KR20140019392A - Method and system for convergent polishing - Google Patents

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KR20140019392A
KR20140019392A KR1020137027590A KR20137027590A KR20140019392A KR 20140019392 A KR20140019392 A KR 20140019392A KR 1020137027590 A KR1020137027590 A KR 1020137027590A KR 20137027590 A KR20137027590 A KR 20137027590A KR 20140019392 A KR20140019392 A KR 20140019392A
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polishing
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workpiece
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KR1020137027590A
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타이얍 아이. 수라트왈라
윌리엄 에이. 스틸
마이클 디. 페이트
리차드 피. 데스자르딘
다니엘 씨. 메이슨
레베카 제이. 딜라-스피어스
라나 엘. 웡
필립 이. 밀러
폴 게라그티
제프리 디. 뷰드
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로렌스 리버모어 내쇼날 시큐리티, 엘엘시
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Abstract

광학 소자를 폴리싱하는 폴리싱 시스템은, 소정의 반경 방향 크기를 갖는 폴리싱 패드, 및 상기 폴리싱 패드 상에 놓인 격벽을 포함한다. 상기 격벽은 광학 소자를 부분적으로 둘러싼다. 상기 광학 소자는 상기 반경 방향 크기의 소정 범위에 걸쳐 상기 폴리싱 패드와 접촉하고, 상기 폴리싱 패드의 패드 마모율은 상기 반경 방향 크기의 상기 소정 범위에 걸쳐 반경 방향 크기의 함수로서 실질적으로 일정하다.A polishing system for polishing an optical element includes a polishing pad having a predetermined radial size and a partition wall disposed on the polishing pad. The partition partially surrounds the optical element. The optical element contacts the polishing pad over a predetermined range of the radial size, and the pad wear rate of the polishing pad is substantially constant as a function of the radial size over the predetermined range of the radial size.

Description

수렴 폴리싱 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONVERGENT POLISHING}Convergent Polishing Method and System {METHOD AND SYSTEM FOR CONVERGENT POLISHING}

관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application

본 출원은 2011년 3월 21일자로 출원된 미국 임시특허출원 제61/454,893호를 우선권 주장의 기초로 하고, 상기 임시특허출원의 개시 내용은 그 전체가 여하한 목적으로 본 명세서에 참조로서 편입된다.
This application is based on a claim of priority on US Provisional Patent Application No. 61 / 454,893, filed March 21, 2011, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety for any purpose. do.

미합중국 연방 정부의 지원에 의한 연구 또는 개발에 의해 창출된 Created by research or development with the support of the United States Federal Government

발명에 대한 권리의 주장Claim of Right to Invention

미합중국 정부는, 로렌스 리버모어 내쇼날 래보러토리(Lawrence Livermore National Laboratory)의 운영에 관한, 미합중국 에너지부(United States Department of Energy)와 로렌스 리버모어 내쇼날 시큐리티, 엘엘시(Lawrence Livermore National Security, LLC) 간의 계약 DE-AC52-07NA27344호에 따라 본 발명에 대한 권리를 갖는다.
The United States Government has signed an agreement between the United States Department of Energy and Lawrence Livermore National Security, LLC regarding the operation of the Lawrence Livermore National Laboratory. In accordance with AC52-07NA27344.

본 발명에 의하면, 광학 시스템에 관련된 기술들이 제공된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 한 번의 이터레이션(iteration; 반복적 작업을 의미함) 정도로 짧은 시간 내에 이루어지는 광학 소자의 결정론적(deterministic) 폴리싱에 관한 것이다. 단지 예로서, 본 발명은 광학 소자의 초기 형태에 무관한, 한 세트의 폴리싱 파라미터들 하에서의 상기 광학 소자의 단일 이터레이션 폴리싱에 적용되었다. 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 고전력 레이저 및 증폭기 시스템에서 사용되기에 적합한, 광범위한 광학 물질의 가공 및 제조에 적용될 수 있다.
According to the present invention, techniques related to an optical system are provided. More specifically, embodiments of the present invention relate to deterministic polishing of an optical device that takes place within a short time, such as one iteration. By way of example only, the present invention has been applied to single iteration polishing of an optical element under a set of polishing parameters, independent of the initial form of the optical element. The methods and systems disclosed herein can be applied to the processing and manufacture of a wide range of optical materials, suitable for use in high power laser and amplifier systems.

종래의 광학 기구 제조 프로세스는 일반적으로, 1) 성형(shaping), 2) 연삭(grinding), 3) 에지 연삭/폴리싱, 4) 완전 구경(full aperture) 중간 폴리싱 또는 래핑(lapping), 및 5) 소형 툴 폴리싱을 포함한다. 레이저의 발명으로 정밀한 표면 형상을 포함하는 높은 광 품질의 물질에 대한 요구가 급격히 높아진 때로부터 정밀 광학 기구 제조에 있어서의 현저한 진보가 이루어져 왔다. 그러나, 오늘날 일반적으로 행해지고 있는 방식에 의한 광학 기구 제조는 기술이라기 보다는 기능 또는 예술(art)이다. 최근 몇 십년간, 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Controlled; CNC) 연삭기를 사용하는 툴 세공 및 실시간 진단에 있어서의 발전에 힘입어 연삭 프로세스 동안 결정론적으로(deterministically) 물질을 제거하는 능력이 현저히 발전해 왔다. 이와 유사하게, 소형 툴 폴리싱(예컨대, 컴퓨터 제어 광학 폴리셔(computer controlled optical polishers; CCOS))과 자기유동식 마무리(Magnetorheological Finishing; MRF)의 출현은 폴리싱 산업을 혁신시켰다. 그러나, 유리 및 실리콘 웨이퍼를 폴리싱하기 위해 여전히 가장 널리 사용되고 있고 일반적으로 가장 경제적인 방법인 완전 구경 랩(lap) 폴리싱은 결정론적 프로세스를 제공하지 않는다. 점진적인 향상이 이루어져 오긴 했지만, 종래의 폴리싱은 여전히 장인의 기능을 사용하는 고도로 숙달된 광학 기술자를 필요로 한다. 이러한 형태의 폴리싱은 일반적으로 원하는 표면 형상(즉, 편평도 또는 특정 반경에 대한 적합성)으로 수렴하기 위하여 폴리싱, 측정 및 파라미터 조정을 포함하는 다수의 반복적 사이클을 필요로 한다.
Conventional optics manufacturing processes generally include 1) shaping, 2) grinding, 3) edge grinding / polishing, 4) full aperture intermediate polishing or lapping, and 5) Small tool polishing. Significant advances have been made in the manufacture of precision optics since the invention of the laser has rapidly increased the demand for materials of high light quality, including precise surface shapes. However, the manufacture of optical instruments in a manner that is commonly done today is a function or an art rather than a technology. In recent decades, the ability to remove material deterministically during the grinding process has developed significantly, thanks to advances in tool making and real-time diagnostics using Computer Numerical Controlled (CNC) grinding machines. Similarly, the emergence of small tool polishing (eg, computer controlled optical polishers (CCOS)) and magnetorheological finishing (MRF) has revolutionized the polishing industry. However, full aperture lap polishing, which is still the most widely used and generally the most economical method for polishing glass and silicon wafers, does not provide a deterministic process. While gradual improvements have been made, conventional polishing still requires highly skilled optical technicians using craftsmanship. This type of polishing generally requires a number of iterative cycles, including polishing, measurement, and parameter adjustment to converge to the desired surface shape (ie, flatness or suitability for a particular radius).

따라서, 본 기술분야에서는 광학 소자의 폴리싱에 관한 향상된 방법 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
Accordingly, there is a need in the art for an improved method and system for polishing an optical device.

본 발명에 의하면, 광학 시스템에 관련된 기술들이 제공된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 한 번의 이터레이션 정도로 짧은 시간 내에 이루어지는 광학 소자의 결정론적 폴리싱에 관한 것이다. 단지 예로서, 본 발명은 광학 소자의 초기 형태에 무관한, 한 세트의 폴리싱 파라미터들 하에서의 상기 광학 소자의 단일 이터레이션 폴리싱에 적용되었다. 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 고전력 레이저 및 증폭기 시스템에서 사용되기에 적합한, 광범위한 광학 물질의 가공 및 제조에 적용될 수 있다.According to the present invention, techniques related to an optical system are provided. More specifically, embodiments of the present invention relate to deterministic polishing of an optical device that takes place in as little time as one iteration. By way of example only, the present invention has been applied to single iteration polishing of an optical element under a set of polishing parameters, independent of the initial form of the optical element. The methods and systems disclosed herein can be applied to the processing and manufacture of a wide range of optical materials, suitable for use in high power laser and amplifier systems.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 표면 균열이 없는 마무리에 관련된 방법 및 시스템이 제공된다. 고 피크 파워(high-peak-power) 레이저 시스템에 사용되는 고가의 광학 기구의 표면 상의 스크래치(scratch)는 레이저 손상의 개시를 유도하는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 광학 기구의 제조 중에 형성되는 스크래치의 수와 크기를 줄이기 위해 수년간 많은 노력이 있어왔다. 스크래치는, 예컨대, 세정, 폴리싱 및 핸들링(handling) 중에 광학 기구의 표면의 부하 아래에 있는 로그(rogue) 입자들 또는 거칠기에 의해 일어난다. 로그 입자를 줄이는 종래의 작업은 기존의 완전 구경 폴리셔(polisher)의 변경 및 개조를 포함하였다. 이 방법은 스크래치를 유도하는 외부의 로그 입자들을 처리하기에는 충분했다. 현재의 완화 전략은 대체로 폴리싱 중에 청결 작업을 행하는 것으로 국한된다. 그러나, 이러한 전략은, 청결 작업의 정도, 작업자의 기능, 및 폴리셔의 복잡도에 민감하다. 또한, 이러한 전략은 고효율로 구현하기 어렵다. 로그 입자들의 제어에 있어서 두 번째 한계는 폴리싱 프로세스 중의 슬러리의 입자 크기 분포에 대한 제한된 이해와 제어이다. 현재 기술의 상태는 최적화되지 않은, 이해가 부족한 여과(filtration) 기술이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method and system related to finishing without surface cracking. Scratch on the surface of expensive optical instruments used in high-peak-power laser systems are known to induce the onset of laser damage. Therefore, much effort has been made over the years to reduce the number and size of scratches formed during the manufacture of optical instruments. Scratches are caused, for example, by rogue particles or roughness under the load of the surface of the optical instrument during cleaning, polishing and handling. Conventional work to reduce log particles has involved the modification and modification of existing full aperture polishers. This method was sufficient to handle external log particles that induce scratches. Current mitigation strategies are generally limited to performing cleanup operations during polishing. However, this strategy is sensitive to the degree of cleaning work, the operator's function, and the complexity of the polisher. In addition, this strategy is difficult to implement with high efficiency. The second limitation in controlling log particles is limited understanding and control of the particle size distribution of the slurry during the polishing process. The state of the art today is an unoptimized, poorly understood filtration technique.

본 발명의 실시예들은 다음의 단계들 중 하나 또는 그 이상을 구현함으로써 폴리싱 중 로그 입자의 도입을 감소시킨다: 1) 슬러리가 건조되는 것을 막기 위해 폴리셔를 밀폐식으로 밀봉함으로써 로그 입자가 작업물-랩 인터페이스로 전혀 들어가지 않도록 보장하는 전체 폴리싱 시스템을 형성함; 2) 로그 입자로서 작용할 수 있는 건조된 슬러리 응집을 방지하기 위해 100% 습도 환경을 제공함; 3)슬러리 입자 응집을 최소화하는 화학적으로 안정된 폴리싱 슬러리를 사용함; 4) 폴리싱 시스템 내에서 생성된 로그 입자를 계속하여 제거하는 최적화된 여과를 사용함.Embodiments of the present invention reduce the introduction of log particles during polishing by implementing one or more of the following steps: 1) Log particles are formed by hermetically sealing the polisher to prevent the slurry from drying. Forming an entire polishing system that ensures no entry into the wrap interface; 2) provide a 100% humidity environment to prevent dried slurry agglomeration that may act as log particles; 3) use chemically stable polishing slurry to minimize slurry particle agglomeration; 4) Use optimized filtration to continuously remove log particles generated in the polishing system.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 광학 소자를 폴리싱하는 폴리싱 시스템이 제공된다. 상기 폴리싱 시스템은 소정의 반경 방향 크기를 갖는 폴리싱 패드 및 상기 폴리싱 패드 상에 놓이고, 광학 소자를 부분적으로 둘러싸는 격벽을 포함한다. 상기 광학 소자는 상기 반경 방향 크기의 소정 범위에 걸쳐 상기 폴리싱 패드와 접촉하고, 상기 폴리싱 패드의 패드 마모율은 상기 반경 방향 크기의 상기 소정 범위에 걸쳐 반경 방향 크기의 함수로서 실질적으로 일정하다.According to one embodiment of the present invention, a polishing system for polishing an optical element is provided. The polishing system includes a polishing pad having a predetermined radial size and a partition wall disposed on the polishing pad and partially surrounding the optical element. The optical element contacts the polishing pad over a predetermined range of the radial size, and the pad wear rate of the polishing pad is substantially constant as a function of the radial size over the predetermined range of the radial size.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 고습도 폴리싱 시스템이 제공된다. 상기 고습도 폴리싱 시스템은 폴리싱 패드를 포함하는 폴리싱 유닛 및 상기 폴리싱 패드에 슬러리를 제공하는 슬러리 공급 시스템을 포함한다. 상기 고습도 폴리싱 시스템은 또한 상기 폴리싱 유닛을 둘러싸는 인클로저를 포함한다. 상기 인클로저 내의 습도는 상기 슬러리가 심하게 건조해 지는 것을 막기에 충분할 정도로 높다.According to another embodiment of the present invention, a high humidity polishing system is provided. The high humidity polishing system includes a polishing unit including a polishing pad and a slurry supply system for providing a slurry to the polishing pad. The high humidity polishing system also includes an enclosure surrounding the polishing unit. The humidity in the enclosure is high enough to prevent the slurry from becoming too dry.

본 발명의 특정 실시예에 의하면, 광학 소자를 폴리싱하기 위한 슬러리 시스템이 제공된다. 상기 슬러리 시스템은 용제 및 상기 용제 내에 들어있는 연마(abrasive) 성분을 포함한다. 상기 슬러리 시스템은 또한 상기 용제 내에 들어있는 계면활성제를 포함한다.According to certain embodiments of the present invention, a slurry system for polishing an optical device is provided. The slurry system includes a solvent and an abrasive component contained in the solvent. The slurry system also includes a surfactant contained in the solvent.

본 발명의 다른 특정 실시예에 의하면, 기판에 작업물을 탑재하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 고저간 높이 값을 정하는 단계 및 피치 면적에 관련된 값을 정하는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은 피치의 상대 면적을 계산하는 단계, 버튼 반경을 계산하는 단계 및 피치 버튼의 수를 계산하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 작업물에 N개의 피치 버튼을 연결하는 단계 및 상기 N개의 피치 버튼을 상기 기판에 연결하는 단계를 포함한다.According to another particular embodiment of the present invention, a method of mounting a workpiece on a substrate is provided. The method includes determining a height value between the heights and a value related to the pitch area. The method also includes calculating the relative area of the pitch, calculating the button radius, and calculating the number of pitch buttons. The method also includes connecting N pitch buttons to the workpiece and connecting the N pitch buttons to the substrate.

본 발명의 실시예들은 다양한 애스펙트 비(aspect ratio)(직경/두께)를 갖는 유리의 평평한, 구형인, 둥근, 사각형인 표면들을 폴리싱하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 폴리싱 시스템은 수렴하는(Convergent), 초기 표면에 무관한(Initial surface independent), 단일 이터레이션(Single iteration), 및 로그-입자 프리(Rogue-particle free)(이 네 가지를 총칭하여 "CISR"이라고도 함) 폴리셔라고도 할 수 있고, 다음의 특성들 중 하나 또는 그 이상을 제공한다:Embodiments of the present invention provide an apparatus and method for polishing flat, spherical, round, square surfaces of glass having various aspect ratios (diameter / thickness). The polishing system provided by embodiments of the present invention is convergent, initial surface independent, single iteration, and rogue-particle free ( Collectively, these four may be referred to as polishers, and provide one or more of the following characteristics:

1) 폴리싱 파라미터들은 고정되고(즉, 변수가 아님) 작업물의 초기 표면 형상과 무관하게 폴리싱 작업들 중/간에 동일하다;1) the polishing parameters are fixed (ie not a variable) and are the same between / between the polishing operations regardless of the initial surface shape of the workpiece;

2) 작업물의 형상은 랩의 형상과 정합하는 원하는 형태로 수렴할 것이기 때문에 기초 상태로부터 단일 이터레이션으로 폴리싱이 행해질 수 있다;2) Polishing can be done in a single iteration from the foundation state since the shape of the workpiece will converge to the desired shape that matches the shape of the wrap;

3) 작업물에 스크래칭이 거의 또는 전혀 없도록 하는 로그 입자 '프리(free)' 환경에서 폴리싱이 수행된다;3) polishing is performed in a log particle 'free' environment, with little or no scratching of the workpiece;

4) 화학적 안정화 및/또는 공학적 여과 시스템을 사용하는 고도로 제어된 입자 크기 분포를 이용하여 폴리싱이 수행된다.4) Polishing is performed using a highly controlled particle size distribution using chemical stabilization and / or engineering filtration systems.

본 발명의 실시예들은 원하는 폴리싱 프로세스를 달성하기 위해 다음의 원리들 중 하나 또는 그 이상에 의존한다:Embodiments of the present invention rely on one or more of the following principles to achieve the desired polishing process:

1) 광학 기구 상의 불균일한 공간적 물질 제거에 기여하는 모든 인자들은, 광학 기구-랩 부정합(즉, 광학 기구와 랩 간의 불균일한 물리적 분리)을 제외하고는 반드시 제거되고, 이는 광학 기구 표면 형상이 원하는 형태로 수렴하게 한다;1) All factors contributing to the removal of non-uniform spatial materials on the optics are necessarily removed except for optics-wrap mismatches (i.e., non-uniform physical separation between the optics and the wrap), which is why the optics surface shape is desired. Converge in form;

2) 폴리싱 시스템으로 로그 입자가 진입하거나 폴리싱 시스템 내에서 로그 입자가 생성되게 하는 소스가 제거되었거나 활발히 제거되고 있고, 이는 작업물에 스크래칭이 거의 또는 전혀 없도록 한다.2) Log particles enter or enter the polishing system, or sources that cause log particles to be generated within the polishing system are being removed or actively removed, which results in little or no scratching of the workpiece.

본 출원의 전반에 걸쳐 상세히 설명된 것처럼, 본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 공학적 특징들은 다음 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.As described in detail throughout the present application, the engineering features provided by embodiments of the present invention may include one or more of the following.

1) 둥근 또는 사각형의 작업물을 위한 특별히 설계된 격벽(들)을 사용하여 불균일한 패드 마모율에 대응한다;1) respond to uneven pad wear rates using specially designed bulkhead (s) for round or square workpieces;

2) 특별히 설계된 격벽을 사용하여 점탄성 유도 불균일 응력 분포 및 불균일 물질 제거에 대응한다;2) use specially designed bulkheads to cope with viscoelastically induced non-uniform stress distribution and non-uniform material removal;

3) 특별히 설계된 격벽을 사용하여 작업물에 대한 슬러리의 균일한 분포를 보장한다;3) specially designed bulkheads are used to ensure a uniform distribution of the slurry on the workpiece;

4) 유리 기반의 사각형 형태의 격벽을 사용하여 균일한 패드 마모에 안정성을 제공한다;4) glass-based square partitions provide stability to uniform pad wear;

5) 폴리싱 시간에 대해 일정한 물질 제거율을 보장하는 컨디셔닝 패드를 위해 CVO 다이아몬드 기반의 사각형 형태의 격벽을 사용한다;5) CVO diamond based square partitions are used for conditioning pads to ensure a constant removal rate for polishing time;

6) 모멘트 힘이 불균일한 응력 분포 및 불균일한 물질 제거에 기여하는 것을 방지하기 위해 휠 구동 작업물을 사용한다;6) use wheel drive workpieces to prevent moment forces from contributing to non-uniform stress distributions and non-uniform material removal;

7) 작업물과 격벽 상의 모멘트 힘을 최소화하기 위해 로우-z(low-z) 피봇 포인트 마운팅을 사용한다;7) use low-z pivot point mounting to minimize moment forces on the workpiece and bulkhead;

8) 운동학(작업물 및 랩의 움직임)으로 인한 불균일한 물질 제거를 막기 위해 작업물 상의 균일한 시간 평균 속도를 야기하기 위해 운동학을 이용한다;8) use kinematics to cause a uniform time-averaged velocity on the workpiece to prevent non-uniform material removal due to kinematics (movement of the workpiece and the lap);

9) 입자 응집(로그 입자의 소스)을 최소화하기 위해 적절한 pH 및 산화 세륨(cerium oxide)(해스틸라이트 PO(Hastilite PO) 슬러리) 농도에서 화학적으로 안정된 폴리싱 슬러리(예컨대, 음이온(예를 들어, 마이크로-90) 또는 양이온 계면활성제와 킬레이터(chelator)를 사용한다;9) Polishing slurries chemically stable (e.g., anions (e.g., at a suitable pH) and cerium oxide (Hastilite PO slurry) concentrations to minimize particle agglomeration (source of log particles) Micro-90) or cationic surfactants and chelators;

10) 100% 습도의, 밀폐식으로 밀봉된 폴리싱 챔버를 사용하여, a) 스크래치를 일으키는 로그 입자들을 발생시키는 것으로 알려진 폴리싱 슬러리의 건조를 막고, b) 주변에 있는 외부 로그 입자가 폴리싱 시스템으로 들어가는 것을 막는다;10) Using a hermetically sealed polishing chamber at 100% humidity, a) prevents drying of a polishing slurry known to generate log particles causing scratches, and b) external log particles in the surroundings entering the polishing system. Prevents;

11) 높은 애스펙트 비의 (얇은) 작업물/광학 기구에서 작업물의 변형을 막기 위해 단단한 버튼 결합 기술(피치 버튼 결합(pitch button bonding; PBB)이라고도 함)을 사용한다;11) use rigid button bonding technology (also known as pitch button bonding (PBB)) to prevent deformation of the workpiece in high aspect ratio (thin) workpieces / optical instruments;

12) 기초 표면의 잔류 응력이 불균일한 제거 및 작업물 만곡에 미치는 영향에 대응하기 위해 유연한 버튼 결합 기술(폼 버튼 결합(foam button bonding; FBB)이라고도 함)을 사용한다;12) use flexible button bonding technology (also known as foam button bonding (FBB)) to counter the effect of residual stresses on the foundation surface on non-uniform removal and workpiece curvature;

13) 불균일한 제거 및 작업물 만곡을 일으킬 수 있는 잔류 응력을 제거하기 위해 기초 작업물에 대해 사전 에칭(pre-etching)(예컨대, HF 또는 완충 산화물(buffered-oxide) 에칭) 기술을 사용한다;13) use pre-etching (eg, HF or buffered-oxide etching) techniques on the underlying workpiece to remove residual stresses that can cause non-uniform removal and workpiece curvature;

14) 스크래칭에 기여할 수 있는 기초 표면 상의 잠재적인 로그 입자들을 제거하기 위해 기초 작업물에 대해 사전 에칭(예컨대, HF 또는 완충 산화물(buffered-oxide) 에칭) 기술을 사용한다;14) use a pre-etch (eg, HF or buffered-oxide etch) technique on the base workpiece to remove potential log particles on the base surface that may contribute to scratching;

15) 폴리셔 하우징의 내부 및 부품들에 플루오르화(fluorinated) 코팅을 사용하여, 슬러리 세정을 용이하게 하고 폴리싱 이터레이션 사이에 로그 입자가 생성되는 것을 최소화하기 위한 낮은 슬러리 입자 부착을 제공한다;15) using a fluorinated coating on the interior and parts of the polisher housing to provide low slurry particle adhesion to facilitate slurry cleaning and minimize the generation of log particles between polishing iterations;

16) 로그 입자의 생성을 최소화하기 위해 슬러리 입자들이 모이는 구석이나 틈을 최소화하는 폴리셔 디자인을 이용한다; 및/또는16) use a polisher design that minimizes corners or gaps where slurry particles collect to minimize the generation of log particles; And / or

17) 로그 입자들을 효율적으로 제거하고 슬러리의 입자 크기 분포를 제어하는 능동적인 슬러리 여과 시스템을 사용한다.17) Use an active slurry filtration system that efficiently removes log particles and controls the particle size distribution of the slurry.

본 발명에 의하여 종래 기술에 비해 진보된 다수의 이점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 단일 이터레이션으로 미리 정해진 형태로 광학 기구를 폴리싱하기에 적합한 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시예들은 그 장점 및 특징과 함께 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에서 보다 상세히 설명된다.
The present invention provides a number of advantages over the prior art. For example, embodiments of the present invention provide a method and system suitable for polishing an optical instrument in a predetermined form in a single iteration. Embodiments of the present invention are described in more detail in the following detailed description and the accompanying drawings, together with their advantages and features.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 불균일성에 영향을 미치는 파라미터들을 도시하는 차트이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 서로 다른 폴리싱 구성에 대하여 폴리싱 시간의 함수로서 고저간(peak-to-valley) 높이를 나타내는 단순화된 그래프이다.
도 2b 내지 2g는 본 발명의 일 실시예에 의한 서로 다른 폴리싱 구성들을 도시한다.
도 2h는 본 발명의 일 실시예에 의한, 하나의 폴리싱 구성에 대하여 폴리싱 시간의 함수로서 고저간 높이를 나타내는 단순화된 그래프이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 의한, 다양한 초기 형태에 대한 폴리싱 수렴을 나타내는 단순화된 그래프이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 실시예에 의한, 다양한 폴리싱 시간에서의 고저간 높이를 나타내는 표면 등고선이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 격벽(septum)의 단순화된 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 격벽의 단순화된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한, 반경 방향 거리의 함수로서 패드 마모율을 나타낸 단순화된 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한, 반경 방향 거리의 함수로서 격벽 폭을 나타낸 단순화된 그래프이다.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 의한, 반경 방향 거리의 함수로서 격벽 부하(load)를 나타낸 단순화된 그래프이다.
도 9a는 로그(rogue) 입자들에 의한 스크래칭(scratching)을 도시하는 단순화된 개념도이다.
도 9b는 로그 입자들에 의한 스크래칭을 보여주는 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 고습도 폴리싱 시스템의 단순화된 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 고습도 폴리싱 시스템의 일부의 단순화된 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한, 일정한 희석(dilution)의 범위에 있어서의 폴리싱 용액들에 대한 정규화된 인터페이스 높이를 시간의 함수로서 도시하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한, 교반(agitation)의 영향 하에서의 폴리싱 용액들에 대한 정규화된 인터페이스 높이를 도시하는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 용액들에 대한 정규화된 인터페이스 높이를 시간의 함수로서 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한, 안정화된 그리고 안정화되지 않은 폴리싱 용액들에 대한 상대적인 인터페이스 높이를 시간의 함수로서 도시하는 단순화된 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한, 안정화된 그리고 안정화되지 않은 폴리싱 용액들에 대한 폴리싱 용액 체적을 입자 크기의 함수로서 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한, 한 세트의 광학 소자를 폴리싱하는 방법을 도시하는 단순화된 흐름도이다.
도 18a 내지 18c는 본 발명의 일 실시예에 의한, 연삭 전, 연삭 후, 및 화학적 에칭 후의 표면 만곡(curvature)을 도시하는 이미지이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 의한, 피치 버튼(pitch button) 결합을 수행하는 방법을 도시하는 단순화된 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 의한 다양한 PBB 형상에 있어서의 용융 실리카(fused silica) 및 인산염(phosphate) 유리의 표면 형상에 있어서의 측정값의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 의한 피치의 열 팽창을 측정한 그래프이다.
도 22a는 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 버튼 또는 세 개의 버튼에 대한 피치의 과냉각(undercooling)의 함수로서 작업물(workpiece) 고저간 높이를 나타내는 그래프이다.
도 22b는 본 발명의 일 실시예에 의한 피치 버튼 반경의 함수로서 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다.
도 22c는 본 발명의 일 실시예에 의한 피치 버튼 오프셋의 함수로서 정규화된 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다.
도 22d는 본 발명의 일 실시예에 의한, 상대적 총 피치 버튼 면적의 함수로서 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 의한, 피치 버튼 결합 파라미터들을 도시하는 단순화된 개념도이다.
도 24a 및 24b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 광학 소자에 대한 최적화된 피치 버튼 결합 패턴을 도시하는 도면이다.
도 25a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 버튼들 간의 간격의 함수로서 작업물 고저간 높이를 도시하는 그래프이다.
도 25b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 면적율(area fraction)의 함수로서 작업물 고저간 높이를 도시하는 그래프이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한, 피치 버튼 결합 파라미터를 결정하는 방법을 도시하는 단순화된 흐름도이다.
1 is a chart showing parameters affecting polishing non-uniformity, according to one embodiment of the invention.
2A is a simplified graph showing peak-to-valley height as a function of polishing time for different polishing configurations, according to one embodiment of the invention.
2B-2G illustrate different polishing configurations in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 2H is a simplified graph showing the height between floors as a function of polishing time for one polishing configuration, according to one embodiment of the invention.
3A-3D are simplified graphs showing polishing convergence for various initial forms, according to one embodiment of the invention.
4A-4E are surface contours showing the height between floors at various polishing times, according to one embodiment of the invention.
5A is a simplified perspective view of a polishing septum, in accordance with an embodiment of the present invention.
5B is a simplified cross-sectional view of a polishing partition, according to one embodiment of the invention.
6 is a simplified graph showing pad wear rate as a function of radial distance, according to one embodiment of the invention.
FIG. 7 is a simplified graph showing partition widths as a function of radial distance, in accordance with an embodiment of the present invention. FIG.
8A-8C are simplified graphs showing partition load as a function of radial distance, in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a simplified conceptual diagram illustrating scratching by rogue particles. FIG.
9B is an image showing scratching by log particles.
10 is a simplified perspective view of a high humidity polishing system according to one embodiment of the present invention.
11 is a simplified plan view of a portion of a high humidity polishing system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the normalized interface height as a function of time for polishing solutions in a range of dilution, according to one embodiment of the invention.
FIG. 13 is a graph showing normalized interface height for polishing solutions under the influence of agitation, in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the normalized interface height for polishing solutions as a function of time, according to one embodiment of the invention.
FIG. 15 is a simplified graph showing the relative interface height as a function of time for stabilized and unstabilized polishing solutions, according to one embodiment of the invention.
Figure 16 shows the polishing solution volume for stabilized and unstabilized polishing solutions, as a function of particle size, according to one embodiment of the invention.
17 is a simplified flowchart illustrating a method of polishing a set of optical elements, according to one embodiment of the invention.
18A-18C are images showing surface curvature before grinding, after grinding, and after chemical etching, according to one embodiment of the invention.
FIG. 19 is a simplified conceptual diagram illustrating a method of performing pitch button combining according to an embodiment of the present invention.
20 is a graph showing the change in the measured value in the surface shape of fused silica and phosphate glass in various PBB shapes according to one embodiment of the present invention.
21 is a graph measuring the thermal expansion of the pitch according to an embodiment of the present invention.
FIG. 22A is a graph showing the height between workpieces as a function of undercooling of pitch for a single button or three buttons according to one embodiment of the present invention. FIG.
22B is a graph showing the height between workpieces as a function of pitch button radius in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 22C is a graph showing normalized height between workpieces as a function of pitch button offset in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 22D is a graph showing the height between workpieces as a function of relative total pitch button area, according to one embodiment of the invention. FIG.
23 is a simplified conceptual diagram illustrating pitch button coupling parameters according to an embodiment of the present invention.
24A and 24B illustrate an optimized pitch button coupling pattern for an optical element, according to one embodiment of the invention.
25A is a graph illustrating the height between workpieces as a function of the spacing between buttons, according to one embodiment of the invention.
25B is a graph showing the height between workpieces as a function of area fraction, in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a simplified flowchart illustrating a method of determining a pitch button combining parameter according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 불균일성에 영향을 미치는 파라미터들을 도시하는 차트이다. 본 발명의 실시예들은 폴리싱 불균일성을 완화하는 기술 및 시스템을 제공한다. 도 1에 기재된 파라미터들 중 일부에 대한 제어는 2010년 1월 28일자로 출원된 미국 특허출원 제12/695,986호에 상세히 개시되어 있고, 그 개시 내용은 전체가 참조에 의하여 본 명세서에 편입된다. 본 출원의 전반에 걸쳐 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 탄성 랩 반응(4.2)과 점탄성 효과(4.5)를 줄이고 일정한 랩 마모(4.6.1)를 제공하기 위해 미러 격벽(mirror septum)이 이용된다. 광학 기구의 형태는 폴리싱 프로세스가 수렴하게 하기 위해 사용된다(4.6.4).1 is a chart showing parameters affecting polishing non-uniformity, according to one embodiment of the invention. Embodiments of the present invention provide techniques and systems that mitigate polishing non-uniformity. Control of some of the parameters described in FIG. 1 is described in detail in US patent application Ser. No. 12 / 695,986, filed Jan. 28, 2010, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. As described in more detail throughout this application, embodiments of the present invention provide a mirror septum to reduce the elastic wrap response (4.2) and the viscoelastic effect (4.5) and to provide a constant wrap wear (4.6.1). ) Is used. The form of optics is used to allow the polishing process to converge (4.6.4).

도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 변수를 제외한 다양한 파라미터들이 감소되거나 제거되었고, 상기 하나의 변수는 완전 구경 폴리싱 시스템 내의 광학 소자에 대한 원하는 형태로 수렴하기 위해 사용된다. 이는, 원하는 형태를 만들기 위해 시도하는 과정에서 광학 기술자에 의해 다양한 파라미터들이 실시간으로 동시에 변하는 이전의 기술들과는 첨예하게 다르다. 본 발명의 발명자들은 도 1에 기재된 물질 제거에 영향을 미치는 파라미터들을 이해하고 이들을 감소 또는 제거해 왔는데, 오직 하나의 변수인 광학 기구와 랩 사이의 부정합(mismatch) 만이 남는다. 광학 소자가 결과적으로 취하기를 바라는 형태를 가진 랩을 사용하면, 상기 광학 소자는 수렴하는 방식으로 폴리싱되어 상기 랩의 형태와 정합된다.As shown in FIG. 1, various parameters except one variable have been reduced or eliminated, and this one variable is used to converge to the desired shape for the optical element in the full aperture polishing system. This is drastically different from previous techniques in which various parameters are simultaneously changed in real time by the optical engineer in an attempt to make the desired shape. The inventors of the present invention have understood and reduced or eliminated the parameters affecting the material removal described in FIG. 1, leaving only one variable, the mismatch between the optics and the lap. Using a wrap having the shape that the optical device would eventually take, the optical device is polished in a converging manner to match the shape of the wrap.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 서로 다른 폴리싱 구성에 대하여 폴리싱 시간의 함수로서 고저간(peak-to-valley) 높이를 나타내는 단순화된 그래프이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 광학 소자의 고저간 높이를 폴리싱 시간의 함수로서 나타낸 그래프가 다양한 폴리싱 구성에 대하여 도시된다. 도시된 것처럼, 도 1에 기재된 파라미터들이 본 발명의 발명자들에 의해 해결되었기 때문에, 광학 소자는 폴리싱 시간의 함수로서 고저간 높이에 거의 변화없이 폴리싱될 수 있다. "감소된 패드 마모" 곡선(#5)에 의해 도시된 것처럼, 본 발명의 발명자들은 폴리싱할 때 패드의 형태가 변형되고, 그 결과로서, 이러한 형태의 변형이 폴리싱되는 광학 소자 상의 압력 분포를 변화시킨다는 것을 알아냈다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 랩과 접촉하기 위한 격벽을 이용하고 본질적으로 광학 소자가 발생시키는 역마모(즉, 공간적으로)가 일어나게 함으로써, 패드 마모가 공간적으로 균일하도록 패드 마모의 균형을 잡는다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 곡선 #6에 도시된 것처럼 점탄성 효과의 감소시키고, 시간의 함수로서의 고저간 높이가 실질적으로 평평하게 되도록 한다.2A is a simplified graph showing peak-to-valley height as a function of polishing time for different polishing configurations, according to one embodiment of the invention. As shown in FIG. 2A, a graph showing the elevation height of the optical element as a function of polishing time is shown for various polishing configurations. As shown, since the parameters described in FIG. 1 have been solved by the inventors of the present invention, the optical element can be polished with little change in the height between the elevations as a function of the polishing time. As shown by the "reduced pad wear" curve (# 5), the inventors of the present invention deform the shape of the pad when polishing, and as a result, the deformation of this shape changes the pressure distribution on the optical element being polished. I found out. Accordingly, embodiments of the present invention use barrier ribs to contact the wrap and essentially cause reverse wear (ie, spatial) that the optical element generates, thereby balancing pad wear so that pad wear is spatially uniform. Thus, embodiments of the present invention reduce the viscoelastic effect as shown in curve # 6 and allow the elevation between the elevations as a function of time to be substantially flat.

도 2b 내지 2g는 본 발명의 일 실시예에 의한 서로 다른 폴리싱 구성들을 도시한다. 도 2b 내지 2g에 도시된 파라미터들은 도 2a의 곡선 번호들과 대응된다.2B-2G illustrate different polishing configurations in accordance with one embodiment of the present invention. The parameters shown in FIGS. 2B-2G correspond to the curve numbers in FIG. 2A.

본 발명의 발명자들은, 도 2a가 플롯 #6(감소된 점탄성(77))에 대해서 안정적인 고저간 높이를 나타내지만, 100시간보다 긴 시간에서는 고저간 높이가 더 높은 수준으로 증가할 수 있고, 고저간 높이가 시간의 함수로서 증가할 수 있음을 알아냈다. 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 의한, 하나의 폴리싱 구성에 대하여 폴리싱 시간의 함수로서 고저간 높이를 나타내는 단순화된 그래프이다. 도 2h에 도시된 바와 같이, 0 내지 ~150시간 사이의 기간 내에 수렴 지점(convergence point)이 이동한다. 본 발명의 실시예를 제한하지 않으면서, 본 발명의 발명자들은, 잠재적으로 수렴 지점의 이동의 원인이 되는 하나의 메커니즘은 광학 소자에 의해 일어난 패드 마모와 격벽에 의해 일어난 패드 마모 간의 균형이 깨지고 그 결과 고저간 높이가 증가하는 것이라고 믿는다.The inventors of the present invention show that, while FIG. 2A shows a stable elevation between plots # 6 (reduced viscoelasticity 77), the elevation between elevations can be increased to a higher level at times longer than 100 hours, It was found that liver height can increase as a function of time. FIG. 2H is a simplified graph showing the height between floors as a function of polishing time for one polishing configuration, according to one embodiment of the invention. As shown in FIG. 2H, the convergence point moves within a period between 0 and 150 hours. Without limiting embodiments of the present invention, the inventors of the present invention believe that one mechanism that potentially causes the movement of the convergence point is that the balance between pad wear caused by the optical element and pad wear caused by the partition wall is broken and I believe that the result is an increase in height.

본 발명의 실시예들은 폴리싱되고 있는 광학 소자를 제거하고 격벽만으로 폴리싱 시스템을 동작시킴으로써 수렴 지점을 조정한다. 격벽만으로 시스템을 가동함으로써, 고저간 높이가 미리 정해진 수준보다 낮은 값으로 돌아가도록 수렴 지점이 조정된다. 수렴 지점의 이동은 하나의 광학 소자를 위한 폴리싱 작업과 연관된 기간보다 더 긴 기간에 걸쳐 일어난다. 일 예로서, 특정 광학 소자에 대한 폴리싱 시간은 10시간일 수 있고, 다수의 광학 소자(예컨대, 15개의 광학 소자)는 고저간 높이가 2.5㎛ 위로 증가하기 전에 도 2h에 도시된 ~150시간 기간 내에 폴리싱된다. 따라서, 상기 수렴 지점의 조정은 하나의 광학 소자를 폴리싱하는데 일반적으로 이용되는 기간과 비교할 때 장시간의 기간에 걸쳐 제공된다. 본 발명의 실시예들은 이러한 장기간에 걸친 수렴 지점의 조정에 국한되지 않지만, 이하의 예는 다수의 광학 소자를 위한 폴리싱 프로세스와 연관된 기간과 관련하여 제시된다.Embodiments of the present invention adjust the convergence point by removing the optical element being polished and operating the polishing system with only the partition wall. By operating the system with only the bulkhead, the convergence point is adjusted so that the height between the bottoms and lowers returns to a value lower than a predetermined level. The shift of the convergence point occurs over a longer period than the period associated with the polishing operation for one optical element. As an example, the polishing time for a particular optical element may be 10 hours, and a number of optical elements (eg, 15 optical elements) may have a ˜150 hour period shown in FIG. 2H before the elevation height increases above 2.5 μm. Polished within. Thus, the adjustment of the convergence point is provided over a long time period as compared to the time period generally used for polishing one optical element. Embodiments of the present invention are not limited to this long term adjustment of convergence points, but the following examples are presented in relation to the periods associated with polishing processes for multiple optical elements.

도 2h를 참조하면, 수렴 지점은 폴리싱의 처음 150시간 동안 약 0.5㎛로부터 약 2.5㎛까지 이동한다. 수렴 지점의 값을 줄이기 위하여, 본 발명의 실시예들은 고저간 높이를 미리 정해진 수준으로 줄이기 위해 일정 기간 동안 격벽만을 사용하여 폴리싱 시스템을 작동시키기 위해서 광학 소자를 제거한다. 도 2h에 도시된 바와 같이, ~200시간 내지 ~400시간의 기간 동안 0.6psi 격벽만을 사용하는 폴리싱 시스템의 동작은 0.48mm까지 떨어지는 고저간 높이에 의해 나타난 것처럼 수렴 지점을 감소시킨다. 도시된 바와 같이, 고저간 높이의 감소율은 상대적으로 낮지만(예컨대, ~1.7㎛/212시간=7.3nm/시간), 제어가능하고 실질적으로 선형이다. ~400시간 후의 기간에는, 격벽과 광학 소자가 모두 이용되고, 그 결과 ~400시간 내지 ~500시간의 기간 동안 수렴 지점이 다시 변한다. 마지막 몇 개의 데이터 지점에 의해 알 수 있는 같이, ~500시간 이후에 격벽만을 사용하는 폴리싱은 예상대로 수렴 지점을 감소시킨다. 이렇게 해서, 실시예들은 수렴 지점을 정밀하게 조정하는 방법으로서 광학 소자를 사용하지 않고 격벽(예컨대, 0.6psi 격벽) 만을 폴리싱하는 프로세스를 이용한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자라고도 함)는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.Referring to FIG. 2H, the convergence point moves 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 eliminate the optical element to operate the polishing system using only the partition wall for a period of time to reduce the height between the heights to a predetermined level. As shown in FIG. 2H, the operation of a polishing system using only 0.6 psi bulkheads over a period of ˜200 hours to ˜400 hours reduces the point of convergence as indicated by the low-rise height falling to 0.48 mm. As shown, the rate of decrease in height between elevations is relatively low (eg, ˜1.7 μm / 212 hours = 7.3 nm / hour), but is controllable and substantially linear. In the period after ˜400 hours, both the partition wall and the optical element are used, and as a result, the convergence point changes again during the period of ˜400 hours to ˜500 hours. As can be seen by the last few data points, polishing using only bulkheads after ~ 500 hours reduces the convergence point as expected. In this way, embodiments use a process of polishing only partitions (eg, 0.6 psi partitions) without using optical elements as a method of precisely adjusting the convergence point. Those skilled in the art (hereinafter, also referred to as those skilled in the art) will recognize many variations, modifications, and alternatives.

수렴하는 패드 폴리싱에 관한 추가적인 설명은 Tayyab Suratwala, Rusty Steele, Michael Feit, Richard Desjardin 및 Dan Mason의 "비정질 실리카의 수렴 패드 폴리싱(Convergent Pad Polishing of Amorphous Silica)"(International Journal of Applied Glass Science, Special Issue: Part 1, The Flow and Fracture of Advanced Glasses Part 2, General Glass Science, Volume 3, Issue 1, pages 14-28, 2012년 3월)에 제공되고, 그 내용은 전체가 여하한 목적으로 본 명세서에 참조로서 편입된다.Additional discussion of converging pad polishing can be found in Tayyab Suratwala, Rusty Steele, Michael Feit, Richard Desjardin and Dan Mason's "Convergent Pad Polishing of Amorphous Silica" (International Journal of Applied Glass Science, Special Issue) : Part 1, The Flow and Fracture of Advanced Glasses Part 2, General Glass Science, Volume 3, Issue 1, pages 14-28, March 2012), the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety for any purpose. Incorporated by reference.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한, 한 세트의 광학 소자를 폴리싱하는 방법을 도시하는 단순화된 흐름도이다. 방법 1700은 격벽 및 미리 정해진 제1 값보다 작은 고저간 높이를 특징으로 하는 폴리싱 프로세스를 사용하여 광학 소자들의 제1 서브세트를 폴리싱하는 단계를 포함한다(1710). 상기 방법은 또한, 고저간 높이가 상기 미리 정해진 제1 값보다 크거나 그와 같은지 결정하는 단계를 포함한다(1712). 고저간 높이가 상기 미리 정해진 제1 값에 도달하면, 상기 제1 서브세트의 광학 소자들 중 마지막 광학 소자가 제거되고 일정 기간 동안 광학 소자없이 폴리싱 시스템이 작동된다(1714). 상기 기간 후에, 고저간 높이가 미리 정해진 제2 값보다 더 작은 값으로 감소되었는지를 결정한다(1716). 몇몇 실시예에서, 상기 미리 정해진 제2 값은 상기 미리 정해진 제1 값보다 작다. 다른 실시예에서, 상기 미리 정해진 제2 값은 상기 미리 정해진 제1 값과 같다.17 is a simplified flowchart illustrating a method of polishing a set of optical elements, according to one embodiment of the invention. The method 1700 includes polishing (1710) a first subset of optical elements using a polishing process that is characterized by a septum and an elevation height less than a predetermined first value. The method also includes determining whether the elevation height is greater than or equal to the predetermined first value (1712). When the elevation height reaches the predetermined first value, the last optical element of the first subset of optical elements is removed and the polishing system is operated (1714) without optical elements for a period of time. After the period, it is determined whether the inter-floor height has been reduced to a value smaller than the second predetermined value (1716). In some embodiments, the second predetermined value is less than the first predetermined value. In another embodiment, the second predetermined value is equal to the first predetermined value.

몇몇 실시예에서, 상기 수렴 지점을 조정하는 동안 폴리싱 시스템의 동작은 광학 소자, 상기 광학 소자들 중 하나(뒤에서 다른 실시예와 관련하여 논의됨), 또는 격벽 또는 광학 소자가 아닌 다른 디바이스 없이 격벽을 이용한다. 따라서, 수렴 지점을 조정하는 격벽 이외의 형태는 본 발명의 영역에 포함된다.In some embodiments, the operation of the polishing system while adjusting the convergence point may be performed by removing the partition without an optical element, one of the optical elements (discussed in connection with another embodiment later), or a partition or other device other than the optical element. I use it. Therefore, forms other than the partition wall adjusting the convergence point are included in the scope of the present invention.

고저간 높이가 상기 미리 정해진 제2 값에 도달하면, 상기 광학 소자들의 제2 서브세트가 상기 격벽 및 상기 미리 정해진 제1 값보다 작은 고저간 높이를 특징으로 하는 폴리싱 프로세스를 사용하여 폴리싱된다(1718).When the elevation height reaches the predetermined second value, the second subset of the optical elements is polished using a polishing process characterized by the elevation height less than the partition and the predetermined first value (1718). ).

상기 고저간 높이가 시간의 함수로서 네거티브(negative) 방향으로 증가하는 다른 실시예에서는, 격벽을 제거하고 상기 광학 소자들의 세트 내의 광학 소자들 중 하나 또는 더미 광학 소자를 격벽을 사용하지 않고 폴리싱하도록 프로세스 1714를 수정하여, 도 17에 도시된 방법을 수정할 수 있다. 이렇게 해서, 네거티브 방향으로 증가하는 고저간 높이는 이러한 보상(complementary) 교정 방법을 이용하여 조정될 수 있다.In another embodiment, wherein the height between elevations is increased in the negative direction as a function of time, a process for removing the partition and polishing one or the dummy optical elements of the optical elements in the set of optical elements without using the partition. By modifying 1714, the method shown in FIG. 17 can be modified. In this way, the elevation height increasing in the negative direction can be adjusted using this complementary correction method.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 다양한 초기 형태에 대한 폴리싱 수렴을 나타내는 단순화된 그래프이다. 도 3a에서, 광학 소자는 낮은 애스펙트 비(aspect ratio)의 둥근 작업물이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 작업물(즉, 광학 소자)에 있어서의 고저간 편차(peak-to-valley variation)는 실험 79(Experiment 79)에 대해서 원래 약 7㎛이고(즉, 약 14 웨이브) 약 -1㎛로 감소된다(즉, 약 2 웨이브). 실험 80(Experiment 80)에 대해서는, 본래의 고저간 편차가 약 -7㎛이고 약 -1.5㎛로 감소된다. 이렇게 해서, 본 발명의 실시예들은 광학 소자의 원래 편차에 무관하게 균일한 평활도(smoothness)로 수렴하는 광학 폴리싱을 가능케 하는 폴리싱 기술을 제공한다. 도 3에 도시된 현재의 수렴 구역은 폭이 약 0.5㎛보다 작고 네거티브인 고저간 편차에 의해 특징지어지지만, 본 발명은 이러한 특정 편차로 한정되지 않고 0을 중심으로 더 좁은 편차를 갖는 다른 구역도 본 발명의 영역에 속한다.3A is a simplified graph showing polishing convergence for various initial forms, according to one embodiment of the invention. In FIG. 3A, the optical element is a low aspect ratio round workpiece. As shown in FIG. 3A, the peak-to-valley variation in the workpiece (ie, optical element) is originally about 7 μm (ie, about 14 waves) for Experiment 79. ) To about −1 μm (ie, about 2 waves). For Experiment 80, the original inter-floor deviation is about −7 μm and is reduced to about −1.5 μm. In this way, embodiments of the present invention provide a polishing technique that enables optical polishing to converge with uniform smoothness regardless of the original deviation of the optical element. Although the current convergence zone shown in FIG. 3 is characterized by a low-to-low deviation that is less than about 0.5 μm wide and negative, the present invention is not limited to this specific deviation but also shows other zones with narrower deviations around zero. It belongs to the scope of the present invention.

본 발명을 이용하면, 랩과 광학 기구의 형태 간의 부정합에 의해 형상 수렴이 유도되고, 이는 단일 이터레이션에 의한, 초기 표면에 무관한 폴리싱 프로세스를 가능하게 한다. 폴리싱 중에, 상기 광학 기구는 압력의 광학 기구-랩 부정합 균질화(normalization)에 기인하여 랩과 동일한 형상으로 수렴한다. 이렇게 해서, 본 발명의 실시예들은 미리 정해진 고저간 높이를 갖는 구역으로 폴리싱 프로세스가 수렴하게 하고, 상기 고저간 높이는 연장된 기간 동안 상기 구역 내에서 유지된다.Using the present invention, shape convergence is induced by a mismatch between the shape of the wrap and the optics, which allows for an initial surface-independent polishing process by single iteration. During polishing, the optics converge to the same shape as the wrap due to the optics-wrap mismatch normalization of the pressure. In this way, embodiments of the present invention allow the polishing process to converge into a zone having a predetermined inter-floor height, and the inter-floor height is maintained within the zone for an extended period of time.

본 발명에 의해 제공되는 이점들 중 하나는, 수렴 폴리싱 프로세스가 일정한 고저간 편차에서 종료되고 연장된 기간 동안 이러한 수렴 값에 머무른다는 것이다. 과도한 폴리싱을 막기 위해 정확한 시간에 폴리싱이 종료되어야 하는 종래의 폴리싱 기술과 달리, 본 발명의 수렴 폴리싱 기술은 한 번의 이터레이션 후에 스스로 종료되고, 광학 소자의 최초의 표면과 무관하게 랩의 형태에 기초하여 원하는 형태를 제공한다.One of the advantages provided by the present invention is that the convergence polishing process ends at a constant high and low deviation and stays at this convergence value for an extended period of time. Unlike conventional polishing techniques in which polishing must be terminated at the correct time to prevent excessive polishing, the convergent polishing technique of the present invention terminates itself after one iteration and is based on the shape of the wrap, independent of the original surface of the optical element. To provide the desired form.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 낮은 애스펙트 비의 둥근 광학 소자에 대한 폴리싱 수렴을 나타내는 단순화된 그래프이다. 도 3b에 도시된 폴리싱 프로세스에 이용되는 폴리싱 패드(즉, 미시건주 미들랜드의 다우 케미컬 컴퍼니로부터 구입할 수 있는 IC1000TM 폴리싱 패드)는 도 3a에 도시된 폴리싱 프로세스(즉, 다우 케미컬 컴퍼니로부터 구입할 수 있는 SubaTM 550 폴리싱 패드)에 이용되는 폴리싱 패드와 다르다. 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 의한 사각형 광학 소자에 대한 폴리싱 수렴을 도시하는 단순화된 그래프이다. 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 의한, 둥근, 높은 애스펙트 비의 광학 소자에 대한 폴리싱 수렴을 나타내는 단순화된 그래프이다.FIG. 3B is a simplified graph showing polishing convergence for a low aspect ratio rounded optical element, according to one embodiment of the invention. The polishing pad used for the polishing process shown in FIG. 3B (i.e., the IC1000 polishing pad available from Dow Chemical Company, Midland, Michigan) is a suba commercially available from the polishing process shown in FIG. 3A (ie, Dow Chemical Company). TM 550 polishing pads). 3C is a simplified graph illustrating polishing convergence for a rectangular optical element according to one embodiment of the present invention. FIG. 3D is a simplified graph showing polishing convergence for a round, high aspect ratio optical element, according to one embodiment of the invention.

도 3a 내지 3d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 초기 표면 형상을 갖는 작업물에 대한, 그리고, 네 개의 서로 다른 구성에 대한 폴리싱 시간의 함수로서의 고저간 높이는 미리 정해진 구역으로 수렴한다. 예로서, 도 3c에서는 낮은 애스펙트 비의 사각형 작업물이 IC1000TM 폴리싱 패드를 사용하여 폴리싱되고, 도 3d에서는 높은 애스펙트 비의 둥근(연삭 또는 폴리싱된) 작업물이 IC1000TM 폴리싱 패드를 사용하여 폴리싱되었다. 이들 도면들에 도시된 폴리싱 런(run)에서, 일정치 않은 초기 표면 형상을 특징으로 하는 작업물들은 동일하게 폴리싱되고 모든 작업물이 실질적으로 평평한 최종 형태로 수렴하여, 수렴 완전 구경 폴리싱을 입증하였다.As shown in FIGS. 3A-3D, the inter-floor height as a function of polishing time for workpieces with different initial surface shapes, and for four different configurations, converges to a predetermined zone. As an example, in FIG. 3C a low aspect ratio rectangular workpiece was polished using an IC1000 polishing pad, and in FIG. 3D a high aspect ratio round (grinded or polished) workpiece was polished using an IC1000 polishing pad. . In the polishing run shown in these figures, the workpieces characterized by the non-uniform initial surface shape converged equally and all the workpieces converged to a substantially flat final form, demonstrating convergent full aperture polishing.

도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 실시예에 의한, 다양한 폴리싱 시간에서의 고저간 높이를 나타내는 표면 등고선이다. 고저간 높이 편차(PV)가 6.5㎛인 원래의 표면은 도 4a에 도시된다. 1시간 폴리싱 후의 표면은 도 4b에 도시되고, PV=4.64㎛이다. 이후의 폴리싱 시간은 도 4c 내지 4e에 도시된다: 2시간 폴리싱 PV=3.59㎛(도 4c); 6시간 폴리싱 PV=-1.04㎛(도 4d); 및 24시간 폴리싱 PV=-0.95㎛(도 4e). 도 4d 및 4e에 도시된 바와 같이, 수렴하는 폴리싱 프로세스는 미리 정해진 기간 후에 고정된 PV에서 종료된다.4A-4E are surface contours showing the height between floors at various polishing times, according to one embodiment of the invention. The original surface with the height-to-high height deviation (PV) of 6.5 μm is shown in FIG. 4A. The surface after 1 hour polishing is shown in FIG. 4B, and PV = 4.64 μm. Polishing time thereafter is shown in FIGS. 4C-4E: 2 hour polishing PV = 3.59 μm (FIG. 4C); 6 hour polishing PV = -1.04 μm (FIG. 4D); And 24 hour polishing PV = -0.95 μm (FIG. 4E). As shown in Figures 4D and 4E, the converging polishing process ends at a fixed PV after a predetermined period of time.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 격벽의 단순화된 사시도이다. 도 5a에 도시된 실시예에 있어서의 격벽 500은 둥근 광학 소자를 수용하도록 성형된 맘곡부 510을 포함한다. 다른 실시예에서, 폴리싱되고 있는 광학 소자에 의해 발생되는 공간적으로 불균일한 패드 마모에 대응하고 패드 마모를 일으키기도 하는 하나의 희생물일 수 있는 상기 격벽은, 정사각형 광학 기구, 직사각형 광학 기구 등을 포함하는 다른 형태를 갖는, 작업물이라고도 불릴 수 있는 광학 소자를 수용하도록 개조된다. 격벽 500은 도 5b에 도시된 것과 같은 물질들의 스택(stack), 예컨대, 25mm 스테인리스 스틸 또는 충분한 강도(rigidity) 및 밀도를 갖는 다른 물질로 형성된 구조 층 520, 예컨대 3mm 고무 또는 다른 유연한(compliant) 물질로 형성된 유연 층 522, 및 예컨대 1.1mm 용융 실리카 또는 폴리싱되는 광학 소자와 비슷한 다른 물질로 형성되는 폴리싱 층 524을 포함할 수 있다. 원하는 격벽의 질량에 따라서, 상기 다양한 층에 이용되는 물질들이 강도/질량, 유연성, 및 폴리싱 유사성의 기능을 제공하도록 변경될 수 있다. 일 예로서, 바람직하게는 상기 격벽에 낮은 애스펙트 비를 제공하기 위해, 상기 구조 층이 알루미늄, 또는, 적층된(laminated) 물질들을 포함하는 밀도가 높은 다른 물질로부터 형성될 수 있다. 도 5a에 도시된 격벽은 원형의 광학 소자를 폴리싱하기에 적합하지만, 정사각형 및 직사각형의 광학 소자를 포함하는 다른 형태들도 본 발명의 범위에 속한다.5A is a simplified perspective view of a polishing partition, according to one embodiment of the invention. The partition wall 500 in the embodiment shown in FIG. 5A includes a curved portion 510 shaped to receive a rounded optical element. In another embodiment, the partition wall, which may be a victim that responds to spatially nonuniform pad wear caused by the optical element being polished and also causes pad wear, includes square optics, rectangular optics, and the like. It is adapted to accommodate optical elements, which may also be called workpieces, of other forms. Bulkhead 500 is a stack of materials such as that shown in FIG. 5B, such as a structural layer 520 formed of a 25 mm stainless steel or other material with sufficient rigidity and density, such as 3 mm rubber or other compliant material. A flexible layer 522 formed of a lamella, and a polishing layer 524 formed of, for example, 1.1 mm fused silica or other material similar to an optical element being polished. Depending on the mass of the desired partition, the materials used in the various layers can be modified to provide functions of strength / mass, flexibility, and polishing similarity. As an example, the structural layer may be formed from aluminum or other dense material, including laminated materials, preferably to provide a low aspect ratio for the partition wall. The partition shown in FIG. 5A is suitable for polishing a circular optical element, but other forms, including square and rectangular optical elements, are also within the scope of the present invention.

상기 격벽은 패드에 인가되는 압력이 상기 격벽에 걸쳐 균일하도록 압력의 균질화를 가능케 하는 상기 유연 층 덕분에 평평한 형태를 제공할 수 있다. 고무 이외의 물질, 예컨대, 부드러운 폴리머, 폼(foam), 실리콘, 또는 이들의 조합 등도 이용될 수 있다. 상기 유연 층은 필요에 따라 에폭시(epoxy) 또는 다른 접착제를 사용하여 상기 구조 층에 결합될 수 있다. 상기 폴리싱 층에 폴리싱되는 광학 기구와 동일한 물질을 사용하면 동일한 패드 마모율을 제공한다는 점에서 유용하지만, 특정 애플리케이션에 적합하도록 다른 물질들도 이용될 수 있다. 폴리싱되는 광학 기구와 다른 물질을 이용하면 격벽의 형태가 달라지게 된다는 것이 당업자에게는 자명할 것이다. 도 5에 도시된 격벽 디자인에 있어서, 상기 격벽에 의해 발생하는 랩 상의 압력(즉, 부하)은 광학 기구로부터의 압력에 정합된다. 다른 설계에서는, 격벽과 광학 기구 간에 다른 압력을 특정함으로써 다른 형태의 격벽이 제조된다.The partition can provide a flat shape thanks to the flexible layer allowing homogenization of the pressure such that the pressure applied to the pad is uniform across the partition. Materials other than rubber, such as soft polymers, foams, silicones, or combinations thereof, may also be used. The flexible layer can be bonded to the structural layer using epoxy or other adhesive as needed. Use of the same material as the optics polished to the polishing layer is useful in providing the same pad wear rate, but other materials may be used to suit particular applications. It will be apparent to those skilled in the art that the use of optics and other materials to be polished will change the shape of the partition. In the partition design shown in FIG. 5, the pressure on the lap generated by the partition (ie, the load) is matched to the pressure from the optics. In other designs, different types of partitions are produced by specifying different pressures between the partitions and the optics.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한, 반경 방향 거리의 함수로서 패드 마모율을 나타낸 단순화된 그래프이다. 도 6을 참조하면, 작업물에 기인한 마모(즉, 폴리싱 패드의 마모율)는 폴리셔(polisher)의 중심으로부터의 거리의 함수로서 우측으로 크로스해칭된(crosshatched) 면적에 의해 표시된다. 곡선 아래의 이 면적은 래핑 패드 상에 광학 소자를 두면 패드가 얼마나 많이 마모되는지를 나타낸다. 도시된 그래프에서, 광학 소자(광학 기구라고도 함)는 100mm의 직경을 갖는 폴리셔의 중심으로부터 25mm 위치에 배치된다. 상기 광학 기구가 상기 패드와 접촉하지 않는 곳에서는(예컨대, 0-25mm) 패드 마모가 없고, 따라서 이 영역에서는 패드 마모율이 제로(0)가 된다. 유사한 제로(0) 패드 마모는 125mm보다 큰 거리에서 나타낸다. 도시된 마모율을 고려할 때, 시간이 지남에 따라, 이 곡선을 반대로 하면 폴리싱 중에 마모되는 홈의 형태가 된다.6 is a simplified graph showing pad wear rate as a function of radial distance, according to one embodiment of the invention. Referring to Figure 6, wear due to the workpiece (i.e. wear rate of the polishing pad) is indicated by the area crosshatched to the right as a function of the distance from the center of the polisher. This area under the curve indicates how much pad wears out when the optical element is placed on the wrapping pad. In the graph shown, an optical element (also called an optical instrument) is placed 25 mm from the center of the polisher having a diameter of 100 mm. Where the optics are not in contact with the pad (eg 0-25 mm), there is no pad wear, so the pad wear rate is zero in this region. Similar zero pad wear is seen at distances greater than 125 mm. Given the wear rates shown, over time, reversing this curve results in the form of grooves that wear out during polishing.

전체 패드 마모율이 거리의 함수로서 상수(C)가 되도록, 격벽에 의해 발생하는 폴리싱 패드 마모(좌측으로 크로스해칭된 면적에 의해 보상 마모로 표시됨)가 제공된다. 당업자에게 자명하듯이, 상기 상수값과 상기 작업물로 인한 마모 간의 차이는 도시된 것과 같은 마모율을 만들어내는 격벽 형태의 설계를 위한 가이드를 제공할 것이다.Polishing pad wear (indicated by compensatory wear by area crosshatched to the left) is provided so that the overall pad wear rate is a constant C as a function of distance. As will be apparent to those skilled in the art, the difference between the constant value and the wear caused by the workpiece will provide a guide for the design of the partition wall resulting in a wear rate as shown.

패드 마모율은 작업물(즉, 광학 소자)로 인한 패드 마모 및 격벽으로 인한 패드 마모의 조합으로서 표현될 수 있다:The pad wear rate can be expressed as a combination of pad wear due to the workpiece (ie, optical element) and pad wear due to the septum:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서,here,

r=패드의 중심으로부터의 거리,r = distance from the center of the pad,

s=광학 소자의 패드 중심으로부터의 변위,s = displacement from the pad center of the optical element,

KL=프레스턴 계수(Preston Coefficient)(광학 소자와 격벽의 폴리싱 표면이 동일한 물질이면 동일한 값),K L = Preston Coefficient (the same value if the polishing surface of the optical element and partition is the same material),

μ=마찰 계수,μ = friction coefficient,

σ=광학 소자와 격벽 모두에 대하여 동일할 수 있는 부하(압력),σ = load (pressure), which may be the same for both the optical element and the bulkhead,

fo(r)=r에서의 광학 소자의 둘레 방향(circumferential) 폭,circumferential width of the optical element at f o (r) = r,

fs(r)=r에서의 격벽의 둘레 방향(circumferential) 폭,circumferential width of the bulkhead at f s (r) = r,

Vro=r에서의 광학 소자와 패드 간의 상대 속도(RO=RL이면 Ros와 같음),The relative velocity between the optical element and the pad at V ro = r (same as R o s if R O = R L ),

Vrs=r에서의 격벽과 패드 간의 상대 속도(RO=RL이면 RLr과 같음),Relative velocity between bulkhead and pad at V rs = r (same as R L r if R O = R L ),

RO=광학 소자의 회전 속도,R O = rotational speed of the optical element,

RL=랩(즉, 패드)의 회전 속도이다.R L = rotational speed of the wrap (ie pad).

일정한 패드 마모율(

Figure pct00002
)을 위한 격벽의 형태는 상기 격벽의 폭을 다음과 같이 계산함으로써 결정된다:Constant pad wear rate (
Figure pct00002
The shape of the bulkhead for) is determined by calculating the width of the bulkhead as:

Figure pct00003
Figure pct00003

원형 광학 소자에 있어서,

Figure pct00004
이다.In the circular optical element,
Figure pct00004
to be.

본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 격벽은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 종래의 폴리싱 기술을 사용해서는 얻을 수 없는 장점들을 제공한다. 상기 격벽의 형태는, 광학 기구 전반에 걸쳐 위치의 함수로서 균일한 패드 마모율을 제공하기 위해, 도 6 및 7과 관련하여 기술된 프레스턴 방정식을 사용하여 설계된다. 몇몇 실시예에서, 패드 마모의 균일성은 광학 소자와 접촉하는 패드 부분에서 5%보다 작게 차이가 나는 패드 마모율 값으로 특징지어진다. 다른 실시예에서, 상기 패드 마모율 값은 2% 작게, 1.5%보다 작게, 1%보다 작게, 0.75%보다 작게, 0.5%보다 작게, 0.4%보다 작게, 0.3%보다 작게, 0.2%보다 작게, 0.1%보다 작게, 0.05%보다 작게, 0.025%보다 작게, 또는 0.01%보다 작게 차이가 난다. 예를 들어, 위치의 함수로서 제1 패드 마모율은 광학 소자에 기인한 마모와 연관되고, 위치의 함수로서 제2 패드 마모율은 격벽과 연관된다(도 6 참조). 이들 패드 마모율들의 합은 광학 소자와 접촉하는 패드의 부분들에서 실질적으로 균일한 비율을 제공한다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 특정 실시예에서는 그에 적합하도록 패드 마모율의 균일성이 광학 소자와 접촉하지 않는 패드의 부분들(예컨대, 도 6에서 25mm보다 작고 125mm보다 큰 반경 방향 거리)까지 연장되지만, 이러한 균일성은 이들 영역 내에서 감소될 수도 있다. 당업자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.The partition provided by embodiments of the present invention, as shown in FIG. 5A, provides advantages not available using conventional polishing techniques. The shape of the septum is designed using the Preston equations described in connection with FIGS. 6 and 7 to provide uniform pad wear rates as a function of position throughout the optics. In some embodiments, the uniformity of pad wear is characterized by a pad wear rate value that differs by less than 5% at the pad portion in contact with the optical element. In another embodiment, the pad wear rate value is less than 2%, less than 1.5%, less than 1%, less than 0.75%, less than 0.5%, less than 0.4%, less than 0.3%, less than 0.2%, 0.1 The difference is less than%, less than 0.05%, less than 0.025%, or less than 0.01%. For example, the first pad wear rate as a function of position is associated with wear due to the optical element, and the second pad wear rate as a function of position is associated with the septum (see FIG. 6). The sum of these pad wear rates provides a substantially uniform ratio in the portions of the pad in contact with the optical element. As will be apparent to one skilled in the art, in certain embodiments, the uniformity of pad wear rate extends to portions of the pad that are not in contact with the optical element (e.g., radial distances less than 25 mm and greater than 125 mm in FIG. 6). Such uniformity may be reduced within these areas. Those skilled in the art will recognize many variations, modifications, and alternatives.

본 명세서에 설명된 바와 같이 격벽의 사용은, 공간적인 패드 마모 균일성을 향상시키는 것에 더하여, 속도 및 압력에 대해 선형적으로 변경되는 현상들로 인한 다른 상호 이익들을 가져올 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 현상들의 몇 가지 예는 패드 압축 및 점탄성, 패드 글레이징(glazing), 마찰 유도 열의 효과, 슬러리(slurry) 분포 등을 포함한다.It should be noted that the use of bulkheads as described herein, in addition to improving spatial pad wear uniformity, can result in other mutual benefits due to linearly changing phenomena for speed and pressure. . Some examples of such phenomena include pad compression and viscoelasticity, pad glazing, effects of friction induced heat, slurry distribution, and the like.

본 발명의 실시예들을 이용하면, 위치의 함수로서 패드 마모는 위치의 함수로서 실질적으로 균일하고, 예를 들어, 광학 소자에 대해 수 웨이브보다 작다. 일 실시예에서, 패드 마모 균일성은 광학 소자와 접촉하는 반경 방향 거리에 걸쳐 1 웨이브 이내이지만, 상기 균일성은 좀 더 균일한, 예컨대, 1 웨이브보다 작은 패드 마모로 특징지어질 수도 있다.Using embodiments of the invention, the pad wear as a function of position is substantially uniform as a function of position, for example less than a few waves for the optical element. In one embodiment, the pad wear uniformity is within one wave over the radial distance in contact with the optical element, but the uniformity may be characterized by more uniform pad wear, for example less than one wave.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한, 반경 방향 거리의 함수로서 격벽 폭을 나타낸 단순화된 그래프이다. 도 7에서 격벽 폭(즉, 둘레 방향 폭)은 특정 반경 방향 거리에서의 랩의 둘레에 의해 설정된 최대 두께(작은 반경 방향 거리에서 격벽으로 커버할 수 있는 둘레는 그 정도임) 및 점탄성 효과 및 강도 펀치 효과(rigid punch effect)에 의해 설정된 최소 두께에 의해 경계 지어진다. 부드러운 패드에 대해서는 점탄성 효과가 좀더 중요한 반면, 딱딱한 패드에 대해서는 강도 펀치 효과가 좀더 중요하다.FIG. 7 is a simplified graph showing partition widths as a function of radial distance, in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. In FIG. 7 the partition width (i.e. the circumferential width) is the maximum thickness set by the circumference of the lap at a particular radial distance (the circumference that can be covered by the partition at a small radial distance is that much) and the viscoelastic effect and strength It is bounded by the minimum thickness set by the rigid punch effect. The viscoelastic effect is more important for soft pads, while the strength punch effect is more important for hard pads.

도 7에서, 격벽의 형태는 원형 광학 기구에 대하여 정해지지만, 다른 형태의 광학 소자도 본 발명의 범위에 속한다. 본 명세서에 개시된 방정식들을 이용하면, 격벽의 부하는 광학 기구의 부하와 다를 수 있고, 예컨대, 불균일 부하일 수 있다. 함수 fo(s)를 주어진 형태, 예컨대, 원형 또는 사각형 광학 기구에 대해 계산할 수 있고, 격벽의 형태를 정의하기 위해 이 공식에 넣을 수 있다. 본 명세서에서 둘레 방향 폭이라고 불리는 함수 fo(r)과 fs(r)은 각각 광학 기구 또는 격벽에 의해 커버되는 반경 r에서의 랩 둘레의 부분으로서 정의된다.In Fig. 7, the shape of the partition wall is defined with respect to the circular optical apparatus, but other types of optical elements are also within the scope of the present invention. Using the equations disclosed herein, the load on the partition wall can be different from the load of the optical instrument, for example, can be a non-uniform load. The function f o (s) can be calculated for a given shape, for example circular or rectangular optics, and can be put into this formula to define the shape of the partition. The functions f o (r) and f s (r), referred to herein as circumferential widths, are defined as the portion around the lap at radius r covered by the optics or partition, respectively.

반경 방향 거리가 감소함에 따라 반경 방향 속도는 0에 가까워지는 경향이 있으므로, 폴리셔 중심 부근(랩 상의 작은 반경 방향 거리)의 격벽의 부분들에서는 도 6에 도시된 상수값을 얻지못할 수도 있다. 그러나, 광학 기구는 중심으로부터 유한한 거리에 있으므로(예컨대, 도시된 실시예에서는 25mm), 이러한 설계적 제약은 본 명세서에 개시된 격벽 설계에 의해 만족된다. 광학 기구는 25mm보다 작은 반경 방향 거리와 중첩되지 않기 때문에, 광학 기구와 중첩되지 않는 반경 방향 거리에서는 일정한 패드 마모율을 위한 설계의 유연성이 제공된다.Since the radial velocity tends to approach zero as the radial distance decreases, the constant values shown in FIG. 6 may not be obtained in parts of the partition wall near the polisher center (small radial distance on the wrap). However, since the optics are at a finite distance from the center (eg, 25 mm in the illustrated embodiment), this design constraint is satisfied by the partition design disclosed herein. Since the optics do not overlap radial distances less than 25 mm, design flexibility is provided for constant pad wear rates at radial distances that do not overlap with the optics.

도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 의한, 반경 방향 거리의 함수로서 격벽 부하(load)를 나타낸 단순화된 그래프이다. 본 발명의 실시예들은 부하가 균일하게 분포된 격벽(도 8a), 차등적으로 분포된 격벽(도 8b), 또는 연속적으로 분포된 격벽(도 8c)을 이용할 수 있다. 도 8a 내지 8c는, 패드 마모율과 관련하여 논의된 바와 같이, 부하(σ(r))가 위치의 함수일 수 있음을 보여준다.8A-8C are simplified graphs showing partition load as a function of radial distance, in accordance with an embodiment of the present invention. Embodiments of the present invention may utilize a partition with uniform load distribution (FIG. 8A), a differential distribution partition (FIG. 8B), or a continuously distributed partition (FIG. 8C). 8A-8C show that the load σ (r) may be a function of position, as discussed in relation to the pad wear rate.

도 9a는 로그(rogue) 입자들에 의한 스크래칭(scratching)을 도시하는 단순화된 개념도이다. 예컨대 고에너지 레이저 및 증폭기 시스템과 같은, 일부 광학 소자 폴리싱 애플리케이션에서는, 스크래치 밀도에 엄격한 요건이 부가될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 제한함이 없이, 본 발명의 발명자들은 일부 스크래치가, 폴리싱 슬러리 내에 존재하는 다른 입자들보다 큰 입자들, 예컨대, 상기 슬러리 내의 다른 입자들의 평균 입자 크기보다 더 큰 입자 크기 분포를 갖는 입자들 또는 외부 입자인, 로그 입자들에 의해 폴리싱 중에 발생한다고 믿는다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 로그 입자들은 광학 기구 상에 더 높은 부하를 생성하고 스크래치 또는 일련의 스크래치들을 일으킨다. 로그 입자들을 걸러내는 시도에도 불구하고, 광학 기구의 스크래치는 여전히 관찰된다. 도 9b는 로그 입자들에 의한 스크래칭을 보여주는 이미지이다.FIG. 9A is a simplified conceptual diagram illustrating scratching by rogue particles. FIG. In some optical device polishing applications, such as, for example, high energy laser and amplifier systems, stringent requirements may be added to scratch density. Without limiting embodiments of the present invention, the inventors have found that some scratches have a larger particle size distribution than the average particle size of particles larger than other particles present in the polishing slurry, such as other particles in the slurry. It is believed that it occurs during polishing by log particles, which are particles having or have external particles. As shown in FIG. 9A, log particles create a higher load on the optics and cause a scratch or a series of scratches. Despite attempts to filter out log particles, scratches of the optics are still observed. 9B is an image showing scratching by log particles.

본 발명의 실시예들을 제한함이 없이, 본 발명의 발명자들은 로그 입자들을 만들어내는 추가적인 소스는 슬러리의 건조라고 믿는다. 예를 들어, 산화 세륨(cerium oxide)을 포함하는 화합물을 폴리싱하는 동안, 슬러리는 메마를 뿐 아니라, 그 자체와 화학적으로 반응하여 부드러운 덩어리로부터 건조된 단단한 덩어리를 생성한다. 상기 덩어리는 도 9b에 도시된 것과 같은 스크래치를 생성할 수 있다.Without limiting embodiments of the present invention, the inventors believe that an additional source for producing log particles is drying of the slurry. For example, during polishing of a compound comprising cerium oxide, the slurry not only dries up but chemically reacts with itself to produce a hard mass that is dried from a soft mass. The agglomerates can produce scratches as shown in FIG. 9B.

본 발명의 실시예들은 폴리싱 시스템을 둘러쌈으로써 슬러리의 건조를 막고, 이는 외부 입자가 유입되는 것을 막을 뿐 아니라 슬러리가 메마르지 않도록 높은 습도의 환경을 제공한다. 광학 기구가 상기 시스템으로부터 제거될 때 광학 기구 상에 슬러리가 잔존하는 것을 막기 위해, 세정(rinsing) 시스템이 광학 기구를 세정하는데 사용될 수 있다. 이렇게 해서, 슬러리가 건조되지 않고 세정 프로세스에서 제거된 후에, 세정된 광학 기구가 건조될 수 있다. 상기 시스템으로부터 슬러리를 세정하는데 추가적으로 도움이 되도록, 슬러리와 다양한 시스템 부품들 간의 접착을 줄이기 위해 상기 시스템 부품들을 플루오르화(fluorinated) 폴리머로 코팅할 수 있다.Embodiments of the present invention prevent the drying of the slurry by enclosing the polishing system, which not only prevents foreign particles from entering, but also provides a high humidity environment to prevent the slurry from drying out. A rinsing system may be used to clean the optics to prevent slurry from remaining on the optics when the optics are removed from the system. In this way, after the slurry is removed from the cleaning process without drying, the cleaned optics can be dried. To further aid in cleaning the slurry from the system, the system parts can be coated with a fluorinated polymer to reduce adhesion between the slurry and the various system parts.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 고습도 폴리싱 시스템의 단순화된 사시도이다. 고습도 폴리싱 시스템 1000은 폴리싱 패드일 수 있는 폴리싱 면(surface) 1010, 및 격벽 1014에 의해 부분적으로 둘러싸인 광학 기구 1012를 포함한다. 이동가능한 커버 1020은 상기 폴리싱 면을 둘러싸는 제어된 환경을 형성하기 위해 인클로저(enclosure) 1022와 접촉하도록 위치될 수 있다. 폴리싱 슬러리를 위한 인풋(input) 및 아웃풋(output) 포트(도시되지 않음) 및 습한 가스(예컨대, 수증기)를 위한 인풋 포트 1030 및 아웃풋 포트 1032가 상기 시스템의 일부로서 제공된다.10 is a simplified perspective view of a high humidity polishing system according to one embodiment of the present invention. The high humidity polishing system 1000 includes a polishing surface 1010, which may be a polishing pad, and an optical instrument 1012 partially surrounded by a partition 1014. Removable cover 1020 may be positioned to contact enclosure 1022 to form a controlled environment surrounding the polishing surface. Input and output ports (not shown) for polishing slurries and input ports 1030 and output ports 1032 for wet gases (eg, water vapor) are provided as part of the system.

도 10에 도시된 실시예에서, 상기 폴리싱 시스템 내부의 습도는 주위(ambient) 습도보다 더 높고, 예컨대, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 또는 100%이다. 몇몇 실시예에서, 습도는 상기 시스템 내의 슬러리가 심하게 건조해 지는 것을 방지하는 높은 수준으로 제공된다. 상기 환경 내에서 건조가 잘 일어나지 않음으로써 단단한 덩어리의 형성과 관련된 스크래칭을 방지한다.In the embodiment shown in FIG. 10, the humidity inside the polishing system is higher than the ambient humidity, eg, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 97%, at least 98%. At least 99%, or 100%. In some embodiments, the humidity is provided at a high level that prevents the slurry in the system from being too dry. Drying does not occur well within this environment, thereby preventing scratching associated with the formation of a hard mass.

도 11은 도 10에 도시된 고습도 폴리싱 시스템과 몇 가지 측면에서 다른 고습도 폴리싱 시스템의 일부의 단순화된 평면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 광학 기구 1105가 랩 1110 상에 배치되고 가이드 휠을 사용하여 공간적으로 제어된다. 도 11에 도시된 실시예에서, 서로 다른 격벽 설계가 사용되고 균일한 패드 마모를 생성하기 위해 미러 격벽 1120이 제공된다. 랩 1110 부근에 100% 습도 공급 포트 1030이 제공되어 밀봉된 챔버와 유사한 방식으로(예컨대, 밀폐 챔버 1107) 원하는, 제어된 고습도의 환경을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 도 11에 도시된 설계로 국한되지 않고, 이 실시예는 단지 예로서 제공된다.FIG. 11 is a simplified plan view of a portion of the high humidity polishing system shown in FIG. 10 and in some respects another high humidity polishing system. As shown in FIG. 11, an optical instrument 1105 is disposed on the wrap 1110 and spatially controlled using a guide wheel. In the embodiment shown in FIG. 11, different partition designs are used and mirror partition 1120 is provided to create uniform pad wear. A 100% humidity supply port 1030 may be provided near wrap 1110 to provide a desired controlled, high humidity environment in a similar manner as a sealed chamber (eg, a closed chamber 1107). Embodiments of the present invention are not limited to the design shown in FIG. 11, which is provided by way of example only.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한, 일정한 희석(dilution)의 범위에 있어서의 폴리싱 용액들에 대한 정규화된 인터페이스 높이를 시간의 함수로서 도시하는 그래프이다. 시간의 함수로서의 정규화된 인터페이스 높이는 슬러리의 세틀링(settling) 특성에 대한 통찰을 제공하는데, 슬러리가 용기(예컨대, 눈금 실린더)의 바닥으로 가라앉음에 따라 슬러리와 상기 슬러리를 분리하는 용제(solvent) 사이의 인터페이스는 그 높이가 감소하기 때문이다. DI 워터와 1:4 비율로 혼합된 해스틸라이트 PO(Hastilite PO)는 가장 빠르게 세틀링되고, 정규화된 인터페이스 높이가 약 25분 내에 30%까지 떨어진다. 해스틸라이트 PO와 DI 워터의 1:1 희석은 한 자릿수만큼 세틀링 시간을 증가시키고, 약 300분 후에 30% 정규화된 인터페이스 높이에 도달한다. 희석되지 않은 해스틸라이트 PO는 가장 긴 세틀링 시간을 제공하고, 300분에 60% 정도까지 떨어진다. 따라서, 슬러리, 예컨대, 해스틸라이트 PO의 희석은 세틀링 시간에 영향을 미친다.FIG. 12 is a graph showing the normalized interface height as a function of time for polishing solutions in a range of dilution, according to one embodiment of the invention. The normalized interface height as a function of time provides insight into the settling properties of the slurry, which separates the slurry from the slurry as it sinks to the bottom of the vessel (eg, graduated cylinder). Because the interface between them decreases in height. Hastilite PO mixed with DI water in a 1: 4 ratio is the fastest settling, and the normalized interface height drops to 30% in about 25 minutes. The 1: 1 dilution of Hastilite PO and DI water increases the settling time by one digit and reaches 30% normalized interface height after about 300 minutes. Undiluted Hastilite PO provides the longest settling time and drops by 60% at 300 minutes. Thus, dilution of the slurry, such as hastilite PO, affects the settling time.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한, 교반(agitation)의 영향 하에서의 폴리싱 용액들에 대한 정규화된 인터페이스 높이를 도시하는 그래프이다. 도 13에 도시된 바와 같이, DI 워터 또는 수돗물에 희석된 슬러리에 있어서 교반은 세틀링 시간에 무시할 수 있을 정도의 차이를 만든다.FIG. 13 is a graph showing normalized interface height for polishing solutions under the influence of agitation, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, for slurry diluted in DI water or tap water, agitation makes a negligible difference in the settling time.

희석의 효과에 더하여, 본 발명의 발명자들은 슬러리에 응집을 막는 첨가제를 추가함으로써 슬러리의 안정화 및 세틀링 시간의 증가를 이룰 수 있음을 알아냈다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한, 폴리싱 용액들에 대한 정규화된 인터페이스 높이를 시간의 함수로서 도시하는 그래프이다. 도 14에 도시된 슬러리는 해스틸라이트 PO이고, 다른 슬러리들도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 도 14를 참조하면, 보메(Baume) 9에 희석된 해스틸라이트 PO(사각형)는 가장 빠른 세틀링 시간을 갖고, 약 30분의 기간 후에 원래의 정규화된 인터페이스 높이의 10%까지 떨어진다. 해스틸라이트 PO의 순수한 제형(십자 모양)은 도 12에 도시된 희석 효과와 유사한 방식으로 증가된 세틀링 시간을 제공한다. 1% 체적의 계면활성제 μ-90을 포함하는 보메 9에 희석된 해스틸라이트 PO(다이아몬드)에 의해 도시된 것처럼 응집을 막기 위한 첨가제의 추가는 가장 큰 세틀링 시간을 제공한다. 도 14에 도시된 것처럼, 계면활성제의 추가는 세틀링 시간을 증가시키고 8000분에 원래 높이의 거의 90%인 정규화된 인터페이스 높이를 제공한다.In addition to the effect of dilution, the inventors of the present invention have found that addition of additives to prevent agglomeration in the slurry can achieve stabilization and increased settling time of the slurry. FIG. 14 is a graph showing the normalized interface height for polishing solutions as a function of time, according to one embodiment of the invention. The slurry shown in FIG. 14 is Hastilite PO, and other slurries are included within the scope of the present invention. Referring to FIG. 14, Hastilite PO (square) diluted in Baume 9 has the fastest settling time and drops to 10% of the original normalized interface height after a period of about 30 minutes. The pure formulation of Hastilite PO (cross) provides increased settling time in a manner similar to the dilution effect shown in FIG. 12. The addition of additives to prevent flocculation provides the greatest settling time, as shown by Hastilite PO (Diamond) diluted in Baume 9 with 1% volume of surfactant μ-90. As shown in FIG. 14, the addition of surfactant increases the settling time and provides a normalized interface height that is almost 90% of the original height at 8000 minutes.

μ-90에 더하여, 예시적인 음이온 계면활성제는 알킬설페이트(Alkyl sulfate)(예컨대, 나트륨도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate) 또는 암모늄라우릴설페이트(ammonium lauryl sulfate) 등); 알킬술폰산염(Alkyl sulfonate)(예컨대, 도데실벤젠술폰산(Dodecyl benzene sulfonic acid), 술포닉(Sulfonic) 100, 또는 칼리물스(Calimulse) EM-99 등); 알킬에테르인산염(Alkyl ether phosphates)(예컨대, 트리톤(Triton) H66 또는 트리톤 QS44 등); 알킬카르복시산염(Alkyl carboxylates)(예컨대, 스테아르산나트륨(Sodium stearate) 등) 또는 다른 적합한 음이온 계면활성제를 포함한다. 폴리싱 슬러리에 첨가제로서 사용될 수 있는 계면활성제는, 반대 이온(counterion)이 활성화되지 않은 나트륨, 암모늄, 또는 포타슘(potassium) 염을 포함할 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 본 발명의 발명자들은 계면활성제에 의한 슬러리의 안정화(일부 실시예에서는 적합한 pH에서)는 향상된 폴리싱 결과를 제공한다는 것을 알아냈다.In addition to μ-90, exemplary anionic surfactants include alkyl sulfates (eg, sodium dodecyl sulfate or ammonium lauryl sulfate, etc.); Alkyl sulfonate (eg, Dodecyl benzene sulfonic acid, Sulphonic 100, or Calimulse EM-99, etc.); Alkyl ether phosphates (eg, Triton H66 or Triton QS44, etc.); Alkyl carboxylates (eg, sodium stearate, etc.) or other suitable anionic surfactants. It should be noted that the surfactants that can be used as additives in the polishing slurry may include sodium, ammonium, or potassium salts in which counterions are not activated. The inventors of the present invention have found that stabilization of the slurry with a surfactant (at a suitable pH in some embodiments) provides improved polishing results.

본 발명의 실시예들은 음이온 계면활성제의 사용으로 국한되지 않고, 양이온 계면활성제의 사용도 포함할 수 있다. 예시적인 양이온 계면활성제는 트리메틸알킬암모늄 클로라이드(Trimethylalkylammonium chlorides)(예컨대, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB) 또는 디스테아릴디메틸암모늄클로라이드(distearyl dimethyl ammonium chloride) 등); 벤잘코늄클로라이드(Benzalkonium chlorides); 알킬피리디늄클로라이드(Alkylpyridinium chlorides)(예컨대, 세틸피리디늄클로라이드); 또는 다른 적합한 양이온 계면활성제를 포함한다. 상기 계면활성제는 반대 이온이 활성화되지 않은 클로라이드(chloride) 또는 브로마이드(bromide) 염을 포함할 수 있다.Embodiments of the invention are not limited to the use of anionic surfactants, but may also include the use of cationic surfactants. Exemplary cationic surfactants include Trimethylalkylammonium chlorides (eg, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) or distearyl dimethyl ammonium chloride, etc.); Benzalkonium chlorides; Alkylpyridinium chlorides (eg, cetylpyridinium chloride); Or other suitable cationic surfactants. The surfactant may include chloride or bromide salts in which counter ions are not activated.

몇몇 구현예에서, 계면활성제는 폴리싱되고 있는 광학 소자로부터 폴리싱 부산물(by-product)을 분리하는데 효과적이다. 상기 부산물의 존재는 폴리싱 슬러리의 안정화를 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 계면제는 부산물의 응집을 막는데 효과적이고, 따라서 폴리싱 슬러리의 장기간 안정화를 증가시킨다. 폴리싱 중에 폴리싱된 유리로부터의 부산물의 예는 양이온(예컨대, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, 등)이다.In some embodiments, the surfactant is effective to separate polishing by-products from the optical device being polished. The presence of these by-products can reduce the stabilization of the polishing slurry. In some embodiments, the surfactant is effective to prevent agglomeration of by-products, thus increasing the long term stabilization of the polishing slurry. Examples of byproducts from glass polished during polishing are cations (eg, K +, Na +, Ca2 +, Mg2 +, etc.).

몇몇 실시예에서, 슬러리를 준비하기 위해 사용되는 물은 다양한 농도의 금속성 양이온을 함유할 수 있다. 또한, Na+, B3+, Fe2+, Ca2+, Mg2+ 및 Al3+와 같은 양이온들은 폴리싱 프로세스의 부산물로서 슬러리 내로 유입된다. 이러한 이온들의 존재는 슬러리 입자들과 안정제(stabilizer) 분자들 사이의 정전(electrostatic) 상호 작용을 방해함으로써 안정제의 효능을 감소시킬 가능성이 있다.In some embodiments, the water used to prepare the slurry may contain various concentrations of metallic cations. In addition, cations such as Na +, B3 +, Fe2 +, Ca2 +, Mg2 + and Al3 + are introduced into the slurry as a byproduct of the polishing process. The presence of these ions has the potential to reduce the efficacy of the stabilizer by disrupting the electrostatic interaction between the slurry particles and the stabilizer molecules.

킬레이트제(Chelation agent)(예컨대, 글리신(glycine), 시트르산(citric acid) 또는 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA) 등)는 양이온들을 갖는 바람직한 착물(complex)을 형성하고, 용액에서 이들을 격리시키고 슬러리 입자들과의 상호작용을 막는다. 따라서, 킬레이트제를 슬러리에 추가하면 초기 안정화 효과를 향상시키고 폴리싱 부산물이 축적됨에 따라 그 안정성을 연장시킬 수 있다. 이렇게 해서, 본 발명의 실시예들은 슬러리 안정화를 향상시키기 위해 킬레이트제를 이용한다.Chelation agents (e.g., glycine, citric acid or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), etc.) form the desired complex with cations, sequester them in solution and Prevents interaction with slurry particles. Thus, adding chelating agents to the slurry can enhance the initial stabilizing effect and extend its stability as polishing byproducts accumulate. In this way, embodiments of the present invention utilize chelating agents to improve slurry stabilization.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한, 안정화된 그리고 안정화되지 않은 폴리싱 용액들에 대한 상대적인 인터페이스 높이를 시간의 함수로서 도시하는 단순화된 그래프이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 예컨대, 음이온 계면활성제 첨가제의 추가에 의한 슬러리의 안정화는 세틀링 시간을 현저히 증가시킨다.FIG. 15 is a simplified graph showing the relative interface height as a function of time for stabilized and unstabilized polishing solutions, according to one embodiment of the invention. As shown in FIG. 15, stabilization of the slurry, for example by the addition of an anionic surfactant additive, significantly increases the settling time.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한, 안정화된 그리고 안정화되지 않은 폴리싱 용액들에 대한 폴리싱 용액 체적을 입자 크기의 함수로서 도시한다. 슬러리에 첨가제를 추가하면, 세틀링 시간의 증가 및 슬러리의 안정화에 더하여, 슬러리 내의 입자 크기의 감소를 가져온다. 도 15를 참조하면, 안정화된 슬러리에 대한 입자 크기 분포는 다수의 입자들의 크기가 1㎛보다 작고, 약 0.25㎛에서 분포의 피크를 갖는 것을 특징으로 한다. 안정화되지 않은 슬러리에 대해서, 분포의 피크는 약 1㎛를 중심으로 하고, 한쪽 절반 또는 입자들의 다수는 더 큰 입자 크기 분포를 특징으로 한다. 상기 안정화된 슬러리는 폴리싱 결과를 향상시키는데, 더 작은 입자 크기 분포는 폴리싱 프로세스 중에 더 작은 슬러리 입자들을 제공하기 때문이다. 본 발명의 발명자들은 첨가제의 추가가 만족스러운 물질 제거율과 향상된 미세 거칠기(micro roughness)를 특징으로 하는 슬러리를 제공한다는 것을 입증하였다.Figure 16 shows the polishing solution volume for stabilized and unstabilized polishing solutions, as a function of particle size, according to one embodiment of the invention. Adding an additive to the slurry results in a reduction in particle size in the slurry, in addition to an increase in settling time and stabilization of the slurry. Referring to FIG. 15, the particle size distribution for the stabilized slurry is characterized in that the size of the plurality of particles is smaller than 1 μm and has a peak of distribution at about 0.25 μm. For unstabilized slurries, the peak of the distribution is centered about 1 μm and one half or many of the particles are characterized by a larger particle size distribution. The stabilized slurry improves polishing results, because smaller particle size distributions provide smaller slurry particles during the polishing process. The inventors of the present invention have demonstrated that the addition of additives provides a slurry characterized by a satisfactory material removal rate and improved micro roughness.

본 발명의 발명자들은, 연삭 후에 얇은 광학 소자를 폴리싱하는 일부 광학 기구 마무리(finishing) 작업에 있어서, 상기 연삭 작업에 의해 응력이 도입되고, 이러한 연삭 유발 응력에 따라 상기 광학 소자에 휘어짐이 일어날 수 있음을 알아냈다. 이러한 응력을 줄이기 위해, 광학 소자는 표면 층들을 제거하기 위해 화학적으로 에칭되고, 그 결과 광학 소자 내에 존재하는 응력을 줄일 수 있다. 일 예로서, 광학 소자의 미리 정해진 표면 영역을 제거하기 위해 연삭한 후에 산(acid) 또는 다른 적합한 식각제(etchant)에 상기 광학 소자를 노출시킬 수 있다(예컨대, 산이 담긴 그릇에 잠기도록 함).According to the inventors of the present invention, in some optical instrument finishing operations of polishing a thin optical element after grinding, stress may be introduced by the grinding operation, and bending may occur in the optical element according to the grinding-induced stress. Figured out. To reduce this stress, the optical element is chemically etched to remove the surface layers, and as a result can reduce the stress present in the optical element. As an example, the optical device may be exposed to an acid or other suitable etchant after grinding to remove a predetermined surface area of the optical device (eg, immersed in a vessel containing acid). .

일 실시예에서, 제1 휨 곡률(bend curvature)을 갖는 광학 소자가 연삭된다. 연삭 후에, 상기 광학 소자는 상기 제1 휨 곡률보다 큰 제2 휨 곡률을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 휨 곡률의 증가는 연삭 프로세스 중에 작업물에 도입되는 응력으로부터 발생한다. 상기 광학 소자는 미리 정해진 부분을 제거하기 위해 화학적으로 에칭된다. 화학적 에칭 후에, 상기 광학 소자는 상기 제2 휨 곡률보다 작은 제3 휨 곡률을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 제3 휨 곡률은 상기 제1 휨 곡률보다 작거나 그와 같고, 상기 광학 소자를 마무리 프로세스의 시작 전의 광학 소자의 곡률로 되돌린다. 이렇게 해서, 몇몇 실시예에서 상기 화학적 에칭 프로세스는 연삭 중에 도입되는 응력을 감소시킨다.In one embodiment, the optical element with the first bend curvature is ground. After grinding, the optical element has a second bending curvature greater than the first bending curvature. In some embodiments, the increase in bending curvature results from the stress introduced into the workpiece during the grinding process. The optical element is chemically etched to remove the predetermined portion. After chemical etching, the optical element has a third bending curvature that is less than the second bending curvature. In some embodiments, the third bending curvature is less than or equal to the first bending curvature and returns the optical element to the curvature of the optical element before the start of the finishing process. In this way, in some embodiments, the chemical etching process reduces the stress introduced during grinding.

도 18a 내지 18c는 본 발명의 일 실시예에 의한, 연삭 전, 연삭 후, 및 화학적 에칭 후의 표면 만곡을 도시하는 이미지이다. 도 18a에 나타난 것처럼, 연삭 전의 표면 만곡은 1.29㎛의 고저간 값을 특징으로 한다. 연삭 프로세스에 의한 응력의 도입으로 인해, 연삭 후의 표면 만곡은 도 18b에 나타난 것처럼 3.65㎛의 고저간 값을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예들은 도 18c에 도시된 것과 같이 대략 원래의 형태로 그 형상을 되돌리기 위해 연삭 프로세스 후에 존재하는 잔여 응력을 제거하기 위해 연삭된 표면의 화학적 에칭을 이용하고, 연삭후 에칭 이후의 표면 만곡은 1.16㎛의 고저간 값을 특징으로 한다. 이렇게 해서, 본 발명의 실시예들은 화학적 에칭이, 광학 기구/랩 부정합에 기여하는 잔여 응력을 제거하거나 감소시키는데 유용한 완화 기술인 방법 및 시스템을 제공한다.18A to 18C are images showing surface curvatures before grinding, after grinding, and after chemical etching, according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18A, the surface curvature before grinding is characterized by a low to low value of 1.29 μm. Due to the introduction of stress by the grinding process, the surface curvature after grinding is characterized by a low to medium value of 3.65 μm as shown in FIG. 18B. Embodiments of the present invention utilize chemical etching of the ground surface to remove residual stresses present after the grinding process to return its shape to approximately its original form, as shown in FIG. The curvature is characterized by a high to low value of 1.16 μm. In this way, embodiments of the present invention provide methods and systems in which chemical etching is a mitigation technique useful for removing or reducing residual stresses that contribute to optics / wrap mismatch.

본 발명의 발명자들은, 몇몇 폴리싱 애플리케이션에 있어서, 마무리된 광학 소자의 품질을 향상시키기 위해 피치 버튼 결합(pitch button bonding) 기술이 사용될 수 있음을 알아냈다. 표 1은 피치 버튼 결합(PBB) 프로세스(피치 버튼 블로킹 프로세스라고도 함)의 요약을 제공하고, 프로세스 파라미터 및 블로킹(blocking) 전과 후의 작업물(광학 소자라고도 함)의 고저간 높이의 변화(△PV)와 같은 표면 형상의 변화 측정을 보여준다. 본 명세서에 설명된 것과 같이, PBB는 작업물과 마운트 사이에 작은 피치의 아일랜드들을 사용하는 탑재 기술을 포함하고, 상기 마운트는 상기 피치의 연화 온도(softening temperature)로부터 냉각된다. 실온에서, 작업물-피치 버튼-마운트 시스템은 딱딱하고(즉, 경도가 높음) 작업물은 초기의 표면 형상을 대체로 유지한다. PBB 기술을 이용하여 폴리싱 한 후에, 상기 작업물은 랩의 형태로 수렴하고, 이는 작업물이 휘어지지 않고 압력 분포에 미치는 작업물 형태의 영향에 기인한 작업물-랩 부정합이 우세하기 때문인데, 이러한 원인이 본 발명의 실시예를 제한하는 것은 아니다.The inventors of the present invention have found that in some polishing applications, pitch button bonding techniques can be used to improve the quality of the finished optical element. Table 1 provides a summary of the pitch button coupling (PBB) process (also known as the pitch button blocking process) and the change in height between the process parameters and the elevation between the workpieces (also called optical elements) before and after blocking (ΔPV). Shows a measurement of the change in surface shape as shown in FIG. As described herein, the PBB includes a mounting technique that uses small pitch islands between the workpiece and the mount, which mount is cooled from the softening temperature of the pitch. At room temperature, the workpiece-pitch button-mount system is hard (ie, high in hardness) and the workpiece generally maintains the initial surface shape. After polishing using the PBB technique, the workpiece converges in the form of a lap, since the work-wrap mismatch due to the effect of the form of the workpiece on the pressure distribution without bending the workpiece predominates, This cause does not limit the embodiments of the present invention.

Figure pct00005
Figure pct00005

P=인산염 유리(Phosphate Glass); FS=용융 실리카; NA=해당없음; *부호규약(음은 볼록, 양은 오목)
P = Phosphate Glass; FS = fused silica; NA = not applicable; Code agreement (negative convex, positive concave)

본 발명의 발명자들은 피치 버튼을 이용하여 광학 소자(예컨대, 용융 실리카 또는 인산염 유리 광학 기구)가 기판(예컨대, 스테인리스 스틸 블랭크)에 결합될 수 있음을 알아냈다. 피치 버튼의 형상은, 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 작업물과 기판 사이의 열팽창 계수의 차이로 인한 작업물의 변형을 막는다. 몇몇 실시예에서는, 상기 작업물의 변형을 제거하거나 감소시키기 위해 등온 냉각이 이용된다.The inventors of the present invention have found that an optical element (eg, fused silica or phosphate glass optics) can be bonded to a substrate (eg, stainless steel blank) using a pitch button. The shape of the pitch button prevents deformation of the workpiece due to the difference in coefficient of thermal expansion between the workpiece and the substrate, as described in more detail below. In some embodiments, isothermal cooling is used to eliminate or reduce deformation of the workpiece.

도 19a 내지 19f는 본 발명의 일 실시예에 의한, 피치 버튼 결합을 수행하는 방법을 도시하는 단순화된 개념도이다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 유리-피치 인터페이스 간의 접착력을 증가시키고 피치 접촉, 잔류 슬러리의 접촉 등으로 인해 유리 표면이 오염되는 것을 막는 접착/보호 층이 작업물의 표면 S2에 인가되고 반사된 파면(wavefront)이 표면 S1을 통해 측정된다. 몇몇 실시예에서 상기 접착/보호 층은 테이프이고 상기 테이프는 실시예에 따라 선택적이다. 도 19b에 도시된 바와 같이 피치 버튼이 테이프의 표면(또는 작업물의 표면 S2)에 배치된다. 피치 버튼의 배치는 피치 타입, 피치 버튼의 반경(rp), 피치 버튼의 두께(tp), 피치 버튼 간의 간격(s), 등을 포함하는 몇 가지 변수들을 고려하여 행해진다. 피치 버튼들은 도 19c에 도시된 바와 같이, 예컨대, 발열체(heating element)를 사용하여 (예컨대, 오븐에서) 어닐링된다. 시간의 함수일 수 있는 상기 어닐링(annealing) 프로세스의 온도는 전체 시스템(예컨대, 유리, 블록 및 피치)이 피치가 현저한 응력 완화를 경험하기 시작하는 피치의 온도(Tg로 표시됨) 부근까지 상승된 온도가 되도록, 그리고나서, 작업물의 형태를 변형시키는 잔류 응력의 영향을 막거나 줄이기 위해 상기 시스템을 가능한 등온 냉각하도록 선택된다.19A-19F are simplified conceptual diagrams illustrating a method of performing pitch button combining, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 19A, an adhesive / protective layer is applied to the surface S2 of the workpiece and reflected wavefront which increases the adhesion between the glass-pitch interface and prevents contamination of the glass surface due to pitch contact, residual slurry contact, etc. wavefront) is measured through surface S1. In some embodiments the adhesive / protective layer is a tape and the tape is optional in accordance with an embodiment. As shown in Fig. 19B, the pitch button is disposed on the surface of the tape (or the surface S2 of the workpiece). The placement of the pitch button is done taking into account several variables including the pitch type, the radius of the pitch button r p , the thickness of the pitch button t p , the spacing s between the pitch buttons, and the like. Pitch buttons are annealed (eg in an oven) using, for example, a heating element, as shown in FIG. 19C. The temperature of the annealing process, which may be a function of time, is such that the temperature raised to near the temperature of the pitch (denoted in Tg) at which the entire system (eg, glass, block, and pitch) begins to experience significant stress relaxation. If possible, the system is then selected to isothermally cool as much as possible to prevent or reduce the effects of residual stresses that deform the shape of the workpiece.

도 19d는 폴리싱 프로세스 중에 사용하기에 충분한 강도 및 기계적 특성을 갖는 미리 가열된 기판(예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 블록)에 어닐링된 피치 버튼과 작업물을 부착하는 것을 도시한다. 기판에 작업물을 탑재하는 동안 미리 정해진 두께(예컨대, 1.25mm)의 끼움쇠(shim)가 사용될 수 있다. 상기 탑재된 구조물은 상기 기판의 중심에 놓이고, 예컨대, 공기 냉각을 사용하여 냉각되며, 도 19e에 도시된 것처럼 상기 끼움쇠가 제거된다. 탑재 후 상기 작업물의 광학적 속성들을 특징짓기 위해, 도 19f에 도시된 것처럼 반사된 파면이 표면 S1을 통해 측정될 수 있다.19D illustrates attaching the annealed pitch button and workpiece to a preheated substrate (eg, aluminum or stainless steel block) having sufficient strength and mechanical properties for use during the polishing process. A shim of a predetermined thickness (eg, 1.25 mm) may be used while mounting the workpiece on the substrate. The mounted structure is placed in the center of the substrate and, for example, cooled using air cooling and the shims are removed as shown in FIG. 19E. In order to characterize the optical properties of the workpiece after mounting, the reflected wavefront can be measured through surface S1 as shown in FIG. 19F.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 의한 다양한 PBB 형상에 있어서의 용융 실리카 및 인산염 유리의 표면 형상에 있어서의 측정값의 변화를 도시하는 그래프이다. 도 20에는 세 가지 조건에 대한 용융 실리카(FS) 및 인산염 유리(PG) 광학 소자의 표면 형상에 있어서의 변화가 도시된다. 도 20에 도시된 측정에 사용된 작업물들은 직경이 100mm이고 두께가 2.2mmd였다. 피치의 고체 층과의 결합을 위해, 상대적 표면 높이(FS)는 원주 부분에서 약 7.5㎛로부터 중심 부분에서 약 3.7㎛까지 변하고 PG에 대해서는 약 10.1㎛로부터 약 4.2㎛까지 변한다.It is a graph which shows the change of the measured value in the surface shape of fused silica and phosphate glass in various PBB shapes by one Example of this invention. 20 shows the change in the surface shape of the fused silica (FS) and phosphate glass (PG) optical elements for three conditions. The workpieces used for the measurements shown in FIG. 20 were 100 mm in diameter and 2.2 mmd thick. For bonding with the solid layer of the pitch, the relative surface height FS varies from about 7.5 μm in the circumferential portion to about 3.7 μm in the center portion and from about 10.1 μm to about 4.2 μm for the PG.

PBB 기술을 사용하는 작업물의 탑재는 상대적 표면 높이의 편차가 현저히 감소시켰는데, 먼저, 최적화되지 않은 PBB 기술은 약 1/2 마이크론의 볼록 곡률(FS) 및 오목 곡률(PS)의 편차를 생성하였다. 본 명세서에 개시된 것처럼 PBB 프로세스를 최적화함으로써, 상대적 표면 높이에 있어서의 편차는 도 20에 도시된 것처럼 0으로 실질적으로 감소한다.The mounting of workpieces using PBB technology significantly reduced the variation in relative surface heights; first, the unoptimized PBB technology produced deviations of convex curvature (FS) and concave curvature (PS) of about 1/2 micron. . By optimizing the PBB process as disclosed herein, the variation in relative surface height is substantially reduced to zero as shown in FIG. 20.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 의한 피치의 열 팽창을 측정한 그래프이다. 도 21을 참조하면, 열-기계적 해석을 사용하여 측정된 두 피치(유니버설 포토닉스로부터 입수할 수 있는 블로킹 피치-1 블랙(BP1)과 사이캐드(Cycad) 프로덕츠로부터 입수할 수 있는 사이캐드 블랙골드 광 폴리싱 피치)의 열 팽창이 도시된다. 온도가 증가함에 따라, 피치의 크기가 증가하고 측정된 열 팽창 계수는 BP1에 대해서는 37x10-6-1이고 사이캐드에 대해서는 43x10-6-1이다.21 is a graph measuring the thermal expansion of the pitch according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 21, two pitches measured using thermo-mechanical analysis (blocking pitch-1 black (BP1) available from Universal Photonics and Sycad black gold light available from Cycad Products) Thermal expansion of the polishing pitch) is shown. As the temperature increases, the magnitude of the pitch increases and the measured coefficient of thermal expansion is 37 × 10 −6 ° C −1 for BP1 and 43 × 10 −6 ° C −1 for ccad.

도 22a는 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 버튼 또는 세 개의 버튼에 대한 피치의 과냉각(undercooling)의 함수로서 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다. 도 22b 내지 22d에서, 용융 실리카 작업물(dw=100mm 직경, tw=2.2mm, Ep=73GPa, α=5.4x10-7-1)이 사용되었다. PBB 후의 작업물 PV 높이는 단일 버튼(r=25mm) 및 3 버튼(s=50mm; r=10mm)에 대해서 피치의 과냉각 온도의 함수로서 도시된다. 다수의 피치 버튼을 사용하면 작업물 PV 높이가 현저히 감소되었다.22A is a graph showing the height between workpieces as a function of undercooling of pitch for a single button or three buttons according to one embodiment of the present invention. In FIGS. 22B-D, fused silica workpieces (d w = 100 mm diameter, t w = 2.2 mm, E p = 73 GPa, α = 5.4 × 10 −7 ° C −1 ) were used. Workpiece PV height after PBB is shown as a function of the supercooling temperature of the pitch for a single button (r = 25mm) and 3 buttons (s = 50mm; r = 10mm). The use of multiple pitch buttons significantly reduced the workpiece PV height.

도 22b는 본 발명의 일 실시예에 의한 피치 버튼 반경의 함수로서 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다. 단일 버튼의 경우에 대해서 다양한 피치 모듈러스(modulus), 두께 및 열팽창 계수(△T=54℃)에 대한 PV 높이를 도시하는 도 22b에서 알 수 있는 것처럼 피치 버튼의 반경은 작업물 PV 높이에 영향을 미친다.22B is a graph showing the height between workpieces as a function of pitch button radius in accordance with one embodiment of the present invention. The pitch button radius affects the workpiece PV height, as can be seen in FIG. 22B, which shows the PV height for various pitch modulus, thickness and coefficient of thermal expansion (ΔT = 54 ° C.) for a single button case. Crazy

도 22c는 본 발명의 일 실시예에 의한 피치 버튼 오프셋의 함수로서 정규화된 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다. 도 22c에서는 마이크론 단위의 상대적 총 버튼 면적으로 PV 높이를 나눔으로써 PBB 후의 PV 높이가 정규화되고 3 버튼과 9 버튼에 대해서 밀리미터로 측정된, 버튼들 간의 이격 거리(dm)의 함수로서 표시된다. 3 버튼의 경우에 있어서, 피치 버튼들의 크기는 반경 10mm로부터 20mm까지 다양하다. 피치 버튼 파라미터들은 △T=54℃, t=1mm, Ep=0.22GPa, α=54x10-6-1이었다. 도 22의 곡선은 연산된 데이터에 근사시킨 실증적(empirical) 곡선을 나타낸다.FIG. 22C is a graph showing normalized height between workpieces as a function of pitch button offset in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. In FIG. 22C, the PV height after PBB is normalized by dividing the PV height by the relative total button area in microns and is expressed as a function of the separation distance (d m ) between buttons, measured in millimeters for 3 and 9 buttons. In the case of three buttons, the size of the pitch buttons varies from 10 mm to 20 mm in radius. Pitch button parameters were ΔT = 54 ° C, t = 1mm, E p = 0.22GPa, α = 54 × 10 −6 ° C −1 . The curve in FIG. 22 shows an empirical curve that approximates the calculated data.

도 22d는 본 발명의 일 실시예에 의한, 상대적 총 피치 버튼 면적의 함수로서 작업물 고저간 높이를 나타내는 그래프이다. 도 22d는 PBB 후의 3 버튼 및 9 버튼인 경우를 도시하고, 여기서 버튼들 간의 간격은 20mm보다 큰 값으로 유지된다. 도 22d의 곡선은 연산된 데이터에 근사시킨 실증적 곡선을 나타낸다.FIG. 22D is a graph showing the height between workpieces as a function of relative total pitch button area, according to one embodiment of the invention. FIG. Fig. 22D shows the case of 3 buttons and 9 buttons after PBB, where the spacing between the buttons is maintained at a value larger than 20 mm. The curve in FIG. 22D shows an empirical curve that approximates the calculated data.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 의한, 피치 버튼 결합 파라미터들을 도시하는 단순화된 개념도이다. PBB 파라미터들은 피치 버튼 및 작업물 각각의 모듈러스(Ep 및 Ew), 열팽창 계수(αp 및 αw), 및 두께(tp 및 tw)를 포함한다. 상기 PBB 파라미터들은 또한 피치 버튼의 반경(rp), 작업물의 반경(rw), 피치 버튼들 간의 중심과 중심 사이의 거리(s), 및 피치 버튼들 간의 간격(dm)을 포함한다. 피치 버튼의 총 개수는 N으로 표시된다. 피치 버튼들은 특정 애플리케이션에 적합하도록 균일한 치수 또는 다양한 치수를 가질 수 있다. 이렇게 해서, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템에서는 물질 및 기하학적 파라미터들이 이용된다.23 is a simplified conceptual diagram illustrating pitch button coupling parameters according to an embodiment of the present invention. PBB parameters include the modulus (E p and E w ), the coefficients of thermal expansion (α p and α w ), and the thicknesses t p and t w of the pitch button and the workpiece, respectively. The PBB parameters also include the radius r p of the pitch button, the radius r w of the workpiece, the distance s between the center and the center between the pitch buttons, and the spacing d m between the pitch buttons. The total number of pitch buttons is indicated by N. Pitch buttons may have uniform dimensions or various dimensions to suit a particular application. In this way, material and geometrical parameters are used in the methods and systems disclosed herein.

도 24a 및 24b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 광학 소자에 대한 최적화된 피치 버튼 결합 패턴을 도시하는 도면이다. 도 24a에서, 최적화된 PBB 패턴이 100mm 직경의 용융 실리카 작업물(즉, 샘플 S18-S20)에 대해서 도시된다. 도 24b에서, 최적화된 PBB 패턴은 100mm 직경의 인산염 유리 작업물(샘플 P1-P2)에 대해서 도시된다.24A and 24B illustrate an optimized pitch button coupling pattern for an optical element, according to one embodiment of the invention. In FIG. 24A, an optimized PBB pattern is shown for a 100 mm diameter fused silica workpiece (ie, samples S18-S20). In FIG. 24B, the optimized PBB pattern is shown for a 100 mm diameter phosphate glass workpiece (samples P1-P2).

도 25a는 본 발명의 일 실시예에 의한, 버튼들 간의 간격의 함수로서 작업물 고저간 높이를 도시하는 그래프이다. 도 25a는 버튼 간격(dm)의 함수로서 피치 물질을 사용하는 다양한 PBB 구성에 있어서 용융 실리카 작업물(즉, 100mm 직경x2.2mm 두께의 FS 광학 소자)의 표면 형상의 변화를 도시한다. 도 25b는 본 발명의 일 실시예에 의한, 면적율(area fraction)의 함수로서 작업물 고저간 높이를 도시하는 그래프이다. 용융 실리카 및 인산염 유리 작업물(즉, 100mm 직경x2.2mm 두께의 작업물)의 표면 형상의 변화가 다양한 PBB 형상(N=11 및 dm>20mm)에 있어서 면적율의 함수로서 도시된다. 도 25b에 있어서의 점들은 측정된 데이터를 나타내고 선들은 αp=2.4x10-6- 1를 사용하는 근사 곡선들이다.25A is a graph illustrating the height between workpieces as a function of the spacing between buttons, according to one embodiment of the invention. FIG. 25A shows the change in surface shape of fused silica workpieces (ie FS optical elements 100 mm diameter × 2.2 mm thick) in various PBB configurations using pitch materials as a function of button spacing d m . 25B is a graph showing the height between workpieces as a function of area fraction, according to one embodiment of the invention. Changes in the surface shape of fused silica and phosphate glass workpieces (ie, workpieces 100 mm diameter × 2.2 mm thick) are shown as a function of area ratio for various PBB shapes (N = 11 and d m > 20 mm). Figure 25b denote points in the measured data lines is α p = 2.4x10 -6- are approximated curve using the 1.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한, 피치 버튼 결합 파라미터를 결정하는 방법을 도시하는 단순화된 흐름도이다. 본 방법은 고저간(PV) 높이 값을 정하는 단계(2610) 및 피치 면적에 관련된 값을 정하는 단계(2612)를 포함한다. 일 실시예에서, PV 높이 값은 크기로서 측정되는 최소한의 허용가능한 PV 높이(예컨대, 0.05㎛) 또는 광학 소자에 의해 투과되는 광의 파장으로서 측정되는 최소한의 허용가능한 PV 높이(예컨대, λ/10) 일 수 있다. 피치 면적에 관련된 값(면적 상수로 불리기도 함)은 대략 피치의 고체 층과 연관된 PV 높이 편차(예컨대, C=1.0㎛)가 될 수 있다. 몇몇 실시예에서 면적 상수 C는 고체 피치 층과 연관된 PV 높이를 측정함으로써 정해질 수 있고 프로세싱 조건(△T=54℃), 열팽창 계수(예컨대, αp=54x10-7-1), 모듈러스(예컨대, Ep=0.22GPa), 피치 두께(tp=1.0mm) 등을 기초로 하는 주어진 물질 시스템에 대해서는 유효할 수 있다. 일반적으로 면적 상수의 값들은 다음과 같이 크기가 정해진다:FIG. 26 is a simplified flowchart illustrating a method of determining a pitch button combining parameter according to an embodiment of the present invention. The method includes a step 2610 of determining a height-to-high (PV) height value and a step 2612 of a value related to a pitch area. In one embodiment, the PV height value is the minimum allowable PV height (eg, 0.05 μm) measured as magnitude or the minimum allowable PV height (eg, λ / 10) measured as the wavelength of light transmitted by the optical element. Can be. The value related to the pitch area (also called the area constant) can be the PV height deviation (eg C = 1.0 μm) associated with the solid layer of approximately pitch. In some embodiments, the area constant C may be determined by measuring the PV height associated with the solid pitch layer and may include processing conditions (ΔT = 54 ° C.), thermal expansion coefficients (eg, α p = 54 × 10 −7 ° C. −1 ), modulus ( For example, it may be valid for a given material system based on E p = 0.22 GPa), pitch thickness (t p = 1.0 mm), and the like. In general, the values of area constants are sized as follows:

Figure pct00006
Figure pct00006

여기서, △α는 피치와 작업물 물질 간의 열팽창 계수의 변화이고, △T는 Tg로부터 상온까지의 온도 감소이며, tp는 피치 두께이다. 당업자에게는 자명한 바와 같이, 예를 들면, 인산염 유리는 용융 실리카보다 더 높은 열팽창 계수를 갖기 때문에, 피치 또는 작업물의 변화는 C의 변화를 가져올 수 있다. 용융 실리카는 볼록하게 변형되는 반면, 인산염 유리는 오목하게 변형된다는 점에 유의하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 작업물과 기판 사이의 인터페이스 강도를 증가시키기 위해 면적 커버리지를 최대화하는 것이 유용할 수 있다.Is the change in coefficient of thermal expansion between the pitch and the workpiece material, ΔT is the temperature decrease from T g to room temperature, and t p is the pitch thickness. As will be apparent to those skilled in the art, for example, since phosphate glass has a higher coefficient of thermal expansion than fused silica, a change in pitch or workpiece can result in a change in C. It should be noted that fused silica deforms convexly, while phosphate glass deforms concavely. In some embodiments, it may be useful to maximize area coverage to increase the interface strength between the workpiece and the substrate.

상기 방법은 또한 피치의 상대 면적(Ar)을 계산하는 단계(2614)를 포함하고, 상기 상대 면적은 다음과 같이 계산된다:The method also includes the step (2614) for calculating a pitch of the relative area (A r), and the relative surface area is calculated as follows:

Figure pct00007
Figure pct00007

일 예로서, PVs=0.05㎛ 및 C=1.0㎛에 대해서, Ar=0.05이다.As an example, for PV s = 0.05 μm and C = 1.0 μm, A r = 0.05.

상기 방법은 버튼 반경(rp)을 계산하는 단계(2616)를 더 포함하고, 상기 버튼 반경은 다음과 같이 계산된다:The method further comprises calculating 2616 a button radius r p , wherein the button radius is calculated as follows:

Figure pct00008
Figure pct00008

상기 예에서는, dm=23.1mm에 대해서 rp=3.4mm이다.In the above example, r p = 3.4 mm for d m = 23.1 mm.

이에 더하여 상기 방법은, 서로 일정하게 이격된 피치 버튼들의 수(N)를 계산하는 단계(2618)를 포함한다. 상기 작업물에 피치 버튼들을 연결하기 위해 N개의 피치 버튼들이 상기 방법을 사용하여 계산된 파라미터들에 따라 작업물에 배치된다(2620). 도 19b에 도시된 바와 같이, 피치 버튼들은 테이프 또는 상기 작업물에 연결되는 다른 적합한 물질과 같은 접착 및/또는 보호 물질에 배치될 수 있다. 다음으로 상기 작업물은 기판, 예컨대, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이들의 조합을 포함하는 광학적 평면에 상기 N개의 피치 버튼들을 상기 기판에 연결함으로써 탑재된다(2622).In addition, the method includes calculating 2618 the number N of pitch buttons that are constantly spaced apart from each other. N pitch buttons are placed in the workpiece in accordance with the parameters calculated using the method to connect the pitch buttons to the workpiece (2620). As shown in FIG. 19B, the pitch buttons may be disposed on an adhesive and / or protective material such as a tape or other suitable material connected to the workpiece. The workpiece is then mounted 2622 by connecting the N pitch buttons to the substrate in an optical plane comprising a substrate, such as stainless steel, aluminum, or a combination thereof.

도 26에 도시된 구체적인 단계들은 본 발명의 일 실시예에 의한 피치 버튼 결합 파라미터들을 결정하는 특정 방법을 제공한다. 다른 실시예에 의하면 다른 시퀀스의 단계들이 실행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예는 상시 단계들을 다른 순서로 실행할 수 있다. 또한, 도 26에 도시된 각각의 단계들은 개별 단계에 적합하도록 다양한 순서로 실행될 수 있는 다수의 하위 단계들을 포함할 수 있다. 또한, 특정 실시예에 따라서는 추가적인 단계들이 부가 또는 제거될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 수 있을 것이다.The specific steps shown in FIG. 26 provide a specific method of determining pitch button coupling parameters according to an embodiment of the present invention. In other embodiments, other sequences of steps may be executed. For example, another embodiment of the present invention may execute always steps in a different order. In addition, each of the steps shown in FIG. 26 may include a number of substeps that may be executed in various orders to suit individual steps. In addition, additional steps may be added or removed depending on the particular embodiment. Those skilled in the art will recognize many variations, modifications, and alternatives.

본 명세서에 개시된 예들과 실시예들은 단지 예시의 목적이며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그에 비추어 다양한 수정 또는 변형을 도출해 낼 수 있을 것이고, 이러한 다양한 수정 또는 변형은 본 출원의 사상 및 범위, 그리고, 첨부된 특허청구범위에 포함되어야 한다는 점을 이해할 수 있을 것이다.The examples and embodiments disclosed herein are merely for purposes of illustration and one of ordinary skill in the art would be able to derive various modifications or variations, and such various modifications or variations are the spirit of the present application. And scope, and it is to be understood that the appended claims are to be included.

Claims (32)

광학 소자를 폴리싱하는 폴리싱 시스템에 있어서,
소정의 반경 방향 크기를 갖는 폴리싱 패드; 및
상기 폴리싱 패드 상에 놓이고, 광학 소자를 부분적으로 둘러싸는 격벽을 포함하고,
상기 광학 소자는 상기 반경 방향 크기의 소정 범위에 걸쳐 상기 폴리싱 패드와 접촉하고, 상기 폴리싱 패드의 패드 마모율은 상기 반경 방향 크기의 상기 소정 범위에 걸쳐 반경 방향 크기의 함수로서 실질적으로 일정한,
폴리싱 시스템.
In a polishing system for polishing an optical element,
A polishing pad having a predetermined radial size; And
A partition on the polishing pad, the partition partially enclosing an optical element,
The optical element contacts the polishing pad over a predetermined range of the radial size, and the pad wear rate of the polishing pad is substantially constant as a function of the radial size over the predetermined range of the radial size,
Polishing system.
제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 원형 렌즈를 포함하는 폴리싱 시스템.
The method of claim 1,
And the optical element comprises a circular lens.
제1항에 있어서,
상기 격벽은,
구조 층;
유연(compliance) 층; 및
폴리싱 층을 포함하는 폴리싱 시스템.
The method of claim 1,
Wherein,
Structural layers;
A compliance layer; And
A polishing system comprising a polishing layer.
제3항에 있어서,
상기 구조 층은 상기 유연 층 또는 상기 폴리싱 층보다 높은 밀도를 갖는,
폴리싱 시스템.
The method of claim 3,
The structural layer has a higher density than the flexible layer or the polishing layer,
Polishing system.
제3항에 있어서,
상기 광학 소자는 광학(optical) 물질을 포함하고, 상기 폴리싱 층은 상기 광학 물질을 포함하는,
폴리싱 시스템.
The method of claim 3,
The optical element comprises an optical material and the polishing layer comprises the optical material,
Polishing system.
제5항에 있어서,
상기 광학 물질은 용융 실리카를 포함하는 폴리싱 시스템.
6. The method of claim 5,
And the optical material comprises fused silica.
제1항에 있어서,
상기 폴리싱 패드는, 용제 내에 들어있는 연마(abrasive) 성분 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 수용할 수 있는,
폴리싱 시스템.
The method of claim 1,
The polishing pad can accommodate a slurry comprising an abrasive component and an additive contained in a solvent,
Polishing system.
제7항에 있어서,
상기 첨가제는 계면활성제를 포함하는 폴리싱 시스템.
The method of claim 7, wherein
And the additive comprises a surfactant.
제8항에 있어서,
상기 계면활성제는 음이온 계면활성제를 포함하는 폴리싱 시스템.
9. The method of claim 8,
And the surfactant comprises an anionic surfactant.
제8항에 있어서,
상기 계면활성제는 양이온 계면활성제를 포함하는 폴리싱 시스템.
9. The method of claim 8,
And the surfactant comprises a cationic surfactant.
제1항에 있어서,
상기 폴리싱 패드를 둘러싸는 챔버를 더 포함하고,
상기 챔버는 주위 습도(ambient humidity)보다 높은 습도를 갖는, 폴리싱 시스템.
The method of claim 1,
A chamber surrounding the polishing pad,
And the chamber has a humidity above ambient humidity.
제11항에 있어서,
상기 습도는 실질적으로 100%인 폴리싱 시스템.
12. The method of claim 11,
And the humidity is substantially 100%.
제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 미리 정해진 폴리싱 시간 후에 고정된 값으로 안정화되는 고저간 높이를 특징으로 하는, 폴리싱 시스템.
The method of claim 1,
And the optical element is characterized by a height between elevations that is stabilized to a fixed value after a predetermined polishing time.
고습도 폴리싱 시스템에 있어서,
폴리싱 패드를 포함하는 폴리싱 유닛;
상기 폴리싱 패드에 슬러리를 제공하는 슬러리 공급 시스템; 및
상기 폴리싱 유닛을 둘러싸는 인클로저를 포함하되,
상기 인클로저 내의 습도는 상기 슬러리가 심하게 건조해 지는 것을 막기에 충분할 정도로 높은,
고습도 폴리싱 시스템.
In the high humidity polishing system,
A polishing unit comprising a polishing pad;
A slurry supply system for providing a slurry to the polishing pad; And
An enclosure surrounding the polishing unit,
The humidity in the enclosure is high enough to prevent the slurry from becoming too dry.
High humidity polishing system.
제14항에 있어서,
상기 습도는 주위 습도보다 높은 고습도 폴리싱 시스템.
15. The method of claim 14,
And the humidity is higher than the ambient humidity.
제15항에 있어서,
상기 습도는 실질적으로 100%인 고습도 폴리싱 시스템.
16. The method of claim 15,
Wherein the humidity is substantially 100%.
제14항에 있어서,
상기 슬러리는 용제, 상기 용제 내에 들어있는 연마(abrasive) 성분, 및 상기 용제 내에 들어있는 첨가제를 포함하는, 고습도 폴리싱 시스템.
15. The method of claim 14,
And the slurry comprises a solvent, an abrasive component contained in the solvent, and an additive contained in the solvent.
제14항에 있어서,
상기 폴리싱 유닛은 상기 폴리싱 패드에 근접하여 배치된 격벽을 더 포함하고, 상기 격벽은 상기 폴리싱 패드의 반경 방향 크기의 소정 범위에 걸쳐 상기 폴리싱 패드와 접촉하는 광학 소자를 부분적으로 둘러싸고, 상기 폴리싱 패드의 패드 마모율은 상기 반경 방향 크기의 상기 소정 범위에 걸쳐 반경 방향 크기의 함수로서 실질적으로 일정한,
고습도 폴리싱 시스템.
15. The method of claim 14,
The polishing unit further includes a partition wall disposed in proximity to the polishing pad, the partition wall partially surrounds an optical element in contact with the polishing pad over a predetermined range of a radial size of the polishing pad, Pad wear rate is substantially constant as a function of radial size over the predetermined range of radial magnitude,
High humidity polishing system.
제18항에 있어서,
상기 슬러리는 용제, 상기 용제 내에 들어있는 연마 성분, 및 상기 용제 내에 들어있는 계면활성제를 포함하는, 고습도 폴리싱 시스템.
19. The method of claim 18,
And the slurry comprises a solvent, an abrasive component contained in the solvent, and a surfactant contained in the solvent.
광학 소자를 폴리싱하기 위한 슬러리 시스템에 있어서,
용제;
상기 용제 내에 들어있는 연마 성분; 및
상기 용제 내에 들어있는 계면활성제
를 포함하는 슬러리 시스템.
A slurry system for polishing an optical element,
solvent;
Polishing components contained in the solvent; And
Surfactant in the Solvent
Slurry system comprising a.
제20항에 있어서,
상기 용제는 물을 포함하는 슬러리 시스템.
21. The method of claim 20,
The solvent system comprises a solvent.
제20항에 있어서,
상기 연마 성분은 산화 세륨(cerium oxide)과 해스틸라이트 PO(Hastilite PO) 중 적어도 하나를 포함하는 슬러리 시스템.
21. The method of claim 20,
And the polishing component comprises at least one of cerium oxide and Hastilite PO.
제20항에 있어서,
상기 계면활성제는 음이온 계면활성제를 포함하는 슬러리 시스템.
21. The method of claim 20,
Wherein said surfactant comprises an anionic surfactant.
제23항에 있어서,
상기 음이온 계면활성제는 μ-90과 암모늄라우릴설페이트(ammonium lauryl sulfate) 중 적어도 하나를 포함하는 슬러리 시스템.
24. The method of claim 23,
The anionic surfactant comprises at least one of μ-90 and ammonium lauryl sulfate.
제20항에 있어서,
상기 계면활성제는 양이온 계면활성제를 포함하는 슬러리 시스템.
21. The method of claim 20,
Wherein said surfactant comprises a cationic surfactant.
제20항에 있어서,
킬레이터(chelator)를 더 포함하는 슬러리 시스템.
21. The method of claim 20,
Slurry system further comprising a chelator.
기판에 작업물을 탑재하는 방법에 있어서,
고저간 높이 값을 정하는 단계;
피치 면적에 관련된 값을 정하는 단계;
피치의 상대 면적을 계산하는 단계;
버튼 반경을 계산하는 단계;
피치 버튼의 수를 계산하는 단계;
상기 작업물에 N개의 피치 버튼을 연결하는 단계; 및
상기 N개의 피치 버튼을 상기 기판에 연결하는 단계
를 포함하는 작업물 탑재 방법.
In the method of mounting the workpiece on the substrate,
Determining a height height value;
Determining a value related to the pitch area;
Calculating the relative area of the pitch;
Calculating a button radius;
Calculating the number of pitch buttons;
Coupling N pitch buttons to the workpiece; And
Connecting the N pitch buttons to the substrate
Workpiece mounting method comprising a.
제27항에 있어서,
상기 고저간 높이 값은 고체 피치 층과 연관된 고저간 높이의 측정에 기초하는, 작업물 탑재 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the inter-floor height value is based on a measurement of the inter-floor height associated with a solid pitch layer.
제27항에 있어서,
상기 피치의 상대 면적은 상기 고저간 높이 값을 상기 피치 면적에 관련된 값으로 나눈 것과 같은, 작업물 탑재 방법.
28. The method of claim 27,
And the relative area of the pitch is equal to the height between heights divided by the value related to the pitch area.
제27항에 있어서,
상기 N 개의 피치 버튼 간의 간격이 실질적으로 균일한, 작업물 탑재 방법.
28. The method of claim 27,
And the spacing between the N pitch buttons is substantially uniform.
제27항에 있어서,
상기 작업물에 N개의 피치 버튼을 연결하는 단계는 상기 작업물에 연결된 테이프 층에 N개의 피치 버튼을 배치하는 단계를 포함하는, 작업물 탑재 방법.
28. The method of claim 27,
Coupling the N pitch buttons to the workpiece comprises disposing N pitch buttons on a tape layer coupled to the workpiece.
제27항에 있어서,
상기 작업물은 광학 소자를 포함하고, 상기 기판은 광학적 평면을 포함하는,
작업물 탑재 방법.
28. The method of claim 27,
The workpiece comprises an optical element, the substrate comprising an optical plane,
How to mount the workpiece.
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