(57)【要約】【課題】  非接触型で、必ずしも高い真空度を要することなく、かつドライプロセスによって部材表面の加工ならびに清浄化を図ることが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  パルス幅が１０ピコ秒未満の、第１及び第２のパルスレーザ光Ｌ１及びＬ２を、それぞれ、被加工部材１３の蒸散を可能とする第１のレーザエネルギーと、被加工部材１３の変形例えば膨張を可能とする第２のレーザエネルギーとによって、被加工部材１３に照射する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅が１０ピコ秒未満の第１及び第２のパルスレーザ光を、それぞれ、被加工部材の蒸散を可能とする第１のレーザエネルギーと、前記被加工部材の変形を可能とする第２のレーザエネルギーとによって、前記被加工部材に照射する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記変形が、前記被加工部材の膨張である
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第１のパルスレーザ光の照射と、前記第２のパルスレーザ光の照射とを、並行して行う
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記第１のパルスレーザ光と、前記第２のパルスレーザ光とを、共通の光源により形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記第１のパルスレーザ光と、前記第２のパルスレーザ光とを、共通のレーザ光の分割によって形成する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
少なくとも、前記第２のパルスレーザ光の照射を、被加工部材の被照射部に、気流を生じさせて行う
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
少なくとも、前記第２のパルスレーザ光の照射を、減圧条件下で行う
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
少なくとも、前記第２のパルスレーザ光の照射を、開口数が０．０１以上１．０未満の光学系を用いて行う
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
少なくとも前記第１のパルスレーザ光の照射を、走査させながら行う
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
パルス幅１０ピコ秒未満の、第１のレーザエネルギーによる第１のパルスレーザ光と、前記第１のレーザエネルギーに比して小とされた、被加工部材を変形させる第２のレーザエネルギーによる第２のパルスレーザ光とを、被加工部材に同時に照射することが可能とされた構成を有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ光を照射することによって被加工部材の加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁体や半導体、或いは金属などの導体によって構成される薄膜などの部材の製造においては、その形状や性質を所望のものとするために、所定部分以外の除去や整形などの加工が行われている。
このような加工に用いられる手法としては、例えば、酸などのエッチング液によるウエットエッチングや、エッチングガスによるドライエッチングが挙げられる。
ウエットエッチングは、歴史的に見ても確立された一つの方法であり、また、ドライエッチングは、微細なパターニングに適した方法として、共に広く用いられている。
【０００３】
しかし、ウエットエッチングは、レジスト塗布、パターニング露光、エッチング溶液を用いた選択的な除去、洗浄、乾燥等の工程を経る必要があるため、その手順が煩雑である。また、被除去試料すなわち被加工部材の形状や種類によってエッチング溶液への浸漬が適切でない場合が生じることや、微細なパターニングが困難であることなども問題点として指摘されている。
また、ドライエッチングは、微細なパターニングを実現することはできるものの、基本的な工程はウエットエッチングにおけるのと同様で、手順が煩雑であり、また、ウエットエッチングにおけるよりもエッチング装置が高価であり、更に雰囲気ガスの制御などを考慮する必要が生じ、手間もかかる。
【０００４】
これに対し、被加工部材にパルスレーザ光を照射して除去や整形を行う手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、レーザ光のパルス幅が例えばナノ秒（ns）オーダーである場合には、部材を構成する材料の熱溶融と、これに伴う熱拡散によって、レーザ光が直接照射されていない周辺部でも溶融や変形が生じ、更に溶融した材料が飛散して周囲に再付着するなどの問題があった。
そこで、パルスレーザ光照射におけるパルス幅をより短く選定し、例えばフェムト秒（fs）オーダー等、１０ピコ秒（ps）未満の短パルス幅によるパルスレーザ光を照射することによって、被加工部材に対する選択的除去ならびに整形を行う加工方法の提案がなされている。
【０００５】
このような短パルス幅レーザ光を照射する方法によれば、上述したナノ秒オーダー等、１０ピコ秒以上のパルス幅によるパルスレーザ光を照射する場合とは異なり、熱が周囲に拡散するよりも短い周期のパルス光照射が可能になるため、熱拡散を生じることのない所謂多光子吸収プロセスによって、部材を構成する材料を、溶融過程を経ることなく、直接蒸散すなわち気化させ、シャープすなわち選択性の高い除去を行うことができる。
【０００６】
ところが、このような短パルス幅レーザ光による加工による場合、分子やイオンの状態で雰囲気中に飛散した部材材料が、雰囲気を構成する気体分子と衝突したり、この気体分子と結合を生じたり、或いは急冷されたりすることによって、粉塵（ダスト、除去かす）となって被加工部材上に再付着してしまう。
【０００７】
例えば、図８Ａに示すように、基板上のＣｒ（クロム）薄膜による被加工部材１０１に対して短パルス幅レーザ光による加工を施すと、被照射部１０２に所定の溝を形成することはできるものの、図中ｄで示す箇所の拡大図を図８Ｂに示すように、光照射によって形成された加工溝１０４の周辺、例えば被照射側縁部１０３に、粉塵１０５が降り積もって付着する。すなわち、溶融痕はなく、サブミクロンオーダーの粉塵１０５が多数折り重なるようにして部材表面に付着する。
【０００８】
このような粉塵は、上述したナノ秒オーダーのパルス幅によるレーザ光で加工する場合のように溶融した状態で付着しているわけではなく、基板表面に生じる引力、例えばファンデルワールス力や静電気力によって付着しているため、例えば、図９Ａ及び図１０Ａに示すように付着した状態で、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含ませた綿棒等によって拭き取ることや、超音波洗浄によって洗い流すことによって、それぞれ図９Ｂ及び図１０Ｂに示すように、再度除去して部材表面を洗浄することができる。
【特許文献１】特開平09-190995号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、綿棒等の接触物によって洗浄を行う場合、除去に用いた接触物から新たなダストが発生したり、接触物によって部材表面が損傷を受けたりするおそれがある。また、超音波洗浄などの液体を用いる洗浄手法は、部材のアプリケーション、すなわち部材の種類や状態ならびに製造工程上の事情等によって、必ずしも適切でなくなる場合もある。
【００１０】
また、例えば被照射部の近傍を減圧することによって、つまり気化した部材材料の平均自由工程の長大化を図る手法によって、粉塵の再付着自体の低減を図ることも可能ではあるものの、実効的な手法とするには高い真空度が必要であり、上述したドライエッチングと同様の専用チャンバー内で加工を行うことが前提となることから装置構成にかかるコストも上昇し、しかも粉塵の低減を十分に抑制できるとは限らない。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触型で、必ずしも高い真空度を要することなく、かつドライプロセスによって部材表面の加工ならびに清浄化を図ることが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るレーザ加工方法は、パルス幅が１０ピコ秒未満の、第１及び第２のパルスレーザ光を、それぞれ、被加工部材の蒸散を可能とする第１のレーザエネルギーと、前記被加工部材の変形を可能とする第２のレーザエネルギーとによって、前記被加工部材に照射することを特徴とする。
第１のパルスレーザ光の照射によって、被加工部材の被照射部を構成する部材材料を蒸散させ、例えば部材表面に再付着する粉塵の主たる付着部に対して第２のパルスレーザ光照射を行うことにより、付着部を構成する部材材料の変形や膨張が促進される。
【００１３】
本発明に係るレーザ加工装置は、パルス幅１０ピコ秒未満の、第１のレーザエネルギーによる第１のパルスレーザ光と、前記第１のレーザエネルギーに比して小とされた、被加工部材を変形させる第２のレーザエネルギーによる第２のパルスレーザ光とを、被加工部材に同時に照射することが可能な構成を有することを特徴とする。
この構成により、本発明装置においては、第１及び第２のパルスレーザ光の照射に際して、空間的な相互関係のみならず、時間的な相互関係を選定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るレーザ加工方法によれば、パルス幅が１０ピコ秒未満の所謂短パルス幅レーザ光である第１及び第２のパルスレーザ光を、被加工部材の蒸散を可能とする第１のレーザエネルギーと、被加工部材の変形を可能とする第２のレーザエネルギーとによって、被加工部材に照射することから、例えば部材表面に再付着する粉塵の主たる付着部に対して第２のパルスレーザ光照射を行うことにより、付着部を構成する部材材料の変形や膨張によって付着部上の粉塵を浮上ないし飛散させることができ、第１のパルスレーザ光照射によって除去ないし整形を行った被加工部材の表面を清浄化することができる。
【００１５】
本発明に係るレーザ加工装置によれば、パルス幅１０ピコ秒未満の所謂短パルス幅レーザ光である第１及び第２のパルスレーザ光を、被加工部材に同時に照射することが可能な構成を有することから、第１及び第２のパルスレーザ光を、空間的な相互関係のみならず、時間的な相互関係を選定して照射することが可能とされ、第１のパルスレーザ光による、被加工部材に対する所望の除去ないし整形と、第２のパルスレーザ光による、被加工部材表面の所望の清浄化とを、粉塵の状態に対応して行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
＜レーザ加工装置の第１の実施の形態＞
まず、本発明に係るレーザ加工装置の第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置１は、少なくとも、パルス幅が１０ピコ秒未満のパルスレーザ光を出射する光源６と、ビーム分離整形素子１０と、被加工部材１３の支持台となるステージ１２と、被加工部材１３の被照射部の合焦位置近傍に気流を発生させるための気体吹付手段１４及び気体吸引手段１５とを有する。
本実施形態において、ステージ１２は、パルスレーザ光の光軸に略直交する２次元方向に移動調整可能とされ、これにより、光源６からのパルスレーザ光を被加工部材１３に走査照射することが可能となる。
【００１９】
また、本実施形態においては、光源６とビーム分離整形素子１０との間に、光源６から出射されたパルスレーザ光を被加工部材１３に導くための光学素子、例えばレンズ７と、ミラー８と、フォーカス調整用光学素子９とが設けられ、ビーム分離整形素子１０と被加工部材１３との間に、対物レンズ１１が設けられている。
レンズ７としては所謂コリメータレンズを用いることができ、ミラー８は立ち上げまたは走査用ガルバノメーターミラーによることができる。また、フォーカス調整用光学素子９は、一対のレンズ９ａ及び９ｂによる構成とすることができる。
【００２０】
光源６からのパルスレーザ光は、ビーム分離整形素子１０において、図２に示すように分割され、被加工部材１３の材料を蒸散させる集光ビームとなる第１のパルスレーザ光Ｌ１と、被加工部材１３の第１のパルスレーザ光による被加工部周辺の材料を変形させるクリーニング用の第２のパルスレーザ光Ｌ２（この例ではサイドビームＬ２ａ及びＬ２ｂ）とが形成される。
【００２１】
本実施形態においては、ビーム分離整形素子１０により、第２のパルスレーザ光Ｌ２ａ及びＬ２ｂが、第１のパルスレーザ光Ｌ１を挟んで走査方向に対して前後に形成され、それぞれ、走査方向に対して垂直な方向に伸びた整形ビームとされる。これによって、所定の除去エリアすなわち第１のパルスレーザ光Ｌ１の被照射部Ｓ１に比して広範なエリア（Ｓ２ａ及びＳ２ｂ）に第２のパルスレーザＬ２ａ及びＬ２ｂを照射することができ、第１のパルスレーザ光に比して低いエネルギーによって、第１のパルスレーザ照射によって蒸散した後に周囲に再付着した粉塵（図示せず）を、被照射部１３を変形例えば膨張させることによって浮上ないし飛散させることが可能となる。
【００２２】
ビーム分離整形素子１０のより具体的な構成としては、例えば、図３Ａに示すように、対物レンズ１１の手前に設けた第１のシリンドリカルレンズ１６ａと、対物レンズ１１と被加工部材１３との間に設けた回折格子１７及び第２のシリンドリカルレンズ１６ｂとによる構成とすることができる。
この構成による場合、光源６（図示せず）からのレーザ光Ｌ０を第１のシリンドリカルレンズ１６ａによって整形し、対物レンズ１１を介して回折格子１７に入射させ、０次及び±１次の回折光を作り出した後、±１次光と十分に分離した０次光を第２のシリンドリカルレンズ１６ｂで再度整形して、被照射部材１３上に、第１のパルスレーザ光による略円形状の集光スポットＳ１と、第２のパルスレーザ光による細長形状の集光スポットＳ２ａ及びＳ２ｂを形成することができる。
【００２３】
また、ビーム分離整形素子１０の別の構成としては、例えば、図３Ｂに示すように、対物レンズ１１の手前のみに設けた、ビーム分割用マスク１８と、集光レンズ１９と、第１及び第２のシリンドリカルレンズ２０ａ及び２０ｂとによる構成とすることができる。
この構成による場合、光源６（図示せず）からのレーザ光Ｌ０をビーム分割用マスク１８によって３分割した後、各レーザ光を、例えば中央の集光レンズ１９と、第１及び第２のシリンドリカルレンズ２０ａ及び２０とによって整形し、対物レンズ１１を介して、被照射部材１３上に、第１のパルスレーザ光による略円形状の集光スポットＳ１と、第２のパルスレーザ光による細長形状の集光スポットＳ２ａ及びＳ２ｂを形成することができる。
【００２４】
例えばこれらの構成によるビーム分離整形素子１０によって、第１のパルスレーザ光の照射と第２のパルスレーザ光の照射とを、時間的または空間的に並行して行うことや、第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とを共通の光源により形成すること、更に第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とを、共通のレーザ光の分割によって形成することが可能とされ、被加工部材を、より簡潔かつ安価な装置構成によって確実に清浄化することが可能となる。
【００２５】
＜レーザ加工方法の実施の形態＞
次に、本発明に係るレーザ加工方法の実施の形態を、上述したレーザ加工装置を用いる場合を例として、図１を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態においては、まず、パルス幅が１０ピコ秒未満のパルスレーザ光を光源６より出射し、レンズ７、ミラー８、フォーカス調整用光学素子９を経て、ビーム分離整形素子１０に導入する。
【００２７】
続いて、上述した構成によるビーム分離整形素子１０においてレーザ光を分割し、被加工部材１３の材料を蒸散させる集光ビームとなる第１のパルスレーザ光Ｌ１と、被加工部材１３の第１のパルスレーザ光による被加工部周辺の材料を変形させるクリーニング用の第２のパルスレーザ光Ｌ２（この例ではサイドビームＬ２ａ及びＬ２ｂ）とを形成する。
【００２８】
ビーム分離整形素子１０によるビーム分割により、被加工部材１３の所定の除去エリアすなわち第１のパルスレーザ光Ｌ１の被照射部Ｓ１に比して広範なエリア（Ｓ２ａ及びＳ２ｂ）に第２のパルスレーザＬ２ａ及びＬ２ｂを照射することが可能となり、第１のパルスレーザ光に比して低いエネルギーによって、第１のパルスレーザ照射によって蒸散した後に再付着した粉塵（図示せず）を、被照射部１３を変形例えば膨張させることによって浮上ないし飛散させることが可能となる。
【００２９】
続いて、ビーム分離整形素子１０によって形成された第１及び第２のパルスレーザ光を、対物レンズ１１を介して被加工部材１３の被加工部に照射する。
この照射中、或いは照射の前後にかけて、本実施形態においては、被加工部材１３の被照射部の合焦位置近傍に、気体吹付手段１４及び気体吸引手段１５によって気流を発生させる。これにより、第２のパルスレーザ光による変形例えば膨張によって浮上ないし飛散される、部材表面に付着していた粉塵（図示せず）を、効率よく部材表面から引き離すことが可能となり、部材表面の清浄化が図られる。
【００３０】
また、本実施形態における第１及び第２のパルスレーザ光照射は、例えばステージ１２の移動調整によって、走査照射として行うことができる。
すなわち、図４に示すように、第１の方向軸（図中ｘ軸）に関するスキャンと、第２の方向軸（図中ｙ軸）に関するフィードつまりスライドとを組み合わせることにより、最初のスキャンをＳ１１の位置から行い、続いて再スキャンをＳ１２，Ｓ１３，・・・の位置からを繰り返し開始して行うことにより、第１のパルスレーザ光の走査照射を２次元的に行うことや、所望の範囲における粉塵の浮上ないし飛散が可能となる。なお、図中、第２のパルスレーザ光のスポットは図示を省略している。
【００３１】
また、このようにパルスレーザ光を２次元的に走査照射する場合、パルス幅が１０ピコ秒未満の短パルス幅レーザ光、好ましくはフェムト秒オーダーのパルス幅を有するパルスレーザ光の照射によって、例えば金属などの導体や半導体、ならびに絶縁体に対する加工を行う場合には、例えば１回のパルス照射で５ｎｍの深さまで部材材料の除去が可能である場合、３回のパルス照射で１５ｎｍ、５回のパルス照射で２５ｎｍ、１０回のパルス照射で５０ｎｍの深さまで部材材料の除去を行うことができることから、このような２回以上のパルス照射によってレーザ光照射を行うことにより、所謂ドリリングの手法によって部材を掘り進めることが望ましい。
【００３２】
その場合、１つの集光スポットＳについてのドリリングの回数に、走査速度と照射ビームの集光性能及びレーザパルスの繰り返し周波数など、走査光学系の要素を組み合わせて最適な走査速度ならびに走査の順序や方法を選定することが望ましい。
すなわち、集光性能から一意的に決まるビーム径φすなわちエアリーディスクサイズ（Airy Disc Size；1.22×λ/NA，λは波長）と、パルスの繰り返し周波数との兼ね合いで、各パルスがほぼ隣接するよう走査速度を決めることにより、所定の除去長さに対し、ほぼ隙間なくパルス照射させることが望ましい。
【００３３】
また、パルスレーザ光の走査照射は、必要に応じて、各集光スポットＳを、少なくとも一部隣接させるのみならず、互いに少なくとも一部重複させて行うことが望ましい。
これは、各集光スポットの中央部分の、直径に対しておよそ０．６ｒ以下の範囲内でしか多光子吸収プロセスによる部材材料の蒸散が進行しないためであり、各集光スポットを、直径に対して２０％以上、特に望ましくは３０％以上重複させることが望ましい。
【００３４】
また、予めスキャンを行った後、第２の方向軸すなわちｙ方向にフィードを行った後に再度スキャンを行う場合、特に既に照射を行った箇所に一部重複させて光照射を行う場合には、再スキャンを、予め行ったスキャンに比して、低いレーザエネルギーか少ないパルス数で行うことが望ましい。
これは、再スキャンにおいては、既にレーザ光照射によって除去がなされた箇所を照射範囲に含むことや、再スキャンにおける被照射部が、既に除去がなされた箇所に隣接していることによって、より低いレーザエネルギー又はより少ないパルス数で、目的とする深さの除去など、所望の加工を行うことができるためである。
【００３５】
一方、パルス幅に関して考えると、パルス幅が短いほど、部材の変形によって粉塵が受ける瞬間的な加速度が高くなるため、より強い静電力で付着した粉塵の除去により高い効果を得られるだけでなく、熱膨張率の小さな基板材料においても、より高い除去効果を得ることが可能である。さらにまた、集光性能に関しても、その開口数(Numerical Aperture: ＮＡ)が1を超えない範囲でこれを高め、かつ同ＮＡと波長で決まる回折限界の大きさ（Airy Disc Size；φ〜1.22×λ/NA，λは波長）を超えない程度の大きさの除去かす（異物）をその除去対象とすることで、より効果的な除去が可能になると考えられる。これは、ファンデルワールス力は異物の質量、静電力は異物の表面積にそれぞれ比例して大きくなるため、集光時のスポットサイズが異物より小さくなるようでは効果が低く、殆ど効果がない場合も生じるためである。
【００３６】
また、集光性能の向上によって、より効果的な粉塵除去を実現できると考えられる。これは、より高い集光性能でのレーザ照射によって、集光ビームの回折限界の大きさ内に集中できる光エネルギーの密度をより高くできるが、このことは熱エネルギーの集中度を上げることに等しいため、熱膨張率の小さな材料による被加工部材に対しても、より効果的に熱を伝えることが可能となるためである。したがって、被加工部材の材料の熱膨張率との兼ね合いから、適切な集光性能を選択したり、あるいは高いＮＡを維持しつつ、投入エネルギーやレーザエネルギーを選定することによって、種々の材料に対応することができると考えられる。
例えば、少なくとも前記第２のパルスレーザ光の照射を、被加工部材の材料に応じて、開口数が０．０１以上１．０未満の光学系の開口数を選定して行うことによって、すなわち例えば被加工部材が比較的線膨張率（または熱膨張率）の小さな材料によって構成されていた場合には開口数を０．９５以上に選定することによって、ドライプロセスでの粉塵すなわちダストの浮上ないし飛散が可能となる。
【００３７】
＜レーザ加工装置の第２の実施の形態＞
次に、本発明に係るレーザ加工装置の第２の実施の形態を、図５を参照して説明する。
図５に示すように、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、少なくとも、光源系２と、光学系３と、照射系４とを有する。
【００３８】
本実施形態における光源系２は、例えばオシレータとなるSpectra-Physics社製Tsunami(Ti:Sapphire Laser、中心波長800nm、パルス幅100fs以下、繰り返し周波数80MHz)による主光源２１と、例えば再生増幅器となるSpectra-Physics社製Spitfire(中心波長800nm、パルス幅100fs以下、繰り返し周波数1Hz〜1kHz)による補助光源２２及び増幅器２３と、主光源２１からのパルスレーザ光を増幅器２３に導くミラー２４と、主光源２１及び補助光源２２からの光の位相や偏向を揃える調整器２５とを有する。
【００３９】
本実施形態における光学系３は、例えば光源系２からのパルスレーザ光の光量を調整するＮＤフィルタ（Neutral Density Filter）３１と、照射系４に導く光路を規定する、面内アライメント調整用のミラー３２及び３３と光軸アライメント調整用のアフォーカル光学系３４とを有する。また、本実施形態におけるアフォーカル光学系３４は、例えば焦点距離２５０ｍｍのレンズ３５及び３７の間に、例えばピンホールによるスリット３６が設けられた構成を有する。
【００４０】
本実施形態における照射系４は、光学系３から導入されるミラー４１と、このミラー４１からの光を透過し、かつ後述する対物レンズ側からの光を例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）よりなる検出器（図示せず）に反射するビームスプリッタ４７と、ミラー４１からの光を集光するための対物レンズ４３と、集光されたパルスレーザ光の被照射体となる被加工部材５が載置されるステージ４４と、このステージ４４の照明となる照明光源４５と、この照明光源４５からの光をステージ４４に導くビームスプリッタ４２と、ビーム分離整形素子４８とを有する。
この照射系４は、所謂顕微鏡光学系として構成される。また、ステージ４４は、例えばコンピュータ（図示せず）による制御がなされ、少なくともパルスレーザ光の光軸に略直交する２次元面内において移動及び位置選定が可能とされる。
【００４１】
このレーザ加工装置１においては、光源系２から光学系３を経て照射系４に導入されるパルスレーザ光のパルス幅と照射エネルギーとを、それぞれ、被加工部材５を構成する材料に対応させて相互に調整することによって、被加工部材５の被照射部で、多光子吸収プロセスにより、部材材料を、溶融を介することなく蒸散させることが可能な値に選定することが望ましい。
なお、パルス幅が１０ピコ秒以上である場合には、多光子吸収プロセスが進行する材料が極めて少なくなってしまい、１光子吸収プロセスに基づく熱溶融及び熱拡散が進行してしまうことから、パルス幅については１０ピコ秒未満、望ましくは１ピコ秒未満、特に望ましくは１〜５００フェムト秒以下に選定することが好ましい。
【００４２】
本実施形態においても、図示しないが、上述の第１の実施形態におけるのと同様に、シリンドリカルレンズや回折格子、ビーム分割用マスクなどによってビーム分離整形素子４８を構成することができ、被照射部材５上に、第１のパルスレーザ光による略円形状の集光スポットＳ１と、第２のパルスレーザ光による細長形状の集光スポットＳ２ａ及びＳ２ｂを形成することができる。
すなわち、本実施形態に係るレーザ加工装置によっても、第１のパルスレーザ光の照射と第２のパルスレーザ光の照射とを、時間的または空間的に並行して行うことや、第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とを共通の光源により形成すること、更に第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光とを、共通のレーザ光の分割によって形成することが可能とされる。
【００４３】
＜実施例＞
本発明に係るレーザ加工方法の実施例を、図６及び図７を参照して説明する。
図６Ａに、厚さ５００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）膜に対して、気流の発生すなわちエアブローと第２のパルスレーザ光照射を行って粉塵の除去を行った結果の一例としての写真を示す。なお、図６Ｂは、それ以前の、第１のパルスレーザ光照射のみを行って加工溝の形成のみを行った段階での写真である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、被照射部近傍から離れて全面に見られる黒点は、Ａｌ膜の微細な凹凸であり、被照射部近傍に堆積している粉塵（ダスト）とは異なるものである。
本実施例において、第１及び第２のパルスレーザ光の照射条件は、エネルギーがそれぞれ１．４Ｊ／ｃｍ２、０．７５Ｊ／ｃｍ２、光学系のＮＡは共に０．６５、繰り返し周波数=１ｋＨｚ、走査速度は３３３μｍ／ｓ、スキャン幅（図４中ａ）２００μｍ、走査ピッチ（図４中ｂ）０．５μm、スキャン数２０回とした。
【００４４】
図６Ａより、基板上に付着した粉塵（除去かす）がほぼ完全に除去できていることがわかるだけでなく、第１のパルスレーザ照射と第２のパルスレーザ照射を同一の走査条件にて行うことができるため、第１のパルスレーザ光によって薄膜すなわち部材材料の除去を行いながら、同時に第２のパルスレーザ光によって粉塵の除去も行えることが確認できた。
なお、図７Ａに示すように、気流すなわちエアブローのみによって粉塵の除去を試みた場合には、図７Ｂに示すようなそれ以前の状態に比べて粉塵の低下は可能であるものの、十分な除去がなされていないことから、本発明に係るレーザ加工方法によって部材表面の清浄化が図られることが確認することができた。
【００４５】
なお、本実施例におけるパルスレーザ光照射については、スキャン・スピードは約235μm/sまたは約313μm/s、長手方向(スキャン方向、X軸)の移動距離は100μmないし200μm、ピッチ方向(Y軸)の走査間隔は0.50μm、スキャン回数が20とした。従って、部材
上のおよその除去範囲としては、100μmまたは200μm×10μmとなった。
【００４６】
以上、本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置の実施の形態を説明したが、以上の実施の形態の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。
【００４７】
例えば、本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置におけるビーム分離整形素子は、上述した構成に限られず、また、対物レンズ１１の前後のみならず周囲の光学系に亘る構成とすることもできるなど、種々の構成をとることが可能であるし、この中で各パルスレーザ光のエネルギー調整を行うこともできる。
また、例えばステージ１２は固定治具にかえることもできるし、本発明に係る加工方法を、予めナノ秒オーダーのパルス幅を有するレーザ光によって加工を行った部材に対して応用することができる。
【００４８】
また、第１及び第２のパルスレーザ光の照射を時間的または空間的に並行して行うことは、時間的には例えば互いに同時に、空間的には例えば互いに近接する位置における照射によることもできるが、これに限られず、例えば選定された時間差に基づいてなされる照射や、例えばその時間差に対応する所定の間隔（例えば１０μｍ以下）をおいてなされる照射によることもできる。
また、本発明に係るレーザ加工方法は、少なくとも、第２のパルスレーザ光の照射を、減圧条件下で行うこともできるし、上述の気体吹付手段と気体吸引手段とは、いずれかのみとすることもでき、気体吸引手段を、減圧手段として兼ねることもできるなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされうる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の一例の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係るレーザ加工装置の一例における、ビーム分離整形素子の構成を示す模式図である。
【図３】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ加工装置の一例における、ビーム分離整形素子の構成の具体例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るレーザ加工方法の一例の説明に供する模式図である。
【図５】本発明に係るレーザ加工装置の他の例の構成を示す模式図である。
【図６】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ加工方法の実施例の説明に供する写真である。
【図７】Ａ，Ｂ  それぞれ、本発明に係るレーザ加工方法の実施例の説明に供する写真である。
【図８】Ａ，Ｂ  それぞれ、従来のレーザ加工方法の説明に供する写真である。
【図９】Ａ，Ｂ  それぞれ、従来のレーザ加工方法の説明に供する写真である。
【図１０】Ａ，Ｂ  それぞれ、従来のレーザ加工方法の説明に供する写真である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・レーザ加工装置、２・・・光源系、３・・・光学系、４・・・照射系、５・・・被加工部材（被照射体）、６・・・光源、７・・・レンズ、８・・・ミラー、９・・・フォーカス調整用光学素子、９ａ・・・レンズ、９ｂ・・・レンズ、１０・・・ビーム分離整形素子、１１・・・対物レンズ、１２・・・ステージ、１３・・・被加工部材（被照射体）、１４・・・気体吹付手段、１５・・・気体吸引手段、１６ａ・・・第１のシリンドリカルレンズ、１６ｂ・・・第２のシリンドリカルレンズ、１７・・・回折格子、１８・・・ビーム分割用マスク、１９・・・集光レンズ、２０ａ・・・第１のシリンドリカルレンズ、２０ｂ・・・第２のシリンドリカルレンズ、２１・・・主光源、２２・・・補助光源、２３・・・増幅器、２４・・・ミラー、２５・・・調整器、３１・・・ＮＤフィルタ、３２・・・ミラー、３３・・・ミラー、３４・・・アフォーカル光学系、３５・・・レンズ、３６・・・スリット、３７・・・レンズ、４１・・・ミラー、４２・・・ビームスプリッタ、４３・・・対物レンズ、４４・・・ステージ、４５・・・照明光源、４６・・・フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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