阅读说明：本技术 光学部件及激光加工机 (Optical component and laser processing machine ) 是由 福永圭佑 增田晓雄 于 2019-01-17 设计创作，主要内容包括：光学部件具有：包括主面及在主面的背面侧形成的第二面的基板、和在主面及第二面中的至少主面形成的多层膜,基板至少含有Ge而形成,多层膜包含从接近基板的一侧起依次将氧化物膜、氟化物无定形膜、Ge膜和DLC膜的至少4层层叠而成的膜。由此,能够提供使耐热性提高、不因热的影响而使光学特性恶化、发挥稳定的光学性能的光学部件。(The optical component includes: the multilayer film includes a substrate including a main surface and a second surface formed on a back surface side of the main surface, and a multilayer film formed on at least one of the main surface and the second surface, the substrate including at least Ge, and the multilayer film including at least 4 layers of an oxide film, a fluoride amorphous film, a Ge film, and a DLC film laminated in this order from a side close to the substrate. Thus, an optical component having improved heat resistance, exhibiting stable optical performance without deteriorating optical characteristics due to the influence of heat, and a method for manufacturing the optical component are provided.)

光学部件及激光加工机

技术领域

本发明涉及在高温环境下也可发挥稳定的光学性能的光学部件及搭载有该光学部件的激光加工机。

背景技术

以往，例如，在对智能手机、或者以平板PC为代表的电子设备中内储的印刷配线板的开孔加工中，使用激光加工机。就用于激光加工机的激光而言，主要是振荡波长为9～11μm的红外光的CO₂激光。CO₂激光可进行高输出功率振荡，在树脂中的吸收率高。

就开孔加工用的激光加工机而言，将聚光透镜配置于加工区域的上方。因此，由于开孔加工时产生的粉尘、溅射物，有时聚光透镜损伤、劣化。因此，通过在被加工物与聚光透镜之间配置被称为保护窗的光学部件，防止聚光透镜的损伤、劣化。

在开孔加工时产生的粉尘及溅射物容易附着于保护窗。另外，就在CO₂激光的光路上附着的粉尘及溅射物而言，由于吸收CO₂激光而温度上升，因此保护窗成为高温。因此，对于保护窗，要求对于作为红外光的CO₂激光的透过性和耐环境性。所谓耐环境性，是指即使由于附着的树脂溅射物或铜溅射物的擦除也在表面不产生损伤的耐磨损性、和即使暴露于高温环境也发挥稳定的光学性能的耐热性。

例如，作为在红外线传感器等中使用、被覆的耐磨损性和红外线的透射率优异的光学部件，已知在ZnS(硫化锌)制基板的表面侧形成从基板面起依次将第一Y₂O₃(氧化钇)层、YF₃(氟化钇)层、第二Y₂O₃(氧化钇)层、Ge(锗)层、DLC(金刚石状碳)层层叠而成的多层膜的光学部件。就形成多层膜的DLC层而言，由于具有压缩应力，因此对多层膜整体施加载荷，在多层膜中的密合性低的界面，有可能发生膜的剥离。因此，在该光学部件中，作为DLC层的密合层，形成Ge层，进而作为YF₃层的密合层，形成利用氧化物的Y₂O₃层，确保多层膜的密合性(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-268277号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，就专利文献1中记载的光学部件而言，没有考虑耐热性。因此，由于热的影响，多层膜中的YF₃层与Y₂O₃层在界面发生原子相互扩散，膜变质。因此，在使用专利文献1中记载的光学部件作为暴露于高温环境的激光加工机的保护窗的情况下，存在着不能得到稳定的光学特性的课题。

本发明为了解决上述这样的课题而完成，目的在于：得到在高温环境下也能够稳定地发挥光学性能的光学部件。

用于解决课题的手段

就本发明涉及的光学部件而言，具有：具备主面及在主面的背面侧所形成的第二面的基板；和在主面及第二面中至少在主面所形成的多层膜，基板含有Ge(锗)而形成，多层膜包含：从接近基板的一侧起依次将氧化物膜、氟化物无定形膜、Ge膜及DLC膜层叠而成的膜。

发明的效果

就本发明而言，通过在包含Ge的基板的表面具有从接近基板的一侧起依次将氧化物膜、氟化物无定形膜、Ge膜及DLC膜层叠而成的层，能够提高光学部件的耐热性。由此，能够提供不会因热的影响而使光学特性恶化、发挥稳定的光学性能的光学部件。

附图说明

图1为搭载有根据本发明的实施方式1的光学部件的激光加工机的示意图。

图2为表示实施方式1的光学部件的截面的示意图。

图3为表示根据实施方式1的光学部件的变形例的图。

图4为表示本发明的实施方式2的光学部件的截面的示意图。

具体实施方式

以下，对于本发明的光学部件的优选的实施方式，使用附图进行说明。

实施方式1.

图1为搭载有作为根据本发明的实施方式1的光学部件的保护窗15的、激光加工机1的示意图。图2为表示图1的保护窗15的截面的示意图。

如图1中所示，激光加工机1具有：激光振荡器11、聚光透镜13和保护窗15。在激光振荡器11中，使用CO₂激光。该CO₂激光的振荡波长为9.3μm。就将从激光振荡器11所照射的激光11A而言，由聚光透镜13聚光，透过保护窗15，在印刷配线板等被加工物100的表面成像。而且，通过激光11A，对被加工物100实施开孔加工等。

就使用CO₂激光的激光加工机的聚光体系的光学材料而言，多具有比较高的折射率。因此，将聚光透镜13配置于靠近被加工物100的位置。另外，就保护窗15而言，由于保护聚光透镜13免受开孔加工时产生的粉尘集溅射物的影响，因此被配置于聚光透镜13与被加工物100之间。因此，将保护窗15配置于与被加工物100的距离为约100mm左右的位置。因此，使保护窗15在激光加工时暴露于大量的粉尘及溅射物的严酷的环境。就附着于保护窗15的粉尘及溅射物而言，因为吸收激光11A而发热，因此对于保护窗15，除了激光11A的透过性以外，还要求耐热性。

如图2中所示，保护窗15具有在一面形成主面150A、在主面150A的背面侧形成第二面150B的基板150。主面150A为与被加工物100对置的、加工空间侧的面，第二面150B为与聚光透镜13对置的面。

以往，作为光学部件的基板，主要使用ZnS(硫化锌)，就实施方式1的保护窗15而言，通过得到比ZnS高的红外激光透射率的Ge(锗)来形成基板150。另外，ZnS由于热导率低，因此在连续地进行激光加工时，在基板产生大的温度梯度。由于在该基板所产生的温度梯度，在光学部件中产生折射率的分布。于是，在光学部件中发生被称为热透镜效应的现象，激光加工的精度降低。因此，作为激光加工机1的保护窗15的基板150的材料，ZnS是不适当的。就形成基板150的Ge而言，热导率比ZnS高。予以说明，在基板150的材料中，可与Ge一起添加Ge以外的其他元素。

在基板150的主面150A及第二面150B，分别形成有多层膜2。而且，使基板150的主面150A朝向被加工物100的一侧来配置保护窗15。

多层膜2包含从接近基板150的一侧起依次将氧化物膜21、氟化物无定形膜22、Ge膜23及DLC膜24这4层层叠而成的膜。这些膜可将主面150A及第二面150B全面覆盖以使得基材150不露出来形成，另外，也可将一部分面覆盖以使得基材的一部分露出来形成。

作为形成氧化物膜21的材料，可列举出例如Y₂O₃(氧化钇)、HfO₂(氧化铪)、ZrO₂(氧化锆)、Ta₂O₃(氧化钽)、TiO₂(氧化钛)、SiO(氧化硅)、Al₂O₃(氧化铝)等。在使用红外光的CO₂激光的情况下，优选使用红外光的透过性优异的、Y₂O₃、HfO₂、ZrO₂中的任一者。就氧化物膜21的膜厚而言，为了确保膜的密合性，优选5nm以上。另外，就氧化物膜21的膜厚而言，为了确保红外光的透过性，优选设为150nm以下。

作为形成氟化物无定形膜22的材料，可列举出例如YF₃(氟化钇)、YbF₃(氟化镱)、MgF₂(氟化镁)、BaF₂(氟化钡)、CaF₂(氟化钙)等氟化物。在使用红外光的CO₂激光的情况下，优选使用红外光的透过性优异的、YF₃、YbF₃或MgF₂中的任一者。就氟化物无定形膜22的膜厚而言，为了确保红外光的透过性，优选设为500nm～950nm。

就Ge膜23而言，对于DLC膜24的附着性良好。因此，通过形成Ge膜23，能够确保DLC膜24对基板150的密合性。就Ge膜23的膜厚而言，为了满足膜的密合性和红外光的透过性这两者，优选设为50nm～150nm。

DLC膜24的硬度高。因此，将附着于膜的污垢擦除时的耐磨损性优异。另外，就DLC膜24而言，作为物质的稳定性高，不易与其他材料反应。因此，印刷基板等的开孔加工时产生的粉尘及金属溅射物等不易附着于DLC膜24。因此，通过形成DLC膜24，能够抑制污垢向保护窗15的固着。另外，通过形成DLC膜24，能够将附着于保护窗15的污垢容易地除去。就DLC膜24的膜厚而言，为了确保耐磨损性，优选50nm以上的膜厚。另外，就DLC膜24的膜厚而言，为了确保红外光的透过性，优选设为300nm以下。

另外，氧化物膜21与Ge制的基板150及氟化物无定形膜22的密合性优异。因此，通过氧化物膜21，能够确保氟化物无定形膜22与基板150的密合性。予以说明，只要不使多层膜2的透过性、耐热性降低，即使在这4层中添加其他的元素，也没有问题。进而，只要不使多层膜2的透过性、耐热性降低，即使除了这4层以外还形成其他的薄膜，也没有问题。

因而，就实施方式1的保护窗15而言，在其表面，具备：从接近基板150的一侧起依次将氧化物膜21、氟化物无定形膜22、Ge膜23及DLC膜24这4层层叠而成的多层膜2。而且，在氧化物膜21与Ge膜23之间，配置有：控制氟化物的结构而成为无定形(非晶质)的氟化物无定形膜22。而且，使氟化物的晶界等的高速扩散路径消失、抑制氧化物膜21与氟化物无定形膜22间的原子相互扩散。由此，在激光加工时，即使保护窗15成为高温，多层膜2也不发生由原子扩散引起的膜质的变化。因此，保护窗15能够发挥稳定的光学性能。

予以说明，在实施方式1中，在保护窗15的基板150的主面150A和第二面150B的两面形成有多层膜2，但多层膜2也可没有形成于基板150的第二面150B。例如，如图3中所示的第1变形例的保护窗15A，可在基板150的主面150A形成多层膜2、在第二面150B形成与多层膜2不同的防反射膜30。

其次，对于做成作为实施方式1的光学部件的保护窗15、和作为比较例1的以往的光学部件、将各自的特性进行比较而得的结果进行说明。

作为在光学部件的基板的表面形成膜的方法，有以真空蒸镀法及溅射法为代表的PVD法(物理气相生长法)、或者以等离子体CVD法为代表的CVD法(化学气相生长法)的、一般已知的成膜方法。但是，只要是能够在基板形成膜的方法，任何方法均可。

首先，对于实施方式1的保护窗15进行说明。保护窗15的基板150由Ge形成。就基板150的形状而言，设为直径120mm、厚5mm的圆板形状。而且，在基板150的主面150A，形成有多层膜2。多层膜2中，在氧化物膜21中使用Y₂O₃。另外，在多层膜2中，在氟化物无定形膜22中使用YF₃。

而且，在基板150的主面150A，形成有：从接近基板150的主面150A的一侧起依次将氧化物膜21(Y₂O₃：膜厚50nm)、氟化物无定形膜22(YF₃：膜厚570nm)、Ge膜23(膜厚120nm)、DLC膜24(膜厚150nm)层叠而成的多层膜2。

另一方面，在基板150的第二面150B，形成有：波长9.3μm处的透射率为99％以上的防反射膜30。就防反射膜30而言，设为：从接近基板150的第二面150B的一侧起依次将YF₃膜(膜厚670nm)、Ge膜(膜厚130nm)、MgF₂膜(膜厚200nm)层叠而成的构成。予以说明，防反射膜30的构成并不限定于此。

就氟化物无定形膜22与Ge膜23及防反射膜30而言，使用真空蒸镀法来形成。另外，DLC膜24使用溅射法来形成。

一般地，如果提高成膜温度，将膜材料在基板上缓慢冷却，则其结构成为结晶质。另一方面，如果降低成膜温度，将膜材料在基板上急速冷却，则成为不具有结晶结构的非晶质的无定形。在氟化物无定形膜22的形成中，为了使YF₃的结构为无定形，将真空蒸镀法中的YF₃的成膜温度设定为150℃。

其次，对比较例1的光学部件进行说明。就比较例1的光学部件而言，在使构成多层膜2的氟化物无定形膜22的YF₃不为无定形而为结晶质这方面，与实施方式1的保护窗15不同。其他构成与实施方式1的保护窗15相同。在比较例1的光学部件中，为了使YF₃的结构为结晶质，将真空蒸镀法中的YF₃的成膜温度设定为210℃。

通过以上，就在比较例1的光学部件的基板的主面所形成的多层膜而言，成为：从与基板的主面接近的一侧起依次将氧化物膜(Y₂O₃：膜厚50nm)、氟化物结晶膜(YF₃：膜厚570nm)、Ge膜(膜厚120nm)、DLC膜(膜厚150nm)层叠而成的构成。另一方面，在比较例1的光学部件的基板的第二面，形成有与实施方式1的保护窗15同样的防反射膜30。

其次，对于实施方式1的保护窗15和比较例1的光学部件，实施主面的YF₃的结构的分析和红外线吸收率的算出。

在结构的分析中使用XRD分析。而且，XRD分析的结果：将出现由YF₃的结晶引起的衍射峰的情形作为结晶质，将没有出现由YF₃的结晶引起的衍射峰的情形作为非晶质的无定形。

在红外线吸收率的算出中，使用波长λ＝9.3μm的激光的透射率及反射率。另外，在激光的透射率及反射率的测定中，使用傅里叶变换型红外分光光度计。

就红外线吸收率而言，基于使用傅里叶变换型红外分光光度计所测定的激光的透射率及反射率，通过以下的式子而算出。

(红外线吸收率)＝100％-(透射率)-(反射率)

就红外线吸收率的算出而言，对于实施方式1的保护窗15和比较例1的光学部件，进行实施热处理之前和之后的2次。予以说明，就热处理的条件而言，在200℃的大气中进行12小时。

表1为实施方式1的保护窗15与比较例1的光学部件中的、主面的YF₃的结构的分析结果和红外线吸收率的算出结果。

[表1]

如表1的XRD分析结果中所示，就实施方式1的保护窗15而言，YF₃的结构成为了无定形。相对于此，就比较例1的光学部件而言，YF₃的结构为结晶质。

另外，由表1，就实施方式1的保护窗15的红外线吸收率的算出结果而言，热处理前为2.2％，热处理后为2.1％。相对于此，就比较例1的光学部件的红外线吸收率的算出结果而言，热处理前为2.8％，热处理后为4.1％。

作为激光加工机的保护窗，优选红外线吸收率为3.0％以下，越低越优选。就实施方式1的保护窗15而言，由于在热处理前后红外线吸收率不到3.0％，因此具有作为激光加工机1的保护窗15足够的光学性能。进而，就实施方式1的保护窗15而言，相对于作为以往的光学部件的比较例1，热处理后的红外线吸收率成为约一半。由以上的结果确认：就实施方式1的保护窗15而言，相对于以往的光学部件，耐热性提高。

因而，根据实施方式1的保护窗15，将Ge作为基板150，至少从接近基板150的主面150A的一侧起依次形成有氧化物膜21、氟化物无定形膜22、Ge膜23及DLC膜24。由此，实施方式1的保护窗15具有高的透射率和耐热性、及耐磨损性。因此，实施方式1的保护窗15能够减少激光加工机的激光的损失。另外，就实施方式1的保护窗15而言，即使在激光加工中暴露于高热的情况下，也能够发挥稳定的光学性能。

实施方式2.

其次，对于实施方式2的保护窗15B，使用图4来进行说明。就实施方式2的保护窗15B而言，在基板150的主面150A所形成的多层膜2B的构成与实施方式1的保护窗15不同。其他构成与实施方式1相同。

实施方式1的多层膜2包含从接近基板150的一侧起依次将氧化物膜21、氟化物无定形膜22、Ge膜23及DLC膜24这4层层叠而成的膜来形成。相对于此，就实施方式2的多层膜2B而言，如图4中所示，包含从接近基板150的一侧起依次将氧化物膜21、氟化物无定形膜22、第2氧化物膜25、Ge膜23及DLC膜24这5层层叠而成的膜来形成。

就第2氧化物膜25而言，具有：在多层膜2B中使最弱的界面即氟化物无定形膜22与Ge膜23之间密合、抑制多层膜2B的剥离的效果。

就图4中所示的保护窗15B而言，在基板150的主面150A形成有多层膜2B，在第二面150B形成有与多层膜2B不同的防反射膜30。就在基板150的主面150A形成的多层膜2B而言，例如，通过从接近基板150的主面150A的一侧起依次将氧化物膜21(Y₂O₃：膜厚25nm)、氟化物无定形膜22(YF₃：膜厚570nm)、第2氧化物膜25(Y₂O₃：膜厚25nm)、Ge膜23(膜厚120nm)、DLC膜24(膜厚150nm)层叠而形成。

另一方面，在基板150的第二面150B，形成有波长9.3μm处的透射率为99％以上的防反射膜30。将防反射膜30设为如下构成：从接近基板150的第二面150B的一侧起依次将YF₃膜(膜厚670nm)、Ge膜(膜厚130nm)、MgF₂膜(膜厚200nm)层叠而成的构成。予以说明，防反射膜30的构成并不限定于此。

在此，只要不存在使多层膜2B的光学性能及机械特性降低的影响，可在构成多层膜2B的层中添加其他元素。另外，只要不存在使多层膜2B的光学性能及机械特性降低的影响，在构成多层膜2B的层以外可形成其他的薄膜。进而，氧化物膜21与第2氧化物膜25可以是使用同一氧化物而成的膜，也可以是使用不同种类的氧化物而成的膜。

因而，实施方式2的多层膜2B包含从接近基板150的一侧起依次将氧化物膜21、氟化物无定形膜22、第2氧化物膜25、Ge膜23及DLC膜24这5层层叠而成的膜来形成。由此，实施方式2的保护窗15B具有优异的耐热性，能够在高温环境下也稳定地发挥光学性能。

进而，就实施方式2的保护窗15B而言，通过在氟化物无定形膜22与Ge膜23之间具有第2氧化物膜25，能够使氟化物无定形膜22与Ge膜23之间密合，抑制多层膜2B的剥离。

附图标记的说明

1激光加工机；11激光振荡器；11A激光；13聚光透镜、15、15A、15B保护窗(光学部件)；2、2B多层膜；21氧化物膜；22氟化物无定形膜；23Ge膜；24DLC膜；25第2氧化物膜；30防反射膜；100被加工物；150基板；150A主面；150B第二面。