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光加工装置 コモンズ

国内特許コード P110003656
整理番号 Y04-P051
掲載日 2011年6月27日
出願番号 特願2005-517943
登録番号 特許第4499666号
出願日 平成17年2月9日(2005.2.9)
登録日 平成22年4月23日(2010.4.23)
国際出願番号 JP2005001886
国際公開番号 WO2005078738
国際出願日 平成17年2月9日(2005.2.9)
国際公開日 平成17年8月25日(2005.8.25)
優先権データ
  • 特願2004-034343 (2004.2.12) JP
発明者
  • 牧村 哲也
  • 村上 浩一
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 光加工装置 コモンズ
発明の概要

軟X線の波長と合わせて集光効率を向上させる楕円ミラーを利用することで、軟X線のエネルギー密度を高くし、パターニングした軟X線(パターニング光)と加工用のレーザー光の両方を照射することなく、軟X線のみで、無機材料等の被加工物を数nmの精度で加工及び/又は改質する。
光源部7から放射される軟X線14を、楕円ミラー15で高エネルギー密度に集光して所定のパターンで被加工物19に照射し、被加工物19を所定のパターンで軟X線14を照射した部分のみを加工する。

従来技術、競合技術の概要
【0002】
無機材料は、例えばフォトニッククリスタルや光導波路等の光素子、医療及びバイオテクノロジーにおける超微量な化学分析及び化学反応等の分野で利用価値が高く、無機材料の精度に優れ、低コストの加工や改質の技術が要請されている。
【0003】
従来、レーザー光を物質に強照射し、照射面を剥ぎ取ることで加工するレーザーアブレーションという技術は、炭酸ガスレーザーを用いた金属加工において既に実用化されている。最も微細化が進んでいる光リソグラフィーに代表される光を用いた加工では、加工精度は加工に用いるレーザー光の波長で制限され、よくて100nmの程度である。
【0004】
又、従来の光加工技術で、特に無機透明材料を加工しようとしても、無機透明材料は無色であるからレーザー光を吸収しないため加工は困難である。
【0005】
さらに、無機材料等の被加工物の光加工技術として既に知られている従来技術については次のとおりである。
(1)被加工物を光を吸収する溶液に浸してレーザー加工を行なう技術が報告されているが、加工精度は波長の程度まで到達していない。
【0006】
(2)被加工物表面にレーザーアブレーションにより生成したレーザープラズマを接触させて、この部分に加工用レーザー光を照射すると、そのエネルギーを吸収したプラズマで被加工物が削り取られることが報告されている。しかしこの技術においても、加工精度は波長の程度まで到達していない。
【0007】
(3)二酸化珪素にFレーザーを照射すると非晶質性に起因する状態に吸収され、その状態で同時にKrF(クリプトンフロライド)レーザー光を強照射することにより、加工を行なえることが報告されている。この技術では、第一のレーザー光を吸収する状態が予め存在することが前提となり、汎用性が低い。
【0008】
(4)被加工物にフェムト秒レーザー光を照射し、同時に複数の光子を吸収させる多光子吸収により透明な加工物でも吸収が起こり、切削や改質の加工が可能となるが、加工精度は波長程度までである。
【0009】
(5)被加工物の表面でフェムト秒レーザー光の2つのビームを干渉させ、数nmの干渉パターンで加工できることが報告されている。しかしながら加工できるパターンは限られている。
【0010】
さらに、5~200μmの厚さのポリイミドフィルムなどの絶縁性フィルムの表面をレーザによって25μmφ程度のバンプホールの穿孔することで生じたバンプホール内やその周辺に付着した「すす」や「かす」などのカーボン等をプラズマ処理及び/又はX線(軟X線)照射で処理し、除去することは知られている(特許文献1参照)。
【0011】
そして、本発明者は、石英等の無機透明材料をナノスケール(10nmまで)の精度で加工できる汎用性の高い加工技術を実現するために、図7に示すように、軟X線源1から放射される軟X線2を、凸面鏡と凹面鏡の組み合わせから成る光学系3により所定のパターンで無機透明材料4に集光して照射し、無機透明材料4の照射部分のみに新たな吸収を生じさせ、これに加工用のレーザー光5を照射することにより、パターニングした無機透明材料4の部分のみに高エネルギー密度の可視又は紫外の加工用のレーザー光5(Nd:YAGレーザー光(266nm))を吸収させて無機透明材料4を加工する加工装置及び加工方法をすでに提案している(特許文献2、3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】
特開2002-252258号公報
【特許文献2】
特開2003-167354号公報
【特許文献3】
米国特許第6,818,908号明細書
産業上の利用分野
【0001】
本発明は、被加工物を多段階の工程を経ることなく1工程で、微細に(数nmまでの精度で)加工する汎用性の高い光加工装置に関するものである。本発明の加工対象である被加工物には、無機材料、有機材料、透明材料、不透明材料、或いはSi、SiO、シリコーン等のSi系材料等が含まれる。
特許請求の範囲 【請求項1】 光源部と、集光照射手段とから成る光加工装置であって、
上記光源部は、レーザー光を集光光学系でターゲットに集光照射し、被加工物が実効的に光吸収を生じるための紫外光及び/又は軟X線を発生させる光源部であり、
上記集光照射手段は、上記紫外光及び/又は軟X線の波長に応じて紫外光及び/又は軟X線を高エネルギー密度に集光する光学系を備え、該高エネルギー密度に集光された紫外光及び/又は軟X線を、被加工物に所定のパターンで照射し、上記被加工物を加工及び/又は改質し、
上記紫外光及び/又は軟X線の波長に応じて紫外光及び/又は軟X線を高エネルギー密度に集光する光学系は、楕円ミラーであり、上記光源部のうち紫外光及び/又は軟X線の発生源が楕円ミラーの二つの焦点のうちの一方の焦点に配置され、該楕円ミラーで反射され他方の焦点に集光される紫外光及び/又は軟X線の波長に対する楕円ミラー表面の反射率Rと上記光源部から楕円ミラーの長軸方向の両端を見込む角であり下記の数式7で規定されるφとの積を大きくする構成であることを特徴とする光加工装置。
但し、下記の数式7中の符号は次のとおりである。
θ:上記一方の焦点から出た光が楕円ミラーに入射するときの仰角
w/f:焦点間距離2fに対する楕円ミラーの回転軸方向の長さ2wの比
α:「楕円ミラーの回転軸」と「楕円ミラーの上記一方の焦点と該焦点に近い楕円ミラーの回転軸方向の端点を通る直線」のなす角度
β:「楕円ミラーの回転軸」と「楕円ミラーの上記一方の焦点と該焦点に遠い楕円ミラーの回転方向の端点を通る直線」のなす角度
【数式7】

【請求項2】 光源部とパターン化照射手段とから成る光加工装置であって、
上記光源部は、レーザー光を集光光学系でターゲットに集光照射し、被加工物が実効的に光吸収を生じるための紫外光及び/又は軟X線を発生させる紫外光及び/又は軟X線を発生する光源部であり、
上記パターン化照射手段は、上記紫外光及び/又は軟X線の波長に応じて紫外光及び/又は軟X線を高エネルギー密度に集光する光学系を備え、該高エネルギー密度に集光された紫外光及び/又は軟X線を、加工すべき形状に合わせた所定のパターニング光として被加工物に照射し、上記被加工物を加工するものであり、
上記紫外光及び/又は軟X線の波長に応じて紫外光及び/又は軟X線を高エネルギー密度に集光する光学系は、楕円ミラーであり、上記光源部のうち紫外光及び/又は軟X線の発生源が楕円ミラーの二つの焦点のうちの一方の焦点に配置され、該楕円ミラーで反射され他方の焦点に集光される紫外光及び/又は軟X線の波長に対する楕円ミラー表面の反射率Rと上記光源部から楕円ミラーの長軸方向の両端を見込む角であり下記の数式7で規定されるφとの積を大きくする構成であることを特徴とする光加工装置。
但し、下記の数式7中の符号は次のとおりである。
θ:上記一方の焦点から出た光が楕円ミラーに入射するときの仰角
w/f:焦点間距離2fに対する楕円ミラーの回転軸方向の長さ2wの比
α:「楕円ミラーの回転軸」と「楕円ミラーの上記一方の焦点と該焦点に近い楕円ミラーの回転軸方向の端点を通る直線」のなす角度
β:「楕円ミラーの回転軸」と「楕円ミラーの上記一方の焦点と該焦点に遠い楕円ミラーの回転方向の端点を通る直線」のなす角度
【数式7】
産業区分
  • 加工
  • 加工
  • その他機械要素
  • 原子力
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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