JP2001212798A - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
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- JP2001212798A JP2001212798A JP2000025992A JP2000025992A JP2001212798A JP 2001212798 A JP2001212798 A JP 2001212798A JP 2000025992 A JP2000025992 A JP 2000025992A JP 2000025992 A JP2000025992 A JP 2000025992A JP 2001212798 A JP2001212798 A JP 2001212798A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】三次元の微細な構造体をシンプルで簡易な加工
工程で実現できるレーザ加工方法を提供する。 【解決手段】短パルス発振レーザを用い、マスクパター
ンの投影像のフォーカスポイントを、加工の開始時には
前記被加工物のレーザ照射と反対側の外形境界面に設定
すると共に、該フォーカスポイント部分にレーザ光のエ
ネルギー密度が所定アブレーション作用が発生する閾値
以上となるように集光して照射し、該レーザ光の照射に
よる加工の進行と同期させて、被加工物をレーザが照射
する方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動さ
せ、挿引する（引き込む）形で加工すると同時に、前記
マスクのパターンを前記加工の進行に同期して動的に変
化させながら加工する。
工程で実現できるレーザ加工方法を提供する。 【解決手段】短パルス発振レーザを用い、マスクパター
ンの投影像のフォーカスポイントを、加工の開始時には
前記被加工物のレーザ照射と反対側の外形境界面に設定
すると共に、該フォーカスポイント部分にレーザ光のエ
ネルギー密度が所定アブレーション作用が発生する閾値
以上となるように集光して照射し、該レーザ光の照射に
よる加工の進行と同期させて、被加工物をレーザが照射
する方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動さ
せ、挿引する（引き込む）形で加工すると同時に、前記
マスクのパターンを前記加工の進行に同期して動的に変
化させながら加工する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
被加工物に構造を形成するレーザ加工方法に関するもの
である。また、さらにはマイクロマシン、またはＩＣお
よびダイオードデバイス等の材料の微細加工に好適なレ
ーザ加工方法に関するものである。
被加工物に構造を形成するレーザ加工方法に関するもの
である。また、さらにはマイクロマシン、またはＩＣお
よびダイオードデバイス等の材料の微細加工に好適なレ
ーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、サブミクロンから１０ミクロンオ
ーダーの微細な三次元構造体を加工する手段としては、
通常、リソグラフィープロセスが用いられる。これによ
ると、複数積層された異材料を用いて各層に対してそれ
ぞれ、レジストコート、レジストパターニング露光、レ
ジスト現像、レジストパターンを利用したエッチング、
レジストアッシング等の一連のプロセスを踏んで構造体
を加工する方法が採られる。
ーダーの微細な三次元構造体を加工する手段としては、
通常、リソグラフィープロセスが用いられる。これによ
ると、複数積層された異材料を用いて各層に対してそれ
ぞれ、レジストコート、レジストパターニング露光、レ
ジスト現像、レジストパターンを利用したエッチング、
レジストアッシング等の一連のプロセスを踏んで構造体
を加工する方法が採られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サブミ
クロンから１０ミクロンオーダーの微細な三次元構造体
を加工するに際して、上記したリソグラフィープロセス
による場合には、加工工程が複雑となることから、タク
トタイムに対してコスト的な問題点が生じ、また生産設
備投資が膨大になるといった問題点がある。
クロンから１０ミクロンオーダーの微細な三次元構造体
を加工するに際して、上記したリソグラフィープロセス
による場合には、加工工程が複雑となることから、タク
トタイムに対してコスト的な問題点が生じ、また生産設
備投資が膨大になるといった問題点がある。
【０００４】そこで、本発明は、上記課題を解決し、リ
ソグラフィープロセスのような複雑な加工プロセスを用
いることなく、三次元の微細な構造体をシンプルで簡易
な加工工程で実現できるレーザ加工方法を提供すること
を目的とするものである。
ソグラフィープロセスのような複雑な加工プロセスを用
いることなく、三次元の微細な構造体をシンプルで簡易
な加工工程で実現できるレーザ加工方法を提供すること
を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、つぎの（１）〜（７）のように構成した
レーザ加工方法を提供するものである。 （１）１ピコ秒以下のパルス放射時間で空間的時間的な
エネルギー密度の大きい光パルスを連続放射するレーザ
発振器からのレーザ光によって、マスクのパターンを投
影レンズにより、前記レーザ光波長に対して略透明な被
加工物に投影して昇華加工するレーザ加工方法であっ
て、前記マスクパターンの投影像のフォーカスポイント
を、前記加工の開始時には前記被加工物の前記レーザ照
射と反対側の外形境界面に設定すると共に、該フォーカ
スポイント部分に前記レーザ光のエネルギー密度が所定
アブレーション作用が発生する閾値以上となるように集
光して照射し、該レーザ光の照射によるアブレーション
加工の進行と同期させて、前記被加工物をレーザが照射
する方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動さ
せ、前記レーザ照射と反対側の外形境界面側からレーザ
照射側に挿引する形で前記被加工物に構造体を形成する
と同時に、前記マスクのパターンを前記光アブレーショ
ン加工の進行に同期して動的に変化させながら加工する
ことを特徴とするレーザ加工方法。 （２）前記被加工物の昇華加工において、該被加工物の
内部に構造体を昇華加工するに際して、該加工での昇華
気化によって生じる産物質を外部に放出するための放出
口を予め形成した後に、前記構造体を加工することを特
徴とする上記（１）に記載のレーザ加工方法。 （３）前記構造体の加工に際して、前記放出口に接した
位置から構造体を加工することを特徴とする上記（２）
に記載のレーザ加工方法。 （４）前記マスクのパターンを動的に変化させる手段
が、動的にパターンをコントロールできる液晶デバイス
による光透過マスクであることを特徴とする上記（１）
〜（３）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （５）前記マスクに入射するレーザ光は直線偏光であっ
て、液晶デバイスに用いる偏光フィルターは、ネガまた
はポジ透過設定に合わせて、前記入射レーザ光の偏光方
向に対して垂直または平行の単一枚の光出射偏光フィル
ターのみで構成されていることを特徴とする上記（１）
〜（４）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （６）前記レーザ発振器は、光伝播の空間圧縮装置を有
しているレーザ発振器であることを特徴とする上記
（１）〜（５）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （７）前記光伝播の空間圧縮装置は、チャープドパルス
を生成する手段と光波長分散特性を利用した縦モード同
期手段を有することを特徴とする上記（６）に記載のレ
ーザ加工方法。
決するために、つぎの（１）〜（７）のように構成した
レーザ加工方法を提供するものである。 （１）１ピコ秒以下のパルス放射時間で空間的時間的な
エネルギー密度の大きい光パルスを連続放射するレーザ
発振器からのレーザ光によって、マスクのパターンを投
影レンズにより、前記レーザ光波長に対して略透明な被
加工物に投影して昇華加工するレーザ加工方法であっ
て、前記マスクパターンの投影像のフォーカスポイント
を、前記加工の開始時には前記被加工物の前記レーザ照
射と反対側の外形境界面に設定すると共に、該フォーカ
スポイント部分に前記レーザ光のエネルギー密度が所定
アブレーション作用が発生する閾値以上となるように集
光して照射し、該レーザ光の照射によるアブレーション
加工の進行と同期させて、前記被加工物をレーザが照射
する方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動さ
せ、前記レーザ照射と反対側の外形境界面側からレーザ
照射側に挿引する形で前記被加工物に構造体を形成する
と同時に、前記マスクのパターンを前記光アブレーショ
ン加工の進行に同期して動的に変化させながら加工する
ことを特徴とするレーザ加工方法。 （２）前記被加工物の昇華加工において、該被加工物の
内部に構造体を昇華加工するに際して、該加工での昇華
気化によって生じる産物質を外部に放出するための放出
口を予め形成した後に、前記構造体を加工することを特
徴とする上記（１）に記載のレーザ加工方法。 （３）前記構造体の加工に際して、前記放出口に接した
位置から構造体を加工することを特徴とする上記（２）
に記載のレーザ加工方法。 （４）前記マスクのパターンを動的に変化させる手段
が、動的にパターンをコントロールできる液晶デバイス
による光透過マスクであることを特徴とする上記（１）
〜（３）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （５）前記マスクに入射するレーザ光は直線偏光であっ
て、液晶デバイスに用いる偏光フィルターは、ネガまた
はポジ透過設定に合わせて、前記入射レーザ光の偏光方
向に対して垂直または平行の単一枚の光出射偏光フィル
ターのみで構成されていることを特徴とする上記（１）
〜（４）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （６）前記レーザ発振器は、光伝播の空間圧縮装置を有
しているレーザ発振器であることを特徴とする上記
（１）〜（５）のいずれかに記載のレーザ加工方法。 （７）前記光伝播の空間圧縮装置は、チャープドパルス
を生成する手段と光波長分散特性を利用した縦モード同
期手段を有することを特徴とする上記（６）に記載のレ
ーザ加工方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】上記構成を適用した本発明の実施
の形態においては、１ピコ秒以下のパルス放射時間で空
間的時間的なエネルギー密度の大きい光パルスを連続放
射するレーザ発振器からのレーザ光を用いて、光アブレ
ーション加工を行うレーザ加工方法において、レーザを
被加工物に導光する光学系は、レーザ光にて照明された
マスクのパターンを投影レンズにて、レーザ光波長に対
して略透明な被加工物に投影してパターンレーザ照射す
るものであって、前記マスクパターンの投影像のフォー
カスポイントは、加工開始においては、前記被加工物の
前記レーザ照射と反対側の外形境界面に設定して、かつ
フォーカスポイント部分のエネルギー密度を所定アブレ
ーション作用が発生する閾値以上に集光して、レーザ照
射によるアブレーション加工の進行と同期させて、前記
被加工物をレーザが照射する方向に徐々に所定量ずつま
たは所定速度で移動させて、前記レーザ照射と反対側の
外形境界面側からレーザ照射側に挿引する（引き込む）
形で被加工物に構造体を形成すると同時に、前記マスク
のパターンを前記光アブレーション加工の進行に同期し
て動的に変化させながら加工することにより、前記被加
工物に所定三次元形状の構造体を形成することができる
ようにしたものである。また、このレーザ加工方法を用
いて、微細三次元構造であるインクジェット記録ヘッド
のインク通路構造等の加工に応用することも可能であ
る。
の形態においては、１ピコ秒以下のパルス放射時間で空
間的時間的なエネルギー密度の大きい光パルスを連続放
射するレーザ発振器からのレーザ光を用いて、光アブレ
ーション加工を行うレーザ加工方法において、レーザを
被加工物に導光する光学系は、レーザ光にて照明された
マスクのパターンを投影レンズにて、レーザ光波長に対
して略透明な被加工物に投影してパターンレーザ照射す
るものであって、前記マスクパターンの投影像のフォー
カスポイントは、加工開始においては、前記被加工物の
前記レーザ照射と反対側の外形境界面に設定して、かつ
フォーカスポイント部分のエネルギー密度を所定アブレ
ーション作用が発生する閾値以上に集光して、レーザ照
射によるアブレーション加工の進行と同期させて、前記
被加工物をレーザが照射する方向に徐々に所定量ずつま
たは所定速度で移動させて、前記レーザ照射と反対側の
外形境界面側からレーザ照射側に挿引する（引き込む）
形で被加工物に構造体を形成すると同時に、前記マスク
のパターンを前記光アブレーション加工の進行に同期し
て動的に変化させながら加工することにより、前記被加
工物に所定三次元形状の構造体を形成することができる
ようにしたものである。また、このレーザ加工方法を用
いて、微細三次元構造であるインクジェット記録ヘッド
のインク通路構造等の加工に応用することも可能であ
る。
【０００７】なお、ここで用いられる上述したレーザ
は、「次世代光テクノロジー集成」（平成４年（株）オ
プトロニクス社発行、第１部要素技術；超短光パルスの
発生と圧縮、２４頁〜３１頁）等に記載されているいわ
ゆるフェムト秒レーザであり、このようなフェムト秒レ
ーザによると、時間的エネルギー密度がきわめて大き
く、またレーザ光の照射時間が非常に短いため、レーザ
光が熱エネルギーとして被加工物内を拡散する前に昇華
アブレーション加工プロセスを終了させることが可能と
なるため、加工形状は融解による変形が発生しないため
高精度に加工ができるといった特徴がある。例えば、汎
用的に市販されている極短パルスレーザ発振器には、パ
ルス放射時間が１５０フェムト秒以下、パルス当りの光
エネルギーが８００マイクロジュールのものが存在す
る。即ち放射レーザ光のエネルギー密度は発振パルスに
おいて約５．３ギガワットのレベルとなる。
は、「次世代光テクノロジー集成」（平成４年（株）オ
プトロニクス社発行、第１部要素技術；超短光パルスの
発生と圧縮、２４頁〜３１頁）等に記載されているいわ
ゆるフェムト秒レーザであり、このようなフェムト秒レ
ーザによると、時間的エネルギー密度がきわめて大き
く、またレーザ光の照射時間が非常に短いため、レーザ
光が熱エネルギーとして被加工物内を拡散する前に昇華
アブレーション加工プロセスを終了させることが可能と
なるため、加工形状は融解による変形が発生しないため
高精度に加工ができるといった特徴がある。例えば、汎
用的に市販されている極短パルスレーザ発振器には、パ
ルス放射時間が１５０フェムト秒以下、パルス当りの光
エネルギーが８００マイクロジュールのものが存在す
る。即ち放射レーザ光のエネルギー密度は発振パルスに
おいて約５．３ギガワットのレベルとなる。
【０００８】上述レーザの特性によって、被加工対象材
料においては、光吸収率の低い略透明な石英およびガラ
スまたは結晶においても、光エネルギー密度がギガワッ
トの域に達しＹＡＧレーザと比べても１００倍以上のエ
ネルギー密度となるため、エネルギーを時間的空間的に
集中させることにより、局所的な加工が可能であって、
略透明なガラスまたは石英および結晶であっても０．１
〜１％程度の吸収があれば加工が可能となる。ただし、
内部加工を行う場合において、昇華気化によって生じる
産物質を外部に放出するための放出口を確保した上で行
うものである。放出口を確保しない場合、被加工物内部
での昇華気体の圧が高くなり、被加工物が破裂またはク
ラックを発生する問題を生ずるためである。
料においては、光吸収率の低い略透明な石英およびガラ
スまたは結晶においても、光エネルギー密度がギガワッ
トの域に達しＹＡＧレーザと比べても１００倍以上のエ
ネルギー密度となるため、エネルギーを時間的空間的に
集中させることにより、局所的な加工が可能であって、
略透明なガラスまたは石英および結晶であっても０．１
〜１％程度の吸収があれば加工が可能となる。ただし、
内部加工を行う場合において、昇華気化によって生じる
産物質を外部に放出するための放出口を確保した上で行
うものである。放出口を確保しない場合、被加工物内部
での昇華気体の圧が高くなり、被加工物が破裂またはク
ラックを発生する問題を生ずるためである。
【０００９】また、レーザ光の光波長において透明な被
加工物の内部にて被加工物のアブレーション加工閾値を
超えたエネルギー密度以上に集光してはじめて昇華加工
されるものであるが、現実的な加工閾値エネルギー密度
は非常に高く、加工を引き起こすためには、つぎの条件
（１）及び条件（２）の必要条件を満たしていなければ
ならない。 条件（１）；被加工材料はレーザ光波長に対して透明で
あることによって被加工材料内部にレーザ光が侵入でき
ることと、完全透過性であっては、（現実に完全透過は
ありえないが）レーザ光の吸収が起こらないことにより
加工が起こらないため、レーザ光波長の光吸収率が０．
１％程度以上は必要となる。 条件（２）；０．１％の光吸収率であっても昇華加工閾
値エネルギー密度に到達するまでのレーザ光のエネルギ
ー密度が必要である。 例えば、被加工材料にポリサルフォン樹脂を用いる場
合、約１５メガワット／ｃｍ2のエネルギー密度の吸収
がアブレーション加工閾値となっており、このエネルギ
ー密度以上の領域で昇華加工が行われるため、実際に加
工を行うためには、ポリサルフォンは可視光から近赤外
線領域で無色透明で、レーザ光波長が７７５ｎｍの場
合、光吸収率は約０．１％であるため、レーザ光の照射
エネルギー密度は１５ギガワット／ｃｍ2のエネルギー
密度を必要とすることとなる。即ち、前述した極短パル
ス発振レーザにおいて、前記ポリサルフォンの内部加工
のための１５ギガワット／ｃｍ2のエネルギー密度を得
るためには、最大で６ｍｍ四方（３６ｍｍ2）の領域に
おいて同時加工が可能となる。また、従来からアブレー
ション加工に用いられているエキシマレーザにおいて
は、紫外線レーザ光であるため、上記したマスクのパタ
ーンを動的に変化させるためにパターンをコントロール
できる液晶デバイスによる光透過マスク等を用いること
は不可能である。
加工物の内部にて被加工物のアブレーション加工閾値を
超えたエネルギー密度以上に集光してはじめて昇華加工
されるものであるが、現実的な加工閾値エネルギー密度
は非常に高く、加工を引き起こすためには、つぎの条件
（１）及び条件（２）の必要条件を満たしていなければ
ならない。 条件（１）；被加工材料はレーザ光波長に対して透明で
あることによって被加工材料内部にレーザ光が侵入でき
ることと、完全透過性であっては、（現実に完全透過は
ありえないが）レーザ光の吸収が起こらないことにより
加工が起こらないため、レーザ光波長の光吸収率が０．
１％程度以上は必要となる。 条件（２）；０．１％の光吸収率であっても昇華加工閾
値エネルギー密度に到達するまでのレーザ光のエネルギ
ー密度が必要である。 例えば、被加工材料にポリサルフォン樹脂を用いる場
合、約１５メガワット／ｃｍ2のエネルギー密度の吸収
がアブレーション加工閾値となっており、このエネルギ
ー密度以上の領域で昇華加工が行われるため、実際に加
工を行うためには、ポリサルフォンは可視光から近赤外
線領域で無色透明で、レーザ光波長が７７５ｎｍの場
合、光吸収率は約０．１％であるため、レーザ光の照射
エネルギー密度は１５ギガワット／ｃｍ2のエネルギー
密度を必要とすることとなる。即ち、前述した極短パル
ス発振レーザにおいて、前記ポリサルフォンの内部加工
のための１５ギガワット／ｃｍ2のエネルギー密度を得
るためには、最大で６ｍｍ四方（３６ｍｍ2）の領域に
おいて同時加工が可能となる。また、従来からアブレー
ション加工に用いられているエキシマレーザにおいて
は、紫外線レーザ光であるため、上記したマスクのパタ
ーンを動的に変化させるためにパターンをコントロール
できる液晶デバイスによる光透過マスク等を用いること
は不可能である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施形態を図面にもとずいて
説明する。以下に本発明の要部である本実施例にかかる
レーザ加工方法を詳細に説明する。図１は、本発明に係
るレーザ加工方法を説明するための概略光路図である。
不図示の短パルス発振レーザー本体から図１中の太線矢
印方向に放射されたレーザ光束１０１をズームビームコ
ンプレッサ１１０に導き、所定光ビーム径に変換し、マ
スク照明レンズ１１１に導き所定収束角のレーザビーム
を形成し、液晶マスク１のマスクパターン部分を照明す
る。次に、液晶マスク１において所定パターンに液晶透
過マスクパターンを設定した状態で、マスクパターンを
通過したレーザ光は投影レンズ１１３によってパターン
像をレーザ光波長において略透明な被加工物２に、レー
ザが照射されてくる側と反対面に被加工物２を透過した
状態で、フォーカス投影照射されレーザ発振によって、
レーザの光エネルギー密度が所定アブレーション作用が
発生する閾値以上に集中したフォーカス部分近傍におい
てアブレーション加工が開始される。このレーザ光の照
射によるアブレーション加工の進行と同期させて同時
に、被加工物２は不図示の自動ステージによる移動コン
トロールによって、図中細線矢印方向に徐々に所定量ず
つまたは所定速度で移動させて、挿引する（引き込む）
形で被加工物２はアブレーション加工が進行する。また
一方、同液晶マスク１においても、不図示の液晶ドライ
バーによるコントロールによって、光透過マスクパター
ンを動的に変化させながら、アブレーション加工を進行
させる。所定形状がアブレーション加工された時点で、
レーザ１０１の照射が停止されるか、または、液晶マス
ク１のパターンが光非透過状態に制御されることで、被
加工物２に所定形状の構造が形成される。
説明する。以下に本発明の要部である本実施例にかかる
レーザ加工方法を詳細に説明する。図１は、本発明に係
るレーザ加工方法を説明するための概略光路図である。
不図示の短パルス発振レーザー本体から図１中の太線矢
印方向に放射されたレーザ光束１０１をズームビームコ
ンプレッサ１１０に導き、所定光ビーム径に変換し、マ
スク照明レンズ１１１に導き所定収束角のレーザビーム
を形成し、液晶マスク１のマスクパターン部分を照明す
る。次に、液晶マスク１において所定パターンに液晶透
過マスクパターンを設定した状態で、マスクパターンを
通過したレーザ光は投影レンズ１１３によってパターン
像をレーザ光波長において略透明な被加工物２に、レー
ザが照射されてくる側と反対面に被加工物２を透過した
状態で、フォーカス投影照射されレーザ発振によって、
レーザの光エネルギー密度が所定アブレーション作用が
発生する閾値以上に集中したフォーカス部分近傍におい
てアブレーション加工が開始される。このレーザ光の照
射によるアブレーション加工の進行と同期させて同時
に、被加工物２は不図示の自動ステージによる移動コン
トロールによって、図中細線矢印方向に徐々に所定量ず
つまたは所定速度で移動させて、挿引する（引き込む）
形で被加工物２はアブレーション加工が進行する。また
一方、同液晶マスク１においても、不図示の液晶ドライ
バーによるコントロールによって、光透過マスクパター
ンを動的に変化させながら、アブレーション加工を進行
させる。所定形状がアブレーション加工された時点で、
レーザ１０１の照射が停止されるか、または、液晶マス
ク１のパターンが光非透過状態に制御されることで、被
加工物２に所定形状の構造が形成される。
【００１１】一例として、図２を用いて、円形から四角
形に連続的に変化する自由曲面形状の構造の加工方法の
概要を説明する。（ａ）図にて極短パルス放射時間（１
ピコ秒以下）でレーザ光を放射する不図示のレーザ発振
器から放射されたレーザ光束において、液晶マスク１に
表示された円形パターン３ａを通過し、被加工物２のレ
ーザ照射側とは反対面（以後裏面と呼ぶ）に被加工物２
を透過した状態で、アブレーション閾値よりエネルギー
密度の高い状態でマスクパターンを投影結像させる状態
でレーザ光束１００を照射する。このことによって、被
加工物２は、エネルギーが集中した裏面においてのみア
ブレーション加工が開始され、このレーザ光の照射によ
るアブレーション加工の進行と同期させて同時に、被加
工物２は不図示の自動ステージによる移動コントロール
によって、徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動さ
れ、かつ、液晶マスク１の円形パターン表示から自由形
状のパターン形状表示を経て、四角形パターン３ｂの表
示にアブレーション加工進行と同期させて、経時的、動
的に変化させていく。すると最終的には（ｂ）図に示す
ような状態まで移動され、挿引する（引き込む）形で被
加工物２はアブレーション加工されるため、フォーカス
ポイントのマスクパタン投影像の移動軌跡である円形か
ら四角形に連続的に変化する自由曲面形状の構造が加工
形成されることとなる。
形に連続的に変化する自由曲面形状の構造の加工方法の
概要を説明する。（ａ）図にて極短パルス放射時間（１
ピコ秒以下）でレーザ光を放射する不図示のレーザ発振
器から放射されたレーザ光束において、液晶マスク１に
表示された円形パターン３ａを通過し、被加工物２のレ
ーザ照射側とは反対面（以後裏面と呼ぶ）に被加工物２
を透過した状態で、アブレーション閾値よりエネルギー
密度の高い状態でマスクパターンを投影結像させる状態
でレーザ光束１００を照射する。このことによって、被
加工物２は、エネルギーが集中した裏面においてのみア
ブレーション加工が開始され、このレーザ光の照射によ
るアブレーション加工の進行と同期させて同時に、被加
工物２は不図示の自動ステージによる移動コントロール
によって、徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動さ
れ、かつ、液晶マスク１の円形パターン表示から自由形
状のパターン形状表示を経て、四角形パターン３ｂの表
示にアブレーション加工進行と同期させて、経時的、動
的に変化させていく。すると最終的には（ｂ）図に示す
ような状態まで移動され、挿引する（引き込む）形で被
加工物２はアブレーション加工されるため、フォーカス
ポイントのマスクパタン投影像の移動軌跡である円形か
ら四角形に連続的に変化する自由曲面形状の構造が加工
形成されることとなる。
【００１２】以上の説明から明らかなように、レーザ光
波長に対して略透明な被加工物は、挿引する（引き込
む）形でアブレーション加工できるため、フォーカスポ
イントの移動距離に対しては、原理的な制約は発生しな
い。このため、本実施例によると非常に高いアスペクト
比の形状を加工形成することが可能となり、また、動的
にマスクパターンを変化させるマスクを用いるため、レ
ーザ照射加工過程とリンクさせて動作させることによっ
て、様々な形状の三次元立体構造加工を行うことができ
る。また、この場合、レーザ光波長に対して略透明な被
加工物は、挿引する（引き込む）形でアブレーション加
工されるため、加工形状に制限が無く、いわゆる掘り込
みエッチングにおけるアンダーカット（構造の影部分）
が加工できないといった制限が無いため、加工形状の深
さ方向に対して、先細りにしなければならないといった
不具合は発生しないことも、その特徴である。
波長に対して略透明な被加工物は、挿引する（引き込
む）形でアブレーション加工できるため、フォーカスポ
イントの移動距離に対しては、原理的な制約は発生しな
い。このため、本実施例によると非常に高いアスペクト
比の形状を加工形成することが可能となり、また、動的
にマスクパターンを変化させるマスクを用いるため、レ
ーザ照射加工過程とリンクさせて動作させることによっ
て、様々な形状の三次元立体構造加工を行うことができ
る。また、この場合、レーザ光波長に対して略透明な被
加工物は、挿引する（引き込む）形でアブレーション加
工されるため、加工形状に制限が無く、いわゆる掘り込
みエッチングにおけるアンダーカット（構造の影部分）
が加工できないといった制限が無いため、加工形状の深
さ方向に対して、先細りにしなければならないといった
不具合は発生しないことも、その特徴である。
【００１３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、短パルス発振レーザを用い、マスクパターンの投影
像のフォーカスポイントを、加工の開始時には前記被加
工物の前記レーザ照射と反対側の外形境界面に設定する
と共に、該フォーカスポイント部分にレーザ光のエネル
ギー密度が所定アブレーション作用が発生する閾値以上
となるように集光して照射し、該レーザ光の照射による
アブレーション加工の進行と同期させて、被加工物をレ
ーザが照射する方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度
で移動させ、前記レーザ照射と反対側の外形境界面から
レーザ照射側の面方向に挿引する（引き込む）形で被加
工物に構造体をアブレーション加工すると同時に、前記
マスクのパターンを前記光アブレーション加工の進行に
同期して動的に変化させながら加工することにより、前
記被加工物に所定三次元形状の構造体を形成するように
構成されているから、フォーカスポイントの移動距離に
対して、原理的な制約が発生せず、レーザ光波長に対し
て略透明な被加工物に非常に高いアスペクト比の形状を
加工形成することが可能となり、また、動的に変化する
マスクによって、様々な形状の三次元立体構造の加工が
可能となる。したがって、本発明によれば、簡単な極短
パルスレーザ照射工程によって、構造体を形成すること
ができ、リソグラフィープロセスのような複雑な加工プ
ロセスを用いることなく、三次元形状の構造体の微細加
工が容易に可能となるレーザ加工方法を実現することが
できる。
ば、短パルス発振レーザを用い、マスクパターンの投影
像のフォーカスポイントを、加工の開始時には前記被加
工物の前記レーザ照射と反対側の外形境界面に設定する
と共に、該フォーカスポイント部分にレーザ光のエネル
ギー密度が所定アブレーション作用が発生する閾値以上
となるように集光して照射し、該レーザ光の照射による
アブレーション加工の進行と同期させて、被加工物をレ
ーザが照射する方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度
で移動させ、前記レーザ照射と反対側の外形境界面から
レーザ照射側の面方向に挿引する（引き込む）形で被加
工物に構造体をアブレーション加工すると同時に、前記
マスクのパターンを前記光アブレーション加工の進行に
同期して動的に変化させながら加工することにより、前
記被加工物に所定三次元形状の構造体を形成するように
構成されているから、フォーカスポイントの移動距離に
対して、原理的な制約が発生せず、レーザ光波長に対し
て略透明な被加工物に非常に高いアスペクト比の形状を
加工形成することが可能となり、また、動的に変化する
マスクによって、様々な形状の三次元立体構造の加工が
可能となる。したがって、本発明によれば、簡単な極短
パルスレーザ照射工程によって、構造体を形成すること
ができ、リソグラフィープロセスのような複雑な加工プ
ロセスを用いることなく、三次元形状の構造体の微細加
工が容易に可能となるレーザ加工方法を実現することが
できる。
【図１】本発明の実施例に係るレーザ加工方法を説明す
るための概略光路図。
るための概略光路図。
【図２】本発明の実施例に係るレーザ加工例を説明する
図。
図。
１：液晶マスク ２：略透明な被加工物 ３ａ、３ｂ：マスクパターン １００：レーザ光束 １０１：レーザ光束 １１０：ズームビームコンプレッサー １１１：マスク照明レンズ １１３：投影レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ４１Ｊ 2/16 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ
Claims (7)
- 【請求項１】１ピコ秒以下のパルス放射時間で空間的時
間的なエネルギー密度の大きい光パルスを連続放射する
レーザ発振器からのレーザ光によって、マスクのパター
ンを投影レンズにより、前記レーザ光波長に対して略透
明な被加工物に投影して昇華加工するレーザ加工方法で
あって、 前記マスクパターンの投影像のフォーカスポイントを、
前記加工の開始時には前記被加工物の前記レーザ照射と
反対側の外形境界面に設定すると共に、該フォーカスポ
イント部分に前記レーザ光のエネルギー密度が所定アブ
レーション作用が発生する閾値以上となるように集光し
て照射し、該レーザ光の照射によるアブレーション加工
の進行と同期させて、前記被加工物をレーザが照射する
方向に徐々に所定量ずつまたは所定速度で移動させ、前
記レーザ照射と反対側の外形境界面側からレーザ照射側
に挿引する形で前記被加工物に構造体を形成すると同時
に、前記マスクのパターンを前記光アブレーション加工
の進行に同期して動的に変化させながら加工することを
特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項２】前記被加工物の昇華加工において、該被加
工物の内部に構造体を昇華加工するに際して、該加工で
の昇華気化によって生じる産物質を外部に放出するため
の放出口を予め形成した後に、前記構造体を加工するこ
とを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項３】前記構造体の加工に際して、前記放出口に
接した位置から構造体を加工することを特徴とする請求
項２に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項４】前記マスクのパターンを動的に変化させる
手段が、動的にパターンをコントロールできる液晶デバ
イスによる光透過マスクであることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項５】前記マスクに入射するレーザ光は直線偏光
であって、液晶デバイスに用いる偏光フィルターは、ネ
ガまたはポジ透過設定に合わせて、前記入射レーザ光の
偏光方向に対して垂直または平行の単一枚の光出射偏光
フィルターのみで構成されていることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項６】前記レーザ発振器は、光伝播の空間圧縮装
置を有しているレーザ発振器であることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項７】前記光伝播の空間圧縮装置は、チャープド
パルスを生成する手段と光波長分散特性を利用した縦モ
ード同期手段を有することを特徴とする請求６に記載の
レーザ加工方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025992A JP2001212798A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | レーザ加工方法 |
| US09/770,463 US6555783B2 (en) | 2000-02-03 | 2001-01-29 | Laser processing method and laser processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025992A JP2001212798A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | レーザ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001212798A true JP2001212798A (ja) | 2001-08-07 |
Family
ID=18551777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000025992A Pending JP2001212798A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001212798A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119900A1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing microstructure, and method for manufacturing liquid jetting head |
| JP2011000754A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Canon Inc | 微細構造体の製造方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
| JP2015527147A (ja) * | 2012-09-05 | 2015-09-17 | ウニヴェアズィテート ツー リューベックＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ ｚｕ Ｌｕｅｂｅｃｋ | 透明な物質の内部においてレーザ切断を行うための装置 |
-
2000
- 2000-02-03 JP JP2000025992A patent/JP2001212798A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119900A1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing microstructure, and method for manufacturing liquid jetting head |
| JP2009233955A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Canon Inc | 微細構造体の製造方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
| US8869401B2 (en) | 2008-03-26 | 2014-10-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing microstructure, and method for manufacturing liquid jetting head |
| JP2011000754A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Canon Inc | 微細構造体の製造方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
| JP2015527147A (ja) * | 2012-09-05 | 2015-09-17 | ウニヴェアズィテート ツー リューベックＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ ｚｕ Ｌｕｅｂｅｃｋ | 透明な物質の内部においてレーザ切断を行うための装置 |
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