JPH0820072A - Minute area photosensitizing method, optical shaping method using the same and photosensitive substance-processing apparatus - Google Patents

Minute area photosensitizing method, optical shaping method using the same and photosensitive substance-processing apparatus

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JPH0820072A
JPH0820072A JP6154778A JP15477894A JPH0820072A JP H0820072 A JPH0820072 A JP H0820072A JP 6154778 A JP6154778 A JP 6154778A JP 15477894 A JP15477894 A JP 15477894A JP H0820072 A JPH0820072 A JP H0820072A
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JP
Japan
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light
probe
photosensitive material
wavelength
photosensitive
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JP6154778A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Uchikawa
清 内川
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Original Assignee
Nikon Corp
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a photosensitizing method for photosensitizing a minute area exceeding the throttling limit due to the diffraction of light, an optical shaping method using the same and a processing apparatus capable of producing a minute structure. CONSTITUTION:The minute area of a photosensitive substance capable of being changed in its physical properties by light reaction due to the irradiation with light of a specific wavelength region is photosensitized. A photosensitive substance film 1 is placed on a work table 2 and light on a wavelength side longer than a wavelength starting light reaction is allowed to be incident on the interface where a minute are a to be photosensitized is present of the photosensitive film so as to satisfy a total reflection condition. The pointed part 4a of a probe 4 formed from a molecule having non-linear susceptibility of at least one of secondary and tertiary ones in the wavelength region of the light is positioned on the surface of the photosensitive substance film or in the vicinity thereof to reflect the higher harmonic of the incident point to induce light reaction in the minute area. This operation is performed with respect to each point of an objective shape to form a latent image which is, in turn, developed to obtain a minute structure.

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、感光性物質の微小領
域、特に、回折によって絞り込みが制限される限界を超
えるような微小領域を感光させることに好適な感光方
法、それを用いた光造形方法および感光性物質加工装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensitive method suitable for exposing a minute region of a photosensitive material, particularly, a minute region exceeding a limit of narrowing down due to diffraction, and a photolithography using the same. A method and a photosensitive material processing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロマシン等の微小な構造物
が提案されている。これらの微小構造物は、あまりにも
小さいため、それを構築するための部品、例えば、ギア
等の部品を、どのように製作するかが問題となってい
る。そのような製作方法の一つとして、光硬化型樹脂を
用いた光造形技術がある。この光造形技術では、光硬化
性樹脂溶液の表面上で集束されたレーザー光を掃引し、
その後、感光した樹脂表面上をさらに新たな樹脂溶液層
で覆い、レーザー光の掃引を繰り返すことにより、任意
形状の物体を形成していた。
2. Description of the Related Art In recent years, minute structures such as micromachines have been proposed. Since these microstructures are too small, how to manufacture components for constructing them, such as gears, is a problem. As one of such manufacturing methods, there is a stereolithography technique using a photocurable resin. This stereolithography technology sweeps the laser light focused on the surface of the photocurable resin solution,
After that, the exposed resin surface was further covered with a new resin solution layer, and the sweeping of the laser beam was repeated to form an object having an arbitrary shape.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の光造形技術で
は、レーザーの樹脂溶液表面への集光は、レンズあるい
は曲面鏡を用いて行っていた。一般に、点光源から放射
された任意の波長の電磁波(波長λ)は、理想的光学系
により、NAをレンズの開口数として、スポット径(λ
/2・NA)まで絞り込むことができる。しかし、スポ
ット径をこれより小さく絞ることは、光の回折の影響を
受けるため制限される。従って、光等の電磁波の絞り込
みには、回折による限界が生ずることとなる。そのた
め、光の回折による限界を超えるような、微小な3次元
構造物は形成することができなかった。しかし、近年、
光の回折による絞り込みの限界を超えるような、より微
細な構造物の製作が望まれており、それに対応しうる造
形技術の開発が要請されている。
In the conventional stereolithography technique, the laser beam is focused on the surface of the resin solution by using a lens or a curved mirror. In general, an electromagnetic wave having an arbitrary wavelength (wavelength λ) emitted from a point light source is spotted by a spot diameter (λ
/ 2 ・ NA) can be narrowed down. However, narrowing the spot diameter smaller than this is limited because it is affected by light diffraction. Therefore, there is a limit due to diffraction in narrowing down electromagnetic waves such as light. Therefore, it was not possible to form a minute three-dimensional structure that exceeds the limit due to the diffraction of light. However, in recent years
It is desired to manufacture a finer structure that exceeds the limit of narrowing down due to light diffraction, and development of a molding technique capable of coping with the demand is demanded.

【0004】そこで、本発明は、光の回折による絞り込
みの限界を超える微小な領域を感光させることができる
感光方法、および、それを用いた光造形方法、ならび
に、光の回折による絞り込みの限界を超える微小な構造
の製作が可能な加工装置を提供するものである。
Therefore, the present invention provides a photosensitive method capable of exposing a microscopic area exceeding the limit of focusing due to light diffraction, a stereolithography method using the same, and a limit of limiting due to light diffraction. The present invention provides a processing apparatus capable of manufacturing a fine structure exceeding the limit.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、特定の波長域の光照射による光反
応によって物性を変化させることのできる感光性物質に
ついて、その微小領域を感光させる方法であって、前記
感光性物質に光反応を開始させる波長より長波長側の光
を、該感光性物質の、感光させるべき微小領域が存在す
る界面に対し、全反射条件を満たすように入射させ、前
記光の波長域において、2次および3次のうち少なくと
も一方の非線形感受率を有する分子で形成されたプロー
ブの尖鋭部を、前記感光性物質の表面上ないし表面近傍
に位置させて、該尖鋭部で入射光の高調波を放射させ
て、当該部位に光反応を誘起することを特徴とする微小
領域感光方法が提供される。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a photosensitive material capable of changing its physical properties by a photoreaction caused by irradiation of light in a specific wavelength range, has its minute regions A method of exposing light so that light having a wavelength longer than the wavelength at which the photosensitive substance starts a photoreaction is satisfied with respect to the interface of the photosensitive substance in which a minute region to be exposed exists. And a sharp portion of the probe formed of a molecule having a nonlinear susceptibility of at least one of the second order and the third order in the wavelength range of the light is positioned on or near the surface of the photosensitive substance. Then, a fine area sensitizing method is provided in which a harmonic of incident light is radiated at the sharp portion to induce a photoreaction at the portion.

【0006】また、本発明の他の態様によれば、特定の
波長域の光照射により物性を変化させることのできる感
光性物質に、当該波長域の光を目的の位置に照射して、
光反応を誘起し、ついで、現像することにより、目的の
形状を形成する光造形方法において、(A) 前記感光
性物質の膜を形成し、(B) 前記光の波長域におい
て、2次および3次のうち少なくとも一方の非線形感受
率を有する分子で形成されたプローブの尖鋭部を、感光
させるべき部位に順次位置させ、該尖鋭部が感光させる
べき部位に存在するときには、尖鋭部を前記感光性物質
の表面上ないし表面近傍に位置させると共に、前記光反
応を開始する波長より長波長側の光を、感光性物質の膜
の少なくとも一つの平坦面に対し、全反射条件を満たす
ように入射させて、該尖鋭部で入射光の高調波を放射さ
せ、当該部位に光反応を誘起することにより、目的の形
状の潜像を形成し、(C) 前記潜像を現像して、目的
の形状を得ることを特徴とする光造形方法が提供され
る。
According to another aspect of the present invention, a photosensitive material whose physical properties can be changed by irradiation with light in a specific wavelength range is irradiated with light in the wavelength range at a target position,
In a stereolithography method of forming a target shape by inducing a photoreaction and then developing, (A) forming a film of the photosensitive substance, and (B) in the wavelength range of the light, secondary and The sharp parts of the probe formed of molecules having at least one of the third-order non-linear susceptibility are sequentially positioned at the site to be exposed, and when the sharp parts are present at the site to be exposed, the sharp parts are exposed to the light. The light having a wavelength longer than the wavelength at which the photoreaction is initiated is incident on at least one flat surface of the film of the photosensitive material so as to satisfy the condition of total reflection while being positioned on or near the surface of the photosensitive material. Then, a harmonic wave of incident light is radiated at the sharp portion, and a photoreaction is induced in the portion to form a latent image of a target shape, and (C) the latent image is developed to obtain a target image. Characterized by getting shape Optical modeling method of are provided.

【0007】前記(B)の潜像の形成は、例えば、プロ
ーブの尖鋭部を、前記感光性物質の表面上ないし表面近
傍に位置させて、順次走査し、該尖鋭部が感光させるべ
き部位に存在するとき、上記全反射を起こさせる光を入
射させることによって行うことができる。また、前記
(B)の潜像の形成は、前記光反応を開始する波長より
長波長側の光を、感光性物質の膜の少なくとも一つの平
坦面に対し、全反射条件を満たすように入射させた状態
で、プローブの尖鋭部を、前記感光性物質の表面上方に
位置させて、順次走査し、該尖鋭部が感光させるべき部
位に存在するとき、該尖鋭部を前記感光性物質の表面上
ないし表面近傍に位置させて、該尖鋭部で入射光の高調
波を放射させて、当該部位に光反応を誘起することによ
っておこなうことができる。
The latent image of (B) is formed, for example, by locating the sharp portion of the probe on or near the surface of the photosensitive material and scanning it in sequence so that the sharp portion is exposed to light. When present, this can be done by injecting light that causes the above-mentioned total internal reflection. Further, in forming the latent image of (B), light having a wavelength longer than the wavelength at which the photoreaction starts is incident on at least one flat surface of the film of the photosensitive material so as to satisfy the condition of total reflection. In this state, the sharp portion of the probe is positioned above the surface of the photosensitive substance and sequentially scanned, and when the sharp portion is present at the site to be exposed, the sharp portion is formed on the surface of the photosensitive substance. It can be carried out by arranging it on the surface or near the surface and radiating a harmonic wave of incident light at the sharp point to induce a photoreaction at the site.

【0008】また、本発明の光造形方法は、上記(A)
および(B)の処理を1層ごとに繰り返して、感光性物
質の膜を順次積層し、複数層に渡って形成された潜像を
現像して、目的の形状を得る構成とすることもできる。
これにより、立体的な構造物、すなわち、1回に感光す
ることができる感光性物質の膜厚より厚さが大きい構造
物を形成することができる。
Further, the stereolithography method of the present invention is based on the above (A).
The processing of (B) may be repeated for each layer, films of a photosensitive material may be sequentially laminated, and a latent image formed over a plurality of layers may be developed to obtain a target shape. .
This makes it possible to form a three-dimensional structure, that is, a structure having a thickness larger than the film thickness of the photosensitive material that can be exposed at one time.

【0009】さらに、本発明の他の態様によれば、特定
の波長域の光照射により物性を変化させることのできる
感光性物質に、当該波長域の光を目的の位置に照射し
て、光反応を誘起し、ついで、現像することにより、目
的の形状を形成する感光性物質加工装置において、前記
感光性物質に光反応を誘起する波長よりも長波長側の少
なくとも一つの領域で透明な材料で構成された作業台
と、光反応を開始する波長より長波長側の光を放射する
光源と、前記光源から放射される光の波長域において、
少なくとも2次および3次のうちのいずれかの非線形感
受率を有する分子で形成された、少なくとも一カ所にお
いて尖鋭部を有するプローブと、該プローブを感光性物
質上方で3次元的に変位させるための変位機構とを有
し、前記光源は、作業台上に保持される感光性物質の少
なくとも一つの平坦面に対し全反射条件を満たすよう
に、光ビームを前記作業台に入射する位置に配置され、
前記変位機構は、プローブの尖鋭部を感光性物質の表面
上ないし表面近傍に位置させて、該尖鋭部で入射光の高
調波を放射させることができるものであることを特徴と
する感光性物質加工装置が提供される。
Further, according to another aspect of the present invention, a photosensitive substance whose physical properties can be changed by irradiating light in a specific wavelength range is irradiated with light in the wavelength range to a target position, and light is emitted. In a photosensitive material processing apparatus that forms a target shape by inducing a reaction and then developing, a transparent material in at least one region on the longer wavelength side than the wavelength that induces a photoreaction in the photosensitive material. In a workbench composed of, a light source that emits light on a longer wavelength side than a wavelength that starts a photoreaction, and a wavelength range of light emitted from the light source,
A probe formed of a molecule having at least a second-order and a third-order non-linear susceptibility and having a sharp point at at least one position, and for displacing the probe three-dimensionally above a photosensitive substance A displacement mechanism, and the light source is arranged at a position where a light beam is incident on the workbench so as to satisfy the condition of total reflection with respect to at least one flat surface of the photosensitive material held on the workbench. ,
The displacing mechanism is characterized in that the sharp portion of the probe is located on or near the surface of the photosensitive material, and a harmonic of incident light can be radiated at the sharp portion. A processing device is provided.

【0010】以上の各態様において、前記尖鋭部は、そ
の高調波放射面の大きさが光の回折による絞り込みの限
界より小さいものとすることができる。
In each of the above aspects, the sharpened portion may have a harmonic radiation surface smaller than the limit of focusing due to diffraction of light.

【0011】[0011]

【作用】本発明は、前記光反応を開始する波長より長波
長側の光を、感光性物質の少なくとも一つの平坦面に対
し、全反射条件を満たすように入射させ、該感光性物質
の表面からエバネッセント波を発生させる。つぎに、前
記光の波長域において、2次および3次のうち少なくと
も一方の非線形感受率を有する分子で形成された、少な
くとも一カ所において尖鋭部を有するプローブを、感光
性物質の表面上ないし表面近傍に位置させる。これによ
り、プローブ尖鋭部は、前記エバネッセント波により分
極が励起される。この場合、プローブの尖鋭面の大きさ
は、先端側で、コーヒレント長より十分小さい長さであ
って、感光性物質を感光させるに足る量の高調波を発生
できる体積を有する部分の大きさで決まる。この大きさ
は、回折による絞り込みの限界、すなわち、光源の波長
(ここでは、高調波の波長)の1/2程度より十分に小
さくすることが可能である。
According to the present invention, the light having a wavelength longer than the wavelength at which the photoreaction is initiated is incident on at least one flat surface of the photosensitive material so as to satisfy the condition of total reflection, and the surface of the photosensitive material is irradiated. Generate an evanescent wave from. Next, a probe formed of a molecule having a nonlinear susceptibility of at least one of the second order and the third order in the wavelength range of the light and having a sharp point at at least one position is provided on the surface or surface of the photosensitive substance. Position it in the vicinity. As a result, polarization of the probe sharp portion is excited by the evanescent wave. In this case, the size of the sharp surface of the probe is sufficiently smaller than the coherent length on the tip side, and is the size of a portion having a volume capable of generating a sufficient amount of harmonics for exposing the photosensitive material. Decided. This size can be made sufficiently smaller than the limit of narrowing down by diffraction, that is, about 1/2 of the wavelength of the light source (here, the wavelength of the harmonic wave).

【0012】一方、励起されたプローブの先端からは、
励起光の高調波、例えば、第2高調波が発生される。光
の波長よりも小さな領域からの第2高調波発生であるか
ら、プローブを構成する分子が2次の非線形感受率を持
つ限り、位相整合が行われていなくても、また非晶質状
態であっても、第二高調波が発生する。しかも、波長よ
りも小さい領域から発生することができる。
On the other hand, from the tip of the excited probe,
A harmonic of the excitation light, for example, a second harmonic, is generated. Since the second harmonic is generated from a region smaller than the wavelength of light, so long as the molecules that make up the probe have a second-order nonlinear susceptibility, even if phase matching is not performed, If so, the second harmonic is generated. Moreover, it can be generated from a region smaller than the wavelength.

【0013】この状態で、プローブで樹脂の表面上を走
査すると、紫外線硬化樹脂は、プローブ先端からの発光
により感光するが、その感光領域は波長より、十分小さ
くすることが可能である。従って、本発明の装置によれ
ば、感光波長よりも小さい領域での樹脂加工が可能とな
る。
In this state, when the probe scans the surface of the resin, the ultraviolet curable resin is exposed to light by the light emitted from the tip of the probe, and the exposed region can be made sufficiently smaller than the wavelength. Therefore, according to the apparatus of the present invention, resin processing can be performed in a region smaller than the photosensitive wavelength.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の、微小領域感光方法、光造形
方法および感光物質加工装置の一実施例について、図面
を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the method for exposing a fine area, the method for stereolithography and the apparatus for processing a photosensitive material according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1に、本実施例で用いられる加工装置の
構成の概要を模式的に示す。図1において、本実施例の
装置は、作業台2と、これを固定支持するための支持台
7と、全反射を起こさせるための光ビームを作業台2に
入射するための光源であるレーザ3と、作業台2の被加
工材料1を載置して作業を行うための作業面2aの上方
に配置されるプローブ4と、プローブ4を変位させるた
めのアクチュエータ5と、作業面2aの上方に配置さ
れ、作業面2aに被加工材料1を滴下するためのマイク
ロディスペンサ6と、プローブ4の先端が、エバネッセ
ント領域に進入したことを確認するための位置検知装置
9とを備える。
FIG. 1 schematically shows the outline of the configuration of the processing apparatus used in this embodiment. In FIG. 1, the apparatus of the present embodiment includes a work table 2, a support table 7 for fixedly supporting the work table 2, and a laser which is a light source for causing a light beam for causing total reflection to enter the work table 2. 3, a probe 4 placed above the work surface 2a for performing work by placing the work material 1 on the work table 2, an actuator 5 for displacing the probe 4, and above the work surface 2a. And a position detection device 9 for confirming that the tip of the probe 4 has entered the evanescent region.

【0016】作業台2は、被加工材料1に光反応を誘起
する波長よりも長波長側の少なくとも一つの領域で透明
な材料で構成される。例えば、ガラスで形成される。よ
り具体的に例示すれば、本実施例では、珪酸ガラスが用
いられる。また、本実施例の作業台2は、直角プリズム
形状に形成されている。そして、この作業台2は、直角
プリズムの底辺部分を、被加工材料1を載置して作業を
行う作業面2aとしてある。作業面2aの外縁部には、
被加工材料1が外に食み出さないようにするための枠2
dが置かれる。また、直角プリズムの垂直な2辺のうち
一辺に相当する面を、加工用の光ビームを入力させる入
射面2bとし、他の一辺に相当する面を、全反射光を出
射させる出射面2cとしている。作業面2a、入射面2
bおよび出射面2cは、それぞれ光学研磨が施されてい
る。
The workbench 2 is made of a transparent material in at least one region on the wavelength side longer than the wavelength that induces a photoreaction in the material 1 to be processed. For example, it is formed of glass. More specifically, in this embodiment, silicate glass is used. Further, the workbench 2 of this embodiment is formed in a right-angle prism shape. The workbench 2 has a bottom surface of the right-angled prism as a work surface 2a on which the material 1 to be processed is placed. At the outer edge of the work surface 2a,
Frame 2 for preventing the work material 1 from leaking out
d is placed. Further, a surface corresponding to one of the two vertical sides of the right-angle prism is an incident surface 2b for inputting a processing light beam, and a surface corresponding to the other side is an emitting surface 2c for emitting totally reflected light. There is. Working surface 2a, incident surface 2
The b and the emitting surface 2c are each subjected to optical polishing.

【0017】支持台7は、作業台2を固定するための台
であり、3軸可動ステージ8に固定されている。この3
軸可動ステージ8により、作業台2を三次元で大きく変
位させることができる。3軸可動ステージ8は、三次元
駆動機構12をさらに備え、これによって、変位駆動さ
れる。この三次元駆動機構12は、後述する制御装置1
0によって制御される。また、3軸可動ステージ8は、
本実施例では、図示していない光学除振台に載置され
る。
The support base 7 is a base for fixing the work base 2, and is fixed to the triaxial movable stage 8. This 3
The work table 2 can be largely displaced in three dimensions by the axially movable stage 8. The triaxial movable stage 8 is further provided with a three-dimensional drive mechanism 12, which is driven by displacement. The three-dimensional drive mechanism 12 is a control device 1 described later.
Controlled by 0. In addition, the 3-axis movable stage 8
In this embodiment, it is placed on an optical vibration isolation table (not shown).

【0018】光源であるレーザ3は、被加工材料1の光
反応特性、特に、分光特性を考慮して定められる。例え
ば、被加工材料1として、紫外線感光性の樹脂を用いる
場合、レーザの発振波長は、例えば、400nm以上8
00nm以下の範囲であることが好ましい。本実施例で
は、モード同期色素レーザが用いられる。より具体的に
は、(ローダミン6G、波長600nm、繰り返し4M
Hz、ピークパワー10KW)のモード同期色素レーザ
が用いられる。もちろん、本発明は、これに限定されな
い。また、レーザ3は、作業台2a上に保持された被加
工材料1の少なくとも一つの平坦面に対し全反射条件を
満たすように、上述した作業台2aの入射面2bに光ビ
ームを入射させるよう配置される。この平坦面は、通常
は、被加工材料1の、作業面2aと平行な面のうち、空
気との界面となる面である。このレーザ3は、図示しな
い駆動装置を有し、動作は、後述する制御装置10から
の指令に基づいて、駆動装置により行われる。平坦面と
する理由は、界面での光散乱の発生が抑えられて、均一
なエバネッセント波が得られるからである。特に、後述
する立体形状の構造物を形成する場合に、被加工材料を
複数層積層するため、各層、特に、下層ほど、平坦であ
ることが望まれる。
The laser 3 as the light source is determined in consideration of the photoreaction characteristics of the material 1 to be processed, particularly the spectral characteristics. For example, when a UV-sensitive resin is used as the material to be processed 1, the laser oscillation wavelength is, for example, 400 nm or more 8
It is preferably in the range of 00 nm or less. In this embodiment, a mode-locked dye laser is used. More specifically, (Rhodamine 6G, wavelength 600 nm, repetition 4M
A mode-locked dye laser having a frequency of Hz and a peak power of 10 kW is used. Of course, the present invention is not limited to this. Further, the laser 3 causes the light beam to be incident on the incident surface 2b of the workbench 2a so that the total reflection condition is satisfied with respect to at least one flat surface of the material 1 to be processed held on the workbench 2a. Will be placed. This flat surface is usually one of the surfaces of the material 1 to be processed which is parallel to the work surface 2a and serves as an interface with air. The laser 3 has a driving device (not shown), and the operation is performed by the driving device based on a command from the control device 10 described later. The reason for forming a flat surface is that the generation of light scattering at the interface is suppressed and a uniform evanescent wave is obtained. In particular, when a three-dimensional structure to be described later is formed, a plurality of layers of the material to be processed are laminated, so that each layer, particularly the lower layer, is desired to be flat.

【0019】プローブ4は、レーザ3から放射される光
の波長域において、2次または3次の非線形感受率を有
する分子で形成される。そして、少なくとも一カ所、よ
り具体的には、先端において尖鋭部4aを有する形状と
なっている。具体的には、例えば、β−バリウムほう酸
塩(BBO)結晶の先端を研磨により尖鋭化したものが
用いられる。
The probe 4 is formed of a molecule having a second-order or third-order nonlinear susceptibility in the wavelength range of the light emitted from the laser 3. Then, it has a shape having a sharp portion 4a at least at one position, more specifically, at the tip. Specifically, for example, a β-barium borate (BBO) crystal whose tip is sharpened by polishing is used.

【0020】アクチュエータ5は、プローブ4を、被加
工材料1の表面上ないし表面近傍で、三次元的に任意に
変位させるために駆動する駆動装置である。例えば、圧
電性セラミックスで構成される。アクチュエータ5は、
本実施例では、図示していない光学除振台に固定され
る。また、アクチュエータ5は、これを駆動するための
装置として、制御装置10と、これにより制御されて、
アクチュエータ5を駆動するため駆動電圧を出力する駆
動回路11とをさらに有する。
The actuator 5 is a drive device for driving the probe 4 on the surface of the material 1 to be processed or in the vicinity thereof so as to be displaced three-dimensionally and arbitrarily. For example, it is composed of piezoelectric ceramics. The actuator 5 is
In this embodiment, it is fixed to an optical vibration isolation table (not shown). The actuator 5 is a device for driving the actuator 5 and is controlled by the controller 10,
A drive circuit 11 that outputs a drive voltage for driving the actuator 5 is further included.

【0021】制御装置10は、制御を実行するための中
央処理ユニット(CPU)10aと、メモリ10bとを
有する。メモリ10bには、CPU10aのプログラム
と、目標とする構造物の形状を表す三次元データとが記
憶される。CPU10aは、この三次元データに基づい
て、プローブ4の尖鋭部4aが位置すべきアドレスを求
め、さらに、アクチュエータ5の駆動電圧と変位ストロ
ークとの関係に基づいて、駆動電圧を求め、結果を駆動
回路11に送る。また、この制御装置10は、プローブ
4の他、三次元駆動機構12、レーザ3の駆動の制御を
行う。この制御装置10は、後述するように、光センサ
9bからの情報が入力される。この情報は、プローブ4
の駆動、および、レーザ3の駆動の制御に際し、それぞ
れ参照される。
The control unit 10 has a central processing unit (CPU) 10a for executing control and a memory 10b. The memory 10b stores the program of the CPU 10a and three-dimensional data representing the shape of the target structure. The CPU 10a obtains the address at which the sharp portion 4a of the probe 4 should be located based on this three-dimensional data, further obtains the drive voltage based on the relationship between the drive voltage of the actuator 5 and the displacement stroke, and drives the result. Send to circuit 11. Further, the control device 10 controls the driving of the three-dimensional drive mechanism 12 and the laser 3 in addition to the probe 4. Information from the optical sensor 9b is input to the control device 10 as described later. This information is available in probe 4
Will be referred to when controlling the driving of the laser and the driving of the laser 3.

【0022】なお、制御装置10は、ワークステーショ
ン等のコンピュータシステム(図示せず)と接続するこ
とができ、外部のコンピュータシステムと情報の授受が
行える。すなわち、構造物の形状データ、各種指示等を
受け取る。また、加工状態を示す情報を出力することが
できる。
The controller 10 can be connected to a computer system (not shown) such as a workstation, and can exchange information with an external computer system. That is, the shape data of the structure, various instructions, and the like are received. In addition, it is possible to output information indicating the processing state.

【0023】マイクロディスペンサ6は、作業台2の作
業面2a上方に位置し、作業面2aに被加工材料1を滴
下する。また、マイクロディスペンサ6は、図示しない
供給量制御装置を備えており、被加工材料1の供給量を
制御することができる。すなわち、これにより、1階に
加工すべき、被加工材量の厚さを特定の厚さに設定する
ことができる。
The micro dispenser 6 is located above the work surface 2a of the work table 2 and drops the material 1 to be processed on the work surface 2a. Further, the micro dispenser 6 is provided with a supply amount control device (not shown) and can control the supply amount of the material 1 to be processed. That is, as a result, the thickness of the amount of material to be processed to be processed on the first floor can be set to a specific thickness.

【0024】位置検出装置9は、凸レンズ9aと、この
レンズ9aを介して、プローブ4の尖鋭部4aから放射
される光を検出するための光センサ9bとを備える。光
センサ9bとしては、例えば、フォトダイオード、フォ
トトランジスタ等の半導体光センサが用いられる。この
位置検出器9により、プローブ4の尖鋭部4aが、エバ
ネッセント領域に進入したことを確認することができ
る。すなわち、光センサ9bの出力は、制御装置10に
送られ、ここで、プローブ4の尖鋭部4aの位置検出が
行われる。そして、この情報に基づいて、制御装置10
は、駆動回路11を制御して、プローブ4の尖鋭部4a
を適切な位置に設定する。
The position detecting device 9 comprises a convex lens 9a and an optical sensor 9b for detecting the light emitted from the sharp portion 4a of the probe 4 via the lens 9a. As the optical sensor 9b, for example, a semiconductor optical sensor such as a photodiode or a phototransistor is used. With this position detector 9, it is possible to confirm that the sharp portion 4a of the probe 4 has entered the evanescent region. That is, the output of the optical sensor 9b is sent to the control device 10, where the position of the sharpened portion 4a of the probe 4 is detected. Then, based on this information, the control device 10
Controls the drive circuit 11 to control the sharp portion 4a of the probe 4.
To the appropriate position.

【0025】次に、本実施例の作用について説明する。
説明に際し、まず、被加工材料の微小領域を感光させる
場合について述べ、ついで、二次元的な微小構造体を製
作する場合について述べ、さらに、三次元的微小構造
体、すなわち、立体的な微小構造体を製作する場合につ
いて述べることとする。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the description, first, the case of exposing a minute region of a material to be processed is described, and then the case of manufacturing a two-dimensional microstructure, and further, a three-dimensional microstructure, that is, a three-dimensional microstructure. The case of making a body will be described.

【0026】一般に、光造形では、被加工材料として、
光を照射すると性質が変化する物質、すなわち、感光性
物質が用いられる。感光性物質として、本実施例では、
照射光の波長より短い波長、すなわち、プローブから放
射される高調波の波長で光反応を起こす光硬化性樹脂が
用いられる。また、この物質は、作業台2の作業面2a
におかれた状態で、全反射を起こしやすい屈折率を持つ
ことが好ましい。例えば、作業台2の屈折率と近似した
屈折率を持つ物質が好ましい。そこで、本実施例では、
一般に良く知られている紫外線硬化型樹脂、より具体的
には、紫外線硬化型アクリル系樹脂が用いられる。この
樹脂は、波長400nm以下の紫外光照射で硬化を開始す
る。この種の紫外線硬化型アクリル樹脂としては、例え
ば、アサヒデンカ社製の商品名オプトマー、フジクラ化
成社製の商品名フジハード等が挙げられる。
Generally, in stereolithography, the material to be processed is
A substance whose properties change when irradiated with light, that is, a photosensitive substance is used. As a photosensitive material, in this embodiment,
A photocurable resin that causes a photoreaction at a wavelength shorter than the wavelength of irradiation light, that is, a wavelength of a harmonic wave emitted from the probe is used. In addition, this substance is applied to the work surface 2 a of the work table 2.
It is preferable to have a refractive index that is likely to cause total internal reflection in the state of being placed in the atmosphere. For example, a substance having a refractive index similar to that of the workbench 2 is preferable. Therefore, in this embodiment,
A generally well-known ultraviolet curable resin, more specifically, an ultraviolet curable acrylic resin is used. This resin starts to cure upon irradiation with ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less. Examples of this type of UV-curable acrylic resin include OPTOMER, trade name, manufactured by Asahi Denka, and Fujihard, trade name, manufactured by Fujikura Kasei.

【0027】まず、この被加工材量である光硬化性樹脂
を、マイクロディスペンサ6により、予め定めた膜厚
(本実施例では、300nm)となる量、作業台2の作
業面2a上に滴下する。樹脂溶液の溶媒を気化させて、
当該樹脂を、適当な粘性とする。
First, the photocurable resin, which is the amount of the material to be processed, is dropped by the microdispenser 6 onto the work surface 2a of the workbench 2 in a predetermined film thickness (300 nm in this embodiment). To do. By evaporating the solvent of the resin solution,
The resin has an appropriate viscosity.

【0028】次に、この光硬化性樹脂の、光反応を開始
する波長より長波長側の光を、感光性物質膜の少なくと
も一つの平坦面(本実施例では、上面)に対し、全反射
条件を満たすように入射させる。具体的には、モード同
期色素レーザ(ローダミン6G、波長600nm、繰り
返し4MHz、ピークパワー10KW)3を用いる。こ
の際、制御装置10は、位置検出装置9の光センサ9b
の出力を監視しつつ、プローブ4の先端を樹脂表面に近
づける。この時、レーザ3の光出力は、十分に低くして
おく。すなわち、光センサ9bの測定は可能であるが、
プローブ4の尖鋭部4aで生じる高調波が感光性物質を
感光しない程度の光出力とする。
Next, the light on the longer wavelength side than the wavelength at which the photoreaction starts of the photocurable resin is totally reflected on at least one flat surface (the upper surface in this embodiment) of the photosensitive material film. It is incident so as to satisfy the conditions. Specifically, a mode-locking dye laser (Rhodamine 6G, wavelength 600 nm, repetition 4 MHz, peak power 10 KW) 3 is used. At this time, the control device 10 controls the optical sensor 9b of the position detection device 9
While monitoring the output of, the tip of the probe 4 is brought close to the resin surface. At this time, the optical output of the laser 3 is made sufficiently low. That is, although the measurement of the optical sensor 9b is possible,
The light output is such that harmonics generated at the sharp portion 4a of the probe 4 do not sensitize the photosensitive material.

【0029】一般に、エバネッセント波領域に物体を近
づけると、物体からの散乱光強度は、表面からの距離が
短くなるに従い、指数関数的増強する。図2は、プロー
ブ4を駆動するアクチュエータ5の駆動電圧と、光セン
サ9bからの出力との関係を示したものである。プロー
ブ4の先端、すなわち、尖鋭部4aが樹脂表面に到達す
ると、散乱光強度が飽和することがわかる。表面に垂直
方向にプローブ4を移動するための駆動電圧を、加工す
る物質の要求に応じて電圧Aを目安に設定する。
In general, when an object is brought closer to the evanescent wave region, the intensity of scattered light from the object exponentially increases as the distance from the surface becomes shorter. FIG. 2 shows the relationship between the drive voltage of the actuator 5 that drives the probe 4 and the output from the optical sensor 9b. It can be seen that the scattered light intensity is saturated when the tip of the probe 4, that is, the sharp portion 4a reaches the resin surface. The drive voltage for moving the probe 4 in the direction perpendicular to the surface is set with the voltage A as a guide according to the requirements of the material to be processed.

【0030】その後、制御装置10は、レーザ出力を十
分高くする。すなわち、露光する。この露光時間は、樹
脂によって、また、レーザ出力によって異なるが、本実
施例では、例えば、60秒程度である。制御装置10
は、この際、電圧Aにおける散乱光強度Bを目安とし
て、常に、一定の散乱光強度が得られるように駆動電圧
を制御する。また、必要に応じて、レーザ光の出力を変
調したり、表面からの距離を変調することもできる。
After that, the controller 10 makes the laser output sufficiently high. That is, it is exposed. The exposure time varies depending on the resin and the laser output, but is about 60 seconds in this embodiment. Control device 10
At this time, using the scattered light intensity B at the voltage A as a guide, the drive voltage is controlled so that a constant scattered light intensity is always obtained. Further, the output of the laser light can be modulated or the distance from the surface can be modulated, if necessary.

【0031】このようにして、樹脂膜の目的形状部位
に、2次高調波の散乱光により、光反応を引き起こし
て、微小構造物の潜像を形成することができる。この場
合において、紫外線硬化樹脂は、プローブ4の尖鋭部4
aからの発光により感光するが、その感光領域は、尖鋭
部4aを小さくし、かつ、樹脂に近付けることによっ
て、波長より、十分小さくすることができる。従って、
本実施例によれば、感光波長よりも小さい領域を感光さ
せることができる。
In this way, a photoreaction is caused by the scattered light of the second harmonic on the target shape portion of the resin film, and a latent image of a microstructure can be formed. In this case, the ultraviolet curable resin is used as the sharp portion 4 of the probe 4.
The light is emitted by the light emitted from a, and the light-sensitive region can be made sufficiently smaller than the wavelength by reducing the sharp portion 4a and bringing it closer to the resin. Therefore,
According to this embodiment, it is possible to expose a region smaller than the photosensitive wavelength.

【0032】なお、光硬化性樹脂の特定の領域を感光さ
せるには、その領域の三次元的アドレスを制御装置10
に与える。制御装置10は、このアドレスに基づいて、
プローブ4の尖鋭部4aを当該アドレスの示す位置に変
位させるために必要な信号を生成して、駆動回路11に
送る。駆動回路11は、これに基づいてアクチュエータ
5を駆動する。これにより、プローブ4の尖鋭部4a
は、アドレスされる位置に変位することとなる。
In order to expose a specific area of the photo-curable resin to light, a three-dimensional address of the area is controlled by the controller 10.
Give to. Based on this address, the control device 10
A signal necessary for displacing the sharp portion 4a of the probe 4 to the position indicated by the address is generated and sent to the drive circuit 11. The drive circuit 11 drives the actuator 5 based on this. Thereby, the sharp portion 4a of the probe 4
Will be displaced to the addressed location.

【0033】次に、二次元的な微小構造物、すなわち、
光硬化性樹脂膜1層で構成される微小構造物の製造につ
いて説明する。
Next, a two-dimensional microstructure, that is,
The production of a microstructure composed of one layer of photocurable resin film will be described.

【0034】この例でも、上記と同様にして、光硬化性
樹脂膜(被加工材料)1を形成する。しかし、上記した
微小領域の感光は、目的の点のみの露光を行う例であ
る。本例のように、二次元的な形状の構造物を形成する
には、二次元的に区画される形状全体を感光させればよ
い。そのためには、上記微小領域の感光処理を、目的の
形状内の各点において行えばよい。すなわち、前記プロ
ーブの尖鋭部を、感光させるべき部位に順次位置させ、
該尖鋭部が感光させるべき部位に存在するときには、尖
鋭部を前記感光性物質の表面上ないし表面近傍に位置さ
せると共に、前記光反応を開始する波長より長波長側の
光を、感光性物質の膜の少なくとも一つの平坦面に対
し、全反射条件を満たすように入射させて、該尖鋭部で
入射光の高調波を放射させ、一定時間露光して、当該部
位に光反応を誘起することにより、目的の形状の潜像を
形成する。
Also in this example, the photocurable resin film (workpiece material) 1 is formed in the same manner as described above. However, the above-described exposure of a minute area is an example in which only a target point is exposed. As in the present example, in order to form a two-dimensionally shaped structure, the entire two-dimensionally partitioned shape may be exposed. For that purpose, the photosensitive processing of the minute area may be performed at each point in the target shape. That is, the sharp part of the probe is sequentially positioned at the site to be exposed,
When the sharp portion is present at a site to be exposed to light, the sharp portion is positioned on or near the surface of the photosensitive substance, and the light having a wavelength longer than the wavelength at which the photoreaction is started is exposed to the photosensitive substance. By injecting at least one flat surface of the film so as to satisfy the condition of total reflection, radiating a harmonic wave of the incident light at the sharp portion, exposing for a certain period of time, and inducing a photoreaction at the site. , Form a latent image of the desired shape.

【0035】この感光方法において、二次元的な潜像を
形成するための手法としては、例えば、3通りある。第
1は、プローブ4の尖鋭部4aを、前記感光性物質の表
面上ないし表面近傍に位置させて、順次走査し、該尖鋭
部4aが感光させるべき部位に存在するとき、上記全反
射を起こさせる光を入射させる方法である。第2は、全
反射条件を満たすように入射させた状態で、プローブ4
の尖鋭部4aを、前記感光性物質の表面上方に位置させ
て、順次走査し、該尖鋭部が感光させるべき部位に存在
するとき、該尖鋭部4aを前記感光性物質の表面上ない
し表面近傍に位置させる方法である。第3は、全反射条
件を満たすように入射させた状態で、プローブ4の尖鋭
部4aを、前記感光性物質の表面上ないし表面近傍に位
置させて、目的とする形状の内部を順次走査する方法で
ある。
In this photosensitive method, there are, for example, three methods for forming a two-dimensional latent image. First, the sharp portion 4a of the probe 4 is positioned on or near the surface of the photosensitive material and sequentially scanned, and when the sharp portion 4a is present at the site to be exposed, the above-mentioned total reflection occurs. This is a method of injecting light. Secondly, the probe 4 is made incident so that the total reflection condition is satisfied.
The sharp portion 4a of the photosensitive material is positioned above the surface of the photosensitive substance and sequentially scanned, and when the sharp portion is present at a portion to be exposed, the sharp portion 4a is on or near the surface of the photosensitive material. It is a method of locating. Thirdly, the sharp portion 4a of the probe 4 is positioned on or near the surface of the photosensitive material while being incident so as to satisfy the conditions for total reflection, and the interior of the target shape is sequentially scanned. Is the way.

【0036】これらのいずれの方法においても、露光す
べき形状に基づく、露光位置を求める必要がある。これ
は、制御装置10が行う。すなわち、制御装置10は、
形成すべき微小構造物の形状データに基づいて、露光す
べき微小領域のアドレスを求める。そして、このアドレ
スに基づいて、プローブ4の制御、レーザ3の制御を行
う。また、図2に示すように、制御装置10は、光セン
サ9bの信号を参照して、電圧Aにおける散乱光強度B
を目安として、常に、一定の散乱光強度が得られるよう
にプローブ4の駆動電圧を制御する。さらに、必要に応
じて、レーザ光の出力を変調したり、表面からの距離を
変調することもできる。 なお、露光位置を決めるに際
しては、作業台2の座標系と、プローブ4の座標系との
原点合わせを行う。この際、作業台2の位置の変更は、
三次元駆動機構12により、3軸可動ステージ8を駆動
することにより行う。
In any of these methods, it is necessary to find the exposure position based on the shape to be exposed. This is performed by the control device 10. That is, the control device 10
The address of the minute area to be exposed is obtained based on the shape data of the minute structure to be formed. Then, the probe 4 and the laser 3 are controlled based on this address. In addition, as shown in FIG. 2, the control device 10 refers to the signal from the optical sensor 9b and refers to the scattered light intensity B at the voltage A.
As a guide, the drive voltage of the probe 4 is always controlled so that a constant scattered light intensity can be obtained. Further, the output of the laser light can be modulated or the distance from the surface can be modulated, if necessary. When determining the exposure position, the origins of the coordinate system of the workbench 2 and the coordinate system of the probe 4 are aligned. At this time, changing the position of the workbench 2
This is performed by driving the triaxial movable stage 8 by the three-dimensional drive mechanism 12.

【0037】まず、第1の方法による露光について説明
する。この方法では、制御装置10は、駆動回路11を
制御して、アクチュエータ5により、プローブ4を樹脂
平面上で掃引する。そして、プローブ4の尖鋭部4aが
露光すべき微小領域のアドレスに位置するとき、プロー
ブ4の移動を停止すると共に、レーザ3を起動して、光
の照射を、予め定めた時間行う。これにより、プローブ
4の尖鋭部4aから高調波を放射させて、その位置の微
小領域を露光する。これを、各微小領域ごとに行うこと
により、二次元形状内の全ての領域を露光する。
First, the exposure by the first method will be described. In this method, the control device 10 controls the drive circuit 11 to sweep the probe 4 on the resin plane by the actuator 5. Then, when the sharp portion 4a of the probe 4 is located at the address of the minute region to be exposed, the movement of the probe 4 is stopped, the laser 3 is activated, and light irradiation is performed for a predetermined time. As a result, the harmonics are radiated from the sharp portion 4a of the probe 4 to expose the minute area at that position. By performing this for each minute area, all areas in the two-dimensional shape are exposed.

【0038】第2の方法は、レーザ3を起動して、光の
照射を持続的に行う。その間に、制御装置10は、駆動
回路11を制御して、アクチュエータ5により、プロー
ブ4を樹脂平面上で掃引する。そして、プローブ4の尖
鋭部4aが露光すべき微小領域のアドレスに位置すると
き、プローブ4の移動を停止すると共に、当該プローブ
4の尖鋭部を、光硬化性樹脂膜に近接させ、予め定めた
時間、その位置に保持する。これにより、プローブ4の
尖鋭部4aから高調波を放射させて、その位置の微小領
域を露光する。これを、各微小領域ごとに行うことによ
り、二次元形状内の全ての領域を露光する。
In the second method, the laser 3 is activated to continuously irradiate light. Meanwhile, the control device 10 controls the drive circuit 11 to sweep the probe 4 on the resin plane by the actuator 5. Then, when the sharp portion 4a of the probe 4 is located at the address of the minute region to be exposed, the movement of the probe 4 is stopped, and the sharp portion of the probe 4 is brought close to the photocurable resin film to be predetermined. Hold in that position for hours. As a result, the harmonics are radiated from the sharp portion 4a of the probe 4 to expose the minute area at that position. By performing this for each minute area, all areas in the two-dimensional shape are exposed.

【0039】以上の第1および第2の方法は、プローブ
4をラスタスキャンし、目的形状内の点であるとき、停
止して、露光を行うものである。これにたいして、第3
の方法は、プローブ4を目的の形状内のみスキャンし
て、目的形状内の点であるとき、停止し、かつ、光硬化
性樹脂膜に近接して、露光を行うものである。
In the first and second methods described above, the probe 4 is raster-scanned, and when the point is within the target shape, the probe 4 is stopped and exposure is performed. For this, the third
In the method (1), the probe 4 is scanned only within the target shape, and when the point is within the target shape, the probe 4 is stopped, and exposure is performed in the vicinity of the photocurable resin film.

【0040】すなわち、第3の方法は、制御装置10の
指示に応じて、プローブ4を目的形状における始点に移
動すると共に、その位置で、樹脂膜に近接させる。この
状態で、レーザ3を起動して、一定時間露光する。そし
て、予め定めた走査順に従い、順次他の微小領域に、プ
ローブを移動させて、それぞれの点で停止させて、露光
を行う。
That is, according to the third method, the probe 4 is moved to the starting point in the target shape in accordance with the instruction from the control device 10, and is brought close to the resin film at that position. In this state, the laser 3 is activated to perform exposure for a certain period of time. Then, in accordance with a predetermined scanning order, the probe is sequentially moved to another minute region, stopped at each point, and exposure is performed.

【0041】このようにして、樹脂膜の目的形状部位
に、2次高調波の散乱光により、光反応を引き起こし
て、微小構造物の潜像を形成する。ついで、これを、現
像する。すなわち、適当な溶媒や現像液により未硬化部
分を除去する。この後、得られた微小構造物を、マイク
ロピンセットやフィルタを用いて作業台2の作業面2a
から分離する。
In this way, a photoreaction is caused by the scattered light of the second harmonic on the target shape portion of the resin film to form a latent image of the microstructure. Then, this is developed. That is, the uncured portion is removed with an appropriate solvent or developing solution. After that, the obtained microstructure is attached to the work surface 2a of the workbench 2 using microtweezers or a filter.
Separate from.

【0042】次に、本実施例による三次元的な微小構造
物の製作について説明する。
Next, production of a three-dimensional microstructure according to this embodiment will be described.

【0043】三次元的な微小構造物を製作するには、ま
ず、その高さ方向を、1層の光硬化性樹脂で形成できる
幅に分け、それぞれの層について、平面的な形状の形状
データを作成する。そして、第1の層にあたる光硬化性
樹脂膜1を形成して、それに、上記二次元的な形状の微
小構造物におけるのと同様の手順で、潜像を形成する。
二次元的形状の構造物の場合には、潜像を形成後、現像
を行っている。しかし、3次元構造物の場合には、潜像
を形成した後、その上に、次の層の光硬化性樹脂膜を形
成して、これについて、二次元的な形状の潜像を形成す
る。これを必要な層数分繰り返して、立体的な潜像を形
成する。その後、現像を行って、立体的な構造体を形成
する。この三次元構造物は、未硬化樹脂部分を適当な溶
媒で洗い流す際に、フィルタ等により溶液から分して、
取り出す。
In order to manufacture a three-dimensional microstructure, first, the height direction thereof is divided into widths that can be formed by one layer of photocurable resin, and the shape data of the planar shape is formed for each layer. To create. Then, the photo-curable resin film 1 corresponding to the first layer is formed, and a latent image is formed on the photo-curable resin film 1 in the same procedure as in the above-mentioned two-dimensionally shaped microstructure.
In the case of a two-dimensional structure, development is performed after forming a latent image. However, in the case of a three-dimensional structure, after forming a latent image, a photo-curable resin film of the next layer is formed thereon, and a latent image having a two-dimensional shape is formed for this. . This is repeated for the required number of layers to form a three-dimensional latent image. Then, development is performed to form a three-dimensional structure. This three-dimensional structure, when washing the uncured resin portion with an appropriate solvent, divide it from the solution by a filter,
Take it out.

【0044】図3に、三次元的に立体微小構造物の形成
過程を模式的に示す。すなわち、図3(A)では、作業
台2の作業面2a上に、光硬化性樹脂膜第1層1aを形
成し、その特定領域に、プローブ4の尖鋭部4aを近接
させて、感光させ、感光部1a’を形成した状態を示
す。図3(B)は、第1層1aの上に、さらに、第2層
1bを形成し、この第2層1bの特定領域について、プ
ローブ4の尖鋭部4aを近接させると共に、これを走査
して、感光させ、感光部1b’を形成した状態を示す。
図3(C)は、この後、現像処理により、光硬化性樹脂
膜の未感光部分を除去して、感光部1a’、1b’から
なる目的の三次元微小構造物を得た状態を示す。
FIG. 3 schematically shows the process of forming a three-dimensional microstructure in three dimensions. That is, in FIG. 3 (A), the photocurable resin film first layer 1a is formed on the work surface 2a of the workbench 2, and the sharp portion 4a of the probe 4 is brought close to a specific region thereof to expose it to light. , A state in which the photosensitive portion 1a 'is formed is shown. In FIG. 3B, the second layer 1b is further formed on the first layer 1a, and the sharp portion 4a of the probe 4 is brought close to and scanned with respect to a specific region of the second layer 1b. And exposed to light to form the photosensitive portion 1b '.
FIG. 3C shows a state in which an unexposed portion of the photo-curable resin film is removed by a development process thereafter to obtain a desired three-dimensional microstructure including the exposed portions 1a ′ and 1b ′. .

【0045】次に、本実施例による微小構造物の製作に
関する実験例について説明する。
Next, an experimental example relating to the fabrication of the microstructure according to this embodiment will be described.

【0046】(実験例)光硬化性樹脂として、紫外線硬
化型アクリル系樹脂(アサヒデンカ社製商品名オプトマ
ー)を用いた。作業台2は、珪酸ガラス製の材質のもの
を用いた。レーザとしては、モード同期色素レーザ(ロ
ーダミン6G、波長600nm、繰り返し4MHz、ピ
ークパワー10KW)を用いた。プローブ4として、β
−バリウムほう酸塩(BBO)結晶の先端を研磨により
尖鋭化したものを用いた。そして、前記感光性樹脂を、
作業台2の作業面2aに300nmの厚さで塗布して、
上記色素レーザ、プローブを用いて、散乱光強度が、図
2のBの75%になるように制御しながら、光硬化性樹
脂表面上でプローブ4を固定し、60秒間露光を行っ
た。同じことを、表面上の異なる点で複数回繰り返した
のち、アセトンを用いて未硬化の樹脂を洗い流し、作業
台2の作業面2a上に残った硬化物を、電子顕微鏡で観
察した。0.3ミクロンから0.5ミクロンまでの粒状
の降下物が複数確認できた。
(Experimental Example) As the photocurable resin, an ultraviolet curable acrylic resin (Optomer, trade name, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) was used. The workbench 2 is made of silicate glass. A mode-locking dye laser (Rhodamine 6G, wavelength 600 nm, repetition rate 4 MHz, peak power 10 KW) was used as the laser. As probe 4, β
-A barium borate (BBO) crystal whose tip was sharpened by polishing was used. And, the photosensitive resin,
Apply to the work surface 2a of the work table 2 with a thickness of 300 nm,
The probe 4 was fixed on the surface of the photocurable resin and exposed for 60 seconds while controlling the scattered light intensity to be 75% of B in FIG. 2 using the above dye laser and probe. After repeating the same process a plurality of times at different points on the surface, the uncured resin was washed off with acetone, and the cured product remaining on the work surface 2a of the workbench 2 was observed with an electron microscope. A plurality of granular fallouts of 0.3 to 0.5 micron were confirmed.

【0047】以上述べた実施例によれば、微小領域の感
光および二次元形状の感光が可能となり、その結果、光
硬化型樹脂の感光波長よりも十分小さな任意形状の微小
三次元構造体を形成することが可能となった。これらの
微小構造物は、広範な利用が可能であるが、特に、マイ
クロマシン、例えば、微小ロボットの部品として重要で
ある。
According to the above-described embodiment, it is possible to expose a minute area and a two-dimensional shape, and as a result, a minute three-dimensional structure having an arbitrary shape sufficiently smaller than the photosensitive wavelength of the photocurable resin is formed. It became possible to do. Although these microstructures can be widely used, they are particularly important as parts of micromachines, for example, microrobots.

【0048】以上述べた実施例では、紫外線硬化型アク
リル樹脂を用いたが、その他の光硬化型材料、光分解型
材料、光昇華型材料、光帯電材料等も使うことができ
る。本実施例では、その際、レーザ、および、その発振
波長を選択する必要がある。本実施例では、色素レーザ
を光源として用いたが、レーザとしては、殆ど全てのレ
ーザを利用することができる。また、レーザ以外の光
源、LED、フラッシュランプ、アークランプ等のイン
コヒーレント光源も用いることができる。
In the embodiments described above, the ultraviolet curable acrylic resin is used, but other photocurable materials, photodecomposable materials, photosublimation materials, photochargeable materials and the like can also be used. In this embodiment, it is necessary to select the laser and its oscillation wavelength at that time. In this embodiment, the dye laser is used as the light source, but almost all lasers can be used as the laser. Further, a light source other than a laser, an incoherent light source such as an LED, a flash lamp, an arc lamp, or the like can be used.

【0049】プローブ4としても、レーザの波長により
制限はあるものの、現在までに知られている殆ど全ての
非線形光学材料を用いることができる。また、本実施例
では、2次の非線形感受率を持つ材料をプローブとして
利用したが、3次の非線形感受率を持つ材料もプローブ
として利用できる。また、本実施例では、作業台上に展
開された感光性樹脂の加工を行ったが、感光性物質自体
が作業台を兼ねる構造を採用することも可能である。
As the probe 4, almost all non-linear optical materials known to date can be used, though there is a limitation depending on the wavelength of the laser. Further, in this embodiment, the material having the second-order nonlinear susceptibility is used as the probe, but the material having the third-order nonlinear susceptibility can also be used as the probe. Further, in this embodiment, the photosensitive resin spread on the workbench is processed, but it is also possible to adopt a structure in which the photosensitive material itself also serves as a workbench.

【0050】さらに、本発明は、1つの作業台上に、1
の感光性物質膜を形成し、この膜の複数箇所に、同一の
構造物を複数個形成してもよい。また、それぞれ異なる
構造物を形成してもよい。
Further, according to the present invention, one workbench can be provided on one workbench.
It is also possible to form a film of the photosensitive material and to form a plurality of the same structures at a plurality of locations on this film. Also, different structures may be formed.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、光の回折による絞り込
みの限界を超える微小な領域を感光させることができ
る。また、この感光法を用いて、二次元的微小構造物お
よび三次元的微小構造物を形成することができる。
According to the present invention, it is possible to expose a minute area exceeding the limit of narrowing down due to diffraction of light. Further, this photosensitive method can be used to form a two-dimensional microstructure and a three-dimensional microstructure.

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

【図1】本発明の光学的樹脂加工装置の実施例の概略構
成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an optical resin processing device of the present invention.

【図2】本発明のプローブ駆動電圧と散乱光強度の関係
を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between probe driving voltage and scattered light intensity according to the present invention.

【図3】本発明の実施例である、三次元的に立体微小構
造物の形成過程を模式的に示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a process of forming a three-dimensional three-dimensional microstructure, which is an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…被加工材料(感光性物質/光硬化性樹脂、2…作業
台、2a…作業面、3…レーザ光、4…プローブ、4a
…尖鋭部、5…アクチュエータ、6…光硬化樹脂滴下手
段、7…支持台、8…レンズ、9…位置検出器、10…
制御装置。
1 ... Material to be processed (photosensitive substance / photocurable resin, 2 ... worktable, 2a ... work surface, 3 ... laser light, 4 ... probe, 4a
... pointed part, 5 ... actuator, 6 ... photocurable resin dropping means, 7 ... support base, 8 ... lens, 9 ... position detector, 10 ...
Control device.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】特定の波長域の光照射による光反応によっ
て物性を変化させることのできる感光性物質について、
その微小領域を感光させる方法であって、 前記感光性物質に光反応を開始させる波長より長波長側
の光を、該感光性物質の、感光させるべき微小領域が存
在する界面に対し、全反射条件を満たすように入射さ
せ、 前記光の波長域において、2次および3次のうち少なく
とも一方の非線形感受率を有する分子で形成されたプロ
ーブの尖鋭部を、前記感光性物質の表面上ないし表面近
傍に位置させて、該尖鋭部で入射光の高調波を放射させ
て、当該部位に光反応を誘起することを特徴とする微小
領域感光方法。
1. A photosensitive substance whose physical properties can be changed by a photoreaction by irradiation with light in a specific wavelength range,
A method of exposing the minute region to light, wherein light having a wavelength longer than a wavelength at which the photosensitive substance starts a photoreaction is totally reflected on an interface of the photosensitive substance in which the minute region to be exposed exists. The probe is made incident so as to satisfy the conditions, and the sharp portion of the probe formed of a molecule having at least one of second-order and third-order nonlinear susceptibility in the wavelength range of the light is provided on the surface of the photosensitive material or on the surface. A method for exposing a minute area, which is characterized in that it is positioned in the vicinity and a harmonic of incident light is radiated at the sharp portion to induce a photoreaction at the portion.
【請求項2】特定の波長域の光照射により物性を変化さ
せることのできる感光性物質に、当該波長域の光を目的
の位置に照射して、光反応を誘起し、ついで、現像する
ことにより、目的の形状を形成する光造形方法におい
て、(A) 前記感光性物質の膜を形成し、(B) 前
記光の波長域において、2次および3次のうち少なくと
も一方の非線形感受率を有する分子で形成されたプロー
ブの尖鋭部を、感光させるべき部位に順次位置させ、 該尖鋭部が感光させるべき部位に存在するときには、尖
鋭部を前記感光性物質の表面上ないし表面近傍に位置さ
せると共に、前記光反応を開始する波長より長波長側の
光を、感光性物質の膜の少なくとも一つの平坦面に対
し、全反射条件を満たすように入射させて、該尖鋭部で
入射光の高調波を放射させ、当該部位に光反応を誘起す
ることにより、目的の形状の潜像を形成し、(C) 前
記潜像を現像して、目的の形状を得ることを特徴とする
光造形方法。
2. A photosensitive material, the physical properties of which can be changed by irradiation with light in a specific wavelength range, is irradiated with light in the wavelength range at a target position to induce a photoreaction, and then development is performed. Thus, in the stereolithography method for forming a desired shape, (A) a film of the photosensitive material is formed, and (B) at least one of a second-order and a third-order nonlinear susceptibility in the wavelength range of the light. The sharp points of the probe formed of the molecule have are sequentially positioned at the site to be exposed to light, and when the sharp parts are present at the site to be exposed to light, the sharp points are positioned on or near the surface of the photosensitive substance. At the same time, light on the longer wavelength side than the wavelength at which the photoreaction is initiated is made incident on at least one flat surface of the film of the photosensitive material so as to satisfy the condition of total reflection, and the harmonics of the incident light at the sharp portion. Radiate the waves By inducing a photoreactive at the site, to form a latent image of the desired shape, (C) developing the latent image, an optical molding method characterized by obtaining the desired shape.
【請求項3】請求項2において、前記(B)の潜像の形
成は、プローブの尖鋭部を、前記感光性物質の表面上な
いし表面近傍に位置させて、順次走査し、該尖鋭部が感
光させるべき部位に存在するとき、上記全反射を起こさ
せる光を入射させることを特徴とする光造形方法。
3. The latent image of (B) according to claim 2, wherein the sharp portion of the probe is positioned on or near the surface of the photosensitive substance and sequentially scanned, and the sharp portion is formed. A stereolithography method, characterized in that, when present in a region to be exposed, the light that causes the above-mentioned total reflection is made incident.
【請求項4】請求項2において、前記(B)の潜像の形
成は、前記光反応を開始する波長より長波長側の光を、
感光性物質の膜の少なくとも一つの平坦面に対し、全反
射条件を満たすように入射させた状態で、プローブの尖
鋭部を、前記感光性物質の表面上方に位置させて、順次
走査し、該尖鋭部が感光させるべき部位に存在すると
き、該尖鋭部を前記感光性物質の表面上ないし表面近傍
に位置させて、該尖鋭部で入射光の高調波を放射させ
て、当該部位に光反応を誘起することを特徴とする光造
形方法。
4. The formation of the latent image of (B) according to claim 2, wherein the light on the longer wavelength side than the wavelength at which the photoreaction starts is
With respect to at least one flat surface of the film of the photosensitive material, the sharp portion of the probe is positioned above the surface of the photosensitive material while being incident so as to satisfy the total reflection condition, and the scanning is performed sequentially, When the sharp portion is present at the portion to be exposed to light, the sharp portion is positioned on or near the surface of the photosensitive substance, and the sharp portion emits a harmonic wave of incident light to cause photoreaction to the portion. A stereolithography method characterized by inducing.
【請求項5】請求項2、3または4において、上記
(A)および(B)の処理を1層ごとに繰り返して、感
光性物質の膜を順次積層し、複数層に渡って形成された
潜像を現像して、目的の形状を得ることを特徴とする光
造形方法。
5. The method according to claim 2, 3 or 4, wherein the treatments (A) and (B) are repeated for each layer so that a film of a photosensitive material is sequentially laminated to form a plurality of layers. A stereolithography method comprising developing a latent image to obtain a desired shape.
【請求項6】特定の波長域の光照射により物性を変化さ
せることのできる感光性物質に、当該波長域の光を目的
の位置に照射して、光反応を誘起し、ついで、現像する
ことにより、目的の形状を形成する感光性物質加工装置
において、 前記感光性物質に光反応を誘起する波長よりも長波長側
の少なくとも一つの領域で透明な材料で構成された作業
台と、 光反応を開始する波長より長波長側の光を放射する光源
と、 前記光源から放射される光の波長域において、少なくと
も2次および3次のうちのいずれかの非線形感受率を有
する分子で形成された、少なくとも一カ所において尖鋭
部を有するプローブと、 該プローブを感光性物質上方で3次元的に変位させるた
めの変位機構とを有し、 前記光源は、作業台上に保持される感光性物質の少なく
とも一つの平坦面に対し全反射条件を満たすように、光
ビームを前記作業台に入射する位置に配置され、 前記変位機構は、プローブの尖鋭部を感光性物質の表面
上ないし表面近傍に位置させて、該尖鋭部で入射光の高
調波を放射させることができるものであることを特徴と
する感光性物質加工装置。
6. A photosensitive material, the physical properties of which can be changed by irradiation with light in a specific wavelength range, is irradiated with light in the wavelength range at a target position to induce a photoreaction, and then development is performed. In the photosensitive material processing device for forming a desired shape, a workbench made of a transparent material in at least one region on the longer wavelength side than the wavelength that induces a photoreaction in the photosensitive material, And a molecule having a non-linear susceptibility of at least any of the second order and the third order in the wavelength range of the light emitted from the light source. A probe having a sharp portion at least at one place and a displacement mechanism for three-dimensionally displacing the probe above the photosensitive material, wherein the light source is a photosensitive material held on a workbench. Few The light beam is placed at a position where it is incident on the work table so that the total reflection condition is satisfied for one flat surface, and the displacement mechanism positions the sharp portion of the probe on or near the surface of the photosensitive material. In addition, the photosensitive material processing apparatus is characterized in that it can emit a harmonic wave of incident light at the sharp portion.
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