KR101379547B1 - 자기 유동학적 마감 처리를 이용한 광학 소자의 처리 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
광학 소자의 마감 처리 방법은, 상기 광학 소자와 중첩되는 복수의 기준자(fiducial)를 포함하는 광학 마운트(optical mount)에 상기 광학 소자를 장착하는 단계, 및 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자에 대한 제1 측정 지도(metrology map)를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 마감 처리 방법은 또한, 상기 복수의 기준자가 제외된 상기 광학 소자에 대한 제2 측정 지도를 획득하는 단계, 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도 사이의 불일치 지도(difference map)를 형성하는 단계, 및 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하는 단계를 포함한다. 상기 마감 처리 방법은 또한, 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 불일치 지도를 이용하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자(mathematical fiducial)를 위치시키는 단계 및 상기 제3 측정 지도를 상기 광학 소자에 연관(associate)시키는 단계를 포함한다. 게다가, 상기 마감 처리 방법은, MRF 도구의 고정물(fixture)에 상기 광학 소자를 장착하는 단계, 상기 고정물에 상기 광학 소자를 위치시키는 단계, 상기 복수의 고정물을 제거하는 단계, 및 상기 광학 소자를 마감 처리하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 발명은 2009.8.3. 출원된 미국 임시출원 제61/230,793호("Improved optical quality for titanium doped sapphire and sapphire through magenetorheological finishing")을 기초로 하여 우선권을 주장하며, 모든 목적을 위해 그 기재 내용의 전부를 참조에 의해 편입함으로써 본 출원의 일부로 한다.
미합중국 연방 정부의 지원에 의한 연구 또는 개발에 의해 창출된 발명에 대한 권리의 주장
미합중국 정부는, 미합중국 에너지부(United States Department of Energy) 및 로렌스 리버모어 내셔널 시큐리티 엘엘씨(Lawrence Livermore National Security, LLC) 사이의 로렌스 리버모어 내셔널 시큐리티의 운영에 관한 계약에 기초하여 본 발명에 대한 권리를 가진다.
광학 소자(optical element)의 마감 처리 프로세스는 수년간 개발되어 왔다. 광학적 렌즈(optical lens)에 대한 전형적인 마감 처리 프로세스는 표면을 부드럽게 하고 소망하는 특성, 예를 들어 곡률(curvature),을 부여하기 위해 렌즈 표면의 물질을 제거하는 단계를 포함한다.
자기 유동학적 마감 처리(Magnetorrheological finishing; MRF)는 부구경 연마 도구(sub-aperture polishing tool)에 기초한 결정적 표면 마감 처리 기술(deterministic surface finishing technique)이다. MRF는 광학 소자의 연마 및 마감 처리에 적용되어 왔다. 이 기술은, 자기 유동학적 유체(MR 유체)를 사용하는데, 그 점도는 상기 MR 유체에 인가되는 자기장의 함수이다. 그 한 예로서, 철카보닐(iron carbonyl)이 특정의 MR 유체에 사용되며, 자기장을 인가함으로써 약 1000배까지 증가될 수 있는 점성을 갖는다.
상기 MR 유체는, 이동중인 광학 소자에 인접한 리본(ribbon) 형상으로서 회전하는 구형 바퀴에 유체 펌프에 의하여 공급된다. 전자석이 광학 소자의 표면에 자기장을 생성하여 상기 MR 유체를 경화시키고, 그리하여 부구경 연마 도구가 된다. 상기 MRF 시스템은 작업물을 연마하기 위해 사용되는 MR 유체의 형상과 경도를 통제할 수 있게 한다. 상기 회전하는 바퀴 상에서 경화되었던 유체가 자기장을 벗어날 때, 그는 다시 저점도의 유체로 되돌아가고 유체 배출구에 포집되어 재활용된다. 전형적으로, 상기 MRF 연마 도구의 제거율(removal rate), MR 유체의 유속(flow rate), 공급 시스템 내의 압력, MR 유체의 온도 등을 포함하는 시스템 파라미터를 모니터링함으로써 일정한 수준으로 유지될 수 있다.
상기 MR 유체와 광학 소자 사이의 접점에서의 전단 응력(shear stress)이 상기 광학 소자를 연마하는 데에 사용되며, 경화된 MR 유체는 제거 기능(removal function)의 면에서 분석될 수 있다. 재료의 제거율은 상기 광학 소자의 표면 위에서의 체류 시간(residence time)을 변화시킴으로써 제어된다.
회전 연마(rotational polishing)는, 반경-쎄타 경로(radius-theta path)를 따라 부품을 가로질러 상기 제거 기능을 이동시킴으로써 수행할 수 있다. 소망하는 형상을 제어할 수 있도록 상기 반경 및 회전 속도(rotational speed)(각속도를 결정함)를 조정한다. 래스터 연마(raster polishing)는, 래스터 스캔 경로를 따라 상기 광학 소자를 가로질러 상기 제거 기능을 이동시킴으로써 수행할 수 있다. 소망하는 형상을 제어할 수 있도록 상기 래스터 속도(raster speed)(선속도를 결정함)를 조정한다.
전형적인 MRF 연마 도구에 의해 제공되는 혜택에도 불구하고, 본 발명의 기술 분야에서는 MRF 시스템을 사용하여 광학 소자를 연마하기 위한 개선된 방법과 시스템이 요구되고 있다.
본 발명에 의하면 광학 시스템에 관한 기술이 제공된다. 특히, 본 발명의 실시예들은 자기 유동학적 마감 처리(Magnetorrheological finishing; MRF) 프로세스를 이용하여 광학 소자를 연마 및/또는 마감 처리하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 단지 예시로서, 본 발명은, 상기 광학 소자의 하나 또는 그 이상의 표면에 매끄러운 지형적 형상들을 형성함으로써 광학 소자의 내부적 광학적 변화(internal optical variations)를 보상하기 위하여 적용된다. 본 명세서에서 기술되는 방법과 시스템들은 다른 광학 시스템의 처리 및 마감에도 역시 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 광학 소자의 마감 처리 방법이 제공된다. 상기 마감 처리 방법은, 상기 광학 소자와 중첩되는 복수의 기준자(fiducial)를 포함하는 광학 마운트(optical mount)에 상기 광학 소자를 장착하는 단계, 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자에 대한 제1 측정 지도(metrology map)를 획득하는 단계, 및 상기 복수의 기준자가 제외된 상기 광학 소자에 대한 제2 측정 지도를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 마감 처리 방법은 또한, 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도 사이의 불일치 지도(difference map)를 형성하는 단계 및 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하는 단계를 포함한다. 상기 마감 처리 방법은 또한, 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 불일치 지도를 이용하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자(mathematical fiducial)를 위치시키는 단계 및 상기 제3 측정 지도를 상기 광학 소자에 연관(associate)시키는 단계를 포함한다. 게다가, 상기 마감 처리 방법은, MRF 도구의 고정물(fixture)에 상기 광학 소자를 장착하는 단계, 상기 고정물에 상기 광학 소자를 위치시키는 단계, 상기 복수의 고정물을 제거하는 단계, 및 상기 광학 소자를 마감 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 광학 소자를 연마하기 위한 MRF 시스템이 제공된다. 상기 MRF 시스템은, 프로세서 및 상기 프로세서에 연결된 MRF 도구를 포함한다. 상기 MRF 도구는, 소정의 제거 기능을 제공하는 바퀴 및 상기 광학 소자와 복수의 기준자를 수용하는 광학 마운트를 포함한다. 상기 MRF 시스템은 또한, 상기 프로세서에 연결되고 상기 광학 소자를 연마하기 위하여 상기 MRF 도구를 제어하기 위한 복수의 명령을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 포함한다. 상기 복수의 명령은, 상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자에 대한 제1 측정 지도(metrology map)를 획득하게 하는 명령, 상기 프로세서로 하여금, 상기 복수의 기준자가 제외된 상기 광학 소자에 대한 제2 측정 지도를 획득하게 하는 명령, 및 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도 사이의 불일치 지도(difference map)를 형성하게 하는 명령을 포함한다. 상기 복수의 명령은 또한, 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하게 하는 명령, 및 상기 프로세서로 하여금, 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 불일치 지도를 이용하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자(mathematical fiducial)를 위치시키게 하는 명령을 포함한다. 상기 복수의 명령은 또한, 상기 프로세서로 하여금, 상기 제3 측정 지도를 상기 광학 소자에 연관(associate)시키게 하는 명령, 및 상기 프로세서로 하여금, 상기 MRF 도구를 제어하여 상기 광학 소자의 마감 처리를 하게 하는 명령을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에 의하면, 광학 소자의 연마 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 광학 소자를 수용하기 위한 영역 및 상기 영역 근방에 위치하는 복수의 기준자를 포함하는 광학 마운트에 상기 광학 소자를 장착하는 단계, 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자를 포함하는 제1 측정 지도를 획득하는 단계, 상기 광학 소자를 포함하는 제2 측정 지도 - 상기 제2 측정 지도는 상기 복수의 기준자로부터 자유로움 - 를 획득하는 단계, 및 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도에 기초하여 불일치 측정 지도(difference metrology map)를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 제1 측정 지도를 상기 제2 측정 지도에 정렬하는 단계, 및 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자를 추가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 MRF 도구에 상기 광학 마운트를 위치시키는 단계, 상기 제3 측정 지도를 이용하여 상기 광학 마운트를 상기 MRF 도구에 정합시키는 단계; 및 상기 광학 소자를 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특정 실시예에 의하면, 광학 소자를 연마하기 위한 MRF 시스템이 제공된다. 상기 MRF 시스템은, 프로세서, 광학 이미지 시스템, 및 상기 프로세서에 연결된 MRF 도구를 포함한다. 상기 MRF 도구는, 소정의 제거 기능을 제공하는 바퀴 및 상기 광학 소자를 수용하며 복수의 외부 기준자를 포함하는 광학 마운트를 포함한다. 상기 MRF 시스템은 또한, 상기 프로세서에 연결되고 상기 광학 소자를 연마하기 위하여 상기 MRF 도구를 제어하기 위한 복수의 명령을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 포함한다. 상기 복수의 명령은, 상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자를 수용하기 위한 영역 및 상기 영역 근방에 위치하는 복수의 기준자를 포함하는 광학 마운트에 상기 광학 소자를 장착하게 하는 명령을 포함한다. 상기 복수의 명령은 또한, 상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자를 포함하는 제1 측정 지도를 획득하게 하는 명령, 상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자를 포함하는 제2 측정 지도 - 상기 제2 측정 지도는 상기 복수의 기준자로부터 자유로움 - 를 획득하게 하는 명령, 및 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도에 기초하여 불일치 측정 지도를 형성하게 하는 명령을 포함한다. 상기 복수의 명령은 또한, 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도를 상기 제2 측정 지도에 정렬하게 하는 명령, 상기 프로세서로 하여금, 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자를 추가하게 하는 명령, 및 상기 프로세서로 하여금, 상기 MRF 도구를 제어하여 상기 광학 소자를 연마하게 하는 명령을 포함한다.
본 발명에 의하면 통상의 기술에 비하여 다양한 이점이 제공된다. 예를 들어, 본 발명에 의하면, 광학 소자에 있어서 그 내부의 광학적 변화를 보상함으로써 상기 광학 소자를 이용하는 레이저 및 증폭기의 시스템 성능을 향상시키는 방법이 제공된다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 제조사들은 성능 요건을 충족시키지 못할 수도 있는 완료된 광학 소자를 재처리함으로써 제조 수율을 향상시킬 수 있게 된다. 게다가, 본 발명의 실시예에 의하면, 처음에 품질이 떨어지는 것으로 여겨지던 재료를 처리하여 초기 규격을 초과하는 규격을 갖게 할 수 있다. 실시예에 따라서는 이러한 이점들이 하나 또는 그 이상 달성될 수도 있다. 상기 및 기타 이점들에 관하여는 본 명세서의 전반에 걸쳐 그리고 이하에서 더욱 상세히 설명된다.
이들 및 기타 본 발명의 목적과 특징, 그리고 이들을 성취하는 방식 등에 관하여는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 될 것이며, 본 발명 그 자체는 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 명확히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 소자 처리 시스템의 간략화된 개념도이며;
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 MRF 도구에 사용되는 소자들의 간략화된 개념도이며;
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 기준 마스크(fiducial mask)로 광학 마운트(optical mount)에 장착된 광학 소자의 간략화된 개념도이며;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 MRF 정합 시스템의 소자들의 간략화된 개념도이며;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 소자의 마감 처리 방법을 도시한 간략화된 흐름도이며;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 마운트의 간략화된 도면이며;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 파면 왜곡(wavefront distortion)을 교정하기 위한 시스템의 간략화된 도면이며;
도 7a 내지 도 7f는 MRF 시스템에 광학 소자를 연합시키고 정렬시키기 위한 프로세스의 다양한 스테이지에서 측정되고 연산된 인터페로그램(interferogram)들이며;
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 장파장 MRF 처리 전과 후의 광학 소자에 대한 위상 프로파일들이며;
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 단파장 MRF 처리 전과 후의 광학 소자에 대한 위상 프로파일들이며;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 소자의 연마 방법을 도시한 간략화된 흐름도이며;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 외부 기준자(external fiducial)을 포함하는 광학 마운트의 간략화된 도면이며;
도 12a 내지 도 12f는 MRF 시스템에 광학 소자를 연합시키고 정렬시키기 위한 프로세스의 다양한 스테이지에서 측정되고 연산된 인터페로그램(interferogram)들이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 MRF 도구에 사용되는 소자들의 간략화된 개념도이며;
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 기준 마스크(fiducial mask)로 광학 마운트(optical mount)에 장착된 광학 소자의 간략화된 개념도이며;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 MRF 정합 시스템의 소자들의 간략화된 개념도이며;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 소자의 마감 처리 방법을 도시한 간략화된 흐름도이며;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 마운트의 간략화된 도면이며;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 파면 왜곡(wavefront distortion)을 교정하기 위한 시스템의 간략화된 도면이며;
도 7a 내지 도 7f는 MRF 시스템에 광학 소자를 연합시키고 정렬시키기 위한 프로세스의 다양한 스테이지에서 측정되고 연산된 인터페로그램(interferogram)들이며;
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 장파장 MRF 처리 전과 후의 광학 소자에 대한 위상 프로파일들이며;
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 단파장 MRF 처리 전과 후의 광학 소자에 대한 위상 프로파일들이며;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 소자의 연마 방법을 도시한 간략화된 흐름도이며;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 외부 기준자(external fiducial)을 포함하는 광학 마운트의 간략화된 도면이며;
도 12a 내지 도 12f는 MRF 시스템에 광학 소자를 연합시키고 정렬시키기 위한 프로세스의 다양한 스테이지에서 측정되고 연산된 인터페로그램(interferogram)들이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 결정 성장 과정에서 발생하는 밀리미터 이하의 격자 왜곡(sub-millimeter lattice distortion)을 보상하기 위하여 개선된 자기 유동학적 마감 처리(magnetorrheological finishing; MRF) 기술이 광학 소자(예를 들어, 티타늄:사파이어 결정(Ti:sapphire crystal))에 적용된다. 전송되는 파면에서의 격자 왜곡의 영향을 상쇄시키도록 상기 광학 소자의 표면에 지형학적 구조(topographical structure)를 형성함으로써 정밀한 광학적 교정이 가능하게 된다. 이하에 설명된 본 발명의 실시예에 의하면, 광학 소자의 광학 성능이 현저히 개선되며, 광범위한 응용 분야에서 유용한 고품질의 대구경(large-aperture) 사파이어 및 티타늄:사파이어 광학 소자를 제조할 수 있는 수단이 제공된다.
티나늄:사파이어는, 그의 넓은 대역폭의 파장 튜닝 영역(wavelength tuning range)으로 인해, 고체 상태의 펨토초(femtosecond) 고정점 고전력 레이저 시스템(high-peak power laser system)의 주요 재료가 되었다. 800nm에서 정점을 갖는 680 내지 1100nm의 범위의 튜닝 가능 영역을 가짐으로써, 티타늄:사파이어 레이저 방출 결정(Ti:sapphire lasing crystal)은 요구되는 펌프 파장(pump wavelength)으로 쉽게 튜닝되고, 그들의 우수한 비임 품질과 전형적으로 수 와트에 이르는 높은 출력 파워로 인해 매우 높은 펌프 휘도(pump brightness)를 제공한다. 펨토초 레이저는 철(steel)과 치아 법랑(tooth enamel)으로부터 섬세한 심장 조직과 고성능 폭발물 등에 이르는 범위의 재료들의 정밀한 절단 및 기계 가공에 사용된다. 이러한 극히 짧은 펄스들은 너무 순간적이어서 절단되는 재료에 열이나 충격을 주지 않으며, 이것은 그 주변 재료들에 거의 손상을 입히지 않으면서 절단, 천공 및 기계 가공 등을 수행할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 이러한 레이저에 의하면, 높은 정밀도의 절단이 가능한데, 예컨대 두꺼운 재료에 컴퓨터가 생성한 경로를 따라 100㎛ 이하의 아주 미세한 선을 형성할 수 있다. 더 높은 에너지로의 연장은 결정질인 레이저 방출 매질의 크기에 의하여 제한된다. 고품질의 대직경 결정의 수율은 부울(boule) 중에 나타날 수 있는 격자 왜곡에 의해 제한되는데, 이로 인해 고품질의 광학계를 수확할 수 있는 영역으로부터 활용 영역이 제한된다. 격자 왜곡은 이러한 광학계의 전송 파면에 영향을 미치며, 이는 궁극적으로 상기 레이저 시스템의 고급형 파워 출력과 효율에 제한을 가져오며, 특히 다중 통과 모드(multi-pass mode)에서 동작할 때 더 그렇다. 나아가, 티타늄:사파이어 또는 사파이어는 매우 견고한데(다이아몬드가 10인 모스 경도가 이들의 경우 9임.), 이로 인해 표면 하부로 손상을 주거나 심각한 파면 오류(wavefront error)를 일으키지 않으면서 통상적인 방법으로 이들을 정확히 연마하는 것이 극히 어렵다. 티타늄:사파이어 응용의 맥락에서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고 있지만, 본 발명이 이 특별한 결정체에 한정되는 것은 아니며, 다른 광학 매질(optical media)도 역시 본 발명의 범위에 포함된다. 이러한 광학 매질로는, 사파이어(sapphire), 다른 전이 금속으로 도핑된 사파이어(sapphire doped with other transition metals), 다른 레이저 이득 매질(laser gain media) 등이 포함된다.
본 발명의 실시예에 의하면, MRF를 채용하여, 전송된 파면을 섭동(perturbing)시킴으로써 티타늄:사파이어의 격자 왜곡을 보상하는 방법 및 시스템이 제공된다. 이러한 개선된 MRF 기술에 의하여, 다른 방법으로는 사용할 수 없었던 티타늄:사파이어 결정으로부터 고품질 광학계를 제공하기 위해, 일측 또는 양측 광학 표면에 약 70nm 크기의 광학 경로차(optical path difference)를 가진 격자 왜곡의 광학적 반전(optical inverse)을 정밀하게 연마할 수 있게 된다. 상기 기술은 통상적인 기술을 사용해서는 광학계 내측으로 연마될 수 없었던 광학 표면 상에 밀리미터 이하의 사이트(site)를 정밀하게 위치시키고 연마하는 간섭 측정식, 소프트웨어식 및 기계식 수정(interferometric, software and machine modification)을 포함한다. 본 발명의 발명자들은 이하에 기술된 방법 및 시스템이 티타늄:사파이어 기반 시스템을 그 피크 파워(peak power)가 페타와트(petawatt; peta=1015)를 훨씬 초과하는 시스템으로 확장시킬 것으로 믿고 있다.
티타늄:사파이어 및 다른 결정으로부터 고품질 대구경 광학 소자의 획득 수율을 제한하는 요인 중 하나는, 결정 성장 과정 중에 발생하는 격자 왜곡 및 불연속적인 불균질성의 존재이다. 이러한 불완전함은, 표면이 극히 평탄하다고 하더라도, 전송되는 파면의 품질을 열화시킬 수 있는 결정 내부에서의 국지적인 굴절률의 변화로 나타난다. 간섭식 위상 프로파일 측정(interferometric phase profile measurement)에 의하면, 상기 왜곡은 그 폭에 있어서 약 0.3 내지 5mm의 크기로 변화할 수 있다. 이러한 왜곡은 레이저 비임의 품질에 지장을 주기에 충분한 정도로 큰 것이며, 그로 인해 레이저 시스템의 하류측 광학계에 손상이 생길 수 있으며, 짧은 펄스 시스템에 대하여는 불완전한 압축과 레이저 비임의 초점 형성 성능의 열화 등이 발생할 수 있다. 결과적으로, 이러한 형식의 격자 왜곡을 갖는 티타늄:사파이어 결정을 포함하는 레이저 광학계는 우수한 전송 특성과 비임 품질을 요구하는 응용 분야에는 덜 바람직하게 된다.
통상적인 MRF 기술은 3mm 또는 그 이상의 긴 공간 주기의 위상 왜곡(long spatial period phase distortion)만을 보상한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 전송되는 파면을 개선하기 위하여 사파이어 및 티타늄:사파이어 결정의 밀리미터 이하의 격자 왜곡도 보상할 수 있는 MRF 기술이 제공된다. 여기에서 설명되는 기술은, 유리 및 결정질 재료 모두에 대해 고유한 방식으로, 더 짧은 주기의 위상 왜곡과 불연속적인 불균일성을 보상하는 데에 적용될 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 기준화된 MRF 고정물(fiducialized MRF fixture)의 설계와 도입으로 인하여 광학 평면(optical plane)의 절대 위치에서의 간섭 측정적 특성(interferometric feature)의 정확한 위치 추적이 가능하게 되었다. 또한, 본 발명에 의하면, 기준 위치와 인터페로그램의 위치를 상호 연관시키는 간섭 측정적 조작 알고리즘과, 고정물과 기준물을 MRF 머신의 위치에 대해 3㎛ 이내로 연결하는 향상된 기준 카메라 시스템(fiducial camera system)이 구현된다. 또한, 본 발명에 의하면 소형이며 정밀하게 제어되는 MRF 제거 기능이 구현된다. 상기 MRF 제거 기능은 다음과 같은 다양한 요소, 즉 연마 구역에서의 자기장, 상기 광학 요소가 상기 MR 리본으로 담겨지는 지점에서의 깊이, 상기 MFR 바퀴(wheel)의 직경, 상기 MR 유체의 점도, 상기 MR 유치 리본의 폭, 등에 의하여 정의된다. 본 발명에 의하면, 통상적인 MRF 기술에 비해 개선된 성능을 갖는 고도로 제어 가능한 MRF 프로세스를 제공하기 위하여 상기와 같은 다양한 요소들이 조정되었다. 예를 들면, 상기 제거 기능의 길이는 바퀴의 직경의 함수이며, 상기 제거 기능의 폭은 상기 MR 리본으로 상기 광학 소자가 잠기는 정도의 함수이다. 피크 및 체적 제거율은 바퀴의 속도, 유체의 점도, 자기장의 강도의 함수이다. 이러한 개선으로 인해, 티타늄:사파이어, 사파이어 결정, 기타 광학 소자 등에 있어서의 저 전송 파면이 달성될 수 있게 되었다. 본 발명의 실시예에 의하면, 50mm의 MRF 바퀴를 사용하여 1mm 보다 작은 유효 직경을 갖는 재료의 제거가 가능하다. 더욱 작은 MRF 바퀴가 사용되는 경우, 더욱 작은 직경이 실현될 수 있다.
MRF는, 마스크(mask) 또는 기준판(master plate)을 사용하지 않고도 광학 소자에 매끄러운 지형학적 형상들을 형성할 수 있는 직접적인 접근 방법을 제공한다. MRF 시스템에 의하여 제공되는 결정론적인 연마 능력과 간섭 측정법과의 긴밀한 상호 작용에 의하여, 어떠한 급격한 불연속성이나 위상 변칙(phase anomaly) 없이, 비임 개구(beam aperture) 전체에 걸쳐 연속적으로 변화하는 위상 구조를 형성할 수 있다. 본 발명에 의하면, 광학 개구(optical aperture)에 대해 약 30nm의 제곱 평균 제곱근(root-meam-square; rms) 오차를 갖는 매우 높은 정확도의 지형학적 프로파일을 반복적으로 생성할 수 있게 되며, 그리하여 그 특성을 정밀하게 정의할 수 있는 매우 효율적인 플레이트(> 99 퍼센트)를 생산할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 소자 처리 시스템의 간략화된 개념도이다. 상기 MRF 시스템 100은, 통상적인 도구에 비해 그 성능이 향상된 MRF 연마 도구 110을 포함한다. 상기 MRF 연마 도구 110은 MRF 바퀴 116을 포함한다. MR 유체는 유체 주입구(inlet) 112를 통해 공급되며, 연마 구역(polishing zone) 118 내의 MRF 바퀴 116 상에서 리본 형태로 된다. 상기 연마 구역 118의 자기장을 통과한 다음, 상기 MR 유체는 유체 배출구(outlet) 114에서 수집되어 펌프(도시되지 않음)에 의해 유체 주입구 112로 재순환된다. 광학 소자 140은, 그 표면을 연마할 수 있도록, 예를 들어 래스터 주사 패턴, 원형 패턴, 또는 그 밖에 다양한 패턴으로, 상기 MRF 바퀴 116에 대하여 상대적으로 움직인다.
상기 MRF 시스템은 또한, 사용자로 하여금 상기 MRF 도구를 프로그램하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용할 수 있게 해주는 I/O 인터페이스 124를 포함한다. 상기 MRF 시스템은 거주 시간(dwell times) 및 다른 시스템 파라미터에 관련된 연산을 수행할 수 있는 프로세서 120을 포함한다. 상기 프로세서와 기타 시스템 구성 요소에 의하여 사용된 데이터를 저장하기 위하여 컴퓨터로 판독 가능한 매체("데이터베이스" 또는 "메모리"라고도 함) 122가 상기 프로세서 120과 연결된다. 상기 프로세서 120은 계측 시스템(metrology system) 130과 상호 작용하며, 상기 계측 시스템 130은 상기 광학 소자 내부의 내적 불균질성(internal non-uniformaity)은 물론 상기 광학 소자의 표면 구조에 관한 데이터도 제공한다. 전형적으로, 상기 계측 시스템 130은, 상기 광학 소자에 대한 공간적으로 해석된 위상 정보(spatially resolved phase information)를 제공하는 간섭계(interferometer)를 포함한다. 사용자는 상기 프로세서 120, 상기 메모리 122 및 상기 I/O 인터페이스 124를 사용하여 상기 광학 소자의 특정 형상을 구성하기 위한 시스템 파라미터와 거주 시간을 연산할 수 있게 된다. 제어기 160은 결정론적 연마 프로세스를 실현하기 위해 상기 MRF 도구 110과 상호 작용한다.
상기 프로세서 120은, 미국 캘리포니아주 산타 클라라 소재의 인텔 코포레이션에 의하여 제조된 펜티엄 프로세서와 같은, 명령(instruction)과 데이터를 처리하도록 구성된 범용 마이크로프로세서일 수 있다. 또한, 상기 프로세서는, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어에 본 발명에 의한 방법을 수행하도록 구현된 명령들의 적어도 일부를 실행하는 주문형 반도체 집적회로(Applicaton Specific Integrated Circuit; ASIC)일 수도 있다. 그러한 프로세서에는, 예를 들어 전용 회로 장치(dedicated circuitry), ASIC, 조합 논리 회로(combinatorial logic), 기타 프로그램 가능 프로세서(programmable processor), 이들의 조합 등이 포함된다.
상기 메모리 122는 특정의 애플리케이션에 적합한 바에 따라 국지적이거나 분산적일 수 있다. 상기 메모리 122는, 프로그램의 실행중에 명령과 데이터를 저장하기 위한 메인(main)용 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM)와, 고정된 명령이 저장되는 읽기 전용 메모리(read only memory; ROM)를 포함하는 다수의 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 상기 메모리 122는 프로그램과 데이터 파일을 위한 영구(비휘발성) 저장 기능을 제공하며, 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, 제거 가능한 매체를 포함하는 플로피 디스크 드라이브, 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM) 드라이브, 광학 드라이브, 제거 가능 매체 카트리지(removable media cartridge), 및 기타 저장 매체를 포함할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 MRF 도구에 사용되는 소자들의 간략화된 개념도이다. 일부 실시예에서는, MRF 연마 처리 과정 동안 광학 소자 214를 수용하고 견고하게 지지하기 위하여 크기가 조정된 광학 마운트(optical mount) 210이 사용된다. 상기 광학 마운트 210은, 그 표면에 고정되도록 제공되거나 또는 그 내부에 삽입된 외부 고정자(固定子) (external fiducial) 212를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 2a에 도시된 상기 고정자 212는 상기 광학 마운트에 일체로 결합된 미세한 십자선의 형태로 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 각 구현 방식에 따라 그에 적합한 형태의 고정자가 사용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 고정자는, 상기 MRF 도구에서 상기 광학 마운트 210을 정렬할 수 있도록 하는 원형 또는 기타 적합한 형상의 것일 수 있다. 상기 MRF 시스템의 다른 구성 요소는, 그 중앙 부분에 그리드(grid)를 형성하는 다수의 미세 철선 222를 포함하는 기준 마스크 220을 포함할 수 있다. 도 2a에 의하면 직교 형상을 이루는 그리드가 도시되었으나, 이는 본 발명에 필수적인 것은 아니며, 다른 구성도 본 발명의 범위내에 포함될 수 있다.
상기 광학 마운트 210에 상기 광학 소자 214가 장착되고 상기 광학 마운트 210에 상기 기준 마스크 220이 위치된 경우, 상기 광학 소자는 상기 광학 마운트 및 기준 마스크에 정확히 정합(registration)된다. 도 4와 관련하여 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 여기에서 설명되는 방법 및 시스템은 MRF 연마 처리를 수행하기 위하여 이러한 정확한 정합을 이용한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 기준 마스크(fiducial mask)로 광학 마운트(optical mount)에 장착된 광학 소자의 간략화된 개념도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 광학 소자는, 상기 광학 마운트 210과 상기 기준 마스크 220에 대하여 미리 결정된 기하학적 배열이 되도록 위치된다. 본 상세한 설명 전체에 걸쳐 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 광학 소자와 상기 장착 고정물(mounting fixture) 사이의 정확한 정합에 의하여 MRF 처리를 이용한 광학 소자의 정밀한 연마가 가능하게 된다. 그리하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광학 소자에게, 상기 광학 소자의 일부에 중첩되거나 상기 광학 소자의 외부에 위치하는 역학적 기준 마스크(kinematic fiducial mask)를 포함하는 광학 소자 마운트를 제공한다. 외부 기준자는 도 2a의 외부 기준자 212에 의하여 도시된 바와 같이 광학 소자 마운트의 일부로서 포함될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 MRF 정합 시스템의 소자들의 간략화된 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, MRF 도구에 설치되어, 마이크론 단위의 스테이지 위치 제어를 제공하기 위하여 다양한 차원의 병진(translation, 竝進)과 회전을 가능하게 하는 수정된 카메라 시스템 어셈블리(camera system assembly)가 사용된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 스테이지 위치 제어는 10㎛ 미만의 정확도를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 스테이지 위치 제어는 5㎛ 미만(예를 들어, 2㎛ 내지 5㎛)의 정확도를 갖는다.
상기 시스템은 현미경의 대물 렌즈(도시되지 않음)를 포함하며, 상기 현미경의 대물 렌즈는 하우징 310에 장착된다. 상기 현미경의 대물 렌즈는 줌 렌즈(zoom lens) 또는 기타 적합한 광학 렌즈일 수 있다. 상기 현미경의 대물 렌즈를 통과한 빛은 디지털 센서 312에서 그 초점이 맞으며, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 디지털 센서 312는 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD)이다. 특정 응용례에 따라 다른 적합한 촬상 소자가 사용될 수도 있다. 상기 디지털 센서 312로부터의 신호는 코넥터 케이블(connector cable) 314를 통해 적합한 제어 전자부(control electronics)로 전달된다.
상기 시스템은 또한, 상기 광학 소자가 위치를 이동함에 따라 그 위치를 측정하는데에 사용되는 위치 측정기(position gauge) 320을 더 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서는, 상기 위치 측정기 320은 상기 광학 소자와 접촉함으로써 활성화되는 말단(tip)을 포함하며, 상기 광학 소자의 표면의 위치에 관한 정확한 정보를 상기 시스템에 제공한다. 상기 MRF 바퀴 340은 노즐 334로부터 MR 유체를 제공받으며, 상기 노즐 334는 공급선(supply line) 300과 유체 수급이 가능하며, 상기 공급선 300은 다시 펌핑 시스템(pumping system)(도시되지 않음)으로부터 펌핑(pumping)되는 MR 유체의 수급이 가능하게 되어 있다. 상기 노즐 334는 스테이지 332에 위치하며, 상기 노즐이 상기 MRF 바퀴에 인접하여 위치하도록 하나 또는 그 이상의 방향으로 이동하도록 작동될 수 있다.
정렬 과정이 수행되는 동안, 상기 광학 소자는 정렬핀(alignment pin) 350과 연관된 위치에서 상기 하우징 310 및 상기 디지털 센서 312 사이에 위치한다. 마감/연마 작업이 수행되는 동안, 상기 광학 소자는 상기 MRF 바퀴 340 위쪽에 위치한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 MRF 바퀴 340은, 공간적 규모에 있어서 약 50㎛ 내지 약 30mm의 범위에 해당하는 제거 기능을 제공하도록 동작한다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 제거 기능은 공간적 규모에 있어서 약 200㎛보다 작다. 상기 디지털 센서 312를 포함하는 상기 카메라 시스템은 약 1㎛ 내지 약 100㎛ 범위의 해상도를 제공한다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 해상도는 약 20㎛보다 작다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 일단 상기 도 2b에 도시된 구조가 상기 MRF 도구 110에 위치하고 나면, 상기 간섭 측정 시스템 또는 계측 시스템의 기준 마스크 220이나 또는 기준자 212와 같은 기타 적합한 기준자를 활용하기 위하여 상기 MRF 기계의 카메라 시스템이 사용된다. 상기 카메라 시스템에 의하여 사용자는 높은 수준의 정확도로 상기 MRF 도구의 기준자를 식별할 수 있게 된다. 상기 카메라 시스템은 상기 시스템에 사용되는 기준자에 대한 매우 정확한 영상을 촬상할 수 있는 현미경의 대물 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 여기에서 설명된 카메라 시스템을 사용함으로써, 40㎛ 크기의 영상을 촬영할 수 있었으며 그에 따른 광학 소자의 정렬이 가능했다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 영상 시스템 구성 요소가 상기 광학 요소로부터 더 멀어질 수 있게 하여 상기 영상 시스템의 시야를 증대시킬 수 있는 줌 렌즈(zoom lens)가 사용된다. 이러한 줌 렌즈를 이용함으로써, 오퍼레이터(operator)는 전체적으로 정렬한 다음, 줌인하여 기준자의 세부를 포착하고 결과적으로 정확한 정렬을 수행할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 소자의 마감 처리 방법을 도시한 간략화된 흐름도이다. 상기 방법은 기준자를 포함하는 마운트에 광학 소자를 위치시키는 단계 410을 포함한다. 이 단계의 실시예는 도 2b에 도시되어 있다. 상기 광학 소자를 포함한 마운트는, 도 3과 관련하여 설명한 고배율 카메라 시스템을 사용하여 상기 MRF 시스템에 위치된다. 상기 마운트를 위치시키는 단계는 상기 MRF 도구에 대하여 상기 마운트와 기준자의 위치의 원점(origin)을 결정하는 단계를 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 마운트의 간략화된 도면이다. 도 5를 참조하면, 상기 광학 마운트의 좌상귀에 정의된 원점과 소정의 폭 및 길이를 갖는 광학 마운트의 일례가 제시되어 있다. 두 개의 기준자 위치 Fid1 및 Fid2가 각각 좌표 (x1, y1) 및 (x2, y2)에 도시되어 있다. 상기 원점 위치, 좌표축 시스템 및 기준자 등은 상기 고배율 카메라 시스템을 사용하여 상기 MRF 시스템에 대하여 결정될 수 있다.
상기 마운트/광학 소자는 고해상도 카메라 시스템을 사용하여 상기 MRF 도구에 위치된다(단계 412). 전형적으로, 상기 MRF 도구는 x, y 및 z, 회전 및 기울임 방향 등을 포함하는 소정 수준의 자유도를 갖는다. 따라서, 기준자에 기초한 광학 마운트는 도 3에 도시된 바와 같은 카메라 시스템을 이용하여 상기 MRF 도구와 정렬될 수 있고, 상기 정렬 과정 동안에 상기 기준자가 상기 도구에 의하여 관찰될 수 있다.
상기 MRF와 상기 광학 소자의 좌표계를 연관짓기 위해, 상기 MRF 도구에 대한 상기 광학 소자와 상기 기준자 위치의 수학적 표현이 개발되었다. 이 단계 414를 수학적 기준자 및 시스템 차원(system dimension)의 생성 단계라고도 부를 수 있다. 이 단계에 의하면, 상기 광학 소자와 상기 MRF 좌표계가 수학적 모델로 연관된다. 이어서, 상기 수학적 기준자는 상기 MRF 도구 및 상기 광학 좌표계에 정합된다(단계 416).
상기 기준자를 이용한 상기 광학 소자의 제1 측정 지도(metrology map)를 획득한다(단계 418). 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기준자는, 예를 들어 도 2a에 도시된 바와 같은 광학 마운트 210 상의 기준자이거나 기준 마스크 220과 같이, 상기 광학 소자로부터 물리적으로 분리된 것일 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 기준자를 이용한 상기 제1 측정 지도는, 상기 기준자(예를 들어, 기준 마스크의 십자선)의 위치를 연마될 광학 소자의 표면이나 내부에 존재하는 다양한 물리적 특징(예컨대 비균질성)에 참조시키는 데에 사용된다. 제1 측정 지도의 일례는 도 7a에 도시된 바와 같이 준비된 기준 지도를 도시하는 인터페로그램(interferogram)이다. 도 7a를 참조하면, 철선 222가 두 지점에서 광학 소자에 중첩되는 십자선을 형성하고 있다. 도 7a에 의하면, 상기 광학 소자의 표면 프로파일의 변화 및/또는 내부적 변화가 색상의 차이로 도시되어 있다.
본 발명의 방법 400은 또한 기준자를 이용하지 않은 광학 소자의 제2 측정 지도를 획득한다(단계 420). 상기 제2 측정 지도는 단지 상기 광학 소자 및 상기 광학 소자의 표면 또는 내부에 존재하는 임의의 비균질성에 관한 정보만을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 측정 지도는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 예를 들면 측정될 특정 광학 소자에 대해 전송된 파면의 인터페로그램과 같은, 위상 지도(phase map)이다. 상기 제2 측정 지도는, 종종 벌크 비균질성(bulk non-uniformity)이라고도 불리는 광학 소자 내부에 존재하는 비균질성은 물론, 그 양 표면(S1 및 S2)으로부터의 기여분도 포함할 수 있다. 티타늄:사파이어에 있어서, 이러한 벌크 비균질성(즉, 굴절률의 변화)은, 줄무늬(striation), 긁힘(scratch), 파임(dig), 그레인 경계(grain boundary), 확산 결합 접점(diffusion bond interface) 등을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 수용 불가능한 비균질성을 갖는 광학 소자들을 고출력 및 기타 응용에 적합한 광학 소자로 처리할 수 있게 된다. 따라서 광학 소자의 수율이 통상적인 기술에 비하여 비약적으로 향상된다.
본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 제2 측정 지도를 획득하기 위하여, 상기 기준 마스크를 제거하기 위해 상기 광학 마운트를 상기 측정 도구로부터 제거한다. 이 경우, 상기 제2 측정 지도가 획득된 경우, 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도 사이에 측정 장치에서의 정합 오류(registration error)가 있을 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 및 제2 인터페로그램들은 상호간에 정합되지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 두 개의 측정 지도를 상호간에 비교하고 그들 사이의 오류를 최소하여 상기 두 개의 측정 지도를 효과적으로 정렬함으로써, 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 기준자들이 상기 제2 측정 지도로부터 효과적으로 전달되도록 한다.
상기 본 발명의 방법 400은 또한 상기 제1 및 제2 측정 지도에 대한 불일치 지도(difference map)를 형성하는 단계 422를 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 불일치 지도를 형성하기 위하여 상기 MRF 시스템을 위해 개발된 소프트웨어가 사용된다. 도 7c를 참조하면, 상기 불일치 지도의 일례로서 최적화되지 않은 불일치 인터페로그램이 도시되어 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 인터페로그램에는 수평선에 대해 약 45도의 각도로 기울어진 선형적 변화(linear variation)와 함께 기준자가 존재한다. 상기 선형적 변화의 기원은 측정 과정으로부터 유래하는 쐐기(wedge) 또는 말단/경사(tip/tilt) 오류에 기인한다. 상기 쐐기는 이하에서 설명하는 바와 같이 제거된다.
상기 제1 측정 지도 및 제2 측정 지도를 정렬한다(단계 424). 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하는데에 아핀 변환(affine transformation)이 사용된다. 이 단계에 의하여 상기 두 개의 측정 지도 사이에서 기준 위치들이 상호 연관된다. 도 7d는, 상기 변화를 최소화하기 위하여 아핀 변환을 사용하여 3차원(x, y 및 z)에서 최적화된 광학 소자의 불일치 인터페로그램을 도시한다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 도 7c에 존재하던 쐐기가 제거되었다.
본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 기준자들의 유한한 차원(finite dimension)을 보상하기 위하여, 상기 단계 424의 일부로서 오류 최소화가 사용된다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같은 기준 마스크 220에 사용된 철선은, 예컨대 약 25㎛ 내지 약 500㎛ 범위의 유한한 폭을 갖는다. 예를 들어, 오류 최소화는 전체 길이에 걸친 철선의 폭을 식별하고, 이어서 오퍼레이터로 하여금 상당한 거리에 걸쳐 직선을 그릴 수 있게 한다. 상기 폭의 평균을 구해 상기 선의 중심점을 정하고, 십자선의 중심 위치에서의 기준자의 위치를 결정하는데, 상기 선의 폭에 의하여 덮히는 위치 범위보다 이것이 더 정확하다.
오류 최소화는 또한, 상기 기준자를 이용하는 측정 지도의 오류로 귀결되는 기준자로부터의 회절을 보상하기 위하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 상기 기준자를 이용하는 측정 지도에서는, 기준자로서 사용되는 철선 주위의 회절은 단지 철선으로부터 뿐만 아니라 철선에 의하여 회절된 빛으로부터의 데이터로 귀결된다. 그러므로, 철선의 존재는 철선에 대한 영상뿐만 아니라, 철선의 영상에 인접한 일부 픽셀과 그 철선의 모서리 주변의 회절된 빛에 대한 영상으로 귀결된다. 이렇게 회절된 빛은 상기 철선의 모서리에서의 측정을 오염시킨다.
제3 측정 지도를 형성하기 위하여, 수학적 기준자를 상기 제2 측정 지도상에 위치시킨다(단계 426). 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 수학적 기준자는 상기 단계 422에서 형성된 불일치 지도를 사용하여 상기 제2 측정 지도상에 위치된다. 도 7e를 참조하면, 상기 제2 측정 지도상에 상기 수학적 기준자의 하나를 위치시키는 단계가 도시되었다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하듯이, 복수의 수학적 기준자가 상기 제2 측정 지도상에 위치될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 수학적 기준자를 픽셀 크기 이하의 정확도로 위치시킬 수 있다. 상기 제3 측정 지도(기준자를 이용하지 않은 것으로서, 수학적 기준자가 추가된 측정 지도)는 이제 연마될 광학 소자 및 상기 MRF 좌표계와 연관되어, 상기 MRF 시스템이 상기 광학 소자를 연마하는데에 이용될 수 있다. 제3 측정 지도의 일례가 도 7f에 도시되어 있으며, 이것은 기준자를 이용하지 않은 인터페로그램에 수학적 기준자가 더해진 것이다. 여기에서 설명된 프로세스는, 상기 광학 소자의 좌표계를 상기 MRF 시스템 및 인터페로그램의 좌표계에 연관시키고 정확히 정렬한다. 도 5 및 도 7f를 참조하면, Fid1은 상기 인터페로그램의 좌측의 수학적 기준자와 정렬되고, Fid2는 상기 인터페로그램의 우측의 수학적 기준자와 정렬된다. 이러한 방식으로, 도 5에는 상기 MRF 시스템과 상기 광학 소자의 좌표계와의 연관이 도시되어 있으며, 도 7f에는 측정(간섭 측정) 시스템과 상기 광학 소자의 좌표계와의 연관이 도시되어 있다.
상기 광학 소자를 포함하는 마운트의 원점이 고해상도 카메라 시스템을 이용하여 결정된다(단계 428). 광학 소자를 포함하는 마운트가 MRF 도구에 위치되며, 기준 마스크는 제거되고(단계 430), 상기 광학 소자가 연마된다(단계 432).
그리하여, 상기 MRF 도구는, 여기에 설명된 방법 및 시스템을 이용하여 상기 광학 소자 및 그에 대응되는 비균질성의 측정 지도에 상기 제거 기능을 정확히 정합할 수 있다. 이러한 방식으로 일단 상기 MRF 도구가 상기 광학 소자에 정합되면, 상기 광학 소자는 그 표면에 소정의 형상을 형성하도록 연마된다.
도 4에 도시된 특정의 단계들은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 연마에 관한 특정한 방법을 제공하고 있음을 주의하여야 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라서는 다른 계열의 단계들이 실행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기에서 설명한 단계들이 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 개개 단계들은 그 각각에 적합한 다양한 순서로 수행될 수 있는 복수의 하위 단계들을 포함할 수 있다. 나아가, 특정 응용에 따라서는 추가적인 단계가 더해지거나 제거될 수 있다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변화, 수정 및 대안 등을 인식할 수 있을 것이다.
요컨대, 상기 광학 소자의 기준자를 이용한 제1 측정 지도는, 수학적 구성으로서 상기 제2 측정 지도(상기 기준자의 영향으로부터 자유로운)에 상기 기준자를 전달한다. 그리하여, 상기 제2 측정 지도에서는, 상기 측정 지도의 비균질성이 상기 수학적 기준자와 정합되도록 상기 수학적 기준자가 삽입된다. 그리고나서, 상기 기준자는 표지(landmark)를 정의하는데에 사용될 수 있으며, 상기 표지는 상기 MRF 도구에 정렬된다. 그리하여, 상기 MRF 도구가 상기 표지에 정렬되며, 상기 표지는 상기 수학적 기준자와 정합되며, 상기 수학적 기준자는 상기 광학 소자의 비균질성에 정합된다. 그러므로, 상기 MRF 도구는 상기 광학 소자에 존재하는 비균질성을 결정론적으로 연마할 수 있게 된다. 또한, 상기 MRF 도구는 필요에 따라 상기 광학 소자에 비균질성을 도입할 수도 있다.
도 7a 내지 도 7f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 인터페로그램이 측정 지도로서 사용된다. 이러한 인터페로그램은 2차원 배열로서, 상기 배열은 위치와 연관된 입력 항목(entry)과, 상기 배열의 특정 요소와 연관된 위상 높이를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광학 소자를 연마하기 위하여 사용된 인터페로그램의 위상 정보(예컨대 도 7f)는, 상기 광학 소자의 표면 및 내부에서의 비균질성에만 연관되어 있다. 따라서, 상기 인터페로그램은 상기 기준자와 관련된 위상 정보에 의하여는 오염되지 않았지만, 상기 기준자에 대한 정합 정보는 포함한다.
상기 광학 소자에 물리적 기준자를 이용하는 기술에 의하면, 생성된 측정 지도는, 상기 광학 소자의 표면 및 내부와 관련된 위상 정보뿐만 아니라 상기 기준자와 관련된 위상 정보도 포함하게 된다. 그러므로, 상기 기준자는 상기 측정 지도를 "오염"시킨다. 만약 그러한 측정 지도가 상기 광학 소자를 연마하는 데에 사용된다면, 상기 MRF 도구는 이러한 오염을 교정하려고 할 것이고 결과적으로 성공적이지 못한 산출물로 귀결된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 광학 소자를 연마하는 데에 사용되는 측정 지도(즉, 상기 제2 측정 지도에 기초한 측정 지도)는 상기 기준자로부터 유발되는 오염의 문제가 없다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 파면 왜곡(wavefront distortion)을 교정하기 위한 시스템의 간략화된 도면이다. 도 6에 의하면, 편평한(즉 균질한) 파면을 갖는 레이저 비임이 도면의 우측 방향으로 전파된다. 시료인 이득 매질(예를 들어 티타늄:사파이어 결정)은 완벽하게 편평한 전면 및 후면 표면을 갖지만, 이득 매질을 통과하는 굽은 선으로 도시된 바와 같이, 위치의 함수로서 비균질한 굴절률 프로파일을 나타낸다. 실제의 응용에서는 상기 표면은 완벽하게 편평하지 않을 것이며 위치의 함수로서의 굴절률의 변화에 기여할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 전면 및 후면에서의 변화와 함께 내부의 변화를 결합된 방식으로 고려하여 모든 변화들을 위치의 함수로서 단일한 위상 변화 측정값으로 통합한다. 이득 매질이 도 6에 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예는 이득 매질에만 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 위상판(phase plate), 렌즈 등과 같은 수동적인 다른 광학 소자에도 적용될 수 있다.
상기 이득 매질을 통과하여 전파됨으로써 유발되는 위상 변화 때문에 상기 레이저의 파면은 왜곡된다. 왜곡된 레이저 비임의 초점을 맞추는 것은 비회절의 한정된 성능으로 귀결된다. 또한, 왜곡된 레이저 비임을 증폭시키는 것은 파면의 비균질성을 더욱 증대시키는 결과로 귀결된다. 상기 왜곡된 비임으로부터 왜곡을 제거하기 위하여, 상기 파면의 변화를 보상하기 위하여 광학 경로에 위상판이 삽입된다. 위상판으로 통과한 다음 상기 레이저 비임은 일단 최초의 편평한 파면에 의하여 다시 특징지워진다.
상기 위상판은, 상기 이득 매질과 연관된 위상 변화를 보상하기 위하여 상기 이득 매질의 일측 또는 양측 표면에 대한 마감 처리에 의하여 상기 이득 매질과 통합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이득 매질의 제1 및 제2 표면은 "매끈한" 마감 처리를 위하여 연마된다. 상기 이득 매질의 전체적인 위상 변화를 위치의 함수로서 특징 짓기 위해 측정이 사용된다. 상기 전체적인 위상 변화는 표면 프로파일의 불완전함뿐만 아니라 내부의 비균질성으로부터도 유발된다. 그리고, 상기 전체적인 위상 변화를 보상하기 위하여 여기에 기술된 MRF 시스템을 사용하여 표면의 어느 한 쪽에 대한 마감 처리가 수행된다. 그리하여, 상기 MRF 마감 처리된 이득 매질을 통과하여 전파된 다음에는 편평한 파면이 생성된다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 장파장 MRF 처리 전과 후의 광학 소자에 대한 위상 프로파일들이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, MRF 마감 처리 전에는, RMS 특성 오류는 0.030㎛이며, 극대값과 극소값간 거리(peak to valley distance)는 0.179㎛로서 이는 1064nm에서 대체로 λ/6의 값과 균등하다. 도 8b에 도시된 바와 같이, MRF 마감 처리 후에는, 상기 RMS 특성 오류는 0.008㎛이며, 극대값과 극소값간 거리는 0.091㎛로서 이는 1064nm에서 대체로 λ/11.5의 값과 균등하다. 따라서, 장파장 변화에 대하여 전송된 파면에 있어서 약 두 배의 향상이 있음을 알 수 있다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 위상 프로파일은 전송된 파면에 대한 것임을 주의하여야 한다. 결과적으로, 이러한 위상 프로파일은 상기 광학 소자에 대한 특성(S1 및 S2)와 균질성(즉, 내부)에 대한 보상을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 단파장 MRF 처리 전과 후의 광학 소자에 대한 위상 프로파일들이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, MRF 마감 처리 전에는, RMS 특성 오류는 0.008㎛이며, 극대값과 극소값간 거리는 0.091㎛로서 이는 1064nm에서 대체로 λ/11.5의 값과 균등하다. 도 9b는 단파장 변화를 제거하기 위하여 여기에서 설명된 시스템을 사용하여 MRF 연마를 수행한 다음의 위상 프로파일을 도시한다. 상기 RMS 특성 오류는 0.009㎛이며, 극대값과 극소값간 거리는 0.047㎛로서 이는 1064nm에서 대체로 λ/22.3의 값과 균등하다. 따라서, 전송된 파면에 있어서, 초기 상태에 비하면 약 네 배, 또한 장파장 연마 이후에 비하면 약 두 배의 향상이 있었음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학 소자의 연마 방법을 도시한 간략화된 흐름도이다. 도 10에 도시된 단계들은 도 4에 도시된 단계들과 일부 공통점을 공유한다. 도 10에 도시된 실시예에 의하면, 상기 광학 소자로부터 물리적으로 분리된(중첩되지 않는) 기준자가 사용되며, 상기 광학 소자에 정합되는 수학적 지점(point)을 제공하는 수학적 기준자의 생성이 가능하다. 상기 방법 1000은, 외부의 기준자와 함께 광학 소자를 마운트에 위치시키는 단계(단계 1010)를 포함한다. 상기 외부의 기준자는 상기 MRF 시스템에 위치할 때 보일 수 있도록 위치된다. 도 2a에 이러한 장착 사례가 도시되어 있다. 외부 기준자와 상기 광학 소자가 장착된 마운트가 도 3과 관련하여 상기한 바와 같은 고배율 카메라 시스템을 사용하여 상기 MRF 시스템에 위치된다. 상기 마운트를 위치시키는 것은, 상기 마운트의 원점과 상기 MRF 도구에 대한 상기 기준자의 위치를 지정하는 것을 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 외부 기준자(external fiducial)을 포함하는 광학 마운트의 간략화된 도면이다. 도 11을 참조하면, 소정의 폭과 길이를 갖는 광학 소자를 수용하기 위한 영역의 좌상귀에 정의된 원점을 포함하는 광학 마운트의 일 실시예가 도시되어 있다. 두 개의 기준자 위치 Fid3 및 Fid4가 각각 좌표 (x3, y3) 및 (x4, y4)에 도시되어 있다. 원점 위치, 좌표축 시스템 및 기준자 등은 고배율 카메라 시스템을 이용하여 상기 MRF 시스템에 대하여 상대적으로 수립될 수 있다.
상기 마운트/광학 소자는 고해상도 카메라 시스템을 사용하여 상기 MRF 도구에 위치된다(단계 1012). 전형적으로, 상기 MRF 도구는 x, y 및 z, 회전 및 기울임 방향 등을 포함하는 소정 수준의 자유도를 갖는다. 따라서, 외부 기준자를 갖는 광학 마운트는 도 3에 도시된 바와 같은 카메라 시스템을 사용하여 상기 MRF 도구에 정렬될 수 있으며, 상기 기준자는 그 정렬 과정 동안 상기 도구에 의하여 관찰될 수 있다.
상기 MRF와 상기 광학 소자의 좌표계를 연관짓기 위해, 상기 MRF 도구에 대한 상기 광학 소자와 상기 기준자 위치의 수학적 표현이 개발되었다. 이 단계 1014를 수학적 기준자 및 시스템 차원(system dimension)의 생성 단계라고도 부를 수 있다. 이 단계에 의하면, 상기 광학 소자와 상기 MRF 좌표계가 수학적 모델로 연관된다. 이어서, 상기 수학적 기준자는 상기 MRF 도구 및 상기 광학 좌표계에 정합된다(단계 1016).
시야 내에 상기 외부 기준자를 갖는 마운트에 장착된 광학 소자의 제1 측정 지도를 획득한다(단계 1018). 상기 외부 기준자는 상기 제1 측정 지도가 획득될 때 시야 내에 존재한다. 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 외부 기준자를 갖는 상기 제1 측정 지도는, 상기 외부 기준자의 위치를 연마될 광학 소자의 표면이나 내부에 존재하는 다양한 물리적 특징(예컨대 비균질성)에 참조시키는 데에 사용된다. 상기 외부 기준자를 포함하는 제1 측정 지도의 일례는, 도 12a에 도시된 바와 같이 상기 광학 소자와 상기 외부 기준자를 도시하는 인터페로그램이다. 도 12a를 참조하면, 상기 광학 소자의 양측면의 상기 광학 소자에 중첩되지 않는 두 지점에 십자선이 도시되어 있다. 도 12a에 의하면, 상기 광학 소자의 표면 프로파일의 변화 및/또는 내부적 변화가 색상의 차이로 도시되어 있다.
본 발명의 방법 1000은 또한, 시야 밖의 외부 기준자를 갖는 광학 소자의 제2 측정 지도를 획득한다(단계 1020). 상기 제2 측정 지도는 단지 상기 광학 소자 및 상기 광학 소자의 표면 또는 내부에 존재하는 임의의 비균질성에 관한 정보만을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 측정 지도는, 도 12b에 도시된 바와 같이, 예를 들면 측정될 특정 광학 소자에 대해 전송된 파면의 인터페로그램과 같은, 위상 지도이다. 상기 시야는 상기 제2 측정 지도를 수집하는 동안 상기 외부 기준자를 제외시키도록 선택된다.
상기 본 발명의 방법 1000은 또한 상기 제1 및 제2 측정 지도에 대한 불일치 지도(difference map)를 형성하는 단계 1022를 더 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 불일치 지도를 형성하기 위하여 상기 MRF 시스템을 위해 개발된 소프트웨어가 사용된다. 도 12c를 참조하면, 상기 불일치 지도의 일례로서 최적화되지 않은 불일치 인터페로그램이 도시되어 있다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 상기 인터페로그램에는 외부 기준자가 존재하지 않지만, 수평선에 대해 약 45도의 각도로 기울어진 선형적 변화가 존재한다. 도 7c에 도시된 인터페로그램과 유사한 방식으로, 상기 선형적 변화의 기원은 측정 과정으로부터 유래하는 쐐기(wedge) 또는 말단/경사(tip/tilt) 오류에 기인한다.
상기 제1 측정 지도 및 제2 측정 지도를 정렬한다(단계 1024). 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하는 데에 아핀 변환(affine transformation)이 사용된다. 이 단계에 의하여 상기 두 개의 측정 지도 사이에서 기준 위치들이 상호 연관된다. 도 12d는, 상기 변화를 최소화하기 위하여 아핀 변환을 사용하여 3차원(x, y 및 z)에서 최적화된 광학 소자의 불일치 인터페로그램을 도시한다.
제3 측정 지도를 형성하기 위하여, 수학적 기준자를 상기 제2 측정 지도상에 위치시킨다(단계 1026). 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 수학적 기준자는 상기 단계 1022에서 형성된 불일치 지도를 사용하여 상기 제2 측정 지도상에 위치된다. 도 12e를 참조하면, 상기 제2 측정 지도상에 상기 수학적 기준자의 하나를 위치시키는 단계가 도시되었다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하듯이, 복수의 수학적 기준자가 상기 제2 측정 지도상에 위치될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 의하면, 상기 수학적 기준자를 픽셀 크기 이하의 정확도로 위치시킬 수 있다. 상기 제3 측정 지도(외부 기준자가 시야 밖에 있는 것으로서, 수학적 기준자가 추가된 측정 지도)는 이제 연마될 광학 소자 및 상기 MRF 좌표계와 연관되어, 상기 MRF 시스템이 상기 광학 소자를 연마하는데에 이용될 수 있다. 제3 측정 지도의 일례가 도 12f에 도시되어 있으며, 이것은 외부 기준자를 이용하지 않은 인터페로그램에 수학적 기준자가 더해진 것이다. 여기에서 설명된 프로세스는, 상기 광학 소자의 좌표계를 상기 MRF 시스템 및 인터페로그램의 좌표계에 연관시키고 정확히 정렬한다. 도 11 및 도 12f를 참조하면, Fid3은 상기 인터페로그램 왼편의 수학적 기준자와 정렬되고, Fid4는 상기 인터페로그램 오른편의 수학적 기준자와 정렬된다. 이러한 방식으로, 도 11에는 상기 MRF 시스템과 상기 광학 소자의 좌표계와의 연관이 도시되어 있으며, 도 12f에는 측정(간섭 측정) 시스템과 상기 광학 소자의 좌표계와의 연관이 도시되어 있다.
상기 광학 소자를 포함하는 마운트의 원점이 고해상도 카메라 시스템을 이용하여 결정된다(단계 1028). 광학 소자를 포함하는 마운트가 MRF 도구에 위치되며, 상기 광학 소자가 연마된다(단계 1030).
그리하여, 상기 MRF 도구는, 여기에 설명된 방법 및 시스템을 이용하여 상기 광학 소자 및 그에 대응되는 비균질성의 측정 지도에 상기 제거 기능을 정확히 정합할 수 있다. 이러한 방식으로 일단 상기 MRF 도구가 상기 광학 소자에 정합되면, 상기 광학 소자는 그 표면에 소정의 형상을 형성하도록 연마된다.
도 10에 도시된 특정의 단계들은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 연마에 관한 특정한 방법을 제공하고 있음을 주의하여야 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라서는 다른 계열의 단계들이 실행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기에서 설명한 단계들이 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 도 10에 도시된 개개 단계들은 그 각각에 적합한 다양한 순서로 수행될 수 있는 복수의 하위 단계들을 포함할 수 있다. 나아가, 특정 응용에 따라서는 추가적인 단계가 더해지거나 제거될 수 있다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변화, 수정 및 대안 등을 인식할 수 있을 것이다.
특정한 기하학적 구조의 광학 소자(예를 들어 사각형 광학 소자)에 적용될 수 있는 다른 실시예에 의하면, 상기 광학 소자의 가장자리가 표지로서 이용될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 상기 광학 소자의 가장자리를 표지로서 이용하기 위하여 도 4 및 도 10과 관련하여 설명된 방법에 수정이 가해질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 소자의 모서리가 원점으로 정의될 수 있고, 거기에 상기 MRF 도구를 정렬시켜 그에 따라 연마할 수 있다.
여기에서 설명된 사례들과 실시예들은 단지 예시를 위한 것이며, 따라서 그에 비추어 다양한 수정과 변경이 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 제안될 수 있으며, 이러한 수정과 변경은 본 출원의 사상과 범위 및 이하의 특허청구범위의 권리 범위 내에 포함된다는 것을 주의하여야 한다.
Claims (18)
- 광학 소자(optical element)를 마감 처리(finishing)하는 마감 처리 방법에 있어서,
상기 광학 소자와 중첩되는 복수의 기준자(fiducial)를 포함하는 광학 마운트(optical mount)에 상기 광학 소자를 장착하는 단계;
상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자에 대한 제1 측정 지도(metrology map)를 획득하는 단계;
상기 복수의 기준자가 제외된 상기 광학 소자에 대한 제2 측정 지도를 획득하는 단계;
상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도 사이의 불일치 지도(difference map)를 형성하는 단계;
상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하는 단계;
제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 불일치 지도를 이용하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자(mathematical fiducial)를 위치시키는 단계;
상기 제3 측정 지도를 상기 광학 소자에 연관(associate)시키는 단계;
MRF 도구의 고정물(fixture)에 상기 광학 소자를 장착하는 단계;
상기 고정물에 상기 광학 소자를 위치시키는 단계;
상기 복수의 기준자를 제거하는 단계; 및
상기 광학 소자를 마감 처리하는 단계
를 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 기준자는 상기 광학 소자의 표면과 평행하도록 맞춰진 철선 그리드(wire grid)를 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 측정 지도에는, 상기 기준자와 연관된 인위적 산물(artifact)이 포함되는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광학 소자는, 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)와 사파이어 결정의 적어도 어느 하나를 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 MRF 도구는,
공간적 규모에 있어서 200㎛보다 작은 제거 기능을 제공하는 바퀴(wheel); 및
20㎛보다 작은 공간적 해상도를 갖는 카메라 시스템
을 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 광학 소자를 연마하기 위한 MRF 시스템에 있어서,
프로세서;
상기 프로세서에 연결된 MRF 도구로서,
소정의 제거 기능을 제공하는 바퀴; 및
상기 광학 소자와 복수의 기준자를 수용하는 광학 마운트;
를 포함하는 MRF 도구; 및
상기 프로세서에 연결되고 상기 광학 소자를 연마하기 위하여 상기 MRF 도구를 제어하기 위한 복수의 명령을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 복수의 명령은,
상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자에 대한 제1 측정 지도(metrology map)를 획득하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 복수의 기준자가 제외된 상기 광학 소자에 대한 제2 측정 지도를 획득하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도 사이의 불일치 지도(difference map)를 형성하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도와 상기 제2 측정 지도를 정렬하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 불일치 지도를 이용하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자(mathematical fiducial)를 위치시키게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 제3 측정 지도를 상기 광학 소자에 연관(associate)시키게 하는 명령; 및
상기 프로세서로 하여금, 상기 MRF 도구를 제어하여 상기 광학 소자의 마감 처리를 하게 하는 명령
을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체
를 포함하는 MRF 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 복수의 기준자는 상기 광학 소자의 표면과 평행하도록 맞춰진 철선 그리드를 포함하는 MRF 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 측정 지도에는, 상기 기준자와 연관된 인위적 산물이 포함되는 MRF 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 광학 소자는, 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)와 사파이어 결정의 적어도 어느 하나를 포함하는 MRF 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 MRF 도구는,
공간적 규모에 있어서 200㎛보다 작은 제거 기능을 제공하는 바퀴(wheel); 및
20㎛보다 작은 공간적 해상도를 갖는 카메라 시스템
을 포함하는 MRF 시스템.
- 광학 소자의 연마 방법에 있어서,
상기 광학 소자를 수용하기 위한 영역 및 상기 영역 근방에 위치하는 복수의 기준자를 포함하는 광학 마운트에 상기 광학 소자를 장착하는 단계;
상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자를 포함하는 제1 측정 지도를 획득하는 단계;
상기 광학 소자를 포함하는 제2 측정 지도 - 상기 제2 측정 지도는 상기 복수의 기준자로부터 자유로움 - 를 획득하는 단계;
상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도에 기초하여 불일치 측정 지도(difference metrology map)를 형성하는 단계;
상기 제1 측정 지도를 상기 제2 측정 지도에 정렬하는 단계;
제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자를 추가하는 단계;
MRF 도구에 상기 광학 마운트를 위치시키는 단계;
상기 제3 측정 지도를 이용하여 상기 광학 마운트를 상기 MRF 도구에 정합시키는 단계; 및
상기 광학 소자를 연마하는 단계
를 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 복수의 기준자는 상기 광학 소자의 표면과 평행한 평면에 배치된 복수의 패턴을 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 광학 소자는, 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)와 사파이어 결정의 적어도 어느 하나를 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 MRF 도구는,
공간적 규모에 있어서 200㎛보다 작은 제거 기능을 제공하는 바퀴(wheel); 및
20㎛보다 작은 공간적 해상도를 갖는 카메라 시스템
을 포함하는 광학 소자의 마감 처리 방법.
- 광학 소자를 연마하기 위한 MRF 시스템에 있어서,
프로세서;
광학 이미지 시스템;
상기 프로세서에 연결된 MRF 도구로서,
소정의 제거 기능을 제공하는 바퀴; 및
상기 광학 소자를 수용하며 복수의 외부 기준자를 포함하는 광학 마운트;
를 포함하는 MRF 도구; 및
상기 프로세서에 연결되고 상기 광학 소자를 연마하기 위하여 상기 MRF 도구를 제어하기 위한 복수의 명령을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 복수의 명령은,
상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자를 수용하기 위한 영역 및 상기 영역 근방에 위치하는 복수의 기준자를 포함하는 광학 마운트에 상기 광학 소자를 장착하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자와 상기 복수의 기준자를 포함하는 제1 측정 지도를 획득하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 광학 소자를 포함하는 제2 측정 지도 - 상기 제2 측정 지도는 상기 복수의 기준자로부터 자유로움 - 를 획득하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도 및 상기 제2 측정 지도에 기초하여 불일치 측정 지도를 형성하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 측정 지도를 상기 제2 측정 지도에 정렬하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 제3 측정 지도를 형성하기 위하여 상기 제2 측정 지도에 수학적 기준자를 추가하게 하는 명령;
상기 프로세서로 하여금, 상기 MRF 도구를 제어하여 상기 광학 소자를 연마하게 하는 명령
을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체
를 포함하는 MRF 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 복수의 기준자는 상기 광학 소자의 표면과 평행한 평면에 배치된 복수의 패턴을 포함하는 MRF 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 광학 소자는, 티타늄:사파이어(Ti:sapphire)와 사파이어 결정의 적어도 어느 하나를 포함하는 MRF 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 MRF 도구에 있어서,
상기 소정의 제거 기능은 공간적 규모에 있어서 200㎛보다 작고,
상기 광학 이미지 시스템은 20㎛보다 작은 공간적 해상도를 갖는 MRF 시스템.
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