oder mikrostrukturierte Oberflächen möglich.The use is particularly advantageous when the element to be polished has a curved and / or structured surface. The fact that the polishing pad is applied directly on the useful side of the adapting to the shape of the surface material, a good nestling is also possible on highly curved or microstructured surfaces.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Verwendung für ein Element vorgesehen, das eine strukturierte Oberfläche mit Strukturgrößen zwischen 0.1 bis 5 mm aufweist. Als Strukturgröße wird beispielsweise eine Kantenlänge der einzelnen, an der Oberfläche vorgesehenen Strukturen bezeichnet oder ein Abstand zwischen zwei Strukturen. Darüber hinaus kann bei lateral periodischen Oberflächeneigenschaften, wie unter anderem bei diffraktiven optischen Elementen, deren Periodizität unter dem Begriff Strukturgröße verstanden werden. In an advantageous embodiment, a use for an element is provided which has a structured surface with feature sizes between 0.1 to 5 mm. For example, an edge length of the individual structures provided on the surface or a spacing between two structures is referred to as the structure size. Moreover, in the case of laterally periodic surface properties, such as, inter alia, with diffractive optical elements, their periodicity can be understood by the term structure size.
Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung der Poliervorrichtung, wenn ein Sollwert der quadratischen Rauheit (englisch rms-roughness = root-mean-squared roughness) der polierten Oberfläche des Elements kleiner 0,5 nm beträgt.It is particularly advantageous to use the polishing apparatus if a setpoint value of the roughness of the polished surface of the element is less than 0.5 nm.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche, insbesondere zum Polieren einer gekrümmten und/oder strukturierten Oberfläche eines optischen Elements, geschaffen, wobei eine erfindungsgemäße Poliervorrichtung relativ zu der Oberfläche bewegt wird. Dabei werden je nach Ausgestaltung der Trägerstruktur und/oder einer Aufnahme für das optische Element das optische Element und/oder die Poliervorrichtung zum Polieren bewegt.According to a third aspect, a method for polishing a surface, in particular for polishing a curved and / or structured surface of an optical element, is provided, wherein a polishing device according to the invention is moved relative to the surface. Depending on the design of the support structure and / or a receptacle for the optical element, the optical element and / or the polishing device are moved for polishing.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungen werden sowohl die Poliervorrichtung als auch das Element bewegt, wobei die Poliervorrichtung und das Element jeweils eine exzentrisch rotierende Bewegung und/oder eine lineare Vorschubbewegung ausführen. Beispielsweise führt in einer Ausgestaltung die Poliervorrichtung eine exzentrisch rotierende Bewegung aus, während das Bauteil eine lineare Vorschubbewegung ausführt. In anderen Ausgestaltungen führt die Poliervorrichtung eine exzentrisch rotierende Bewegung und eine lineare Vorschubbewegung aus, während das Bauteil ortsfest gehalten wird. Die Relativbewegungen zwischen Poliervorrichtung und Element sind je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar.In an advantageous embodiment, both the polishing device and the element are moved, wherein the polishing device and the element each perform an eccentric rotating movement and / or a linear feed motion. For example, in one embodiment, the polishing device performs an eccentrically rotating movement, while the component performs a linear feed motion. In other embodiments, the polishing device performs an eccentrically rotating movement and a linear feed movement while the component is held stationary. Depending on the application, the relative movements between the polishing device and the element can be suitably selected by the person skilled in the art.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Poliervorrichtung und/oder das Element eine ungeordnete Bewegung ausführen. Als „ungeordnete Bewegung“ wird eine Bewegung ohne Vorzugsrichtung bezeichnet. Dadurch ist es möglich, Bauteile mit regelmäßigen und unregelmäßigen bzw. isotropen und anisotropen Strukturen zu polieren. In a further embodiment it is provided that the polishing device and / or the element perform a disordered movement. "Unordered movement" is a movement without preferential direction. This makes it possible to polish components with regular and irregular or isotropic and anisotropic structures.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu erhalten. Dabei zeigen schematischFurther advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. For identical or similar components, the same reference numbers are used in the drawings. Features described or illustrated as part of one embodiment may also be used in another embodiment to obtain a further embodiment of the invention. This show schematically
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Die Poliervorrichtung
An einer Nutzseite
Das Polierelement
Zum Polieren wird die Poliervorrichtung
Die zwei in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2003/0181143 A1 [0003] US 2003/0181143 A1 [0003]
- US 6220942 B1 [0004, 0004] US 6220942 B1 [0004, 0004]
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