JP2003167354A - 光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法 - Google Patents
光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法Info
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/60—Preliminary treatment
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 無機透明材料を１０ｎｍの精度で２次
元又は３次元加工する。 【解決手段】 軟Ｘ線源１から放射される軟Ｘ線２
を、凸面鏡と凹面鏡の組み合わせから成る光学系３によ
り所定のパターンで無機透明材料４に集光して照射し、
無機透明材料４の照射部分のみに新たな吸収を生じさ
せ、これに加工用のレーザー光５を照射することによ
り、パターンニングした無機透明材料４の部分のみに高
エネルギー密度の可視又は紫外の加工用のレーザー光５
を吸収させて無機透明材料４を加工する。
元又は３次元加工する。 【解決手段】 軟Ｘ線源１から放射される軟Ｘ線２
を、凸面鏡と凹面鏡の組み合わせから成る光学系３によ
り所定のパターンで無機透明材料４に集光して照射し、
無機透明材料４の照射部分のみに新たな吸収を生じさ
せ、これに加工用のレーザー光５を照射することによ
り、パターンニングした無機透明材料４の部分のみに高
エネルギー密度の可視又は紫外の加工用のレーザー光５
を吸収させて無機透明材料４を加工する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無機透明材料を微
細に（数ｎｍまでの精度で）加工する汎用性の高い光加
工装置及び光加工法に関するものである。例えばフォト
ニッククリスタルや光導波路等の光学機能性部品、ＤＮ
Ａ分析や血液検査等のマイクロチップケミストリーの分
野等で利用される。
細に（数ｎｍまでの精度で）加工する汎用性の高い光加
工装置及び光加工法に関するものである。例えばフォト
ニッククリスタルや光導波路等の光学機能性部品、ＤＮ
Ａ分析や血液検査等のマイクロチップケミストリーの分
野等で利用される。
【０００２】
【従来の技術】無機透明材料は、例えばフォトニックク
リスタルや光導波路等の光材料、医療及びバイオテクノ
ロジーにおける超微量な化学分析及び化学反応等の分野
で利用価値が高く、無機透明材料の精度に優れ、低コス
トの加工や改質の技術が要請されている。
リスタルや光導波路等の光材料、医療及びバイオテクノ
ロジーにおける超微量な化学分析及び化学反応等の分野
で利用価値が高く、無機透明材料の精度に優れ、低コス
トの加工や改質の技術が要請されている。
【０００３】レーザー光を物質に強照射し、照射面を剥
ぎ取ることで加工するレーザーアブレーションという技
術は、炭酸ガスレーザーを用いた金属加工において既に
実用化されている。最も微細化が進んでいる光リソグラ
フィーに代表される光を用いた加工では、加工精度は加
工に用いるレーザー光の波長で制限され、よくて１００
ｎｍの程度である。より微細な加工を行なうためには、
１０ｎｍの波長の光すなわち軟Ｘ線が必要となるが、コ
ストが高くなる。
ぎ取ることで加工するレーザーアブレーションという技
術は、炭酸ガスレーザーを用いた金属加工において既に
実用化されている。最も微細化が進んでいる光リソグラ
フィーに代表される光を用いた加工では、加工精度は加
工に用いるレーザー光の波長で制限され、よくて１００
ｎｍの程度である。より微細な加工を行なうためには、
１０ｎｍの波長の光すなわち軟Ｘ線が必要となるが、コ
ストが高くなる。
【０００４】又、従来の光加工技術で無機透明材料を加
工しようとしても、無機透明材料は無色であるからレー
ザー光を吸収しないため加工は困難である。
工しようとしても、無機透明材料は無色であるからレー
ザー光を吸収しないため加工は困難である。
【０００５】無機透明材料の光加工技術として既に知ら
れている従来技術については次のとおりである。 （１）被加工物を光増感媒質液に浸してレーザー加工を
行なう技術が報告されているが、加工精度は波長の程度
まで到達していない。
れている従来技術については次のとおりである。 （１）被加工物を光増感媒質液に浸してレーザー加工を
行なう技術が報告されているが、加工精度は波長の程度
まで到達していない。
【０００６】（２）被加工物表面にレーザーアブレーシ
ョンにより生成したレーザープラズマを接触させて、こ
の部分に加工用レーザー光を照射すると、そのエネルギ
ーを吸収したプラズマで被加工物が削り取られることが
報告されている。しかしこの技術においても、加工精度
は波長の程度まで到達していない。
ョンにより生成したレーザープラズマを接触させて、こ
の部分に加工用レーザー光を照射すると、そのエネルギ
ーを吸収したプラズマで被加工物が削り取られることが
報告されている。しかしこの技術においても、加工精度
は波長の程度まで到達していない。
【０００７】（３） 二酸化珪素にＦ２レーザーを照射
すると非晶質性に起因する状態に吸収され、その状態で
同時にＫｒＦ（クリプトンフロライド）レーザー光を強
照射することにより、改質を行なえることが報告されて
いる。この技術では、第一のレーザー光を吸収する状態
が予め存在することが前提となり、汎用性が低い。
すると非晶質性に起因する状態に吸収され、その状態で
同時にＫｒＦ（クリプトンフロライド）レーザー光を強
照射することにより、改質を行なえることが報告されて
いる。この技術では、第一のレーザー光を吸収する状態
が予め存在することが前提となり、汎用性が低い。
【０００８】（４）被加工物にフェムト秒レーザー光を
照射し、同時に複数の光を吸収させる多光子吸収により
透明な加工物でも吸収が起こり、切削や改質の加工が可
能となるが、加工精度は波長程度までである。
照射し、同時に複数の光を吸収させる多光子吸収により
透明な加工物でも吸収が起こり、切削や改質の加工が可
能となるが、加工精度は波長程度までである。
【０００９】（５）被加工物の表面でフェムト秒レーザ
ー光の２つのビームを干渉させ、数ｎｍの干渉パターン
で切削できることが報告されている。しかしながら切削
できるパターンは限られいる。
ー光の２つのビームを干渉させ、数ｎｍの干渉パターン
で切削できることが報告されている。しかしながら切削
できるパターンは限られいる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無機透明材
料を従来の加工技術のような問題点が生じることなく、
１０ｎｍまでの精度で加工できる汎用性の高い加工技術
を実現するものである。
料を従来の加工技術のような問題点が生じることなく、
１０ｎｍまでの精度で加工できる汎用性の高い加工技術
を実現するものである。
【００１１】
【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、紫外光又は軟Ｘ線を放射するパターニング
光源と、パターン化照射手段と、加工用のレーザー光源
とを備えた光加工装置であって、上記パターン化照射手
段は、上記パターニング光を、加工すべき形状に合わせ
た所定のパターンで無機透明材料に照射し、該無機透明
材料を上記所定のパターンで上記パターニング光を照射
した部分に新たな光吸収を発生させるものであり、上記
加工用のレーザー光源は、加工用のレーザー光を、上記
無機透明材料に照射し、上記無機透明材料の上記吸収が
発生した部分のみに上記加工用のレーザー光を吸収させ
て、上記無機透明材料を加工することを特徴とする光加
工装置を提供する。
するために、紫外光又は軟Ｘ線を放射するパターニング
光源と、パターン化照射手段と、加工用のレーザー光源
とを備えた光加工装置であって、上記パターン化照射手
段は、上記パターニング光を、加工すべき形状に合わせ
た所定のパターンで無機透明材料に照射し、該無機透明
材料を上記所定のパターンで上記パターニング光を照射
した部分に新たな光吸収を発生させるものであり、上記
加工用のレーザー光源は、加工用のレーザー光を、上記
無機透明材料に照射し、上記無機透明材料の上記吸収が
発生した部分のみに上記加工用のレーザー光を吸収させ
て、上記無機透明材料を加工することを特徴とする光加
工装置を提供する。
【００１２】上記パターニング光源は、該無機透明材料
のバンドギャップより大きな光子エネルギー、裾野状態
への励起に対応する光子エネルギー、又は励起子を直接
励起するのに対応する光子エネルギーを持つ紫外から軟
Ｘ線までの波長の光を発生するものであることを特徴と
する。
のバンドギャップより大きな光子エネルギー、裾野状態
への励起に対応する光子エネルギー、又は励起子を直接
励起するのに対応する光子エネルギーを持つ紫外から軟
Ｘ線までの波長の光を発生するものであることを特徴と
する。
【００１３】上記パターン化照射手段は、集光光学系に
より無機透明材料に集光し、無機透明材料を保持するス
テージを走査することにより、パターニングを行なう手
段であることを特徴とする。
より無機透明材料に集光し、無機透明材料を保持するス
テージを走査することにより、パターニングを行なう手
段であることを特徴とする。
【００１４】上記パターン化照射手段は、パターニング
光を走査鏡を介して上記無機透明材料に上記パターンで
走査して照射する手段であることを特徴とする。
光を走査鏡を介して上記無機透明材料に上記パターンで
走査して照射する手段であることを特徴とする。
【００１５】上記パターン化照射手段は、結像光学系に
より上記パターンを上記無機透明材料に転写する手段で
あることを特徴とする。
より上記パターンを上記無機透明材料に転写する手段で
あることを特徴とする。
【００１６】上記パターン化照射手段は、無機透明材料
の表面にコンタクトマスクを配置して、このコンタクト
マスクのスリットを通してパターニング光を上記無機透
明材料に照射する手段であることを特徴とする。
の表面にコンタクトマスクを配置して、このコンタクト
マスクのスリットを通してパターニング光を上記無機透
明材料に照射する手段であることを特徴とする。
【００１７】上記パターニング光源は、ガスをターゲッ
トとして用いたデブリーのないレーザープラズマ軟Ｘ線
であることを特徴とする。
トとして用いたデブリーのないレーザープラズマ軟Ｘ線
であることを特徴とする。
【００１８】本発明は上記課題を解決するために、パタ
ーニング光を、加工すべき所定の形状に合わせた所定の
パターンで無機透明材料に照射して新たな吸収を発生さ
せるとともに、加工用のレーザー光を上記無機透明材料
に照射することにより、上記所定のパターンで吸収を発
生させた上記無機透明材料の部分のみに上記加工用のレ
ーザー光を吸収させて加工することを特徴とする光加工
方法を提供する。
ーニング光を、加工すべき所定の形状に合わせた所定の
パターンで無機透明材料に照射して新たな吸収を発生さ
せるとともに、加工用のレーザー光を上記無機透明材料
に照射することにより、上記所定のパターンで吸収を発
生させた上記無機透明材料の部分のみに上記加工用のレ
ーザー光を吸収させて加工することを特徴とする光加工
方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に係る無機透明材料を加工
する光加工装置及び光加工方法の実施の形態を実施例に
基づいて図面を参照して説明する。
する光加工装置及び光加工方法の実施の形態を実施例に
基づいて図面を参照して説明する。
【００２０】本発明は、無機透明材料に１０ｎｍの精度
で加工を行う加工装置及び加工方法であるが、まず、本
発明の基本原理について説明する。無機透明材料は無色
であるから光を吸収しにくいために、直接レーザー光を
照射しても加工はできない。そして、上記のような従来
技術を用いて加工を行おうとしても加工性精度は波長程
度までである。
で加工を行う加工装置及び加工方法であるが、まず、本
発明の基本原理について説明する。無機透明材料は無色
であるから光を吸収しにくいために、直接レーザー光を
照射しても加工はできない。そして、上記のような従来
技術を用いて加工を行おうとしても加工性精度は波長程
度までである。
【００２１】本発明では、被加工物である無機透明材料
にバンドギャップより大きな光子エネルギーを有するパ
ターニング用の光を照射すると、照射された領域のみが
可視光ないし紫外光を吸収するような物性状態になる現
象を利用するものである。即ち、物質にバンドギャップ
以上の光子エネルギーを持つ光を照射すると、電子と正
孔のペアが生成され、これらはクーロン力により束縛さ
れる。このような物質の状態は「励起子」という用語で
呼ばれている。
にバンドギャップより大きな光子エネルギーを有するパ
ターニング用の光を照射すると、照射された領域のみが
可視光ないし紫外光を吸収するような物性状態になる現
象を利用するものである。即ち、物質にバンドギャップ
以上の光子エネルギーを持つ光を照射すると、電子と正
孔のペアが生成され、これらはクーロン力により束縛さ
れる。このような物質の状態は「励起子」という用語で
呼ばれている。
【００２２】無機透明材料、より正確にはイオン結合性
材料中では、励起子はパターニング光照射直後に生成さ
れ、その後直ちに極微細局所格子変形を伴って１格子定
数程度の領域に局在化する。この局在化する励起子は特
に自己捕獲励起子と呼ばれている。この局在化により加
工精度が確保できる。
材料中では、励起子はパターニング光照射直後に生成さ
れ、その後直ちに極微細局所格子変形を伴って１格子定
数程度の領域に局在化する。この局在化する励起子は特
に自己捕獲励起子と呼ばれている。この局在化により加
工精度が確保できる。
【００２３】励起子は、クーロン力による束縛状態に起
因する光吸収を示す。これは水素原子の１ｓ状態から２
ｐ状態への光吸収に対応する。この光吸収はバンドギャ
ップより光子エネルギーの小さな光に対して生じる。と
りわけ、自己捕獲励起子の場合その差は大きい。これは
即ち、無機透明材料の透明であった可視から紫外の波長
領域に、新たに光吸収が生じることを意味する。これに
より、コストや安定性等の面で有利なより波長の長い可
視から紫外の波長領域の加工用レーザー光を吸収するよ
うになり、容易に加工（切削、切断等の加工）や改質が
可能となる。
因する光吸収を示す。これは水素原子の１ｓ状態から２
ｐ状態への光吸収に対応する。この光吸収はバンドギャ
ップより光子エネルギーの小さな光に対して生じる。と
りわけ、自己捕獲励起子の場合その差は大きい。これは
即ち、無機透明材料の透明であった可視から紫外の波長
領域に、新たに光吸収が生じることを意味する。これに
より、コストや安定性等の面で有利なより波長の長い可
視から紫外の波長領域の加工用レーザー光を吸収するよ
うになり、容易に加工（切削、切断等の加工）や改質が
可能となる。
【００２４】上記自己捕獲励起子の吸収は、パターニン
グ光を照射した部分のみで生じ、従って波長の長い加工
用レーザー光を用いて、軟Ｘ線の波長程度までの加工精
度が確保できる点が重要である。更に、上記２つの自己
捕獲励起子の特徴、即ち局在すること及び新たな吸収が
生じることは、イオン結合性材料に普遍的な性質であ
り、従って本発明の汎用性は非常に高い。
グ光を照射した部分のみで生じ、従って波長の長い加工
用レーザー光を用いて、軟Ｘ線の波長程度までの加工精
度が確保できる点が重要である。更に、上記２つの自己
捕獲励起子の特徴、即ち局在すること及び新たな吸収が
生じることは、イオン結合性材料に普遍的な性質であ
り、従って本発明の汎用性は非常に高い。
【００２５】なお、上記自己捕獲励起子の発生は過渡的
現象であり、二酸化珪素に代表されるように、その後完
全に初めの状態に回復する無機透明材料が多い。従っ
て、加工用レーザー光を照射しなかった領域は加工され
たり変質したりしない。この回復時間は、温度に依存す
る。従って、液体窒素温度や液体ヘリウム温度程度の低
温で加工を行うと効率が向上する。
現象であり、二酸化珪素に代表されるように、その後完
全に初めの状態に回復する無機透明材料が多い。従っ
て、加工用レーザー光を照射しなかった領域は加工され
たり変質したりしない。この回復時間は、温度に依存す
る。従って、液体窒素温度や液体ヘリウム温度程度の低
温で加工を行うと効率が向上する。
【００２６】本発明は上記原理を利用するものであり、
まずパターニング光を無機透明材料に加工すべき所定の
形状になるようにパターン化して照射する。本明細書で
はこのための手段を「パターニング光照射化手段」と言
う。具体的には、後述する走査ステージ、光学系、コン
タクトマスク等を用いることができる。このパターニン
グ光照射化手段を用いてパターニング光を無機透明材料
に照射し、所定のパターンで励起子吸収を生じさせる。
まずパターニング光を無機透明材料に加工すべき所定の
形状になるようにパターン化して照射する。本明細書で
はこのための手段を「パターニング光照射化手段」と言
う。具体的には、後述する走査ステージ、光学系、コン
タクトマスク等を用いることができる。このパターニン
グ光照射化手段を用いてパターニング光を無機透明材料
に照射し、所定のパターンで励起子吸収を生じさせる。
【００２７】次に、この無機透明材料に、励起子の吸収
波長に合わせた加工用の光を照射し、パターン化された
領域を加工（切削、切断等の加工）や改質する。
波長に合わせた加工用の光を照射し、パターン化された
領域を加工（切削、切断等の加工）や改質する。
【００２８】図１は、本発明の装置及び方法の基本的な
構成を説明する図である。パターニング光源１からパタ
ーニング光２を発生させて凹面鏡及び凸面鏡を組み合わ
せて成る光学系３で集光させて、無機透明材料４に照射
する。同時に、無機透明材料４に高エネルギー密度を有
する加工用レーザー光５を加工用レーザー６から照射す
る。これにより、無機透明材料４のうち所定のパターン
で過渡的に吸収を発生させた部分のみに、この可視又は
紫外の加工用レーザー光５を吸収させて、無機透明材料
４の加工（切削、切断等の加工）や改質が可能となる。
構成を説明する図である。パターニング光源１からパタ
ーニング光２を発生させて凹面鏡及び凸面鏡を組み合わ
せて成る光学系３で集光させて、無機透明材料４に照射
する。同時に、無機透明材料４に高エネルギー密度を有
する加工用レーザー光５を加工用レーザー６から照射す
る。これにより、無機透明材料４のうち所定のパターン
で過渡的に吸収を発生させた部分のみに、この可視又は
紫外の加工用レーザー光５を吸収させて、無機透明材料
４の加工（切削、切断等の加工）や改質が可能となる。
【００２９】又、上記説明で無機透明材料にパターニン
グ光を加工すべき所定の形状に合わせたパターンになる
ようにパターン化照射手段を利用して照射する点を説明
したが、パターン化照射手段としては、具体的には次の
ような構成が考えられる。 （１）パターニング光をを被加工物に集光照射し、無機
透明材料を設置したステージを走査し、パターニングす
る。 （２）走査鏡等を介してパターニング光を無機透明材料
に集光照射し、走査することでパターニングする。 （３）無機透明材料の表面にコンタクトマスクを配置し
て、このコンタクトマスクのスリットを通してパターニ
ング光をパターン照射する。 （４） 結像光学系により所定のパターンを転写する。
グ光を加工すべき所定の形状に合わせたパターンになる
ようにパターン化照射手段を利用して照射する点を説明
したが、パターン化照射手段としては、具体的には次の
ような構成が考えられる。 （１）パターニング光をを被加工物に集光照射し、無機
透明材料を設置したステージを走査し、パターニングす
る。 （２）走査鏡等を介してパターニング光を無機透明材料
に集光照射し、走査することでパターニングする。 （３）無機透明材料の表面にコンタクトマスクを配置し
て、このコンタクトマスクのスリットを通してパターニ
ング光をパターン照射する。 （４） 結像光学系により所定のパターンを転写する。
【００３０】（実施例）図２は、本発明に係る無機透明
材料を加工する光加工装置及び光加工方法の実施例を説
明する図である。この実施例は、レーザープラズマ軟Ｘ
線を、無機透明材料の表面に所要のパターンで照射する
装置及び方法であり、結像光学系又は集光光学系により
マスターパターンを転写する例である。
材料を加工する光加工装置及び光加工方法の実施例を説
明する図である。この実施例は、レーザープラズマ軟Ｘ
線を、無機透明材料の表面に所要のパターンで照射する
装置及び方法であり、結像光学系又は集光光学系により
マスターパターンを転写する例である。
【００３１】この実施例の装置は、パターニング光源部
７、パターン化照射手段部８、試料部９及び加工用レー
ザー１０から構成される。パターニング光源部７は、レ
ーザープラズマ軟Ｘ線源部であり、フェムト秒レーザー
１１からのレーザー光を集光光学系１２でＸｅクラスタ
ーターゲット１３に集光照射し、レーザープラズマ軟Ｘ
線１４を発生させる。
７、パターン化照射手段部８、試料部９及び加工用レー
ザー１０から構成される。パターニング光源部７は、レ
ーザープラズマ軟Ｘ線源部であり、フェムト秒レーザー
１１からのレーザー光を集光光学系１２でＸｅクラスタ
ーターゲット１３に集光照射し、レーザープラズマ軟Ｘ
線１４を発生させる。
【００３２】このレーザープラズマ軟Ｘ線１４をパター
ニング照射手段部８において、トロイダルミラー１５で
マスターパターン１６に集光し、得られたパターンを凹
面鏡及び凸面鏡を組み合わせて成る光学系１７によりパ
ターニング光１８として試料部９に導入する。パターニ
ング光１８は、ステージ２０（載置台）上に載置された
無機透明材料１９はパターニングして照射され、これに
より無機透明材料１９に所定のパターンで過渡的に吸収
を発生させる。
ニング照射手段部８において、トロイダルミラー１５で
マスターパターン１６に集光し、得られたパターンを凹
面鏡及び凸面鏡を組み合わせて成る光学系１７によりパ
ターニング光１８として試料部９に導入する。パターニ
ング光１８は、ステージ２０（載置台）上に載置された
無機透明材料１９はパターニングして照射され、これに
より無機透明材料１９に所定のパターンで過渡的に吸収
を発生させる。
【００３３】なお、パターニングは、図２において、マ
スターパターン１６として図示しないピンホールからな
るマスターパターンを用い、光学系１７として集光光学
系を用いて無機透明材料１９に集光し、無機透明材料１
９を支持するステージ２０を可動な走査ステージとして
走査する構成とすることにより実現できる。
スターパターン１６として図示しないピンホールからな
るマスターパターンを用い、光学系１７として集光光学
系を用いて無機透明材料１９に集光し、無機透明材料１
９を支持するステージ２０を可動な走査ステージとして
走査する構成とすることにより実現できる。
【００３４】又、パターニングは、図２において、光学
系１７として結像光学系を用い、マスターパターンのパ
ターンを無機透明材料１９にパターン照射する構成でも
実現できる。
系１７として結像光学系を用い、マスターパターンのパ
ターンを無機透明材料１９にパターン照射する構成でも
実現できる。
【００３５】他方、パターニング光１８を照射した無機
透明材料１９に、加工用レーザー１０から加工用レーザ
ー光２１を照射する。この加工用レーザー光２１は、高
エネルギー密度を有する可視又は紫外のレーザー光が利
用でき、この加工用レーザー光２１を照射すると、上記
所定のパターンで過渡的に吸収が発生した無機透明材料
１９の部分が加工用のレーザー光２１を吸収し加工（切
削、切断等の加工）や改質が行われる。
透明材料１９に、加工用レーザー１０から加工用レーザ
ー光２１を照射する。この加工用レーザー光２１は、高
エネルギー密度を有する可視又は紫外のレーザー光が利
用でき、この加工用レーザー光２１を照射すると、上記
所定のパターンで過渡的に吸収が発生した無機透明材料
１９の部分が加工用のレーザー光２１を吸収し加工（切
削、切断等の加工）や改質が行われる。
【００３６】例えば、加工すべき無機透明材料１９は、
二酸化珪素ガラスとした。二酸化珪素自体は、８ｅＶ以
上のバンドギャップを有し、図２の装置で１０ｎｍ程度
の軟Ｘ線のパターニング光１８を照射すると自己捕獲励
起子が生成されて、軟Ｘ線照射後１μ秒の間３ｅＶ（４
００ｎｍ）の紫外光を吸収可能となり、これにより、加
工（切削、切断等の加工）や改質を行うことが可能であ
る。
二酸化珪素ガラスとした。二酸化珪素自体は、８ｅＶ以
上のバンドギャップを有し、図２の装置で１０ｎｍ程度
の軟Ｘ線のパターニング光１８を照射すると自己捕獲励
起子が生成されて、軟Ｘ線照射後１μ秒の間３ｅＶ（４
００ｎｍ）の紫外光を吸収可能となり、これにより、加
工（切削、切断等の加工）や改質を行うことが可能であ
る。
【００３７】図２においてパターニング光源部７におい
て、前述の通り、レーザープラズマ軟Ｘ線１４を発生さ
せたが、このレーザープラズマ軟Ｘ線１４は、ターゲッ
ト１３にフェムタ秒レーザー１１からレーザー光を照射
してプラズマ化し、そのレーザープラズマから放出され
るものである。ターゲット１３としては、固体が用いる
ことができる。その具体例を次の図３（ａ）で説明す
る。
て、前述の通り、レーザープラズマ軟Ｘ線１４を発生さ
せたが、このレーザープラズマ軟Ｘ線１４は、ターゲッ
ト１３にフェムタ秒レーザー１１からレーザー光を照射
してプラズマ化し、そのレーザープラズマから放出され
るものである。ターゲット１３としては、固体が用いる
ことができる。その具体例を次の図３（ａ）で説明す
る。
【００３８】この図３（ａ）は、パターニング光源部と
してレーザープラズマ軟Ｘ線光源を採用した模式図を示
すが、このレーザープラズマ軟Ｘ線光源では、レーザー
２２からのレーザー光を光学系１２で集光しターゲット
２３に照射してプラズマ化し、そのレーザープラズマか
ら放出される軟Ｘ線２４利用する。レーザー２２として
は、エキシマレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、（チタ
ンサファイア）フェムト秒レーザー等が用いられる。タ
ーゲット２３としては、スズ、タンタル、ハフニウム等
の固体ターゲットが用いられる。
してレーザープラズマ軟Ｘ線光源を採用した模式図を示
すが、このレーザープラズマ軟Ｘ線光源では、レーザー
２２からのレーザー光を光学系１２で集光しターゲット
２３に照射してプラズマ化し、そのレーザープラズマか
ら放出される軟Ｘ線２４利用する。レーザー２２として
は、エキシマレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、（チタ
ンサファイア）フェムト秒レーザー等が用いられる。タ
ーゲット２３としては、スズ、タンタル、ハフニウム等
の固体ターゲットが用いられる。
【００３９】しかし、固体ターゲットを用いた場合、レ
ーザー光照射時にターゲットからデブリーが放出され
る。ここでデブリーとは、１μｍ前後の大きさの液滴で
ある。これは軟Ｘ線用の光学部品を汚すので、実用上問
題となることがある。
ーザー光照射時にターゲットからデブリーが放出され
る。ここでデブリーとは、１μｍ前後の大きさの液滴で
ある。これは軟Ｘ線用の光学部品を汚すので、実用上問
題となることがある。
【００４０】そこで、固体ターゲットの代わりにＸｅク
ラスターターゲットを用いた装置の発明が特開平２００
１−６８２９６で出願されている。この場合、レーザー
プラズマ軟Ｘ線光源は、レーザー光源からフェムト秒レ
ーザー光をＸｅ（キセノン）クラスターターゲットに集
光して照射することで実現される。この結果生成された
プラズマからは２．５ｎｍ以下で５００ｅＶ以上の高輝
度軟Ｘ線が得られる。
ラスターターゲットを用いた装置の発明が特開平２００
１−６８２９６で出願されている。この場合、レーザー
プラズマ軟Ｘ線光源は、レーザー光源からフェムト秒レ
ーザー光をＸｅ（キセノン）クラスターターゲットに集
光して照射することで実現される。この結果生成された
プラズマからは２．５ｎｍ以下で５００ｅＶ以上の高輝
度軟Ｘ線が得られる。
【００４１】上記出願済みの発明に係る軟Ｘ線光源は、
デブリーがないデブリーフリーの実用的なレーザープラ
ズマ軟Ｘ線源である。このレーザープラズマ軟Ｘ線源に
より得られるデブリーフリーなレーザープラズマ軟Ｘ線
を本発明の軟Ｘ線光源として利用すれば、凹面鏡等の光
学系１５、１７の汚れが防止できメンテナンスフリーと
なる。
デブリーがないデブリーフリーの実用的なレーザープラ
ズマ軟Ｘ線源である。このレーザープラズマ軟Ｘ線源に
より得られるデブリーフリーなレーザープラズマ軟Ｘ線
を本発明の軟Ｘ線光源として利用すれば、凹面鏡等の光
学系１５、１７の汚れが防止できメンテナンスフリーと
なる。
【００４２】図２において、加工用レーザー光２１は無
機透明材料１９にパターニング光１８を照射したのと同
じ面（正面側）から入射した。しかし、加工用レーザー
光２１は、パターニング光１８で吸収を生じさせていな
い部分は透過するので、必ずしも正面側から入射する必
要は無い。
機透明材料１９にパターニング光１８を照射したのと同
じ面（正面側）から入射した。しかし、加工用レーザー
光２１は、パターニング光１８で吸収を生じさせていな
い部分は透過するので、必ずしも正面側から入射する必
要は無い。
【００４３】図３（ｂ）は、パターニング光１８を照射
する正面側ではなく、無機透明材料１９の背面側から加
工用レーザー光２１を入射する例を示す模式図である。
図３（ｂ）において、透過孔２５を有するステージ２６
上に載置した無機透明材料１９に、その背面側に設けた
加工用レーザー１０から加工用レーザー光２１を照射す
る構成である。
する正面側ではなく、無機透明材料１９の背面側から加
工用レーザー光２１を入射する例を示す模式図である。
図３（ｂ）において、透過孔２５を有するステージ２６
上に載置した無機透明材料１９に、その背面側に設けた
加工用レーザー１０から加工用レーザー光２１を照射す
る構成である。
【００４４】さらには、加工用レーザー光２１とパター
ニング光１８のビームの重なり合いを制御することによ
り、３次元の加工が可能となる。
ニング光１８のビームの重なり合いを制御することによ
り、３次元の加工が可能となる。
【００４５】本発明では、上述のとおり図１、２におい
て、無機透明材料４、１９のパターニングされた部分に
加工用のレーザー光５、２１を照射すれば吸収されて加
工が可能である。その場合、吸収が発生していない部分
も含め加工用のレーザー光５、２１を照射してもよい
し、逆にパターニング部分と同じ部分若しくはより狭い
部分に加工用のレーザー光５、２１を照射して加工を行
ってもよい。
て、無機透明材料４、１９のパターニングされた部分に
加工用のレーザー光５、２１を照射すれば吸収されて加
工が可能である。その場合、吸収が発生していない部分
も含め加工用のレーザー光５、２１を照射してもよい
し、逆にパターニング部分と同じ部分若しくはより狭い
部分に加工用のレーザー光５、２１を照射して加工を行
ってもよい。
【００４６】以上、本発明に係る光加工装置及び光加工
方法の実施形態を実施例に基づいて説明したが、本発明
は、特にこのような実施例に限定されることなく、特許
請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施
例があることはいうまでもない。なお、以上の発明で
は、無機透明材料の加工について述べたが、非透明材料
の加工についても応用できることは言うまでもない。
方法の実施形態を実施例に基づいて説明したが、本発明
は、特にこのような実施例に限定されることなく、特許
請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施
例があることはいうまでもない。なお、以上の発明で
は、無機透明材料の加工について述べたが、非透明材料
の加工についても応用できることは言うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】以上の構成からなる本発明によれば、高
エネルギー密度を確保することは技術的にもコスト的に
も困難であるが、１０ｎｍ程度までの高い空間分解能を
有する軟Ｘ線で過渡的に無機透明材料にパターニングし
て紫外若しくは可視の吸収を生じさせることができ、更
に高エネルギー密度を確保できる上記吸収に波長が合う
加工用のレーザー光を照射することで、無機透明材料の
パターン化した領域のみが加工できる。
エネルギー密度を確保することは技術的にもコスト的に
も困難であるが、１０ｎｍ程度までの高い空間分解能を
有する軟Ｘ線で過渡的に無機透明材料にパターニングし
て紫外若しくは可視の吸収を生じさせることができ、更
に高エネルギー密度を確保できる上記吸収に波長が合う
加工用のレーザー光を照射することで、無機透明材料の
パターン化した領域のみが加工できる。
【図１】図１は、本発明の装置及び方法の基本的な構成
を説明する図である。
を説明する図である。
【図２】本発明の実施例を説明する図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、夫々本発明を技術的に展開
した例を説明する模式図である。
した例を説明する模式図である。
１ パターニング光源
２、１８ パターニング光
３、１７ 光学系
４、１９ 無機透明材料
５、２１ 加工用レーザー光
６、１０ 加工用レーザー
７ パターニング光源部
８ パターン化照射手段部
９ 試料部
１１ フェムト秒レーザー
１２ 集光光学系
１３ Ｘｅクラスターターゲット
１４ レーザープラズマ軟Ｘ線
１５ トロイダルミラー
１６ マスターパターン
２０、２６ ステージ
２２ レーザー
２３ ターゲット
２４ 軟Ｘ線
２５ 透過孔
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１０月２５日（２００２．１０．
２５）
２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】無機透明材料、より正確にはイオン結合性
（電子格子相互作用の大きい）材料中では、励起子はパ
ターニング光照射直後に生成され、その後直ちに極微細
局所格子変形を伴って１格子定数程度の領域に局在化す
る。この局在化する励起子は特に自己捕獲励起子と呼ば
れている。この局在化により加工精度が確保できる。
（電子格子相互作用の大きい）材料中では、励起子はパ
ターニング光照射直後に生成され、その後直ちに極微細
局所格子変形を伴って１格子定数程度の領域に局在化す
る。この局在化する励起子は特に自己捕獲励起子と呼ば
れている。この局在化により加工精度が確保できる。
Claims (8)
- 【請求項１】 パターニング用光源と、パターン化照
射手段と、加工用光源とを備えた光加工装置であって、 上記パターニング光源は、無機透明材料が実効的に光吸
収を生じるのに十分波長が短い光を発生させるものであ
り、 上記パターン化照射手段は、上記パターニング光を加工
すべき形状に合わせた所定のパターンで無機透明材料に
照射し、該無機透明材料を上記所定のパターンで上記パ
ターニング光を照射した部分のみ局在化した励起子を生
成し、上記励起子を起源とする新たな光吸収を発生させ
るものであり、 上記加工用光源は、加工用のレーザー光を上記無機透明
材料に照射し、上記無機透明材料に上記吸収が発生した
部分のみに上記加工用レーザー光を吸収させて、上記無
機透明材料を加工することを特徴とする光加工装置。 - 【請求項２】 上記パターニング光源は、該無機透明
材料のバンドギャップより大きな光子エネルギー、裾野
状態への励起に対応する光子エネルギー、又は励起子を
直接励起するのに対応する光子エネルギーを持つ紫外か
ら軟Ｘ線までの波長の光を発生するものであることを特
徴とする請求項１記載の光加工装置。 - 【請求項３】 上記パターン化照射手段は、集光光学
系により無機透明材料に集光し、無機透明材料を保持す
るステージを走査することにより、パターニングを行な
う手段であることを特徴とする請求１又は２記載の光加
工装置。 - 【請求項４】 上記パターン化照射手段は、結像光
学系により上記パターンを上記無機透明材料に転写する
手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の光加
工装置。 - 【請求項５】 上記パターン化照射手段は、無機透
明材料の表面にコンタクトマスクを配置して、このコン
タクトマスクのスリットを通してパターニング光を上記
無機透明材料に照射する手段であることを特徴とする請
求項１又は２記載の光加工装置。 - 【請求項６】 上記パターン化照射手段は、パター
ニング光を走査鏡を介して上記無機透明材料に上記パタ
ーンで走査して照射する手段であることを特徴とする請
求項１又は２記載の光加工装置。 - 【請求項７】 上記パターニング用光源は、レーザ
ープラズマ軟Ｘ線源であることを特徴とする請求項１〜
６のいずれか１項に記載の光加工装置。 - 【請求項８】 紫外光ないし軟Ｘ線を、加工すべき
所定の形状に合わせた所定のパターンで無機透明材料に
照射して光吸収を発生させるとともに、加工用のレーザ
ー光を上記無機透明材料に照射することにより、上記所
定のパターンで吸収を発生させた上記無機透明材料の部
分のみに上記加工用のレーザー光を吸収させて加工する
ことを特徴とする光加工方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365320A JP3683851B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法 |
| PCT/JP2002/011813 WO2003045617A1 (fr) | 2001-11-29 | 2002-11-12 | Dispositif et procede de traitement optique pour traitement d'un materiau transparent inorganique par traçage optique |
| US10/478,531 US6818908B2 (en) | 2001-11-29 | 2002-11-12 | Device and method for optical processing for processing inorganic transparent material by optical patterning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365320A JP3683851B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003167354A true JP2003167354A (ja) | 2003-06-13 |
| JP3683851B2 JP3683851B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=19175356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001365320A Expired - Fee Related JP3683851B2 (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6818908B2 (ja) |
| JP (1) | JP3683851B2 (ja) |
| WO (1) | WO2003045617A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010120090A (ja) * | 2004-02-12 | 2010-06-03 | Japan Science & Technology Agency | 光加工装置及び光加工方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1875469B1 (en) * | 2005-04-19 | 2008-12-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Device for directing radiation to a layer, apparatus with such device and method using such apparatus |
| US7778723B2 (en) * | 2005-11-17 | 2010-08-17 | Illumiform, LLC | Polymer object optical fabrication process |
| WO2009089499A2 (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-16 | Fei Company | Multibeam system |
| US8168961B2 (en) * | 2008-11-26 | 2012-05-01 | Fei Company | Charged particle beam masking for laser ablation micromachining |
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