JPH05228677A - レ−ザ反射鏡 - Google Patents

レ−ザ反射鏡

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JPH05228677A
JPH05228677A JP4061125A JP6112592A JPH05228677A JP H05228677 A JPH05228677 A JP H05228677A JP 4061125 A JP4061125 A JP 4061125A JP 6112592 A JP6112592 A JP 6112592A JP H05228677 A JPH05228677 A JP H05228677A
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JP
Japan
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layer
molybdenum
substrate
gold
laser
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Application number
JP4061125A
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English (en)
Inventor
Hiromi Iwamoto
博実 岩本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭酸ガスレ−ザのスキャナ−光学系に用いら
れる反射鏡はこれを揺動してレ−ザ光を左右に走査する
必要がある。レ−ザ光が照射された対象に接近して設け
られるので、対象物から溶融物が飛散することもあるか
ら、これが付着しにくくしかも機械的強度があって耐熱
性があることが望まれる。 【構成】 レ−ザ反射鏡として、SiまたはSiCを基
板とし、この上にクロム層、金層、モリブデン層を形成
している。モリブデン層はスパッタリング法で形成す
る。溶融物が付着し難い。付着しても容易に除去でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、産業用炭酸ガスレ−
ザを用いた溶接、表面改質のための機械のうちスキャナ
−光学系のレ−ザ反射鏡に関する。炭酸ガスレ−ザは、
量子効率が高く、高出力の光が得られる。高出力のレ−
ザ光を金属、絶縁体、半導体等に照射して、これらの対
象物の切断、熱処理、表面改質等を行うことができる。
【0002】
【従来の技術】炭酸ガスレ−ザの光を対象物に照射して
これを加工する場合、光を左右に振って照射領域を拡げ
るようにする。対象物はこの振動とは直角の方向に移動
させることが多い。光を左右に振るためには、レンズま
たは反射鏡が用いられる。光を左右に走査する機構をス
キャナという。スキャナがレンズを用いるものであれ
ば、レンズを面方向に左右に揺動させれば良い。反射鏡
の場合は、2枚の反射鏡を用い炭酸ガスレ−ザの光を2
度反射させる。ここでは反射鏡を用いる場合を問題にす
る。レ−ザ反射鏡であるから、炭酸ガスレ−ザの光に対
して反射率が高いということが必要である。その他にも
色々な要求がある。反射光が左右に振れるようにしなけ
ればならないが、特別な工夫を凝らし揺動運動を不要と
するものがある。これは面の法線と回転の中心線がΘだ
け異なる反射鏡と、面の法線と回転の中心線が2Θだけ
異なる反射鏡とを組合わせたものである。両方の反射鏡
を位相を合致させながら回転させると、反射光が左右に
揺動するようになる。このように回転運動だけの場合は
反射鏡の慣性はあまり問題にならない。しかし多くの場
合、より直接的に反射鏡を、面に含まれる一つの直径を
中心として一定振幅で揺動するようにする。揺動の振幅
をΘとすると、光の走査の振幅は2Θになる。
【0003】このように反射鏡を揺動させるときは単純
な回転運動とは異なり、運動方向が切り変わるときに大
きい慣性力が発生する。これに打ち勝つように揺動機構
部が作られなくてはならない。モ−タ、リンク、カムな
どが十分に強力でなければならない。しかし反射鏡自体
が軽く慣性モ−メントが小さいことが望ましい。また強
い炭酸ガスレ−ザの光に耐えなければならない。振動を
繰り返さなければならないので堅牢でなければならな
い。光が強力であるし対象物と反射鏡は接近しているの
で、加工時に対象物から溶融物が飛散し、これが反射鏡
に付着することがある。レ−ザ反射鏡はそれゆえ溶融飛
散物が付着してもこれによって特性が劣化しないもので
ある必要がある。
【0004】従来はアルミ(Al)またはシリコン(S
i)を基板とし、金(Au)またはモリブデン(Mo)
をコ−テイングしたものがレ−ザ反射鏡として用いられ
ている。これらは慣性が小さく、堅牢である等の点では
前記の要求を満たすものであるが、しかし対象物からの
溶融物の飛散付着に対しては尚十分な特性を持っていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】たとえばAl、Si基
板の上に金をコ−テイングしたものは加工処理時のスパ
ッタ物質が鏡面に付着し易い。溶融物がミラ−表面に付
いた場合反射率が低下する。これを削り取ればよいので
あるが、金コ−テイング層は柔らかいので削り取ったり
研磨したりして再生処理をすることができない。Al、
Si基板の上にモリブデンをコ−テイングしたものは、
膜そのものの耐久性は良好である。また高融点材料であ
るから、対象物からの溶融物が飛散しても付着しないと
いう長所がある。しかしモリブデンはSi、Al基板に
対して付着性に難点がある。そのままでは基板に付き難
いし、たとえ付着しても剥離し易い。モリブデンは高融
点金属であるから、通常の蒸着は使えずイオンプレ−テ
イングや、スパッタリングを用いるがいずれの方法でも
膜の基板への付着性に難がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のレ−ザ反射鏡
は、シリコン(Si)または炭化ケイ素(SiC)を基
板とし、この上にクロム(Cr)層、金(Au)層、モ
リブデン(Mo)層をこの順に積層したものである。3
層のコ−テイング層の各膜厚は、 Cr 0.01〜0.05μm Au 0.1〜 0.5 μm Mo 0.7〜 1.5 μm とする。この範囲で良いが特に最適の膜厚は、 Cr 0.03μm Au 0.3 μm Mo 1 μm である。モリブデン膜はスパッタリングによって成膜す
るのが良い。
【0007】
【作用】基板は軽量で堅牢しかも金属膜のコ−テイング
し易いシリコン、または炭化ケイ素としている。基板が
軽量であるので、揺動運動させるときに慣性モ−メント
が小さくなる。基板の上に直接にモリブデンをコ−テイ
ングしようとしても付着性が悪い。前述のようにイオン
プレ−テイングやスパッタ法を用いてもモリブデンはシ
リコン、炭化ケイ素基板の上に付き難い。モリブデン層
を安定に付着させるために金層を設けている。金層を基
板に直接付けるとこれも剥離しやすいので、グル−層と
してクロム層を基板上に設けている。つまりクロムが金
の付着性を向上させ、金がモリブデンの付着性を増強し
ているのである。モリブデンを直接に基板に付けると境
界面で大きい応力が発生するが、本発明では、クロム、
金の2層を介しているから、応力が緩和される。
【0008】クロムは単なるグル−層であるから薄くて
良い。といっても0.01μm以上は必要である。これ
より薄いと金層が安定に付かない。厚すぎるとコスト高
になるので望ましくない。製作コストの点から上限は
0.05μm程度である。これ以上でももちろん機械的
強度は問題ない。金層はモリブデンを強固に付着させる
ために0.1μm以上なければならない。0.3μm程
度が最適である。コストの点から上限は0.5μm程度
である。モリブデンは機械的強度を十分に持たせるため
には厚いほうが良い。最低でも0.7μmあるのが望ま
しい。しかし厚すぎるのも製作コストの点で望ましくな
いから1.5μm程度が上限である。勿論これらの値を
越えたものでも機械的強度、化学的、熱的な強度は十分
である。モリブデンの成膜はスパッタリングを用いる。
スパッタによって形成された膜は、モリブデンのバルク
と同じ反射特性を持つからである。炭酸ガスレ−ザを照
射したとき、モリブデン層がこれを良く反射する。幾分
かは吸収されるから反射鏡は強く加熱される。しかし最
外層がモリブデンであるから熱によって劣化し難い。ま
た酸化されるということもない。レ−ザ光によって対象
物の一部が溶融し飛散して反射鏡に当たってもモリブデ
ンが最外層でありこれに付着しない。従って反射率が低
下するという惧れがない。たとえ付着してもモリブデン
は堅固であるので、溶着物を削り取ったり研磨して取っ
たりすることができる。
【0009】
【実施例】光学研磨したシリコン単結晶基板(1.5イ
ンチφ、厚み4mm)に真空蒸着法によって、クロムと
金の2層をコ−テイングした。クロムと金の加熱は抵抗
加熱によって行った。真空度は、5×10-4Pa(5×
10-6mb)である。クロム膜厚は0.03μmであ
る。金の膜厚は0.3μmであった。この後、DCスパ
ッタ装置でモリブデン膜の成膜を行った。市販のスパッ
タ装置はバイアス電圧の加え方によってRF方式のもの
とDC方式のものがある。ここではDC方式のものを用
いた。始めに金コ−ト膜を−100V〜−600Vのバ
イアスを掛けて逆スパッタした。これは金層を清浄化す
るためである。ついでアルゴンガスを導入し、圧力を
1.7〜6.5×10-1Pa(1.3〜5×10-3To
rr)に設定し、10〜30Å/秒(1〜3nm/秒)
の速度で成膜した。膜厚は約1μmであった。こうして
Si基板の上にCr、Au、Moの3層コ−テイングが
できた。
【0010】製作されたSi基板レ−ザ反射鏡をスコッ
チテ−プテストによって膜強度評価を行った。これはス
コッチテ−プを膜面に張り付けて引き剥がし、膜が剥離
するかどうかを調べる簡易な膜強度試験である。この試
験に於いて膜剥離は起こらなかった。つまり膜強度は十
分であるということである。レ−ザ光を当てて温度の上
昇から熱吸収を求めるレ−ザカロリメトリ法によって吸
収率を調べた。吸収率は1.9%であった。これを反射
率に直すと98.1%Rということになる。これはバル
クのモリブデンの反射率とほぼ同一である。従って炭酸
ガスレ−ザの光に対して高反射率の鏡面となる。厚い
(約1μm)モリブデンの外層に覆われているから熱の
放射に良く耐えるし、溶融物が付かない。たとえ付いて
もこれは簡単に取れる。つまり長い期間に渡って高反射
率を維持できる。
【0011】図1は本発明のレ−ザ反射鏡の概略断面図
である。基板はSiまたはSiCである。第1層はクロ
ム、第2層は金、第3層はモリブデンである。図2は炭
酸ガスレ−ザ加工装置の光学系の概略構成図である。レ
−ザ光は第1の反射鏡によって反射されこれが第2の反
射鏡によって反射される。この光がト−チノズルを通
り、対象物に当たり切断、熱処理等適当な作用を及ぼ
す。第2のレ−ザ反射鏡が面に含まれる直径の廻りに微
小振幅で揺動するので対象物面上を走査することができ
る。軽量の基板(Siの密度=2.33g/cm2 、S
iCの密度=3.12g/cm2 )を用いるから揺動の
際に慣性が小さい。
【0012】
【発明の効果】本発明のレ−ザ反射鏡は、炭酸ガスレ−
ザの光を良く反射し、熱に対しても強い。モリブデンが
最外層であるから、耐熱性が良い。レ−ザ光が対象物に
当たると溶融物が飛散することもあるがこれが鏡面に当
たっても付着しにくい。つまり鏡面が汚れない。従って
反射率が低下しない。たとえ溶融物が付いても削り取る
ことができる。柔らかい金層の場合はこのようなことは
できなかった。モリブデンは機械的強度も大きいので衝
撃、摩擦などがあっても損耗しない。モリブデンを直接
基板につけると剥離しやすいが本発明では金層の上につ
けているので応力が緩和され容易に剥離しない。金はク
ロムを介して基板に付けるので付着力が大きい。このよ
うな訳で長い期間に渡って反射率の低下が少なく、長寿
命のレ−ザ反射鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレ−ザ反射鏡の構成を示す断面図。
【図2】炭酸ガスレ−ザの光学系を示す略図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭酸ガスレ−ザの光を対象物に照射し対
    象物を加工しまたは熱処理する機構の光学系に使用され
    る反射鏡であって、シリコン(Si)または炭化ケイ素
    (SiC)の基板と、この上に形成されたクロム(C
    r)層と、クロム層の上に形成された金(Au)層と、
    金層の上に形成されたモリブデン(Mo)層とよりなる
    ことを特徴とするレ−ザ反射鏡。
  2. 【請求項2】 炭酸ガスレ−ザの光を対象物に照射し対
    象物を加工しまたは熱処理する機構の光学系に使用され
    る反射鏡であって、シリコン(Si)または炭化ケイ素
    (SiC)の基板と、この上に形成された厚みが0.0
    1〜0.05μmのクロム(Cr)層と、クロム層の上
    に形成された厚みが0.1〜 0.5μmの金(Au)
    層と、金層の上に形成された厚みが0.7〜 1.5μ
    mのモリブデン(Mo)層とよりなることを特徴とする
    レ−ザ反射鏡。
JP4061125A 1992-02-17 1992-02-17 レ−ザ反射鏡 Pending JPH05228677A (ja)

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