專利名稱：制造工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造工件的方法，用于高精度地加工工件，典型的工件為光學(xué)元件例如透鏡或反射鏡、金屬例如模具以及半導(dǎo)體元件襯底例如硅片。
背景技術(shù)：
以光學(xué)元件例如透鏡或反射鏡、金屬例如模具以及半導(dǎo)體元件襯底例如硅片為典型的工件要求高精度加工。在加工步驟中，對工件的整個工件表面進行成形并去除周期為大約Imm到IOmm的起伏(稱為波紋)和頻率范圍等于或低于該周期的粗糙度。這樣的研磨不是在一次研磨加工中完成，而是通過重復(fù)多個工序來執(zhí)行，這些工序采用工具的不同運動、不同類型的工具和不同的研磨液。特別地，將要安裝在光刻機中的光學(xué)元件(大工件)通常是利用這樣的工 具來加工，該工具的將要與光學(xué)元件接觸的面積小于待加工部分的面積。例如，已知一種加工方法，其中，當(dāng)圍繞大體上與工件表面平行的軸旋轉(zhuǎn)的輪胎型工具被壓靠在工件表面上的同時，輪胎型工具和工件相對彼此移動，從而加工工件表面(下文中，該方法稱為“輪胎法”)。另外，還已知采用磁流變研磨工具的方法，其中，把包含研磨材料的磁流變流體在磁流變流體磁性地硬化的狀態(tài)下供應(yīng)到工具和工件表面之間，并且通過使工具和工件相對彼此移動來加工工件。此外，還已知利用離子束的加工方法。注意，在下面的描述中，通過固定工具和移動工件來執(zhí)行加工，但是也可以通過移動工具和工件中的至少一個來執(zhí)行加工。有些情況下，在單位去除形狀中產(chǎn)生各向異性，該單位去除形狀是當(dāng)工具停止在工件上的給定位置并且工件經(jīng)過單位時間的加工時形成在工件中的。例如，圖4示出了通過輪胎法獲得的單位去除形狀。這里，單位去除形狀在X軸方向和Y軸方向具有不同的橫截面形狀。在工具與工件接觸的旋轉(zhuǎn)表面中，在旋轉(zhuǎn)軸方向(在圖4中的X軸方向)的接觸壓力分布不同于在垂直于旋轉(zhuǎn)軸方向的方向(在圖4中的Y軸方向)的接觸壓力分布，因此在單位去除形狀中產(chǎn)生各向異性，并且去除敏感性具有各向異性。一般，與球形工具(球形工具接觸工件的接觸面是圓形的，以形成各向同性的接觸壓力分布)不同，非球形的輪胎型工具具有各向異性的接觸壓力分布和各向異性的單位去除形狀。注意，即使在球形工具中，在施加研磨液方面或在工具的旋轉(zhuǎn)方向上球形工具具有各向異性的情況下，在單位去除形狀中也會產(chǎn)生各向異性。因此，在很多情況下，當(dāng)在工具旋轉(zhuǎn)軸的方位與工具運動方向(掃描方向)一致的情況下移動工具時和當(dāng)在旋轉(zhuǎn)軸方位與工具運動方向垂直的情況下移動工具時，這兩者之間的加工敏感性存在差異；并且，在與作為加工目標(biāo)的設(shè)計形狀和加工后的形狀之間的差值對應(yīng)的加工殘余量也存在差異。因此，日本專利申請?zhí)亻_NO.H09-267244描述了一種方法，其中，當(dāng)用具有各向異性的工具研磨工件表面時，通過多次重復(fù)以下步驟來執(zhí)行研磨，該步驟是每次用工具研磨工件表面時，把工件相對于工具的掃描方向旋轉(zhuǎn)給定的角度。然而，在日本專利申請?zhí)亻_No. H09-267244中描述的加工方法中，需要多次研磨工件表面，這導(dǎo)致的問題是需要相當(dāng)長的加工時間。此外，在日本專利申請?zhí)亻_No. H09-267244描述的加工方法中，當(dāng)把工件相對于工具的掃描方向旋轉(zhuǎn)給定的角度時，有些情況下，取決于工具運動方向和工件相對于工具的方位的結(jié)合，加工精度減小了。因此，為了減少加工時間，設(shè)想的是在一次加工中加工工件表面。然而，在這種情況下，有時候取決于工具運動方向和工件相對于工具的方位的結(jié)合，加工精度也減小了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造工件的方法，該方法能夠通過調(diào)節(jié)工件相對于工具的相對運動方向而在一次加工中高精度加工工件。根據(jù)本發(fā)明示意性的實施例，提供了一種制造工件的方法，用于通過使工件和在單位去除量中具有各向異性的工具進行相對掃描來加工工件，該方法包括根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的單位去除量，計算在各個位置的第一駐留時間，并且進一步根據(jù)第一駐留時間和單位去除量來計算第一計算去除量，從而確定第一差值，該第一差值作為第一計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值；和改變工件和工具的·相對方位，在改變后的相對方位，根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的單位去除量來計算在各個位置的第二駐留時間，并且進一步根據(jù)第二駐留時間和單位去除量來計算第二計算去除量，從而確定第二差值，該第二差值作為第二計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值，其中，當(dāng)?shù)诙钪敌∮诘谝徊钪禃r，在工具和工件定位成具有改變后的相對方位的狀態(tài)下加工工件。根據(jù)本發(fā)明另一示意性的實施例，提供了一種制造工件的方法，用于通過使工件和在單位去除量中具有各向異性的工具進行相對掃描來加工工件，該方法包括使工件和工具的相對方位改變多個相對旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的單位去除量，計算對于所述多個相對旋轉(zhuǎn)角度中每一個相對旋轉(zhuǎn)角度的在各位置的駐留時間，并且進一步根據(jù)駐留時間和單位去除量來計算出計算去除量，從而確定在計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值；和把分別對于所述多個相對旋轉(zhuǎn)角度計算的差值進行相互比較，從而確定具有最小差值的相對旋轉(zhuǎn)角度，其中，在工具和工件定位成具有所確定相對旋轉(zhuǎn)角度的方位的狀態(tài)下加工工件。根據(jù)本發(fā)明的制造工件的方法，改變單位去除形狀和工件的相對方位，把旋轉(zhuǎn)研磨工具的旋轉(zhuǎn)軸和工件的相對位置設(shè)定成具有在對于各個相對方位確定的計算去除形狀和目標(biāo)去除形狀之間差值之中差值最小的相對方位，并且在此狀態(tài)下對工件加工。因此，本發(fā)明制造工件的方法能夠在一次掃描中誤差小地加工工件，并且因此可以增加工件表面的精度和通過減少重復(fù)加工的次數(shù)來改進加工效率。從下面參考附圖對示意性實施例的描述中，本發(fā)明進一步的特征將變得顯而易見。


圖I是用于實施本發(fā)明制造方法的加工設(shè)備的示意性主視圖。圖2A和2B是示出了工具和XY工作臺的相對運動的視圖，其中，圖2A是工具和XY工作臺的局部放大圖，圖2B是圖2A的俯視圖并且示意性地示出了工具在工件表面上的加工路線。圖3是示出了本發(fā)明制造方法的流程圖。圖4示出了單位去除形狀。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例在工件加工之前具有貝殼圖形的工件表面的俯視圖。圖6示出了當(dāng)工件在圖5的位置加工時工件表面的加工殘余形狀。圖7示出了當(dāng)對放置在通過把圖5的位置相對于XY工作臺旋轉(zhuǎn)45度獲得的位置處的工件加工時工件表面的加工殘余形狀。圖8示出了當(dāng)對放置在通過把圖5的位置相對于XY工作臺旋轉(zhuǎn)90度獲得的位置處的工件加工時工件表面的加工殘余形狀。 圖9是在本發(fā)明實例中在工件加工之前工件表面的俯視圖。圖10的曲線圖示出了在本發(fā)明實例中目標(biāo)去除形狀相對于單位去除形狀的相對旋轉(zhuǎn)角度和加工殘余之間的關(guān)系。圖11示出了在本發(fā)明的實例中當(dāng)對在圖9的位置處的工件加工時工件表面的加工殘余形狀。圖12示出了當(dāng)對放置在通過把圖9的位置相對于XY工作臺旋轉(zhuǎn)42度獲得的位置處的工件加工時工件表面的加工殘余形狀。
具體實施例方式下文中，描述了在本發(fā)明實施例中的制造工件的方法。文中的數(shù)值是參考值，并不意味著對本發(fā)明的限制。圖I是用于實施本發(fā)明的制造工件的方法的加工設(shè)備的示意性的主視圖。用于加工工件W的工件表面Wa的輪胎型工具I與電機2的旋轉(zhuǎn)軸2a連接。電機2以預(yù)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)工具I。電機2設(shè)置在載荷控制設(shè)備4中。該載荷控制設(shè)備4設(shè)置在傾動機構(gòu)5中。傾動機構(gòu)5設(shè)置在研磨頭3中。研磨頭3設(shè)置在Z工作臺6中。工件W可移除地固定在XY工作臺8上。在上述的結(jié)構(gòu)中，載荷控制設(shè)備4以預(yù)定載荷將工具I壓靠在工件W上。傾動機構(gòu)5能夠使工具I、電機2和載荷控制設(shè)備4 一同相對于研磨頭3和Z工作臺6而沿前后方向和左右方向傾動。Z工作臺6能夠使研磨頭3、傾動機構(gòu)5、載荷控制設(shè)備4、電機2和工具I 一同在Z軸方向移動(升降)。XY工作臺8能夠在X軸方向(左右方向)和Y軸方向(前后方向)的平面上移動。通過控制設(shè)備9的控制來操作電機2、Z工作臺6、XY工作臺8和傾動機構(gòu)5。控制設(shè)備9基于終端PC (個人計算機)10的操作信號來執(zhí)行控制操作。通過在控制設(shè)備9的控制下Z工作臺6、XY工作臺8和傾動機構(gòu)5各自的操作，工具I在依照工件W的加工形狀的曲率而傾動的同時在工件W上的各位置之間移動(掃描)。從終端PCio把工具I相對于工件W的相對掃描圖形和工具I在工件的各個位置的運動速度數(shù)據(jù)輸入到控制設(shè)備9。此時，在電機2和載荷控制設(shè)備4使工具I以受控的預(yù)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的同時工具I以預(yù)定的載荷垂直地壓靠在工件表面上，并且工具I在加工工件W的同時移動。圖2Α是工具I和XY工作臺8的局部放大圖。圖2Β是圖2Α的俯視圖，并且示意性地顯示了工具在工件表面上的研磨路線。
當(dāng)工件W在XY工作臺8上沿X軸方向和Y軸方向移動時，工具I在工件W上產(chǎn)生如圖2B所示的掃描圖形，以加工工件表面Wa。在這個實施例中，加工是通過固定工具I和移動工件W實施的。然而，僅需要通過移動工具和工件的至少一個來實施加工，并且加工不限制于該實施例中的方式。接下來，根據(jù)圖3的流程圖，將描述制造工件W的方法。首先，確定工件在各個位置的目標(biāo)去除量。具體地，目標(biāo)去除量可以通過例如下面的方法確定。終端PClO利用形狀測量設(shè)備(未顯示)實施對工件表面Wa的形狀的測量(SI)，并且計算目標(biāo)去除形狀，作為通過測量獲得的形狀與預(yù)存的設(shè)計形狀之間的差值(S3)。因此，確定了目標(biāo)去除量。也就是說，終端PClO計算加工量。當(dāng)測量工件表面Wa的形狀時，工件W固定到XY工作臺上，并且工件W固定在與當(dāng)工件W加工時工件W被固定的位置和方向相同的位置和方向。也就是說，工件的工件表面定位在XY平面中轉(zhuǎn)動方向上(平面內(nèi)轉(zhuǎn)動方向)確定的位置。 接著，終端PClO獲得單位去除形狀作為單位去除量，即工具在每單位時間的加工量(S5)。通過利用當(dāng)工件在實際研磨時使用的工具來加工與工件具有相同材料的光滑試樣(試驗工件)而獲得單位去除形狀。單位去除形狀是在給定時間(單位時間)內(nèi)不使工具和試樣相對彼此移動的情況下加工試樣或試驗工件時加工去除部分的形狀。通過形狀測量設(shè)備(未顯示)計算加工去除部分的形狀，以獲得單位去除形狀。此時，試樣相對于試驗工具旋轉(zhuǎn)軸的方位與實際加工工件時工件相對于工具旋轉(zhuǎn)軸的方位相同。另外，假定的是，在通過載荷控制設(shè)備4向工具施加給定載荷的同時，在單位時間內(nèi)不移動的情況下工具研磨試樣的給定部分。圖4示出了單位去除形狀的實施例，并且單位去除形狀形成為使試樣壓陷。注意，步驟S5可以在步驟SI之前執(zhí)行。隨后，根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的單位去除量，計算在各個位置的第一駐留時間。具體地，根據(jù)目標(biāo)去除形狀(在工件各個位置的目標(biāo)去除量)和單位去除形狀(單位去除量)，終端PCio計算駐留時間分布(在工件各個位置的第一駐留時間)(S7)。駐留時間分布表示在工件W各個位置相對于工具的運動速度分布狀態(tài)。通過用試驗加工的每單位時間加工量除目標(biāo)去除形狀來計算駐留時間分布。注意，作為計算駐留時間的方法,例如已知以下的方法。例如,在日本專利申請?zhí)亻_No. H10-337638中提出的方法中，優(yōu)化駐留時間分布的逼近函數(shù)，使得在目標(biāo)去除形狀和基于駐留時間實施加工時預(yù)期要被去除的計算去除形狀之間差值平方的總和減小。另外，還提出了利用傅里葉變換的方法(參見《精密工程期刊》，Journal Precision Engineering, 62, (1996), 408)。在作為工件加工量的目標(biāo)去除形狀較大的部分中，工具駐留的時間(駐留時間)長。然后，根據(jù)第一駐留時間和單位去除量來計算第一計算去除量，和計算第一差值，該第一差值是在第一計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值。具體地，終端PClO計算加工殘余形狀(第一差值)(S9)。一般，采用具有給定三維形狀的單位去除形狀，因此，即使當(dāng)加工是依照駐留時間分布而實施時，也不是必定能夠?qū)嵤┚_符合目標(biāo)去除形狀的加工。注意，如果單位去除形狀是無限小的點，那么能夠?qū)崿F(xiàn)精確符合目標(biāo)去除形狀的加工。因此，計算出在通過計算獲得的計算去除形狀(在工件各個位置的第一計算去除量)和目標(biāo)去除形狀(在工件各個位置的目標(biāo)去除量)之間的差值作為加工殘余形狀(在工件各個位置的第一差值)(S9)，計算去除形狀是基于駐留時間分布在控制工件相對于工具的運動速度的同時加工工件時預(yù)期要去除的形狀。注意，可以通過把單位去除形狀(單位去除量)與在工件W各個位置的駐留時間相乘來計算出計算去除形狀(例如，參見日本專利申請?zhí)亻_No. H10-337638)。接下來，改變工件和工具的相對方位。在改變的相對方位，根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間加工量的單位去除量，計算在各個位置的第二駐留時間，進一步地根據(jù)第二駐留時間和單位去除量計算第二計算去除量，和計算第二差值，該第二差值是第二計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值。具體地，工具是輪胎型工具，并且具有在如圖4所示單位去除形狀中出現(xiàn)的各向異性，這是因為工具的接觸壓力分布相對于工件表面Wa具有各向異性。單位去除形狀具有各向異性，從而加工殘余的分布根據(jù)工具相對于工件表面Wa的方位不同而不同。也就是說，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸2a (作為電機2和工具I 二者的旋轉(zhuǎn)軸)的方位與圖2B中所示工件的運動方向一致時的加工殘余分布與當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸2a的方位垂直于工件的運動方向(未顯示)時的加工殘余分布是不同的。因此，終端PClO計算當(dāng)工件表面相對于工具I的旋轉(zhuǎn)軸2a在0_90度的范圍內(nèi)旋 轉(zhuǎn)時的加工殘余形狀。也就是說，終端PCio計算在從O度到90度的角度范圍內(nèi)的加工殘余形狀(S9)(第二差值)，在O度時，電機2的旋轉(zhuǎn)軸2a的方位與工件的運動方向一致，在90度時，旋轉(zhuǎn)軸2a的方位與工件的運動方向垂直。當(dāng)?shù)诙钪敌∮诘谝徊钪禃r，在工具和工件定位成具有改變的相對方位的狀態(tài)下加工工件。在這種情況下，如圖4所示，在單位去除形狀中，該單位去除形狀是單位時間去除量的形狀并且相對于單位線CL對稱，計算出在作為相對方位的從O度到90度的相對旋轉(zhuǎn)角度的加工殘余形狀就足夠了。然而，在相對于線不對稱的形狀中，必須計算從O度到180度的加工殘余形狀。下面描述計算加工殘余形狀的方法。該實施例的工具是形成如圖4所示單位去除形狀的工具，因此假定的是，確定當(dāng)工件在O度到90度的旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)至少一次時獲得的加工殘余形狀，或確定在該實施例中每當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)15度(角度并不限于15度)時獲得的加工殘余形狀。假定工件的工件表面Wa具有如圖5所示的貝殼圖形。假定工具執(zhí)行加工以去除貝殼圖形的黑色直線部分。另外，假定貝殼圖形的目標(biāo)去除形狀具有在有效表面中為35. 35納米的均方根(RMS)粗糙度。工具的單位去除形狀具有在Y軸方向伸長的形狀，如圖4所示。單位去除形狀的橫截面形狀在X軸方向比在Y軸方向變化得更急劇。當(dāng)對各個橫截面形狀進行頻率分解并且用波長和光譜強度之間的關(guān)系來替代時，X軸方向具有比Y軸方向更高的頻率分量。這表明，工具可以去除在X軸方向比Y軸方向具有更多高頻率分量的形狀，并且去除精度隨方位不同而不同。在圖5中所示的目標(biāo)去除形狀大體上在Y軸方向具有波紋。結(jié)果，很難通過利用具有在圖4中所示方位的單位去除形狀來實現(xiàn)具有如圖5所示方位的工件W的形狀去除。因此，使具有圖5的目標(biāo)去除形狀的工件W相對于工具旋轉(zhuǎn)，并且改變工件W在XY工作臺8上的放置位置。當(dāng)工件W旋轉(zhuǎn)以使目標(biāo)去除形狀的波紋方向變成靠近X軸方向時，促進了波紋(粗糙度)的去除，也減小了加工殘余。圖6示出了圖5的目標(biāo)去除形狀的加工殘余形狀(差值)的計算結(jié)果。(目標(biāo)去除形狀沒有旋轉(zhuǎn)。)。圖7和圖8示出了當(dāng)圖5的目標(biāo)去除形狀分別旋轉(zhuǎn)45度和90度時的加工殘余形狀(對應(yīng)于相對旋轉(zhuǎn)角度的相應(yīng)差值)的計算結(jié)果。在圖7的工件表面的左側(cè)部分和圖8的工件表面的上部中心部分中，加工之前的波紋方向與X軸方向一致，使得加工之后的殘余小于圖6的對應(yīng)部分在加工之后的殘余。也就是說，消除的波紋量增加了。隨后，把對應(yīng)于相對旋轉(zhuǎn)角度的相應(yīng)差值彼此進行比較。從圖6和圖8之間的比較可以看到，與圖6的情況相比，圖8的情況的殘余較少，在圖8的情況中，目標(biāo)去除形狀為貝殼圖形的工件W相對于X軸旋轉(zhuǎn)90度。當(dāng)相對旋轉(zhuǎn)角度是O度時(圖6)在表面中的計算加工殘余為8. 56納米RMS，而當(dāng)相對旋轉(zhuǎn)角度是90度時(圖8)為7. 14納米。因此，當(dāng)工件相對于工具的方位(相對旋轉(zhuǎn)角度)改變?yōu)槭沟霉ぜ砻娴哪繕?biāo)去除形狀的粗糙度顯著存在的方向與工具的加工敏感性高的方向大體上一致時，能有效地去除粗糙度。因此，終端PClO計算和存儲對應(yīng)于各相對旋轉(zhuǎn)角度的加工殘余形狀(差值)(S9, Sll, S15, S7, S9, Sll和S13)，和選擇具有最小加工殘余(差值)的相對旋轉(zhuǎn)角度作為加工條件(S17)。使工件旋轉(zhuǎn)所選擇的相對旋轉(zhuǎn)角度，并將工件放置在XY工作臺8上(S19)。注意，取代讓工件W旋轉(zhuǎn)，可以讓研磨頭3相對于工件旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，必須在加工設(shè) 備中提供Θ軸工作臺(未顯示)，以用于使研磨頭3在水平方向上旋轉(zhuǎn)定位。在上述的貝殼圖形的例子中，使工具旋轉(zhuǎn)90度，并且把工件放置在Θ軸工作臺上。當(dāng)工具放置在XY工作臺上的預(yù)定位置之后，加工設(shè)備11根據(jù)工具的相對掃描圖形和在所選相對旋轉(zhuǎn)角度的駐留時間分布數(shù)據(jù)來加工(研磨)工件(S21)。如上所述，在該實施例的制造工件的方法中，工件W和工具I (作為在單位去除形狀中具有各向異性的旋轉(zhuǎn)工具)彼此抵靠，并通過使工件W和工具I相對于彼此移動來加工工件。在該實施例的制造方法中，主要是根據(jù)下列第一和第二步驟來計算工件和工具的相對方位。第一步驟是這樣的步驟根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的單位去除量來計算在各個位置的第一駐留時間，并且進一步地根據(jù)第一駐留時間和單位去除量來計算第一計算去除量，從而確定第一差值，該第一差值是第一計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值。第二步驟是這樣的步驟改變工件和工具的相對方位，在改變后的相對方位，根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間加工量的單位去除量來計算在各個位置的第二駐留時間，并且進一步地根據(jù)第二駐留時間和單位去除量來計算第二計算去除量，從而確定第二差值，該第二差值是第二計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值。進一步地，當(dāng)?shù)诙钪敌∮诘谝徊钪禃r，在工具和工件定位成具有改變的相對方位的狀態(tài)下加工工件。替代地，該實施例的制造方法包括以下步驟使工件和工具的相對方位改變多個相對旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)在工件各個位置的目標(biāo)去除量和對應(yīng)于所述多個相對旋轉(zhuǎn)角度中每個相對旋轉(zhuǎn)角度的作為單位時間工具加工量的單位去除量來計算在各個位置的駐留時間，并且進一步地根據(jù)駐留時間和單位去除量來計算出計算去除量，從而確定計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值。此外，將分別對應(yīng)于所述多個相對旋轉(zhuǎn)角度計算出的差值彼此比較，從而確定具有最小差值的相對旋轉(zhuǎn)角度，并且在工具和工件定位成具有所確定相對旋轉(zhuǎn)角度的方位的狀態(tài)下加工工件。
因此，在該制造方法中，選擇出在計算去除形狀和目標(biāo)去除形狀之間具有最小差值的工具和工件的相對方位，并且根據(jù)駐留時間分布來加工工件。因此，在該研磨方法中，在根據(jù)駐留時間分布來調(diào)整相對運動速度的同時加工工件，以便獲得設(shè)計的形狀，因此能在一次加工中高精度地加工工件。此外，能在加工以光學(xué)元件(例如透鏡或反射鏡)、金屬(例如模具)和半導(dǎo)體襯底(例如硅片)為代表的工件時適當(dāng)?shù)貞?yīng)用本發(fā)明的制造工件的方法。(實例)圖9是根據(jù)本發(fā)明的實例形成有目標(biāo)去除圖形的工件的俯視圖。工件具有有效直徑為170毫米的圓形，并具有在有效表面為3. 54納米的均方根(RMS)粗糙度。工件的材料是合成石英玻璃。工件表面是非球形。在加工之前通過探針式形狀測量設(shè)備測量工件表面的形狀。根據(jù)通過測量獲得的形狀和設(shè)計的形狀之間的差值，計算出目標(biāo)去除形狀。在實例中工具的直徑是φ20 CS米，并且加工過程中工具的轉(zhuǎn)速為恒定的20赫茲。工具是例如由SUS制造的輪胎型工具，并且在與工件接觸的外周表面上設(shè)置聚氨酯泡沫。 聚氨酯泡沫的硬度例如是Α80度。工具壓靠在工件表面上，使得工具的旋轉(zhuǎn)軸2a垂直于工件表面的法線。通過載荷控制設(shè)備4以150gf的恒定載荷把工具垂直地壓靠在工件表面上。研磨液從出口排出以供給到加工位置，吸入到與出口相對的入口以收集和過濾，然后再次從出口排出。以這樣的方式，研磨液是循環(huán)使用的。研磨液包含氧化鈰磨粒，其濃度例如是
0.5%。在工具重復(fù)在X軸方向的掃描運動和在Y軸方向的進給運動的同時加工工件。在加工期間的平均掃描速度是I. 0mm/so在每次掃描中在Y軸方向的工具進給運動量是O. 3毫米。圖4示出了在實例中采用的單位去除形狀。在主加工之前，通過使工具在給定位置對作為試樣的合成石英板加工一分鐘而不進行工具掃描，在合成石英板中形成單位去除形狀。另外，在該加工中的工具與實際使用的工具是相同的。此外，除了在不進行工具掃描的情況下在給定位置執(zhí)行加工之外，加工條件與實際加工時相同。使用干涉顯微鏡三維地測量單位去除形狀。單位去除形狀相對于工具的旋轉(zhuǎn)軸2a (也作為電機2的旋轉(zhuǎn)軸)是對稱的，使得單位去除形狀的中心軸與工具的旋轉(zhuǎn)軸一致。調(diào)整去除形狀的旋轉(zhuǎn)方向位置，使得中心軸和旋轉(zhuǎn)軸兩者都與X軸一致。終端PClO根據(jù)圖4的單位去除形狀計算對于圖9的目標(biāo)去除形狀的駐留時間分布。另外，終端PCio計算加工殘余形狀，作為目標(biāo)去除形狀和當(dāng)根據(jù)駐留時間分布執(zhí)行加工時估算的計算去除形狀之間的差值。加工殘余形狀在有效表面中的均方根(RMS)是
1.136納米。此外，在不改變圖4的單位去除形狀的情況下，對通過順時針方向多次旋轉(zhuǎn)(每次15度)圖9的目標(biāo)去除形狀獲得的形狀執(zhí)行相同的計算。也就是說，多次改變工具和工件的相對方位(每次15度)，并且計算對于各個相對方位的在有效表面中的RMS。作為計算的結(jié)果，當(dāng)相對方位旋轉(zhuǎn)45度時在有效表面中的均方根(RMS)是最小的，為I. 054納米。因此，基于在表面中平均加工殘余在45度的相對旋轉(zhuǎn)角度附近為最小的估算，把相對旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定為40度和42度，以通過終端PClO計算加工殘余形狀。因此，當(dāng)相對旋轉(zhuǎn)角度是42度時，獲得的RMS為I. 050納米，這作為在表面的加工殘余的最小值。圖10顯示了上述計算的結(jié)果。如圖10所示，在實例中，在圖中顯示為最小值的42度的相對旋轉(zhuǎn)角度處結(jié)束計算，但是可以繼續(xù)搜尋具有更小殘余的角度。圖11示出了在目標(biāo)去除形狀不相對于圖4的單位去除形狀進行相對旋轉(zhuǎn)的情況下計算的O度相對旋轉(zhuǎn)角度(相對方位)處的加工殘余形狀。圖12示出了通過將目標(biāo)去除形狀相對于單位去除形狀順時針相對旋轉(zhuǎn)42度而計算的加工殘余形狀。在圖11的加工殘余形狀中，觀察到在Y軸方向的波紋成分。在圖12的加工殘余形狀中，在Y軸方向波紋成分的殘余與圖11的相比要小。因此，如上所述，在圖12的有效表面中的均方根(RMS)值比圖11中的小。在實例中，在通過將工件旋轉(zhuǎn)42度得到的位置對工件進行實際加工。也就是說，工件W固定到XY工作臺8上，處于把工件W從工件相對于工具的方位是O度的位置旋轉(zhuǎn)42度得到的位置。根據(jù)通過對于42度相對旋轉(zhuǎn)角度的計算獲得的駐留時間分布來使XY工作臺8相對于工具進行掃描，并且在一次加工中加工工件表面。當(dāng)通過探針式形狀測量設(shè)備再次測量加工后的表面并計算加工殘余時，均方根是I. 052納米。與I. 136納米的均方根相比，能夠獲得高精度的工件表面，其中，I. 136納米的均方根是在不改變工件相對于工具的相對旋轉(zhuǎn)角度的情況下相對旋轉(zhuǎn)角度是O度的狀態(tài)下執(zhí)行加工時估算的加工殘余。 在實例中使用了輪胎型工具，但是本發(fā)明并不限于此。在單位去除形狀具有各向異性的加工方法中也能獲得類似的效果，這樣的加工方法例如為利用磁流變研磨工具來加工或用從離子束輻照設(shè)備發(fā)出的離子束來加工。盡管已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但要理解的是本發(fā)明并不限于所公開的示例性實施例。隨后的權(quán)利要求的范圍應(yīng)給予最寬泛的解釋，以便涵蓋所有改進和等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種制造エ件的方法，用于通過使エ件和在単位去除量中具有各向異性的工具進行相對掃描來加工エ件， 該方法包括 根據(jù)在エ件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的単位去除量，計算在各個位置的第一駐留時間，并且進ー步根據(jù)第一駐留時間和單位去除量來計算第一計算去除量，從而確定第一差值，該第一差值作為第一計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值；和 改變エ件和工具的相對方位，在改變后的相對方位，根據(jù)在エ件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的単位去除量來計算在各個位置的第二駐留時間，并且進ー步根據(jù)第二駐留時間和單位去除量來計算第二計算去除量，從而確定第二差值，該第二差值作為第二計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值， 其中，當(dāng)?shù)诙钪敌∮诘谝徊钪禃r，在工具和エ件定位成具有改變后的相對方位的狀態(tài)下加工エ件。
2.一種制造エ件的方法，用于通過使エ件和在単位去除量中具有各向異性的工具進行相對掃描來加工エ件， 該方法包括 使エ件和工具的相對方位改變多個相對旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)在エ件各個位置的目標(biāo)去除量和作為單位時間工具加工量的単位去除量，計算對于所述多個相對旋轉(zhuǎn)角度中每ー個相對旋轉(zhuǎn)角度的在各位置的駐留時間，并且進ー步根據(jù)駐留時間和単位去除量來計算出計算去除量，從而確定在計算去除量和目標(biāo)去除量之間的差值；和 把分別對于所述多個相對旋轉(zhuǎn)角度計算的差值進行相互比較，從而確定具有最小差值的相對旋轉(zhuǎn)角度， 其中，在工具和エ件定位成具有所確定相對旋轉(zhuǎn)角度的方位的狀態(tài)下加工エ件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造エ件的方法，其中，工具包括輪胎型旋轉(zhuǎn)工具。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造エ件的方法，其中，工具包括磁流變研磨工具。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造エ件的方法，其中，工具包括離子束輻照設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造エ件的方法，其中，エ件包括光學(xué)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造エ件的方法，其中，エ件包括模具。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造エ件的方法，其中，エ件包括半導(dǎo)體襯底。
全文摘要
提供了一種制造工件的方法，其能夠在一次加工中高精度地加工工件。該制造方法包括改變單位去除形狀和工件的相對方位；設(shè)定旋轉(zhuǎn)研磨工具的旋轉(zhuǎn)軸和工件的相對位置，以便具有在對于各個相對方位確定的計算去除形狀和目標(biāo)去除形狀之間差值中差值為最小的相對方位；并且，根據(jù)駐留時間分布以相對速度加工工件。該制造方法能夠在一次加工掃描中小誤差地加工工件，因此可以增加工件表面的精度和通過減少加工重復(fù)次數(shù)而改善加工效率。
文檔編號B24B37/00GK102794697SQ201210163878
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者上原良浩 申請人:佳能株式會社