JP2001239390A - レーザ加工装置及び方法とこれを用いて加工された光学素子 - Google Patents
レーザ加工装置及び方法とこれを用いて加工された光学素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＤＶＤ装置などに使用されるホログラム素子
の回折格子を製作する上で、光ディスクの記憶容量の増
大に対応して加工対象物をサブミクロン以下で容易に微
細加工し得るレーザ加工装置を提供することにある。 【解決手段】 レーザ発振器１により生成された短波長
の紫外線レーザを光ファイバ２に導入してその光ファイ
バ２の先端をＡＦＭ４（原子間力顕微鏡）のプローブ３
先端に導出し、前記光ファイバ２の先端を尖鋭化して前
記紫外線レーザの波長以下で微小開口する光透過部１１
を形成したことによりその光透過部１１の先方に近接場
光を発生させ、この近接場光の領域内に配置された加工
基板７の表面１２を前記紫外線レーザの近接場光により
微細加工すると共に、前記表面１２での加工寸法をＡＦ
Ｍ４のプローブ３で測定して近接場光による加工状態を
モニタリングする。
の回折格子を製作する上で、光ディスクの記憶容量の増
大に対応して加工対象物をサブミクロン以下で容易に微
細加工し得るレーザ加工装置を提供することにある。 【解決手段】 レーザ発振器１により生成された短波長
の紫外線レーザを光ファイバ２に導入してその光ファイ
バ２の先端をＡＦＭ４（原子間力顕微鏡）のプローブ３
先端に導出し、前記光ファイバ２の先端を尖鋭化して前
記紫外線レーザの波長以下で微小開口する光透過部１１
を形成したことによりその光透過部１１の先方に近接場
光を発生させ、この近接場光の領域内に配置された加工
基板７の表面１２を前記紫外線レーザの近接場光により
微細加工すると共に、前記表面１２での加工寸法をＡＦ
Ｍ４のプローブ３で測定して近接場光による加工状態を
モニタリングする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置及び
方法とこれを用いて加工された光学素子に関し、例え
ば、ＤＶＤ装置においてトラッキングエラー検出に回折
格子を用いたホログラム素子やフレネルレンズなどのバ
イナリオプティクスを含む各種の光学素子を製作するた
めのレーザ加工装置及び方法などに関する。
方法とこれを用いて加工された光学素子に関し、例え
ば、ＤＶＤ装置においてトラッキングエラー検出に回折
格子を用いたホログラム素子やフレネルレンズなどのバ
イナリオプティクスを含む各種の光学素子を製作するた
めのレーザ加工装置及び方法などに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＶＤ装置に使用される光ディス
クの記憶容量が増大する傾向にあり、その光ディスクの
情報の読み書きを実行する光ピックアップの分解能を向
上させている。一方、この光ディスクに対する光ピック
アップのトラッキングエラー検出に回折格子を用いたホ
ログラム素子が使用されているが、光ディスクの記憶容
量の増大に伴い、ホログラム素子における回折格子の凹
凸ピッチを狭くする必要がある。このホログラム素子の
回折格子を製作するためには、リソグラフィ技術を利用
してその表面形状を加工する一般的な手法が採用され、
そのリソグラフィ技術により加工基板の表面に周期的な
凹凸構造を形成するようにしていた。
クの記憶容量が増大する傾向にあり、その光ディスクの
情報の読み書きを実行する光ピックアップの分解能を向
上させている。一方、この光ディスクに対する光ピック
アップのトラッキングエラー検出に回折格子を用いたホ
ログラム素子が使用されているが、光ディスクの記憶容
量の増大に伴い、ホログラム素子における回折格子の凹
凸ピッチを狭くする必要がある。このホログラム素子の
回折格子を製作するためには、リソグラフィ技術を利用
してその表面形状を加工する一般的な手法が採用され、
そのリソグラフィ技術により加工基板の表面に周期的な
凹凸構造を形成するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホログ
ラム素子の回折格子を製作するため、加工基板の表面に
周期的な凹凸構造を形成する一般的な手法として採用さ
れていたリソグラフィ技術による表面加工では、ホログ
ラム素子の回折格子を製作する上で量産性に乏しく、ま
た、短波長の光源を使用しても、例えば２００μｍ以下
のサブミクロン領域での微細加工が困難であるというの
が現状であった。
ラム素子の回折格子を製作するため、加工基板の表面に
周期的な凹凸構造を形成する一般的な手法として採用さ
れていたリソグラフィ技術による表面加工では、ホログ
ラム素子の回折格子を製作する上で量産性に乏しく、ま
た、短波長の光源を使用しても、例えば２００μｍ以下
のサブミクロン領域での微細加工が困難であるというの
が現状であった。
【０００４】そこで、本発明の目的とするところは、Ｄ
ＶＤ装置などに使用されるホログラム素子の回折格子を
製作する上で、量産性の向上が図れ、光ディスクの記憶
容量の増大に対応して加工対象物をサブミクロン以下の
領域で容易に微細加工し得るレーザ加工装置及び方法な
どを提供することにある。
ＶＤ装置などに使用されるホログラム素子の回折格子を
製作する上で、量産性の向上が図れ、光ディスクの記憶
容量の増大に対応して加工対象物をサブミクロン以下の
領域で容易に微細加工し得るレーザ加工装置及び方法な
どを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明方法は、短波長の紫外線レ
ーザを伝送する光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線
レーザの波長以下で微小開口する光透過部を形成したこ
とによりその光透過部の先方に近接場光を発生させ、こ
の近接場光の領域内に配置された加工対象物の被加工面
を前記紫外線レーザの近接場光により微細加工すること
を特徴とし(請求項１)、本発明装置は、短波長の紫外線
レーザを生成するレーザ発振器と、そのレーザ発振器か
ら出力された短波長の紫外線レーザを伝送し、その紫外
線レーザの波長以下で微小開口する光透過部を先端の尖
鋭化により形成した光伝送路とを備え、前記光伝送路先
端の光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接場
光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記紫
外線レーザの近接場光により微細加工することを特徴と
する（請求項４）。
の技術的手段として、本発明方法は、短波長の紫外線レ
ーザを伝送する光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線
レーザの波長以下で微小開口する光透過部を形成したこ
とによりその光透過部の先方に近接場光を発生させ、こ
の近接場光の領域内に配置された加工対象物の被加工面
を前記紫外線レーザの近接場光により微細加工すること
を特徴とし(請求項１)、本発明装置は、短波長の紫外線
レーザを生成するレーザ発振器と、そのレーザ発振器か
ら出力された短波長の紫外線レーザを伝送し、その紫外
線レーザの波長以下で微小開口する光透過部を先端の尖
鋭化により形成した光伝送路とを備え、前記光伝送路先
端の光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接場
光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記紫
外線レーザの近接場光により微細加工することを特徴と
する（請求項４）。
【０００６】本発明では、短波長の紫外線レーザを透過
させた光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザの
波長以下で微小開口する光透過部を形成したことにより
その光透過部の先方に近接場光を発生させる。この近接
場光のパワーは小さいが、単位面積当たりのパワー密度
が高く、光伝送路の先端の光透過部が紫外線レーザの波
長より小さいことから、近接場光を加工対象物の被加工
面に照射すれば、その紫外線レーザの近接場光により被
加工面をサブミクロン以下で微細加工することができ
る。
させた光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザの
波長以下で微小開口する光透過部を形成したことにより
その光透過部の先方に近接場光を発生させる。この近接
場光のパワーは小さいが、単位面積当たりのパワー密度
が高く、光伝送路の先端の光透過部が紫外線レーザの波
長より小さいことから、近接場光を加工対象物の被加工
面に照射すれば、その紫外線レーザの近接場光により被
加工面をサブミクロン以下で微細加工することができ
る。
【０００７】また、本発明方法は、短波長の紫外線レー
ザを伝送する光伝送路の先端をＡＦＭ（原子間力顕微
鏡）のプローブ先端に導出し、前記光伝送路の先端を尖
鋭化して前記紫外線レーザの波長以下で微小開口する光
透過部を形成したことによりその光透過部の先方に近接
場光を発生させ、この近接場光の領域内に配置された加
工対象物の被加工面を前記紫外線レーザの近接場光によ
り微細加工すると共に、前記被加工面での加工寸法をＡ
ＦＭのプローブで測定して近接場光による加工状態をモ
ニタリングすることを特徴とし（請求項２）、本発明装
置は、短波長の紫外線レーザを生成するレーザ発振器
と、そのレーザ発振器から出力された短波長の紫外線レ
ーザを伝送し、その紫外線レーザの波長以下で微小開口
する光透過部を先端の尖鋭化により形成した光伝送路
と、その光伝送路の先端が導出されたプローブを有する
ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）とを備え、前記光伝送路先端
の光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接場光
の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記紫外
線レーザの近接場光により微細加工すると共に、前記被
加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定して近接
場光による加工状態をモニタリングすることを特徴とす
る（請求項５）。
ザを伝送する光伝送路の先端をＡＦＭ（原子間力顕微
鏡）のプローブ先端に導出し、前記光伝送路の先端を尖
鋭化して前記紫外線レーザの波長以下で微小開口する光
透過部を形成したことによりその光透過部の先方に近接
場光を発生させ、この近接場光の領域内に配置された加
工対象物の被加工面を前記紫外線レーザの近接場光によ
り微細加工すると共に、前記被加工面での加工寸法をＡ
ＦＭのプローブで測定して近接場光による加工状態をモ
ニタリングすることを特徴とし（請求項２）、本発明装
置は、短波長の紫外線レーザを生成するレーザ発振器
と、そのレーザ発振器から出力された短波長の紫外線レ
ーザを伝送し、その紫外線レーザの波長以下で微小開口
する光透過部を先端の尖鋭化により形成した光伝送路
と、その光伝送路の先端が導出されたプローブを有する
ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）とを備え、前記光伝送路先端
の光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接場光
の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記紫外
線レーザの近接場光により微細加工すると共に、前記被
加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定して近接
場光による加工状態をモニタリングすることを特徴とす
る（請求項５）。
【０００８】この近接場光による紫外線レーザの微細加
工に際しては、前記紫外線レーザの近接場光により得ら
れた被加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定し
て近接場光による加工状態をモニタリングすることが望
ましい。つまり、ＡＦＭのプローブにより得られた加工
前と加工後の出力差から加工寸法を割り出すことがで
き、それに基づいて加工状態をモニタリングしながら、
最適な微細加工を実現容易にする。
工に際しては、前記紫外線レーザの近接場光により得ら
れた被加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定し
て近接場光による加工状態をモニタリングすることが望
ましい。つまり、ＡＦＭのプローブにより得られた加工
前と加工後の出力差から加工寸法を割り出すことがで
き、それに基づいて加工状態をモニタリングしながら、
最適な微細加工を実現容易にする。
【０００９】なお、前述した本発明装置では、前記紫外
線レーザの近接場光を加工対象物の被加工面に対して走
査し得るように前記加工対象物が位置決め載置された少
なくともＸＹテーブルを具備することが望ましい（請求
項６）。また、本発明は、三次元構造物などの被加工
面、例えば球面などの三次元面を有する加工対象物にも
適用可能である（請求項３、７）。本発明に係るレーザ
加工装置又は方法により製作され、サブミクロン以下の
微細加工パターンを有する光学素子を得ることができる
（請求項８）。
線レーザの近接場光を加工対象物の被加工面に対して走
査し得るように前記加工対象物が位置決め載置された少
なくともＸＹテーブルを具備することが望ましい（請求
項６）。また、本発明は、三次元構造物などの被加工
面、例えば球面などの三次元面を有する加工対象物にも
適用可能である（請求項３、７）。本発明に係るレーザ
加工装置又は方法により製作され、サブミクロン以下の
微細加工パターンを有する光学素子を得ることができる
（請求項８）。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下に詳述す
る。以下の実施形態では、ＤＶＤ装置に使用される光デ
ィスクに対する光ピックアップのトラッキングエラー検
出に回折格子を用いたホログラム素子を製作するに際し
て、加工対象物である加工基板の表面にレーザ加工によ
り周期的な凹凸構造を形成して回折格子を製作する場合
について説明する。なお、本発明は、三次元構造物など
の被加工面、例えば球面などの三次元面を有する加工対
象物にも適用可能である。その場合、必要であれば、後
述するＸＹテーブルに加えて、Ｚ方向に加工対象物を移
動させるＺテーブルを付設するか、あるいは、ＡＦＭの
プローブを昇降させる装置を付設すればよい。
る。以下の実施形態では、ＤＶＤ装置に使用される光デ
ィスクに対する光ピックアップのトラッキングエラー検
出に回折格子を用いたホログラム素子を製作するに際し
て、加工対象物である加工基板の表面にレーザ加工によ
り周期的な凹凸構造を形成して回折格子を製作する場合
について説明する。なお、本発明は、三次元構造物など
の被加工面、例えば球面などの三次元面を有する加工対
象物にも適用可能である。その場合、必要であれば、後
述するＸＹテーブルに加えて、Ｚ方向に加工対象物を移
動させるＺテーブルを付設するか、あるいは、ＡＦＭの
プローブを昇降させる装置を付設すればよい。
【００１１】図１はレーザ加工装置の概略構成を示し、
図２は図１の概略構成のうちでＡＦＭのプローブの具体
的構造の一例を示す。同図に示す実施形態のレーザ加工
装置は、短波長の紫外線レーザを生成するレーザ発振器
１と、そのレーザ発振器１の出力に光学的に接続された
光伝送路である光ファイバ２（例えばガラスファイバ）
を導入し、その光ファイバ２の先端をプローブ３に導出
したＡＦＭ４（AtomicForce Microscopy：原子間力顕微
鏡）と、ＡＦＭ４のプローブ位置検出手段からの検出信
号Ｓ1に基づいてプローブ３の駆動手段にプローブ制御
信号Ｓ2を出力し、また、プローブ３のＸＹ座標データ
に基づいてＸＹテーブル５の駆動手段にテーブル制御信
号Ｓ3を出力する制御器６とを具備する。
図２は図１の概略構成のうちでＡＦＭのプローブの具体
的構造の一例を示す。同図に示す実施形態のレーザ加工
装置は、短波長の紫外線レーザを生成するレーザ発振器
１と、そのレーザ発振器１の出力に光学的に接続された
光伝送路である光ファイバ２（例えばガラスファイバ）
を導入し、その光ファイバ２の先端をプローブ３に導出
したＡＦＭ４（AtomicForce Microscopy：原子間力顕微
鏡）と、ＡＦＭ４のプローブ位置検出手段からの検出信
号Ｓ1に基づいてプローブ３の駆動手段にプローブ制御
信号Ｓ2を出力し、また、プローブ３のＸＹ座標データ
に基づいてＸＹテーブル５の駆動手段にテーブル制御信
号Ｓ3を出力する制御器６とを具備する。
【００１２】この加工基板７は、樹脂または金属製など
のもので、例えば金属製基板を加工対象物とした場合に
はエッチングガスを導入することも可能である。また、
この加工基板７は、レーザ加工によりサブミクロン以下
の微細加工パターンを有する回折格子自体となるもの以
外に、その回折格子を製作するための金型であってもよ
く、金型の場合には、その金型によりサブミクロン以下
の微細加工パターンを有する回折格子を量産することが
できる。加工基板７は、その表面１２（被加工面）がＡ
ＦＭ４のプローブ３の先端に近接するように対向配置さ
れる。
のもので、例えば金属製基板を加工対象物とした場合に
はエッチングガスを導入することも可能である。また、
この加工基板７は、レーザ加工によりサブミクロン以下
の微細加工パターンを有する回折格子自体となるもの以
外に、その回折格子を製作するための金型であってもよ
く、金型の場合には、その金型によりサブミクロン以下
の微細加工パターンを有する回折格子を量産することが
できる。加工基板７は、その表面１２（被加工面）がＡ
ＦＭ４のプローブ３の先端に近接するように対向配置さ
れる。
【００１３】この加工基板７は、例えばＸＹテーブル５
上に位置決め載置され、そのＸＹテーブル５は、制御器
６からのテーブル制御信号Ｓ3に基づいて駆動手段のピ
エゾ素子（圧電素子）によりＸ方向及びＹ方向に駆動さ
れることにより、前記加工基板７がＸＹ方向に微小移動
可能な状態（例えば１００μｍ程度）となっている。ま
た、この加工基板７をさらにＸＹ方向に移動させるため
には、前記ＸＹテーブル５を別のＸＹテーブル（図示せ
ず）上に載置した構造とすれば、その加工基板７をミク
ロンオーダーでＸＹ方向に移動可能とすることができ
る。
上に位置決め載置され、そのＸＹテーブル５は、制御器
６からのテーブル制御信号Ｓ3に基づいて駆動手段のピ
エゾ素子（圧電素子）によりＸ方向及びＹ方向に駆動さ
れることにより、前記加工基板７がＸＹ方向に微小移動
可能な状態（例えば１００μｍ程度）となっている。ま
た、この加工基板７をさらにＸＹ方向に移動させるため
には、前記ＸＹテーブル５を別のＸＹテーブル（図示せ
ず）上に載置した構造とすれば、その加工基板７をミク
ロンオーダーでＸＹ方向に移動可能とすることができ
る。
【００１４】前記レーザ発振器１は、短波長の紫外線レ
ーザ、例えば１１０〜２６６ｎｍの短波長を有する紫外
線レーザを光源とするもので、その紫外線レーザとして
は、例えば１９３ｎｍの短波長のＡｒＦからなるエキシ
マレーザや、１５８ｎｍの短波長のフッ素レーザ、２１
０〜２６６ｎｍのＹＡＧレーザ（高調波光）等が好適で
あり、その他水素レーザ等が使用可能である。
ーザ、例えば１１０〜２６６ｎｍの短波長を有する紫外
線レーザを光源とするもので、その紫外線レーザとして
は、例えば１９３ｎｍの短波長のＡｒＦからなるエキシ
マレーザや、１５８ｎｍの短波長のフッ素レーザ、２１
０〜２６６ｎｍのＹＡＧレーザ（高調波光）等が好適で
あり、その他水素レーザ等が使用可能である。
【００１５】前記レーザ発振器１から延びる光ファイバ
２は、図３に示すように屈折率が異なる二部材、すなわ
ち、中心部に位置するコア８とそのコア８の周囲に位置
するクラッド９からなり、その先端を前記プローブ３の
先端に導出した構造を具備する(図１及び図２参照)。こ
の光ファイバ２の先端は尖鋭化され、例えばクラッド９
端面から突出したコア８の先端を円錐状に尖らせた形状
を有し、そのクラッド９端面に金属膜１０を蒸着などに
より被着させることにより、円錐状のコア８に前記紫外
線レーザの波長（例えば１９３ｎｍ）よりも小さい光透
過部１１（例えば１００ｎｍ以下）を形成する。
２は、図３に示すように屈折率が異なる二部材、すなわ
ち、中心部に位置するコア８とそのコア８の周囲に位置
するクラッド９からなり、その先端を前記プローブ３の
先端に導出した構造を具備する(図１及び図２参照)。こ
の光ファイバ２の先端は尖鋭化され、例えばクラッド９
端面から突出したコア８の先端を円錐状に尖らせた形状
を有し、そのクラッド９端面に金属膜１０を蒸着などに
より被着させることにより、円錐状のコア８に前記紫外
線レーザの波長（例えば１９３ｎｍ）よりも小さい光透
過部１１（例えば１００ｎｍ以下）を形成する。
【００１６】このように光ファイバ２の先端を尖鋭化し
て微小開口させた光透過部１１が紫外線レーザの波長よ
りも小さいことからその光透過部１１の先方に近接場光
Ａ（エバネッセント光）が発生する。この近接場光Ａの
領域は、前記光透過部１１の大きさに比例した大きさと
なり、この大きさがレーザ加工時の最小加工幅となる。
て微小開口させた光透過部１１が紫外線レーザの波長よ
りも小さいことからその光透過部１１の先方に近接場光
Ａ（エバネッセント光）が発生する。この近接場光Ａの
領域は、前記光透過部１１の大きさに比例した大きさと
なり、この大きさがレーザ加工時の最小加工幅となる。
【００１７】なお、光ファイバ２の先端に近接場光Ａを
発生させるためには、この実施形態では、コア８の先端
を円錐状に尖らせた形状とした光透過部１１を形成して
いるが、この形態に限定されることなく、光ファイバ２
の先端を尖鋭化して紫外線レーザの波長以下で微小開口
する形態であればよい。
発生させるためには、この実施形態では、コア８の先端
を円錐状に尖らせた形状とした光透過部１１を形成して
いるが、この形態に限定されることなく、光ファイバ２
の先端を尖鋭化して紫外線レーザの波長以下で微小開口
する形態であればよい。
【００１８】一方、ＡＦＭ４は、加工基板７の表面１２
とプローブ３の先端との間に働く力（原子間力）により
生じるプローブ３の変位をナノオーダーで検出可能な装
置であり、微弱な力により撓みやすいカンチレバー１３
（片持ち梁）の先端にプローブ３が形成され、そのプロ
ーブ３の変位を測定するプローブ位置検出手段の光学系
を有する（図２参照）。この光学系は、例えば前記カン
チレバー１３の背面に設けられた反射ミラー１４に対し
て検出用光源１５及び光検出器１６を所定位置に固定配
置し、検出用光源１５からの照射光を反射ミラー１４で
反射させ、その反射光を光検出器１６により検出し、こ
の検出信号Ｓ1が制御器６に送出される。
とプローブ３の先端との間に働く力（原子間力）により
生じるプローブ３の変位をナノオーダーで検出可能な装
置であり、微弱な力により撓みやすいカンチレバー１３
（片持ち梁）の先端にプローブ３が形成され、そのプロ
ーブ３の変位を測定するプローブ位置検出手段の光学系
を有する（図２参照）。この光学系は、例えば前記カン
チレバー１３の背面に設けられた反射ミラー１４に対し
て検出用光源１５及び光検出器１６を所定位置に固定配
置し、検出用光源１５からの照射光を反射ミラー１４で
反射させ、その反射光を光検出器１６により検出し、こ
の検出信号Ｓ1が制御器６に送出される。
【００１９】また、このカンチレバー１３の支持部近傍
にはプローブ駆動手段のピエゾ素子１７（圧電素子）が
配設されており、制御器６からのプローブ制御信号Ｓ2
に基づいてピエゾ素子１７を駆動することによりカンチ
レバー１３が撓むことになり、その撓みによりカンチレ
バー１３先端のプローブ３を加工基板７の表面に対して
近接離間させる。前記ピエゾ素子１７に印加される電圧
を上昇させれば、プローブ３が加工基板７の表面に近接
し、逆に、ピエゾ素子１７への印加電圧を低下させれ
ば、プローブ３が加工基板７の表面から離間することに
なる。
にはプローブ駆動手段のピエゾ素子１７（圧電素子）が
配設されており、制御器６からのプローブ制御信号Ｓ2
に基づいてピエゾ素子１７を駆動することによりカンチ
レバー１３が撓むことになり、その撓みによりカンチレ
バー１３先端のプローブ３を加工基板７の表面に対して
近接離間させる。前記ピエゾ素子１７に印加される電圧
を上昇させれば、プローブ３が加工基板７の表面に近接
し、逆に、ピエゾ素子１７への印加電圧を低下させれ
ば、プローブ３が加工基板７の表面から離間することに
なる。
【００２０】このＡＦＭ４では、ピエゾ素子１７の印加
電圧の増減によりカンチレバー１３先端のプローブ３を
加工基板７の表面に近接または離間させながら、プロー
ブ３先端の原子と加工基板７表面の原子との間に作用す
る微小な力（原子間力）の変化をカンチレバー１３の変
位（撓み角）として検出する。つまり、前記原子間力の
変化を、検出用光源１５からプローブ３背面の反射ミラ
ー１４に当てられた光（レーザ光）の反射角の変化とし
て光検出器１６によって検出する。
電圧の増減によりカンチレバー１３先端のプローブ３を
加工基板７の表面に近接または離間させながら、プロー
ブ３先端の原子と加工基板７表面の原子との間に作用す
る微小な力（原子間力）の変化をカンチレバー１３の変
位（撓み角）として検出する。つまり、前記原子間力の
変化を、検出用光源１５からプローブ３背面の反射ミラ
ー１４に当てられた光（レーザ光）の反射角の変化とし
て光検出器１６によって検出する。
【００２１】この検出信号Ｓ1に基づいて制御器６で
は、プローブ３の先端と加工基板７の表面間の距離（例
えば数ｎｍ）を一定に保つように、ピエゾ素子１７の印
加電圧を制御してプローブ３の先端と加工基板７の表面
との間隔を調整する。従って、加工基板７の表面に凹凸
がある場合、その加工基板７の表面上でプローブ３を走
査すれば、プローブ３の先端を加工基板７の表面からの
距離が一定となるように凹凸形状に追従させて位置調整
することができる。
は、プローブ３の先端と加工基板７の表面間の距離（例
えば数ｎｍ）を一定に保つように、ピエゾ素子１７の印
加電圧を制御してプローブ３の先端と加工基板７の表面
との間隔を調整する。従って、加工基板７の表面に凹凸
がある場合、その加工基板７の表面上でプローブ３を走
査すれば、プローブ３の先端を加工基板７の表面からの
距離が一定となるように凹凸形状に追従させて位置調整
することができる。
【００２２】この実施形態のレーザ加工装置の制御は以
下の要領でもって実行される。まず、前述したようにＡ
ＦＭ４のカンチレバー１３の先端に位置するプローブ３
を原子間力により、そのプローブ３の先端と加工基板７
の表面間の距離（例えば数ｎｍ）を一定に保つように位
置決め配置する。
下の要領でもって実行される。まず、前述したようにＡ
ＦＭ４のカンチレバー１３の先端に位置するプローブ３
を原子間力により、そのプローブ３の先端と加工基板７
の表面間の距離（例えば数ｎｍ）を一定に保つように位
置決め配置する。
【００２３】一方、レーザ発振器１から出力された短波
長の紫外線レーザを光ファイバ２を介してＡＦＭ４に導
入してそのプローブ３の先端に配置された光ファイバ２
の先端に形成された光透過部１１に導出する。この光透
過部１１は、前述したように紫外線レーザが透過する円
錐状コア８として形成され、その紫外線レーザの波長よ
りも小さいことから、その円錐状コア８の先方に近接場
光Ａが発生する。
長の紫外線レーザを光ファイバ２を介してＡＦＭ４に導
入してそのプローブ３の先端に配置された光ファイバ２
の先端に形成された光透過部１１に導出する。この光透
過部１１は、前述したように紫外線レーザが透過する円
錐状コア８として形成され、その紫外線レーザの波長よ
りも小さいことから、その円錐状コア８の先方に近接場
光Ａが発生する。
【００２４】例えば、紫外線レーザとして１９３ｎｍの
短波長のＡｒＦからなるエキシマレーザを使用した場
合、円錐状コア８をなす光透過部１１では紫外線レーザ
の波長よりも小さい、例えば１００ｎｍ以下の微小開口
であることから、その紫外線レーザによる近接場光Ａに
より加工基板７の表面を２００μｍ以下のサブミクロン
領域、例えばナノオーダーで微細加工することができ、
例えば１００ｎｍ以下の大きさを有する凹部１８を形成
することができる（図４参照）。この凹部１８の大き
さ、つまり、凹部１８の加工幅は近接場光Ａの大きさに
より決定される。
短波長のＡｒＦからなるエキシマレーザを使用した場
合、円錐状コア８をなす光透過部１１では紫外線レーザ
の波長よりも小さい、例えば１００ｎｍ以下の微小開口
であることから、その紫外線レーザによる近接場光Ａに
より加工基板７の表面を２００μｍ以下のサブミクロン
領域、例えばナノオーダーで微細加工することができ、
例えば１００ｎｍ以下の大きさを有する凹部１８を形成
することができる（図４参照）。この凹部１８の大き
さ、つまり、凹部１８の加工幅は近接場光Ａの大きさに
より決定される。
【００２５】以上のようにして加工基板７の表面に紫外
線レーザによる近接場光Ａで凹部１８を形成すると、プ
ローブ３の先端と加工基板７の表面、つまり、凹部１８
の底部との距離が大きくなるので、プローブ３の先端と
凹部１８の底部間の距離（例えば数ｎｍ）が一定となる
位置まで、ピエゾ素子１７への通電（印加電圧の上昇）
によりカンチレバー１３を撓ませてプローブ３を近接さ
せる。
線レーザによる近接場光Ａで凹部１８を形成すると、プ
ローブ３の先端と加工基板７の表面、つまり、凹部１８
の底部との距離が大きくなるので、プローブ３の先端と
凹部１８の底部間の距離（例えば数ｎｍ）が一定となる
位置まで、ピエゾ素子１７への通電（印加電圧の上昇）
によりカンチレバー１３を撓ませてプローブ３を近接さ
せる。
【００２６】そして、プローブ３の先端と凹部１８の底
部間の距離が一定となる位置までプローブ３が近接すれ
ば、その位置（加工後）での光学系における反射光と初
期位置（加工前）での反射光との位相ずれに基づいて制
御器６では、凹部１８の加工深さを演算処理により求め
る。このようにして凹部１８の加工深さをＡＦＭ４のプ
ローブ３の移動量で測定することにより、その加工量を
制御してＡＦＭ４でモニタリングすることにより最適な
加工深さを有する凹部１８を微細加工することができ
る。
部間の距離が一定となる位置までプローブ３が近接すれ
ば、その位置（加工後）での光学系における反射光と初
期位置（加工前）での反射光との位相ずれに基づいて制
御器６では、凹部１８の加工深さを演算処理により求め
る。このようにして凹部１８の加工深さをＡＦＭ４のプ
ローブ３の移動量で測定することにより、その加工量を
制御してＡＦＭ４でモニタリングすることにより最適な
加工深さを有する凹部１８を微細加工することができ
る。
【００２７】前述のようにして凹部１８を微細加工する
際には、ＸＹテーブル５のピエゾ素子（図示せず）への
通電によりＸＹテーブル５を介して加工基板７をＸＹ方
向の任意方向に微小移動させれば、加工基板７に対して
プローブ３先端に位置する紫外線レーザの近接場光Ａを
走査することができ、所望の形状及び長さを有する凹溝
を形成することができ、最終的に、加工基板７の表面に
周期的な凹凸構造を微細加工することができる。このよ
うな加工基板７を２００μｍ以下のサブミクロン領域で
微細加工することにより回折格子を製作できる。
際には、ＸＹテーブル５のピエゾ素子（図示せず）への
通電によりＸＹテーブル５を介して加工基板７をＸＹ方
向の任意方向に微小移動させれば、加工基板７に対して
プローブ３先端に位置する紫外線レーザの近接場光Ａを
走査することができ、所望の形状及び長さを有する凹溝
を形成することができ、最終的に、加工基板７の表面に
周期的な凹凸構造を微細加工することができる。このよ
うな加工基板７を２００μｍ以下のサブミクロン領域で
微細加工することにより回折格子を製作できる。
【００２８】このように回折格子を前述したようなサブ
ミクロン領域で製作することができると、その回折格子
について、反射防止効果、偏向子（波長板）、狭帯域バ
ンドパスフィルタ等としての機能を発揮させることがで
きる。
ミクロン領域で製作することができると、その回折格子
について、反射防止効果、偏向子（波長板）、狭帯域バ
ンドパスフィルタ等としての機能を発揮させることがで
きる。
【００２９】なお、前述した紫外線レーザの近接場光Ａ
による微細加工では、凹部１８を形成する場合について
説明したが、例えばＣＶＤ技術を用いて金属族原子を含
むガスを導入し、紫外線レーザの近接場光により金属を
加工基板の表面に堆積させて凸部を形成することも可能
である。この場合も、その凸部の最小加工幅は、近接場
光の大きさに依存し、凸部の高さはＡＦＭのプローブで
モニタリングすることにより最適制御することが可能で
ある。
による微細加工では、凹部１８を形成する場合について
説明したが、例えばＣＶＤ技術を用いて金属族原子を含
むガスを導入し、紫外線レーザの近接場光により金属を
加工基板の表面に堆積させて凸部を形成することも可能
である。この場合も、その凸部の最小加工幅は、近接場
光の大きさに依存し、凸部の高さはＡＦＭのプローブで
モニタリングすることにより最適制御することが可能で
ある。
【００３０】また、前記実施形態では、ＤＶＤ装置に使
用される光ディスクに対する光ピックアップのトラッキ
ングエラー検出に回折格子を用いたホログラム素子を製
作する場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れることなく、他の光学素子や、半導体素子の集積度を
向上させることを目的として、ＣＶＤ装置における回路
パターン形成のために加工基板をレーザ加工する場合に
も適用可能である。
用される光ディスクに対する光ピックアップのトラッキ
ングエラー検出に回折格子を用いたホログラム素子を製
作する場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れることなく、他の光学素子や、半導体素子の集積度を
向上させることを目的として、ＣＶＤ装置における回路
パターン形成のために加工基板をレーザ加工する場合に
も適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ発振器により生
成された短波長の紫外線レーザを光伝送路に導入し、そ
の前記光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザの
波長以下で微小開口する光透過部を形成したことにより
その光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接場
光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記紫
外線レーザの近接場光により微細加工することにより、
加工対象物の被加工面を２００μｍ以下のサブミクロン
領域で微細加工が可能となり、例えばＤＶＤ装置等の光
記録媒体における記憶容量の増大や、ＣＶＤ等による半
導体技術における集積度の向上についても容易に対応す
ることができる。また、ＤＶＤ装置などに使用される回
折格子については、前記サブミクロン以下の微細加工が
可能になれば、反射防止効果、偏向子（波長板）、狭帯
域バンドパスフィルタ等としての機能を発揮させること
ができる。
成された短波長の紫外線レーザを光伝送路に導入し、そ
の前記光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザの
波長以下で微小開口する光透過部を形成したことにより
その光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接場
光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記紫
外線レーザの近接場光により微細加工することにより、
加工対象物の被加工面を２００μｍ以下のサブミクロン
領域で微細加工が可能となり、例えばＤＶＤ装置等の光
記録媒体における記憶容量の増大や、ＣＶＤ等による半
導体技術における集積度の向上についても容易に対応す
ることができる。また、ＤＶＤ装置などに使用される回
折格子については、前記サブミクロン以下の微細加工が
可能になれば、反射防止効果、偏向子（波長板）、狭帯
域バンドパスフィルタ等としての機能を発揮させること
ができる。
【００３２】また、レーザ発振器により生成された短波
長の紫外線レーザを光伝送路に導入してその光伝送路の
先端をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のプローブ先端に導出
し、前記光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザ
の波長以下で微小開口する光透過部を形成したことによ
りその光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接
場光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記
紫外線レーザの近接場光により微細加工すると共に、前
記被加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定して
近接場光による加工状態をモニタリングすることによ
り、サブミクロン以下での微細加工を可能にした前述の
効果の他、加工対象物の被加工面をサブミクロン以下で
微細加工する上で最適制御することができる。
長の紫外線レーザを光伝送路に導入してその光伝送路の
先端をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のプローブ先端に導出
し、前記光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザ
の波長以下で微小開口する光透過部を形成したことによ
りその光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接
場光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記
紫外線レーザの近接場光により微細加工すると共に、前
記被加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定して
近接場光による加工状態をモニタリングすることによ
り、サブミクロン以下での微細加工を可能にした前述の
効果の他、加工対象物の被加工面をサブミクロン以下で
微細加工する上で最適制御することができる。
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の実施形態を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】ＡＦＭのプローブの具体的構造を示すレーザ加
工装置の概略構成図である。
工装置の概略構成図である。
【図３】ＡＦＭのプローブ先端に位置する光ファイバの
光透過部で発生する近接場光を示す断面図である。
光透過部で発生する近接場光を示す断面図である。
【図４】ＡＦＭのプローブ先端に位置する光ファイバの
光透過部で発生する近接場光で加工基板をレーザ加工す
る状態を示す断面図である。
光透過部で発生する近接場光で加工基板をレーザ加工す
る状態を示す断面図である。
１ レーザ発振器 ２ 光伝送路（光ファイバ） ３ プローブ ４ ＡＦＭ ７ 加工対象物（加工基板） １１ 光透過部
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０１Ｎ 13/10 Ｇ０１Ｎ 13/10 Ｆ 13/16 13/16 Ａ Ｇ０２Ｂ 21/00 Ｇ０２Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｈ 1/04 Ｇ０３Ｈ 1/04 (72)発明者 大割 寛 大阪府三島郡島本町山崎２丁目１番７号 日本非球面レンズ株式会社内 (72)発明者 實野 孝久 大阪府吹田市山田丘２−６ 大阪大学レー ザー核融合研究センター内 Ｆターム(参考） 2H052 AA00 AD19 AD31 AF03 2K008 DD03 DD12 DD22 EE04 FF27 GG05 HH01 HH21 4E068 CA17 CE04 CE08
Claims (8)
- 【請求項１】 短波長の紫外線レーザを伝送する光伝送
路の先端を尖鋭化して前記紫外線レーザの波長以下で微
小開口する光透過部を形成したことによりその光透過部
の先方に近接場光を発生させ、この近接場光の領域内に
配置された加工対象物の被加工面を前記紫外線レーザの
近接場光により微細加工することを特徴とするレーザ加
工方法。 - 【請求項２】 短波長の紫外線レーザを伝送する光伝送
路の先端をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のプローブ先端に
導出し、前記光伝送路の先端を尖鋭化して前記紫外線レ
ーザの波長以下で微小開口する光透過部を形成したこと
によりその光透過部の先方に近接場光を発生させ、この
近接場光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を
前記紫外線レーザの近接場光により微細加工すると共
に、前記被加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測
定して近接場光による加工状態をモニタリングすること
を特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項３】 前記加工対象物の被加工面が三次元面で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加
工方法。 - 【請求項４】 短波長の紫外線レーザを生成するレーザ
発振器と、そのレーザ発振器から出力された短波長の紫
外線レーザを伝送し、その紫外線レーザの波長以下で微
小開口する光透過部を先端の尖鋭化により形成した光伝
送路とを備え、前記光伝送路先端の光透過部の先方に近
接場光を発生させ、この近接場光の領域内に配置された
加工対象物の被加工面を前記紫外線レーザの近接場光に
より微細加工することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項５】 短波長の紫外線レーザを生成するレーザ
発振器と、そのレーザ発振器から出力された短波長の紫
外線レーザを伝送し、その紫外線レーザの波長以下で微
小開口する光透過部を先端の尖鋭化により形成した光伝
送路と、その光伝送路の先端が導出されたプローブを有
するＡＦＭ（原子間力顕微鏡）とを備え、前記光伝送路
先端の光透過部の先方に近接場光を発生させ、この近接
場光の領域内に配置された加工対象物の被加工面を前記
紫外線レーザの近接場光により微細加工すると共に、前
記被加工面での加工寸法をＡＦＭのプローブで測定して
近接場光による加工状態をモニタリングすることを特徴
とするレーザ加工装置。 - 【請求項６】 前記紫外線レーザの近接場光を加工対象
物の被加工面に対して走査し得るように前記加工対象物
が位置決め載置された少なくともＸＹテーブルを具備し
たことを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ加工
装置。 - 【請求項７】 前記加工対象物の被加工面が三次元面で
あることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載
のレーザ加工装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載のレー
ザ加工装置又は方法により製作され、サブミクロン以下
の微細加工パターンを有することを特徴とする光学素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051975A JP2001239390A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | レーザ加工装置及び方法とこれを用いて加工された光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051975A JP2001239390A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | レーザ加工装置及び方法とこれを用いて加工された光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001239390A true JP2001239390A (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=18573558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000051975A Withdrawn JP2001239390A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | レーザ加工装置及び方法とこれを用いて加工された光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001239390A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005097397A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Near-field scanning optical microscope for laser machining of micro- and nano- structures |
| US7198961B2 (en) | 2004-03-30 | 2007-04-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for modifying existing micro-and nano-structures using a near-field scanning optical microscope |
| US7323657B2 (en) | 2004-08-03 | 2008-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Precision machining method using a near-field scanning optical microscope |
| CN104808334A (zh) * | 2014-01-27 | 2015-07-29 | 精工爱普生株式会社 | 致动器控制装置、光学模块及电子设备 |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000051975A patent/JP2001239390A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005097397A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Near-field scanning optical microscope for laser machining of micro- and nano- structures |
| US7053351B2 (en) | 2004-03-30 | 2006-05-30 | Matsushita Electric Industrial, Co., Ltd | Near-field scanning optical microscope for laser machining of micro- and nano- structures |
| US7198961B2 (en) | 2004-03-30 | 2007-04-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for modifying existing micro-and nano-structures using a near-field scanning optical microscope |
| US7323657B2 (en) | 2004-08-03 | 2008-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Precision machining method using a near-field scanning optical microscope |
| CN104808334A (zh) * | 2014-01-27 | 2015-07-29 | 精工爱普生株式会社 | 致动器控制装置、光学模块及电子设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070501 |