JP2502768B2 - レ―ザによる切除方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、一般に有機重合体及び生体組織のアブレー
ション（切除）に関するものであり、より具体的には、
第１及び第２の波長のパルス・レーザを同時に、または
時間的に相関させて使用する改良されたアブレーション
技術に関するものである。
ション（切除）に関するものであり、より具体的には、
第１及び第２の波長のパルス・レーザを同時に、または
時間的に相関させて使用する改良されたアブレーション
技術に関するものである。
B.従来技術 医科及び歯科医療にレーザからの放射線を利用するこ
とは、レーザの発明後間もなく行なわれ、かなり以前か
ら知られている。赤外または可視レーザを使用した初期
の研究では、医療研究者は動物及び人間の網膜を治療
し、レーザ光線が治療の目的で網膜に外傷を起こすこと
を示した。このような赤外または可視レーザを用いた眼
科手術は、現在網膜剥離その他の障害の治療に、世界中
で日常的に行なわれている。これらの医学分野でも、レ
ーザ光線を使用する他の応用分野でも、レーザ光線は照
射された組織に吸収されて、加熱、蛋白質の変性、及び
組織の壊死をもたらす。その結果、瘢痕組織の形成、血
管の焼灼、罹患または損傷した組織の切除により治療が
行なわれる。
とは、レーザの発明後間もなく行なわれ、かなり以前か
ら知られている。赤外または可視レーザを使用した初期
の研究では、医療研究者は動物及び人間の網膜を治療
し、レーザ光線が治療の目的で網膜に外傷を起こすこと
を示した。このような赤外または可視レーザを用いた眼
科手術は、現在網膜剥離その他の障害の治療に、世界中
で日常的に行なわれている。これらの医学分野でも、レ
ーザ光線を使用する他の応用分野でも、レーザ光線は照
射された組織に吸収されて、加熱、蛋白質の変性、及び
組織の壊死をもたらす。その結果、瘢痕組織の形成、血
管の焼灼、罹患または損傷した組織の切除により治療が
行なわれる。
このように、初期の従来技術では、レーザは、その熱
エネルギーで有機物質を熱分解させる有向放射線源とし
て使用されていた。しかし加熱が望ましくなく、実際に
は有害となるような状況も多く、これらの状況ではこの
ようなレーザを使用することはできない。たとえば、赤
外レーザは材料基板を光化学的アブレーションでなく加
熱によって切断するが、特に深い切断面では、加熱され
る領域が十分に制御できないので、重合体その他の有機
物質（生体層など）のエッチングには、通常望ましくな
い。下記の説明で明らかになるように、本発明は基板に
不必要な加熱による損傷を与えないようなエッチングの
技術及び装置を対象とするものである。
エネルギーで有機物質を熱分解させる有向放射線源とし
て使用されていた。しかし加熱が望ましくなく、実際に
は有害となるような状況も多く、これらの状況ではこの
ようなレーザを使用することはできない。たとえば、赤
外レーザは材料基板を光化学的アブレーションでなく加
熱によって切断するが、特に深い切断面では、加熱され
る領域が十分に制御できないので、重合体その他の有機
物質（生体層など）のエッチングには、通常望ましくな
い。下記の説明で明らかになるように、本発明は基板に
不必要な加熱による損傷を与えないようなエッチングの
技術及び装置を対象とするものである。
1982年に、波長が200nmより短い紫外線が、有機物質
を構成する結合を電子的に励起し、次に結合を破壊する
ことにより、重合体及び有機生体物質を分解する効率が
高いことがはじめて報告された。この現象は、以下で定
義するアブレーティブ光分解（APD）の一種である。照
射された材料はアブレーティブ光分解によって除去さ
れ、残った材料が加熱またはその他の原因で損傷を受け
ることはほとんどない。これは比較的直線的な光化学効
果で、有機物質中の不均一性によってフォトエッチング
が影響を受けない。この現象はのちに、これより長い波
長の紫外線にも拡張されることが分かった。最近、波長
が193nmないし351nmの紫外レーザが重合体のアブレーシ
ョンや、角膜手術、血管形成などに使用されている。
を構成する結合を電子的に励起し、次に結合を破壊する
ことにより、重合体及び有機生体物質を分解する効率が
高いことがはじめて報告された。この現象は、以下で定
義するアブレーティブ光分解（APD）の一種である。照
射された材料はアブレーティブ光分解によって除去さ
れ、残った材料が加熱またはその他の原因で損傷を受け
ることはほとんどない。これは比較的直線的な光化学効
果で、有機物質中の不均一性によってフォトエッチング
が影響を受けない。この現象はのちに、これより長い波
長の紫外線にも拡張されることが分かった。最近、波長
が193nmないし351nmの紫外レーザが重合体のアブレーシ
ョンや、角膜手術、血管形成などに使用されている。
紫外線は150ないし400nmの波長を含むと定義されてい
る。当技術分野ではアブレーティブ・エッチングは、放
射線が400nmより短い波長の範囲の放射線を出し、以下
で定義するアブレーティブ光分解が生じる限り、既知の
どの放射線源を用いても行なうことができる。適切な紫
外波長の放射線源は、193nmのパルス出力を持つArFエキ
シマ・レーザである。この種のレーザは市販されてい
る。
る。当技術分野ではアブレーティブ・エッチングは、放
射線が400nmより短い波長の範囲の放射線を出し、以下
で定義するアブレーティブ光分解が生じる限り、既知の
どの放射線源を用いても行なうことができる。適切な紫
外波長の放射線源は、193nmのパルス出力を持つArFエキ
シマ・レーザである。この種のレーザは市販されてい
る。
定義：アブレーティブ光分解（アブレーション）と
は、波長が400nmにより短い紫外線によって物質を構成
する結合を電子的に励起し、次にその結合を破壊するこ
とにより、ある種の物質を分解して揮発性の断片状物質
を生成し、それを表面から蒸発または逸散させることを
いう。これらの光化学反応は波長が200nm未満の場合
（真空紫外線）特に効率が良いことが知られているが、
波長が400nmまでのものも外科手術その他の用途に使用
されている。アブレーティブ光分解では、生体物質の断
片が運動エネルギーを運び去り、そのため基層中での発
熱が防止される。
は、波長が400nmにより短い紫外線によって物質を構成
する結合を電子的に励起し、次にその結合を破壊するこ
とにより、ある種の物質を分解して揮発性の断片状物質
を生成し、それを表面から蒸発または逸散させることを
いう。これらの光化学反応は波長が200nm未満の場合
（真空紫外線）特に効率が良いことが知られているが、
波長が400nmまでのものも外科手術その他の用途に使用
されている。アブレーティブ光分解では、生体物質の断
片が運動エネルギーを運び去り、そのため基層中での発
熱が防止される。
アブレーティブ光分解により有機重合体または生体組
織をエッチングするには、レーザの力が弱くても放射線
が媒体に吸収されることが必要である。しかし、多くの
物質は、フルエンスが低いとアブレーションを起こすの
に十分なエネルギーを吸収しない。この問題を解決する
可能な方法の１つは、これらの物質にその吸収断面積を
増加させる物質をドーピングさせることである。この解
決法は、ドーピングによってエッチングを必要とする深
さまで試料全体が汚染されるため、多くの用途では受け
入れられない。
織をエッチングするには、レーザの力が弱くても放射線
が媒体に吸収されることが必要である。しかし、多くの
物質は、フルエンスが低いとアブレーションを起こすの
に十分なエネルギーを吸収しない。この問題を解決する
可能な方法の１つは、これらの物質にその吸収断面積を
増加させる物質をドーピングさせることである。この解
決法は、ドーピングによってエッチングを必要とする深
さまで試料全体が汚染されるため、多くの用途では受け
入れられない。
したがって、フルエンスの低いレーザを用いてアブレ
ーティブ光分解によりエッチングを行なうことが望まし
い。本発明は、その１態様では、第１及び第２のレーザ
を使用してエッチングを行なう方法に関するものであ
る。この紫外線レーザ波長の組合せは医科及び歯科目的
に使用でき、特に生体有機物質または重合体基板のエッ
チングまたは侵食に使用できる。放射線が当たった領域
の周囲を不必要に加熱したり損傷したりすることなく、
材料を選択的に除去することができる。有機物質を除去
またはエッチングする技術及び装置は、従来技術と異な
り、エッチング・パターンの幾何形状が入射する放射線
によって完全に画定される。
ーティブ光分解によりエッチングを行なうことが望まし
い。本発明は、その１態様では、第１及び第２のレーザ
を使用してエッチングを行なう方法に関するものであ
る。この紫外線レーザ波長の組合せは医科及び歯科目的
に使用でき、特に生体有機物質または重合体基板のエッ
チングまたは侵食に使用できる。放射線が当たった領域
の周囲を不必要に加熱したり損傷したりすることなく、
材料を選択的に除去することができる。有機物質を除去
またはエッチングする技術及び装置は、従来技術と異な
り、エッチング・パターンの幾何形状が入射する放射線
によって完全に画定される。
従来技術による多くのシステムには、不可視領域の切
断用レーザの照準合せを助ける第２の可視領域のレーザ
が含まれている。米国特許第3710798号及び第4289378号
明細書には２つの明確に異なる波長のレーザを使用した
レーザ切断システムが記載されている。可視領域の第１
のレーザがターゲット領域を照明し、第２の切断用レー
ザが有機物質を除去する。
断用レーザの照準合せを助ける第２の可視領域のレーザ
が含まれている。米国特許第3710798号及び第4289378号
明細書には２つの明確に異なる波長のレーザを使用した
レーザ切断システムが記載されている。可視領域の第１
のレーザがターゲット領域を照明し、第２の切断用レー
ザが有機物質を除去する。
米国特許第4408602号明細書には、３種類のレーザ源
を使用し、各レーザ源からの放射線の波長が異なる、レ
ーザ・アブレーション・システムが記載されている。第
１のレーザ源は、レーザの照準合せのための可視領域の
光線を放出し、第２及び第３の光線は独立した切断用の
レーザ源である。これら２つの切断用レーザ源の第１の
ものは、波長が赤外領域にあるCO2レーザである。第２
のものは波長が可視領域の“YAG"レーザである。これら
のレーザはそれぞれ異種の組織に有効である。上記の特
許の装置により、術者は切断しようとする組織に応じて
レーザを容易に切り換えることができる。
を使用し、各レーザ源からの放射線の波長が異なる、レ
ーザ・アブレーション・システムが記載されている。第
１のレーザ源は、レーザの照準合せのための可視領域の
光線を放出し、第２及び第３の光線は独立した切断用の
レーザ源である。これら２つの切断用レーザ源の第１の
ものは、波長が赤外領域にあるCO2レーザである。第２
のものは波長が可視領域の“YAG"レーザである。これら
のレーザはそれぞれ異種の組織に有効である。上記の特
許の装置により、術者は切断しようとする組織に応じて
レーザを容易に切り換えることができる。
コーレン（Koren）の論文「CO2レーザを用いたカプト
ン・フィルムの紫外アブレーティブ・フォトエッチング
（CO2 Laser Assisted 紫外 Ablative Photo-etching
of Kapton Films）」アプライド・フィジックス・レタ
ーズ（Applied Physics Letters）、1984年７月には、
赤外レーザ源を使った重合体のエッチングについて記載
されている。この方法では、赤外レーザ放射線の最初の
部分をタングステン棒に合焦させてプラズマを生成し、
きわめて高い温度を発生させる。プラズマにより発生す
る紫外線（UV）及び真空紫外線（VUV）の連続スペクト
ルを、赤外レーザ放射線の第２の部分と共に重合体ター
ゲットに合焦させて、ターゲットをエッチングする。こ
のエッチング技術は、赤外線がエッチングされる材料に
熱損傷を与える傾向があるため、多くの場合受け入れら
れない。さらに、この技術は、赤外線が特に上記のフル
エンスでは、従来の光ファイバ中を伝搬させることはほ
とんど不可能なため、光ファイバによって放射線を伝搬
させ合焦させる場合には使用できない。
ン・フィルムの紫外アブレーティブ・フォトエッチング
（CO2 Laser Assisted 紫外 Ablative Photo-etching
of Kapton Films）」アプライド・フィジックス・レタ
ーズ（Applied Physics Letters）、1984年７月には、
赤外レーザ源を使った重合体のエッチングについて記載
されている。この方法では、赤外レーザ放射線の最初の
部分をタングステン棒に合焦させてプラズマを生成し、
きわめて高い温度を発生させる。プラズマにより発生す
る紫外線（UV）及び真空紫外線（VUV）の連続スペクト
ルを、赤外レーザ放射線の第２の部分と共に重合体ター
ゲットに合焦させて、ターゲットをエッチングする。こ
のエッチング技術は、赤外線がエッチングされる材料に
熱損傷を与える傾向があるため、多くの場合受け入れら
れない。さらに、この技術は、赤外線が特に上記のフル
エンスでは、従来の光ファイバ中を伝搬させることはほ
とんど不可能なため、光ファイバによって放射線を伝搬
させ合焦させる場合には使用できない。
単一レーザで基層のアブレーションを行なう場合は、
アブレーションの深さは、入射する放射線の波長、レー
ザの入射出力（フルエンス）、ならびにパルスの数及び
持続時間の関数である。したがって、エッチングの深さ
は、これらの変数のいずれかを変えることによって制御
することができる。しかし、多くの場合、波長（すなわ
ちレーザの種類）と入射出力は、使用可能な装置によっ
て限定され一定となる。このような条件のもとでエッチ
ング特性を正確に制御するには、たとえばエッチング・
レーザと時間的に整合する第２のより長い波長のレーザ
などを使って、レーザのエッチング特性を高めることが
できれば好都合である。
アブレーションの深さは、入射する放射線の波長、レー
ザの入射出力（フルエンス）、ならびにパルスの数及び
持続時間の関数である。したがって、エッチングの深さ
は、これらの変数のいずれかを変えることによって制御
することができる。しかし、多くの場合、波長（すなわ
ちレーザの種類）と入射出力は、使用可能な装置によっ
て限定され一定となる。このような条件のもとでエッチ
ング特性を正確に制御するには、たとえばエッチング・
レーザと時間的に整合する第２のより長い波長のレーザ
などを使って、レーザのエッチング特性を高めることが
できれば好都合である。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、紫外線レーザのアブレーション特性
を向上させる手段を提供することにある。
を向上させる手段を提供することにある。
本発明の他の目的は、第１の紫外線レーザのパルスの
一定時間後に、時間的に整合する第２のより長い波長の
レーザを使用して、紫外線レーザのアブレーション特性
を向上させることにある。
一定時間後に、時間的に整合する第２のより長い波長の
レーザを使用して、紫外線レーザのアブレーション特性
を向上させることにある。
D.問題点を解決するための方法 適当な波長のレーザ・パルスをある種の基板の一部分
に照射すると、表面の分子が励起され、分子が十分に励
起されるとアブレーションが行なわれる。アブレーショ
ンが起こるのに十分なほど励起されなかった分子も、そ
の吸収特性が変化し、波長の長いレーザ・パルスによっ
てアブレーションを受けるようになる。本発明の方法で
は、波長の短い第１のレーザが基板の吸収特性に一過性
の変化を起こさせる。この第１のレーザは、表面分子の
吸収特性を変えるのに十分なフルエンスに設定する。第
２のレーザは、その波長が励起された表面分子の吸収ス
ペクトルの範囲内にあり、励起された分子を除去するた
めに、第１のレーザと同時に、または一定時間後に使用
する。
に照射すると、表面の分子が励起され、分子が十分に励
起されるとアブレーションが行なわれる。アブレーショ
ンが起こるのに十分なほど励起されなかった分子も、そ
の吸収特性が変化し、波長の長いレーザ・パルスによっ
てアブレーションを受けるようになる。本発明の方法で
は、波長の短い第１のレーザが基板の吸収特性に一過性
の変化を起こさせる。この第１のレーザは、表面分子の
吸収特性を変えるのに十分なフルエンスに設定する。第
２のレーザは、その波長が励起された表面分子の吸収ス
ペクトルの範囲内にあり、励起された分子を除去するた
めに、第１のレーザと同時に、または一定時間後に使用
する。
詳細に述べると、本発明では、アブレーティブ光分解
（APD）を用いて有機重合体及び生体層をエッチングす
る。入射放射線は複数の波長からなる。エッチングすべ
き試料の領域にまず基板の吸収スペクトルの放射線（通
常紫外領域）を照射した後、（または同時に）第２のこ
れより波長の長いパルス（紫外領域である必要はない）
を照射する。通常この第２の照射パルスは、第１の照射
によって励起される分子の吸収スペクトルの範囲内にあ
る。
（APD）を用いて有機重合体及び生体層をエッチングす
る。入射放射線は複数の波長からなる。エッチングすべ
き試料の領域にまず基板の吸収スペクトルの放射線（通
常紫外領域）を照射した後、（または同時に）第２のこ
れより波長の長いパルス（紫外領域である必要はない）
を照射する。通常この第２の照射パルスは、第１の照射
によって励起される分子の吸収スペクトルの範囲内にあ
る。
E.実施例 ２種類の波長を使用すると、試料の吸収特性に一過性
の変化を起こすことによってエッチングの効率が高くな
る。これにより、他の方法ではエッチングが困難な試料
のエッチングを助け、これらの試料では通常吸収が最少
である波長を使用することができる。たとえば、長い波
長の紫外線は光学的に（すなわち空気中または光ファイ
バを通って）伝達することが容易であるが、有機重合体
はこれらの波長の吸収がきわめて少ないことが多い。試
料の吸収特性を変化させることによって、波長の長い放
射線を用いてエッチングを起こさせることが可能にな
る。さらに、波長の短い紫外線はほとんどの有機物質中
で吸収が大きいが、こうした短波長は、光ファイバ中に
伝達することが困難である。複数の波長を用いると、短
波長の放射線のエネルギー・フルエンスを最小にして、
エッチングの効率を犠牲にすることなく、光ファイバの
損傷を防止することができる。
の変化を起こすことによってエッチングの効率が高くな
る。これにより、他の方法ではエッチングが困難な試料
のエッチングを助け、これらの試料では通常吸収が最少
である波長を使用することができる。たとえば、長い波
長の紫外線は光学的に（すなわち空気中または光ファイ
バを通って）伝達することが容易であるが、有機重合体
はこれらの波長の吸収がきわめて少ないことが多い。試
料の吸収特性を変化させることによって、波長の長い放
射線を用いてエッチングを起こさせることが可能にな
る。さらに、波長の短い紫外線はほとんどの有機物質中
で吸収が大きいが、こうした短波長は、光ファイバ中に
伝達することが困難である。複数の波長を用いると、短
波長の放射線のエネルギー・フルエンスを最小にして、
エッチングの効率を犠牲にすることなく、光ファイバの
損傷を防止することができる。
第１図は、ポリメチルメタクリレート（PMMA）基板を
用いて、レーザ出力の５通りの組合せについて、エッチ
ングの深さをパルス数に対してプロットしたグラフであ
る。曲線101は、フルエンス760mJ/cm2、波長308nmのXeC
lパルス・エキシマ・レーザのパルス当たりのエッチン
グの深さである。曲線102は、フルエンス85mJ/cm2、波
長193nmのArFパルス・エキシマ・レーザのパルス当たり
のエッチングの深さである。曲線103は、フルエンス85m
J/cm2、波長193nmのレーザと、フルエンス760mJ/cm2、
波長308nmのレーザの、時間的に整合する組合せのパル
ス当たりのエッチングの深さである。曲線104は、フル
エンス186mJ/cm2、波長193nmのレーザのパルス当たりの
エッチングの深さである。曲線105は、フルエンス186mJ
/cm2、波長193nmのレーザと、フルエンス760mJ/cm2、波
長308nmのレーザの、時間的に整合する組合せのパルス
当たりのエッチングの深さである。
用いて、レーザ出力の５通りの組合せについて、エッチ
ングの深さをパルス数に対してプロットしたグラフであ
る。曲線101は、フルエンス760mJ/cm2、波長308nmのXeC
lパルス・エキシマ・レーザのパルス当たりのエッチン
グの深さである。曲線102は、フルエンス85mJ/cm2、波
長193nmのArFパルス・エキシマ・レーザのパルス当たり
のエッチングの深さである。曲線103は、フルエンス85m
J/cm2、波長193nmのレーザと、フルエンス760mJ/cm2、
波長308nmのレーザの、時間的に整合する組合せのパル
ス当たりのエッチングの深さである。曲線104は、フル
エンス186mJ/cm2、波長193nmのレーザのパルス当たりの
エッチングの深さである。曲線105は、フルエンス186mJ
/cm2、波長193nmのレーザと、フルエンス760mJ/cm2、波
長308nmのレーザの、時間的に整合する組合せのパルス
当たりのエッチングの深さである。
PMMAは308nmの放射線をあまり吸収しない。この波長
のレーザ・パルスでPMMAをエッチングするには、熱的機
構を用いなければならない。この熱的機構には（1J/cm2
を超える）高いフルエンスと（20Hzを超える）高い反復
率が必要で、そのため局部的に強い加熱が生じ、エッチ
ングされた基板にかなりの熱による損傷が及ぶ。
のレーザ・パルスでPMMAをエッチングするには、熱的機
構を用いなければならない。この熱的機構には（1J/cm2
を超える）高いフルエンスと（20Hzを超える）高い反復
率が必要で、そのため局部的に強い加熱が生じ、エッチ
ングされた基板にかなりの熱による損傷が及ぶ。
逆に、193nmと308nmの放射線の整合するパルスを使用
することによって、スムースなエッチングを行なうこと
ができる。第１図の曲線101は、フルエンス760mJ/cm2、
波長の308nmの放射線で、PMMA基板は測定にかかるほど
はエッチングされなかったことを示している。第１図は
また、フルエンスが85mJ/cm2及び186mJ/cm2、波長193nm
の放射線を用いることによってエッチングが行なわれた
ことも示している。しかし、２種類の波長を組み合わせ
ることによって、パルス対当たりのエッチングの深さは
30％ないし100％増大した。さらに、エッチングされた
領域は、193nmのレーザ・パルスのみでエッチングした
場合と同様に平滑である（すなわち熱による損傷がな
い）。同様の結果は同じ２種類の波長を用いて動物組織
（in vitro）でも得られた。２種類のパルス間に時間延
長を挿入することによって、これらの結果が改善される
ことが予想される。さらに、193nmのパルスの後に308nm
のパルスを用いるのが有利であることも予想される。
することによって、スムースなエッチングを行なうこと
ができる。第１図の曲線101は、フルエンス760mJ/cm2、
波長の308nmの放射線で、PMMA基板は測定にかかるほど
はエッチングされなかったことを示している。第１図は
また、フルエンスが85mJ/cm2及び186mJ/cm2、波長193nm
の放射線を用いることによってエッチングが行なわれた
ことも示している。しかし、２種類の波長を組み合わせ
ることによって、パルス対当たりのエッチングの深さは
30％ないし100％増大した。さらに、エッチングされた
領域は、193nmのレーザ・パルスのみでエッチングした
場合と同様に平滑である（すなわち熱による損傷がな
い）。同様の結果は同じ２種類の波長を用いて動物組織
（in vitro）でも得られた。２種類のパルス間に時間延
長を挿入することによって、これらの結果が改善される
ことが予想される。さらに、193nmのパルスの後に308nm
のパルスを用いるのが有利であることも予想される。
第２図は、PMMAについて、193nmのArFレーザ・パルス
と、308nmのXeClレーザ・パルスの間に時間遅延を挿入
することの効果を判定するために行なった実験を示す。
193nmのレーザはフルエンスを70mJ/cm2に、308nmのレー
ザはフルエンスを240mJ/cm2に設定した。曲線201が示す
ように、308nmの長波長のレーザは、単独で使用した場
合、基板に対して測定にかかるほどの効果を与えなかっ
た。波長308nmのレーザはPMMAの吸収スペクトルの範囲
外にあるため、これは予想通りであった。逆に、193nm
のレーザは十分にPMMAの吸収スペクトルの範囲内にあ
り、500パルス後に、約70μｍの深さまでPMMAをエッチ
ングした（曲線202）。
と、308nmのXeClレーザ・パルスの間に時間遅延を挿入
することの効果を判定するために行なった実験を示す。
193nmのレーザはフルエンスを70mJ/cm2に、308nmのレー
ザはフルエンスを240mJ/cm2に設定した。曲線201が示す
ように、308nmの長波長のレーザは、単独で使用した場
合、基板に対して測定にかかるほどの効果を与えなかっ
た。波長308nmのレーザはPMMAの吸収スペクトルの範囲
外にあるため、これは予想通りであった。逆に、193nm
のレーザは十分にPMMAの吸収スペクトルの範囲内にあ
り、500パルス後に、約70μｍの深さまでPMMAをエッチ
ングした（曲線202）。
第２図の曲線203は、193nmと308nmのレーザを組み合
わせると、パルス対当たりのエッチングの深さが相当改
善され、改善の程度は２種類の波長のパルスの間の時間
関係に依存することをはっきり示している。さらに、19
3nmのパルスより前に308nmのパルスを用いると、308nm
より前に193nmのパルスを用いた場合のような効果はな
かった。曲線203からわかるように、この改善は308nmの
パルスのあと、約20ないし30ナノ秒の間を置いて193nm
のパルスを用いた場合に最高になった。もちろん、波長
が異なると、最適な時間間隔は異なる。たとえば193nm
のレーザの代わりに248nmのKrFパルス・エキシマ・レー
ザを使用すると、間隔が約40ないし50ナノ秒の場合に、
曲線203のピークが現われると予想される。したがっ
て、２種類のレーザを組み合わせると、どちらかのレー
ザを単独で使用した場合よりもかなりの改善が見られ、
これらのレーザを特定の時間順序で使用した場合にはさ
らに改善される。
わせると、パルス対当たりのエッチングの深さが相当改
善され、改善の程度は２種類の波長のパルスの間の時間
関係に依存することをはっきり示している。さらに、19
3nmのパルスより前に308nmのパルスを用いると、308nm
より前に193nmのパルスを用いた場合のような効果はな
かった。曲線203からわかるように、この改善は308nmの
パルスのあと、約20ないし30ナノ秒の間を置いて193nm
のパルスを用いた場合に最高になった。もちろん、波長
が異なると、最適な時間間隔は異なる。たとえば193nm
のレーザの代わりに248nmのKrFパルス・エキシマ・レー
ザを使用すると、間隔が約40ないし50ナノ秒の場合に、
曲線203のピークが現われると予想される。したがっ
て、２種類のレーザを組み合わせると、どちらかのレー
ザを単独で使用した場合よりもかなりの改善が見られ、
これらのレーザを特定の時間順序で使用した場合にはさ
らに改善される。
この時間順序、すなわちパルス間の最適時間はアブレ
ーションされる基板の種類に依存し、最大のアブレーシ
ョンは、基板が異なると異なる時間間隔で生じる。しか
し、いずれの場合にも、波長が短く光子エネルギーが高
いレーザ・パルスを先に、波長が長く光子エネルギーの
低い（入射エネルギーが低いとは限らない）レーザ・パ
ルスを後に与えるべきであると予想される。
ーションされる基板の種類に依存し、最大のアブレーシ
ョンは、基板が異なると異なる時間間隔で生じる。しか
し、いずれの場合にも、波長が短く光子エネルギーが高
いレーザ・パルスを先に、波長が長く光子エネルギーの
低い（入射エネルギーが低いとは限らない）レーザ・パ
ルスを後に与えるべきであると予想される。
第２図に示すピークのタイミングは、レーザのフルエ
ンスとは無関係であると予想される。すなわち、ピーク
の高さは、入射出力の関数であるが、最適なパルス分離
時間は、入射出力の関数ではないと予想される。したが
って、パルス当たりのエッチングの深さは、入射出力が
一定の場合、２種類のレーザ・パルス間の時間間隔の関
数として制御することができる。さらに、パルス分離時
間を制御することにより、低レベル入射出力で必要な深
さのエッチングを行なうことが可能になる。
ンスとは無関係であると予想される。すなわち、ピーク
の高さは、入射出力の関数であるが、最適なパルス分離
時間は、入射出力の関数ではないと予想される。したが
って、パルス当たりのエッチングの深さは、入射出力が
一定の場合、２種類のレーザ・パルス間の時間間隔の関
数として制御することができる。さらに、パルス分離時
間を制御することにより、低レベル入射出力で必要な深
さのエッチングを行なうことが可能になる。
エッチング改善は、下記の物理現象によるものと推測
される。アブレーションの場合と同様に、基板の表面分
子は、波長が基板材料の吸収スペクトルの範囲内にある
紫外レーザによって、高い電子状態に励起される。励起
された分子は、波長のより長いレーザの波長を含む吸収
スペクトルを有し、したがって、励起されない基板がそ
のエネルギーを吸収しない第２のレーザからのエネルギ
ーを吸収する。この現象により、単独の紫外レーザを使
用してアブレーションされなかった励起分子のアブレー
ションが行なわれる。
される。アブレーションの場合と同様に、基板の表面分
子は、波長が基板材料の吸収スペクトルの範囲内にある
紫外レーザによって、高い電子状態に励起される。励起
された分子は、波長のより長いレーザの波長を含む吸収
スペクトルを有し、したがって、励起されない基板がそ
のエネルギーを吸収しない第２のレーザからのエネルギ
ーを吸収する。この現象により、単独の紫外レーザを使
用してアブレーションされなかった励起分子のアブレー
ションが行なわれる。
この理論によれば、分子が「一重項」等の高エネルギ
ー状態に励起されても、分子結合を破壊しアブレーショ
ンを行なうのに十分なエネルギーレベルには達しない。
これが起こると、シングレット状態の分子がやはり励起
状態の「三重項」を形成する。これ以上のエネルギーを
加えない場合は、三重項は再び表面分子となる。しか
し、その波長が励起された三重項の吸収スペクトルの範
囲内にある第２のレーザが、結合を破壊しアブレーショ
ンを起こさせるのに十分なエネルギーを加えることがで
きる。波長の短いレーザが、結合を破壊しアブレーショ
ンを起こさせるのに十分なエネルギーを与える場合、こ
の追加エネルギーは大部分の分子のアブレーションを起
こすのに必要ではない。しかし、短い波長のレーザがア
ブレーションに十分なエネルギーを与えない、数パーセ
ントの場合には必要である。この場合、エッチングの深
さの改善は、第２のレーザによって追加の分子がアブレ
ーションされることで説明できる。
ー状態に励起されても、分子結合を破壊しアブレーショ
ンを行なうのに十分なエネルギーレベルには達しない。
これが起こると、シングレット状態の分子がやはり励起
状態の「三重項」を形成する。これ以上のエネルギーを
加えない場合は、三重項は再び表面分子となる。しか
し、その波長が励起された三重項の吸収スペクトルの範
囲内にある第２のレーザが、結合を破壊しアブレーショ
ンを起こさせるのに十分なエネルギーを加えることがで
きる。波長の短いレーザが、結合を破壊しアブレーショ
ンを起こさせるのに十分なエネルギーを与える場合、こ
の追加エネルギーは大部分の分子のアブレーションを起
こすのに必要ではない。しかし、短い波長のレーザがア
ブレーションに十分なエネルギーを与えない、数パーセ
ントの場合には必要である。この場合、エッチングの深
さの改善は、第２のレーザによって追加の分子がアブレ
ーションされることで説明できる。
詳細に述べれば、PMMA基板では、まず193nmの放射線
を用いる。これは、この波長がPMMAの吸収スペクトルの
範囲内にあり、基板分子をアブレーションを起こすのに
十分な程度まで励起させるからである。193nmの放射線
が基板に当たるときは、光子エネルギーは、多数の基板
分子を「一重項」状態に励起するのに十分である。一重
項状態の分子の大部分は、アブレーションに十分なエネ
ルギーを有する。しかし、一部の分子はアブレーション
せず、三重項状態に移行する。三重項状態の分子は、十
分な光子エネルギーをもつ放射線（PMMAの場合は308nm
のレーザ）をその点で基板に入射すれば、励起されてア
ブレーションを起こす。308nmの放射線は三重項分子の
吸収スペクトルの範囲内にあり、「三重項」分子を励起
してアブレーションを起こすのに十分なエネルギーを与
え、その結果エッチングの深さがかなり改善される。第
１のレーザの波長は、基板分子を十分に励起させるた
め、基板の吸収帯の範囲内になるように選択する。第２
のレーザの波長は、励起された三重項分子の吸収スペク
トルの範囲内になるように選択する。通常、波長のより
長い（すなわち、出力が弱く、光子エネルギーの小さ
い）第２のレーザが必要で、それが、第１のレーザでア
ブレーションによって除去されなかった分子を励起して
アブレーションを起こし、実質的にホールを「清浄化」
する。
を用いる。これは、この波長がPMMAの吸収スペクトルの
範囲内にあり、基板分子をアブレーションを起こすのに
十分な程度まで励起させるからである。193nmの放射線
が基板に当たるときは、光子エネルギーは、多数の基板
分子を「一重項」状態に励起するのに十分である。一重
項状態の分子の大部分は、アブレーションに十分なエネ
ルギーを有する。しかし、一部の分子はアブレーション
せず、三重項状態に移行する。三重項状態の分子は、十
分な光子エネルギーをもつ放射線（PMMAの場合は308nm
のレーザ）をその点で基板に入射すれば、励起されてア
ブレーションを起こす。308nmの放射線は三重項分子の
吸収スペクトルの範囲内にあり、「三重項」分子を励起
してアブレーションを起こすのに十分なエネルギーを与
え、その結果エッチングの深さがかなり改善される。第
１のレーザの波長は、基板分子を十分に励起させるた
め、基板の吸収帯の範囲内になるように選択する。第２
のレーザの波長は、励起された三重項分子の吸収スペク
トルの範囲内になるように選択する。通常、波長のより
長い（すなわち、出力が弱く、光子エネルギーの小さ
い）第２のレーザが必要で、それが、第１のレーザでア
ブレーションによって除去されなかった分子を励起して
アブレーションを起こし、実質的にホールを「清浄化」
する。
本発明者等の知る限り、これが最良の説明であるが、
本発明の有用な効果はフリー・ラジカル理論でも説明で
きるかも知れない。しかし、フリー・ラジカル理論で
は、第１図及び第２図に見られる鋭いピークは予想され
ない。さらに、赤外線エッチングを説明するために使わ
れる熱理論は、本発明には適用できるないと考えられ
る。エッチングされる基板は不良導体（たとえば重合
体）であるため、熱的切断機構であるとすれば、２種類
のレーザで照射すると、パルス分離時間が０のときにエ
ッチングがピークとなると予想され、時間分離を増大さ
せても、第２図及び第３図に示すようなエッチングの深
さの鋭い減少は予想されない。急激な減少が予想できな
いのは、この種の不良導体では、熱の放散速度が図示し
た減少より大幅に遅いためである。
本発明の有用な効果はフリー・ラジカル理論でも説明で
きるかも知れない。しかし、フリー・ラジカル理論で
は、第１図及び第２図に見られる鋭いピークは予想され
ない。さらに、赤外線エッチングを説明するために使わ
れる熱理論は、本発明には適用できるないと考えられ
る。エッチングされる基板は不良導体（たとえば重合
体）であるため、熱的切断機構であるとすれば、２種類
のレーザで照射すると、パルス分離時間が０のときにエ
ッチングがピークとなると予想され、時間分離を増大さ
せても、第２図及び第３図に示すようなエッチングの深
さの鋭い減少は予想されない。急激な減少が予想できな
いのは、この種の不良導体では、熱の放散速度が図示し
た減少より大幅に遅いためである。
前述のコーレンの論文を参照すると、その装置は基板
のアブレーションしきい値を低くすることによりエッチ
ングを行ない、これによって広いスペクトルの紫外及び
真空紫外プラズマ放射線のフルエンスがエッチングを起
こさせるのに十分となる。この論文で筆者は、プラズマ
によって生成される紫外線の広いスペクトル（可視領域
から紫外、真空紫外領域まで）を特定のスポットに合焦
させて、約1.5J/cm2のフルエンスを発生させるエッチン
グ機構を記載している。散乱赤外線の第２のビームを同
時に、約23J/cm2のフルエンスで同じスポットに合焦さ
せ、赤外レーザ放射線の熱効果と、広いスペクトルのプ
ラズマ発生成放射線の光化学（アブレーション）効果の
組合せにより、基板がエッチングされる。筆者の説明に
よれば、このエッチング機構は、皮膜の表面に近い薄層
中で結合の破壊を起こす紫外線光子の光化学効果と、紫
外線感受層に吸収されてアブレーションを起こす赤外線
光子の熱効果が組み合わされたものである。赤外線光子
の役割は、皮膜の温度を上げることであり、それによっ
てアブレーティブ光分解を起こすのに必要な紫外線のし
きい値フルエンスが下がる。カプトン（Kapton）（デュ
ポン・コーポレーション（DuPont Corporation）の商
標）ポリイミド基板の温度を上げると、ある状況ではア
ブレーティブ・エッチングのフルエンスしきい値が下が
ることは前述の通りである。この技術は、カプトン等の
吸収係数の高い基板のエッチングに有用で、他の材料の
エッチングやある種の外科手術にも有用であるが、その
有用性は発生する熱により制限を受ける。さらに、その
有用性は、光ファイバを用いて赤外線を伝搬させるのが
難しいこと、及び広いスペクトルのプラズマ放射線を発
生させるのに必要な装置によっても制限を受ける。それ
とは対照的に、本発明はエッチングされる材料内に有害
な熱を発生させない純粋に光化学的なエッチング機構を
使用する。
のアブレーションしきい値を低くすることによりエッチ
ングを行ない、これによって広いスペクトルの紫外及び
真空紫外プラズマ放射線のフルエンスがエッチングを起
こさせるのに十分となる。この論文で筆者は、プラズマ
によって生成される紫外線の広いスペクトル（可視領域
から紫外、真空紫外領域まで）を特定のスポットに合焦
させて、約1.5J/cm2のフルエンスを発生させるエッチン
グ機構を記載している。散乱赤外線の第２のビームを同
時に、約23J/cm2のフルエンスで同じスポットに合焦さ
せ、赤外レーザ放射線の熱効果と、広いスペクトルのプ
ラズマ発生成放射線の光化学（アブレーション）効果の
組合せにより、基板がエッチングされる。筆者の説明に
よれば、このエッチング機構は、皮膜の表面に近い薄層
中で結合の破壊を起こす紫外線光子の光化学効果と、紫
外線感受層に吸収されてアブレーションを起こす赤外線
光子の熱効果が組み合わされたものである。赤外線光子
の役割は、皮膜の温度を上げることであり、それによっ
てアブレーティブ光分解を起こすのに必要な紫外線のし
きい値フルエンスが下がる。カプトン（Kapton）（デュ
ポン・コーポレーション（DuPont Corporation）の商
標）ポリイミド基板の温度を上げると、ある状況ではア
ブレーティブ・エッチングのフルエンスしきい値が下が
ることは前述の通りである。この技術は、カプトン等の
吸収係数の高い基板のエッチングに有用で、他の材料の
エッチングやある種の外科手術にも有用であるが、その
有用性は発生する熱により制限を受ける。さらに、その
有用性は、光ファイバを用いて赤外線を伝搬させるのが
難しいこと、及び広いスペクトルのプラズマ放射線を発
生させるのに必要な装置によっても制限を受ける。それ
とは対照的に、本発明はエッチングされる材料内に有害
な熱を発生させない純粋に光化学的なエッチング機構を
使用する。
本発明の他の利点は、光ファイバ環境に適合するアブ
レーション技術を使用することである。通常、最良のア
ブレーションをもたらす紫外レーザ（第１図の193nmの
遠紫外レーザ）は、エッチングに十分なレベルの入射出
力で使用すると、光ファイバを損傷または破壊する傾向
がある。しかし、波長のより長いレーザ（たとえば308n
mのレーザ）を相当高い出力レベルで使用しても、光フ
ァイバは破損されない。このように、２種類のレーザ波
長を組み合わせることにより、いずれかのレーザを単独
に使用しても基板を有効にエッチングすることができな
い状況で効率的にエッチングを行なうことが可能であ
る。すなわち、単に193nmのレーザの入射エネルギーの
フルエンスを増大させると、パルス当たりのエッチング
の深さが深くなるが、単に入射出力を増大させることは
必ずしも可能ではなく、また望ましくもない。たとえば
エッチ面積をできるだけ大きく保ちながら、エネルギー
・フルエンスを増大させると、ほとんどの市販のレーザ
の出力を超えてしまう。さらに、エネルギー・フルエン
ス・レベルを高めると、193nmの紫外レーザは、光ファ
イバの放射線伝搬の理論的限度に近づく。したがって、
193nmのレーザのエネルギー・フルエンスを増大させず
に、パルス当たりのエッチングの深さを増大させる代替
方法を発見する必要がある。
レーション技術を使用することである。通常、最良のア
ブレーションをもたらす紫外レーザ（第１図の193nmの
遠紫外レーザ）は、エッチングに十分なレベルの入射出
力で使用すると、光ファイバを損傷または破壊する傾向
がある。しかし、波長のより長いレーザ（たとえば308n
mのレーザ）を相当高い出力レベルで使用しても、光フ
ァイバは破損されない。このように、２種類のレーザ波
長を組み合わせることにより、いずれかのレーザを単独
に使用しても基板を有効にエッチングすることができな
い状況で効率的にエッチングを行なうことが可能であ
る。すなわち、単に193nmのレーザの入射エネルギーの
フルエンスを増大させると、パルス当たりのエッチング
の深さが深くなるが、単に入射出力を増大させることは
必ずしも可能ではなく、また望ましくもない。たとえば
エッチ面積をできるだけ大きく保ちながら、エネルギー
・フルエンスを増大させると、ほとんどの市販のレーザ
の出力を超えてしまう。さらに、エネルギー・フルエン
ス・レベルを高めると、193nmの紫外レーザは、光ファ
イバの放射線伝搬の理論的限度に近づく。したがって、
193nmのレーザのエネルギー・フルエンスを増大させず
に、パルス当たりのエッチングの深さを増大させる代替
方法を発見する必要がある。
第３図は、本発明をマイラ（mylar）型の基板のアブ
レーションに適用した結果を示す。この実験では、レー
ザは光ファイバ中を伝搬させた。使用した第１のレーザ
は、エネルギー・フルエンス80mJ/cm2、波長308nmのXeC
lパルス・エキシマ・レーザで、この波長はマイラの吸
収スペクトルの範囲内にある。第２のレーザは、エネル
ギー・フルエンス100mJ/cm2、波長351nmのXeFパルス・
エキシマ・レーザで、この波長は励起されないマイラの
吸収スペクトルの範囲外にある。351nmのレーザは単独
で使用した場合、マイラに対して測定にかかるほどの効
果を示さなかったが（局線301）、308nmのレーザでは、
１パルスでマイラがパルス当たり平均0.14μｍの深さま
でエッチングされた（曲線302）。しかし、308nmと351n
mのレーザの効果を組み合わせると、エッチングの深さ
がかなり改善された。第３図の曲線303は、第１と第２
のパルスを時間的に分離することによって得られる、パ
ルス対当たりの平均のエッチングの深さを示す。第３図
のパルス間の最適遅延時間は、第２図の最適遅延時間よ
りかなり短く、したがって、最適遅延時間は、基板材料
または入射する放射線の周波数あるいはその両方に応じ
て変わると予想できることに留意されたい。
レーションに適用した結果を示す。この実験では、レー
ザは光ファイバ中を伝搬させた。使用した第１のレーザ
は、エネルギー・フルエンス80mJ/cm2、波長308nmのXeC
lパルス・エキシマ・レーザで、この波長はマイラの吸
収スペクトルの範囲内にある。第２のレーザは、エネル
ギー・フルエンス100mJ/cm2、波長351nmのXeFパルス・
エキシマ・レーザで、この波長は励起されないマイラの
吸収スペクトルの範囲外にある。351nmのレーザは単独
で使用した場合、マイラに対して測定にかかるほどの効
果を示さなかったが（局線301）、308nmのレーザでは、
１パルスでマイラがパルス当たり平均0.14μｍの深さま
でエッチングされた（曲線302）。しかし、308nmと351n
mのレーザの効果を組み合わせると、エッチングの深さ
がかなり改善された。第３図の曲線303は、第１と第２
のパルスを時間的に分離することによって得られる、パ
ルス対当たりの平均のエッチングの深さを示す。第３図
のパルス間の最適遅延時間は、第２図の最適遅延時間よ
りかなり短く、したがって、最適遅延時間は、基板材料
または入射する放射線の周波数あるいはその両方に応じ
て変わると予想できることに留意されたい。
第２図及び第３図では、０より小さな間隔（すなわ
ち、波長の長いレーザ・パルスの後に波長の短いレーザ
・パルスを用いた場合）でも、エッチ特性はいずれかの
レーザ単独の場合よりも改善された。この現象の１つの
可能な説明は、波長の長いレーザ・パルスの後端が波長
の短いレーザ・パルスの先端と重なり合うだけで、波長
の短いレーザ・パルスの効果を高めるには十分であると
いうものである。しかし、これは好ましい方法ではな
い。
ち、波長の長いレーザ・パルスの後に波長の短いレーザ
・パルスを用いた場合）でも、エッチ特性はいずれかの
レーザ単独の場合よりも改善された。この現象の１つの
可能な説明は、波長の長いレーザ・パルスの後端が波長
の短いレーザ・パルスの先端と重なり合うだけで、波長
の短いレーザ・パルスの効果を高めるには十分であると
いうものである。しかし、これは好ましい方法ではな
い。
第４図は、PMMA基板の重量減少（mg）を、パルス数の
関数としてプロットしたグラフである。曲線401はフル
エンス800mJ/cm2、波長308nmのレーザを用いた場合の、
パルス対の数の関数としての重量減少を示す。第４図の
曲線401に示す308nmのレーザでの重量減少はエッチング
の結果ではなかった。これは測定誤差または表面ガスの
放出によるものと考えられ、エッチングが生じた証拠は
見られない。曲線402は、フルエンス1.2J/cm2、波長248
nmレーザを用いた場合のパルス対の数の関数としての重
量減少を示す。最後に、曲線403は、フルエンス1.2J/cm
2、波長248nmのレーザの後、40ナノ秒の遅延でフルエン
ス800mJ/cm2、波長308nmのレーザを用いた場合のパルス
対の関数としての重量減少を示す。
関数としてプロットしたグラフである。曲線401はフル
エンス800mJ/cm2、波長308nmのレーザを用いた場合の、
パルス対の数の関数としての重量減少を示す。第４図の
曲線401に示す308nmのレーザでの重量減少はエッチング
の結果ではなかった。これは測定誤差または表面ガスの
放出によるものと考えられ、エッチングが生じた証拠は
見られない。曲線402は、フルエンス1.2J/cm2、波長248
nmレーザを用いた場合のパルス対の数の関数としての重
量減少を示す。最後に、曲線403は、フルエンス1.2J/cm
2、波長248nmのレーザの後、40ナノ秒の遅延でフルエン
ス800mJ/cm2、波長308nmのレーザを用いた場合のパルス
対の関数としての重量減少を示す。
第５図はPMMAの重量減少（mg）を、パルス間の時間遅
延に対してプロットしたグラフである。レーザは、フル
エンス105mJ/cm2、波長193nmのレーザと、フルエンス16
5mJ/cm2、波長308nmのレーザである。曲線501は、308nm
レーザ単独の場合、2000パルス後に測定にかかるほどの
重量減少が見られなかったことを示す。曲線502は、193
nmのレーザを使用した場合、2000パルス後に、わずかに
約0.1mgの減少があったことを示す。曲線503は、所定の
時間遅延で193nmレーザと308nmレーザを使用した場合、
相当の改善が見られたことを示す。この図と第２図とを
比較すると、ほぼ同時にすなわち約10ないし20ナノ秒の
遅延でピークの改善が生じることは明らかである。
延に対してプロットしたグラフである。レーザは、フル
エンス105mJ/cm2、波長193nmのレーザと、フルエンス16
5mJ/cm2、波長308nmのレーザである。曲線501は、308nm
レーザ単独の場合、2000パルス後に測定にかかるほどの
重量減少が見られなかったことを示す。曲線502は、193
nmのレーザを使用した場合、2000パルス後に、わずかに
約0.1mgの減少があったことを示す。曲線503は、所定の
時間遅延で193nmレーザと308nmレーザを使用した場合、
相当の改善が見られたことを示す。この図と第２図とを
比較すると、ほぼ同時にすなわち約10ないし20ナノ秒の
遅延でピークの改善が生じることは明らかである。
第６図は、本発明を実施するための装置の概略図であ
る。第６図では、第１のラムダ・フィジック（Lambda-P
hysik）201E ArFパルス・エキシマ紫外レーザ10は、フ
ィリップス（Philips）PM5715パルス発生装置30からの
第１のパルスによってトリガされると、波長193nmのパ
ルスを生成する。このパルス発生装置30は、第１のパル
スの後、一定の時間遅延で第２のパルスを発生すること
ができる。第２のパルスはラムダ・フィジック201E XeC
lパルス・エキシマ・レーザ20をトリガして、308nmのパ
ルス・ビームを発生させ、このビームは第１の鏡80と第
２の誘電体の鏡90で反射される。鏡90は193nmのレーザ
からの放射を損失を生じることなくまたはわずかの損失
で反射させるように配置されている。２種類のレーザか
らの放射線を、PMMAその他の種類の基板である試料に合
焦させる。マスク100によって試料50の照射される領域
が指定される。シリコン・フォトダイオード70と、テク
ストロニクス（Textronix）2467型オシロスコープ40を
使って、第１及び第２のパルスの形状と時間間隔を決め
ることができる。フォトダイオード70は、レーザ10及び
20からの放射線の一部を吸収し、その出力が、パルス発
生装置30からの出力によってトリガされるオシロスコー
プ40に表示される。サイエンテック（Scientech）38-2
紫外５電力計により、マスクを通る（重合体なしの）電
力を測定する。
る。第６図では、第１のラムダ・フィジック（Lambda-P
hysik）201E ArFパルス・エキシマ紫外レーザ10は、フ
ィリップス（Philips）PM5715パルス発生装置30からの
第１のパルスによってトリガされると、波長193nmのパ
ルスを生成する。このパルス発生装置30は、第１のパル
スの後、一定の時間遅延で第２のパルスを発生すること
ができる。第２のパルスはラムダ・フィジック201E XeC
lパルス・エキシマ・レーザ20をトリガして、308nmのパ
ルス・ビームを発生させ、このビームは第１の鏡80と第
２の誘電体の鏡90で反射される。鏡90は193nmのレーザ
からの放射を損失を生じることなくまたはわずかの損失
で反射させるように配置されている。２種類のレーザか
らの放射線を、PMMAその他の種類の基板である試料に合
焦させる。マスク100によって試料50の照射される領域
が指定される。シリコン・フォトダイオード70と、テク
ストロニクス（Textronix）2467型オシロスコープ40を
使って、第１及び第２のパルスの形状と時間間隔を決め
ることができる。フォトダイオード70は、レーザ10及び
20からの放射線の一部を吸収し、その出力が、パルス発
生装置30からの出力によってトリガされるオシロスコー
プ40に表示される。サイエンテック（Scientech）38-2
紫外５電力計により、マスクを通る（重合体なしの）電
力を測定する。
要約すれば、短波長（たとえば193nm）の紫外線は、
通常かなりの損失なしに従来の光ファイバを通過するこ
とはできない。紫外レーザ単独で効率を高めるのに十分
なフルエンス・レベルでは、これらの損失により光ファ
イバが損傷する恐れがある。本発明を使用すれば、高い
エネルギー・フルエンスで発生させ伝搬させることの難
しい、波長がきわめて短い紫外レーザ放射線を、低いフ
ルエンスでこれより波長の長い追加のレーザと共に使用
して、必要なエッチ特性を得ることができる。２種類の
レーザを使用するコストは、給配電システムを２種類の
レーザで共用できるため、それほど高くない。このた
め、本発明は特にレーザによる血管形成に適する。
通常かなりの損失なしに従来の光ファイバを通過するこ
とはできない。紫外レーザ単独で効率を高めるのに十分
なフルエンス・レベルでは、これらの損失により光ファ
イバが損傷する恐れがある。本発明を使用すれば、高い
エネルギー・フルエンスで発生させ伝搬させることの難
しい、波長がきわめて短い紫外レーザ放射線を、低いフ
ルエンスでこれより波長の長い追加のレーザと共に使用
して、必要なエッチ特性を得ることができる。２種類の
レーザを使用するコストは、給配電システムを２種類の
レーザで共用できるため、それほど高くない。このた
め、本発明は特にレーザによる血管形成に適する。
本発明で記載した方法は、アブレーティブ光分解によ
ってエッチングされるあらゆる種類の基板に適用できる
ことが意図されている。これは特に有機重合体、生体組
織、人工骨及び歯材料等の有機基板をエッチングするの
に適合している。
ってエッチングされるあらゆる種類の基板に適用できる
ことが意図されている。これは特に有機重合体、生体組
織、人工骨及び歯材料等の有機基板をエッチングするの
に適合している。
以上、本発明の好ましい実施例について示し説明して
きたが、当業者には自明のように、これらの実施例は例
示のために示したものにすぎない。当業者なら、本発明
から逸脱することなく、数多くの修正、変更、置換を加
えることができるはずである。たとえば、本発明の概念
は、光化学的にアブレーションできるあらゆる材料（酸
化物等）のAPDにも拡張することができる。したがっ
て、本発明は、頭記の特許請求の範囲の原理及び範囲に
よってのみ制限されるものである。
きたが、当業者には自明のように、これらの実施例は例
示のために示したものにすぎない。当業者なら、本発明
から逸脱することなく、数多くの修正、変更、置換を加
えることができるはずである。たとえば、本発明の概念
は、光化学的にアブレーションできるあらゆる材料（酸
化物等）のAPDにも拡張することができる。したがっ
て、本発明は、頭記の特許請求の範囲の原理及び範囲に
よってのみ制限されるものである。
F,発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、紫外線レーザの
アブレーション特性を改善することができる。
アブレーション特性を改善することができる。
第１図は、PMMA基板を用いて、エッチングの深さを、波
長及び照射量を設定したパルス数に対してプロットした
グラフである。 第２図は、PMMA基板を用いて、500パルス後のエッチン
グの深さを、パルス間の遅れ時間に対してプロットした
グラフである。 第３図は、マイラ（mylar）基板及びレーザ光線を搬送
する光ファイバを用いて、パルス当たりまたはパルス対
当たりのエッチングの深さを、パルス間の遅れ時間に対
してプロットしたグラフである。 第４図は、PMMA基板を用いて、重量の減少をパルス数に
対してプロットしたグラフである。 第５図は、PMMA基板を用いて、2000パルス後の全重量減
少をパルス間の遅れ時間に対してプロットしたグラフで
ある。 第６図は、本発明の実施に使用する装置の概略図であ
る。
長及び照射量を設定したパルス数に対してプロットした
グラフである。 第２図は、PMMA基板を用いて、500パルス後のエッチン
グの深さを、パルス間の遅れ時間に対してプロットした
グラフである。 第３図は、マイラ（mylar）基板及びレーザ光線を搬送
する光ファイバを用いて、パルス当たりまたはパルス対
当たりのエッチングの深さを、パルス間の遅れ時間に対
してプロットしたグラフである。 第４図は、PMMA基板を用いて、重量の減少をパルス数に
対してプロットしたグラフである。 第５図は、PMMA基板を用いて、2000パルス後の全重量減
少をパルス間の遅れ時間に対してプロットしたグラフで
ある。 第６図は、本発明の実施に使用する装置の概略図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−289390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−86787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−48691（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−273684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−27196（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】基板の一部を切除する方法であって、 （ａ）上記基板を第１の紫外光波長の第１の放射パルス
にさらす段階と、 （ｂ）上記基板を、上記第１の紫外光波長よりも長い第
２の紫外光波長の第２の放射パルスにさらす段階を含
み、 上記第１又は第２の放射パルスのうちの少なくとも一方
は、上記基板のアブレーティブ光分解の閾値を超えるエ
ネルギー・フルエンスをもつことを特徴とする、 基板の切除方法。 - 【請求項２】基板の一部を切除する方法であって、 （ａ）上記基板の切除すべき部分を、該部分の切除特性
に過渡的な変化を引き起こすのに十分な時間、紫外光放
射の第１のパルスで照射する段階と、 （ｂ）上記基板の上記部分を、該部分のアブレーティブ
光分解を引き起こすのに十分な時間、上記第１のパルス
よりも波長の長い紫外光放射の第２の放射パルスで照射
する段階を有する、 基板の切除方法。 - 【請求項３】重合体及び生物的な層の一部を切除する方
法であって、 （ａ）上記重合体及び生物的な層を第１の紫外光波長の
第１の放射パルスにさらす段階と、 （ｂ）上記重合体及び生物的な層を、上記第１の紫外光
波長よりも長い第２の紫外光波長の第２の放射パルスに
さらす段階を含み、 上記２つの波長のうちの少なくとも１つは、上記重合体
及び生物的な層のアブレーティブ光分解の閾値を超える
エネルギー・フルエンスをもつことを特徴とする、 重合体及び生物的な層の切除方法。 - 【請求項４】基板の一部をエッチングする方法であっ
て、 （ａ）上記基板の上記エッチングすべき部分を、波長が
上記基板の吸収スペクトルの範囲にある第１の紫外光波
長の第１の放射パルスで照射する段階と、 （ｂ）上記第１の放射パルスによる照射の後の予定の時
点で、上記基板の上記エッチングすべき部分を、上記第
１の紫外光波長よりも波長が長い第２の紫外光波長の第
２の放射パルスで照射する段階を有し、 上記第１及び第２のパルスのうちの少なくとも一方は、
上記基板のアブレーティブ光分解の閾値を超える十分な
エネルギー・フルエンスをもつことを特徴とする、 基板の切除方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US26447688A | 1988-10-28 | 1988-10-28 | |
| US264476 | 1988-10-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02182389A JPH02182389A (ja) | 1990-07-17 |
| JP2502768B2 true JP2502768B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=23006229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1262276A Expired - Fee Related JP2502768B2 (ja) | 1988-10-28 | 1989-10-09 | レ―ザによる切除方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4925523A (ja) |
| EP (1) | EP0365754B1 (ja) |
| JP (1) | JP2502768B2 (ja) |
| DE (1) | DE68919328T2 (ja) |
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