収束研磨：高品質の光学フラット＆球のシンプル、迅速、全開口研磨プロセス

収束研磨の全体的な目標は、ガラスワークピースを研磨面から最終的な研磨形状まで、初期表面形状に関係なく、わずか1回の反復で優れた表面品質で研磨することです。これは、従来の研磨に関連する複雑さを軽減する技術を使用したポリッシャーの実装によって達成されます。収束研磨の重要なステップは、ポリッシャー用のワークピース固有のセプタムウェイトを準備することで、パッドの摩耗を補正し、より均一な温度とスラリー分布を可能にします。

次に、自然圧力繰り込みプロセスを通じて最終的な所望の表面形状に収束を達成するために、固定されたパラメータセットの下で研磨が行われ、その結果、265ミリメートル四方のすりガラスワークピースが1回の4時間の研磨反復で330ナノメートルのピークから谷面の図を繰り返し達成することが示されています。フルアパーチャーの従来の研磨のような既存の方法に対するコンバージョン研磨の主な利点は、ワークピースが1回の反復で固定された研磨パラメータの下で優れた表面形状と品質を達成し、より迅速で低コストの仕上げプロセスにつながることです。これに対し、従来の全開口研磨法では、熟練した眼鏡技師による研磨、計測、プロセス変更の複数の反復サイクルが必要でした。

収束研磨は、これからこれまでのすべてのボックスの図に示されているように、従来の研磨の固有の複雑さを減らすことによってのみ可能になります。これには、さまざまなメカニズムの材料除去の均一性の空間的除去を排除する技術の使用が含まれます。さらに、不正な粒子が研磨システムに入るのを防ぎ、研磨プロセス中に生成された粒子を積極的に除去します。これにより、引っかき傷がほとんどまたはまったくなく、表面の粗さが低くなります。

このプロトコルでは、シザーコンバージェントポリッシャーを使用して、ピークからバレーまでの測定が330ナノメートルで、スクラッチ密度が低いフラットな研磨面を実現します。ポリッシャーには、厚さ50ミルのポリウレタン研磨パッドで覆われた花崗岩のラップベースがあります。ポリッシャーの主な特徴は、ワークピースとラップサイズの両方に応じて形状と重量が異なる、ジョブ固有のセプタムウェイトです。

このデモンストレーションのワークピースは、265 x 265 x 8 立方ミリメートルの溶融シリカガラスフラットです。研磨パッドは、最初の使用前と、約100時間ごとの研磨後にコンディショニングする必要があります。これを行うには、50ミリメートルの丸いダイヤモンド固定、研磨剤入り化学機械研磨、または重りにテープで固定されたCMPコンディショナーを使用します。

重量は0.6ポンド/平方インチの圧力を提供し、ポリッシャーのリングマウントに収まります。脱イオン水の流れを開始し、ラップを25RPMで回転させます。1か所で5分間コンディショニングを行った後、コンディショナーを半径方向に25ミリメートル動かします。

コンディショニング装置のコンディショニングと取り外しの後、パッドは超音波クリーナーで洗浄する準備が整います。脱イオン水が流れる状態でラップを5RPMで回転させます。超音波洗浄機を各放射状の位置に2分間塗布して、残留スラリーとガラス製品を除去します。

パッドを清掃した後、カスタムセプタムウェイトに注意を向けます。ワークピースの場合、セプタムウェイトとそれに対応するセプタム材料が互いに取り付けられます。これを行うには、ウェイトの表面に両面フォームテープを接着し、張り出したフォームテープを素材の形状と重量に合わせてトリミングします。

表面が覆われたら、おもりとセプタム材を合わせて貼り付けます。次に、二酸化ケイ素と脱イオン水の研磨スラリーを11リットルのバケツに4つの濃度で調製します。pHを9.5に調整するには、10モルの水酸化カリウムを約5滴加えます。

また、約120ミリリットルの界面活性剤を追加します。ろ過システムに所望のスラリーが取り付けられたボームフロートを使用してボーム濃度を確認し、ろ過システムに所望のCMP粒子フィルターがあることを確認します。次に、システム内でスラリーの循環を開始し、スラリーが循環したときに数時間継続させますしばらくの間、分析のためにスラリータンクからサンプルを収集します。

たとえば、この単粒子光学センシング機器を使用して粒度分布を測定すると、分布の最後端に大きな粒子がないことが分布を示す必要があります。ここで、緑色のデータポイントは、このプロトコルに使用されるスラリーを表しています。ワークピースの準備は、ワークピースを覆うのに十分な量の緩衝酸化物(エッチング)を使用してエッチングすることから始まり、ワークピースをエッチングに浸し、6時間そこに保持して表面から10マイクロメートルを除去します。

エッジタンクからワークを回収した後、脱イオン水で激しくすすいでください。ピースが通過した場合は、ピースを垂直に風乾させます。検査は、オーブンを摂氏70度に予熱してブロッキングの準備をします。

一方、グルーガンでは、ポリッシャーからブロッキングプレートへの塗布ごとにブロッキングピッチを摂氏95度に加熱します。準備ができたら、事前に計画されたパターンに従って、ブロッキングピッチの液滴をその面に置きます。このデモンストレーションでは、液滴は 26 mm 間隔で 9 x 9 の配列を形成する必要があります。

液滴を作り、上に向けて、ブロッキングプレートを摂氏70度のオーブンに置きます。次に、ワークピースを使用して、テープを貼り付けるときに研磨しない面にテープを貼り付け、気泡の発生やテープの伸びを避けます。テーピングが完了すると、オーブンから取り出されたブロッキングプレートにワークピースを貼り付ける準備が整います。

ブロッキングプレートの液滴にテープを下にして置きます。アセンブリを摂氏70度のオーブンに1.5時間置きます。その後、室温まで1時間あたり摂氏10度で冷まします。

次に、対流を最小限に抑えるためにアセンブリを覆います。ポリッシャーで、スラリーの乾燥を防ぐために、環境チャンバー内の湿度システムをオンにします。次に、準備したセプタムウェイトをポリッシャーに取り付けて取り付けます。

詰まったワークピースが室温になったら、ポリッシャーに取り付け、ブームを下げて所定の位置に保持します。ろ過システムからのスラリーの流れを毎分1ガロンの速度で開始します。25 RPMの回転速度と75ミリメートルの半径方向のストロークを使用してワークピースを研磨します。

これを4時間続けます。4時間の終わりに、ラップの動きとスラリーの流れでワークピースアセンブリを沈めるのに十分な脱イオン水の浴を準備しています。ポリッシャーからワークアセンブリを取り外します。

それを脱イオン水に持っていき、水に浸した状態で浸します。ワークピースの表面を清潔な部屋の布で拭いてください。詰まったアセンブリをバスから取り外し、脱イオン水でスプレーすすぎます。

次のステップは、ワークピースのブロックを解除することです。研磨面には注意し、シムをワークブロック界面に挿入して2個を分離することにより、ブロッキングを解除します。分離したら、ワークピースの表面からテープをはがし、脱イオン水でワークピースを激しくすすぎます。

続行する前に、ワークピースを垂直に風乾させます。その間、ワークピースの反対側に対処するために、ブロッキングと研磨の手順を繰り返す準備をします。両面が研磨されたら、特性評価のためにワークピースを干渉計に取り付けます。

ワークピースの両側で反射および透過した波面を測定します。干渉計の後、ワークピースを明るい光の検査ステーションに取り付けます。光学製造の標準的な方法を使用してスクラッチディグ特性を測定します。

特性評価後、完成したワークピースは、研磨面との接触が最小限に抑えられる容器に保管します。これは、正方形のワークピースの収束研磨プロトコルの最終出力です。何が起こったのかをよりよく理解することは、これらの典型的な初期および最終的な表面の数値によって提供されます。

265ミリメートル四方の溶融シリカフラットの場合、PVQは山から谷の表面までの高さです。高データポイントと低データポイントの1%を割り引いた後、プロセスの再現性は、研磨パラメータを変更することなく、ワークピースを同じ最終表面形状に収束させ、初期表面形状とは無関係になります。これは、丸いピースと正方形のピースの両方から生成された追加のビフォーアフターサーフェスフィギュアです。

収束研磨プロトコルは、さまざまなガラス組成、形状、サイズ、および最終表面形状のワークピースに使用できます。この比較的単純な手順は、収束を機能させ、高い表面品質を可能にする多数の技術によってのみ可能になることを覚えておくことが重要です。これらには、新しい形状のセプタム、バルク酸エッチング、ピッチボタンブロッキング、ラジアルストローク、密閉、高湿度研磨チャンバーエンジニアリングろ過システム、新しい化学スラリー、安定化、およびin-situ超音波パッド処理が含まれます。

コンバージェントポリッシングを習得すれば、光学面を4時間で仕上げることができます。これは、1つのワークピースと1つの8時間のシフトです。フラット、対称的な球、さまざまな形状とサイズ、さまざまなガラス組成の球を仕上げることができます。