JP2003181678A - 立体構造体の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体の加工装置及び立体構造体 - Google Patents
立体構造体の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体の加工装置及び立体構造体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学デバイスとして利用可能な平滑面を有す
る微小な立体形状を有する立体構造体の加工方法を得
る。 【解決手段】 平坦基板１上にレーザ光吸収薄膜層２と
レーザ光吸収薄膜層２上の透明層３とを積層し、透明層
３を介してレーザ光吸収薄膜層２へ吸収させる加工用レ
ーザ光４の注入パルスエネルギーを、レーザ光入射方向
下流側の界面の平坦面Ｈが露出できる最大注入パルスエ
ネルギーと同じかより小さく、且つレーザ光入射方向上
流側の透明層を除去できる最小入力パルスエネルギーと
同じかより大きくし、この加工用レーザ光４を透明層３
を介してレーザ光吸収薄膜層２に吸収させる。
る微小な立体形状を有する立体構造体の加工方法を得
る。 【解決手段】 平坦基板１上にレーザ光吸収薄膜層２と
レーザ光吸収薄膜層２上の透明層３とを積層し、透明層
３を介してレーザ光吸収薄膜層２へ吸収させる加工用レ
ーザ光４の注入パルスエネルギーを、レーザ光入射方向
下流側の界面の平坦面Ｈが露出できる最大注入パルスエ
ネルギーと同じかより小さく、且つレーザ光入射方向上
流側の透明層を除去できる最小入力パルスエネルギーと
同じかより大きくし、この加工用レーザ光４を透明層３
を介してレーザ光吸収薄膜層２に吸収させる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームの照
射により被加工材料に直接微細な形状を形成する、立体
構造体の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体
の加工装置及び立体構造体に関し、特にレーザ光１パル
スで加工部底面が平滑でかつ加工深さ制御性の高い立体
的形状を形成するためのものに関する。特に微細形状を
必要とされる高精度部品形成を目的とし、光ディスクの
記録ピット形成、その原盤である光ディスク成形用スタ
ンパの形成方法、マルチレベル回折格子や回折型ホログ
ラムなどの光学素子およびその原盤の作製方法、マイク
ロマシン、マイクロセンサー等の立体形状加工法、マイ
クロ構造体形成法、等の微細立体デバイスに関する。
射により被加工材料に直接微細な形状を形成する、立体
構造体の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体
の加工装置及び立体構造体に関し、特にレーザ光１パル
スで加工部底面が平滑でかつ加工深さ制御性の高い立体
的形状を形成するためのものに関する。特に微細形状を
必要とされる高精度部品形成を目的とし、光ディスクの
記録ピット形成、その原盤である光ディスク成形用スタ
ンパの形成方法、マルチレベル回折格子や回折型ホログ
ラムなどの光学素子およびその原盤の作製方法、マイク
ロマシン、マイクロセンサー等の立体形状加工法、マイ
クロ構造体形成法、等の微細立体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、微細部品の高精度な立体的形状加
工法としては、フォトリソグラフィを用いたエッチング
技術が主に用いられてきた。これはレジスト材料に対し
て光を選択的に照射し、溶液処理することにより所望の
パターンを形成し、そのレジストを利用して全面にエッ
チングを行い、そのレジスト以外の領域を選択的に除去
する方法である。即ち、上記レジスト塗布から露光、定
着、現像、被加工物のエッチング、レジスト除去の一連
の作業により、加工部と被加工部の２つの領域を形成す
る。立体的な形状を作製する場合には、被加工物に対し
て新たにレジスト塗布を行い、加工位置形成部の精密な
位置合わせをした後上記プロセスを繰り返し行う。
工法としては、フォトリソグラフィを用いたエッチング
技術が主に用いられてきた。これはレジスト材料に対し
て光を選択的に照射し、溶液処理することにより所望の
パターンを形成し、そのレジストを利用して全面にエッ
チングを行い、そのレジスト以外の領域を選択的に除去
する方法である。即ち、上記レジスト塗布から露光、定
着、現像、被加工物のエッチング、レジスト除去の一連
の作業により、加工部と被加工部の２つの領域を形成す
る。立体的な形状を作製する場合には、被加工物に対し
て新たにレジスト塗布を行い、加工位置形成部の精密な
位置合わせをした後上記プロセスを繰り返し行う。
【０００３】この従来のフォトリソグラフィによるエッ
チング工法での問題点は、レジスト処理、露光、現像、
べーク等の複雑なプロセスが必要であり、プロセスが複
雑で多くの処理を必要とする。また、露光プロセスでは
露光量によりレジストパターンが変化するため厳密かつ
均一な露光強度（時間）制御をする必要がある。また、
位置により深さが変わるような立体的加工では複数のマ
スクを使用して形状を制御する必要があり高価なマスク
を多数作製する必要があった。また、深さを場所ごとに
制御する場合には一度加工した基板に対して再度精密な
位置あわせをする必要があり、さらに、一部が加工され
ている材料への露光は平面の基板に比べ露光条件が変化
することがある。また、一部が立体的に加工された基板
上へのレジストの塗布は、材料の凹凸により均一塗布が
困難である。
チング工法での問題点は、レジスト処理、露光、現像、
べーク等の複雑なプロセスが必要であり、プロセスが複
雑で多くの処理を必要とする。また、露光プロセスでは
露光量によりレジストパターンが変化するため厳密かつ
均一な露光強度（時間）制御をする必要がある。また、
位置により深さが変わるような立体的加工では複数のマ
スクを使用して形状を制御する必要があり高価なマスク
を多数作製する必要があった。また、深さを場所ごとに
制御する場合には一度加工した基板に対して再度精密な
位置あわせをする必要があり、さらに、一部が加工され
ている材料への露光は平面の基板に比べ露光条件が変化
することがある。また、一部が立体的に加工された基板
上へのレジストの塗布は、材料の凹凸により均一塗布が
困難である。
【０００４】微細部品の高精度な立体的形状加工法の他
の例としては、レーザ加工による方法が用いられてき
た。この従来のレーザ加工法による金属加工では、ＣＯ
2 やＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波などの高強度のレーザ
が用いられてきた。
の例としては、レーザ加工による方法が用いられてき
た。この従来のレーザ加工法による金属加工では、ＣＯ
2 やＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波などの高強度のレーザ
が用いられてきた。
【０００５】近年は微細化の実現と、より高精度な加工
を行うため、ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４レーザなどの第
二、第三高調波が用いられている。また微細加工用のレ
ーザ光源としては、エキシマレーザに代表される紫外、
短パルスレーザが用いられる。
を行うため、ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４レーザなどの第
二、第三高調波が用いられている。また微細加工用のレ
ーザ光源としては、エキシマレーザに代表される紫外、
短パルスレーザが用いられる。
【０００６】これは、代表値として波長１５７ｎｍから
３０９ｎｍで、パルス幅が数ｎｓから数十ｎｓのレーザ
であり、特に同波長に対して吸収の高い高分子に対し
て、その熱拡散長に比較して非常に短いパルスのレーザ
によって照射部を除去するため、加工部の精度が高く熱
的損傷が少ない工法として知られている。また近年金属
等の微細加工法としてフェムト秒レーザを用いた手法が
知られている。これは代表値として数十フェムト秒から
数百フェムト秒のパルス幅を有するレーザを用いた加工
法であり、代表的な光源にＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレー
ザがあげられる。これらは金属やセラミクス等多くの材
料に対して微細で高精度な加工が可能であることが知ら
れ、たとえば以下の論文、あるいは発明者である熊谷、
緑川による以下論文に詳しい。 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ ６３， １０９−１１５
（１９９６） 応用物理 ６７（９）， １０５１ （１９９８） Ｏ Ｐｌｕｓ Ｅ ２１（９）， １１３０ （１９９
９）
３０９ｎｍで、パルス幅が数ｎｓから数十ｎｓのレーザ
であり、特に同波長に対して吸収の高い高分子に対し
て、その熱拡散長に比較して非常に短いパルスのレーザ
によって照射部を除去するため、加工部の精度が高く熱
的損傷が少ない工法として知られている。また近年金属
等の微細加工法としてフェムト秒レーザを用いた手法が
知られている。これは代表値として数十フェムト秒から
数百フェムト秒のパルス幅を有するレーザを用いた加工
法であり、代表的な光源にＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレー
ザがあげられる。これらは金属やセラミクス等多くの材
料に対して微細で高精度な加工が可能であることが知ら
れ、たとえば以下の論文、あるいは発明者である熊谷、
緑川による以下論文に詳しい。 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ ６３， １０９−１１５
（１９９６） 応用物理 ６７（９）， １０５１ （１９９８） Ｏ Ｐｌｕｓ Ｅ ２１（９）， １１３０ （１９９
９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ加工法によれば、例えばＣＯ2 やＹＡＧレーザに
よる加工は、基本的に熱加工であり、高分子などの低融
点材料はレーザ照射部付近が容易に熱変形、溶融してし
まうため高精度加工が困難であった。また金属加工の場
合においても、金属の早い熱伝播のため、加工部周辺に
熱影響層が現れ、また金属の溶融、再固着による加工部
周辺の形状悪化がみられる。これらの場合ともに加工部
底面は熱変質のため表面精度は悪く、溶融痕の形状が現
れてしまう。
レーザ加工法によれば、例えばＣＯ2 やＹＡＧレーザに
よる加工は、基本的に熱加工であり、高分子などの低融
点材料はレーザ照射部付近が容易に熱変形、溶融してし
まうため高精度加工が困難であった。また金属加工の場
合においても、金属の早い熱伝播のため、加工部周辺に
熱影響層が現れ、また金属の溶融、再固着による加工部
周辺の形状悪化がみられる。これらの場合ともに加工部
底面は熱変質のため表面精度は悪く、溶融痕の形状が現
れてしまう。
【０００８】またエキシマレーザやＹＡＧレーザの高調
波による加工では一般的にそのレーザ波長に対して吸収
の高い材料のみでしか加工が困難であり、通常それは一
部の高分子材料に限定される。その一部の材料の加工に
おいてもレーザ加工部底面を均一の高さで平面性高く加
工するのは困難であり、また高価な光学系を用いて厳密
にビーム形状を制御する必要があった。この場合均一化
光学素子によりマスク位置で強度を均一にしたレーザビ
ームを縮小投影して加工する必要があるが、マスクの回
折や分割したビームの干渉等により、均一な底面を有す
る立体的加工は困難であり、特に光学素子に必要とされ
る数十ｎｍオーダーの加工底面の平坦化は困難であっ
た。
波による加工では一般的にそのレーザ波長に対して吸収
の高い材料のみでしか加工が困難であり、通常それは一
部の高分子材料に限定される。その一部の材料の加工に
おいてもレーザ加工部底面を均一の高さで平面性高く加
工するのは困難であり、また高価な光学系を用いて厳密
にビーム形状を制御する必要があった。この場合均一化
光学素子によりマスク位置で強度を均一にしたレーザビ
ームを縮小投影して加工する必要があるが、マスクの回
折や分割したビームの干渉等により、均一な底面を有す
る立体的加工は困難であり、特に光学素子に必要とされ
る数十ｎｍオーダーの加工底面の平坦化は困難であっ
た。
【０００９】パルス幅がサブピコからピコ秒であるＴ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザでのアブレーション加工の
場合は、金属材料に対しても高精度な加工が可能である
ことが知られているが、この場合も前記アブレーション
と同様その加工底面を平滑に加工するには高価な平坦加
工用光学系を準備する必要がある。またこれらレーザは
通常ビーム横モードがシングルモードでマスクの回折や
ビーム同士の干渉を起こしやすく、スペックルパターン
により加工面の平滑性が低下する問題やレーザの偏光に
起因した微細周期が発生し、その平滑な加工面を得るこ
とが困難であることが明らかとなってきている。
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザでのアブレーション加工の
場合は、金属材料に対しても高精度な加工が可能である
ことが知られているが、この場合も前記アブレーション
と同様その加工底面を平滑に加工するには高価な平坦加
工用光学系を準備する必要がある。またこれらレーザは
通常ビーム横モードがシングルモードでマスクの回折や
ビーム同士の干渉を起こしやすく、スペックルパターン
により加工面の平滑性が低下する問題やレーザの偏光に
起因した微細周期が発生し、その平滑な加工面を得るこ
とが困難であることが明らかとなってきている。
【００１０】また、従来のレーザによる薄膜層の加工と
しては、フォトマスク修正のための金属除去法が知られ
ている。この金属除去法は、ガラス基板上に蒸着した金
属薄膜の上面からレーザ光を照射し、その金属膜を溶
融、気化することにより選択的に除去する手法である。
また立体的な構造作製としては、レーザ吸収材料を積層
した手法である特開平１０−２２３５０４号公報、透明
材料を用いた特開平１０−１３７９５３号公報、特開平
１０−３１９２２１号公報があげられる。前者はエレク
トロルミネッセンス素子の透明薄膜の除去法を示し、レ
ーザアブレーションによる除去のエネルギーにより、上
面の透明層の除去を行う。後者は反射型光学素子の作製
法に関し、透過したレーザでのアブレーションによる反
射膜の除去方法を示している。
しては、フォトマスク修正のための金属除去法が知られ
ている。この金属除去法は、ガラス基板上に蒸着した金
属薄膜の上面からレーザ光を照射し、その金属膜を溶
融、気化することにより選択的に除去する手法である。
また立体的な構造作製としては、レーザ吸収材料を積層
した手法である特開平１０−２２３５０４号公報、透明
材料を用いた特開平１０−１３７９５３号公報、特開平
１０−３１９２２１号公報があげられる。前者はエレク
トロルミネッセンス素子の透明薄膜の除去法を示し、レ
ーザアブレーションによる除去のエネルギーにより、上
面の透明層の除去を行う。後者は反射型光学素子の作製
法に関し、透過したレーザでのアブレーションによる反
射膜の除去方法を示している。
【００１１】しかしながら、従来のレーザアブレーショ
ンを用いた薄膜加工法においても、加工上面薄膜層の除
去は可能であるが、加工部底面の表面粗度に関しては上
記レーザアブレーションの状態と変わらないものといえ
る。また吸収のみで構成された材料の場合は、レーザ１
照射により深い加工をすることが困難であり、深い加工
を行った場合熱影響により加工部の品位が低下してしま
う問題があった。また下面の吸収層を用いて上面を除去
する手法では吸収層での加工も進むため立体的に深さ制
御することが困難であるかあるいはレーザ光を多数回照
射して深さを制御する必要があった。この場合立体的形
状を光学デバイスで利用できるナノメータオーダーでの
制御は困難であった。
ンを用いた薄膜加工法においても、加工上面薄膜層の除
去は可能であるが、加工部底面の表面粗度に関しては上
記レーザアブレーションの状態と変わらないものといえ
る。また吸収のみで構成された材料の場合は、レーザ１
照射により深い加工をすることが困難であり、深い加工
を行った場合熱影響により加工部の品位が低下してしま
う問題があった。また下面の吸収層を用いて上面を除去
する手法では吸収層での加工も進むため立体的に深さ制
御することが困難であるかあるいはレーザ光を多数回照
射して深さを制御する必要があった。この場合立体的形
状を光学デバイスで利用できるナノメータオーダーでの
制御は困難であった。
【００１２】そこで、本発明は、これら従来のレーザ加
工での課題を解決し、特に光学デバイスとして利用可能
な平滑面を有する微小な立体形状を有する、立体構造体
の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体の加工
装置及び立体構造体を提供することをその目的とする。
工での課題を解決し、特に光学デバイスとして利用可能
な平滑面を有する微小な立体形状を有する、立体構造体
の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体の加工
装置及び立体構造体を提供することをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層
と該レーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層し、前記透
明層を介して前記レーザ光吸収薄膜層へ吸収させる加工
用レーザ光の注入パルスエネルギーを、レーザ光入射方
向下流側の界面の平坦面が露出できる最大注入パルスエ
ネルギーと同じかより小さく、且つレーザ光入射方向上
流側の透明層を除去できる最小入力パルスエネルギーと
同じかより大きくし、この加工用レーザ光を前記透明層
を介して前記レーザ光吸収薄膜層に吸収させることを特
徴とする立体構造体の加工方法である。また、請求項２
の発明は、前記レーザ光吸収薄膜層は前記平坦基板より
熱拡散が高速であることを特徴とする請求項１に記載の
立体構造体の加工方法である。また、請求項３の発明
は、前記加工用レーザ光は１パルスの照射により前記透
明層の加工用レーザ光が透過した部分と前記レーザ光吸
収薄膜層の加工用レーザ光が入射した部分とを共に除去
することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体構造
体の加工方法である。
に請求項１の発明は、平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層
と該レーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層し、前記透
明層を介して前記レーザ光吸収薄膜層へ吸収させる加工
用レーザ光の注入パルスエネルギーを、レーザ光入射方
向下流側の界面の平坦面が露出できる最大注入パルスエ
ネルギーと同じかより小さく、且つレーザ光入射方向上
流側の透明層を除去できる最小入力パルスエネルギーと
同じかより大きくし、この加工用レーザ光を前記透明層
を介して前記レーザ光吸収薄膜層に吸収させることを特
徴とする立体構造体の加工方法である。また、請求項２
の発明は、前記レーザ光吸収薄膜層は前記平坦基板より
熱拡散が高速であることを特徴とする請求項１に記載の
立体構造体の加工方法である。また、請求項３の発明
は、前記加工用レーザ光は１パルスの照射により前記透
明層の加工用レーザ光が透過した部分と前記レーザ光吸
収薄膜層の加工用レーザ光が入射した部分とを共に除去
することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体構造
体の加工方法である。
【００１４】また、請求項４の発明は、前記平坦基板上
に該平坦基板より熱拡散が低速な断熱層を積層した後
に、該断熱層上に前記レーザ光吸収薄膜層を積層するこ
とを特徴とする請求項１又は３に記載の立体構造体の加
工方法である。また、請求項５の発明は、前記レーザ光
吸収薄膜層と前記透明層とは交互に複数対積層され、前
記加工用レーザ光は、１パルス照射につき１対のレーザ
光吸収薄膜層及び透明層を除去し、１パルスずつ選択的
に照射をすることにより、深さが異なる除去部分を形成
することを特徴とする請求項３に記載の立体構造体の加
工方法である。また、請求項６の発明は、前記加工用レ
ーザ光は、エキシマレーザ光、固体レーザ光又はこれら
の高調波光等のパルス幅が１００ｎｓ以下のレーザ光で
あることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の立
体構造体の加工方法である。
に該平坦基板より熱拡散が低速な断熱層を積層した後
に、該断熱層上に前記レーザ光吸収薄膜層を積層するこ
とを特徴とする請求項１又は３に記載の立体構造体の加
工方法である。また、請求項５の発明は、前記レーザ光
吸収薄膜層と前記透明層とは交互に複数対積層され、前
記加工用レーザ光は、１パルス照射につき１対のレーザ
光吸収薄膜層及び透明層を除去し、１パルスずつ選択的
に照射をすることにより、深さが異なる除去部分を形成
することを特徴とする請求項３に記載の立体構造体の加
工方法である。また、請求項６の発明は、前記加工用レ
ーザ光は、エキシマレーザ光、固体レーザ光又はこれら
の高調波光等のパルス幅が１００ｎｓ以下のレーザ光で
あることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の立
体構造体の加工方法である。
【００１５】また、請求項７の発明は、前記透明層は異
なる厚さの透明層を備えることを特徴とする請求項３に
記載の立体構造体の加工方法である。また、請求項８の
発明は、前記加工用レーザ光の照射をマスクパターンの
転写により行うことを特徴とする請求項１又は２に記載
の立体構造体の加工方法である。また、請求項９の発明
は、前記平坦基板、レーザ光吸収薄膜層及び透明層から
構成される積層体の位置と前記加工用レーザ光の照射位
置との相対的な位置を変えて加工することを特徴とする
請求項１〜８の何れかに記載の立体構造体の加工方法で
ある。
なる厚さの透明層を備えることを特徴とする請求項３に
記載の立体構造体の加工方法である。また、請求項８の
発明は、前記加工用レーザ光の照射をマスクパターンの
転写により行うことを特徴とする請求項１又は２に記載
の立体構造体の加工方法である。また、請求項９の発明
は、前記平坦基板、レーザ光吸収薄膜層及び透明層から
構成される積層体の位置と前記加工用レーザ光の照射位
置との相対的な位置を変えて加工することを特徴とする
請求項１〜８の何れかに記載の立体構造体の加工方法で
ある。
【００１６】また、請求項１０の発明は、前記加工用レ
ーザ光を円形パターン状に集光して前記レーザ光吸収薄
膜層に吸収させることを特徴とする請求項３に記載の立
体構造体の加工方法である。また、請求項１１の発明
は、前記加工用レーザ光を線状に集光して前記レーザ光
吸収薄膜層に吸収させることを特徴とする請求項３に記
載の立体構造体の加工方法である。また、請求項１２の
発明は、請求項１〜１１の何れかに記載の立体構造体の
加工方法により作製された立体構造体からその複製を作
製し同一あるいは逆形状の立体形状品を作製することを
特徴とする立体形状品の製造方法である。
ーザ光を円形パターン状に集光して前記レーザ光吸収薄
膜層に吸収させることを特徴とする請求項３に記載の立
体構造体の加工方法である。また、請求項１１の発明
は、前記加工用レーザ光を線状に集光して前記レーザ光
吸収薄膜層に吸収させることを特徴とする請求項３に記
載の立体構造体の加工方法である。また、請求項１２の
発明は、請求項１〜１１の何れかに記載の立体構造体の
加工方法により作製された立体構造体からその複製を作
製し同一あるいは逆形状の立体形状品を作製することを
特徴とする立体形状品の製造方法である。
【００１７】また、請求項１３の発明は、請求項１２に
記載の複製を光記録媒体用スタンパとして用いることを
特徴とする立体形状品の製造方法である。また、請求項
１４の発明は、請求項１２に記載の複製を回折光学素子
の金型として用い、該金型により複製を作製することを
特徴とする立体形状品の製造方法である。また、請求項
１５の発明は、平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層と該レ
ーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層した積層体の前記
透明層を介して、前記レーザ光吸収薄膜層に加工用レー
ザ光を入射する加工用レーザ光発生手段と、該加工用レ
ーザ光発生手段から前記透明層を介して前記レーザ光吸
収薄膜層へ吸収させる加工用レーザ光の注入パルスエネ
ルギーを、レーザ光入射方向下流側の界面の平坦面が露
出できる最大注入パルスエネルギーと同じかより小さ
く、且つレーザ光入射方向上流側の透明層を除去できる
最小入力パルスエネルギーと同じかより大きく調整する
加工用レーザ光調整手段とを備えていることを特徴とす
る立体構造体の加工装置である。
記載の複製を光記録媒体用スタンパとして用いることを
特徴とする立体形状品の製造方法である。また、請求項
１４の発明は、請求項１２に記載の複製を回折光学素子
の金型として用い、該金型により複製を作製することを
特徴とする立体形状品の製造方法である。また、請求項
１５の発明は、平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層と該レ
ーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層した積層体の前記
透明層を介して、前記レーザ光吸収薄膜層に加工用レー
ザ光を入射する加工用レーザ光発生手段と、該加工用レ
ーザ光発生手段から前記透明層を介して前記レーザ光吸
収薄膜層へ吸収させる加工用レーザ光の注入パルスエネ
ルギーを、レーザ光入射方向下流側の界面の平坦面が露
出できる最大注入パルスエネルギーと同じかより小さ
く、且つレーザ光入射方向上流側の透明層を除去できる
最小入力パルスエネルギーと同じかより大きく調整する
加工用レーザ光調整手段とを備えていることを特徴とす
る立体構造体の加工装置である。
【００１８】また、請求項１６の発明は、平坦基板上に
レーザ光吸収薄膜層と該レーザ光吸収薄膜層上の透明層
とを積層した積層体の前記透明層を介して、前記レーザ
光吸収薄膜層へ吸収させる加工用レーザ光発生手段と、
該加工用レーザ光発生手段と前記透明層との間に配置す
るマスク手段と、該マスク手段のパターンを被加工物上
に転写する転写手段と、該加工用レーザ光発生手段から
前記透明層を介して前記レーザ光吸収薄膜層へ吸収させ
るパルスエネルギーを、レーザ光入射方向下流側の界面
の平坦面が露出できる最大注入パルスエネルギーと同じ
かより小さく、且つレーザ光入射方向上流側の透明層を
除去できる最小入力パルスエネルギーと同じかより大き
く調整する加工用レーザ光調整手段とを備えていること
を特徴とする立体構造体の加工装置である。また、請求
項１７の発明は、前記積層体位置と前記加工用レーザの
加工位置との相対的な位置を調整する加工位置調整手段
と、前記積層体の位置に同期させてレーザ光を制御する
レーザ光制御手段とを備えていることを特徴とする請求
項１６に記載の立体構造体の加工装置である。また、請
求項１８の発明は、前記マスク手段は、加工用レーザ光
の透過パターンが可変であり、該透過パターンを変化さ
せて同一箇所に複数回の加工用レーザ光を照射させるこ
とを特徴とする請求項１６に記載の立体構造体の加工装
置。
レーザ光吸収薄膜層と該レーザ光吸収薄膜層上の透明層
とを積層した積層体の前記透明層を介して、前記レーザ
光吸収薄膜層へ吸収させる加工用レーザ光発生手段と、
該加工用レーザ光発生手段と前記透明層との間に配置す
るマスク手段と、該マスク手段のパターンを被加工物上
に転写する転写手段と、該加工用レーザ光発生手段から
前記透明層を介して前記レーザ光吸収薄膜層へ吸収させ
るパルスエネルギーを、レーザ光入射方向下流側の界面
の平坦面が露出できる最大注入パルスエネルギーと同じ
かより小さく、且つレーザ光入射方向上流側の透明層を
除去できる最小入力パルスエネルギーと同じかより大き
く調整する加工用レーザ光調整手段とを備えていること
を特徴とする立体構造体の加工装置である。また、請求
項１７の発明は、前記積層体位置と前記加工用レーザの
加工位置との相対的な位置を調整する加工位置調整手段
と、前記積層体の位置に同期させてレーザ光を制御する
レーザ光制御手段とを備えていることを特徴とする請求
項１６に記載の立体構造体の加工装置である。また、請
求項１８の発明は、前記マスク手段は、加工用レーザ光
の透過パターンが可変であり、該透過パターンを変化さ
せて同一箇所に複数回の加工用レーザ光を照射させるこ
とを特徴とする請求項１６に記載の立体構造体の加工装
置。
【００１９】また、請求項１９の発明は、前記加工用レ
ーザ光は、エキシマレーザ光、固体レーザ光又はこれら
の高調波光等のパルス幅が１００ｎｓ以下のレーザ光で
あることを特徴とする請求項１６〜１８の何れかに記載
の立体構造体の加工装置である。また、請求項２０の発
明は、前記レーザ光吸収薄膜層と前記透明層とが交互に
複数対積層された積層体に対して、１パルス照射につき
１対のレーザ光吸収薄膜層及び透明層を除去し、１パル
スずつ選択的に照射をする加工用レーザ装置を備えてい
ることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の立体構
造体の加工装置である。また、請求項２１の発明は、平
坦基板と、該平坦基板に向けて加工用レーザ光を透過す
る透明層と、前記平坦基板と前記透明層との間に配置さ
れ、前記加工用レーザ光のエネルギーを吸収するレーザ
光吸収薄膜層とを積層して備え、前記透明層側から入射
した前記加工用レーザ光が前記レーザ光吸収薄膜層に吸
収されることにより前記透明層及び前記レーザ光吸収薄
膜層の一部が除去された除去部と、前記レーザ光吸収薄
膜層のレーザ光入射方向下流側に積層されている界面が
除去されずに露出している除去部の底面とを備えている
ことを特徴とする立体構造体である。
ーザ光は、エキシマレーザ光、固体レーザ光又はこれら
の高調波光等のパルス幅が１００ｎｓ以下のレーザ光で
あることを特徴とする請求項１６〜１８の何れかに記載
の立体構造体の加工装置である。また、請求項２０の発
明は、前記レーザ光吸収薄膜層と前記透明層とが交互に
複数対積層された積層体に対して、１パルス照射につき
１対のレーザ光吸収薄膜層及び透明層を除去し、１パル
スずつ選択的に照射をする加工用レーザ装置を備えてい
ることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の立体構
造体の加工装置である。また、請求項２１の発明は、平
坦基板と、該平坦基板に向けて加工用レーザ光を透過す
る透明層と、前記平坦基板と前記透明層との間に配置さ
れ、前記加工用レーザ光のエネルギーを吸収するレーザ
光吸収薄膜層とを積層して備え、前記透明層側から入射
した前記加工用レーザ光が前記レーザ光吸収薄膜層に吸
収されることにより前記透明層及び前記レーザ光吸収薄
膜層の一部が除去された除去部と、前記レーザ光吸収薄
膜層のレーザ光入射方向下流側に積層されている界面が
除去されずに露出している除去部の底面とを備えている
ことを特徴とする立体構造体である。
【００２０】また、請求項２２の発明は、前記レーザ光
吸収薄膜層はレーザ光入射方向下流側より熱拡散が高速
であることを特徴とする請求項２１に記載の立体構造
体。また、請求項２３の発明は、前記レーザ光吸収薄膜
層は前記平坦基板より熱拡散が高速な材料層から構成さ
れていることを特徴とする請求項２１に記載の立体構造
体である。また、請求項２４の発明は、前記平坦基板と
前記レーザ光吸収薄膜層との間に前記平坦基板より熱拡
散が低速な断熱層が積層されていることを特徴とする請
求項２１に記載の立体構造体である。
吸収薄膜層はレーザ光入射方向下流側より熱拡散が高速
であることを特徴とする請求項２１に記載の立体構造
体。また、請求項２３の発明は、前記レーザ光吸収薄膜
層は前記平坦基板より熱拡散が高速な材料層から構成さ
れていることを特徴とする請求項２１に記載の立体構造
体である。また、請求項２４の発明は、前記平坦基板と
前記レーザ光吸収薄膜層との間に前記平坦基板より熱拡
散が低速な断熱層が積層されていることを特徴とする請
求項２１に記載の立体構造体である。
【００２１】また、請求項２５の発明は、前記レーザ光
吸収薄膜層と前記透明層とは交互に複数対積層され、深
さが異なる除去部分が形成されていることを特徴とする
請求項２１〜２３の何れかに記載の立体構造体である。
また、請求項２６の発明は、前記透明層は異なる厚さの
透明層を備えていることを特徴とする請求項２５に記載
の立体構造体である。また、請求項２７の発明は、前記
レーザ光吸収薄膜層は金属薄膜であることを特徴とする
請求項２１〜２６の何れかに記載の立体構造体である。
吸収薄膜層と前記透明層とは交互に複数対積層され、深
さが異なる除去部分が形成されていることを特徴とする
請求項２１〜２３の何れかに記載の立体構造体である。
また、請求項２６の発明は、前記透明層は異なる厚さの
透明層を備えていることを特徴とする請求項２５に記載
の立体構造体である。また、請求項２７の発明は、前記
レーザ光吸収薄膜層は金属薄膜であることを特徴とする
請求項２１〜２６の何れかに記載の立体構造体である。
【００２２】また、請求項２８の発明は、前記透明層
は、ポリマーを薄膜状に形成したものであることを特徴
とする請求項２１〜２７の何れかに記載の立体構造体で
ある。また、請求項２９の発明は、前記透明層は前記レ
ーザ光吸収薄膜層より熱拡散が低速なセラミックスであ
ることを特徴とする請求項２１〜２７の何れかに記載の
立体構造体である。また、請求項３０の発明は、前記積
層体はマスクパターンの転写により加工されていること
を特徴とする請求項２１〜２９の何れかに記載の立体構
造体である。また、請求項３１の発明は、請求項２１〜
３０の何れかに記載の立体構造体の表面に反射膜を形成
したことを特徴とする立体構造体である。
は、ポリマーを薄膜状に形成したものであることを特徴
とする請求項２１〜２７の何れかに記載の立体構造体で
ある。また、請求項２９の発明は、前記透明層は前記レ
ーザ光吸収薄膜層より熱拡散が低速なセラミックスであ
ることを特徴とする請求項２１〜２７の何れかに記載の
立体構造体である。また、請求項３０の発明は、前記積
層体はマスクパターンの転写により加工されていること
を特徴とする請求項２１〜２９の何れかに記載の立体構
造体である。また、請求項３１の発明は、請求項２１〜
３０の何れかに記載の立体構造体の表面に反射膜を形成
したことを特徴とする立体構造体である。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 ［第１実施形態］図１は本発明の第１実施形態に係る立
体構造体の加工方法を示す図である。図１に示すよう
に、この立体構造体５は、ガラス基板、Ｓｉ基板、ＳＵ
Ｓ基板等の表面が平坦に形成されている平坦基板１と、
平坦基板１上に積層されているレーザ光吸収薄膜層２
と、レーザ光吸収薄膜層２に向けて加工用レーザ光４を
透過する透明層３とを備えている。なお、平坦基板１が
ＳＵＳ基板のとき、レーザ光吸収薄膜層として、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｎｉ等が使用できる。
を参照して説明する。 ［第１実施形態］図１は本発明の第１実施形態に係る立
体構造体の加工方法を示す図である。図１に示すよう
に、この立体構造体５は、ガラス基板、Ｓｉ基板、ＳＵ
Ｓ基板等の表面が平坦に形成されている平坦基板１と、
平坦基板１上に積層されているレーザ光吸収薄膜層２
と、レーザ光吸収薄膜層２に向けて加工用レーザ光４を
透過する透明層３とを備えている。なお、平坦基板１が
ＳＵＳ基板のとき、レーザ光吸収薄膜層として、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｎｉ等が使用できる。
【００２４】さらに、立体構造体５は、透明層３側から
入射した加工用レーザ光４がレーザ光吸収薄膜層２に吸
収されることにより透明層３及びレーザ光吸収薄膜層２
の一部が除去された微小な除去部と、レーザ光吸収薄膜
層２のレーザ光入射方向下流側に積層されている界面、
即ち本実施形態では平坦基板１の表面の平坦面Ｈが除去
されずに露出している除去部の底面とを備えている。
入射した加工用レーザ光４がレーザ光吸収薄膜層２に吸
収されることにより透明層３及びレーザ光吸収薄膜層２
の一部が除去された微小な除去部と、レーザ光吸収薄膜
層２のレーザ光入射方向下流側に積層されている界面、
即ち本実施形態では平坦基板１の表面の平坦面Ｈが除去
されずに露出している除去部の底面とを備えている。
【００２５】図１に示すように、第１実施形態のレーザ
加工方法では、加工用レーザ光４に対して吸収の高い材
料でかつ熱伝導の高い材料を薄膜状に形成したレーザ光
吸収薄膜層２を平坦基板１上に積層する。その後、レー
ザ光吸収薄膜層２の上に加工用レーザ光４に対して透過
性の高い透明材料層である透明層３を積層する。平坦基
板１および透明層３は熱伝導度がレーザ光吸収薄膜層２
よりも低い材料から構成されていることが望ましい。
加工方法では、加工用レーザ光４に対して吸収の高い材
料でかつ熱伝導の高い材料を薄膜状に形成したレーザ光
吸収薄膜層２を平坦基板１上に積層する。その後、レー
ザ光吸収薄膜層２の上に加工用レーザ光４に対して透過
性の高い透明材料層である透明層３を積層する。平坦基
板１および透明層３は熱伝導度がレーザ光吸収薄膜層２
よりも低い材料から構成されていることが望ましい。
【００２６】その後この積層体に対して透明層３側から
加工用レーザ光４を照射する。加工用レーザ光４は透明
層３を透過しその大部分のエネルギーがレーザ光吸収薄
膜層２の表面で吸収されるように、これら２層の膜厚あ
るいはレーザ光強度を調整する。
加工用レーザ光４を照射する。加工用レーザ光４は透明
層３を透過しその大部分のエネルギーがレーザ光吸収薄
膜層２の表面で吸収されるように、これら２層の膜厚あ
るいはレーザ光強度を調整する。
【００２７】この吸収されたエネルギーがレーザ光吸収
薄膜層２内を伝播しそれによりレーザ光吸収薄膜層２の
急激な温度上昇がおき、その結果、結合が弱い平坦基板
１とレーザ光吸収薄膜層２との界面からレーザ光吸収薄
膜層２の除去が起き、レーザ光吸収薄膜層２と同時にあ
るいは連続的に透明層３を除去する。レーザ光吸収薄膜
層２及び透明層３の加工用レーザ光４の照射部分が除去
された結果、平坦基板１の表面の平坦面Ｈが露出する。
即ち除去部分の底面が平坦な立体構造体５が作製され
る。
薄膜層２内を伝播しそれによりレーザ光吸収薄膜層２の
急激な温度上昇がおき、その結果、結合が弱い平坦基板
１とレーザ光吸収薄膜層２との界面からレーザ光吸収薄
膜層２の除去が起き、レーザ光吸収薄膜層２と同時にあ
るいは連続的に透明層３を除去する。レーザ光吸収薄膜
層２及び透明層３の加工用レーザ光４の照射部分が除去
された結果、平坦基板１の表面の平坦面Ｈが露出する。
即ち除去部分の底面が平坦な立体構造体５が作製され
る。
【００２８】通常のレーザ熱加工では、レーザ光を吸収
した材料の熱拡散により照射領域から等方的に温度上昇
が起きる。このとき除去は材料の温度がその溶融温度あ
るいは蒸発温度になった領域からおき、一般的に照射表
面から底面にかけてレーザビーム強度に対応するような
形状でかつ周囲に熱変質層が現れた加工痕となる。
した材料の熱拡散により照射領域から等方的に温度上昇
が起きる。このとき除去は材料の温度がその溶融温度あ
るいは蒸発温度になった領域からおき、一般的に照射表
面から底面にかけてレーザビーム強度に対応するような
形状でかつ周囲に熱変質層が現れた加工痕となる。
【００２９】本発明に係る第１実施形態によれば、レー
ザ光吸収薄膜層２を薄い層状に形成することで、加工用
レーザ光４のエネルギーを選択的にレーザ光吸収薄膜層
２のみに与えることが可能となる。通常レーザ光を吸収
する吸収層が厚い場合には熱拡散により熱変質や溶融痕
がレーザ照射部周囲あるいは加工部底面に残るが、薄膜
化することでこれら熱的変質領域を非常に狭くすること
が可能となる。
ザ光吸収薄膜層２を薄い層状に形成することで、加工用
レーザ光４のエネルギーを選択的にレーザ光吸収薄膜層
２のみに与えることが可能となる。通常レーザ光を吸収
する吸収層が厚い場合には熱拡散により熱変質や溶融痕
がレーザ照射部周囲あるいは加工部底面に残るが、薄膜
化することでこれら熱的変質領域を非常に狭くすること
が可能となる。
【００３０】また基板上に吸収層のみを形成したものの
加工では、高精度加工の実現のためには、上記等方的熱
拡散のためレーザ１パルス照射による除去量を少なくす
る必要があるが、本発明の場合、レーザ光吸収薄膜層２
上に透明層３を設けることにより、レーザ１パルス照射
での除去量を増加させることが可能となる。
加工では、高精度加工の実現のためには、上記等方的熱
拡散のためレーザ１パルス照射による除去量を少なくす
る必要があるが、本発明の場合、レーザ光吸収薄膜層２
上に透明層３を設けることにより、レーザ１パルス照射
での除去量を増加させることが可能となる。
【００３１】また透明層３を設けることにより、レーザ
１パルス照射での除去量を透明層３の厚みにより可変す
ることが可能となる。このとき除去は平坦基板１とレー
ザ光吸収薄膜層２との界面で起きるため、除去された部
分の底面である平坦面Ｈの平滑性は平坦基板１の平滑性
に依存し、表面が平滑な平坦基板１を用意することで、
底面の平坦な高精度立体加工された立体構造体５が実現
できる。
１パルス照射での除去量を透明層３の厚みにより可変す
ることが可能となる。このとき除去は平坦基板１とレー
ザ光吸収薄膜層２との界面で起きるため、除去された部
分の底面である平坦面Ｈの平滑性は平坦基板１の平滑性
に依存し、表面が平滑な平坦基板１を用意することで、
底面の平坦な高精度立体加工された立体構造体５が実現
できる。
【００３２】通常の高分子のレーザアブレーション加工
では光吸収層に熱拡散の低い高分子等を用いる。しかし
ながらこの場合レーザ加工部は入力レーザ強度分布に大
きく依存した形態となる。たとえばガウス型ビームを加
工部に照射した場合、加工部はそのガウス型ビーム形状
に近い形状となり、平坦な加工部を得ることは困難であ
った。
では光吸収層に熱拡散の低い高分子等を用いる。しかし
ながらこの場合レーザ加工部は入力レーザ強度分布に大
きく依存した形態となる。たとえばガウス型ビームを加
工部に照射した場合、加工部はそのガウス型ビーム形状
に近い形状となり、平坦な加工部を得ることは困難であ
った。
【００３３】しかし本発明によれば、図１に示すよう
に、レーザ照射部から高速に膜内を熱拡散しかつ除去が
熱拡散層であるレーザ光吸収薄膜層２と平坦基板１との
界面において選択的になされるため、レーザ強度分布に
依存しない平滑面を得ることが可能となる。
に、レーザ照射部から高速に膜内を熱拡散しかつ除去が
熱拡散層であるレーザ光吸収薄膜層２と平坦基板１との
界面において選択的になされるため、レーザ強度分布に
依存しない平滑面を得ることが可能となる。
【００３４】本発明ではレーザ１パルスによる領域の一
括除去が可能であることから従来のレーザアブレーショ
ンに比べ高速な除去加工の実現が可能となる。また加工
深さが初期の膜厚により決定されるため、高精度な加工
深さ制御が実現できる。
括除去が可能であることから従来のレーザアブレーショ
ンに比べ高速な除去加工の実現が可能となる。また加工
深さが初期の膜厚により決定されるため、高精度な加工
深さ制御が実現できる。
【００３５】［実施例１］本発明の実施例１に係るレー
ザ加工方法を図１に沿って示す。図１に示すように、上
面の積層面が平面に形成されているガラス基板、Ｓｉ基
板等の平坦基板１上、本実施例ではガラス基板上にＮｉ
薄膜等のレーザ光吸収薄膜層２を積層する。その上面に
アクリル樹脂層、ＩＴＯ膜等の光透過層である透明層３
を積層する。この積層体に対して透明層３上からある強
度に調整した加工用レーザ光４を空間選択的に照射す
る。
ザ加工方法を図１に沿って示す。図１に示すように、上
面の積層面が平面に形成されているガラス基板、Ｓｉ基
板等の平坦基板１上、本実施例ではガラス基板上にＮｉ
薄膜等のレーザ光吸収薄膜層２を積層する。その上面に
アクリル樹脂層、ＩＴＯ膜等の光透過層である透明層３
を積層する。この積層体に対して透明層３上からある強
度に調整した加工用レーザ光４を空間選択的に照射す
る。
【００３６】前記加工用レーザ光４のある強度とは、レ
ーザ光吸収薄膜層２においてレーザ光のほとんどのエネ
ルギーが吸収される強度である。即ち、透明層３を介し
てレーザ光吸収薄膜層２へ吸収させる加工用レーザ光４
の注入パルスエネルギーＥ０を、レーザ光入射方向下流
側の界面である平坦面Ｈが露出でき、且つ平坦面Ｈに損
傷を与えない最大注入パルスエネルギーＥ１と同じかよ
り小さく、且つレーザ光入射方向上流側の透明層３を除
去できる最小入力パルスエネルギーＥ２と同じかより大
きくし、この加工用レーザ光４を透明層３を介してレー
ザ光吸収薄膜層２に吸収させる。換言すれば、注入パル
スエネルギーＥ０、最大注入パルスエネルギーＥ１及び
最小入力パルスエネルギーＥ２の関係がＥ２≦Ｅ０≦Ｅ
１を満たすことが必要である。
ーザ光吸収薄膜層２においてレーザ光のほとんどのエネ
ルギーが吸収される強度である。即ち、透明層３を介し
てレーザ光吸収薄膜層２へ吸収させる加工用レーザ光４
の注入パルスエネルギーＥ０を、レーザ光入射方向下流
側の界面である平坦面Ｈが露出でき、且つ平坦面Ｈに損
傷を与えない最大注入パルスエネルギーＥ１と同じかよ
り小さく、且つレーザ光入射方向上流側の透明層３を除
去できる最小入力パルスエネルギーＥ２と同じかより大
きくし、この加工用レーザ光４を透明層３を介してレー
ザ光吸収薄膜層２に吸収させる。換言すれば、注入パル
スエネルギーＥ０、最大注入パルスエネルギーＥ１及び
最小入力パルスエネルギーＥ２の関係がＥ２≦Ｅ０≦Ｅ
１を満たすことが必要である。
【００３７】この強度の加工用レーザ光４を照射したと
き、レーザ光吸収薄膜層２では熱拡散により加工用レー
ザ光４のエネルギーがレーザ光吸収薄膜層２内を伝播
し、レーザ光吸収薄膜層２が高温となる。このときレー
ザ光吸収薄膜層２と平坦基板１との界面から剥離がお
き、レーザ光吸収薄膜層２の蒸発、剥離と同時に透明層
３の除去を起こす。その結果、レーザ照射部でレーザ光
吸収薄膜層２及び透明層３のみの除去が達成され、平坦
基板１の平坦な表面が露出して除去部分の底面が平滑性
の保たれた平坦面Ｈとなり、立体構造体５を得ることが
でき、立体的な形状加工が実現される。
き、レーザ光吸収薄膜層２では熱拡散により加工用レー
ザ光４のエネルギーがレーザ光吸収薄膜層２内を伝播
し、レーザ光吸収薄膜層２が高温となる。このときレー
ザ光吸収薄膜層２と平坦基板１との界面から剥離がお
き、レーザ光吸収薄膜層２の蒸発、剥離と同時に透明層
３の除去を起こす。その結果、レーザ照射部でレーザ光
吸収薄膜層２及び透明層３のみの除去が達成され、平坦
基板１の平坦な表面が露出して除去部分の底面が平滑性
の保たれた平坦面Ｈとなり、立体構造体５を得ることが
でき、立体的な形状加工が実現される。
【００３８】［第２実施形態］図２は本発明の第２実施
形態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。図２
に示すように、この立体構造体５は、ガラス基板、Ｓｉ
基板、ＳＵＳ基板等の表面が平坦に形成されている平坦
基板１と、平坦基板１上に積層されている断熱層６と、
断熱層６上に積層されているレーザ光吸収薄膜層２と、
レーザ光吸収薄膜層２に向けて加工用レーザ光４を透過
する透明層３とを備えている。
形態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。図２
に示すように、この立体構造体５は、ガラス基板、Ｓｉ
基板、ＳＵＳ基板等の表面が平坦に形成されている平坦
基板１と、平坦基板１上に積層されている断熱層６と、
断熱層６上に積層されているレーザ光吸収薄膜層２と、
レーザ光吸収薄膜層２に向けて加工用レーザ光４を透過
する透明層３とを備えている。
【００３９】さらに、第２実施形態の立体構造体５は、
透明層３側から入射した加工用レーザ光４がレーザ光吸
収薄膜層２に吸収されることにより透明層３及びレーザ
光吸収薄膜層２の一部が除去された微小な除去部と、レ
ーザ光吸収薄膜層２のレーザ光入射方向下流側に積層さ
れている界面、即ち本実施形態では断熱層６の表面の平
坦面Ｈが除去されずに露出している除去部の底面とを備
えている。
透明層３側から入射した加工用レーザ光４がレーザ光吸
収薄膜層２に吸収されることにより透明層３及びレーザ
光吸収薄膜層２の一部が除去された微小な除去部と、レ
ーザ光吸収薄膜層２のレーザ光入射方向下流側に積層さ
れている界面、即ち本実施形態では断熱層６の表面の平
坦面Ｈが除去されずに露出している除去部の底面とを備
えている。
【００４０】図２に示すように、第２実施形態のレーザ
加工方法では平坦基板１上に表面が平滑になるように第
一材料層としての断熱層６を積層する。これは断熱材料
の塗布、スピンコート、ディッピング、蒸着等の方法に
より実現できる。その上面に加工用レーザ光４に対して
吸収の高い材料でかつ熱伝導の高い材料からなるレーザ
光吸収薄膜層２を積層する。さらにレーザ光吸収薄膜層
２の上面に加工用レーザ光４に対して透過性の高い透明
材料層としての透明層３を断熱層６と同様の方法により
積層する。断熱層６および透明層３の各材料は熱伝導度
がレーザ光吸収薄膜層２を構成する材料よりも低いもの
であることが望ましい。
加工方法では平坦基板１上に表面が平滑になるように第
一材料層としての断熱層６を積層する。これは断熱材料
の塗布、スピンコート、ディッピング、蒸着等の方法に
より実現できる。その上面に加工用レーザ光４に対して
吸収の高い材料でかつ熱伝導の高い材料からなるレーザ
光吸収薄膜層２を積層する。さらにレーザ光吸収薄膜層
２の上面に加工用レーザ光４に対して透過性の高い透明
材料層としての透明層３を断熱層６と同様の方法により
積層する。断熱層６および透明層３の各材料は熱伝導度
がレーザ光吸収薄膜層２を構成する材料よりも低いもの
であることが望ましい。
【００４１】その後、この積層体に対して透明層３側か
ら加工用レーザ光４を照射する。加工用レーザ光４は透
明層３を透過しその大部分のエネルギーがレーザ光吸収
薄膜層２の表面で吸収されるように、これら２層の膜厚
あるいはレーザ光強度を調整する。
ら加工用レーザ光４を照射する。加工用レーザ光４は透
明層３を透過しその大部分のエネルギーがレーザ光吸収
薄膜層２の表面で吸収されるように、これら２層の膜厚
あるいはレーザ光強度を調整する。
【００４２】このレーザ光吸収薄膜層２に吸収されたエ
ネルギーがレーザ光吸収薄膜層２内を伝播し、それによ
りレーザ光吸収薄膜層２の急激な温度上昇がおき、結果
結合が弱い平坦基板１とレーザ光吸収薄膜層２との界面
からレーザ光吸収薄膜層２の材料の除去が起き、レーザ
光吸収薄膜層２と同時にあるいは連続的に透明層３を除
去する。
ネルギーがレーザ光吸収薄膜層２内を伝播し、それによ
りレーザ光吸収薄膜層２の急激な温度上昇がおき、結果
結合が弱い平坦基板１とレーザ光吸収薄膜層２との界面
からレーザ光吸収薄膜層２の材料の除去が起き、レーザ
光吸収薄膜層２と同時にあるいは連続的に透明層３を除
去する。
【００４３】第２実施形態によれば、第１実施形態の効
果に加え、断熱層６を付加することで平坦基板１の材料
の選択幅が増し、より平坦度の低い材料の利用が可能と
なる。さらに断熱層６として例えばセラミック材料に代
表される耐熱材料を用いることで、加工用レーザ光４の
照射加工部底面の加工精度を高めたまま、加工用レーザ
光４の強度を高くし、加工用レーザ光４の１パルス照射
による除去量を向上させることが可能となる。また断熱
層６として例えばポリイミドに代表される高分子などの
低熱伝導材料を用いることで、効果的にレーザ光吸収薄
膜層２の温度上昇を誘起することが可能となり、低エネ
ルギーでの高速加工が可能となる。
果に加え、断熱層６を付加することで平坦基板１の材料
の選択幅が増し、より平坦度の低い材料の利用が可能と
なる。さらに断熱層６として例えばセラミック材料に代
表される耐熱材料を用いることで、加工用レーザ光４の
照射加工部底面の加工精度を高めたまま、加工用レーザ
光４の強度を高くし、加工用レーザ光４の１パルス照射
による除去量を向上させることが可能となる。また断熱
層６として例えばポリイミドに代表される高分子などの
低熱伝導材料を用いることで、効果的にレーザ光吸収薄
膜層２の温度上昇を誘起することが可能となり、低エネ
ルギーでの高速加工が可能となる。
【００４４】［実施例２］本発明の実施例２に係るレー
ザ加工方法を図２に沿って示す。図２に示すように、上
面の積層面が平面に形成されているガラス基板、Ｓｉ基
板等の平坦基板１、本実施例ではガラス基板上に平坦基
板１より熱拡散率の低いポリイミド等の低熱拡散率材料
からなる断熱層６を層状に塗布する。その平坦な断熱層
６の上面にＡｌ薄膜、Ｃｕ薄膜、Ｎｉ薄膜等の金属膜等
のレーザ光吸収薄膜層２を積層する。本実施例ではＮｉ
薄膜とした。そのレーザ光吸収薄膜層２の上面に、例え
ばアクリル樹脂、ＩＴＯ膜などの光透過層である透明層
３を積層する。
ザ加工方法を図２に沿って示す。図２に示すように、上
面の積層面が平面に形成されているガラス基板、Ｓｉ基
板等の平坦基板１、本実施例ではガラス基板上に平坦基
板１より熱拡散率の低いポリイミド等の低熱拡散率材料
からなる断熱層６を層状に塗布する。その平坦な断熱層
６の上面にＡｌ薄膜、Ｃｕ薄膜、Ｎｉ薄膜等の金属膜等
のレーザ光吸収薄膜層２を積層する。本実施例ではＮｉ
薄膜とした。そのレーザ光吸収薄膜層２の上面に、例え
ばアクリル樹脂、ＩＴＯ膜などの光透過層である透明層
３を積層する。
【００４５】この積層体に対して透明層３上からある強
度に調整したフェムト秒チタンサファイアレーザ光（フ
ェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ光）等の加工用
レーザ光４を空間選択的に照射する。この照射によりレ
ーザ光吸収薄膜層２において加工用レーザ光４のほとん
どのエネルギーが吸収され、その後あるいはレーザ照射
中の熱拡散によりそのエネルギーがレーザ光吸収薄膜層
２内を伝播し、レーザ光吸収薄膜層２が高温となる。こ
のとき断熱層６で熱拡散は制限され、その結果、レーザ
光吸収薄膜層２が断熱層６から剥離される。このときレ
ーザ光吸収薄膜層２の蒸発、剥離と同時に透明層３の除
去を起こす。その結果、レーザ照射部でレーザ光吸収薄
膜層２及び透明層３のみの除去が達成され、断熱層６の
平坦な表面が露出して除去部分の底面が平滑性が保たれ
た平坦面Ｈとなり、立体構造体５を得ることができ、立
体的な形状加工が実現される。
度に調整したフェムト秒チタンサファイアレーザ光（フ
ェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ光）等の加工用
レーザ光４を空間選択的に照射する。この照射によりレ
ーザ光吸収薄膜層２において加工用レーザ光４のほとん
どのエネルギーが吸収され、その後あるいはレーザ照射
中の熱拡散によりそのエネルギーがレーザ光吸収薄膜層
２内を伝播し、レーザ光吸収薄膜層２が高温となる。こ
のとき断熱層６で熱拡散は制限され、その結果、レーザ
光吸収薄膜層２が断熱層６から剥離される。このときレ
ーザ光吸収薄膜層２の蒸発、剥離と同時に透明層３の除
去を起こす。その結果、レーザ照射部でレーザ光吸収薄
膜層２及び透明層３のみの除去が達成され、断熱層６の
平坦な表面が露出して除去部分の底面が平滑性が保たれ
た平坦面Ｈとなり、立体構造体５を得ることができ、立
体的な形状加工が実現される。
【００４６】［第３実施形態］図３は本発明の第３実施
形態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。図３
に示すように、この立体構造体７は、ガラス基板、Ｓｉ
基板、ＳＵＳ基板等の表面が平坦に形成されている平坦
基板１と、平坦基板１上に積層されているレーザ光吸収
薄膜層２ａと、レーザ光吸収薄膜層２ａ上に積層され、
レーザ光吸収薄膜層２ａに向けて加工用レーザ光４を透
過する透明層３ａと、透明層３ａ上に積層されているレ
ーザ光吸収薄膜層２ｂと、レーザ光吸収薄膜層２ｂ上に
積層され、レーザ光吸収薄膜層２ｂに向けて加工用レー
ザ光４を透過する透明層３ｂと、透明層３ｂ上に積層さ
れているレーザ光吸収薄膜層２ｃと、レーザ光吸収薄膜
層２ｃ上に積層され、レーザ光吸収薄膜層２ｃに向けて
加工用レーザ光４を透過する透明層３ｃとを備えてい
る。
形態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。図３
に示すように、この立体構造体７は、ガラス基板、Ｓｉ
基板、ＳＵＳ基板等の表面が平坦に形成されている平坦
基板１と、平坦基板１上に積層されているレーザ光吸収
薄膜層２ａと、レーザ光吸収薄膜層２ａ上に積層され、
レーザ光吸収薄膜層２ａに向けて加工用レーザ光４を透
過する透明層３ａと、透明層３ａ上に積層されているレ
ーザ光吸収薄膜層２ｂと、レーザ光吸収薄膜層２ｂ上に
積層され、レーザ光吸収薄膜層２ｂに向けて加工用レー
ザ光４を透過する透明層３ｂと、透明層３ｂ上に積層さ
れているレーザ光吸収薄膜層２ｃと、レーザ光吸収薄膜
層２ｃ上に積層され、レーザ光吸収薄膜層２ｃに向けて
加工用レーザ光４を透過する透明層３ｃとを備えてい
る。
【００４７】さらに、立体構造体７は、透明層３ｃ側か
ら入射した１回目の加工用レーザ光４ａがレーザ光吸収
薄膜層２ｃに吸収されることにより透明層３ｃ及びレー
ザ光吸収薄膜層２ｃの一部が除去された微小な除去部
（図３の左側の除去部）と、レーザ光吸収薄膜層２ｃの
レーザ光入射方向下流側に積層されている界面、即ち本
実施形態では透明層３ｂの表面の平坦面Ｈが除去されず
に露出している除去部の底面（図３の左側の底面）とを
備えている。
ら入射した１回目の加工用レーザ光４ａがレーザ光吸収
薄膜層２ｃに吸収されることにより透明層３ｃ及びレー
ザ光吸収薄膜層２ｃの一部が除去された微小な除去部
（図３の左側の除去部）と、レーザ光吸収薄膜層２ｃの
レーザ光入射方向下流側に積層されている界面、即ち本
実施形態では透明層３ｂの表面の平坦面Ｈが除去されず
に露出している除去部の底面（図３の左側の底面）とを
備えている。
【００４８】また、さらに、立体構造体７は、透明層３
ｂ側から入射した２回目の加工用レーザ光４ｂがレーザ
光吸収薄膜層２ｂに吸収されることにより透明層３ｂ及
びレーザ光吸収薄膜層２ｂの一部が除去された微小な除
去部（図３の中央の除去部）と、レーザ光吸収薄膜層２
ｂのレーザ光入射方向下流側に積層されている界面、即
ち本実施形態では透明層３ａの表面の平坦面Ｈが除去さ
れずに露出している除去部の底面（図３の中央の底面）
とを備えている。
ｂ側から入射した２回目の加工用レーザ光４ｂがレーザ
光吸収薄膜層２ｂに吸収されることにより透明層３ｂ及
びレーザ光吸収薄膜層２ｂの一部が除去された微小な除
去部（図３の中央の除去部）と、レーザ光吸収薄膜層２
ｂのレーザ光入射方向下流側に積層されている界面、即
ち本実施形態では透明層３ａの表面の平坦面Ｈが除去さ
れずに露出している除去部の底面（図３の中央の底面）
とを備えている。
【００４９】また、さらに、立体構造体７は、透明層３
ａ側から入射した３回目の加工用レーザ光４ｃがレーザ
光吸収薄膜層２ａに吸収されることにより透明層３ａ及
びレーザ光吸収薄膜層２ａの一部が除去された微小な除
去部（図３の右側の除去部）と、レーザ光吸収薄膜層２
ａのレーザ光入射方向下流側に積層されている界面、即
ち本実施形態では平坦基板１の表面の平坦面Ｈが除去さ
れずに露出している除去部の底面（図３の右側の底面）
とを備えている。
ａ側から入射した３回目の加工用レーザ光４ｃがレーザ
光吸収薄膜層２ａに吸収されることにより透明層３ａ及
びレーザ光吸収薄膜層２ａの一部が除去された微小な除
去部（図３の右側の除去部）と、レーザ光吸収薄膜層２
ａのレーザ光入射方向下流側に積層されている界面、即
ち本実施形態では平坦基板１の表面の平坦面Ｈが除去さ
れずに露出している除去部の底面（図３の右側の底面）
とを備えている。
【００５０】図３に示すように、第３実施形態のレーザ
加工方法では平坦基板１上に加工用レーザ光に対して吸
収の高い材料でかつ熱伝導の高い材料を薄膜状に形成し
たレーザ光吸収薄膜層２ａを平坦基板１上に積層する。
次に、レーザ光吸収薄膜層２ａの上に加工用レーザ光に
対して透過性の高い透明層３ａを積層する。さらに透明
層３ａの上面にレーザ光吸収薄膜層２ｂ、透明層３ｂを
交互に少なくとも２層以上積層する。平坦基板１および
透明層３ａ〜３ｃの材料は熱伝導度がレーザ光吸収薄膜
層２の材料よりも低いものであることが望ましい。
加工方法では平坦基板１上に加工用レーザ光に対して吸
収の高い材料でかつ熱伝導の高い材料を薄膜状に形成し
たレーザ光吸収薄膜層２ａを平坦基板１上に積層する。
次に、レーザ光吸収薄膜層２ａの上に加工用レーザ光に
対して透過性の高い透明層３ａを積層する。さらに透明
層３ａの上面にレーザ光吸収薄膜層２ｂ、透明層３ｂを
交互に少なくとも２層以上積層する。平坦基板１および
透明層３ａ〜３ｃの材料は熱伝導度がレーザ光吸収薄膜
層２の材料よりも低いものであることが望ましい。
【００５１】その後、この積層体に対して透明層３ｃ側
から加工用レーザ光４ａを、本実施形態では３箇所に照
射する。加工用レーザ光４ａは透明層３ｃを透過しその
大部分のエネルギーがレーザ光吸収薄膜層２ｃの表面で
吸収されるようにこれら最上面側の２層の膜厚あるいは
加工用レーザ光強度を調整する。
から加工用レーザ光４ａを、本実施形態では３箇所に照
射する。加工用レーザ光４ａは透明層３ｃを透過しその
大部分のエネルギーがレーザ光吸収薄膜層２ｃの表面で
吸収されるようにこれら最上面側の２層の膜厚あるいは
加工用レーザ光強度を調整する。
【００５２】この吸収された加工用レーザ光４ａのエネ
ルギーがレーザ光吸収薄膜層２ｃ内を伝播しそれにより
レーザ光吸収薄膜層２ｃの急激な温度上昇がおき、結果
結合が弱いレーザ光吸収薄膜層２ｃと透明層３ｂとの界
面から材料の除去が起き、レーザ光吸収薄膜層２ｃと同
時にあるいは連続的に透明層３ｂを除去する。
ルギーがレーザ光吸収薄膜層２ｃ内を伝播しそれにより
レーザ光吸収薄膜層２ｃの急激な温度上昇がおき、結果
結合が弱いレーザ光吸収薄膜層２ｃと透明層３ｂとの界
面から材料の除去が起き、レーザ光吸収薄膜層２ｃと同
時にあるいは連続的に透明層３ｂを除去する。
【００５３】さらに、本実施形態では中央と右側との同
一場所に再度加工用レーザ光４ｂを１パルス照射するこ
とでレーザ光吸収薄膜層２ｂおよび透明層３ｂを除去す
る。このように加工用レーザ光を選択的に照射すること
で、加工領域の深さをデジタル的に制御し、加工部底面
が平滑な平坦面Ｈを有する立体的微小構造体としての立
体構造体を製造する。
一場所に再度加工用レーザ光４ｂを１パルス照射するこ
とでレーザ光吸収薄膜層２ｂおよび透明層３ｂを除去す
る。このように加工用レーザ光を選択的に照射すること
で、加工領域の深さをデジタル的に制御し、加工部底面
が平滑な平坦面Ｈを有する立体的微小構造体としての立
体構造体を製造する。
【００５４】なお、上記実施形態では、立体構造体７を
作製するために、加工用レーザ光を３箇所、２箇所、１
箇所の順で照射したが、最も深く除去すべき部分に対応
する１箇所、最も深く除去すべき部分及び次に深く除去
すべき部分に対応する２箇所、最も深く除去すべき部
分、次に深く除去すべき部分及びその次に深く除去すべ
き部分に対応する３箇所の順で照射しても立体構造体７
を作製することができ、照射順序は適宜変更することが
できる。また、上記実施形態では３つの除去部を形成す
る場合について説明したが、３つ以外の除去部を形成す
る場合にも同様に選択的に照射することで行うことがで
きる。
作製するために、加工用レーザ光を３箇所、２箇所、１
箇所の順で照射したが、最も深く除去すべき部分に対応
する１箇所、最も深く除去すべき部分及び次に深く除去
すべき部分に対応する２箇所、最も深く除去すべき部
分、次に深く除去すべき部分及びその次に深く除去すべ
き部分に対応する３箇所の順で照射しても立体構造体７
を作製することができ、照射順序は適宜変更することが
できる。また、上記実施形態では３つの除去部を形成す
る場合について説明したが、３つ以外の除去部を形成す
る場合にも同様に選択的に照射することで行うことがで
きる。
【００５５】以上のように第３実施形態によれば、レー
ザ照射数により加工深さをデジタル的に制御することが
可能となる。これはフォトリソグラフィプロセスにおい
て行われる基板除去後の再位置設定の必要がなく、レー
ザ加工位置の制御あるいは基板の移動等の手段のみによ
り、空間選択的に所望の立体形状の形成が可能となる。
これにより例えばマルチバイナリの回折光学素子や加工
位置のコンピュータ制御によるホログラム光学素子の作
製等に利用することが可能となる。
ザ照射数により加工深さをデジタル的に制御することが
可能となる。これはフォトリソグラフィプロセスにおい
て行われる基板除去後の再位置設定の必要がなく、レー
ザ加工位置の制御あるいは基板の移動等の手段のみによ
り、空間選択的に所望の立体形状の形成が可能となる。
これにより例えばマルチバイナリの回折光学素子や加工
位置のコンピュータ制御によるホログラム光学素子の作
製等に利用することが可能となる。
【００５６】［実施例３］図３に示すように、平坦基板
１であるガラス基板上にレーザ光吸収薄膜層２ａである
Ｎｉ薄膜を例えば５０ｎｍ程度スパッタし、その上面に
透明層３ａであるＩＴＯ膜を例えば１００ｎｍ程度スパ
ッタする。さらに透明層３ａの上面に同じくレーザ光吸
収薄膜層２ｂであるＮｉをスパッタし、さらに透明層３
ｂであるＩＴＯ膜を同一の厚みで付加し、これを繰り返
すことで多層膜構造の積層体を作製する。
１であるガラス基板上にレーザ光吸収薄膜層２ａである
Ｎｉ薄膜を例えば５０ｎｍ程度スパッタし、その上面に
透明層３ａであるＩＴＯ膜を例えば１００ｎｍ程度スパ
ッタする。さらに透明層３ａの上面に同じくレーザ光吸
収薄膜層２ｂであるＮｉをスパッタし、さらに透明層３
ｂであるＩＴＯ膜を同一の厚みで付加し、これを繰り返
すことで多層膜構造の積層体を作製する。
【００５７】この積層体に対して透明層３ｃ上からある
強度に調整したフェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレー
ザ光等の加工用レーザ光を空間選択的に照射する。レー
ザ光吸収薄膜層２ｃにおいて加工用レーザ光４ａのほと
んどのエネルギーが吸収され、その後あるいはレーザ照
射中の熱拡散によりそのエネルギーがレーザ光吸収薄膜
層２ｃ内を伝播し、レーザ光吸収薄膜層２ｃが高温とな
る。これによりレーザ光照射１パルスにて最上層のＩＴ
Ｏとその下層のＮｉ膜とを除去する。その後照射位置を
変え、レーザ光を中間層のＩＴＯとその下層のＮｉ膜に
照射する。このとき膜はパルス数に応じて除去され、前
記除去部の穴深さの２倍の深さの立体形状を作製する。
さらに照射位置を変え、レーザ照射数を変化させる事に
より、多様な深さを有する立体構造体７が作製される。
強度に調整したフェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレー
ザ光等の加工用レーザ光を空間選択的に照射する。レー
ザ光吸収薄膜層２ｃにおいて加工用レーザ光４ａのほと
んどのエネルギーが吸収され、その後あるいはレーザ照
射中の熱拡散によりそのエネルギーがレーザ光吸収薄膜
層２ｃ内を伝播し、レーザ光吸収薄膜層２ｃが高温とな
る。これによりレーザ光照射１パルスにて最上層のＩＴ
Ｏとその下層のＮｉ膜とを除去する。その後照射位置を
変え、レーザ光を中間層のＩＴＯとその下層のＮｉ膜に
照射する。このとき膜はパルス数に応じて除去され、前
記除去部の穴深さの２倍の深さの立体形状を作製する。
さらに照射位置を変え、レーザ照射数を変化させる事に
より、多様な深さを有する立体構造体７が作製される。
【００５８】［第４実施形態］図４は本発明の第４実施
形態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。図４
に示すように、この立体構造体９は、図３に示した第３
実施形態の立体構造体に比べて、層構成は同一であり、
膜厚のみ異なっている。また、第４実施形態の立体構造
体の加工方法も第３実施形態の立体構造体の加工方法と
同様である。
形態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。図４
に示すように、この立体構造体９は、図３に示した第３
実施形態の立体構造体に比べて、層構成は同一であり、
膜厚のみ異なっている。また、第４実施形態の立体構造
体の加工方法も第３実施形態の立体構造体の加工方法と
同様である。
【００５９】第３実施形態と異なる点は、積層体を作製
する際に、一つのレーザ光吸収薄膜層とある一つの透明
層の膜厚を変化させる点にある。これは例えば光学素子
として用いる参照用レーザ光の波長をλとした場合、第
一層を１／２λ、二層を１／４λ等に設定する等の処理
に対応する。このとき平坦基板１および透明層３ａ、３
ｂ、８は熱伝導度がレーザ光吸収薄膜層よりも低いもの
であることが望ましい。
する際に、一つのレーザ光吸収薄膜層とある一つの透明
層の膜厚を変化させる点にある。これは例えば光学素子
として用いる参照用レーザ光の波長をλとした場合、第
一層を１／２λ、二層を１／４λ等に設定する等の処理
に対応する。このとき平坦基板１および透明層３ａ、３
ｂ、８は熱伝導度がレーザ光吸収薄膜層よりも低いもの
であることが望ましい。
【００６０】その後、この積層体に対して透明層８側か
ら加工用レーザ光４ａを照射する。加工用レーザ光４ａ
は透明層８を透過しその大部分のエネルギーがレーザ光
吸収薄膜層２ｃ表面で吸収されるようこれら最表面側の
２層の膜厚あるいはレーザ光強度を調整する。
ら加工用レーザ光４ａを照射する。加工用レーザ光４ａ
は透明層８を透過しその大部分のエネルギーがレーザ光
吸収薄膜層２ｃ表面で吸収されるようこれら最表面側の
２層の膜厚あるいはレーザ光強度を調整する。
【００６１】この吸収されたエネルギーがレーザ光吸収
薄膜層２ｃ内を伝播しそれによりレーザ光吸収薄膜層２
ｃの急激な温度上昇がおき、結果結合が弱いレーザ光吸
収薄膜層２ｃの下面側の透明層３ｂとレーザ光吸収薄膜
層２ｃとの界面からレーザ光吸収薄膜層２ｃの除去が起
き、レーザ光吸収薄膜層２ｃと同時にあるいは連続的に
透明層８を除去する。
薄膜層２ｃ内を伝播しそれによりレーザ光吸収薄膜層２
ｃの急激な温度上昇がおき、結果結合が弱いレーザ光吸
収薄膜層２ｃの下面側の透明層３ｂとレーザ光吸収薄膜
層２ｃとの界面からレーザ光吸収薄膜層２ｃの除去が起
き、レーザ光吸収薄膜層２ｃと同時にあるいは連続的に
透明層８を除去する。
【００６２】さらに同一部分に再度レーザ光を１パルス
照射することで除去したレーザ光吸収薄膜層２ｃの下面
側に隣接する透明層３ｂ及びレーザ光吸収薄膜層２ｂを
除去する。このように、加工用レーザ光を選択的に照射
することで、加工領域の深さをデジタル的に制御し、加
工部底面が平滑である立体的微小構造体を製造する。
照射することで除去したレーザ光吸収薄膜層２ｃの下面
側に隣接する透明層３ｂ及びレーザ光吸収薄膜層２ｂを
除去する。このように、加工用レーザ光を選択的に照射
することで、加工領域の深さをデジタル的に制御し、加
工部底面が平滑である立体的微小構造体を製造する。
【００６３】第４実施形態によれば、透明層の厚みを初
期段階で制御することにより、加工用レーザ光のレーザ
照射強度を変化させることなく、加工深さの制御範囲を
広くすることが可能となる。これにより、空間的位置に
より深さの異なる素子をレーザ照射数のみによりアナロ
グ的に制御することが可能となり。また例えば深さによ
り特性が変わる位相変調素子等を一つの基板上に空間選
択的に作製することが可能となる。
期段階で制御することにより、加工用レーザ光のレーザ
照射強度を変化させることなく、加工深さの制御範囲を
広くすることが可能となる。これにより、空間的位置に
より深さの異なる素子をレーザ照射数のみによりアナロ
グ的に制御することが可能となり。また例えば深さによ
り特性が変わる位相変調素子等を一つの基板上に空間選
択的に作製することが可能となる。
【００６４】［実施例４］図４に示すように、平坦基板
１であるガラス基板上にレーザ光吸収薄膜層２ａである
Ｎｉ薄膜をスパッタし、レーザ光吸収薄膜層２ａの上に
第一の透明膜としての透明層３ａを付加する。このとき
例えばレーザ光吸収薄膜層２ａと透明層３ａの合計の厚
さをある光波長λに対して１／４λとする。その後さら
に同一の厚みでレーザ光吸収薄膜層２ｂと透明層３ｂと
を積層する、さらに第三の吸収層としてのレーザ光吸収
薄膜層２ｃと透明層８とを積層する。このとき透明層８
の厚みを変化させ、第三の吸収層としてのレーザ光吸収
薄膜層２ｃと第三の透明層としての透明層８との合計の
厚みを上記光波長に対して１／２λとする。
１であるガラス基板上にレーザ光吸収薄膜層２ａである
Ｎｉ薄膜をスパッタし、レーザ光吸収薄膜層２ａの上に
第一の透明膜としての透明層３ａを付加する。このとき
例えばレーザ光吸収薄膜層２ａと透明層３ａの合計の厚
さをある光波長λに対して１／４λとする。その後さら
に同一の厚みでレーザ光吸収薄膜層２ｂと透明層３ｂと
を積層する、さらに第三の吸収層としてのレーザ光吸収
薄膜層２ｃと透明層８とを積層する。このとき透明層８
の厚みを変化させ、第三の吸収層としてのレーザ光吸収
薄膜層２ｃと第三の透明層としての透明層８との合計の
厚みを上記光波長に対して１／２λとする。
【００６５】このように層により膜厚の異なる多層膜構
造を作製する。この積層体に対して透明層８上からある
強度に調整したフェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレー
ザ光等の加工用レーザ光４ａを空間選択的に照射する。
レーザ光吸収薄膜層２ｃにおいて加工用レーザ光４ａの
ほとんどのエネルギーが吸収され、その後あるいはレー
ザ照射中の熱拡散によりそのエネルギーが膜内を伝播
し、レーザ光吸収薄膜層２ｃが高温となる。これにより
レーザ光照射１パルスにて一カ所の膜の除去を行う。そ
の後レーザ照射位置、レーザ照射数を制御することによ
り、空間選択的に膜の除去を行う。このとき透明層８の
みの厚みを変化させたため、照射エネルギーは大幅に変
化することなく深さの異なった立体構造体９を作製する
ことができる。この立体構造体９はある参照波長λに対
して空間的に位相を変化させることができ、波面制御素
子として利用可能となる。これは例えば１／２波長板と
１／４波長板との効果を同一基板上に集積して作製する
などの応用が可能である。
造を作製する。この積層体に対して透明層８上からある
強度に調整したフェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレー
ザ光等の加工用レーザ光４ａを空間選択的に照射する。
レーザ光吸収薄膜層２ｃにおいて加工用レーザ光４ａの
ほとんどのエネルギーが吸収され、その後あるいはレー
ザ照射中の熱拡散によりそのエネルギーが膜内を伝播
し、レーザ光吸収薄膜層２ｃが高温となる。これにより
レーザ光照射１パルスにて一カ所の膜の除去を行う。そ
の後レーザ照射位置、レーザ照射数を制御することによ
り、空間選択的に膜の除去を行う。このとき透明層８の
みの厚みを変化させたため、照射エネルギーは大幅に変
化することなく深さの異なった立体構造体９を作製する
ことができる。この立体構造体９はある参照波長λに対
して空間的に位相を変化させることができ、波面制御素
子として利用可能となる。これは例えば１／２波長板と
１／４波長板との効果を同一基板上に集積して作製する
などの応用が可能である。
【００６６】［第５実施形態］第１実施形態〜第４実施
形態のレーザ加工方法において、レーザ光吸収薄膜層を
Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料からなる金属薄膜層とす
る。このとき金属薄膜層を構成する金属材料は蒸着、ス
パッタ、ＣＶＤ等の方式により数ｎｍから数百ｎｍ程度
の膜厚とする。
形態のレーザ加工方法において、レーザ光吸収薄膜層を
Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料からなる金属薄膜層とす
る。このとき金属薄膜層を構成する金属材料は蒸着、ス
パッタ、ＣＶＤ等の方式により数ｎｍから数百ｎｍ程度
の膜厚とする。
【００６７】金属材料は紫外から可視、赤外領域で幅広
い波長に対して表面近傍で吸収が高いことで知られてい
る。このとき金属の光の吸収長（光浸透長）Ｄは、複素
誘電率κ、吸収係数α、波長λにより次式（１）で示さ
れることが知られている。 （１）Ｄ＝α-1＝λ／４πκ
い波長に対して表面近傍で吸収が高いことで知られてい
る。このとき金属の光の吸収長（光浸透長）Ｄは、複素
誘電率κ、吸収係数α、波長λにより次式（１）で示さ
れることが知られている。 （１）Ｄ＝α-1＝λ／４πκ
【００６８】代表的な金属に対してこの光浸透長を波長
の関数として図５に示す。このように金属材料は幅広い
領域にたいして、数十ｎｍといった非常に狭い領域で吸
収される。また金属材料の熱伝播は非常に高速であるこ
とが知られており、その時の熱伝搬距離（熱拡散長）Ｌ
は、熱拡散率ｄとしたとき、経過時間τの関数として次
式（２）で示されることが知られている。 （２）Ｌ＝√（ｄτ）
の関数として図５に示す。このように金属材料は幅広い
領域にたいして、数十ｎｍといった非常に狭い領域で吸
収される。また金属材料の熱伝播は非常に高速であるこ
とが知られており、その時の熱伝搬距離（熱拡散長）Ｌ
は、熱拡散率ｄとしたとき、経過時間τの関数として次
式（２）で示されることが知られている。 （２）Ｌ＝√（ｄτ）
【００６９】このように熱伝搬が高く、表面で光が吸収
されることから金属薄膜を例えば数十ｎｍ程度積層した
層では、光照射により高速に金属薄膜層が熱的に励起さ
れ高温となる。このとき金属薄膜層は他の材料に挟まれ
ているためその材料層の間で熱が蓄積され、結果金属薄
膜層と接合している平坦面を有する層から熱的に剥離さ
れ、結果金属薄膜層と透明層のみが除去される。このと
き材料厚は数十ｎｍオーダーであることからその熱伝播
領域もその程度とすることができ、ほぼレーザ照射位置
近傍での高精度な加工が可能となる。金属は、薄膜とし
て材料に付加することが容易な材料であり、かつその作
製コストも非常に安価であるメリットがある。
されることから金属薄膜を例えば数十ｎｍ程度積層した
層では、光照射により高速に金属薄膜層が熱的に励起さ
れ高温となる。このとき金属薄膜層は他の材料に挟まれ
ているためその材料層の間で熱が蓄積され、結果金属薄
膜層と接合している平坦面を有する層から熱的に剥離さ
れ、結果金属薄膜層と透明層のみが除去される。このと
き材料厚は数十ｎｍオーダーであることからその熱伝播
領域もその程度とすることができ、ほぼレーザ照射位置
近傍での高精度な加工が可能となる。金属は、薄膜とし
て材料に付加することが容易な材料であり、かつその作
製コストも非常に安価であるメリットがある。
【００７０】［第６実施形態］第１実施形態〜第４実施
形態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、特に透
明薄膜としての透明層を加工用レーザ光のレーザ波長に
対して透明な高分子材料から構成する。これは例えば可
視から近赤外の加工用レーザ光を用いる場合には、アク
リル樹脂、ペット樹脂、ポリイミド樹脂等を用いること
が可能である。また紫外域の加工用レーザ光の場合には
フッ素含有高分子、透過率の高いアクリル樹脂、透過率
の高いポリカーボネート樹脂等を用いることできる。こ
のとき透明層は液状樹脂のスピンコートあるいはディッ
ピング等により膜厚を制御して作製することができる。
形態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、特に透
明薄膜としての透明層を加工用レーザ光のレーザ波長に
対して透明な高分子材料から構成する。これは例えば可
視から近赤外の加工用レーザ光を用いる場合には、アク
リル樹脂、ペット樹脂、ポリイミド樹脂等を用いること
が可能である。また紫外域の加工用レーザ光の場合には
フッ素含有高分子、透過率の高いアクリル樹脂、透過率
の高いポリカーボネート樹脂等を用いることできる。こ
のとき透明層は液状樹脂のスピンコートあるいはディッ
ピング等により膜厚を制御して作製することができる。
【００７１】このように透明材料層として高分子を用い
ることにより、安価に膜厚を制御した透明層を形成する
ことが可能となる。これらの材料は液状のものを膜厚保
持制御して作製した後、熱あるいは光により硬化するこ
とができ、その膜厚を広い範囲で制御することが可能と
なる。さらに材料の選択幅が広いため、加工用レーザ光
に対して透明性が高く、さらに熱的変質の少ない材料を
選択して用いることが容易であり、安価な構成とするこ
とが可能となる。
ることにより、安価に膜厚を制御した透明層を形成する
ことが可能となる。これらの材料は液状のものを膜厚保
持制御して作製した後、熱あるいは光により硬化するこ
とができ、その膜厚を広い範囲で制御することが可能と
なる。さらに材料の選択幅が広いため、加工用レーザ光
に対して透明性が高く、さらに熱的変質の少ない材料を
選択して用いることが容易であり、安価な構成とするこ
とが可能となる。
【００７２】［第７実施形態］第１実施形態〜第４実施
形態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、透明層
にセラミックスを用いる。透明セラミック材料としては
ＩＴＯや酸化チタン等の材料を用いることができる。こ
の透明層はスパッタ等の手法により膜厚を制御して配置
する。
形態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、透明層
にセラミックスを用いる。透明セラミック材料としては
ＩＴＯや酸化チタン等の材料を用いることができる。こ
の透明層はスパッタ等の手法により膜厚を制御して配置
する。
【００７３】透明層にセラミックスを用いることで、熱
的損傷を低減した高精度な加工が可能となる。またこれ
ら材料は加工レーザ光に対して高い透過率を有する材料
を容易に選択できる。さらにこれらの材料はスパッタ等
によりｎｍオーダーで制御して膜形成することが可能で
あり、より高精度な加工深さ制御が可能となる。また多
層膜とした場合、金属よりも融点が大幅に高いため、金
属への入射レーザエネルギーを大幅に上げることが可能
となり、レーザ光１パルスにより、除去量を大きくする
ことが可能となる。また加工時の熱変質も少ないため、
より高品位な加工が可能となる。
的損傷を低減した高精度な加工が可能となる。またこれ
ら材料は加工レーザ光に対して高い透過率を有する材料
を容易に選択できる。さらにこれらの材料はスパッタ等
によりｎｍオーダーで制御して膜形成することが可能で
あり、より高精度な加工深さ制御が可能となる。また多
層膜とした場合、金属よりも融点が大幅に高いため、金
属への入射レーザエネルギーを大幅に上げることが可能
となり、レーザ光１パルスにより、除去量を大きくする
ことが可能となる。また加工時の熱変質も少ないため、
より高品位な加工が可能となる。
【００７４】［第８実施形態］図６は本発明の第８実施
形態に係る立体構造体の加工装置を示す図、図７は本発
明の第８実施形態に係る立体構造体の加工装置の制御フ
ローチャートを示す図、図８は本発明の第８実施形態に
係る立体構造体の加工方法を示す図である。
形態に係る立体構造体の加工装置を示す図、図７は本発
明の第８実施形態に係る立体構造体の加工装置の制御フ
ローチャートを示す図、図８は本発明の第８実施形態に
係る立体構造体の加工方法を示す図である。
【００７５】図６に示すようにこの加工装置は、加工用
レーザ光３２を出射するレーザ加工装置３１と、レーザ
装置３１から出射した加工用レーザ光３２の一部を透過
するフォトマスク等のマスク３８と、マスク３８を移動
するマスク移動ステージ５２と、マスク３８を透過した
加工用レーザ光３２を反射するミラー３７と、ミラー３
７により反射した加工用レーザ光３２のパターン像を縮
小投影する集光レンズ３９と、実施形態１〜７の被加工
物である積層体５１を支持する移動ステージ４１と、レ
ーザ装置３１、移動ステージ４１及び移動ステージ５２
を制御するコンピュータ５３とを備えている。
レーザ光３２を出射するレーザ加工装置３１と、レーザ
装置３１から出射した加工用レーザ光３２の一部を透過
するフォトマスク等のマスク３８と、マスク３８を移動
するマスク移動ステージ５２と、マスク３８を透過した
加工用レーザ光３２を反射するミラー３７と、ミラー３
７により反射した加工用レーザ光３２のパターン像を縮
小投影する集光レンズ３９と、実施形態１〜７の被加工
物である積層体５１を支持する移動ステージ４１と、レ
ーザ装置３１、移動ステージ４１及び移動ステージ５２
を制御するコンピュータ５３とを備えている。
【００７６】図７に示すように、コンピュータ５３によ
り、ステップＳ１では、加工サンプルである積層体５１
を所定位置に固定し、ステップＳ２では、移動ステージ
４１により積層体５１を加工位置に移動し、ステップＳ
３では移動ステージ５２によりマスク３８を所定位置に
移動する。次に、ステップＳ４では、レーザ装置３１か
ら加工用レーザ光３２を出射して積層体５１に除去部を
加工する。次に、ステップＳ５では、レーザ照射が終了
かどうかを判定し、終了でない場合にはステップＳ２に
戻って、移動ステージ４１を移動することにより、次の
加工位置に積層体５１を移動する。ステップＳ６では、
形状作製して終了する。
り、ステップＳ１では、加工サンプルである積層体５１
を所定位置に固定し、ステップＳ２では、移動ステージ
４１により積層体５１を加工位置に移動し、ステップＳ
３では移動ステージ５２によりマスク３８を所定位置に
移動する。次に、ステップＳ４では、レーザ装置３１か
ら加工用レーザ光３２を出射して積層体５１に除去部を
加工する。次に、ステップＳ５では、レーザ照射が終了
かどうかを判定し、終了でない場合にはステップＳ２に
戻って、移動ステージ４１を移動することにより、次の
加工位置に積層体５１を移動する。ステップＳ６では、
形状作製して終了する。
【００７７】このように第８実施形態では、第１実施形
態〜第４実施形態のレーザ加工方法と同様の加工方法で
あり、加工用レーザ光の照射を金属エッチングあるいは
クロム金属膜蒸着等によるマスク３８を用い、縮小投
影、コンタクト法等により、マスクパターンに対応した
加工パターンを形成する。
態〜第４実施形態のレーザ加工方法と同様の加工方法で
あり、加工用レーザ光の照射を金属エッチングあるいは
クロム金属膜蒸着等によるマスク３８を用い、縮小投
影、コンタクト法等により、マスクパターンに対応した
加工パターンを形成する。
【００７８】本構成によるレーザ加工方法において、図
８（Ｂ）に示すように、加工用レーザ光４は空間選択的
にレーザ光吸収薄膜層２によって吸収される。レーザ光
吸収薄膜層２での光エネルギーの吸収とその後の熱拡散
により、レーザ照射部の温度上昇からレーザ光吸収薄膜
層２とその上面に配置された透明層３との除去が可能と
なる。このときマスク形状を選択することによりレーザ
光１パルス照射により、多様な形状の除去が可能とな
る。
８（Ｂ）に示すように、加工用レーザ光４は空間選択的
にレーザ光吸収薄膜層２によって吸収される。レーザ光
吸収薄膜層２での光エネルギーの吸収とその後の熱拡散
により、レーザ照射部の温度上昇からレーザ光吸収薄膜
層２とその上面に配置された透明層３との除去が可能と
なる。このときマスク形状を選択することによりレーザ
光１パルス照射により、多様な形状の除去が可能とな
る。
【００７９】通常エキシマレーザのアブレーション加工
などにおいては数ｍｍ角程度領域のフォトマスク上に形
成された形状を１／３から１／５倍程度に縮小投影して
被加工物表面に照射して、被加工物の加工を行う。
などにおいては数ｍｍ角程度領域のフォトマスク上に形
成された形状を１／３から１／５倍程度に縮小投影して
被加工物表面に照射して、被加工物の加工を行う。
【００８０】このときレーザ光の不均一さやマスクエッ
ジでの回折の効果等により照射位置では強度に空間的分
布を生じてしまう。これを均一化するために、高価な多
数の光学系を調整し分布の均一化を図っている。レーザ
強度分布が不均一の場合には、従来のレーザアブレーシ
ョン法ではレーザ照射強度分布に応じた立体的形状が、
レーザ照射部に現れる。しかし本実施形態の方法では熱
的に拡散した薄膜全体の除去となるため、レーザ加工部
底面を平滑とした加工が可能となる。
ジでの回折の効果等により照射位置では強度に空間的分
布を生じてしまう。これを均一化するために、高価な多
数の光学系を調整し分布の均一化を図っている。レーザ
強度分布が不均一の場合には、従来のレーザアブレーシ
ョン法ではレーザ照射強度分布に応じた立体的形状が、
レーザ照射部に現れる。しかし本実施形態の方法では熱
的に拡散した薄膜全体の除去となるため、レーザ加工部
底面を平滑とした加工が可能となる。
【００８１】また従来のレーザアブレーション法では加
工部の平滑性を高めるためには高価なレンズ系を用い
て、マスク開口エッジ部で回折や干渉によるビーム形状
の変化をなくし、ビームを平滑にする必要があったが、
本実施形態の方法ではこれら回折や干渉による形状分布
がある場合でも、その照射領域を一括して、平坦性を保
ちながら空間選択的に除去することが可能となる。この
とき被加工物をステージ等で位置制御することで、広い
領域を連続して加工する事が可能となる。
工部の平滑性を高めるためには高価なレンズ系を用い
て、マスク開口エッジ部で回折や干渉によるビーム形状
の変化をなくし、ビームを平滑にする必要があったが、
本実施形態の方法ではこれら回折や干渉による形状分布
がある場合でも、その照射領域を一括して、平坦性を保
ちながら空間選択的に除去することが可能となる。この
とき被加工物をステージ等で位置制御することで、広い
領域を連続して加工する事が可能となる。
【００８２】［実施例８］図８に本実施形態によるマス
ク形状の転写による立体形状加工方法（図８（Ｂ））と
従来のアブレーションでの除去方法（図８（Ａ））の違
いを示す。薄膜構造体としての積層体に対して、従来の
レーザアブレーション加工を行った場合、図８（Ａ）に
示すように、基板１Ｐ上の吸収層２Ｐのアブレーション
作用により透明層３Ｐの除去は可能となるが、その際加
工部底面１０ａには照射強度分布に近い加工痕や吸収材
料層の熱特性、高分子の配向特性等によりあれた面が形
成される。
ク形状の転写による立体形状加工方法（図８（Ｂ））と
従来のアブレーションでの除去方法（図８（Ａ））の違
いを示す。薄膜構造体としての積層体に対して、従来の
レーザアブレーション加工を行った場合、図８（Ａ）に
示すように、基板１Ｐ上の吸収層２Ｐのアブレーション
作用により透明層３Ｐの除去は可能となるが、その際加
工部底面１０ａには照射強度分布に近い加工痕や吸収材
料層の熱特性、高分子の配向特性等によりあれた面が形
成される。
【００８３】それに対して本実施例によれば、レーザ光
吸収薄膜層２でのエネルギーはレーザ光吸収薄膜層２内
を伝播して急速にレーザ光吸収薄膜層２が高温化する。
これにより平坦基板１からの高速な剥離がおき、透明層
３とともにレーザ光吸収薄膜層２が除去される。
吸収薄膜層２でのエネルギーはレーザ光吸収薄膜層２内
を伝播して急速にレーザ光吸収薄膜層２が高温化する。
これにより平坦基板１からの高速な剥離がおき、透明層
３とともにレーザ光吸収薄膜層２が除去される。
【００８４】このときレーザ光吸収薄膜層２は照射部全
体が剥離されるため、平坦基板１の平滑な平坦面１１ａ
が除去部の底面として露出し、平滑な加工が可能とな
る。例えば加工幅を数ミクロンとし、レーザ光吸収薄膜
層２を数十ナノメートル程度とすれば、熱伝播による加
工幅の増加は無視できる程度と考えることができ、高精
度な加工が実現可能となる。
体が剥離されるため、平坦基板１の平滑な平坦面１１ａ
が除去部の底面として露出し、平滑な加工が可能とな
る。例えば加工幅を数ミクロンとし、レーザ光吸収薄膜
層２を数十ナノメートル程度とすれば、熱伝播による加
工幅の増加は無視できる程度と考えることができ、高精
度な加工が実現可能となる。
【００８５】［第９実施形態］図９は本発明の第９実施
形態に係る立体構造体の加工装置を示す図、図１０は本
発明の第９実施形態に係る立体構造体の加工装置の制御
フローチャートを示す図、図１１は本発明の第９実施形
態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。
形態に係る立体構造体の加工装置を示す図、図１０は本
発明の第９実施形態に係る立体構造体の加工装置の制御
フローチャートを示す図、図１１は本発明の第９実施形
態に係る立体構造体の加工方法を示す図である。
【００８６】図９に示すようにこの加工装置は、加工用
レーザ光３２を出射するレーザ装置３１と、レーザ装置
３１に備えるポッケルスセル３１ａと、レーザ装置３１
から出射した加工用レーザ光３２の一部を透過するフォ
トマスク等のマスク３８と、マスク３８を移動する移動
ステージ５２と、マスク３８を透過した加工用レーザ光
３２を反射するミラー３７と、ミラー３７により反射し
た加工用レーザ光３２のパターン像を縮小投影するレン
ズ３９と、実施形態１〜７の被加工物である積層体５１
を支持する移動ステージ４１と、レーザ装置３１、移動
ステージ４１及び移動ステージ５２を制御するコンピュ
ータ５３とを備えている。
レーザ光３２を出射するレーザ装置３１と、レーザ装置
３１に備えるポッケルスセル３１ａと、レーザ装置３１
から出射した加工用レーザ光３２の一部を透過するフォ
トマスク等のマスク３８と、マスク３８を移動する移動
ステージ５２と、マスク３８を透過した加工用レーザ光
３２を反射するミラー３７と、ミラー３７により反射し
た加工用レーザ光３２のパターン像を縮小投影するレン
ズ３９と、実施形態１〜７の被加工物である積層体５１
を支持する移動ステージ４１と、レーザ装置３１、移動
ステージ４１及び移動ステージ５２を制御するコンピュ
ータ５３とを備えている。
【００８７】図１０に示すように、コンピュータ５３に
より、ステップＳ１では、加工サンプルである積層体５
１を所定位置に固定し、ステップＳ２では、移動ステー
ジ４１により積層体５１を加工位置に移動し、ステップ
Ｓ３では移動ステージ５２によりマスク３８を所定位置
に移動する。次に、ステップＳ４では、ポッケルスセル
３１ａを制御してレーザ装置３１から加工用レーザ光３
２を出射して積層体５１に除去部を加工する。次に、ス
テップＳ５では、レーザ照射が終了かどうかを判定し、
終了でない場合にはステップＳ２に戻って、移動ステー
ジ４１を移動することにより、次の加工位置に積層体５
１を移動する。ステップＳ６では、形状作製して終了す
る。
より、ステップＳ１では、加工サンプルである積層体５
１を所定位置に固定し、ステップＳ２では、移動ステー
ジ４１により積層体５１を加工位置に移動し、ステップ
Ｓ３では移動ステージ５２によりマスク３８を所定位置
に移動する。次に、ステップＳ４では、ポッケルスセル
３１ａを制御してレーザ装置３１から加工用レーザ光３
２を出射して積層体５１に除去部を加工する。次に、ス
テップＳ５では、レーザ照射が終了かどうかを判定し、
終了でない場合にはステップＳ２に戻って、移動ステー
ジ４１を移動することにより、次の加工位置に積層体５
１を移動する。ステップＳ６では、形状作製して終了す
る。
【００８８】この実施形態はマスク投影型のレーザ加工
方式であり、フォトマスク３８に透過型液晶マスクや反
射型ミラー素子等を用いることにより、空間選択的にレ
ーザ照射位置を変化させる。レーザ照射とマスク開口形
状とを同期をとって制御することで、加工形状の制御を
おこなう。
方式であり、フォトマスク３８に透過型液晶マスクや反
射型ミラー素子等を用いることにより、空間選択的にレ
ーザ照射位置を変化させる。レーザ照射とマスク開口形
状とを同期をとって制御することで、加工形状の制御を
おこなう。
【００８９】第９実施形態のマスクでは、たとえば加工
用レーザ光に対して透過率の高い透過型液晶と加工用レ
ーザを同期させ、第一レーザ光照射時のマスク形状と第
二レーザ光照射時のマスク形状を変化させる。このとき
可変用マスクとしては、これ以外にプロジェクタで用い
られる反射型ミラーアレイ素子を該レーザ光に対して反
射率を高くした素子等を用いることも可能である。これ
ら構成により、たとえばレーザ照射位置を変えることに
より、同一箇所に多数回のレーザ照射した領域は深く、
照射しない場所は加工されないといった深さをデジタル
的に制御した加工が可能となる。このとき加工用レーザ
光は同一の形状で照射するだけでよく、複数のマスクを
連続的に変える場合にくらべ、高速化、低コスト化が可
能となる。
用レーザ光に対して透過率の高い透過型液晶と加工用レ
ーザを同期させ、第一レーザ光照射時のマスク形状と第
二レーザ光照射時のマスク形状を変化させる。このとき
可変用マスクとしては、これ以外にプロジェクタで用い
られる反射型ミラーアレイ素子を該レーザ光に対して反
射率を高くした素子等を用いることも可能である。これ
ら構成により、たとえばレーザ照射位置を変えることに
より、同一箇所に多数回のレーザ照射した領域は深く、
照射しない場所は加工されないといった深さをデジタル
的に制御した加工が可能となる。このとき加工用レーザ
光は同一の形状で照射するだけでよく、複数のマスクを
連続的に変える場合にくらべ、高速化、低コスト化が可
能となる。
【００９０】［実施例９］図１１に液晶型透過型マスク
を用いた実施例を示す。図１１（Ａ）に示す加工用レー
ザ光強度分布１２により加工用レーザ光を透過型液晶マ
スク１３ａに照射する。透過型液晶マスク１３ａは加工
用レーザ光の偏光と透過型液晶マスク照射後に偏光ビー
ムスプリッタ等を設けることによりマスク透過後のレー
ザ強度を空間的に変化させることができる。このとき液
晶の配向面を制御することにより、強度を透過光の最大
値からほぼ０の値まで変化させることが可能である。本
実施例ではマスク透過後の強度を最大、最小の二値とし
ているが、これは加工状態が最適となるよう任意の値と
することができる。
を用いた実施例を示す。図１１（Ａ）に示す加工用レー
ザ光強度分布１２により加工用レーザ光を透過型液晶マ
スク１３ａに照射する。透過型液晶マスク１３ａは加工
用レーザ光の偏光と透過型液晶マスク照射後に偏光ビー
ムスプリッタ等を設けることによりマスク透過後のレー
ザ強度を空間的に変化させることができる。このとき液
晶の配向面を制御することにより、強度を透過光の最大
値からほぼ０の値まで変化させることが可能である。本
実施例ではマスク透過後の強度を最大、最小の二値とし
ているが、これは加工状態が最適となるよう任意の値と
することができる。
【００９１】この透過光を被加工物１４ａ表面に縮小投
影して、第一レーザ光により一つの立体的パターンを形
成する。その後図１１（Ｂ）に示すように、第二レーザ
光照射までの時間内にマスク形状を変化させ第二のマス
ク形状１３ｂとする。この第二のマスク形状１３ｂを透
過した加工用レーザ光により被加工物１４ｂの除去を行
う。このとき第一レーザ光と第二レーザ光の照射位置が
同一の箇所は２層の加工が進み、一方のみの照射位置で
は表面第一層のみの除去がおきる。これを図１１（Ｃ）
に示すように繰り返し行うことで、被加工物１４ｃぶ立
体的な形状を作製する。透過型液晶マスク１３ａは高速
な形状変化が可能であり、この透過光量の変化とレーザ
照射タイミングを同期させる事により、任意な形状を高
速に作製することが可能となる。このとき多数のマスク
を必要とせず、安価に立体的形状を作製することが可能
となる。
影して、第一レーザ光により一つの立体的パターンを形
成する。その後図１１（Ｂ）に示すように、第二レーザ
光照射までの時間内にマスク形状を変化させ第二のマス
ク形状１３ｂとする。この第二のマスク形状１３ｂを透
過した加工用レーザ光により被加工物１４ｂの除去を行
う。このとき第一レーザ光と第二レーザ光の照射位置が
同一の箇所は２層の加工が進み、一方のみの照射位置で
は表面第一層のみの除去がおきる。これを図１１（Ｃ）
に示すように繰り返し行うことで、被加工物１４ｃぶ立
体的な形状を作製する。透過型液晶マスク１３ａは高速
な形状変化が可能であり、この透過光量の変化とレーザ
照射タイミングを同期させる事により、任意な形状を高
速に作製することが可能となる。このとき多数のマスク
を必要とせず、安価に立体的形状を作製することが可能
となる。
【００９２】［第１０実施形態］図１２は本発明の第１
０実施形態に係る立体構造体の加工方法を示す図であ
る。この第１０実施形態は、第１実施形態〜第４実施形
態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、加工用レ
ーザ光を集光して照射し円形のパターンをレーザ光１パ
ルス照射により得る。このときレーザ光の強度を可変で
きる手段により照射位置での強度を調整する。薄膜構造
体としての積層体は移動ステージ上に配置され、移動ス
テージによって加工位置を高速に制御する。このとき加
工用レーザ光はガウス型分布であることが望ましく、加
工用レーザ光の集光には加工位置とレンズ表面との距離
が長い対物レンズを用いることが望ましい。またレーザ
加工位置でのレーザ照射方向での位置ずれをなくすよ
う、移動手段にフォーカス調整機構を有することが望ま
しい。
０実施形態に係る立体構造体の加工方法を示す図であ
る。この第１０実施形態は、第１実施形態〜第４実施形
態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、加工用レ
ーザ光を集光して照射し円形のパターンをレーザ光１パ
ルス照射により得る。このときレーザ光の強度を可変で
きる手段により照射位置での強度を調整する。薄膜構造
体としての積層体は移動ステージ上に配置され、移動ス
テージによって加工位置を高速に制御する。このとき加
工用レーザ光はガウス型分布であることが望ましく、加
工用レーザ光の集光には加工位置とレンズ表面との距離
が長い対物レンズを用いることが望ましい。またレーザ
加工位置でのレーザ照射方向での位置ずれをなくすよ
う、移動手段にフォーカス調整機構を有することが望ま
しい。
【００９３】第１０実施形態による加工方法では、レー
ザ光としてシングルモードレーザにおいて一般的なガウ
ス型強度分布を有する加工用レーザ光を集光してレーザ
光吸収薄膜層表面に照射する。このとき照射位置はリニ
アステージや回転ステージ等により制御され、加工用レ
ーザ光と同期してその位置が決定される、またレーザ照
射位置方向も同様にレーザ光吸収薄膜層方向に対してレ
ーザ照射と同期して制御される。これによりガウス型レ
ーザ光が集光されて、レーザ光吸収薄膜層表面に照射さ
れる。このとき薄膜内で熱が拡散し、レーザ光吸収薄膜
層の高温化により、下面との剥離がおきる。このとき加
工形態は、レーザ光吸収薄膜層と透明層のみの除去がお
きるため、円柱状の加工あととなり、底面の平滑な穴加
工が可能となる。このときレーザ光照射強度を調整する
ことにより薄膜の光吸収領域およびエネルギーおよび薄
膜の熱伝播範囲を調整することが可能となり、これによ
り穴径の調整が可能となる。レーザ照射と同期して材料
を移動することにより、連続的な穴形状の作製が可能と
なり、高速に移動しながら加工することで、多数個の立
体形状を高速に加工することが可能となる。
ザ光としてシングルモードレーザにおいて一般的なガウ
ス型強度分布を有する加工用レーザ光を集光してレーザ
光吸収薄膜層表面に照射する。このとき照射位置はリニ
アステージや回転ステージ等により制御され、加工用レ
ーザ光と同期してその位置が決定される、またレーザ照
射位置方向も同様にレーザ光吸収薄膜層方向に対してレ
ーザ照射と同期して制御される。これによりガウス型レ
ーザ光が集光されて、レーザ光吸収薄膜層表面に照射さ
れる。このとき薄膜内で熱が拡散し、レーザ光吸収薄膜
層の高温化により、下面との剥離がおきる。このとき加
工形態は、レーザ光吸収薄膜層と透明層のみの除去がお
きるため、円柱状の加工あととなり、底面の平滑な穴加
工が可能となる。このときレーザ光照射強度を調整する
ことにより薄膜の光吸収領域およびエネルギーおよび薄
膜の熱伝播範囲を調整することが可能となり、これによ
り穴径の調整が可能となる。レーザ照射と同期して材料
を移動することにより、連続的な穴形状の作製が可能と
なり、高速に移動しながら加工することで、多数個の立
体形状を高速に加工することが可能となる。
【００９４】［実施例１０］集光によるエネルギーによ
る加工形状変化に関して図１２を用いて説明する。本実
施例によるレーザ加工においては、レーザ光吸収薄膜層
の除去をその膜の高温化により達成する。この場合レー
ザ光吸収薄膜層および透明層の除去を行うためには入射
レーザ光強度をあるしきい値以上にする必要がある。こ
のしきい値エネルギーより高い部分ではレーザ光吸収薄
膜層の剥離がおき、それ以外の領域では剥離は起きない
ため、入射光を例えばガウス型の強度分布を有するレー
ザ光の集光により行うと、その加工領域をレーザ強度に
より制御することが可能となる。
る加工形状変化に関して図１２を用いて説明する。本実
施例によるレーザ加工においては、レーザ光吸収薄膜層
の除去をその膜の高温化により達成する。この場合レー
ザ光吸収薄膜層および透明層の除去を行うためには入射
レーザ光強度をあるしきい値以上にする必要がある。こ
のしきい値エネルギーより高い部分ではレーザ光吸収薄
膜層の剥離がおき、それ以外の領域では剥離は起きない
ため、入射光を例えばガウス型の強度分布を有するレー
ザ光の集光により行うと、その加工領域をレーザ強度に
より制御することが可能となる。
【００９５】例えば図１２（Ａ）においてレーザ光強度
分布をガウシアン型として被加工物表面に照射すると、
その加工しきい値以上の領域の除去が起きて立体構造体
１５ａが作製される。このレーザ強度を強度調整手段に
より低下させ図１２（Ｂ）の照射強度とすると、しきい
値以上の領域のみが加工されるため、図１２（Ａ）の立
体構造体１５ａに比べて微少な加工を実現した立体構造
体１５ｂを作製することが可能となる。さらに強度を調
整し、レーザ光強度の最大値をしきい値付近とすること
で図１２（Ｃ）に示すように通常の露光法では実現困難
であるレーザビーム幅より微細な立体構造体１５ｃを作
製することが可能となる。
分布をガウシアン型として被加工物表面に照射すると、
その加工しきい値以上の領域の除去が起きて立体構造体
１５ａが作製される。このレーザ強度を強度調整手段に
より低下させ図１２（Ｂ）の照射強度とすると、しきい
値以上の領域のみが加工されるため、図１２（Ａ）の立
体構造体１５ａに比べて微少な加工を実現した立体構造
体１５ｂを作製することが可能となる。さらに強度を調
整し、レーザ光強度の最大値をしきい値付近とすること
で図１２（Ｃ）に示すように通常の露光法では実現困難
であるレーザビーム幅より微細な立体構造体１５ｃを作
製することが可能となる。
【００９６】［第１１実施形態］図１３は本発明の第１
１実施形態に係る立体構造体の加工方法を示す図であ
る。この第１１実施形態は、第１実施形態〜第４実施形
態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、加工用レ
ーザ光を例えばシリンドリカルレンズの組み合わせ等に
より片側集光してライン上のビームを作製し、レーザ光
吸収薄膜層表面に空間選択的に照射する。被加工物であ
る積層体はステージ等の移動手段によりレーザ光と同期
して移動される。レーザ光照射と移動とを繰り返し行う
ことで、加工部底面が平滑な連続的な加工形状を得る。
１実施形態に係る立体構造体の加工方法を示す図であ
る。この第１１実施形態は、第１実施形態〜第４実施形
態のレーザ加工方法と同様の加工方法であり、加工用レ
ーザ光を例えばシリンドリカルレンズの組み合わせ等に
より片側集光してライン上のビームを作製し、レーザ光
吸収薄膜層表面に空間選択的に照射する。被加工物であ
る積層体はステージ等の移動手段によりレーザ光と同期
して移動される。レーザ光照射と移動とを繰り返し行う
ことで、加工部底面が平滑な連続的な加工形状を得る。
【００９７】第１１実施形態による加工方法では、加工
用レーザ光を制御して照射部表面に線上のパターンを照
射する。このときレーザ照射強度は、例えば図１３
（Ａ）に示すように、短軸方向にガウス形状、長軸方向
は均一な強度分布とする。このレーザ強度を有する加工
用レーザ光がレーザ光吸収薄膜層表面に照射と薄膜内で
熱が拡散し、レーザ光吸収薄膜層の高温化により、下面
との剥離がおきる。このとき加工形態は、レーザ光吸収
薄膜層と透明層のみの除去がおきるため、形状が四角で
底面の平滑な穴加工が可能となる。この加工形状は、膜
厚方向全体の剥離を利用するため、ガウス型レーザを入
射した場合でも底面の平滑な形状となる。
用レーザ光を制御して照射部表面に線上のパターンを照
射する。このときレーザ照射強度は、例えば図１３
（Ａ）に示すように、短軸方向にガウス形状、長軸方向
は均一な強度分布とする。このレーザ強度を有する加工
用レーザ光がレーザ光吸収薄膜層表面に照射と薄膜内で
熱が拡散し、レーザ光吸収薄膜層の高温化により、下面
との剥離がおきる。このとき加工形態は、レーザ光吸収
薄膜層と透明層のみの除去がおきるため、形状が四角で
底面の平滑な穴加工が可能となる。この加工形状は、膜
厚方向全体の剥離を利用するため、ガウス型レーザを入
射した場合でも底面の平滑な形状となる。
【００９８】このときレーザ光照射強度を調整すること
によりレーザ光吸収薄膜層の光吸収領域、エネルギーお
よびレーザ光吸収薄膜層の熱伝播範囲を調整することが
可能となり、これにより加工幅の調整が可能となる。レ
ーザ照射と同期して積層体を移動することにより、連続
的な穴形状の作製が可能となり、高速に移動しながら加
工することで、線状の加工形態を得ることが可能とな
る。これを利用することで、回折型光学素子であるグレ
ーティングの作製が可能であり、多層膜に対して位置調
整を行って加工することで、マルチレベル回折格子の作
製が被加工物の移動のみにより作製することが容易とな
る。
によりレーザ光吸収薄膜層の光吸収領域、エネルギーお
よびレーザ光吸収薄膜層の熱伝播範囲を調整することが
可能となり、これにより加工幅の調整が可能となる。レ
ーザ照射と同期して積層体を移動することにより、連続
的な穴形状の作製が可能となり、高速に移動しながら加
工することで、線状の加工形態を得ることが可能とな
る。これを利用することで、回折型光学素子であるグレ
ーティングの作製が可能であり、多層膜に対して位置調
整を行って加工することで、マルチレベル回折格子の作
製が被加工物の移動のみにより作製することが容易とな
る。
【００９９】［実施例１１］加工用レーザ光はシリンド
リカルレンズあるいはミラー等により整形されて加工位
置において、図１３（Ａ）に示す加工用レーザ光の強度
分布１６を有するビームとする。そのビームをスキャン
するあるいは被加工物を移動するなどして、連続して加
工用レーザ光を空間選択的に照射する。このときレーザ
光照射タイミングと照射位置との移動手段は同期して制
御され、所望の位置に加工用レーザ光をライン状に照射
する。加工ピッチを数百ミクロンから数ミクロン程度と
することで、例えば図１３（Ｂ）に示すようなマルチバ
イナリ型回折格子１７、あるいはその型を作製すること
ができる。
リカルレンズあるいはミラー等により整形されて加工位
置において、図１３（Ａ）に示す加工用レーザ光の強度
分布１６を有するビームとする。そのビームをスキャン
するあるいは被加工物を移動するなどして、連続して加
工用レーザ光を空間選択的に照射する。このときレーザ
光照射タイミングと照射位置との移動手段は同期して制
御され、所望の位置に加工用レーザ光をライン状に照射
する。加工ピッチを数百ミクロンから数ミクロン程度と
することで、例えば図１３（Ｂ）に示すようなマルチバ
イナリ型回折格子１７、あるいはその型を作製すること
ができる。
【０１００】［第１２実施形態］この第１２実施形態
は、第１実施形態〜第４実施形態のレーザ加工方法と同
様の加工方法であり、加工用レーザ光としてパルス幅が
１００ｎｓ以下であるエキシマレーザや、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ、Ｎｄ：ＹＬＦ等の固体レーザの基本波をＱスイッチ
ングしたり、例えば非線形光学媒質に入射させることに
よりその光高調波を用いる。これらは現在容易に入手可
能な高出力のレーザ光源である。また、光吸収層の膜厚
は照射レーザ幅以下にすることが望ましい。
は、第１実施形態〜第４実施形態のレーザ加工方法と同
様の加工方法であり、加工用レーザ光としてパルス幅が
１００ｎｓ以下であるエキシマレーザや、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ、Ｎｄ：ＹＬＦ等の固体レーザの基本波をＱスイッチ
ングしたり、例えば非線形光学媒質に入射させることに
よりその光高調波を用いる。これらは現在容易に入手可
能な高出力のレーザ光源である。また、光吸収層の膜厚
は照射レーザ幅以下にすることが望ましい。
【０１０１】特に加工用レーザ光に１００ｎｓ以下の光
源を有するレーザを用いる。これにより、熱拡散領域を
狭くすることが可能となる。材料中の熱伝播による熱拡
散速度は、上述したように式（１）により与えられるこ
とが知られている。これにより照射時間τ秒後の熱拡散
距離は熱拡散率ｄとするとＬとなる。ここでパルス幅を
１００ｎｓ以下とすることで、レーザ照射中の通常のセ
ラミックス、高分子材料等でレーザ光吸収薄膜層内の熱
拡散距離を１ミクロン以下とすることができる。そのた
めこの幅以上の加工用レーザ光による熱拡散範囲を制限
することが可能となり、熱的拡散による変形を低減する
ことが可能となる。
源を有するレーザを用いる。これにより、熱拡散領域を
狭くすることが可能となる。材料中の熱伝播による熱拡
散速度は、上述したように式（１）により与えられるこ
とが知られている。これにより照射時間τ秒後の熱拡散
距離は熱拡散率ｄとするとＬとなる。ここでパルス幅を
１００ｎｓ以下とすることで、レーザ照射中の通常のセ
ラミックス、高分子材料等でレーザ光吸収薄膜層内の熱
拡散距離を１ミクロン以下とすることができる。そのた
めこの幅以上の加工用レーザ光による熱拡散範囲を制限
することが可能となり、熱的拡散による変形を低減する
ことが可能となる。
【０１０２】レーザ光吸収薄膜層をこの熱拡散距離Ｌ以
下とし、レーザ照射領域をそれ以上とすることで、レー
ザ照射位置周辺のみの高精度な薄膜除去および、立体的
加工が可能となる。加工用レーザ光の照射領域をサブミ
クロンから数百ミクロン程度とし、膜厚をサブミクロン
程度とすることで、レーザ照射領域とほぼ同等の領域の
加工底面を平滑とした立体的形状を得ることが可能とな
る。
下とし、レーザ照射領域をそれ以上とすることで、レー
ザ照射位置周辺のみの高精度な薄膜除去および、立体的
加工が可能となる。加工用レーザ光の照射領域をサブミ
クロンから数百ミクロン程度とし、膜厚をサブミクロン
程度とすることで、レーザ照射領域とほぼ同等の領域の
加工底面を平滑とした立体的形状を得ることが可能とな
る。
【０１０３】［実施例１２］上記拡散式（１）はある瞬
間に与えられたエネルギーが経過時間後にどれだけ広が
ったかを示す。材料による熱拡散率表を次の表１に示
す。
間に与えられたエネルギーが経過時間後にどれだけ広が
ったかを示す。材料による熱拡散率表を次の表１に示
す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】ここでは代表的な金属とガラス、高分子に
ついて通常温度での熱拡散率ｄを示している。上記材料
での上記式から得られた熱拡散範囲をまとめて次の表２
に示す。
ついて通常温度での熱拡散率ｄを示している。上記材料
での上記式から得られた熱拡散範囲をまとめて次の表２
に示す。
【０１０６】
【表２】
【０１０７】このように加工用レーザ光のパルス幅を１
００ｎｓ以下とすることで代表的な材料でパルス幅内の
熱拡散範囲を＜１μｍ以下とすることができる。ここで
材料の膜厚をこれ以下とすることで、レーザ光吸収薄膜
層の厚み方向には熱が完全に伝播し、その熱による剥離
が可能となる。これにより高精度な平坦面を有する立体
構造体の加工が可能となる。
００ｎｓ以下とすることで代表的な材料でパルス幅内の
熱拡散範囲を＜１μｍ以下とすることができる。ここで
材料の膜厚をこれ以下とすることで、レーザ光吸収薄膜
層の厚み方向には熱が完全に伝播し、その熱による剥離
が可能となる。これにより高精度な平坦面を有する立体
構造体の加工が可能となる。
【０１０８】［第１３実施形態］この第１３実施形態
は、第１実施形態〜第４実施形態のレーザ加工方法と同
様の加工方法であり、特に加工用レーザ光として、その
パルス幅がサブピコ秒であるＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレ
ーザおよびその高調波、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどの固体
レーザ、あるいはその高調波を用い、レーザ光吸収薄膜
層の材料として、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌなどの金属膜を用い
る。この金属膜の膜厚は該レーザ光の光浸透長以上でか
つその数倍程度であることが望ましい。
は、第１実施形態〜第４実施形態のレーザ加工方法と同
様の加工方法であり、特に加工用レーザ光として、その
パルス幅がサブピコ秒であるＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレ
ーザおよびその高調波、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどの固体
レーザ、あるいはその高調波を用い、レーザ光吸収薄膜
層の材料として、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌなどの金属膜を用い
る。この金属膜の膜厚は該レーザ光の光浸透長以上でか
つその数倍程度であることが望ましい。
【０１０９】第１３実施形態の構成では、レーザに１ｐ
ｓ以下の極短パルスレーザ光を用いる。このレーザ光は
近年開発が進んでおり、代表的レーザにＴｉ：Ｓａｐｐ
ｈｉｒｅレーザがある。このレーザは標準的に数１０ｆ
ｓから２００ｆｓ程度のパルス幅を持ち、８００ｎｍ付
近の中心波長で発振する。
ｓ以下の極短パルスレーザ光を用いる。このレーザ光は
近年開発が進んでおり、代表的レーザにＴｉ：Ｓａｐｐ
ｈｉｒｅレーザがある。このレーザは標準的に数１０ｆ
ｓから２００ｆｓ程度のパルス幅を持ち、８００ｎｍ付
近の中心波長で発振する。
【０１１０】このような極短パルスレーザにおいては、
特に材料への照射時間が短いことから熱的変質を抑制し
た高精度加工が可能であることが知られている。これら
加工特性に関しては例えば次の参考文献に示されている
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ６３， １０９−１１５
（１９９６））。
特に材料への照射時間が短いことから熱的変質を抑制し
た高精度加工が可能であることが知られている。これら
加工特性に関しては例えば次の参考文献に示されている
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ６３， １０９−１１５
（１９９６））。
【０１１１】レーザパルス幅が短いことから金属などの
熱伝導の高速な材料に対しても、アブレーション加工可
能なことで知られている。また金属材料は紫外から近赤
外領域で広い吸収を有する材料であり、その光吸収が極
表面層でおきることが知られている。代表的な金属の光
浸透長を図５に示した。また各波長の表面での反射率を
図１４に示す。ここで金属の反射された以外のエネルギ
ーは表面近傍で吸収され、図５の浸透長で示される範囲
で高速に熱に変換される。このときピコ秒以下の時間領
域では、上記文献に示されるように電子温度と格子温度
が均一でない、２温度拡散式により記述されることが明
らかになってきている。
熱伝導の高速な材料に対しても、アブレーション加工可
能なことで知られている。また金属材料は紫外から近赤
外領域で広い吸収を有する材料であり、その光吸収が極
表面層でおきることが知られている。代表的な金属の光
浸透長を図５に示した。また各波長の表面での反射率を
図１４に示す。ここで金属の反射された以外のエネルギ
ーは表面近傍で吸収され、図５の浸透長で示される範囲
で高速に熱に変換される。このときピコ秒以下の時間領
域では、上記文献に示されるように電子温度と格子温度
が均一でない、２温度拡散式により記述されることが明
らかになってきている。
【０１１２】このときレーザ光のエネルギーは数ピコ秒
程度で格子系へと熱として拡散し、レーザ照射領域の除
去がおきる。本発明では、レーザ光吸収薄膜層である金
属材料層を薄膜としてその熱拡散領域を制限する。これ
により金属での熱拡散範囲は限定され、低エネルギーで
金属膜の平坦面からの除去が可能となる。
程度で格子系へと熱として拡散し、レーザ照射領域の除
去がおきる。本発明では、レーザ光吸収薄膜層である金
属材料層を薄膜としてその熱拡散領域を制限する。これ
により金属での熱拡散範囲は限定され、低エネルギーで
金属膜の平坦面からの除去が可能となる。
【０１１３】特に通常の金属では拡散長が大きいためレ
ーザ照射位置から除去幅が広がってしまうが、パルス幅
をサブピコ秒とすることで代表的な金属においても、そ
の拡散幅を１ミクロン以下とすることが可能となる。
ーザ照射位置から除去幅が広がってしまうが、パルス幅
をサブピコ秒とすることで代表的な金属においても、そ
の拡散幅を１ミクロン以下とすることが可能となる。
【０１１４】Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ光は近赤外
光であり、高分子や透明セラミックス等多くの透明材料
を利用することが可能となり、吸収材料としても安価で
作製が容易な金属を用いることが可能となる利点もあ
る。これはその高調波である可視光でも同様であり、第
二高調波を用いることで、微細化が可能となりかつ安価
で高精度な対物レンズ等の光学素子を利用することが可
能となる。
光であり、高分子や透明セラミックス等多くの透明材料
を利用することが可能となり、吸収材料としても安価で
作製が容易な金属を用いることが可能となる利点もあ
る。これはその高調波である可視光でも同様であり、第
二高調波を用いることで、微細化が可能となりかつ安価
で高精度な対物レンズ等の光学素子を利用することが可
能となる。
【０１１５】［第１４実施形態］第１実施形態から第１
３実施形態に記載の加工方法により作製した素子を用
い、その複製を作製する。具体的にはたとえば、素子表
面に金属膜を付加し、電鋳法によりその逆型を作製す
る。これを型とし成形法等で高分子材料に転写すること
により、その複製を作製する。複製は再度その複製を作
製して型として用いることも可能である。このようなプ
ロセスを用いることで加工形状と同等の形状、あるいは
逆形状を他の材料に対して作製する。
３実施形態に記載の加工方法により作製した素子を用
い、その複製を作製する。具体的にはたとえば、素子表
面に金属膜を付加し、電鋳法によりその逆型を作製す
る。これを型とし成形法等で高分子材料に転写すること
により、その複製を作製する。複製は再度その複製を作
製して型として用いることも可能である。このようなプ
ロセスを用いることで加工形状と同等の形状、あるいは
逆形状を他の材料に対して作製する。
【０１１６】第１４実施形態の立体形状加工方法では上
記実施形態により作製された、立体形状を有する構造体
に対して電鋳法等によりその複製を作製する。さらにこ
の金属複製材料を用いて高分子材料やガラス材料を成形
法等で複製を作製する。これは成形に限らず、２Ｐ法で
用いられる光硬化樹脂に対する型やゾルゲル法で用いる
型等への利用も可能である。これにより、加工材料とは
異なる材料に対して立体的形状を作製する事が可能とな
る。たとえば透明高分子の成形型に利用することで、被
加工材料が透過しない材料であっても、複製により透過
型素子を作製できるメリットがある。またレーザ加工で
は広い領域全体を加工する場合には多くの時間を必要と
し、コストが高くなる問題があるが、金型を作製し、そ
の複製を作ることで、高速に大量に立体構造体を作製す
ることが可能となる。
記実施形態により作製された、立体形状を有する構造体
に対して電鋳法等によりその複製を作製する。さらにこ
の金属複製材料を用いて高分子材料やガラス材料を成形
法等で複製を作製する。これは成形に限らず、２Ｐ法で
用いられる光硬化樹脂に対する型やゾルゲル法で用いる
型等への利用も可能である。これにより、加工材料とは
異なる材料に対して立体的形状を作製する事が可能とな
る。たとえば透明高分子の成形型に利用することで、被
加工材料が透過しない材料であっても、複製により透過
型素子を作製できるメリットがある。またレーザ加工で
は広い領域全体を加工する場合には多くの時間を必要と
し、コストが高くなる問題があるが、金型を作製し、そ
の複製を作ることで、高速に大量に立体構造体を作製す
ることが可能となる。
【０１１７】［実施例１４］図１５は本発明の第１４実
施形態に係る立体形状品の製造方法を示す図である。図
１５では本方式による構造体複製方式の工程例を示す。
図１５（Ａ）に示すように、先ず構造体作製のための薄
膜付加工程を行う。次に、図１５（Ｂ）に示すように、
加工用レーザによる立体的構造体加工を行う。
施形態に係る立体形状品の製造方法を示す図である。図
１５では本方式による構造体複製方式の工程例を示す。
図１５（Ａ）に示すように、先ず構造体作製のための薄
膜付加工程を行う。次に、図１５（Ｂ）に示すように、
加工用レーザによる立体的構造体加工を行う。
【０１１８】次に、図１５（Ｃ）に示すように、電鋳の
ための表面電極作製用金属膜１８のスパッタ１８を行
う。次に、図１５（Ｄ）に示すように、電鋳法による金
属Ｎｉ層１９を付加する。次に、図１５（Ｅ）に示すよ
うに、加工体よりＮｉ原盤を剥離する。次に、図１５
（Ｆ）に示すように、Ｎｉ原盤を成形用原盤とし、樹脂
材２０の成型を行う。材料はポリカーボネート等を利用
することで透明構造体とすることができる。また光効果
樹脂を用いることでＵＶ光による転写法（２Ｐ法）によ
る複製も可能である。以上のようにして図１５（Ｇ）に
示すように、レーザ加工と同一形状の構造体を安価に複
製することが可能となる。
ための表面電極作製用金属膜１８のスパッタ１８を行
う。次に、図１５（Ｄ）に示すように、電鋳法による金
属Ｎｉ層１９を付加する。次に、図１５（Ｅ）に示すよ
うに、加工体よりＮｉ原盤を剥離する。次に、図１５
（Ｆ）に示すように、Ｎｉ原盤を成形用原盤とし、樹脂
材２０の成型を行う。材料はポリカーボネート等を利用
することで透明構造体とすることができる。また光効果
樹脂を用いることでＵＶ光による転写法（２Ｐ法）によ
る複製も可能である。以上のようにして図１５（Ｇ）に
示すように、レーザ加工と同一形状の構造体を安価に複
製することが可能となる。
【０１１９】［第１５実施形態］本実施形態１４記載の
複製作製法と同様であり、その複製を光ディスクのスタ
ンパに用いる。これは特に、図１６に示すように、円盤
状に光ディスクのピットＰ、グルーブにあたる領域を第
１実施形態から第４実施形態の方法により作製し、たと
えばＮｉ薄膜スパッタ、Ｎｉ膜電鋳、膜剥離のプロセス
により光ディスク用スタンパとすることが可能となる。
複製作製法と同様であり、その複製を光ディスクのスタ
ンパに用いる。これは特に、図１６に示すように、円盤
状に光ディスクのピットＰ、グルーブにあたる領域を第
１実施形態から第４実施形態の方法により作製し、たと
えばＮｉ薄膜スパッタ、Ｎｉ膜電鋳、膜剥離のプロセス
により光ディスク用スタンパとすることが可能となる。
【０１２０】従来の光ディスクスタンパではガラス基板
上に感光体材料をスピナー等により塗布し、ベークした
後Ｈｅ−Ｃｄレーザ等のＵＶレーザにより、感光体材料
を露光し、定着、現像し、感光体材料の立体的パターン
を作製し、さらにそれに金属膜を付加し、電鋳、剥離の
プロセスにより、一枚のスタンパを作製していた。この
とき特に露光と定着、現像の条件設定が困難であり、洗
浄時の汚れの問題や、溶剤等による環境の問題があっ
た。
上に感光体材料をスピナー等により塗布し、ベークした
後Ｈｅ−Ｃｄレーザ等のＵＶレーザにより、感光体材料
を露光し、定着、現像し、感光体材料の立体的パターン
を作製し、さらにそれに金属膜を付加し、電鋳、剥離の
プロセスにより、一枚のスタンパを作製していた。この
とき特に露光と定着、現像の条件設定が困難であり、洗
浄時の汚れの問題や、溶剤等による環境の問題があっ
た。
【０１２１】本実施形態による形状加工方法では、加工
用レーザ光の走査のみにより直接形状を作製するため、
従来の複雑な工程を簡潔化することが可能となる。ま
た、通常の露光方式では、感光体材料を用いその材料に
対して感度の高い紫外域のレーザを用いる必要があった
が、本方法では透明層とレーザ光吸収薄膜層とを多くの
材料から選択して用いることが可能となる。さらに立体
的な加工をレーザ光１パルス照射により行うことが可能
であることから、低エネルギー光による高速加工が可能
となる。
用レーザ光の走査のみにより直接形状を作製するため、
従来の複雑な工程を簡潔化することが可能となる。ま
た、通常の露光方式では、感光体材料を用いその材料に
対して感度の高い紫外域のレーザを用いる必要があった
が、本方法では透明層とレーザ光吸収薄膜層とを多くの
材料から選択して用いることが可能となる。さらに立体
的な加工をレーザ光１パルス照射により行うことが可能
であることから、低エネルギー光による高速加工が可能
となる。
【０１２２】［実施例１５］図１６は本発明の第１５実
施形態に係る、立体形状品の一例である光ディスク用ス
タンパ原盤を示す図である。図１６では本発明による光
ディスク用スタンパ原盤の例を示す。図１６に示すよう
に、ガラス基板である平坦基板１上にレーザ光吸収薄膜
層２を付加し、その上面に透明層３を付加する。この表
面に高ＮＡの対物レンズにより集光した加工用レーザ光
を短時間照射し、その１パルス照射により一つのピット
Ｐを形成する。基板は回転ステージにより高速に回転さ
せ、またリニアステージにより円周方向に移動させるこ
とにより連続的に形状を作製する。このとき材料層の厚
みは透明層３と金属材料層であるレーザ光吸収薄膜層２
との合計で読みとり信号波長の１／４程度とすることが
望ましい。
施形態に係る、立体形状品の一例である光ディスク用ス
タンパ原盤を示す図である。図１６では本発明による光
ディスク用スタンパ原盤の例を示す。図１６に示すよう
に、ガラス基板である平坦基板１上にレーザ光吸収薄膜
層２を付加し、その上面に透明層３を付加する。この表
面に高ＮＡの対物レンズにより集光した加工用レーザ光
を短時間照射し、その１パルス照射により一つのピット
Ｐを形成する。基板は回転ステージにより高速に回転さ
せ、またリニアステージにより円周方向に移動させるこ
とにより連続的に形状を作製する。このとき材料層の厚
みは透明層３と金属材料層であるレーザ光吸収薄膜層２
との合計で読みとり信号波長の１／４程度とすることが
望ましい。
【０１２３】このとき加工用レーザは回転・移動手段と
同期をとって照射タイミングを調整する。加工用レーザ
光は穴サイズにあわせて強度を調整し照射することとす
る。このときレーザ光を分割して制御することで多数穴
を一度に作製したり、多数の原盤を同時に加工すること
が可能である。また本実施形態の方法により作製された
原盤は、その複製を作製することで、複製物を同様にス
タンパとして利用することが可能である。
同期をとって照射タイミングを調整する。加工用レーザ
光は穴サイズにあわせて強度を調整し照射することとす
る。このときレーザ光を分割して制御することで多数穴
を一度に作製したり、多数の原盤を同時に加工すること
が可能である。また本実施形態の方法により作製された
原盤は、その複製を作製することで、複製物を同様にス
タンパとして利用することが可能である。
【０１２４】［第１６実施形態］本実施形態１４記載の
複製作製法であり、その複製を回折型光学素子のマスタ
ー加工に用いる。これは特に平坦基板状に多数の穴形状
を第１実施形態から第４実施形態の方式により作製し、
加工位置をステージ等の移動手段により制御すること
で、マルチレベルの回折素子やコンピュータにより計算
した形状を加工することで位相変調型回折格子の立体的
形状を作製する。このとき透明層と吸収層をあわせた厚
みは光学素子への照射光の波長λに対してλ／ｎ程度の
厚みとする。
複製作製法であり、その複製を回折型光学素子のマスタ
ー加工に用いる。これは特に平坦基板状に多数の穴形状
を第１実施形態から第４実施形態の方式により作製し、
加工位置をステージ等の移動手段により制御すること
で、マルチレベルの回折素子やコンピュータにより計算
した形状を加工することで位相変調型回折格子の立体的
形状を作製する。このとき透明層と吸収層をあわせた厚
みは光学素子への照射光の波長λに対してλ／ｎ程度の
厚みとする。
【０１２５】従来の回折型光学素子はたとえば露光によ
るレジストパターン形成手段とエッチング手段とを多数
回組み合わせて、複数の高さ分布を有する形状を作製し
ていた。このとき加工位置は、複数のマスクを位置合わ
せして行いその制御が複雑で高精度な位置あわせが必要
で、プロセスコストが高くなる問題があった。
るレジストパターン形成手段とエッチング手段とを多数
回組み合わせて、複数の高さ分布を有する形状を作製し
ていた。このとき加工位置は、複数のマスクを位置合わ
せして行いその制御が複雑で高精度な位置あわせが必要
で、プロセスコストが高くなる問題があった。
【０１２６】本実施形態による形状加工方法では、加工
用レーザ光の走査のみにより直接形状を作製するため、
従来の複雑な工程を簡潔化することが可能となる。また
通常の露光方式では、感光体材料を用いその材料に対し
て感度の高い紫外域のレーザを用いる必要があったが、
本実施形態の方法では透明層とレーザ吸収薄膜層とを多
くの材料から選択して用いることが可能となる。
用レーザ光の走査のみにより直接形状を作製するため、
従来の複雑な工程を簡潔化することが可能となる。また
通常の露光方式では、感光体材料を用いその材料に対し
て感度の高い紫外域のレーザを用いる必要があったが、
本実施形態の方法では透明層とレーザ吸収薄膜層とを多
くの材料から選択して用いることが可能となる。
【０１２７】さらに立体的な形状の加工深さをレーザ照
射数により制御することで、立体的に形状を制御するこ
とができ、本加工物に対して金属膜付加、電鋳等を行う
ことで、容易に回折素子、バイナリ光学素子の母型を作
製することが可能となる。
射数により制御することで、立体的に形状を制御するこ
とができ、本加工物に対して金属膜付加、電鋳等を行う
ことで、容易に回折素子、バイナリ光学素子の母型を作
製することが可能となる。
【０１２８】［第１７実施形態］この実施形態のレーザ
加工装置は、加工用レーザ光と、１／２波長と、偏光ビ
ームスプリッタあるいはＮＤフィルタ等のレーザ光の強
度調整手段と、レンズ、ミラー等のレーザ光形成手段と
を備えて構成され、空間的にレーザ光照射位置を限定
し、第１実施形態から第１６実施形態のレーザ加工方法
に用いるレーザ加工装置である。
加工装置は、加工用レーザ光と、１／２波長と、偏光ビ
ームスプリッタあるいはＮＤフィルタ等のレーザ光の強
度調整手段と、レンズ、ミラー等のレーザ光形成手段と
を備えて構成され、空間的にレーザ光照射位置を限定
し、第１実施形態から第１６実施形態のレーザ加工方法
に用いるレーザ加工装置である。
【０１２９】レーザ装置の内部あるいは外部にはシャッ
ター等のレーザ照射数を制御する手段を設けることが望
ましく、レーザ光は被加工物を固定する移動ステージに
同期して照射されることが望ましい。
ター等のレーザ照射数を制御する手段を設けることが望
ましく、レーザ光は被加工物を固定する移動ステージに
同期して照射されることが望ましい。
【０１３０】このレーザ加工装置により従来の加工装置
で問題であった加工底面の平滑な立体的形状を有する構
造体の加工を行うことが可能となる。またレーザ照射を
制御することで、立体的な形状加工が容易となる。また
ステージを移動して加工することが可能であるため。大
面積の加工が可能となる。
で問題であった加工底面の平滑な立体的形状を有する構
造体の加工を行うことが可能となる。またレーザ照射を
制御することで、立体的な形状加工が容易となる。また
ステージを移動して加工することが可能であるため。大
面積の加工が可能となる。
【０１３１】［実施例１７］図１７は本発明の第１７実
施形態に係る立体構造体の加工装置を示す図、図１８は
本発明の第１７実施形態に係る立体構造体の加工装置の
要部を示す図、図１９は本発明の第１７実施形態に係る
立体構造体の加工装置の制御フローチャートを示す図で
ある。
施形態に係る立体構造体の加工装置を示す図、図１８は
本発明の第１７実施形態に係る立体構造体の加工装置の
要部を示す図、図１９は本発明の第１７実施形態に係る
立体構造体の加工装置の制御フローチャートを示す図で
ある。
【０１３２】図１７に示すように、レーザ加工装置３１
から出射された加工用レーザ光３２は外部シャッタ３３
で照射時間を制御して１／２波長板３４に入射される。
ここで１／２波長板３４を回転することで、加工用レー
ザ光３２の偏光面と１／２波長板３４の軸方向が変化
し、その後の偏光ビームスプリッタ３５によってビーム
強度が調整される。ビーム強度を調整された加工用レー
ザ光３２はその後のレンズ系としての整形レンズ３６や
ミラー系３７によりビーム形状を整形、伝送されマスク
３８上に照射される。このマスク３８を透過した加工用
レーザ光３２は集光レンズ３９により縮小投影され、薄
膜付加材料である被加工物としての積層体４０表面に結
像される。被加工材料としての積層体４０は移動ステー
ジ４１等により加工位置を制御される。このとき加工位
置での加工形態を観察するため、観察用照明４２を設置
した観察装置を配置し、ＣＣＤカメラ４３等によりその
形状を観察することも可能である。本システムにより、
容易に複雑な立体的形状の加工が可能となる。
から出射された加工用レーザ光３２は外部シャッタ３３
で照射時間を制御して１／２波長板３４に入射される。
ここで１／２波長板３４を回転することで、加工用レー
ザ光３２の偏光面と１／２波長板３４の軸方向が変化
し、その後の偏光ビームスプリッタ３５によってビーム
強度が調整される。ビーム強度を調整された加工用レー
ザ光３２はその後のレンズ系としての整形レンズ３６や
ミラー系３７によりビーム形状を整形、伝送されマスク
３８上に照射される。このマスク３８を透過した加工用
レーザ光３２は集光レンズ３９により縮小投影され、薄
膜付加材料である被加工物としての積層体４０表面に結
像される。被加工材料としての積層体４０は移動ステー
ジ４１等により加工位置を制御される。このとき加工位
置での加工形態を観察するため、観察用照明４２を設置
した観察装置を配置し、ＣＣＤカメラ４３等によりその
形状を観察することも可能である。本システムにより、
容易に複雑な立体的形状の加工が可能となる。
【０１３３】図１８に示すようにこの加工装置は、加工
用レーザ光３２を出射するレーザ装置３１と、レーザ装
置３１に備えるポッケルスセル３１ａと、レーザ装置３
１から出射した加工用レーザ光３２を走査するガルバノ
ミラー５４と、ガルバノミラー５４で走査された加工用
レーザ光３２を一定速度で走査するｆθレンズ５６と、
実施形態１〜７の被加工物である積層体５１を支持する
移動ステージ４１と、レーザ装置３１、移動ステージ４
１及びガルバノミラーコントローラ５５を介してガルバ
ノミラー５４を制御するコンピュータ５３とを備えてい
る。
用レーザ光３２を出射するレーザ装置３１と、レーザ装
置３１に備えるポッケルスセル３１ａと、レーザ装置３
１から出射した加工用レーザ光３２を走査するガルバノ
ミラー５４と、ガルバノミラー５４で走査された加工用
レーザ光３２を一定速度で走査するｆθレンズ５６と、
実施形態１〜７の被加工物である積層体５１を支持する
移動ステージ４１と、レーザ装置３１、移動ステージ４
１及びガルバノミラーコントローラ５５を介してガルバ
ノミラー５４を制御するコンピュータ５３とを備えてい
る。
【０１３４】図１９に示すように、コンピュータ５３に
より、ステップＳ１では、加工サンプルである積層体５
１を所定位置に固定し、ステップＳ２では、ポッケルス
セル３１ａを制御してレーザ装置３１から加工用レーザ
光３２を出射し、ステップＳ３ではガルバノミラー５４
及びｆθレンズ５６により加工位置を走査して積層体５
１に除去部を加工する。次に、ステップＳ４では、レー
ザ照射を終了させ、ステップＳ５では、形状作製して終
了する。
より、ステップＳ１では、加工サンプルである積層体５
１を所定位置に固定し、ステップＳ２では、ポッケルス
セル３１ａを制御してレーザ装置３１から加工用レーザ
光３２を出射し、ステップＳ３ではガルバノミラー５４
及びｆθレンズ５６により加工位置を走査して積層体５
１に除去部を加工する。次に、ステップＳ４では、レー
ザ照射を終了させ、ステップＳ５では、形状作製して終
了する。
【０１３５】［第１８実施形態］この実施形態では、上
記実施形態のレーザ加工方法により作製された、一部に
平坦面を有する立体的形状を有する構造体である。代表
的サイズは加工幅がサブミクロンから数百ミクロン、加
工深さが数ｎｍから数ミクロン程度の構造体である。こ
れらは透明層と加工用レーザ光に対する吸収層からな
る。またこれらを上記実施形態の手法により複製をとる
ことにより同一形状の高分子あるいはガラス等の立体的
形状を有する素子とすることができる。
記実施形態のレーザ加工方法により作製された、一部に
平坦面を有する立体的形状を有する構造体である。代表
的サイズは加工幅がサブミクロンから数百ミクロン、加
工深さが数ｎｍから数ミクロン程度の構造体である。こ
れらは透明層と加工用レーザ光に対する吸収層からな
る。またこれらを上記実施形態の手法により複製をとる
ことにより同一形状の高分子あるいはガラス等の立体的
形状を有する素子とすることができる。
【０１３６】本構成により作製された素子は、底面に平
坦部を有する立体的形状とすることが可能であり、たと
えば深さを光の波長オーダーとすることで透過型光学素
子として機能することが可能となる。また立体的加工に
よるマイクロマシン用デバイスやマイクロセンサー等の
作製も可能となる。本実施形態により得られた素子は複
雑なプロセスを利用せず、真空プロセス等を利用しない
ため、大型化が可能であり、大型光学素子や大面積デバ
イスの作製に対してメリットがある。
坦部を有する立体的形状とすることが可能であり、たと
えば深さを光の波長オーダーとすることで透過型光学素
子として機能することが可能となる。また立体的加工に
よるマイクロマシン用デバイスやマイクロセンサー等の
作製も可能となる。本実施形態により得られた素子は複
雑なプロセスを利用せず、真空プロセス等を利用しない
ため、大型化が可能であり、大型光学素子や大面積デバ
イスの作製に対してメリットがある。
【０１３７】［第１９実施形態］上記実施形態のレーザ
加工方法により作製された、一部に平坦面を有する立体
的形状を有する構造体あるいはその複製した構造体に対
して、少なくとも一面に蒸着、スパッタ法等によりＡｌ
などの反射膜を設けた素子とする。代表的サイズは加工
幅がサブミクロンから数百ミクロン、加工深さが数ｎｍ
から数ミクロン程度の構造体で少なくとも一面に反射層
を有する。
加工方法により作製された、一部に平坦面を有する立体
的形状を有する構造体あるいはその複製した構造体に対
して、少なくとも一面に蒸着、スパッタ法等によりＡｌ
などの反射膜を設けた素子とする。代表的サイズは加工
幅がサブミクロンから数百ミクロン、加工深さが数ｎｍ
から数ミクロン程度の構造体で少なくとも一面に反射層
を有する。
【０１３８】本構成により作製された素子は、底面に平
坦部を有する立体的形状とすることが可能であり、たと
えば深さを光の波長オーダーとすることで反射型光学素
子として機能することが可能となる。従来の手法による
反射光学素子は複雑な工程を必要としたが、本方式では
レーザ光による直接立体形状加工と最終段での反射膜付
加だけでよいため、安価に高精度な反射型光学素子を得
ることができる。なお、本発明は上記実施例に限定され
るものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することができる。
坦部を有する立体的形状とすることが可能であり、たと
えば深さを光の波長オーダーとすることで反射型光学素
子として機能することが可能となる。従来の手法による
反射光学素子は複雑な工程を必要としたが、本方式では
レーザ光による直接立体形状加工と最終段での反射膜付
加だけでよいため、安価に高精度な反射型光学素子を得
ることができる。なお、本発明は上記実施例に限定され
るものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することができる。
【０１３９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、光学デバイスとして利用可能な平坦面を有する
微少な立体形状を備える立体構造体の加工方法を得るこ
とができる。請求項２の発明によれば、レーザ光吸収薄
膜層は平坦基板より熱拡散が高速なので、レーザ光吸収
薄膜層と平坦基板との剥離が促進される。請求項３の発
明によれば、加工用レーザ光の１パルス照射と前記透明
層及びレーザ光吸収薄膜層の合計厚さ分の加工深さとが
対応しているので、従来のレーザアブレーションに比べ
て高速であり、深さ制御も極めて高精度である。
よれば、光学デバイスとして利用可能な平坦面を有する
微少な立体形状を備える立体構造体の加工方法を得るこ
とができる。請求項２の発明によれば、レーザ光吸収薄
膜層は平坦基板より熱拡散が高速なので、レーザ光吸収
薄膜層と平坦基板との剥離が促進される。請求項３の発
明によれば、加工用レーザ光の１パルス照射と前記透明
層及びレーザ光吸収薄膜層の合計厚さ分の加工深さとが
対応しているので、従来のレーザアブレーションに比べ
て高速であり、深さ制御も極めて高精度である。
【０１４０】請求項４の発明によれば、平坦基板とレー
ザ光吸収薄膜層との間に断熱層を積層するので、平坦基
板の基板材料の選択の幅が広がり、例えば平坦度の低い
材料層であっても平坦基板として使用することができ
る。請求項５の発明によれば、レーザ光照射パルス数に
より加工深さをデジタル的に制御することができるの
で、例えば、マルチバイナリの回折光学素子、ホログラ
ム光学素子等の光学素子を作製することができる。請求
項６の発明によれば、熱拡散領域を狭くすることができ
る。
ザ光吸収薄膜層との間に断熱層を積層するので、平坦基
板の基板材料の選択の幅が広がり、例えば平坦度の低い
材料層であっても平坦基板として使用することができ
る。請求項５の発明によれば、レーザ光照射パルス数に
より加工深さをデジタル的に制御することができるの
で、例えば、マルチバイナリの回折光学素子、ホログラ
ム光学素子等の光学素子を作製することができる。請求
項６の発明によれば、熱拡散領域を狭くすることができ
る。
【０１４１】請求項７の発明によれば、透明層の厚みを
初期段階で制御することにより、レーザ光照射強度を変
化させることなく、加工深さの制御範囲を広くすること
が可能となる。これにより、空間的位置により深さの異
なる素子をレーザ照射数のみによりアナログ的に制御す
ることが可能となり、また例えば深さにより特性が変わ
る位相変調素子等を一つの基板上に空間選択的に作製す
ることが可能となる。請求項８の発明によれば、マスク
パターンの縮小投影露光、コンタクト露光等によりマス
クパターンに対応した加工パターンを形成することがで
きる。請求項９の発明によれば、加工用レーザ光の照射
位置を変えて加工するので、多様な形状の立体構造体を
得ることができる。
初期段階で制御することにより、レーザ光照射強度を変
化させることなく、加工深さの制御範囲を広くすること
が可能となる。これにより、空間的位置により深さの異
なる素子をレーザ照射数のみによりアナログ的に制御す
ることが可能となり、また例えば深さにより特性が変わ
る位相変調素子等を一つの基板上に空間選択的に作製す
ることが可能となる。請求項８の発明によれば、マスク
パターンの縮小投影露光、コンタクト露光等によりマス
クパターンに対応した加工パターンを形成することがで
きる。請求項９の発明によれば、加工用レーザ光の照射
位置を変えて加工するので、多様な形状の立体構造体を
得ることができる。
【０１４２】請求項１０によれば、丸穴形状の除去部分
を形成することができる。請求項１１の発明によれば、
線形状の除去部分を形成することができ、回折型光学素
子やマルチレベル回折格子を作製することができる。請
求項１２の発明によれば、加工材料とは異なる材料に対
して立体形状品を作製することができる。
を形成することができる。請求項１１の発明によれば、
線形状の除去部分を形成することができ、回折型光学素
子やマルチレベル回折格子を作製することができる。請
求項１２の発明によれば、加工材料とは異なる材料に対
して立体形状品を作製することができる。
【０１４３】請求項１３の発明によれば、レーザ光によ
り直接形状を形成するため、従来の複雑な工程と比べて
簡略化した工程で光記録媒体を製造することができる。
請求項１４の発明によれば、レーザ光により直接形状を
形成するため、従来の複雑な工程と比べて簡略化した工
程で回折光学素子を製造することができる。請求項１５
の発明によれば、光学デバイスとして利用可能な平坦面
を有する微少な立体形状を備える立体構造体の加工装置
を得ることができる。
り直接形状を形成するため、従来の複雑な工程と比べて
簡略化した工程で光記録媒体を製造することができる。
請求項１４の発明によれば、レーザ光により直接形状を
形成するため、従来の複雑な工程と比べて簡略化した工
程で回折光学素子を製造することができる。請求項１５
の発明によれば、光学デバイスとして利用可能な平坦面
を有する微少な立体形状を備える立体構造体の加工装置
を得ることができる。
【０１４４】請求項１６の発明によれば、多様な形状の
立体構造体を作製することができる。請求項１７の発明
によれば、より形状の複雑な立体構造体を作製できると
ともに、大面積の加工が可能である。請求項１８の発明
によれば、より形状の複雑な立体構造体を作製できると
ともに、大面積の加工が可能である。
立体構造体を作製することができる。請求項１７の発明
によれば、より形状の複雑な立体構造体を作製できると
ともに、大面積の加工が可能である。請求項１８の発明
によれば、より形状の複雑な立体構造体を作製できると
ともに、大面積の加工が可能である。
【０１４５】請求項１９の発明によれば、熱拡散領域を
狭くすることができる。請求項２０の発明によれば、レ
ーザ光照射パルス数により加工深さをデジタル的に制御
することができるので、例えば、マルチバイナリの回折
光学素子、ホログラム光学素子等の光学素子を作製する
ことができる。請求項２１の発明によれば、光学デバイ
スとして利用可能な平坦面を有する微少な立体形状を備
える立体構造体を得ることができる。
狭くすることができる。請求項２０の発明によれば、レ
ーザ光照射パルス数により加工深さをデジタル的に制御
することができるので、例えば、マルチバイナリの回折
光学素子、ホログラム光学素子等の光学素子を作製する
ことができる。請求項２１の発明によれば、光学デバイ
スとして利用可能な平坦面を有する微少な立体形状を備
える立体構造体を得ることができる。
【０１４６】請求項２２の発明によれば、レーザ光吸収
薄膜層はレーザ光入射方向下流側より熱拡散が高速なの
で、レーザ光吸収薄膜層とレーザ光入射方向下流側面と
の剥離が促進される。請求項２３の発明によれば、レー
ザ光吸収薄膜層は平坦基板より熱拡散が高速なので、レ
ーザ光吸収薄膜層と平坦基板との剥離が促進される。請
求項２４の発明によれば、平坦基板とレーザ光吸収薄膜
層との間に断熱層を積層するので、平坦基板の基板材料
の選択の幅が広がり、例えば平坦度の低い材料層であっ
ても平坦基板として使用することができる。
薄膜層はレーザ光入射方向下流側より熱拡散が高速なの
で、レーザ光吸収薄膜層とレーザ光入射方向下流側面と
の剥離が促進される。請求項２３の発明によれば、レー
ザ光吸収薄膜層は平坦基板より熱拡散が高速なので、レ
ーザ光吸収薄膜層と平坦基板との剥離が促進される。請
求項２４の発明によれば、平坦基板とレーザ光吸収薄膜
層との間に断熱層を積層するので、平坦基板の基板材料
の選択の幅が広がり、例えば平坦度の低い材料層であっ
ても平坦基板として使用することができる。
【０１４７】請求項２５の発明によれば、マルチバイナ
リの回折光学素子、ホログラム光学素子等の光学素子を
得ることができる。請求項２６の発明によれば、深さに
より特性が変わる位相変調素子等の立体構造体を得るこ
とができる。請求項２７の発明によれば、金属は、薄膜
として材料に付加することが容易な材料であり、かつそ
の作製コストも非常に安価であるという利点がある。
リの回折光学素子、ホログラム光学素子等の光学素子を
得ることができる。請求項２６の発明によれば、深さに
より特性が変わる位相変調素子等の立体構造体を得るこ
とができる。請求項２７の発明によれば、金属は、薄膜
として材料に付加することが容易な材料であり、かつそ
の作製コストも非常に安価であるという利点がある。
【０１４８】請求項２８の発明によれば、透明層として
ポリマーを用いているので、膜厚を制御した透明層を安
価に形成することができる。請求項２９の発明によれ
ば、高精度な加工深さ制御が可能となり、除去量を多く
することができ、さらにより高品位な加工が可能とな
る。請求項３０の発明によれば、多様な形状の立体構造
体を得ることができる。請求項３１の発明によれば、レ
ーザ光により直接形状を形成するため、従来の複雑な工
程と比べて簡略化した工程で反射型光学素子を製造する
ことができる。
ポリマーを用いているので、膜厚を制御した透明層を安
価に形成することができる。請求項２９の発明によれ
ば、高精度な加工深さ制御が可能となり、除去量を多く
することができ、さらにより高品位な加工が可能とな
る。請求項３０の発明によれば、多様な形状の立体構造
体を得ることができる。請求項３１の発明によれば、レ
ーザ光により直接形状を形成するため、従来の複雑な工
程と比べて簡略化した工程で反射型光学素子を製造する
ことができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体構造体の加工
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る立体構造体の加工
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る立体構造体の加工
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る立体構造体の加工
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図５】本発明の第５、１３実施形態に係る、光浸透長
と波長との関係を示す図である。
と波長との関係を示す図である。
【図６】本発明の第８実施形態に係る立体構造体の加工
装置を示す図である。
装置を示す図である。
【図７】本発明の第８実施形態に係る立体構造体の加工
装置の制御フローチャートを示す図である。
装置の制御フローチャートを示す図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係る立体構造体の加工
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図９】本発明の第９実施形態に係る立体構造体の加工
装置を示す図である。
装置を示す図である。
【図１０】本発明の第９実施形態に係る立体構造体の加
工装置の制御フローチャートを示す図である。
工装置の制御フローチャートを示す図である。
【図１１】本発明の第９実施形態に係る立体構造体の加
工方法を示す図である。
工方法を示す図である。
【図１２】本発明の第１０実施形態に係る立体構造体の
加工方法を示す図である。
加工方法を示す図である。
【図１３】本発明の第１１実施形態に係る立体構造体の
加工方法を示す図である。
加工方法を示す図である。
【図１４】紫外から近赤外域の波長における代表的金属
の反射率を示す図である。
の反射率を示す図である。
【図１５】本発明の第１４実施形態に係る立体形状品の
製造方法を示す図である。
製造方法を示す図である。
【図１６】本発明の第１５実施形態に係る、立体形状品
の一例である光ディスク用スタンパ原盤を示す図であ
る。
の一例である光ディスク用スタンパ原盤を示す図であ
る。
【図１７】本発明の第１７実施形態に係る立体構造体の
加工装置を示す図である。
加工装置を示す図である。
【図１８】本発明の第１７実施形態に係る立体構造体の
加工装置の要部を示す図である。
加工装置の要部を示す図である。
【図１９】本発明の第１７実施形態に係る立体構造体の
加工装置の制御フローチャートを示す図である。
加工装置の制御フローチャートを示す図である。
１ 平坦基板（ガラス基板、Ｓｉ基板、ＳＵＳ基板）
２ レーザ光吸収薄膜層（Ｎｉ薄膜）
２ａ〜２ｃ レーザ光吸収薄膜層（Ｎｉ薄膜）
３ 透明層（アクリル樹脂層、ＩＴＯ膜等）
３ａ〜３ｃ 透明層（アクリル樹脂層、ＩＴＯ膜等）
４ 加工用レーザ光（フェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒ
ｅレーザ光等） ４ａ〜４ｆ 加工用レーザ光（フェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐ
ｐｈｉｒｅレーザ光等） ５ 立体構造体 ６ 断熱層（低熱拡散率層、ポリイミド層等） ７ 立体構造体 ８ 透明層（アクリル樹脂層、ＩＴＯ膜等） ９ 立体構造体 １０ 従来の立体構造体 １０ａ 底面 １１ 本発明の立体構造体 １１ａ 平坦面 １２ 加工用レーザ光の強度分布 １３ａ 透過型液晶マスク １３ｂ 第二のマスク形状 １４ａ〜１４ｃ 被加工物 １５ａ〜１５ｃ 立体構造体 １６ 加工用レーザ光の強度分布 １７ マルチバイナリ型回折格子 １８ 表面電極作製用金属膜 １９ 金属Ｎｉ層 ２０ 樹脂材 ３１ レーザ加工装置（加工用レーザ光発生手段） ３２ 加工用レーザ光 ３３ 外部シャッタ ３４ １／２波長板（加工用レーザ光調整手段） ３５ 偏光ビームスプリッタ（加工用レーザ光調整手
段） ３６ 整形レンズ ３７ 反射ミラー ３８ マスク ３９ 集光レンズ ４０ 積層体（被加工物） ４１ 移動ステージ ４２ 観察用照明 ４３ ＣＣＤカメラ ５１ 積層体（被加工物） ５２ マスク移動ステージ ５３ コンピュータ ５４ ガルバノミラー ５５ ガルバノミラーコントローラ ５６ ｆθレンズ Ｈ 平坦面 Ｐ ピット
ｅレーザ光等） ４ａ〜４ｆ 加工用レーザ光（フェムト秒Ｔｉ：Ｓａｐ
ｐｈｉｒｅレーザ光等） ５ 立体構造体 ６ 断熱層（低熱拡散率層、ポリイミド層等） ７ 立体構造体 ８ 透明層（アクリル樹脂層、ＩＴＯ膜等） ９ 立体構造体 １０ 従来の立体構造体 １０ａ 底面 １１ 本発明の立体構造体 １１ａ 平坦面 １２ 加工用レーザ光の強度分布 １３ａ 透過型液晶マスク １３ｂ 第二のマスク形状 １４ａ〜１４ｃ 被加工物 １５ａ〜１５ｃ 立体構造体 １６ 加工用レーザ光の強度分布 １７ マルチバイナリ型回折格子 １８ 表面電極作製用金属膜 １９ 金属Ｎｉ層 ２０ 樹脂材 ３１ レーザ加工装置（加工用レーザ光発生手段） ３２ 加工用レーザ光 ３３ 外部シャッタ ３４ １／２波長板（加工用レーザ光調整手段） ３５ 偏光ビームスプリッタ（加工用レーザ光調整手
段） ３６ 整形レンズ ３７ 反射ミラー ３８ マスク ３９ 集光レンズ ４０ 積層体（被加工物） ４１ 移動ステージ ４２ 観察用照明 ４３ ＣＣＤカメラ ５１ 積層体（被加工物） ５２ マスク移動ステージ ５３ コンピュータ ５４ ガルバノミラー ５５ ガルバノミラーコントローラ ５６ ｆθレンズ Ｈ 平坦面 Ｐ ピット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 緑川 克美
埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所
内
(72)発明者 熊谷 寛
埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所
内
Ｆターム(参考） 2H049 AA31 AA33 AA45 AA46 AA63
4E068 AD00 AF00 CA02 CD05 CD10
CF00
Claims (31)
- 【請求項１】 平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層と該レ
ーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層し、 前記透明層を介して前記レーザ光吸収薄膜層へ吸収させ
る加工用レーザ光の注入パルスエネルギーを、レーザ光
入射方向下流側の界面の平坦面が露出できる最大注入パ
ルスエネルギーと同じかより小さく、且つレーザ光入射
方向上流側の透明層を除去できる最小入力パルスエネル
ギーと同じかより大きくし、この加工用レーザ光を前記
透明層を介して前記レーザ光吸収薄膜層に吸収させるこ
とを特徴とする立体構造体の加工方法。 - 【請求項２】 前記レーザ光吸収薄膜層は前記平坦基板
より熱拡散が高速であることを特徴とする請求項１に記
載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項３】 前記加工用レーザ光は１パルスの照射に
より前記透明層の加工用レーザ光が透過した部分と前記
レーザ光吸収薄膜層の加工用レーザ光が入射した部分と
を共に除去することを特徴とする請求項１又は２に記載
の立体構造体の加工方法。 - 【請求項４】 前記平坦基板上に該平坦基板より熱拡散
が低速な断熱層を積層した後に、該断熱層上に前記レー
ザ光吸収薄膜層を積層することを特徴とする請求項１又
は３に記載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項５】 前記レーザ光吸収薄膜層と前記透明層と
は交互に複数対積層され、前記加工用レーザ光は、１パ
ルス照射につき１対のレーザ光吸収薄膜層及び透明層を
除去し、１パルスずつ選択的に照射をすることにより、
深さが異なる除去部分を形成することを特徴とする請求
項３に記載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項６】 前記加工用レーザ光は、エキシマレーザ
光、固体レーザ光又はこれらの高調波光等のパルス幅が
１００ｎｓ以下のレーザ光であることを特徴とする請求
項１〜５の何れかに記載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項７】 前記透明層は異なる厚さの透明層を備え
ることを特徴とする請求項３に記載の立体構造体の加工
方法。 - 【請求項８】 前記加工用レーザ光の照射をマスクパタ
ーンの転写により行うことを特徴とする請求項１又は２
に記載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項９】 前記平坦基板、レーザ光吸収薄膜層及び
透明層から構成される積層体の位置と前記加工用レーザ
光の照射位置との相対的な位置を変えて加工することを
特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の立体構造体の
加工方法。 - 【請求項１０】 前記加工用レーザ光を円形パターン状
に集光して前記レーザ光吸収薄膜層に吸収させることを
特徴とする請求項３に記載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項１１】 前記加工用レーザ光を線状に集光して
前記レーザ光吸収薄膜層に吸収させることを特徴とする
請求項３に記載の立体構造体の加工方法。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１の何れかに記載の立体
構造体の加工方法により作製された立体構造体からその
複製を作製し同一あるいは逆形状の立体形状品を作製す
ることを特徴とする立体形状品の製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の複製を光記録媒体
用スタンパとして用いることを特徴とする立体形状品の
製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１２に記載の複製を回折光学素
子の金型として用い、該金型により複製を作製すること
を特徴とする立体形状品の製造方法。 - 【請求項１５】 平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層と該
レーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層した積層体の前
記透明層を介して、前記レーザ光吸収薄膜層に加工用レ
ーザ光を入射する加工用レーザ光発生手段と、該加工用
レーザ光発生手段から前記透明層を介して前記レーザ光
吸収薄膜層へ吸収させる加工用レーザ光の注入パルスエ
ネルギーを、レーザ光入射方向下流側の界面の平坦面が
露出できる最大注入パルスエネルギーと同じかより小さ
く、且つレーザ光入射方向上流側の透明層を除去できる
最小入力パルスエネルギーと同じかより大きく調整する
加工用レーザ光調整手段とを備えていることを特徴とす
る立体構造体の加工装置。 - 【請求項１６】 平坦基板上にレーザ光吸収薄膜層と該
レーザ光吸収薄膜層上の透明層とを積層した積層体の前
記透明層を介して、前記レーザ光吸収薄膜層へ吸収させ
る加工用レーザ光発生手段と、該加工用レーザ光発生手
段と前記透明層との間に配置するマスク手段と、該マス
ク手段のパターンを被加工物上に転写する転写手段と、
該加工用レーザ光発生手段から前記透明層を介して前記
レーザ光吸収薄膜層へ吸収させるパルスエネルギーを、
レーザ光入射方向下流側の界面の平坦面が露出できる最
大注入パルスエネルギーと同じかより小さく、且つレー
ザ光入射方向上流側の透明層を除去できる最小入力パル
スエネルギーと同じかより大きく調整する加工用レーザ
光調整手段とを備えていることを特徴とする立体構造体
の加工装置。 - 【請求項１７】 前記積層体位置と前記加工用レーザの
加工位置との相対的な位置を調整する加工位置調整手段
と、前記積層体の位置に同期させてレーザ光を制御する
レーザ光制御手段とを備えていることを特徴とする請求
項１６に記載の立体構造体の加工装置。 - 【請求項１８】 前記マスク手段は、加工用レーザ光の
透過パターンが可変であり、該透過パターンを変化させ
て同一箇所に複数回の加工用レーザ光を照射させること
を特徴とする請求項１６に記載の立体構造体の加工装
置。 - 【請求項１９】 前記加工用レーザ光は、エキシマレー
ザ光、固体レーザ光又はこれらの高調波光等のパルス幅
が１００ｎｓ以下のレーザ光であることを特徴とする請
求項１６〜１８の何れかに記載の立体構造体の加工装
置。 - 【請求項２０】 前記レーザ光吸収薄膜層と前記透明層
とが交互に複数対積層された積層体に対して、１パルス
照射につき１対のレーザ光吸収薄膜層及び透明層を除去
し、１パルスずつ選択的に照射をする加工用レーザ装置
を備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記
載の立体構造体の加工装置。 - 【請求項２１】 平坦基板と、該平坦基板に向けて加工
用レーザ光を透過する透明層と、前記平坦基板と前記透
明層との間に配置され、前記加工用レーザ光のエネルギ
ーを吸収するレーザ光吸収薄膜層とを積層して備え、 前記透明層側から入射した前記加工用レーザ光が前記レ
ーザ光吸収薄膜層に吸収されることにより前記透明層及
び前記レーザ光吸収薄膜層の一部が除去された除去部
と、前記レーザ光吸収薄膜層のレーザ光入射方向下流側
に積層されている界面が除去されずに露出している除去
部の底面とを備えていることを特徴とする立体構造体。 - 【請求項２２】 前記レーザ光吸収薄膜層はレーザ光入
射方向下流側より熱拡散が高速であることを特徴とする
請求項２１に記載の立体構造体。 - 【請求項２３】 前記レーザ光吸収薄膜層は前記平坦基
板より熱拡散が高速な材料層から構成されていることを
特徴とする請求項２１に記載の立体構造体。 - 【請求項２４】 前記平坦基板と前記レーザ光吸収薄膜
層との間に前記平坦基板より熱拡散が低速な断熱層が積
層されていることを特徴とする請求項２１に記載の立体
構造体。 - 【請求項２５】 前記レーザ光吸収薄膜層と前記透明層
とは交互に複数対積層され、深さが異なる除去部分が形
成されていることを特徴とする請求項２１〜２３の何れ
かに記載の立体構造体。 - 【請求項２６】 前記透明層は異なる厚さの透明層を備
えていることを特徴とする請求項２５に記載の立体構造
体。 - 【請求項２７】 前記レーザ光吸収薄膜層は金属薄膜で
あることを特徴とする請求項２１〜２６の何れかに記載
の立体構造体。 - 【請求項２８】 前記透明層は、ポリマーを薄膜状に形
成したものであることを特徴とする請求項２１〜２７の
何れかに記載の立体構造体。 - 【請求項２９】 前記透明層は前記レーザ光吸収薄膜層
より熱拡散が低速なセラミックスであることを特徴とす
る請求項２１〜２７の何れかに記載の立体構造体。 - 【請求項３０】 前記積層体はマスクパターンの転写に
より加工されていることを特徴とする請求項２１〜２９
の何れかに記載の立体構造体。 - 【請求項３１】 請求項２１〜３０の何れかに記載の立
体構造体の表面に反射膜を形成したことを特徴とする立
体構造体。
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