JP2001276985A - Marking method and equipment, and marked optical member - Google Patents

Marking method and equipment, and marked optical member

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JP2001276985A
JP2001276985A JP2000258854A JP2000258854A JP2001276985A JP 2001276985 A JP2001276985 A JP 2001276985A JP 2000258854 A JP2000258854 A JP 2000258854A JP 2000258854 A JP2000258854 A JP 2000258854A JP 2001276985 A JP2001276985 A JP 2001276985A
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laser beam
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pattern
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健一 林
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a marking method capable of easily recognizing an existence of a marking without using a special reading equipment and also capable of avoiding a destruction of material and a deterioration of material strength. SOLUTION: A transparent glass substrate 1 is provided for a marking object. A laser beam with a wavelength capable of permeating a material forming the transparent glass substrate 1 is focused inside the transparent glass substrate 1 so as to cause a multiphoton absorption. A focusing position of the laser beam is moved so that a range of a changed refractive index caused by the multiphoton absorption can provide for a diffraction pattern causing a visible light to diffract.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、透明材料内部にレ
ーザ光を収束させて、収束された部分の光学的性質を変
化させ、マークを形成する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for converging a laser beam inside a transparent material, changing the optical properties of the converged portion, and forming a mark.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、透明材料の内部にマーキングする
方法として、特表平6−500275号公報、特開平7
−136782号公報、特許第2810151号公報等
に開示の方法が知られている。これらは、いずれも、透
明材料の内部にレーザ光を集光させ、非線形吸収効果に
より内部にクラックを発生させる方法である。このクラ
ックによる不透明な部分がマークを構成する。このよう
なマーキング方法を用いて鮮明なマークを得るために
は、クラックを大きくする必要がある。ところが、クラ
ックを大きくすると材料の強度が低下したり、表面にま
でクラックが到達し、破壊に至るおそれがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of marking inside a transparent material, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-500275 and Japanese Patent Application Laid-Open No.
The methods disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. -136782 and Japanese Patent No. 2810151 are known. Each of these methods is a method of condensing a laser beam inside a transparent material and generating a crack inside by a nonlinear absorption effect. The opaque part due to the crack constitutes a mark. In order to obtain a clear mark using such a marking method, it is necessary to increase cracks. However, if the cracks are increased, the strength of the material may be reduced, or the cracks may reach the surface and may be broken.

【0003】本願発明者は、特開平11−13896号
公報に開示のように、薄いガラス基板の内部だけにクラ
ックを形成するために特別の制御を行うレーザ光照射方
法をすでに試みている。
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-13896, the inventor of the present application has already attempted a laser beam irradiation method for performing special control to form a crack only inside a thin glass substrate.

【0004】また、本願発明者は、特開平11−267
861号公報に開示のように、クラック生成によらず、
屈折率変化を生じさせて、これをマークに用いる方法も
開発した。この方法では、クラックを生じさせないの
で、破損に至る可能性を上記特開平11−13896号
公報に開示の方法よりもさらに低減できる。
Further, the inventor of the present application disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-267.
As disclosed in Japanese Patent No. 861, regardless of crack generation,
A method of causing a change in the refractive index and using the mark as a mark was also developed. In this method, cracks are not generated, so that the possibility of breakage can be further reduced as compared with the method disclosed in JP-A-11-13896.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような屈折率変
化を用いる方法では、マークの大きさが極めて小さくな
る。このため、マークの存在を検出するために、特別な
読み取り装置を用いる必要がある。つまり、上記方法
は、「隠しマーク」の形成に適しているが、一般のマー
キングにはあまり適していない。
In the above method using the change in the refractive index, the size of the mark becomes extremely small. Therefore, it is necessary to use a special reading device to detect the presence of the mark. In other words, the above method is suitable for forming “hidden marks”, but is not very suitable for general marking.

【0006】本発明の目的は、特別な読み取り装置を用
いることなくマークの存在を比較的容易に確認でき、し
かも材料の破壊や強度低下を回避できるマーキング方法
及び装置と、これらを用いて形成した表示装置とを提供
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a marking method and apparatus which can relatively easily confirm the presence of a mark without using a special reading device and which can avoid destruction of a material and a decrease in strength. Display device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、マーキング対象物を準備する工程と、前記マーキン
グ対象物を形成する材料を透過する波長域のレーザ光を
前記マーキング対象物の内部に収束させて、多光子吸収
させる工程と、多光子吸収によって屈折率の変化した領
域が、可視光を回折させる回折パターンを構成するよう
にレーザ光の収束位置を移動させる工程とを有するマー
キング方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a step of preparing a marking object, and applying a laser beam in a wavelength range that transmits a material forming the marking object to the inside of the marking object. The marking method includes a step of converging and multi-photon absorption, and a step of moving the convergence position of the laser light so that a region having a changed refractive index due to multi-photon absorption forms a diffraction pattern for diffracting visible light. Provided.

【0008】本発明の他の観点によると、マーキング対
象物を載置するステージと、前記マーキング対象物を形
成する材料を透過する波長域のレーザ光を発生する光源
と、前記光源からの前記レーザ光を前記マーキング対象
物の内部に収束させて、多光子吸収させる光学系と、前
記レーザ光の収束位置に、多光子吸収により形成される
変質領域が、可視光を回折させる回折格子を構成するよ
うに、該収束位置を移動させる移動手段とを有するマー
キング装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, a stage on which a marking object is placed, a light source for generating laser light in a wavelength range that transmits a material forming the marking object, and the laser from the light source An optical system that causes light to converge inside the marking object and absorbs multiphotons, and an altered region formed by multiphoton absorption at the convergence position of the laser light forms a diffraction grating that diffracts visible light. Thus, there is provided a marking device having moving means for moving the convergence position.

【0009】上記方法及び装置では、マーキング対象物
を形成する材料を透過する波長域のレーサ光をマーキン
グ対象物の内部に収束させて多光子吸収させるので、光
子エネルギが比較的低いレーザ光であっても、これを用
いてマーキング対象物の内部の集光点に限定して、比較
的大きな光学的特性(例えば屈折率)の変化を生じさせる
ことができる。このような光学的特性の変化は、クラッ
クの場合と異なり、マーキング対象物を破壊したり、強
度の低下を生じさせたりすることはない。また、上記方
法では、屈折率の変化した領域が、可視光を回折させ
る。このため、巨視的には、形成されたマークが明暗や
色彩の変化として認識される。
In the above method and apparatus, the laser beam having a relatively low photon energy is used because the laser light in the wavelength range that passes through the material forming the marking object is converged into the inside of the marking object and multiphoton absorbed. However, by using this, a relatively large change in the optical characteristics (for example, the refractive index) can be caused by limiting the focus point inside the marking object. Unlike the case of a crack, such a change in the optical characteristics does not destroy the marking object or cause a decrease in strength. Further, in the above method, the region where the refractive index has changed diffracts visible light. Therefore, macroscopically, the formed mark is recognized as a change in brightness or color.

【0010】本発明の他の観点によると、内部に、光学
的特性の異なる部分で構成されたパターンが形成され、
かつ可視光を透過させる材料で形成された光学部材であ
って、該パターンが、可視光を回折させるパターンであ
る前記光学部材が提供される。
[0010] According to another aspect of the present invention, a pattern composed of portions having different optical characteristics is formed inside,
And an optical member formed of a material that transmits visible light, wherein the pattern is a pattern that diffracts visible light.

【0011】可視光の回折により、光学的特性の異なる
部分で構成されたパターンからなるマークが、明暗や色
彩の変化として認識される。このマークを、装置の識別
符号として用いることができる。また、光学部材に、カ
ラフルなマークが付された装飾品としての価値を持たせ
ることも可能である。
[0011] By the diffraction of visible light, a mark composed of a pattern composed of portions having different optical characteristics is recognized as a change in brightness or color. This mark can be used as an identification code for the device. Further, the optical member can be given a value as a decorative article with a colorful mark.

【0012】本発明の他の観点によると、加工対象物
に、対物レンズのNA及び1パルスあたりのエネルギを
変化させてパルスレーザビームを照射し、レーザビーム
の集光点に変質領域を形成する第1工程と、形成された
変質領域の長さと、NA及び1パルスあたりのエネルギ
との関係を求める第2工程と、形成すべき変質領域の長
さを決定する第3工程と、前記第2工程で求められた関
係と形成すべき変質領域の長さとから、用いるべきNA
及び1パルスあたりのエネルギを決定する第4工程と、
決定されたNA及び1パルスあたりのエネルギで、前記
加工対象物にレーザビームを集光し、変質領域を形成す
る第5工程とを有するマーキング方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, the object to be processed is irradiated with a pulsed laser beam by changing the NA of the objective lens and the energy per pulse, thereby forming an altered region at the focal point of the laser beam. A first step, a second step of determining the relationship between the length of the formed altered region, the NA and the energy per pulse, a third step of determining the length of the altered region to be formed, From the relationship determined in the process and the length of the altered region to be formed, the NA to be used
And a fourth step of determining the energy per pulse;
A laser beam is focused on the workpiece with the determined NA and the energy per pulse, and a fifth step of forming a deteriorated region is provided.

【0013】NA及び1パルスあたりのエネルギを適当
に選択することにより、所望の長さの変質領域を形成す
ることができる。
By appropriately selecting the NA and the energy per pulse, it is possible to form an altered region having a desired length.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の実施例によるマーキング
装置及び方法について図面を参照しつつ具体的に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A marking device and method according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明の実施例によるマーキング
装置10の概略を示す斜視図である。マーキング装置1
0は、マーキング対象物である透明ガラス基板1を透過
する波長域のレーザ光を発生するレーザ光源11と、レ
ーザ光源11から出射したレーザ光のビーム形状を整形
するビーム整形器12と、透明ガラス基板1中に形成さ
れるレーザ光の収束位置を所定のパターンに沿って移動
させるガルバノスキャナ13と、透明ガラス基板1中の
所望の深さの位置にレーザ光を集光させるfθレンズ1
4と、透明ガラス基板1を載置してXY面内で適宜移動
するステージ15とを有する。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a marking device 10 according to an embodiment of the present invention. Marking device 1
Reference numeral 0 denotes a laser light source 11 that generates laser light in a wavelength range that passes through the transparent glass substrate 1 as a marking target, a beam shaper 12 that shapes the beam shape of the laser light emitted from the laser light source 11, and a transparent glass A galvano scanner 13 for moving the convergence position of the laser light formed in the substrate 1 along a predetermined pattern, and an fθ lens 1 for condensing the laser light at a desired depth in the transparent glass substrate 1
4 and a stage 15 on which the transparent glass substrate 1 is placed and which is appropriately moved in the XY plane.

【0016】レーザ光源11として、例えばモードロッ
クしたTi:サファイアレーザを用いることができる。
レーザ光源11は、例えばパルス幅130fs、波長8
00nm、平均出力1W、繰返し同波数1kHzのパル
ス状レーザビームを出力する。レーザ光源11として、
Ti:サファイアレーザ以外に、YAGレーザ、YLF
レーザ等のレーザダイード(LD)励起型固体レーザ発
振器を用いることもできる。また、それらのレーザ発振
器から出力された基本波の高調波を生成する各種レーザ
光源を用いることもできる。
As the laser light source 11, for example, a mode-locked Ti: sapphire laser can be used.
The laser light source 11 has, for example, a pulse width of 130 fs and a wavelength of 8
A pulsed laser beam having a wavelength of 00 nm, an average output of 1 W, and a repetition frequency of 1 kHz is output. As the laser light source 11,
Ti: In addition to sapphire laser, YAG laser, YLF
A laser diode (LD) pumped solid-state laser oscillator such as a laser can also be used. Various laser light sources that generate harmonics of the fundamental wave output from the laser oscillators can also be used.

【0017】ガルバノスキャナ13は、一対のガルバノ
ミラー13aを回転駆動するミラー駆動装置と高輝度の
位置検出装置とを備えており、fθレンズ14によって
透明ガラス基板1中に形成されるビームスポットをXY
面内で任意の点に移動させることができる。また、ガル
バノスキャナ13は、駆動部13bを介してコンピュー
タ20により制御される。コンピュータ20は、ガルバ
ノスキャナ13の駆動をレーザ光源11のパルス発振に
同期させる。
The galvano scanner 13 includes a mirror driving device that rotationally drives a pair of galvanometer mirrors 13a and a high-brightness position detecting device. The galvano scanner 13 scans a beam spot formed in the transparent glass substrate 1 by the fθ lens 14 with XY.
It can be moved to any point in the plane. The galvano scanner 13 is controlled by the computer 20 via the drive unit 13b. The computer 20 synchronizes the drive of the galvano scanner 13 with the pulse oscillation of the laser light source 11.

【0018】fθレンズ14は、透明ガラス基板1中に
レーザ光を集光させるだけでなく、レーザ光の集光点
を、ガルバノスキャナ13による走査中も常に一定の深
さに保つ。なお、ステージ15を動作させて透明ガラス
基板1をZ方向に移動させる代わりにfθレンズ14を
Z方向に移動させても同様の効果が得られるのは言うま
でもない。
The fθ lens 14 not only focuses the laser light on the transparent glass substrate 1 but also keeps the focus of the laser light at a constant depth during scanning by the galvano scanner 13. It is needless to say that the same effect can be obtained by moving the fθ lens 14 in the Z direction instead of moving the transparent glass substrate 1 in the Z direction by operating the stage 15.

【0019】fθレンズ14によって形成されたレーザ
光の集光点に、屈折率変化が生じた変質部分が形成され
る。このような集光点をガルバノスキャナ13によって
走査することにより、変質部分からなる所望のパターン
を形成することができる。このようなパターンが例えば
可視光を回折させる回折格子を構成する場合、このパタ
ーンが、回折光により視覚的に認識される。
At the focal point of the laser beam formed by the fθ lens 14, an altered portion having a change in the refractive index is formed. By scanning such a condensing point by the galvano scanner 13, a desired pattern including a deteriorated portion can be formed. When such a pattern constitutes, for example, a diffraction grating that diffracts visible light, this pattern is visually recognized by the diffracted light.

【0020】ステージ15は、遠明ガラス基板1をXY
面内で任意の位置に移動させることによってマークの形
成位置を調節する。ガルバノスキャナ13を駆動するこ
とによって、変質部分からなる単位回折パターンが形成
される。ステージ15を適宜動作させることによって、
複数の単位回折パターンを透明ガラス基板1中の任意の
箇所に形成することができる。これにより、図形、文
字、記号等を表すマークを内部に埋め込んだ表示装置が
得られる。なお、ステージ15の動作は、コンピュータ
20によって制御されており、カルパノスキャナ13や
レーザ光源11と同期する。
The stage 15 holds the far-light glass substrate 1 in XY
The mark formation position is adjusted by moving the mark to an arbitrary position in the plane. By driving the galvano scanner 13, a unit diffraction pattern including a deteriorated portion is formed. By appropriately operating the stage 15,
A plurality of unit diffraction patterns can be formed at arbitrary positions in the transparent glass substrate 1. Thus, a display device in which marks representing figures, characters, symbols, and the like are embedded is obtained. The operation of the stage 15 is controlled by the computer 20, and is synchronized with the Carpano scanner 13 and the laser light source 11.

【0021】ステージ15は、透明ガラス基板1をZ方
向に微動させることもできる。これにより、透明ガラス
基板1中に形成されるマークの深さを調節することがで
きる。例えば、透明ガラス基板1中の第1の深さに第1
のマークを形成し、第2の深さに第2のマークを形成す
れば、多層構造のマークを形成することができる。さら
に、ガルバノスキャナ13等を利用して回折マークを形
成しつつステージ15を3次元的にステップ移動させる
ことにより、立体的に配置されたマークを形成すること
もできる。
The stage 15 can finely move the transparent glass substrate 1 in the Z direction. Thereby, the depth of the mark formed in the transparent glass substrate 1 can be adjusted. For example, a first depth in the transparent glass substrate 1
By forming the second mark and forming the second mark at the second depth, a mark having a multilayer structure can be formed. Furthermore, the marks arranged three-dimensionally can be formed by moving the stage 15 stepwise in three dimensions while forming diffraction marks by using the galvano scanner 13 or the like.

【0022】透明ガラス基板1は、レーザ光源11から
のレーザ光を透過させ、かつこのレーザ光に対して効率
的な多光子吸収が生ずるものであればよい。ただし、内
部に形成される回折マークを視覚的に認識するために
は、可視光をほぼ透過させるものである必要もある。例
えば、GeO2−SiO2ガラス等を用いることができ
る。また、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス等各種の材料
に回折マークを形成できることが確認されている。
The transparent glass substrate 1 only needs to transmit laser light from the laser light source 11 and generate efficient multiphoton absorption of the laser light. However, in order to visually recognize the diffraction mark formed inside, it is necessary that the diffraction mark substantially transmits visible light. For example, GeO 2 —SiO 2 glass or the like can be used. It has also been confirmed that diffraction marks can be formed on various materials such as soda-lime glass and quartz glass.

【0023】以下、図1の装置の動作について説明す
る。まず、透明ガラス基板1をステージ15上に載置
し、回折マークを形成すべき部位をfθレンズ14の直
下に移動させる(ステップS1)。
The operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. First, the transparent glass substrate 1 is placed on the stage 15, and a portion where a diffraction mark is to be formed is moved directly below the fθ lens 14 (step S1).

【0024】次に、ガルバノスキャナ13をレーザ光源
11と同期して動作させて、レーザ光の集光点を走査す
る(ステップS2)。この際、レーザ光源11がフェム
ト秒オーダの極短パルスを発生させるので、集光点で多
光子吸収が効率的に生じる。このような多光子吸収を利
用すれば、本来吸収のない赤外レーザ光によるエネルギ
の注入が可能になる。これにより、集光点に限定して比
較的大きな屈折率等の光学的特性の変化を生じさせるこ
とができる。このような特性変化は、透明ガラス基板1
の密度変化や結合状態の変化等に起因して形成される光
学的非線型現象であり、恒久的にガラス中に残存して変
質部分を形成する。このような変質部分がガルバノスキ
ャナ13の走査の軌跡に沿って透明ガラス基板1中に形
成される。
Next, the galvano scanner 13 is operated in synchronization with the laser light source 11 to scan the focal point of the laser light (step S2). At this time, since the laser light source 11 generates an ultrashort pulse on the order of femtoseconds, multiphoton absorption occurs efficiently at the focal point. If such multiphoton absorption is utilized, energy can be injected by infrared laser light which does not originally absorb. As a result, a relatively large change in optical characteristics such as a refractive index can be caused only at the converging point. Such a change in the characteristics is caused by the transparent glass substrate 1
Is an optical non-linear phenomenon formed due to a change in density, a change in a bonding state, or the like, and permanently remains in glass to form a deteriorated portion. Such a deteriorated portion is formed in the transparent glass substrate 1 along the scanning locus of the galvano scanner 13.

【0025】変質部分がブラッグ回折格子を構成するよ
うにレーザ光を走査すれば、ブラッグ回折格子が形成さ
れる。この回折格子に可視光が入射すると、その格子間
隔に応じた方向に回折された光が出射する。例えば、こ
の回折格子を白色光で照明し、角度を変えて観察する
と、マークが虹色に変化するように見える。さらに、こ
の回折格子を単色光で照明すると、単色光の波長に応じ
た特定の角度に回折された光が出射する。これを単色光
だけを透過させるフィルタを通して観察すれば、高いS
/N比でマークを検知することが可能になる。なお、回
折格子を形成する走査領域の輪郭は、矩形に限られるも
のではなく、円形やその他の図形とすることができる。
When the laser beam is scanned so that the altered portion forms a Bragg diffraction grating, a Bragg diffraction grating is formed. When visible light enters this diffraction grating, light diffracted in a direction corresponding to the grating interval is emitted. For example, when the diffraction grating is illuminated with white light and observed at different angles, the mark appears to change to a rainbow color. Furthermore, when this diffraction grating is illuminated with monochromatic light, light diffracted at a specific angle corresponding to the wavelength of the monochromatic light is emitted. When this is observed through a filter that transmits only monochromatic light, a high S
The mark can be detected by the / N ratio. Note that the contour of the scanning area forming the diffraction grating is not limited to a rectangle, but may be a circle or another figure.

【0026】次に、レーザ光の走査を一時中断し、ステ
ージ15を動作させて透明ガラス基板1を移動させる。
これにより、レーザ光の集光点を、次に回折格子を形成
すべき位置に移動させる(ステッブS3)。
Next, the scanning of the laser beam is temporarily stopped, and the stage 15 is operated to move the transparent glass substrate 1.
As a result, the focal point of the laser beam is moved to a position where a diffraction grating is to be formed next (step S3).

【0027】ステップS2と同様に、ガルバノスキャナ
13をレーザ光源11とを、両者が同期するように動作
させて、レーザ光の集光点を走査する。これにより、こ
の位置にも回折格子を形成することができる(ステップ
S4)。
As in step S2, the galvano scanner 13 is operated so that the laser light source 11 and the laser light source 11 are synchronized with each other, and scans the focal point of the laser light. Thereby, a diffraction grating can be formed also at this position (step S4).

【0028】以上のステップS3とS4とを繰り返すこ
とにより、所望の位置に回折格子を順次形成することが
できる。全体として図形、文字、記号として認識される
マークを透明ガラス基板1中に形成することができる。
このマークは、視覚的に認識され得る限り任意のパター
ンとすることができ、識別コードであってもよく、それ
自体に意味のない装飾であってもよい。
By repeating the above steps S3 and S4, diffraction gratings can be sequentially formed at desired positions. Marks that are recognized as figures, characters, and symbols as a whole can be formed in the transparent glass substrate 1.
This mark may be any pattern as long as it can be visually recognized, may be an identification code, or may be a decoration having no meaning in itself.

【0029】以上説明した図1のマーキング装置では、
ガルバノスキャナ13によって透明ガラス基板1の面内
方向にレーザ光を走査して回折格子を形成しているが、
ガルバノスキャナ13の代わりにステージ15の駆動系
を利用してレーザ光を走査することもできる。この場
合、ガルバノスキャナ13を動作させる必要がなくなる
ので、ガルバノスキャナ13を単なる偏向ミラーに置き
換えることもできる。また、fθレンズ14に代えて、
通常の対物レンズ、例えば顕微鏡用対物レンズを用いる
ことができる。なお、ステージ15の駆動系は、高速か
つ高精度で動作するものとすることが望ましい。
In the marking device of FIG. 1 described above,
The laser beam is scanned in the in-plane direction of the transparent glass substrate 1 by the galvano scanner 13 to form a diffraction grating.
Laser light can be scanned using a drive system of the stage 15 instead of the galvano scanner 13. In this case, since it is not necessary to operate the galvano scanner 13, the galvano scanner 13 can be replaced with a simple deflecting mirror. Also, instead of the fθ lens 14,
An ordinary objective lens, for example, a microscope objective lens can be used. It is desirable that the drive system of the stage 15 be operated at high speed and with high accuracy.

【0030】さらに、ガルバノスキャナ13とステージ
15の駆動系とを併用してレーザ光を走査して回折格子
を形成することもできる。この場合、例えばガルバノス
キャナ13による比較的高速の走査を主走査とし、ステ
ージ15の駆動系による比較的低速の走査を副走査とす
る。
Furthermore, the diffraction grating can be formed by scanning the laser beam using the galvano scanner 13 and the drive system of the stage 15 together. In this case, for example, relatively high-speed scanning by the galvano scanner 13 is defined as main scanning, and relatively low-speed scanning by the drive system of the stage 15 is defined as sub-scanning.

【0031】以下、マークの具体的な作製例について説
明する。なお、以下の例では、ステージ15の駆動系の
みを利用してレーザ光を走査して回折マークを形成し
た。また、fθレンズ14の代わりに、焦点距離が10
mmで、開口数(NA)が0.23の顕微鏡用対物レン
ズを用いた。このレンズを経たレーザ光の1パルスあた
りのエネルギは0.2〜0.4μJ/パルス程度であ
る。
Hereinafter, a specific example of manufacturing a mark will be described. In the following example, a diffraction mark was formed by scanning a laser beam using only the drive system of the stage 15. Also, instead of the fθ lens 14, the focal length is 10
A microscope objective with a numerical aperture (NA) of 0.23 mm was used. The energy per pulse of the laser beam passing through this lens is about 0.2 to 0.4 μJ / pulse.

【0032】図2(a)及び(b)は、それぞれ単一パ
ルスのレーザ光によってその焦点周辺に形成される変質
領域の正面図及び平面図である。図2(a)は、変質領
域を光軸方向に垂直な方向から見た図であり、図2
(b)は、光軸方向に沿って見た図である。レーザ光の
ビーム断面内の強度分布は、その光軸OAに関して無限
回回転対称である。実施例で得た変質領域1aは、光軸
OAに沿った棒状であり、直径ADが約1μmで長さA
Lが20〜30μm程度であった。
FIGS. 2A and 2B are a front view and a plan view, respectively, of a deteriorated region formed around the focal point by a single-pulse laser beam. FIG. 2A is a diagram of the altered region viewed from a direction perpendicular to the optical axis direction.
(B) is a diagram viewed along the optical axis direction. The intensity distribution in the beam cross section of the laser light is infinitely rotationally symmetric with respect to the optical axis OA. The deteriorated region 1a obtained in the example has a rod shape along the optical axis OA, a diameter AD of about 1 μm and a length A
L was about 20 to 30 μm.

【0033】なお、集光レンズの焦点深度が約5μmで
あるにもかかわらず、変質領域1aは、光軸に沿って3
0μmまで延びている。このような現象が生じるのは、
光カー効果による自己集光効果が回折と均衡しているた
めと考えられる。さらに、熱的な非線型性によって自己
集光効果が生じているとも考えられる。
Note that, despite the fact that the focal depth of the condenser lens is about 5 μm, the altered region 1a
It extends to 0 μm. This phenomenon occurs because
It is considered that the self-condensing effect due to the optical Kerr effect is balanced with the diffraction. Further, it is considered that the self-condensing effect is caused by thermal nonlinearity.

【0034】次に、レーザ光の集光条件を変えた他の実
施例について説明する。焦点距離100mmのレンズで
NAを0.05とし、1パルスあたりのエネルギ2μJ
/パルスのレーザビームを入射したところ、長さ約50
0μm、直径約1〜2μmの変質領域を形成することが
できた。使用したレーザはTi:サファイアレーザで、
繰り返しの周期が1kHzで、波長が800nmで、パ
ルス幅が約130fsである。
Next, another embodiment in which the laser light focusing condition is changed will be described. A lens with a focal length of 100 mm and NA of 0.05, energy per pulse 2 μJ
/ Length of about 50
An altered region having a diameter of 0 μm and a diameter of about 1 to 2 μm was formed. The laser used was Ti: sapphire laser,
The repetition period is 1 kHz, the wavelength is 800 nm, and the pulse width is about 130 fs.

【0035】参考のため、ガラス中に1つのパルス光を
集光させた後の温度上昇を計算することによって後者の
実施例における自己集光効果を評価してみた。温度上昇
を計算するため、下記の3次元熱拡散方程式(1)を解
析した。
For reference, the self-condensing effect in the latter embodiment was evaluated by calculating the temperature rise after condensing one pulse light in the glass. In order to calculate the temperature rise, the following three-dimensional heat diffusion equation (1) was analyzed.

【0036】[0036]

【数1】 ∂u/∂t=a{(∂2/∂x2)u+(∂2/∂y2)u+(∂2/∂z2)u} ・・・(1) ここで、uは温度、tは時間、aは拡散係数である。レ
ーザパルスのエネルギ吸収は、Lambert−Bee
rの法則に従い、最初の温度分布はガウス分布であるも
のと仮定した。t=0の時の温度uとして106Kを用
い、ガラスの熱温度係数として〜10-7を用いた。レー
ザパルスの繰り返し周波数が1kHzであるので、パル
ス間隔は1msとした。計算の結果、残留温度上昇は、
パルス幅130fsのパルスレーザビームを照射した1
ms後に約10℃であった。結局、入射パルスが多数に
なる場合には、熱自己集光効果が重要となる。
1u / ∂t = a {(∂ 2 / ∂x 2 ) u + (∂ 2 / ∂y 2 ) u + (∂ 2 / ∂z 2 ) u} (1) where u Is the temperature, t is the time, and a is the diffusion coefficient. The energy absorption of the laser pulse is Lambert-Bee
Following r's law, the initial temperature distribution was assumed to be Gaussian. As the temperature u at t = 0, 10 6 K was used, and as a heat temperature coefficient of glass, -10 -7 was used. Since the repetition frequency of the laser pulse is 1 kHz, the pulse interval was 1 ms. As a result of the calculation, the residual temperature rise is
1 irradiated with a pulse laser beam having a pulse width of 130 fs
It was about 10 ° C. after ms. After all, when the number of incident pulses increases, the thermal self-focusing effect becomes important.

【0037】図3は、ステージ15を動作せた時のレー
ザビームの集光点の軌跡を示す。図3の横方向が主走査
方向であり、縦方向が副走査方向である。主走査の速度
は0.1mm/sであり、走査線の間隔(副走査のピッ
チ)は4μmである。この走査により、1mm×1mm
の正方形の範囲内にブラッグ回折格子が形成される。
FIG. 3 shows the trajectory of the focal point of the laser beam when the stage 15 is operated. The horizontal direction in FIG. 3 is the main scanning direction, and the vertical direction is the sub-scanning direction. The speed of the main scanning is 0.1 mm / s, and the interval between the scanning lines (the pitch of the sub-scanning) is 4 μm. By this scanning, 1 mm x 1 mm
A Bragg diffraction grating is formed in the range of the square.

【0038】主走査の速度が0.1mm/sであるた
め、変質領域の主走査方向の間隔が0.1μmになる。
1ショットで形成される変質領域の直径が1〜2μmで
あるため、変質領域は主走査方向に連なって配置され
る。
Since the main scanning speed is 0.1 mm / s, the interval between the affected areas in the main scanning direction is 0.1 μm.
Since the diameter of the altered region formed in one shot is 1-2 μm, the altered regions are arranged continuously in the main scanning direction.

【0039】図4は、透明ガラス基板1中の走査領域に
形成される回折格子を示す。図4(a)は、第1層目の
ブラッグ回折格子30を作製している工程を示す。図4
(b)は、第2層目のブラッグ回折格子30を作製して
いる工程を示す。回折格子のグレーティングベクトルの
向きをX方向、レーザビームの集光点の主走査方向をY
方向とするXYZ直交座標系を考える。
FIG. 4 shows a diffraction grating formed in a scanning area in the transparent glass substrate 1. FIG. 4A shows a step of manufacturing the first-layer Bragg diffraction grating 30. FIG.
(B) shows a step of manufacturing the second-layer Bragg diffraction grating 30. The direction of the grating vector of the diffraction grating is in the X direction, and the main scanning direction of the focal point of the laser beam is in the Y direction.
Consider an XYZ orthogonal coordinate system as a direction.

【0040】回折格子は、Z方向に重なった2層構造の
ブラッグ回折格子30で構成される。1層分のブラッグ
回折格子30の厚さTは30μmである。なお、1層目
のブラッグ回折格子30と2層目のブラッグ回折格子3
0との光軸方向(Z方向)の位置ずれSは、厚さTとほ
ぼ等しい30μmとした。2層目の回折格子30は、1
層目の回折格子をZ方向に位置ずれ量Sだけ平行移動す
ると、2層目の回折格子に重なる。これにより、厚さ6
0μmの回折格子が得られる。詳細は後述するが、得ら
れた回折マークによる回折効率は、十数%程度となっ
た。
The diffraction grating is constituted by a Bragg diffraction grating 30 having a two-layer structure overlapping in the Z direction. The thickness T of the Bragg diffraction grating 30 for one layer is 30 μm. The first-layer Bragg diffraction grating 30 and the second-layer Bragg diffraction grating 3
The displacement S in the optical axis direction (Z direction) from 0 was set to 30 μm, which is almost equal to the thickness T. The diffraction grating 30 of the second layer
When the diffraction grating of the layer is moved in parallel in the Z direction by the displacement S, the diffraction grating of the second layer overlaps the diffraction grating of the second layer. Thereby, the thickness 6
A 0 μm diffraction grating is obtained. Although the details will be described later, the diffraction efficiency of the obtained diffraction mark was about ten and several percent.

【0041】以下、ブラッグ回折格子30に生じている
屈折率変化について説明する。Kogelnikの結合
モード理論は、屈折率変化の強度を評価するため、式
(2)を与える。
Hereinafter, the change in the refractive index occurring in the Bragg diffraction grating 30 will be described. Kogelnik's coupled mode theory gives equation (2) to evaluate the magnitude of the refractive index change.

【0042】[0042]

【数2】 η=sin2(πn1T/λ0cosθB) ・・・(2) ここで、ηは回折効率、n1は屈折率変化の強度、Tは
グレーティングの厚さ、λ0は入射ビームの波長、θB
ブラッグの入射角を表す。ブラッグ条件は、
Η = sin 2 (πn 1 T / λ 0 cos θ B ) (2) where η is the diffraction efficiency, n 1 is the intensity of the refractive index change, T is the thickness of the grating, λ 0 Represents the wavelength of the incident beam, and θ B represents the incident angle of Bragg. The Bragg condition is

【0043】[0043]

【数3】 ks=ki+K ・・・(3) で与えられる。ここで、ksは回折波数ベクトル、ki
入射波数ベクトル、Kは格子ベクトルを表す。
K s = k i + K (3) Here, k s is the diffraction wave vector, k i is the incident wave vector, K is representative of the grating vector.

【0044】屈折率分布は、上記理論において正弦波状
であると仮定される。形成した格子の屈折率変化は正弦
波とは異なり、くし歯形関数のような形となる。これ
は、レーザパルスによって生じる屈折率変化が集光点の
近傍に局在するからである。本評価においては、形成し
た回折格子が、正弦波状の回折格子の重ね合わせである
と仮定した。屈折率変化n(x)は、
The refractive index distribution is assumed to be sinusoidal in the above theory. The refractive index change of the formed grating is different from a sine wave, and has a shape like a comb-shaped function. This is because the change in the refractive index caused by the laser pulse is localized near the focal point. In this evaluation, it was assumed that the formed diffraction grating was a superposition of sinusoidal diffraction gratings. The refractive index change n (x) is

【0045】[0045]

【数4】 n(x)=(Σm L=1Lcos(Lπx/Λ) ・・・(4) と表される。ここで、mは整数、xは回折格子ベクトル
の方向に沿った座標、n Lは正弦波状の屈折率回折格子
の振幅、2Λは各回折格子の周期を表す。
(4) n (x) = (Σm L = 1nLcos (Lπx / Λ) (4) Where m is an integer and x is a diffraction grating vector
Coordinates along the direction of n LIs a sinusoidal refractive index diffraction grating
Represents the period of each diffraction grating.

【0046】上記式(2)、(3)、(4)を用いるこ
とによって、屈折率分布を評価した。屈折率変化は通常
小さい(約10-3)ので、Bornの一次近似を利用し
た。この一次近似では、一つのグレーティングで回折さ
れる光線が他の回折格子で回折されないものと仮定され
る。He−Neレーザの光線を入射光線として用い、入
射角を変化させることにより高次回折光を求めた。5次
回折光まで観察することができたが、3次よりも高次の
回折光の強度は0次光の0.1%未満であることから、
式(4)において3次回折光まで含めた。
The refractive index distribution was evaluated by using the above equations (2), (3) and (4). Since the change in the refractive index is usually small (about 10 -3 ), Born's first-order approximation was used. In this first approximation, it is assumed that light rays diffracted by one grating are not diffracted by another diffraction grating. High-order diffracted light was obtained by changing the angle of incidence using a light beam of a He-Ne laser as an incident light beam. Although it was possible to observe up to the fifth-order diffracted light, since the intensity of the diffracted light of the higher order than the third order is less than 0.1% of the zero-order light,
In Equation (4), even the third-order diffracted light is included.

【0047】以下の表1は、第1層のブラッグ回折格子
30のみを作製した段階における計測結果を示す。
Table 1 below shows the measurement results at the stage when only the first layer Bragg diffraction grating 30 was manufactured.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】図5は、評価した屈折率変化の分布を示
す。横軸は基準点からグレーティングベクトルに沿った
方向への変位を単位「μm」で表し、縦軸は屈折率変化
n(x)を表す。図5は、屈折率変化量が1.5×10
-3になることを示している。形成した回折格子の全散乱
損失は15%になる。大きな散乱損失と低い回折効率は
局所的な破壊やボイドと言った不均質に起因すると考え
られる。ボイドの周囲の領域では、ガラスの密度増加に
よって屈折率が高くなり、ボイドの領域内では屈折率が
低下しているものと思われる。この実験で評価した屈折
率変化は、ボイドが発生しないで屈折率のみが変化した
領域と、ボイド部分との屈折率を平均した値であると考
えられる。
FIG. 5 shows the distribution of the evaluated refractive index change. The horizontal axis represents the displacement from the reference point in the direction along the grating vector in the unit of “μm”, and the vertical axis represents the refractive index change n (x). FIG. 5 shows that the amount of change in the refractive index is 1.5 × 10
-3 . The total scattering loss of the formed diffraction grating is 15%. The high scattering loss and low diffraction efficiency are believed to be due to local destruction and inhomogeneities such as voids. It is considered that the refractive index increases in the region around the void due to the increase in the density of the glass, and the refractive index decreases in the region around the void. The refractive index change evaluated in this experiment is considered to be a value obtained by averaging the refractive indices of a region where only the refractive index has changed without generating voids and a void portion.

【0050】式(2)は、回折格子の厚さが増大すると
ともに回折効率も増大することを示す。回折格子の厚さ
を増すため集光点を光軸に沿って移動させることによっ
て2層の回折格子を作製した場合(図4(b)参照)、
1次回折光の回折効率が13%まで増加した。
Equation (2) shows that the diffraction efficiency increases as the thickness of the diffraction grating increases. In the case where a two-layer diffraction grating is manufactured by moving the focal point along the optical axis in order to increase the thickness of the diffraction grating (see FIG. 4B),
The diffraction efficiency of the first-order diffracted light increased to 13%.

【0051】上記実施例では、ブラッグ回折格子30の
ピッチを4μmに固定しているが、回折格子のピッチ
は、周期的な変調をかけたものであってもよい。例え
ば、回折格子のピッチに、4μm、5μm、6μm、7
μm、・・・といったようにピッチが単調に増加するよ
うに変調をかけてもよく、4μm、5μm、4μm、5
μm、・・・といったようにピッチが周期的に変動する
ように変調をかけてもよい。
In the above embodiment, the pitch of the Bragg diffraction grating 30 is fixed at 4 μm. However, the pitch of the diffraction grating may be a periodic modulation. For example, the pitch of the diffraction grating is 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm,
The modulation may be applied so that the pitch monotonically increases, such as 4 μm, 5 μm, 4 μm, 5 μm,.
Modulation may be applied so that the pitch periodically varies, for example, μm,.

【0052】上記実施例では、回折格子としてブラッグ
回折格子を用いた場合を説明したが、ブラッグ回折格子
の代わりに、例えばフレネルゾーンプレートを用いるこ
ともできる。これによって一定の明暗パターン等を形成
することがでできる。さらに、回折格子は、単にマーク
を視認できるようにするだけでなく、特定波長(色)の光
を分光するビームスプリッタとしても機能する。
In the above embodiment, the case where the Bragg diffraction grating is used as the diffraction grating has been described. However, instead of the Bragg diffraction grating, for example, a Fresnel zone plate can be used. This makes it possible to form a constant light and dark pattern or the like. Further, the diffraction grating not only allows the mark to be visually recognized, but also functions as a beam splitter that disperses light of a specific wavelength (color).

【0053】以下、フレネルゾーンプレートの作製例に
ついて説明する。このゾーンプレートは、軸外しの発散
光を対称的に光軸上の点に収束させる。L番目のゾーン
の幅ΛLは以下の式によって与えられる。 ΛL=λ/(2sinθL) θL=tan-1(rL/f) ・・・(5) ここで、θLは、第L次の回折角を、λは入射光の波長
を、rLは第L次ゾーンの外側半径を、fは集光点までの
距離を示す。実験では、λ=633nm、f=50m
m、rL=4〜5mmとされ、周期ΛLが4.0〜3.2
μmとされた。ゾーンプレートのサイズは、1mm×1
mmである。レンズから発散するHe−Neレーザビー
ム(波長633nm)がゾーンプレートに照射され、N
Aが0.1の回折光をCCDの受光面に集光した。図6
(a)及び(b)は、それぞれ集光ス点のX方向及びY
方向に沿った断面の強度分布を示す。スポットの直径は
約80μmで、回折効率は2.9%であった。厚いゾー
ンプレートの収差によって、回折限界動作(約4μm)
は得られなかった。
Hereinafter, an example of manufacturing a Fresnel zone plate will be described. The zone plate converges off-axis divergent light symmetrically to a point on the optical axis. The width Λ L of the L-th zone is given by the following equation. Λ L = λ / (2 sin θ L ) θ L = tan −1 (r L / f) (5) where θ L is the L-th diffraction angle, λ is the wavelength of the incident light, r L indicates the outer radius of the L-th zone, and f indicates the distance to the focal point. In the experiment, λ = 633 nm, f = 50 m
m, is the r L = 4 to 5 mm, the period lambda L is 4.0 to 3.2
μm. The size of the zone plate is 1mm x 1
mm. A He-Ne laser beam (wavelength 633 nm) diverging from the lens is applied to the zone plate,
The diffracted light with A of 0.1 was collected on the light receiving surface of the CCD. FIG.
(A) and (b) show the X direction and Y of the focal point, respectively.
3 shows an intensity distribution of a cross section along a direction. The spot diameter was about 80 μm, and the diffraction efficiency was 2.9%. Diffraction limited operation (about 4μm) due to aberration of thick zone plate
Was not obtained.

【0054】以下、スポットアレイからなる回折格子に
ついて説明する。図7は、作製したスポットアレイの配
列を概念的に説明する平面図である。この回折格子は、
4μmピッチで25×25点のマトリックスMSを作
り、このマトリックスMSを約200μmピッチで3×
3箇所に配置することによって得られる。
Hereinafter, a diffraction grating composed of a spot array will be described. FIG. 7 is a plan view conceptually illustrating the arrangement of the produced spot arrays. This diffraction grating
A matrix MS of 25 × 25 points is formed at a pitch of 4 μm, and this matrix MS is converted into a matrix of 3 × at a pitch of about 200 μm.
It is obtained by arranging at three places.

【0055】以下、回折格子の作製条件について説明す
る。レーザ光源11としてTi:サファイアレーザを用
いる。繰り返し周波数は1kHz、波長は800nm、
パルス幅は130fsである。透明ガラス基板1にレー
ザ光を集光するための対物レンズの開口数NAは0.3
である。集光点における書込時の1パルスあたりのエネ
ルギは0.68μJ/パルスであり、各集光点の露光時
間を1sとした。以上のようにして得た回折格子によ
り、単純にマークの点数を増やしただけよりも、回折に
よる明瞭な視認性が得られた。
Hereinafter, the manufacturing conditions of the diffraction grating will be described. As the laser light source 11, a Ti: sapphire laser is used. The repetition frequency is 1 kHz, the wavelength is 800 nm,
The pulse width is 130 fs. The numerical aperture NA of the objective lens for condensing the laser beam on the transparent glass substrate 1 is 0.3
It is. The energy per pulse during writing at the focal point was 0.68 μJ / pulse, and the exposure time at each focal point was 1 s. With the diffraction grating obtained as described above, clear visibility due to diffraction was obtained rather than simply increasing the number of marks.

【0056】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。1パルスあたりのエネルギを1.9μJ/パルスと
し、対物レンズの焦点距離を100mm、NAを0.0
5としてTi:サファイアレーザをガラス基板の内部に
集光した。なお、パルス発振の繰り返し周波数、波長等
は、上記実施例の場合と同様である。
Next, another embodiment of the present invention will be described. The energy per pulse is 1.9 μJ / pulse, the focal length of the objective lens is 100 mm, and the NA is 0.0
As No. 5, a Ti: sapphire laser was focused inside the glass substrate. The repetition frequency and wavelength of the pulse oscillation are the same as in the above embodiment.

【0057】図8に、露光時間を変えて形成した変質領
域の拡大正面図を示す。露光時間を長くすると、変質領
域がレーザビームの上流側に向かって延びていることが
分かる。なお、露光時間を0.5分とした場合の変質領
域は視認困難であり、露光時間を0.25分とした場合
の変質領域はほとんど観察できなかった。
FIG. 8 is an enlarged front view of a deteriorated region formed by changing the exposure time. It can be seen that when the exposure time is increased, the altered region extends toward the upstream side of the laser beam. The deteriorated region when the exposure time was set to 0.5 minutes was difficult to recognize, and the deteriorated region when the exposure time was set to 0.25 minutes was hardly observed.

【0058】次に、照射時間を2分とし、1パルスあた
りのエネルギを変えて変質領域を形成した。1パルスあ
たりのエネルギが増加すると、変質領域がレーザビーム
の上流側に向かって延びることが分かった。1パルスあ
たりのエネルギを、1.8μJ/パルス、2、3μJ/
パルス、2.8μJ/パルス、3.5μJ/パルス、及
び4.4μJ/パルスとしたとき、変質領域の長さは、
それぞれ450μm、500μm、800μm、900
μm、及び1000μmであった。
Next, the irradiation time was set to 2 minutes, and the altered area was formed by changing the energy per pulse. It was found that when the energy per pulse increased, the altered region extended toward the upstream side of the laser beam. The energy per pulse is 1.8 μJ / pulse, 2, 3 μJ /
When the pulse is set to 2.8 μJ / pulse, 3.5 μJ / pulse, and 4.4 μJ / pulse, the length of the altered region is:
450 μm, 500 μm, 800 μm, 900 respectively
μm, and 1000 μm.

【0059】1パルスあたりのエネルギが0.9〜1.
8μJ/パルスのとき、1本の糸状の変質領域が形成さ
れた。ところが、1パルスあたりのエネルギを2.3〜
7.0μJ/パルスとすると、複数の糸状部分が束ねら
れたような変質領域が形成された。1本の糸状部分から
なる変質領域を形成するためには、1パルスあたりのエ
ネルギを0.9〜1.8μJ/パルスとすることが好ま
しい。
The energy per pulse is 0.9-1.
At 8 μJ / pulse, one thread-like altered region was formed. However, the energy per pulse is 2.3 ~
At 7.0 μJ / pulse, an altered region was formed as if a plurality of thread-like portions were bound. In order to form an altered region composed of one thread-like portion, it is preferable that the energy per pulse be 0.9 to 1.8 μJ / pulse.

【0060】また、1パルスあたりのエネルギを10μ
J/パルスよりも大きくすると、粒状部分がレーザビー
ムの光軸に沿って不規則に配列した変質領域が形成され
た。従って、細い糸状の変質領域を形成するためには、
1パルスあたりのエネルギを10μJ/パルス以下とす
ることが好ましい。
The energy per pulse is 10 μm.
When it was larger than J / pulse, an altered region in which the granular portions were irregularly arranged along the optical axis of the laser beam was formed. Therefore, in order to form a thin thread-like altered region,
It is preferable that the energy per pulse be 10 μJ / pulse or less.

【0061】1本の糸状部分からなる変質領域を形成す
るためには、NA及び1パルスあたりのエネルギに、好
適な範囲があることが分かった。NAが0.05、0.
1、及び0.3のときの1パルスあたりのエネルギの好
適値は、それぞれ1.1〜2.3μJ/パルス、0.9
〜2.0μJ/パルス、及び0.3〜0.5μJ/パル
スであった。
It has been found that there is a suitable range for NA and energy per pulse in order to form an altered region consisting of one thread-like portion. NA of 0.05, 0.
The preferable values of the energy per pulse at 1 and 0.3 are 1.1 to 2.3 μJ / pulse and 0.9, respectively.
2.02.0 μJ / pulse and 0.3-0.5 μJ / pulse.

【0062】この条件で変質領域を形成すると、露光時
間の増加に伴って変質領域が長くなる。ところが、露光
時間がある長さに達すると、変質領域の長さの増加が飽
和することが分かった。NAが0.05の時の飽和時間
は約30分であり、そのときの変質領域の長さは約50
0μmであった。NAが0.1の時の飽和時間は約10
分であり、そのときの変質領域の長さは約200μmで
あった。NAが0.3の時の飽和時間は約5分であり、
そのときの変質領域の長さは約40μmであった。従っ
て、長い変質領域を形成するためには、NAを小さくす
ることが必要であることがわかる。
When the altered area is formed under these conditions, the altered area becomes longer as the exposure time increases. However, it was found that when the exposure time reached a certain length, the increase in the length of the altered region was saturated. When the NA is 0.05, the saturation time is about 30 minutes, and the length of the altered region at that time is about 50 minutes.
It was 0 μm. The saturation time when NA is 0.1 is about 10
Min, and the length of the altered region at that time was about 200 μm. When the NA is 0.3, the saturation time is about 5 minutes,
The length of the altered region at that time was about 40 μm. Therefore, it is understood that it is necessary to reduce NA in order to form a long altered region.

【0063】以下、所望の長さの変質領域を形成する方
法について説明する。予め種々のNA及び1パルスあた
りのエネルギで加工対象物に変質領域を形成し、NAと
1パルスあたりのエネルギと変質領域の飽和長との関係
を調べておく。この関係から、変質領域の飽和長が所望
の変質領域の長さとほぼ等しくなるNA及び1パルスあ
たりのエネルギを求める。求められた条件でレーザ加工
を行うことにより、所望の長さの変質領域を形成するこ
とができる。変質領域を長くすると、マークの視認性が
高まる。また、加工対象物が薄い場合には、その厚さに
応じて変質領域を短くすることが好ましい。
Hereinafter, a method of forming a deteriorated region having a desired length will be described. A deteriorated region is formed in the object to be processed with various NAs and energy per pulse in advance, and the relationship between NA, energy per pulse, and the saturation length of the deteriorated region is examined. From this relationship, the NA and the energy per pulse at which the saturation length of the altered region is substantially equal to the length of the desired altered region are determined. By performing the laser processing under the determined conditions, it is possible to form an altered region having a desired length. The longer the deteriorated area, the higher the visibility of the mark. Further, when the object to be processed is thin, it is preferable to shorten the altered region in accordance with the thickness.

【0064】上記実施例では、パルス幅が130fsの
パルスレーザビームを用いたが、パルス幅がピコ秒オー
ダのパルスレーザビームを用いても、同様の変質領域を
形成できることが確かめられた。
In the above embodiment, a pulse laser beam having a pulse width of 130 fs was used. However, it was confirmed that a similar altered region could be formed by using a pulse laser beam having a pulse width on the order of picoseconds.

【0065】上記実施例で形成されるマークは、部品の
識別符号として用いることができる。また、内部にマー
キングしたガラス等の部材は、種々の色の回折光が視認
されるため、装飾品としての価値を持たせることも可能
である。
The mark formed in the above embodiment can be used as a component identification code. In addition, a member such as glass marked inside can visually recognize diffracted lights of various colors, and thus can have a value as a decorative article.

【0066】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
光学的性質が変化した変質領域で回折格子を形成するこ
とにより、容易に視認可能なマークが得られる。また、
対物レンズのNA及び1パルスあたりのエネルギを適当
に選ぶと、所望の長さの変質領域を形成することができ
る。
As described above, according to the present invention,
By forming a diffraction grating in the altered region in which the optical property has changed, a mark that is easily visible can be obtained. Also,
By appropriately selecting the NA of the objective lens and the energy per pulse, a deteriorated region having a desired length can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施例による光透過性材料のマーキ
ング方法を実施するマーキング装置の構造を説明する図
である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a marking device that performs a method for marking a light transmitting material according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の装置によって形成される変質部分の側
面図及ぴ正面図である。
FIG. 2 is a side view and a front view of a deteriorated portion formed by the apparatus of FIG. 1;

【図3】 レーザ光の走査パターンを説明する図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a scanning pattern of a laser beam.

【図4】 ガラス基板中に形成されるブラッグ回折格子
の構造を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a Bragg diffraction grating formed in a glass substrate.

【図5】 図4のブラッグ回折格子の回折率変化を説明
するグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating a change in the diffraction index of the Bragg diffraction grating of FIG. 4;

【図6】 フレネルゾーンプレートによる集光を説明す
る図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating light collection by a Fresnel zone plate.

【図7】 スポットアレイからなる回折パターンを説明
する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a diffraction pattern formed of a spot array.

【図8】 露光時間を変えて形成した変質領域の拡大正
面図である。
FIG. 8 is an enlarged front view of a deteriorated region formed by changing an exposure time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明ガラス基板 10 マーキング装置 11 レーザ光源 12 ビーム整形器 13 ガルバノスキャナ 13a ガルバノミラー 14 レンズ 15 ステージ 20 コンピュータ 30 ブラッグ回折格子 OA 光軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent glass substrate 10 Marking device 11 Laser light source 12 Beam shaper 13 Galvano scanner 13a Galvano mirror 14 Lens 15 Stage 20 Computer 30 Bragg diffraction grating OA Optical axis

───────────────────────────────────────────────────── 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) G02B 5/18 G02B 5/18 Fターム(参考) 2H049 AA06 AA12 AA33 AA45 AA60 AA65 4E068 AB01 CA11 CB08 CE02 CE04 DA11 DB13 4G059 AA11 AB19 AC09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G02B 5/18 G02B 5/18 F term (Reference) 2H049 AA06 AA12 AA33 AA45 AA60 AA65 4E068 AB01 CA11 CB08 CE02 CE04 DA11 DB13 4G059 AA11 AB19 AC09

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マーキング対象物を準備する工程と、 前記マーキング対象物を形成する材料を透過する波長域
のレーザ光を前記マーキング対象物の内部に収束させ
て、多光子吸収させる工程と、 多光子吸収によって屈折率の変化した領域が、可視光を
回折させる回折パターンを構成するようにレーザ光の収
束位置を移動させる工程とを有するマーキング方法。
A step of preparing a marking object; a step of converging laser light in a wavelength range that transmits a material forming the marking object into the marking object to absorb multiphotons; Moving the convergence position of the laser beam so that the region whose refractive index has changed due to photon absorption constitutes a diffraction pattern for diffracting visible light.
【請求項2】 前記回折パターンは、ブラッグ回折パタ
ーンである請求項1に記載のマーキング方法。
2. The marking method according to claim 1, wherein the diffraction pattern is a Bragg diffraction pattern.
【請求項3】 前記収束位置を移動させる工程が、 ある仮想平面に沿って配置された第1のパターンを構成
するように収束位置を移動させる工程と、 前記第1のパターンを前記仮想平面の法線方向に平行移
動して得られる第2のパターンを構成するように収束位
置を移動させる工程とを含む請求項1に記載のマーキン
グ方法。
3. The step of moving the convergence position, the step of moving the convergence position so as to form a first pattern arranged along a certain virtual plane; Moving the convergence position so as to form a second pattern obtained by translating in the normal direction.
【請求項4】 マーキング対象物を載置するステージ
と、 前記マーキング対象物を形成する材料を透過する波長域
のレーザ光を発生する光源と、 前記光源からの前記レーザ光を前記マーキング対象物の
内部に収束させて、多光子吸収させる光学系と、 前記レーザ光の収束位置に、多光子吸収により形成され
る変質領域が、可視光を回折させる回折格子を構成する
ように、該収束位置を移動させる移動手段とを有するマ
ーキング装置。
4. A stage on which a marking target is placed, a light source that generates laser light in a wavelength range that transmits a material forming the marking target, and the laser light from the light source is applied to the marking target. An optical system that converges inside and multi-photon absorption, and a condensed position formed by multi-photon absorption at the convergence position of the laser beam so that the converged position is configured to form a diffraction grating that diffracts visible light. And a moving means for moving.
【請求項5】 内部に、光学的特性の異なる部分で構成
されたパターンが形成され、かつ可視光を透過させる材
料で形成された光学部材であって、該パターンが、可視
光を回折させるパターンである前記光学部材。
5. An optical member having a pattern formed of portions having different optical characteristics formed therein and made of a material that transmits visible light, wherein the pattern is a pattern that diffracts visible light. The optical member as described above.
【請求項6】 加工対象物に、対物レンズのNA及び1
パルスあたりのエネルギを変化させてパルスレーザビー
ムを照射し、レーザビームの集光点に変質領域を形成す
る第1工程と、 形成された変質領域の長さと、NA及び1パルスあたり
のエネルギとの関係を求める第2工程と、 形成すべき変質領域の長さを決定する第3工程と、 前記第2工程で求められた関係と形成すべき変質領域の
長さとから、用いるべきNA及び1パルスあたりのエネ
ルギを決定する第4工程と、 決定されたNA及び1パルスあたりのエネルギで、前記
加工対象物にレーザビームを集光し、変質領域を形成す
る第5工程とを有するマーキング方法。
6. The object to be processed is provided with an NA of the objective lens and 1
A first step of changing the energy per pulse to irradiate a pulsed laser beam to form a deteriorated region at the focal point of the laser beam; and determining the length of the formed deteriorated region, the NA, and the energy per pulse. A second step for determining the relationship, a third step for determining the length of the altered region to be formed, and the NA and one pulse to be used from the relationship determined in the second step and the length of the altered region to be formed. A marking method comprising: a fourth step of determining an energy per unit area; and a fifth step of condensing a laser beam on the object to be processed with the determined NA and energy per pulse to form an altered region.
【請求項7】 前記第1工程において、変質領域の長さ
が飽和するまでレーザビームで露光し、長さの飽和した
変質領域を形成する請求項6に記載のマーキング方法。
7. The marking method according to claim 6, wherein in the first step, the altered region is exposed to a laser beam until the length of the altered region is saturated to form an altered region having a saturated length.
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