JP2006346748A - レーザー干渉による加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー干渉による加工、特にパルス幅が１ｆｓ以上１ｐｓ以下のパルスレーザーを用いたレーザー干渉による加工において、表面波による乱れを抑制することが可能となる加工方法及び加工装置を提供する。
【解決手段】レーザーの干渉を用いて被加工物を加工する加工方法において、前記被加工物の表面で前記レーザーの干渉の周期方向に伝播する表面波の波長を、前記レーザーの干渉のピッチよりも長くして、前記被加工物を加工するように構成する。その装置としては、干渉点に向かう分割されたパルス光の各光路上に、偏光方向が調整可能な波長板を設け、該波長板によって偏光されたパルス光を干渉させて被加工物を加工するように構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、アブレーション加工、物質表面の改質、あるいはレジストの露光等レーザー干渉による加工方法及び加工装置に関し、特にパルス幅が１ｆｓ以上１ｐｓ以下のパルスレーザーを用いた干渉露光による加工方法及び加工装置に関する。

ＭＥＭＳ及びナノテクノロジー技術が次世代技術として叫ばれる中、それら微細な構造物の製造方法として、レーザー干渉加工法が注目を集めている。
干渉加工は、電子及びイオンビームによる描画とことなり、数μｍから数１０ｃｍもオーダーの領域を一括に加工することが可能であり、また、フォトリソグラフィーやＬＩＧＡプロセスのようにマスクを用いる必要もない。
さらに、近年、パルスレーザーによるサブミクロン構造の加工方法として、フェムト秒レーザーを用いた加工方法が提案されている。
フェムト秒レーザーは、パルス幅が１ｐｓ（１０^-12秒）以下のレーザーであり、部材に照射した場合の熱拡散距離が非常に短く、熱によるダメージが少ない。

また、フェムト秒レーザーを使用すると、通常その波長の光を吸収しないガラスやプラスティックなどの物質を、サブミクロンのオーダーで加工することができる。
フェムト秒レーザーをこれらの透明物質に照射すると、局所的に多光子吸収と呼ばれる光子の吸収を起こすことができる。
多光子吸収は、物質に強い電磁場を照射することによって生じる量子現象であり、照射したレーザーのフルエンスが十分に強い領域のみで光子を吸収させることができる。

このようなフェムト秒レーザーを用いた加工方法の従来例として、例えば特許文献１では、フェムト秒レーザーを用いたレーザー干渉によるホログラムの製造方法が提案されている。
この方法では、フェムト秒レーザーの基本波（波長８００ｎｍ）を干渉させてガラスの表面に照射し、アブレーションによってミクロンからサブミクロンピッチのホログラムが作製される。
また、非特許文献１には、３倍波（波長２９０ｎｍ）の干渉によって、ガラス表面へのピッチ２９０ｎｍのグレーティングの製作に関する報告がされている。
特開２００１−２３６００２号公報 Ｊ．Ｎａｎｏｓｃｉ．Ｎａｎｏｔｅｃｈ．２００２，Ｖｏｌ．２Ｎｏ．３／４，３２１−３２３

しかしながら、上記従来例におけるフェムト秒レーザーを用いたレーザー干渉による加工方法においては、つぎのような問題を有している。
すなわち、被加工物質の表面を伝播する電磁波（以下、表面波と記す。）、つまりは被加工物の表面でレーザーの干渉の周期方向に伝播する表面波によって、加工が乱れるといった問題を有している。
上記表面波は、物質表面の不均一性により散乱された光が、物質の表面に沿って伝播する現象であり、周期性を持った“リップル”と総称される加工の乱れを生じさせる原因となる。
このような表面波乃至はリップル現象は、フェムト秒レーザーによる加工のみに見られる現象ではなく、露光、アブレーション、光エッチング、光照射による物性の改質など、干渉性をもつ光を照射するあらゆるプロセスで発生する。
また、金属、半導体、ガラス、プラスティック、及びその他の誘電体など、あらゆる物質の表面に発生する。
しかし、従来のパルス幅の長い、あるいは連続光のレーザーでは熱の影響が大きく、生成されたリップル形状が熱溶融によって平坦化されることが多い。
前述したように、熱拡散距離が非常に短く熱影響の小さいフェムト秒レーザーによる加工では、このリップルによる加工の乱れが熱による平坦化作用を受けることなく顕著に表れる。
また、金属の場合、表面波はその電導電子を介したプラズマ波として伝播するため、誘電体と比較して、リップルの発生が顕著である。

以下に、このようなリップルの発生について、更に説明する。
図４に、レーザー照射ガスエッチングにおいて発生したリップルのＳＥＭ像を示す（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３１（１９９２）ｐｐ．４４３３−４４３６参照）。
図４（ａ）は図５（ａ）に示すような方向に電場の振幅をもつ直線偏光、すなわちＰ偏光入射によるリップルである。
図４（ｂ）は図５（ｂ）に示すような方向に電場振幅をもつ直線偏光、すなわちＳ偏光入射によるリップルである。
レーザーの波数をｋ₀、表面波の波数をｋ_SEW、入射角をθとすると、Ｐ偏光入射及びＳ偏光入射におけるリップルのピッチｄ_rは、それぞれ、つぎの式（１）及び式（２）で表される。
具体的にはｋ₀＝２．３７×１０^-5ｃｍ^-1（波長２６６ｎｍ）
、θ＝１３．５°、ｋ_SEW＝２．５５×１０^-5ｃｍ^-1である。よって、ｄ_r（Ｐ偏光）＝３４５ｎｍ、ｄ_r（Ｓ偏光）＝２６５ｎｍとなる。

このようなリップルは、図４で見られるように、一方向に一つの周期性のみを有しているとは限らない。
図６に、ダイアモンドをフェムト秒レーザーによってアブレーション加工した際に発生するリップルのＳＥＭ像を示す（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ８２， Ｎｏ．１１．（２００３）ｐ．１７０３参照）。
この例の場合、ピッチ及び周期方向が異なるリップルが三種類確認できる。

図７は、フェムト秒レーザーを垂直にニッケル部材の表面に直角に照射し、ニッケル表面をアブレーション加工した場合に発生するリップルである。
ダイアモンドの場合と同様に、３種類のリップルが確認できる。これらのリップルは、３つの異なる波長を持つ表面波が、偏光方向に対して直角若しくは平行に伝播するために発生する。
レーザーの入射角度はθ＝０°であるため、（１）式及び（２）式より、表面波の波数（ｋ_SEW）は測定したリップルのピッチ（ｄ_r）より、つぎの式（３）で求められる。

表１に、図７で発生した偏光方向に対するリップルの周期方向（すなわち、表面波の伝播方向）と、リップルのピッチ（ｄ_r）及び上記式（３）から求めた表面波の波数（ｋ_SEW）、等をまとめて示す。
表１において、ニッケルのリップルを、その波数が小さいものから、リップル１、リップル２、リップル３として表している。

上記３種類のリップルは、レーザーの偏光方向と密接に関係している。
図１２は、干渉させたフェムト秒レーザーをニッケルの表面に照射し、アブレーションによって干渉と同ピッチのグレーティングを製作しようとした場合のニッケル表面のＳＥＭ像である。
使用したフェムト秒レーザーの波長は８００ｎｍ、干渉角は９０°、干渉のピッチは５６０ｎｍである。
レーザーの偏向方向は、干渉する２本のレーザーを含む面に垂直である（以下、Ｓ偏向干渉と呼ぶ。）。
図１３は、Ｓ偏向状態を表す模式図である。Ｓ偏向状態は、干渉角に関わらず、常に２本のビームの偏向方向が一致する。
したがって、図１４で示されるように、Ｓ偏向状態は、干渉のピーク１６（腹）とボトム１７（節）の差、すなわち干渉のコントラストが最も得られる状態であり、干渉を用いたプロセスで一般的に用いられる偏向状態である。
図１２から明らかなように、加工されたニッケルの表面には多数のリップルが発生しており、それらリップルに阻害されて目標とするピッチ５６０ｎｍのグレーティングは加工できていない。
このようなリップル（表面波）による加工の乱れ及び破壊を解消する方法として、円偏光若しくは楕円偏光をした光を用いることが考えられる。
これらの円偏光若しくは楕円偏光による偏光状態を使用することで、発生するリップルの周期方向を偏光方向の回転に伴って回転させ、見かけ上は、リップルを消すようにすることは可能である。
しかしながら、この方法によるリップルの除去方法は、リップルが回転することによりそのピッチが見えなくなっているにすぎず、直線偏光で加工した場合よりも加工される領域が著しく大きくなってしまうこととなる。
したがって、実質上、サブミクロンサイズの加工には用いることはできない。
また、この円偏光若しくは楕円偏光を用いた加工は、干渉や位相マスクを用いた結像光学系など、偏光方向が強く影響している光学系には使用することができない。

本発明は、上記課題に鑑み、アブレーション加工、物質表面の改質、あるいはレジストの露光等レーザー干渉による加工、特にパルス幅が１ｆｓ以上１ｐｓ以下のパルスレーザーを用いたレーザー干渉による加工において、
表面波による乱れを抑制することが可能となる加工方法及び加工装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した加工方法及び加工装置を提供するものである。
すなわち、本発明の加工方法は、レーザーの干渉を用いて被加工物を加工する加工方法であって、
前記被加工物の表面で前記レーザーの干渉のピッチよりも前記レーザーの干渉の周期方向に伝播する表面波の波長が長くなるように、前記レーザーを調整して、前記被加工物を加工することを特徴としている。
また、本発明の加工装置は、レーザーを備え、該レーザーからの分割されたパルス光を干渉点で干渉させて被加工物に照射し、該被加工物を加工する加工装置であって、
前記干渉点に向かう前記分割されたパルス光の各光路上に、偏光方向が調整可能な波長板を有し、該波長板によって偏光されたパルス光を干渉させて前記被加工物を加工することを特徴としている。

本発明によれば、レーザー干渉による加工、特にパルス幅が１ｆｓ以上１ｐｓ以下のパルスレーザーを用いたレーザー干渉による加工において、表面波による乱れを抑制することが可能となる加工を実現することができる。
例えばアブレーション加工、物質表面の改質、あるいはレジストの露光等のレーザー干渉による加工を実現することができる。

本発明は、上記した構成により、表面波による乱れを抑制することが可能となる加工を実現することができるが、それは本発明者が鋭意検討した結果によるつぎのような知見に基づくものである。
前述したようにリップルによる加工の乱れ（破壊）は、干渉光を部材に照射した場合にも発生する。
しかし、本発明者はこれらを詳細に検討することにより、つぎのような現象を見出した。
レーザーの干渉のピッチ（ｄ）が、干渉の周期方向に伝播する表面波の波長、すなわち２π／ｋ″_SEWよりも小さければ、干渉のピッチを跨いだリップルは発生し難く、リップルの発生による加工の乱れ（破壊）を抑制することができる。この現象は、表面波の波長がレーザーの干渉のピッチよりも長いために、表面波の位相が決まり難く、表面波の発生が抑制されたものと考えられる。干渉の周期方向と干渉の周期との関係は図１４に示す。

これらの現象の詳細を説明する前に、まず、本実施の形態で用いられる干渉加工装置について説明する。
図１に、本実施の形態で用いられるフェムト秒レーザーによる干渉加工装置の構成を示す。
図１において、１はフェムト秒レーザー発振器、２は倍波ユニット、３、４、７、８はミラー、５はビームスピリッターである。
また、６は光路長調整器、９、１０はレンズ、１１、１２は波長板、１３は分光器、１４は顕微鏡、１５はＣＣＤである。
発振器１はチタン・サファイア結晶の再生増幅システムからなり、ここでは発振レーザーの波長は８００ｎｍ、パルス幅は１００ｆｓ、パルスの繰り返し周波数は１ｋＨｚのパルスレーザーを用い、グレーティングを加工した。
ここではパルス幅１００ｆｓのものを用いたが、パルス幅は１ｆｓ（１０^-15秒）以上、１ｐｓ（１０^-12秒）以下のレーザーであればよい。
１ｆｓ（１０^-15秒）以上であれば、加工に必要なエネルギーが得られ、パルス幅が１ｐｓ以下であれば、一般に熱拡散の大きな金属でも、熱の拡散距離は１０ｎｍ程度であり、光の波長より小さい構造を加工できる。

発振器１を出たレーザーは倍波結晶ユニット２を通過し、２倍波（４００ｎｍ）及び３倍波（２６６ｎｍ）に変調される。
加工するグレーティングのピッチに応じて、ミラー３をスライドさせることにより、基本波、２倍波、３倍波の中から、レーザーの波長を選択することができる。
倍波ユニットを通過した後、レーザー光は非偏光ビームスピリッター５により分割される。分割されたレーザーの一方は光路長調整器６を通り、他方のレーザーと点Ｄ（干渉点）で重なり合う。
１００ｆｓのパルス幅は大気中で３０μｍのパルス幅に相当するため、フェムト秒レーザーを干渉させるためには、３０μｍ以内で光路長ＡＢＣＤ及びＡＥＦＤを一致させる必要がある。
本実施の形態の装置では、光路調整器の位置を矢印方向に移動させ、線分ＡＢ及び線分ＣＤの長さを変化させることにより、光路長を一致させるように構成されている。

光路長が一致したか否かは、波長８００ｎｍを選択した場合、エアーブレイクダウンによる３倍波（λ２６６ｎｍ）の発光強度の変化により確認できる。
また、２倍波（λ４００ｎｍ）若しくは３倍波（λ２６６ｎｍ）を選択した場合は、点Ｄに厚さ１ｍｍのシリカガラスを置き、非線形効果による吸収率の変化を測定することにより、光路長が一致したか否かの確認が行える。
光路ＡＢＣＤ及びＡＥＦＣにはλ／２波長板１１、１２が挿入されており、波長板を光軸を中心として所望の角度に回転させることで加工の際に、両レーザーの偏光方向を自由に変えることができる。
顕微鏡１４とＣＣＤ１５は、被加工物の表面を観察する為の観察系である。図が煩雑になることを避けるため、ここではエネルギーを調整するためのフィルター及びパルス数を調整するためのシャッターは描かれていない。
図１では、点Ａにおいてレーザーは９０°の角度で交わっているが、ミラーの位置を移動させることにより、レーザーの交差角度（θ）を任意に制御することができる。
レーザーの交差角θ、レーザーの波長λと干渉のピッチｄの関係は、つぎの式（４）で表される。

ここで、光路長を一致させて干渉が起きることを確認し、波長板１１、１２により偏光方向を調整した後、点Ｄに被加工物を置き、適当なエネルギーのパルスを適当な数だけ照射することによって、グレーティングの加工を行う。

つぎに、上記干渉加工装置による加工での表面波の発生の抑制について説明する。
図２及び図３に、表面波が抑制される様子を描いた模式図を示す。
表面波は部材に照射されたレーザーにより励起され、入射レーザーの強度が大きいほど、その振幅が大きい。
したがって、干渉光を部材に照射した場合は、干渉光の腹で表面波は最大となり、節に近づくにつれてその振幅は小さくなる。
図２は、干渉のピッチが、表面波の波長よりも長い場合の表面波の振幅強度分布を表している。干渉光の各腹で励起された表面波は、減衰しながら干渉の節に近づき、別の干渉の腹で励起された表面波と重なり合う。
しかし、図２の条件の場合、隣り合う干渉の腹から伝播する表面波は、節で他の表面波と重なり合う前に、１つ以上のピークを持つ。その表面波のピークによって、加工パターン及び改質パターンが乱されてしまう。

図３は、表面波の波長が干渉のピッチよりも長い場合の表面波の振幅強度分布を表している。図２の場合と同様に、干渉の腹で励起された表面波は、干渉の節で重なり合う。
しかし、図３のように表面波の波長が干渉のピッチよりも長い場合、隣り合った干渉の腹で励起された表面波は、一波長進む前に別の表面波と重なり合い、互いに打ち消しあう。
したがって、表面波の波長が干渉のピッチよりも長い場合には、干渉の周期方向には表面波が伝播することなく、表面波の影響を抑制した加工を行うことができる。

以上のことから、本発明においては、レーザーの干渉の周期方向に伝播する表面波の波長を、レーザーの干渉のピッチよりも長く設定して被加工物を加工することで、表面波による乱れを抑制するようにしたものである。
具体的には、干渉の周期方向に伝播する表面波の波数ｋ″_SEWと干渉のピッチｄが、つぎの式（５）の条件を満たすようにすることで、上記した本発明の表面波による乱れを抑制することが可能となる加工が実現される。

以下に、本発明の実施例について説明する。
本実施例においては、上記した図１の干渉加工装置を用い、アブレーションによって、干渉レーザーのピーク強度が、被加工物のアブレーション閾値よりも大きくなるようにレーザーのパワーを調整し、干渉レーザーを被加工物に照射した。そして干渉ピッチと同ピッチのグレーティングを、被加工物に直接作製した。
図８と図９に、本実施例においてアブレーションにより製作されたニッケル（Ｎｉ）の干渉加工痕のＳＥＭ像を示す。
図８は、本実施例に用いられる図１の干渉加工装置での点Ａにおけるレーザーの交差角度θを３０°とした場合のニッケル（Ｎｉ）の干渉加工痕のＳＥＭ像である。
図８（ａ）はＳ偏光入射によるグレーティングのＳＥＭ像であり、図８（ｂ）はＰ偏光入射によるグレーティングのＳＥＭ像である。
また、図９は、本実施例に用いられる図１の干渉加工装置での点Ａにおけるレーザーの交差角度θを９０°とした場合のＮｉの干渉加工痕のＳＥＭ像である。図９（ａ）はＳ偏光入射によるグレーティングのＳＥＭ像であり、図９（ｂ）はＰ偏光入射によるグレーティングのＳＥＭ像である。

図８（ａ）と図９（ａ）のグレーティングを加工する際、加工に用いたレーザーの偏光方向は、干渉の周期方向と直交するように調整した。
すなわち、図８（ａ）と図９（ａ）の場合には、図１０（ａ）に示すように、レーザー干渉にＳ偏光を用いた。
これに対して、図８（ｂ）と図９（ｂ）の場合には、レーザーの偏光方向は、干渉の周期方向と平行となるように調整した。すなわち、ここでは図１０（ｂ）に示すように、レーザー干渉にＰ偏光を用いた。
表２に、図８と図９で示した加工における干渉ピッチ、レーザーの偏光方向及び表面波の波長（λ_SEW）、等をまとめて示す。

ここで、表２における表面波の波長は、表１にまとめた表面波の波数（ｋ_SEW）を用いることにより、つぎの式（６）から求められる。

図８と図９から明らかなように、図９（ｂ）以外の、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）における全てのグレーティングは、リップルの発生により激しく損傷を受けている。
これら図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）のグレーティング破壊は、以下のように理解できる。
まず、図８（ａ）と図９（ａ）では、干渉の周期方向と偏光方向とは平行であり、干渉の周期方向と平行に表面波３が伝播している。
表面波３の波長は１２０〜４３０ｎｍであり、図８（ａ）の干渉ピッチ（１５４５ｎｍ）と図９（ａ）の干渉ピッチ（５６５ｎｍ）よりも周期が短い。
その為、表面波は抑制されることなく伝播し、グレーティングが破壊されてしまったと理解できる。
実際に、図８（ａ）及び図９（ａ）では、表面波３によるリップルらしきものが確認できる。
また、図８（ｂ）では、干渉の周期方向と平行に表面波２が発生している。表面波２の波長は７３０ｎｍであり、干渉ピッチ（１５４５）よりも短い。
その結果、図８（ａ）及び図９（ａ）と同様に、リップルによるグレーティングの破壊が起きたと考えられる。
図９（ａ）では、表面波２のリップルの発生がはっきり確認できる。

一方、図９（ｂ）では、リップルに破壊されること無く、グレーティングが形成されている。図９（ｂ）の場合、図８（ｂ）と同様に表面波２の伝播方向が干渉の周期方向と平行に伝播していると考えられる。
しかし、表面波の波長（７３０ｎｍ）が干渉の周期（５６５ｎｍ）よりも長いため、隣接する干渉の腹で励起された表面波は互いに打ち消しあい、その結果、リップルにより破壊されずにグレーティングが形成されたと考えられる。
また、図９（ｂ）の条件では、干渉の周期方向と直交して、表面波１及び表面波３が伝播している筈である。しかし、これら干渉の周期方向と直交して伝播する表面波は、グレーティングの形状には殆ど影響を及ぼさない。
この実施例から明らかなように、干渉でアブレーション加工を行う場合、表面波の波長がそれに平行する干渉の周期よりも長ければ、隣接する干渉の腹により励起された表面波は互いに打ち消し合い、表面波による加工の破壊を防ぐことができる。

図１１は、図９（ｂ）と同じ偏光条件及びレーザー交差角で、２倍波（波長４００ｎｍ）により加工を行った場合のグレーティングである。
ニッケルの場合、２倍波（波長４００ｎｍ）を使用すると、干渉の周期及び表面波の周期は、共に基本波（８００ｎｍ）の場合の半分になる。
したがって、干渉の周期は２９０ｎｍとなり、図９（ｂ）と同様に、本発明の条件を満たしている。
図１１では、基本波（波長８００ｎｍ）を使用した図９（ｂ）のときと同様に、リップルによるグレーティングの破壊は見られない。
以上に述べた過程を経て作成した図９（ｂ）に示したグレーティング（ピッチ５６５ｎｍ）に対して垂直に波長４００ｎｍの光を入射させたところ、４５°の方向に１次回折光が確認された。
これは該グレーティングが反射型回折格子として機能していることを示している。
また、図１１に示したグレーティング構造（ピッチ２９０ｎｍ）を型としてポリオレフィン樹脂に加熱転写させた。転写された樹脂表面には幅８０ｎｍ、高さ１３０ｎｍの断面がピッチ２９０ｎｍで並んだ周期構造が得られた。
該転写成形品の表面反射率を調べたところ、波長６００〜８００ｎｍの垂直入射光に対して反射率１．２％以下であった。
一般に表面研磨したポリオレフィンの表面反射は４．２％（波長７８０ｎｍ）である。該転写成形品はピッチ２９０ｎｍの２倍以上の波長に対して十分な反射防止効果を有している。
以上述べたような加工法を応用し、たとえば波長２６６ｎｍの３倍高調波を利用すれば１３３ｎｍまでのピッチを有するグレーティングを製作することも可能である。
それを用いて、可視光全域において反射防止効果を有する微細構造である反射防止構造を透明部材の表面に形成することも可能である。

このように、本発明は、使用するレーザーの波長を８００ｎｍに限定したものではなく、あらゆる波長に対して有効である。
また、上記式（４）から明らかなように、干渉のピッチはレーザーの交差各（θ）と波長（λ）の両方に依存している。
そのためレーザーの交差角と波長をそれぞれ適当に選ぶことにより、本発明を満たした所望ピッチのグレーティングを加工する条件を見出すことができる。
例えば、波長λ＝４００ｎｍのレーザーを入射した場合、波長が３００ｎｍの表面波が発生する物質があるとする。この物質の表面にピッチ５００ｎｍのグレーティングを加工する場合、λ＝４００ｎｍのレーザーを用いると本発明の条件を満たさない。しかし、表面波の波長は、一般的に入射レーザーの波長に比例するので、波長λ＝８００ｎｍのレーザー干渉を用いれば発生する表面波の波長は６００ｎｍとなり、グレーティングのピッチ５００ｎｍよりも大きくなり、本発明の条件を満たすことができる。
また、本実施例では、被加工物としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、他の物質を被加工物とした場合でも、その表面に発生する表面波に対して、本発明を適応することができる。被加工物の表面に発生する表面波の波長は、本発明での上記説明と同様に、被加工物の表面と直角に適当なパワーのレーザーを入射することにより容易に測定することができる。

また、レーザー研究 ２０００年１２月 ｐ．８２４及び精密工学会誌Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．４ ２００３には、金属及び半導体においては表面波の発生メカニズムは同じであることが述べられている。
そして、干渉の周期方向に伝播する表面波の波長は物質によってあまり差がなく、波長と同程度であることが述べられている。
したがって、金属及び半導体の形成面においては、本実施例と同様にｐ偏光の干渉レーザーを照射することにより、表面波の発生を抑え、サブミクロンのグレーティングをアブレーション加工することができる。
また、本実施例では、加工法としてアブレーション加工を取り上げたが、本発明によるリップルの抑制効果はこのような加工法に限定されたものではない。
例えば、干渉を用いたＦｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ （ＦＢＧ）のようなレーザーによる物質表面の改質にも適用することができる。
これは、ファイバーの上に設置された回折格子を通過したレーザー光を干渉させ、ファイバーに照射する。一般的に、ガラス及びある種の透明プラスティックは、強い強度の光が照射されると内部構造が変わり、屈折率が変化する。
この性質を利用して、干渉光を照射することにより、ファイバー内部に周期的な屈折率変化を作るものである。
このようなレーザーによる物質表面の改質においても、本発明によるリップルの抑制効果は有効である。
また、レジスト膜に干渉させたレーザーを照射することにより、周期的にレジスト膜表面を露光し改質する、干渉を用いたレジストの露光、等にも適用することができる。

本発明で用いられるレーザー干渉装置の構成を示す模式図。 本発明の原理を示す概念図。 本発明の原理を示す概念図。 レーザー照射ガスエッチングでＧａＡｓをエッチングした際に発生するリップルのＳＥＭ像であり、（ａ）はＰ偏光入射によるリップルのＳＥＭ像、（ｂ）はＳ偏光入射によるリップルのＳＥＭ像を示す図。 図４（ａ）、（ｂ）における偏光状態によるリップルの発生の違いを説明するための図であり、（ａ）はＰ偏光入射、（ｂ）はＳ偏光入射を示す図。 フェムト秒レーザーでダイアモンドをアブレーション加工した際に発生するリップルのＳＥＭ像を示す図。 フェムト秒レーザーでＮｉをアブレーション加工した際に発生するリップルのＳＥＭ像を示す図。 本発明の実施例におけるレーザーの交差角θを３０°とした場合のＮｉの干渉加工痕のＳＥＭ像であり、（ａ）はＳ偏光入射によるリップルのＳＥＭ像、（ｂ）はＰ偏光入射によるグレーティングのＳＥＭ像を示す図。 本発明の実施例におけるレーザーの交差角θを９０°とした場合のＮｉの干渉加工痕のＳＥＭ像であり、（ａ）はＳ偏光入射によるリップルのＳＥＭ像、（ｂ）はＰ偏光入射によるグレーティングのＳＥＭ像を示す図。 図８（ａ）、（ｂ）及び図９（ａ）、（ｂ）における偏光状態によるリップルの発生の違いを説明するための図であり、（ａ）はＳ偏光入射、（ｂ）はＰ偏光入射を示す図。 本発明の実施例におけるＮｉの干渉加工痕のＳＥＭ像を示す図。 干渉させたフェムト秒レーザーをニッケルの表面に照射し、アブレーションによって干渉と同ピッチのグレーティングを製作しようとした場合のニッケル表面のＳＥＭ像を示す図。 干渉を用いたプロセスで一般的に用いられる偏向状態であるＳ偏向状態を示す模式図。 Ｓ偏向状態では、干渉角に関わらず常に２本のビームの偏向方向が一致するため、干渉のコントラストが最も得られる偏向状態であることを説明する図。

符号の説明

１：フェムト秒レーザー発振器
２：倍波結晶ユニット
３、４、７、８：ミラー
５：ビームスピリッター
６：光路長調整器
９、１０：レンズ
１１、１２：波長板
１３：分光器
１４：顕微鏡
１５：ＣＣＤ
１６：干渉の腹
１７：干渉の節

Claims (15)

1. レーザーの干渉を用いて被加工物を加工する加工方法であって、
   前記被加工物の表面で前記レーザーの干渉のピッチよりも前記レーザーの干渉の周期方向に伝播する表面波の波長が長くなるように、前記レーザーを調整して、前記被加工物を加工することを特徴とするレーザー干渉による加工方法。
2. 前記レーザーの調整は、前記レーザーの干渉させる光の偏光方向、前記レーザーの波長及び／又は前記レーザーの交差角度を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザー干渉による加工方法。
3. 前記周期方向に伝播する表面波の伝播方向を、前記レーザーの干渉させる光の偏光方向を調整することで、変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザー干渉による加工方法。
4. 前記表面波の中で最も波長の短い表面波が前記レーザーの干渉の周期方向に対して直角に伝播することを特徴とする請求項３に記載のレーザー干渉による加工方法。
5. 前記レーザーの干渉のピッチをｄとし、前記被加工物の表面で前記レーザーの干渉の周期方向に伝播する表面波の波数をｋ″_SEWとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレーザー干渉による加工方法。
   ｄ＜２π／ｋ″_SEW
6. 前記レーザーの干渉させる光の偏光方向は、Ｐ偏光であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のレーザー干渉による加工方法。
7. 前記レーザー干渉による加工方法であって、前記レーザーは、パルス幅が１ｆｓ以上１ｐｓ以下のパルスレーザーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザー干渉による加工方法。
8. 前記パルスレーザーによって、前記被加工物をアブレーション加工することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザー干渉による加工方法。
9. 前記パルスレーザーによって、前記被加工物の表面の改質をすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザー干渉による加工方法。
10. 前記被加工物は金属又は半導体であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザー干渉による加工方法。
11. 請求項１〜１０に記載のレーザー干渉による加工方法で加工された回折格子。
12. 請求項１〜１０に記載のレーザー干渉による加工方法で加工された反射防止構造。
13. レーザーを備え、該レーザーからの分割されたパルス光を干渉点で干渉させて被加工物に照射し、該被加工物を加工する加工装置であって、
    前記干渉点に向かう前記分割されたパルス光の各光路上に、偏光方向が調整可能な波長板を有し、該波長板によって偏光されたパルス光を干渉させて前記被加工物を加工することを特徴とするレーザー干渉による加工装置。
14. 前記レーザー干渉による加工装置であって、前記偏光方向をＰ偏光に調整することを特徴とする請求項１３に記載のレーザー干渉による加工装置。
15. 前記レーザー干渉による加工装置であって、前記レーザーは、パルス幅が１ｆｓ以上１ｐｓ以下のパルスレーザーであることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のレーザー干渉による加工装置。

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