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レーザ加工方法および装置

国内特許コード P10A015506
整理番号 P2004-116-JP01
掲載日 2010年6月18日
出願番号 特願2004-290842
公開番号 特開2006-106227
登録番号 特許第4599553号
出願日 平成16年10月1日(2004.10.1)
公開日 平成18年4月20日(2006.4.20)
登録日 平成22年10月8日(2010.10.8)
発明者
  • 三澤 弘明
  • サウリウス ヨードカシス
  • ビガンタス ミゼイキス
  • スイット コックケン
  • 坪井 泰之
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 レーザ加工方法および装置
発明の概要 【課題】 型くずれを起こすことなく、異方的な形状を有する物体から成る複雑で微細な構造物を作製すること。
【解決手段】 光造形用の材料として、液状の光硬化性樹脂ではなく、固体である光架橋反応性のポジ型レジスト材料を用い、これにパルスレーザ光を走査しながら集光照射し、集光位置に多光子吸収による光架橋反応を生起させることにより、異方的な形状を有する物体から成る複雑で微細な構造物を作製する。このとき、光架橋反応が十分に生起するように、パルスレーザ光の強度および走査速度をそれぞれ最適値に設定する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


マイクロメートルサイズ領域の微小な構造物(物体)の構築・作製方法として、レーザ光造形法がある。これは、光硬化性の液状樹脂中に対物レンズを通じてパルスレーザ光を集光し、照射位置における光重合反応を利用するものである。レーザ光を造形予定構造物の形状に沿って3次元的に走査し、造形予定形状に樹脂を重合・固化させ、その後に未照射の液状樹脂を洗浄/除去することにより、高分子で出来た微小な構造物を得ることができる。この方法によれば、原理的には任意の形状の微小な構造物を作製することができる。



また、レーザ光は光硬化性樹脂に対して透明である(レーザ波長において光硬化性樹脂は吸収を持たない)が、レンズによる集光焦点位置においてパルスレーザ光の高い尖頭出力により誘起される多光子吸収過程により光重合(光硬化)が開始される。従って、光子密度の高い焦点位置の中央領域でのみ光硬化が誘起されるため、光硬化性樹脂の内部に光の回折限界値以下(波長以下)の極めて精密な造形加工分解能が得られる。



このようなレーザ光造形技術において近年特に用いられる光硬化性樹脂は、造形加工前(光照射前)には液体状態である。レーザ照射後、照射/集光位置で光重合反応が誘起されて固体化し、その後、液体である未照射部分を洗い流して、所望の微細加工構造物を得る。このようなレーザ光造形技術としては、例えば、特許文献1に記載されているものがある。



また、近時、従来の光硬化性樹脂を用いることなく、異方的な造形物から成る構造体を精度良くレーザ加工造形する技術が、非特許文献1に記載されている。
【特許文献1】
特開2003-1599号公報
【非特許文献1】
M.Deubel, G.V.Freymann, M.Wegener, S.Pereira, K.Busch, and C.M.Soukoulis, "Direct laser writing of three-dimensional photonic-crystal templates for telecommunications", Nature Materials, vol. 3, no. 7, pp. 444-447, July 2004

産業上の利用分野


本発明は、レーザ加工方法および装置に関し、特に、複雑で微細な構造物を作製するのに好適なレーザ加工方法および装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
集光レンズを通して集光させたパルスレーザ光で、光架橋反応性のレジスト固体材料内を3次元に走査し、多光子吸収による光架橋反応を集光位置に生起させて、前記レジスト固体材料の架橋反応物からなり、かつ直径が1μm以下の線状構造物で構成される微小立体構造物を作製するレーザ加工方法において、
前記集光レンズの開口数は、1以上であり、
前記パルスレーザ光の強度は、前記集光位置において1パルスあたり1nJ以下であり、
前記パルスレーザ光の走査速度は、隣接する加工位置スポット間の距離が100nm以下になるように設定される、
ことを特徴とするレーザ加工方法。

【請求項2】
前記微小立体構造物の長軸方向に対して前記パルスレーザ光の光軸方向および走査方向は共に平行であることを特徴とする請求項1記載のレーザ加工方法。

【請求項3】
パルスレーザ光で光架橋反応性のレジスト固体材料内を3次元に走査し、多光子吸収による光架橋反応を集光位置に生起させて、前記レジスト固体材料の架橋反応物からなり、かつ直径が1μm以下の線状構造物で構成される微小立体構造物を作製するレーザ加工装置であって、
パルスレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
前記パルスレーザ光を集光レンズを通して光架橋反応性のレジスト固体材料に集光照射する光学系と、
前記パルスレーザ光を3次元方向に走査する走査手段と、を有し、
前記集光レンズの開口数は、1以上であり、
前記パルスレーザ光の強度は、前記集光位置において1パルスあたり1nJ以下であり、
前記パルスレーザ光の走査速度は、隣接する加工位置スポット間の距離が100nm以下になるように設定される、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004290842thum.jpg
出願権利状態 登録
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