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KR102573838B1 - 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 방법, 광학 디바이스를 제조하는 방법 및 광학 디바이스 - Google Patents

유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 방법, 광학 디바이스를 제조하는 방법 및 광학 디바이스 Download PDF

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KR102573838B1
KR102573838B1 KR1020227039118A KR20227039118A KR102573838B1 KR 102573838 B1 KR102573838 B1 KR 102573838B1 KR 1020227039118 A KR1020227039118 A KR 1020227039118A KR 20227039118 A KR20227039118 A KR 20227039118A KR 102573838 B1 KR102573838 B1 KR 102573838B1
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KR
South Korea
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glass
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coefficient
glass material
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Application number
KR1020227039118A
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Inventor
귀도 헤르겐한
Original Assignee
예놉틱 옵틱컬 시스템즈 게엠베하
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Publication date
Application filed by 예놉틱 옵틱컬 시스템즈 게엠베하 filed Critical 예놉틱 옵틱컬 시스템즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법(400)으로서, 유리 요소는 제1 팽창 계수를 갖고, 지지 요소는 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖는, 방법에 관한 것이다. 이에 따라, 방법(400)은 중간 유리 재료를 지지 요소에 부착하는 단계(405)를 포함하고, 중간 유리 재료는 제2 팽창 계수에 실질적으로 대응하는 제3 팽창 계수를 갖는다. 또한, 방법(400)은 유리 요소를 중간 유리 재료를 통해 지지 요소에 접합시키기 위해 중간 유리 재료를 국부적으로 가열하는 단계(410)를 포함한다.

Description

유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 방법, 광학 디바이스를 제조하는 방법 및 광학 디바이스
본 접근 방식은 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 방법, 광학 디바이스를 제조하는 방법 및 광학 디바이스에 관한 것이다.
DE 10 2016 213 561 A1에는 유사한 팽창 계수를 갖는 재료를 접착, 솔더링 또는 용접에 의해 접합시키는 방법이 설명되어 있다.
이러한 배경을 감안하여, 독립 청구항에 따라 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 방법, 광학 디바이스를 제조하는 방법 및 광학 디바이스가 본 접근 방식으로 제시된다. 유리한 디자인은 각각의 종속 청구항과 이하의 설명에서 확인할 수 있다.
예를 들어 반도체 노광 기계에서 작업을 위해 세라믹 지지체에 견고히 접합된 평활한 유리 표면이 필요하다. 동시에 구성요소는 가공, 생산 및 운송 동안 온도 변화에 노출될 수 있다. 본 명세서에 제시된 접근 방식을 통해 공정 관련 또는 운송 관련 가열 후에도 실온에서 평활한 표면을 가질 수 있는 유리와 세라믹을 접착제 없이 견고히 접합시키는 것을 실현할 수 있다.
유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법이 제시되고, 유리 요소는 제1 팽창 계수를 갖고, 지지 요소는 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖는다. 따라서, 방법은 중간 유리 재료를 지지 요소에 부착하는 단계를 포함하고, 중간 유리 재료는 제2 팽창 계수에 실질적으로 대응하는 제3 팽창 계수를 갖는다. 또한, 방법은 유리 요소를 중간 유리 재료를 통해 지지 요소에 접합시키기 위해 중간 유리 재료를 국부적으로 가열하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 유리 요소는 예를 들어 약 20 중량% 미만의 TiO2 부분을 가질 수 있는 티타늄 도핑된 석영 유리일 수 있다. 이것은 예를 들어 소위 초저 팽창 유리(ULE 유리)의 경우이다. 이러한 유리 요소 또는 이와 유사한 것은 예를 들어 0 ± 3*10-8 K-1의 제1 팽창 계수를 가질 수 있는 반면, 지지 요소는 예를 들어 3 x 10-6 K-1의 제2 팽창 계수를 가질 수 있다. 지지 요소는 예를 들어 세라믹 지지체 또는 금속 지지체일 수 있다. 지지 요소의 추가 재료는 예를 들어 실리콘, 게르마늄, 사파이어 또는 석영과 같은 단결정 또는 다결정 고체일 수 있다.
유리 요소를 지지 요소에 직접 접합하는 동안, 예를 들어, 접착 또는 솔더링 및 수반되는 온도 변화에 의해 지지 요소는 온도에 따라 팽창할 수 있는 반면, 유리 요소는 크게 변하지 않은 채로 남아 있을 수 있다. 따라서, 유리 요소의 표면에 불균일성이 있을 수 있다. 본 명세서에 제시된 방법을 통해 유리 요소는 접착제 없이 중간 유리 재료에 의해 지지 요소에 접합될 수 있다는 점에서 이러한 불균일성이 유리하게 회피될 수 있다. 불행히도 SiSiC 세라믹은 흑연 형성으로 인해 ULE 유리에 직접 용접될 수 없다.
이것이 예를 들어 붕규산 유리와 같은 중간 유리 재료를 예를 들어 용접 또는 솔더링에 의해 제1 단계에서 지지 요소에 접합시킬 수 있는 이유이다. 유리 1로도 지칭될 수 있는 중간 유리 재료는 지지 요소의 제2 팽창 계수와 유사한 제3 팽창 계수를 갖기 때문에, 예를 들어, 용접 동안 온도 변화로 중간 유리 재료는 지지 요소와 유사한 응력 변화를 경험할 수 있다. 예를 들어 20℃의 실온으로 일반적으로 냉각되는 경우, 중간 유리 재료는 지지 요소 상에 평평한 표면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료와 지지 요소는 동일한 팽창 계수를 가질 수 있고 또는 중간 유리 재료와 지지 요소의 팽창 계수는 약간 다를 수 있고, 예를 들어, 5% 미만, 10% 미만, 15% 미만 또는 20% 미만의 편차를 가질 수 있다.
제2 단계에서, 유리 2로도 지칭될 수 있는 유리 요소는 예를 들어 선택적 레이저 용접과 같은 선택적 열 접합 방법에 의해 중간 유리 재료에 접합될 수 있다. 따라서, 유리 요소와 중간 유리 재료는 레이저에 의해 동시에 가열되고, 따라서 유리 요소와 중간 유리 재료는 서로 접합된다. 중간 유리 재료와 지지 요소는 예를 들어 용접 또는 솔더링과 같은 접합의 전체 공정에 의해 이전에 견고하게 접합되었다. 따라서 유리 요소는 국부적으로 가열하는 것에 의해 중간 유리 재료에 접합되고, 따라서 중간 유리 재료를 통해 간접적으로만 지지 요소에 접합된다. 유리 요소를 중간 유리 재료에 접합시키는 동안, 일 실시예에 따른 지지 요소의 온도는 실온으로 유지되어야 하는데, 이는 그렇지 않은 경우 실온으로 냉각되는 동안 왜곡(distortion)이 있을 수 있기 때문이다. 따라서, 레이저 용접을 사용하는 것이 특히 유리한데, 그 이유는 이 방법을 사용하면 극초단 레이저 펄스에 의해 지지 요소의 온도를 거의 일정하게 유지함과 동시에 용접 공정 동안 국부적으로 충분한 온도 상승이 촉진되기 때문이다.
그 결과, 기능성 유리 요소는 제시된 방법에 의해 중간 유리 층에 의해 금속 몸체 또는 세라믹 몸체에 접합될 수 있고, 여기서 기능성 유리 요소와 금속 몸체 또는 세라믹 몸체는 상이한 팽창 계수를 갖는다. 솔더 조인트와 용접 조인트 또는 두 개의 용접 조인트를 통해 실현되는 접합으로 인해 온도 상승 시 구성요소 간의 변위가 또한 최소화될 수 있다.
일례에 따르면, 부착하는 단계에서 중간층을 사용하지 않고 중간 유리 재료는 지지 요소에 직접 고정될 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료, 예를 들어, 붕규산 유리는 예를 들어 접착제와 같은 첨가제 없이 지지 요소 상에 용접될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 붕규산 유리를 포함하는 전체 구성요소는 적절한 접합 온도로 가열된 후 냉각될 수 있다. 따라서 중간 유리 재료와 지지 요소의 팽창 계수가 용접 온도와 실온 사이의 온도 차이에서 가능한 한 동일하도록 중간 유리 재료를 선택해야 한다. 예로는 붕규산 유리와 SiSiC 세라믹, 인바르(Invar) 및 석영 유리 또는 코바르(Kovar) 및 소위 제나(Jena) 기기 유리이거나 또는 동등한 특성을 갖는 유리 또는 기타 재료의 조합이다. 따라서 중간 유리 재료와 지지 요소는 유리하게는 비용 효율적으로 그리고 동시에 일체로 접합될 수 있다. 따라서 지지 요소와 유리 요소 사이에 접착제를 사용하는 것은 예를 들어 최대 100℃까지 적당히 가열하는 동안 연화되지 않는 조인트로 대체될 수 있다.
추가 예에 따르면, 부착하는 단계에서 중간 유리 재료는 디스크 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료는 지지 요소의 표면 상에 배치된 다음, 예를 들어, 지지 요소에 용접되거나 솔더링될 수 있는 유리 디스크로 형성될 수 있다. 유리하게는, 이러한 유리 디스크는 비용 효율적으로 제조되고 저장될 수 있다.
추가 예에 따르면, 방법은 국부적으로 가열하는 단계 전에 중간 유리 재료의 두께를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료는 얇은 유리 층을 갖는 지지 요소를 얻을 수 있도록, 예를 들어, 약 100㎛의 얇은 층으로 예를 들어 식각하는 것에 의해 부착하는 단계 후에 얇아질 수 있다. 얇은 층은 약 10㎛ 내지 200㎛의 층을 의미하는 것으로 이해될 수 있지만 이는 항상 사용된 특정 재료와 그 특성에 의존할 수 있다. 따라서, 중간 유리 재료의 두께를 감소시키기 전의 불균일성은 예를 들어 최대 1mm 크기일 수 있다. 유리하게는, 적용된 유리의 최대 수 마이크로미터, 예를 들어, 최대 0.1㎛ 범위의 표면의 잔류 왜곡이 또한 감소시키는 동안 연마 및 연삭 공정에 의해 제거될 수 있다.
추가 예에 따르면, 부착하는 단계에서 중간 유리 재료는 중간 유리 재료를 지지 요소에 접합시키기 위해 가열될 수 있으며, 여기서 부착하는 단계는 국부적으로 가열하는 단계 전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료는 온도 상승 동안 지지 요소와 일체로 조인트될 수 있는 유리 솔더로 사용될 수 있다. 따라서 유리하게는, 부착하는 단계는 시간과 비용 면에서 유리하게 수행될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 방법은 솔더에 의해 중간 유리 재료를 지지 요소에 부착하기 위해 지지 요소에 솔더를 추가하는 추가 단계를 가질 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료보다 낮은 융점을 갖은 금속 솔더 또는 유리 솔더가 중간 유리 재료와 지지 요소 사이에 배치될 수 있다. 솔더를 가열하는 동안 솔더는 지지 요소와 중간 유리 재료 사이를 접합시키는 방식으로 작용할 수 있다. 따라서 지지 요소와 중간 유리 재료의 팽창 계수를 적응시키는 것이 유리하게 촉진될 수 있고, 이에 의해 접합 공정에 필요한 온도가 감소될 수 있다.
추가 예에 따르면, 국부적으로 가열하는 단계에서 유리 요소와 중간 유리 재료는 펄스 레이저 빔을 사용하여 가열될 수 있다. 유리 요소를 중간 유리 재료에 접합시키는 것은 예를 들어 짧은 펄스에 의해 레이저 용접에 의해 수행될 수 있다. 이것은 가열이 매우 국부적으로만 일어나고 예를 들어 용접 또는 솔더링 또는 접착제 템퍼링(tempering) 동안 전체 구성요소를 가열하는 일이 방지될 수 있다는 이점이 있다.
추가 예에 따르면, 국부적으로 가열하는 단계에서 레이저 빔은 나노초 또는 피코초 또는 펨토초 범위의 짧은 펄스로 제공될 수 있다. 예를 들어, 펄스는 유리 요소와 중간 유리 재료의 재료 및 그 파라미터에 따라 나노초 범위뿐만 아니라 피코초 및 펨토초 범위에 있을 수 있다. 따라서 유리하게는, 국부적으로 가열하는 기간이 매우 짧게 유지되어 가열하는 단계 동안 지지 요소까지 가열되는 것을 방지할 수 있다.
추가 예에 따르면, 부착하는 단계에서 중간 유리 재료는 지지 요소의 리세스 주위에 링 형상으로 부착될 수 있다. 예를 들어, 지지 요소는 광이 통과하기 위한 리세스를 가질 수 있다. 리세스는 광 투과성 유리 요소에 의해 덮일 수 있다. 예를 들어, 중간 유리 재료는 링 형상의 디스크 형태로 제공되고 부착될 수 있다. 리세스 주위에 중간 유리 재료를 부착하면 유리 요소가 리세스 주위에 균일하게 고정될 수 있다는 이점이 있다.
방법은 이전에 도시된 방법 단계를 실행하고 추가적으로 또는 대안적으로 방법 단계를 제어하기 위해 장착된 컴퓨터 프로그램을 갖는 제어 유닛에 의해 본 발명에 따라 보완될 수 있다. 이 제어 유닛은 컴퓨터 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다.
또한, 광학 디바이스를 제조하는 방법이 제시되고, 방법은 지지 요소와 유리 요소를 제공하는 단계를 포함하고, 유리 요소는 제1 팽창 계수를 갖고, 지지 요소는 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖는다. 또한, 방법은 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 이전에 제시된 방법의 하나의 변형예의 단계를 수행하면서 유리 요소를 지지 요소에 접합시키는 단계를 포함한다. 유리하게는, 예를 들어, 운송 동안 온도가 변하는 경우에도 실온에서 평활한 표면을 갖는 광학 디바이스가 이러한 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 광학 디바이스를 제조하는 방법을 수행하기 위해, 예를 들어, 개별 단계를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 기기가 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 제어 기기는 예를 들어 용접 또는 솔더링에 의해 개별 구성요소를 접착제 없이 접합시키는 것을 제어할 수 있는 반면, 추가 제어 기기는 예를 들어 레이저 용접에 의해 예를 들어 조립된 중간 유리 재료와 유리 요소 간에 선택적으로 열 접합을 실현할 수 있다. 또한, 연마 및 연삭 디바이스는 솔더링된 유리의 수 마이크로미터까지의 범위에서 중간 유리 재료의 표면의 잔류 왜곡을 처리할 수 있도록 위치될 수 있다.
일례에 따르면, 지지 요소는 세라믹으로 형성될 수 있고, 추가적으로 또는 대안적으로 금속으로 형성될 수 있다. 유리하게는, 지지 요소는 세라믹 또는 금속으로부터 특히 비용 효율적으로 제조될 수 있다.
추가 예에 따르면, 유리 요소의 제1 팽창 계수는 0.6 x 10-6 K-1 미만일 수 있고, 추가적으로 또는 대안적으로 중간 유리 재료의 제3 팽창 계수는 2 x 10-6 K-1 내지 4 x 10-6 K-1 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 유리 요소는 또한 온도가 변하는 경우에도 극히 낮은 팽창을 경험할 수 있어서, 이에 의해 광학 디바이스, 예를 들어, 정밀 측정 기술, 우주 여행 및 위성 기술, 레이저 공진기 또는 EUV 센서 모듈에서 유리하게 사용될 수 있다. 동시에, 예를 들어, 붕규산 유리일 수 있는 중간 유리 재료는 예를 들어 3.3 x 10-6 K-1의 팽창 계수를 가질 수 있다. 따라서 지지 요소의 제2 팽창 계수는 중간 유리 재료와 유사한 팽창 계수, 예를 들어, 3.5 x 10-6 K-1을 가질 수 있다. 따라서 유리하게는, 지지 요소와 중간 유리 재료는 부착하는 단계에서 온도가 상승하는 경우 유사한 팽창을 경험하여, 이에 의해 조립된 구성요소에 대한 응력과 불균일성이 최소화될 수 있다.
추가 예에 따르면, 지지 요소는 리세스로 형성될 수 있고, 리세스는 접합시키는 단계에서 유리 요소에 의해 덮일 수 있다. 따라서 예를 들어, 중간 유리 재료는 유리 요소가 지지 요소 상에 특히 균일하게 고정될 수 있도록 리세스 주위에 링 형상으로 배열될 수 있다. 유리하게는, 이러한 리세스는 예를 들어 광원과 결합될 수 있고, 이 광원의 광선은 유리 요소를 통해 안내될 수 있다.
또한, 지지 요소와 유리 요소를 갖는 광학 디바이스가 제시되고, 여기서 유리 요소는 제1 팽창 계수를 갖고, 지지 요소는 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖고, 여기서 지지 요소는 유리 요소에 의해 덮이거나 덮일 수 있는 리세스를 갖게 형성되고, 지지 요소와 유리 요소는 리세스 상에 배열된 중간 유리 재료에 의해 접합되고, 중간 유리 재료는 실질적으로 제2 팽창 계수에 대응하는 제3 팽창 계수를 갖는다. 따라서, 유리 요소는 온도 상승 및 후속 냉각 후에도 왜곡이 없도록 고체에 부착될 수 있다. 유리하게는, 이러한 광학 디바이스는 극자외선 복사선을 감지하기 위한 센서 모듈인, 예를 들어, EUV 센서 모듈과 같은 센서 모듈에 사용되거나, 또는 다른 고정밀 광학 모듈에 사용될 수 있다. 이러한 구성요소는 왜곡 없이 필요한 특성을 보장하기 위해 필요하다.
또한 중간 재료로서 붕규산 유리를 사용하는 새로운 용도가 제시된다. 예를 들어, 붕규산 유리는 지지 요소를 유리 요소에 접합시키기 위한 중간 유리 재료로 사용될 수 있다. 따라서 유리 솔더와 유사하게 붕규산 유리는 지지 요소와 유리 요소 모두와 일체로 조인트될 수 있다. 유리하게는, 중간 유리 재료로서 붕규산 유리를 사용할 때, 예를 들어, 접착제와 같은 추가 접합 층을 생략할 수 있다.
본 명세서에 제시된 접근 방식의 예는 도면에 도시되어 있고 이하의 설명에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 실온에서 유리 요소가 접착된 지지 요소의 일례의 개략도를 도시한다.
도 2는 상승된 온도에서 유리 요소가 접착된 지지 요소의 일례의 개략도를 도시한다.
도 3은 냉각된 후 유리 요소가 접착된 지지 요소의 일례의 개략도를 도시한다.
도 4는 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법의 일례의 흐름도를 도시한다.
도 5는 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법의 일례의 흐름도를 도시한다.
도 6은 중간 유리 재료가 부착된 지지 요소의 일례의 개략 단면도를 도시한다.
도 7은 중간 유리 재료가 감소된 지지 요소의 일례의 개략 단면도를 도시한다.
도 8은 광학 디바이스의 일례의 개략 단면도를 도시한다.
도 9는 광학 디바이스를 제조하기 위한 방법의 일례의 흐름도를 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명에서, 여러 도면에 도시되고 유사한 작용을 하는 요소에 대해서는 동일하거나 유사한 참조 번호가 사용되고, 이러한 요소에 대해서는 반복 설명하지 않는다.
도 1은 단지 예로서 20℃의 실온에서 유리 요소(105)가 접착된 지지 요소(100)의 일례의 개략도를 도시한다. 단지 예로서 지지 요소(100)는 3.0 x 10-6 K-1의 제2 팽창 계수를 갖는 실리콘 침투 탄화규소(SiSiC)로 이루어진 세라믹 지지체이다. 이 예에서 대략 0 K-1의 제1 팽창 계수를 갖는 예로서 티타늄 도핑된 석영 유리로 이루어진 디스크 형상의 유리 요소(105)가 단지 예로서 접착제(110)에 의해 지지 요소(100)에 접착된다. 따라서, 유리 요소(105)는 여기에 도시된 표현에서 지지 요소(100)에 평행한 평활한 표면을 형성한다.
도 2는 상승된 온도에서 유리 요소(105)가 접착된 지지 요소(100)의 일례의 개략도를 도시한다. 여기에 도시된 지지 요소(100)와 유리 요소(105)는 이전의 도 1에서 설명된 지지 요소와 유리 요소에 대응하거나 유사하다. 여기에 도시된 표현에서, 지지 요소(100)와 유리 요소는 이 둘 사이에 배열된 본드로도 지칭될 수 있는 접착제(110)를 템퍼링하기 위해 단지 예로서 80℃로 가열된다. 따라서 지지 요소(100)의 세라믹은 팽창하지만 유리 요소(105)는 팽창하지 않는다. 대응하는 팽창 거리(202)가 도 2에 개략적으로 표시되어 있다. 접착제(110)는 연화되어 유리 요소(105)와 지지 요소(100) 간에 상대 변위를 허용한다.
도 3은 실온으로 냉각된 후 유리 요소(105)가 접착된 지지 요소(100)의 일례의 개략도를 도시한다. 여기에 도시된 지지 요소(100)와 유리 요소(105)는 이전의 도 1 및 도 2에 설명된 지지 요소와 유리 요소에 대응하거나 유사하고, 차이점은 이전의 도 2에 설명된 가열로 인해 여기에 도시된 지지 요소(100)와 유리 요소(105)가 약간 변형되었다는 것이다. 접착제(110)는 단지 예로서 약 50℃ 내지 60℃에 있는 접착제(110)의 유리 전이 온도 아래에서 견고한 조인트를 형성한다. 세라믹 지지체는 냉각 동안 다시 수축하지만 유리 요소(105)는 수축하지 않는다. 따라서, 여기에 도시된 유리 요소(105)는 바이메탈 효과로 인해 왜곡된다. 다시 말해, 접착제(110)는 다른 팽창 계수를 갖는 조인트 파트너의 경우 유리 전이 온도를 넘는 온도에서 열 유도된 응력이 와해되어 조인트 파트너를 변위시키고 나서, 조인트 파트너가 변위되어 잘못되거나 부정확한 위치에 있는 상태에서 냉각된 후 동결된다.
다른 예에서, 유사한 응력 또는 불균일함은 솔더링에 의해 야기될 수도 있다. 솔더링 동안 전체 구성요소는 일반적으로 솔더링 온도로 가열된다. 실온으로 냉각되는 동안 조인트 위치는 솔더의 응고 온도에서 고정되어 솔더링된 부분의 팽창 계수가 다른 경우 냉각에 의해 열 유도된 응력이 생성되어 표면에 왜곡이 발생한다. 이 효과는 접착과 동일하며, 여기서 솔더의 응고 온도는 접착제의 유리 전이 온도에 대응한다. 솔더의 융점은 고체에서 액체로 전이하는 것에 의해 뚜렷이 정해진다. 접착제는 액체가 되지 않거나, 솔더와 비교할 때 사실상 고체가 되지는 않는다. 접착제는 무정형이므로 점도만 변하는 과냉각 액체이다. 솔더링과 실온에서 접착하는 것 간의 차이점은 솔더링의 경우 조인트 파트너가 응력 없이 접합되어 원활하게 견고히 서로 접합되는 초기 상태조차 없다는 점이다.
도 4는 이전의 도 1 내지 도 3에서 설명된 바와 같이 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법(400)의 일례의 흐름도를 도시하며, 여기서 유리 요소는 제1 팽창 계수를 갖고, 지지 요소는 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖는다.
방법(400)은 중간 유리 재료를 지지 요소에 부착하는 단계(405)를 포함하고, 여기서 중간 유리 재료는 제2 팽창 계수에 실질적으로 대응하는 제3 팽창 계수를 갖는다. 중간 유리 재료는 예를 들어 하나의 조각으로 또는 여러 조각으로, 예를 들어 분말 형태로 적용된다. 이 예에서, 부착하는 단계(405)에서, 단지 예로서 중간 유리 재료는 지지 요소의 리세스 주위에 링 형상으로 부착되고, 중간 층을 사용하지 않고 지지 요소에 직접 고정된다. 따라서 단지 예로서 중간 층 또는 첨가제를 사용하지 않고 세라믹 지지체 상에 용접된 붕규산 유리가 있다. 다른 예에서, 중간 유리 재료는 솔더에 의해 지지 요소 상에 솔더링된다.
일례에 따르면, 전체 중간 유리 재료와 선택적으로 또한 지지 요소는, 예를 들어, 중간 유리 재료가 지지 요소에 놓이는 적어도 하나의 표면에서 용융된다는 점에서 중간 유리 재료와 지지 요소 사이를 일체로 조인트하게 하는 접합 온도로 가열된다. 그런 다음 중간 유리 재료를 지지 요소에 영구적으로 접합시키기 위해 구성요소가 냉각된다.
일례에서, 중간 유리 재료와 유리 요소를 국부적으로 가열하는 단계(410)가 유리 요소를 중간 유리 재료에 접합시키기 위해 부착하는 단계(405)에 뒤따르며, 이에 의해 지지 요소에 유리 요소를 접합시키는 것이 간접적으로 생성된다. 따라서 유리 요소는 단지 예로서 용접된 붕규산 유리와 기계적으로 접촉하게 되고, 두 유리의 견고한 접합이 예로서 초단 펄스 레이저에 의해 선택적으로 용접하는 것에 의해 실현된다. 따라서 사용된 레이저 빔은 중간 유리 재료와 유리 요소를 국부적으로 가열하기 위해 예로서 10 나노초의 지속 시간 동안 예로서 짧은 펄스로만 설정된다. 다른 예에서, 짧은 펄스는 또한 피코초 또는 펨토초 범위로 제공된다. 짧은 펄스를 사용하면 일반 용접이나 솔더링 또는 접착제 템퍼링에서와 같이 전체 구성요소를 가열하는 것이 아니라 매우 국부적으로만 가열하는 것이 가능할 수 있다. 그러나 대안적으로, 비펄스 레이저 빔이 중간 유리 재료를 가열하기 위해 사용될 수도 있다.
도 5는 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법(400)의 일례의 흐름도를 도시한다. 여기에 도시된 방법(400)은 이전의 도 4에 설명된 방법에 대응하거나 유사하고, 차이점은 추가 단계를 갖는다는 점이다. 따라서, 이 예에서 지지 요소에 솔더를 추가하는 단계(500)는 부착하는 단계(405)에 선행한다. 단지 예로서, 추가하는 단계(500)에서 지지 요소 상에 금속 솔더가 배열되고 이 예에서 디스크 형상으로 형성된 중간 유리 재료가 금속 솔더 상에 배치된다. 후속 부착하는 단계(405)에서, 중간 유리 재료를 솔더에 의해 지지 요소에 부착하기 위해 금속 솔더와 중간 유리 재료와 함께 지지 요소가 가열된다. 따라서 중간 유리 재료는 지지 요소의 세라믹과 유리의 팽창 계수가 솔더의 응고 온도와 실온 사이의 온도 차이에 대해 가능한 한 동일하도록 선택된다. 이 예에서, 중간 유리 재료의 두께를 감소시키는 추가 단계(505)가 부착하는 단계(405)에 뒤따른다. 따라서 단지 예로서 디스크 형상의 중간 유리 재료가 연마되고 연삭된다. 따라서 솔더링된 중간 유리 재료의 표면의 잔류 왜곡이 단지 예로서 이러한 연마 및 연삭 공정에 의해 최대 20㎛ 범위에서 제거된다. 따라서 중간 유리 재료와 지지 요소 사이의 적당한 열 유도 기계적 응력이 언급된다. 이전의 도 4에서 설명된 바와 같이, 이 예에서 국부적으로 가열하는 단계(410)는 감소시키는 단계(505) 후에만 뒤따른다.
도 6은 중간 유리 재료(600)가 부착된 지지 요소(100)의 일례의 개략 단면도를 도시한다. 여기에 도시된 지지 요소(100)는 이전의 도면에서 설명된 지지 요소에 대응하거나 유사하다. 이 예에서, 단지 예로서 세라믹 지지체로서 구성된 지지 요소(100)는 리세스(605)를 갖고, 이 리세스 주위에 단지 예로서 링 형상의 디자인의 붕규산 유리가 중간 유리 재료(600)로서 배열된다. 중간 유리 재료(600)는 단지 예로서 150㎛ 두께이고, 이 예에서 유리 솔더(610)에 의해 지지 요소(100)에 접합된다. 다른 예에서, 이 조인트는 또한 금속 솔더에 의해 생성되거나 또는 용접 공정에 의해 중간 층이 완전히 없이 생성될 수 있다.
도 7은 중간 유리 재료(600)가 감소된 지지 요소(100)의 일례의 개략 단면도를 도시한다. 여기에 도시된 지지 요소(100)는 이전의 도면에 기술된 지지 요소에 대응하거나 유사하고, 여기에 도시된 중간 유리 재료(600)는 이전의 도 4 내지 6에 설명된 중간 유리 재료에 대응하거나 유사하다. 이 예에서, 중간 유리 재료(600)는 예를 들어 도 6에 도시된 상태로부터 시작하여, 예로서, 100㎛의 두께로 감소되어 지지 요소(100) 상에 특히 얇고 평평한 유리 층을 형성한다. 다른 예에서, 중간 유리 재료의 층은 약 10㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있지만, 이는 항상 특정 재료 및 그 특성에 의존한다.
일례에 따르면, 중간 유리 재료(600)의 층의 두께를 감소시키는 것은 적절한 감소 방법을 사용하여 수행되며, 이에 의해 중간 유리 재료(600)의 평평한 표면이 생성된다. 유리 요소는 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 지지 요소(100)와는 반대쪽 평평한 표면에 배치될 수 있다.
도 8은 광학 디바이스(800)의 일례의 개략 단면도를 도시한다. 이 예에서 광학 디바이스(800)는 이전의 도면에서 설명된 바와 같은 지지 요소(100)와, 이전의 도 1 내지 도 5에서 설명된 바와 같은 유리 요소(105)를 포함한다. 유리 요소(105)는 이전의 도 4 내지 도 7에서 설명된 바와 같이 중간 유리 재료(600)를 통해 지지 요소에 접합된다. 이 조인트를 고화시키기 위해, 일례에서 짧은 펄스를 사용하여 중간 유리 재료(600)를 국부적으로 가열하는 레이저 빔(805)이 사용된다. 단지 예로서 레이저 빔(805)의 짧은 펄스는 20피코초의 지속시간을 갖는다. 다른 예에서, 짧은 펄스는 사용된 재료와 그 파라미터에 따라 나노초 범위 또는 제2 범위에 있을 수 있다. 이 예에서, 용접 기포(810)가 중간 유리 재료(600)에 생성될 수 있고, 이에 의해 유리 요소(105)가 중간 유리 재료(600)에 일체로 조인트되는 것이 UKP 레이저로도 지칭될 수 있는 레이저 빔(805)에 의해 생성될 수 있다.
일례에 따르면, 레이저 빔(805)은 중간 유리 재료(600)를 유리 요소(105)에 단단히 접합시키기 위해 중간 유리 재료(600) 표면의 전체 또는 하위 영역으로 안내된다. 예로서, 용접 기포(810)에서 볼 수 있는 바와 같이 일련의 용접 지점이 설정된다. 전체 표면이 반드시 용접되는 것은 아니다. 표면에 분포된 특정 수의 용접 지점을 설정하는 것으로 충분하다.
일례에 따르면, 광학 디바이스(800)는 EUV 센서 모듈이다. 따라서 예로서, 지지 요소(100)는 유리 요소(105)를 통과하는 극자외선 복사선을 기록하기 위한 센서(820)를 위한 하우징을 형성한다.
도 9는 이전의 도 8에서 설명된 바와 같이 광학 디바이스를 제조하기 위한 방법(900)의 일례의 흐름도를 도시한다. 방법(900)은 지지 요소와 유리 요소를 제공하는 단계(905)를 포함하고, 여기서 유리 요소는 단지 예로서 0.4 x 10-6 K-1의 제1 팽창 계수를 갖고, 지지 요소는 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖는다. 단지 예로서 지지 요소는 이 예에서 세라믹으로 형성되고, 예로서 3 x 10-6 K-1의 팽창 계수를 갖는다. 대안적으로, 지지 요소는 또한 금속으로 구성되거나 두 재료의 조합으로 구성될 수 있다. 그런 다음, 이 예에서 유리 요소를 지지 요소에 접합시키는 단계(910)가 제공하는 단계(905)에 뒤따른다. 접합시키는 단계(910)는 이전의 도 4에서 설명된 바와 같이 유리 요소를 지지 요소에 열적으로 안정적으로 접합시키는 방법의 하위 단계(405 및 410)를 포함한다. 단지 예로서 유리 요소에 의해 덮이는 지지 요소에는 리세스가 형성된다.

Claims (15)

  1. 유리 요소(105)를 지지 요소(100)에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법(400)으로서, 상기 유리 요소(105)는 제1 팽창 계수를 갖고, 상기 지지 요소(100)는 상기 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖고,
    중간 유리 재료(600)를 상기 지지 요소(100)에 부착하는 단계(405)로서, 상기 중간 유리 재료(600)는 상기 제2 팽창 계수와 동일한 제3 팽창 계수를 갖는, 단계; 및
    상기 유리 요소(105)를 상기 중간 유리 재료(600)를 통해 상기 지지 요소(100)에 접합시키기 위해 상기 중간 유리 재료(600)를 국부적으로 가열하는 단계(410)
    를 포함하는, 방법(400).
  2. 제1항에 있어서, 상기 부착하는 단계(405)에서 상기 중간 유리 재료(600)는 중간 층을 사용하지 않고 상기 지지 요소(100)에 직접 고정되는, 방법(400).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부착하는 단계(405)에서, 상기 중간 유리 재료(600)는 디스크 형상으로 형성되는, 방법(400).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 국부적으로 가열하는 단계(410) 전에 상기 중간 유리 재료(600)의 두께를 감소시키는 단계(505)를 포함하는, 방법(400).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부착하는 단계(405)에서, 상기 중간 유리 재료(600)를 상기 지지 요소(100)에 접합시키기 위해 상기 중간 유리 재료(600)가 가열되고, 상기 부착하는 단계(405)는 상기 국부적으로 가열하는 단계(410) 전에 수행되는, 방법(400).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 유리 재료(600)를 솔더(610)에 의해 상기 지지 요소(100)에 부착하기 위해 상기 지지 요소(100)에 솔더를 추가하는 단계(500)를 포함하는, 방법(400).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 국부적으로 가열하는 단계(410)에서, 상기 유리 요소(105)와 상기 중간 유리 재료(600)는 펄스 레이저 빔(805)을 사용하여 가열되는, 방법(400).
  8. 제7항에 있어서, 상기 국부적으로 가열하는 단계(410)에서, 상기 레이저 빔(805)은 나노초, 피코초 또는 펨토초 범위의 짧은 펄스로 제공되는, 방법(400).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부착하는 단계(405)에서, 상기 중간 유리 재료(600)는 상기 지지 요소(100)의 리세스(605) 주위에 링 형상으로 부착되는, 방법(400).
  10. 광학 디바이스(800)를 제조하기 위한 방법(900)으로서,
    지지 요소(100)와 유리 요소(105)를 제공하는 단계(905)로서, 상기 유리 요소(105)는 제1 팽창 계수를 갖고, 상기 지지 요소(100)는 상기 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖는, 단계; 및
    제1항 또는 제2항에 따른, 유리 요소(105)를 지지 요소(100)에 열적으로 안정적으로 접합시키기 위한 방법(400)의 단계(405, 410)를 수행하면서 상기 유리 요소(105)를 상기 지지 요소(100)에 접합시키는 단계(910)
    를 포함하는, 방법(900).
  11. 제10항에 있어서, 상기 지지 요소(100)는 세라믹 및/또는 금속으로 형성되는, 방법(900).
  12. 제10항에 있어서, 상기 유리 요소(105)의 제1 팽창 계수는 0.5 x 10-6 K-1 미만이고/이거나, 상기 중간 유리 재료(600)의 제3 팽창 계수는 2 x 10-6 K-1 내지 4 x 10-6 K-1 범위에 있는, 방법(900)
  13. 제10항에 있어서, 상기 지지 요소(100)는 리세스(605)를 갖게 형성되고, 상기 리세스(605)는 상기 접합시키는 단계(910)에서 상기 유리 요소(105)에 의해 덮이는, 방법(900).
  14. 지지 요소(100)와 유리 요소(105)를 갖는 광학 디바이스(800)로서, 상기 유리 요소(105)는 제1 팽창 계수를 갖고, 상기 지지 요소(100)는 상기 제1 팽창 계수와는 다른 제2 팽창 계수를 갖고, 상기 지지 요소(100)는 상기 유리 요소(105)에 의해 덮이거나 덮일 수 있는 리세스(605)를 갖게 형성되고, 상기 지지 요소(100)와 상기 유리 요소(105)는 상기 리세스(605) 상에 배열된 중간 유리 재료(600)에 의해 접합되고, 상기 중간 유리 재료(600)는 상기 제2 팽창 계수와 동일한 제3 팽창 계수를 갖는, 광학 디바이스(800).
  15. 삭제
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