JPH08197266A - Method for processing material by using photoirradiation - Google Patents

Method for processing material by using photoirradiation

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JPH08197266A
JPH08197266A JP7024705A JP2470595A JPH08197266A JP H08197266 A JPH08197266 A JP H08197266A JP 7024705 A JP7024705 A JP 7024705A JP 2470595 A JP2470595 A JP 2470595A JP H08197266 A JPH08197266 A JP H08197266A
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quartz glass
processed
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幸次 杉岡
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智之 和田
Hideo Tashiro
英夫 田代
Koichi Toyoda
浩一 豊田
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Abstract

PURPOSE: To obtain a method for processing a material which increases a processing speed and uses photoirradiation with lessened damage by irradiating a work with at least >=2 kinds of beams of different wavelengths simultaneously or parting by a prescribed spacing. CONSTITUTION: The quaternary higher harmonic wave of an Nd:YAG laser 10 is condensed as exciting light by a lens 12 and is made incident into a Raman cell 14 packed with gaseous hydrogen as a Raman medium. A lens 16 for condensing the vacuum UV Raman laser beam which is the Raman conversion light formed by Raman scattering of the quaternary higher harmonic wave of the Nd:YAG laser 10 by the Raman cell 14 and quartz glass 18 as the work to be irradiated with the vacuum UV Raman laser beam condensed by the lens 16 are disposed in a region A held in vacuum from the Raman cell 14. The vacuum UV Raman laser beam has 15 pieces of discontinuous oscillation lines divided to a wavelength 594nm from a wavelength 122nm and the quartz glass 18 is simultaneously pulse irradiated with such beam.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光照射を用いた物質の
加工方法に関し、さらに詳細には、エネルギー・ギャッ
プの大きい、所謂、難加工材と称される物質を加工する
際に用いて好適な光照射を用いた物質の加工方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of processing a substance using light irradiation, and more particularly, to a method of processing a substance having a large energy gap, that is, a so-called difficult-to-process material. The present invention relates to a method for processing a substance using suitable light irradiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、高強度の光を当該光に対して吸
収を持つ物質表面に照射すると、アブレーションと称さ
れる現象が発生すること知られている。
2. Description of the Related Art It is generally known that when a high-intensity light is irradiated on a surface of a substance having absorption for the light, a phenomenon called ablation occurs.

【0003】このアブレーションという現象は、例え
ば、高強度のレーザー光を当該レーザー光に対して吸収
を持つ物質表面にパルス照射することにより、光解離過
程ならびに熱過程によって当該物質表面の当該レーザー
光の照射領域の分子結合ならびに原子結合が切断されて
分解され、さらに高密度プラズマ状態が生成されること
になり、分解された分子ならびに原子の飛散が発生する
という現象である。
[0003] The phenomenon of ablation is caused by, for example, irradiating a pulse of high-intensity laser light to a surface of a substance having absorption with respect to the laser light, thereby performing a photodissociation process and a thermal process on the surface of the material. This is a phenomenon in which molecular bonds and atomic bonds in the irradiation area are broken and decomposed, and a high-density plasma state is generated, whereby the decomposed molecules and atoms are scattered.

【0004】従来より、アブレーションを用いて、物質
表面の分子ならびに原子の飛散による固体表面の微細加
工や当該飛散粒子による薄膜形成加工の研究が広く行わ
れてきており、一部では実用化されている。
Conventionally, ablation has been widely used to study fine processing of a solid surface by scattering molecules and atoms on a material surface and thin film forming processing by the scattering particles, and some of them have been put to practical use. I have.

【0005】こうした従来のアブレーションによる物質
の加工においては、単一波長のレーザー光を物質表面に
パルス照射しており、レーザー光源としては、主に紫外
域におけるエキシマ・レーザーが用いられていた。
In the conventional processing of a substance by ablation, a laser beam of a single wavelength is irradiated on the surface of the substance by a pulse, and an excimer laser mainly in an ultraviolet region is used as a laser light source.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
単一波長のレーザー光を用いた物質の加工方法において
は、高出力の真空紫外レーザーが存在しないために、エ
ネルギー・ギャップの大きい材料の高速で損傷のない加
工が困難であるという問題点があった。
However, in the conventional method of processing a substance using a single-wavelength laser beam, a high-power vacuum ultraviolet laser does not exist. There has been a problem that processing without damage is difficult.

【0007】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、アブレーションを利用した物質の加工の加工速
度を高速化し、損傷の少ない光照射を用いた物質の加工
方法を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to increase the processing speed of material processing using ablation and reduce damage. An object of the present invention is to provide a method for processing a substance using light irradiation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による光照射を用いた物質の加工方法は、被
加工物質に対して同時または所定の間隔を開けて少なく
とも2種類以上の異なる波長の光を照射する光照射を用
いた物質の加工方法であって、上記2種類以上の異なる
波長の光なかの少なくとも一つの波長の光は、上記被加
工物質に対し吸収を持ち上記被加工物質の価電子帯から
伝導帯への電子励起を生じさせる第1の波長の光であ
り、上記2種類以上の異なる波長の光なかの少なくとも
他の一つの波長の光は、上記被加工物質に対して励起準
位の吸収を生じさせる第2の波長の光であるようにした
ものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a method for processing a substance using light irradiation according to the present invention comprises the steps of: A method for processing a substance using light irradiation of irradiating light of different wavelengths, wherein at least one of the two or more kinds of light of different wavelengths absorbs the material to be processed and has The light of the first wavelength that causes electronic excitation from the valence band to the conduction band of the processing material, and at least one other light of the two or more different wavelengths of light is the material to be processed. Is a light of the second wavelength that causes absorption of the excitation level.

【0009】また、第2の波長の光は、第1の波長より
長波長であってエネルギーの大きい波長の光である。
The light of the second wavelength is light having a longer wavelength than the first wavelength and having a large energy.

【0010】[0010]

【作用】被加工物質に対し吸収を持つ波長であって被加
工物質の価電子帯から伝導帯への電子励起を生じさせる
光を含む光が、被加工物質に対して照射されることによ
り、被加工物質において価電子帯から伝導帯への電子励
起が起こる。
The object is irradiated with light having a wavelength that absorbs the object to be processed and including light that causes electronic excitation from the valence band to the conduction band of the object to be processed. Electronic excitation from the valence band to the conduction band occurs in the material to be processed.

【0011】この状態においては、被加工物質における
光の吸収端が長波長側へシフトし、エネルギーの大きい
長波長の光を照射しても吸収を生じるという、励起準位
の吸収を生じるようになる。従って、第1の波長の光と
被加工物質に対して励起準位の吸収を生じさせる第2の
波長の光とを、同時または所定の間隔を開けて被加工物
質に対して照射することにより、アブレーションを生じ
させることができるようになる。
[0011] In this state, the absorption edge of light in the material to be processed is shifted to the longer wavelength side, and absorption occurs even when irradiated with light of a longer wavelength having large energy. Become. Therefore, the material to be processed is irradiated with the light of the first wavelength and the light of the second wavelength that causes the absorption of the excited level to the material to be processed, simultaneously or at a predetermined interval. Ablation can occur.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明による光照射
を用いた物質の加工方法の実施例を詳細に説明すること
とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for processing a substance using light irradiation according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】図1には、本発明の一実施例による光照射
を用いた物質の加工方法を実施するための装置が示され
ている。
FIG. 1 shows an apparatus for carrying out a method for processing a substance using light irradiation according to an embodiment of the present invention.

【0014】図1において、符号10は、光源としての
Nd:YAGレーザーであり、このNd:YAGレーザ
ー10の4次高調波(波長266nm)を励起光として
レンズ12により集光し、ラマン媒質として水素ガスを
充填したラマン・セル14に入射するようになされてい
る。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an Nd: YAG laser as a light source. The fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Nd: YAG laser 10 is condensed by a lens 12 as excitation light, and is used as a Raman medium. The light is incident on a Raman cell 14 filled with hydrogen gas.

【0015】そして、ラマン・セル14から真空に保持
された領域Aには、ラマン・セル14によりNd:YA
Gレーザー10の4次高調波をラマン散乱させたラマン
変換光たる真空紫外ラマン・レーザー光を集光するレン
ズ16と、レンズ16によって集光された真空紫外ラマ
ン・レーザー光を照射される被加工物質として石英ガラ
ス18が配設されている。
The region A kept in vacuum from the Raman cell 14 is Nd: YA by the Raman cell 14.
A lens 16 for condensing vacuum ultraviolet Raman laser light as Raman-converted light obtained by Raman scattering the fourth harmonic of the G laser 10, and a workpiece irradiated with vacuum ultraviolet Raman laser light condensed by the lens 16 A quartz glass 18 is provided as a substance.

【0016】ラマン・セル14から出射される真空紫外
ラマン・レーザー光は、波長122nmから波長594
nmにかけて15本の不連続な発振ラインを有し、これ
ら全ての波長成分を有する真空紫外ラマン・レーザー光
(以下、「全波長真空紫外ラマン・レーザー光」と称す
る。)を、石英ガラス18に対して同時にパルス照射す
るようになされている。
The vacuum ultraviolet Raman laser beam emitted from the Raman cell 14 has a wavelength of 122 nm to 594 wavelength.
Vacuum ultraviolet Raman laser light (hereinafter referred to as “full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light”) having 15 discontinuous oscillation lines up to nm and having all of these wavelength components is applied to the quartz glass 18. On the other hand, pulse irradiation is performed simultaneously.

【0017】図2は、石英ガラス18に対して、図1の
装置により全波長真空紫外ラマン・レーザー光を同時に
パルス照射した場合と、従来の技術のように単一波長の
レーザー光としてNd:YAGレーザーの4次高調波
(波長266nm)をパルス照射した場合とにおける、
パルス数とアブレーション深さとの関係を示す実験結果
のグラフである。
FIG. 2 shows a case where the quartz glass 18 is simultaneously pulsed with a full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser beam by the apparatus shown in FIG. 1 and a case where Nd: The pulse irradiation of the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the YAG laser
9 is a graph of an experimental result showing a relationship between a pulse number and an ablation depth.

【0018】なお、全波長真空紫外ラマン・レーザー光
もNd:YAGレーザーの4次高調波も、エネルギー密
度は2.1J/cm2とした。
The energy density of both the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light and the fourth harmonic of the Nd: YAG laser was 2.1 J / cm 2 .

【0019】図2に示されているように、全波長真空紫
外ラマン・レーザー光を同時にパルス照射した方が、単
一波長のNd:YAGレーザーの4次高調波(波長26
6nm)をパルス照射することに比べて、同一のパルス
数においては約1.5倍大きいアブレーション深さが得
られており、その加工速度が速いものとなっていた。
As shown in FIG. 2, the simultaneous irradiation of all-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light with a pulse radiates the fourth harmonic (wavelength 26) of a single wavelength Nd: YAG laser.
When the pulse number is the same, the ablation depth is about 1.5 times larger than that of the pulse irradiation of the same pulse number, and the processing speed is high.

【0020】また、その加工形状においても、図3
(a)(b)に示すように、全波長真空紫外ラマン・レ
ーザー光の同時パルス照射と単一波長のNd:YAGレ
ーザーの4次高調波のパルス照射とでは、大きな違いが
見られた。
Also, in the processing shape, FIG.
As shown in (a) and (b), there was a great difference between simultaneous pulse irradiation of full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light and pulse irradiation of the fourth harmonic of a single wavelength Nd: YAG laser.

【0021】即ち、図3(a)(b)は、石英ガラス1
8上に1辺が25μmの正方形の貫通穴のパターンを備
えた金属マスクをのせて、全波長真空紫外ラマン・レー
ザー光を50パルス同時照射した場合(図3(a))
と、単一波長のNd:YAGレーザーの4次高調波(波
長266nm)を50パルス照射した場合(図3
(b))とにおける、石英ガラス18の加工された表面
の顕微鏡写真である。
That is, FIGS. 3A and 3B show the quartz glass 1.
When a metal mask having a pattern of a square through hole having a side of 25 μm is placed on 8 and 50 pulses of full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light are simultaneously irradiated (FIG. 3A).
And 50 pulses of the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of a single wavelength Nd: YAG laser (FIG. 3)
3B is a micrograph of the processed surface of the quartz glass 18 in FIGS.

【0022】なお、全波長真空紫外ラマン・レーザー光
もNd:YAGレーザーの4次高調波も、エネルギー密
度は2.1J/cm2とした。
The energy density of both the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser beam and the fourth harmonic of the Nd: YAG laser was 2.1 J / cm 2 .

【0023】図3(a)に示すように、全波長真空紫外
ラマン・レーザー光を50パルス同時照射した場合に
は、全波長真空紫外ラマン・レーザー光の回折による空
間強度分布を反映した規則的なパターンが示されてい
て、比較的平坦な加工面が得られた。また、加工部周辺
には、クラックの発生は生じなかった。
As shown in FIG. 3A, when 50 pulses of full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light are simultaneously irradiated, a regular distribution reflecting the spatial intensity distribution by diffraction of the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light is obtained. A relatively flat machined surface was obtained. No cracks occurred around the processed part.

【0024】一方、単一波長のNd:YAGレーザーの
4次高調波を照射した場合には、図3(b)に示すよう
に、加工表面も不規則な凹凸や熱的損傷が確認された。
さらに、加工部周辺にも、クラックが発生した。
On the other hand, when the fourth harmonic of a single wavelength Nd: YAG laser was irradiated, as shown in FIG. 3B, irregular asperities and thermal damage were also confirmed on the processed surface. .
Further, cracks also occurred around the processed portion.

【0025】また、図4(a)(b)は、石英ガラス1
8に対して、エネルギー密度が20J/cm2の全波長
真空紫外ラマン・レーザー光を5パルス同時照射した場
合(図4(a))と、エネルギー密度が20J/cm2
の単一波長のNd:YAGレーザーの4次高調波(波長
266nm)を5パルス照射した場合(図4(b))と
における、石英ガラス18表面の顕微鏡写真である。
FIGS. 4A and 4B show the quartz glass 1.
Respect 8, if the energy density is 5 pulses simultaneously irradiating the entire wavelength vacuum ultraviolet Raman laser beam 20 J / cm 2 and (FIG. 4 (a)), the energy density of 20 J / cm 2
FIG. 4B is a photomicrograph of the surface of the quartz glass 18 when five pulses of the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the single wavelength Nd: YAG laser are applied (FIG. 4B).

【0026】これら図4(a)(b)の顕微鏡写真にお
いても、上記した図3(a)(b)と同様な結果が示さ
れている。
The micrographs of FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the same results as those of FIGS. 3 (a) and 3 (b).

【0027】ここにおいて、全波長真空紫外ラマン・レ
ーザー光を石英ガラス18に同時にパルス照射した場合
におけるアブレーションによる加工のメカニズムを説明
するが、この加工のメカニズムは、従来の技術における
単一波長のレーザー光のパルス照射におけるアブレーシ
ョンによる加工のメカニズムとは全く異なるものであ
る。
Here, the mechanism of processing by ablation when the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light is simultaneously pulsed onto the quartz glass 18 will be described. This processing mechanism is based on the single-wavelength laser in the prior art. The mechanism of processing by ablation in light pulse irradiation is completely different.

【0028】即ち、同時にパルス照射した全波長真空紫
外ラマン・レーザー光の波長成分のなかで、石英ガラス
18に吸収を持ち、エネルギー・ギャップの8eVより
大きい光子エネルギーを持つ160nm以下の波長によ
って、まず価電子帯から伝導帯への電子励起が起こる。
この状態では、吸収端が長波長側へ移行し、全波長真空
紫外ラマン・レーザー光のなかで最も大きなエネルギー
を持つラマン変換の基本波、即ち、励起光たる波長26
6nmのNd:YAGレーザーの4次高調波の吸収を生
じるようになる。そして、この様子が、図5乃至図6に
示されている。
That is, among the wavelength components of the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser beam irradiated at the same time, the wavelength of 160 nm or less having a photon energy larger than the energy gap of 8 eV that has an absorption in the quartz glass 18 and is at first absorbed. Electronic excitation from the valence band to the conduction band occurs.
In this state, the absorption edge shifts to the longer wavelength side, and the fundamental wave of the Raman conversion having the largest energy among all wavelengths of vacuum ultraviolet Raman laser light, that is, the excitation light wavelength 26
It causes absorption of the fourth harmonic of a 6 nm Nd: YAG laser. This situation is shown in FIGS.

【0029】つまり、図5には、全波長真空紫外ラマン
・レーザー光を石英ガラス18に同時にパルス照射した
場合における、石英ガラス18中での波長266nmの
波長成分の時間による透過率の変化の測定結果が示され
ており、図6には、電子励起を生じさせるであろう波長
160nmの波長成分のパルス波形が示されているが、
全波長真空紫外ラマン・レーザー光中のこのような短波
長成分の照射によって、波長266nmの波長成分の透
過率が最大約36%まで減少している。こうした現象
は、励起準位による吸収(ESA:Excited S
tate Absorption)と称されるものであ
り、この励起準位による吸収によって石英ガラス18に
対する効果的なアブレーションが可能となったものであ
る。
That is, FIG. 5 shows the measurement of the change in the transmittance of quartz glass 18 with time for the wavelength component of 266 nm in the quartz glass 18 when the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light is simultaneously pulsed onto the quartz glass 18. The results are shown, and FIG. 6 shows the pulse waveform of a wavelength component at a wavelength of 160 nm that would cause electronic excitation,
Irradiation of such a short wavelength component in the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light reduces the transmittance of the wavelength component of 266 nm to a maximum of about 36%. Such a phenomenon is caused by absorption by an excited level (ESA: Excited S).
In this case, the absorption by the excitation level makes it possible to effectively ablate the quartz glass 18.

【0030】なお、上記した実施例においては、3種類
以上の波長成分を含む全波長真空紫外ラマン・レーザー
光を用いたが、これに限られることなしに、石英ガラス
18に対し吸収を持ち石英ガラス18の価電子帯から伝
導帯への電子励起を生じさせる波長成分の光と、石英ガ
ラス18に対して励起準位の吸収を生じる波長成分の光
との、少なくとも2種類以上の波長の光を同時照射する
ようにしてもよい。
In the above-described embodiment, a full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser beam containing three or more wavelength components is used. However, the present invention is not limited to this. Light of at least two wavelengths, that is, light of a wavelength component that causes electronic excitation from the valence band of the glass 18 to the conduction band and light of a wavelength component that causes absorption of an excitation level to the quartz glass 18. May be simultaneously irradiated.

【0031】また、上記した実施例においては、全波長
真空紫外ラマン・レーザー光を同時にパルス照射した
が、図5および図6に示すように、石英ガラス18に対
し吸収を持ち石英ガラス18の価電子帯から伝導帯への
電子励起を生じさせる波長成分のパルス波形とその石英
ガラス18中での吸収との間には、わずかのズレがある
ので、そのズレの時間分だけ、石英ガラス18に対し吸
収を持ち石英ガラス18の価電子帯から伝導帯への電子
励起を生じさせる波長成分の光と、石英ガラス18に対
して励起準位の吸収を生じる波長成分の光との照射をず
らすようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the pulsed irradiation with the full-wavelength vacuum ultraviolet Raman / laser laser beam was performed simultaneously. However, as shown in FIGS. Since there is a slight shift between the pulse waveform of the wavelength component that causes electronic excitation from the electronic band to the conduction band and its absorption in the quartz glass 18, the quartz glass 18 is moved by the time of the shift. On the other hand, the irradiation of light having a wavelength component that causes absorption from the valence band of the quartz glass 18 to the conduction band and that causes absorption of an excitation level with respect to the quartz glass 18 is shifted. It may be.

【0032】さらに、上記した実施例においては、石英
ガラス18に対し吸収を持ち石英ガラス18の価電子帯
から伝導帯への電子励起を生じさせる波長成分の光と、
石英ガラス18に対して励起準位の吸収を生じる波長成
分の光との少なくとも2種類以上の波長の光を、同一系
統により石英ガラス18に照射するようにしたが、それ
らを別系統から照射するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, light having a wavelength component which absorbs the quartz glass 18 and causes electronic excitation from the valence band to the conduction band of the quartz glass 18;
Light of at least two types of wavelengths, that is, light of a wavelength component that causes absorption of an excitation level to the quartz glass 18, is radiated to the quartz glass 18 by the same system. You may do so.

【0033】さらにまた、石英ガラス18に対し吸収を
持ち石英ガラス18の価電子帯から伝導帯への電子励起
を生じさせる波長成分の光は、レーザー光でなくともよ
く、石英ガラス18のエネルギー・ギャップより大きい
光子エネルギーを持つランプでもよい。即ち、こうした
ランプの光を照射しても、上準位への電子励起は生じ、
その状態で適当なレーザー光を照射することによって励
起準位による吸収が生じ、アブレーションを行うことが
できる。
Further, the light of the wavelength component that absorbs the quartz glass 18 and causes electronic excitation from the valence band to the conduction band of the quartz glass 18 does not have to be a laser beam. A lamp having a photon energy larger than the gap may be used. That is, even if the light of such a lamp is irradiated, electronic excitation to the upper level occurs,
By irradiating an appropriate laser beam in that state, absorption by an excitation level occurs, and ablation can be performed.

【0034】また、上記した実施例においては、アブレ
ーションによる石英ガラス18の加工に関してのみ説明
したが、アブレーションによる飛散分子ならびに飛散原
子を堆積させて、薄膜を形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, only the processing of the quartz glass 18 by ablation has been described. However, a thin film may be formed by depositing scattered molecules and scattered atoms by ablation.

【0035】なお、上記実施例においては、被加工物質
として石英ガラス18を選択し、石英ガラス18に対し
吸収を持ち石英ガラス18の価電子帯から伝導帯への電
子励起を生じさせる波長成分の光と、石英ガラス18に
対して励起準位の吸収を生じる波長成分の光との少なく
とも2種類以上の波長成分を含む光として、ラマン変換
による全波長真空紫外レーザー光を用いた場合について
説明したが、これらは単なる例示に過ぎず、これらに限
られずに適宜に被加工物質や光の種類を選択してよいこ
とは勿論である。
In the above embodiment, the quartz glass 18 is selected as the material to be processed, and the wavelength component of the wavelength component that absorbs the quartz glass 18 and causes electronic excitation from the valence band of the quartz glass 18 to the conduction band is generated. A case has been described where full-wavelength vacuum ultraviolet laser light by Raman conversion is used as light including at least two types of wavelength components, that is, light and light having a wavelength component that causes absorption of an excitation level to the quartz glass 18. However, these are merely examples, and it is a matter of course that the material to be processed and the type of light may be appropriately selected without being limited thereto.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、アブレーションを利用した物質の加工の加
工速度を高速化することができ、真空紫外領域の短波長
で高強度のレーザーが存在しないために加工が困難とな
っている、エネルギー・ギャップの大きい難加工材の加
工を効率よく行うことができるようになる。
According to the present invention, as described above, the processing speed of material processing using ablation can be increased, and a high-intensity laser with a short wavelength in the vacuum ultraviolet region can be obtained. It becomes possible to efficiently process difficult-to-process materials having a large energy gap, which are difficult to process because they do not exist.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による光照射を用いた物質の
加工方法を実施するための装置を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing an apparatus for performing a method of processing a substance using light irradiation according to an embodiment of the present invention.

【図2】石英ガラスに対して、図1に示す装置により全
波長真空紫外ラマン・レーザー光を同時にパルス照射し
た場合と、従来の技術のように単一波長のレーザー光と
してNd:YAGレーザーの4次高調波(波長266n
m)をパルス照射した場合とにおける、パルス数とアブ
レーション深さとの関係を示す実験結果のグラフであ
る。
FIG. 2 shows a case where quartz glass is simultaneously pulse-irradiated with a full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser beam by the apparatus shown in FIG. 1, and a case where a Nd: YAG laser is used as a single-wavelength laser beam as in the prior art. 4th harmonic (wavelength 266n
10 is a graph of experimental results showing the relationship between the number of pulses and the ablation depth when m) is irradiated with pulses.

【図3】図3(a)(b)は加工された石英ガラス表面
の顕微鏡写真であり、図3(a)は、石英ガラス上に1
辺が25μmの正方形の貫通穴のパターンを備えた金属
マスクをのせて、全波長真空紫外ラマン・レーザー光を
50パルス同時照射した場合の顕微鏡写真であり、図3
(b)は、図3(a)と同一の条件において、単一波長
のNd:YAGレーザーの4次高調波(波長266n
m)を50パルス照射した場合の顕微鏡写真である。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are micrographs of a processed quartz glass surface, and FIG.
FIG. 3 is a photomicrograph when 50 pulses of full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light were simultaneously irradiated on a metal mask having a pattern of a square through hole having a side of 25 μm, and FIG.
3B shows the fourth harmonic (wavelength 266n) of a single wavelength Nd: YAG laser under the same conditions as FIG.
m) is a micrograph when 50 pulses are irradiated.

【図4】図4(a)(b)は加工された石英ガラス表面
の顕微鏡写真であり、図4(a)は、石英ガラスに対し
て、エネルギー密度が20J/cm2の全波長真空紫外
ラマン・レーザー光を5パルス同時照射した場合の顕微
鏡写真であり、図4(b)は、石英ガラスに対して、エ
ネルギー密度が20J/cm2の単一波長のNd:YA
Gレーザーの4次高調波(波長266nm)を5パルス
照射した場合の顕微鏡写真である。
4 (a) and 4 (b) are photomicrographs of a processed quartz glass surface, and FIG. 4 (a) is a full-wavelength vacuum ultraviolet with an energy density of 20 J / cm 2 with respect to quartz glass. FIG. 4B is a micrograph of a case where five pulses of Raman laser light are simultaneously irradiated. FIG. 4B shows a single wavelength Nd: YA having an energy density of 20 J / cm 2 with respect to quartz glass.
It is a microscope photograph at the time of irradiating 5 pulses of the 4th harmonic (wavelength 266nm) of G laser.

【図5】全波長真空紫外ラマン・レーザー光を石英ガラ
スに同時にパルス照射した場合における、石英ガラス中
での波長266nmの波長成分の時間による透過率の変
化の測定結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a measurement result of a change in transmittance with time of a wavelength component of a wavelength of 266 nm in quartz glass when a quartz glass is simultaneously pulse-irradiated with full-wavelength vacuum ultraviolet Raman laser light.

【図6】波長160nmの波長成分のパルス波形を示す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a pulse waveform of a wavelength component having a wavelength of 160 nm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 Nd:YAGレーザー 12 レンズ 14 ラマン・セル 16 レンズ 18 石英ガラス A 真空に保持された領域 Reference Signs List 10 Nd: YAG laser 12 lens 14 Raman cell 16 lens 18 quartz glass A region held in vacuum

フロントページの続き (72)発明者 豊田 浩一 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内Continuation of front page (72) Inventor Koichi Toyoda 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Pref. RIKEN

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被加工物質に対して同時または所定の間
隔を開けて少なくとも2種類以上の異なる波長の光を照
射する光照射を用いた物質の加工方法であって、 前記2種類以上の異なる波長の光なかの少なくとも一つ
の波長の光は、前記被加工物質に対し吸収を持ち前記被
加工物質の価電子帯から伝導帯への電子励起を生じさせ
る第1の波長の光であり、 前記2種類以上の異なる波長の光なかの少なくとも他の
一つの波長の光は、前記被加工物質に対して励起準位の
吸収を生じさせる第2の波長の光であることを特徴とす
る光照射を用いた物質の加工方法。
1. A method for processing a substance using light irradiation for irradiating at least two or more types of light having different wavelengths simultaneously or at predetermined intervals to a substance to be processed, wherein the two or more different types of light are irradiated. The light of at least one wavelength among the light of the wavelength is light of a first wavelength that absorbs the material to be processed and causes electronic excitation from a valence band to a conduction band of the material to be processed, At least one other light of the two or more different wavelengths is light of a second wavelength that causes absorption of an excitation level to the material to be processed. Method of processing substances using
【請求項2】 前記第2の波長の光は、前記第1の波長
より長波長であってエネルギーの大きい波長の光である
請求項1記載の光照射を用いた物質の加工方法。
2. The method according to claim 1, wherein the light having the second wavelength is light having a wavelength longer than the first wavelength and having a large energy.
【請求項3】 前記被加工物質は石英ガラスであり、前
記被加工物質に対して同時または所定の間隔を開けて照
射される少なくとも2種類以上の異なる波長の光は、N
d:YAGレーザーの4次高調波を水素ガス中でラマン
散乱させる真空紫外ラマン・レーザーのパルス・レーザ
ー光である請求項1記載の光照射を用いた物質の加工方
法。
3. The material to be processed is quartz glass, and at least two or more types of light having different wavelengths, which are irradiated on the material to be processed simultaneously or at predetermined intervals, are N
2. The method for processing a substance using light irradiation according to claim 1, wherein d is a pulsed laser beam of a vacuum ultraviolet Raman laser for Raman scattering the fourth harmonic of a YAG laser in hydrogen gas.
【請求項4】 前記被加工物質は石英ガラスであり、前
記第1の波長の光は波長160nm以下のパルス・レー
ザー光であり、第2の波長の光は波長266nmのパル
ス・レーザー光である請求項1記載の光照射を用いた物
質の加工方法。
4. The material to be processed is quartz glass, the light of the first wavelength is a pulsed laser light having a wavelength of 160 nm or less, and the light of the second wavelength is a pulsed laser light having a wavelength of 266 nm. A method for processing a substance using light irradiation according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6432278B2 (en) * 1997-03-26 2002-08-13 The Institute Of Physical And Chemical Research Method for controlling refractive index of silica glass
JP2006166275A (en) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Epson Corp Method of manufacturing crystal device

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