(57)【要約】【課題】  デバイスの高性能・高機能化、小型・微細化、集積化の要求に対し、それらのデバイスを実現するための微細加工に適したレーザによる加工方法を提供する。【解決手段】  被加工物１の表面上に複数のマスク２ａ，２ｂ，２ｃを配置した後、レーザ３を走査しながらマスク２ａ，２ｂの表面に照射することにより、レーザ３でマスク２ａ，２ｂを除去し、除去された部分からレーザ３による被加工物１の表面加工を進行させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の表面上にマスクを配置した後、レーザを走査しながらマスクの表面に照射することにより、レーザでマスクを除去し、除去された部分からレーザによる前記被加工物の表面加工を進行させることを特徴とするレーザによる加工方法。
【請求項２】
被加工物の表面上にマスクを配置した後、レーザを走査しながらマスクの開口部に照射することにより、前記マスクで覆われた部分を除いた被加工物の表面を加工することを特徴とするレーザによる加工方法。
【請求項３】
被加工物の表面をレーザにより加工した後、マスクを除去することを特徴とする請求項２記載のレーザによる加工方法。
【請求項４】
被加工物は母材の表面に膜を形成したものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザによる加工方法。
【請求項５】
被加工物の表面をレーザにより加工する際、少なくとも前記レーザ照射部分に加工用の補助ガスあるいは液体を供給することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザによる加工方法。
【請求項６】
マスクは、有機物と金属と合金とのいずれか、又は、有機物と金属と合金とのうちの２つ以上の混合物であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザによる加工方法。
【請求項７】
被加工物は、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれか、或いは、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれかを主成分とする合金又はガラスであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザによる加工方法。
（ａ）タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金。
（ｂ）チタンナイトライド、チタンカーバイド、クロムカーバイド、アルミナのいずれかを主成分とするサーメット。
（ｃ）アルミナ、サファイヤ、シリコンカーバイド、クロムカーバイド、窒化珪素、窒化硼素、ジルコニア、チタンナイトライド、チタンカーバイドのいずれかのセラミックス。
（ｄ）ニッケル、クロム、チタン、タングステン、タンタル、シリコンのいずれか。
【請求項８】
被加工物の膜は、ニッケル、クロム、チタン、ニオブ、バナジウム、モリブデン、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステン、タンタルのいずれか、或いは、それらのいずれかを主成分とする合金であることを特徴とする請求項４記載のレーザによる加工方法。
【請求項９】
レーザは、持続時間が１０ピコ秒以上のパルスレーザであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレーザによる加工方法。
【請求項１０】
マスクの開口部の幅がレーザの波長以下であることを特徴とする請求項２記載のレーザによる加工方法。
【請求項１１】
被加工物は、光学素子をプレス成形する際に使用する金型であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のレーザによる加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザを使用した加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に使用する半導体や光学機器に使用する光学デバイスに代表されるように、種々の機器に使用されるデバイスは、高性能・高機能化、小型・微細化、集積化の要求が高まっている。このような要求に対し、これらのデバイスを実現するための微細加工技術としては様々な提案がなされている。
【０００３】
被加工物の表面を微細加工する方法としては、微小な砥石やバイトを使用して、被加工物を直接に研削又は切削加工等の機械加工する方法や、被加工物の表面にフォトレジストをスピンコート法などにより形成した後、ハロゲンランプ，電子線，Ｘ線などにより露光し、現像し、得られたパターン上のマスクを介して、そのマスクの開口部にある被加工物の表面を、種々のガスプラズマによりドライエッチングする方法（下記特許文献１，２参照）や、被加工物をエッチング液に浸漬し、マスクの開口部における被加工物の表面をウエットエッチングする方法（下記特許文献３参照）がある。また、被加工物を、レーザや電子線或いはイオンビーム等を用いて、直接に除去したり微細加工する方法がある。
【特許文献１】特開平５−２２０７５１号公報
【特許文献２】特開平１０−２４１２１３号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの方法は、各々加工可能な形状の限界を有している。例えば、微小な砥石やバイトを使用して被加工物の表面を研削したり切削加工する場合、工具の微小化には、工具の作製方法や加工時の応力による工具の破損、工具の摩耗による限界があり、ミクロンサイズ以下の微小な形状を、大量に、且つ、安定に加工することは難しく、また、その形状が、デバイス内にパターン状に多数存在する際には、長時間の加工を必要とするといった問題がある。また、加工時の応力により、被加工物の表面には微小な割れ、カケやバリが発生する恐れがある。
【０００５】
一方、ドライエッチング法やウエットエッチング法の場合、レジストを短波長の露光光源や電子ビーム又はＸ線等によって露光することにより（フォトリソグラフィー）、微細な形状のマスクを、パターン状に、一括に形成することが可能であり、その結果、被加工物の表面に微細形状の加工が可能であるとともに、パターン状に多数個の形状を一括して形成することが可能であり、加工時間も短く、加工時の割れや欠けは発生しない。しかしながら、各々のパターンの加工深さ（加工量）が部分的に異なる場合、一括して加工することは困難であるといった問題がある。また、被加工物の加工形状を変えることは困難であるといった問題もある。さらに、ドライエッチングの場合、被加工物の材料とプラズマガス（ウエットエッチングの場合はエッチング液）との化学反応が等方的に進行するため、マスク下面への加工進行（サイドエッジ）の問題があり、加工形状の誤差を生じる。
【０００６】
また、被加工物をレーザや電子線又はイオンビーム等によって、直接に除去したり微細加工する方法の場合、ビームの集光により、微小な形状を創成でき、且つ、そのビームの走査により、任意の形状加工が可能であるものの、デバイス内にパターン形状が多数存在する場合には、長時間の加工を必要とするといった問題がある。また、ビームの集光には、物理的限界があるため、超微小な形状の加工には限界がある。そして、ビームのエネルギー密度はビーム断面内において均一ではないため（通常、ビームの中心部のエネルギー密度が高い）、ビーム照射部分の加工量が均一ではない。また、ビームの種類によっては、加工時に熱が発生し、加工面およびその周辺に熱的影響層を発生する。
【０００７】
本発明は、被加工物の加工形状を変えたり、或いは、加工深さの異なる微細加工を被加工物の表面に創成することが可能であり、また、レーザの波長とは無関係に微細なサイズの形状を加工することができ、さらに、加工速度と加工面の品質と加工精度とが向上するレーザによる加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本第１発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物の表面上にマスクを配置した後、レーザを走査しながらマスクの表面に照射することにより、レーザでマスクを除去し、除去された部分からレーザによる前記被加工物の表面加工を進行させるものである。
【０００９】
これによると、レーザをマスクに対して均一に走査させながらマスクの表面に照射することによって、マスクが表面から均等に除去されていくため、被加工物の表面をマスクの表面形状と近似した形に加工することができる。したがって、マスクの表面形状を変えることよって、マスクの表面形状にあわせて、被加工物の加工形状を変えることができる。
【００１０】
本第２発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物の表面上にマスクを配置した後、レーザを走査しながらマスクの開口部に照射することにより、前記マスクで覆われた部分を除いた被加工物の表面を加工するものである。
【００１１】
これによると、レーザが特定の開口部上を走査している際、レーザの照射パワーを増大させることによって、前記特定の開口部に対応した被加工物の表面の加工深さが深くなり、また、レーザが別の開口部上を走査している際、レーザの照射パワーを減少させることによって、前記別の開口部に対応した被加工物の表面の加工深さが浅くなる。このように、レーザを走査している際、マスクの各開口部に応じてレーザの照射パワーを変えることによって、被加工物の表面の加工深さを各開口部ごとに変えることができる。
【００１２】
また、被加工物の加工しない部分はマスクで覆われているため、加工時の熱的影響や加工除去物の再付着を防止することができる。
本第３発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物の表面をレーザにより加工した後、マスクを除去するものである。
【００１３】
本第４発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物は母材の表面に膜を形成したものである。
本第５発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物の表面をレーザにより加工する際、少なくとも前記レーザ照射部分に加工用の補助ガスあるいは液体を供給するものである。
【００１４】
これによると、被加工物の加工表面の表面粗さを改善することができ、また、加工速度を向上することができる。
本第６発明におけるレーザによる加工方法は、マスクは、有機物と金属と合金とのいずれか、又は、有機物と金属と合金とのうちの２つ以上の混合物であるものである。
【００１５】
これによると、被加工物の加工形状や加工位置を高精度に制御することができる。
本第７発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物は、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれか、或いは、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれかを主成分とする合金又はガラスであるものである。
（ａ）タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金。
（ｂ）チタンナイトライド、チタンカーバイド、クロムカーバイド、アルミナのいずれかを主成分とするサーメット。
（ｃ）アルミナ、サファイヤ、シリコンカーバイド、クロムカーバイド、窒化珪素、窒化硼素、ジルコニア、チタンナイトライド、チタンカーバイドのいずれかのセラミックス。
（ｄ）ニッケル、クロム、チタン、タングステン、タンタル、シリコンのいずれか。
【００１６】
これによると、被加工物を高精度に加工することが可能であり、高温での化学的安定性や強度に優れているため、金型部材の加工に適している。
本第８発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物の膜は、ニッケル、クロム、チタン、ニオブ、バナジウム、モリブデン、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステン、タンタルのいずれか、或いは、それらのいずれかを主成分とする合金であるものである。
【００１７】
これによると、被加工物を高精度に加工することが可能であり、高温での耐酸化性やガラスとの反応性に乏しく、強度に優れているため、ガラス成形用の金型部材の加工に適している。
【００１８】
本第９発明におけるレーザによる加工方法は、レーザは、持続時間が１０ピコ秒以上のパルスレーザであるものである。
これによると、持続時間が１０ピコ秒以上の短パルスのレーザを使用することにより、熱的な影響がない（熱変質層のない）高品質かつ高精度な加工を行うことができる。
【００１９】
本第１０発明におけるレーザによる加工方法は、マスクの開口部の幅がレーザの波長以下であるものである。
これによると、レーザの波長とは無関係に、開口部の幅に応じた微細なサイズの形状を加工することができる。
【００２０】
本第１１発明におけるレーザによる加工方法は、被加工物は、光学素子をプレス成形する際に使用する金型であるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本第１発明によると、マスクの表面形状を変えることよって、マスクの表面形状にあわせて、被加工物の加工形状を変えることができる。
本第２発明によると、被加工物の表面の加工深さを各開口部ごとに変えることができる。
【００２２】
本第５発明によると、被加工物の加工表面の表面粗さを改善することができ、また、加工速度を向上することができる。
本第６発明によると、被加工物の加工形状や加工位置を高精度に制御することができる。
【００２３】
本第７発明によると、被加工物を高精度に加工することが可能であり、高温での化学的安定性や強度に優れているため、金型部材の加工に適している。
本第８発明によると、被加工物を高精度に加工することが可能であり、高温での耐酸化性やガラスとの反応性に乏しく、強度に優れているため、ガラス成形用の金型部材の加工に適している。
【００２４】
本第９発明によると、持続時間が１０ピコ秒以上の短パルスのレーザを使用することにより、熱的な影響がない（熱変質層のない）高品質かつ高精度な加工を行うことができる。
【００２５】
本第１０発明によると、レーザの波長とは無関係に、マスクの開口部の幅に応じた微細なサイズの形状を加工することができる。
以上のようなことから、本発明のレーザによる加工方法を用いることによって、デバイスの高性能・高機能化および小型・微細化さらには集積化が可能となる。また、本発明のレーザによる加工方法によって製作された金型を使用して、デバイスの部品をプレス成形することにより、レンズなどの光学部品などのデバイスを安価に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザによる加工方法を示すものである。
【００２７】
１は被加工物でガラス（石英）よりなり、被加工物１の表面には、マスク２ａ，２ｂ，２ｃが多数個形成されている。これらマスク２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ、有機物の樹脂（例えばフォトマスク等）からなり、上面が円弧状に膨らんで湾曲しており、所定の高さ（例えば２μｍ）と所定の直径（例えば１００μｍ）とを有している。また、各マスク２ａ，２ｂ，２ｃは所定のピッチ（例えば１１０μｍ）で配列されている。
【００２８】
また、３は加工に使用するレーザであり、所定の波長（例えば２６３ｎｍ）と１０ピコ秒（ｐｓｅｃ）以上の持続時間（例えば２５ピコ秒）とを有するパルスレーザである。尚、レーザ３は、照射方向に直交する往復方向Ａ，Ｂと、照射方向と往復方向Ａ，Ｂとに直行する送り方向（すなわち紙面に対して垂直な方向）とに走査可能に構成されている。また、４ａ，４ｂ，４ｃはそれぞれ、レーザ３で加工された後の被加工物１の加工面を示す。
【００２９】
次に、前記レーザ３を用いた被加工物１の表面の加工方法を説明する。
先ず、フォトレジストをスピンコート法により被加工物１の表面上に形成し、その後、ハロゲンランプを光源とした露光機により、フォトレジストをパターン状に露光する。その後、現像液によって現像することにより、図１（ａ）に示すように、被加工物１の表面上に多数個のマスク２ａ、２ｂ、２ｃを形成する。
【００３０】
その後、レーザ３を、照射しながら、往方向Ａに走査し、送り方向に僅かに走査し、復方向Ｂへ走査することを繰り返す。前記走査の際、マスク２ａ，２ｂ上の走査範囲Ｓａ，Ｓｂにおいては、レーザ３の走査をマスク２ａ，２ｂに対して均一にする（すなわち、被加工物１の表面の単位面積当りの投入エネルギーを一定にする）。また、マスク２ｃ上の走査範囲Ｓｃにおいては、レーザ３の照射を停止する。
【００３１】
これにより、加工開始時点では、レーザ３の照射によってマスク２ａ，２ｂが加工され、加工の進行に連れて、マスク２ａ，２ｂが外面から均等に除去されていくため、マスク２ａ，２ｂが外周部分から中心に向かって徐々に消失し、マスク２ａ，２ｂが消失した部分から被加工物１の加工が進行する。また、マスク２ｃと被加工物１のマスク２ｃに覆われている部分とは、レーザ３が照射されないため、全く加工されない。
【００３２】
前記のようにして被加工物１の加工が進行し、マスク２ａ，２ｂの最も厚い中心部が消失すると、マスク２ａ上の走査範囲Ｓａにおけるレーザ３の照射を停止し、マスク２ｂ上の走査範囲Ｓｂのみレーザ３の照射を引き続き一定時間だけ継続する。これにより、図１（ｂ）に示すように、マスク２ａの上面形状と近似した形状の加工面４ａを被加工物１に形成することができ、さらに、前記加工面４ａよりも低い箇所に、マスク２ｂの上面形状と近似した形状の加工面４ｂを被加工物１に形成することができる。また、図１（ｃ）に示すように、マスク２ｃを除去することにより、加工面４ｃを加工前と同一形状の平面に保つことができる。
【００３３】
前記のように、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの上面を円弧状に形成することにより、円弧状の加工面４ａ，４ｂを形成しているが、例えば、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの上面を平坦に形成した場合、平坦な加工面４ａ，４ｂを形成することができ、或いは、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの上面を山形状に形成した場合、山形状の加工面４ａ，４ｂを形成することができる。このように、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの上面形状にあわせて、被加工物１の加工面４ａ，４ｂ，４ｃの形状を変えることができる。
【００３４】
また、レーザ３の走査速度や走査回数或いは照射パワー等をコントロールすることによっても、加工面４ａ，４ｂ，４ｃの深さや形状を変えることができる。例えば、レーザ３を走査している際、マスク２ａ上の走査範囲Ｓａにおけるレーザ３の照射パワーを弱くし、マスク２ｂ上の走査範囲Ｓｂにおけるレーザ３の照射パワーを強くすることによって、図１と同様な加工が行える。或いは、マスク２ａ上の走査範囲Ｓａにおけるレーザ３の走査速度を速くし、マスク２ｂ上の走査範囲Ｓｂにおけるレーザ３の走査速度を遅くすることによっても、図１と同様な加工が行える。
【００３５】
また、加工後の被加工物１の各加工面４ａ、４ｂ、４ｃ間の溝５の深さは、各々の加工条件が異なるため、異なる。しかし、レーザ３の照射位置を精密に制御して、各マスク２ａ，２ｂ，２ｃ間の隙間に対するレーザ３の照射を停止することにより、溝５の発生を無くすことも可能であり、さらには、溝５の深さを任意に制御することも可能である（均一にすることも可能）。
【００３６】
尚、被加工物１の一例として、光学素子をプレス成形する際に使用される金型等が挙げられる。
また、持続時間が１０ピコ秒以上の短パルスのレーザ３を使用することにより、熱的な影響がない（熱変質層のない）高品質かつ高精度な加工を行うことができる。
【００３７】
次に、前記実施の形態１の比較例としての加工方法を図２に示す。尚、前記実施の形態１と同じ部材については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
これによると、図２（ａ）に示すように、マスク２ａ、２ｂ、２ｃを形成した被加工物１に対し、ＲＦ（高周波）放電プラズマによるドライエッチングを実施した。ここで、１７はドライエッチング時に発生するプラズマを示しており、使用したガスはＣＨＦ３、加工時のガス圧は０．９Ｐａ、ＲＦ放電のパワーは３００Ｗ、加工時間は１０ｍｉｎである。
【００３８】
この加工方法により、加工開始時点より被加工物１上に形成されたマスク２ａ、２ｂ、２ｃの加工が徐々に進行し、マスク２ａ，２ｂ，２ｃは外周部分から中心に向かって徐々に消失してゆく。そして、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの消失した部分から被加工物１の加工が進行する。そして、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの最も厚い中心部が消失した後に、ドライエッチングを終了することにより、図２（ｃ）に示すように、マスク２ａ，２ｂ，２ｃの形状と近似した加工面４ａ，４ｂ，４ｃを被加工物１に形成することができる。
【００３９】
しかしながら、図２に示すような比較例の加工方法では、加工後の加工面４ａ、４ｂ、４ｃは、全て同じ形状で同じ加工深さとなり、一度のドライエッチング加工により、形状や加工深さが異なる加工面４ａ、４ｂ、４ｃを形成することは困難である。
【００４０】
これに対して、実施の形態１のレーザ３による加工方法では、図１に示すように、レーザ３の走査方法（加工条件）により、形状や加工深さが異なる加工面４ａ、４ｂ、４ｃを形成することができ、さらには、全ての走査範囲Ｓａ〜Ｓｃにおいてレーザ３の照射パワーを均一にすることにより、ドライエッチングと同様に、均一な形状および加工深さの加工面４ａ、４ｂ、４ｃを形成することも可能である。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるレーザによる加工方法を示すものであり、レーザ３の照射部分に加工用の補助ガス７を吹き出している。この補助ガス７は吹き出し装置（図示せず）によって吹き出され、補助ガス７の吹き出し箇所はレーザ３の走査に伴って移動するように構成されている。尚、前記補助ガス７として窒素（Ｎ２）ガスが用いられている。
【００４２】
これによると、レーザ３を照射する際、照射部分に補助ガス７を吹き出すことによって、加工除去物の被加工物１への再付着を防止することができ、被加工物１の加工面４ａ，４ｂの表面粗さが改善され、加工品質の向上が図れる。
【００４３】
尚、前記実施の形態２では、吹き出し装置（図示せず）等を用いて、レーザ３の照射部分に補助ガス７を吹き出しているが、補助ガス７を充填したチャンバー内にて、被加工物１をレーザ３により加工してもよい。また、補助ガス７として窒素ガスを用いたが、窒素ガスに限定されるものではなく、例えば、アルゴンガス、酸素ガス、塩素ガス、ＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス、空気等を用いてもよい。
【００４４】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるレーザによる加工方法を示すものである。
被加工物１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）よりなる母材１１上に、スパッタ法により形成されたＣｒ−Ｍｏよりなる膜１２が所定の膜厚（例えば３．５μｍ）で形成されたものである。前記膜１２の表面には、マスク２ａ，２ｂ，２ｃが多数個形成されている。１４は浸漬槽を示し、この浸漬槽１４内には加工用液１５が充填されている。レーザ３の照射時、前記マスク２ａ，２ｂ，２ｃを備えた被加工物１が浸漬槽１４内の加工用液１５に浸漬される。尚、この加工用液１５は水酸化ナトリウムが溶けた液体であり、レーザ３を照射することによって溶液との反応を促進している。
【００４５】
これによると、図４（ａ）に示すように、被加工物１を浸漬槽１４内の加工用液１５に浸漬し、この状態で、レーザ３を走査しながら照射する。この際、被加工物１は加工用液１５に浸漬されているため、照射部分に加工用液１５が供給され、これにより、加工除去物の被加工物１への再付着を防止することができ、また、加工用液１５と膜１２との反応が促進され、加工速度を向上させることができ、且つ、加工面４ａ，４ｂの粗さを向上させることができる。
【００４６】
尚、上記実施の形態３では、水酸化ナトリウムが溶けた加工用液１５を用いているが、水酸化ナトリウムに限定されるものではなく、例えば、被加工物１が金属の場合には、酸（ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３等）が溶けた加工用液１５を用いてもよい。
【００４７】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４におけるレーザによる加工方法を示すものである。
被加工物１はタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金よりなり、被加工物１の表面にはマスク２が形成されており、このマスク２には多数の開口部８が形成されている。前記マスク２は、材料がＮｉよりなり、所定高さ（例えば１００ｎｍ）と所定幅（例えば２μｍ）とを有している。また、前記開口部８は所定幅（例えば３００ｎｍ）を有している。
【００４８】
また、加工に使用するレーザ３は、所定の波長（例えば５２６ｎｍ）と１０ピコ秒以上の持続時間（例えば２０ピコ秒）とを有するパルスレーザである。さらに、６は被加工物１の加工面を示し、７はレーザ３の照射部分に吹き出される加工用の補助ガスを示す。尚、前記補助ガス７として窒素（Ｎ２）ガスが用いられており、前記補助ガス７の供給箇所はレーザ３の走査に伴って移動するように構成されている。
【００４９】
次に、前記レーザ３を用いた被加工物１の表面の加工方法を説明する。
前記実施の形態１に示したようなフォトリソグラフィーにより、樹脂（フォトマスク等）よりなるパターンを被加工物１の表面上に形成した後、メッキ法によりフォトレジストの形成されていない被加工物１の表面上にＮｉメッキ膜からなるマスク２を形成する。マスク２の形成後、樹脂（フォトレジスト）よりなるパターンを除去する（リフトオフ法）。
【００５０】
このようにしてマスク２を形成した被加工物１に対し、図５（ａ）に示すように、レーザ３を走査し、開口部８にレーザ３を照射し、マスク２に覆われずに各開口部８に露出している被加工物１の表面を加工することによって、図５（ｃ）に示すように、溝形状を有する加工面６が得られる。この際、レーザ３の照射パワーを各開口部８に応じて各々異なるようにコントロールすることにより、前記照射パワーを弱めた開口部８においては、加工面６の加工深さが浅くなり、前記照射パワーを強めた開口部８においては、加工面６の加工深さが深くなる。このように、被加工物１の加工面６の各開口部８に対応する部分を任意の加工深さ（例えば数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ）で微細加工することができ、この時の加工幅はマスク２の開口部８の幅と同じになる。
【００５１】
また、開口部８にレーザ３を照射する際、照射部分に補助ガス７を吹き出すことによって、加工除去物の被加工物１への再付着を防止することができ、被加工物１の加工面６の表面粗さが改善され、加工品質の向上が図れる。
【００５２】
加工後、マスク２を除去する。
さらに、マスク２の各開口部８の幅をレーザ３の波長以下にすることによって、レーザ３の波長とは無関係に、開口部８の幅に応じた微細なサイズの形状を加工することができる。また、フォトリソグラフィー法では、フォトマスクの転写により高精度に、被加工物１の表面にマスク２を配置することが可能なため、たとえレーザ３の照射時のスポット位置にズレが生じた場合でも、加工しない部分は、マスク２により保護されているため、加工されることはなく、レーザ３による加工部分の位置決めが精密かつ簡単に行える。
【００５３】
次に、前記実施の形態４の比較例としての加工方法を図６，図７に示す。尚、前記実施の形態４と同じ部材については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
図６に示した比較例では、マスク２を形成した被加工物１に対し、ＲＦ放電プラズマによるドライエッチングを実施した。ここで、１７はドライエッチング時に発生するプラズマを示しており、使用したガスは酸素（Ｏ２）と塩素（Ｃｌ２）の混合ガスで、加工時のガス圧は０．７Ｐａ、ＲＦ放電のパワーは３００Ｗ、加工時間は５分である。
【００５４】
この加工方法によると、図６（ａ）（ｂ）に示すように、各開口部８に対応した被加工物１の表面がプラズマによりドライエッチングされ、被加工物１の加工が進行する（同時に、マスク２も僅かではあるもののエッチング加工される）。ドライエッチングを終了後、図６（ｃ）に示すように、エッチング液によりマスク２を除去することにより、加工深さ８０ｎｍ、加工幅３００ｎｍの溝形状を有する加工面６を得ることができる。
【００５５】
しかしながら、前記のようなドライエッチングによる加工方法では、被加工物１の加工面６の加工深さが全てほぼ一定となり、各開口部８に応じて、加工深さを異ならせることは困難である。
【００５６】
これに対して、実施の形態４のレーザ３による加工方法では、図５に示すように、レーザ３の走査方法（加工条件）により、加工深さの異なる加工面６を一度に得ることが可能であり、さらには、レーザ３の照射パワーを各開口部８に応じて変えずに均一に保つことにより、図６（ｃ）に示したドライエッチングと同様に、加工深さの均一な加工面６を得ることも可能である。
【００５７】
また、図７に示した別の比較例では、マスク２が全く形成されていない被加工物１の表面に、直接、レーザ３を照射するものである。尚、微細な加工を実施するためには、レーザ３を可能な限り集光する必要があり、ＮＡの高い対物レンズを使用した（ＮＡ０．８５）。また、レーザ３の照射パワーは一定（均一）とし、レーザ３の操作方法としては、ピッチ２．３μｍの間隔で、レーザ３を直線状に走査する。また、レーザ３の照射部分には補助ガス７を供給する。
【００５８】
これによると、被加工物１の表面をレーザ３により加工することができ、この際、加工面６に形成された溝の幅は５５０ｎｍ、加工深さはほぼ８０ｎｍとなる。しかしながら、レーザ３を集光して形成される照射スポットには、波長による物理限界があるため、前記溝幅を５５０ｎｍ以下に縮小することはできず、マスク２を使用した際のような溝幅３００ｎｍの加工は困難であった。このように、マスク２を用いずに加工する場合、レーザ３の波長限界から来る溝幅の最小限界が存在し、微細な加工には限界がある。
【００５９】
また、レーザ３の照射エネルギー分布は、中心部分が最大となり、中心部分から遠くなるほど小さくなる。したがって、加工後の溝の底面の形状は前記照射エネルギー分布に近似した逆放物線形状になり、前記溝の底面の形状を平坦に形成することは困難である。
【００６０】
これに対して、実施の形態４のレーザ３による加工方法では、図５に示すように、レーザ３の波長以下の大きさの形状加工に対しても、レーザ３の透過をマスク２により限定することができるため、レーザ３の波長とは無関係に、マスク２の開口部８に応じた微細なサイズの形状加工をすることが可能である。
【００６１】
また、照射されるレーザ３のスポット径と比較して小さい形状の加工を行う場合、レーザ３がマスク２の開口部８を通過する際に、レーザ３の一部分がマスク２に遮られることにより、開口部８を通過した後のレーザ３の幅は開口部８を通過する前の幅よりも小さくなる。このため、開口部８を通過した後のレーザ３のエネルギー分布の最大値と最小値との差が、マスク２を用いない場合のレーザ３のエネルギー分布の最大値と最小値との差と比較して小さくなり、これによって、加工溝の底面の形状を、逆放物線状ではなく、平坦に形成することができる。
【００６２】
尚、前記実施の形態４では、吹き出し装置（図示せず）等を用いて、レーザ３の照射部分に補助ガス７を吹き出しているが、補助ガス７を充填したチャンバー内にて、被加工物１をレーザ３により加工してもよい。また、補助ガス７として窒素ガスを用いたが、窒素ガスに限定されるものではない。
【００６３】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５におけるレーザによる加工方法を示すものである。
被加工物１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）よりなる母材１１上に、スパッタ法により形成されたＣｒ−Ｍｏよりなる膜１２が所定の膜厚（例えば３．５μｍ）で形成されたものである。前記膜１２の表面には、樹脂（フォトマスク）よりなるマスク２が形成されている。前記マスク２には多数の開口部８が形成されている。尚、前記マスク２は所定高さ（例えば１μｍ）と所定幅（例えば２μｍ）とを有している。また、開口部８は所定幅（例えば５μｍ）を有している。さらに、加工に使用するレーザ３は、所定の波長（例えば１．０６μｍ）と１０ピコ秒以上の持続時間（例えば０．１ミリ秒）とを有するパルスレーザである。また、１３は膜１２の加工面を示し、１４は浸漬槽を示す。この浸漬槽１４内には加工用液１５が充填されており、レーザ３の照射時、マスク２を備えた被加工物１が浸漬槽１４内の加工用液１５に浸漬される。尚、この加工用液１５には水酸化ナトリウムが含まれている。
【００６４】
次に、レーザ３を用いた被加工物１の表面の加工方法を説明する。
前記実施の形態１と同様に、先ず、フォトレジストを膜１２の表面上にスピンコート法により形成した後、ハロゲンランプを光源とした露光機により、フォトレジストをパターン状に露光する。その後、現像液により現像することにより、膜１２の表面上に、マスク２を形成する。
【００６５】
次に、図８（ａ）に示すように、被加工物１を浸漬槽１４内の加工用液１５に浸漬し、この状態で、レーザ３を走査し、開口部８にレーザ３を照射し、マスク２に覆われずに各開口部８に露出している膜１２の表面を加工することによって、図８（ｃ）に示すように、溝形状を有する加工面１３が得られる。この際、レーザ３の照射時間を各開口部８に応じて各々異なるようにコントロールすることにより、照射時間の短い開口部８においては、加工面１３の加工深さが浅くなり、照射時間の長い開口部８においては、加工面１３の加工深さが深くなる。このように、被加工物１の加工面１３の各開口部８に対応する部分を任意の加工深さ（例えば数１０ｎｍ〜２５０ｎｍ）で微細加工することができる。
【００６６】
また、レーザ３を照射する際、被加工物１は加工用液１５に浸漬されているため、照射部分に加工用液１５が供給され、これにより、加工除去物の被加工物１への再付着を防止することができ、また、加工用液１５と膜１２との反応が促進され、加工速度を向上させることができ、且つ、加工された表面の粗さを向上させることができる。
【００６７】
尚、Ｃｒ−Ｍｏよりなる膜１２は、加工用液１５を使用しなくても、レーザ３で加工可能であるが、レーザ３を２分間照射した時の加工面１３は、加工用液１５を使用しない場合、表面粗さＲａ７０ｎｍ、加工深さ１μｍであるのに対して、加工用液１５を使用た場合、表面粗さＲａ３０ｎｍ、加工深さは１．８μｍとなる。
【００６８】
加工後は、被加工物１を浸漬槽１４から取り出し、マスク２を被加工物１から除去する。
尚、実施の形態５では、膜１２の材質をＣｒ−Ｍｏとしているため、高精度の加工が可能であるとともに、高温での耐酸化性やガラスとの反応性に乏しく、強度に優れている。したがって、被加工物１として、例えばガラス成形用の金型などに適している。
【００６９】
前記各実施の形態では、被加工物１および母材１１の材質として、ガラス（石英）、又は、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金、又は、アルミナを用いたが、前記の材質のみに限定されるものではなく、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれか、或いは、下記（ａ）〜（ｄ）のいずれかを主成分とする合金又はガラスを用いてもよい。
（ａ）
タングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金。
（ｂ）
チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のいずれかを主成分とするサーメット。
（ｃ）
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイヤ、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化硼素（ＢＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）のいずれかのセラミックス。
（ｄ）
ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）のいずれか。
【００７０】
このような材質を被加工物１および母材１１に用いることによって、被加工物１を高精度に加工することが可能であり、高温での化学的安定性や強度に優れているため、金型部材の加工に適している。
【００７１】
また、前記各実施の形態では、マスク２，２ａ〜２ｃの材質として樹脂（フォトマスク等）又はニッケルを用いたが、前記樹脂以外の有機物、又は、ニッケル以外の金属（クロム，チタン等）、又は、合金を用いてもよい。或いは、有機物と金属と合金とのいずれか２つ以上の混合物であってもよい。このような材質をマスク２，２ａ〜２ｃに用いることによって、被加工物１の加工形状や加工位置を高精度に制御することができる。
【００７２】
また、前記実施の形態３および実施の形態５では、膜１２の材質として、Ｃｒ−Ｍｏを使用したが、これ以外に、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）のいずれか、或いは、それらのいずれかを主成分とする合金を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００７３】
尚、このような材質を膜１２に用いることによって、被加工物１を高精度に加工することが可能であり、高温での耐酸化性やガラスとの反応性に乏しく、強度に優れているため、ガラス成形用の金型部材の加工に適している。
【００７４】
また、前記各実施の形態では、マスク２，２ａ〜２ｃの形成方法として、フォトリソグラフィーおよびメッキ法（リフトオフ法）を使用したが、これらに限ったものではない。また、前記各実施の形態では、マスク２，２ａ〜２ｃを被加工物１の表面に直接形成しているが、パターン状に加工された薄板をマスクとし、そのマスクを被加工物１上に配置して、その薄板よりなるマスクを介してレーザ３を照射しても同様の効果が得られる。その際、薄板の材質は、本発明に示した有機物、または、金属、合金、あるいは、有機物と金属あるいは合金との混合物を使用すると良い。
【００７５】
また、前記各実施の形態では、マスク２，２ａ〜２ｃを、上面が円弧上に膨らんで湾曲した形状や上面が平坦な形状にしているが、このような形状に限定されるものではない。また、マスク２，２ａ〜２ｃの寸法も各実施の形態に記載された数値に限定されるものではない。さらに、レーザ３の波長、周波数、加工条件等も各実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
金型部材以外にも、微細加工を要する物品の加工に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザによる加工方法を示す図である。
【図２】同、実施の形態１に対する比較例としての加工方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるレーザによる加工方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるレーザによる加工方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４におけるレーザによる加工方法を示す図である。
【図６】同、実施の形態４に対する比較例としての加工方法を示す図である。
【図７】同、実施の形態４に対する比較例としての加工方法を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５におけるレーザによる加工方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  被加工物
２，２ａ，２ｂ，２ｃ  マスク
３  レーザ
７  補助ガス
８  開口部
１１  母材
１２  膜
１５  加工用液
【図１】
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【図２】
2006000911.tif 000004
【図３】
2006000911.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006000911.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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