WO2011045260A1 - Procédé de microdéformation de la face avant d'une piece mince, par modification de la face arriere ou de la peripherie de la piece - Google Patents

Procédé de microdéformation de la face avant d'une piece mince, par modification de la face arriere ou de la peripherie de la piece Download PDF

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face
local
microdeformation
machining
peripheral portion
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Hervé PIOMBINI
David Damiani
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Definitions

  • the present invention relates to a method of microdeforming the front face of a thin piece.
  • Such a part is delimited by a first face, called the front face, by a second face, called rear face, opposite the first face, and a peripheral portion, called periphery, which connects the first face to the second face.
  • the greatest distance measurable on at least one of the first and second faces is greater than about five times, preferably eight times, the distance between the first and second faces.
  • the invention applies in particular to the correction of the wave surface of a mirror, covered with a treatment or not, which, because of defects in polishing or treatment, does not meet the specifications of shape or flatness imposed on it.
  • the objective then desired may be a minimization of the deformation or a local increase of this deformation.
  • Correction of the flatness of the surface of a mirror-type optical component can be done during the polishing operation, through local retouching.
  • the actual surface or the wave surface may be deformed due to polishing defects residues, applied layer stresses or treatment heterogeneities.
  • optical treatments of the back face are used to counterbalance the changes related to the stresses of the layers deposited on the front face. In this case, a global spherical correction is obtained.
  • One possible solution is to perform a correction of the front face by applying locally a material thickness using tools that use masks and robots.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the techniques mentioned above.
  • the subject of the present invention is a process for microdeforming a first face of a thin piece, delimited by the first face, by a second face, opposite to the first face, and by a peripheral portion which connects the first face to the second face, the greatest distance measurable on the first face being greater than about five times, preferably eight times, the distance between the first and second faces, the method being characterized in that it applies to the second face or the peripheral part, a local treatment which causes a static microdeformation, fixed once and for all, of the first face, without applying any mechanical force to the thin piece.
  • the thin piece is made of a material chosen from amorphous materials (especially glasses), metals, ceramics and plastics, and the microdeformation of the first face is a retouching local of this, obtained by applying a local treatment to the second face.
  • the microdeformation is obtained by local glazing of the second face or of the peripheral part of the thin part, carried out by means of a laser.
  • the wavelength of this laser can be adapted to the material to improve the laser-material interaction.
  • a CO 2 laser emitting at 10.6 ⁇ m will preferably be used if the material is silica.
  • the microdeformation is obtained by local machining of the second face or the peripheral portion of the thin piece.
  • This local machining can be a local chemical machining, for example carried out by means of an ink jet machine.
  • the local machining is performed by means of a device selected from lasers, ion guns and plasma jet devices.
  • the local machining is carried out by means of a laser
  • the microdeformation is obtained by a local deposition of at least one thin layer on the second face or on the peripheral portion of the thin piece.
  • a control of the microdeformation of the first face is also carried out to check whether a desired microdeformation has been obtained, and if this is not the case, the same is repeated. local treatment of the second face or the peripheral portion until the desired microdeformation is obtained.
  • a microdeformation determination device capable of supplying a signal representative of the microdeformation thus determined, and of controlling, by means of the signal, the device able to apply the local treatment, with a view to recommencing the local treatment until the desired microdeformation is obtained.
  • FIGS. 1A to 1E schematically illustrate a first example of the invention
  • FIGS. 2A to 2E schematically illustrate a second example of the invention
  • FIGS. 3A to 3E schematically illustrate a third example of the invention
  • FIGS. 4A to 4E schematically illustrate a fourth example of the invention
  • the present invention is a method of microdeforming the front face of a thin piece (whose aspect ratio is preferably about 8: 1 or more), thanks to a suitable surface treatment, performed on the back side , even the periphery, of the room.
  • the treatment modifies the tensions of this superficial layer.
  • the invention has a static correction function which makes it possible, if necessary, to recover a discarded part, to correct the effect of the constraints of a hard treatment and to compensate the edge effects of machining or cutting. And in some cases, the invention can replace a polishing under constraints.
  • the correction or rather a microcorrection, is called static. This means that this microcorrection is fixed once and for all; it will not correct surface modifications, related to thermal variations for example.
  • Such a correction is opposed to a dynamic correction, for which corrections are made in real time and can change over time.
  • the originality of the invention lies in the fact that the corrections are made on the rear face, by different methods that do not generate pressure on the part. These methods may include laser machining, ion machining, plasma machining, chemical etching, or local thin film processing.
  • the corrections can be global, in which case their corrective actions will be perceived on the whole of the part, or punctual, that is to say local, the system used to perform them being addressable locally.
  • the particularity of the aforementioned methods lies in the fact that they are not developed in the field of polishing or in the field of surface treatment.
  • the invention allows the correction of surface defects (generally thicknesses because a hollow corresponds to an extra thickness of material around this hollow).
  • the applied treatment will be local and will have a spatial extension, that is to say a width, and an intensity, that is to say a depth, which will depend on the desired correction.
  • the principle of the invention consists in using the relaxation or the creation of stresses to locally modify the surface of a thin piece. It suffices to act locally on the rear face of this piece to observe a modification of the front face thereof.
  • parts consisting of square glass substrates, 50 mm in side and 4 mm in thickness, whose two faces have been optically polished and whose front faces have been measured using an interferometer.
  • the pieces were placed in turn in a frame allowing an interferometric measurement over an area of 40 mm x 40 mm.
  • substrate of FIG. 1A a vertical line 6 according to a median
  • substrate of FIG. 2A a line 8 along a diagonal
  • substrate of FIG. 3A two lines inclined at 45 ° and connecting the midpoints of the sides, and
  • - substrate of Figure 4A a square area 12 of about 5 mm side, located approximately in the center of the substrate.
  • the front faces of the four substrates were then remeasured and subtracted the measurements obtained after machining the measurements obtained before machining.
  • PV represents the peak-to-valley difference and RMS represents the root mean square.
  • pix represents the number of pixels (in abscissa and ordinate).
  • FIG. 1B shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 1A before the machining of the rear face of this substrate (first measurement); in the case of FIG. 1B, PV is 0.089 ⁇ m and RMS is 0.013 ⁇ m.
  • FIG. 1C shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 1A after the machining of the rear face of this substrate (second measurement); in the case of FIG. 1C, PV is 0.203 ⁇ m and RMS is 0.039 ⁇ m.
  • Figure 1D shows the modification of the front face, that is to say the first measurement ( Figure 1B) minus the second measurement ( Figure 1C); in the case of FIG. 1D, PV is 0.170 ⁇ m and RMS is 0.028 ⁇ m.
  • Figure 1E shows a profile of this change.
  • Distance represents the width (in pixels) of the measured area, corresponding to about 40 mm; and Height represents a variation of height (in ym).
  • FIG. 2B shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 2A before the machining of the rear face of this substrate (first measurement); in the case of FIG. 2B, PV is 0.083 ⁇ m and RMS is 0.013 ⁇ m.
  • FIG. 2C shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 2A after the machining of the rear face of this substrate (second measurement); in the case of FIG. 2C, PV is 0.229 ⁇ m and RMS is 0.047 ⁇ m.
  • Figure 2D shows the modification of the front face, that is to say the first measurement ( Figure 2B) minus the second measurement ( Figure 2C); in the case of FIG. 2D, PV is 0.211 ⁇ m and RMS is 0.038 ⁇ m.
  • Figure 2E shows a profile of this change.
  • FIG. 3B shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 3A before the machining of the rear face of this substrate (first measurement); in the case of FIG. 3B, PV is 0.089 ⁇ m and RMS is 0.010 ⁇ m.
  • FIG. 3C shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 3A after the machining of the rear face of this substrate (second measurement); in the case of FIG. 3C, PV is 0.169 ⁇ m and RMS is 0.024 ⁇ m.
  • Figure 3D shows the modification of the front face, that is to say the first measurement ( Figure 3B) minus the second measurement ( Figure 3C); in the case of FIG. 3D, PV is 0.145 ⁇ m and RMS is 0.017 ⁇ m.
  • FIG. 4B shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 4A before the machining of the rear face of this substrate (first measurement); in the case of FIG. 4B, PV is 0.102 ⁇ m and RMS is 0.014 ⁇ m.
  • FIG. 4C shows the result of the measurement of the front face of the substrate of FIG. 4A after the machining of the rear face of this substrate (second measurement); in the case of FIG. 4C, PV is 0.141 ⁇ m and RMS is 0.019 ⁇ m.
  • FIG. 4D shows the modification of the front face, that is to say the first measurement (FIG. 4B) minus the second measurement (FIG. 4C); in the case of FIG. 4D, PV is 0.110 ⁇ m and RMS is 0.011 ⁇ m.
  • Figure 4E shows a profile of this change.
  • the surface of the front face has been modified, according to the respective directions 6, 8 and 10, or according to the zone 12, which have been machined by laser to demonstrate the validity of the invention. Induced deformations naturally depend on the material, its thickness and the machining performed.
  • FIG. 5 illustrates another example of
  • the piece 14 shows a thin piece 14 which is delimited by its front face 16, its rear face 18 and its periphery 20.
  • the largest measurable distance on the front face is at least eight times the distance between the faces 16 and 18.
  • the report aspect ratio is at least 8: 1.
  • the piece 14 is made of glass and has the shape of a cylinder of diameter D and thickness E, with D> 8E.
  • the front face has a defect of curvature.
  • a laser 22 is used, for example an Nd: YAG type laser, which operates at 3Cu or 4 (0 and emits radiation 24 at length wave of 355 nm (3 (0) or 266 nm (4 (D).
  • the laser 22 is provided with means 26 for moving and orienting. With these means, the orientation of the laser 22 is changed and the orientation of the laser 22 is applied to apply the following treatment to the rear face 18 of the part 14 by means of the radiation 24: either a spot machining or a machining in a circle whose radius and depth depend on the deformity to be corrected and the properties of the material.
  • the radiation 24 either a spot machining or a machining in a circle whose radius and depth depend on the deformity to be corrected and the properties of the material.
  • this treatment has the effect of eliminating or minimizing the curvature.
  • the front face 16 is then checked, for example using a Fizeau or Michelson type interferometer 28, or a Shack-Hartmann type wavefront analyzer, or a fringe projection system. Moiré type, to check that the defect has been corrected. If this is not the case, we start over treatment of the rear face 18 until the correction is made.
  • the control can be done "open loop". Then, the laser 22 is operated independently of the interferometer 28.
  • a signal provided by the interferometer 28 is used, this signal being representative of the microdeformation caused to the front face 16 during the local processing of the rear face 18 by the laser 22, to control this laser 22 as well as the displacements and the orientation of the latter, by means of appropriate electronic control means 30.
  • the local processing of the rear face 18 is thus recommenced until the correction of the defect of the front face 16.
  • the present invention can be applied to thin parts such as telescope mirrors or optical microcomponents.
  • the aspect ratio is in all cases of the order of 5: 1 or greater than 5: 1.
  • the piece is made of glass.
  • the invention is not limited to the treatment of parts made of such a material. It allows for example to perform a local retouch of the front face of parts, by actions on the rear face thereof, in the case where these parts are made of amorphous materials such as glass, or metals, or ceramics or plastics.
  • the invention is not limited to the use of a laser, whose wavelength, power and the repetition rate can be adapted according to the material, in order to locally machine the rear face (or the periphery) of a thin piece.
  • the local treatment applied in accordance with the invention is not limited to laser machining: in the invention, it is possible to use a chemical machining for locally machining the rear face (or the periphery) of the part, by example by using an inkjet machine.
  • This use can be a clean means (chemical attack by an acid for example) or a complementary means of laser machining, in order to optimize the deposition of light energy through the deposition of inks or other substances, so to optimize the absorption of the laser radiation by the rear face (or the periphery) of the room.
  • the implementation of the invention can also be carried out using an ion gun, or a plasma jet, for locally machining the rear face (or the periphery) of the part.
  • the invention can also be implemented by using a local coating of the rear face (or the periphery) of the part, this coating consisting of one or more thin layers.
  • These layers and their location are chosen according to the amplitude of the correction to be made and the position of the fault to be corrected.
  • This deposition of thin layers can be performed by masking, with PVD or Sol-Gel techniques, or by inkjet.
  • Fizeau or Michelson-type interferometers or Schack-Hartmann-type wavefront analyzers, or moire-type fringe projection systems, to assist in the correction of the surface of the front of the room.
  • This system can be open-loop or closed-loop with the chosen implementation device.
  • the invention therefore proposes the use of a static method for modifying the surface state of the front face of a component, independently of the steps prior to the production of the component.
  • This method can be used to compensate for the effect of the stresses induced by the presence of thin layers on the front face of the component. It is known in fact that such thin layers tend to render the convex components in general.
  • This method can also be used to compensate edge effects related to machining or cutting steps of a part.
  • the present invention is not limited to the local treatment of the rear face of a thin part, in order to cause a microdeformation of the front face of the part: to cause this microdeformation, it is also possible to apply the local treatment to the periphery of the room.
  • document WO 2004/036316 already discloses a method of microdeforming a thin optical element. According to this method, the rear face of the element is illuminated, which heats and deforms it.
  • the microdeformation performed is static, fixed once and for all.
  • the process disclosed by this document belongs, for its part, to a completely different category, that of dynamic correction methods. Indeed, for heating, it uses laser diodes or lasers that deliver surface powers of the order of 1 W. cm "2 , in order not to increase the temperature by more than 20 ° C. This surface power of the order of 1 W. cm -2 is much lower than the power required for a glaze or laser ablation for example (In the order of 10 3 to 10 9 W.cm -2 .) Furthermore, the invention is not limited to the application of a local treatment to the only rear face of a part, nor to the the use of a laser.

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Abstract

Procédé de microdéformation de la face avant d'une pièce mince, par modification de la face arrière ou de la périphérie de la pièce. Selon l'invention, qui peut notamment servir à corriger la surface d'onde d'un miroir, on applique, à la face arrière (18) ou à la périphérie (20), un traitement local qui provoque une microdéformation statique, figée une fois pour toutes, de la face avant, sans appliquer aucune force mécanique à la pièce (14).

Description

PROCEDE DE MICRODEFORMATION DE LA FACE AVANT D'UNE PIECE MINCE, PAR MODIFICATION DE LA FACE ARRIERE OU DE
LA PERIPHERIE DE LA PIECE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de microdéformation de la face avant d'une pièce mince.
Une telle pièce est délimitée par une première face, appelée face avant, par une deuxième face, appelée face arrière, opposée à la première face, et par une partie périphérique, appelée périphérie, qui relie la première face à la deuxième face.
Elle est dite mince si la plus grande distance mesurable sur au moins l'une des première et deuxième faces est supérieure à environ cinq fois, de préférence huit fois, la distance entre les première et deuxième faces.
Par exemple, dans le cas d'une pièce cylindrique, dont l'épaisseur est notée E, les deux faces sont des disques de diamètre noté D. Une telle pièce est dite mince si le rapport D/E est supérieur à environ 5, de préférence supérieur à environ 8.
Ainsi, dans la présente invention, on considère des pièces dont le rapport d'aspect (en anglais, aspect ratio) est de l'ordre de 5:1 ou supérieur à 5:1, et de préférence de l'ordre de 8:1 ou supérieur à 8:1.
L'invention s'applique notamment à la correction de la surface d'onde d'un miroir, recouvert d'un traitement ou non, qui, à cause de défauts de polissage ou de traitement, ne respecte pas les spécifications de forme ou de planéité qui lui sont imposées .
D'autres applications sont :
- la compensation fine des contraintes induites par le dépôt de couches minces qui servent à modifier les réponses spectrales des composants ; ces couches minces ont tendance à conférer une courbure supplémentaire aux composants ;
- la minimisation de l'effet de bord
(rabat) qui est causé par le polissage des composants.
L'objectif alors souhaité peut être une minimisation de la déformation ou une augmentation locale de cette déformation.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La correction de la planéité de la surface d'un composant optique de type miroir peut se faire lors de l'opération de polissage, grâce à des retouches locales.
Mais lorsque le composant optique est traité par des revêtements durs de type PVD (pour dépôt physique en phase vapeur (en anglais, physical vapour déposition) ) ou bien de type CVD (pour dépôt chimique en phase vapeur (en anglais, chemical vapour déposition) ) , il devient extrêmement difficile de corriger ce composant à moins d'effectuer des phases de repolissage et de retraitement qui sont des opérations longues et onéreuses.
La surface réelle ou la surface d'onde peut être alors déformée à cause des défauts de polissage résiduels, des tensions des couches appliquées ou des hétérogénéités de traitement.
Certaines corrections peuvent toutefois être réalisées. Par exemple, des traitements optiques de la face arrière sont employés pour contrebalancer les modifications liées aux contraintes des couches déposées sur la face avant. Dans ce cas, on obtient une correction sphérique globale.
Une solution possible est d'effectuer une correction de la face avant en appliquant localement une surépaisseur de matériau à l'aide d'outillage qui utilisent des masques et des robots.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des techniques mentionnées plus haut.
De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de microdéformation d'une première face d'une pièce mince, délimitée par la première face, par une deuxième face, opposée à la première face, et par une partie périphérique qui relie la première face à la deuxième face, la plus grande distance mesurable sur la première face étant supérieure à environ cinq fois, de préférence huit fois, la distance entre les première et deuxième faces, le procédé étant caractérisé en ce que l'on applique, à la deuxième face ou à la partie périphérique, un traitement local qui provoque une microdéformation statique, figée une fois pour toutes, de la première face, sans appliquer aucune force mécanique à la pièce mince .
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la pièce mince est faite d'un matériau choisi parmi les matériaux amorphes (notamment les verres) , les métaux, les céramiques et les plastiques, et la microdéformation de la première face est une retouche locale de celle-ci, obtenue en appliquant un traitement local à la deuxième face.
Selon un premier mode de réalisation particulier du procédé, objet de l'invention, la microdéformation est obtenue par un glaçage local de la deuxième face ou de la partie périphérique de la pièce mince, effectué au moyen d'un laser. La longueur d'onde de ce laser pourra être adaptée au matériau pour améliorer l'interaction laser-matière. Par exemple, on utilisera préférentiellement un laser à CO2 émettant à 10,6 ym si le matériau est de la silice.
Selon un deuxième mode de réalisation particulier, la microdéformation est obtenue par un usinage local de la deuxième face ou de la partie périphérique de la pièce mince.
Cet usinage local peut être un usinage chimique local, par exemple effectué au moyen d'une machine à jet d'encre (en anglais, ink jet machine) .
Selon d'autres modes de réalisation particuliers, l'usinage local est effectué au moyen d'un dispositif choisi parmi les lasers, les canons à ions et les dispositifs à jets de plasma.
Dans le cas où l'usinage local est effectué au moyen d'un laser, avant cet usinage local, on peut avantageusement déposer sur la deuxième face ou sur la partie périphérique de la pièce mince une substance apte à favoriser l'absorption, par la deuxième face ou par la partie périphérique, du rayonnement émis par le laser.
Selon un troisième mode de réalisation particulier du procédé, objet de l'invention, la microdéformation est obtenue par un dépôt local d'au moins une couche mince sur la deuxième face ou sur la partie périphérique de la pièce mince.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on effectue en outre un contrôle de la microdéformation de la première face, pour vérifier si l'on a obtenu une microdéformation souhaitée, et si ce n'est pas le cas, on recommence le traitement local de la deuxième face ou de la partie périphérique jusqu'à l'obtention de la microdéformation souhaitée.
Dans ce cas, étant donné un dispositif apte à appliquer le traitement local à la deuxième face ou à la partie périphérique, il est possible d'effectuer le contrôle au moyen d'un dispositif de détermination de microdéformation, ce dispositif de détermination de microdéformation étant apte à fournir un signal représentatif de la microdéformation ainsi déterminée, et de commander, au moyen du signal, le dispositif apte à appliquer le traitement local, en vue de recommencer le traitement local jusqu'à l'obtention de la microdéformation souhaitée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
les figures 1A à 1E illustrent schématiquement un premier exemple de l'invention,
les figures 2A à 2E illustrent schématiquement un deuxième exemple de l'invention,
les figures 3A à 3E illustrent schématiquement un troisième exemple de l'invention, les figures 4A à 4E illustrent schématiquement un quatrième exemple de l'invention, et
- la figure 5 illustre schématiquement un autre exemple de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Rappelons que la présente invention est un procédé de microdéformation de la face avant d'une pièce mince (dont le rapport d'aspect vaut de préférence environ 8:1 ou plus), grâce à un traitement de surface adéquat, effectué sur la face arrière, voire la périphérie, de la pièce.
Dans le cas où la face avant de la pièce comporte une couche superficielle, on précise que le traitement modifie les tensions de cette couche superficielle .
L' invention a une fonction de correction statique qui permet, le cas échéant, de récupérer une pièce destinée au rebut, de corriger l'effet des contraintes d'un traitement dur et de compenser les effets de bord d'un usinage ou d'une découpe. Et dans certains cas, l'invention peut remplacer un polissage sous contraintes.
Dans l'invention, la correction, ou plutôt une microcorrection, est dite statique. Cela signifie que cette microcorrection est figée une fois pour toutes ; elle ne corrigera pas les modifications de surface, liées aux variations thermiques par exemple.
Une telle correction s'oppose à une correction dynamique, pour laquelle les corrections sont faites en temps réel et peuvent évoluer au cours du temps .
L'originalité de l'invention réside dans le fait qu'on opère les corrections sur la face arrière, par différentes méthodes n'engendrant pas de pression sur la pièce. Ces méthodes peuvent être notamment un usinage laser, un usinage ionique, un usinage plasma, une gravure chimique ou un traitement local par des couches minces.
Les corrections peuvent être globales, auquel cas leurs actions correctives seront perçues sur l'ensemble de la pièce, ou ponctuelles, c'est-à-dire locales, le système employé pour les effectuer étant adressable localement.
La particularité des méthodes susmentionnées réside dans le fait qu'elles ne sont pas développées dans le domaine du polissage ni dans le domaine du traitement de surface. En outre, l'invention permet la correction de défauts de surface (en général des surépaisseurs car un creux correspond à une surépaisseur de matière autour de ce creux) . En effet, le traitement appliqué sera local et aura une extension spatiale, c'est-à-dire une largeur, et une intensité, c'est-à-dire une profondeur, qui dépendront de la correction désirée.
Le principe de l'invention consiste à utiliser la relaxation ou la création de contraintes pour modifier localement la surface d'une pièce mince. Il suffit d'agir localement sur la face arrière de cette pièce pour observer une modification de la face avant de celle-ci.
Pour valider le principe de l'invention, on a utilisé des pièces constituées par des substrats de verre carrés, de 50 mm de côté et de 4 mm d'épaisseur, dont les deux faces ont été polies optiquement et dont les faces avant ont été mesurées à l'aide d'un interféromètre . Les pièces ont été placées tour à tour dans un cadre permettant une mesure interférométrique sur une zone de 40 mm x 40 mm.
Sur les figures 1A, 2A, 3A et 4A, les pièces ont la référence 2 (le cadre n'est pas représenté) .
Ensuite, on a usiné la face arrière 4 des pièces ou substrats 2 au moyen d'un laser YAG fonctionnant à sa longueur d'onde fondamentale (1 Cû) , selon quatre motifs types :
substrat de la figure 1A : un trait vertical 6 selon une médiane, substrat de la figure 2A : un trait 8 selon une diagonale,
- substrat de la figure 3A : deux traits 10 inclinés à 45° et reliant les milieux des côtés, et
- substrat de la figure 4A : une zone carrée 12 d'environ 5 mm de côté, située approximativement au centre du substrat.
On a ensuite remesuré les faces avant des quatre substrats et soustrait les mesures obtenues après usinage des mesures obtenues avant usinage.
Dans ce qui suit, PV représente l'écart pic-à-vallée (en anglais, peak-to-valley) et RMS représente l'écart quadratique moyen (en anglais, root mean square) . Et, sur les figures, pix représente le numéro des pixels (en abscisse et en ordonnée) .
La figure 1B montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 1A avant l'usinage de la face arrière de ce substrat (première mesure) ; dans le cas de la figure 1B, PV vaut 0,089 ym et RMS vaut 0,013 ym. La figure 1C montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 1A après l'usinage de la face arrière de ce substrat (deuxième mesure) ; dans le cas de la figure 1C, PV vaut 0, 203 ym et RMS vaut 0, 039 ym. La figure 1D montre la modification de la face avant, c'est-à-dire la première mesure (figure 1B) moins la deuxième mesure (figure 1C) ; dans le cas de la figure 1D, PV vaut 0,170 ym et RMS vaut 0,028 ym. La figure 1E montre un profil de cette modification.
Sur cette figure, comme sur les figures 2E,
3E et 4E, Distance représente la largeur (en pixels) de la zone mesurée, correspondant à 40 mm environ ; et Height représente une variation de hauteur (en ym) .
La figure 2B montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 2A avant l'usinage de la face arrière de ce substrat (première mesure) ; dans le cas de la figure 2B, PV vaut 0,083 ym et RMS vaut 0,013 ym. La figure 2C montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 2A après l'usinage de la face arrière de ce substrat (deuxième mesure) ; dans le cas de la figure 2C, PV vaut 0, 229 ym et RMS vaut 0, 047 ym. La figure 2D montre la modification de la face avant, c'est-à-dire la première mesure (figure 2B) moins la deuxième mesure (figure 2C) ; dans le cas de la figure 2D, PV vaut 0,211 ym et RMS vaut 0,038 ym. La figure 2E montre un profil de cette modification.
La figure 3B montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 3A avant l'usinage de la face arrière de ce substrat (première mesure) ; dans le cas de la figure 3B, PV vaut 0,089 ym et RMS vaut 0,010 ym. La figure 3C montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 3A après l'usinage de la face arrière de ce substrat (deuxième mesure) ; dans le cas de la figure 3C, PV vaut 0,169 ym et RMS vaut 0, 024 ym. La figure 3D montre la modification de la face avant, c'est-à-dire la première mesure (figure 3B) moins la deuxième mesure (figure 3C) ; dans le cas de la figure 3D, PV vaut 0,145 ym et RMS vaut 0,017 ym. La figure 3E montre un profil de cette modification. La figure 4B montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 4A avant l'usinage de la face arrière de ce substrat (première mesure) ; dans le cas de la figure 4B, PV vaut 0,102 ym et RMS vaut 0,014 ym. La figure 4C montre le résultat de la mesure de la face avant du substrat de la figure 4A après l'usinage de la face arrière de ce substrat (deuxième mesure) ; dans le cas de la figure 4C, PV vaut 0,141 ym et RMS vaut 0,019 ym. La figure 4D montre la modification de la face avant, c'est-à-dire la première mesure (figure 4B) moins la deuxième mesure (figure 4C) ; dans le cas de la figure 4D, PV vaut 0,110 ym et RMS vaut 0,011 ym. La figure 4E montre un profil de cette modification.
Pour ces quatre exemples, on constate que la surface de la face avant a bien été modifiée, selon les directions respectives 6, 8 et 10, ou selon la zone 12, qui ont été usinées par laser pour démontrer la validité de l'invention. Les déformations induites dépendent naturellement du matériau, de son épaisseur et de l'usinage effectué.
La figure 5 illustre un autre exemple de
1 ' invention .
On y voit une pièce mince 14 qui est délimitée par sa face avant 16, sa face arrière 18 et sa périphérie 20. La plus grande distance mesurable sur la face avant vaut au moins huit fois la distance entre les faces 16 et 18. Le rapport d'aspect est donc au moins égal à 8:1. Dans l'exemple, la pièce 14 est en verre et a la forme d'un cylindre de diamètre D et d'épaisseur E, avec D > 8E.
La face avant présente un défaut de courbure .
Pour corriger ce défaut conformément à un mode de réalisation particulier de l'invention, on utilise un laser 22, par exemple un laser de type Nd:YAG, qui fonctionne à 3Cû ou 4(0 et qui émet un rayonnement 24 à la longueur d'onde de 355 nm (3(0) ou 266 nm (4(D) .
Le laser 22 est muni de moyens 26 de déplacement et d'orientation. A l'aide de ces moyens, on déplace et l'on modifie l'orientation du laser 22 pour appliquer à la face arrière 18 de la pièce 14, grâce au rayonnement 24, le traitement suivant : soit un usinage ponctuel, soit un usinage selon un cercle dont le rayon et la profondeur dépendent de la déformée à corriger et des propriétés du matériau. Bien entendu, au lieu de déplacer et d'orienter le laser 22 pour appliquer le traitement, il est possible de monter la pièce 14 sur des moyens de déplacement et d'orientation et de laisser le laser fixe.
Sur la face avant 16, ce traitement a pour effet d'éliminer ou de minimiser la courbure.
On contrôle ensuite la face avant 16, par exemple à l'aide d'un interféromètre 28 de type Fizeau ou Michelson, ou d'un analyseur de front d'onde de type Shack-Hartmann, ou d'un système de projection de franges de type moiré, pour vérifier que le défaut a été corrigé. Si ce n'est pas le cas, on recommence le traitement de la face arrière 18 jusqu'à ce que la correction soit effectuée.
Le contrôle peut être effectué « en boucle ouverte ». Alors, on fait fonctionner le laser 22 indépendamment de 1 ' interféromètre 28.
Mais il peut aussi être effectué « en boucle fermée ». Alors, comme le montre la figure 5, on utilise un signal fourni par 1 ' interféromètre 28, ce signal étant représentatif de la microdéformation causée à la face avant 16 lors du traitement local de la face arrière 18 par le laser 22, pour commander ce laser 22 ainsi que les déplacements et l'orientation de ce dernier, par l'intermédiaire de moyens électroniques de commande appropriés 30. Le traitement local de la face arrière 18 est ainsi recommencé jusqu'à la correction du défaut de la face avant 16.
On précise que la présente invention peut être appliquée à des pièces minces comme des miroirs de télescope ou des microcomposants optiques. Le rapport d'aspect est dans tous les cas de l'ordre de 5:1 ou supérieur à 5:1.
En outre, dans l'exemple donné plus haut, la pièce est en verre. Mais l'invention n'est pas limitée au traitement de pièces faites d'un tel matériau. Elle permet par exemple d'effectuer une retouche locale de la face avant de pièces, par des actions sur la face arrière de celles-ci, dans le cas où ces pièces sont faites de matériaux amorphes de type verre, ou de métaux, ou de céramiques ou de plastiques.
L'invention n'est pas non plus limitée à l'utilisation d'un laser, dont la longueur d'onde, la puissance et le taux de répétition peuvent être adaptés selon le matériau, afin d'usiner localement la face arrière (ou la périphérie) d'une pièce mince.
Par exemple, il est possible de déformer la face avant de cette pièce en utilisant un laser pour glacer localement la surface de la face arrière (ou la périphérie) de la pièce.
De plus, le traitement local appliqué conformément à l'invention n'est pas limité à un usinage par laser : dans l'invention, on peut utiliser un usinage chimique pour usiner localement la face arrière (ou la périphérie) de la pièce, par exemple en employant une machine à jet d'encre.
Cette utilisation peut être un moyen propre (attaque chimique par un acide par exemple) ou un moyen complémentaire de l'usinage laser, en vue d'optimiser le dépôt d'énergie lumineuse grâce au dépôt d'encres ou d'autres substances, afin d'optimiser l'absorption du rayonnement laser par la face arrière (ou la périphérie) de la pièce.
La mise en œuvre de l'invention peut également être effectuée en utilisant un canon à ions, ou un jet de plasma, pour usiner localement la face arrière (ou la périphérie) de la pièce.
L'invention peut également être mise en œuvre en utilisant un revêtement local de la face arrière (ou de la périphérie) de la pièce, ce revêtement étant constitué par une ou plusieurs couches minces .
La nature et l'épaisseur de ces couches et leur localisation sont choisies en fonction de l'amplitude de la correction à effectuer et de la position du défaut à corriger. Ce dépôt de couches minces peut s'effectuer par masquage, avec des techniques PVD ou Sol-Gel, ou par jet d'encre.
Dans l'invention, on peut utiliser des interféromètres de type Fizeau ou Michelson, ou des analyseurs de front d'onde de type Schack-Hartmann, ou des systèmes de projection de franges de type moiré, pour aider à la correction de la surface de la face avant de la pièce. Ce système peut être en boucle ouverte ou en boucle fermée avec le dispositif de mise en œuvre choisi.
L'invention propose donc l'utilisation d'un procédé statique pour modifier l'état de surface de la face avant d'un composant, indépendamment des étapes préalables à la réalisation du composant.
Ce procédé peut être employé pour compenser l'effet des contraintes induites par la présence de couches minces sur la face avant du composant. On sait en effet que de telles couches minces ont tendance à rendre en général les composants convexes.
Ce procédé peut aussi être utilisé pour compenser les effets de bord liés aux étapes d'usinage ou de découpe d'une pièce.
On précise de plus que la présente invention n'est pas limitée au traitement local de la face arrière d'une pièce mince, en vue de provoquer une microdéformation de la face avant de la pièce : pour provoquer cette microdéformation, il est également possible d'appliquer le traitement local à la périphérie de la pièce. Certes, on connaît déjà, par le document WO 2004/036316, un procédé de microdéformation d'un élément optique mince. Selon ce procédé, on éclaire la face arrière de l'élément, ce qui le chauffe et le déforme.
Selon le procédé, objet de l'invention, la microdéformation réalisée est statique, figée une fois pour toutes. Le procédé divulgué par ce document appartient, quant à lui, à une tout autre catégorie, celle des procédés de correction dynamique. En effet, pour le chauffage, il utilise des diodes lasers ou des lasers qui délivrent des puissances surfaciques de l'ordre de 1 W . cm"2 , en vue de ne pas augmenter la température de plus de 20°C. Cette puissance surfacique de l'ordre de 1 W . cm"2 est très inférieure à la puissance nécessaire à un glaçage ou à une ablation laser par exemple (de l'ordre de 103 à 109 W.cm"2) . De plus, l'invention n'est pas limitée à l'application d'un traitement local à la seule face arrière d'une pièce, ni à l'utilisation d'un laser.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de microdéformation d'une première face (16) d'une pièce mince (2, 14), délimitée par la première face (16), par une deuxième face (4, 18), opposée à la première face, et par une partie périphérique (20) qui relie la première face à la deuxième face, la plus grande distance (D) mesurable sur la première face étant supérieure à environ cinq fois, de préférence huit fois, la distance (E) entre les première et deuxième faces, le procédé étant caractérisé en ce que l'on applique, à la deuxième face (4, 18) ou à la partie périphérique (20), un traitement local qui provoque une microdéformation statique, figée une fois pour toutes, de la première face (16), sans appliquer aucune force mécanique à la pièce mince.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pièce mince (2, 14) est faite d'un matériau choisi parmi les matériaux amorphes, les métaux, les céramiques et les plastiques, et la microdéformation de la première face est une retouche locale de celle-ci, obtenue en appliquant un traitement local à la deuxième face .
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la microdéformation est obtenue par un glaçage local de la deuxième face ou de la partie périphérique de la pièce mince, effectué au moyen d'un laser.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la microdéformation est obtenue par un usinage local de la deuxième face (4) ou de la partie périphérique de la pièce mince (2) .
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'usinage local est un usinage chimique local, par exemple effectué au moyen d'une machine à jet d' encre .
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'usinage local est effectué au moyen d'un dispositif choisi parmi les lasers (22), les canons à ions et les dispositifs à jets de plasma.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'usinage local est effectué au moyen d'un laser, et dans lequel avant l'usinage local, on dépose sur la deuxième face ou sur la partie périphérique de la pièce mince une substance apte à favoriser l'absorption, par la deuxième face ou par la partie périphérique, du rayonnement émis par le laser.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la microdéformation est obtenue par un dépôt local d' au moins une couche mince sur la deuxième face ou sur la partie périphérique de la pièce mince.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel on effectue en outre un contrôle de la microdéformation de la première face (16), pour vérifier si l'on a obtenu une microdéformation souhaitée, et si ce n'est pas le cas, on recommence le traitement local de la deuxième face (18) ou de la partie périphérique (20) jusqu'à l'obtention de la microdéformation souhaitée.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on utilise un dispositif (22) apte à appliquer le traitement local à la deuxième face (18) ou à la partie périphérique (20), on effectue le contrôle au moyen d'un dispositif de détermination de microdéformation (28), ce dispositif de détermination de microdéformation étant apte à fournir un signal représentatif de la microdéformation ainsi déterminée, et l'on commande, au moyen du signal, le dispositif (22) apte à appliquer le traitement local, en vue de recommencer le traitement local jusqu'à l'obtention de la microdéformation souhaitée.
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