KR102438291B1 - Optical Components and Laser Processing Machines - Google Patents
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Abstract
광학 부품은 주면 및 주면의 배면측에 형성된 제 2 면을 구비한 기판과, 주면 및 제 2 면 중 적어도 주면에 형성된 다층막을 갖고, 기판은 적어도 Ge를 포함하여 형성되어 있고, 다층막은 기판에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막, 불화물 아몰퍼스막, Ge막 및 DLC막의 적어도 4층이 적층된 막을 포함한다. 이에 의해, 내열성을 향상시켜서, 열의 영향으로 광학 특성이 악화되지 않고, 안정한 광학 성능을 발휘하는 광학 부품을 제공할 수 있다.The optical component has a substrate having a main surface and a second surface formed on the back side of the main surface, and a multilayer film formed on at least the main surface of the main surface and the second surface, the substrate is formed to contain at least Ge, and the multilayer film is close to the substrate and a film in which at least four layers of an oxide film, a fluoride amorphous film, a Ge film and a DLC film are laminated in order from the side. Thereby, heat resistance can be improved and the optical component which exhibits stable optical performance without the optical characteristic deteriorated by the influence of heat can be provided.
Description
본 발명은 고온 환경 하에 있어서도 안정한 광학 성능을 발휘하는 것이 가능한 광학 부품, 및 해당 광학 부품을 탑재한 레이저 가공기에 관한 것이다.The present invention relates to an optical component capable of exhibiting stable optical performance even in a high-temperature environment, and a laser processing machine equipped with the optical component.
종래, 예를 들어, 스마트폰, 또는 태블릿 PC로 대표되는 전자 디바이스에 내장된 프린트 배선판으로의 드릴링 가공에는, 레이저 가공기가 이용되고 있다. 레이저 가공기에 이용되는 레이저는 주로, 발진 파장이 9㎛ 내지 11㎛인 적외광의 CO2 레이저이다. CO2 레이저는 고출력 발진이 가능하며, 수지로의 흡수율이 높다.Conventionally, for example, a laser processing machine is used for the drilling process to the printed wiring board incorporated in the electronic device represented by a smartphone or a tablet PC. The laser used for a laser processing machine is mainly the CO2 laser of infrared light whose oscillation wavelength is 9 micrometers - 11 micrometers. CO 2 laser is capable of high-power oscillation and has a high absorption rate into resin.
드릴링 가공용의 레이저 가공기는 집광 렌즈가 가공 에어리어의 상방에 배치되어 있다. 이 때문에, 드릴링 가공시에 발생하는 분진, 스패터링에 의해, 집광 렌즈가 손상, 열화하는 일이 있다. 그래서, 피가공물과 집광 렌즈 사이에, 보호 창으로 불리는 광학 부품을 배치함으로써, 집광 렌즈의 손상, 열화를 방지하고 있다.In the laser processing machine for a drilling process, a condensing lens is arrange|positioned above a processing area. For this reason, the condensing lens may be damaged and deteriorated by the dust and sputtering which generate|occur|produce at the time of a drilling process. Therefore, damage and deterioration of the condenser lens are prevented by arranging an optical component called a protective window between the workpiece and the condensing lens.
보호 창에는, 드릴링 가공시에 발생하는 분진 및 스패터링이 부착하기 쉽다. 또한, CO2 레이저의 광로 상에 부착한 분진 및 스패터링은 CO2 레이저를 흡수하여 온도가 상승하기 때문에, 보호 창은 고온이 된다. 그래서, 보호 창에는, 적외광인 CO2 레이저에 대한 투과성과 내환경성이 요구된다. 내환경성이란, 부착한 수지 스패터, 또는 구리 스패터의 닦아냄에 의해서도, 표면에 손상이 생기지 않는 내마모성과, 고온 환경에 노출되어도, 안정한 광학 성능을 발휘하는 내열성을 가리킨다.Dust and spattering generated during drilling are likely to adhere to the protective window. In addition, since dust and sputtering adhering on the optical path of the CO 2 laser absorb the CO 2 laser and increase the temperature, the protective window becomes high temperature. Therefore, the protection window is required to have transparency and environmental resistance to CO 2 laser, which is infrared light. The environmental resistance refers to abrasion resistance that does not cause damage to the surface even by wiping off the adhered resin spatters or copper spatters, and heat resistance that exhibits stable optical performance even when exposed to a high temperature environment.
예를 들어, 적외선 센서 등에 이용되고, 피복의 내마모성과 적외선의 투과율이 뛰어난 광학 부품으로서, ZnS(황화아연)제 기판의 표면측에, 기판면으로부터 순서대로, 제 1 Y2O3(산화이트륨)층, YF3(불화이트륨)층, 제 2 Y2O3(산화이트륨)층, Ge(게르마늄)층, DLC(다이아몬드상 탄소)층을 적층한 다층막을 형성하는 것이 알려져 있다. 다층막을 형성하는 DLC층은 압축 응력을 갖기 때문에, 다층막 전체에 하중이 가해져서, 다층막 중의 밀착성이 낮은 계면에 있어서, 막의 박리가 생길 우려가 있다. 그래서, 이러한 광학 부품에서는, DLC층의 밀착층으로서 Ge층을 형성하고, 게다가 YF3층의 밀착층으로서 산화물에 의한 Y2O3층을 형성하여, 다층막의 밀착성을 확보하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).For example, as an optical component used for an infrared sensor or the like and having excellent coating wear resistance and infrared transmittance, the first Y 2 O 3 (yttrium oxide) ), a YF 3 (yttrium fluoride) layer, a second Y 2 O 3 (yttrium oxide) layer, a Ge (germanium) layer, and a DLC (diamond-like carbon) layer are known to form a laminated multilayer film. Since the DLC layer forming the multilayer film has compressive stress, a load is applied to the entire multilayer film, and there is a risk that the film may peel off at an interface with low adhesion in the multilayer film. Therefore, in such an optical component, a Ge layer is formed as an adhesion layer of the DLC layer, and a Y 2 O 3 layer made of oxide is formed as an adhesion layer of the YF 3 layer to ensure the adhesion of the multilayer film (for example, , see Patent Document 1).
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 광학 부품은 내열성이 고려되어 있지 않다. 이 때문에, 열의 영향으로 다층막 중의 YF3층과 Y2O3층이 계면에 있어서 원자 상호 확산을 일으켜서 막이 변질한다. 이 때문에, 고온 환경에 노출되는 레이저 가공기의 보호 창으로서 특허문헌 1에 기재된 광학 부품을 사용한 경우에는, 안정한 광학 특성을 얻을 수 없다는 과제가 있었다.However, heat resistance is not considered for the optical component described in
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 고온 환경 하에 있어서도, 안정하여 광학 성능을 발휘할 수 있는 광학 부품을 얻는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain an optical component that is stable and can exhibit optical performance even in a high-temperature environment.
본 발명에 따른 광학 부품은 주면 및 주면의 배면측에 형성된 제 2 면을 구비한 기판과, 주면 및 제 2 면 중 적어도 주면에 형성된 다층막을 갖고, 기판은 Ge(게르마늄)을 포함하여 형성되어 있고, 다층막은 기판에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막, 불화물 아몰퍼스(amorphous)막, Ge막 및 DLC막이 적층된 막을 포함한다.The optical component according to the present invention has a main surface and a substrate having a second surface formed on the rear side of the main surface, and a multilayer film formed on at least the main surface of the main surface and the second surface, the substrate is formed including Ge (germanium), , the multilayer film includes a film in which an oxide film, a fluoride amorphous film, a Ge film, and a DLC film are laminated in order from the side close to the substrate.
본 발명은 Ge를 포함한 기판의 표면에, 기판에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막, 불화물 아몰퍼스막, Ge막 및 DLC막이 적층된 층을 갖는 것에 의해, 광학 부품의 내열성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 열의 영향으로 광학 특성이 악화되지 않고, 안정한 광학 성능을 발휘하는 광학 부품을 제공할 수 있다.The present invention can improve the heat resistance of an optical component by having a layer in which an oxide film, a fluoride amorphous film, a Ge film, and a DLC film are laminated on the surface of a Ge-containing substrate in order from the side close to the substrate. Thereby, an optical component which exhibits stable optical performance without the optical characteristic deteriorated by the influence of heat can be provided.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 광학 부품이 탑재된 레이저 가공기의 모식도이다.
도 2는 실시형태 1의 광학 부품의 단면을 도시하는 모식도이다.
도 3은 실시형태 1에 의한 광학 부품의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 2의 광학 부품의 단면을 도시하는 모식도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the laser processing machine by which the optical component by
It is a schematic diagram which shows the cross section of the optical component of
3 is a diagram showing a modified example of the optical component according to the first embodiment.
It is a schematic diagram which shows the cross section of the optical component of
이하, 본 발명의 광학 부품의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of the optical component of this invention is demonstrated using drawings.
실시형태 1.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 광학 부품으로서의 보호 창(15)이 탑재된 레이저 가공기(1)의 모식도이다. 도 2는 도 1의 보호 창(15)의 단면을 도시하는 모식도이다.1 : is a schematic diagram of the
도 1에 도시하는 바와 같이, 레이저 가공기(1)는 레이저 발진기(11)와, 집광 렌즈(13)와, 보호 창(15)을 갖고 있다. 레이저 발진기(11)에는, CO2 레이저가 이용되어 있다. 이 CO2 레이저의 발진 파장은 9.3㎛이다. 레이저 발진기(11)로부터 조사되는 레이저 광(11A)은 집광 렌즈(13)에서 집광되고, 보호 창(15)을 투과하여, 프린트 배선판 등의 피가공물(100)의 표면에서 결상된다. 그리고, 레이저 광(11A)에 의해서, 피가공물(100)에는, 드릴링 가공 등이 실시된다.As shown in FIG. 1 , the
CO2 레이저를 이용한 레이저 가공기의 집광계의 광학 재료는, 비교적 높은 굴절률을 갖는 것이 많다. 따라서, 집광 렌즈(13)는 피가공물(100)에 가까운 위치에 배치된다. 또한, 보호 창(15)은 드릴링 가공시에 발생하는 분진 및 스패터로부터 집광 렌즈(13)를 보호하기 위해, 집광 렌즈(13)와 피가공물(100) 사이에 배치된다. 이 때문에, 보호 창(15)은 피가공물(100)로부터의 거리가 약 100㎜ 정도의 위치에 배치된다. 따라서, 보호 창(15)은 레이저 가공시에 대량의 분진 및 스패터라고 하는 가혹한 환경에 노출된다. 보호 창(15)에 부착한 분진 및 스패터는, 레이저 광(11A)을 흡수하여 발열하므로, 보호 창(15)에는, 레이저 광(11A)의 투과성에 더하여, 내열성이 요구된다.The optical material of the condensing system of the laser processing machine using the CO 2 laser often has a relatively high refractive index. Accordingly, the
도 2에 도시되는 바와 같이, 보호 창(15)은 일방의 면에 주면(150A)이 형성되고, 주면(150A)의 배면측에 제 2 면(150B)이 형성된 기판(150)을 갖고 있다. 주면(150A)은 피가공물(100)과 대향하는 가공 공간측의 면이며, 제 2 면(150B)은 집광 렌즈(13)와 대향하는 면이다.As shown in FIG. 2, the
종래, 광학 부품의 기판으로서는, ZnS(황화아연)이 주로 이용되고 있었지만, 실시형태 1의 보호 창(15)은 ZnS보다 높은 적외 레이저 광 투과율을 얻을 수 있는 Ge(게르마늄)에 의해서 기판(150)이 형성되어 있다. 또한, ZnS는 열전도율이 낮기 때문에, 레이저 가공을 연속적으로 실행할 때에, 기판에 큰 온도 구배가 생긴다. 이 기판에 생기는 온도 구배에 의해서, 광학 부품에는 굴절률의 분포가 생긴다. 그러면, 광학 부품에 열 렌즈 효과로 불리는 현상이 생겨서, 레이저 가공의 정밀도가 저하한다. 따라서, 레이저 가공기(1)의 보호 창(15)의 기판(150)의 재료로서, ZnS는 적당하지 않다. 기판(150)을 형성하는 Ge는 ZnS보다 열전도율이 높다. 또한, 기판(150)의 재료에는 Ge와 함께, Ge 이외의 다른 원소가 첨가되어 있어도 좋다.Conventionally, as a substrate for optical components, ZnS (zinc sulfide) has been mainly used, but the
기판(150)의 주면(150A) 및 제 2 면(150B)에는, 각각 다층막(2)이 형성되어 있다. 그리고, 보호 창(15)은 기판(150)의 주면(150A)이 피가공물(100)측을 향해 배치되어 있다.A
다층막(2)은 기판(150)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21), 불화물 아몰퍼스막(22), Ge막(23) 및 DLC막(24)의 4층이 적층된 막을 포함하고 있다. 이들 막은 주면(150A) 및 제 2 면(150B)을 기판(150)이 노출하지 않도록 전면을 덮어서 형성해도 좋고, 또한 기판의 일부가 노출하도록 일부의 면을 덮어서 형성해도 좋다.The
산화물막(21)을 형성하는 재료로서는, 예를 들면, Y2O3(산화이트륨), HfO2(산화하프늄), ZrO2(산화지르코늄), Ta2O3(산화탄탈럼), TiO2(산화티타늄), SiO(산화규소), Al2O3(산화알루미늄) 등을 들 수 있다. 적외광의 CO2 레이저를 사용하는 경우, 적외광의 투과성이 뛰어난, Y2O3, HfO2, ZrO2 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 산화물막(21)의 막 두께는 막의 밀착성을 확보하기 위해, 5㎚ 이상이 바람직하다. 또한, 산화물막(21)의 막 두께는 적외광의 투과성을 확보하기 위해, 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.As a material for forming the
불화물 아몰퍼스막(22)을 형성하는 재료로서는, 예를 들면, YF3(불화이트륨), YbF3(불화이터븀), MgF2(불화마그네슘), BaF2(불화바륨), CaF2(불화칼슘) 등의 불화물을 들 수 있다. 적외광의 CO2 레이저를 사용하는 경우, 적외광의 투과성이 뛰어난, YF3, YbF3 또는 MgF2 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 불화물 아몰퍼스막(22)의 막 두께는 적외광의 투과성을 확보하기 위해, 500㎚ 내지 950㎚로 하는 것이 바람직하다.As a material for forming the fluoride
Ge막(23)은 DLC막(24)에 대한 부착성이 좋다. 이 때문에, Ge막(23)을 형성하는 것에 의해서, DLC막(24)의 기판(150)에의 밀착성을 확보할 수 있다. Ge막(23)의 막 두께는 막의 밀착성과 적외광의 투과성의 양자를 만족하기 위해, 50㎚ 내지 150㎚로 하는 것이 바람직하다.The Ge
DLC막(24)은 경도가 높다. 따라서, 막에 부착한 오염을 닦아낼 때의 내마모성이 뛰어나다. 또한, DLC막(24)은 물질로서의 안정성이 높고, 다른 재료와 반응하기 어렵다. 따라서, DLC막(24)에는, 프린트 기판 등의 드릴링 가공시에 발생하는 분진 및 금속 스패터 등이 부착하기 어렵다. 이 때문에, DLC막(24)을 형성하는 것에 의해서, 보호 창(15)으로의 오염의 고착을 억제할 수 있다. 또한, DLC막(24)을 형성하는 것에 의해서, 보호 창(15)에 부착한 오염을, 용이하게 제거할 수 있다. DLC막(24)의 막 두께는 내마모성을 확보하기 위해, 50㎚ 이상의 막 두께가 바람직하다. 또한, DLC막(24)의 막 두께는 적외광의 투과성을 확보하기 위해, 300㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.The
또한, 산화물막(21)은 Ge제의 기판(150) 및 불화물 아몰퍼스막(22)과의 밀착성이 뛰어나다. 따라서, 산화물막(21)에 의해, 불화물 아몰퍼스막(22)과 기판(150)의 밀착성을 확보할 수 있다. 또한, 다층막(2)의 투과성, 내열성을 저하시키지 않으면, 이러한 4층으로 다른 원소가 첨가되어 있어도 문제는 없다. 게다가, 다층막(2)의 투과성, 내열성을 저하시키지 않으면, 이러한 4층에 더하여 다른 박막이 형성되어 있어도 문제는 없다.Further, the
이와 같이, 실시형태 1의 보호 창(15)은 그 표면에, 기판(150)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21), 불화물 아몰퍼스막(22), Ge막(23) 및 DLC막(24)의 4층이 적층된 다층막(2)을 구비하고 있다. 그리고, 산화물막(21)과 Ge막(23) 사이에, 불화물의 구조를 제어하여 아몰퍼스(비정질)로 한, 불화물 아몰퍼스막(22)을 배치하고 있다. 그리고, 불화물의 결정립계 등의 고속 확산로를 없애고, 산화물막(21)과 불화물 아몰퍼스막(22) 사이에 있어서의 원자 상호 확산을 억제하고 있다. 이에 의해, 레이저 가공시에, 보호 창(15)이 고온이 되어도, 다층막(2)은 원자 확산에 의한 막질의 변화가 생기지 않는다. 따라서, 보호 창(15)이 안정한 광학 성능을 발휘할 수 있다.In this way, the
또한, 실시형태 1에서는, 보호 창(15)의 기판(150)의 주면(150A)과 제 2 면(150B)의 양면에 다층막(2)을 형성하였지만, 다층막(2)은 기판(150)의 제 2 면(150B)에는 형성하지 않아도 좋다. 예를 들어, 도 3에 도시하는 제 1 변형예의 보호 창(15A)과 같이, 기판(150)의 주면(150A)에 다층막(2)을 형성하고, 제 2 면(150B)에는, 다층막(2)과는 상이한 반사방지막(30)을 형성해도 좋다.Further, in the first embodiment, the
다음에, 실시형태 1의 광학 부품인 보호 창(15)과, 비교예 1로서의 종래의 광학 부품을 작성하고, 각각의 특성을 비교한 결과에 대해서 설명한다.Next, the
광학 부품의 기판의 표면에 막을 형성하는 방법으로서는, 진공 증착법 및 스패터법으로 대표되는 PVD법(물리적 기상 성장법), 또는 플라즈마 CVD법으로 대표되는 CVD법(화학적 기상 성장법)이라고 한, 일반적으로 알려진 성막 방법이 있다. 그렇지만, 기판에 막을 형성할 수 있는 방법이면, 어떠한 방법이어도 좋다.As a method of forming a film on the surface of a substrate of an optical component, a PVD method (physical vapor deposition method) typified by a vacuum deposition method and a sputtering method, or a CVD method (chemical vapor deposition method) typified by a plasma CVD method, generally There are known deposition methods. However, any method may be used as long as it is a method capable of forming a film on the substrate.
먼저, 실시형태 1의 보호 창(15)에 대해 설명한다. 보호 창(15)의 기판(150)은 Ge로 형성하였다. 기판(150)의 형상은 직경 120㎜, 두께 5㎜의 원판 형상으로 하였다. 그리고, 기판(150)의 주면(150A)에는, 다층막(2)을 형성하였다. 다층막(2) 중, 산화물막(21)에는 Y2O3을 이용하였다. 또한, 다층막(2) 중, 불화물 아몰퍼스막(22)에는 YF3을 이용하였다.First, the
그리고, 기판(150)의 주면(150A)에, 기판(150)의 주면(150A)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21)(Y2O3: 막 두께 50㎚), 불화물 아몰퍼스막(22)(YF3: 막 두께 570㎚), Ge막(23)(막 두께 120㎚), DLC막(24)(막 두께 150㎚)이 적층된 다층막(2)을 형성하였다.Then, on the
한편, 기판(150)의 제 2 면(150B)에는, 파장 9.3㎛에 있어서의 투과율이 99% 이상의 반사방지막(30)을 형성하였다. 반사방지막(30)은 기판(150)의 제 2 면(150B)에 가까운 측으로부터 순서대로, YF3막(막 두께 670㎚), Ge막(막 두께 130㎚), MgF2막(막 두께 200㎚)이 적층된 구성으로 하였다. 또한, 반사방지막(30)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, on the
불화물 아몰퍼스막(22)과, Ge막(23) 및 반사방지막(30)은 진공 증착법을 이용하여 형성하였다. 또한, DLC막(24)은 스패터법을 이용하여 형성하였다.The fluoride
일반적으로, 성막 온도를 높여서, 막 재료를 기판 상에서 서랭(徐冷)하면, 그 구조는 결정질이 된다. 한편, 성막 온도를 낮춰서, 막 재료를 기판 상에서 급랭하면, 결정 구조를 갖지 않는 비정질의 아몰퍼스가 된다. 불화물 아몰퍼스막(22)의 형성에 있어서는, YF3의 구조를 아몰퍼스로 하기 위해, 진공 증착법에 있어서의 YF3의 성막 온도를 150℃로 설정하였다.In general, when the film formation temperature is raised and the film material is slowly cooled on the substrate, the structure becomes crystalline. On the other hand, when the film formation temperature is lowered and the film material is quenched on the substrate, it becomes an amorphous amorphous having no crystal structure. In the formation of the fluoride
다음에, 비교예 1의 광학 부품에 대해서 설명한다. 비교예 1의 광학 부품은 다층막(2)을 구성하는 불화물 아몰퍼스막(22)의 YF3를, 아몰퍼스가 아닌 결정질로 한 점이 실시형태 1의 보호 창(15)과는 상이하다. 다른 구성은 실시형태 1의 보호 창(15)과 마찬가지이다. 비교예 1의 광학 부품에서는, YF3의 구조를 결정질로 하기 위해, 진공 증착법에 있어서의 YF3의 성막 온도를 210℃로 설정하였다.Next, the optical component of Comparative Example 1 will be described. The optical component of Comparative Example 1 differs from the
이상에 의해, 비교예 1의 광학 부품의 기판의 주면에 형성된 다층막은, 기판의 주면에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(Y2O3: 막 두께 50㎚), 불화물 결정막(YF3: 막 두께 570㎚), Ge막(막 두께 120㎚), DLC막(막 두께 150㎚)이 적층된 구성으로 되었다. 한편, 비교예 1의 광학 부품의 기판의 제 2 면에는, 실시형태 1의 보호 창(15)과 마찬가지의 반사방지막(30)을 형성하였다.As described above, the multilayer film formed on the main surface of the substrate of the optical component of Comparative Example 1 is an oxide film (Y 2 O 3 : film thickness of 50 nm), a fluoride crystal film (YF 3 : A film thickness of 570 nm), a Ge film (a film thickness of 120 nm), and a DLC film (a film thickness of 150 nm) were laminated. On the other hand, on the 2nd surface of the board|substrate of the optical component of Comparative Example 1, the
다음에, 실시형태 1의 보호 창(15)과, 비교예 1의 광학 부품에 대해서, 주면의 YF3의 구조의 분석과, 적외선 흡수율의 산출을 실시하였다.Next, with respect to the
구조의 분석에는 XRD 분석을 이용하였다. 그리고, XRD 분석의 결과, YF3의 결정에 기인하는 회절 피크가 나타난 것을 결정질로 하고, YF3의 결정에 기인하는 회절 피크가 나타나지 않은 것을 비정질의 아몰퍼스로 하였다.XRD analysis was used to analyze the structure. And, as a result of XRD analysis, the thing in which the diffraction peak resulting from the crystal|crystallization of YF3 appeared was made into crystalline, and the thing which did not appear the diffraction peak resulting from the crystal|crystallization of YF3 was made into amorphous amorphous.
적외선 흡수율의 산출에는, 파장(λ)=9.3㎛의 레이저 광의 투과율 및 반사율을 이용하였다. 또한, 레이저 광의 투과율 및 반사율의 측정에는, 푸리에 변환형 적외 분광광도계를 이용하였다.The transmittance and reflectance of laser light having a wavelength (λ) = 9.3 µm were used for the calculation of the infrared absorptivity. In addition, a Fourier transform infrared spectrophotometer was used for the measurement of the transmittance|permeability and reflectance of a laser light.
적외선 흡수율은, 푸리에 변환형 적외 분광광도계를 이용하여 측정한 레이저 광의 투과율 및 반사율에 근거하여,The infrared absorptivity is based on the transmittance and reflectance of laser light measured using a Fourier transform infrared spectrophotometer,
(적외선 흡수율)=100%-(투과율)-(반사율)(Infrared absorption rate) = 100%-(Transmittance)-(Reflectance)
의 식에 의해 산출하였다. 적외선 흡수율의 산출은 실시형태 1의 보호 창(15)과 비교예 1의 광학 부품에 대해서, 열처리를 실시하기 전과 후로 2회 실행하였다. 또한, 열처리의 조건은 200℃의 대기 중에 12시간으로 하였다.It was calculated by the formula of Calculation of the infrared absorptivity was performed twice, before and after heat-processing about the
표 1은 실시형태 1의 보호 창(15)과, 비교예 1의 광학 부품에 있어서의, 주면의 YF3의 구조의 분석 결과와, 적외선 흡수율의 산출 결과이다.Table 1 is the analysis result of the structure of YF3 of the main surface in the
[표 1][Table 1]
표 1의 XRD 분석 결과에 도시되는 바와 같이, 실시형태 1의 보호 창(15)은 YF3의 구조가 아몰퍼스로 되어 있다. 이에 대해, 비교예 1의 광학 부품은 YF3의 구조가 결정질이다.As shown in the XRD analysis result of Table 1, in the
또한, 표 1에서, 실시형태 1의 보호 창(15)의 적외선 흡수율의 산출 결과는 열처리 전이 2.2%, 열처리 후가 2.1%였다. 이에 대해, 비교예 1의 광학 부품의 적외선 흡수율의 산출 결과는 열처리 전이 2.8%, 열처리 후가 4.1%였다.In addition, in Table 1, the calculation result of the infrared absorption rate of the
레이저 가공기의 보호 창으로서는, 적외선 흡수율이 3.0% 이하인 것이 바람직하고, 낮을수록 바람직하다. 실시형태 1의 보호 창(15)은 열처리 전후에 있어서 적외선 흡수율이 3.0% 미만이므로, 레이저 가공기(1)의 보호 창(15)으로서 충분한 광학 성능을 갖고 있다. 게다가, 실시형태 1의 보호 창(15)은 종래의 광학 부품인 비교예 1에 대해서, 열처리 후의 적외선 흡수율이 약 반분으로 되어 있다. 이상의 결과에서, 실시형태 1의 보호 창(15)은 종래의 광학 부품에 대해서, 내열성이 향상하여 있는 것이 확인되었다.As a protective window of a laser processing machine, it is preferable that an infrared absorption rate is 3.0 % or less, and it is so preferable that it is low. Since the
이와 같이, 실시형태 1의 보호 창(15)에 의하면, Ge를 기판(150)으로 하고, 적어도 기판(150)의 주면(150A)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21), 불화물 아몰퍼스막(22), Ge막(23) 및 DLC막(24)을 형성하고 있다. 이에 의해, 실시형태 1의 보호 창(15)은 높은 투과율과 내열성, 및 내마모성을 갖는다. 따라서, 실시형태 1의 보호 창(15)은 레이저 가공기의 레이저 광의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 실시형태 1의 보호 창(15)은 레이저 가공 중에 고열에 노출되었을 경우여도, 안정한 광학 성능을 발휘할 수 있다.As described above, according to the
실시형태 2.
다음에, 실시형태 2의 보호 창(15B)에 대해서, 도 4를 이용하여 설명한다. 실시형태 2의 보호 창(15B)은 기판(150)의 주면(150A)에 형성되는 다층막(2B)의 구성이, 실시형태 1의 보호 창(15)과는 상이하다. 다른 구성은 실시형태 1과 마찬가지이다.Next, the
실시형태 1의 다층막(2)은 기판(150)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21), 불화물 아몰퍼스막(22), Ge막(23) 및 DLC막(24)의 4층이 적층된 막을 포함하여 형성되어 있었다. 이에 대해, 실시형태 2의 다층막(2B)은 도 4에 도시되는 바와 같이, 기판(150)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21), 불화물 아몰퍼스막(22), 제 2 산화물막(25), Ge막(23) 및 DLC막(24)의 5층을 적층한 막을 포함하여 형성되어 있다.The
제 2 산화물막(25)은 다층막(2B)에 있어서, 가장 약한 계면인 불화물 아몰퍼스막(22)과 Ge막(23) 사이를 밀착시켜서, 다층막(2B)의 박리를 억제하는 효과를 갖는다.The
도 4에 도시되는 보호 창(15B)은 기판(150)의 주면(150A)에 다층막(2B)이 형성되어 있고, 제 2 면(150B)에 다층막(2B)과는 상이한 반사방지막(30)이 형성되어 있다. 기판(150)의 주면(150A)에 형성된 다층막(2B)은 예를 들면, 기판(150)의 주면(150A)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21)(Y2O3: 막 두께 25㎚), 불화물 아몰퍼스막(22)(YF3: 막 두께 570㎚), 제 2 산화물막(25)(Y2O3: 막 두께 25㎚), Ge막(23)(막 두께 120㎚), DLC막(24)(막 두께 150㎚)을 적층하여 형성되어 있다.The
한편, 기판(150)의 제 2 면(150B)에는, 파장 9.3㎛에 있어서의 투과율이 99% 이상의 반사방지막(30)이 형성되어 있다. 반사방지막(30)은 기판(150)의 제 2 면(150B)에 가까운 측으로부터 순서대로, YF3막(막 두께 670㎚), Ge막(막 두께 130㎚), MgF2막(막 두께 200㎚)이 적층된 구성으로 하였다. 또한, 반사방지막(30)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, on the
여기서, 다층막(2B)의 광학 성능 및 기계 특성을 저하시키는 영향이 없으면, 다층막(2B)을 구성하는 층에 다른 원소가 첨가되어 있어도 좋다. 또한, 다층막(2B)의 광학 성능 및 기계 특성을 저하시키는 영향이 없으면, 다층막(2B)을 구성하는 층 이외에, 다른 박막이 형성되어 있어도 좋다. 게다가, 산화물막(21)과 제 2 산화물막(25)은, 동일한 산화물을 이용한 막이어도 좋고, 상이한 종류의 산화물을 이용한 막이어도 좋다.Here, other elements may be added to the layers constituting the
이와 같이, 실시형태 2의 다층막(2B)은 기판(150)에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막(21), 불화물 아몰퍼스막(22), 제 2 산화물막(25), Ge막(23) 및 DLC막(24)의 5층을 적층한 막을 포함하여 형성되어 있다. 이에 의해, 실시형태 2의 보호 창(15B)은 뛰어난 내열성을 갖고, 고온 환경 하에 있어서도 안정하여 광학 성능을 발휘할 수 있다.In this way, the
게다가, 실시형태 2의 보호 창(15B)은 불화물 아몰퍼스막(22)과 Ge막(23) 사이에, 제 2 산화물막(25)을 갖는 것에 의해, 불화물 아몰퍼스막(22)과 Ge막(23) 사이를 밀착시켜서, 다층막(2B)의 박리를 억제할 수 있다.In addition, the
1 : 레이저 가공기 11 : 레이저 발진기
11A : 레이저 광 13 : 집광 렌즈
15, 15A, 15B : 보호 창(광학 부품) 2, 2B : 다층막
21 : 산화물막 22 : 불화물 아몰퍼스막
23 : Ge막 24 : DLC막
25 : 제 2 산화물막 30 : 반사방지막
100 : 피가공물 150 : 기판
150A : 주면 150B : 제 2 면1: laser processing machine 11: laser oscillator
11A: laser light 13: condensing lens
15, 15A, 15B: protective window (optical component) 2, 2B: multilayer film
21: oxide film 22: fluoride amorphous film
23: Ge film 24: DLC film
25: second oxide film 30: anti-reflection film
100: object to be processed 150: substrate
150A:
Claims (6)
상기 주면 및 상기 제 2 면 중, 적어도 주면에 형성된 다층막을 갖는 광학 부품에 있어서,
상기 기판은 Ge를 포함하여 형성되어 있고,
상기 다층막은 상기 기판에 가까운 측으로부터 순서대로, 산화물막, 불화물 아몰퍼스막, Ge막 및 DLC막의 적어도 4층이 적층된 막을 포함하고,
상기 산화물막과 상기 불화물 아몰퍼스막은 서로 접촉하고 있는
광학 부품.a substrate having a main surface and a second surface formed on a rear side of the main surface;
An optical component having a multilayer film formed on at least the main surface among the main surface and the second surface,
The substrate is formed including Ge,
the multilayer film includes a film in which at least four layers of an oxide film, a fluoride amorphous film, a Ge film, and a DLC film are laminated in order from a side closer to the substrate;
The oxide film and the fluoride amorphous film are in contact with each other.
optical components.
상기 산화물막은 Y2O3, HfO2 및 ZrO2 중 어느 하나를 포함하여 형성되어 있고,
상기 불화물 아몰퍼스막은 YF3, YbF3 및 MgF2 중 어느 하나를 포함하여 형성되어 있는
광학 부품.The method of claim 1,
The oxide film is formed including any one of Y 2 O 3 , HfO 2 and ZrO 2 ,
The fluoride amorphous film is YF 3 , YbF 3 and MgF 2 is formed including any one
optical components.
상기 산화물막은 두께가 5㎚ 내지 150㎚이고,
상기 불화물 아몰퍼스막은 두께가 500㎚ 내지 950㎚이고,
상기 Ge막은 두께가 50㎚ 내지 150㎚이며,
상기 DLC막은 두께가 50㎚ 내지 300㎚인
광학 부품.3. The method of claim 2,
The oxide film has a thickness of 5 nm to 150 nm,
The fluoride amorphous film has a thickness of 500 nm to 950 nm,
The Ge film has a thickness of 50 nm to 150 nm,
The DLC film has a thickness of 50 nm to 300 nm.
optical components.
상기 불화물 아몰퍼스막과 상기 Ge막 사이에, 제 2 산화물막을 갖고,
상기 제 2 산화물막은 Y2O3, HfO2 및 ZrO2 중 어느 하나를 포함하여 형성되어 있는
광학 부품.4. The method of claim 3,
a second oxide film is provided between the fluoride amorphous film and the Ge film;
The second oxide film is Y 2 O 3 , HfO 2 and ZrO 2 is formed including any one
optical components.
상기 제 2 산화물막은 두께가 5㎚ 내지 150㎚인
광학 부품.5. The method of claim 4,
The second oxide film has a thickness of 5 nm to 150 nm.
optical components.
상기 광학계는 제 3 항 또는 제 5 항에 기재된 광학 부품을 갖고,
상기 광학 부품은 상기 주면이 가공 공간측을 향해 배치되어 있는
레이저 가공기.In a laser processing machine having a laser oscillator and an optical system of laser light irradiated from the laser oscillator,
The optical system has the optical component according to claim 3 or 5,
The optical component has the main surface arranged toward the processing space side.
laser processing machine.
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