JP2001212799A - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
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- JP2001212799A JP2001212799A JP2000025998A JP2000025998A JP2001212799A JP 2001212799 A JP2001212799 A JP 2001212799A JP 2000025998 A JP2000025998 A JP 2000025998A JP 2000025998 A JP2000025998 A JP 2000025998A JP 2001212799 A JP2001212799 A JP 2001212799A
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- Japan
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- laser
- light
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- Micromachines (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】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、単一の簡易な工程によって三
次元の微細な構造体を加工することができるレーザ加工
方法を提供する。 【解決手段】短パルス発振レーザを用い、レーザ発振器
から放射されたレーザ光により被加工物を加工するに際
して、前記レーザ光のビーム断面における光強度分布
が、アブレーション作用が発生する所定閾値以上の照射
エネルギー密度の部分を有し、該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、レーザ光パルスの
平均照射エネルギー密度を経時的に変化させ、前記被加
工物に構造体を形成する。
ロセスを用いることなく、単一の簡易な工程によって三
次元の微細な構造体を加工することができるレーザ加工
方法を提供する。 【解決手段】短パルス発振レーザを用い、レーザ発振器
から放射されたレーザ光により被加工物を加工するに際
して、前記レーザ光のビーム断面における光強度分布
が、アブレーション作用が発生する所定閾値以上の照射
エネルギー密度の部分を有し、該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、レーザ光パルスの
平均照射エネルギー密度を経時的に変化させ、前記被加
工物に構造体を形成する。
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、単一のきわめてシンプルで簡易な工程に
よって三次元の微細な構造体を加工することができるレ
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、単一のきわめてシンプルで簡易な工程に
よって三次元の微細な構造体を加工することができるレ
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）〜（４）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を、被加工物に照射することによ
って、光アブレーション加工を行うレーザ加工方法であ
って、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光を、所
定パターンにて被加工物に照射するに際して、前記レー
ザ光のビーム断面における光強度分布が、アブレーショ
ン作用が発生する所定閾値以上の照射エネルギー密度の
部分を有し、該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、レーザ光パルスの平均照射エネルギ
ー密度を経時的に変化させ、前記被加工物に構造体を形
成することを特徴とするレーザ加工方法。 （２）前記レーザ光のビーム断面における光強度分布
が、ガウシアン分布であ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）または上記（２）に記載のレーザ加工方法。 （４）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（３）に記載のレ
ーザ加工方法。
決するために、つぎの（１）〜（４）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を、被加工物に照射することによ
って、光アブレーション加工を行うレーザ加工方法であ
って、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光を、所
定パターンにて被加工物に照射するに際して、前記レー
ザ光のビーム断面における光強度分布が、アブレーショ
ン作用が発生する所定閾値以上の照射エネルギー密度の
部分を有し、該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、レーザ光パルスの平均照射エネルギ
ー密度を経時的に変化させ、前記被加工物に構造体を形
成することを特徴とするレーザ加工方法。 （２）前記レーザ光のビーム断面における光強度分布
が、ガウシアン分布であ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）または上記（２）に記載のレーザ加工方法。 （４）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（３）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、被加工物に照射
することによって、光アブレーション加工を行うレーザ
加工方法であって、前記レーザ発振器から放射されたレ
ーザ光を、所定パターンにて被加工物に照射するに際し
て、レーザ光のビーム断面において、照射エネルギー密
度はアブレーション作用が発生する所定閾値以上の部分
を有し、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、レーザ光パルスの平均照射エネルギー密度
を経時的に変化させることによって、前記被加工物に構
造を加工形成することにより、レーザ光のビーム断面に
おいての照射エネルギー密度分布と、レーザ光パルスの
平均照射エネルギー密度との関係により、被加工物のア
ブレーション加工閾値以上に光エネルギー密度が与えら
れる領域を経時的に変化させることが可能となり、この
ことにより、三次元形状の構造体の微細加工が可能とな
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、被加工物に照射
することによって、光アブレーション加工を行うレーザ
加工方法であって、前記レーザ発振器から放射されたレ
ーザ光を、所定パターンにて被加工物に照射するに際し
て、レーザ光のビーム断面において、照射エネルギー密
度はアブレーション作用が発生する所定閾値以上の部分
を有し、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、レーザ光パルスの平均照射エネルギー密度
を経時的に変化させることによって、前記被加工物に構
造を加工形成することにより、レーザ光のビーム断面に
おいての照射エネルギー密度分布と、レーザ光パルスの
平均照射エネルギー密度との関係により、被加工物のア
ブレーション加工閾値以上に光エネルギー密度が与えら
れる領域を経時的に変化させることが可能となり、この
ことにより、三次元形状の構造体の微細加工が可能とな
る。
【０００７】したがって、このレーザ加工方法によれ
ば、単一の極短パルスレーザ照射工程によって、つまり
一工程によって被加工物を加工して三次元構造体を形成
することができるようになり、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なくとも、三次元形
状の構造体の微細加工が可能となりる。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。
ば、単一の極短パルスレーザ照射工程によって、つまり
一工程によって被加工物を加工して三次元構造体を形成
することができるようになり、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なくとも、三次元形
状の構造体の微細加工が可能となりる。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。
【０００８】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。
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。
【０００９】材料をアブレーション加工するためには、
例えば樹脂材料であるポリサルフォンを加工する場合、
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、レーザ光の吸収率
が０．１％程度であると、照射するレーザ光に要求され
るエネルギー密度は約１５ギガワット／ｃｍ2となる。
このように非常に高いエネルギーの集中が必要であるた
め、通常のＹＡＧレーザ等では出力が不足であって、１
ピコ秒以下のパルス放射時間で発振するレーザを用い
て、時間的エネルギー密度を飛躍的に増加させる必要が
ある。（汎用的に市販されているフェムト秒レーザ発振
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。
０．３５ｃｍ2の領域に集光すれば１５ギガワット／ｃ
ｍ2のエネルギー密度に達する） また、微細加工する構造体の加工形状を高精度できれい
に加工するためには、レーザ光の熱吸収による変形およ
び融解が発生することを避けるために、レーザの照射時
間が非常に短い、１ピコ秒以下のパルス放射時間で発振
するレーザを用いて、照射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加工プロセスが終了す
るといった特性を用いている。
例えば樹脂材料であるポリサルフォンを加工する場合、
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、レーザ光の吸収率
が０．１％程度であると、照射するレーザ光に要求され
るエネルギー密度は約１５ギガワット／ｃｍ2となる。
このように非常に高いエネルギーの集中が必要であるた
め、通常のＹＡＧレーザ等では出力が不足であって、１
ピコ秒以下のパルス放射時間で発振するレーザを用い
て、時間的エネルギー密度を飛躍的に増加させる必要が
ある。（汎用的に市販されているフェムト秒レーザ発振
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。
０．３５ｃｍ2の領域に集光すれば１５ギガワット／ｃ
ｍ2のエネルギー密度に達する） また、微細加工する構造体の加工形状を高精度できれい
に加工するためには、レーザ光の熱吸収による変形およ
び融解が発生することを避けるために、レーザの照射時
間が非常に短い、１ピコ秒以下のパルス放射時間で発振
するレーザを用いて、照射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加工プロセスが終了す
るといった特性を用いている。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとずいて説
明する。まず図１を用いて、本発明の加工方法の概要を
説明する。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ガ
ウシアンビーム強度プロファイルのレーザ光１を被加工
物２の表面に照射する。次に、図２に示すように、
（ａ）図にて被加工物２のアブレーション閾値よりレー
ザ光パルスの平均照射エネルギー密度が十分高く、レー
ザ光のビーム断面においての照射エネルギー密度のガウ
シアン分布の１／ｅ2の最大値規格化強度範囲であって
も、被加工物２のアブレーション閾値より高い、レーザ
光パルスの平均照射エネルギー密度で被加工物を照射
し、光アブレーション加工の進行と共に、レーザ光パル
スの平均照射エネルギー密度を低下させて行き、加工終
了段階である（ｂ）図においては、加工初期の、即ち
（ａ）図においてのレーザ光パルスの平均照射エネルギ
ー密度の１／３にレーザ光パルスの平均照射エネルギー
密度を徐々に落としたものであり、すると（ｂ）図に示
すように被加工物２に先細り形状の略円錐穴が加工され
ることとなる。
明する。まず図１を用いて、本発明の加工方法の概要を
説明する。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ガ
ウシアンビーム強度プロファイルのレーザ光１を被加工
物２の表面に照射する。次に、図２に示すように、
（ａ）図にて被加工物２のアブレーション閾値よりレー
ザ光パルスの平均照射エネルギー密度が十分高く、レー
ザ光のビーム断面においての照射エネルギー密度のガウ
シアン分布の１／ｅ2の最大値規格化強度範囲であって
も、被加工物２のアブレーション閾値より高い、レーザ
光パルスの平均照射エネルギー密度で被加工物を照射
し、光アブレーション加工の進行と共に、レーザ光パル
スの平均照射エネルギー密度を低下させて行き、加工終
了段階である（ｂ）図においては、加工初期の、即ち
（ａ）図においてのレーザ光パルスの平均照射エネルギ
ー密度の１／３にレーザ光パルスの平均照射エネルギー
密度を徐々に落としたものであり、すると（ｂ）図に示
すように被加工物２に先細り形状の略円錐穴が加工され
ることとなる。
【００１１】以上の説明から明らかなように、本実施例
によれば、レーザ光のビーム断面においての照射エネル
ギー密度分布と、レーザ光パルスの平均照射エネルギー
密度との関係により、被加工物のアブレーション加工閾
値以上に光エネルギー密度が与えられる領域を経時的に
変化させることが可能となる。すなわち、本実施例によ
れば、レーザ光のビーム断面における照射エネルギー密
度分布と、レーザ光パルスの平均照射エネルギー密度の
経時的な変化のさせ方によって、様々な形状の三次元立
体構造加工を行うことが可能となる。
によれば、レーザ光のビーム断面においての照射エネル
ギー密度分布と、レーザ光パルスの平均照射エネルギー
密度との関係により、被加工物のアブレーション加工閾
値以上に光エネルギー密度が与えられる領域を経時的に
変化させることが可能となる。すなわち、本実施例によ
れば、レーザ光のビーム断面における照射エネルギー密
度分布と、レーザ光パルスの平均照射エネルギー密度の
経時的な変化のさせ方によって、様々な形状の三次元立
体構造加工を行うことが可能となる。
【００１２】
【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、そのレーザ光を、所定
パターンにて被加工物に照射するに際して、前記レーザ
光のビーム断面における光強度分布が、アブレーション
作用が発生する所定閾値以上の照射エネルギー密度の部
分を有し、該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、レーザ光パルスの平均照射エネルギー
密度を経時的に変化させ、前記被加工物に構造体を形成
するように構成されているから、このレーザ光のビーム
断面における照射エネルギー密度分布と、レーザ光パル
スの平均照射エネルギー密度の経時的な変化のさせ方に
よって、様々な形状の三次元立体構造加工を行うことが
可能となる。したがって、本発明によれば、単一の極短
パルスレーザ照射工程によって、つまり一工程によって
被加工物を加工して三次元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
可能となる。
ば、短パルス発振レーザを用い、そのレーザ光を、所定
パターンにて被加工物に照射するに際して、前記レーザ
光のビーム断面における光強度分布が、アブレーション
作用が発生する所定閾値以上の照射エネルギー密度の部
分を有し、該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、レーザ光パルスの平均照射エネルギー
密度を経時的に変化させ、前記被加工物に構造体を形成
するように構成されているから、このレーザ光のビーム
断面における照射エネルギー密度分布と、レーザ光パル
スの平均照射エネルギー密度の経時的な変化のさせ方に
よって、様々な形状の三次元立体構造加工を行うことが
可能となる。したがって、本発明によれば、単一の極短
パルスレーザ照射工程によって、つまり一工程によって
被加工物を加工して三次元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
可能となる。
【図１】本発明の実施例に係るレーザ加工方法を説明す
る図。
る図。
【図２】本発明の実施例に係るレーザ加工方法によって
加工された加工形状例。
加工された加工形状例。
１：レーザ光束 ２：被加工物
───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)
- 【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を、被加工物に照射するこ
とによって、光アブレーション加工を行うレーザ加工方
法であって、 前記レーザ発振器から放射されたレーザ光を、所定パタ
ーンにて被加工物に照射するに際して、前記レーザ光の
ビーム断面における光強度分布が、アブレーション作用
が発生する所定閾値以上の照射エネルギー密度の部分を
有し、該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、レーザ光パルスの平均照射エネルギー密度
を経時的に変化させ、前記被加工物に構造体を形成する
ことを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項２】前記レーザ光のビーム断面における光強度
分布が、ガウシアン分布であ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または請求項２に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項４】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３に記載の
レーザ加工方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025998A JP2001212799A (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 |
|---|---|---|---|
| JP2000025998A JP2001212799A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | レーザ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001212799A true JP2001212799A (ja) | 2001-08-07 |
Family
ID=18551781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000025998A Pending JP2001212799A (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001212799A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006078073A1 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Fujifilm Corporation | Exposure method, method for forming projecting and recessed pattern, and method for manufacturing optical element |
| JP2006227609A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 露光方法、凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法 |
-
2000
- 2000-02-03 JP JP2000025998A patent/JP2001212799A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006078073A1 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Fujifilm Corporation | Exposure method, method for forming projecting and recessed pattern, and method for manufacturing optical element |
| JP2006227609A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 露光方法、凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法 |
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