DE102009016113A1

DE102009016113A1 - Optical or electronic functional element i.e. tilted mirror, manufacturing method, involves providing base plate for functional element, and causing spatial inhomogeneous increase of oxidation level of sub oxide material of voltage layer

Info

Publication number: DE102009016113A1
Application number: DE102009016113A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Ihlemann
Original assignee: Laser Laboratorium Goettingen eV
Current assignee: Laser Laboratorium Goettingen eV
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: DE102009016113B4

Abstract

The method involves providing a base plate (10) for a functional element to be produced, and applying a voltage layer (12) on a surface of the base plate such that the voltage layer is connected with the base plate for transferring voltage. The voltage layer is after treated such that the voltage of the voltage layer is changed and the base plate is deformed, where the voltage layer contains sub-oxide material. A spatial inhomogeneous increase of an oxidation level of the sub oxide material is caused.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung optischer oder elektronischer Funktionselemente mit gekrümmter Oberfläche, umfassend die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Grundkörpers für das herzustellende Funktionselement,
– Aufbringen einer Spannungsschicht auf einer ersten Oberfläche des Grundkörpers, sodass die Spannungsschicht in Spannungskräfte übertragender Weise mit dem Grundkörper verbunden ist,
– Nachbehandeln der Spannungsschicht, sodass deren Schichtspannung verändert und der Grundkörper verformt wird.

The invention relates to a method for producing curved surface optical or electronic functional elements, comprising the following steps:

Providing a basic body for the functional element to be produced,
Applying a stress layer on a first surface of the base body so that the tension layer is connected to the base body in tension-transmitting manner,
- After treatment of the stress layer, so that their layer stress is changed and the body is deformed.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der US 6,508,561 B1 . Diese Druckschrift offenbart die Herstellung mehrschichtig aufgebauter optischer Spiegel mit einer gekrümmten Spiegeloberfläche.Such a method is known from the US 6,508,561 B1 , This document discloses the production of multi-layered optical mirrors with a curved mirror surface.

Der nächstliegende Ansatz zur Herstellung solcher Bauteile, nämlich das Bereitstellen eines Grundkörpers, der bereits in der gewünschten Bauteilform vorgeformt ist, und das anschließende Beschichten seiner gekrümmten Funktionsoberfläche mit einer Spiegelschicht, kann bei nicht-planen Flächen mit kleinen Krümmungsradien im Hinblick auf eine gleichmäßige Funktionsbeschichtung hoher Qualität problematisch sein.Of the closest approach to the production of such components, namely the provision of a basic body, which is already preformed in the desired component shape, and then coating its curved Functional surface with a mirror layer, can at non-planar surfaces with small radii of curvature with a view to a uniform functional coating high quality problematic.

Die zitierte Druckschrift offenbart den Ansatz, die Spiegelschicht aus einer Mehrzahl von Einzelschichten unterschiedlicher Übergangsmetalle auszubilden, wobei wenigstens einige der Schichten eine innere Schichtspannung aufweisen. Da jede Schicht fest mit der darunter liegenden Schicht bzw. dem Grundkörper verbunden ist und somit die Spannungskräfte auf das Gesamtsystem übertragen werden, kann durch geeignete Wahl der Beschichtungen nach und nach eine gezielte Verformung bis hin zur gewünschten Endform des Spiegels erreicht werden. Da bei diesem Ansatz zumindest bei den zuletzt aufgetragenen Schichten das oben bereits erwähnte Problem der Beschichtung gekrümmter Flächen auch auftritt, schlägt die genannte Druckschrift alternativ vor, die gekrümmte Endform des Spiegels in einem der Beschichtung nachgelagerten Behandlungsschritt einzustellen. Hierzu ist vorgesehen, den fertig beschichteten Spiegel einem Heizschritt zu unterwerfen, durch den die Schichtspannung wenigstens einer der aufgetragenen Schichten verändert wird, sodass sich die Spannungsverhältnisse in dem Schichtensystem ändern und die gewünschte Verformung eintritt.The cited document discloses the approach, the mirror layer form a plurality of individual layers of different transition metals, wherein at least some of the layers have an inner layer stress exhibit. Because each layer is stuck to the underlying layer or the base body is connected and thus the tension forces can be transferred to the overall system, by appropriate Choice of coatings gradually targeted deformation up towards the desired final shape of the mirror can be achieved. There in this approach, at least for the last applied layers the above-mentioned problem of coating curved Surfaces also occurs, suggests the cited document Alternatively, before, the curved final shape of the mirror in one adjust the coating downstream treatment step. For this purpose, the finished coated mirror is a heating step to be subjected by the layer stress of at least one of applied layers is changed, so that the Change the stress conditions in the layer system and the desired deformation occurs.

Obgleich die genannte Druckschrift keine Angaben zu den physikalischen Hintergründen des thermischen Nachbehandlungsschrittes angibt, darf folgender Mechanismus angenommen werden: Das Schichtensystem wird zunächst so aufgebaut, dass sich die Schichtenspannungen der aus unterschiedlichen Übergangsmetallen bestehenden Einzelschichten gegenseitig im Wesentlichen aufheben. Bei dem Heizvorgang verlieren Schichten, die bis zu ihrer Erweichungstemperatur aufgeheizt werden, ihre Schichtspannung und können daher nicht mehr als Antagonist zu anderen Teilen des Schichtensystems wirken. Bei gezielter Heizung können so die Spannungsbeiträge der Schichten mit den geringsten Erweichungstemperaturen gezielt ”ausgeschaltet” werden. Das Gesamtsystem nimmt dann diejenige Form ein, die durch die Spannungsbeiträge der nicht ”ausgeschalteten” Schichten vorgegeben werden. Bei geeigneter Wahl der Schichten und exakt abgestimmtem Heizprozess stellt sich somit die gewünschte Endform ein.Although the mentioned document no information on the physical backgrounds indicates the thermal post-treatment step, the following may Mechanism to be adopted: The stratification system is first designed so that the layer voltages of different transition metals existing single layers essentially cancel each other out. In the heating process, layers that are up to their softening temperature lose be heated, their layer tension and therefore can no longer acting as an antagonist to other parts of the stratification system. With targeted heating so the voltage contributions the layers with the lowest softening temperatures are targeted "off". The overall system then takes the form that the voltage contributions the not "switched off" layers given become. With a suitable choice of layers and exactly tuned Heating process thus sets the desired final shape.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist der sehr hohe Grad an Empirie der gerade bei komplexen Systemen wie den beschriebenen Schichtensystemen eher zu einem zufälligen Finden der gewünschten Formen als zu einer gezielten Einstellung führt. Insbesondere ist es nicht möglich, mit dem bekannten Verfahren definierte Freiform-Oberflächen von Bauteilen zu erhalten.adversely In this method, the very high level of empiricism is straightforward in complex systems such as the layer systems described earlier to a random finding of the desired shapes as leading to a targeted attitude. Especially it is not possible with the known method defined To obtain free-form surfaces of components.

Aus der US 4,989,226 ist ein besser zur Herstellung von Freiformoberflächen geeignetes Verfahren bekannt. Dabei wird ein plattenförmiger Grundkörper beidseitig mit einer oder mehreren Spannungsschichten beschichtet, die antagonistisch wirken und den Grundkörper zunächst im Wesentlichen unverformt lassen. In diesem Zustand wird auf eine Plattenseite eine Funktionsoberfläche, z. B. eine Spiegelbeschichtung aufgebracht. In einem nachfolgenden nasschemischen Ätzschritt wird die auf der der Funktionsoberfläche gegenüberliegenden Plattenfläche aufgebrachte Spannungsschicht räumlich strukturiert. Hierdurch wird ihre Schichtspannung gezielt verändert, insbesondere ihre antagonistische Wirkung gezielt geschwächt. Das Gesamtsystem verformt sich entsprechend. Dies wird weiter dadurch unterstützt, dass während des Ätzschrittes nicht nur aus der Spannungsschicht, sondern auch aus dem Substrat des Grundkörpers Material entfernt und dieser dadurch ebenfalls gezielt geschwächt wird. Dieses Verfahren ist zwar deutlich flexibler im Hinblick auf die Schaffung von Freiformflächen als das zuvor genannte; nachteilig ist jedoch der Einsatz eines nasschemischen Verfahrensschrittes, der sowohl wirtschaftlich – wenigstens für geringe Stückzahlen – als auch ökologisch wenig vorteilhaft ist.From the US 4,989,226 is a more suitable for the production of free-form surfaces method known. In this case, a plate-shaped base body is coated on both sides with one or more stress layers, which act antagonistic and initially leave the main body substantially undeformed. In this state, a functional surface, for. B. applied a mirror coating. In a subsequent wet-chemical etching step, the stress layer applied to the plate surface opposite the functional surface is spatially structured. As a result, their layer tension is deliberately changed, in particular their antagonistic effect weakened targeted. The overall system deforms accordingly. This is further supported by the fact that material is removed during the etching step not only from the stress layer, but also from the substrate of the base body and this is thus deliberately weakened. Although this method is much more flexible with regard to the creation of freeform surfaces than the aforementioned; However, disadvantageous is the use of a wet-chemical process step, which is both economically - at least for small quantities - as well as ecologically less advantageous.

Schließlich ist aus Hill, A. E.; Hoffman, G. R.: ”Stress in films of silicon monoxide”, Brit. J. Appl. Phys. 1967, Vol. 18, S. 13 ff. bekannt, dass eine besondere Schwierigkeit von Siliziummonoxid-Filmen in deren Verformung durch nachträgliche Oxidation besteht.Finally is off Hill, AE; Hoffman, GR: "Stress in films of silicon monoxide", Brit. J. Appl. Phys. 1967, Vol. 18, p. 13 ff. It is known that a particular difficulty of silicon monoxide films is their deformation by subsequent oxidation.

Aufgabenstellungtask

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles, leicht handhabbares und auch für kleine Stückzahlen wirtschaftliches Verfahren zur Schaffung optischer oder elektronischer Bauteile mit gezielt eingestellter, insbesondere nicht-rotationssymmetrischer Oberflächenkrümmung zur Verfügung zu stellen.It The object of the present invention is to provide a flexible, lightweight manageable and economical even for small quantities Method for creating optical or electronic components with targeted set, in particular non-rotationally symmetric surface curvature to provide.

Darlegung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Spannungsschicht ein Suboxid-Material umfasst und der Schritt des Nachbehandelns der Spannungsschicht eine räumlich inhomogene Erhöhung des Oxidationsgrades des Suboxid-Materials umfasst.These Task is combined with the features of the preamble of Claim 1 achieved in that the stress layer Suboxid material includes and the step of post-treating the Tension layer a spatially inhomogeneous increase the degree of oxidation of the suboxide material.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.preferred Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung greift die an sich bekannte Idee auf, den Grundkörper eines Bauteils mit einer Spannungsschicht zu versehen und diese nachträglich zu verändern, sodass sich eine Verformung des Grundkörpers, die für den Einsatz des Bauteils als Funktionselement gewünscht oder erforderlich ist, einstellt. Der Kern der Erfindung liegt in der Wahl des Schichtenmaterials für die Spannungsschicht und der Art und Weise ihrer Nachbehandlung.The Invention attacks the idea known per se, the main body to provide a component with a stress layer and this subsequently change, causing a deformation of the main body responsible for the use of the component is desired or required as a functional element adjusts. The essence of the invention lies in the choice of the layer material for the stress layer and the manner of its after-treatment.

Unter einer ”Spannungsschicht” sei im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jede Beschichtung verstanden, die innere, mechanische Spannungen aufweist und in der Lage ist, diese auf den sie tragenden Körper zu übertragen.Under a "stress layer" is within the scope of the present Description any coating understood the inner, mechanical Has tensions and is capable of carrying them on to them To transfer body.

Unter einem ”Suboxid-Material” sei im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jedes oxidierbare, jedoch nicht vollständig durchoxidierte Halbleiter- oder Metallmaterial verstanden. Als nicht vollständig durchoxidiert wird hier sowohl solches Material bezeichnet, dessen einzelne Halbleiter- bzw. Metallatome nicht mit der maximal möglichen Anzahl von Sauerstoffatomen gebunden sind, als auch solche Materialien, die ein im Wesentlichen homogenes Gemisch aus Halbleiter- bzw. Metallatomen mit maximaler Anzahl gebundener Sauerstoffatome, submaximaler Anzahl gebundener Sauerstoffatome und/oder ohne gebundene Sauerstoffatome umfassen.Under a "suboxide material" is within the scope of the present Description of each oxidizable, but not complete by oxidized semiconductor or metal material understood. As not completely oxidized here is both such material denoted whose individual semiconductor or metal atoms not with bound to the maximum possible number of oxygen atoms are as well as such materials that are essentially homogeneous Mixture of semiconductor or metal atoms with maximum number of bonded Oxygen atoms, submaximal number of bound oxygen atoms and / or without bound oxygen atoms.

Der Begriff der ”räumlich inhomogenen Erhöhung des Oxidationsgrades” der Suboxidschicht soll alle Verfahren umfassen, die, ausgehend von einer im Wesentlichen homogenen Suboxidschicht, zu einer Schicht mit inhomogen verteiltem Oxidationsgrad, der wenigstens bereichsweise höher als der ursprüngliche, im wesentlichen homogen verteilte Oxidationsgrad ist, führen. Dies schließt ausdrücklich auch Kombinationen aus teilweiser Zerstörung und Aufoxidation der Suboxidschicht oder Bereichen davon mit ein.Of the Concept of "spatially inhomogeneous increase the degree of oxidation "of the suboxide layer should all procedures comprising, starting from a substantially homogeneous suboxide layer, to a layer with inhomogenously distributed degree of oxidation, at least in some areas higher than the original, im essential homogeneously distributed degree of oxidation, lead. This expressly includes combinations from partial destruction and oxidation of the suboxide layer or areas thereof.

Die Erfinder haben erkannt, dass sich die grundsätzlich bekannte Eigenschaft o. g. Suboxid-Materialien, nämlich die Änderung der internen Spannung in Suboxid-Spannungsschichten bei Änderung des Oxidationsgrades, gezielt zur Beeinflussung der Spannungskräfte auf einen beschichteten Formkörper nutzen lässt. Dabei resultiert die vorteilhafte Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem Ansatz, nicht etwa den Oxidationsgrad der gesamten Spannungsschicht homogen zu verändern, sondern die Änderung des Oxidationsgrades, insbesondere die Erhöhung des Oxidationsgrades, räumlich strukturiert vorzunehmen. Je nach Wahl der konkreten Struktur, d. h. des räumlichen ”Musters” in welchem der Oxidationsgrad verändert wird, bilden sich unterschiedliche resultierende Kräfte auf den Formkörper und somit unterschiedliche resultierende Verformungen. Diese können in Kenntnis der empirisch leicht ermittelbaren Zusammenhänge zwischen innerer Schichtspannung und Oxidationsgrad exakt bestimmt bzw. vorhergesagt werden. Entsprechend kann die resultierende Verformung und damit die Zielform des Funktionselementes gezielt eingestellt werden.The Inventors have recognized that the principle known Property o. G. Suboxide materials, namely the change the internal stress in suboxide stress layers on change the degree of oxidation, targeted to influence the tension forces to use on a coated molding. This results in the advantageous flexibility of the invention Procedure from the approach, not the degree of oxidation of the whole Tension layer to change homogeneously, but the change the degree of oxidation, in particular the increase in the degree of oxidation, spatially structured. Depending on the choice of concrete structure, d. H. the spatial "pattern" in which the degree of oxidation is changed, form different resulting forces on the molding and thus different resulting deformations. these can in the knowledge of the empirically easily ascertainable connections exactly determined between internal layer stress and degree of oxidation or predicted. Accordingly, the resulting deformation and thus the target shape of the functional element can be set specifically.

Für die Durchführung der räumlich strukturierten Veränderung des Oxidationsgrades der Spannungsschicht sind zwei Varianten besonders vorteilhaft:
Bei einer ersten vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass die Erhöhung des Oxidationsgrades des Suboxid-Materials eine räumlich strukturierte Beaufschlagung der Spannungsschicht mit Laserlicht einer Energiedichte unterhalb der Ablationsschwelle umfasst. Die Wellenlänge des verwendeten Laserlichtes ist dabei auf die optischen Eigenschaften des jeweiligen Suboxid-Materials abzustimmen. Insbesondere ist eine von dem Suboxid-Material hinreichend absorbierbare Wellenlänge zu wählen. Die Beaufschlagung kann durch strukturiertes Abrastern mit einem fokussierten Laserstrahl oder durch Abbildung eines Strukturmusters, z. B. mittels einer Maske, auf die Spannungsschicht erfolgen. Wichtig bei dieser Variante ist, dass die Zerstörschwelle des Materials nicht überschritten wird. Die Spannungsschicht bleibt intakt. Es wird lediglich lokal der Oxidationsgrad des Suboxid-Materials erhöht. Hierbei können unterschiedliche physikalische Mechanismen wirken bzw. eingesetzt werden. So kann die Laserstrahlung beispielsweise dazu verwendet werden, dass Suboxid-Material lokal zu erwärmen und dadurch eine Reaktion mit einer sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre zu initiieren. Allerdings hat sich herausgestellt, dass das Vorhandensein einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre nicht in allen Fällen erforderlich ist. Die Erfinder nehmen an, dass es durch die lokale Erwärmung auch zu einer Umlagerung unterschiedlich stark oxidierter Atome im Suboxid-Material kommen kann, wodurch die anfänglich homogene Verteilung unterschiedlich stark oxidierter Atome in dem Material aufgehoben wird. Auch rein photophysikalische oder photochemische Mechanismen können eine Rolle spielen.Two variants are particularly advantageous for carrying out the spatially structured change in the oxidation state of the stress layer:
In a first advantageous variant, it is provided that increasing the degree of oxidation of the suboxide material comprises a spatially structured application of laser light to an energy density below the ablation threshold. The wavelength of the laser light used is matched to the optical properties of the respective suboxide material. In particular, a wavelength which is sufficiently absorbable by the suboxide material is to be selected. The application may be effected by structured scanning with a focused laser beam or by imaging a structural pattern, e.g. B. by means of a mask on the stress layer. Important in this variant is that the damage threshold of the material is not exceeded. The stress layer remains intact. It is only locally increased the degree of oxidation of the suboxide material. In this case, different physical mechanisms can act or be used. So the laser radiation can be used, for example, that Subo To locally heat xid material and thereby initiate a reaction with an oxygen-containing ambient atmosphere. However, it has been found that the presence of an oxygen-containing atmosphere is not required in all cases. The inventors assume that the local heating can also lead to a rearrangement of differently oxidized atoms in the suboxide material, whereby the initially homogeneous distribution of differently oxidized atoms in the material is abolished. Also purely photophysical or photochemical mechanisms may play a role.

Bei einer zweiten vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass die Erhöhung des Oxidationsgrades des Suboxid-Materials eine bereichsweise Entfernung der Spannungsschicht und eine anschließende, gleichmäßige Erhöhung des Oxidationsgrades des verbleibenden Suboxid-Materials umfasst. Bei dieser Variante ist die Strukturierung im Wesentlichen mechanischer Art. Die Spannungsschicht wird bereichsweise zerstört. Das bereichsweise Entfernen der Spannungsschicht kann mechanisch oder nasschemisch, bevorzugt jedoch durch Laserablation erfolgen. Dabei wird die Spannungsschicht mit Laserlicht einer von ihr gut absorbierten Wellenlänge lokal bestrahlt, wobei die Zerstörschwelle der Spannungsschicht überschritten wird. Die Techniken zur Laserablation sind hoch entwickelt und dem Fachmann bekannt. Nach der mechanischen Strukturierung wird der Oxidationsgrad des verbleibenden Suboxid-Materials gleichmäßig erhöht. Dies kann beispielsweise durch ein Ausheizen in sauerstoffhaltiger Umgebungsatmosphäre erfolgen. Auch eine Umkehrung der Reihenfolge von Strukturierung und Aufoxidation ist denkbar, wobei zunächst eine homogene Erhöhung des Oxidationsgrades und eine anschließende mechanische Strukturierung, insbesondere durch Laserablation, vorgenommen wird. Schließlich ist es auch möglich, dass die mechanische Strukturierung, d. h. die bereichsweise Entfernung der Spannungsschicht, insbesondere durch Laserablation und die Erhöhung des Oxidationsgrades des verbleibenden Suboxid-Materials iterativ erfolgt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass Strukturierung und Aufoxidation abwechselnd durchgeführt und paarweise ein- oder mehrfach wiederholt werden. Dabei versteht es sich, dass die als Aufoxidation bezeichneten Teilschritte jeweils nur eine Teiloxidation des Suboxidmaterials, die nicht zu einer vollständigen Umwandlung in ein reines Oxid führt, bewirken. Dies muss zumindest für die einem letzten Iterationsschritt vorangehenden Iterationsschritte gelten. Der letzte Iterationsschritt kann ohne weiteres eine vollständige Durchoxidation umfassen, insbesondere von einer solchen abgeschlossen werden.at A second advantageous variant provides that the increase the degree of oxidation of the suboxide material a removal in some areas the tension layer and a subsequent, even Increasing the degree of oxidation of the remaining suboxide material includes. In this variant, the structuring is essentially mechanical type. The stress layer is partially destroyed. The partial removal of the stress layer can be mechanical or wet-chemically, but preferably by laser ablation. The tension layer with laser light is one of her good absorbed wavelength locally irradiated, the damage threshold the stress layer is exceeded. The techniques for laser ablation are sophisticated and known to those skilled in the art. After mechanical structuring, the degree of oxidation of the remaining suboxide material increases evenly. This can be done, for example, by heating in oxygen-containing Ambient atmosphere take place. Also a reversal of the order structuring and oxidation is conceivable, initially a homogeneous increase in the degree of oxidation and a subsequent mechanical Structuring, in particular by laser ablation, is made. Finally, it is also possible that the mechanical Structuring, d. H. the partial removal of the stress layer, in particular by laser ablation and the increase in the degree of oxidation of the remaining suboxide material iteratively. this means in other words, that structuring and oxidizing alternately performed and repeated in pairs one or more times become. It goes without saying that those referred to as onoxidation Partial steps each only a partial oxidation of the suboxide material, which is not a complete transformation into a pure one Oxid leads cause. This must be at least for the iteration steps preceding a final iteration step be valid. The last iteration step can easily complete complete oxidation include, in particular, be completed by one.

Selbstverständlich sind auch Kombinationen der beiden vorgenannten Varianten möglich, d. h. zunächst mechanische Strukturierungen, insbesondere durch Laserablation, und anschließend eine nur lokale Erhöhung des Oxidationsgrades des verbleibenden Suboxid-Materials.Of course Combinations of the two aforementioned variants are also possible d. H. first mechanical structuring, in particular by Laser ablation, and then a local enhancement only the degree of oxidation of the remaining suboxide material.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist weiter ein Schritt der Nachbehandlung des Grundkörpers vorgesehen, bei dem der Grundkörper bis zu einer plastischen Verformungstemperatur erhitzt wird. Vorzugsweise sind das Material des Grundkörpers und das Material der Spannungsschicht so gewählt, dass sie unterschiedliche Verformungstemperaturen haben; insbesondere sollte bevorzugt die Verformungstemperatur des Grundkörpermaterials unter derjenigen der Spannungsschicht liegen. Bei der Verformungstemperatur, die hier nicht als scharfe Temperaturgrenze, sondern vielmehr als ein von weiteren Verfahrensparametern, z. B. der Einwirkdauer, abhängiger Temperaturbereich zu verstehen ist, wird das Material des Grundkörpers plastisch verformbar. Das bedeutet, dass die Gegenkraft, die der Grundkörper der von der Spannungsschicht eingebrachten Spannung entgegensetzt, dauerhaft abnimmt. Eine bereits erzeugte Verformung geht von einem elastischen in einen plastischen Zustand über, wobei ihr Ausmaß je nach dem Ausmaß der durch die Erwärmung des Grundkörpers hervorgerufenen Änderungen seiner Eigenschaften, insbesondere seiner Steifigkeit, mehr oder weniger stark zunehmen kann. Bei vollständiger Umwandlung in eine plastische Verformung bleibt diese nach dem Abkühlen des Grundkörpers auch ohne weitere Krafteinwirkung dauerhaft erhalten. Dies erlaubt es, in einem anschließenden optionalen Behandlungsschritt die Spannungsschicht bzw. deren Reste vollständig zu entfernen, ohne die Form des Grundkörpers nochmals wesentlich zu verändern. Auf diese Weise können insbesondere transparente optische Bauteile, wie sie für den Einsatz als Transmissions-Funktionselemente benötigt werden, geschaffen werden.at A preferred embodiment of the present invention is further a step of aftertreatment of the base body is provided, in which the main body up to a plastic deformation temperature is heated. Preferably, the material of the main body and the material of the stress layer is chosen such that they have different deformation temperatures; especially should preferably be the deformation temperature of the base body material lie below that of the stress layer. At the deformation temperature, the not here as a sharp temperature limit, but rather as a of further process parameters, eg. As the exposure time, dependent Temperature range is understood to be the material of the main body plastically deformable. This means that the drag that the Basic body of introduced from the stress layer Voltage opposes, permanently decreases. An already generated one Deformation changes from an elastic to a plastic state, their extent depending on the extent of the warming of the body caused changes its properties, in particular its rigidity, more or can increase less. When fully converted to a plastic deformation remains after cooling of the body permanently without further force receive. This allows, in a subsequent optional Treatment step, the stress layer or its residues completely Remove without the shape of the body again essential to change. In this way, in particular transparent optical components, such as those for use are needed as transmission functional elements created become.

Im Fall der oben genannten zweiten Verfahrensvariante, die zunächst eine mechanische Strukturierung und dann eine Erhöhung des Oxidationsgrades des verbleibenden Suboxid-Materials vorsieht, kann dieser Oxidationsschritt bevorzugt zusammen mit dem Aufheizen des Grundkörpers bis zu dessen plastischer Verformungstemperatur in einem gemeinsamen Heizschritt, insbesondere in einer sauerstoffhaltigen Umgebungsatmosphäre, erfolgen. Die Temperatur ist dabei bevorzugt so zu wählen, dass einerseits die plastische Verformungstemperatur des Grundkörpers erreicht, diejenige der Spannungsschicht jedoch nicht erreicht wird. Allerdings muss die Temperatur so hoch sein, dass eine effiziente Oxidation des verbleibenden Suboxid-Materials stattfinden kann. Der Fachmann wird hier geeignete Konstellationen von Heiz-, Kühl- und Einwirkungsphasen, die jeweils von der gewählten Materialkombination und der Formgebung abhängig sind, zu wählen wissen.in the Case of the above second method variant, the first a mechanical structuring and then an increase the degree of oxidation of the remaining suboxide material, This oxidation step may be preferred together with the heating of the main body up to its plastic deformation temperature in a common heating step, in particular in an oxygen-containing Ambient atmosphere, done. The temperature is here prefers to choose so that on the one hand the plastic Deformation temperature of the body reaches, the one However, the stress layer is not reached. However, must the temperature be so high that efficient oxidation of the remaining suboxide material can take place. The specialist will here suitable constellations of heating, cooling and exposure phases, each of the chosen material combination and the Shaping, know to choose.

Wie eingangs bereits erläutert, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, die Form des herzustellenden Funktionselementes erst in einem sehr späten Verfahrensschritt festzulegen. Dies erlaubt es umgekehrt, andere Verfahrensschritte, die keine oder nur eine geringe Verformung tolerieren, vor der abschließenden Formgebung durchzuführen. Insbesondere ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass vor dem Schritt des Nachbehandelns der Spannungsschicht auf einer der ersten Oberfläche abgewandten zweiten Oberfläche des Grundkörpers eine optische und/oder elektrische Funktionsschicht aufgebracht wird. Dies kann beispielsweise im Fall eines optischen Spiegels eine reflektierende Spiegelschicht sein. Die Beschichtung von Grundkörpern mit hochpräzisen Funktionsschichten duldet oft keine Verformung der Beschichtungsfläche mit zu kleinen Krümmungsradien. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, solche Schichten im (noch) planen oder nur gering verformten Zustand des Grundkörpers aufzubringen und zu einem späteren Zeitpunkt zusammen mit dem Grundkörper erfindungsgemäß zu verformen. Andererseits kann, wenn die erzeugten Krümmungsradien hinreichen groß sind, die Funktionsschicht auch im Anschluss an die Freiformerzeugung erfolgen. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Funktionsschicht bei der Aufoxidation und/oder einem Heizschritt nicht beschädigt werden kann.As already explained, it allows the invention Method, the shape of the produced functional element only at a very late stage. This conversely, it allows other procedural steps that have no or only tolerate a slight deformation, before the final To perform shaping. In particular, in one embodiment the invention provides that before the step of aftertreatment the stress layer facing away on one of the first surface second surface of the main body of an optical and / or electrical functional layer is applied. This can for example, in the case of an optical mirror, a reflective one Be mirror layer. The coating of basic bodies with high-precision functional layers often tolerates no deformation the coating surface with too small radii of curvature. The present invention makes it possible to use such layers in (still) plan or only slightly deformed state of the body and at a later date together with deform the body according to the invention. On the other hand, if the radii of curvature produced suffice are large, the functional layer also following the Freeform production done. This variant has the advantage that the functional layer during the oxidation and / or a heating step can not be damaged.

Wie oben bereits erwähnt, wird die mechanische Strukturierung der Spannungsschicht bzw. deren lokale Oxidation laserbasiert durchgeführt. Erwähnt wurden bereits die Varianten des Abrasterns und der Projektion eines Musters. Die erstgenannte Variante hat den Vorteil, dass die resultierende Verformung graduell zunimmt. Sie kann somit während des Laserbearbeitungsprozesses ständig überwacht und ggf. korrigiert werden. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verformung des Grundkörpers während des Schrittes der Nachbehandlung der Spannungsschicht mittels eines Wellenfrontsensors überwacht wird, der mit Laserlicht beaufschlagt wird, welches von einer der ersten Oberfläche abgewandten zweiten Oberfläche des Grundkörpers reflektiert wird.As already mentioned above, the mechanical structuring the stress layer or its local oxidation carried out laser-based. Mentioned were already the variants of the Abrasterns and the projection of a pattern. The former variant has the Advantage that the resulting deformation gradually increases. she can thus constantly monitored during the laser processing process and if necessary be corrected. For this purpose, it is preferably provided that the Deformation of the body during the step the post-treatment of the stress layer monitored by a wavefront sensor which is acted upon by laser light, which of one of the first surface facing away from the second surface of the main body is reflected.

Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf ein oder wenige bestimmte Suboxid-Materialien beschränkt ist, haben sich einige Materialien bereits bewährt oder die Erfinder sind aufgrund der bekannten physikalischen Eigenschaften überzeugt, dass sie zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass das Suboxid-Material ausgewählt ist aus einer Gruppe von Suboxid-Materialien, umfassend SiO_x, Al₂O_y, HfO_x, ZrO_x, Ta₂O_z, Nb₂O_z, TiO_x, In₂O_y, WO_y, SnO_x, Sn₂O_y, ZnO_u und Gemische davon, wobei 0 ≤ u < 1, 0 ≤ x < 2, 0 ≤ y < 3 und 0 ≤ z < 5. Ein Gemisch im Sinne der vorliegenden Beschreibung kann auch zusätzliche Stoffe enthalten und umfasst insbesondere auch Legierungen. Beispielsweise bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf Indiumzinnoxid, kurz ITO, ein Mischoxid aus einem typischerweise größeren Anteil In₂O₃ und einem typischerweise kleineren Anteil SnO₂.Although the present invention is not limited to one or a few particular suboxide materials, some materials have already been proven or the inventors are convinced that they are particularly suitable for use in the present invention because of the known physical properties. It is therefore preferred that the suboxide material is selected from a group of suboxide materials comprising SiO _x , Al ₂ O _y , HfO _x , ZrO _x , Ta ₂ O _z , Nb ₂ O _z , TiO _x , In ₂ O _y , WO _y , SnO _x , Sn ₂ O _y , ZnO _u and mixtures thereof, wherein 0 ≤ u <1, 0 ≤ x <2, 0 ≤ y <3 and 0 ≤ z <5. A mixture in the sense The present description may also contain additional substances and in particular includes alloys. For example, the present invention also relates to indium tin oxide, ITO for short, a mixed oxide of a typically larger proportion of In ₂ O ₃ and a typically smaller amount of SnO ₂ .

Erfindungsgemäß hergestellte Bauteile lassen sich als Funktionselemente optischer Aufbauten ebenso verwenden wie in elektronischen Anlagen. Hier sind insbesondere speziell geformte Kondensatorplatten und Formungselemente für elektrische Felder denkbare Einsatzgebiete.Produced according to the invention Components can be used as functional elements of optical structures as well use as in electronic systems. Here are in particular specially shaped capacitor plates and shaping elements for electric fields conceivable applications.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following special description and the drawings.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:It demonstrate:

1: eine Skizze zur Verdeutlichung der Begriffe „Zugspannung” und „Druckspannung”; 1 : a sketch to clarify the terms "tension" and "compressive stress";

2: eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil; 2 a schematic representation of an example of a component produced according to the invention;

3: eine schematische Darstellung zur Illustration verschiedener Modifikationsmöglichkeiten; 3 : a schematic representation illustrating various modification possibilities;

4: eine schematische Darstellung eines Aufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 : a schematic representation of a structure for carrying out the method according to the invention.

Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDescription of preferred embodiments

Die mechanischen Spannungen, mit der eine Spannungsschicht auf einen tragenden Grundkörper einwirken kann, werden allgemein in zwei unterschiedliche Klassen eingeteilt, nämlich eine Zugspannung (tensile stress) und Druckspannung (compressive stress). 1 dient der Veranschaulichung dieser Begriffe, die auch im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Anwendung finden. Ein Grundkörper 10 ist mit einer Spannungsschicht 12 beschichtet. Als Referenzebene ist in 1 eine ebene Auflage 14 dargestellt, die mit dem Grundkörper 10 nicht verbunden ist. Teilfigur 1a stellt den Fall der Zugspannung dar. Die beschichtete Seite des Grundkörpers 10 krümmt sich konkav, während sich die der Spannungsschicht 12 abgewandte Seite des Grundkörpers 10 konvex krümmt. Teilfigur 1b veranschaulicht den Fall der Druckspannung. Die beschichtete Seite des Grundkörpers 10 krümmt sich konvex, während sich die der Spannungsschicht 12 abgewandte Seite des Grundkörpers 10 konkav krümmt. In beiden Fällen sind mit Pfeilen die Richtungen der wirksamen Krümmungskräfte dargestellt. Stärke und Richtung der Spannungen sind abhängig vom gewählten Material der Spannungsschicht 12, ihrer Dimensionierung, der Art und dem Ausmaß ihrer Nachbehandlung sowie der Festigkeit ihrer Verbindung mit dem Grundkörper 10. Einige Spannungsschichten 12 üben bereits während ihrer Aufbringung oder unmittelbar danach eine Initialspannung auf den Grundkörper 10 aus, wohingegen andere Spannungsschichten 12 kräftefrei sind und erst nach geeigneter Nachbehandlung Spannungen auf den Grundkörper 10 ausüben. Vielfach sind Richtung und Stärke solcher Initialspannungen abhängig von den Parametern des Beschichtungsprozesses. Mögliche Beschichtungsverfahren sind z. B. Vakuumabscheidung, Plasmabeschichtung, Sputtern etc. Die vorliegende Erfindung ist sowohl für Spannungsschichten 12 mit Initialspannung als auch für Spannungsschichten 12 ohne Initialspannung anwendbar. Auch die spezielle Art und Weise der Beschichtung, d. h. des Aufbringens der Spannungsschicht 12 auf den Grundkörper 10 ist für den grundlegenden Gedanken der vorliegenden Erfindung nicht relevant.The mechanical stresses with which a stress layer can act on a supporting body are generally divided into two distinct classes, namely tensile stress and compressive stress. 1 serves to illustrate these terms, which are also used in the context of the present description. A basic body 10 is with a stress layer 12 coated. As a reference plane is in 1 a flat edition 14 shown with the main body 10 not connected. subfigure 1a represents the case of tension. The coated side of the body 10 curves concave, while that of the stress layer 12 opposite side of the body 10 convex curves. subfigure 1b illustrates the case of compressive stress. The coated side of the main body 10 convexly curves, while the tension layer curves 12 opposite side of the body 10 concave curves. In both cases, arrows indicate the directions of the effective bending forces. Strength and direction The voltages depend on the selected material of the stress layer 12 their dimensioning, the nature and extent of their post-treatment and the strength of their connection to the body 10 , Some layers of tension 12 practice already during their application or immediately after an initial tension on the body 10 whereas other stress layers 12 are free of forces and only after appropriate post-treatment stresses on the body 10 exercise. In many cases, the direction and strength of such initial voltages are dependent on the parameters of the coating process. Possible coating methods are z. Vacuum deposition, plasma coating, sputtering, etc. The present invention is for both stress layers 12 with initial voltage as well as for voltage layers 12 applicable without initial voltage. Also the special way of coating, ie the application of the stress layer 12 on the main body 10 is not relevant to the basic idea of the present invention.

Nachfolgend sollen zunächst zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in ihren Teilschritten dargestellt und erläutert werden. Anschließend sollen mehrere konkrete Bespiele für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben werden.following should first two preferred embodiments of the invention shown and explained in their substeps become. Subsequently, several concrete examples for the application of the method according to the invention are given.

Erste bevorzugte Verfahrensvariante:First preferred method variant:

Auf einen planen Grundkörper 10, beispielsweise ein rundes Quarzglasscheibchen mit wenigen Zentimetern Durchmesser und wenigen Millimetern Dicke, wird eine Spannungsschicht 12 aus einem Suboxid-Material aufgebracht. Das Suboxid-Material kann z. B. ein Silizium-Suboxid sein, d. h. eine Silizium-Verbindung, die stöchiometrisch als SiO_x mit 0 ≤ x < 2 beschrieben werden kann. Eine solche Spannungsschicht 12 wird oft unpräzise als Siliziummonoxidschicht bezeichnet, obgleich in der Regel keine reine SiO-Schicht vorliegt. Bevorzugt übt die Spannungsschicht 12 in diesem Anfangszustand noch keine verformenden Kräfte auf den Grundkörper 10 aus. Die der Spannungsschicht 12 gegenüberliegende freie Oberfläche des Grundkörpers 10 behält ihre plane Form. Vor oder nach der Beschichtung mit der Spannungsschicht 12 kann die freie Oberfläche des Grundkörpers mit einer Funktionsschicht, beispielsweise einer Spiegelschicht, beschichtet werden. Diese Funktionsbeschichtung erfolgt vorzugsweise in einem Zustand, in dem die freie Oberfläche des Grundkörpers 10 plan ist. Bei Spannungsschichten 12 ohne Initialspannung kann dies beliebig vor oder nach der Beschichtung mit der Spannungsschicht 12 erfolgen; bei Spannungsschichten 12 mit Initialspannung, d. h. Spannungsschichten 12, die bereits durch ihren Auftrag den Grundkörper 10 verformen, wird die Funktionsschicht günstigerweise vor Auftrag der Spannungsschicht 12 aufgetragen. Alternativ zu einer Funktionsbeschichtung kann auch eine andere Art der Funktionsbearbeitung des Grundkörpers 10, beispielsweise durch Laserablation o. ä. zur Ausbildung von optischen Gittern o. ä. erfolgen.On a flat body 10 For example, a round quartz glass disk a few centimeters in diameter and a few millimeters thick, is a stress layer 12 applied from a suboxide material. The suboxide material may, for. Example, a silicon suboxide, ie a silicon compound, which can be stoichiometrically described as SiO _x with 0 ≤ x <2. Such a stress layer 12 is often called imprecise silicon monoxide layer, although usually there is no pure SiO layer. Preferably, the stress layer exercises 12 in this initial state still no deforming forces on the body 10 out. The tension layer 12 opposite free surface of the body 10 retains its flat shape. Before or after coating with the stress layer 12 For example, the free surface of the main body can be coated with a functional layer, for example a mirror layer. This functional coating is preferably carried out in a state in which the free surface of the base body 10 plan is. For stress layers 12 this can be done arbitrarily before or after coating with the stress layer without initial tension 12 respectively; with stress layers 12 with initial voltage, ie voltage layers 12 who already by their order the basic body 10 deform, the functional layer is conveniently before application of the stress layer 12 applied. As an alternative to a functional coating can also be another type of functional processing of the body 10 , For example, by laser ablation o. Ä. To form optical gratings o. Ä. Made.

In einem ersten Nachbehandlungsschritt wird alsdann das Suboxid-Material der Spannungsschicht 12 strukturiert ganz oder teilweise durchoxidiert. Dies erfolgt bevorzugt durch Beaufschlagung der Spannungsschicht 12 mit einem lasergenerierten Beleuchtungsmuster. Aufgrund verschiedener, eingangs bereits erwähnter physikalischer und chemischer Mechanismen, kann der Oxidationsgrad des Suboxid-Materials bis hin zur vollständigen Oxidation lokal erhöht werden. Für Silizium-Suboxid ist es bekannt, dass eine Erhöhung des Oxidationsgrades einer Schicht eine Druckspannung erzeugt. Man kann sich dies als eine zunehmende Flächenausdehnung des Materials mit zunehmenden Oxidationsgrad vorstellen. Allerdings wird erfindungsgemäß nicht der Oxidationsgrad der gesamten Schicht 12 erhöht sondern lediglich in durch das Beleuchtungsmuster ausgewählten Bereichen, so dass eine räumliche Struktur unterschiedlicher Oxidationsgrade in der Spannungsschicht 12 entsteht. Entsprechend inhomogen sind die entstehenden, auf den Grundkörper 10 wirkenden Verformungskräfte, was zur Entstehung einer frei geformten Gestalt der Funktionsoberfläche führt.In a first post-treatment step, the suboxide material of the stress layer is then formed 12 structured completely or partially oxidized by oxidation. This is preferably done by applying the stress layer 12 with a laser-generated illumination pattern. Due to various, already mentioned physical and chemical mechanisms, the degree of oxidation of the suboxide material can be locally increased up to complete oxidation. For silicon suboxide, it is known that increasing the degree of oxidation of a layer creates compressive stress. This can be thought of as an increasing surface area of the material with increasing degree of oxidation. However, according to the invention, not the degree of oxidation of the entire layer 12 but increases only in selected by the illumination pattern areas, so that a spatial structure of different degrees of oxidation in the stress layer 12 arises. Accordingly, the resulting, inhomogeneous, on the body 10 acting deformation forces, which leads to the formation of a free-formed shape of the functional surface.

In einem weiteren, optionalen Schritt wird der verformte Grundkörper 10 erhitzt. Dieser Heizvorgang wird im Hinblick auf angewandte Temperaturen und deren Einwirkungsdauer auf das Grundkörpermaterial so gestaltet, dass das Grundkörpermaterial gerade eine plastische Verformungsgrenze überschreitet. Mit anderen Worten wird der Grundkörper 10 so hoch erhitzt, dass die bislang elastische Verformung, die die Spannungsschicht 12 bewirkt, in eine plastische Verformung übergeht. Dabei können die Beiträge der einzelnen Nachbehandlungsschritte zur resultierenden Formgebung durchaus von Fall zu Fall unterschiedlich sein. Beispielsweise fällt bei einem sehr steifen Grundkörper 10 die durch die strukturierte Oxidation erreichte, elastische Verformung sehr gering aus. Verliert der Grundkörper 10 dann während des Heizschrittes deutlich an Steifigkeit, stellt sich eine größere Verformung ein. Bei sehr wenig steifen Grundkörpern, kann bereits die strukturierte Oxidation eine erhebliche Verformung bewirken. Nach dem Abkühlen des plastisch verformten Grundkörpers 10 ist die Spannungsschicht 12 nicht mehr erforderlich und kann entfernt werden. Eine weitere Verformung sollte dann höchstens gering ausfallen. Ein Entfernen der Spannungsschicht kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn das erzeugte Bauteil ein transmissives optisches Funktionselement ist.In a further, optional step, the deformed base body 10 heated. This heating process is designed with respect to applied temperatures and their duration of action on the body material so that the body material just exceeds a plastic deformation limit. In other words, the basic body 10 heated so high that the previously elastic deformation, which is the stress layer 12 causes it to undergo plastic deformation. The contributions of the individual post-treatment steps to the resulting shaping can certainly differ from case to case. For example, falls in a very stiff body 10 the elastic deformation achieved by the structured oxidation is very low. Loses the body 10 then during the heating step significantly in rigidity, sets a greater deformation. In the case of very rigid bodies, even the structured oxidation can cause considerable deformation. After cooling the plastically deformed body 10 is the tension layer 12 no longer necessary and can be removed. Further deformation should then be at most low. A removal of the stress layer may be necessary in particular if the component produced is a transmissive optical functional element.

Zweite bevorzugte Variante:Second preferred variant:

Der Vorbereitungsschritt der zweiten bevorzugten Variante entspricht demjenigen der ersten bevorzugten Variante und soll hier nicht wiederholt werden.Of the Preparatory step of the second preferred variant corresponds that of the first preferred variant and shall not be repeated here become.

Zur Nachbehandlung der Spannungsschicht 12 wird diese bei der zweiten Verfahrensvariante mechanisch strukturiert, d. h. es wird ihr eine mechanische Struktur gegeben. Dies erfolgt bevorzugt durch Laserablation. Mittels Laserablation können gezielt Bereiche der Spannungsschicht 12 abgesprengt werden. Bei Spannungsschichten 12 mit Initialspannung kann, wenn der Grundkörper 10 hinreichend nachgiebig ist, bereits diese mechanische Strukturierung zu einer Verformung des Grundkörpers 10 führen. Bei Spannungsschichten 12 ohne Initialspannung verformt sich der Grundkörper 10 bei der mechanischen Strukturierung nicht. In einem nachfolgenden Schritt wird dann das verbleibende Suboxid-Material ganz oder teilweise durchoxidiert. Dies kann mittels der eingangs bereits genannten physikalischen, chemischen, photophysikalischen und photochemischen Mechanismen erfolgen. Die Verformung des Grundkörpers 10 stellt sich entsprechend den sich durch die Oxidation ändernden Spannungskräften ein, wobei die resultierende Form des Grundkörpers 10 von der speziell gewählten Struktur abhängt. Alternativ zur gleichmäßigen Durchoxidation des verbleibenden Suboxid-Materials ist es auch möglich, dieses lediglich bereichsweise durchzuoxidieren.For post-treatment of the stress layer 12 this is mechanically structured in the second variant of the method, ie it is given a mechanical structure. This is preferably done by laser ablation. Laser ablation allows targeted areas of the stress layer 12 be blown off. For stress layers 12 with initial voltage can when the main body 10 sufficiently yielding, already this mechanical structuring to a deformation of the body 10 to lead. For stress layers 12 without initial tension, the main body deforms 10 not at the mechanical structuring. In a subsequent step, the remaining suboxide material is then completely or partially oxidized. This can be done by means of the above-mentioned physical, chemical, photophysical and photochemical mechanisms. The deformation of the body 10 adjusts itself according to the voltage forces changing as a result of the oxidation, the resulting shape of the main body 10 depends on the specific structure chosen. As an alternative to the uniform oxidation of the remaining suboxide material, it is also possible to oxidize it only in some areas.

Die abschließenden Schritte zur plastischen Verformung und ggf. Entfernung der verbleibenden Spannungsschicht 12 sind im Wesentlichen die gleichen wie bei der oben geschilderten Verfahrensvariante und sollen hier nicht wiederholt werden. Es soll jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass der Schritt des Oxidierens der mechanisch strukturierten Spannungsschicht simultan mit dem Aufheizen des Grundkörpers erfolgen kann, sodass sich ”elastische” und ”plastische” Beiträge zur resultierenden Verformung nicht trennen lassen.The final steps for plastic deformation and, if necessary, removal of the remaining stress layer 12 are essentially the same as in the above-described process variant and will not be repeated here. However, it should be expressly pointed out that the step of oxidizing the mechanically structured stress layer can be done simultaneously with the heating of the body, so that "elastic" and "plastic" contributions to the resulting deformation can not be separated.

Erstes konkretes Beispiel:First concrete example:

Das erste konkrete Bespiel ist der Anschaulichkeit halber in stark schematisierter Weise in 2 dargestellt. Als Grundkörper 10 diente eine runde Quarzglasscheibe mit 25 mm Durchmesser und 2 mm Dicke. Darauf wurde als Spannungsschicht 12 eine 487 nm dicke SiO-Beschichtung aufgetragen. In die Spannungsschicht 12 wurde mittels Laserablation ein Streifenmuster 16 mit einer Periode von 50 μm eingebracht, insbesondere wird hierbei die SiO-Beschichtung bereichsweise vollständig entfernt. Man beachte, dass die in 2 gezeigte Strukturierung 16 nicht maßstäblich ist. Anschließend erfolgte eine Oxidation des verbleibenden SiO-Materials durch Heizung auf 1100°C über 13 Stunden unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre. Nach dem Abkühlen wurde die Verformung der Quarzglasscheibe jeweils über eine Länge von 15 mm bestimmt. Parallel zu dem Streifenmuster 16 ergab sich eine U-förmige Verformung mit einer Maximal-Auslenkung von 7100 nm. Senkrecht zu dem Streifenmuster 16 ergab sich eine W-förmige Verformung mit einer Maximal-Auslenkung von 600 nm. Die erzielten Verformungen sind in 2 schematisch dargstellt.The first concrete example is for the sake of clarity in a highly schematized way in 2 shown. As a basic body 10 served a round quartz glass disk with 25 mm diameter and 2 mm thickness. It was used as a tension layer 12 a 487 nm thick SiO coating applied. Into the tension layer 12 became a stripe pattern by laser ablation 16 introduced with a period of 50 microns, in particular in this case the SiO coating is partially completely removed. Note that the in 2 Structuring shown 16 not to scale. Subsequently, an oxidation of the remaining SiO 2 material by heating to 1100 ° C for 13 hours under oxygen-containing atmosphere. After cooling, the deformation of the quartz glass was determined over a length of 15 mm. Parallel to the stripe pattern 16 resulted in a U-shaped deformation with a maximum deflection of 7100 nm. Perpendicular to the stripe pattern 16 resulted in a W-shaped deformation with a maximum deflection of 600 nm. The deformations achieved are in 2 schematically dargstellt.

Zweites konkretes Beispiel:Second concrete example:

Als Ausgangsmaterial diente eine SiO-beschichtete Quarzglasscheibe wie im ersten Beispiel. Das mittels Laserablation eingebrachte Streifenmuster 16 hatte bei diesem Beispiel eine Periode von 25 μm. Die Oxidation erfolgte bei 1000°C über 10 Stunden, was zu einer unvollständigen Durchoxidation führte. Sowohl senkrecht als auch parallel zu dem Streifenmuster ergab sich eine U-förmige Verformung. Messung der Verformung über jeweils eine Länge von 15 mm ergab eine maximale Auslenkung senkrecht zu den Streifen von 360 nm und parallel zu den Streifen von 1400 nm.The starting material used was an SiO-coated quartz glass pane as in the first example. The stripe pattern introduced by means of laser ablation 16 had a period of 25 μm in this example. The oxidation was carried out at 1000 ° C for 10 hours, resulting in incomplete oxidation by oxidation. Both perpendicular and parallel to the fringe pattern resulted in a U-shaped deformation. Measurement of the deformation over a length of 15 mm each gave a maximum deflection perpendicular to the strips of 360 nm and parallel to the strips of 1400 nm.

Drittes konkretes Beispiel:Third concrete example:

Als Grundkörper diente eine Quarzglasscheibe wie in den vorgegangenen Beispielen. Diese wurde mit einer 831 nm dicken SiO-Schicht beschichtet. Dieser wurde gleichmäßig bei 1100°C über 2 Stunden teiloxidiert. Dies führte zu einer rotationssymmetrischen Durchbiegung der Scheibe mit einer maximalen Auslenkung von 690 nm (gemessen über eine Länge von 15 mm). Mit anderen Worten wurde für dieses dritte Beispiel als Spannungsschicht 12 eine teiloxidierte SiO_x-Schicht mit Initialspannung verwendet. In diese Spannungsschicht 12 wurde mittels Laserablation ein Streifenmuster 16 von 100 Linien mit einer Periode von 60 μm eingebracht. Hierdurch wurde die Durchbiegung senkrecht zu den Streifen auf 600 nm und parallel zu den Streifen auf 530 nm Auslenkung (jeweils gemessen über eine Länge von 15 mm) reduziert.The basic body was a quartz glass plate as in the previous examples. This was coated with a 831 nm thick SiO 2 layer. This was partially oxidized at 1100 ° C for 2 hours. This resulted in a rotationally symmetric deflection of the disk with a maximum deflection of 690 nm (measured over a length of 15 mm). In other words, for this third example, a stress layer was used 12 used a partially oxidized SiO _x layer with initial voltage. In this tension layer 12 became a stripe pattern by laser ablation 16 of 100 lines with a period of 60 μm introduced. This reduced the deflection perpendicular to the strips to 600 nm and parallel to the strips to 530 nm deflection (each measured over a length of 15 mm).

Viertes konkretes Beispiel:Fourth concrete example:

Als Grundkörper eine Quarzglasscheibe wie in den vorgegangenen Beispielen. Diese wurde wie in Beispiel 3 mit einer 831 nm dicken SiO-Schicht beschichtet und gleichmäßig bei 1100°C über 2 Stunden teiloxidiert. Danach folgte eine 6-stündige Abkühlung auf 150°C. Über eine Länge von 15 mm wurde eine Durchbiegung von 1800 nm in einer Richtung und von 1950 nm senkrecht dazu gemessen. Es folgte eine Strukturierung der Spannungsschicht mittels Laserablation, wobei parallel zur Richtung der stärkeren Durchbiegung ein Muster von 500 parallelen Streifen mit 20 μm Periode eingebracht wurde. Anschließend erfolgte eine weitere Aufoxidation der strukturierten Spannungsschicht bei 1100°C über 2 Stunden. Die resultierende Durchbiegung (jeweils gemessen über 15 mm Länge) betrug 1800 nm senkrecht zu den Streifen und 3000 nm parallel dazu.As a basic body a quartz glass pane as in the previous examples. This was coated as in Example 3 with a 831 nm thick SiO 2 layer and partially oxidized at 1100 ° C for 2 hours. This was followed by a 6-hour cooling to 150 ° C. Over a length of 15 mm, a sag of 1800 nm in one direction and 1950 nm perpendicular thereto was measured. This was followed by a structuring of the stress layer by means of laser ablation, whereby a pattern of 500 parallel strips with a 20 μm period was introduced parallel to the direction of the greater deflection. At closing took place further oxidation of the structured stress layer at 1100 ° C for 2 hours. The resulting deflection (each measured over 15 mm in length) was 1800 nm perpendicular to the strips and 3000 nm parallel thereto.

Obgleich bei den obigen Beispielen jeweils Streifenmuster verwendet wurden, ist die Erfindung nicht auf diese Art der Strukturierung beschränkt. 3 zeigt in stark schematisierter Weise die Einbringung dreier verschiedener Strukturen 16, 16', 16'', was zu einer sehr komplexen Verformung führt.Although stripe patterns were used in each of the above examples, the invention is not limited to this type of patterning. 3 shows in a highly schematic way the introduction of three different structures 16 . 16 ' . 16 '' , which leads to a very complex deformation.

4 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Probe, bestehend aus Grundkörper 10 und Spannungsschicht 12 ist in einem Ofen 18 angeordnet. Der Ofen 18 weist optische Schnittstellen auf, durch die Licht ein- und ausgekoppelt werden kann. 4 schematically shows a possible structure for carrying out the method according to the invention. A sample consisting of basic body 10 and stress layer 12 is in an oven 18 arranged. The oven 18 has optical interfaces through which light can be coupled in and out.

Der Strahl 20 eines Bearbeitungslasers 22 wird über Umlenkspiegel 24, 26, 28, 30 auf die Spannungsschicht 12 gelenkt. Wenigstens einer, vorzugsweise zwei der Spiegel 26, 28, 30 ist/sind als Scan-Spiegel ausgebildet, sodass die Spannungsschicht 12 zum Eintrag einer Struktur mit einem Beleuchtungsmuster abgerastert werden kann.The beam 20 a processing laser 22 is via deflection mirror 24 . 26 . 28 . 30 on the stress layer 12 directed. At least one, preferably two of the mirrors 26 . 28 . 30 is / are designed as a scan mirror, so that the stress layer 12 can be scanned to the entry of a structure with a lighting pattern.

Zur Kontrolle der Verformung des Grundkörpers 10 ist ein Monitor-Laser 32 vorgesehen, dessen Licht auf die freie Oberfläche 11 des Grundkörpers 10 fällt. Die freie Oberfläche 11 ist typischerweise die Funktionsoberfläche und kann eine Funktionsbeschichtung tragen. Das von der Funktionsoberfläche reflektierte Licht fällt auf einen Wellenfrontsensor 34, der durch Veränderung der Wellenfronten auf die sukzessive Verformung des Grundkörpers 10 schließen kann.To control the deformation of the body 10 is a monitor laser 32 provided, whose light is on the free surface 11 of the basic body 10 falls. The free surface 11 is typically the functional surface and can carry a functional coating. The reflected light from the functional surface is incident on a wavefront sensor 34 By changing the wavefronts on the successive deformation of the body 10 can close.

Alternativ zu der scannenden Bearbeitung kann das Beleuchtungsmuster mittels einer Maske 36 und einer geeigneten Optik 38 auf die Spannungsschicht 12 gelenkt werden. Insbesondere im Fall eines transparenten Grundkörpers und einer (für die Bearbeitungswellenlänge) transparenten Funktionsschicht auf der freien Oberfläche 11 ist, wie in 4 gezeigt, auch eine rückwärtige Beleuchtung der Spannungsschicht 12 möglich.As an alternative to the scanning processing, the illumination pattern can be generated by means of a mask 36 and a suitable optics 38 on the stress layer 12 be steered. In particular in the case of a transparent main body and a (for the processing wavelength) transparent functional layer on the free surface 11 is how in 4 shown, also a back lighting of the stress layer 12 possible.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere können die Materialien des Grundkörpers und der Spannungsschicht dem jeweiligen Einzelfall angepasst werden. Auch ist es möglich, Spannungsschichten aus mehreren Teilschichten unterschiedlicher Materialien, insbesondere auch unterschiedlicher Suboxid-Materialien aufzubauen. Auch die Einsatzmöglichkeiten der resultierenden Funktionselemente sind nicht auf die hier konkret genannten Anwendungsbeispiele beschränkt. Im Bereich der Optik und der Elektronik sind vielfältige Anwendungsmöglichkeiten denkbar.Naturally put those discussed in the special description and in the Figures shown embodiments only illustrative embodiments The expert is in the light of the local Revelation a wide range of possible variations given to the hand. In particular, the materials of the Base body and the stress layer the respective individual case be adjusted. It is also possible to stress layers from several partial layers of different materials, in particular also build up different suboxide materials. Also the Purpose of the resulting functional elements are not limited to the application examples specifically mentioned here. In the field of optics and electronics are diverse Possible applications.

1010: Grundkörperbody
1111: freie Oberfläche von 10 free surface of 10
1212: Spannungsschichtstress layer
1414: Auflageedition
16, 16', 16''16 16 ', 16' ': Struktur in 12 Structure in 12
1818: Ofenoven
2020: Laserstrahllaser beam
2222: Bearbeitungslaserlaser processing
2424: Umlenkspiegeldeflecting
2626: Umlenkspiegeldeflecting
2828: Umlenkspiegeldeflecting
3030: Umlenkspiegeldeflecting
3232: Monitor-LaserMonitor laser
3434: WellenfrontsensorWavefront sensor
3636: Maskemask
3838: Abbildungsoptikimaging optics

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6508561 B1 [0002]
US 4989226 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Hill, AE; Hoffman, GR: "Stress in films of silicon monoxide", Brit. J. Appl. Phys. 1967, Vol. 18, p. 13 ff. [0008]

Claims

Method for producing curved surface optical or electronic functional elements, comprising the following steps: - providing a basic body ( 10 ) for the functional element to be produced, - application of a stress layer ( 12 ) on a first surface of the base body, so that the stress layer ( 12 ) in tension-transmitting manner with the main body ( 10 ), - post-treatment of the stress layer ( 12 ), so that their layer stress is changed and the main body ( 10 ) is deformed, characterized in that the stress layer ( 12 ) comprises a suboxide material and the step of post-treating the stress layer ( 12 ) comprises a spatially inhomogeneous increase in the degree of oxidation of the suboxide material.

A method according to claim 1, characterized in that the inhomogeneous increase in the degree of oxidation of the suboxide material, a spatially structured loading of the stress layer ( 12 ) with laser light ( 20 ) comprises an energy density below the ablation threshold.

A method according to claim 1, characterized in that the inhomogeneous increase in the degree of oxidation of the suboxide material, a region-wise removal of the stress layer ( 12 ) and then increasing the degree of oxidation of the remaining suboxide material.

A method according to claim 3, characterized in that the regional removal of the stress layer ( 12 ) by laser ablation.

Method according to one of claims 3 to 4, characterized in that the regional removal of the stress layer ( 12 ) and then increasing the degree of oxidation of the remaining suboxide material iteratively.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that further comprises a step of after-treatment of the base body ( 10 ) is performed, in which the basic body ( 10 ) is heated to a plastic deformation temperature.

Method according to claim 6, insofar as dependent on claim 3, characterized in that the step of after-treatment of the base body ( 10 ) and increasing the degree of oxidation of the remaining suboxide material in a common heating step.

Method according to one of claims 6 to 7, characterized in that after the step of after-treatment of the base body ( 10 ) a step of completely removing the stress layer ( 12 ) is carried out.

Method according to claim 8, characterized in that the functional layer is a reflective mirror layer.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the deformation of the basic body ( 10 ) during the step of post-treatment of the stress layer ( 12 ) by means of a wavefront sensor ( 34 ) is monitored, which is acted upon by laser light, which from a first surface facing away from the second surface of the base body ( 10 ) is reflected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the suboxide material is selected from a group of suboxide materials comprising SiO _x , Al ₂ O _y , HfO _x , ZrO _x , Ta ₂ O _z , Nb ₂ O _z , TiO _x , In ₂ O _y , WO _y , SnO _x , Sn ₂ O _y , ZnO _u and mixtures thereof, wherein 0 ≤ u <1, 0 ≤ x <2, 0 ≤ y <3 and 0 ≤ z <5.