JPH0910966A - 電磁波ビームによる加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光透過性の部材に光ビームによる高精細度の
加工を施す方法を提供する。 【構成】 本発明方法は、光透過性基板１０の被加工面
１４と、金属又は金属化合物からなる光非透過性材１２
の面１６とを密着させ、基板の被加工面に対向する裏面
にマスクイメージ法により波長１．５μm 以下の光ビー
ムを照射する。これにより、基板の被加工面上に光非透
過性材を構成する金属又は金属化合物を付着させて、被
加工面に平行な面での所定断面形状及び所定層厚の金属
又は金属化合物層１９を基板の被加工面上に形成する。
本発明方法により形成した金属又は金属化合物層１９の
平面寸法及び厚さの精細度は、サブミクロンオーダとな
る。本発明方法は、ＳＱＵＩＤの超伝導リングの加工等
に最適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビームによる加工方
法に関し、更に詳細には高精細度の加工を光透過性基板
に施すことのできる光ビームによる微細加工方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器、電磁気機器を始めとする広い
分野の機器、部品において、機器、部品の機構及び構造
が微細化、高集積化するに伴い、それらの構成部材を高
い精細度で、例えばミクロンオーダの精細度で微細加工
する技術が、益々重要になっている。

【０００３】構成部材に微細加工を施すことが必要な素
子の一つとして、超伝導量子干渉デバイス（Supercondu
cting Quantum Interference Device 、以下、ＳＱＵＩ
Ｄと言う）の超伝導リングを例に上げる。ＳＱＵＩＤ
は、ＭｇＯ単結晶基板上にＹ系超伝導体などをリング状
に積層して形成され、リング内に１個または２個のジョ
セフソン接合を備えている。このジョセフソン接合を形
成するためには、一般に、高さ及び幅がミクロンオーダ
の精細度を要する極微細な段差、即ちステップエッジを
ＭｇＯ単結晶基板に設ける。従来は、イオンビーム法に
よりＭｇＯ単結晶基板に微細加工を施して、ステップエ
ッジを形成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このイオンビ
ームによるステップエッジ加工方法は、精細度が数ミク
ロンのオーダであって、ステップエッジに要求されるミ
クロンオーダの精細度を達成することは、技術的に困難
であった。これは、ＭｇＯ単結晶基板に平行な面の面内
寸法に加えて、基板に垂直な方向（高さ又は深さ方向）
の寸法にも高い加工精度を要求されているからである。
また、加工精度の問題に加えて、イオンビームによる加
工は加工作業性が悪く、一個の超伝導リングのステップ
エッジ加工に３時間以上も要するために、生産性が低い
問題があった。

【０００５】一方、レーザ光によるステップエッジ加工
は、理論的には、波長程度の加工精細度、即ちステップ
エッジに要求されるミクロンオーダの精細度を実現でき
ると期待されている。そこで、ステップエッジ加工等の
微細加工にレーザ光を使用する試みがなされている。

【０００６】例えば、図７（ａ）に示すように、超伝導
リング用のＭｇＯ単結晶基板８０の被加工面８２にステ
ップエッジとして１μm から５μm 位の凹部８４を形成
する際に、エキシマレーザ光による加工が試みられてい
る。それは、先ず、図７（ｂ）に示すように、ＭｇＯ単
結晶基板８０（以下、基板８０と言う）の被加工面８２
上にマスクイメージ法によりエキシマレーザ光を照射す
る方法である。しかし、図７（ｃ）に示すように、基板
８０の内部で劈開に沿って割れ８８が発生するため、精
細度の粗い加工しかできないと言う問題があり、実用に
供することができなかった。また、エキシマレーザ光の
ショットを多数回にわたり行うと、図７（ｄ）に示すよ
うに、形成する凹部８４の溝底を平らに仕上げることが
出来ず、割れに沿って溝９０が深く切り込まれると言う
問題もあった。更には、ＭｇＯ単結晶基板、フッ化カル
シウム単結晶基板等の光透過性の超伝導材料にレーザ光
加工を適用する場合、レーザ光が材料を透過してしまう
ため、レーザ光加工の制御が難しいと言う問題もあっ
た。加えて、従来の方法では、レーザ光照射装置が、基
板８０から蒸発した材料で汚染される問題もあった。こ
れらの不都合のため、従来は、ＭｇＯ単結晶基板等の光
透過性基板にレーザ光による微細加工を施す方法の実用
化は、技術的に見て極めて難しいと考えられて来た。

【０００７】ところで、超伝導リングに弱結合部を形成
する方法としては、基板にステップエッジを設ける方法
に加えて、光加工によりＭｇＯ単結晶基板の表面に微細
な凹凸を設ける試みも提案されている。それは、光、例
えばレーザ光によりＭｇＯ単結晶基板上にＭｇＯなどを
付着させてＭｇＯ層を形成したり、ＭｇＯ単結晶の表面
を粗く粗面化する方法である。しかし、従来の光加工技
術、例えば炭酸ガスレーザ光を使用する方法では、数ミ
クロン程度の精細度の加工を施すのが精一杯である。一
方、ＭｇＯ層或いは粗面化した凹凸は、その寸法につい
てミクロンオーダの精細度が必要であるので、光加工技
術によるＭｇＯ単結晶基板上の粗面化は、未だ、実用化
の域に到達していない。尚、本明細書でミクロンオーダ
の精細度とは、１μｍ程度の精細度を意味する。

【０００８】以上の問題に照らして、本発明の目的は、
光透過性の部材に光ビームによる高精細度の加工を施す
方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁波ビームに
よる加工方法は、電磁波透過性基板の被加工面と対抗す
る裏面に電磁波ビームを照射することにより、前記被加
工面に加工を施すことを特徴とする方法である。電磁波
としては、光の波長の部分が好適であるが、Ｘ線領域の
ものなど各種のものを利用できる。またここで加工と
は、被加工面上に他の材料を付着させて層を形成する成
膜加工や、被加工面の表層部を除去してここに凹部を形
成する除去加工を含む概念である。以下、より具体的な
例に沿って本発明の電磁波ビームによる加工方法（以
下、加工方法と記す。）を説明する。

【００１０】第１方法は、光透過性基板の被加工面と、
ターゲットとを対抗させ、４板の被加工面に対向する裏
面にマスクイメージ法により光ビームを照射し、ターゲ
ット材料を被加工面上に付着させて、ターゲット材料か
らなる層を基板の被加工面上に形成することを特徴とし
ている。

【００１１】第１方法で使用する光ビームは、波長１．
５μm 以下の光が好適である。例えば波長１．１μm の
ＹＡＧレーザ光、１．５μm 以下の波長域のエキシマレ
ーザ光、例えば波長０．２〜０．２５μm のエキシマレ
ーザ光、水銀灯から出るＧ線、Ｉ線等を使用できる。第
１方法が適用できる光透過性基板は、光透過性である限
り特に限定は無く、例えば石英ガラス基板、ＭｇＯ単結
晶基板、チタン酸ストロンチウム単結晶基板、ジルコニ
ア単結晶基板、フッ化カルシウム単結晶基板等である。
また、ターゲット材は、金属又は金属を含む化合物から
なる光非透過性の材質が好適である。例えばＭｇＯ多結
晶材、フッ化カルシウム多結晶材等を使用できる。実際
的には、基板の均質性を維持するために、光非透過性材
は、光透過性基板と同じ材料が好ましい。

【００１２】光透過性基板の被加工面に形成されるター
ゲット材料からなる層の形状精度、及び寸法精度を上げ
るためには、光透過性基板とターゲットとを密着させる
と良い。この時の両者の間に生じる間隔は、小さい程好
ましく、少なくとも１ｍｍ以下であることが必要であっ
て、好ましくは、１００μm 以下、更に好ましくは、１
０μm 以下である。マスクイメージ法とは、光ビーム光
源とレンズとの間に光非透過性のマスクパターンを配置
し、そのマスクパターンの開口を通して光ビームを光透
過性基板に照射する方法である。光透過性基板の被加工
面、レンズ、マスクパターン及び光源の位置関係から縮
小投影又は拡大投影の比率を設定してマスクパターンの
開口形状を定めると、光ビームは、マスクパターンの開
口形状に相似した所定比率の形状、即ち所定形状の被加
工面にのみ照射される。マスクパターンは、光非透過性
材料で形成されている限り特に限定は無く、例えば１０
μm 程度の厚さの金属薄膜、蒸着金属膜等であって、実
用的には、ステンレス鋼薄膜、クロム蒸着膜等で形成で
きる。

【００１３】照射エネルギー密度、ショット数等の光ビ
ームの照射条件は、光透過性基板の厚さ、付着させるタ
ーゲット材料の層の厚さにより異なり、予め、実績デー
タ、実験により設定する。通常、光ビームの照射エネル
ギー密度は、好適には、１０Ｊ／cm² から５０Ｊ／cm²
の範囲、更に好適には１０Ｊ／cm² から２０Ｊ／cm²の
範囲である。但し、５０Ｊ／cm² 以上になると、基板に
割れが発生する恐れがある。光透過性基板に光ビームを
照射する回数、即ちショット数は、１発から１０発の範
囲が良い。精細度を上げるには、ショット数が少ないほ
ど良く、例えば２発から３発であることが望ましく、更
には１発で完了することが最も望ましい。ターゲット材
料の層を形成した後、８００〜２０００℃の温度で大
気、窒素、アルゴンガス等の雰囲気内で基板に熱処理を
施して、ターゲット材料の層の固着を確実にすることも
できる。これは、次に述べる第２発明方法についても同
様である。

【００１４】第１方法では、ＭｇＯ単結晶等の光透過性
基板を透過した光ビームは、光透過性基板とターゲット
との境界面でトラップされるので、従来の方法のように
光透過性基板を透過するだけではなくて、境界面でアブ
レーション作用又はスパッタリング作用を行う。それに
より、本発明方法では、光ビームは、比較的緩るやかな
光ビーム照射条件でターゲットをスパッタして光透過性
基板に付着させ、基板の被加工面上に金属又は金属化合
物層を形成することができる。本方法では、光ビームの
照射をマスクイメージ法によって調整することにより被
加工面に形成されるターゲット材の層の平面形状を制御
し、照射エネルギー密度とショット数とによって光ビー
ム照射量を調整することによりターゲット材の層の層厚
を制御し、波長の短い光ビームを使用して、ミクロンオ
ーダの精細度を有する形状、寸法の層を基板の被加工面
上に形成することができる。

【００１５】本発明に係る別の加工方法（以下、第２方
法と言う）は、ターゲットに凹部と平面領域とを有する
パターン面を形成し、光透過性基板の被加工面と、ター
ゲットのパターン面とを対向させ、基板の被加工面に対
向する裏面に光ビームを照射し、ターゲットを構成する
材料を基板の被加工面上に付着させて、パターン面の平
面領域に対応するパターンの層を形成することを特徴と
している。

【００１６】第２方法で使用する光ビーム、光ビームの
照射条件及びターゲット、並びに第２方法により加工で
きる光透過性基板に関する説明は、第１方法と同じであ
る。第２方法でターゲットに形成するパターンの凹部
は、好適には深さが１０μm以上、好ましくは、１００
μm 以上とする。凹部の形成方法は、特に限定は無い
が、例えばレーザー加工や化学的エッチングである。光
透過性基板の被加工面に形成されるターゲット材料の層
の形状精度、及び寸法精度を上げるためには、光透過性
基板とターゲットとを密着させると良い。この時の両者
の間に生じる間隔は、小さい程好ましく、例えば０．０
１μm から１０μm の範囲、更には０．０１μm から１
μm の範囲が望ましい。

【００１７】本第２方法では、第１方法と同様に、Ｍｇ
Ｏ単結晶等の光透過性基板を透過した光ビームは、光透
過性基板とＭｇＯ多結晶等のターゲットとの境界面でト
ラップされるので、従来の方法のように光透過性基板を
透過するだけではなくて、境界面でアブレーション作用
又はスパッタリング作用を行う。それにより、本第２方
法では、光ビームは、比較的緩るやかな光ビーム照射条
件でターゲットをスパッタして光透過性基板に付着さ
せ、基板の被加工面上にターゲット材料からなる層を形
成することができる。本第２方法では、光ビームにより
スパッタリングされる平面領域をパターンで以て調整す
ることにより基板の被加工面に形成されるターゲット材
料からなる層の平面形状を制御し、照射エネルギー密度
とショット数とにより光ビーム照射量を調整することに
よりターゲット材料からなる層の層厚を制御し、波長の
短い光ビームを使用して、ミクロンオーダの精細度を有
する形状、寸法の層を基板の被加工面上に形成すること
ができる。

【００１８】本発明に係る更に別の加工方法（以下、第
３方法と言う）は、光透過性基板の被加工面上に被膜を
成膜し、基板の被加工面に対向する裏面にマスクイメー
ジ法により光ビームを照射し、凹部を基板の被加工面に
形成することを特徴としている。

【００１９】第３方法で使用する光ビーム、光ビームの
照射条件及びマスクイメージ法並びに第３方法により加
工できる光透過性基板に関する説明は、第１方法と同じ
である。ただし、この第３方法で用いる光ビームの照射
エネルギー密度は、第１方法の場合よりもやや低く設定
される。第３方法で使用する被膜の材料は、光非透過性
であることが望ましい。例えば市販の顔料、染料を使用
できる。成膜方法も特に限定は無いが、実用的には光非
透過性の顔料、染料を溶媒に溶解ないし懸濁させ、それ
をローラないし刷毛で塗布して顔料、染料の塗膜を形成
する。膜厚は、光が透過しない膜厚であれば良く、好適
には、０．１μm から１０μm 程度、更に好適には０．
１μm から２．０μm である。この方法では、被膜と被
加工面との界面を利用するので、被膜の厚さのバラツキ
は、かなり許容される。

【００２０】本第３方法では、ＭｇＯ単結晶基板等の光
透過性基板を透過した光ビームは、光透過性基板と被膜
との境界面でトラップされ、従来のように光透過性基板
を透過するだけではなくて、その境界面でアブレーショ
ン作用を行う。それにより、本第３方法では、光ビーム
は、従来の方法より緩るやかな光ビーム照射条件で光透
過性基板をアブレーションして凹部を形成することがで
きる。よって、従来のように基板に割れが生じない。本
第３方法では、光ビームの照射をマスクイメージ法によ
って調整することにより凹部の平面形状を制御し、照射
エネルギー密度とショット数とにより光ビーム照射量を
調整することにより凹部の深さを制御し、かつ波長の短
い光ビームを使用して、ミクロンオーダの精細度を有す
る形状、寸法の凹部を基板の被加工面上に形成すること
ができる。

【００２１】また、本発明に係る更に別の微細加工方法
（以下、第４方法と言う）は、光透過性基板上にパター
ニングされた被膜を形成し、基板の被加工面に対向する
裏面に光ビームを照射し、被膜に接する基板の被加工面
に所定深さの凹部を形成することを特徴としている。

【００２２】第４方法で使用する光ビーム及び光ビーム
の照射条件、並びに第４方法により加工できる光透過性
基板に関する説明は、第３方法と同じである。また、第
４方法で使用する被膜の材料は、第３方法と同じであ
る。被膜のパターニングは、既知の印刷用マスクを用い
る方法、又はホトリソグラフィ法により行うことができ
る。

【００２３】本第４方法では、第３方法と同様に、Ｍｇ
Ｏ単結晶基板等の光透過性基板を透過した光ビームは、
光透過性基板と被膜との境界面でトラップされ、従来の
ように光透過性基板を透過するだけではなくて、その境
界面でアブレーション作用を行う。それにより、本発明
方法では、光ビームは、従来の方法より緩るやかな光ビ
ーム照射条件で光透過性基板をアブレーションして凹部
を形成することができる。よって、従来のように基板に
割れが生じない。本第４方法では、被膜のパターンを調
整することにより凹部の平面形状を制御し、照射エネル
ギー密度とショット数により光ビーム照射量を調整する
ことにより凹部の深さを制御し、波長の短い光ビームを
使用して、ミクロンオーダの精細度を有する形状、寸法
の凹部を基板の被加工面上に形成することができる。

【００２４】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。以下の実施例では、本発
明方法は、ＳＱＵＩＤの超伝導リングに弱結合部を設け
るためにＭｇＯ単結晶基板に施される微細加工に適用さ
れている。

【００２５】実施例１ 本実施例は、前記第１方法の実施例である。本実施例で
は、光透過性で板状のＭｇＯ単結晶基板１０（以下、簡
単に基板１０と言う）と、ターゲットである板状のＭｇ
Ｏ多結晶材１２（多結晶材１２と言う）とを用意する。
次いで、基板１２の被加工面１４及び多結晶材１２の一
方の面１６を研磨等の既知の方法により平滑な平面に仕
上げ、図１（ａ）に示すように、基板１０の被加工面１
４と多結晶材１２の面１６とを密着させるようにして挟
持装置にて挟持し、相互に固定する。固定手段は、例え
ばクリップ式の挟持方法、基板１０と多結晶材１２とを
相互にネジ結合する方法、基板１０と多結晶板材１２と
の側縁を相互に接着して固定する方法等の既知の固定手
段を使用できる。基板１２の被加工面１４に形成するＭ
ｇＯ層の形状精度、及び寸法精度を上げるためには、固
定した段階で基板１０と多結晶材１２との間に生じる間
隔を１mm以下にする。

【００２６】次いで、図１（ｂ）に示すように、基板１
０の被加工面１４と裏面１８にマスクイメージ法により
エキシマレーザ光を裏面１８に照射する。照射条件は、
基板１０の厚さ、付着させるＭｇＯ層の厚さにより異な
り、予め、実績データ、実験により設定する。一般に
は、照射のエネルギー密度は、通常、１０Ｊ／cm² から
５０Ｊ／cm² の範囲であって、基板１０にエキシマレー
ザ光を照射する回数、即ちショット数は、１発から１０
発の範囲内である。エキシマレーザ光の照射により、多
結晶材１２のＭｇＯがスパッタリングされて基板１０の
被加工面１４上に付着する。

【００２７】照射後に、固定手段から基板１０と多結晶
材１２とを取り出し、分離すると、図１（ｃ）に示すよ
うに、基板１０の被加工面１４上に所定厚さのＭｇＯ層
１９が形成されている。ＭｇＯ層１９を形成した後、８
００〜２０００℃の温度で大気、窒素、アルゴンガス等
の雰囲気内で基板１０に熱処理を施して、ＭｇＯ層１９
の固着を確実にすることもできる。

【００２８】実施例１の具体例 以下に、実施例１の具体例のデータを示す。 基板 ：１０mm角、厚さ０．５mm 多結晶材 ：１０mm角、厚さ１mm エキシマレーザ光 波長 ：０．２４８μm （ＫｒＦ） 照射密度 ：２０Ｊ／ｃｍ² ショット数 ：１発 ＭｇＯ多結晶層 厚さ ：０．２μm 形状、寸法 ：０．７μｍ×３０μｍの長方形

【００２９】本具体例では、エキシマレーザ光をマスク
イメージ法により裏面１８に照射することにより、所定
形状、寸法のＭｇＯ層１９を幅方向、厚さ方向ともミク
ロンオーダーの精細度で以て、基板１０の被加工面１４
上に形成することができた。また、ＭｇＯ層１９を形成
するために、上述の工程の実施に要した時間は、約１２
分と言う従来にない短い時間であった。

【００３０】実施例２ 本実施例は、第２方法の実施例であって、実施例１と同
様に、図２（ａ）に示す板状のＭｇＯ単結晶基板２０
（以下、基板２０と言う）の被加工面２２にパターン通
りのＭｇＯ層２６（図２（ｄ）参照）を成膜する工程に
本発明を適用した例である。本実施例では、先ず、基板
２０の被加工面２２を平滑な平面に仕上げる。一方、図
２（ｂ）に示すように、実施例１と同じ板状のＭｇＯ多
結晶板状材２４（ターゲット、以下、多結晶材２４と言
う）の一方の面を平滑な平面に仕上げ、その後、レーザ
ー加工または化学エッチングにより不要の部分を除去し
て凹部２８を形成し、それより平面領域３０をＭｇＯ層
２６のパターンと同じパターンにする。凹部２８の深さ
は、１０μm 以上、好ましくは、１００μm 以上とす
る。

【００３１】次いで、図２（ｃ）に示すように、基板２
０の被加工面２２と多結晶材２４のパターン加工面の平
面領域３０とを密着させるようにして挟持装置にて挟持
し、相互に固定する。被加工面に固着したＭｇＯ多結晶
の形状精度、及び寸法精度を上げるためには、固定した
段階でＭｇＯ単結晶基板とＭｇＯ多結晶板材との間に生
じる間隔が、１０μm 以下とする。図２（ｃ）に示すよ
うに、被加工面２２に対向する基板２０の裏面３２全面
にエキシマレーザ光を照射する。照射条件は、基板２０
の厚さ、付着させるＭｇＯ層２６の厚さにより異なり、
予め、実績データ、実験により設定する。一般には、照
射のエネルギー密度は、１０Ｊ／cm² から５０Ｊ／cm²
の範囲であり、ショット数は、少ないほど良く、１０発
以下とする。

【００３２】照射後に、固定手段から多結晶材２４と基
板２０を取り出して、分離すると、図２（ｄ）に示すよ
うに、基板２０の被加工面２２に所定の厚さのＭｇＯ層
２６が形成されている。ＭｇＯ層２６を形成した後、８
００〜２０００℃の温度で大気、窒素、アルゴンガス等
の雰囲気内で基板２０に熱処理を施して、ＭｇＯ層２６
の固着を確実にすることもできる。

【００３３】実施例２の具体例 以下に、実施例２の具体例のデータを示す。 ＭｇＯ単結晶基板 ：１０mm角、厚さ０．５mm ＭｇＯ多結晶材 ：１０mm角、厚さ１mm パターン 形状 ：幅０．８μm の３本の帯状 凹部の深さ ：５０μm エキシマレーザ光 波長 ：０．２４８μm （ＫｒＦ） 照射密度 ：２０Ｊ／ｃｍ² ショット数 ：１発 ＭｇＯ層 厚さ ：０．２μm 形状、寸法 ：０．８μｍ×３０μｍの帯状

【００３４】本具体例では、多結晶材２４のパターン面
の平面領域３０のＭｇＯのみがエキシマレーザ光により
スパッタリングされて基板２０の被加工面２２に付着す
るので、パターンと同じ形状、寸法のＭｇＯ層２６を幅
方向、厚さ方向ともミクロンオーダーの精細度で以て、
基板２０の被加工面２２に形成することができた。ま
た、ＭｇＯ層２６を形成するために、上述の工程の実施
に要した時間は、約１２分と言う従来にない短い時間で
あった。

【００３５】実施例３ 本実施例は、第３方法の実施例であって、図３（ａ）に
示すＭｇＯ単結晶基板４０（以下、基板４０と言う）の
被加工面（１００面）４２に所望のパターンの凹部４４
（図３（ｃ）参照）を形成する工程に本発明を適用した
例である。先ず、基板４０の被加工面４２を平滑な平面
に仕上げ、次いで、光非透過性の顔料又は染料からなる
塗膜４６を基板４０の被加工面４２に図３（ａ）に示す
ように成膜する。成膜する際には、アルコール、又はア
セトンを溶媒にして、更に必要に応じハードレジン（接
合用樹脂）を添加して調整した溶媒に顔料又は染料を溶
解し、ローラ又は刷毛で塗布する。膜厚は、０．１μm
から１０μm までの範囲で良い。本実施例で使用する顔
料及び染料は、市販のもので、例えばゼブラ社製の商品
名「マッキー」、シャチハタ社製の商品名「アートライ
ン」等を使用できる。

【００３６】次いで、図３（ｂ）に示すように、基板４
０の被加工面４２と対向する裏面４８にマスクイメージ
法によりエキシマレーザ光を照射する。照射条件は、基
板４０の厚さ、形成する凹部４４の寸法により異なり、
予め、実績データ、実験により設定する。一般には、照
射のエネルギー密度は、通常、１０Ｊ／cm² から５０Ｊ
／cm² の範囲であって、基板４０にエキシマレーザ光を
照射するショット数は、１０発以下である。照射された
エキシマレーザ光は、基板４０と塗膜４６との間でトラ
ップされ、基板４０のＭｇＯ単結晶をアブレーションし
て、基板４０の被加工面４２に凹部４４を形成する。

【００３７】照射後に、アルコール又はアセトンによっ
て膜を洗浄、除去すると、図３（ｃ）に示すように、基
板４０の被加工面４２に所定の平面形状及び深さの凹部
４４が現れる。

【００３８】実施例３の具体例 基板 ：１０mm角、厚さ０．５mm 多結晶材 ：１０mm角、厚さ１mm 塗膜 ：材料 マッキー 、膜厚０．４μm エキシマレーザ光 波長 ：０．２４８μm 照射密度 ：２０Ｊ／ｃｍ² ショット数 ：３発 凹部 深さ ：０．２μm 形状 ：０．８μｍ×３０μｍの長方形

【００３９】本具体例では、エキシマレーザ光をマスク
イメージ法により裏面４８に照射することにより、所定
形状及び所定深さの凹部をミクロンオーダの精細度で以
て、基板４０の被加工面４２に形成することができた。
基板４０の被加工面４２は、滑らかな平面を維持し、凹
部４４の近傍で盛り上がる等の変形は観察されなかっ
た。また、凹部４４を形成するために、上述の工程の実
施に要した時間は、約８分と言う従来にない短い時間で
あった。

【００４０】実施例３の比較例 本例は、実施例３の比較例であって、実施例３では基板
の裏面にマスクイメージ法によりエキシマレーザ光を照
射したが、本例では、基板の被加工面側からマスクイメ
ージ法によりエキシマレーザ光を照射する方法である。
本例では、図４（ａ）に示すように、ＭｇＯ単結晶基板
５０（以下、基板５０と言う）の被加工面（１００面）
５２上に実施例３と同じ材料で塗膜５４を成膜する。次
いで、図４（ｂ）に示すように、塗膜面５６にマスクイ
メージ法によりエキシマレーザ光を基板５０に照射す
る。照射条件は、塗膜５４の厚さ、形成する凹部の深さ
により異なり、予め、実績データ、実験により設定す
る。一般には、照射のエネルギー密度は、通常、１０Ｊ
／cm² から５０Ｊ／cm² の範囲であって、ショット数
は、３発から５０発の範囲である。

【００４１】エキシマレーザ光を照射すると、図４
（ｃ）に示すように、塗膜５４及び基板５０がエッチン
グされて、凹部５８を形成する。次いで、塗膜５４をア
ルコール又はアセトンで洗浄、除去して、被加工面５２
に凹部５８が形成された基板５０を得ることができる。
なお、凹部５８の周辺が若干盛り上がっていた。

【００４２】以下に、実施例３の効果をその比較例と比
較しつつ説明する。 １）実施例３では、基板４０と塗膜４６との境界面でエ
キシマレーザ光がトラップされるので、ショット数が１
〜３発、殆どの場合１発で加工を完了することが出来
る。一方、比較例の場合は、エキシマレーザ光が塗膜５
４を通過する必要があるので、ショット数が３〜５０発
の範囲に達する。従って、実施例３では、ショット数が
多い比較例のような問題、すなわちショットにより基板
が振動して或るショット目と次のショット目のショット
位置がずれるために精細度が低下すると言う問題がな
い。その結果、実施例３は、比較例より加工精度が高
く、加工時間が短く、加工費が安い。 ２）比較例では、凹部の周辺が若干盛り上がるという欠
点があるのに対し、実施例３では、凹部の周辺が盛り上
がる等の表面の変形がないので、これによっても、加工
精度が高くなる。それは、実施例３では、ショット数が
少ないので、周辺への影響が小さくなるからである。 ３）比較例では、エキシマレーザ光が塗膜を通過して基
板に照射されるので、凹部形成部上の塗膜の厚さを厳密
に制御する必要がある。一方、実施例３では、エキシマ
レーザ光は塗膜を通過しないので、塗膜の厚さが、加工
精度に殆ど影響を及ぼさない。よって、塗膜の厚さを制
御するためのインクコーター等の特殊な装置を用いなく
ても良く、市販のマジックに付属しているフェルトペン
等を使用して塗布しても不都合が生じない。

【００４３】実施例４ 本実施例は、第４方法の実施例であって、実施例３と同
様に、図５（ｃ）に示すように、ＭｇＯ単結晶基板６０
（以下、基板６０と言う）の被加工面６２に所定パター
ンの凹部６４を形成する工程に本発明を適用した例であ
る。先ず、ＭｇＯ単結晶基板６０の被加工面６２を平滑
な平面に仕上げ、次いで、実施例３と同様にして膜材を
調製した上で、印刷用のマスクなどを用いて、所定パタ
ーンの塗膜６６を図５（ａ）のように形成する。

【００４４】図５（ｂ）に示すように、被加工面６２に
対向する基板６０の裏面６８全面にエキシマレーザ光を
照射する。照射条件は、基板６０の厚さ、形成する凹部
６４の深さ等により異なり、予め、実績データ、実験に
より設定する。一般には、照射のエネルギー密度は、１
０Ｊ／cm² から５０Ｊ／cm² の範囲であって、ショット
数は、１０発以下である。照射されたエキシマレーザ光
は、基板６０と塗膜６６との間でトラップされ、基板６
０のＭｇＯ単結晶をアブレーションして、基板６０の被
加工面６２に凹部６４を形成する。照射後、アルコール
またはアセトンで膜の残留部を洗浄、除去する。

【００４５】実施例４の具体例 基板 ：１０mm角、厚さ０．５mm 多結晶材 ：１０mm角、厚さ１mm 塗膜 ：材料「アートライン」、膜厚０．４μm 、 形状０．８μｍ×３０μｍ エキシマレーザ光 照射密度 ：２０Ｊ／ｃｍ² ショット数 ：３発 凹部 深さ ：０．２μm 形状 ：０．８μｍ×３０μｍ

【００４６】本具体例では、エキシマレーザ光がパター
ニングされた塗膜６６と基板６０との間でトラップさ
れ、塗膜パターンと同じ形状で所定深さの凹部をミクロ
ンオーダの精細度で以て、基板６０の被加工面６２に形
成することができた。基板６０の被加工面６２は、滑ら
かな平面を維持し、凹部６４の近傍で盛り上がる等の変
形は観察されなかった。また、凹部６４を形成するため
に、上述の工程の実施に要した時間は、約８分と言う従
来にない短い時間であった。

【００４７】実施例４の比較例 本例は、実施例４の比較例であって、実施例４では基板
の裏面からエキシマレーザ光を照射したが、本例では、
塗膜上からエキシマレーザ光を照射する。本例では、図
（６）に示すように、実施例４と同様にしてＭｇＯ単結
晶基板７０の被加工面（１００面）７２上に塗膜７４を
形成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、被加工面
７２上にエキシマレーザ光を一面に照射する。照射のエ
ネルギー密度は１０Ｊ／cm² から５０Ｊ／cm² の範囲で
あり、ショット数は、３〜５０発である。照射後、残留
している塗膜７４をアルコールまたはアセトン溶媒で洗
浄すると、図６（ｃ）に示すように被加工面７２に形成
されている凹部７６が現れる。なお、凹部７６の周辺が
若干盛り上がっていた。

【００４８】実施例４及びその比較例と比較した評価結
果は、実施例３とその比較例の評価結果と同じであっ
て、実施例４は、比較例に比べて、精細度が高く、加工
時間が短く、また加工費が安い。

【００４９】実施例１から４では、以上の説明のよう
に、ミクロンオーダの精度をもって、ＭｇＯ単結晶の表
面に所期の加工を行うことができた。また、光ビームを
照射するレンズへのＭｇＯ切りくずの付着も防止し易い
ことが判った。更に言えば、実施例１及び２で説明した
第１及び第２方法によりＭｇＯ単結晶基板上に形成した
ＭｇＯ層の寸法、形状の精度は極めて高いので、第１及
び第２方法により得たＭｇＯ単結晶基板は、ＳＱＵＩＤ
超伝導リング用の基板として優れた特性を有している。
また、実施例３及び４で説明した第３及び第４方法によ
りＭｇＯ単結晶基板の被加工面に形成した凹部は、寸
法、形状の精度が極めて高いので、第３及び第４方法に
より加工したＭｇＯ単結晶基板は、ＳＱＵＩＤ超伝導リ
ング用の基板として優れた特性を有している。

【００５０】以上をまとめると、以下の通りである。第
１、第２方法を使用すれば、寸法及び形状にミクロンオ
ーダの精細度を有するターゲット材料の層を光透過性基
板上に短時間で効率良く形成することができる。例え
ば、光非透過性材としてＭｇＯ多結晶材を使用し、また
光ビームとしてエキシマレーザ光を使用し、この微細加
工方法を光透過性基板であるＭｇＯ単結晶基板の加工に
適用すると、ミクロンオーダの精細度を有するＭｇＯ層
をＭｇＯ単結晶基板上に形成できる。これにより、ＳＱ
ＵＩＤ用超伝導リングとして優れた特性の弱結合部を備
えたＭｇＯ単結晶基板を実現することができる。

【００５１】第３、第４の方法を使用すれば、寸法及び
形状にミクロンオーダの精細度を有する凹部を光透過性
基板上に短時間に効率良く形成することができる。ま
た、光ビームは被膜を通過しないので、膜厚を厳密に制
御しつつ光非透過性膜を成膜する必要がないので、成膜
コストが低い。例えば、光非透過性膜として光非透過性
の顔料又は染料の塗膜をＭｇＯ単結晶基板の被加工面に
成膜し、光ビームとしてエキシマレーザ光を使用して、
この微細加工方法を光透過性基板であるＭｇＯ単結晶基
板の加工に適用すると、ミクロンオーダの精細度を有す
る凹部をＭｇＯ単結晶基板の被加工面上に形成できる。
これにより、ＳＱＵＩＤ用超伝導リングとして優れた特
性の弱結合部を備えたＭｇＯ単結晶基板を実現すること
ができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の加工方法では、電磁波透過性を
有する基板の被加工面の加工を裏面から電磁波ビームを
照射することにより行うので、少ない照射回数で被加工
面に成膜を行ったり、被加工面に凹部を加工することが
できる。また被加工面の平滑性を損なうこともない。従
って、本発明の加工方法によれば、被加工面を高精度に
加工できる。また本発明の加工方法では、電磁波ビーム
の照射を裏面側から行うので、ビーム照射装置が基板に
よって保護される。従って、本発明の加工方法によれ
ば、蒸発材料による照射装置の汚染が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）から（ｃ）は、実施例１で第１方法
を実施する際の各工程毎のＭｇＯ単結晶基板とＭｇＯ多
結晶材との断面構造を示す断面図である。

【図２】図２（ａ）から（ｄ）は、実施例２で第２方法
を実施する際の各工程毎のＭｇＯ単結晶基板とＭｇＯ多
結晶材との断面構造を示す断面図である。

【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、実施例３で第３方法
を実施する際の各工程毎のＭｇＯ単結晶基板の断面構造
を示す断面図である。

【図４】図４（ａ）から（ｄ）は、実施例３の比較例方
法を実施する際の各工程毎のＭｇＯ単結晶基板の断面構
造を示す断面図である。

【図５】図５（ａ）から（ｃ）は、実施例４で第４方法
を実施する際の各工程毎のＭｇＯ単結晶基板の断面構造
を示す断面図である。

【図６】図６（ａ）から（ｃ）は、実施例４の比較例方
法を実施する際の各工程毎のＭｇＯ単結晶基板の断面構
造を示す断面図である。

【図７】図７（ａ）から（ｄ）は、従来の光加工方法を
実施した際のＭｇＯ単結晶基板に生じる欠陥を説明する
断面図である。

【符号の説明】

１０ ＭｇＯ単結晶基板 １２ ＭｇＯ多結晶材 １４ 被加工面 １６ ＭｇＯ多結晶の板状材の一方の面 １８ 裏面 １９ ＭｇＯ層 ２０ ＭｇＯ単結晶基板 ２２ 被加工面 ２４ ＭｇＯ多結晶材 ２６ ＭｇＯ層 ２８ 凹部 ３０ 平面領域 ３２ ＭｇＯ単結晶基板の裏面 ４０ ＭｇＯ単結晶基板 ４２ 被加工表面 ４４ 凹部 ４６ 塗膜 ４８ 裏面 ５０ ＭｇＯ単結晶基板 ５２ 被加工面 ５４ 塗膜 ５６ 塗膜面 ５８ 凹部 ６０ ＭｇＯ単結晶基板 ６２ 被加工面 ６４ 凹部 ６６ 塗膜 ６８ 裏面 ７０ ＭｇＯ単結晶基板 ７２ 被加工面 ７４ 塗膜 ７６ 凹部 ８０ ＭｇＯ単結晶基板 ８２ 被加工面 ８４ 凹部 ８８ 割れ ９０ 溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁波透過性基板の被加工面と対抗する
   裏面に電磁波ビームを照射することにより、前記被加工
   面に加工を施すことを特徴とする電磁波ビームによる加
   工方法。