JP4565114B2 - 透明材料のレーザー微細加工方法及び装置 - Google Patents
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Description
(1)点集光したレーザー光を3次元的にスキャンしてアブレーション加工し、所定の3次元形状を加工する方法。[例えば、特開2000−317665号公報(特許文献2)]
(2)他種類のフォトマスクを準備し、レーザー照射によるアブレーション加工を段階的に行い、段階ごとにフォトマスクを取り替えて、所定の3次元形状を加工する方法。[例えば、特開平09−308942号公報(特許文献3)、特開平10−16215号公報(特許文献4)]
(3)光の二次元透過形状を自由に制御出来る液晶パネルをフォトマスクとして用い、レーザー加工を進めながらレーザー光のビーム形状を変化させて、所定の3次元形状を加工する方法。[例えば、特開平09−15867号公報(特許文献5)、特開2001−212687号公報(特許文献6)、特開2001−212798号公報(特許文献7)、特開2002−292488号公報(特許文献8)]
(4)光の透過量を連続的に変化させるグレー・フォトマスクを用い、透過するレーザー光強度の二次元分布を制御して、所定の3次元形状を加工する方法。[例えば、特開平07−58434号公報(特許文献9)、特開平08−224686号公報(特許文献10)、特開平2003−15275号公報(特許文献11)]
(5)フォトマスクを透過して所定のビーム形状を持ったレーザー光を照射してアブレーション加工しながら、集光レンズを照射方向に移動させ、縮小率を変えて3次元形状を加工する方法。[特開平08−221729号公報(特許文献12)]
(6)フォトマスクを透過してあるビーム形状を持ったレーザー光を加工物上でレーザー照射方向と垂直な一方向にスキャンすることにより、ランプ構造などの3次元表面形状を加工する方法。[Zimmerら:Appl.Surf.Sci.Vol.96−98,p.425(1996)(非特許文献1)]
(a)フレネルレンズ、ランダム位相板の加工
グレー・フォトマスクを用いることでレーザー光強度の2次元分布を制御し、石英ガラスの背面に流動性物質を接触させ、石英ガラスの表面側からレーザー光を照射して、フレネルレンズ、ランダム位相板の加工を行った。[Kopitkovasら:Microelectron.Eng.Vol.67−68,p.438(2003)(非特許文献2)。]
(b)シリンドリカル凹レンズ構造の加工
フォトマスクを通過したレーザー光を石英ガラスの表面から流動性物質に照射しながら、レーザー光をレーザー照射方向と垂直な一方向にスキャンすることにより、シリンドリカル凹レンズ構造を加工した。[Boehmeら:Appl.Surf.Sci.Vol.186,p.276(2002)(非特許文献3)。]
2 基板保持部材
3 ピン
4 固定機構
5 クランプレバー
6 固定具
7 保持孔
8 支持部材
9 基部
10 流路
11 流路
12 溶液セル
13 セル部材
14 透明基板
15 裏面
16 基板側開口
17 蓋部材
18 計測側開口
19 支持面
20 蓋固定具
21 開口
22 中心開口
23 基板押さえ具
24 押さえ部
25 スプリング
26 スプリング受け部
27 開口
28 基板押圧部材
29 スプリング受け部
30 ねじ
31 変位センサ
32 Oリング
Claims (26)
- 所定位置に固定した透明材料の裏面の位置を、前記透明材料の裏面に形成する溶液セル内に溶液を収容しない状態で計測した後、
次いで、前記溶液セル内にレーザー波長に対して高い吸収率を有する流動性物質を収容して該流動性物質を透明材料の裏面に接触させ、
前記透明材料の表面側から該透明材料の裏面に対し、前記位置計測によるデータを用いて制御しながら透明材料の裏面にレーザーを集光させ、透明材料の裏面に所定の微細加工を行うことを特徴とする透明材料のレーザー微細加工方法。 - 前記裏面の位置計測は、前記透明材料の裏面を解放して行うことを特徴とする請求項1記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- 前記裏面の位置計測は、前記透明材料の裏面に対向して配置した透明板を取り付けた状態で行うことを特徴とする請求項1記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- 前記透明材料の裏面を解放するときには、溶液セルを形成するセル部材を透明材料の支持部材に固定しておき、セル部材に設けた蓋部材を解放することを特徴とする請求項2記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- 前記透明材料の裏面を解放するときには、溶液セルを形成するセル部材を取り外すことによって解放することを特徴とする請求項2記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- 前記透明材料は、該透明材料の裏面位置を直接規制する部材に当接させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- 前記透明材料を、スプリングによって押圧する基板押さえ具により、透明材料の裏面位置を直接規制する部材に押圧することを特徴とする請求項6記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- 透明材料に光吸収の大きな流動性物質を接触させ、所定のフォトマスクを透過して特定のビーム形状を持ったレーザー光を透明材料の表面側から照射しながら、レーザー光または透明材料をスキャンすることにより、透明材料に所定の3次元表面微細構造を加工することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工方法。
- レーザー波長に対して高い吸収率を有する流動性物質を収容する溶液セルを透明材料の裏面に配置し、
前記溶液セル内に流動性物質を収容しない状態で該透明材料の裏面の位置を計測する位置計測手段と、前記溶液セルに流動性物質を導入した状態で透明材料の表面側から裏面にレーザーを照射するレーザー照射手段とを備え、
前記位置計測手段の計測データにより前記レーザー照射手段の集光位置を透明材料の裏面位置に制御する制御手段を備えたことを特徴とする透明材料のレーザー微細加工装置。 - 前記透明材料の裏面の位置計測は、前記透明材料の裏面を解放して行うことを特徴とする請求項9記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記透明材料の裏面の位置計測は、前記透明材料の裏面に対向して配置した透明板を取り付けた状態で行うことを特徴とする請求項9記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記溶液セルを形成するセル部材には前記透明材料に対向して開口を形成し、該開口には蓋部材を設け、
前記蓋部材を解放することにより前記透明材料の裏面を解放することを特徴とする請求項10記載の透明材料のレーザー微細加工装置。 - 溶液セルを形成するセル部材を取り外すことにより前記透明材料の裏面を解放することを特徴とする請求項10記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記透明材料を該透明材料の裏面位置を直接規制する部材に当接させるように構成したことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- スプリングによって押圧する基板押さえ具を備え、前記基板押さえ具により透明材料を該透明材料の裏面位置を直接規制する部材に押圧することを特徴とする請求項14記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 所定形状の光透過部を備えたフォトマスクを用い、
前記フォトマスクを透過して特定のビーム形状を持ったレーザー光を透明材料の表面側から照射しながら、レーザー光または透明材料をスキャンすることにより、透明材料に所定の3次元表面微細構造を加工することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工装置。 - 前記位置計測手段は、非接触式位置計測手段であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記位置計測手段は、接触式位置計測手段であることを特徴とする請求項9または10に記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記蓋部材を開閉するレバーと、該レバーを蓋閉鎖位置で係止するレバー係止部材と、該レバー係止部材でレバーを係止するとき蓋部材を閉鎖方向に付勢する手段とを備えたことを特徴とする請求項12記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記スプリングは、透明材料が中心に配置されるコイルスプリングであることを特徴とする請求項15記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記スプリングを透明材料の周囲に複数配置したことを特徴とする請求項15記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記スプリングは、透明材料を押圧する基板押さえ具と基板押圧部材との間に縮設したものであり、
ねじ込むことにより前記基板押圧部材を前記基板押さえ具に近づけるねじを中心としてコイルスプリングを配置したことを特徴とする請求項15記載の透明材料のレーザー微細加工装置。 - 前記スプリングは、透明材料を押圧する基板押さえ具と基板押圧部材との間に縮設したものであり、基板押さえ部材は所定位置で係止する押圧保持具により設定される位置で、前記スプリングを介して透明材料を押圧することを特徴とする請求項15記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記透明材料として石英ガラス、一般ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、シリコンカーバイド、サファイア、アルミナ、水晶、ダイヤモンド、またはフッ素樹脂を用いることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記レーザーとして、エキシマレーザー、またはYAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー、色素レーザー、銅蒸気レーザー、チタンサファイアレーザーの基本発振波長あるいは高調波を用い、レーザー光強度として0.01J/cm2/pulseから100J/cm2/pulseまでを用いることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
- 前記流動性物質として、有機化合物、有機色素、無機顔料または炭素粉末を含む物質を用いることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明材料のレーザー微細加工装置。
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