用于會(huì)聚拋光的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于拋光光學(xué)元件的拋光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：具有徑向尺寸的拋光墊，設(shè)置在拋光墊上的隔板。所述隔板配置成部分圍繞光學(xué)材料。光學(xué)元件在徑向尺寸的范圍內(nèi)接觸拋光墊，并且拋光墊的磨損率在徑向尺寸范圍內(nèi)相對(duì)于徑向尺寸基本上是不變的。
【專利說明】用于會(huì)聚拋光的方法和系統(tǒng)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001]本申請(qǐng)要求2011年3月21日提出的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/454，893的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用而將其公開內(nèi)容整體并入，用于所有目的。
關(guān)于由聯(lián)邦資助研發(fā)創(chuàng)造的發(fā)明的權(quán)利說明
[0002]依據(jù)美國(guó)能源部與勞倫斯?利弗莫爾國(guó)家安全有限責(zé)任公司簽署的勞倫斯?利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)合同(編號(hào)DE-AC52-07NA27344)，美國(guó)政府享有此發(fā)明中的權(quán)利。 【背景技術(shù)】
[0003]傳統(tǒng)的光學(xué)制造工藝通常包括I)成形，2)研磨，3)磨邊/拋光，4)全孔徑中間拋光或精研，4)全孔徑最終拋光，以及5)小工具拋光。當(dāng)對(duì)包含精確表面輪廓的高光學(xué)性能材料的需求大幅上漲時(shí)，精密的光學(xué)制造工藝因?yàn)榧す獾陌l(fā)明而取得重大進(jìn)步。然而，如今實(shí)踐普遍認(rèn)為，光學(xué)制造是一門藝術(shù)而非一項(xiàng)技術(shù)。近幾十年來，運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)控磨床(CNC)使機(jī)床安裝和實(shí)時(shí)診斷取得了進(jìn)展，在以這些進(jìn)展為基礎(chǔ)的研磨工序過程中，確定移除原料的能力顯著進(jìn)步。同樣地，小工具拋光(例如計(jì)算機(jī)控制光學(xué)拋光機(jī)(CCOS))和磁流變拋光(MRF)的出現(xiàn)使拋光工業(yè)徹底變革。然而，對(duì)拋光玻璃和硅片來說，仍然是使用最普遍也是通常最經(jīng)濟(jì)的方法的全孔徑拋光未規(guī)定確定過程。盡管已取得漸進(jìn)式改進(jìn)，但傳統(tǒng)的拋光仍然需要運(yùn)用工匠技術(shù)的高技能光學(xué)儀器制造者。這種類型的拋光通常需要多次反復(fù)循環(huán)，包括拋光、測(cè)量并調(diào)整參數(shù)以收斂到期望的表面輪廓(即對(duì)于規(guī)定半徑達(dá)到平坦或一致性)。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要與光學(xué)元件拋光相關(guān)的改良方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明，提供了與光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及在光學(xué)元件如單次重復(fù)一樣少的確定性拋光。僅僅舉例來說，本發(fā)明根據(jù)一組固定的拋光參數(shù)，被應(yīng)用于光學(xué)元件的單次重復(fù)拋光，而不管元件的初始形狀如何。這里描述的方法和系統(tǒng)適用于適合同大功率激光器以及放大器系統(tǒng)配套使用的多種光學(xué)材料的加工制造。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，與表面裂口的“自由”精加工相關(guān)的方法和系統(tǒng)得以提供。確知的是，用于高峰值功率激光系統(tǒng)的高值光學(xué)器件表面的刮傷會(huì)引發(fā)激光損傷發(fā)生。因此，多年來為減少光學(xué)制造過程中形成的刮傷數(shù)量和尺寸做了很多努力。舉例來說，移動(dòng)在清洗、拋光以及處理過程中對(duì)光學(xué)器件表面形成低負(fù)荷的劣質(zhì)顆粒或微小凹凸物會(huì)造成刮傷。之前減少劣質(zhì)顆粒的工作涉及改造和改裝現(xiàn)有的全孔徑拋光機(jī)。這種方法足以對(duì)付導(dǎo)致刮傷的外來劣質(zhì)顆粒。目前的緩解措施在很大程度上局限于拋光過程中的清潔操作。然而，這些措施對(duì)于清潔操作的程度、操作者技能以及拋光機(jī)的復(fù)雜程度是高度敏感的。此外，這些措施很難實(shí)現(xiàn)高效率?？刂屏淤|(zhì)顆粒的第二個(gè)限制在于，拋光加工過程中對(duì)拋光液顆粒尺寸分布的了解和控制有限?，F(xiàn)行技術(shù)狀況受限于使用未經(jīng)優(yōu)化的、了解甚少的過濾技術(shù)。
[0006]本發(fā)明的實(shí)施例通過實(shí)施以下一個(gè)或多個(gè)步驟以減少拋光過程中引入的劣質(zhì)顆粒。I)制作一個(gè)完整的拋光系統(tǒng)，通過氣密地密封拋光機(jī)以防止拋光液干燥來確保沒有劣質(zhì)顆粒進(jìn)入工件-拋光盤接觸面；2)提供100%的濕度環(huán)境以防止干燥的拋光液結(jié)塊并出現(xiàn)劣質(zhì)顆粒；3)使用可將拋光液內(nèi)部顆粒結(jié)塊最小化的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的拋光液；并且4)使用優(yōu)化的過濾法持續(xù)地移除拋光系統(tǒng)中任何已產(chǎn)生的劣質(zhì)顆粒。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種拋光光學(xué)兀件的拋光系統(tǒng)。拋光系統(tǒng)包括:具有徑向尺寸的拋光墊，設(shè)置在拋光墊上并且部分圍繞光學(xué)元件的隔板。光學(xué)元件在徑向尺寸的范圍之內(nèi)接觸拋光墊，并且拋光墊的磨損率作為在徑向尺寸范圍內(nèi)相對(duì)于徑向尺寸是基本上不變的。
[0008]相據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，高濕度的拋光系統(tǒng)得以提供。高濕度的拋光系統(tǒng)包括:具有拋光墊的拋光單元以及可操作以向拋光墊提供拋光液的拋光液傳送系統(tǒng)。高濕度的拋光系統(tǒng)還包括包圍拋光單元的外殼。外殼內(nèi)的濕度足以防止拋光液大體上干燥。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例，用于拋光光學(xué)元件的拋光液系統(tǒng)得以提供。拋光液系統(tǒng)包括溶劑和放入溶劑中的研磨料成分。拋光液系統(tǒng)還包括在溶劑中供給的表面活性劑。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施例，提供一種將工件安裝至襯底的方法。這種方法包括:確定峰谷高度值，并且確定與浙青區(qū)域相關(guān)的值。這種方法還包括:計(jì)算浙青的相對(duì)面積、計(jì)算小球半徑以及計(jì)算浙青小球的數(shù)量。這種方法還包括將N個(gè)浙青小球聯(lián)接到工件以及將N個(gè)浙青小球聯(lián)接到襯底。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用來拋光在不同縱橫比例(直徑/厚度)玻璃上的平坦表面、球形圓狀表面和矩形表面的裝置和方法。本發(fā)明的實(shí)施例提供的拋光系統(tǒng)被稱為會(huì)聚的、與初始表面無關(guān)的、單次重復(fù)的、無劣質(zhì)顆粒(CISR)拋光機(jī)。這個(gè)拋光系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)下述特征:1)不管工件的初始表面輪廓如何，在拋光遠(yuǎn)行過程中或輪廓拋光運(yùn)行之間，拋光參數(shù)是固定的(即不是可變的)并且是相同的；2)因?yàn)楣ぜ喞獙?huì)聚成期望的與拋光盤形狀相配的形狀，拋光能夠從研磨狀態(tài)在單次重復(fù)中實(shí)現(xiàn)；3)在工件上造成很少或沒有刮傷的“無”劣質(zhì)顆粒環(huán)境中完成拋光；4)使用運(yùn)用了化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和/或設(shè)計(jì)的過濾系統(tǒng)的高度控制顆粒尺寸分布完成拋光。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例依據(jù)以下原理來實(shí)現(xiàn)期望的拋光工序:1)除了光學(xué)器件和拋光盤不匹配的因素(即光學(xué)器件和拋光盤之間的不均勻物理間隔)外，基本上造成光學(xué)器件上不均勻的空間材料移除的所有因素都被消除，而光學(xué)器件和拋光盤不匹配會(huì)導(dǎo)致光學(xué)器件表面輪廓會(huì)聚成期望的形狀(即拋光盤的形狀)；并且，2)劣質(zhì)顆粒進(jìn)入并形成在拋光機(jī)系統(tǒng)內(nèi)/中的源已經(jīng)被消除或者被主動(dòng)消除，導(dǎo)致工件有很少/或沒有劃痕。
[0013]如本說明書始終充分描述的是，本發(fā)明的實(shí)施例提供的工程學(xué)特點(diǎn)可能包括以下一個(gè)或多個(gè):1)運(yùn)用形狀特殊設(shè)計(jì)為圓形和矩形工件的隔板，以抵消不均勻的墊磨損；2)運(yùn)用形狀特殊設(shè)計(jì)的隔板以抵消粘彈性導(dǎo)致的不均勻的壓力分布以及不均勻的材料移除；3)運(yùn)用形狀特殊設(shè)計(jì)的隔板以確保拋光液均衡分布于工件上；4)使用玻璃基底的矩形隔板以達(dá)到均勻墊磨損的穩(wěn)定性；5)為修整墊而運(yùn)用CVO鉆石基底的矩形隔板以確保材料在拋光時(shí)間內(nèi)具有恒定的移除速率；6)使用輪子驅(qū)動(dòng)的工件以阻止瞬間力量造成不均勻的壓力分布和不均勻的材料移除；7)運(yùn)用低Z軸點(diǎn)安裝，從而使工件和隔板上的瞬間力量減至最小；8)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)(工件和拋光盤的運(yùn)動(dòng))在工件上產(chǎn)生統(tǒng)一的時(shí)間平均速度，從而防止由運(yùn)動(dòng)學(xué)引起的不均勻的材料移除；9)使用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的拋光液(舉例來說，在二氧化鋪(Hastilite PO)拋光液中，使用陰離子(例如micro-90)或陽離子表面活性劑加上酸堿度和濃度適當(dāng)?shù)尿蟿?從而使顆粒結(jié)塊(劣質(zhì)顆粒的來源)減至最少；10)運(yùn)用濕度為100%的氣密密封腔室是為了:a)防止生成干燥的拋光液，其被認(rèn)為會(huì)造成引起劃痕的劣質(zhì)顆粒；b)防止環(huán)境中外來劣質(zhì)顆粒進(jìn)入拋光系統(tǒng)；11)使用剛性小球粘結(jié)技術(shù)(也叫浙青小球粘結(jié)(PBB))以防止高縱橫比(薄)的工件/光學(xué)器件發(fā)生工件變形；12)使用柔性的小球粘結(jié)技術(shù)(也叫泡沫小球粘結(jié)(FBB))，用來抵消來自研磨表面的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的不均勻的移除和工件彎曲；13)在研磨工件上使用預(yù)腐蝕技術(shù)(比如，氫氟酸(HF)或者緩沖氧化物蝕刻)，以消除會(huì)導(dǎo)致不規(guī)則的移除和工件彎曲的殘余應(yīng)力；14)在研磨工件上使用預(yù)腐蝕技術(shù)(比如，氫氟酸(HF)或者緩沖氧化物蝕刻)，以移除研磨表面上可能造成劃傷的潛在的玻璃劣質(zhì)微粒；15)使用氟化物涂覆在拋光器外殼和部件的內(nèi)部上，使得拋光液顆粒的附著力降低，使研磨液清洗容易并且最大程度地減少拋光重復(fù)中產(chǎn)生的劣質(zhì)顆粒；16)使用一種拋光機(jī)的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)使得角落和縫隙最少化，從而使得拋光液顆?？梢跃奂⑶易畲笙薅鹊販p少劣質(zhì)顆粒的產(chǎn)生；17)使用有效的拋光液過濾系統(tǒng)，以高效地去除劣質(zhì)顆粒并且控制拋光液顆粒尺寸的分布。
[0014]相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明的方式可以獲得大量的好處。比如，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法和系統(tǒng)適合于在單次重復(fù)中拋光光學(xué)元件至預(yù)先確定的形狀。本發(fā)明的這些和其他實(shí)施例、連同這些優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)在下文和附圖部分作更詳細(xì)的描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的影響拋光不均勻性的參數(shù)的圖表；
[0016]圖2A是簡(jiǎn)化圖，示出對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的不同的拋光配置來說峰-谷高度隨拋光時(shí)間的變化；
[0017]圖2B至圖2G示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的不同的拋光配置；
[0018]圖2H是簡(jiǎn)化圖，示出對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光配置來說峰-谷高度隨拋光時(shí)間的變化；
[0019]圖3A至圖3D是簡(jiǎn)化圖，示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于改變?cè)夹螤畹膾伖鈺?huì)聚；
[0020]圖4A至圖4E是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在不同的拋光時(shí)間峰-谷高度的表面輪廓；
[0021]圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光隔板的簡(jiǎn)化透視圖；
[0022]圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光隔板的簡(jiǎn)化截面視圖；
[0023]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光墊磨損率隨徑向距離變化的簡(jiǎn)化圖；
[0024]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的隔板寬度隨徑向距離變化的簡(jiǎn)化圖；
[0025]圖8A至SC是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的隔板負(fù)荷隨徑向距離變化的簡(jiǎn)化圖；
[0026]圖9A是說明由劣質(zhì)顆粒造成的刮傷的簡(jiǎn)化示意圖；
[0027]圖9B是說明由劣質(zhì)顆粒造成的刮傷的影像；
[0028]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的高濕度拋光系統(tǒng)的簡(jiǎn)化透視圖；
[0029]圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的的高濕度拋光系統(tǒng)的一部分的簡(jiǎn)化平面圖；
[0030]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在稀釋范圍內(nèi)的拋光溶液的標(biāo)準(zhǔn)界面高度隨時(shí)間變化的繪圖；
[0031]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在攪動(dòng)的影響下拋光溶液的標(biāo)準(zhǔn)界面高度的繪圖；
[0032]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光溶液的標(biāo)準(zhǔn)界面高度隨時(shí)間變化的繪圖；
[0033]圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的拋光溶液的相對(duì)界面高度隨時(shí)間變化的簡(jiǎn)化圖；
[0034]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的拋光溶液隨顆粒尺寸變化的拋光液體積；
[0035]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光一組光學(xué)元件的方法的簡(jiǎn)化流程圖；
[0036]圖18A至圖18C是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的研磨前、研磨后以及化學(xué)侵蝕后表面曲率的圖像；
[0037]圖19A至圖19F是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的進(jìn)行浙青小球粘結(jié)方法的簡(jiǎn)化示意圖；
[0038]圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在不同的浙青小球粘結(jié)配置中，熔融石英和磷酸鹽玻璃表面輪廓的測(cè)量變化的圖；
[0039]圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例測(cè)得的浙青熱膨脹的圖；
[0040]圖22A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工件峰-谷高度隨單個(gè)小球和三個(gè)小球浙青過冷卻變化的繪圖；
[0041]圖22B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工件峰-谷高度隨浙青小球半徑變化的繪圖；
[0042]圖22C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)工件峰-谷高度隨浙青小球偏移變化的繪圖；
[0043]圖22D是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工件峰-谷高度隨相對(duì)的整個(gè)浙青小球區(qū)域變化的繪圖；
[0044]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的浙青小球粘結(jié)參數(shù)的簡(jiǎn)化示意圖；
[0045]圖24A和圖24B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的優(yōu)化的光學(xué)元件浙青小球粘結(jié)模式的繪圖；
[0046]圖25A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工件峰-谷高度隨小球之間間距變化的繪圖；
[0047]圖25B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工件峰-谷高度隨面積百分比變化的繪圖；
[0048]圖26是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的確定浙青小球粘結(jié)參數(shù)的方法的簡(jiǎn)化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1是說明影響拋光不均勻性參數(shù)的圖表。本發(fā)明的實(shí)施例提供了降低拋光不均勻性的技術(shù)和系統(tǒng)。2010年I月28日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2，695/986詳細(xì)描述了圖1說明的一些參數(shù)的控制，在此完整地將其專利申請(qǐng)說明書引入本文作為參考。如本申請(qǐng)自始至終充分描述，本發(fā)明的實(shí)施例利用鏡像隔板以減少?gòu)椥話伖獗P回彈(4.2)和粘彈效應(yīng)(4.5)，并且提供恒定的拋光盤磨損(4.6.1)。于是光學(xué)形狀被用于驅(qū)動(dòng)拋光工序?qū)崿F(xiàn)會(huì)聚(4.6.4)。
[0050]如圖1說明，除了單變量以外，各種參數(shù)已被減少或消除。這個(gè)單變量的運(yùn)用使全孔徑拋光系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)元件會(huì)聚成期望的形狀，而之前的技術(shù)是由光學(xué)儀器制造者實(shí)時(shí)地同時(shí)改變各種參數(shù)力求制成期望的形狀，兩者形成強(qiáng)烈對(duì)比。發(fā)明人理解并且已經(jīng)減少或消除如圖1所說明的影響材料移除的參數(shù)，只留下一個(gè)變量，即光學(xué)元件與拋光墊的不匹配。使用具有希望光學(xué)元件最終呈現(xiàn)出的形狀的拋光盤，那么光學(xué)元件即以會(huì)聚的方式被拋光，從而與拋光盤的形狀相匹配。
[0051]圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的峰谷高度隨不同的拋光配置的拋光時(shí)間變化的簡(jiǎn)化圖。如圖2A示出的，光學(xué)元件峰谷高度相對(duì)于拋光時(shí)間的圖用來說明各種拋光配置。如圖所示，當(dāng)發(fā)明人解決了圖1說明的參數(shù)時(shí)，光學(xué)元件能夠很熔易地被拋光并且隨著拋光時(shí)間的推移峰谷高度不發(fā)生改變。如“拋光墊磨損減少”的曲線(#5)示出的，發(fā)明人確定，一旦拋光，拋光墊將改變形狀，結(jié)果是當(dāng)拋光時(shí)形狀將改變光學(xué)元件上的壓力分布。因此，本發(fā)明的實(shí)施例使用隔板接觸拋光盤從而最終達(dá)到光學(xué)元件產(chǎn)生的相對(duì)磨損(即空間地)，從而抵消拋光墊磨損，以產(chǎn)生空間上一致的拋光墊磨損。如曲線6所示，本發(fā)明的實(shí)施例減少了粘彈效應(yīng)，此效應(yīng)隨時(shí)間的推移產(chǎn)生基本上平坦的峰谷高度。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖2B至圖2G說明不同的拋光配置。圖2B至圖2G示出的參數(shù)與圖2A中的曲線數(shù)相匹配。
[0053]發(fā)明人已經(jīng)確定盡管圖2A示出了曲線#6 (粘彈性減少(77))的穩(wěn)定峰谷高度，但是當(dāng)時(shí)間超過100小時(shí)時(shí)，峰谷高度能夠增至更高水平，即隨時(shí)間的推移峰谷高度增大。圖2H是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的隨著用于拋光配置的拋光時(shí)間的推移的峰-谷高度的簡(jiǎn)化圖。如圖2H所示，會(huì)聚點(diǎn)在0-150小時(shí)之間的時(shí)間周期內(nèi)移動(dòng)。不限制于本發(fā)明的實(shí)施例，發(fā)明人認(rèn)為可能造成會(huì)聚點(diǎn)移動(dòng)的原因是光學(xué)元件導(dǎo)致的拋光墊磨損和隔板導(dǎo)致的拋光墊磨損之間的平衡被打亂，從而引起峰-谷高度的增加。
[0054]本發(fā)明的實(shí)施例通過移除經(jīng)過拋光的光學(xué)元件并操作僅僅具有隔板的拋光系統(tǒng)來調(diào)整會(huì)聚點(diǎn)。通過運(yùn)行僅僅具有隔板的拋光系統(tǒng)，會(huì)聚點(diǎn)被調(diào)整從而使峰谷高度回至小于預(yù)先設(shè)定水平的值。因?yàn)闀?huì)聚點(diǎn)移動(dòng)發(fā)生的周期長(zhǎng)于單個(gè)光學(xué)元件拋光操作的周期。舉例來說，特定光學(xué)元件的拋光時(shí)間可以是10小時(shí)，那么如圖2H所示，在峰-谷高度增至超過2.5 μ mm之前，多個(gè)光學(xué)元件(比如15個(gè))的拋光時(shí)間周期為?150個(gè)小時(shí)。由此，與通常用于拋光單個(gè)光學(xué)元件的時(shí)間周期相比，在較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行會(huì)聚點(diǎn)的調(diào)整。本發(fā)明的實(shí)施例不限于這樣一個(gè)長(zhǎng)期時(shí)間周期內(nèi)的會(huì)聚點(diǎn)的調(diào)整，但是下述例子從與多個(gè)光學(xué)元件相關(guān)的拋光工序角度得以展示。
[0055]參考圖2H，在第一個(gè)150小時(shí)的拋光過程中，會(huì)聚點(diǎn)從最初的約0.5 μ m移動(dòng)至約
2.5μπι。為減小會(huì)聚點(diǎn)的值，本發(fā)明的實(shí)施例移除光學(xué)元件以便操作僅僅使用隔板的拋光系統(tǒng)一段時(shí)間，從而把峰谷高度降低至預(yù)先設(shè)定的水平。如圖2Η說明，在?200小時(shí)至?400小時(shí)的時(shí)間周期中，操作僅僅使用0.6psi隔板的拋光系統(tǒng)降低由跌至0.48mm峰谷高度示出的會(huì)聚點(diǎn)。如圖所示，峰谷高度下降速度是相對(duì)慢的(如?1.7 μ m/212hours = 7.3nm/hr)，但是可控的而且是線型的。在?400小時(shí)之后，同時(shí)利用隔板和光學(xué)元件導(dǎo)致在?400小時(shí)至?500小時(shí)期間會(huì)聚點(diǎn)的再次漂移。如最后幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所示，僅在?500小時(shí)以后使用隔板的拋光產(chǎn)生了預(yù)期的會(huì)聚點(diǎn)下降。因此，實(shí)施例利用了一個(gè)工序，在該工序中，沒有使用光學(xué)元件對(duì)會(huì)聚點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)的方法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)許多變化、修改和替換。
[0056]Tayyab Suratwala, Rusty Steele, Michael Feit, Richard Desjardin 和 DanMason所著的“會(huì)聚墊拋光無定形二氧化硅”發(fā)表在國(guó)際應(yīng)用玻璃科學(xué)雜志特刊第一部分、先進(jìn)玻璃的變形和斷裂第二部分以及2012年3月的大眾玻璃科學(xué)第三卷第一期的14-18頁。這篇文章提供了對(duì)會(huì)聚墊拋光相關(guān)的附加描述，在此完整地將其專利申請(qǐng)說明書引入本文作為參考，用于各種用途。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖17是說明拋光一組光學(xué)元件方法的簡(jiǎn)化流程圖。方法1700包括使用隔板和拋光工序拋光第一子組光學(xué)元件。這種拋光工序的特點(diǎn)是峰谷高度小于第一預(yù)先設(shè)定植(1710)。該方法還包括確定峰谷高度是大于還是等于第一預(yù)先設(shè)定值(1712)。一旦峰谷高度達(dá)到第一預(yù)先設(shè)定的值，第一子組光學(xué)元件中的最后一個(gè)光學(xué)元件即被移除，而且拋光系統(tǒng)在沒有光學(xué)元件的情況下運(yùn)行一段時(shí)間(1714)。這段時(shí)間之后，即可以確定峰谷高度降至小于第二預(yù)先設(shè)定值(1716)。在某些實(shí)施例中，第二預(yù)先設(shè)定值小于第一預(yù)先設(shè)定值。在其他實(shí)施例中，第二預(yù)先設(shè)定值等于第一預(yù)先設(shè)定值。
[0058]在某些實(shí)施例中，在會(huì)聚點(diǎn)調(diào)整期間，拋光系統(tǒng)的操作在沒有光學(xué)元件、光學(xué)元件中的一個(gè)(以下可替代實(shí)施例中探討的)、不同于隔板或光學(xué)元件的裝置、或者等等的情況下利用隔板。因此，用于調(diào)整會(huì)聚點(diǎn)的除了隔板之外的形狀包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0059]一旦峰谷高度達(dá)到第二預(yù)先設(shè)定值，第二子組的光學(xué)元件采用隔板和拋光工序拋光，其特征在于峰谷高度小于第一預(yù)先設(shè)定值(1718)。
[0060]在一個(gè)可替代的實(shí)施例中，峰谷高度隨著拋光時(shí)間的推移在反方向上增大，圖17說明的方法能夠被改進(jìn)以移除隔板并拋光沒有使用隔板的一組光學(xué)元件或一組虛擬光學(xué)元件中的一個(gè)，從而改進(jìn)工序1714。因此，使用這種互補(bǔ)校正法能夠調(diào)整在負(fù)方向上增長(zhǎng)的峰谷高度。
[0061]相據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖3A是一個(gè)簡(jiǎn)化圖，示出了用于改變?cè)夹螤畹膾伖鈺?huì)聚。在圖3A中，光學(xué)元件是具有低寬高比的圓形工件。如圖3A所示，實(shí)驗(yàn)79中，工件(即光學(xué)元件)上的峰谷變量最初大約是7 μ m(即大約14個(gè)波)然后降至大約-1 μ m(即大約2個(gè)波)。實(shí)驗(yàn)80中，峰谷變量最初大約是-7 μ m然后降至大約-1.5 μ m。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種會(huì)聚拋光技術(shù)，該會(huì)聚拋光技術(shù)與光學(xué)元件的最初變量無關(guān)地實(shí)現(xiàn)會(huì)聚為一致的光滑性的光學(xué)拋光。盡管圖3A所示的當(dāng)前會(huì)聚帶的特點(diǎn)是峰谷變量小于0.5 μ m寬并且是負(fù)的，但是本發(fā)明不限于該特定變量，而且具有集中在O的更小變量的其他帶也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0062]利用本發(fā)明的實(shí)施例，拋光盤和光學(xué)器件形狀之間的不匹配導(dǎo)致形狀會(huì)聚，實(shí)現(xiàn)單次重復(fù)、初始表面獨(dú)立的拋光工藝。在拋光過程中，由于光學(xué)器件和拋光盤不匹配的壓力正?；?，光學(xué)器件將會(huì)聚成與拋光盤相同的形狀。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了會(huì)聚成帶拋光工序，這種工序的特點(diǎn)是具有預(yù)先設(shè)定的峰谷高度，而且峰谷高度長(zhǎng)時(shí)間保持在帶中。[0063]本發(fā)明提供的其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于會(huì)聚的拋光工序在恒定的峰谷變量上終止，而且長(zhǎng)時(shí)間保持在這個(gè)會(huì)聚值上。在傳統(tǒng)的拋光技術(shù)中，為了避免過度拋光，不得不在精確的時(shí)間終止拋光。與之形成對(duì)比的是，會(huì)聚的拋光技術(shù)在單次重復(fù)中自行終止，形成與光學(xué)元件的初始表面無關(guān)的而是以拋光盤的形狀為基礎(chǔ)的期望形狀。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3B是說明低縱橫比圓形光學(xué)元件拋光會(huì)聚的簡(jiǎn)化圖。在圖3B說明的拋光工序中，拋光墊(即從米德蘭陶氏化學(xué)公司購(gòu)得的IC1000?拋光墊)不同于圖3A說明的拋光工序中利用的拋光墊(即從陶氏化學(xué)公司購(gòu)得的Suba?550拋光墊)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3C是說明正方形光學(xué)元件拋光會(huì)聚的簡(jiǎn)化圖。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3D是說明高縱橫比的圓形光學(xué)元件拋光會(huì)聚的簡(jiǎn)化圖。
[0065]如圖3A至圖3D所示，隨著拋光時(shí)間的推移，峰谷高度會(huì)聚到適合于具有不同初始表面形狀的工件以及四個(gè)不同配置的預(yù)先設(shè)定的帶。舉例來說，在圖3C中，使用IC1000?拋光墊拋光低縱橫比的正方形工件；在圖3D中，使用IC1000?拋光墊拋光高縱橫比的圓形(磨過的或拋過光的)工件。這些圖形所示的拋光操作中，具有變化的初始表面形狀特點(diǎn)的工件被統(tǒng)一拋光。所有的工件會(huì)聚成最終的標(biāo)稱平面形狀，從而說明會(huì)聚的全孔徑拋光。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖4A至圖4E是說明在不同的拋光時(shí)間峰谷高度的表面輪廓。圖4A說明的初始表面的峰谷高度變量(PV)是6.5 μ m。圖4B說明的是拋光I個(gè)小時(shí)后的曲面峰谷高度變量PV是4.64 μ m。圖4C至圖4E說明的是隨后的拋光時(shí)間的曲面峰谷高度變量:拋光2小時(shí)PV是3.59μπι(40 ;拋光6小時(shí)PV是-1.04 μ m(4D);拋光24小時(shí)PV是-0.95μπι(4Ε)。如圖4D和圖4Ε所示，在預(yù)定的時(shí)間周期后，會(huì)聚拋光工序在固定的峰谷高度變量處終止。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5Α是說明拋光隔板的簡(jiǎn)化透視圖。圖5Α所示的實(shí)施例中的隔板500包括形狀適合接收?qǐng)A形光學(xué)元件的曲線510。在其他實(shí)施例中，隔板可以是損耗工件，它會(huì)導(dǎo)致拋光墊磨損，抵消由被拋光的光學(xué)元件引起的空間上不均勻的拋光墊磨損。隔板被改造為以便接收稱之為工件的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件具有不同的形狀，包括正方形光學(xué)元件、矩形光學(xué)元件等。隔板500可以包括圖5Β所示的一批材料，例如由25mm不銹鋼或具有足夠硬度和密度的其他材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)層520 ;由3mm橡膠或其他柔性材料構(gòu)成的可塑層522 ;由1.1mm熔融石英或與被拋光的光學(xué)元件相差無幾的其他材料構(gòu)成的拋光層524。依靠達(dá)到期望質(zhì)量的隔板，在不同層利用的材料能夠被改變以提供硬度/質(zhì)量、柔性以及拋光相似性的功能。舉個(gè)例子，結(jié)構(gòu)層可以由鋁或者包括層疊材料的其他密實(shí)材料構(gòu)成，從而優(yōu)選地提供低縱橫比的隔板。盡管圖5A所示的隔板適合圓形光學(xué)元件的拋光，但是包括正方形和矩形在內(nèi)的其他形狀的光學(xué)元件也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0068]由于柔性層的存在，隔板提供了平坦的形狀，使得穿過隔板的常規(guī)的壓力與作用在拋光墊上的壓力保持一致。和橡膠材料相比，例如軟的聚合物、發(fā)泡材料、硅樹脂、或者他們的組合或類似的材料都是可以使用的。柔性層可以根據(jù)需要采用環(huán)氧樹脂或其他粘合劑粘結(jié)在結(jié)構(gòu)層上。拋光層使用和被拋光光學(xué)兀件一樣的材料，在保持同樣的拋光墊磨損率方面是有利的，但是其他的材料也可以在一些特殊的應(yīng)用中作為適合的材料。拋光層使用與被拋光光學(xué)元件不一樣的材料，將會(huì)導(dǎo)致隔板的不同形狀，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講是顯而易見的。如圖5A所示的隔板設(shè)計(jì)，由于隔板(比如0.3psi)而作用在拋光盤上的壓力(比如負(fù)載)，與由光學(xué)元件帶來的壓力是相匹配的。在其他的設(shè)計(jì)中，在隔板和光學(xué)光學(xué)器件之間不同壓力的具體確定，將會(huì)產(chǎn)生不同的隔板形狀。
[0069]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光墊磨損率相對(duì)于徑向距離變化的簡(jiǎn)明圖表。參考圖6，由于工件造成的磨損(比如拋光墊的磨損率)相對(duì)于拋光機(jī)中心的距離的變化，在圖中用向右側(cè)傾斜的陰影線表示。曲線下的這片區(qū)域顯示了如果你剛剛將光學(xué)元件放在拋光墊上，拋光墊有多少將要磨損。在所示的圖表中，光學(xué)元件(也可以稱作光學(xué)器件)被定位在距離拋光機(jī)中心25mm的地方,其直徑為100mm。在光學(xué)器件與拋光墊沒有接觸的區(qū)域(比如，從0-25mm)，這里沒有拋光墊的磨損，導(dǎo)致了在這個(gè)區(qū)域內(nèi)拋光墊磨損率為零類似的零拋光墊磨損區(qū)域還出現(xiàn)在直徑距離大于125_的區(qū)域?？紤]到所示磨損率，隨著時(shí)間的進(jìn)行，該曲線的反面將是拋光過程中在拋光墊上磨損的溝槽的形狀。
[0070]由隔板帶來的拋光墊磨損(在圖中由向左傾斜的陰影象線表示的互補(bǔ)磨損)被提供用來使得拋光墊的整體磨損率相對(duì)于距離(C)保持不變。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是顯而易見的，不變的數(shù)值和由工件帶來的磨損之間的不同將給產(chǎn)生如圖表中所示的磨損率的隔板的形狀設(shè)計(jì)提供引導(dǎo)。
[0071]拋光墊的磨損率可以由工件(比如光學(xué)元件)帶來的拋光墊磨損和隔板帶來的拋光墊磨損的組合來表示。
【權(quán)利要求】
1.一種用于拋光光學(xué)兀件的拋光系統(tǒng)，該拋光系統(tǒng)包括: 具有徑向尺寸的拋光墊；以及 隔板，所述隔板被布置在所述拋光墊上并且被構(gòu)造成用以部分地圍繞所述光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)元件在所述徑向尺寸的范圍內(nèi)接觸所述拋光墊，并且所述拋光墊的磨損率在所述徑向尺寸的范圍內(nèi)相對(duì)于徑向尺寸基本上是不變的。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件包括圓形透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述隔板包括: 結(jié)構(gòu)層； 柔性層；和 拋光層。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)層的密度比所述柔性層或所述拋光層的密度更高。
5.如權(quán)利要求3所述的拋光系統(tǒng),其中,所述光學(xué)兀件包括光學(xué)材料，并且所述拋光層包括所述光學(xué)材料。
6.如權(quán)利要求5所述的拋光系統(tǒng),其中,所述光學(xué)材料包含熔融石英。
7.如權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述拋光墊是可操作的，以便接收拋光液，所述拋光液包括添加劑和放入熔劑中的研磨劑成分。
8.如權(quán)利要求7所述的`拋光系統(tǒng)，其中，所述添加劑包括表面活性劑。
9.如權(quán)利要求8所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述表面活性劑包括陰離子表面活性劑。
10.如權(quán)利要求8所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述表面活性劑包括陽離子表面活性劑。
11.如權(quán)利要求1所述的拋光系統(tǒng)，還包括圍繞所述拋光墊的腔室，所述腔室的濕度高于周圍環(huán)境的濕度。
12.如權(quán)利要求11所述的拋光系統(tǒng)，其中，所述濕度基本上是100%。
13.如權(quán)利要求1所述拋光系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件的峰谷高度在預(yù)設(shè)的拋光時(shí)間后穩(wěn)定在固定值處。
14.一種高濕度拋光系統(tǒng)，所述拋光系統(tǒng)包括: 拋光單元，所述拋光單元包括拋光墊； 拋光液傳送系統(tǒng)，所述拋光液傳送系統(tǒng)是可操作的，以向所述拋光墊提供拋光液；以及 包圍所述拋光單元的外殼，其中，所述外殼內(nèi)的濕度足以防止所述拋光液大體上變干。
15.如權(quán)利要求14所述的高濕度拋光系統(tǒng)，其中，所述外殼內(nèi)的濕度高于周圍環(huán)境的濕度。
16.如權(quán)利要求15所述的高濕度拋光系統(tǒng)，其中，所述外殼內(nèi)的濕度基本上是100%。
17.如權(quán)利要求14所述的高濕度拋光系統(tǒng)，其中，所述拋光液包括溶劑、放入溶劑中的研磨劑成分以及放入溶劑中的添加劑。
18.如權(quán)利要求14所述的高濕度拋光系統(tǒng)，其中，所述拋光單元還包括隔板，所述隔板鄰近所述拋光墊布置并且構(gòu)造成用以部分地圍繞光學(xué)元件，所述光學(xué)元件在所述拋光墊的徑向尺寸范圍內(nèi)接觸所述拋光墊，并且所述拋光墊的磨損率在所述徑向尺寸范圍內(nèi)相對(duì)于徑向尺寸基本上是不變的。
19.如權(quán)利要求18所述的高濕度拋光系統(tǒng)，其中，所述拋光液包括溶劑、放入溶劑中的研磨劑成分以及放入溶劑中的表面活性劑。
20.—種用于拋光光學(xué)兀件的拋光液系統(tǒng),所述拋光液系統(tǒng)包括: 溶劑； 放入溶劑中的研磨劑成分；以及 放入溶劑中的表面活性劑。
21.如權(quán)利要求20所述的拋光液系統(tǒng)，其中，所述溶劑包括水。
22.如權(quán)利要求20所述的拋光液系統(tǒng)，其中，所述研磨劑成分至少包括二氧化鈰或Hastilite Po 之一。
23.如權(quán)利要求20所述的拋光液系統(tǒng)，其中，所述表面活性劑包括陰離子型表面活性劑。
24.如權(quán)利要求23所述的拋光液系統(tǒng)，其中，所述陰離子型表面活性劑至少包括μ-90或十二烷基硫酸銨之一。
25.如權(quán)利要求20所述的拋光液系統(tǒng)，其中，所述表面活性劑包括陽離子型表面活性劑。
26.如權(quán)利要求20所述的拋光液系統(tǒng),還包含螯合劑。
27.一種將工件安裝至襯 底的方法，該方法包括: 確定峰谷高度值； 確定與浙青面積相關(guān)的值； 計(jì)算浙青的相對(duì)面積； 計(jì)算小球半徑； 計(jì)算浙青小球的數(shù)量； 將N個(gè)浙青小球聯(lián)接到工件；以及 將N個(gè)浙青小球聯(lián)接到襯底。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述峰谷高度值取決于與固體浙青層相關(guān)的峰谷高度的測(cè)量結(jié)果。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，浙青的相對(duì)面積等于與浙青面積相關(guān)的值除峰谷高度值。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，N個(gè)浙青小球之間的間距基本上是一致的。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，將N個(gè)浙青小球聯(lián)接到工件包括將N個(gè)浙青小球施加到被聯(lián)接到工件的帶層。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述工件包括光學(xué)元件并且所述襯底包括光學(xué)平面。
【文檔編號(hào)】B24B7/04GK103534062SQ201280014310
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月21日
【發(fā)明者】T·I·蘇拉特瓦拉, W·A·斯蒂爾, M·D·菲特, R·P·德斯賈登, D·C·梅森, R·J·迪拉-斯皮爾斯, L·L·王, P·E·米勒, P·杰拉格蒂, J·D·巴德 申請(qǐng)人:勞倫斯利弗摩爾國(guó)際安全有限責(zé)任公司