DE102011119931B4 - Process for processing a precision optical component, precision optical component and use of a thermal post-treatment process for the planned adjustment of the layer tension of a coating of a precision optical component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bearbeitung eines präzisionsoptischen Bauteiles, das ein mit einer Beschichtung versehenes optisches Substrat aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtspannung der Beschichtung durch thermische Nachbehandlung des Bauteiles planmäßig eingestellt wird, wobei mittels der thermischen Nachbehandlung die Schichtspannung auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, wobei die Schichtspannung während des Nachbehandlungsprozesses gemessen und wenigstens ein Parameter des Nachbehandlungsprozesses in Abhängigkeit von dem Messergebnis eingestellt wird, derart dass sich am Ende des Nachbehandlungsprozesses die vorbestimmte Schichtspannung der Beschichtung ergibt.A method for processing a precision optical component which has an optical substrate provided with a coating, characterized in that the layer stress of the coating is set according to plan by thermal post-treatment of the component, the layer stress being set to a predetermined value by means of the thermal post-treatment, the Layer stress is measured during the post-treatment process and at least one parameter of the post-treatment process is adjusted as a function of the measurement result, such that the predetermined layer stress of the coating results at the end of the post-treatment process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Bearbeitung eines präzisionsoptischen Bauteiles, das ein mit einer Beschichtung versehenes optisches Substrat aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein präzisionsoptisches Bauteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet ist, und eine Verwendung des erfindungsgemäßen thermischen Nachbehandlungsverfahrens zur planmäßigen Einstellung der Schichtspannung einer Beschichtung eines präzisionsoptischen Bauteiles.The invention relates to a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 for processing a precision optical component which has an optical substrate provided with a coating. Furthermore, the invention relates to a precision-optical component which is processed according to the method according to the invention, and a use of the thermal post-treatment method according to the invention for the planned adjustment of the layer tension of a coating of a precision-optical component.
Präzisionsoptische Bauteile, beispielsweise Linsen, planoptische Bauteile oder Spiegel, werden in den verschiedensten Bereichen in großem Umfang eingesetzt. Dabei werden die Bauteile häufig mit einer Beschichtung versehen, um insbesondere ihre optischen Eigenschaften, beispielsweise bei einer bestimmten Wellenlänge oder in einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichtes, in einer gewünschten Weise zu beeinflussen. Als Träger für die Beschichtung wird in der Regel ein optisches Substrat verwendet, das frei oder annähernd frei von mechanischen Spannungen ist. Auf das Substrat werden dann insbesondere optische Funktionsschichten mittels eines geeigneten Verfahrens aufgebracht, wobei entsprechend den jeweiligen Anforderungen eine Vielzahl von Schichten aufgebracht werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass insbesondere optische Funktionsschichten häufig eine hohe Schichtspannung aufweisen, die sich nachteilig auf das Bauteil auswirkt.Precision optical components, such as lenses, plano-optical components or mirrors, are used on a large scale in a wide variety of areas. The components are often provided with a coating in order in particular to influence their optical properties in a desired manner, for example at a specific wavelength or in a specific wavelength range of the light. As a rule, an optical substrate that is free or almost free of mechanical stresses is used as the carrier for the coating. Optical functional layers, in particular, are then applied to the substrate by means of a suitable method, it being possible for a large number of layers to be applied in accordance with the respective requirements. The disadvantage here is that, in particular, optical functional layers often have a high layer stress, which has a disadvantageous effect on the component.
Beispielsweise ist ein Verfahren zum Auftragen eines Siliziumdioxidfilms in optischer Qualität mittels PECVD in
Die Schichtspannung kann bei insbesondere entsprechend dünnen optischen Substraten zu einer Oberflächendeformation führen. Ist die Schichtspannung in der Beschichtung beispielsweise eine Zugspannung, so kann sich hierdurch das Substrat zur Beschichtungsseite hin konkav verformen, wobei sich aufgrund der veränderten Oberflächenform die optischen Eigenschaften des Bauteiles ändern können. Bei Zugspannungen besteht darüber hinaus die Gefahr, dass sich in der Beschichtung Risse bilden und so die Optik unbrauchbar wird. Handelt es sich bei der Schichtspannung um eine Druckspannung, so kann ein entsprechendes dünnes Substrat sich zur Schichtseite hin konvex verformen. Druckspannung entsteht meist dann, wenn die Schicht während des Wachstums durch einen geeigneten Herstellungsprozess verdichtet wird. Es besteht die Gefahr, dass infolge hoher Druckspannungswerte in dicken Schichtsystemen sich das Substrat so stark verbiegt, dass es brechen kann. Außerdem kann bei ungenügender Schichthaftung am Substrat die Beschichtung abplatzen, was bis zur kompletten Delamination der beschichteten Optik führen kann. Auch hierdurch können die optischen Eigenschaften des Bauteiles in unerwünschter Weise verändert werden.In the case of correspondingly thin optical substrates in particular, the layer tension can lead to surface deformation. If the layer stress in the coating is, for example, tensile stress, this can cause the substrate to deform concavely towards the coating side, with the optical properties of the component being able to change due to the altered surface shape. In the case of tensile stresses, there is also the risk that cracks will form in the coating, making the optics unusable. If the layer stress is a compressive stress, a corresponding thin substrate can deform convexly towards the layer side. Compressive stress usually occurs when the layer is compressed during growth by a suitable manufacturing process. There is a risk that, as a result of high compressive stress values in thick layer systems, the substrate will bend so much that it can break. In addition, if the layer adhesion to the substrate is insufficient, the coating can flake off, which can lead to complete delamination of the coated optics. This can also cause the optical properties of the component to be changed in an undesirable manner.
Bei den bekannten Beschichtungen besteht damit insbesondere das Risiko, dass die Oberflächenformgenauigkeit des Bauteiles beeinträchtigt wird.With the known coatings, there is a particular risk that the surface shape accuracy of the component will be impaired.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekannt, auch die der Beschichtungsseite abgewandte Rückseite des Substrates mit einer entsprechenden Beschichtung zu versehen, so dass sich im Idealfalle die durch die beidseitigen Beschichtungen entstehenden Spannungen kompensieren oder annähernd kompensieren und es somit nicht zu einer unerwünschten Verformung des Bauteiles kommt. Nachteilig hierbei ist, dass die Beschichtung der Rückseite des Bauteiles einen zusätzlichen Arbeitsgang darstellt, der mit zusätzlichen Kosten und ggf. mit zusätzlichem Zeitaufwand bei der Bearbeitung des Bauteiles verbunden ist. Dies ist insbesondere in einem industriellen Herstellungsprozess von erheblichem Nachteil. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass durch die rückseitige Beschichtung die Oberfläche zwar wieder die gewünschte Form hat, die intrinsische Schichtspannung allerdings weiter vorhanden ist. Damit besteht weiterhin die Gefahr einer Rissbildung oder Delamination.To avoid this disadvantage, it is known to also provide the back side of the substrate facing away from the coating side with a corresponding coating, so that ideally the stresses caused by the coatings on both sides are compensated or almost compensated and thus there is no undesired deformation of the component . The disadvantage here is that the coating of the rear side of the component represents an additional work step, which is associated with additional costs and possibly with additional expenditure of time when processing the component. This is a considerable disadvantage, particularly in an industrial production process. Another disadvantage of this method is that the surface has the desired shape again due to the coating on the back, but the intrinsic layer tension is still present. This means that there is still a risk of cracking or delamination.
Es ist darüber hinaus bekannt, die Oberflächenformgenauigkeit eines mit einer Beschichtung versehenen präzisionsoptischen Bauteiles dadurch zu verbessern, dass die nach der Beschichtung zu erwartende Formänderung vorkompensiert bzw. vorgehalten wird. Nachteilig hierbei ist, dass die erforderliche Vorkompensation unter Umständen nicht ohne weiteres zu ermitteln ist und damit trotz der Vorkompensation nach dem Aufbringen der Beschichtung eine unerwünschte Abweichung der Istform gegenüber einer Sollform des Bauteiles vorliegt.In addition, it is known to improve the surface shape accuracy of a precision optical component provided with a coating by pre-compensating for or making allowances for the shape change to be expected after the coating. The disadvantage here is that the necessary pre-compensation may not be able to be determined easily and thus, despite the pre-compensation after the application of the coating, there is an undesired deviation of the actual shape from a target shape of the component.
Es ist weiterhin bekannt, die Dicke des Substrates so weit zu erhöhen, dass die Schichtspannung der Beschichtung nicht zu einer Verformung des Substrates führt. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die Erhöhung der Dicke des Substrates einen erhöhten Materialeinsatz und damit erhöhte Kosten bedeutet. Außerdem kann die Erhöhung der Dicke des Substrates, beispielsweise bei optischen Linsen, in unerwünschter Weise zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften führen und ist damit nicht in allen Fällen praktikabel.It is also known to increase the thickness of the substrate to such an extent that the layer stress in the coating does not lead to deformation of the substrate. The disadvantage here, however, is that increasing the thickness of the substrate means increased use of material and thus increased costs. In addition, increasing the thickness of the substrate, for example in the case of optical lenses, can undesirably lead to a change in the optical properties and is therefore not practicable in all cases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung eines präzisionsoptischen Bauteiles, das ein mit einer Beschichtung versehenes optisches Substrat aufweist, anzugeben, das präzisionsoptische Bauteile bereitstellt, die im Hinblick auf die Oberflächenformgenauigkeit eine hohe Qualität aufweisen.The invention is based on the object of specifying a method for processing a precision optical component which has an optical substrate provided with a coating, which provides precision optical components which have a high quality with regard to the surface shape accuracy.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.This problem is solved by the teaching specified in claim 1.
Es ist allgemein bekannt, Spannungen in Bauteilen aus Glas durch einen Tempervorgang zu verringern. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich auf überraschend einfache Weise die Schichtspannung der Beschichtung durch planmäßige thermische Nachbehandlung des Bauteiles planmäßig einstellen lässt. Dementsprechend sieht die Erfindung vor, dass die Schichtspannung der Beschichtung durch thermische Nachbehandlung des Bauteiles planmäßig eingestellt wird.It is generally known that stresses in glass components can be reduced by an annealing process. The invention is based on the finding that the layer tension of the coating can be set in a surprisingly simple manner by systematic thermal post-treatment of the component. Accordingly, the invention provides that the layer tension of the coating is adjusted according to plan by thermal post-treatment of the component.
Erfindungsgemäß wird die thermische Nachbehandlung somit gezielt im Hinblick auf die Einstellung der Schichtspannung angewendet. Erfindungsgemäß ist es beispielsweise und insbesondere möglich, die Schichtspannung der Beschichtung so weit zu reduzieren, dass sie nicht mehr zu einer Verformung des Substrates führt. Damit erübrigen sich die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Verringerung der Schichtspannung, beispielsweise Beschichtung auch der Rückseite des Substrates, Vorkompensation einer zu erwartenden Formänderung und Erhöhung der Dicke des Substrates, so dass die damit verbundenen zusätzlichen Arbeitsschritte und Kosten sowie die sich im Hinblick auf die optischen Eigenschaften des Bauteiles ggf. ergebenden Nachteile entfallen.According to the invention, the thermal post-treatment is therefore used in a targeted manner with regard to adjusting the layer stress. According to the invention it is possible, for example and in particular, to reduce the layer stress of the coating to such an extent that it no longer leads to deformation of the substrate. This eliminates the need for the measures known from the prior art for reducing the layer stress, for example coating the back of the substrate, pre-compensating for an expected change in shape and increasing the thickness of the substrate, so that the associated additional work steps and costs as well as the changes in terms of any disadvantages resulting from the optical properties of the component are eliminated.
Vorzugsweise wird zur thermischen Nachbehandlung das Bauteil auf eine Nachbehandlungstemperatur, beispielsweise von einigen 100°C, erwärmt und für eine vorbestimmte Nachbehandlungsdauer auf der Nachbehandlungstemperatur gehalten. Insbesondere kann das Bauteil zur erfindungsgemäßen thermischen Nachbehandlung getempert werden.For the purpose of thermal post-treatment, the component is preferably heated to a post-treatment temperature, for example a few 100° C., and kept at the post-treatment temperature for a predetermined post-treatment period. In particular, the component can be tempered for the thermal post-treatment according to the invention.
Die Erfindung stellt damit auf besonders einfache Weise ein Verfahren zur Beeinflussung der Schichtspannung der Beschichtung eines Substrates eines präzisionsoptischen Bauteiles zur Verfügung. Insbesondere stellt die Erfindung damit ein Verfahren zur Verfügung, durch das sich die Oberflächenformgenauigkeit von Substraten durch planmäßige thermische Nachbehandlung beeinflussen und insbesondere verbessern lässt.The invention thus provides a method for influencing the layer stress of the coating of a substrate of a precision optical component in a particularly simple manner. In particular, the invention thus provides a method by which the surface shape accuracy of substrates can be influenced and in particular improved by planned thermal post-treatment.
Unter einer planmäßigen Einstellung der Schichtspannung durch thermische Nachbehandlung wird erfindungsgemäß verstanden, dass der thermische Nachbehandlungsprozess, beispielsweise durch Tempern, hinsichtlich seiner Prozessparameter gezielt so eingestellt wird, dass sich nach Abschluss des Nachbehandlungsprozesses im Rahmen der Messgenauigkeit und im Rahmen von Prozesstoleranzen des Nachbehandlungsprozesses eine vorbestimmte Schichtspannung der Beschichtung ergibt.According to the invention, a planned setting of the layer tension by thermal post-treatment is understood to mean that the thermal post-treatment process, for example by tempering, is specifically set with regard to its process parameters in such a way that after the post-treatment process has ended, within the scope of measurement accuracy and within the scope of process tolerances of the post-treatment process, a predetermined layer stress of the coating.
Unter einer thermischen Nachbehandlung wird erfindungsgemäß verstanden, dass das präzisionsoptische Bauteil nach dem Aufbringen der Beschichtung thermisch behandelt wird, beispielsweise durch Tempern. Die thermische Nachbehandlung kann ausgeführt werden, nachdem sämtliche Schichten der Beschichtung auf das Substrat aufgebracht worden sind. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, die thermische Nachbehandlung auszuführen, nachdem wenigstens eine Schicht auf das Substrat aufgebracht worden ist, und nach der Nachbehandlung wenigstens eine weitere Schicht auf das thermisch nachbehandelte Bauteil aufzubringen. Ggf. kann die thermische Nachbehandlung entsprechend den jeweiligen Anforderungen auch zwischen dem Aufbringen von verschiedenen Schichten der Beschichtung mindestens einmal wiederholt werden.According to the invention, a thermal post-treatment is understood to mean that the precision-optical component is thermally treated after the application of the coating, for example by tempering. The post thermal treatment can be carried out after all layers of the coating have been applied to the substrate. In principle, however, it is also possible to carry out the thermal post-treatment after at least one layer has been applied to the substrate, and to apply at least one further layer to the thermally post-treated component after the post-treatment. If necessary, the thermal post-treatment can also be repeated at least once between the application of different layers of the coating, depending on the respective requirements.
Bei den Schichten der Beschichtung kann es sich insbesondere um optische Funktionsschichten, also optisch wirksame Schichten, handeln, die beispielsweise dazu dienen, das Reflexions- und Transmissionsvermögen oder -verhalten des präzisionsoptischen Bauteiles zu steuern.The layers of the coating can in particular be optical functional layers, ie optically effective layers, which are used, for example, to control the reflectance and transmittance or behavior of the precision optical component.
Unabhängig davon, auf welche Weise die Schichten der Beschichtung auf das Substrat aufgebracht werden, beispielsweise durch konventionelle Bedampfung, plasma- bzw. ionengestützte Bedampfung, Sputterprozesse, insbesondere lonenstrahl-Sputtern, oder Ionenplattieren, kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.Regardless of how the layers of the coating are applied to the substrate, for example by conventional vapor deposition, plasma or ion-assisted vapor deposition, sputtering processes, in particular ion beam sputtering, or ion plating, the method according to the invention can be used.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Einstellung der Schichtspannung wenigstens ein Parameter des Nachbehandlungsprozesses eingestellt wird. Umfassen die Parameter des Nachbehandlungsprozesses beispielsweise die Nachbehandlungstemperatur, der das Bauteil während einer Nachbehandlung davor ausgesetzt wird, so kann die Schichtspannung erfindungsgemäß dadurch eingestellt werden, dass die Nachbehandlungstemperatur und die Nachbehandlungsdauer eingestellt werden, um die Schichtspannung in der gewünschten Weise einzustellen.An advantageous development of the invention provides that at least one parameter of the post-treatment process is set to set the layer stress. If the parameters of the post-treatment process include, for example, the post-treatment temperature to which the component is exposed during post-treatment beforehand, the layer stress can be adjusted according to the invention by adjusting the post-treatment temperature and the post-treatment duration in order to adjust the layer stress in the desired manner.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schichtspannung während des Nachbehandlungsprozesses gemessen und wenigstens ein Parameter des Nachbehandlungsprozesses in Abhängigkeit von dem Messergebnis eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform kann die Schichtspannung während des Nachbehandlungsprozesses zeitkontinuierlich oder in zeitlichen Abständen gemessen werden und entsprechend dem Messergebnis wird erfindungsgemäß wenigstens ein Parameter des Nachbehandlungsprozesses so eingestellt, dass sich am Ende des Nachbehandlungsprozesses die gewünschte Schichtspannung ergibt. Die Einstellung eines Parameters vollzieht sich erfindungsgemäß im einfachsten Falle so, dass der Parameter vor oder beim Beginn des Behandlungsprozesses festgelegt und während des Behandlungsprozesses unverändert beibehalten wird. Unter einer Einstellung wenigstens eines Parameters wird erfindungsgemäß jedoch auch verstanden, dass der entsprechende Parameter oder die entsprechenden Parameter gesteuert oder geregelt wird bzw. werden. So kann der Nachbehandlungsprozess im einfachsten Falle darin bestehen, dass das Bauteil erwärmt und für eine vorbestimmte Nachbehandlungsdauer einer vorbestimmten Nachbehandlungstemperatur ausgesetzt wird. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, steuerungs- bzw. regelungstechnisch in den Nachbehandlungsprozess einzugreifen und beispielsweise und insbesondere die Nachbehandlungstemperatur und/oder die Nachbehandlungsdauer zu steuern bzw. zu regeln, insbesondere in Abhängigkeit von einer während des Nachbehandlungsprozesses gemessenen Schichtspannung. Geeignete Verfahren zur Messung der Schichtspannung einer Beschichtung eines präzisionsoptischen Bauteiles sind dem Fachmann allgemein bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert. Besonders bevorzugt sind insbesondere berührungslos arbeitende Messverfahren, beispielsweise laserinterferometrische Messverfahren oder Messverfahren, bei denen die Ablenkung eines Laserstrahls mit einem positionsempfindlichen Detektor detektiert und so auf den Krümmungsradius zurückgeschlossen wird.According to the invention it is provided that the layer stress is measured during the post-treatment process and at least one parameter of the post-treatment process as a function is set by the measurement result. In this embodiment, the layer stress can be measured continuously or at time intervals during the post-treatment process, and according to the measurement result, at least one parameter of the post-treatment process is adjusted according to the invention such that the desired layer stress results at the end of the post-treatment process. According to the invention, a parameter is set in the simplest case such that the parameter is defined before or at the start of the treatment process and is retained unchanged during the treatment process. However, according to the invention, an adjustment of at least one parameter is also understood to mean that the corresponding parameter or the corresponding parameters is or are controlled or regulated. In the simplest case, the post-treatment process can consist in the component being heated and exposed to a predetermined post-treatment temperature for a predetermined post-treatment period. However, it is also possible according to the invention to intervene in the aftertreatment process with control or regulation technology and, for example and in particular, to control or regulate the aftertreatment temperature and/or the aftertreatment duration, in particular as a function of a layer stress measured during the aftertreatment process. Suitable methods for measuring the layer stress of a coating of a precision optical component are generally known to the person skilled in the art and are therefore not explained in more detail here. Measuring methods that work without contact are particularly preferred, for example laser-interferometric measuring methods or measuring methods in which the deflection of a laser beam is detected with a position-sensitive detector and the radius of curvature is thus deduced.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Parameter des Nachbehandlungsprozesses wenigstens die Nachbehandlungstemperatur und/oder die Nachbehandlungsdauer umfassen. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können ggf. noch weitere Parameter des Nachbehandlungsprozesses herangezogen bzw. beeinflusst werden, beispielsweise der Druck, unter dem die Nachbehandlung ausgeführt wird.Another development of the invention provides that the parameters of the after-treatment process include at least the after-treatment temperature and/or the after-treatment duration. According to the respective requirements, other parameters of the post-treatment process can also be used or influenced, for example the pressure under which the post-treatment is carried out.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels der thermischen Nachbehandlung die Schichtspannung auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die thermische Nachbehandlung gezielt bzw. planmäßig so ausgeführt, dass am Ende des Nachbehandlungsprozesses die gewünschte Schichtspannung eingestellt ist.According to the invention, the layer stress is adjusted to a predetermined value by means of the thermal post-treatment. In this embodiment, the thermal post-treatment is carried out in a targeted or planned manner such that the desired layer tension is set at the end of the post-treatment process.
Die Schichtspannung kann erfindungsgemäß so eingestellt werden, dass sich aufgrund der eingestellten Schichtspannung eine gewünschte Verformung des Substrates und damit des präzisionsoptischen Bauteiles ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet damit die Möglichkeit, innerhalb gewisser Grenzen die Form präzisionsoptischer Bauteile durch thermische Nachbearbeitung in einer gewünschten Weise zu verändern. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch insoweit vor, dass mittels der thermischen Nachbehandlung die Schichtspannung der Beschichtung wenigstens abschnittsweise minimiert wird. Die Minimierung der Schichtspannung dient bei diesem Ausführungsbeispiel dazu, eine Deformation des Substrates durch die Beschichtung so weit wie möglich zu verringern und dadurch zu erreichen, dass die Oberflächenformgenauigkeit des Bauteiles durch die Beschichtung nicht oder in nicht nennenswertem Maße beeinträchtigt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere möglich, die Schichtspannung unter Berücksichtigung der Dicke des Substrates so weit zu verringern, dass eine nennenswerte Verformung des Substrates nicht mehr auftritt.According to the invention, the layer stress can be set in such a way that the set layer stress results in a desired deformation of the substrate and thus of the precision optical component. The method according to the invention thus offers the possibility, within certain limits, of changing the shape of precision optical components in a desired manner by thermal post-processing. However, another advantageous development of the invention provides that the layer stress of the coating is minimized at least in sections by means of the thermal post-treatment. In this exemplary embodiment, the minimization of the layer stress serves to reduce deformation of the substrate by the coating as far as possible and thereby to ensure that the surface shape accuracy of the component is not impaired by the coating, or is not impaired to an appreciable degree. By means of the method according to the invention it is possible, in particular, to reduce the layer stress, taking into account the thickness of the substrate, to such an extent that significant deformation of the substrate no longer occurs.
Wie oben angegeben, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die Schichtspannung während des Nachbearbeitungsprozesses zu verändern und wenigstens einen Parameter des Nachbearbeitungsprozesses in Abhängigkeit von dem Messergebnis zu beeinflussen. Eine andere Möglichkeit zur Einstellung der Parameter des Nachbehandlungsprozesses besteht erfindungsgemäß darin, dass anhand eines Referenzbauteiles wenigstens eine Kennlinie ermittelt wird, die den zeitlichen Verlauf der Schichtspannung bei einer vorbestimmten Nachbehandlungstemperatur abbildet, wobei die Parameter des Nachbehandlungsprozesses in Abhängigkeit von der Kennlinie eingestellt werden, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.As stated above, there is the possibility according to the invention of changing the layer stress during the post-processing process and of influencing at least one parameter of the post-processing process as a function of the measurement result. According to the invention, another way of setting the parameters of the post-treatment process is that at least one characteristic curve is determined using a reference component, which curve depicts the course of the layer stress over time at a predetermined post-treatment temperature, with the parameters of the post-treatment process being set as a function of the characteristic curve, as is the case here provides an advantageous development of the invention.
In hierzu entsprechender Weise sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass zur Ermittlung eines Kennlinienfeldes anhand eines Referenzbauteiles für unterschiedliche Nachbehandlungstemperaturen jeweils eine Kennlinie ermittelt wird, die den zeitlichen Verlauf der Schichtspannung bei der jeweiligen Nachbehandlungstemperatur abbildet, und dass die Parameter des Nachbehandlungsprozesses anhand des Kennlinienfeldes eingestellt werden können. Bei den vorgenannten Ausführungsformen kann die Kennlinie bzw. das Kennlinienfeld in einem Speicher eines Steuerungsrechners abgelegt sein, der eine Nachbehandlungsanlage zur thermischen Nachbehandlung des Bauteils ansteuert. In Abhängigkeit von der Art des Bauteils und der gewünschten Schichtspannung am Ende des Nachbehandlungprozesses kann der Steuerungsrechner dann die Parameter des Nachbearbeitungsverfahrens, insbesondere die Nachbearbeitungstemperatur bzw. der Nachbearbeitungstemperaturverlauf und die Nachbearbeitungsdauer, auswählen.In a corresponding manner, another advantageous development of the invention provides that, in order to determine a family of characteristics using a reference component for different post-treatment temperatures, a characteristic curve is determined in each case that maps the course of the layer stress over time at the respective post-treatment temperature, and that the parameters of the post-treatment process are determined using the Characteristic field can be adjusted. In the aforementioned embodiments, the characteristic curve or the family of characteristic curves can be stored in a memory of a control computer, which controls an aftertreatment system for thermal aftertreatment of the component. Depending on the type of component and the desired layer tension at the end of the post-treatment process, the control computer can then Select the parameters of the post-processing process, in particular the post-processing temperature or the post-processing temperature profile and the post-processing duration.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Bauteil bearbeitet wird, das in wenigstens zwei räumlichen Bereichen mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen ist. Die unterschiedlichen Beschichtungen können sich insbesondere hinsichtlich des Materiales und der Anzahl der Schichten unterscheiden. Auf diese weise sind Schichtareale gebildet, die zu gezielten Verformungen des Substrates dienen können. Durch entsprechende Ausgestaltung des Nachbehandlungsprozesses kann diese gezielte und entsprechend den Schichtarealen unterschiedliche Verformung weiter beeinflusst werden. Die Schichtareale können beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass das Substrat bei einem oder unterschiedlichen Beschichtungsvorgängen entsprechend den gewünschten Schichtarealen unterschiedlich maskiert wird.Another advantageous development of the invention provides that a component is processed that is provided with different coatings in at least two spatial areas. The different coatings can differ in particular with regard to the material and the number of layers. In this way, layered areas are formed which can be used for specific deformations of the substrate. This targeted deformation, which varies according to the layer areas, can be further influenced by appropriate design of the post-treatment process. The layer areas can be produced, for example, in that the substrate is masked differently in accordance with the desired layer areas in one or different coating processes.
Ein erfindungsgemäßes präzisionsoptisches Bauteil, das insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet ist, ist im Anspruch 8 angegeben. Das Bauteil weist ein mit einer Beschichtung versehenes optisches Substrat auf, wobei erfindungsgemäß die Schichtspannung der Beschichtung durch thermische Nachbehandlung des Bauteiles planmäßig eingestellt ist. Bei dem Bauteil kann es sich um ein beliebiges Bauteil der Präzisionsoptik handeln. Sinngemäß ergeben sich in Bezug auf das erfindungsgemäße Bauteil die gleichen Vorteile wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.A precision optical component according to the invention, which is processed in particular by a method according to the invention, is specified in claim 8. The component has an optical substrate provided with a coating, with the layer tension of the coating being adjusted according to the invention by thermal post-treatment of the component. The component can be any precision optics component. Correspondingly, with regard to the component according to the invention, the same advantages result as in the case of the method according to the invention.
Eine erfindungsgemäße Verwendung eines thermischen Nachbehandlungsverfahrens zur planmäßigen Einstellung der Schichtspannung einer Beschichtung eines präzisionsoptischen Bauteiles ist im Anspruch 9 angegeben.A use according to the invention of a thermal post-treatment process for the planned adjustment of the layer tension of a coating of a precision optical component is specified in claim 9.
Anspruch 10 gibt eine erfindungsgemäße Verwendung eines thermischen Nachbehandlungsverfahrens zur Beeinflussung der Form eines präzisionsoptischen Bauteiles durch planmäßige Einstellung der Schichtspannung einer Beschichtung eines Substrates des Bauteiles an.Claim 10 specifies a use according to the invention of a thermal post-treatment method for influencing the shape of a precision optical component by planned adjustment of the layer tension of a coating of a substrate of the component.
Das im Anspruch 8 angegebene präzisionsoptische Bauteil sowie die in den Ansprüchen 9 und 10 angegebenen Verwendungen können in vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsformen sinngemäß so weitergebildet werden, wie dies für das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 in den Unteransprüchen 2 bis 7 definiert ist.The precision optical component specified in claim 8 and the uses specified in claims 9 and 10 can be further developed in advantageous and preferred embodiments as defined for the method according to claim 1 in dependent claims 2 to 7.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an example.
Das Beispiel betrifft einen Laserspiegel, der für eine Wellenlänge von 633 nm vorgesehen ist. Der Laserspiegel weist ein Substrat aus Quarz mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von 25 mm auf. Das Substrat ist mit einer Beschichtung versehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel 17 Schichten aufweist, die optische Funktionsschichten bilden. Die aus HfO2 als hochbrechendem Schichtmaterial und SiO2 als niedrigbrechendem Schichtmaterial bestehenden Schichten haben jeweils eine optische Schichtdicke von A/4 und sind abwechselnd auf das Substrat bzw. die vorhergehende Schicht aufgebracht.The example relates to a laser mirror intended for a wavelength of 633 nm. The laser mirror has a quartz substrate with a thickness of 1 mm and a diameter of 25 mm. The substrate is provided with a coating which, in this exemplary embodiment, has 17 layers which form optical functional layers. The layers consisting of HfO 2 as the high-index layer material and SiO 2 as the low-index layer material each have an optical layer thickness of λ/4 and are applied alternately to the substrate or the preceding layer.
Nach der Beschichtung, also dem Aufbringen der Schichten auf das Substrat, betrug die gemessene Schichtspannung 490 MPa. Der Laserspiegel wurde mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet, indem die Schichtspannung der Beschichtung durch thermische Nachbehandlung des Bauteiles planmäßig bzw. gezielt eingestellt wurde. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel waren die Prozessparameter des Nachbehandlungsprozesses die Nachbehandlungstemperatur von 400°C und die Nachbehandlungsdauer von 24 h. Nach Abschluss der thermischen Nachbehandlung war die Schichtspannung im Rahmen der Messgenauigkeit nahezu vollständig beseitigt und betrug lediglich noch 0,2 MPa.After the coating, ie the application of the layers to the substrate, the measured layer stress was 490 MPa. The laser mirror was processed using a method according to the invention, in that the layer tension of the coating was adjusted in a planned or targeted manner by thermal post-treatment of the component. In the exemplary embodiment shown, the process parameters of the post-treatment process were the post-treatment temperature of 400° C. and the post-treatment duration of 24 hours. After completion of the thermal post-treatment, the layer stress was almost completely eliminated within the scope of the measurement accuracy and was only 0.2 MPa.
Dadurch, dass erfindungsgemäß die Schichtspannung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nahezu vollständig reduziert worden ist, weist das so bearbeitete bzw. behandelte Bauteil eine besonders hohe Oberflächenformgenauigkeit auf, da die Oberflächenformgenauigkeit nicht mehr oder nicht mehr in nennenswertem Maße durch die Schichtspannung der Beschichtung beeinträchtigt ist.Due to the fact that, according to the invention, the layer stress has been almost completely reduced by means of the method according to the invention, the component processed or treated in this way has a particularly high degree of surface shape accuracy, since the surface shape accuracy is no longer affected, or no longer to a significant extent, by the layer stress of the coating.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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| DE102011119931.8A DE102011119931B4 (en) | 2011-11-08 | 2011-12-01 | Process for processing a precision optical component, precision optical component and use of a thermal post-treatment process for the planned adjustment of the layer tension of a coating of a precision optical component |
Applications Claiming Priority (3)
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