JP2004202498A - レーザ加工方式及びこの方式によって形成されるエンコーダスリット及び像表示体 - Google Patents
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Abstract
【課題】材料の中間に配された材料層を高精度で任意の形状に加工できるレーザ加工方式及びこの方式によって形成されるエンコーダスリット及び像表示体の提供を目的としている。
【解決手段】本発明のレーザ加工方式は、少なくともレーザ光Ｌに対して透明である第一材料層１と、第一材料層１に接触して配置された第二材料層２と、第二材料層２に接触して配置された第三材料層３とから構成される構成体に対して、第一材料層１の方向からレーザ光Ｌを照射し、第二材料層２の高速な気化により第二材料層２のみを任意の形状に形成することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のレーザ加工方式は、少なくともレーザ光Ｌに対して透明である第一材料層１と、第一材料層１に接触して配置された第二材料層２と、第二材料層２に接触して配置された第三材料層３とから構成される構成体に対して、第一材料層１の方向からレーザ光Ｌを照射し、第二材料層２の高速な気化により第二材料層２のみを任意の形状に形成することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度に任意の形状を形成するレーザ加工方式及びこの方式によって形成されるエンコーダスリット及び像表示体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を加工材料に対して照射して、任意の形状を形成するレーザ加工方式及びそれによって形成される光学素子は、従来から様々な形態のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の加工方式では、材料の内部に直接任意の形状を形成する加工はできなかった。
【０００４】
レーザ法では、透明体の内部改質等が行われているが、これは透明体そのものの一部を変質するため、光学素子としての特性が低い（屈折率、反射率、透過率等の変化が少ない）。
【０００５】
また、以下の問題も指摘されている。すなわち、
（１）金属等の材料では、表面で光吸収されてしまい、内部へのパタン形成は困難である。
【０００６】
（２）集光したスポットで加工する必要があり、一度に任意の形状を形成することが困難である。
【０００７】
（３）加工位置を深さ方向に制御することが困難である。
【０００８】
また、レーザ光によって配線の切断をする方式では、熱として金属が溶融するため、パタン形成の精度が悪く、また、レーザ照射でパタンを形成することが困難である等の問題があった。
【０００９】
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、材料の中間に配された材料層を高精度で任意の形状に加工できるレーザ加工方式及びこの方式によって形成されるエンコーダスリットおよび像表示体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載されたレーザ加工方式は、少なくともレーザ光に対して透明である第一材料層と、前記第一材料層に接触して配置された第二材料層と、前記第二材料層に接触して配置された第三材料層とから構成される構成体に対して、前記第一材料層の方向からレーザ光を照射し、前記第二材料層の高速な気化により前記第二材料層のみを任意の形状に形成することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載されたレーザ加工方式によれば、第一材料層および第三材料層によってパタン保護を図ることができるとともに、第一材料層および第三材料層によって加工時の飛散物を抑制することができる。また、第一材料層および第三材料層による加工時のプラズマ抑制、第一材料層および第三材料層による熱拡散低減、第一材料層および第三材料層による第二材料層の変形低減を図ることもできる。
【００１２】
また、請求項２に記載されたレーザ加工方式は、請求項１に記載されたレーザ加工方式において、前記第一材料層が透明材料であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項２に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、可視全域にわたって第二材料層の形状を観察することができ、光学的に表面が透明で内部にパタン形成された素子を作成することが可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載されたレーザ加工方式は、請求項１に記載されたレーザ加工方式において、前記第一および第三材料層が共に透明材料であることを特徴とする。
【００１５】
この請求項３に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、透過型の光学素子を作成することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載されたレーザ加工方式は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、少なくとも第一材料層または第三材料層のいずれかが接着材料層であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項４に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、内部にパタンを有する材料をパタン形成後、他の材料に付加することが容易となる。また、先に接着した構造体に対してレーザ加工を行うことで、構造体に対して任意の位置にパタンを形成することが可能となる。
【００１８】
また、請求項５に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が反射膜であることを特徴とする。
【００１９】
この請求項５に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、第一材料層を透過した光がパタン形成された第二材料層により反射されるため、反射型の光学素子として利用することが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載されたレーザ加工方式は、請求項５に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が２００ｎｍ以下の金属薄膜であることを特徴とする。
【００２１】
この請求項６に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項５に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、薄膜とすることで、低エネルギーでレーザ加工が可能となり、加工時の変形も低減することができる。また、吸収も高いため、レーザ光の浸透長が短く、レーザエネルギーを狭い領域に注入でき、効率的な除去が可能となる。
【００２２】
また、請求項７に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が光吸収層であることを特徴とする。
【００２３】
この請求項７に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、所望の波長での吸収・反射パタンを形成することができ、光学素子として利用することが可能となる。また、第一および第三材料層に透明材料を用いることで、透過型素子として機能させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項８に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、第二材料層が光学的に散乱する膜であることを特徴とする。
【００２５】
この請求項８に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で光学的な変化をおこし、光学素子として機能させることが可能となる。
【００２６】
また、請求項９に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層は、色素材料膜、蛍光材料膜、発光材料膜、畜光体膜のいずれかであることを特徴とする。
【００２７】
この請求項９に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で色が変化する、蛍光あるいは発光が変化する等を起こすことができる。したがって、透明体内部に微細な発光パタンを形成する、任意の画像を形成する、任意の文字を形成する等の表示機能を形成することが可能となる。
【００２８】
また、請求項１０に記載されたレーザ加工方式は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が磁性体膜であることを特徴とする。
【００２９】
この請求項１０に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、微細な磁性パタンを内部に形成することが可能となる。
【００３０】
また、請求項１１に記載されたレーザ加工方式は、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、レーザ光のパルス幅が２００ｎｓ以下であることを特徴とする。
【００３１】
この請求項１１に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、パルス幅が短いことから、除去時の熱損傷が低減でき、そのため、加工部のエッジ形状がきれいな高精度な加工が可能となる。さらに、熱伝導による形状広がりを低減できるため、微細化が可能となる。さらに、フェムト秒領域のレーザでは、熱伝導が高い金属材料であっても、その変質領域がサブミクロンオーダとすることができ、加工部周辺部での歪み等をさらに抑制することが可能となる。
【００３２】
また、請求項１２に記載された発明は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって作成される光学式エンコーダスリットであり、請求項１３に記載された発明は、請求項１０または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって作成される磁気式エンコーダスリットであり、請求項１４に記載された発明は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって形成される像表示体である。これらの請求項に記載された要素は、請求項１ないし請求項１１に記載された加工方式を使用するため、パタン形成時の歪み等を抑制でき、高精度で周辺変質の少ない像を形成した構造体となり得る。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。
【００３４】
本発明のレーザ加工方式の概略が図１に示されている。第一材料層１を透過したレーザ光Ｌは、第二材料層２で選択的にエネルギーを吸収され、第二材料層２のレーザ照射部Ｐが急速に気化する。この気化領域は、レーザ光の照射領域と一致し、レーザ照射形状を調整することにより任意な形状とすることができる。この気化領域は、微粒子化し、急速に第一材料層１および第三材料層３へ拡散する。第二材料層２の微粒子化、あるいは、急激な拡散による空孔Ｓの形成の作用により、第二材料層２のパタン形成を行う。
【００３５】
図２には、実際にPETフィルム（約20μm）とアクリル系接着材層との中間に配置されたAl（50nm）薄膜の加工結果が示されている。図の暗い部分がレーザ照射部Ｐであり、照射部Ｐの幅は約5μm程度である。このようにレーザ光Ｌを照射した部分が高精度に選択的に加工されることが分かる。
【００３６】
図３には、加工後の断面形状計測結果が示されている。ここに示すように、レーザ照射部Ｐには空孔Ｓが形成され、Al薄膜のパタンが形成されていることが分かる。レーザ照射条件によっては、この空孔Ｓはほとんど見られないが、その場合は、Alが気化の際に微粒子するため、照射部Ｐのパタンが形成したものと考えられる。このように、照射レーザ光Ｌが透明体を透過し、第二材料層２で吸収されることにより、第二材料層２が高精度にパタン形成されることが明らかとなった。
【００３７】
以上に基づき、以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３８】
まず、透明体内部の高精度加工を行うべく、第１の実施例では、レーザ光に対して透明な第一材料層１と、加工する第二材料層２と、基板の第三材料層３とを積層し、中間の第二材料層２の加工を行う。このようにすれば、第一および第三材料層１，３により加工されたパタンが露出することがないため、パタンの接触による損傷や、大気、その他のガスによる変質を防ぐことができる。
【００３９】
これに対し、第一あるいは第三材料層１，３のない場合のレーザ加工方式では、レーザ加工時に加工物が飛散し、汚れや形状悪化がおきる。しかし、本実施例の方式では、これら飛散物が内部にトラップされるため、これら悪影響を回避することが可能となる。
【００４０】
また、レーザ加工法では、加工時のプラズマ発生による周囲の変質あるいはプラズマによる照射レーザ光の吸収によるエネルギーロスが生じるが、本実施例の方式では、これらを回避することが可能となる。
【００４１】
また、第一および第三材料層１，３に接触しているため、第二材料層２での熱拡散を抑制することが可能となり、これにより、レーザ照射部Ｐから外部へのパタンの拡大、変形を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、材料とレーザ照射条件によっては、熱拡散時に材料がカールするような変形を示すことがあるが、第一および第三材料１，３を接触させることにより、これら変形を抑制することが可能となる。
【００４３】
以上のように、本実施例によれば、第一材料層１および第三材料層３によってパタン保護を図ることができるとともに、第一材料層および第三材料層１，３によって加工時の飛散物を抑制することができる。また、第一材料層および第三材料層１，３による加工時のプラズマ抑制、第一材料層および第三材料層１，３による熱拡散低減、第一材料層および第三材料層１，３による第二材料層２の変形低減を図ることもできる。
【００４４】
また、所望の波長に対して透明な光学デバイスの加工を行なうべく、第２の実施例では、レーザ加工波長とそれ以外の所望の波長に対して透明な材料を第一材料層１として用い、第一材料層１の下の第二材料層２の形状加工を行う。例えば可視領域に対して透明なPET，PC等の透明材料の下に第二材料層２を配して、第二材料層２のパタン加工を行う。これにより、可視全域にわたって第二材料層２の形状を観察することができる。これは、例えばセンサー用のパタンを第二材料層２に配置することで、そのパタンを可視域の光源でセンシングすることが可能となる。これにより、光学的に表面が透明で内部にパタン形成された素子を作成することが可能となる。
【００４５】
また、透過型の光学デバイスの加工および透過パタン形成を行うべく、第３の実施例では、第一および第三材料層１，３ともに所望の波長に対して透過率の高い材料を用い、第二材料層２のパタン加工を行う。この時、レーザ照射部Ｐは所望の波長に対して透過させることができ、これにより、透過型の光学素子を作成することができる。例えば、透明材料中にパタンを形成することで、透過型の光マスクやスリットを作成することができる。
【００４６】
また、接着層を有する材料の中間層加工、材料へ接着後の加工、他の材料への光学特性の付加を可能にすべく、第４の実施例では、第一あるいは第三材料層１，３あるいはこれら材料層に接触して配置された第四材料層に接着材料を用いる。これは、例えば、第二材料層２に感圧式の接着材を付加したり、アクリル系接着剤を塗布することによって実現することができる。これにより、内部にパタンを有する材料をパタン形成後、他の材料に付加することが容易となる。また、先に接着した構造体に対してレーザ加工を行うことで、構造体に対して任意の位置にパタンを形成することが可能となる。例えば、本方式により作成された透明なエンコーダスリットを付加することで、安価で簡便に移動体にエンコーダを作成することができる。
【００４７】
また、反射型素子を形成するべく、第５の実施例では、第二材料層２を反射材料とする。これにより、第一材料層１を透過した光がパタン形成された第二材料層２により反射され、反射型の光学素子として利用することが可能となる。反射材料としては、金属やセラミックス膜、反射粒子分散ポリマー等が利用できる。
【００４８】
また、安価で且つ容易に安定した膜が得られ、可視域で高い反射率を実現できるように、第６の実施例では、第５の実施例における反射膜に200nm以下の金属膜を用いる。これはスパッタ、蒸着法等で容易に作成することができる。金属膜は通常近赤外域から紫外域まで反射率が高く、非常に薄い膜で反射を高くすることができる。薄膜とすることで、低エネルギーでレーザ加工が可能となり、加工時の変形も低減することができる。また、吸収も高いため、レーザ光の浸透長が短く、レーザエネルギーを狭い領域に注入でき、効率的な除去が可能となる。
【００４９】
また、吸収型または透過型の光学素子を形成するべく、第７の実施例では、第二材料層２に所望の波長で吸収の高い材料を用いる。これにより、所望の波長での吸収・反射パタンを形成することができ、光学素子として利用することが可能となる。また、第一および第三材料層１，３に透明材料を用いることで、透過型素子として機能させることが可能となる。
【００５０】
また、第８の実施例では、第二材料層２を散乱材料層（光学的に散乱する膜）とする。これは、表面粗度の粗い材料や微粒子などを用いることで実現できる。これにより、レーザ照射部と未照射部で光学的な変化をおこし、光学素子として機能させることが可能となる。
【００５１】
また、光制御パタン形成、任意の表示パタン形成、画像および文字パタン作成を行うべく、第９の実施例では、第二材料層２に色素材料膜、蛍光材料膜、発光材料膜、畜光体膜を用いる。これにより、レーザ照射部と未照射部で色が変化する、蛍光あるいは発光が変化する等を起こすことができる。したがって、透明体内部に微細な発光パタンを形成する、任意の画像を形成する、任意の文字を形成する等の表示機能を形成することが可能となる。
【００５２】
また、磁性体パタン形成および磁気ヘッド加工を行うべく、第１０の実施例では、第二材料層２に磁性体材料を用いる。これは、鉄系薄膜等で実現できる。これにより、微細な磁性パタンを内部に形成することが可能となる。
【００５３】
また、保護層を安定に形成し、保護層を部分的に形成し、あるいは、スリットを一括して形成し、または、高速で形成するべく、第１１の実施例では、加工用レーザ光として、パルス幅が２００ｎｓ以下の短パルスレーザを用い、レーザアブレーション作用により反射材料層を除去・移動させる。パルス幅が２００ｎｓ以下のレーザとしては、エキシマレーザやQ-Switch Nd:YAGレーザやその高調波レーザ、パルス幅が〜数百フェムト秒であるTi:sapphireレーザ等を利用することができる。
【００５４】
これらレーザを反射膜表面に照射した場合、その膜の吸収により材料層が高速に除去されることが知られている。パルス幅が短いことから、除去時の熱損傷が低減でき、そのため、加工部のエッジ形状がきれいな高精度な加工が可能となる。さらに、熱伝導による形状広がりを低減できるため、微細化が可能となる。さらに、フェムト秒領域のレーザでは、熱伝導が高い金属材料であっても、その変質領域がサブミクロンオーダとすることができ、加工部周辺部での歪み等をさらに抑制することが可能となる。
【００５５】
図４に加工光学系の模式図を示す。例えばNd:YAGレーザの第三高調波を用いたレーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌは、ミラー１２と、拡大光学素子１４と、整形光学素子１６と、シリンドリカルレンズ１８と、集光光学素子（集光レンズ）２０とを介して、ライン状に整形され、被加工物である回転体２２の反射層表面に照射される。レーザ光Ｌの照射タイミングおよび加工物の位置を制御しながら、表面の位置を連続的に移動させることで、回転体２２の表面に連続したスリットパタンを形成することができる。
【００５６】
図５は、実際に得られた透明膜内部のAl反射膜の加工結果である。Al反射膜にナノ秒レーザを強度調整して照射することで、Al膜がエネルギーを吸収し、結合が解離される。このエネルギーにより、Alが高分子内部に拡散する、あるいは、光学的に検出できない数百nm以下の微粒子となる等の原因により、照射部での反射特性がなくなり、光学的なパタンが形成されると予想される。
【００５７】
図６は、形成されたスリットの光反射率特性を示す。このように材料内部においても光検出が可能な反射率変化を計測することができる。反射膜を直接加工した場合にも、反射膜の大気中への拡散、アブレーション作用により照射部での反射強度が低下し、内部加工と同等以上の反射光学特性を得ることが可能である。
【００５８】
レーザ照射部での材料変化に関しては、レーザ照射により光吸収層が選択的にエネルギーを吸収し、一般的にピコ秒から数十ピコ秒オーダで熱的に緩和され材料が高温化される。その際、特にパルスレーザ光を用いることで、伝導による高温化と異なり、急激な温度変化と高温化が可能となる。これは、例えばピコ秒オーダで数万ケルビンといった熱源からの伝導では不可能な温度にすることができることを示す。また、レーザ光であるため、集光するあるいは光照射パタンを形成するなどして任意の位置にエネルギーを集中することが可能となる。
【００５９】
この時、特にパルスレーザ光などで瞬間的（たとえば数十ナノ秒程度）に材料を高温化すると、吸収層内部への熱伝導が進まないうちに材料の気化が起きる。これにより、徐々に高温、蒸発させた場合と比較して、照射領域からのずれが低減され、熱の変質を抑制でき、レーザ照射形状に近い形状に材料をパタン化することが可能となる。このようなレーザによる気化は、非定常状態での反応であり、非常に高温かつ急速な反応である。一般的にレーザ加工ではパルス幅により反応状態が変化し、気化および材料に及ぼす影響が変化する。この第１１の実施例においては、特に短パルスレーザによる効果が得られる。
【００６０】
なお、前述した加工法により、透明体内部に光学式エンコーダスリットや磁気式エンコーダスリットを形成することができる。
【００６１】
また、第１２の実施例では、前述した加工方式を用いて、透明体内部に光学パタン、反射パタン、カラーイメージ、画像、文字が形成される（例えば、反射型シートや色のついたフィルム、文字、画像の形成された透明シート、シート状ホログラム素子等の光学素子等）。通常の方式では、パタン形成後、透明層を付加したり、ラミネートしたりする必要があり、その場合、そのプロセスでの変形がおきる可能性がある。これに対し、本方式では、パタン形成時の歪み等を抑制できるため、高精度で周辺変質の少ない像を形成した構造体とすることが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１に記載されたレーザ加工方式によれば、第一材料層および第三材料層によってパタン保護を図ることができるとともに、第一材料層および第三材料層によって加工時の飛散物を抑制することができる。また、第一材料層および第三材料層による加工時のプラズマ抑制、第一材料層および第三材料層による熱拡散低減、第一材料層および第三材料層による第二材料層の変形低減を図ることもできる。
【００６３】
請求項２に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、可視全域にわたって第二材料層の形状を観察することができ、光学的に表面が透明で内部にパタン形成された素子を作成することが可能となる。
【００６４】
請求項３に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、透過型の光学素子を作成することができる。
【００６５】
請求項４に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、内部にパタンを有する材料をパタン形成後、他の材料に付加することが容易となる。また、先に接着した構造体に対してレーザ加工を行うことで、構造体に対して任意の位置にパタンを形成することが可能となる。
【００６６】
請求項５に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、第一材料層を透過した光がパタン形成された第二材料層により反射されるため、反射型の光学素子として利用することが可能となる。
【００６７】
請求項６に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項５に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、薄膜とすることで、低エネルギーでレーザ加工が可能となり、加工時の変形も低減することができる。また、吸収も高いため、レーザ光の浸透長が短く、レーザエネルギーを狭い領域に注入でき、効率的な除去が可能となる。
【００６８】
請求項７に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、所望の波長での吸収・反射パタンを形成することができ、光学素子として利用することが可能となる。また、第一および第三材料層に透明材料を用いることで、透過型素子として機能させることが可能となる。
【００６９】
請求項８に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で光学的な変化をおこし、光学素子として機能させることが可能となる。
【００７０】
請求項９に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で色が変化する、蛍光あるいは発光が変化する等を起こすことができる。したがって、透明体内部に微細な発光パタンを形成する、任意の画像を形成する、任意の文字を形成する等の表示機能を形成することが可能となる。
【００７１】
請求項１０に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、微細な磁性パタンを内部に形成することが可能となる。
【００７２】
請求項１１に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、パルス幅が短いことから、除去時の熱損傷が低減でき、そのため、加工部のエッジ形状がきれいな高精度な加工が可能となる。さらに、熱伝導による形状広がりを低減できるため、微細化が可能となる。さらに、フェムト秒領域のレーザでは、熱伝導が高い金属材料であっても、その変質領域がサブミクロンオーダとすることができ、加工部周辺部での歪み等をさらに抑制することが可能となる。
【００７３】
請求項１２ないし請求項１４に記載された発明によれば、請求項１ないし請求項１１に記載された加工方式を使用するため、パタン形成時の歪み等を抑制でき、高精度で周辺変質の少ない像を形成した構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工方式におけるレーザ内部加工模式図である。
【図２】レーザ内部加工結果を示す図である。
【図３】レーザ内部加工断面計測結果を示す図である。
【図４】加工装置の模式図である。
【図５】加工スリットの顕微鏡像の模式図である。
【図６】反射率の計測結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 第一材料層
２ 第二材料層
３ 第三材料層
Ｌ レーザ光
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度に任意の形状を形成するレーザ加工方式及びこの方式によって形成されるエンコーダスリット及び像表示体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を加工材料に対して照射して、任意の形状を形成するレーザ加工方式及びそれによって形成される光学素子は、従来から様々な形態のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の加工方式では、材料の内部に直接任意の形状を形成する加工はできなかった。
【０００４】
レーザ法では、透明体の内部改質等が行われているが、これは透明体そのものの一部を変質するため、光学素子としての特性が低い（屈折率、反射率、透過率等の変化が少ない）。
【０００５】
また、以下の問題も指摘されている。すなわち、
（１）金属等の材料では、表面で光吸収されてしまい、内部へのパタン形成は困難である。
【０００６】
（２）集光したスポットで加工する必要があり、一度に任意の形状を形成することが困難である。
【０００７】
（３）加工位置を深さ方向に制御することが困難である。
【０００８】
また、レーザ光によって配線の切断をする方式では、熱として金属が溶融するため、パタン形成の精度が悪く、また、レーザ照射でパタンを形成することが困難である等の問題があった。
【０００９】
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、材料の中間に配された材料層を高精度で任意の形状に加工できるレーザ加工方式及びこの方式によって形成されるエンコーダスリットおよび像表示体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載されたレーザ加工方式は、少なくともレーザ光に対して透明である第一材料層と、前記第一材料層に接触して配置された第二材料層と、前記第二材料層に接触して配置された第三材料層とから構成される構成体に対して、前記第一材料層の方向からレーザ光を照射し、前記第二材料層の高速な気化により前記第二材料層のみを任意の形状に形成することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載されたレーザ加工方式によれば、第一材料層および第三材料層によってパタン保護を図ることができるとともに、第一材料層および第三材料層によって加工時の飛散物を抑制することができる。また、第一材料層および第三材料層による加工時のプラズマ抑制、第一材料層および第三材料層による熱拡散低減、第一材料層および第三材料層による第二材料層の変形低減を図ることもできる。
【００１２】
また、請求項２に記載されたレーザ加工方式は、請求項１に記載されたレーザ加工方式において、前記第一材料層が透明材料であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項２に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、可視全域にわたって第二材料層の形状を観察することができ、光学的に表面が透明で内部にパタン形成された素子を作成することが可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載されたレーザ加工方式は、請求項１に記載されたレーザ加工方式において、前記第一および第三材料層が共に透明材料であることを特徴とする。
【００１５】
この請求項３に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、透過型の光学素子を作成することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載されたレーザ加工方式は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、少なくとも第一材料層または第三材料層のいずれかが接着材料層であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項４に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、内部にパタンを有する材料をパタン形成後、他の材料に付加することが容易となる。また、先に接着した構造体に対してレーザ加工を行うことで、構造体に対して任意の位置にパタンを形成することが可能となる。
【００１８】
また、請求項５に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が反射膜であることを特徴とする。
【００１９】
この請求項５に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、第一材料層を透過した光がパタン形成された第二材料層により反射されるため、反射型の光学素子として利用することが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載されたレーザ加工方式は、請求項５に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が２００ｎｍ以下の金属薄膜であることを特徴とする。
【００２１】
この請求項６に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項５に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、薄膜とすることで、低エネルギーでレーザ加工が可能となり、加工時の変形も低減することができる。また、吸収も高いため、レーザ光の浸透長が短く、レーザエネルギーを狭い領域に注入でき、効率的な除去が可能となる。
【００２２】
また、請求項７に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が光吸収層であることを特徴とする。
【００２３】
この請求項７に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、所望の波長での吸収・反射パタンを形成することができ、光学素子として利用することが可能となる。また、第一および第三材料層に透明材料を用いることで、透過型素子として機能させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項８に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、第二材料層が光学的に散乱する膜であることを特徴とする。
【００２５】
この請求項８に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で光学的な変化をおこし、光学素子として機能させることが可能となる。
【００２６】
また、請求項９に記載されたレーザ加工方式は、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層は、色素材料膜、蛍光材料膜、発光材料膜、畜光体膜のいずれかであることを特徴とする。
【００２７】
この請求項９に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で色が変化する、蛍光あるいは発光が変化する等を起こすことができる。したがって、透明体内部に微細な発光パタンを形成する、任意の画像を形成する、任意の文字を形成する等の表示機能を形成することが可能となる。
【００２８】
また、請求項１０に記載されたレーザ加工方式は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、前記第二材料層が磁性体膜であることを特徴とする。
【００２９】
この請求項１０に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、微細な磁性パタンを内部に形成することが可能となる。
【００３０】
また、請求項１１に記載されたレーザ加工方式は、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式において、レーザ光のパルス幅が２００ｎｓ以下であることを特徴とする。
【００３１】
この請求項１１に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、パルス幅が短いことから、除去時の熱損傷が低減でき、そのため、加工部のエッジ形状がきれいな高精度な加工が可能となる。さらに、熱伝導による形状広がりを低減できるため、微細化が可能となる。さらに、フェムト秒領域のレーザでは、熱伝導が高い金属材料であっても、その変質領域がサブミクロンオーダとすることができ、加工部周辺部での歪み等をさらに抑制することが可能となる。
【００３２】
また、請求項１２に記載された発明は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって作成される光学式エンコーダスリットであり、請求項１３に記載された発明は、請求項１０または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって作成される磁気式エンコーダスリットであり、請求項１４に記載された発明は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって形成される像表示体である。これらの請求項に記載された要素は、請求項１ないし請求項１１に記載された加工方式を使用するため、パタン形成時の歪み等を抑制でき、高精度で周辺変質の少ない像を形成した構造体となり得る。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。
【００３４】
本発明のレーザ加工方式の概略が図１に示されている。第一材料層１を透過したレーザ光Ｌは、第二材料層２で選択的にエネルギーを吸収され、第二材料層２のレーザ照射部Ｐが急速に気化する。この気化領域は、レーザ光の照射領域と一致し、レーザ照射形状を調整することにより任意な形状とすることができる。この気化領域は、微粒子化し、急速に第一材料層１および第三材料層３へ拡散する。第二材料層２の微粒子化、あるいは、急激な拡散による空孔Ｓの形成の作用により、第二材料層２のパタン形成を行う。
【００３５】
図２には、実際にPETフィルム（約20μm）とアクリル系接着材層との中間に配置されたAl（50nm）薄膜の加工結果が示されている。図の暗い部分がレーザ照射部Ｐであり、照射部Ｐの幅は約5μm程度である。このようにレーザ光Ｌを照射した部分が高精度に選択的に加工されることが分かる。
【００３６】
図３には、加工後の断面形状計測結果が示されている。ここに示すように、レーザ照射部Ｐには空孔Ｓが形成され、Al薄膜のパタンが形成されていることが分かる。レーザ照射条件によっては、この空孔Ｓはほとんど見られないが、その場合は、Alが気化の際に微粒子するため、照射部Ｐのパタンが形成したものと考えられる。このように、照射レーザ光Ｌが透明体を透過し、第二材料層２で吸収されることにより、第二材料層２が高精度にパタン形成されることが明らかとなった。
【００３７】
以上に基づき、以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３８】
まず、透明体内部の高精度加工を行うべく、第１の実施例では、レーザ光に対して透明な第一材料層１と、加工する第二材料層２と、基板の第三材料層３とを積層し、中間の第二材料層２の加工を行う。このようにすれば、第一および第三材料層１，３により加工されたパタンが露出することがないため、パタンの接触による損傷や、大気、その他のガスによる変質を防ぐことができる。
【００３９】
これに対し、第一あるいは第三材料層１，３のない場合のレーザ加工方式では、レーザ加工時に加工物が飛散し、汚れや形状悪化がおきる。しかし、本実施例の方式では、これら飛散物が内部にトラップされるため、これら悪影響を回避することが可能となる。
【００４０】
また、レーザ加工法では、加工時のプラズマ発生による周囲の変質あるいはプラズマによる照射レーザ光の吸収によるエネルギーロスが生じるが、本実施例の方式では、これらを回避することが可能となる。
【００４１】
また、第一および第三材料層１，３に接触しているため、第二材料層２での熱拡散を抑制することが可能となり、これにより、レーザ照射部Ｐから外部へのパタンの拡大、変形を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、材料とレーザ照射条件によっては、熱拡散時に材料がカールするような変形を示すことがあるが、第一および第三材料１，３を接触させることにより、これら変形を抑制することが可能となる。
【００４３】
以上のように、本実施例によれば、第一材料層１および第三材料層３によってパタン保護を図ることができるとともに、第一材料層および第三材料層１，３によって加工時の飛散物を抑制することができる。また、第一材料層および第三材料層１，３による加工時のプラズマ抑制、第一材料層および第三材料層１，３による熱拡散低減、第一材料層および第三材料層１，３による第二材料層２の変形低減を図ることもできる。
【００４４】
また、所望の波長に対して透明な光学デバイスの加工を行なうべく、第２の実施例では、レーザ加工波長とそれ以外の所望の波長に対して透明な材料を第一材料層１として用い、第一材料層１の下の第二材料層２の形状加工を行う。例えば可視領域に対して透明なPET，PC等の透明材料の下に第二材料層２を配して、第二材料層２のパタン加工を行う。これにより、可視全域にわたって第二材料層２の形状を観察することができる。これは、例えばセンサー用のパタンを第二材料層２に配置することで、そのパタンを可視域の光源でセンシングすることが可能となる。これにより、光学的に表面が透明で内部にパタン形成された素子を作成することが可能となる。
【００４５】
また、透過型の光学デバイスの加工および透過パタン形成を行うべく、第３の実施例では、第一および第三材料層１，３ともに所望の波長に対して透過率の高い材料を用い、第二材料層２のパタン加工を行う。この時、レーザ照射部Ｐは所望の波長に対して透過させることができ、これにより、透過型の光学素子を作成することができる。例えば、透明材料中にパタンを形成することで、透過型の光マスクやスリットを作成することができる。
【００４６】
また、接着層を有する材料の中間層加工、材料へ接着後の加工、他の材料への光学特性の付加を可能にすべく、第４の実施例では、第一あるいは第三材料層１，３あるいはこれら材料層に接触して配置された第四材料層に接着材料を用いる。これは、例えば、第二材料層２に感圧式の接着材を付加したり、アクリル系接着剤を塗布することによって実現することができる。これにより、内部にパタンを有する材料をパタン形成後、他の材料に付加することが容易となる。また、先に接着した構造体に対してレーザ加工を行うことで、構造体に対して任意の位置にパタンを形成することが可能となる。例えば、本方式により作成された透明なエンコーダスリットを付加することで、安価で簡便に移動体にエンコーダを作成することができる。
【００４７】
また、反射型素子を形成するべく、第５の実施例では、第二材料層２を反射材料とする。これにより、第一材料層１を透過した光がパタン形成された第二材料層２により反射され、反射型の光学素子として利用することが可能となる。反射材料としては、金属やセラミックス膜、反射粒子分散ポリマー等が利用できる。
【００４８】
また、安価で且つ容易に安定した膜が得られ、可視域で高い反射率を実現できるように、第６の実施例では、第５の実施例における反射膜に200nm以下の金属膜を用いる。これはスパッタ、蒸着法等で容易に作成することができる。金属膜は通常近赤外域から紫外域まで反射率が高く、非常に薄い膜で反射を高くすることができる。薄膜とすることで、低エネルギーでレーザ加工が可能となり、加工時の変形も低減することができる。また、吸収も高いため、レーザ光の浸透長が短く、レーザエネルギーを狭い領域に注入でき、効率的な除去が可能となる。
【００４９】
また、吸収型または透過型の光学素子を形成するべく、第７の実施例では、第二材料層２に所望の波長で吸収の高い材料を用いる。これにより、所望の波長での吸収・反射パタンを形成することができ、光学素子として利用することが可能となる。また、第一および第三材料層１，３に透明材料を用いることで、透過型素子として機能させることが可能となる。
【００５０】
また、第８の実施例では、第二材料層２を散乱材料層（光学的に散乱する膜）とする。これは、表面粗度の粗い材料や微粒子などを用いることで実現できる。これにより、レーザ照射部と未照射部で光学的な変化をおこし、光学素子として機能させることが可能となる。
【００５１】
また、光制御パタン形成、任意の表示パタン形成、画像および文字パタン作成を行うべく、第９の実施例では、第二材料層２に色素材料膜、蛍光材料膜、発光材料膜、畜光体膜を用いる。これにより、レーザ照射部と未照射部で色が変化する、蛍光あるいは発光が変化する等を起こすことができる。したがって、透明体内部に微細な発光パタンを形成する、任意の画像を形成する、任意の文字を形成する等の表示機能を形成することが可能となる。
【００５２】
また、磁性体パタン形成および磁気ヘッド加工を行うべく、第１０の実施例では、第二材料層２に磁性体材料を用いる。これは、鉄系薄膜等で実現できる。これにより、微細な磁性パタンを内部に形成することが可能となる。
【００５３】
また、保護層を安定に形成し、保護層を部分的に形成し、あるいは、スリットを一括して形成し、または、高速で形成するべく、第１１の実施例では、加工用レーザ光として、パルス幅が２００ｎｓ以下の短パルスレーザを用い、レーザアブレーション作用により反射材料層を除去・移動させる。パルス幅が２００ｎｓ以下のレーザとしては、エキシマレーザやQ-Switch Nd:YAGレーザやその高調波レーザ、パルス幅が〜数百フェムト秒であるTi:sapphireレーザ等を利用することができる。
【００５４】
これらレーザを反射膜表面に照射した場合、その膜の吸収により材料層が高速に除去されることが知られている。パルス幅が短いことから、除去時の熱損傷が低減でき、そのため、加工部のエッジ形状がきれいな高精度な加工が可能となる。さらに、熱伝導による形状広がりを低減できるため、微細化が可能となる。さらに、フェムト秒領域のレーザでは、熱伝導が高い金属材料であっても、その変質領域がサブミクロンオーダとすることができ、加工部周辺部での歪み等をさらに抑制することが可能となる。
【００５５】
図４に加工光学系の模式図を示す。例えばNd:YAGレーザの第三高調波を用いたレーザ装置１０から出力されたレーザ光Ｌは、ミラー１２と、拡大光学素子１４と、整形光学素子１６と、シリンドリカルレンズ１８と、集光光学素子（集光レンズ）２０とを介して、ライン状に整形され、被加工物である回転体２２の反射層表面に照射される。レーザ光Ｌの照射タイミングおよび加工物の位置を制御しながら、表面の位置を連続的に移動させることで、回転体２２の表面に連続したスリットパタンを形成することができる。
【００５６】
図５は、実際に得られた透明膜内部のAl反射膜の加工結果である。Al反射膜にナノ秒レーザを強度調整して照射することで、Al膜がエネルギーを吸収し、結合が解離される。このエネルギーにより、Alが高分子内部に拡散する、あるいは、光学的に検出できない数百nm以下の微粒子となる等の原因により、照射部での反射特性がなくなり、光学的なパタンが形成されると予想される。
【００５７】
図６は、形成されたスリットの光反射率特性を示す。このように材料内部においても光検出が可能な反射率変化を計測することができる。反射膜を直接加工した場合にも、反射膜の大気中への拡散、アブレーション作用により照射部での反射強度が低下し、内部加工と同等以上の反射光学特性を得ることが可能である。
【００５８】
レーザ照射部での材料変化に関しては、レーザ照射により光吸収層が選択的にエネルギーを吸収し、一般的にピコ秒から数十ピコ秒オーダで熱的に緩和され材料が高温化される。その際、特にパルスレーザ光を用いることで、伝導による高温化と異なり、急激な温度変化と高温化が可能となる。これは、例えばピコ秒オーダで数万ケルビンといった熱源からの伝導では不可能な温度にすることができることを示す。また、レーザ光であるため、集光するあるいは光照射パタンを形成するなどして任意の位置にエネルギーを集中することが可能となる。
【００５９】
この時、特にパルスレーザ光などで瞬間的（たとえば数十ナノ秒程度）に材料を高温化すると、吸収層内部への熱伝導が進まないうちに材料の気化が起きる。これにより、徐々に高温、蒸発させた場合と比較して、照射領域からのずれが低減され、熱の変質を抑制でき、レーザ照射形状に近い形状に材料をパタン化することが可能となる。このようなレーザによる気化は、非定常状態での反応であり、非常に高温かつ急速な反応である。一般的にレーザ加工ではパルス幅により反応状態が変化し、気化および材料に及ぼす影響が変化する。この第１１の実施例においては、特に短パルスレーザによる効果が得られる。
【００６０】
なお、前述した加工法により、透明体内部に光学式エンコーダスリットや磁気式エンコーダスリットを形成することができる。
【００６１】
また、第１２の実施例では、前述した加工方式を用いて、透明体内部に光学パタン、反射パタン、カラーイメージ、画像、文字が形成される（例えば、反射型シートや色のついたフィルム、文字、画像の形成された透明シート、シート状ホログラム素子等の光学素子等）。通常の方式では、パタン形成後、透明層を付加したり、ラミネートしたりする必要があり、その場合、そのプロセスでの変形がおきる可能性がある。これに対し、本方式では、パタン形成時の歪み等を抑制できるため、高精度で周辺変質の少ない像を形成した構造体とすることが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１に記載されたレーザ加工方式によれば、第一材料層および第三材料層によってパタン保護を図ることができるとともに、第一材料層および第三材料層によって加工時の飛散物を抑制することができる。また、第一材料層および第三材料層による加工時のプラズマ抑制、第一材料層および第三材料層による熱拡散低減、第一材料層および第三材料層による第二材料層の変形低減を図ることもできる。
【００６３】
請求項２に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、可視全域にわたって第二材料層の形状を観察することができ、光学的に表面が透明で内部にパタン形成された素子を作成することが可能となる。
【００６４】
請求項３に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、透過型の光学素子を作成することができる。
【００６５】
請求項４に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、内部にパタンを有する材料をパタン形成後、他の材料に付加することが容易となる。また、先に接着した構造体に対してレーザ加工を行うことで、構造体に対して任意の位置にパタンを形成することが可能となる。
【００６６】
請求項５に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、第一材料層を透過した光がパタン形成された第二材料層により反射されるため、反射型の光学素子として利用することが可能となる。
【００６７】
請求項６に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項５に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、薄膜とすることで、低エネルギーでレーザ加工が可能となり、加工時の変形も低減することができる。また、吸収も高いため、レーザ光の浸透長が短く、レーザエネルギーを狭い領域に注入でき、効率的な除去が可能となる。
【００６８】
請求項７に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、所望の波長での吸収・反射パタンを形成することができ、光学素子として利用することが可能となる。また、第一および第三材料層に透明材料を用いることで、透過型素子として機能させることが可能となる。
【００６９】
請求項８に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で光学的な変化をおこし、光学素子として機能させることが可能となる。
【００７０】
請求項９に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、レーザ照射部と未照射部で色が変化する、蛍光あるいは発光が変化する等を起こすことができる。したがって、透明体内部に微細な発光パタンを形成する、任意の画像を形成する、任意の文字を形成する等の表示機能を形成することが可能となる。
【００７１】
請求項１０に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、微細な磁性パタンを内部に形成することが可能となる。
【００７２】
請求項１１に記載されたレーザ加工方式によれば、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたレーザ加工方式と同様の作用効果が得られるとともに、パルス幅が短いことから、除去時の熱損傷が低減でき、そのため、加工部のエッジ形状がきれいな高精度な加工が可能となる。さらに、熱伝導による形状広がりを低減できるため、微細化が可能となる。さらに、フェムト秒領域のレーザでは、熱伝導が高い金属材料であっても、その変質領域がサブミクロンオーダとすることができ、加工部周辺部での歪み等をさらに抑制することが可能となる。
【００７３】
請求項１２ないし請求項１４に記載された発明によれば、請求項１ないし請求項１１に記載された加工方式を使用するため、パタン形成時の歪み等を抑制でき、高精度で周辺変質の少ない像を形成した構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工方式におけるレーザ内部加工模式図である。
【図２】レーザ内部加工結果を示す図である。
【図３】レーザ内部加工断面計測結果を示す図である。
【図４】加工装置の模式図である。
【図５】加工スリットの顕微鏡像の模式図である。
【図６】反射率の計測結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 第一材料層
２ 第二材料層
３ 第三材料層
Ｌ レーザ光
Claims (14)
- 少なくともレーザ光に対して透明である第一材料層と、前記第一材料層に接触して配置された第二材料層と、前記第二材料層に接触して配置された第三材料層とから構成される構成体に対して、前記第一材料層の方向からレーザ光を照射し、前記第二材料層の高速な気化により前記第二材料層のみを任意の形状に形成することを特徴とするレーザ加工方式。
- 前記第一材料層が透明材料であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工方式。
- 前記第一および第三材料層が共に透明材料であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工方式。
- 少なくとも前記第一材料層または前記第三材料層のいずれかが、接着材料層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- 前記第二材料層が反射膜であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- 前記第二材料層が２００ｎｍ以下の金属薄膜であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方式。
- 前記第二材料層が光吸収層であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- 前記第二材料層が光学的に散乱する膜であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- 前記第二材料層は、色素材料膜、蛍光材料膜、発光材料膜、畜光体膜のいずれかであることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- 前記第二材料層が磁性体膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- レーザ光のパルス幅が２００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のレーザ加工方式。
- 請求項１ないし請求項９のいずれか１項または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって作成される光学式エンコーダスリット。
- 請求項１０または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって作成される磁気式エンコーダスリット。
- 請求項１ないし請求項９のいずれか１項または請求項１１に記載のレーザ加工方式によって形成される像表示体。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2002
- 2002-12-20 JP JP2002370916A patent/JP2004202498A/ja active Pending
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