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OPTICAL PROCESSING DEVICE AND OPTICAL PROCESSING METHOD commons

Patent code P110004445
File No. Y04-P051-1
Posted date Jul 14, 2011
Application number P2010-021638
Publication number P2010-120090A
Patent number P5288498
Date of filing Feb 2, 2010
Date of publication of application Jun 3, 2010
Date of registration Jun 14, 2013
Priority data
  • P2004-034343 (Feb 12, 2004) JP
Inventor
  • (In Japanese)牧村 哲也
  • (In Japanese)村上 浩一
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title OPTICAL PROCESSING DEVICE AND OPTICAL PROCESSING METHOD commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light processing device and a light processing method where, by using an ellipsoidal mirror that matches the wavelength of soft X-ray and thereby improves light-focusing efficiency, the energy density of soft X-ray is increased, and the workpieces made of inorganic materials, etc., are processed and/or modified at an accuracy of several nm by using only soft X-ray, without irradiation with both patterned soft X-ray (patterned beam) and processing laser light.
SOLUTION: The soft X-ray 14 emitted from a light source part 7 is focused to high energy density using an ellipsoidal mirror 15, and a workpiece 19 is irradiated with the focused light in a prescribed pattern in order to process only the area of the workpiece 19 that has been irradiated with soft X-ray 14 in the prescribed pattern.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



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。



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。



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。



(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。



(3)二酸化珪素にF2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。



(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。



(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。



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)。



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)。

Field of industrial application (In Japanese)


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及び光加工法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、SiO2、シリコーン等のSi系材料等が含まれる。

Scope of claims (In Japanese)
【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、被加工物が切削又は切断されるための実効的な光吸収を生じるための軟X線を発生させる光源部であり、
上記集光照射手段は、上記軟X線の波長に応じて軟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軟X線を、被加工物に所定のパターンで照射し、加工用レーザー光をさらに吸収させることなく、上記被加工物を切削又は切断することを特徴とする光加工装置。

【請求項2】
 
上記軟X線の波長に応じて軟X線を高エネルギー密度に集光する光学系は、回転放物面ミラー、トロイダルミラー、回転楕円ミラー及び回転双曲線ミラーから成る群のうちのいずれか1種のミラー又は2種以上のミラーの組み合わせから成ることを特徴とする請求項1に記載の光加工装置。

【請求項3】
 
上記軟X線の波長に応じて軟X線を高エネルギー密度に集光する光学系は、回転双曲面ミラーと回転楕円面ミラーとを組み合わせて成るウォルターミラーであることを特徴とする請求項1に記載の光加工装置。

【請求項4】
 
光源部において、レーザー光を集光光学系でターゲットに集光照射し、被加工物が切削又は切断されるための実効的な光吸収を生じるための軟X線を発生させ、
上記軟X線を、該軟X線の波長に応じて集光照射手段にて高エネルギー密度に集光し、該高エネルギー密度に集光した軟X線を、所定のパターンで被加工物に照射し、加工用レーザー光をさらに吸収させることなく、上記被加工物を切削又は切断することを特徴とする光加工方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010021638thum.jpg
State of application right Registered
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