JP5669695B2 - 赤外光学膜、スキャンミラーおよびレーザ加工機 - Google Patents
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Description
基板上に0.01〜1.0μmの膜厚にて形成された金(Au)膜と、上記金膜上に屈折率nLが1.3〜1.4の低屈折率層と、屈折率nHが2.1〜2.3の高屈折率層とが交互に、第1層ないし第8層の8層がそれぞれ積層されたレーザ加工機のスキャンミラーに用いられる赤外光学膜であって、
上記各層の光学膜厚が上記金膜側から
上記第1層 0.26λ≦nLd1≦0.28λ、
上記第2層 0.25λ≦nHd2≦0.26λ、
上記第3層 0.25λ≦nLd3≦0.27λ、
上記第4層 0.22λ≦nHd4≦0.24λ、
上記第5層 0.21λ≦nLd5≦0.23λ、
上記第6層 0.17λ≦nHd6≦0.19λ、
上記第7層 0.16λ≦nLd7≦0.18λ、
上記第8層 0.17λ≦nHd8≦0.20λ、
(但し、λ=レーザ光の波長、d1〜d8は上記各層の膜厚)である。
高反射率を実現しつつ、スキャンミラーの揺動に応じてレーザ光の偏光異方性を解消することで、加工穴の真円化を達成する。
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図1はこの発明の実施の形態1の赤外光学膜の構成を示す断面図、図2および図3はこの発明の実施の形態1の赤外光学膜の他の構成を示す断面図、図4は図1ないし図3に示した赤外光学膜を形成する成膜装置の構成を示す図である。図7ないし図18はこの発明の各実施例および参考例の赤外光学膜の光学特性を示す図、図19ないし図33はこの発明の実施例および参考例および従来の赤外光学膜を備えたスキャンミラーを用いて加工穴の真円度の測定結果を示す図である。
また、第1層3a、第3層3b、第5層3c、第7層3dは、屈折率nLが1.3〜1.4の低屈折率層Lにて形成され、第2層4a、第4層4b、第6層4c、第8層4dは、屈折率nHが2.1〜2.3の高屈折率層Hにて形成されている。
第1層3a 0.26λ≦nLd1≦0.28λ、
第2層4a 0.25λ≦nHd2≦0.26λ、
第3層3b 0.25λ≦nLd3≦0.27λ、
第4層4b 0.22λ≦nHd4≦0.24λ、
第5層3c 0.21λ≦nLd5≦0.23λ、
第6層4c 0.17λ≦nHd6≦0.19λ、
第7層3d 0.16λ≦nLd7≦0.18λ、
第8層4d 0.17λ≦nHd8≦0.20λ、
(但し、λ=レーザ光の波長、d1〜d8は各層3a〜3d、4a〜4dの膜厚)である。
赤外光学膜は、各層の光学膜厚ndが光学性能を左右する。赤外光学膜の光学膜厚とは、各層の屈折率nと物理膜厚dとの積で決定される物理量である。
[実施例1]
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YbF3)の光学膜厚:0.264λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.250λ
第3層3b(YbF3)の光学膜厚:0.253λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.223λ
第5層3c(YbF3)の光学膜厚:0.215λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.186λ
第7層3d(YbF3)の光学膜厚:0.179λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.177λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で本実施例1の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータとにより測定した光学特性を図7に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が63度〜87度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.0%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層(YbF3)の光学膜厚:0.264λ
第2層(ZnS)の光学膜厚:0.250λ
第3層(YbF3)の光学膜厚:0.253λ
第4層(ZnS)の光学膜厚:0.223λ
第5層(YbF3)の光学膜厚:0.215λ
第6層(ZnS)の光学膜厚:0.165λ
第7層(YbF3)の光学膜厚:0.179λ
第8層(ZnS)の光学膜厚:0.177λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で参考例1の赤外光学膜を作成した。
参考例1は、第6層の光学膜厚を上記に示した実施例1の第6層4cより薄く形成し、本発明の範囲外としたものである。他の部分は実施例1と同一の赤外光学膜である。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータとにより測定した光学特性を図8に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が33度〜60度の範囲内にあり、目標とする位相差範囲(60度〜120度)を満たしていない。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YbF3)の光学膜厚:0.277λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.250λ
第3層3b(YbF3)の光学膜厚:0.265λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.227λ
第5層3c(YbF3)の光学膜厚:0.210λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.173λ
第7層3d(YbF3)の光学膜厚:0.177λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.197λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例2の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図9に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が63度〜84度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.0%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YbF3)の光学膜厚:0.261λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.252λ
第3層3b(YbF3)の光学膜厚:0.251λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.222λ
第5層3c(YbF3)の光学膜厚:0.214λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.178λ
第7層3d(YbF3)の光学膜厚:0.175λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.191λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例3の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図10に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が63度〜85度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.0%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YbF3)の光学膜厚:0.263λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.250λ
第3層3b(YbF3)の光学膜厚:0.251λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.229λ
第5層3c(YbF3)の光学膜厚:0.226λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.170λ
第7層3d(YbF3)の光学膜厚:0.175λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.193λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例4の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図11に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が64度〜86度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.0%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層(YbF3)の光学膜厚:0.263λ
第2層(ZnS)の光学膜厚:0.250λ
第3層(YbF3)の光学膜厚:0.282λ
第4層(ZnS)の光学膜厚:0.229λ
第5層(YbF3)の光学膜厚:0.226λ
第6層(ZnS)の光学膜厚:0.170λ
第7層(YbF3)の光学膜厚:0.152λ
第8層(ZnS)の光学膜厚:0.193λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で参考例2の赤外光学膜を作成した。参考例2は、第3層および第7層の光学膜厚を上記に示した実施例4の第3層3bより厚く、第7層3dより薄く形成し、本発明の範囲外としたものである。他の部分は実施例4と同一の赤外光学膜である。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図12に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が31度〜55度の範囲内にあり、目標とする位相差範囲(60度〜120度)を満たしていない。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YbF3)の光学膜厚:0.264λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.259λ
第3層3b(YbF3)の光学膜厚:0.251λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.237λ
第5層3c(YbF3)の光学膜厚:0.211λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.174λ
第7層3d(YbF3)の光学膜厚:0.177λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.196λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.39のYbF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例5の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図13に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が63度〜88度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.0%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YF3)の光学膜厚:0.265λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.250λ
第3層3b(YF3)の光学膜厚:0.254λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.225λ
第5層3c(YF3)の光学膜厚:0.214λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.181λ
第7層3d(YF3)の光学膜厚:0.177λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.172λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.36のYF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例6の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図14に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が65度〜82度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.1%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YF3)の光学膜厚:0.272λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.259λ
第3層3b(YF3)の光学膜厚:0.254λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.226λ
第5層3c(YF3)の光学膜厚:0.214λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.184λ
第7層3d(YF3)の光学膜厚:0.162λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.195λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.36のYF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例7の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図15に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が65度〜90度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.1%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層(YF3)の光学膜厚:0.251λ
第2層(ZnS)の光学膜厚:0.259λ
第3層(YF3)の光学膜厚:0.254λ
第4層(ZnS)の光学膜厚:0.226λ
第5層(YF3)の光学膜厚:0.214λ
第6層(ZnS)の光学膜厚:0.166λ
第7層(YF3)の光学膜厚:0.162λ
第8層(ZnS)の光学膜厚:0.195λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率:1.36のYF3と、高屈折率層として屈折率:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で参考例2の赤外光学膜を作成した。参考例3は、第1層および第6層の光学膜厚を上記に示した実施例7の第1層3aおよび第6層4cより薄く形成し、本発明の範囲外としたものである。他の部分は実施例7と同一の赤外光学膜である。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図16に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が37度〜66度の範囲内にあり、目標とする位相差範囲(60度〜120度)を満たしていない。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YF3)の光学膜厚:0.265λ
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第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.191λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.36のYF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例8の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図17に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が65度〜100度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.1%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
金膜(Au膜)の膜厚:500nm
第1層3a(YF3)の光学膜厚:0.261λ
第2層4a(ZnS)の光学膜厚:0.254λ
第3層3b(YF3)の光学膜厚:0.255λ
第4層4b(ZnS)の光学膜厚:0.228λ
第5層3c(YF3)の光学膜厚:0.224λ
第6層4c(ZnS)の光学膜厚:0.178λ
第7層3d(YF3)の光学膜厚:0.165λ
第8層4d(ZnS)の光学膜厚:0.181λ
(λ=9.28μm:レーザ光の波長)
低屈折率層として、屈折率nL:1.34のYF3と、高屈折率層として屈折率nH:2.20のZnSとをそれぞれ用い、真空蒸着法で実施例9の赤外光学膜を作成した。そして、赤外分光光度計と赤外エリプソメータにより測定した光学特性を図18に示す。図から明らかなように、入射角45度±8度の範囲において、レーザ光の位相差が63度〜87度の範囲内で制御されている。また、反射率が99.2%以上であるので、高エネルギーレーザ光を用いる穴あけ加工用のレーザ加工機において、反射ミラーとして機能する。
図5はこの発明の赤外光学膜が形成されているスキャンミラーの構成を示す図である。図において、スキャンミラー16の保持体17b表面は鏡面加工されており、その上に赤外光学膜17aを形成する。保持体17b裏面には、リブ構造を形成して強度を保ちながら軽量化を図る。赤外光学膜17aにより光学性能が決まるため、スキャンミラー16の基板材質が光学的に機能を果たすことはない。しかしながら、スキャンミラー16の基板は軽量かつ高剛性であることが望ましく、例えば、炭化ホウ素(B4C)や炭化シリコン(SiC)、ベリリウム(Be)を用いることが好ましい。但し、特に限定するものでない。また、保持体17bと赤外光学膜17aの間には密着膜を形成することが考えられる。これは、保持体17bと赤外光学膜17aとの密着性を高めるものであればよく、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)が好ましい。密着膜は、赤外光学膜17aと同様の成膜方法で形成すればよい。
図6はこの発明のスキャンミラーを備えたレーザ加工機の構成を示す図である。図において、レーザ加工機29では、レーザ発振器28より出射された直線偏光のレーザ光18は反射ミラー19を介して第1偏光手段20に照射され、ここで2つのレーザ光21、22に分光する。そして、一方のレーザ光21は反射ミラー19を経由し、他方のレーザ光22はスキャンミラー16が配設されている第1ガルバノスキャナ23で2軸方向に走査され、2つのレーザ光21、22を第2偏光手段24へ導いた後、スキャンミラー16が配設されている第2ガルバノスキャナ25で走査し、fθレンズ26を介して被加工物27に照射して加工する。第1偏光手段20、第2偏光手段24において、レーザ光が直線偏光であるという特性を利用しているため、第2ガルバノスキャナ25にて本発明のスキャンミラー16を適用することが好ましい。
4a 第2層、4b 第4層、4c 第6層、4d 第8層、5 密着層、6 保護層、16 スキャンミラー、17a 赤外光学膜、29 レーザ加工機。
Claims (11)
- 基板上に0.01〜1.0μmの膜厚にて形成された金(Au)膜と、上記金膜上に屈折率nLが1.3〜1.4の低屈折率層と、屈折率nHが2.1〜2.3の高屈折率層とが交互に、第1層ないし第8層の8層がそれぞれ積層されたレーザ加工機のスキャンミラーに用いられる赤外光学膜であって、
上記各層の光学膜厚が上記金膜側から
上記第1層 0.26λ≦nLd1≦0.28λ、
上記第2層 0.25λ≦nHd2≦0.26λ、
上記第3層 0.25λ≦nLd3≦0.27λ、
上記第4層 0.22λ≦nHd4≦0.24λ、
上記第5層 0.21λ≦nLd5≦0.23λ、
上記第6層 0.17λ≦nHd6≦0.19λ、
上記第7層 0.16λ≦nLd7≦0.18λ、
上記第8層 0.17λ≦nHd8≦0.20λ、
(但し、λ=レーザ光の波長、d1〜d8は上記各層の膜厚)であることを特徴とする赤外光学膜。 - 上記レーザ光の波長は、9.28μmであることを特徴とする請求項1に記載の赤外光学膜。
- 上記低屈折率層は、フッ化イットリウム(YF3)、または、フッ化イットリウム(YF3)を含む混合物、フッ化イッテルビウム(YbF3)、または、フッ化イッテルビウム(YbF3)を含む混合物のいずれかにて形成され、
上記高屈折率層は、硫化亜鉛(ZnS)にて形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の赤外光学膜。 - 上記金膜と上記第1層との間に密着層を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の赤外光学膜。
- 上記密着層は、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)のうち少なくとも1つにて形成されていることを特徴とする請求項4に記載の赤外光学膜。
- 上記第8層上に保護層を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の赤外光学膜。
- 上記保護層は、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)のうち少なくとも1つにて形成されていることを特徴とする請求項6に記載の赤外光学膜。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の上記赤外光学膜が保持体上に配設され形成されていることを特徴とするスキャンミラー。
- 上記赤外光学膜と上記保持体との間に密着膜を備えたことを特徴とする請求項8に記載のスキャンミラー。
- 上記密着膜は、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)のうち少なくとも1つにて形成されていることを特徴とする請求項9に記載のスキャンミラー。
- 請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の上記スキャンミラーを備えたことを特徴とするレーザ加工機。
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