JP2020160210A - 微細穴光学素子の製造方法および改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＯを、品質が安定し且つ簡便に製造する。【解決手段】微細穴光学素子の製造方法であって、上記複数の第１スリット穴が形成される各形成箇所について、当該第１スリット穴が延びる方向に焦点が線状に広がった線状ビームを、上記透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該箇所を改質する第１改質工程と、上記複数の第２スリット穴が形成される各形成箇所について、当該第２スリット穴が延びる方向に焦点が線状に広がった線状ビームを上記透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該箇所を改質する第２改質工程と、上記第１改質工程および上記第２改質工程で改質された箇所を除去して上記第１スリット穴および上記第２スリット穴を形成する除去工程と、上記第１スリット穴および上記第２スリット穴それぞれの内壁に反射層を形成する反射層形成工程と、を備える。【選択図】 図８

Description

本発明は、微細穴光学素子の製造方法および改質装置に関する。

Ｘ線は、可視光とは異なり、直入射光学系の利用が困難である。このため、金属のＸ 線に対する屈折率が１よりも小さいことを利用した金属面の全反射による斜入射光学系が用いられている。この場合の全反射の臨界角は１度程度と小さいので、反射面の有効面積を大きくとるために、直径の異なる金属製の円筒状の反射鏡を、同軸状に多数配置する方法が知られている。
また、可視光以外のＸ線を観測することにより太陽よりも高温の恒星等の観測が可能である。Ｘ線は大気に吸収されるので地上での観測が不可能であり、大気圏外で観測するためには宇宙船にＸ線集光鏡を設置する必要がある。しかし、上述したような、金属製の円筒状の反射鏡を同軸状に多数配置する方法ではＸ線反射装置全体の重量が増大するため（１ｍ^２あたり１トン以上の重量）、宇宙空間で利用する場合に、地上からの輸送に支障を来すので軽量化が求められている。

特許文献１には、軽量かつ比較的容易に製造できるＸ線光学系基材として、異方性エッチングによるシリコンウェハ壁面をＸ線反射鏡として利用するＸ線光学系基材が提案されている。これは、薄いウェハに微細な穴を開けるため、従来よりも一桁以上軽い鏡となるうえ、一度のエッチングにより鏡を大量に生産できるという利点もある。しかし、異方性エッチングで形成できる穴は、直線的なスリット状の穴に限られるため、Ｘ線光学系を作る際には、反射鏡としての理想曲面を直線で近似する必要があり、集光性能が制限される。また、理想曲面に近づけるため、Ｘ線光学系を小さくして理想曲面に沿って配置することになるので、多数のＸ線光学系が必要になり、製作に要する労力・コストが大きい。

また、天球上のどの方角から素子を見た場合にもミラー面が存在する光学素子として、ロブスターアイ型光学素子（ＬＥＯ）が知られている。ＬＥＯは、特許文献１に記載のウォルター型光学系に比べ、観測範囲が広いことが利点である

特許文献２には、ロブスターアイ型光学素子（ＬＥＯ）の構成例が開示されている。また、従来、天文学的な物体、すなわち無限遠（ｘ＝∞）に存在する物体の観測に使用されていたＬＥＯを、非天文学的な物体、すなわちＬＥＯのレンズ半径Ｒと比較可能な有限の距離（ｘ〜Ｒ）に存在する物体の撮影に応用することが記載されている。

特許第４０２５７７９号公報 特表２００９−５０３５０６号公報

従来のＬＥＯの製造方法は、下記工程を経て製造される。
工程１．中実のコア材および中空のクラッド材を準備する。
工程２．クラッド材の内部にコア材を挿入して一体化し、アセンブリを複数作成する。
工程３．複数のアセンブリを引き延ばしつつ束ねて積層体を形成する。
工程４．工程３で得た積層体を軸方向に対し直交方向に薄くスライスした後に、所定の曲率を持つように曲げる。
なお、上記３および４の工程に代えて、以下の工程を実施する場合もある。
工程３´．工程２で得た複数のアセンブリを束ねた積層体を所定の曲率を持つように曲げる。
工程４´．工程３´後の積層体を軸方向に対し直交方向に薄くスライスする。

しかし、このような製造方法は、アセンブリを束ねる工程や、積層体をスライス後に曲げる工程において、素子に力学的な変形が生じるので品質が安定しないという問題があった。品質に問題がある場合は、結像イメージが理想的な十字形状から崩れる。
そこで、本発明は、ＬＥＯを、品質が安定し且つ簡便に製造することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る微細穴光学素子の製造方法の一態様は、透明基板と上記透明基板を貫通する複数の並んだ穴を備え、上記各穴は、深さ方向の延長線が透明基板外に位置した共通の交点に向かうとともに当該交点を中心とした共通の球面と交わるような、上記透明基板の表面から厚み方向の途中まで達する複数の線状の第１スリット穴と、当該第１スリット穴に交わる方向に延びて前記透明基板の裏面まで達する線状の第２スリット穴とを備える微細穴光学素子の製造方法であって、上記複数の第１スリット穴が形成される各形成箇所について、当該第１スリット穴が延びる方向に焦点が線状に広がった線状ビームを、上記透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該箇所を改質する第１改質工程と、上記複数の第２スリット穴が形成される各形成箇所について、当該第２スリット穴が延びる方向に焦点が線状に広がった線状ビームを上記透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該箇所を改質する第２改質工程と、上記第１改質工程および上記第２改質工程で改質された箇所を除去して上記第１スリット穴および上記第２スリット穴を形成する除去工程と、上記第１スリット穴および上記第２スリット穴それぞれの内壁に反射層を形成する反射層形成工程と、を備える。

このような微細穴光学素子の製造方法によれば、線状ビームによって滑らかな壁面のスリット穴が効率よく形成されるので、いわゆるシュミット型のＬＥＯが、安定した品質で簡便に製造される。

このような微細穴光学素子の製造方法において、上記第１改質工程および上記第２改質工程が、上記透明基板の表裏面のうち片面側からビームを照射して上記第１スリット穴と上記第２スリット穴との双方の箇所を改質することが好ましい。上記第１スリット穴の箇所と上記第２スリット穴の箇所との双方が透明基板の片面側から改質されることにより、透明基板を裏返す工程などが省略されるので工程数が減少する。

また、このように上記第１スリット穴と上記第２スリット穴との双方が透明基板の片面側から改質される微細穴光学素子の製造方法においては、上記第１改質工程および上記第２改質工程が、上記第１スリット穴と上記第２スリット穴とのうち、上記ビームの進行方向前方側に位置するスリット穴の箇所から先に改質することが好ましい。この製造方法によれば、改質済みの箇所によるビームの乱れが回避されるので改質箇所の精度が向上する。

また、上記微細穴光学素子の製造方法においては、上記第１改質工程と上記第２改質工程との間に、上記線状ビームの焦点が広がる方向と上記第２スリット穴が延びる方向とを合わせるように上記透明基板を回転させる基板回転工程を備えてもよく、あるいは、上記第１改質工程と上記第２改質工程との間に、上記線状ビームの焦点が広がる方向と上記第２スリット穴が延びる方向とを合わせるように上記線状ビームを回転させるビーム回転工程を備えてもよい。

基板回転工程を備えると、精密な光学系を動かすことが回避される。また、ビーム回転工程を備えると、透明基板を動かすことが回避されるので、特に大きくて重い透明基板が用いられる場合に好ましい。

また、上記微細穴光学素子の製造方法において上記線状ビームは、光ビームの進行方向に交わる２軸のうちの１軸方向のみについて当該光ビームを集光する集光能力を有する非等方集光素子と、平行光束の光ビームを１点に集光する集光能力を有する等方集光素子とを、平行光束の光ビームが順に経ることで形成されることが好ましい。このような素子の組み合わせによって、細くて長い線状に焦点が広がった線状ビームが得られる。

また、上記微細穴光学素子の製造方法において、上記第１改質工程および上記第２改質工程の少なくとも一方が、上記線状ビームの上記透明基板への照射と、上記線状ビームの照射位置の変更とを繰り返すことにより、互いに並行して延びる複数の上記形成箇所それぞれを改質する工程であることも好適である。この製造方法によれば、複数のスリット穴それぞれの形成箇所に対する改質を１本あるいは少数の線状ビームで行うことができる。
また、このように線状ビームの照射と、上記線状ビームの照射位置の変更とを繰り返す製造方法において、上記線状ビームの照射位置の変更は、上記線状ビームを反射する反射素子の反射面の角度を変更することによって行われることが更に好適である。この製造方法によれば、複数のスリット穴それぞれの形成箇所に対する線状ビームの移動が反射素子によって容易に実現される。

また、上記微細穴光学素子の製造方法において、上記第１改質工程および上記第２改質工程の少なくとも一方が、上記透明基板上の一部領域における上記形成箇所の改質と、当該透明基板上での当該一部領域の移動とを繰り返すことで、当該線状ビームにおける焦点の広がりよりも長く延びるスリット穴の形成箇所を改質する工程であることも好適である。このような製造方法によれば、線状ビームにおける焦点の広がりよりも長いスリット穴を形成することができる。

また、上記改質と上記一部領域の移動とを繰り返す製造方法においては、上記一部領域の移動として、上記線状ビームの焦点が広がる方向への移動と、当該方向と交わる方向への移動とを行って、上記一部領域が２次元的に配列された範囲に亘る改質を行うことが更に好ましい。このような製造方法によれば、大面積の透明基板に容易に対応することができる。

また、上記一部領域の移動としては、当該一部領域同士が隣接しあるいは一部重畳する距離の移動を行ってもよく、あるいは、当該一部領域同士に間隔が空く距離の移動を行ってもよい。一部領域同士が隣接しあるいは一部重畳する場合には、スリット穴の連続性などが容易に保たれ、一部領域同士に間隔が空く場合には、光ビームの照射による熱応力の影響を避けることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る改質装置の一態様は、光ビームを透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該光ビームの照射箇所を改質する改質装置であって、光ビームを発生する光源と、光ビームの進行方向に交わる２軸のうちの１軸方向のみについて当該光ビームを集光する集光能力を有し、上記光源からの光ビームに作用する非等方集光素子と、平行光束の光ビームを１点に集光する集光能力を有し、上記非等方集光素子を経た光ビームに作用することで、光ビームの進行方向に交わる方向へと焦点が線状に広がった線状ビームを形成する等方集光素子と、上記非等方集光素子を経た光ビームを反射して上記等方集光素子へと導き、反射角度の変更により上記線状ビームの焦点を、当該焦点が広がる方向と交わる方向へと移動させる反射素子と、を備える。

このような改質装置によれば、非等方集光素子と等方集光素子との組み合わせによって、細くて長い線状に焦点が広がった線状ビームが形成されると共に、反射素子によって線状ビームの照射箇所が容易に変更される。

このような改質装置において、上記透明基板を保持し、当該透明基板に照射される光ビームの進行方向に沿って当該透明基板を移動させることで当該光ビームによる改質箇所を当該進行方向に沿って延ばす基板保持台を備えることが好ましい。基板保持台による透明基板の移動によって改質箇所を光ビームの進行方向の前後へと容易に延ばすことができる。

本発明によれば、ＬＥＯを、品質が安定し且つ簡便に製造することができる。

微細穴光学素子を概念的に示す図である。 スリット穴の構造を模式的に示す拡大斜視図である。 １段分のスリット穴の構造を示す断面図である。 微細穴光学素子における各スリット穴の向きを示す図である。 ＬＥＯにおける集光作用の説明図である。 ＬＥＯにおける理想的な集光イメージを示す図である。 微細穴光学素子へと異なる方向から入射した光の集光形態を示す図である。 改質工程を示す図である。 エッチング工程と、研磨工程と、反射層形成工程とを示す図である。 レーザ改質装置の正面図である。 レーザ改質装置を−Ｙ方向に見た図である。 レーザ改質装置を−Ｘ方向に見た図である。 ＸＹ平面内方向における光束変化を示す図である。 Ｚ方向における光束変化を示す図である。 レーザ改質装置で実行される改質工程の詳細を示す図である。 微細穴光学素子が組み込まれた光学装置を示す図である。 光学装置の光学系部分の組み立て図である。 フレームに対する微細穴光学素子の固定方法を示す断面図である。 フレームに対する微細穴光学素子の固定方法を示す正面図である。 第２実施形態のレーザ改質装置を示す図である。 大きな透明基板に対する改質工程の第１例を示す図である。 大きな透明基板に対する改質工程の第２例を示す図である。 大きな透明基板に対する改質工程の第３例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、微細穴光学素子を概念的に示す図である。図１には、正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）が示されている。

微細穴光学素子１は、いわゆるシュミット型のロブスターアイ型光学素子（ＬＥＯ）となっており、一辺が例えば４０ｍｍで厚さが例えば１ｍｍの方形状の外形を有した透明基板２に対して各々の深さが例えば０．５ｍｍの上段のスリット穴３ａと下段のスリット穴３ｂが形成された構造となっている。透明基板２は例えばガラスや透明樹脂などからなり、特に溶融石英のガラスであると、後述する製造方法におけるスリット穴３ａ，３ｂの加工が容易となる。

図１ではスリット穴３ａ，３ｂの密度が実際よりも粗く描かれており、実際の各スリット穴３ａ，３ｂのスリット幅は例えば２０μｍ以上２００μｍに形成され、スリット穴３ａ，３ｂの相互間に位置するガラスや樹脂の部分の幅が例えば６μｍ以上３０μｍ以下に形成されている。
図２は、スリット穴３ａ，３ｂの構造を模式的に示す拡大斜視図である。

上段（図２の上方）のスリット穴３ａと下段（図２の下方）のスリット穴３ｂは、例えば互いに直交する方向に延びている。また、２段のスリット穴３ａ，３ｂを経ることで、微細穴光学素子１には実質的に貫通穴が形成されている。微細穴光学素子１に対して上段側からＸ線や真空紫外線などの光が入射し、下段側から光が出射する。
図３は、１段分のスリット穴３ａ，３ｂの構造を示す断面図である。

スリット穴３ａ，３ｂに対し、図の上方側から光Ｌが入射し、図の下方側へと光Ｌが出射する。スリット穴３ａ，３ｂにおける光Ｌの進行方向の長さｈ１と、光Ｌがスリット穴３ａ，３ｂから出射する箇所における穴の幅ｈ２との比ｈ１／ｈ２は例えば２０以上５０以下という大きな値となっている。

各スリット穴３ａ，３ｂの内壁には金属の反射層４が形成されている。反射層４は例えば酸化ハフニウム等の重金属からなる単層膜や多層膜である。各スリット穴３ａ，３ｂに入射した光Ｌは、スリット穴３ａ，３ｂに対する光Ｌの入射角度に応じて０〜２回、反射層４で反射される。

反射層４の材料の例としては、上記の酸化ハフニウムのほか、酸化物では、酸化タンタル、酸化チタニウム、酸化ランタン、酸化亜鉛等、窒化物では、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ハフニウム等、金属では、ルビジウム、銅、タングステン、モリブデン、白金、イリジウム、金が挙げられる。単層膜の反射層４は、例えば数百〜数千Åの膜厚で形成される。

また、反射層４は、重金属から成る薄膜と軽金属から成る薄膜から構成される多層膜であってもよく、この場合の最外層は、重金属から成る薄膜で構成される。軽金属から成る薄膜としては例えば酸化アルミニウムが用いられるが、その他に酸化珪素が用いられてもよい。更に、反射層４は、白金／炭素、モリブデン／珪素、タングステン／珪素等と言ったペア材料の多層膜であってもよい。これらのペア材料による多層膜の場合、１ペアについて例えば数十Åの膜厚で数十〜数百層が積層されて形成される
上述したように微細穴光学素子１はいわゆるシュミット型のロブスターアイ型光学素子（ＬＥＯ）となっており、光Ｌを焦点に集めることができる。
図４は、微細穴光学素子１における各スリット穴３ａ，３ｂの向きを示す図である。

微細穴光学素子１における各スリット穴３ａ，３ｂは、深さ方向の各延長線Ｍが、各スリット穴３ａ，３ｂに対して共通の交点Ｐを向いている。この結果、各延長線Ｍは共通の交点Ｐに集まる。また、この共通の交点Ｐを中心とする半径が１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の球面Ｓが各スリット穴３ａ，３ｂと交わっている。このようなスリット穴３ａ，３ｂの配置が、いわゆるロブスターアイ型光学素子（ＬＥＯ）における配置であり、各スリット穴３ａ，３ｂの内壁で反射された光が以下説明するように集光される。
図５は、ＬＥＯにおける集光作用の説明図である。

ＬＥＯである微細穴光学素子１では、上述したように、スリット穴３ａ，３ｂの内壁（の反射層４）で光Ｌが０〜２回反射され、反射パターンに応じた集光パターンで光Ｌが集光される。ここで、微細穴光学素子１には同一方向から平行に光Ｌが入射するものとする。同一方向から平行に微細穴光学素子１へと入射した光Ｌであっても、入射した箇所によって反射パターンが変わる。

例えば、スリット穴３ａ，３ｂの内壁で０回反射された光Ｌｄ（即ち反射されずに２段のスリット穴３ａ，３ｂを通過した光Ｌｄ）は、入射方向へとそのまま進んで焦点面ＦＰ上の各所に、集光されずに到達する。

また、２段のスリット穴３ａ，３ｂのうち、上段のスリット穴３ａの内壁で１回反射された光Ｌｂは、図の横方向について集光され、図の縦方向（紙面の奥行方向）については入射方向のままとなるので、図の縦方向へと延びる線状の領域に集光される。

また、２段のスリット穴３ａ，３ｂのうち、下段のスリット穴３ｂの内壁で１回反射された光Ｌｃは、図の縦方向（紙面の奥行方向）について集光され、図の横方向については入射方向のままとなるので、図の横方向へと延びる線状の領域に集光される。
また、２段のスリット穴３ａ，３ｂそれぞれの内壁で１回ずつ合計２回反射された光Ｌａは、縦横両方向で集光されるので中心箇所に点状に集光される。
図６は、ＬＥＯにおける理想的な集光イメージを示す図である。

上述した反射パターンの結果、同一の入射方向から微細穴光学素子１へと入射した光束は、集光面ＦＰ上に、十字形状の集光イメージを形成する。即ち、集光面ＦＰ上には、十字形状の背景の各所に広がるハローＨと、十字の縦横を成す集光ラインＦＬと、十字の中心に位置する集光スポットＦＳとが形成される。このような集光イメージが受光装置で測定されることにより、例えば点光源からの光が検出される。
図７は、微細穴光学素子１へと異なる方向から入射した光の集光形態を示す図である。
ここでは一例として、３方向のそれぞれから微細穴光学素子１へと入射した光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が示されている。

各方向からの光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、上述した共通の球面Ｓと交わる各スリット穴３ａ，３ｂの反射層４によって反射されることにより、焦点面ＦＰ上の異なる箇所に集光される。集光された各箇所において、上述した十字形状の集光パターンが形成される。

共通の球面Ｓと交わる各スリット穴３ａ，３ｂは、言い換えると、球面Ｓに沿って並んでいることになり、焦点面ＦＰは球面状となっている。また、焦点面ＦＰの半径は、共通の球面Ｓにおける半径Ｒの半分となる。
このように、ＬＥＯである微細穴光学素子１は、各方向から入射してくる光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の何れについても同様に集光することができるので視野が広い。

次に、このような微細穴光学素子１を製造する本実施形態の製造工程について説明する。この製造工程は、改質工程と、エッチング工程と、研磨工程と、反射層形成工程とを備えている。
図８は、改質工程を示す図である。
図８に示す改質工程は、第１改質工程（Ａ−１）と第２改質工程（Ａ−２）とを備えている。

第１改質工程（Ａ−１）では、焦点が線状に広がった線状ビームのパルスレーザ光ＰＬが透明基板２に照射され、透明基板２における線状の照射エリアがパルスレーザ光ＰＬによって同時に改質される。パルスレーザ光ＰＬの照射エリアの位置・角度・深さは、上述した２段のスリット穴のうち一方のスリット穴のＣＡＤデータに基いて決定される。

本実施形態では、透明基板２の改質は、パルスレーザ光ＰＬにおける多光子吸収によって実現される。透明基板２中で多光子吸収が起きると多光子吸収を起こした部分が特異的に改質される。透明基板２が例えばガラス基板である場合は、珪素（Ｓｉ）原子と酸素（Ｏ）原子との結合による局所構造が多光子吸収によって分断されて構造変化等が生じ、化学的に反応しやすい状態となる。また、透明基板２がガラス基板である場合には、多光子吸収を発生させることで改質するために必要なエネルギーは、０．２〜２μＪであり、アブレーションなどといった破壊的な作用を生じるレーザ加工に必要なエネルギーよりも少なくて済む。また線状ビームで線状の照射エリアが同時に改質されるため、改質領域と被改質領域との境界は凹凸の少ない滑らかな境界となるし、生産性も高い。

第２改質工程（Ａ−２）では、第１改質工程（Ａ−１）に対してパルスレーザ光ＰＬ若しくは透明基板２が例えば９０度回転し、２段のスリット穴のうち他方のスリット穴に相当する線状の照射エリアがパルスレーザ光ＰＬによって改質される。
改質工程の詳細については後で詳述する。
図９は、エッチング工程と、研磨工程と、反射層形成工程とを示す図である。

エッチング工程（Ｂ）では、透明基板２がエッチャント５に浸され、エッチング処理によって改質領域２ａが選択的に除去される。透明基板２が例えばガラス基板である場合は、エッチャント５として弗酸（ＨＦ）溶液や水酸化カリウム溶液が用いられる。

本実施形態では、エッチング処理として、処理の手間が少ないウェットエッチングが採用されているが、エッチング処理としてはフッ素（Ｆ_２）系ガスを用いたドライエッチングも採用可能である。また、本実施形態では、処理の安定化や迅速化のために、エッチャント５中の透明基板２に対して超音波Ｗを当てる超音波洗浄も併用される。エッチングの条件は、ＨＦ濃度が例えば２．５〜５％であり、透明基板２のサイズによって異なるがエッチング時間は例えば１時間〜数時間である。エッチング処理に際して透明基板２が超音波Ｗによって振動されることによりエッチング時間は短縮される。

エッチング工程（Ｂ）では、改質領域２ａ以外の部分についてもエッチャント５と透明基板２が反応するが、改質領域２ａと、改質領域２ａ以外の領域２ｂとではエッチングレートが大きく異なる。このため、エッチング工程（Ｂ）の開始後速やかに改質領域２ａは完全に除去されてスリット穴３ａ，３ｂが形成される。

なお図９では、説明の簡便のため、改質領域２ａが透明基板２を貫いた状態が示されているが、実際には、上下２段のスリット穴３ａ，３ｂそれぞれに相応した上下２段の改質領域２ａが形成され、透明基板２内で上下２段の改質領域２ａが繋がっている。

このように、パルスレーザを用いた多光子吸収現象を利用した改質工程と、改質領域２ａを選択的に除去するエッチング工程（Ｂ）とを経ることにより、スリット穴３ａ，３ｂの形状・深さ等を簡単にコントロールすることができ、しかも、透明基板２に対して、物理的な穴あけ加工を行う場合に比べて、透明基板２へのダメージが少ない。また、線状ビームのパルスレーザ光ＰＬが用いられるため、滑らかな内壁面を有するスリット穴３ａ，３ｂが容易に得られる。

研磨工程（Ｃ）では、各スリット穴３ａ，３ｂの側壁を平滑化するために、磁性流体と研磨材との混合液６が用いられる。磁性流体は、磁場が印加されることで粘性が変化する流体であり、既に光学部品の研磨などに実用化されている。具体的には、平均粒径が約０．０１μｍの磁性流体と、粒径が例えば１μｍのダイヤモンドスラリーとの混合液６が各スリット穴３ａ，３ｂに流し込まれ、透明基板２と垂直に変動磁場が印加される。

混合液６は磁場の変動に合わせてスリット穴３ａ，３ｂ３内をランダムに移動する。透明基板２を中心軸の周りに回転させて、混合液６とスリット穴３ａ，３ｂの側壁との相対運動を促進することも可能である。混合液６が各スリット穴３ａ，３ｂの側壁面を研磨することにより、側壁面の粗さが平滑化され、例えば１〜２ｎｍの面粗さが実現される。

反射層形成工程（Ｄ）では、透明基板２が金属蒸気と反応物質との混合気体７中に置かれ、原子層堆積（ＡＬＤ）法によってスリット穴３ａ，３ｂの内壁に金属の反射層４が形成される。原子層堆積法では、スリット穴３ａ，３ｂの内壁全体に原子層が１層ずつ形成されるので、アスペクト比の高いスリット穴３ａ，３ｂであっても反射層４が均等に形成される。
このような製造方法により、図１に示す微細穴光学素子１が実現される。
次に、上述した改質工程について更に詳しく説明する。
図１０〜図１２は、図８に示す改質工程を実行する第１実施形態のレーザ改質装置１０の構造を示す図である。

図１０には、レーザ改質装置１０の正面図が示され、図１０中にはＸＹＺ座標軸が示されている。即ち、図１０の右方向がＸ方向であり、図１０の下方向がＹ方向であり、図１０の紙面に垂直な手前方向がＺ方向である。以下、レーザ改質装置１０における方向の説明に際しては、この座標軸を用いるものとする。
図１１には、レーザ改質装置１０を−Ｙ方向に見た図が示され、図１２には、レーザ改質装置１０を−Ｘ方向に見た図が示されている。

レーザ改質装置１０は、パルスレーザ光ＰＬを発するレーザ発振器１０１を備えている。レーザ発振器１０１としては、パルス幅が例えば２００ｆｓ以上５００ｆｓ以下で、パルスエネルギーが１μＪ以下で、繰り返し周波数が５ＭＨｚ以下のものが用いられる。このようなレーザ発振器１０１は、高ピークパワーを持った超短パルスのレーザ光を発するので、そのパルスレーザ光がガラスなどの透明基板２に集光されることで容易に多光子吸収等の非線形効果を生じる。

レーザ改質装置１０は、ビーム拡大系１０２と、シリンドリカルレンズ１０３と、ガルバノミラー１０４と、リレーレンズ系１０６と、絞り用レンズとも称される対物レンズ１０７と、可動ステージ１０８とを備えている。

レーザ発振器１０１から−Ｘ方向に発せられたパルスレーザ光ＰＬはビーム拡大系１０２に入射し、ビーム拡大系１０２によってパルスレーザ光ＰＬの光束が拡大されてシリンドリカルレンズ１０３へと入射する。

シリンドリカルレンズ１０３は、Ｚ方向からみた形状では曲面を有さず、Ｙ方向から見た形状では円弧状の曲面を有する光学素子である。このような形状により、シリンドリカルレンズ１０３は、−Ｘ方向に進行しＺ方向とＹ方向とに光束が広がっているパルスレーザ光ＰＬをＺ方向のみについて集光する。このシリンドリカルレンズ１０３が、本発明にいう第１集光素子の一例に相当する。

ガルバノミラー１０４は、シリンドリカルレンズ１０３によるパルスレーザ光ＰＬの集光位置付近に設けられている。ガルバノミラー１０４は、Ｚ方向に延びた回転軸を中心として回転可能な反射素子であり、パルスレーザ光ＰＬを反射してＹ方向へと向かわせる。また、ガルバノミラー１０４が回転することによってパルスレーザ光ＰＬの反射角度が変更され、図１０に点線で示されるように、パルスレーザ光ＰＬの進路がＸ方向に振られる。

リレーレンズ系１０６は、ガルバノミラー１０４で反射されたパルスレーザ光ＰＬを対物レンズ１０７へと導く。リレーレンズ系１０６は、パルスレーザ光ＰＬの進路がガルバノミラー１０４によって振られた場合であっても、パルスレーザ光ＰＬを対物レンズ１０７へと導くことができる。

対物レンズ１０７は、平行光束の光ビームを１点に集光する集光能力を有した光学素子であり、本発明にいう第２集光素子の一例に相当する。対物レンズ１０７は、入射される光ビームの平行光束が広い程、小さな点状に集光することができる。シリンドリカルレンズ１０３を経たパルスレーザ光ＰＬにこの対物レンズ１０７が作用することにより、焦点がＺ方向に線状に延びた線状ビームが形成される。また、パルスレーザ光ＰＬの進路がガルバノミラー１０４によって振られた場合には、対物レンズ１０７によって形成される線状ビームの照射位置がＸ方向に振られることになる。

可動ステージ１０８は透明基板２を保持すると共に、透明基板２をＸ，Ｙ，Ｚの各方向に移動させることができる。さらに可動ステージ１０８は、透明基板２をＹ軸回りに回転させることもできる。
このようなレーザ改質装置１０の光学系によって線状ビームが形成される原理について更に説明する。

図１３および図１４は、線状ビームの形成原理を示す図であり、図１３には、ＸＹ平面内方向における光束変化が示され、図１４には、Ｚ方向における光束変化が示されている。

レーザ発振器１０１から発せられたパルスレーザ光ＰＬは、ビーム拡大系１０２を経ることにより、Ｙ方向とＺ方向との双方について光束が広げられる。そして、光束のＺ方向については、図１４に示すように、シリンドリカルレンズ１０３によって集光され、ガルバノミラー１０４によって反射される。シリンドリカルレンズ１０３によるパルスレーザ光ＰＬの集光位置は、ガルバノミラー１０４の反射面の近傍ではあるが、光束のＹ方向の位置により反射面との距離が異なる。

シリンドリカルレンズ１０３に入射するパルスレーザ光ＰＬの光束のＹ方向については、図１３に示すように、集光されずに平行光束の状態でシリンドリカルレンズ１０３を透過し、ガルバノミラー１０４によって反射される。反射により、光束のＹ方向の広がりはＸ方向の広がりとなる。
ガルバノミラー１０４で反射されたパルスレーザ光ＰＬは、リレーレンズ系１０６によって対物レンズ１０７へと導かれる。

シリンドリカルレンズ１０３によって集光されたパルスレーザ光ＰＬのＺ方向については、図１４に示すように、リレーレンズ系１０６によって導かれた結果、対物レンズ１０７の入射面上で再び集光される。このように集光されたパルスレーザ光ＰＬが対物レンズ１０７に入射すると、対物レンズ１０７はパルスレーザ光ＰＬの光束を広げるように作用する。

ガルバノミラー１０４に反射されたパルスレーザ光ＰＬのＸ方向の光束については、図１３に示すように、平行光束の状態でリレーレンズ系１０６に入射し、リレーレンズ系１０６によって導かれた結果、対物レンズ１０７に平行光束の状態で入射する。このような平行光束のパルスレーザ光ＰＬについては、対物レンズ１０７は１点に集光するように作用する。ビーム拡大系１０２で光束が広げられているため、Ｘ方向における集光系のＮＡ値は例えば０．２６などといった大きな値となり、集光スポットは小さい。

このような光学系の作用により、図１０に示す可動ステージ１０８上の透明基板２には、Ｘ方向に細く集光されＺ方向に広がった線状の焦点を有する線状ビームとしてパルスレーザ光ＰＬが照射されることになる。
次に、このような線状ビームのパルスレーザ光ＰＬによる改質手順の詳細について説明する。

図１０に示すレーザ改質装置１０は、上述した様に、透明基板２を立体的に移動させる可動ステージ１０８を備えるとともに、Ｚ方向に広がった線状の焦点をＸ方向に振るガルバノミラー１０４も備えている。これら可動ステージ１０８およびガルバノミラー１０４によってパルスレーザ光ＰＬは透明基板２中の指定された箇所に集光されて集光スポットを形成する。
図１５は、レーザ改質装置１０で実行される改質工程の手順例を示す図である。
図１５には、改質工程で透明基板２中に改質領域２ａが形成される手順の一例として、段階（Ａ）から段階（Ｆ）までの手順が模式的に示されている。

段階（Ａ）では、可動ステージ１０８が、ＣＡＤデータに基づいたスタート箇所に位置決めされることで、透明基板２の裏面直上にパルスレーザ光ＰＬの焦点が結ばれ、改質領域２ａの形成が開始される。パルスレーザ光ＰＬの焦点は、図１５の紙面に垂直な方向に引き上げられるように広がっていて、改質領域２ａは、図１５の紙面に垂直な方向に連続しているものとする。

段階（Ｂ）では、可動ステージ１０８が図の下方へと、スリット穴の延びる角度で移動することでパルスレーザ光ＰＬの焦点が透明基板２の内部側へと移動し、その結果、改質領域２ａが透明基板２の内部側に延びる。改質領域２ａがパルスレーザ光ＰＬの前方側から後方側へと延びることで、改質済みの箇所によるビームの乱れが回避されるので改質箇所の精度が向上する。可動ステージ１０８の移動は、改質領域２ａが透明基板２の厚みの例えば半分に到達するまで続けられる。

段階（Ｃ）では、パルスレーザ光ＰＬが一端止められ、ガルバノミラー１０４（図１０など参照）によってパルスレーザ光ＰＬの照射位置が振られ、段階（Ａ）および段階（Ｂ）と同様の手順が行われることで、複数の改質領域２ａが形成される。各改質領域２ａが透明基板２内に延びる角度については改質領域２ａ毎に異なっている。
段階（Ａ）〜段階（Ｃ）が、図８に示す第１改質工程（Ａ−１）に相当する手順である。

なお、ここでは、ガルバノミラーによるパルスレーザ光ＰＬの照射位置の変更は、改質領域２ａの位置変更に用いられるが、ガルバノミラーによる照射位置の変更は、改質領域２ａの幅（即ちスリット穴の幅）の調整にも用いられ得る。
段階（Ｄ）では、可動ステージ１０８が例えば９０度回転し、透明基板２に対するパルスレーザ光ＰＬの焦点の広がり方向が変更される。

段階（Ｅ）では、透明基板２の、段階（Ａ）〜段階（Ｃ）で改質された深さの直上にパルスレーザ光ＰＬの焦点が結ばれ、透明基板２の未改質の深さ部分に対する改質領域２ａの形成が開始される。可動ステージ１０８が図の下方へと、スリット穴の延びる角度で移動することでパルスレーザ光ＰＬの焦点が透明基板２の表面側へと移動し、その結果、改質領域２ａが透明基板２の表面側に延びる。

段階（Ｆ）では、段階（Ｃ）と同様に、パルスレーザ光ＰＬの一旦停止と、ガルバノミラー１０４による照射位置の変更と、改質領域２ａの形成とが繰り返されることで、複数の改質領域２ａが形成される。
段階（Ｄ）〜段階（Ｆ）が、図８に示す第２改質工程（Ａ−２）に相当する手順である。
第１改質工程（Ａ−１）に相当する改質と第２改質工程（Ａ−２）に相当する改質との双方が透明基板２の片面側からの照射によって実行されることにより、透明基板２を裏返す工程などが省略されるので工程数が減少する。

以上の手順で、図１に示すように配列され図２に示すような形状と図３に示すような各向きとを有した各スリット穴３ａ，３ｂに相当する改質領域２ａが形成されることになる。

このように、本実施形態の微細穴光学素子１の製造方法では、理想的な形状と向きを有するスリット穴３ａ，３ｂ（および反射層４）が簡便な工程で透明基板２に高精度に形成され、スリット穴３ａ，３ｂ（および反射層４）の形成に際して透明基板２には応力などが加えられない。このため微細穴光学素子１は、広い視野を有するとともに結像性能（品質）も高い。また、線状ビームが用いられることで、精度のよいスリット穴３ａ，３ｂ（および反射層４）が高い生産性で形成されるので、微細穴光学素子１の生産性も高い。
次に、このように製造される微細穴光学素子１が組み込まれた光学装置について説明する。
図１６は、微細穴光学素子１が組み込まれた光学装置１００を示す図である。
光学装置１００は例えば天体を観測する装置であり、光学系部分１１０と電子系部分１２０とを備えている。

電子系部分１２０は、光学系部分１１０に対向する位置に受光装置１２１を備えている。受光装置１２１の受光面は、上述した焦点面ＦＰに沿った球面状の面である。また、電子系部分１２０の本体部分１２２には、受光装置１２１の電源や制御回路などが組み込まれている。

光学系部分１１０はフレーム１１１を有し、そのフレーム１１１上に複数の微細穴光学素子１が並べて固定され、それら複数の微細穴光学素子１がフレーム１１１で支持されている。
図１７は、光学装置１００の光学系部分１１０の組み立て図である。

フレーム１１１には枠穴１１２が設けられており、各枠穴１１２に各微細穴光学素子１が対応付けられて微細穴光学素子１が取り付けられる。各微細穴光学素子１からの通過光は、フレーム１１１の枠穴１１２を通り抜け、受光装置１２１の受光面上に上述した集光パターンで集光される。

フレーム１１１が各微細穴光学素子１を支持する部分の全体的な形状は、上述した共通の球面Ｓに沿った球面状の形状となっており、各微細穴光学素子１は共通の球面Ｓに沿った球面状に並べられて支持される。この結果、複数の微細穴光学素子１の全体で１つのＬＥＯとして機能し、例えば３０度といった広い視野が実現される。つまり、平板状の微細穴光学素子１が球面状に配置されることにより、製造が容易で広視野の光学装置が実現される。
図１８，図１９は、フレーム１１１に対する微細穴光学素子１の固定方法を示す図であり、図１８には断面図が示され、図１９には正面図が示されている。

微細穴光学素子１は、四角形の角の部分が押さえ部材１１３によって押さえられ、押さえ部材１１３はピン１１４によってフレーム１１１に固定される。このような固定構造により、微細穴光学素子１は、貫通穴３が設けられて集光に寄与する領域が光に対して広く露出した状態でフレーム１１１に固定される。
次に、第２実施形態のレーザ改質装置について説明する。
図２０は、第２実施形態のレーザ改質装置１１を示す図である。

第２実施形態のレーザ改質装置１１は、第１実施形態のレーザ改質装置１０と同様に、レーザ発振器１０１と、ビーム拡大系１０２と、シリンドリカルレンズ１０３と、リレーレンズ系１０６と、絞り用レンズとも称される対物レンズ１０７と、可動ステージ１０８とを備えている。
第２実施形態のレーザ改質装置１１では、Ｘ方向に延びた回転軸を中心としてシリンドリカルレンズ１０３を回転させる回転機構が備えられている。

また、第２実施形態のレーザ改質装置１１は、第１実施形態におけるガルバノミラー１０４に替えて、第１のガルバノミラー１０５ａと、第２のガルバノミラー１０５ｂとを備えている。第２実施形態の場合、シリンドリカルレンズ１０３によるパルスレーザ光ＰＬの集光位置は、第１のガルバノミラー１０５ａと第２のガルバノミラー１０５ｂとの中間となっている。また、第１のガルバノミラー１０５ａと第２のガルバノミラー１０５ｂとは、可能な限り近づける方が好ましく、例えば１００ｍｍ以内の距離が好ましい。

第１のガルバノミラー１０５ａは、パルスレーザ光ＰＬをＹ方向へと反射する反射素子であり、Ｚ方向に延びた回転軸を中心として回転可能となっている。第１のガルバノミラー１０５ａは、回転によってパルスレーザ光ＰＬの進行方向を振ることができ、その結果、透明基板２上での照射位置がＸ方向に振られることになる。

第２のガルバノミラー１０５ｂは、第１のガルバノミラー１０５ａによって反射されたパルスレーザ光ＰＬを−Ｚ方向へと反射してリレーレンズ系１０６へと向かわせる。第２のガルバノミラー１０５ｂは、Ｘ方向に延びた回転軸を中心として回転可能な反射素子である。第２のガルバノミラー１０５ｂも、回転によってパルスレーザ光ＰＬの進行方向を振ることができ、その結果、透明基板２上での照射位置がＹ方向に振られることになる。

第２実施形態のレーザ改質装置１１も、図８および図１５で説明した改質工程に用いられるが、図１５に示す段階（Ｄ）では、可動ステージ１０８による透明基板２の回転ではなく、シリンドリカルレンズ１０３の回転による線状ビームの回転が行われる。この線状ビームの回転により、パルスレーザ光ＰＬにおける焦点の広がり方向が透明基板２に対して例えば９０度回転する。

図１５に示す段階（Ｃ）や段階（Ｆ）で説明したようにガルバノミラーによる照射位置の変更が行われる場合には、第２実施形態のレーザ改質装置１１では、パルスレーザ光ＰＬにおける焦点の広がり方向に応じて、第１のガルバノミラー１０５ａと第２のガルバノミラー１０５ｂとのうちいずれか一方が用いられる。即ち、Ｙ方向に焦点が広がっている場合には第１のガルバノミラー１０５ａによって照射位置が変更され、Ｘ方向に焦点が広がっている場合には第２のガルバノミラー１０５ｂによって照射位置が変更される。

このような第２実施形態のレーザ改質装置１１が用いられる場合も、線状ビームが用いられることで精度のよいスリット穴３ａ，３ｂ（および反射層４）が高い生産性で形成され、微細穴光学素子１の生産性も高い。

次に、改質工程の別の各例について説明する。以下説明する各例では、上述した実施形態の透明基板よりもサイズの大きな透明基板が用いられる。そのため、スリット穴３ａ，３ｂの延びる長さがパルスレーザ光ＰＬの焦点の広がりよりも大きく、複数のスリット穴３ａ，３ｂが、ガルバノミラーによる振れ幅よりも広い範囲に亘って並んでいる。
パルスレーザ光ＰＬの届く範囲（即ち焦点の広がりや振れ幅）は対物レンズの視野によって制限される。また、精細なスリットの作製には、高ＮＡの対物レンズの使用が必要であり、高ＮＡな対物レンズほど視野が狭くなる。一般的には、パルスレーザ光ＰＬの届く範囲は、およそ数ｍｍ〜数十ミリｍｍとなるが、半導体ステッパーレンズのような大型の対物レンズを使用することで、数十ｃｍの範囲までパルスレーザ光ＰＬを届かせることが可能である。以下説明する各例で用いられる大きな透明基板は、この数十ｃｍの範囲を越える大きさを有する透明基板である。
図２１は、大きな透明基板２に対する改質工程の第１例を示す図である。

図２１に示す第１例では、図８に示す第１改質工程（Ａ−１）と第２改質工程（Ａ−２）とのそれぞれについて、透明基板２上で５行５列に並んだ合計で２５個の基板領域２０毎に改質が行われる。各基板領域２０では、可動ステージ１０８がスリット穴の延びる方向に移動しながら線状ビームのパルスレーザ光ＰＬが連続照射されて１本の改質領域２ａが形成される照射工程と、パルスレーザ光ＰＬが一旦停止されてガルバノミラーの回転によってパルスレーザ光ＰＬの照射位置が変更されるミラー回転工程とが繰り返されて、複数の改質領域２ａが形成される。
１つの基板領域２０における複数の改質領域２ａの形成が完了すると、可動ステージ１０８の移動によって次の基板領域２０が改質対象となる。

図２１に示す第１例では、透明基板２の例えば左下隅に位置する基板領域２０から改質が開始され、その基板領域２０に対し、スリット穴が延びる方向（図の縦方向）に隣接した基板領域２０が、次の改質対象となる。その後も、スリット穴が延びる方向に沿って例えば図の下方から上方へと順次に基板領域２０が改質され、透明基板２の左端に位置する１列５個の基板領域２０が改質される。なお、ここでは、基板領域２０同士が隣接するものとして説明するが、特にスリット穴が延びる方向については、基板領域２０同士が一部重複してもよい。

レーザ改質装置１０、１１における光学的安定性が考慮された場合には、このようにスリット穴が延びる方向に沿って順次に基板領域２０が改質される手順は、高精度なスリット穴形成のために好ましい。

１列分の基板領域２０について改質が完了すると、次に、その１列に隣り合った１列５個の基板領域２０が、例えば図の上方から下方へと順次に改質される。図２１中の丸付き数字は改質の順番を表している。

このように、スリット穴が延びる方向の列毎に基板領域２０の改質が行われ、第１改質工程（Ａ−１）に相当する、２５個の基板領域２０に対する改質が完了する。その後、透明基板２の回転（即ち可動ステージ１０８の回転）あるいは線状ビームの回転（即ちシリンドリカルレンズ１０３の回転）が行われ、透明基板２に対して線状ビームの焦点が延びる方向が例えば９０度回転される。

第２改質工程（Ａ−２）でも、第１改質工程（Ａ−１）と同様に、２５個の基板領域２０に対する改質が、スリット穴の延びる方向に沿った列毎に実行される。また、各列の改質では、列の一端側から順にスリット穴の延びる方向へと各基板領域２０が改質される。

このような手順の改質工程により、線状ビームにおける焦点の広がりよりも長くスリット穴が延びる大きな透明基板２に対する改質が効率よくかつ精度よく実行される。
図２２は、大きな透明基板２に対する改質工程の第２例を示す図である。

図２２に示す第２例でも、第１例と同様に、図８に示す第１改質工程（Ａ−１）と第２改質工程（Ａ−２）とのそれぞれについて、透明基板２上で５行５列に並んだ合計で２５個の基板領域２０毎に改質が行われる。また、第１例と同様に第２例でも、各基板領域２０では、１本の改質領域２ａが形成される照射工程と、パルスレーザ光ＰＬの照射位置が変更されるミラー回転工程とが繰り返されて、複数の改質領域２ａが形成される。１つの基板領域２０における複数の改質領域２ａの形成が完了すると、可動ステージ１０８の移動によって次の基板領域２０が改質対象となる。

図２２に示す第２例では、透明基板２の例えば左下隅に位置する基板領域２０から改質が開始され、その基板領域２０に対し、スリット穴同士が並ぶ方向（図の横方向）に隣接した基板領域２０が、次の改質対象となる。その後も、スリット穴同士が並ぶ方向に沿って例えば図の左方から右方へと順次に基板領域２０が改質され、透明基板２の下端に位置する１行５個の基板領域２０が改質される。

１行分の基板領域２０について改質が完了すると、次に、その１行に隣り合った１行５個の基板領域２０が、例えば図の右方から左方へと順次に改質される。図２２中でも丸付き数字が改質の順番を表している。

このように、スリット穴同士が並ぶ方向の行毎に基板領域２０の改質が行われ、第１改質工程（Ａ−１）に相当する、２５個の基板領域２０に対する改質が完了する。その後、透明基板２の回転（即ち可動ステージ１０８の回転）あるいは線状ビームの回転（即ちシリンドリカルレンズ１０３の回転）が行われ、透明基板２に対して線状ビームの焦点が延びる方向が例えば９０度回転される。
第２改質工程（Ａ−２）でも、第１改質工程（Ａ−１）と同様に、２５個の基板領域２０に対する改質が、スリット穴同士が並ぶ方向の行毎に実行される。

このような第２例の改質工程によっても、線状ビームにおける焦点の広がりよりも長くスリット穴が延びる大きな透明基板２に対する改質が効率よく実行される。
図２３は、大きな透明基板２に対する改質工程の第３例を示す図である。

図２３に示す第３例でも、第１例や第２例と同様に、図８に示す第１改質工程（Ａ−１）と第２改質工程（Ａ−２）とのそれぞれについて、透明基板２上で５行５列に並んだ合計で２５個の基板領域２０毎に改質が行われる。また、第１例や第２例と同様に第３例でも、各基板領域２０では、１本の改質領域２ａが形成される照射工程と、パルスレーザ光ＰＬの照射位置が変更されるミラー回転工程とが繰り返されて、複数の改質領域２ａが形成される。１つの基板領域２０における複数の改質領域２ａの形成が完了すると、可動ステージ１０８の移動によって次の基板領域２０が改質対象となる。

図２３に示す第３例では、透明基板２の例えば下端の中央に位置する基板領域２０から改質が開始され、その基板領域２０に対し、スリット穴が延びる方向（図の縦方向）に隣接した基板領域２０が、次の改質対象となる。その後も、スリット穴が延びる方向に沿って例えば図の下方から上方へと順次に基板領域２０が改質され、透明基板２の左端に位置する１列５個の基板領域２０が改質される。

１列分の基板領域２０について改質が完了すると、次に、その１列とは距離が空いた１列５個の基板領域２０が、例えば図の上方から下方へと順次に改質される。図２３中の丸付き数字は改質の順番を表している。つまり、図２３に示す第３例では、１列分の基板領域２０については、隣り合った基板領域２０が順次に改質されるが、１列分の改質が完了した後は、基板上で隣接しない１列分が次の改質対象となる。パルスレーザ光ＰＬの照射による熱応力が考慮された場合には、このように距離が空いた列に次の改質対象が移る手順は、高精度なスリット穴形成のために好ましい。

このように、スリット穴が延びる方向の列毎に基板領域２０の改質が行われ、第１改質工程（Ａ−１）に相当する、２５個の基板領域２０に対する改質が完了する。その後、透明基板２の回転（即ち可動ステージ１０８の回転）あるいは線状ビームの回転（即ちシリンドリカルレンズ１０３の回転）が行われ、透明基板２に対して線状ビームの焦点が延びる方向が例えば９０度回転される。

第２改質工程（Ａ−２）でも、第１改質工程（Ａ−１）と同様に、２５個の基板領域２０に対する改質が、スリット穴の延びる方向に沿った列毎に実行される。また、各列の改質では、列の一端側から順にスリット穴の延びる方向へと各基板領域２０が改質され、列が変わる際には、距離が空いた列へと改質対象が移る。

このような手順の改質工程により、線状ビームにおける焦点の広がりよりも長くスリット穴が延びる大きな透明基板２に対する改質が効率よくかつ精度よく実行される。

なお、上記説明では、天体観測用に用いられる微細穴光学素子が例示されているが、本発明にいう微細穴光学素子は、非天文学的な物体の観測や撮像に用いられてもよい。

また、上記説明では、２段のスリット穴３ａ，３ｂそれぞれの延びる方向が互いに直交する例が示されているが、本発明にいう微細穴光学素子は、直交以外の角度でスリット穴同士が交わるものであってもよい。

また、上記説明では、透明基板として単一形成の透明基板が例示されているが、本発明にいう透明基板は、例えば厚さ方向に複数の基板部分が重ねられた透明基板や、広がり方向に複数の基板部分が継ぎ合わされた透明基板であってもよい。

１…微細穴光学素子、２…透明基板、３ａ，３ｂ…スリット穴、４…反射層、
１０，１１…レーザ改質装置、１０１…レーザ発振器、１０２…ビーム拡大系、
１０３…シリンドリカルレンズ、１０４、１０５ａ、１０５ｂ…ガルバノミラー、
１０６…リレーレンズ系、１０７…対物レンズ、１０８…可動ステージ、
１００…光学装置、１１１…フレーム

Claims (14)

1. 透明基板と前記透明基板を貫通する複数の並んだ穴を備え、
   前記各穴は、深さ方向の延長線が透明基板外に位置した共通の交点に向かうとともに当該交点を中心とした共通の球面と交わるような、前記透明基板の表面から厚み方向の途中まで達する複数の線状の第１スリット穴と、当該第１スリット穴に交わる方向に延びて前記透明基板の裏面まで達する線状の第２スリット穴とを備える微細穴光学素子の製造方法であって、
   前記複数の第１スリット穴が形成される各形成箇所について、当該第１スリット穴が延びる方向に焦点が線状に広がった線状ビームを、前記透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該箇所を改質する第１改質工程と、
   前記複数の第２スリット穴が形成される各形成箇所について、当該第２スリット穴が延びる方向に焦点が線状に広がった線状ビームを前記透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該箇所を改質する第２改質工程と、
   前記第１改質工程および前記第２改質工程で改質された箇所を除去して前記第１スリット穴および前記第２スリット穴を形成する除去工程と、
   前記第１スリット穴および前記第２スリット穴それぞれの内壁に反射層を形成する反射層形成工程と、
   を備えることを特徴とする微細穴光学素子の製造方法。
2. 前記第１改質工程および前記第２改質工程が、前記透明基板の表裏面のうち片面側からビームを照射して前記第１スリット穴と前記第２スリット穴との双方の箇所を改質することを特徴とする請求項１に記載の微細穴光学素子の製造方法。
3. 前記第１改質工程および前記第２改質工程が、前記第１スリット穴と前記第２スリット穴とのうち、前記ビームの進行方向前方側に位置するスリット穴の箇所から先に改質することを特徴とする請求項２に記載の微細穴光学素子の製造方法。
4. 前記第１改質工程と前記第２改質工程との間に、前記線状ビームの焦点が広がる方向と前記第２スリット穴が延びる方向とを合わせるように前記透明基板を回転させる基板回転工程を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の微細穴光学素子の製造方法。
5. 前記第１改質工程と前記第２改質工程との間に、前記線状ビームの焦点が広がる方向と前記第２スリット穴が延びる方向とを合わせるように前記線状ビームを回転させるビーム回転工程を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の微細穴光学素子の製造方法。
6. 前記線状ビームは、光ビームの進行方向に交わる２軸のうちの１軸方向のみについて集光する第１集光素子と、平行光束の光ビームを１点に集光する第２集光素子とを、平行光束の光ビームが順に経ることで形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の微細穴光学素子の製造方法。
7. 前記第１改質工程および前記第２改質工程の少なくとも一方が、前記線状ビームの前記透明基板への照射と、前記線状ビームの照射位置の変更とを繰り返すことにより、互いに並行して延びる複数の前記形成箇所それぞれを改質する工程であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の微細穴光学素子の製造方法。
8. 前記線状ビームの照射位置の変更は、当該線状ビームを反射する反射素子の反射面の角度を変更することによって行われることを特徴とする請求項７に記載の微細穴光学素子の製造方法。
9. 前記第１改質工程および前記第２改質工程の少なくとも一方が、前記透明基板上の一部領域における前記形成箇所の改質と、当該透明基板上での当該一部領域の移動とを繰り返すことで、当該線状ビームにおける焦点の広がりよりも長く延びるスリット穴の形成箇所を改質する工程であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の微細穴光学素子の製造方法。
10. 前記一部領域の移動として、前記線状ビームの焦点が広がる方向への移動と、当該方向と交わる方向への移動とを行って、前記一部領域が２次元的に配列された範囲に亘る改質を行うことを特徴とする請求項９に記載の微細穴光学素子の製造方法。
11. 前記一部領域の移動として、当該一部領域同士が隣接しあるいは一部重畳する距離の移動を行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の微細穴光学素子の製造方法。
12. 前記一部領域の移動として、当該一部領域同士に間隔が空く距離の移動を行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の微細穴光学素子の製造方法。
13. 光ビームを透明基板に照射して多光子吸収を生じさせることで当該光ビームの照射箇所を改質する改質装置であって、
    光ビームを発生する光源と、
    光ビームの進行方向に交わる２軸のうちの１軸方向のみについて当該光ビームを集光する集光能力を有し、前記光源からの光ビームに作用する非等方集光素子と、
    平行光束の光ビームを１点に集光する集光能力を有し、前記非等方集光素子を経た光ビームに作用することで、光ビームの進行方向に交わる方向へと焦点が線状に広がった線状ビームを形成する等方集光素子と、
    前記非等方集光素子を経た光ビームを反射して前記等方集光素子へと導き、反射角度の変更により前記線状ビームの焦点を、当該焦点が広がる方向と交わる方向へと移動させる反射素子と、
    を備えたことを特徴とする改質装置。
14. 前記透明基板を保持し、当該透明基板に照射される光ビームの進行方向に沿って当該透明基板を移動させることで当該光ビームによる改質箇所を当該進行方向に沿って延ばす基板保持台を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の改質装置。

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