KR20230161364A - 광학 마감용 인-시튜 형성 실리콘 층을 갖는 반응 결합 실리콘-카바이드 - Google Patents

광학 마감용 인-시튜 형성 실리콘 층을 갖는 반응 결합 실리콘-카바이드 Download PDF

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코폴라 조나단
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투-식스 델라웨어, 인코포레이티드
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Abstract

미러 장치는 다상 기판과 단상층을 포함한다. 다상층은 반응 결합 실리콘-카바이드(RB-SiC 또는 Si/SiC) 재료로 형성된다. 단상층은 원소 실리콘으로 형성된다. 단상층은 RB-SiC 재료의 형성과 동시에 인-시튜로 형성된다. 단상층은 다상 기판의 실리콘에 원피스로서 일체화되어 결합된다. 미러 장치 등의 다층 장치를 제조하는 방법도 설명된다. 이러한 방법 중 하나는 실리콘-카바이드 및 탄소의 다공성 매스를 제공하는 단계, 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스에 침투시켜 RB-SiC 재료를 형성하는 단계, 동시에 상기 실리콘을 캐비티 내에 유입시켜 연마 가능한 실리콘의 단상층을 형성하는 단계, 상기 캐비티 내의 실리콘을 상기 RB-SiC 재료에 일체로 결합하는 단계, 및 필요에 따라 상기 단상층의 표면을 연마하는 단계를 포함한다.

Description

광학 마감용 인-시튜 형성 실리콘 층을 갖는 반응 결합 실리콘-카바이드 {REACTION-BONDED SILICON-CARBIDE WITH IN-SITU FORMED SILICON LAYER FOR OPTICAL FINISHING}
본 개시는 광학 마감용 인-시튜 형성 실리콘 층을 갖는 반응 결합 실리콘-카바이드에 관한 것이다.
반응 결합 실리콘-카바이드(RB-SiC 또는 Si/SiC) 재료는 용융된 원소 실리콘(Si)이 진공 또는 불활성 분위기에서 상호 연결된 실리콘-카바이드(SiC) 입자와 탄소(C)의 다공성 매스(porous mass)와 접촉하게 되는 반응성 침투에 의해 형성된 다상(multi-phase) 재료이다. 습윤 상태는, 용융 실리콘이 모세관 작용에 의해 상호 연결된 실리콘-카바이드 입자 및 탄소의 매스로 인입되도록 생성되고, 상기 실리콘은 매스의 탄소와 반응하여 추가의 실리콘-카바이드를 형성한다. 생성된 RB-SiC 재료는 주로 실리콘-카바이드를 포함하지만 반응하지 않은 상호 연결된 실리콘도 포함한다.
침투 공정(infiltration process)은 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 상호 연결된 실리콘-카바이드 입자(22) 및 탄소(24)를 포함하는 다공성 매스(또는 프리폼)(20)의 개략적인 단면도이다. 도 2는 용융 실리콘에 의한 침투 및 후속 냉각 후의 RB-SiC 재료(세라믹 재료)(26)의 개략 단면도이다. 침투는 진공 또는 불활성 분위기에서 발생할 수 있다. 예시된 공정에서, 용융 실리콘은 RB-SiC 재료(26)(도 2)가 세 가지 요소: (1) 원래의 실리콘-카바이드 입자(22); (2) 반응 생성 실리콘-카바이드(Si + C => SiC)(28), 및 (3) 잔류(미반응) 원소 실리콘(30)의 미세 구조를 갖도록 프리폼(20)(도 1)에 반응적으로 침투한다. 실리콘(30)은 반응하여 고화된 3성분 미세구조(22, 28, 30)가 완전히 치밀하게 되도록 액체 상태로부터 응고함에 따라 팽창한다.
따라서, 본 명세서에서 사용되는 용어로서, RB-SiC 재료는 연속 실리콘 매트릭스에서 실리콘-카바이드 입자의 완전히 치밀한 2상 복합재이다. RB-SiC 재료는 미국 특허출원 제17/248,309호(2021년 1월 19일 출원) 및 미국 특허 공개 제2021/0331985호(2021년 10월 28일 공개), 제2018/0099379호(2018년 4월 12일 공개) 및 제2017/0291279호(2017년 10월 12일 공개)에 언급되어 있다. 미국 특허출원 제17/248,309호 및 미국 특허공개 제2021/0331985호, 제2018/0099379호 및 제2017/0291279호의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시는 다상 기판(multi-phase substrate)과 단상층(single-phase layer)을 갖는 미러 장치에 관한 것이다. 다상 기판은 반응 결합 실리콘-카바이드(RB-SiC 또는 Si/SiC) 재료로 형성된다. 단상층은 실리콘 원소로 형성된다. 상기 단상층의 표면에 위치하는 실리콘은 상기 다상 기판 표면의 실리콘에 원피스(one piece)로서 일체적으로 결합된다. 단상층은 RB-SiC 재료의 형성과 동시에(이와 동시에) 형성된다는 의미에서 인-시튜(in-situ)로 형성될 수 있다.
본 개시는 또한 미러 장치 등의 다층 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 실리콘-카바이드 및 탄소의 다공성 매스를 제공하는 단계, 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스에 침투시켜 다상 RB-SiC 재료를 형성하는 단계, 상기 용융 실리콘을 다공성 매스의 캐비티(cavity)로 유입시켜 실리콘의 단상층을 형성하는 단계, 및 상기 캐비티 내의 실리콘을 상기 RB-SiC 재료에 원피스로서 일체적으로 결합하는 단계를 포함한다.
본 개시는 또한 실리콘-카바이드 및 탄소의 다공성 매스를 제공하는 단계; 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스에 침투시켜, 다상 RB-SiC 재료를 형성하는 단계; 상기 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스의 캐비티로 유입시켜 원소 실리콘의 단상층을 형성하는 단계; 및 이어서 상기 단상층의 표면을 연마하는 단계를 포함하는 미러 장치의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 개시에 따라 구성된 기판용 프리폼 재료의 일례의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 프리폼 재료로 제조된 반응 결합 실리콘-카바이드 재료의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 개시에 따라 구성된 미러 장치의 일례의 상면도이다.
도 4는 도 3의 선 4-4를 따라 절취한, 도 3에 도시된 미러 장치의 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 미러 장치의 저면도이다.
도 6은 본 개시에 따라 구성된 미가공 프리폼의 일례의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 미가공 프리폼으로 제조된 가공 프리폼의 일례의 단면도이다.
도 8은 실리콘 침투 공정의 개시시 도 7에 도시된 가공 프리폼의 단면도이다.
도 9는 침투 공정 후에 도 7 및 8에 도시된 가공된 프리폼의 단면도이다.
도 10은 실리콘 침투 공정의 개시시 도 6에 도시된 미가공 프리폼으로 제조된 가공 프리폼의 다른 예의 단면도이다.
도 11은 실리콘 침투 공정의 개시시 도 6에 도시된 미가공 프리폼으로 제조된 가공 프리폼의 다른 예의 단면도이다.
도 12는 도 9의 박스 12 영역에서 도 9에 도시된 단면의 일부를 나타내는 현미경 사진의 사본이다.
도면을 통해, 동일한 요소는 동일한 도면 부호 및 다른 문자로 지정된다. 도면은 본 발명의 예시 및 설명을 목적으로 비제한적 예를 도시하며, 축척에 따라 묘사한 것은 아니다.
도 3 내지 도 5는 본 개시에 따라 구성된 미러 장치(40)의 일 예를 도시한다. 장치(40)는 반응 결합 실리콘-카바이드(RB-SiC 또는 Si/SiC) 재료의 디스크형 기판(42) 및 원소 실리콘(Si)의 디스크형 층(44)(도 4)을 포함한다. 기판(42)은 상부 표면(46), 바닥 표면(48) 및 원통형 외벽(50)을 갖는다. 실리콘층(44)은 상부 표면(52), 바닥 표면(54) 및 원통형 외벽(56)을 갖는다. 예시된 장치(40)의 복합 외벽(50, 56)은 원통형이지만, 본 개시는 또한 다른 구성을 갖는 장치에 관한 것이다.
단상의 실리콘 층(44)(도 4 및 5)은 용융된 원소 실리콘을 가공 프리폼(120)(도 7)을 통해 흐르게 함으로써 형성된다. 실리콘의 고화는 실리콘 층(44)의 상부 표면(52)(도 4)이 기판(42)의 하부 표면(48)에 원피스로서 일체적으로 연결된다. 예시된 장치(40)에서, 원통형 벽(50, 56)은 실리콘 층(44)의 외벽(56)의 반경 방향 외측에 RB-SiC 재료 또는 실리콘-카바이드가 존재하지 않도록 복합 외벽(50, 56)을 획정하도록 서로 정렬된다. 디스크형 기판(42)의 직경(62)은 디스크형 실리콘층(44)의 직경(62)과 동일하다. 실리콘층(44)의 바닥 표면(54)을 연마하여 광반사경을 형성할 수 있다.
미러 장치(40)를 제조하는 방법이 도 6 내지 도 9에 도시되어 있다. 미가공(그린) 프리폼(100)(도 6)이 방법의 제1 단계에서 제공될 수 있다. 미가공 프리폼(100)은 도 1에 도시된 상호 연결된 실리콘-카바이드(SiC) 입자(22) 및 탄소(C)(24)의 원통형 다공성 매스일 수 있다. 미가공 프리폼(100)(도 6)은 상부 표면(102), 바닥 표면(104) 및 원통형 외벽(106)을 갖는다. 미가공 프리폼(100)의 상부 표면(102)에서 바닥 표면(104)까지의 높이(108)는 기판(42)의 높이(110)(도 4)보다 크다. 미가공 프리폼(100)의 직경(112)(도 6)은 기판(42)의 직경(62)보다 크다.
원통형 캐비티(116)(도 7)는 미가공 프리폼(100)의 바닥 표면(104)(도 6)으로 가공되어 도 7에 도시된 가공 프리폼(120)을 생성할 수 있다. 가공 프리폼(120)의 직경(112)은 미가공 프리폼(100)의 직경(112)(도 6)과 동일할 수 있다. 예시된 구성에서, 원통형 캐비티(116)는 기판(42)의 바닥 표면(48)을 정의하고(도 4), 원통형 캐비티(116)의 직경(62)(도 7)은 기판(42)의 직경(62)(도 4)과 동일할 수 있다. 캐비티(116)는 원하는 미러 곡률에 맞추기 위해 평평한 면(즉, 평면) 및 비평면(구형 및 비구면 포함)을 포함하는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 캐비티(116)의 원통형 주변부(126)는 가공 프리폼(120)의 링형 부분(114)에 의해 둘러싸여 정의된다. 도 7에 도시된 프리폼(120)은 도 1 및 도 6에 예시된 다공성 재료의 일체형(원 피스) 매스다.
다음으로, 이제 도 8을 참조하면, 과립, 입자 및/또는 분말 형태일 수 있는 원소 실리콘(원재료)(130)은 가공 프리폼(120)의 외벽(106) 주위에 위치하여 이를 둘러싼다. 원재료(130)의 상부 표면(136)은 캐비티(116)의 상부 표면(138)보다 높다. 프리폼(120) 및 실리콘(130)은 적절한 공통 표면(132) 상에 지지된다. 다음으로 진공 또는 불활성 분위기에서 열을 가하여 실리콘(130)을 녹이며, 이에 따라 용융 실리콘이 모세관 작용에 의해 프리폼(120)에 침투하고 프리폼(120)을 통해 흐르고 원통형 캐비티(116)를 채우도록 한다. 용융 실리콘의 일부는 가공 프리폼(120) 내에서 반응 및 고화되어 프리폼(120)의 전부 또는 실질적으로 전부가 RB-SiC 재료로 전환된다. 용융 실리콘의 다른 부분은 프리폼(120)의 다공성을 통과하고 공동(116) 내에서 채워지고 응고되어 실리콘 층(44)을 형성한다(도 9). 필요에 따라, 캐비티(116)는 RB-SiC 재료의 바닥 표면(48)과 실리콘 사이의 계면에 갭 또는 기공 없이 원소 실리콘으로 완전히 충진될 수 있다.
과량의 실리콘(134)이 프리폼(120) 외측에 남아 있다. 도시된 공정에서, 공정의 각 단계에서 프리폼(120) 외부의 용융 실리콘(134)의 상부 표면(137)은 캐비티(116)가 원소 실리콘으로 완전히 채워지는 것을 보장하기에 충분한 금속 정압을 제공하기 위해 캐비티(116)의 상부 표면(138)보다 높다. 실리콘 층(44)의 두께는 원하는 만큼 깊을 수 있는 캐비티(116)의 깊이에 의해 제어될 수 있고 그와 동일할 수 있다. 따라서, 침투 공정은 프리폼(120)을 둘러싸는 용융 실리콘 배스(134)의 레벨(137)이 항상 캐비티 상부 표면(138)의 레벨보다 위에 있도록 설정될 수 있으며, 이에 따라 캐비티(116)가 채워질 때까지 프리폼(120)을 통해 캐비티(116) 내로 흐르도록 용융 실리콘을 유도하기 위한 원하는 메탈로스태틱 헤드를 제공한다.
가공 프리폼(120)의 구성, 및 프리폼(120)의 링형 바닥(142)과 공통 표면(132) 사이의 효과적인 밀봉의 생성에 의해, 캐비티(116)에 들어가는 용융 실리콘의 전부 또는 실질적으로 전부가 먼저 프리폼(120)을 통해 침투한다. 이 침투에서 충진까지의 공정은 프리폼(120)의 다공성 매스가 원재료(130)로부터 산화물 표피(부식 생성물 및 기타 오염물) 등의 오염물을 여과하도록 한다. 오염물은 프리폼(120)에 잔류하여 기판(42)의 RB-SiC 재료 내에서 응고되며, 오염물은 해를 끼치지 않는다. 이러한 침투부터 충전까지의 공정에 따르면, 원재료(130)의 오염물은 연마될 수 있는 실리콘층(44)의 바닥 표면(54)에 도달하지 않는다. 그 결과, 원재료(130)에 존재할 수 있는 오염 물질은 표면(54)의 품질에 악영향을 미치지 않는다.
그러나 필요에 따라, 가공 프리폼은 금속(실리콘) 흐름을 강화시키기 위해 바닥 링형 부분에 슬롯(252)(도 10)을 설치할 수 있다. 이러한 슬롯(252)을 갖는 프리폼(250)의 일 예가 도 10에 도시되어 있다. 원통형 캐비티(116)로의 통로를 형성하는 이러한 슬롯(252)의 하나, 둘, 셋 또는 그 이상이 존재하여, 프리폼 재료를 통해 먼저 여과되지 않고 적어도 약간의 용융 실리콘이 슬롯(252)을 통해 캐비티(116) 내로 직접 유입되도록 한다. 도 10에 도시된 구성은 도 8에 도시된 구성만큼 많은 여과를 제공하지 않지만, 캐비티(116)로의 실리콘의 보다 빠른 흐름이 오염물 여과보다 우선 순위로 간주되는 경우에 바람직할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 캐비티(116) 내부의 실리콘이 고화된 후, 새로 형성된 RB-SiC 재료의 외부 링 부분(144)(즉, 도 9에서 파선으로 표시된 복합 외부 표면(50, 56)이 되는 것의 반경 방향 외측에 위치하는 모든 RB-SiC 재료)은 제거된다. 도 12에 도시된 구성에서, 실리콘층(44)은 아직 연마되어 있지 않다. 실리콘 층(44)의 바닥 표면(54)(도 9)을 연마하여 미러 장치(40)를 제조할 수 있다.
미러 장치(40)의 RB-SiC 재료는 낮은 열팽창 계수, 높은 열전도율, 낮은 밀도 및 높은 강성을 갖는다. RB-SiC 재료는 반도체 장비 제조용 장치 및 광학 기판 및 하우징 내에서 사용하는 것을 포함하여 특정 정밀 장치 시장에 특히 적합할 수 있다. 그러나 RB-SiC 재료는 실리콘-카바이드와 실리콘의 2상 복합물이므로 경면 마감으로 연마할 수 있는 능력이 제한된다. 광학적 연마는 바람직하게는 연마될 재료가 단상 재료일 때 보다 용이하게 달성되는 미세구조 재료의 일관된 제거 속도로 수행된다.
본 개시의 이점은 RB-SiC 재료와 달리 단상 층(44)의 원소 실리콘이 광학 사양으로 쉽게 연마될 수 있다는 것이다. 따라서, 니켈 플레이트, 화학적 증착(CVD) 실리콘-카바이드, 또는 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 실리콘과 같은 다른 폴리싱 가능한 재료로 미러 장치(40)를 클래딩하거나 달리 제공할 필요가 없을 수 있다. 인-시튜 형성 실리콘층(44)의 존재는 클래딩 단계에 대한 필요성을 제거할 수 있어서, 미러 장치(40)가 감소된 사이클 시간으로 효율적으로 생산될 수 있다.
더욱이, 본 개시는 평탄하지 않은 경면(mirror surface)을 가공하거나 연마하기에 충분한 스톡을 제공하는 두꺼운 인-시튜 실리콘층(44)의 형성을 가능하게 한다. 상부와 연마된 표면(52, 54) 사이의 원소 실리콘층(44)의 두께는 예를 들어 적어도 0.5mm일 수 있다. 니켈 플레이트, CVD 실리콘-카바이드 또는 PECVD 실리콘의 클래딩층을 비교적 큰 두께로 형성하는 것은 어렵거나 불가능하다.
도 11은 미가공 프리폼(100)으로부터 형성된 다른 가공 프리폼(300)을 도시하며, 여기서 돔형 캐비티(302)는 미가공 프리폼(100)의 바닥 표면(104)으로 가공된다. 예시된 구성에 있어서, 돔형 캐비티(302)는 기판의 반구형(비평면의 일예) 바닥면을 정의하고, 돔형 캐비티(302)의 직경(62)은 기판의 직경(62)과 동일할 수 있다.
도시된 캐비티(302)는 원하는 비평면 미러 곡률에 적합하도록 비평면 오목 하향 상부 표면(306)을 가질 수 있다. 캐비티(302)의 원통형 주변부(126)는 가공 프리폼(300)의 링형 부분(114)에 의해 둘러싸여 획정된다. 프리폼(300)은 도 1 및 도 6에 도시된 다공성 재료의 일체형(원피스) 매스다. 침투 후에, 및 원하는 경면을 형성하기 위한 연마 전에, 링형 부분(114)은 적절한 가공 공정에 의해 나머지 RB-SiC 재료로부터 제거될 수 있다. 침투 공정은 캐비티(302)를 원소 실리콘으로 채우기 위해 수행될 수 있다. 그 후 고화된 실리콘 층의 얻어진 평면형 하부 표면은 비평면형이 되고 아래쪽으로 오목하게 되도록 (즉, 상부 표면(306)과 동일한 오목 방향으로) 및 예를 들어, 적어도 0.5 mm, 적어도 1.0 mm, 적어도 1.5 mm, 적어도 2.0 mm, 또는 적어도 2.5 mm인 두께를 갖도록 연마될 수 있다.
요약하면, 본 개시는 정밀 미러 용도를 위한 광학 연마에 적합한 인-시튜 형성된 실리콘 표면층을 갖는 RB-SiC 본체에 관한 것이다. 열팽창 계수(CTE) 측면에서 원소 실리콘과 RB-SiC 재료 사이의 밀접한 일치로 인해, 본 명세서에 기술된 유형의 인-시튜 형성 조립체는 실질적인 온도 유발 응력 없이 안정적으로 작동될 수 있으며, 이에 따라 조립체는 열 사이클을 수반하는 응용 분야에 적합하다.
침투 자체는 RB-SiC 재료의 표면에서 실질적인 실리콘 필름이 형성되거나 성장하는 메커니즘을 제공하지 않는다. 캐비티(116)를 제공하고 이를 침투 중에 충진할 수 있도록 함으로써, 적절하게 연마된 미러를 형성하기에 충분한 두께를 갖는 단상 실리콘 재료가 제공될 수 있다.
순수한 실리콘에 비해 RB-SiC 재료는 강성, 파괴 인성, 강도, 열 전도성 및 내마모성이 훨씬 더 크다. 따라서, RB-SiC 기판이지만 연마 실리콘 표면을 갖는 미러 장치는 실리콘만으로 형성된 미러에 비해 많은 성능상의 이점을 제공한다. 본 개시는 레이저 빔을 정확하게 지향하기 위한 갈보 미러, 다른 레이저 관련 미러, 스페이스 미러, 스테이지 로케이팅 미러 및 고에너지 레이저(HEL) 미러를 포함하는 고성능 미러의 제조에 적용 가능하다.
본 출원은 또한 세라믹 특성이 바람직한 환경에 적용 가능하지만, 화학적 밀봉, 피스톤 라이너, 피스톤 핀 및 록커를 포함한 자동차 장치, 및 웨이퍼 스크래치를 방지 또는 감소시키기 위한 실리콘 표면을 갖는 웨이퍼 보트와 같은 반도체 장치 제조용 장치에 대해 마찰학적 이유로 부드럽고 단상이며 경도가 낮은 표면이 필요하다.
본 개시는 또한 세라믹 특성이 바람직하거나 필요한 환경에 적용 가능하지만 기계 가공에 의해 스레드가 형성되는 실리콘의 국부 영역과 같이 기계 가공의 용이성을 위해 상대적으로 부드러운 표면 재료가 바람직하다.

Claims (17)

  1. 미러 장치에 있어서,
    반응 결합 실리콘-카바이드 재료를 포함하고 제1표면 및 제2표면을 갖는 다상 기판; 및
    원소 실리콘을 포함하고 제1표면 및 연마된 표면을 갖는 단상층; 을 포함하고,
    상기 단상층의 제1표면에 위치하는 실리콘이 상기 다상 기판의 제2표면에 있는 실리콘에 원피스로서 일체적으로 결합되는 것인, 미러 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단상층은 원소 실리콘이 상호 연결된 실리콘-카바이드와 탄소의 다공성 매스에 침투하여 통과시킴으로써 형성되는, 미러 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다상 기판과 단상층은 원통형이고 상기 연마된 표면은 원형인, 미러 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마된 표면은 평면인, 미러 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다상 기판의 제2표면은 평면이고 상기 연마된 표면에 평행한, 미러 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마된 표면은 비평면인, 미러 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마된 표면 및 상기 다상 기판의 제2표면은 공통의 오목 방향을 갖는, 미러 장치.
  8. 장치의 제조방법으로서,
    실리콘-카바이드 및 탄소의 다공성 매스를 제공하는 단계;
    용융된 원소 실리콘을 다공성 매스에 침투시켜, 다상의 반응 결합 실리콘-카바이드 재료를 형성하는 단계;
    상기 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스의 캐비티로 유입시켜 원소 실리콘의 단상층을 형성하는 단계; 및
    상기 캐비티의 실리콘과 상기 반응 결합 실리콘-카바이드 재료의 실리콘을 원피스로서 일체적으로 결합하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스에 침투시켜, 다상의 반응 결합 실리콘-카바이드 재료를 형성하는 단계 이전에, 기계 가공 공정에 의해 상기 캐비티를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    메탈로스태틱 헤드를 유지하여 상기 용융된 원소 실리콘을 캐비티에 충진시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캐비티 내의 원소 실리콘은 적어도 0.5mm의 두께를 갖는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스의 캐비티로 유입시켜 원소 실리콘의 단상층을 형성하는 단계 이전에, 상기 실리콘-카바이드 및 탄소의 다공성 매스를 이용하여, 상기 용융된 원소 실리콘으로부터 오염물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    원소 실리콘의 단상층을 연마하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 미러 장치의 제조방법으로서,
    실리콘-카바이드 및 탄소의 다공성 매스를 제공하는 단계;
    용융된 원소 실리콘을 다공성 매스에 침투시켜, 다상의 반응 결합 실리콘-카바이드 재료를 형성하는 단계;
    상기 용융된 원소 실리콘을 다공성 매스의 캐비티로 유입시켜 원소 실리콘의 단상층을 형성하는 단계; 및
    후속적으로 원소 실리콘의 단상층의 표면을 연마하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    단상층의 표면을 연마하는 단계 이전에, 원소 실리콘의 단상층 주위로부터 반응 결합 실리콘-카바이드 재료의 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단상층을 연마하여 평면상 경면을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 단상층을 연마하여 비평면상 경면을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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JP5652845B2 (ja) * 2009-06-01 2015-01-14 Ｎｅｃ東芝スペースシステム株式会社 宇宙機搭載用光学装置
JP6684292B2 (ja) 2015-04-06 2020-04-22 エム キューブド テクノロジーズ， インコーポレイテッド ダイヤモンドのみの接触面を有する物品
JP6968817B2 (ja) 2016-04-06 2021-11-17 エム キューブド テクノロジーズ， インコーポレイテッド ダイヤモンド複合体ｃｍｐパッドコンディショナ
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