JP6232172B2 - Convergent polishing method and convergent polishing system - Google Patents
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Description
[0001]本出願は、1011年3月21日付で出願された米国仮特許出願第61/454,893号明細書の優先権を主張し、あらゆる目的のために、その全開示内容を本明細書に援用する。 [0001] This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 61 / 454,893, filed March 21, 1011, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference for all purposes. Included in the book.
[0002]米国エネルギー省とローレンスリバモア国立研究所を運営するローレンスリバモアナショナルセキュリティ(LLC)との契約番号DE−AC52−07NA27344に従い、米国政府は本発明の権利を有する。 [0002] The United States government has rights to the invention in accordance with contract number DE-AC52-07NA27344 between the US Department of Energy and Lawrence Livermo National Security (LLC), which operates Lawrence Livermore National Laboratory.
[0003]従来の光学素子製造プロセスは、通常、1)成形、2)研削、3)エッジ研削/研磨、4)フルアパーチャ中間研磨またはラッピング、4)フルアパーチャ仕上げ研磨、および5)小工具研磨を含む。正確な表面形状を有する高光学品質材料の需要が劇的に増加して、レーザーが発明されてから、光学素子製造の精度は大きな進歩を遂げてきた。しかしながら、今日一般的に行われているように、光学素子製造は科学技術というよりはむしろ芸術である。研削プロセス中に決定論的に材料を除去する技能は、工具の進歩や、コンピュータ数値制御(CNC)研削機を使用したリアルタイム診断の進歩に基づき、ここ数十年で大きな進展を遂げてきた。同様に、小工具研磨(例えば、コンピュータ制御光学研磨機(CCOS))や磁気レオロジー式仕上げ(MRF)の出現は、研磨産業を一変させた。しかしながら、ガラスウエハやシリコンウエハの研磨方法として、今もなお最もよく使用されており、通常は最も経済的な方法であるフルアパーチャラップ研磨は、決定論的プロセスを含まない。漸進的な改善がなされてきたものの、従来の研磨には、今も職人技術を使いこなす熟練した光学技術者が必要である。このタイプの研磨は、通常、研磨、測定、および所望の表面形状に収束させるためのパラメータ(すなわち、平面度または特定の半径への適合性)の調整を含む、複数回の反復サイクルを必要とする。したがって、本技術分野では、光学素子の研磨に関する方法やシステムを向上させる必要がある。 [0003] Conventional optical element manufacturing processes typically include 1) molding, 2) grinding, 3) edge grinding / polishing, 4) full aperture intermediate polishing or lapping, 4) full aperture finish polishing, and 5) small tool polishing. including. Since the demand for high optical quality materials with accurate surface shapes has increased dramatically and lasers have been invented, the accuracy of optical element manufacturing has made great progress. However, as is commonly done today, optical element manufacturing is an art rather than a science and technology. The skill of deterministically removing material during the grinding process has made great progress in recent decades based on advances in tools and real-time diagnostics using computer numerical control (CNC) grinding machines. Similarly, the advent of small tool polishing (eg, computer controlled optical polishing machine (CCOS)) and magnetorheological finishing (MRF) has transformed the polishing industry. However, full aperture lapping, which is still the most commonly used method for polishing glass and silicon wafers, and usually the most economical method, does not involve a deterministic process. Although incremental improvements have been made, conventional polishing still requires skilled optical technicians who can master craftsmanship. This type of polishing typically requires multiple iterative cycles, including polishing, measurement, and adjustment of parameters to converge to the desired surface shape (ie flatness or fit to a specific radius). To do. Therefore, there is a need in the art for improved methods and systems related to polishing optical elements.
[0004]本発明によれば、光学システムに関する技術が提供される。より詳しくは、本発明の実施形態は、たった1回の反復で行う光学素子の決定論的研磨に関する。単なる例示として、本発明を、光学素子の初期形状にかかわらず固定された研磨パラメータセットのもとで光学素子の単一反復研磨に適用した。ここで説明する方法およびシステムは、高出力レーザーシステムおよび増幅器システムと共に使用するのに適した多種多様な光学材料の加工および製造に適用可能である。 [0004] According to the present invention, techniques relating to optical systems are provided. More particularly, embodiments of the present invention relate to deterministic polishing of optical elements performed in only one iteration. By way of example only, the present invention has been applied to a single iterative polishing of an optical element under a fixed polishing parameter set regardless of the initial shape of the optical element. The methods and systems described herein are applicable to the processing and manufacturing of a wide variety of optical materials suitable for use with high power laser systems and amplifier systems.
[0005]本発明の他の実施形態によれば、表面破損の「ない」仕上げに関する方法およびシステムが提供される。高ピーク出力レーザーシステムで使用される高価な光学素子の表面上の傷は、レーザー損傷の発生を引き起こすものとして知られている。したがって、長年にわたり、光学素子製造中に形成される傷の数やサイズを減少させるための多大な努力がなされてきた。傷は、例えば、洗浄、研磨および取扱い中に、光学素子の表面上で負荷を受けているローグ粒子(rogue particles)や隆起を滑らせることで発生する。ローグ粒子を減らすための先行研究は、既存のフルアパーチャ研磨を変更および改善するものであった。この方法は、傷を引き起こす外部からのローグ粒子に対処するには十分であった。現行の軽減戦略は、研磨中の清潔化の実行にもっぱらに限られる。しかしながら、この戦略は、清潔化実行の程度、オペレータのスキルセット、および研磨機の複雑さに極めて影響を受けやすい。加えて、これらの戦略は効率よく実行するのが難しい。ローグ粒子の制御における第二の限界は、研磨プロセス中にスラリーの粒径分布を把握して制御することに限界があるということである。技術の現状は、最適化されておらず、不明な点が多い濾過技術の使用に限定される。 [0005] According to other embodiments of the present invention, methods and systems are provided for a "no" surface finish. Scratches on the surface of expensive optical elements used in high peak power laser systems are known to cause laser damage. Therefore, over the years, great efforts have been made to reduce the number and size of scratches formed during optical element manufacture. Scratches are caused, for example, by sliding rogue particles and ridges loaded on the surface of the optical element during cleaning, polishing and handling. Prior work to reduce rogue particles has modified and improved existing full aperture polishing. This method was sufficient to deal with external rogue particles that caused scratches. Current mitigation strategies are exclusively limited to performing cleansing during polishing. However, this strategy is extremely sensitive to the degree of cleansing performance, the operator skill set, and the complexity of the polisher. In addition, these strategies are difficult to implement efficiently. A second limitation in controlling rogue particles is that there is a limit to grasping and controlling the particle size distribution of the slurry during the polishing process. The state of the art is not optimized and is limited to the use of filtration techniques with many unclear points.
[0006]本発明の実施形態は、以下のステップのうちの1つ以上を実行することにより、研磨中のローグ粒子の取り込みを抑制する。1)スラリーの乾燥を防ぐために研磨機を気密シールすることで、ローグ粒子がワークピースとラップとの界面に侵入しないことを確実にするフル研磨システムを作り出すステップ;2)ローグ粒子として作用し得る乾燥スラリーの凝集体を防止するために、湿度100%の環境を提供するステップ;3)内部のスラリー粒子の凝集を最小限に抑える、化学的に安定した研磨スラリーを使用するステップ;および4)研磨システム内の、生成されたどんなローグ粒子でも絶えず除去する最適化された濾過法を利用するステップ。 [0006] Embodiments of the present invention suppress the uptake of rogue particles during polishing by performing one or more of the following steps. 1) creating a full polishing system that ensures that the rogue particles do not enter the workpiece / lap interface by hermetically sealing the polisher to prevent slurry drying; 2) may act as rogue particles; Providing a 100% humidity environment to prevent dry slurry agglomeration; 3) using a chemically stable abrasive slurry to minimize agglomeration of slurry particles inside; and 4) Utilizing an optimized filtration method that constantly removes any generated rogue particles within the polishing system.
[0007]本発明の実施形態によれば、光学素子を研磨するための研磨システムが提供される。研磨システムは、半径方向寸法を有する研磨パッドと、研磨パッド上に配置され、光学素子を部分的に包囲するように構成されるセプタムとを含む。光学素子は、半径方向寸法の範囲にわたって研磨パッドと接触し、研磨パッドのパッド摩耗率は、半径方向寸法の範囲にわたって、半径方向寸法の関数としてほぼ一定である。 [0007] According to an embodiment of the present invention, a polishing system for polishing an optical element is provided. The polishing system includes a polishing pad having a radial dimension and a septum disposed on the polishing pad and configured to partially surround the optical element. The optical element contacts the polishing pad over a range of radial dimensions, and the pad wear rate of the polishing pad is substantially constant as a function of the radial dimension over a range of radial dimensions.
[0008]本発明の他の実施形態によれば、高湿度研磨システムが提供される。高湿度研磨システムは、研磨パッドを含む研磨ユニットと、研磨パッドにスラリーを供給するように動作可能なスラリー供給システムとを含む。高湿度研磨システムは、研磨ユニットを包囲するエンクロージャも含む。エンクロージャ内の湿度は、スラリーの実質的な乾燥を防ぐのに十分な湿度である。 [0008] According to another embodiment of the invention, a high humidity polishing system is provided. The high humidity polishing system includes a polishing unit that includes a polishing pad and a slurry supply system that is operable to supply slurry to the polishing pad. The high humidity polishing system also includes an enclosure that surrounds the polishing unit. The humidity within the enclosure is sufficient to prevent substantial drying of the slurry.
[0009]本発明の特定の実施形態によれば、光学素子を研磨するためのスラリーシステムが提供される。スラリーシステムは、溶媒と、溶媒中に担持された研磨剤成分とを含む。スラリーシステムは、溶媒中に担持された界面活性剤も含む。 [0009] According to certain embodiments of the invention, a slurry system for polishing an optical element is provided. The slurry system includes a solvent and an abrasive component supported in the solvent. The slurry system also includes a surfactant supported in the solvent.
[0010] 本発明の特定の実施形態によれば、ワークピースを基板に取り付けるための方法が提供される。本方法は、PV値を決定するステップと、ピッチ面積に関連する値を決定するステップとを含む。本方法は、さらに、ピッチの相対面積を計算するステップと、ボタン半径を計算するステップと、ピッチボタン数を計算するステップとを含む。本方法は、さらに、N個のピッチボタンをワークピースに結合させるステップと、N個のピッチボタンを基板に結合させるステップとを含む。 [0010] According to certain embodiments of the invention, a method for attaching a workpiece to a substrate is provided. The method includes determining a PV value and determining a value associated with the pitch area. The method further includes calculating a relative area of the pitch, calculating a button radius, and calculating a number of pitch buttons. The method further includes coupling N pitch buttons to the workpiece and coupling the N pitch buttons to the substrate.
[0011]本発明の実施形態は、様々なアスペクト比(直径/厚さ)のガラス上の平面、球曲面および長方形状面を研磨するための装置および方法を提供する。本発明の実施形態が提供する研磨システムは、コンバージェント、初期表面非依存、単一反復、ローグ粒子フリーの(Convergent, Initial surface idependent, Single interation, Rogue−particle free)(CISR)研磨機とも呼ぶことができ、以下の特徴のうちの1つ以上を提供する。
1)研磨パラメータは固定されており(すなわち、可変ではなく)、ワークピースの初期表面形状にかかわらず、研磨中/研磨間で同一研磨が継続する;
2)ワークピースの形状がラップの形状と一致する所望の形状に収束するようになるため、研磨は研削された状態から1回の反復で行うことができる;および
3)研磨は、ワークピース上にほとんどまたは全く傷を生じさせない、ローグ粒子のない環境で行われる。
4)研磨は、化学的安定化および/または工学的濾過システムを利用して高度に制御された粒径分布を利用して行われる。
[0011] Embodiments of the present invention provide an apparatus and method for polishing flat, spherical and rectangular surfaces on glass of various aspect ratios (diameter / thickness). The polishing system provided by embodiments of the present invention is also referred to as a convergent, initial surface independent, single-interaction, logue-particulate free (CISR) polisher. And provide one or more of the following features.
1) The polishing parameters are fixed (ie not variable) and the same polishing continues during / between polishing regardless of the initial surface shape of the workpiece;
2) Since the shape of the workpiece will converge to the desired shape that matches the shape of the lap, polishing can be performed in one iteration from the ground state; and 3) Polishing on the workpiece In an environment free of rogue particles with little or no scratching.
4) Polishing is performed using a highly controlled particle size distribution utilizing chemical stabilization and / or engineering filtration systems.
[0012]本発明の実施形態は、以下の原理のうちの1つ以上に基づいて所望の研磨プロセスを実現する。
1)基本的に、光学素子とラップとの間のミスマッチ(すなわち、光学素子とラップとの間の不均一な物理的分離)以外の、光学素子上の不均一な空間的材料除去の原因となる全ての要素を排除することにより、光学素子の表面形状を所望の形状(すなわち、ラップの形状)に収束させる;および
2)研磨機システムへのローグ粒子の侵入および研磨機システム内でのローグ粒子の生成の原因を取り除いてきたこと、または積極的に取り除くことにより、ワークピースの傷をほとんどまたは完全になくす。
[0012] Embodiments of the present invention achieve a desired polishing process based on one or more of the following principles.
1) Basically, due to non-uniform spatial material removal on the optical element, other than a mismatch between the optical element and the wrap (ie, non-uniform physical separation between the optical element and the wrap) The surface shape of the optical element is converged to the desired shape (i.e., the shape of the wrap) by eliminating all the following elements; and 2) Rogue particle penetration into the grinder system and rogue within the grinder system By eliminating or aggressively removing the cause of particle formation, there is little or no scratching on the workpiece.
[0013]本明細書全体にわたってより詳細に述べているように、本発明の実施形態が提供する工学的特徴は以下の1つ以上を含んでいてよい。
1)円形および長方形のワークピース用に特別にデザインされたセプタム(septum)を使用して、不均一なパッド摩耗を防止する;
2)特別にデザインされたセプタムを使用して、粘弾性によって引き起こされる不均一な応力分布および不均一な材料除去を防止する;
3)特別にデザインされたセプタムを使用して、スラリーのワークピースへの均一な分布を確実にする;
4)ガラスベースの長方形のセプタムを使用して、均一なパッド摩耗における安定性を提供する;
5)パッドをコンディショニングするためのCVOダイアモンドベースの長方形のセプタムを使用して、研磨時間に伴う一定の材料除去率を確実にする;
6)ホイールで駆動するワークピースを使用して、モーメント力が不均一応力分布および不均一材料除去の原因となることを防止する;
7)ローゼットピボットポイントマウンティング(low−z pivot point mounting)を利用して、ワークピースおよびセプタム上のモーメント力を最小限に抑える;
8)運動力学(ワークピースおよびラップの動作)を利用してワークピース上の時間平均速度を均一にして、運動力学による不均一な材料除去を防止する;
9)化学的に安定した研磨スラリーを使用して(例えば、酸化セリウム(Hastilite PO)スラリー中で適切なpHおよび濃度でアニオン界面活性剤(例えば、micro―90)またはカチオン界面活性剤とキレート剤とを使用して)、(ローグ粒子の原因となる)粒子凝集を最小限に抑える;
10)湿度100%の気密シールされた研磨チャンバを使用して、a)傷を引き起こすローグ粒子の原因となることで知られている乾燥研磨スラリーの生成を防止し、またb)環境中に存在する外部のローグ粒子が研磨システム内に侵入するのを防止する;
11)強固なボタンボンディング技術(ピッチボタンボンディング(PBB)とも呼ぶ)を利用して、高アスペクト比の(薄い)ワークピース/光学素子におけるワークピースの変形を防止する;
12)コンプライアントボタンボンディング技術(泡状ボタンボンディング(FBB)とも呼ぶ)を利用して、研削表面からの残留応力が不均一除去およびワークピース屈曲の原因となるのを防止する;
13)プレエッチング技術(例えば、HFまたは緩衝酸化物エッチング)を研削後のワークピース上で利用して、不均一除去およびワークピース屈曲を引き起こす可能性がある残留応力を除去する;
14)プレエッチング技術(例えば、HFまたは緩衝酸化物エッチング)を研削後のワークピース上で利用して、傷の原因となり得る、研削表面上のガラスローグ粒子のもとになるものを除去する;
15)研磨機ハウジング内部および部品にフッ素化コーティングを使用して、研磨を反復する間に、スラリーを洗浄しやすくするため、かつローグ粒子の発生を最小限に抑えるために、スラリー粒子の付着力を低下させる;
16)ローグ粒子の発生を最小限に抑えるために、スラリー粒子を集めてしまう隅部や割れ目を最小限に抑える研磨機デザインを使用する;および/または
17)効率的にローグ粒子を除去し、かつスラリーの粒径分布を制御するアクティブスラリー濾過システムを使用する。
[0013] As described in greater detail throughout this specification, the engineering features provided by embodiments of the present invention may include one or more of the following.
1) Use a septum specifically designed for round and rectangular workpieces to prevent uneven pad wear;
2) Use specially designed septa to prevent uneven stress distribution and uneven material removal caused by viscoelasticity;
3) Use a specially designed septum to ensure a uniform distribution of slurry on the workpiece;
4) Use glass based rectangular septa to provide stability in uniform pad wear;
5) Use a CVO diamond-based rectangular septum to condition the pad to ensure a constant material removal rate with polishing time;
6) Use a wheel driven workpiece to prevent moment force from causing uneven stress distribution and uneven material removal;
7) Utilize low-z pivot point mounting to minimize moment force on the workpiece and septum;
8) Utilizing kinematics (workpiece and lap motion) to equalize the time average speed on the workpiece to prevent uneven material removal due to kinematics;
9) Using a chemically stable polishing slurry (eg, an anionic surfactant (eg, micro-90) or a cationic surfactant and a chelating agent at an appropriate pH and concentration in a cerium oxide (Hastite PO) slurry) To minimize particle agglomeration (causing rogue particles);
10) Use a 100% humidity hermetically sealed polishing chamber to a) prevent the formation of dry polishing slurries known to cause rogue particles that cause scratches, and b) be present in the environment Prevent external rogue particles from entering the polishing system;
11) Use strong button bonding technology (also called pitch button bonding (PBB)) to prevent workpiece deformation in high aspect ratio (thin) workpieces / optical elements;
12) Utilizing compliant button bonding technology (also referred to as foam button bonding (FBB)) to prevent residual stress from the grinding surface from causing uneven removal and workpiece bending;
13) A pre-etch technique (eg, HF or buffered oxide etch) is utilized on the ground workpiece to remove residual stresses that can cause non-uniform removal and workpiece bending;
14) A pre-etch technique (eg, HF or buffered oxide etch) is utilized on the ground workpiece to remove the source of glass rogue particles on the grinding surface that can cause scratches;
15) Using a fluorinated coating on the inside of the polisher housing and parts to facilitate cleaning of the slurry during repeated polishing and to minimize the generation of rogue particles, the adhesion of the slurry particles Reduce;
16) Use a grinder design that minimizes corners and cracks that collect slurry particles to minimize the occurrence of rogue particles; and / or 17) Efficiently remove rogue particles; And an active slurry filtration system that controls the particle size distribution of the slurry.
(項目1)
光学素子を研磨するための研磨システムであって、
半径方向寸法を有する研磨パッドと、
前記研磨パッド上に配置され、セプタム負荷(σs)を受け、前記光学素子を部分的に包囲するように構成されるセプタムと、を備え、
前記光学素子は、前記半径方向寸法の範囲にわたって前記研磨パッドと接触し、光学素子負荷(σo)を受け、前記光学素子負荷(σo)は前記セプタム負荷(σs)と異なる値とすることができ、前記研磨パッドのパッド摩耗率が、前記半径方向寸法の前記範囲にわたって、半径方向寸法の関数としてほぼ一定である研磨システム。
(項目2)
前記光学素子が円形レンズを含む、項目1に記載の研磨システム。
(項目3)
前記セプタムが、構造層と、コンプライアンス層と、研磨層と備える、項目1に記載の研磨システム。
(項目4)
前記構造層が、前記コンプライアンス層または前記研磨層よりも高い密度を特徴とする、項目3に記載の研磨システム。
(項目5)
前記光学素子が光学材料からなり、前記研磨層は前記光学材料からなる、項目3に記載の研磨システム。
(項目6)
前記光学材料が溶融シリカを含む、項目5に記載の研磨システム。
(項目7)
前記研磨パッドが、溶媒中に担持された研磨剤成分と添加剤とを含むスラリーを受け入れるように動作可能である、項目1に記載の研磨システム。
(項目8)
前記添加剤が、界面活性剤を含む、項目7に記載の研磨システム。
(項目9)
前記界面活性剤が、アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤を含む、項目8に記載の研磨システム。
(項目10)
前記研磨パッドを包囲し、周囲湿度よりも高い湿度を特徴とするチャンバをさらに備える、項目1に記載の研磨システム。
(項目11)
前記湿度が実質的に100%である、項目10に記載の研磨システム。
(項目12)
前記光学素子が、所定の研磨時間の後に固定値で安定するPV値を特徴とする、項目1に記載の研磨システム。
(項目13)
前記前記研磨パッドに配置される前記セプタムの全ての部分が、フラット形状で特徴づけられる項目1に記載の研磨システム。
(項目14)
研磨パッドを含む研磨ユニットと、
前記研磨パッドにスラリーを供給するように動作可能なスラリー供給システムと、
前記研磨ユニットを包囲するエンクロージャと、を備え、
前記エンクロージャ内の湿度が、前記スラリーの実質的な乾燥を防ぐのに十分な湿度である高湿度研磨システム。
(項目15)
前記湿度が、周囲湿度よりも高い湿度を特徴とする、項目14に記載の高湿度研磨システム。
(項目16)
前記湿度が実質的に100%である、項目15に記載の高湿度研磨システム。
(項目17)
前記スラリーが、溶媒と、前記溶媒中に担持された研磨剤成分と、前記溶媒中に担持された添加剤とを含む、項目14に記載の高湿度研磨システム。
(項目18)
前記研磨ユニットが、前記研磨パッドに隣接して配置され、前記研磨パッドの半径方向寸法の範囲にわたって前記研磨パッドと接触する光学素子を部分的に包囲するように構成されるセプタムをさらに備え、前記研磨パッドのパッド摩耗率が、前記半径方向寸法の前記範囲にわたって、半径方向寸法の関数としてほぼ一定である、項目14に記載の高湿度研磨システム。
(項目19)
前記スラリーが、溶媒と、前記溶媒中に担持された研磨剤成分と、前記溶媒中に担持された界面活性剤とを含む、項目18に記載の高湿度研磨システム。
(項目20)
溶媒と、
前記溶媒中に担持された研磨剤成分と、
前記溶媒中に担持された界面活性剤と、を備える光学素子を研磨するためのスラリーシステム。
(項目21)
前記溶媒が水を含む、項目20に記載のスラリーシステム。
(項目22)
前記研磨剤成分が、酸化セリウムおよびHastilite POのうちの少なくとも一方を含む、項目20に記載のスラリーシステム。
(項目23)
前記界面活性剤が、アニオン界面活性剤を含む、項目20に記載のスラリーシステム。
(項目24)
前記アニオン界面活性剤が、μ−90およびアンモニウムラウリル硫酸塩のうちの少なくとも一方を含む、項目23に記載のスラリーシステム。
(項目25)
前記界面活性剤が、カチオン界面活性剤を含む、項目20に記載のスラリーシステム。
(項目26)
キレート剤をさらに備える、項目20に記載のスラリーシステム。
(項目27)
ワークピースを基板に取り付けるための方法であって、
PV値を決定するステップと、
ピッチ面積に関連する値を決定するステップと、
ピッチの相対面積を計算するステップと、
ボタン半径を計算するステップと、
ピッチボタン数を計算するステップと、
N個のピッチボタンを前記ワークピースに結合させるステップと、
前記N個のピッチボタンを前記基板に結合させるステップと、を備える方法。
(項目28)
前記PV値が、固体ピッチ層に関連するPV値の測定に基づく、項目27に記載の方法。
(項目29)
前記ピッチの相対面積が、前記PV値を前記ピッチ面積に関連する値で除した値に等しい、項目27に記載の方法。
(項目30)
前記N個のピッチボタン同士の間隔がほぼ均一である、項目27に記載の方法。
(項目31)
前記N個のピッチボタンを前記ワークピースに結合させるステップが、前記N個のピッチボタンを、前記ワークピースに結合したテープ層に塗布する工程を含む、項目27に記載の方法。
(項目32)
前記ワークピースが光学素子を含み、前記基板はオプティカルフラットを含む、項目27に記載の方法。
[0014]従来技術と比較して、本発明によって非常に多くの利点が達成される。例えば、本発明の実施形態は、1回の反復で光学素子を所定の形状に研磨するのに適した方法およびシステムを提供する。本発明のこれらおよび他の実施形態を、その利点および特徴の多くとともに、以下の本文および添付図面と併せてより詳細に説明する。
(Item 1)
A polishing system for polishing an optical element,
A polishing pad having a radial dimension;
A septum disposed on the polishing pad and configured to receive a septum load (σs) and partially surround the optical element;
The optical element is in contact with the polishing pad over a range of the radial dimension and receives an optical element load (σo), and the optical element load (σo) can be different from the septum load (σs). A polishing system wherein the pad wear rate of the polishing pad is substantially constant as a function of radial dimension over the range of radial dimensions.
(Item 2)
Item 2. The polishing system of item 1, wherein the optical element comprises a circular lens.
(Item 3)
The polishing system according to item 1, wherein the septum includes a structural layer, a compliance layer, and a polishing layer.
(Item 4)
Item 4. The polishing system of item 3, wherein the structural layer is characterized by a higher density than the compliance layer or the polishing layer.
(Item 5)
4. The polishing system according to item 3, wherein the optical element is made of an optical material, and the polishing layer is made of the optical material.
(Item 6)
6. A polishing system according to item 5, wherein the optical material includes fused silica.
(Item 7)
The polishing system of item 1, wherein the polishing pad is operable to receive a slurry comprising an abrasive component and an additive carried in a solvent.
(Item 8)
8. The polishing system according to item 7, wherein the additive includes a surfactant.
(Item 9)
Item 9. The polishing system according to Item 8, wherein the surfactant includes an anionic surfactant or a cationic surfactant.
(Item 10)
The polishing system of item 1, further comprising a chamber surrounding the polishing pad and characterized by a humidity higher than ambient humidity.
(Item 11)
Item 11. The polishing system according to Item 10, wherein the humidity is substantially 100%.
(Item 12)
Item 2. The polishing system of item 1, wherein the optical element has a PV value that stabilizes at a fixed value after a predetermined polishing time.
(Item 13)
The polishing system of item 1, wherein all portions of the septum disposed on the polishing pad are characterized by a flat shape.
(Item 14)
A polishing unit including a polishing pad;
A slurry supply system operable to supply slurry to the polishing pad;
An enclosure surrounding the polishing unit;
A high humidity polishing system wherein the humidity in the enclosure is sufficient to prevent substantial drying of the slurry.
(Item 15)
Item 15. The high-humidity polishing system of item 14, wherein the humidity is higher than ambient humidity.
(Item 16)
Item 16. The high-humidity polishing system according to Item 15, wherein the humidity is substantially 100%.
(Item 17)
Item 15. The high-humidity polishing system according to Item 14, wherein the slurry includes a solvent, an abrasive component supported in the solvent, and an additive supported in the solvent.
(Item 18)
The polishing unit further comprising a septum disposed adjacent to the polishing pad and configured to partially surround an optical element in contact with the polishing pad over a range of radial dimensions of the polishing pad; Item 15. The high humidity polishing system of item 14, wherein the pad wear rate of the polishing pad is substantially constant as a function of radial dimension over the range of the radial dimension.
(Item 19)
Item 19. The high-humidity polishing system according to Item 18, wherein the slurry includes a solvent, an abrasive component supported in the solvent, and a surfactant supported in the solvent.
(Item 20)
A solvent,
An abrasive component carried in the solvent;
A slurry system for polishing an optical element comprising a surfactant carried in the solvent.
(Item 21)
Item 21. The slurry system of item 20, wherein the solvent comprises water.
(Item 22)
Item 21. The slurry system of item 20, wherein the abrasive component comprises at least one of cerium oxide and Hastilite PO.
(Item 23)
Item 21. The slurry system of item 20, wherein the surfactant comprises an anionic surfactant.
(Item 24)
24. The slurry system of item 23, wherein the anionic surfactant comprises at least one of μ-90 and ammonium lauryl sulfate.
(Item 25)
Item 21. The slurry system of item 20, wherein the surfactant comprises a cationic surfactant.
(Item 26)
21. The slurry system of item 20, further comprising a chelating agent.
(Item 27)
A method for attaching a workpiece to a substrate, comprising:
Determining a PV value;
Determining a value related to the pitch area;
Calculating the relative area of the pitch;
Calculating the button radius;
Calculating the number of pitch buttons;
Coupling N pitch buttons to the workpiece;
Coupling the N pitch buttons to the substrate.
(Item 28)
28. A method according to item 27, wherein the PV value is based on measurement of a PV value associated with a solid pitch layer.
(Item 29)
28. A method according to item 27, wherein a relative area of the pitch is equal to a value obtained by dividing the PV value by a value related to the pitch area.
(Item 30)
28. A method according to item 27, wherein a distance between the N pitch buttons is substantially uniform.
(Item 31)
28. The method of item 27, wherein coupling the N pitch buttons to the workpiece comprises applying the N pitch buttons to a tape layer coupled to the workpiece.
(Item 32)
28. A method according to item 27, wherein the workpiece includes an optical element and the substrate includes an optical flat.
[0014] Many advantages are achieved by the present invention compared to the prior art. For example, embodiments of the present invention provide methods and systems suitable for polishing an optical element to a predetermined shape in a single iteration. These and other embodiments of the present invention, along with many of its advantages and features, will be described in more detail in conjunction with the following text and accompanying drawings.
[0049]図1は、本発明の一実施形態に係る、研磨ムラに影響を与えるパラメータを示す表である。本発明の実施形態は、研磨ムラを低減させるための技術およびシステムを提供する。図1に示すパラメータのうちのいくつかの制御については、2010年1月28日付で出願された米国特許出願第12,695/986号明細書により詳細に記載されており、その全開示内容を本明細書に援用する。本出願全体を通してさらに詳述されているように、本発明の実施形態では、ミラーセプタム(mirror septum)を使用して弾性ラップレスポンス(elastic lap response)(4.2)および粘弾性の影響(4.5)を低減させ、かつ一定のラップ摩耗(4.6.1)を提供する。光学素子形状はその後、研磨プロセスを収束するために使用される(4.6.4)。 [0049] FIG. 1 is a table showing parameters affecting polishing unevenness according to one embodiment of the present invention. Embodiments of the present invention provide techniques and systems for reducing polishing unevenness. The control of some of the parameters shown in FIG. 1 is described in more detail in US patent application Ser. No. 12,695 / 986, filed Jan. 28, 2010, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. This is incorporated herein. As described in further detail throughout this application, embodiments of the present invention use a mirror septum to provide an elastic lap response (4.2) and viscoelastic effects (4). .5) and provide constant lap wear (4.6.1). The optical element shape is then used to converge the polishing process (4.6.4).
[0050]図1に示すように、1つの可変要素を除いた様々なパラメータを低減または除去し、その1つの可変要素は、その後フルアパーチャ研磨システムにおいて光学素子を所望の形状に収束させるために使用する。これは、所望の形状を生成するために、光学技術者が様々なパラメータをリアルタイムで同時に変化させていた以前の技術とは明らかに対照的である。本発明者らが、図1に示す材料除去に影響するパラメータを判断して低減または除去したため、1つの可変要素、すなわち光学素子とラップとの間のミスマッチのみが残される。その後、光学素子の最終的な所望の形状を有するラップを使用して、光学素子をラップの形状に一致するように収束させる方法で研磨する。 [0050] As shown in FIG. 1, various parameters except for one variable element are reduced or eliminated, which then causes the optical element to converge to a desired shape in a full aperture polishing system. use. This is in sharp contrast to previous techniques in which the optical engineer changed various parameters simultaneously in real time to produce the desired shape. Since the inventors have determined and reduced or eliminated the parameters affecting the material removal shown in FIG. 1, only one variable, the mismatch between the optical element and the wrap, remains. The optical element is then polished in a manner that converges to match the shape of the wrap using a wrap having the final desired shape of the optical element.
[0051]図2−1(A)は、本発明の一実施形態に係る、異なる研磨構成についてPV値(peak−to−valley height:凹凸高低差)を研磨時間の関数として示す簡易プロットである。図2−1(A)に示すように、研磨時間の関数としての光学素子のPV値のプロットが様々な研磨構成について示されている。図2−1(A)に示すように、本発明者らが図1に示すパラメータに対処したため、研磨時間の関数としてのPV値をほとんど変化させない状態から全く変化させない状態で光学素子を研磨することができる。「パッド摩耗低減」曲線(5番)によって示されるように、本発明者らは、研磨の際にパッドが形状を変化させ、その結果、研磨するにつれて形状が光学素子上の圧力分布を変化させることを突き止めた。したがって、本発明の実施形態は、セプタムを使用してラップに接触し、光学素子が引き起こしている摩耗と本質的に逆(すなわち、空間的に逆)の摩耗を実現することによって、パッド摩耗を相殺して空間的に均一なパッド摩耗を形成する。したがって、本発明の実施形態は、6番の曲線に示すように粘弾性の影響を低減させ、時間の関数としてのほぼ一定のPV値をもたらす。 [0051] FIG. 2-1 (A) is a simplified plot showing PV values (peak-to-valley height) as a function of polishing time for different polishing configurations, according to one embodiment of the present invention. . As shown in FIG. 2-1 (A), a plot of the PV value of the optical element as a function of polishing time is shown for various polishing configurations. As shown in FIG. 2A, since the present inventors have dealt with the parameters shown in FIG. 1, the optical element is polished in a state where the PV value as a function of the polishing time is hardly changed from a state where it is hardly changed. be able to. As shown by the “pad wear reduction” curve (No. 5), we change the shape of the pad during polishing so that the shape changes the pressure distribution on the optical element as it is polished. I found out. Thus, embodiments of the present invention use a septum to contact the wrap and reduce pad wear by achieving essentially the opposite (ie, spatially opposite) wear caused by the optical element. Compensates for spatially uniform pad wear. Thus, embodiments of the present invention reduce the effect of viscoelasticity, as shown in curve # 6, resulting in a nearly constant PV value as a function of time.
[0052]図2−1(B)から図2−1(G)は、本発明の一実施形態に係る異なる研磨構成を示す。図2−1(B)から図2−1(G)に示すパラメータは、図2−1(A)における曲線の番号に一致している。 [0052] FIGS. 2-1 (B) to 2-1 (G) illustrate different polishing configurations according to one embodiment of the present invention. The parameters shown in FIGS. 2-1 (B) to 2-1 (G) correspond to the curve numbers in FIG. 2-1 (A).
[0053]本発明者らは、図2−1(A)はプロット番号6(粘弾性低減(77))で安定したPV値を示しているものの、100時間を越えた場合、PV値がより高いレベルに上昇して、時間の関数としてのPV値が上昇する可能性があることを突き止めた。図2−2は、本発明の一実施形態に係る、研磨構成についてPV値を研磨時間の関数として示す簡易プロットである。図2−2に示すように、0時間から約150時間の間に収束点(convergence point)が移動している。本発明の実施形態は限定されないが、本発明者らは、収束点移動の潜在的な原因となる1つのメカニズムは、光学素子に起因するパッド摩耗とセプタムに起因するパッド摩耗との間のバランスが乱れることによって、PV値の上昇が引き起こされることであると考える。 [0053] Although the present inventors have shown a stable PV value with plot number 6 (reduced viscoelasticity (77)) in Fig. 2-1 (A), the PV value is higher when 100 hours are exceeded. It has been found that the PV value as a function of time can rise, rising to a higher level. FIG. 2-2 is a simplified plot showing the PV value as a function of polishing time for a polishing configuration, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2-2, the convergence point moves from 0 hour to about 150 hours. While embodiments of the present invention are not limited, we have found that one mechanism that can potentially cause convergence point movement is the balance between pad wear due to optical elements and pad wear due to septum. It is considered that an increase in PV value is caused by the disturbance of.
[0054]本発明の実施形態は、研磨されている光学素子を除去し、セプタムのみを使用して研磨システムを稼働させることで収束点を調整する。セプタムのみでシステムを稼働させることにより、収束点を調整してPV値を所定レベルより小さい値まで戻す。収束点の移動は、単一の光学素子に対する研磨作業に伴う期間よりも長い期間にわたって起こるためである。一例として、ある光学素子に対する研磨時間を10時間とすることができ、同時に、多数の光学素子(例えば、15個の光学素子)を、PV値が2.5μmを超えるまで増加するまでに、図2−2に示す約150時間内で研磨する。したがって、収束点の調整は、単一の光学素子を研磨するのに利用される一般的な期間と比較して、長い期間をかけて行われる。本発明の実施形態は、このような長期間をかけての収束点の調整に限定されないが、複数の光学素子に対する研磨プロセスに伴う期間の観点から、以下の例を提示する。 [0054] Embodiments of the present invention adjust the convergence point by removing the optical element being polished and operating the polishing system using only the septum. By operating the system with only the septum, the convergence point is adjusted to return the PV value to a value smaller than a predetermined level. This is because the movement of the convergence point occurs over a longer period than that associated with the polishing operation for a single optical element. As an example, the polishing time for an optical element can be 10 hours, while simultaneously increasing the number of optical elements (eg, 15 optical elements) until the PV value increases to greater than 2.5 μm. Polishing within about 150 hours shown in 2-2. Therefore, the adjustment of the convergence point is performed over a long period of time as compared with a general period used for polishing a single optical element. Although the embodiment of the present invention is not limited to such adjustment of the convergence point over a long period of time, the following example is presented from the viewpoint of the period accompanying the polishing process for a plurality of optical elements.
[0055]図2−2を参照すると、収束点は、最初の150時間の研磨の間に、最初は約0.5μmから約2.5μmまで移動した。収束点の数値を低下させるために、本発明の実施形態は、PV値を所定のレベルまで低下させるため、しばらくの間研磨システムをセプタムのみを使用して稼働させるように光学素子を除去する。図2−2に示すように、約200時間から約400時間までの期間に、0.6psiのセプタムのみを使用して研磨システムを稼働させることで、0.48mmまで下落するPV値によって示されるように収束点が低下する。図に示されているように、PV値の減少速度は比較的遅いが(例えば、約1.7μm/212時間=7.3nm/時間)、制御可能かつほぼ直線状である。約400時間以降の期間では、セプタムおよび光学素子の両方を使用する。それによって、約400時間から約500時間の間に、収束点に新たなドリフトが起こる。最後の数個のデータ点によって示されているように、約500時間以降にセプタムのみを使用して研磨を行うことで、期待通りに収束点が低下する。したがって、実施形態では、光学素子を使用せずにセプタム(例えば、0.6psiのセプタム)のみを使用して研磨するプロセスを、収束点を微調整するための方法として利用する。当業者であれば、多くの変形、変更および代替例を認識するであろう。 [0055] Referring to FIG. 2-2, the convergence point initially moved from about 0.5 μm to about 2.5 μm during the first 150 hours of polishing. In order to reduce the value of the convergence point, embodiments of the present invention remove the optical element to operate the polishing system for a while using only the septum to reduce the PV value to a predetermined level. As shown in FIG. 2-2, indicated by the PV value falling to 0.48 mm by running the polishing system using only 0.6 psi septum in the period from about 200 hours to about 400 hours. As a result, the convergence point decreases. As shown in the figure, the rate of decrease in PV value is relatively slow (eg, about 1.7 μm / 212 hours = 7.3 nm / hour) but is controllable and nearly linear. For periods after about 400 hours, both septa and optical elements are used. Thereby, a new drift occurs at the convergence point between about 400 hours and about 500 hours. As indicated by the last few data points, polishing using only the septum after about 500 hours reduces the convergence point as expected. Therefore, in the embodiment, a process of polishing using only a septum (for example, a 0.6 psi septum) without using an optical element is used as a method for finely adjusting the convergence point. Those skilled in the art will recognize many variations, modifications, and alternatives.
[0056]コンバージェントパッド研磨については、2012年3月発行の、International Journal of Applied Glass Science,Special Issue: Part1,The Flow and Fracture of Advanced Glasses Part2,General Glass Science, Volume 3,Issue 1の14〜28頁に記載の、Tayyab Suratwala、Rusty Steele、Michael Feit、 Richard DesjardinおよびDanMason著「Convergent Pad Polishing of Amorphous Silica」においてさらに説明されており、あらゆる目的のために、その全内容を本明細書に援用する。 [0056] Convergent pad polishing is published in March 2012, International Journal of Applied Glass Science, Special Issue: Part 1, The Flow and Fluctuation of Advanced 14 It is further described in “Convergent Pad Polishing of Amorphous Silica” by Tayab Suratwala, Rusty Steele, Michael Feit, Richard Desjardin and DanMason, described on page 28, for all purposes, To incorporate the entire contents herein.
[0057]図17は、本発明の一実施形態に係る、1セットの光学素子を研磨する方法を示す簡易フローチャートである。方法1700は、セプタムを使用して光学素子の第一のサブセットを研磨することと、第一の所定値未満のPV値を特徴とする研磨プロセスとを含む(1710)。本方法は、PV値が第一の所定値以上であるかを判定することも含む(1712)。いったんPV値が第一の所定値に達すると、光学素子の第一のサブセットの最後の光学素子を除去し、研磨システムを光学素子なしで、ある期間稼働させる(1714)。その期間の後、PV値が第二の所定値未満まで減少したかを判定する(1716)。一部の実施形態では、第二の所定値は第一の所定値未満である。他の実施形態では、第二の所定値は第一の所定値と等しい。 [0057] FIG. 17 is a simplified flowchart illustrating a method of polishing a set of optical elements according to an embodiment of the present invention. The method 1700 includes polishing a first subset of optical elements using a septum and a polishing process characterized by a PV value less than a first predetermined value (1710). The method also includes determining whether the PV value is greater than or equal to a first predetermined value (1712). Once the PV value reaches the first predetermined value, the last optical element of the first subset of optical elements is removed and the polishing system is operated for a period of time without the optical elements (1714). After that period, it is determined whether the PV value has decreased to less than a second predetermined value (1716). In some embodiments, the second predetermined value is less than the first predetermined value. In other embodiments, the second predetermined value is equal to the first predetermined value.
[0058]一部の実施形態では、収束点の調整中の研磨システムの運転では、光学素子なしでセプタムを使用したり、(下記の他の実施形態で述べるように)光学素子のうちの1つを使用したり、セプタム以外のデバイスまたは光学素子を使用したりする。したがって、収束点を調整するセプタム以外の形状が本発明の範囲内に含まれる。 [0058] In some embodiments, the operation of the polishing system during adjustment of the convergence point uses a septum without an optical element or one of the optical elements (as described in other embodiments below). Or use a device or optical element other than a septum. Therefore, shapes other than the septum for adjusting the convergence point are included in the scope of the present invention.
[0059]いったんPV値が第二の所定値に達すると、セプタムを使用して、第一の所定値未満のPV値を特徴とする研磨プロセスによって光学素子の第二のサブセットを研磨する(1718)。 [0059] Once the PV value reaches a second predetermined value, a septum is used to polish a second subset of optical elements by a polishing process characterized by a PV value less than the first predetermined value (1718). ).
[0060]PV値が研磨時間の関数としての負の方向に増加する他の実施形態では、セプタムを除去して、セプタムを使用せずに光学素子のセット中の1つの光学素子またはダミー光学素子を研磨することでプロセス1714を変更するように、図17に示す実施形態を変更することができる。したがって、この相補的補正方法を利用して、負の方向に増加するPV値を調整することができる。 [0060] In other embodiments in which the PV value increases in a negative direction as a function of polishing time, the septum is removed and one optical element or dummy optical element in the set of optical elements without using a septum The embodiment shown in FIG. 17 can be modified to change the process 1714 by polishing. Therefore, this complementary correction method can be used to adjust the PV value that increases in the negative direction.
[0061]図3Aは、本発明の一実施形態に係る、初期形状を変えた場合の研磨収束を示す簡易プロットである。図3Aでは、光学素子は低アスペクト比の円形ワークピースとした。図3Aに示すように、ワークピース(すなわち、光学素子)におけるPV値(凹凸高低差)は、実験79については、元は約7μm(すなわち、約14ウェーブ)であり、約−1μm(すなわち、2ウェーブ)まで低下する。実験80については、元は約−7μmのPV値が、約−1.5μmまで低下する。したがって、本発明の実施形態は、光学素子における元の形状の違いにかかわらず、均一な平滑度に収束させる光学研磨となるコンバージェント研磨技術を提供する。図3Aに示すここでの収束帯域は、幅が約0.5μm未満の負のPV値を特徴とするが、本発明はこの特定のPV値に限定されず、他のゼロを中心とするより狭いPV値の帯域も本発明の範囲内に含まれる。 [0061] FIG. 3A is a simplified plot showing polishing convergence when the initial shape is changed, according to one embodiment of the invention. In FIG. 3A, the optical element is a low aspect ratio circular workpiece. As shown in FIG. 3A, the PV value (unevenness difference) in the workpiece (ie, the optical element) is about 7 μm (ie, about 14 waves) for Experiment 79, and about −1 μm (ie, 2 waves). For experiment 80, the original PV value of about −7 μm drops to about −1.5 μm. Therefore, the embodiment of the present invention provides a convergent polishing technique that is optical polishing that converges to a uniform smoothness regardless of the difference in the original shape of the optical element. The convergence band here shown in FIG. 3A is characterized by a negative PV value with a width of less than about 0.5 μm, but the present invention is not limited to this particular PV value, rather than centering on other zeros. Narrow PV value bands are also included within the scope of the present invention.
[0062]本発明の実施形態を利用して、ラップと光学素子形状との間のミスマッチによって形状収束を行うことで、1回の反復で行う初期表面非依存研磨プロセス(initial−surface−independent polishing process)が可能になる。研磨中、圧力の光学素子とラップとの間のミスマッチの正規化(the optic−lap mismatch normalization)により、光学素子はラップと同一形状に収束することになる。したがって、本発明の実施形態は、PV値を所定のPV値を特徴とする帯域に長期間維持したままで、研磨プロセスをその帯域に収束させる。 [0062] Initial-surface-independent polishing process performed in one iteration by performing shape convergence using mismatches between the wrap and optical element shape using embodiments of the present invention. process). During polishing, the optical element converges to the same shape as the wrap due to the normalization of the mismatch between the pressure optic and the wrap. Accordingly, embodiments of the present invention allow the polishing process to converge to a band while maintaining the PV value in a band characterized by a predetermined PV value for an extended period of time.
[0063]本発明によってもたらされる利点のうちのひとつは、コンバージェント研磨プロセスは一定のPV値で終了し、この収束値に長期間留まることである。過研磨を防ぐために研磨を正確な時間で終了させなくてはならない従来の研磨技術に対して、コンバージェント研磨技術は、1回の反復で自己終端し、光学素子の初期表面と無関係なラップの形状に基づいた所望の形状を提供する。 [0063] One of the advantages provided by the present invention is that the convergent polishing process ends at a constant PV value and stays at this convergence value for a long time. In contrast to conventional polishing techniques where polishing must be completed in a precise time to prevent overpolishing, convergent polishing techniques are self-terminating in a single iteration and are free of wraps that are independent of the initial surface of the optical element. Provide a desired shape based on the shape.
[0064]図3Bは、本発明の一実施形態に係る、低アスペクト比の円形光学素子についての研磨収束を示す簡易プロットである。図3Bに示す研磨プロセスに使用する研磨パッド(すなわち、ミシガン州ミッドランドのDow Chemical CompanyのIC1000(商標)研磨パッド)は、図3Aに示す研磨プロセスで使用する研磨パッド(すなわち、Dow Chemical CompanyのSuba(商標)550研磨パッド)と異なる。図3Cは、本発明の一実施形態に係る、正方形光学素子についての研磨収束を示す簡易プロットである。図3Dは、本発明の一実施形態に係る、高アスペクト比の円形光学素子についての研磨収束を示す簡易プロットである。 [0064] FIG. 3B is a simplified plot showing polishing convergence for a low aspect ratio circular optical element, according to one embodiment of the invention. The polishing pad used in the polishing process shown in FIG. 3B (ie, the Dow Chemical Company IC1000 ™ polishing pad in Midland, Michigan) is the polishing pad used in the polishing process shown in FIG. 3A (ie, Suba from Dow Chemical Company). (Trademark) 550 polishing pad). FIG. 3C is a simplified plot showing polishing convergence for a square optical element, according to one embodiment of the present invention. FIG. 3D is a simplified plot showing polishing convergence for a high aspect ratio circular optical element, according to one embodiment of the present invention.
[0065]図3Aから図3Dに示すように、異なる初期表面形状を有するワークピースおよび4つの異なる構成において、PV値は研磨時間の関数としての所定の帯域に収束する。一例として、図3Cでは、低アスペクト比の正方形ワークピースをIC1000(商標)研磨パッドを使用して研磨し、図3Dでは、高アスペクト比の(研削または研磨された)円形ワークピースをIC1000(商標)研磨パッドを使用して研磨した。これらの図に示す研磨作業では、初期表面形状を変化させることで特徴付けた複数のワークピースを、全てのワークピースを最終的な、名義上はフラット形状に収束させながら同様に研磨することによって、コンバージェントフルアパーチャ研磨を実証した。 [0065] As shown in FIGS. 3A-3D, in workpieces with different initial surface shapes and in four different configurations, the PV value converges to a predetermined band as a function of polishing time. As an example, in FIG. 3C, a low aspect ratio square workpiece is polished using an IC1000 ™ polishing pad, and in FIG. 3D, a high aspect ratio (ground or polished) circular workpiece is IC1000 ™. ) Polished using a polishing pad. In the polishing operations shown in these figures, a plurality of workpieces characterized by changing the initial surface shape are similarly polished while converging all the workpieces into a final, nominally flat shape. Convergent full aperture polishing was demonstrated.
[0066]図4(A)から(E)は、本発明の一実施形態に係る、様々な研磨時間でのPV値を示す表面輪郭である。原表面を4Aに示し、PV値が6.5μmである。1時間の研磨後の表面を図4(B)に示し、PV=4.64μmである。その後の研磨時間を図4(C)から図4(E)に示し、2時間の研磨後はPV=3.59μm(図4(C))であり、6時間の研磨後はPV=−1.04μm(図4(D))であり、24時間の研磨後はPV=−0.95μm(図4(E))である。図4(D)および図4(E)に示すように、コンバージェント研磨プロセスは、所定の期間後は固定されたPV値で終了する。 [0066] FIGS. 4A through 4E are surface contours showing PV values at various polishing times, according to one embodiment of the present invention. The original surface is shown in 4A, and the PV value is 6.5 μm. The surface after polishing for 1 hour is shown in FIG. 4B, where PV = 4.64 μm. The subsequent polishing time is shown in FIG. 4 (C) to FIG. 4 (E). After polishing for 2 hours, PV = 3.59 μm (FIG. 4 (C)), and after polishing for 6 hours, PV = −1. 0.04 μm (FIG. 4D), and PV = −0.95 μm after polishing for 24 hours (FIG. 4E). As shown in FIGS. 4D and 4E, the convergent polishing process ends with a fixed PV value after a predetermined period.
[0067]図5(A)は、本発明の一実施形態に係る研磨セプタム(polishing septum)の簡略斜視図である。図5(A)に示す実施形態におけるセプタム500は、円形光学素子を受け入れるように成形されたカーブ510を含む。他の実施形態では、研磨されている光学素子によって引き起こされる、空間的に非均一なパッド摩耗を相殺するパッド摩耗も生じさせる犠牲ワークピースになり得るセプタムを、正方形光学素子や長方形光学素子などを含む異なる形状を有するワークピースと呼ぶことができる光学素子を受け入れるように変更する。セプタム500は、図5(B)に示すような積層材料、例えば、例えば25mmのステンレス鋼または十分な剛性および密度を有する他の材料から形成される構造層520と、例えば3mmのゴムまたは他の順応性材料から形成されるコンプライアンス層(compliance layer)522と、例えば1.1mmの溶融シリカまたは研磨されている光学素子と同等の他の材料から形成される研磨層524とを含むことが可能である。セプタムの所望の質量に応じて、上記の異なる層で使用する材料を、剛性/質量、順応性および研磨相似性の機能を提供するように変更することができる。一例として、構造層は、好ましくはセプタムを低アスペクト比にするために、積層材料を含むアルミニウムまたは高密度の他の材料から形成することもできる。図5(A)に示すセプタムは円形光学素子の研磨に適しているが、正方形および長方形の光学素子を含む他の形状が本発明の範囲に含まれる。 [0067] FIG. 5A is a simplified perspective view of a polishing septum according to one embodiment of the present invention. The septum 500 in the embodiment shown in FIG. 5A includes a curve 510 shaped to receive a circular optical element. In other embodiments, the septum can be a sacrificial workpiece that also causes pad wear that counteracts the spatially non-uniform pad wear caused by the optical element being polished, such as a square optical element or a rectangular optical element. Modifications are made to accept optical elements that may be referred to as workpieces having different shapes. The septum 500 includes a structural material 520 formed from a laminated material such as that shown in FIG. 5B, for example, 25 mm stainless steel or other material with sufficient stiffness and density, and a 3 mm rubber or other A compliance layer 522 formed from a compliant material and a polishing layer 524 formed from, for example, 1.1 mm fused silica or other material equivalent to the optical element being polished can be included. is there. Depending on the desired mass of the septum, the materials used in the different layers can be modified to provide stiffness / mass, conformability and polishing similarity functions. As an example, the structural layer can also be formed from aluminum, including laminated materials, or other high density materials, preferably in order to reduce the septum to a low aspect ratio. The septum shown in FIG. 5A is suitable for polishing circular optical elements, but other shapes including square and rectangular optical elements are within the scope of the present invention.
[0068]セプタムはこのようにして、セプタムをパッドに当てる際の圧力を正規化してセプタム全体で一定にすることができるコンプライアンス層により、フラット形状をもたらす。ゴム以外の材料、例えば、軟質ポリマー、発泡材料、シリコーン、これらの複合材料などを利用することもできる。コンプライアンス層は、必要に応じてエポキシ類または他の接着剤を使用して、構造層に接着することが可能である。研磨されている光学素子と同じ材料を研磨層に使用することは、同一のパッド摩耗率をもたらすために有益である。しかしながら、他の材料を特定用途に合わせて適宜利用することができる。当業者には明らかであるように、研磨されている光学素子と異なる材料を使用することで、セプタムの形状が異なるものとなる。図5(A)に示すセプタムデザインでは、セプタム(すなわち、0.3psiのセプタム)によるラップ上の圧力(すなわち、負荷)は、光学素子による圧力と一致する。他のデザインでは、セプタムと光学素子との間の圧力を別の圧力に特定することで、別のセプタム形状が生成される。 [0068] The septum thus provides a flat shape with a compliance layer that can normalize the pressure when the septum is applied to the pad and keep it constant throughout the septum. A material other than rubber, for example, a soft polymer, a foamed material, silicone, or a composite material thereof can also be used. The compliance layer can be adhered to the structural layer using epoxies or other adhesives as required. Using the same material for the polishing layer as the optical element being polished is beneficial to provide the same pad wear rate. However, other materials can be used as appropriate for a specific application. As will be apparent to those skilled in the art, the use of a different material than the optical element being polished results in a different septum shape. In the septum design shown in FIG. 5A, the pressure (ie, load) on the wrap by the septum (ie, 0.3 psi septum) matches the pressure by the optical element. In other designs, specifying the pressure between the septum and the optical element to another pressure creates another septum shape.
[0069]図6は、本発明の一実施形態に係る、半径方向距離の関数としてのパッド摩耗率の簡易プロットである。図6を参照すると、ワークピースによる摩耗(すなわち、研磨パッドの摩耗率)が、研磨機の中心からの距離の関数として、右方向に平行線模様を付けた領域で示されている。曲線の下のこの領域は、単に光学素子をラッピングパッド上に置いた場合にどれだけパッドが摩耗するかを示している。図示されているグラフに関して、光学素子(optical element、opticともいう)は、直径100mmの研磨機の中心から25mmの位置に置かれる。光学素子がパッド(例えば、0〜25mm)と接触しない場所ではパッド摩耗は起こらず、この領域では摩耗率がゼロとなる。同様のゼロパッド摩耗が、距離が125mmを超える箇所で示されている。示されている摩耗率を考えると、時間が経過するにつれて、この曲線の逆の曲線が研磨中のパッドにおける摩耗溝の形状となる。 [0069] FIG. 6 is a simplified plot of pad wear rate as a function of radial distance, according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the wear by the workpiece (i.e., the wear rate of the polishing pad) is shown in a region with parallel lines in the right direction as a function of distance from the center of the polisher. This area under the curve simply shows how much the pad wears when the optical element is placed on the wrapping pad. With respect to the illustrated graph, an optical element (also called optical element, optical) is placed 25 mm from the center of a 100 mm diameter polisher. Pad wear does not occur where the optical element does not contact the pad (for example, 0 to 25 mm), and the wear rate is zero in this region. Similar zero pad wear is shown where the distance exceeds 125 mm. Given the wear rate shown, over time, the inverse of this curve becomes the shape of the wear groove in the pad being polished.
[0070] (左方向に平行線模様を付けた領域によってコンプリメント摩耗として示されている)セプタムによる研磨パッド摩耗がもたらされ、距離の関数として一定の全体的なパッド摩耗率(C)を生成する。当業者には明らかであるように、一定値とワークピースによる摩耗との間の差は、図示の摩耗率を生成するセプタムの形状をデザインするための規準となる。 [0070] Polishing pad wear due to the septum (shown as complement wear by the parallel lined region in the left direction) is provided, giving a constant overall pad wear rate (C) as a function of distance. Generate. As will be apparent to those skilled in the art, the difference between the constant value and the wear by the workpiece is a criterion for designing the shape of the septum that produces the wear rate shown.
[0071]パッド摩耗率は、ワークピース(すなわち、光学素子)によるパッド摩耗と、セプタムによるパッド摩耗との組み合わせによって以下の式で表すことができる。
式中、r=パッドの中心からの距離
s=パッドの中心からの光学素子の変位
kL=プレストン係数(光学素子とセプタムの研磨表面とが同じ材料であれば、同一値である)
μ=摩擦係数
σ=負荷(圧力)であり、光学素子およびセプタム両方に対して同じ値となり得る
fO(r)=rにおける光学素子の周方向幅
fS(r)=rにおけるセプタムの周方向幅
VrO=rにおける光学素子とパッドとの間の相対速度であり、RO=RLであれば、R
Osと等しい
VrS=rにおけるセプタムとパッドとの間の相対速度であり、RO=RLであれば、R
Lrと等しい
RO=光学素子の回転速度
RL=ラップ(すなわち、パッド)の回転速度
[0071] The pad wear rate can be expressed by the following equation by the combination of the pad wear due to the workpiece (ie, the optical element) and the pad wear due to the septum.
Where r = distance from the center of the pad s = displacement of the optical element from the center of the pad k L = Preston coefficient (if the optical element and the polished surface of the septum are the same material, they are the same value)
μ = coefficient of friction σ = load (pressure), which can be the same value for both optical element and septum, circumferential width of the optical element at f O (r) = r f S (r) = rection of the septum at r Relative velocity between the optical element and the pad in the direction width V rO = r, and if R O = RL , then R
Relative velocity between septum and pad at V rS = r equal to O s, and if R O = R L then R
R o equal to L r = rotational speed of the optical element R L = rotational speed of the wrap (ie pad)
[0072]一定のパッド摩耗率
のためのセプタムの形状は、セプタムの幅を以下の式で計算することにより決定される。
円形光学素子については、以下の式を用いて計算する。
The shape of the septum for is determined by calculating the width of the septum with the following formula:
For a circular optical element, calculation is performed using the following equation.
[0073] 図5(A)に示すような、本発明の実施形態によって提供されるセプタムは、従来の研磨技術を用いても得ることができない利点を提供する。セプタムの形状は、光学素子上の位置の関数としてのパッド摩耗率を一定にするように、図6および図7に関して説明したようにプレストン方程式を使用してデザインされる。一部の実施形態では、パッド摩耗の均一性は、光学素子と接触しているパッド上の部分全体にわたって差異が5%未満であるパッド摩耗率の値を特徴とする。他の実施形態では、パッド摩耗率の値の差異は、2%未満、1.5%未満、1%未満、0.75%未満、0.5%未満、0.4%未満、0.3%未満、0.3%未満、0.2%未満、0.1%未満、0.05%未満、0.025%未満、または0.01%未満である。例えば、位置の関数としての第一のパッド摩耗率は、光学素子による摩耗と関連しており、位置の関数としての第二のパッド摩耗率は、セプタムによる摩耗と関連している(図6参照)。これらのパッド摩耗率の和は、光学素子と接触しているパッド上の複数の部分で、ほぼ一定の率となる。一部の実施形態では、パッド摩耗率の均一性は1ウェーブ未満であるが、当業者には明らかであるように、パッド摩耗率の均一性は、光学素子と接触していないパッド上の複数の領域(例えば、図6において、半径方向距離が25mm未満および125mmを超える部分)では減少する可能性があるが、特定の用途に応じて、適宜均一性がこれらの光学素子と接触していない部分に及ぶ。当業者であれば、多くの変形、変更および代替例を認識するであろう。 [0073] Septa provided by embodiments of the present invention, as shown in FIG. 5A, provide advantages that cannot be obtained using conventional polishing techniques. The septum shape is designed using the Preston equation as described with respect to FIGS. 6 and 7 to keep the pad wear rate constant as a function of position on the optical element. In some embodiments, pad wear uniformity is characterized by a pad wear rate value that is less than 5% different across the portion of the pad that is in contact with the optical element. In other embodiments, the difference in pad wear rate values is less than 2%, less than 1.5%, less than 1%, less than 0.75%, less than 0.5%, less than 0.4%, 0.3 %, Less than 0.3%, less than 0.2%, less than 0.1%, less than 0.05%, less than 0.025%, or less than 0.01%. For example, a first pad wear rate as a function of position is associated with wear by an optical element, and a second pad wear rate as a function of position is associated with wear by a septum (see FIG. 6). ). The sum of these pad wear rates is a substantially constant rate at a plurality of portions on the pad in contact with the optical element. In some embodiments, pad wear rate uniformity is less than one wave, but as will be apparent to those skilled in the art, pad wear rate uniformity is more than one on a pad that is not in contact with an optical element. (For example, in FIG. 6, where the radial distance is less than 25 mm and greater than 125 mm), the uniformity is not in contact with these optical elements as appropriate, depending on the particular application. Spans part. Those skilled in the art will recognize many variations, modifications, and alternatives.
[0074]ここで述べるようなセプタムを使用することで、空間的なパッド摩耗の均一性を向上させることに加えて、速度および圧力に比例して変化する他の現象に起因する他の相互利益ももたらす可能性があることに注意されたい。そのような現象の例には、パッドの圧縮および粘弾性、パッドの艶出し、摩擦を引き起こす温度効果、スラリー分布などがある。 [0074] In addition to improving spatial pad wear uniformity by using a septum as described herein, there are other mutual benefits due to other phenomena that vary proportionally with speed and pressure. Note that this can also result in Examples of such phenomena include pad compression and viscoelasticity, pad glazing, temperature effects that cause friction, and slurry distribution.
[0075]本発明の実施形態を利用することで、位置の関数としてのパッド摩耗は、位置の関数としてほぼ均一、例えば複数の光学素子に対して数ウェーブ未満である。一実施形態では、パッド摩耗の均一性は、光学素子と接触している半径方向にわたって1ウェーブ以内である。しかしながら、パッド摩耗の均一性は、より一層均一なパッド摩耗、例えば1ウェーブ未満で特徴付けてもよい。 [0075] By utilizing embodiments of the present invention, pad wear as a function of position is substantially uniform as a function of position, eg, less than a few waves for multiple optical elements. In one embodiment, the pad wear uniformity is within one wave across the radial direction in contact with the optical element. However, pad wear uniformity may be characterized by even more uniform pad wear, eg, less than one wave.
[0076]図7は、本発明の一実施形態に係る、半径方向距離の関数としてのセプタム幅の簡易プロットである。図7におけるセプタム幅(すなわち、周方向幅)は、特定の半径方向距離におけるラップの外周によって設定される最大厚さ(短い半径方向距離においては、セプタムで覆うことが可能な外周は限られている)と、粘弾性および剛体パンチの影響によって設定される最少厚さとによって囲まれている。より軟質のパッドでは、粘弾性の影響がより顕著になるのに対して、より硬質のパッドでは、剛体パンチの影響がより顕著になる。 [0076] FIG. 7 is a simplified plot of septum width as a function of radial distance, according to one embodiment of the present invention. The septum width (ie, circumferential width) in FIG. 7 is the maximum thickness set by the outer circumference of the wrap at a particular radial distance (at shorter radial distances, the outer circumference that can be covered by the septum is limited. And the minimum thickness set by the influence of viscoelasticity and rigid punch. With a softer pad, the effect of viscoelasticity becomes more prominent, whereas with a harder pad, the effect of a rigid punch becomes more prominent.
[0077]図7では、セプタムの形状は円形光学素子用に決定されているが、その光学素子に対する他の形状が本発明の範囲に含まれる。ここに述べた数式を使用して、セプタムの負荷を光学素子の負荷と異なるものとすることができ、例えば、不均一な負荷とすることですら可能である。関数fO(s)は、所定の形状、例えば円形または長方形の光学素子について算出してから、セプタム形状を規定するためにこの式中に代入する。ここで周方向幅と呼ぶ関数fO(r)およびfS(r)は、それぞれ、光学素子またはセプタムで覆われる半径rでのラップ外周の割合として定義される。 [0077] In FIG. 7, the shape of the septum is determined for a circular optical element, but other shapes for that optical element are within the scope of the present invention. Using the formulas described here, the septum load can be different from the optical element load, for example, even a non-uniform load. The function f O (s) is calculated for a predetermined shape, such as a circular or rectangular optical element, and then substituted into this equation to define the septum shape. The functions f O (r) and f S (r), referred to herein as the circumferential width, are defined as the ratio of the outer circumference of the wrap at the radius r covered by the optical element or septum, respectively.
[0078]当然のことながら、半径方向距離が減少するにつれて、半径方向速度はゼロに向かうため、セプタムの研磨機の中心付近の部分(ラップ上の半径方向距離の短い部分)では、図6に示す一定値を達成することはできないかもしれない。しかしながら、光学素子は中心から有限距離(例えば、図示の実施形態では25mm)に位置しているため、ここで述べるセプタムのデザインは、このデザイン制約を満たす。光学素子は、25mm未満の半径距離とは重ならないため、パッド摩耗率を一定にするためのデザインの自由度は、光学素子と重ならない半径距離において提供される。 [0078] Of course, as the radial distance decreases, the radial velocity tends to zero, so in the portion near the center of the septum grinder (the short radial distance on the lap) in FIG. It may not be possible to achieve the constant value shown. However, since the optical element is located at a finite distance from the center (eg, 25 mm in the illustrated embodiment), the septum design described here satisfies this design constraint. Since the optical element does not overlap with a radial distance of less than 25 mm, design freedom to provide a constant pad wear rate is provided at a radial distance that does not overlap the optical element.
[0079]図8(A)から図8(C)は、本発明の一実施形態に係る、半径方向距離の関数としてのセプタム負荷の簡易プロットである。本発明の実施形態は、均一に負荷を加えたセプタム(図8(A))、差動的に負荷を加えたセプタム(図8(B))、または継続して負荷を加えたセプタム(図8(C))を使用することができる。図8(A)から図8(C)におけるプロットは、パッド摩耗率に関して述べたように、負荷(σ(r))が位置の関数となり得ることを示している。 [0079] FIGS. 8A-8C are simplified plots of septum load as a function of radial distance, according to one embodiment of the present invention. Embodiments of the present invention may include a septum that is uniformly loaded (FIG. 8A), a septum that is differentially loaded (FIG. 8B), or a septum that is continuously loaded (FIG. 8). 8 (C)) can be used. The plots in FIGS. 8A-8C show that the load (σ (r)) can be a function of position, as described for the pad wear rate.
[0080]図9(A)は、ローグ粒子によるスクラッチングを示す簡略模式図である。例えば、一部の光学素子研磨の用途では、高エネルギーレーザーおよびアンプシステムに対して、スクラッチ密度に厳密な要求を課すことができる。本発明の実施形態は限定されないが、本発明者らは、いくつかの傷は、研磨スラリー中に存在する他の粒子よりも大きな粒子であるローグ粒子、例えば、異物粒子またはスラリー中の他の粒子の平均粒径よりも大きな粒径分布を有する粒子のいずれかによって研磨中に発生するものであると考える。図9(A)に示すように、ローグ粒子は、光学素子により大きな負荷を与え、傷または一連の傷を形成する。ローグ粒子を濾過によって除去しようと試みても、なお光学素子の傷が認められる。図9(B)は、ローグ粒子によるスクラッチングを示す画像である。 [0080] FIG. 9A is a simplified schematic diagram showing scratching by rogue particles. For example, some optical element polishing applications can place strict requirements on scratch density for high energy laser and amplifier systems. While embodiments of the present invention are not limited, the inventors have found that some scratches are rogue particles that are larger than other particles present in the polishing slurry, such as foreign particles or other particles in the slurry. It is considered that any of the particles having a particle size distribution larger than the average particle size of the particles is generated during polishing. As shown in FIG. 9 (A), rogue particles impose a large load on the optical element and form a scratch or a series of scratches. Attempts to remove rogue particles by filtration still show scratches on the optical element. FIG. 9B is an image showing scratching by rogue particles.
[0081]本発明の実施形態を限定しないが、本発明者らは、ローグ粒子を生じさせるさらなる原因はスラリーの乾燥であると考える。例えば、酸化セリウムを含む研磨化合物では、スラリーが完全に乾燥するだけでなく、乾燥する際に、スラリーがスラリー自身と化学反応を起こして軟質の凝集粒子から硬質の凝集粒子を生成する。凝集粒子はその後、図9(B)に示すような傷を形成する可能性がある。 [0081] Without limiting embodiments of the present invention, the inventors believe that a further cause of producing rogue particles is drying of the slurry. For example, in a polishing compound containing cerium oxide, not only the slurry is completely dried, but also when the slurry is dried, the slurry undergoes a chemical reaction with the slurry itself to generate hard aggregated particles from soft aggregated particles. The agglomerated particles may then form scratches as shown in FIG. 9 (B).
[0082]本発明の実施形態は、研磨システムを封入することでスラリーの乾燥を防ぐ。それによって、外部からの異物粒子の侵入を防ぐだけでなく、高湿度環境を提供してスラリーが乾燥しきるのを防ぐ。光学素子上にスラリーが残存することを防ぐために、リンスシステムを使用して、光学素子をシステムから除去する際に洗浄することができる。その結果、スラリーはリンスプロセス中に除去されるため、スラリーの乾燥を伴うことなく、除去後に洗浄した光学素子を乾燥させることができる。システムからのスラリーの洗い流しをさらに促進するために、システムの構成要素をフッ素化ポリマー層で被覆して、スラリーと様々なシステム構成要素との間の付着力を低下させることができる。 [0082] Embodiments of the present invention prevent the slurry from drying by encapsulating the polishing system. This not only prevents the entry of foreign particles from the outside, but also provides a high humidity environment to prevent the slurry from drying out. In order to prevent slurry from remaining on the optical element, a rinse system can be used to clean the optical element as it is removed from the system. As a result, since the slurry is removed during the rinsing process, the cleaned optical element can be dried after removal without accompanying the drying of the slurry. To further facilitate flushing of the slurry from the system, system components can be coated with a fluorinated polymer layer to reduce adhesion between the slurry and various system components.
[0083]図10は、本発明の一実施形態に係る高湿度研磨システムの簡略斜視図である。高湿度研磨システム1000は、研磨面1010と、セプタム1014によって部分的に包囲された光学素子1012とを含み、研磨面1010は研磨パッドとすることができる。可動カバー1020は、エンクロージャ1022と接触するように位置決めして、研磨面を包囲する管理環境を形成することができる。研磨スラリー用の流入口および排出口(図示せず)と、湿度ガス(例えば、水蒸気)用の流入口1030および排出口1032とが、システムの一部として設けられる。 [0083] FIG. 10 is a simplified perspective view of a high humidity polishing system according to an embodiment of the present invention. The high humidity polishing system 1000 includes a polishing surface 1010 and an optical element 1012 partially surrounded by a septum 1014, which can be a polishing pad. The movable cover 1020 can be positioned to contact the enclosure 1022 to form a management environment that surrounds the polishing surface. An inlet and outlet (not shown) for the polishing slurry and an inlet 1030 and outlet 1032 for humidity gas (eg, water vapor) are provided as part of the system.
[0084]図10に示す実施形態では、研磨システム内部の湿度は周囲湿度よりも高く、例えば、80%よりも高く、85%よりも高く、90%よりも高く、95%よりも高く、97%よりも高く、98%よりも高く、99%よりも高く、および最大100%にまで至る。一部の実施形態では、システム内でのスラリーの大幅な乾燥を防止するために、湿度が高レベルとなっている。環境内での乾燥がないことによって、硬質凝集粒子の形成およびそれに伴うスクラッチングが防止される。 [0084] In the embodiment shown in FIG. 10, the humidity inside the polishing system is higher than the ambient humidity, for example, higher than 80%, higher than 85%, higher than 90%, higher than 95%, 97 %, Higher than 98%, higher than 99% and up to 100%. In some embodiments, the humidity is at a high level to prevent significant drying of the slurry in the system. The absence of drying in the environment prevents the formation of hard agglomerated particles and the associated scratching.
[0085]図11は、図10に示す高湿度研磨システムといくつかの点で異なる高湿度研磨システムの一部の簡略平面図である。図11に示すように、光学素子1105はラップ1110上に置かれ、ガイドホイールを使用して空間的に制御されている。図11に示す実施形態では、別のセプタムデザインが使用され、ミラーセプタム1120を設けて均一なパッド摩耗を生じさせる。研磨環境が、密閉チャンバ(例えば、気密チャンバ1107)に類似する方法で所望の管理された高湿度雰囲気を提供できるように、100%湿度供給口1030をラップ1110に隣接して設ける。本発明の実施形態は、図11に示すデザインに限定されるものではなく、この実施形態は、単に一例として示されている。 [0085] FIG. 11 is a simplified plan view of a portion of a high humidity polishing system that differs in some respects from the high humidity polishing system shown in FIG. As shown in FIG. 11, the optical element 1105 is placed on a wrap 1110 and is spatially controlled using a guide wheel. In the embodiment shown in FIG. 11, another septum design is used and a mirror septum 1120 is provided to create uniform pad wear. A 100% humidity supply 1030 is provided adjacent to the wrap 1110 so that the polishing environment can provide the desired controlled high humidity atmosphere in a manner similar to a sealed chamber (eg, hermetic chamber 1107). The embodiment of the present invention is not limited to the design shown in FIG. 11, and this embodiment is shown only as an example.
[0086]図12は、本発明の一実施形態に係る、様々な希釈度の研磨液についての、時間の関数としての正規化界面高さのプロットを示す。スラリーとスラリーから分離する溶媒との間の界面の高さは、スラリーが容器(例えば、メスシリンダ)の底に沈殿するにつれて減少するため、時間の関数としての正規化界面高さは、図示のスラリーの沈殿特性を理解する手掛かりとなる。1:4の割合でイオン交換水(DI water)と混合されたHastilite POが最も早く沈殿し、正規化界面高さは約25分以内に30%まで減少する。Hastilite POとイオン交換水とを1:1の割合で混合したものでは、沈殿時間が1桁分長くなり、約300分で30%の正規化界面高さに到達する。希釈しないHastilite POでは、沈殿時間が最も長くなり、約60%まで減少するのに300分かかる。したがって、スラリー、例えばHastilite POの希釈が沈殿時間に影響を及ぼす。 [0086] FIG. 12 shows a plot of normalized interface height as a function of time for various dilutions of polishing liquid, according to one embodiment of the present invention. Since the height of the interface between the slurry and the solvent that separates from the slurry decreases as the slurry settles to the bottom of the vessel (eg, graduated cylinder), the normalized interface height as a function of time is It is a clue to understand the sedimentation characteristics of the slurry. Hastilite PO mixed with deionized water (DI water) at a ratio of 1: 4 settles fastest and the normalized interface height decreases to 30% within about 25 minutes. When Hastilite PO and ion-exchanged water are mixed at a ratio of 1: 1, the settling time is increased by an order of magnitude, reaching a normalized interface height of 30% in about 300 minutes. With undiluted Hastilite PO, the precipitation time is the longest and takes 300 minutes to decrease to about 60%. Thus, dilution of the slurry, eg Hastilite PO, affects the settling time.
[0087]図13は、本発明の一実施形態に係る、撹拌の影響下での研磨液についての、正規化界面高さのプロットを示す。図13に示すように、撹拌は、イオン交換水または水道水のいずれかで希釈したスラリーの沈殿時間にほとんど違いを生じさせない。 [0087] FIG. 13 shows a plot of normalized interface height for a polishing liquid under the influence of agitation, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, agitation makes little difference in the settling time of the slurry diluted with either ion exchange water or tap water.
[0088]希釈の影響に加えて、本発明者らは、凝集を防止する添加剤をスラリーに加えることで、スラリーの安定と沈殿時間の延長を実現することができることを突き止めた。図14は、本発明の一実施形態に係る、複数の研磨液についての、時間の関数としての正規化界面高さのプロットを示す。図14に示すスラリーはHastilite POであるが、その他のスラリーが本発明の範囲に含まれる。図14を参照すると、ボーメ(Baume)9度に希釈したHastilite PO(正方形)は、最速の沈殿時間を特徴とし、約30分間で元の正規化界面高さの10%まで減少する。水で希釈していないHastilite PO(十字形)では、図12に示す希釈の影響と同様に沈殿時間が長くなる。凝集を防止するために添加剤を加えることで、ボーメ9度に希釈して1体積%の界面活性剤μ−90を添加したHastilite PO(ひし形)によって示されるように、沈殿時間が最も長くなる。図14に示すように、界面活性剤を添加することで沈殿時間が長くなり、800分で元の高さの約90%の正規化界面高さとなる。 [0088] In addition to the effects of dilution, the inventors have found that the addition of an additive that prevents agglomeration to the slurry can achieve slurry stability and increased sedimentation time. FIG. 14 shows a plot of normalized interface height as a function of time for a plurality of polishing liquids according to one embodiment of the present invention. The slurry shown in FIG. 14 is Hastilite PO, but other slurries are within the scope of the present invention. Referring to FIG. 14, Hastelite PO (square) diluted to 9 degrees Baume is characterized by the fastest settling time and decreases to 10% of the original normalized interface height in about 30 minutes. In Hastilite PO (cross-shaped) that has not been diluted with water, the precipitation time becomes longer as in the case of the influence of dilution shown in FIG. Addition of additives to prevent agglomeration results in the longest settling time, as shown by Hastilite PO (diamonds) diluted to 9 ° Baume and added with 1% by volume surfactant μ-90 . As shown in FIG. 14, the addition of the surfactant increases the precipitation time, resulting in a normalized interface height of about 90% of the original height in 800 minutes.
[0089]アニオン界面活性剤の例としては、μ−90に加えて、アルキル硫酸塩類(例えば、ドデシル硫酸ナトリウム、アンモニウムラウリル硫酸塩など)、アルキルスルホン酸塩類(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸、Sulfonic100、Calimulse EM−99など)、アルキルエーテルリン酸塩類(例えば、Triton H66、Triton QS44など)、アルキルカルボン酸塩類(例えば、ステアリン酸ナトリウムなど)、または他の適当なアニオン界面活性剤が挙げられる。研磨スラリーへの添加剤として使用できる界面活性剤は、対イオンがアクティブではないナトリウム塩、アンモニウム塩、またはカリウム塩を含むことが可能であることに注意されたい。本発明者らは、界面活性剤によりスラリーを安定させる(一部の実施形態では、適切なpHで)ことで、研磨結果が向上することを突き止めた。 [0089] Examples of anionic surfactants include, in addition to μ-90, alkyl sulfates (eg, sodium dodecyl sulfate, ammonium lauryl sulfate, etc.), alkyl sulfonates (eg, dodecylbenzene sulfonic acid, Sulfonic 100, Calimulse EM-99), alkyl ether phosphates (eg, Triton H66, Triton QS44, etc.), alkyl carboxylates (eg, sodium stearate, etc.), or other suitable anionic surfactants. Note that surfactants that can be used as additives to the polishing slurry can include sodium, ammonium, or potassium salts where the counterion is not active. The inventors have found that polishing results are improved by stabilizing the slurry with a surfactant (in some embodiments, at an appropriate pH).
[0090]本発明の実施形態はアニオン界面活性剤の使用に限定されず、カチオン界面活性剤も使用することができる。カチオン界面活性剤の例としては、塩化トリメチルアルキルアンモニウム類(例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライドなど)、塩化ベンザルコニウム類、塩化アルキルピリジニウム類(例えば、塩化セチルピリジニウムなど)、または他の適当なカチオン界面活性剤が挙げられる。界面活性剤は、対イオンがアクティブではない塩化物塩または臭化物塩を含むことが可能であることに注意されたい。 [0090] Embodiments of the present invention are not limited to the use of anionic surfactants, and cationic surfactants can also be used. Examples of cationic surfactants include trimethylalkylammonium chlorides (eg, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), distearyldimethylammonium chloride, etc.), benzalkonium chlorides, alkylpyridinium chlorides (eg, cetylpyridinium chloride). Etc.), or other suitable cationic surfactants. Note that surfactants can include chloride or bromide salts where the counterion is not active.
[0091]一部の実施態様では、界面活性剤は、研磨中の光学素子から研磨副生成物を分離するのに有効である。副生成物の存在によって、研磨スラリーの安定性が低下する可能性がある。一部の実施形態では、界面活性剤は、副生成物の凝集を防止することにより、研磨スラリーの長期安定性を向上させるのに有効である。副生成物の例としては、研磨中に研磨除去されたガラスから生成される陽イオン(K+、Na+、Ca2+、Mg2+など)が挙げられる。 [0091] In some embodiments, the surfactant is effective to separate the polishing byproduct from the optical element being polished. The presence of by-products can reduce the stability of the polishing slurry. In some embodiments, the surfactant is effective to improve the long-term stability of the polishing slurry by preventing agglomeration of by-products. Examples of by-products include cations (K +, Na +, Ca2 +, Mg2 +, etc.) generated from glass that has been polished and removed during polishing.
[0092]一部の実施形態では、スラリーの調製に使用する水は、様々な濃度の金属陽イオンを含む可能性がある。さらに、Na+、B3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+およびAl3+のような陽イオンは、研磨プロセスの副生成物としてスラリー中に放出される。これらのイオンが存在することで、スラリー粒子と安定剤分子との間の静電的相互作用を妨害して、安定剤の効果を低下させるおそれがある。 [0092] In some embodiments, the water used to prepare the slurry may contain various concentrations of metal cations. In addition, cations such as Na +, B3 +, Fe2 +, Ca2 +, Mg2 + and Al3 + are released into the slurry as by-products of the polishing process. The presence of these ions can interfere with the electrostatic interaction between the slurry particles and the stabilizer molecules and reduce the effectiveness of the stabilizer.
[0093]キレート剤(例えば、グリシン、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)など)は、陽イオンと好ましい複合体を形成し、陽イオンを溶液内で捕捉してスラリー粒子との相互作用を防止する。したがって、キレート剤をスラリーに添加することによって、初期の安定化効率を向上させ、かつ研磨副生成物が堆積する際にその安定性を持続させることができる。したがって、本発明の実施形態は、キレート剤を使用してスラリーの安定性を向上させる。 [0093] Chelating agents (eg, glycine, citric acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), etc.) form favorable complexes with cations and trap cations in solution to prevent interaction with slurry particles. To do. Therefore, by adding a chelating agent to the slurry, the initial stabilization efficiency can be improved, and the stability can be maintained when the polishing byproduct is deposited. Thus, embodiments of the present invention use a chelating agent to improve the stability of the slurry.
[0094]図15は、本発明の一実施形態に係る、安定化研磨液および非安定化研磨液についての、時間の関数としての相対界面高さの簡易プロットである。図15に示すように、例えばアニオン界面活性添加剤を加えてスラリーを安定させることで、沈殿時間が著しく長くなる。 [0094] FIG. 15 is a simplified plot of relative interface height as a function of time for a stabilized polishing liquid and an unstabilized polishing liquid, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, for example, by adding an anionic surfactant additive to stabilize the slurry, the precipitation time is significantly increased.
[0095]図16は、本発明の一実施形態に係る、安定化研磨液および非安定化研磨液についての、粒径の関数としての研磨液量である。沈殿時間の延長およびスラリーの安定に加えて、添加剤をスラリーに加えることでスラリー中の粒子の粒径が小さくなる。図15を参照すると、安定化スラリーの粒径分布は、大多数がサイズが1μm未満の粒子であり、約0.25μmが分布のピークとなっていることを特徴とする。非安定化スラリーについては、分布のピークは約1μmを中心としており、半分または大多数の粒子はより大きな粒径分布を特徴とする。研磨プロセス中、粒径分布が小さくなればなるほど、スラリー中の粒子が小さくなるため、安定化スラリーは研磨結果を向上させる。本発明者らは、添加剤を加えることによって、やはり許容可能な材料除去率と向上した微小粗さとを特徴とするスラリーを提供できることを実証した。 [0095] FIG. 16 is the amount of polishing liquid as a function of particle size for a stabilized polishing liquid and an unstabilized polishing liquid according to one embodiment of the present invention. In addition to extending the settling time and stabilizing the slurry, adding additives to the slurry reduces the particle size of the particles in the slurry. Referring to FIG. 15, the particle size distribution of the stabilizing slurry is characterized in that the majority is particles having a size of less than 1 μm and the distribution peak is about 0.25 μm. For unstabilized slurries, the distribution peak is centered around 1 μm and half or most of the particles are characterized by a larger particle size distribution. During the polishing process, the smaller the particle size distribution, the smaller the particles in the slurry, so the stabilized slurry improves the polishing results. The inventors have demonstrated that adding additives can also provide a slurry characterized by acceptable material removal rates and improved microroughness.
[0096]本発明者らは、薄い光学素子の研磨の前に研削を利用する一部の光学仕上げ作業では、研削作業によって応力が生じることによって、研削によって引き起こされた応力を受けて光学素子が屈曲する傾向があることを突き止めた。応力を抑制するために、光学素子を化学的にエッチングして表面層を除去することにより、光学素子に存在する応力を低下させる。一例として、光学素子を研削後に酸または他の適当なエッチング液にさらして(例えば、酸浴槽中に浸す)、光学素子の所定の表面領域を除去することができる。 [0096] In some optical finishing operations that utilize grinding prior to the polishing of thin optical elements, the inventors have experienced stresses caused by grinding, causing the optical elements to undergo stress caused by grinding. I found out that they tend to bend. In order to suppress the stress, the stress existing in the optical element is reduced by chemically etching the optical element to remove the surface layer. As an example, the optical element can be ground and then exposed to an acid or other suitable etchant (eg, immersed in an acid bath) to remove a predetermined surface area of the optical element.
[0097]一実施形態では、第一屈曲率を特徴とする光学素子を研削する。研削後、この光学素子は、第一屈曲率よりも大きい第二屈曲率によって特徴付けられる。一部の実施形態では、研削プロセス中にワークピースにもたらされる応力によって、屈曲率が増加する。光学素子を化学的にエッチングして、光学素子の所定の部分を除去する。化学エッチングの後、光学素子は、第二屈曲率よりも小さい第三屈曲率によって特徴付けられる。一部の実施形態では、第三屈曲率は第一屈曲率以下であり、光学素子を、仕上げプロセス開始前の光学素子を特徴付ける屈曲率に戻す。したがって、化学エッチングプロセスは、一部の実施形態において研削中にもたらされる応力を低下させる。 [0097] In one embodiment, an optical element characterized by a first bending rate is ground. After grinding, the optical element is characterized by a second bending rate that is greater than the first bending rate. In some embodiments, the bending rate is increased by the stress exerted on the workpiece during the grinding process. The optical element is chemically etched to remove a predetermined portion of the optical element. After chemical etching, the optical element is characterized by a third bending rate that is less than the second bending rate. In some embodiments, the third bending rate is less than or equal to the first bending rate, and the optical element is returned to the bending rate characterizing the optical element prior to the start of the finishing process. Thus, the chemical etching process reduces the stresses introduced during grinding in some embodiments.
[0098]図18Aから図18Cは、本発明の一実施形態に係る、研削前、研削後、および化学エッチング後の表面湾曲を示す画像である。図18Aに示すように、研削前の表面湾曲は、PV値1.29μmを特徴とする。研削プロセスにより応力が指示されるため、研削後の表面湾曲は、図18Bに示すようにPV値3.65μmを特徴とする。本発明の実施形態は、研削表面の化学エッチングを利用して研削プロセス後に存在する残留応力を除去し、図18Cに示すように、形状をほぼ元の形状に戻す。研削後エッチングの後の表面湾曲は、PV値1.16μmを特徴とする。したがって、本発明の実施形態は、化学エッチングが、光学素子とラップとの間のミスマッチの原因となる残留応力を、抑制または除去するのに有用な軽減技術である方法およびシステムを提供する。 [0098] FIGS. 18A-18C are images showing surface curvature before grinding, after grinding, and after chemical etching, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18A, the surface curvature before grinding is characterized by a PV value of 1.29 μm. Since stress is dictated by the grinding process, the surface curvature after grinding is characterized by a PV value of 3.65 μm as shown in FIG. 18B. Embodiments of the present invention utilize chemical etching of the grinding surface to remove residual stresses present after the grinding process and return the shape to its original shape, as shown in FIG. 18C. The surface curvature after post-grinding etching is characterized by a PV value of 1.16 μm. Accordingly, embodiments of the present invention provide methods and systems where chemical etching is a mitigation technique useful for suppressing or eliminating residual stresses that cause mismatches between optical elements and laps.
[0099]本発明者らは、一部の研磨用途において、光学素子の完成品の品質を向上させるためにピッチボタンボンディング(pitch button bonding:PPB)技術を利用することができることを突き止めた。表1は、PBBプロセス(ピッチボタンブロッキングプロセスとも呼ぶ)の概要であり、プロセスパラメータと、ブロッキング前後のワークピース(光学素子とも呼ぶ)のPV値の変化(ΔPV)などの測定した表面形状の変化とを示す。ここで述べたように、PBBは、ピッチの軟化温度から冷却されるワークピースとマウントとの間の、ピッチの小さな島状構造を利用する取り付け技術を含む。室温では、ワークピースピッチボタンマウントシステム(workpiece−pitchbutton−mount system)は硬く、ワークピースは、その初期表面形状をほぼ維持する。PBB技術を使用した研磨後は、本発明の実施形態はこれに限定されないが、ワークピースの屈曲がなく、またワークピース形状の圧力分布への影響によるワークピースとラップとの間のミスマッチに支配されないため、ワークピースはラップの形状に収束する。
[0100]本発明者らは、ピッチボタンを使用して、光学素子(例えば、溶融シリカまたはリン酸塩ガラス光学素子)を基板(例えば、ステンレス鋼素材)に接着することができることを突き止めた。以下により詳細に説明するように、ピッチボタンの幾何学的配置によって、ワークピースと基板との間の熱膨張率の違いによるワークピースのたわみを防止する。一部の実施形態では、恒温冷却を利用してワークピースのたわみを抑制または除去する。 [0100] The inventors have determined that an optical element (eg, fused silica or phosphate glass optical element) can be adhered to a substrate (eg, a stainless steel material) using a pitch button. As will be described in more detail below, the pitch button geometry prevents deflection of the workpiece due to the difference in coefficient of thermal expansion between the workpiece and the substrate. In some embodiments, isothermal cooling is utilized to reduce or eliminate workpiece deflection.
[0101]図19(A)から(F)は、本発明の一実施形態に係る、ピッチボタンボンディングを行うための方法を示す簡略模式図である。図19(A)に示すように、ガラスとピッチとの界面間の接着力を高めるとともに、ガラス表面をピッチとの接触や残留スラリーの接触などによる汚れから保護する接着/保護層を、ワークピースの表面S2に付け、反射波面を表面S1を通して測定する。接着/保護層は、一部の実施形態ではテープであり、またそのテープは、一部の実施形態では任意のものである。図19(B)に示すように、ピッチボタンをテープの表面(またはワークピースの表面S2)に塗布する。ピッチボタンの塗布は、ピッチのタイプ、ピッチボタンの半径(rp)、ピッチボタンの厚さ(tp)、ピッチボタン同士の間隔などを含むいくつかの可変要素を考慮して行われる。ピッチボタンは、図19(C)に示すように、例えば加熱要素を使用して(例えば、炉内で)アニール処理する。時間の関数として変化し得るアニーリングプロセスの温度は、システム全体(例えば、ガラス、ブロックおよびピッチ)を、ピッチが大幅な応力緩和を受け始めるときのピッチの温度(Tgとする)付近まで昇温してから、システムをできる限り等温的に冷却して、ワークピースの形状を変形させる残留応力の影響を防止または緩和するように選択される。 [0101] FIGS. 19A through 19F are simplified schematic diagrams illustrating a method for performing pitch button bonding, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19 (A), an adhesion / protection layer that enhances the adhesion between the glass and pitch interface and protects the glass surface from dirt due to contact with the pitch or contact with the residual slurry is provided on the workpiece. The reflected wavefront is measured through the surface S1. The adhesive / protective layer is a tape in some embodiments, and the tape is optional in some embodiments. As shown in FIG. 19B, the pitch button is applied to the surface of the tape (or the surface S2 of the workpiece). The application of the pitch button is performed in consideration of several variable factors including the type of pitch, the pitch button radius (r p ), the pitch button thickness (t p ), the pitch button spacing, and the like. As shown in FIG. 19C, the pitch button is annealed, for example, using a heating element (eg, in a furnace). The temperature of the annealing process, which can vary as a function of time, raises the entire system (eg, glass, block and pitch) to near the pitch temperature (denoted Tg) when the pitch begins to undergo significant stress relaxation. Then, the system is selected to cool as isothermally as possible to prevent or mitigate the effects of residual stresses that deform the shape of the workpiece.
[0102]図19(D)は、アニール処理されたピッチボタンを有するワークピースの、研磨作業中に使用するのに十分な剛性および機械特性を有する予熱された基板(例えば、アルミニウムブロックまたはステンレス鋼ブロック)への取り付けを示す。ワークピースを基板に取り付ける際に、所定の厚さ(例えば、1.25mm)を有するシムを使用してよい。その後、取り付け構造体を基板の中央に配置し、例えば空気冷却により冷却し、図19(E)に示すようにシムを除去する。取り付け後のワークピースの光学特性を明らかにするために、図19(F)に示すように、表面S1を通して反射波面を測定することができる。 [0102] FIG. 19D shows a preheated substrate (eg, an aluminum block or stainless steel) having sufficient rigidity and mechanical properties for use during a polishing operation of a workpiece having an annealed pitch button. Shows the attachment to the block. A shim having a predetermined thickness (eg, 1.25 mm) may be used when attaching the workpiece to the substrate. Thereafter, the mounting structure is placed in the center of the substrate, and cooled by, for example, air cooling, and the shim is removed as shown in FIG. In order to clarify the optical characteristics of the workpiece after attachment, as shown in FIG. 19 (F), the reflected wavefront can be measured through the surface S1.
[0103]図20は、本発明の一実施形態に係る、様々なPPB構成での溶融シリカおよびリン酸塩ガラスの測定した表面形状の変化を示すプロットである。図20に示すように、3つの条件における、溶融シリカ(FS)光学素子およびリン酸塩ガラス(PG)光学素子の表面形状の変化が示されている。図20に示す測定で使用するワークピースは、直径100mmかつ厚さ2.2mmである。ピッチの固体層に接着するため、FSの相対表面高さは、外周部での約7.5μmから中心部での約3.7μmと変化し、PGの相対表面高さは、外周部での約10.1μmから中心部での約4.2μmと変化する。 [0103] FIG. 20 is a plot showing the measured surface shape change of fused silica and phosphate glass in various PPB configurations, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 20, changes in the surface shape of the fused silica (FS) optical element and the phosphate glass (PG) optical element under three conditions are shown. The workpiece used in the measurement shown in FIG. 20 has a diameter of 100 mm and a thickness of 2.2 mm. In order to adhere to the solid layer of pitch, the relative surface height of the FS varies from about 7.5 μm at the outer periphery to about 3.7 μm at the center, and the relative surface height of the PG is at the outer periphery. It varies from about 10.1 μm to about 4.2 μm at the center.
[0104]PBB技術を利用してワークピースを取り付けることで、ばらつきを約ハーフミクロンの凸湾曲(FS)および凹湾曲(PS)とする最適化されていないPBB技術をまず利用することでも、相対表面高さのばらつきが大幅に低減された。PBBプロセスをここで述べたように最適化することによって、相対表面高さのばらつきは、図20に示すようにゼロまで効果的に低減された。 [0104] By using PBB technology to attach the workpiece, it is also possible to first use non-optimized PBB technology with variations of convex curvature (FS) and concave curvature (PS) of about half a micron. The variation in surface height was greatly reduced. By optimizing the PBB process as described herein, the variation in relative surface height was effectively reduced to zero as shown in FIG.
[0105]図21は、本発明の一実施形態に係る、ピッチの測定した熱膨張のプロットである。図21を参照すると、熱機械的分析を利用して測定した2つのピッチ(Universal PhotonicsのBlocking Pitch−1BlackおよびCycad ProductsのCycad Blackgold光学研磨ピッチ)の熱膨張が示されている。温度が上昇するにつれてピッチの寸法が大きくなり、測定されたBP1の熱膨張率は37×10−6℃−1、Cycadの熱膨張率は43×10−6℃−1である。 [0105] FIG. 21 is a plot of measured thermal expansion of pitch, according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 21, the thermal expansion of two pitches (Universal Photonics Blocking Pitch-1 Black and Cycad Products Cycad Blackgold optical polishing pitch) measured using thermomechanical analysis is shown. As the temperature increases, the pitch dimension increases, and the measured coefficient of thermal expansion of BP1 is 37 × 10 −6 ° C.− 1 and that of Cycad is 43 × 10 −6 ° C.− 1 .
[0106]図22(A)は、本発明の一実施形態に係る、1個のボタンおよび3個のボタンについての、ピッチの過冷却の関数としてのワークピースPV値のプロットである。図22(A)から(D)では、溶融シリカワークピース(直径dw=100mm、tw=2.2mm、Ep=73GPa、α=5.4×10−7℃−1)を使用した。PPB後のワークピースのPV値が、ピッチの過冷度の関数として、1個のボタン(r=25mm)および3個のボタン(s=50mm、r=10mm)についてプロットされている。複数のピッチボタンを使用することで、ワークピースのPV値が大幅に低下した。 [0106] FIG. 22 (A) is a plot of workpiece PV value as a function of pitch supercooling for one button and three buttons, according to one embodiment of the present invention. 22 (A) to (D), fused silica workpieces (diameter d w = 100 mm, t w = 2.2 mm, E p = 73 GPa, α = 5.4 × 10 −7 ° C. −1 ) were used. . The PV value of the workpiece after PPB is plotted for one button (r = 25 mm) and three buttons (s = 50 mm, r = 10 mm) as a function of pitch supercooling. Using multiple pitch buttons significantly reduced the PV value of the workpiece.
[0107]図22(B)は、本発明の一実施形態に係る、ピッチボタン半径の関数としてのワークピースPV値のプロットである。図22(B)に示すように、ピッチボタンの半径はワークピースのPV値に影響を与える。図22(B)では、1個のボタンのケースについて、様々なピッチの弾性率、厚さおよび熱膨張率(ΔT=54℃)に対してPV値をプロットしている。 [0107] FIG. 22B is a plot of workpiece PV value as a function of pitch button radius, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 22B, the radius of the pitch button affects the PV value of the workpiece. In FIG. 22B, PV values are plotted against the elastic modulus, thickness, and thermal expansion coefficient (ΔT = 54 ° C.) of various pitches for the case of one button.
[0108]図22(C)は、本発明の一実施形態に係る、ピッチボタンオフセットの関数としての正規化ワークピースPV値のプロットである。図22(C)では、PBB後のPV値をミクロン単位の相対総ボタン面積で除すことによって正規化し、3個のボタンおよび9個のボタンのケースについて、ミリメータ単位で測定したボタン間の離間距離(dm)の関数としてプロットしている。3個のボタンのケースについては、ピッチボタンのサイズを半径10mmから半径20mmの範囲で変えている。ピッチボタンパラメータは、ΔT=54℃、t=1mm、Ep=0.22GPa、αp=54×10−6℃−1であった。図22(C)における曲線は、算出データに適合する実験曲線を表している。 [0108] FIG. 22C is a plot of the normalized workpiece PV value as a function of pitch button offset, according to one embodiment of the present invention. In FIG. 22C, the PV values after PBB are normalized by dividing by the relative total button area in microns and the spacing between the buttons measured in millimeters for the case of 3 buttons and 9 buttons. Plotted as a function of distance (d m ). In the case of three buttons, the size of the pitch button is changed in the range of a radius of 10 mm to a radius of 20 mm. The pitch button parameters were ΔT = 54 ° C., t = 1 mm, E p = 0.22 GPa, α p = 54 × 10 −6 ° C. −1 . The curve in FIG. 22C represents an experimental curve that matches the calculated data.
[0109]図22(D)は、本発明の一実施形態に係る、相対総ピッチボタン面積の関数としてのワークピースPV値のプロットである。図22(D)は、PPB後の3個のボタンのケースおよび9個のボタンのケースについて示しており、ボタン同士の間隔は、20mmより大きい値に維持されている。図22(D)における直線は、算出データに適合する実験曲線を表している。 [0109] FIG. 22 (D) is a plot of workpiece PV value as a function of relative total pitch button area, according to one embodiment of the present invention. FIG. 22D shows the case of 3 buttons and the case of 9 buttons after PPB, and the distance between the buttons is maintained at a value larger than 20 mm. The straight line in FIG. 22D represents an experimental curve that fits the calculated data.
[0110]図23は、本発明の一実施形態に係る、ピッチボタンボンディングパラメータを示す簡略模式図である。PBBパラメータは、ピッチボタンとワークピースのそれぞれについての、弾性率(EpおよびEw)、熱膨張率(αpおよびαw)および厚さ(tpおよびtw)を含む。PBBパラメータは、ピッチボタンの半径(rp)、ワークピースの半径(rw)、ピッチボタン同士の中心から中心までの距離(s)、およびピッチボタン同士の間隔(dm)も含む。ピッチボタンの総数は、Nで表す。ピッチボタンは、特定の用途に応じて、適宜均一な寸法またはそれぞれ異なる寸法とすることができる。このように、材料パラメータおよび幾何学的パラメータの両方が、ここで述べる方法およびシステムに使用される。 [0110] FIG. 23 is a simplified schematic diagram illustrating pitch button bonding parameters according to an embodiment of the present invention. The PBB parameters include the elastic modulus (E p and E w ), the coefficient of thermal expansion (α p and α w ) and the thickness (t p and t w ) for each of the pitch button and the workpiece. The PBB parameters also include the pitch button radius (r p ), the workpiece radius (r w ), the center-to-center distance (s) between the pitch buttons, and the pitch button spacing (d m ). The total number of pitch buttons is represented by N. The pitch buttons can be of uniform dimensions or different dimensions depending on the specific application. Thus, both material parameters and geometric parameters are used in the methods and systems described herein.
[0111]図24(A)および(B)は、本発明の一実施形態に係る光学素子に対する最適化されたピッチボタンボンディングパターンを示す図である。図24(A)は、直径100mmの溶融シリカワークピース(すなわち、サンプルS18〜S20)についての、最適化されたPBBパターンを示している。図24(B)は、直径100mmのリン酸塩ガラスワークピース(サンプルP1およびP2)についての、最適化されたPBBパターンを示している。 [0111] FIGS. 24A and 24B are diagrams illustrating optimized pitch button bonding patterns for an optical element according to one embodiment of the present invention. FIG. 24 (A) shows an optimized PBB pattern for a fused silica workpiece of 100 mm diameter (ie, samples S18-S20). FIG. 24B shows an optimized PBB pattern for a 100 mm diameter phosphate glass workpiece (samples P1 and P2).
[0112]図25(A)は、本発明の一実施形態に係る、ボタン同士の間隔の関数としてのワークピースPV値のプロットである。図25(A)は、ピッチ材料を使用した様々なPPB構成における、溶融シリカワークピース(すなわち、直径100mmかつ厚さ2.2mmのFS光学素子)の表面形状の変化を、ボタン間隔(dm)の関数として示している。図25(B)は、本発明の一実施形態に係る、面積率の関数としてのワークピースPV値のプロットである。溶融シリカワークピースおよびリン酸塩ガラスワークピース(すなわち、直径100mmかつ厚さ2.2mmのワークピース)の両方の表面形状の変化が、様々なPBB構成(N=11およびdm>20mm)において、面積率の関数として示されている。図25(B)において、点は測定データを表し、線はαp=2.4×10−6℃−1を使用した近似曲線を表す。 [0112] FIG. 25 (A) is a plot of the workpiece PV value as a function of the spacing between buttons, according to one embodiment of the present invention. FIG. 25 (A) shows the change in surface shape of a fused silica workpiece (ie, FS optical element with a diameter of 100 mm and a thickness of 2.2 mm) in various PPB configurations using pitch material, with the button spacing (d m ) As a function. FIG. 25B is a plot of workpiece PV value as a function of area ratio, according to one embodiment of the present invention. Changes in the surface shape of both fused silica workpieces and phosphate glass workpieces (ie, workpieces with a diameter of 100 mm and a thickness of 2.2 mm) are observed in various PBB configurations (N = 11 and d m > 20 mm). , Shown as a function of area ratio. In FIG. 25 (B), a point represents measurement data, and a line represents an approximate curve using α p = 2.4 × 10 −6 ° C.− 1 .
[0113]図26は、本発明の一実施形態に係る、ピッチボタンボンディングパラメータの決定方法を示す簡易フローチャートである。この方法は、PV値の決定(2610)と、ピッチ面積に関連する値の決定(2612)とを含む。一実施形態では、PV値は、寸法について測定した最小の許容可能なPV値(例えば、0.05μm)または光学素子を透過した光の波長について測定した最小の許容可能なPV値(例えば、λ/10)とすることができる。ピッチ面積に関連する値(面積定数と呼ぶことができる)は、ピッチの固体層に関連するPV値により近似することができる(例えば、C=1.0μm)。面積定数Cは、一部の実施形態では、ピッチの固体層に関連するPV値を測定することによって決定することができ、処理条件(ΔT=54℃)、熱膨張率(例えば、α=54×10−7℃−1)、弾性率(例えば、Ep=0.22GPa)、ピッチ厚さ(tp=1.0mm)などに基づき、特定の材料システムに対して変化させることができる。通常、面積定数の値は、以下のように設定する。
Δαはピッチとワークピース材料との間の熱膨張率の変化であり、ΔTはTgから室温への温度の低下であり、tpはピッチの厚さである。当業者には明らかであるように、ピッチまたはワークピースを変えることで、例えば、リン酸塩ガラスは溶融シリカよりも高い熱膨張率を有しているため、面積定数Cおよび観測されるたわみが変化する。また、溶融シリカのたわみは凸状であり、その一方でリン酸塩ガラスのたわみは凹状であることに注意されたい。一部の実施形態では、ワークピースと基板との間の界面強度を増加させるために、面積被覆率を最大にすることが有効である。
[0113] FIG. 26 is a simplified flowchart illustrating a method for determining pitch button bonding parameters, according to one embodiment of the present invention. The method includes PV value determination (2610) and pitch area related value determination (2612). In one embodiment, the PV value is a minimum acceptable PV value measured for a dimension (eg, 0.05 μm) or a minimum acceptable PV value measured for a wavelength of light transmitted through an optical element (eg, λ / 10). The value associated with the pitch area (which can be referred to as the area constant) can be approximated by the PV value associated with the solid layer of pitch (eg C = 1.0 μm). The area constant C, in some embodiments, can be determined by measuring the PV value associated with the solid layer of pitch, the processing conditions (ΔT = 54 ° C.), the thermal expansion coefficient (eg, α = 54 × 10 −7 ° C −1 ), elastic modulus (eg, E p = 0.22 GPa), pitch thickness (t p = 1.0 mm), etc., can be varied for a particular material system. Usually, the area constant value is set as follows.
Δα is a change in thermal expansion coefficient between the pitch and the workpiece material, [Delta] T is a drop in temperature to room temperature Tg, t p is the thickness of the pitch. As will be apparent to those skilled in the art, by changing the pitch or workpiece, for example, phosphate glass has a higher coefficient of thermal expansion than fused silica, so the area constant C and the observed deflection are Change. It should also be noted that the deflection of fused silica is convex, while the deflection of phosphate glass is concave. In some embodiments, it is beneficial to maximize the area coverage to increase the interfacial strength between the workpiece and the substrate.
[0114]本方法は、ピッチの相対面積(Ar)の計算(2614)も含み、以下のように計算される。
一例として、PVs=0.05μm、C=1.0μm、およびAr=0.05である。
[0114] The method also includes calculating (2614) the relative area (A r ) of the pitch and is calculated as follows.
As an example, PV s = 0.05 μm, C = 1.0 μm, and A r = 0.05.
[0115]本方法は、さらにボタン半径(rp)の計算(2616)も含み、以下のように
計算される。
上記の例に続き、dm=23.1mmおよびrp=3.4mmである。
[0115] The method further button calculation of the radius (r p) (2616) also comprises, is calculated as follows.
Following the above example, d m = 23.1 mm and r p = 3.4 mm.
[0116]本方法は、さらにピッチボタン数(N)の計算(2618)も含み、ピッチボタンは等間隔で並べてよい。その後、ピッチボタンをワークピースに結合させるために、本方法を使用して計算したパラメータに従って、N個のピッチボタンをワークピースに塗布する(2620)。図19(B)に示すように、ピッチボタンは、ワークピースに結合したテープや他の適当な材料などの接着および/または保護材料に塗布することができる。その後、N個のピッチボタンを基板、例えばスタンレス鋼、アルミニウム、これらの複合材料などからなるオプティカルフラットに結合させることにより、ワークピースを基板に取り付ける(2622)。 [0116] The method further includes calculating (2618) the number of pitch buttons (N), and the pitch buttons may be arranged at equal intervals. Thereafter, N pitch buttons are applied to the workpiece (2620) in accordance with the parameters calculated using the present method to couple the pitch buttons to the workpiece. As shown in FIG. 19B, the pitch button can be applied to an adhesive and / or protective material such as tape or other suitable material bonded to the workpiece. The workpiece is then attached to the substrate by bonding the N pitch buttons to the substrate, for example, an optical flat made of stanless steel, aluminum, or a composite of these (2622).
[0117]当然のことながら、図26に示す具体的なステップは、本発明の一実施形態に係る、ピッチボタンボンディングパラメータを決定する特定の方法を提供する。他の実施形態に従って、他の連続したステップを行ってもよい。例えば、本発明の他の実施形態は、上で概要を述べたステップを異なる順序で行ってもよい。さらに、図26に示す個々のステップは、複数のサブステップを含んでいてよく、複数のサブステップは、それぞれのステップに応じて、適宜様々な順序で行ってよい。さらに、特定の用途に応じて、追加のステップを加えるか、またはステップを削除してよい。当業者であれば、多くの変形、変更および代替例を認識するであろう。 [0117] It will be appreciated that the specific steps shown in FIG. 26 provide a particular method for determining pitch button bonding parameters, according to one embodiment of the present invention. Other sequential steps may be performed according to other embodiments. For example, other embodiments of the invention may perform the steps outlined above in a different order. Furthermore, each step shown in FIG. 26 may include a plurality of sub-steps, and the plurality of sub-steps may be appropriately performed in various orders depending on each step. Furthermore, additional steps may be added or deleted depending on the particular application. Those skilled in the art will recognize many variations, modifications, and alternatives.
[0118]本明細書に記載される実施例および実施形態は単に例示目的のみのものであり、それらを考慮した様々な変更または修正が当業者に示唆され、また本出願の趣旨および範囲内、かつ添付の請求の範囲の範囲内に含まれるべきであることが理解される。 [0118] The examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and various changes or modifications in light of them will be suggested to those skilled in the art, and within the spirit and scope of this application, And is to be included within the scope of the appended claims.
Claims (6)
前記ワークピースに関連するPV値を決定するステップと、
前記ワークピースを前記基板に取り付けるためのピッチ面積に関連する値を決定するステップと、
前記PV値および前記ピッチ面積に関連する値に基づき、ピッチの相対面積を計算するステップと、
前記ピッチの相対面積に基づき、ボタン半径を計算するステップと、
前記ピッチの相対面積および前記ボタン半径に基づき、ピッチボタン数(N個)を計算するステップと、
前記N個のピッチボタンを前記ワークピースに結合させるステップと、
前記N個のピッチボタンを前記基板に結合させるステップと、を備える方法。 A method for attaching a workpiece to a substrate, comprising:
Determining a PV value associated with the workpiece ;
Determining a value related to a pitch area for attaching the workpiece to the substrate ;
Calculating a relative area of the pitch based on the PV value and a value related to the pitch area ;
Calculating a button radius based on the relative area of the pitch ;
Calculating the number of pitch buttons (N) based on the relative area of the pitch and the button radius ;
A step of combining the N pitch buttons to the workpiece,
Coupling the N pitch buttons to the substrate.
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