안경렌즈코팅용 소형 Sputter Coating System 설계 및 제작에 관한 연구

Design and Fabrication of Sputter Coating System for Ophthalmic Lens

목적: 안경렌즈용 소형 suptter coating system을 설계하고 제작하고자 한다. 방법: sputter system의 target 설계에 있어서 Essential Macleod thinfilm design software를 이용해 AR 코팅과 mirror 코팅이 동시에 설계 가능한 Si target 을 결정하였으며. 그 후 sputtering 장비를 제작하였다. 결과: $SiO_2$와 $Si_3N_4$의 5층 박막으로 구성되는 AR 코팅의 최적조건은 [air|$SiO_2$(81.3)|$Si_3N_4$(102)|$SiO_2$(19.21)|$Si_3N_4$(15.95)| $SiO_2$(102)|glass] 이였다. Mirror 코팅의 경우, blue color 코팅의 최적조건은 [air|$SiO_2$(56.61)|$Si_3N_4$(135.86)|$SiO_2$(67.64)| $Si_3N_4$(55.4)|$SiO_2$ (53.53)|$Si_3N_4$(51.28)|glass] 이고, green color 코팅의 최적조건은 [air|$SiO_2$(66.2)|$Si_3N_4$(22.76)|$SiO_2$(56.58)| $Si_3N_4$(140.35) |$SiO_2$(152.35)|$Si_3N_4$(70.16)|$SiO_2$(121.87)|glass] 이였으며, gold color 코팅의 최적조건은 [air|$SiO_2$(83.59)|$Si_3N_4$(144.86) |$SiO_2$(11.82)|$Si_3N_4$(129.93)|$SiO_2$(90.01)|$Si_3N_4$(88.37)|glass] 이였다. 결론: 코팅 시간을 줄여 안경단가를 줄이기 위하여 안경렌즈 코팅 시 렌즈의 전 후면을 동시에 코팅을 해야 하기 때문에 sputtering장비 설계를 할 때 안경렌즈 전면과 후면에 동일하게 Si target을 갖춘 cathode를 사용하였고, 렌즈의 곡률을 고려하여 각 층이 동일하게 코팅이 되어야 하기 때문에 target-substrate 간의 간격은 12.5 cm에서 20 cm로 가변할 수 있도록 설계하고 제작하였다. 고품질의 안경렌즈 코팅을 위하여 고진공 펌프로 turbo pump를 이용하였으며, 코팅박막의 균일함을 얻기 위해서 치구를 회전할 수 있도록 설계하고 제작하였다.

Purpose: To design and fabricate the small sputter coating system for the Ophthalmic lens. Methods: The design of sputter target was done using macleod program for AR coating and mirror coating of Ophthalmic lens with Si target and then the sputter system was fabricated. Results: The optimum condition of AR coating with Si target was [air|$SiO_2$(81.3)|$Si_3N_4$ (102)|$SiO_2$(19.21)|$Si_3N_4$(15.95)|$SiO_2$(102)|glass], for blue color mirror coating [air|$SiO_2$(56.61)|$Si_3N_4$(135.86)|$SiO_2$(67.64)|$Si_3N_4$(55.4)|$SiO_2$(53.53)|$Si_3N_4$(51.28)|glass], for green color coating [air|$SiO_2$(66.2)|$Si_3N_4$(22.76)|$SiO_2$(56.58)|$Si_3N_4$(140.35)|$SiO_2$(152.35)|$Si_3N_4$(70.16)|$SiO_2$(121.87)|glass], for gold color [air|$SiO_2$(83.59)|$Si_3N_4$(144.86)|$SiO_2$(11.82)|$Si_3N_4$(129.93)|$SiO_2$(90.01)|$Si_3N_4$(88.37)|glass]. Conclusions: In the fabrication of sputtering coating apparatus, Dual cathode with same Ti target were coated at the same time on both sides of Ophthalmic lens to lessen the time of coating on Ophthalmic Lens and save the cost of the lens. The distance of target-substrate of cathode was variable from 12.5 cm to 20 cm. Turbo pump was used to take the whole coating process about 15 min. instead of diffusion pump. The lens holder was made to coat 2 pairs lens every coating and was rotated to get the uniformity of thin film.