(57)【要約】  ＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、既存の要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロ構造を製造する方法。マイクロ構造デバイスプリフォームを用意する。ＮＳＯＭによってその上面のある部分のプロファイルを採ることにより、地形イメージを生成する。このプロファイルを採られる部分は、既存の要素を含むように選択される。地形イメージに基づいて、上面のプロファイルを採った部分に対する画像座標系を定義する。地形イメージを用いて、画像座標系における基準点の座標および既存の要素の向きを決定する。決定した基準点の座標および既存の要素の向きを用いて、ＮＳＯＭのプローブチップを、既存の要素のある部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザでマイクロ構造デバイスプリフォームの上面を加工することにより、既存の要素上に微細要素（単数または複数）を形成する。
2007533470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有する近接場走査型光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）レーザマイクロ加工システムを用いて、既存の要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロ構造デバイスを製造する方法であって、
ａ）上面に既存の要素を有するマイクロ構造デバイスプリフォームを用意するステップと、
ｂ）前記ＮＳＯＭによって、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面のある部分のプロファイルを採ることにより、前記上面の前記部分の地形イメージを生成するステップであって、前記上面の前記部分は、前記地形イメージが前記既存の要素の表現を含むように選択されるステップと、
ｃ）前記地形イメージに基づいて、前記ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの上面の前記プロファイルを採った部分に対して定義するステップと、
ｄ）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面の前記既存の要素の向きを決定するステップと、
ｅ）ステップ（ｄ）で決定した前記基準点の座標および前記既存の要素の向きを用いて、前記ＮＳＯＭのＮＳＯＭプローブのプローブチップを、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記既存の要素のある部分上に位置揃えするステップと、
ｆ）前記マイクロ加工レーザで前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面を加工することにより、前記既存の要素上に前記少なくとも１つの微細要素を形成し、前記マイクロ構造デバイスを完成するステップと、
を包含する方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面のプロファイルを採るべき前記部分を選択するステップと、
ｂ２）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面の前記被選択部分中のあるポイント上に位置揃えするステップと、
ｂ３）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離を決定するステップと、
ｂ４）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームの一方を垂直方向に移動することにより、前記プローブチップと前記上面との間の距離を、前記距離がプロファイリング距離に実質的に等しいように制御するステップと、
ｂ５）ステップ（ｂ３）および（ｂ４）を繰り返して前記プローブチップと前記上面との間の距離を前記プロファイリング距離に実質的に等しいように維持しながら、前記プローブチップを前記上面の前記被選択部分上においてスキャンするステップと、
ｂ６）ステップ（ｂ４）において移動された前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうちの前記一方の垂直移動に基づいて、前記表面の地形情報を決定するステップと、
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ１）は、
ｂ１ａ）前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面を光学的に撮像することにより光学像を生成するステップと、
ｂ１ｂ）前記光学像から、前記上面の前記既存の要素を含むエリアを識別するステップと、
ｂ１ｃ）ステップ（ｂ１ｂ）において識別された前記エリアを、前記上面のプロファイルを採るべき前記部分として選択するステップと、
を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離を決定する前記ステップは、前記プローブチップと前記上面との間の原子間力を検出することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｂ３）は、
ｂ３ａ）前記ＮＳＯＭの前記ＮＳＯＭプローブの前記垂直方向における周期的往復振動を発生させるステップと、
ｂ３ｂ）以下のうち少なくとも一方：
前記ＮＳＯＭプローブの前記周期的往復振動周期および、
前記ＮＳＯＭプローブの周期的往復振動の振幅、
を検出するステップと、
ｂ３ｃ）ステップ（ｂ３ｂ）において検出された前記周期または前記周期的往復振動の振幅のうち前記少なくとも一方に基づいて、前記プローブチップと前記上面との間の距離を決定するステップと、
を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離を制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、ステップ（ｂ３）において決定した前記プローブチップと前記上面との間の距離に基づき、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記プロファイリング距離は、約５０ｎｍまでの範囲であり、
ステップ（ｂ４）において、前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項２に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ５）は、
ｂ５ａ）前記プローブチップを、第１の水平方向で前記被選択部分上を往復移動させて、複数のパスを実行することと、
ｂ５ｂ）パスの各連続対の間において、前記プローブチップを、前記第１の水平方向と異なる第２の水平方向に所定距離移動させることによって、前記上面の前記被選択部分をスキャンすることと、
を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記画像座標系は、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面の前記プロファイルを採った部分についてＸ、Ｙ、およびＺ座標を有し、前記Ｘ、Ｙ、およびＺ座標はそれぞれ、ステップ（ｂ）において決定した前記ＮＳＯＭの対応するＸ、Ｙ、およびＺ設定にしたがってスケーリングされている、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面の２つの較正ポイントの座標を決定するステップであって、前記２つの較正ポイントは所定距離離れているステップと、
ｄ２）前記画像座標系と前記マイクロ構造デバイスプリフォームの空間座標系との間の変換ファクタを計算するステップと、
を包含し、
ステップ（ｅ）において前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを前記既存の要素の前記部分上に位置揃えすることは、ステップ（ｄ２）において決定した前記画像座標系と前記空間座標系との間の前記変換ファクタを用いることをさらに包含する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｅ）は、
ｅ１）前記プローブチップを、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記既存の要素のある部分上において、水平方向に位置揃えするステップと、
ｅ２）前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面の前記部分の前記地形イメージおよび前記画像座標系に基づいて、前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離を、実質的に加工距離であるように制御するステップと、
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離を実質的に前記加工距離であるように制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加工距離は前記マイクロ加工レーザによって生成される光のピーク波長の半分までの範囲であり、
ステップ（ｅ２）において、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザを用いてレーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ２）前記レーザ光パルスを前記ＮＳＯＭプローブに結合するステップと、
ｆ３）前記レーザ光パルスの近接場モード部分を、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップを介して、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記既存の要素の、前記プローブチップが位置揃えされる前記部分上に結合することにより、前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面を加工するステップと、
ｆ４）前記プローブチップを、前記既存の要素の別の部分上に位置揃えし、前記マイクロ構造デバイスが完成するまでステップｆ１、ｆ２、ｆ３、およびｆ４を繰り返すステップと、
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器およびアッテネータを有しており、
ステップ（ｆ１）は、
ｆ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期フルエンスを有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ１ｂ）前記アッテネータを用いて前記初期レーザ光パルスの前記フルエンスを制御することにより、所定の近接場加工フルエンスを有する前記レーザ光パルスを生成するステップと、
を包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器および偏光制御器を有しおり、
ステップ（ｆ１）は、
ｆ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期偏光を有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ１ｂ）前記偏光制御器を用いて、前記初期レーザ光パルスの前記初期偏光を実質的に円偏光に調整するステップと、
を包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記マイクロ加工レーザは、ステップ（ｆ１）において前記レーザ光パルスを生成するためのレーザ発振器および、前記パルスの出射を制御するためのシャッタを有しており、
ステップ（ｆ４）は、
ｆ４ａ）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち前記少なくとも一方を移動することにより、前記既存の要素のうち前記少なくとも１つの微細要素が加工されるべき部分を含む、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面のある領域上において、前記プローブチップをスキャンするステップと、
ｆ４ｂ）前記プローブチップが、前記少なくとも１つの微細要素が加工されるべき前記既存の要素の前記部分上をスキャンされたときに前記シャッタを開くことにより、前記少なくとも１つの微細要素の加工を許可し、
ｆ４ｃ）前記プローブチップが、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面の前記スキャンされる領域のうち他のエリア上をスキャンされたときに前記シャッタを閉じることにより、前記スキャンされる領域の前記他のエリアが加工されることを防ぐステップと、
を包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ｆ）において前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面を加工することは、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームのデバイス材料をアブレーションすること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面上に堆積材料をレーザ補助化学蒸着すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記上面上のフォトレジストを露光すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記デバイス材料の屈折率を変更すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記デバイス材料の格子構造を変更すること、または
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記デバイス材料の化学組成を変更すること、
のうち少なくとも１つを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記マイクロ加工レーザは、超高速レーザ、パルス化固相レーザ、パルス化色素レーザ、マイクロチップレーザ、パルス化ＣＯ2レーザ、またはエキシマレーザのうち１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
製造される前記マイクロ構造デバイスは、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、またはマイクロメカニカルオシレータのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
製造される前記マイクロ構造デバイスは、マイクロメカニカルオシレータであり、
前記既存の要素上に加工された前記少なくとも１つの微細要素によって、前記マイクロメカニカルオシレータの共鳴スペクトルがチューニングされる、
請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記マイクロメカニカルオシレータを作動させるステップと、
ａ２）前記マイクロメカニカルオシレータの初期共鳴スペクトルを決定するステップと、
ａ３）ステップ（ａ２）で決定した前記初期共鳴スペクトルを、所定の共鳴スペクトルに対して比較するステップと、
ａ４）ステップ（ａ３）における比較に基づいて、前記既存の要素上における前記少なくとも１つの微細要素の所望の形状を決定するステップと、
を包含し、
ステップ（ｆ）は、前記既存の要素上においてステップ（ａ４）において決定した前記所望の形状を有するように、前記少なくとも１つの微細要素を前記マイクロ加工レーザで加工することを包含する、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
製造される前記マイクロ構造デバイスはフォトニック結晶であり、
加工される前記少なくとも１つの微細要素は欠陥であり、
前記欠陥によって、前記フォトニック結晶の透過スペクトルがチューニングされる、
請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記フォトニック結晶の前記透過スペクトルを決定するステップと、
ａ２）ステップ（ａ１）において決定した前記透過スペクトルを、所定の透過スペクトルに対して比較するステップと、
ａ３）ステップ（ａ２）の比較に基づいて、前記欠陥の形状および欠陥位置を決定するステップと、
を包含し、
ステップ（ｆ）は、ステップ（ａ３）で決定した前記欠陥位置および前記形状で、前記欠陥を加工することを包含する、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有する近接場走査型光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）レーザマイクロ加工システムを用いて、複数のマイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法であって、各マイクロ構造は複数のカスタム化要素のうち少なくとも１つを有しており、前記方法は、
ａ）複数のマイクロ構造プリフォームを用意するステップであって、各マイクロ構造プリフォームは上面および前記上面上の既存の要素を有するステップと、
ｂ）前記複数のマイクロ構造プリフォームからマイクロ構造プリフォームを選択し、前記複数のカスタム化要素から、前記既存の要素上に配置されるべき少なくとも１つのカスタム化要素を選択するステップと、
ｃ）前記選択されたマイクロ構造プリフォームを前記ＮＳＯＭに装着するステップと、
ｄ）前記ＮＳＯＭによって、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面のある部分のプロファイルを採ることにより、前記上面の前記部分の地形イメージを生成するステップであって、前記上面の前記部分は、前記地形イメージが前記既存の要素の表現を含むように選択されるステップと、
ｅ）前記地形イメージに基づいて、前記ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面の前記プロファイルを採った部分に対して定義するステップと、
ｆ）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記既存の要素の向きを決定するステップと、
ｇ）ステップ（ｆ）で決定した前記基準点の座標および前記既存の要素の向きを用いて、前記ＮＳＯＭのＮＳＯＭプローブのプローブチップを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記既存の要素のある部分上に位置揃えするステップと、
ｈ）前記マイクロ加工レーザで前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面を加工することにより、ステップ（ｂ）で選択した前記少なくとも１つのカスタム化要素を形成することによって、カスタマイズされたマイクロ構造を形成するステップと、
ｉ）ステップ（ａ）で用意した前記複数のマイクロ構造プリフォームのそれぞれについて、ステップ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、および（ｈ）を繰り返すステップと、
を包含する方法。
【請求項２６】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面のプロファイルを採るべき前記部分を選択するステップと、
ｄ２）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記被選択部分中のあるポイント上に位置揃えするステップと、
ｄ３）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離を決定するステップと、
ｄ４）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記選択されたマイクロ構造プリフォームの一方を垂直方向に移動することにより、前記プローブチップと前記上面との間の距離を、前記距離がプロファイリング距離に実質的に等しいように制御するステップと、
ｄ５）ステップ（ｄ３）および（ｄ４）を繰り返して前記プローブチップと前記上面との間の距離が前記プロファイリング距離に実質的に等しいように維持しながら、前記プローブチップを前記上面の前記被選択部分上においてスキャンするステップと、
ｄ６）ステップ（ｄ４）において移動された前記ＮＳＯＭプローブまたは前記選択されたマイクロ構造プリフォームのうちの前記一方の垂直移動に基づいて、前記表面の地形情報を決定するステップと、
を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ステップ（ｄ１）は、
ｄ１ａ）前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面を光学的に撮像することにより光学像を生成するステップと、
ｄ１ｂ）前記光学像から、前記上面の前記既存の要素を含むエリアを識別するステップと、
ｄ１ｃ）ステップ（ｂ１ｂ）において識別された前記エリアを、前記上面のプロファイルを採るべき前記部分として選択するステップと、
を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離を決定する前記ステップは、前記プローブチップと前記上面との間の原子間力を検出することを包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
ステップ（ｄ３）は、
ｄ３ａ）前記ＮＳＯＭの前記ＮＳＯＭプローブの前記垂直方向における周期的往復振動を発生させるステップと、
ｄ３ｂ）以下のうち少なくとも一方：
前記ＮＳＯＭプローブの前記周期的往復振動の周期および、
前記ＮＳＯＭプローブの周期的往復振動の振幅、
を検出するステップと、
ｄ３ｃ）ステップ（ｄ３ｂ）において検出された前記周期または前記周期的往復振動の振幅のうち前記少なくとも一方に基づいて、前記プローブチップと前記上面との間の距離を決定するステップと、
を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離を制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、ステップ（ｄ３）において決定した前記プローブチップと前記上面との間の距離に基づき、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記選択されたマイクロ構造プリフォームの一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記プロファイリング距離は、約５０ｎｍまでの範囲であり、
ステップ（ｄ４）において、前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
ステップ（ｄ５）は、
ｄ５ａ）前記プローブチップを、第１の水平方向で前記被選択部分上を往復移動させて、複数のパスを実行することと、
ｄ５ｂ）パスの各連続対の間において、前記プローブチップを、前記第１の水平方向と異なる第２の水平方向に所定距離移動させることによって、前記上面の前記被選択部分をスキャンすることと、
を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記画像座標系は、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記プロファイルを採った部分についてＸ、Ｙ、およびＺ座標を有し、前記Ｘ、Ｙ、およびＺ座標はそれぞれ、ステップ（ｄ）において決定した前記ＮＳＯＭの対応するＸ、Ｙ、およびＺ設定にしたがってスケーリングされている、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の２つの較正ポイントの座標を決定するステップであって、前記２つの較正ポイントは所定距離離れているステップと、
ｆ２）前記画像座標系と前記選択されたマイクロ構造プリフォームの空間座標系との間の変換ファクタを計算するステップと、
をさらに包含し、
ステップ（ｇ）において前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを前記既存の要素の前記部分上に位置揃えすることは、ステップ（ｆ２）において決定した前記画像座標系と前記空間座標系との間の前記変換ファクタを用いることをさらに包含する、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
ステップ（ｇ）は、
ｇ１）前記プローブチップを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記既存の要素のある部分上において、水平方向に位置揃えするステップと、
ｇ２）前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記部分の前記地形イメージおよび前記画像座標系に基づいて、前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離を、実質的に加工距離であるように制御するステップと、
を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離を実質的に前記加工距離であるように制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記選択されたマイクロ構造プリフォームの一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記加工距離は前記マイクロ加工レーザによって生成される光のピーク波長の半分までの範囲であり、
ステップ（ｇ２）において、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップと前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
ステップ（ｈ）は、
ｈ１）前記マイクロ加工レーザを用いてレーザ光パルスを生成するステップと、
ｈ２）前記レーザ光パルスを前記ＮＳＯＭプローブに結合するステップと、
ｈ３）前記レーザ光パルスの近接場モード部分を、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップを介して、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記既存の要素の、前記プローブチップが位置揃えされる前記部分上に結合することにより、前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面を加工するステップと、
ｈ４）前記プローブチップを、前記既存の要素の別の部分上に位置揃えし、前記カスタマイズされたマイクロ構造が完成するまでステップｈ１、ｈ２、ｈ３、およびｈ４を繰り返すステップと、
を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器およびアッテネータを有しており、
ステップ（ｈ１）は、
ｈ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期フルエンスを有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｈ１ｂ）前記アッテネータを用いて前記初期レーザ光パルスの前記フルエンスを制御することにより、所定の近接場加工フルエンスを有する前記レーザ光パルスを生成するステップと、
を包含する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器および偏光制御器を有しており、
ステップ（ｈ１）は、
ｈ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期偏光を有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｈ１ｂ）前記偏光制御器を用いて、前記初期レーザ光パルスの前記初期偏光を実質的に円偏光に調整するステップと、
を包含する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記マイクロ加工レーザは、ステップ（ｈ１）において前記レーザ光パルスを生成するためのレーザ発振器および、前記パルスの出射を制御するためのシャッタを有しており、
ステップ（ｈ４）は、
ｈ４ａ）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記選択されたマイクロ構造プリフォームのうち前記少なくとも一方を移動することにより、前記既存の要素のうちステップ（ｂ）において選択された前記少なくとも１つのカスタム化要素が加工されるべき加工部分を含む、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面のある領域上において、前記プローブチップをスキャンするステップと、
ｈ４ｂ）前記プローブチップが、前記既存の要素の前記加工部分上をスキャンされたときに前記シャッタを開くことにより、ステップ（ｂ）において選択された前記少なくとも１つのカスタム化要素の加工を許可し、
ｈ４ｃ）前記プローブチップが、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記スキャンされる領域のうち他のエリア上をスキャンされたときに前記シャッタを閉じることにより、前記スキャンされる領域の前記他のエリアが加工されることを防ぐステップと、
を包含する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
ステップ（ｈ）において前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面を加工することは、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームのデバイス材料をアブレーションすること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面上に堆積材料をレーザ補助化学蒸着すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面上のフォトレジストを露光すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記デバイス材料の屈折率を変更すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記デバイス材料の格子構造を変更すること、または
前記プローブチップが位置揃えされる前記既存の要素の前記部分において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記デバイス材料の化学組成を変更すること、
のうち少なくとも１つを包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項４３】
前記マイクロ加工レーザは、超高速レーザ、パルス化固相レーザ、パルス化色素レーザ、マイクロチップレーザ、パルス化ＣＯ2レーザ、またはエキシマレーザのうち１つである、請求項２５に記載の方法。
【請求項４４】
大量カスタマイゼーションされる前記複数のマイクロ構造は、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、またはマイクロメカニカルオシレータのうち少なくとも１つである、請求項２５に記載の方法。
【請求項４５】
ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有する近接場走査型光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）レーザマイクロ加工システムを用いて、上面に欠陥を有するマイクロ構造を補修する方法であって、
ａ）前記欠陥を有するマイクロ構造を前記ＮＳＯＭに装着するステップと、
ｂ）前記ＮＳＯＭによって、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面のある部分のプロファイルを採ることにより、前記上面の前記部分の地形イメージを生成するステップであって、前記上面の前記部分は、前記地形イメージが前記欠陥の表現を含むように選択されるステップと、
ｃ）前記地形イメージに基づいて、前記ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、前記欠陥を有するマイクロ構造の上面の前記プロファイルを採った部分に対して定義するステップと、
ｄ）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の前記欠陥の座標を決定するステップと、
ｅ）ステップ（ｄ）で決定した前記欠陥の座標を用いて、前記ＮＳＯＭのＮＳＯＭプローブのプローブチップを、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記欠陥のある部分上に位置揃えするステップと、
ｆ）前記マイクロ加工レーザで前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面を加工することにより、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記欠陥を補修するステップと、
を包含する方法。
【請求項４６】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面のプロファイルを採るべき前記部分を選択するステップと、
ｂ２）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の前記被選択部分中のあるポイント上に位置揃えするステップと、
ｂ３）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離を決定するステップと、
ｂ４）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記欠陥を有するマイクロ構造の一方を垂直方向に移動することにより、前記プローブチップと前記上面との間の距離を、前記距離がプロファイリング距離に実質的に等しいように制御するステップと、
ｂ５）ステップ（ｂ３）および（ｂ４）を繰り返して前記プローブチップと前記上面との間の距離を前記プロファイリング距離に実質的に等しいように維持しながら、前記プローブチップを前記上面の前記被選択部分上においてスキャンするステップと、
ｂ６）ステップ（ｂ４）において移動された前記ＮＳＯＭプローブまたは前記欠陥を有するマイクロ構造のうちの前記一方の垂直移動に基づいて、前記表面の地形情報を決定するステップと、
を包含する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
ステップ（ｂ１）は、
ｂ１ａ）前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面を光学的に撮像することにより光学像を生成するステップと、
ｂ１ｂ）前記光学像から、前記上面の前記欠陥を含むエリアを識別するステップと、
ｂ１ｃ）ステップ（ｂ１ｂ）において識別された前記エリアを、前記上面のプロファイルを採るべき前記部分として選択するステップと、
を包含する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離を決定する前記ステップは、前記プローブチップと前記上面との間の原子間力を検出することを包含する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
ステップ（ｂ３）は、
ｂ３ａ）前記ＮＳＯＭの前記ＮＳＯＭプローブの前記垂直方向における周期的往復振動を発生させるステップと、
ｂ３ｂ）以下のうち少なくとも一方：
前記ＮＳＯＭプローブの前記周期的往復振動の周期および、
前記ＮＳＯＭプローブの周期的往復振動の振幅
を検出するステップと、
ｂ３ｃ）ステップ（ｂ３ｂ）において検出された前記周期または前記周期的往復振動の振幅のうち前記少なくとも一方に基づいて、前記プローブチップと前記上面との間の距離を決定するステップと、
を包含する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離を制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、ステップ（ｂ３）において決定した前記プローブチップと前記上面との間の距離に基づき、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記欠陥を有するマイクロ構造のうち一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記プロファイリング距離は、約５０ｎｍまでの範囲であり、
ステップ（ｂ４）において、前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
ステップ（ｂ５）は、
ｂ５ａ）前記プローブチップを、第１の水平方向で前記被選択部分上を往復移動させて、複数のパスを実行することと、
ｂ５ｂ）パスの各連続対の間において、前記プローブチップを、前記第１の水平方向と異なる第２の水平方向に所定距離移動させることによって、前記上面の前記被選択部分をスキャンすることと、
を包含する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５３】
前記画像座標系は、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の前記プロファイルを採った部分についてＸ、Ｙ、およびＺ座標を有し、前記Ｘ、Ｙ、およびＺ座標はそれぞれ、ステップ（ｂ）において決定した前記ＮＳＯＭの対応するＸ、Ｙ、およびＺ設定にしたがってスケーリングされている、請求項４５に記載の方法。
【請求項５４】
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の２つの較正ポイントの座標を決定するステップであって、前記２つの較正ポイントは所定距離離れているステップと、
ｄ２）前記画像座標系と前記欠陥を有するマイクロ構造の空間座標系との間の変換ファクタを計算するステップと、
をさらに包含し、
ステップ（ｅ）において前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを前記欠陥の前記部分上に位置揃えすることは、ステップ（ｄ２）において決定した前記画像座標系と前記空間座標系との間の前記変換ファクタを用いることをさらに包含する、
請求項４５に記載の方法。
【請求項５５】
ステップ（ｅ）は、
ｅ１）前記プローブチップを、前記欠陥のある部分上において、水平方向に位置揃えするステップと、
ｅ２）前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の前記部分の前記地形イメージおよび前記画像座標系に基づいて、前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離を、実質的に加工距離であるように制御するステップと、
を包含する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５６】
前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離を実質的に前記加工距離であるように制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記欠陥を有するマイクロ構造のうち一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記加工距離は前記マイクロ加工レーザによって生成される光のピーク波長の半分までの範囲であり、
ステップ（ｅ２）において、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップと前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザを用いてレーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ２）前記レーザ光パルスを前記ＮＳＯＭプローブに結合するステップと、
ｆ３）前記レーザ光パルスの近接場モード部分を、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップを介して、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記欠陥の、前記プローブチップが位置揃えされる前記部分上に結合することにより、前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面を加工するステップと、
ｆ４）前記プローブチップを、前記欠陥の別の部分上に位置揃えし、前記マイクロ構造が補修されるまでステップｆ１、ｆ２、ｆ３、およびｆ４を繰り返すステップと、
を包含する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５９】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器およびアッテネータを有しており、
ステップ（ｆ１）は、
ｆ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期フルエンスを有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ１ｂ）前記アッテネータを用いて前記初期レーザ光パルスの前記フルエンスを制御することにより、所定の近接場加工フルエンスを有する前記レーザ光パルスを生成するステップと、
を包含する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器および偏光制御器を有しており、
ステップ（ｆ１）は、
ｆ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期偏光を有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ１ｂ）前記偏光制御器を用いて、前記初期レーザ光パルスの前記初期偏光を実質的に円偏光に調整するステップと、
を包含する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記マイクロ加工レーザは、ステップ（ｆ１）において前記レーザ光パルスを生成するためのレーザ発振器および、前記パルスの出射を制御するためのシャッタを有しており、
ステップ（ｆ４）は、
ｆ４ａ）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記欠陥を有するマイクロ構造のうち前記少なくとも一方を移動することにより、前記欠陥を含む、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面のある領域上において、前記プローブチップをスキャンするステップと、
ｆ４ｂ）前記プローブチップが前記欠陥上をスキャンされたときに前記シャッタを開くことにより、前記欠陥の加工を許可し、
ｆ４ｃ）前記プローブチップが、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の前記スキャンされる領域のうち他のエリア上をスキャンされたときに前記シャッタを閉じることにより、前記スキャンされる領域の前記他のエリアが加工されることを防ぐステップと、
を包含する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】
ステップ（ｆ）において前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面を加工することは、
前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造のデバイス材料をアブレーションすること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面上に堆積材料をレーザ補助化学蒸着すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面上のフォトレジストを露光すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記デバイス材料の屈折率を変更すること、
前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記デバイス材料の格子構造を変更すること、または
前記プローブチップが位置揃えされる前記欠陥の前記部分において、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記デバイス材料の化学組成を変更すること、
のうち少なくとも１つを包含する、請求項４５に記載の方法。
【請求項６３】
前記マイクロ加工レーザは、超高速レーザ、パルス化固相レーザ、パルス化色素レーザ、マイクロチップレーザ、パルス化ＣＯ2レーザ、またはエキシマレーザのうち１つである、請求項４５に記載の方法。
【請求項６４】
補修される前記マイクロ構造は、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、またはマイクロメカニカルオシレータのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項６５】
補修される前記マイクロ構造はマイクロ回路を有しており、
前記欠陥は短絡であり、
ステップ（ｆ）において前記欠陥を有するマイクロ回路の前記上面を加工する前記ステップは、前記短絡を形成するデバイス材料をアブレーションすることである、
請求項４５に記載の方法。
【請求項６６】
ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有する近接場走査型光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）レーザマイクロ加工システムを用いて、マイクロ構造デバイスプリフォームの表面上に所定の要素をレーザ加工する方法であって、
ａ）前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面をレーザ加工することによって、暫定要素を形成するステップと、
ｂ）前記ＮＳＯＭによって、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面のある部分のプロファイルを採ることにより、前記表面の前記部分の地形イメージを生成するステップであって、前記表面の前記部分は、前記地形イメージが前記暫定要素の表現を含むように選択されるステップと、
ｃ）前記地形イメージにおける前記暫定要素の前記表現を、所定の要素表現に対して比較するステップと、
ｄ）ステップ（ｃ）の比較に基づいて、前記暫定要素から前記所定の要素を形成するために必要な前記暫定要素の加工改変を決定するステップと、
ｅ）ステップ（ｄ）で決定した前記加工改変に基づいて、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面をレーザ加工することにより、前記暫定要素を改変するステップと、
ｆ）前記暫定要素の前記表現が前記所定の要素表現に実質的に合致するまで、ステップ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）を繰り返すステップと、
を包含する方法。
【請求項６７】
ステップ（ｂ）は、
ｂ１）前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面のプロファイルを採るべきの前記部分を選択するステップと、
ｂ２）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップを、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面の前記被選択部分中のあるポイント上に位置揃えするステップと、
ｂ３）前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離を決定するステップと、
ｂ４）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち一方を垂直方向に移動することにより、前記プローブチップと前記表面との間の距離を、前記距離がプロファイリング距離に実質的に等しいように制御するステップと、
ｂ５）ステップ（ｂ３）および（ｂ４）を繰り返して前記プローブチップと前記表面との間の距離を前記プロファイリング距離に実質的に等しいように維持しながら、前記プローブチップを前記表面の前記被選択部分上においてスキャンするステップと、
ｂ６）ステップ（ｂ４）において移動された前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうちの前記一方の垂直移動に基づいて、前記表面の地形情報を決定するステップと、
を包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離を決定する前記ステップは、前記プローブチップと前記表面との間の原子間力を検出することを包含する、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
ステップ（ｂ３）は、
ｂ３ａ）前記ＮＳＯＭの前記ＮＳＯＭプローブの前記垂直方向における周期的往復振動を発生させるステップと、
ｂ３ｂ）以下のうち少なくとも一方：
前記ＮＳＯＭプローブの前記周期的往復振動の周期および、
前記ＮＳＯＭプローブの周期的往復振動の振幅
を検出するステップと、
ｂ３ｃ）ステップ（ｂ３ｂ）において検出された前記周期または前記周期的往復振動の振幅のうち前記少なくとも一方に基づいて、前記プローブチップと前記表面との間の距離を決定するステップと、
を包含する、請求項６７に記載の方法。
【請求項７０】
前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離を制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、ステップ（ｂ３）において決定した前記プローブチップと前記表面との間の距離に基づき、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち一方の垂直位置を制御することを包含する、請求項６７に記載の方法。
【請求項７１】
前記プロファイリング距離は、約５０ｎｍまでの範囲であり、
ステップ（ｂ４）において、前記ＮＳＯＭの前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項６７に記載の方法。
【請求項７２】
ステップ（ｂ５）は、
ｂ５ａ）前記プローブチップを、第１の水平方向で前記被選択部分上を往復移動させて、複数のパスを実行することと、
ｂ５ｂ）パスの各連続対の間において、前記プローブチップを、前記第１の水平方向と異なる第２の水平方向に所定距離移動させることによって、前記表面の前記被選択部分をスキャンすることと、
を包含する、請求項６７に記載の方法。
【請求項７３】
ステップ（ｃ）は、
ｃ１）前記地形イメージに基づいて、前記ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの表面の前記プロファイルを採った部分に対して定義するステップと、
ｃ２）前記地形イメージを用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記暫定要素の向きを決定するステップと、
ｃ３）前記基準点の座標および前記暫定要素の向きを用いて、前記所定の要素表現を前記画像座標系に変換するステップと、
ｃ４）前記暫定要素の前記表現を、前記画像座標系における前記変換された所定の要素表現に対して比較するステップと、
を包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７４】
ステップ（ａ）において前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面をレーザ加工することは、前記マイクロ構造デバイスプリフォームのデバイス材料をアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記暫定要素の前記表現における表面高が前記所定の要素表現における対応する表面高よりも大きい、前記暫定要素の領域を識別するステップと、
ｄ２）ステップ（ｄ１）で識別された前記領域中において、前記暫定要素の前記表現における前記表面高と、前記所定の要素表現における前記対応する表面高との差を決定するステップと、
ｄ３）前記加工改変を、ステップ（ｄ１）で識別された前記暫定要素の前記領域におけるステップ（ｄ２）で決定した前記差に等しい、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記デバイス材料のアブレーション量として決定するステップと、
前記加工改変に基づいて前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面をレーザ加工することにより前記暫定要素を改変することは、前記暫定要素の前記識別された領域において、ステップ（ｄ３）で決定した前記マイクロ構造デバイスプリフォームのデバイス材料の前記量をアブレーションすることを包含する、
請求項６６に記載の方法。
【請求項７５】
ステップ（ａ）において前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面をレーザ加工することは、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面上に堆積材料をレーザ補助化学蒸着することを包含し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記暫定要素の前記表現における表面高が前記所定の要素表現における対応する表面高よりも小さい、前記暫定要素の領域を識別するステップと、
ｄ２）ステップ（ｄ１）で識別された前記領域において、前記所定の要素表現における前記対応する表面高と、前記暫定要素の前記表現における前記表面高との差を決定するステップと、
ｄ３）前記加工改変を、ステップ（ｄ１）で識別された前記暫定要素の前記領域におけるステップ（ｄ２）で決定した前記差に等しい、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの表面上の前記堆積材料のレーザ補助化学蒸着量として決定するステップと、
前記加工改変に基づいて前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面をレーザ加工して前記暫定要素を改変することは、前記暫定要素の前記識別された領域上に、ステップ（ｄ３）で決定した堆積材料の前記量をレーザ補助化学蒸着することを包含する、
請求項６６に記載の方法。
【請求項７６】
ステップ（ｅ）は、
ｅ１）前記プローブチップを、前記暫定要素の改変されるべき部分上において、水平方向に位置揃えするステップと、
ｅ２）前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面の前記部分の前記地形イメージおよびステップ（ｄ）で決定した前記加工改変に基づいて、前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離を、実質的に加工距離であるように制御するステップと、
を包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７７】
前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離を実質的に前記加工距離であるように制御する前記ステップは、Ｚ移送台を用いて、前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち一方の垂直位置を制御することを包含する、
請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記加工距離は前記マイクロ加工レーザによって生成される光のピーク波長の半分までの範囲であり、
ステップ（ｅ２）において、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップと前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御される、
請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
ステップ（ｅ）は、
ｅ１）前記マイクロ加工レーザを用いてレーザ光パルスを生成するステップと、
ｅ２）前記レーザ光パルスを前記ＮＳＯＭプローブに結合するステップと、
ｅ３）前記レーザ光パルスの近接場モード部分を、前記ＮＳＯＭプローブの前記プローブチップを介して、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記暫定要素の、前記プローブチップが位置揃えされる前記部分上に結合することにより、前記プローブチップが位置揃えされる前記暫定要素の前記部分において、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面を加工するステップと、
ｆ４）前記プローブチップを、前記暫定要素の別の部分上に位置揃えし、前記加工改変が完了するまでステップｆ１、ｆ２、ｆ３、およびｆ４を繰り返すステップと、
を包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項８０】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器およびアッテネータを有しており、
ステップ（ｆ１）は、
ｆ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期フルエンスを有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ１ｂ）前記アッテネータを用いて前記初期レーザ光パルスの前記フルエンスを制御することにより、所定の近接場加工フルエンスを有する前記レーザ光パルスを生成するステップと、
を包含する、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記マイクロ加工レーザはレーザ発振器および偏光制御器を有しており、
ステップ（ｆ１）は、
ｆ１ａ）前記レーザ発振器を用いて、初期偏光を有する初期レーザ光パルスを生成するステップと、
ｆ１ｂ）前記偏光制御器を用いて、前記初期レーザ光パルスの前記初期偏光を実質的に円偏光に調整するステップと、
を包含する、請求項７９に記載の方法。
【請求項８２】
前記マイクロ加工レーザは、ステップ（ｆ１）において前記レーザ光パルスを生成するためのレーザ発振器および、前記パルスの出射を制御するためのシャッタを有しており、
ステップ（ｆ４）は、
ｆ４ａ）前記ＮＳＯＭプローブまたは前記マイクロ構造デバイスプリフォームのうち前記少なくとも一方を移動することにより、前記暫定要素のうち改変されるべき部分を含む、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面のある領域上において、前記プローブチップをスキャンするステップと、
ｆ４ｂ）前記プローブチップが、前記暫定要素のうち改変されるべき部分上をスキャンされたときに前記シャッタを開くことにより、前記暫定要素の前記部分の改変を許可し、
ｆ４ｃ）前記プローブチップが、前記マイクロ構造デバイスプリフォームの前記表面の前記スキャンされる領域のうち他のエリア上をスキャンされたときに前記シャッタを閉じることにより、前記スキャンされる領域の前記他のエリアが加工されることを防ぐステップと、
を包含する、請求項７９に記載の方法。
【請求項８３】
前記マイクロ加工レーザは、超高速レーザ、パルス化固相レーザ、パルス化色素レーザ、マイクロチップレーザ、パルス化ＣＯ2レーザ、またはエキシマレーザのうち１つである、請求項６６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場走査型光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）を用いて、ナノ構造を含む既存のマイクロ構造上の既存の要素をレーザ加工する装置および方法に関する。本方法はまた、汎用の電子機械的マイクロ構造の大量カスタマイゼーションまたは補修を可能にし得る。
【背景技術】
【０００２】
製品の小型化につれ、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、マイクロ光学デバイスおよびフォトニック結晶への需要が高まっている。この需要に対応して、マイクロおよびナノ加工への関心が高まっている。ＭＥＭＳには無数のアプリケーションの可能性がある。生物学とマイクロエレクトロニクスのように、以前には無関係だった分野間に比類なき相乗効果を可能にする画期的な技術として、新しいＭＥＭＳアプリケーションが急速に出現しつつあり、現在認識されているあるいは公知のものを越えて広がろうとしている。また量子電気デバイス、マイクロ光学デバイスおよびフォトニック結晶においてさらなるアプリケーションが出現しつつある。
【０００３】
現在関心を持たれているアプリケーションをいくつか列挙する。
【０００４】
量子電気デバイス
量子計算などのアイデアへの関心から、セルラーオートマトンや結合量子ドット技術などの、より小さな寸法を要求するデバイスの開発がなされている。透過電子の量子効果を利用してマイクロ波回路の効率を増大し得る、共鳴トンネルダイオードなどの共鳴トンネルデバイスは、特に微細な要素を必要とする。
【０００５】
マイクロ光学
マイクロ加工技術の光学系への応用は、階調技術などの光学製造において数々の進歩をもたらしてきた。階調技術は、達成し得る最高の光学性能を可能にする、様々な形状の作製を可能にする。伝統的なバイナリオプティクスは、理想的な表面形状を「階段状」にした近似に依拠する。階調は、その理想形状を実際に作製することができる。曲線、傾斜面(ramps)、トロイド(torroids)、またはその他の任意の形状が可能である。多機能光学系、マイクロレンズアレイ、ディフューザ、ビームスプリッタ、およびレーザダイオード補正器はすべて、階調技術を用いることにより恩恵を受ける。これらおよび他の光学デバイス（より短波長光用の微細ピッチ格子を含む）は、マイクロ加工を用いて得られるより高い精度の恩恵を受ける。また、マイクロ加工技術の進歩により、ビームシェーパー、連続膜変形ミラー、チューナブルレーザ用移動ミラー、および走査２軸傾動ミラーを含む光学的ＭＥＭＳデバイスが登場している。
【０００６】
フォトニック結晶
フォトニック結晶は、ユニークな性質を有する光学デバイスを作製するために用い得る、人工形態の光学材料を代表するものである。フォトニック結晶は、半導体結晶の電気的性質に類似する多くの光学性質を有するため、現在の電気的半導体回路と同様な光学回路の開発をも可能にし得る。フォトニック結晶を形成するために用いられる要素サイズおよび、これらの要素の高精度位置揃え要求が、これらの材料の製造を複雑にする。位置揃え技術の改善ならびに、マイクロ加工システムにおけるより小さな最小要素サイズ能力によって、この領域におけるさらなる発展が得られる可能性がある。
【０００７】
バイオテクノロジー
ＭＥＭＳ技術は、科学および工学において以下のような新しい発見を可能にしている。すなわち、ＤＮＡ増幅および同定のためのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）マイクロシステム、マイクロ加工された走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）プローブチップ、有害な化学および生物物質の検出のためのバイオチップ、および、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択のためのマイクロシステムである。
【０００８】
通信
共鳴トンネルデバイスの使用により得られ得る進歩に加えて、高周波回路もまた、ＲＦ−ＭＥＭＳ技術の出現により大きく恩恵を受け得る。ＭＥＭＳ技術を用いて作製したインダクタおよびチューナブルキャパシタなどの電気部品は、現在の対応する集積回路に比較して、有意により良く性能し得る。そのような部品を集積することにより、通信回路の性能が改善され得る一方、総回路面積、消費電力およびコストが減少し得る。さらに、いくつかの研究グループによって開発されているように、ＭＥＭＳ機械的スイッチは、様々なマイクロ波回路において多大な潜在能力を秘めたキー部品となり得る。デモンストレーションされたＭＥＭＳ機械的スイッチのサンプルは、以前に利用可能であったいかなるものよりもずっと高いＱファクターを有している。ＲＦ−ＭＥＭＳ部品の信頼性、高精度チューニング、そしてパッケージングは、ＲＦ−ＭＥＭＳ部品が市場においてより幅広く受け入れられるために解決されなければならない重要な問題点である。
【０００９】
マイクロ光学の進歩ならびにフォトニック結晶を用いた新しい光学デバイスの導入によりまた、通信技術は恩恵を受け得る。
【００１０】
加速度計
ＭＥＭＳ加速度計は、自動車両の衝突エアバッグ作動システムにおいて、従来の加速度計に急速にとって代わりつつある。従来のアプローチは、車の前部に実装された別個の部品からなるいくつかのかさ高い加速度計と、エアバッグ近傍の別の電子系とを用いるものである。ＭＥＭＳ技術は、従来のアプローチのコストの１／５から１／１０のコストで、加速度計と電子系とを単一のシリコンチップ上に集積することを可能にした。従来のマクロスケールの加速度計素子に比較して、これらのＭＥＭＳ加速度計はずっと小さく、より機能的であり、より軽く、また信頼性が高い。
【００１１】
マイクロ回路
電子回路のサイズの縮小もまた、ＭＥＭＳ技術が多くの分野に影響し得る領域である。これらのマイクロ回路において部品や接続の密度が高まるにつれ、加工公差は減少する。マイクロ回路の製造における一つの難題は、だんだん位置が近くなりつつある部品やナノ配線間の短絡を防ぐことにある。これらの欠陥を補修する能力を有するマイクロ加工方法によって、歩留まりは有意に増大され得る。
【００１２】
これは、マイクロ加工における、既存のマイクロまたはナノ構造をいかに改変するか（つまりワークピースがすでに複雑なマイクロ構造を有している）と言う特に大きな難題を示している。サブミクロン要素のマイクロ加工は、電子ビーム、紫外線ビーム、およびＸ線リソグラフィ機、ならびに集束イオンビーム機によって支配される領域であった。これらの高コスト技術は通常、高度な真空またはクリーンルーム条件などの、厳しい環境条件を要求する。あらゆるリソグラフィ方法は、複数のマスクを生成しフォトレジストを用いることを包含する、一連の複雑な手順を必要とする。ビーム処理法を用いた場合、適正な処理のためには、高いレベルの精度でビームが正確に所望の位置に導かれることをこのプロセスは要求する。現在４つの利用可能な技術（レーザ直接描画、集束イオンビーム描画、マイクロ放電機、および光化学エッチング）だけが、この潜在能力を有する。その他の技術（例えばイオンビーム加工(ion beam milling)）は、平坦なウェハ処理においてのみ望ましい。ただし、レーザ直接描画は、周囲大気中での動作および低い材料依存性を含むさらなる利点を有する。
【００１３】
超高速レーザの出現は、サブミクロンレベルの直接描画を可能にする。１９９９年後半および２０００年前半にかけて、３８７ｎｍのＵＶ波長を有するフェムト秒レーザにより、プレーンなＳｉ−Ｏｎ−ＳｉＯ2基板に〜２００ｎｍのエアホールを４２０ｎｍのピッチサイズで加工する能力が示された。このデモンストレーションは、１Ｄ導波路フォトニック結晶における要素サイズ（＜２００ｎｍ）要件およびピッチサイズ（＜４２０ｎｍ）要件の両方を満たすものであった。次のステップは、狭い導波路上に小さなホールをドリル開けして１Ｄフォトニック結晶を作製することの研究であった。超高速レーザは、マイクロ、ナノ加工において非常に用途の広いツールであることがわかっている。超高速レーザビーム加工を用いた、〜２５０ｎｍという小さい要素サイズが現在示されている。しかし依然として、既存のマイクロ構造上のナノ構造へのレーザビームの位置揃えは困難な問題である。
【００１４】
サブミクロン要素のマイクロ加工は、電子ビーム、紫外線ビーム、およびＸ線リソグラフィ機、ならびに集束イオンビーム機によって支配される領域であった。これらの高コスト技術は通常、高度な真空またはクリーンルーム条件などの、厳しい環境条件を要求する。あらゆるリソグラフィ方法は、複数のマスクを生成しフォトレジストを用いることを包含する、一連の複雑な手順を必要とする。
【００１５】
近接場走査型光学顕微鏡(near-field scanning optical microscope)（ＮＳＯＭ）−−時に走査型近接場光学顕微鏡(scanning near-field optical microscope)としても知られる−−の近接場放射を用いることによる表面のレーザ加工が、サブミクロン要素をレーザ加工する一手段として提案されている。このように表面をマイクロ加工する一つの方法の可能性が、Ｈ．Ｏｗａｒｉらの日本国特許出願第２０００−５１９７５号、レーザ加工装置及び方法とこれを用いて加工された光学素子に開示されている。Ｏｗａｒｉらは、原子間力顕微鏡のプローブを透過した、短波長紫外レーザからの光を用いて、光学格子をレーザ加工することを開示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の実施形態例は、ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有するＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、既存の要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロ構造を製造する方法である。上面に既存の要素を有するマイクロ構造デバイスプリフォームを用意する。ＮＳＯＭによって、マイクロ構造デバイスプリフォームの上面のある部分のプロファイルを採ることにより、上面の上記部分の地形イメージを生成する。上面のプロファイルを採られる部分は、地形イメージが既存の要素の表現を含むように選択される。地形イメージに基づいて、ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、マイクロ構造デバイスプリフォームの上面のプロファイルを採った部分に対して定義する。地形イメージを用いて、画像座標系における、基準点の座標およびマイクロ構造デバイスプリフォームの上面の既存の要素の向きを決定する。決定した基準点の座標および既存の要素の向きを用いて、ＮＳＯＭのＮＳＯＭプローブのプローブチップを、マイクロ構造デバイスプリフォームの既存の要素のある部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザでマイクロ構造デバイスプリフォームの上面を加工することにより、既存の要素上に少なくとも１つの微細要素を形成し、マイクロ構造デバイスを完成する。
【００１７】
本発明の他の実施形態例は、ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有するＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、マイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法である。各マイクロ構造は所定のカスタム化要素の集合のうち少なくとも１つを有するようにカスタマイズされる。上面および上面上の既存の要素を有するいくつかのマイクロ構造プリフォームを用意する。用意したマイクロ構造プリフォームから１つのマイクロ構造プリフォームを選択し、カスタム化要素の集合から少なくとも１つのカスタム化要素を選択する。選択されたカスタム化要素（単数または複数）は既存の要素上に配置されるものである。選択されたマイクロ構造プリフォームをＮＳＯＭに装着する。ＮＳＯＭによってマイクロ構造プリフォームの上面のある部分のプロファイルを採ることにより、上面の上記部分の地形イメージを生成する。上面のプロファイルを採られる部分は、地形イメージが既存の要素の表現を含むように選択される。地形イメージに基づいて、ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、マイクロ構造プリフォームの上面のプロファイルを採った部分に対して定義する。地形イメージを用いて、画像座標系における、基準点の座標およびマイクロ構造プリフォームの上面の既存の要素の向きを決定する。決定した基準点の座標および既存の要素の向きを用いて、ＮＳＯＭのＮＳＯＭプローブのプローブチップを、マイクロ構造プリフォームの既存の要素のある部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザでマイクロ構造プリフォームの上面を加工することにより、選択されたカスタム化要素（単数または複数）を形成することによって、カスタマイズされたマイクロ構造を形成する。他のマイクロ構造プリフォームを１回につき１つずつ選択し、用意されたマイクロ構造プリフォームのそれぞれにつきカスタマイゼーションステップを繰り返す。
【００１８】
本発明の追加的な実施形態例は、ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有するＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、上面に欠陥を有するマイクロ構造を補修する方法である。欠陥を有するマイクロ構造をＮＳＯＭに装着する。ＮＳＯＭによって、欠陥を有するマイクロ構造の上面のある部分のプロファイルを採ることにより、上面の上記部分の地形イメージを生成する。上面のプロファイルを採られる部分は、地形イメージが欠陥の表現を含むように選択される。地形イメージに基づいて、ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、欠陥を有するマイクロ構造の上面のプロファイルを採った部分に対して定義する。地形イメージを用いて、画像座標系における欠陥を有するマイクロ構造の欠陥の上面の座標を決定する。決定した欠陥の座標を用いて、ＮＳＯＭのＮＳＯＭプローブのプローブチップを、欠陥を有するマイクロ構造の欠陥のある部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザで欠陥を有するマイクロ構造の上面を加工することにより、欠陥を有するマイクロ構造の欠陥を補修する。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態例は、ＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、マイクロ構造デバイスプリフォームの表面上に所定の要素をレーザ加工する方法である。ＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムはＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有する。マイクロ構造デバイスプリフォームの表面をレーザ加工することによって、暫定要素を形成する。ＮＳＯＭによってマイクロ構造デバイスプリフォームの表面のある部分のプロファイルを採ることにより、表面の上記部分の地形イメージを生成する。表面の上記部分は、地形イメージが暫定要素の表現を含むように選択される。地形イメージにおける暫定要素のこの表現を、所定の要素表現に対して比較し、この比較に基づいて、暫定要素から所定の要素を形成するために必要な暫定要素の加工改変を決定する。決定した加工改変に基づいて、マイクロ構造デバイスプリフォームの表面を再びレーザ加工することにより、暫定要素を改変する。プロファイリング、比較および暫定要素の改変を、その表現が所定の要素表現に実質的に合致するまで繰り返す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに読んだときもっともよく理解される。一般に行われるように、図面の様々な要素は縮尺通りではないことを強調しておく。逆に、明瞭さのために様々な要素の寸法を任意に拡大または縮小している。図面には以下の図が含まれる。
【００２１】
ＮＳＯＭは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）と同じ原理の多くを用いて、正確に表面のプロファイルを採る。ＮＳＯＭプローブチップからの近接場放射を用いてこれら表面をレーザマイクロ加工することにより、非近接場放射および自由空間光学系を用いることに比べて、いくつかの利点が得られ得る。これらの利点としては、ＮＳＯＭプローブチップの高精度な位置決め制御および、最小要素サイズが減少することが含まれ得る。ＮＳＯＭデバイスにおいて用いられる高精度移送台を用いて、高精度な水平（ＸおよびＹ）および垂直（Ｚ）位置決め制御を得ることができる。また、ＮＳＯＭにより表面のプロファイルを採る能力は、有意な近接場放射を表面に結合するために望まれる、プローブチップの正確な垂直位置決めを可能にする。
【００２２】
近接場放射を用いた本発明のＮＳＯＭレーザ加工システム例により加工され得る最小要素サイズは、近接場放射の生成に用いられるレーザ光の波長ではなく、ＮＳＯＭプローブチップのサイズによって決定される。このことにより、同じレーザ源からの自由空間レーザビームの回折限界のスポットサイズよりも小さな表面上のエリアを、レーザ加工装置によって加工することが可能になる。ただし、レーザの波長は依然として問題になる。なぜなら、レーザの波長は、光がＮＳＯＭプローブチップを介して近接場に結合する効率に影響するからである。したがって、波長を有する短波長ＵＶレーザの使用が依然として望ましいが、非近接場放射を用い、自由空間光学系を用いてレーザ光を集束するレーザマイクロ加工システムにおけるほどには重要ではない。
【００２３】
図１は、本発明の方法例とともに用い得るＮＳＯＭレーザマイクロ加工システム例の、単純化したブロック図を示す。量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、マイクロ表面弾性波デバイス、マイクロメカニカルオシレータ、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、および他のマイクロ構造を形成するための鋳型が、本発明のＮＳＯＭレーザマイクロ加工システム例によって加工され得るマイクロ構造の例である。
【００２４】
図５、７および８の方法例を参照して後述するように、このようなシステム例を用いて、これらマイクロ構造を、製造、大量カスタマイゼーション、または補修することができる。このシステム例は、レーザ光パルスを生成しワークピース１１２まで伝達させるためのレーザ源１００、光ファイバ１０６、ＮＳＯＭプローブホルダ１０８、およびＮＳＯＭプローブ１１０、ならびに光ビーム１０２を光ファイバ１０６に結合するレンズ１０４および、ＮＳＯＭプローブ１１０を位置決めするための多くのＮＳＯＭ部品を有している。
【００２５】
なお、望ましくは超高速レーザ源を図１のシステム例において用い得るが、より長いパルスの高エネルギーレーザを用いてもよいことに留意されたい。超高速レーザ源は、より長いパルスのレーザ源（すなわちパルス期間＞１ｎｓのレーザ）やＣＷレーザ源よりも、有意に高いピークパワーを提供し得る。これらの高ピークパワーは、プローブチップを介して近接場に結合されるレーザ光のフルエンスを増大するために望ましくあり得る。ＮＳＯＭプローブ１１０により高いピークパワーを提供することにより、より長いパルスのパルスエネルギーを増大する場合と同様に、超高速レーザ源１００の波長に比べさらに小さなＮＳＯＭプローブチップを用いることが可能になり得る。
【００２６】
図１のシステム例において、レーザ源１００は望ましくは、レーザ加工アプリケーションにおいて典型的に用いられる任意のタイプの固相利得媒体を含み得る。例えば、Ｃｒ：ＹＡＧ（ピーク基本波長、λf＝１５２０ｎｍ）、Ｃｒ：苦土カンラン石（λf＝１２３０−１２７０ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧおよびＮｄ：ＹＶＯ4（λf＝１０６４ｎｍ）、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4（λf＝１０６３ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦ（λf＝１０４７ｎｍおよび１０５３ｎｍ）、Ｎｄ：ガラス（λf＝１０４７−１０８７ｎｍ）、Ｙｂ：ＹＡＧ（λf＝１０３０ｎｍ）、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ（λf＝８２６−８７６ｎｍ）、Ｔｉ：サファイア（λf＝７６０−８２０ｎｍ）、およびＰｒ：ＹＬＦ（λf＝６１２ｎｍ）である。これらの固相利得媒体は、フラッシュランプ、エルビウムドーピングされたファイバレーザおよびダイオードレーザなどの標準的な光ポンピングシステムを用いて励起され得る。これらの標準的な光ポンピングシステムの出力パルスは、固相利得媒体に直接結合されてよく、あるいは固相利得媒体を励起するために用いられる前に、高調波生成を経てもよい。固相利得媒体（単数または複数）は、レーザ発振器、シングルパス増幅器(single pass amplifier)、および／またはマルチプルパス増幅器(multiple pass amplifier)のうち１つ以上として動作するように構成され得る。この素子はまた、レーザ光を実質的に平行光化するための光学系を有する。レーザ源１００は望ましくは、ほぼフーリエ変換限界のパルスを生成する。超高速レーザ源が望ましい場合は、これらのパルスは、約１ｐｓ未満、典型的には２０ｐｓ未満の期間を有し得る。レーザ源１００の出力パワーを増大するために、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦまたはＦ2エキシマ増幅器（図示せず）などの、追加的な非固相のシングルまたはマルチプルパス増幅器を含めてもよい。または、レーザ源１００は、エキシマレーザシステム（例えばＸｅＣｌ、λf＝３０８ｎｍ、ＫｒＦ、λf＝２４８ｎｍ、ＡｒＦ、λf＝１９３ｎｍ、またはＦ2、λf＝１５７ｎｍ）、あるいは色素レーザシステム（例えば７−ジエチルアミノ−４−メチルクマリン、λf＝４３５−５００ｎｍ、安息香酸、２−［６−（エチルアミノ）−３−（エチルイミノ）−２，７−ジメチル−３Ｈ−キサンテン−９−イル］−エチルエステル、一塩酸塩、λf＝５５５−６２５ｎｍ；４−ジシアンメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン、λf＝５９８−７１０ｎｍ；または２−（６−（４−ジメチルアミノフェニル）−２，４−ネオペンチレン−１，３，５−ヘキサトリエニル）−３−メチルベンゾチアゾリウム過塩素酸塩、λf＝７８５−９００ｎｍ）、またはレーザ加工アプリケーションに用いられるその他のレーザシステムを（例えばＣＯ2、λf＝１０．６μｍ）を含み得る。
【００２７】
サブミクロンプローブチップを介した近接場結合を改善するためには、レーザ源１００が約４００ｎｍ未満のピーク波長を有することが望ましくあり得る。この部品内において、レーザ光パルスのピーク波長を減少させるために高調波生成結晶を用い得る。望ましくは、周波数２逓倍、１５０ｆｓのＴｉ：サファイアレーザ（例えばＣｌａｒｋ  ＭＸＲ  ＣＰＡ２０００）をレーザ源１００として用い得る。
【００２８】
また、レーザ源１００は、レーザビーム出力の強度、偏光および／または平行化を制御するための光学系を含んでいてもよい。レーザ源１００により生成されたレーザ光パルスの偏光を制御するために、偏光制御器が含まれていてもよい。これらのパルスは望ましくは円偏光であり得る。また、シャッタおよび／または可変アッテネータもレーザ源１００に含み得る。これらの部品は、マイクロ構造プリフォーム１１２の表面上における要素のレーザ加工を制御するためのＮＳＯＭの制御回路（図示せず）に、結合され得る。
【００２９】
レーザ源１００の出力は、レンズ１０４によって光ファイバ１０６に集束され得る。光ファイバ１０６は、レーザ光パルスのピーク波長近傍において低吸収率を有する導波路材料から形成された、ファイバコアを望ましくは有する。光ファイバ１０６はＮＳＯＭプローブ１１０の一部であってもよく、光ファイバ１０６の切断端がＮＳＯＭプローブ１１０の入射面として機能してもよい。これはシステムの結合ロスを減少させるために望ましい。ＮＳＯＭプローブ１１０（その光ファイバ部分１０６を含む）は、ＮＳＯＭプローブホルダ１０８内に保持される。
【００３０】
あるいは、光ファイバ１０６はＮＳＯＭプローブ１１０と別であってもよい。この別の実施形態においては、ＮＳＯＭプローブ１１０は単にプローブチップからＮＳＯＭプローブホルダ１０８中に延びていればよい。光ファイバ１０６は、ＮＳＯＭプローブ１１０の端部の入射面を介して、レーザ光パルスをＮＳＯＭプローブ１１０に伝達する。光ファイバ１０６とＮＳＯＭプローブ１１０との両方が、ＮＳＯＭプローブホルダ１０８内に保持される。光ファイバ１０６およびＮＳＯＭプローブ１１０は、ＮＳＯＭプローブへのレーザ光パルスの低損失結合を可能にするように位置揃えされる。ＮＳＯＭプローブ１１０の入射面は望ましくはファイバ切断端であり、光ファイバ１０６の切断端の断面積におおよそ等しい入射エリアを有している。ＮＳＯＭプローブホルダ１０８は、光ファイバ１０６とＮＳＯＭプローブ１１０とを光学的に結合することを助けるために、ボールレンズなどの光学系を有していてもよい。なお、分散効果を減少させるために、光ファイバ１０６を用いずに光ビーム１０２のパルスをＮＳＯＭプローブ１１０に直接結合してもよいが、これはシステムの位置揃えを複雑にし得ることに留意されたい。
【００３１】
ＮＳＯＭプローブ１１０は、実質的に円柱形状に形成される。なお、この実質的な円柱形状の有する断面形状は、望ましくはＮＳＯＭプローブ１１０の入射面として作用する端部近傍において光ファイバ１０６と同様であるが、このことは必ずしも必要ではないことに留意されたい。ＮＳＯＭプローブ１１０の断面形状は望ましくは円形またはその他の楕円形状であるか、あるいは長方形などの導波路に用いられる他の形状であってもよく、その長さに沿ってサイズまたは形状が変化してもよい。例えば、ＮＳＯＭプローブ１１０の実質的に円柱の形状は、端部近傍でテーパーすることによってプローブチップを作り出す。また、ＮＳＯＭプローブ１１０の実質的に円柱の形状は、図１に示すようにその軸に沿って曲げを有していてもよい。
【００３２】
図２は、ＮＳＯＭプローブ例１１０の先端部のクローズアップ図である。入射面を含むＮＳＯＭプローブの端部は図２には図示していない。ＮＳＯＭプローブ１１０の入射面とは反対側の端部に位置するプローブチップ２１０を示している。図示のようにＮＳＯＭプローブ１１０は、光透過性コア２００の部分および、クラッディング層２０２の部分を有している。プローブチップ２１０において、光透過性コア２００とクラッディング層２０２との材料は区別不能であり得、図２のチップ例のチップ領域において、これらの材料を分ける鎖線によって示している。近接場２０６が発生するＮＳＯＭプローブチップ２１０は望ましくは、レーザ光パルスのピーク波長の二乗未満の断面積を有しかつ楕円形の断面形状を有することにより、マイクロ構造プリフォーム１１２の近接場照射エリア２０８において、ピーク波長より短い軸を有する相似な楕円形状の加工を可能にする。
【００３３】
光透過性コア２００は望ましくは、入射面からプローブチップ２１０まで延び、入射面において光ファイバ１０６を介してレーザ源１００に光学的に結合する。光ファイバ１０６のファイバコアと同様に、ＮＳＯＭプローブ１１０の光透過性コア２００は、レーザ光パルスのピーク波長近傍において低吸収率を有する材料から形成されており、望ましくは同じ導波路材料から形成され得る。クラッディング層２０２は望ましくは、入射面からプローブチップ２１０まで延びて、レーザ光パルスを透過性コア２００内に閉じ込めることをたすけるが、これ無しで十分な閉じ込めが起こり得るならば省略可能である。
【００３４】
また、放射閉じ込めコーティング２０４がＮＳＯＭプローブ１１０上に形成され、プローブチップ２１０の近隣からプローブの側面に沿って延びる。放射閉じ込めコーティング２０４は、ＮＳＯＭプローブ１１０のうち特に漏れが大きい部分（例えばプローブチップ２１０近くの狭い部分や、曲率半径がタイトである任意の部分）において、レーザ光パルスの光透過性コア２００中へのさらなる閉じ込めを提供する。さらに、放射閉じ込めコーティング２０４が無いことで、実質的にプローブチップ２１０のエリアが規定される。これは入射面に隣接する開口部まで延びてもよく、あるいはこの距離の一部だけ延びていてもよい。ＮＳＯＭプローブが９０°の曲げを有している実施形態例においては、図３に示すように、放射閉じ込めコーティング２０４は少なくとも曲げの周りに延びていることが望ましい。放射閉じ込めコーティング２０４は、レーザ光パルスのピーク波長近傍において高反射率を有し、望ましくはこの帯域においても低吸収率を有する。少なくとも１つの金属および／または誘電体層が含まれ得る。さらに、図３に示すように、ＮＳＯＭプローブ１１０の位置を光学的に監視することに用い得る光に対して、放射閉じ込めコーティング２０４は実質的に反射性であることが望ましくあり得ることに留意されたい。
【００３５】
図１にもどって、ＮＳＯＭプローブホルダ１０８はＮＳＯＭプローブ１１０を制御可能に保持および位置決めするように、ＮＳＯＭマウントに結合される。ＮＳＯＭマウントはまた、ＮＳＯＭプローブ１１０に対してマイクロ構造プリフォーム１１２を制御可能に保持および位置決めする。ＮＳＯＭマウントは、ヒンジ１２０によってＮＳＯＭベース１１４に接続された上部サポート１１８を有する。この構成により、ＮＳＯＭプローブ１１０を容易にマイクロ構造プリフォーム１１２から取り外して、プローブの検査および／または取り替え、あるいはワークピースの装着および取り外しを行うことが可能になる。マイクロ構造プリフォーム１１２上におけるＮＳＯＭプローブ１１０の粗垂直あるいはＺ位置決めは、リードねじ（図示せず）またはステッパモータ（図示せず）に結合され得るセットねじ１２２を用いて、達成し得る。図１のＮＳＯＭマウント例はまた、マイクロ構造プリフォーム１１２が装着されるワークピース位置決め部１１６を有する。ワークピース位置決め手段１１６はＮＳＯＭベース１１４に結合される。なお、図１の実施形態例はマイクロ構造プリフォーム１１２をＮＳＯＭプローブ１１０に対して位置決めするためのワークピース位置決め手段１１６を含むが、ＮＳＯＭプローブ１１０をマイクロ構造プリフォーム１１２に対して位置決めする位置決め手段を、ワークピース位置決め手段１１６に加えてあるいはこの代わりに用い得ることが当業者には理解されることに留意されたい。
【００３６】
ワークピース位置決め手段１１６は例えば、マイクロメートル分解能を持つコンピュータ制御ＸＹＺ移送台（例えばＢｕｒｌｅｉｇｈ製のミクロン分解能ＸＹＺ移送台）を有する。またナノメートル分解能を持つコンピュータ制御圧電ＸＹ移送台（例えばＱｕｅｅｎｓｇａｔｅ製の圧電ＸＹ移送台）を有してもよい。微妙なＺ位置決めは、ワークピース位置決め手段１１６において圧電Ｚ移送台を用いることにより達成され得る。ワークピース位置決め手段１１６のこれらのコンピュータ制御移送台を、レーザマイクロ加工システムのＮＳＯＭをマイクロ構造プリフォーム１１２の表面上に位置決めするために用い得、マイクロメートル分解能ＸＹＺ移送台が粗い位置決めを提供し、圧電移送台が微妙な位置決めを提供する。あるいは、ナノメートル分解能が可能な、その他の微移送台を用いて微妙な位置決めを提供してもよい。
【００３７】
図１のＮＳＯＭレーザマイクロ加工システム例はまた、ＮＳＯＭ制御システムを有する。２つのＮＳＯＭ制御システム例を図３および４に示す。これらのＮＳＯＭ制御システム例は、ＮＳＯＭプローブモニタおよびＮＳＯＭ制御器（ＮＳＯＭプローブモニタ、圧電ＸＹ移送台、および圧電Ｚ移送台に結合されている）を有している。ＮＳＯＭプローブモニタは、ＮＳＯＭプローブ１１０のプローブチップ２１０とマイクロ構造プリフォーム１１２の表面との間の距離を決定する。
【００３８】
ＮＳＯＭ制御器（図示せず）はこの距離情報を用いて、Ｚ移送台（単数または複数）に信号を送ることにより、どちらが位置決め手段に結合されているかに依存して、ＮＳＯＭプローブ１１０またはマイクロ構造プリフォーム１１２のいずれか（あるいは両方）の垂直位置を制御する。ＮＳＯＭ制御器はまた、マイクロ構造プリフォーム１１２の表面上にレーザ加工されるべき要素に基づいて、ＸＹ移送台（単数または複数）に信号を送ることにより、ＮＳＯＭプローブ１１０またはマイクロ構造プリフォーム１１２のいずれかの水平位置を制御する。ＮＳＯＭ制御器は回路またはＡＳＩＣを含み得、また、ＮＳＯＭプローブモニタからの距離情報およびマイクロ構造ワークピースの表面上に加工されるべき要素に関する入力データに応じて移送台を駆動するようにプログラミングされた、汎用コンピュータを含み得る。
【００３９】
図３および４は、原子間力測定を行う光学手段に基づいた、２つのＮＳＯＭプローブモニタ例を示す。図３の実施形態例は、９０°の曲げを有するＮＳＯＭプローブを含み、図４の実施形態例は、まっすぐなＮＳＯＭプローブを含む。ＮＳＯＭプローブ１１０のこれらの別の実施形態は単に例示であり、限定的なものではない。
【００４０】
図３および４におけるＮＳＯＭプローブモニタ例のそれぞれは、ＮＳＯＭプローブホルダ１０８をＮＳＯＭ上部サポート１１８に結合する片持ちアーム３００を用いる。ＮＳＯＭ上部サポート１１８は実質的に剛性であり、片持ちアーム３００は、マイクロ構造プリフォーム１１２の表面の実質的に法線方向において、ＮＳＯＭ上部サポート１１８に対し較正された量だけ移動し得る。この較正された移動は、プローブチップ２１０とマイクロ構造プリフォーム１１２の表面との間の原子間力に応じた、片持ちアーム３００の撓み、あるいは片持ちアーム３００とＮＳＯＭ上部サポート１１８との間の結合部（図示せず）における片持ちアーム３００の旋回により、得られ得る。あるいは、ＮＳＯＭプローブ１１０は、片持ちアーム３００に結合されたＮＳＯＭプローブオシレータによって、周期的に往復振動されてもよい。ＮＳＯＭプローブ１１０のこの周期的往復振動の振幅は望ましくは小さく、０から２０ｎｍの範囲である。ＮＳＯＭプローブ１１０のこの周期的往復振動の周期または振幅のうちいずれか一方あるいは両方の変化が、較正された移動をプローブモニタに提供し得る。
【００４１】
図３のＮＳＯＭプローブモニタ例は、光が放射閉じ込めコーティング２０４から直接反射される、光学的感知方法を包含する。光源３０２は、実質的に剛性の上部サポート１１８に結合されており、少なくとも２つの光学領域３０４を有する光検出器もまた同様である。光源３０２は、実質的に平行化された光ビームを生成する。この実質的に平行化された光ビームは、放射閉じ込めコーティング２０４から反射され、光検出器によって検出される。プローブチップ３１０とマイクロ構造プリフォーム１１２の表面との間の原子間力に応答してＮＳＯＭプローブ１１０が上下動するにつれ、片持ちアーム３００は撓みあるいは旋回し、光源３０２からの実質的に平行化された光ビームと放射閉じ込めコーティング２０４との間の入射角を変化させる。これは、実質的に平行化された光ビームが光検出器に入射する位置を変化させる。片持ち撓みもまた入射位置を変化させ得、これによってさらに実質的に平行化された光ビームが光検出器に入射する位置が変化し得る。さらに、原子間力によってＮＳＯＭプローブ１１０が撓む可能性があるが、これもまた検出され得る。複数の検出器領域３０４は、各検出器領域によって検出された光の量に基づいて、光検出器が信号を生成することを可能にする。ＮＳＯＭ制御器中の処理手段は、この検出器信号を受け取り、光検出器の各検出器領域３０４によって検出された光の量に基づいて、ＮＳＯＭプローブのプローブチップとマイクロ構造ワークピースの表面との間の距離を決定し得る。処理手段によるこの距離決定は、ＮＳＯＭプローブのプローブチップとマイクロ構造ワークピースの表面との間の距離が所望の距離より大きいか小さいかを決定し表示することを包含するか、あるいは較正された距離読み取り値を提供し得る。
【００４２】
図４のＮＳＯＭプローブモニタ例は、光が片持ちアーム３００に結合された反射性の平坦な表面４００から反射される、別の光学的感知方法を用いる。光源３０２からの実質的に平行化された光ビームは、反射性の平坦な表面４００から反射され、光検出器によって検出され、実質的に平行化された光ビームが光検出器に入射する位置を変化させる。そして、図３の実施形態例と同様に、ＮＳＯＭプローブ１１０にかかる原子間力、ひいてはＮＳＯＭプローブのプローブチップとマイクロ構造ワークピースの表面との間の距離を、光信号の検出器信号から決定する。
【００４３】
あるいは、ＮＳＯＭプローブモニタ例は、ＮＳＯＭプローブにかかる原子間力を検出する別の手段に基づいていてもよい。原子間力顕微鏡に用いられる任意の手段を、本発明において用い得る。例えば、音叉方法を用いた場合、マッチングされた一対の音叉の共振周波数を比較する。１つの音叉をＮＳＯＭプローブに結合することにより、プローブにかかる力が音叉の共振周波数に影響するようにする。そして音叉の共振周波数の差を、ＮＳＯＭプローブにかかる原子間力に相関させる。
【００４４】
図５は、本発明によるＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、既存の要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロ構造デバイスを製造する方法例を示す。加工される既存の要素はサブミクロン寸法を有し得る。製造されるマイクロ構造デバイスは、いくつかのマイクロ構造デバイスのうち任意のものであり得る。例えば、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、およびマイクロメカニカルオシレータである。
【００４５】
図１のＮＳＯＭレーザマイクロ加工システム例と同様に、このＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムは、この方法例を実行するために用い得る、ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを含む。マイクロ加工レーザは望ましくは、超高速レーザ、パルス化固相レーザ、パルス化色素レーザ、マイクロチップレーザ、パルス化ＣＯ2レーザ、またはエキシマレーザであり得る。
【００４６】
既存の要素をその上面に有する、マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２を用意する（ステップ５００）。このプリフォームをＮＳＯＭに装着する。ＮＳＯＭによってマイクロ構造デバイスプリフォームの上面の一部のプロファイルを採り、この上面部分の地形イメージを生成する（ステップ５０２）。このプロファイルを採られる上面の部分は、得られた地形イメージが既存の要素の表現を含むように、選択される。プロファイルを採る上面部分を選択する１つの方法例は、マイクロ構造デバイスプリフォームの上面を光学的に撮像して、プリフォームの光学像を生成することを包含する。これは、上面に焦点を合わせられたデジタルカメラによって行い得る。光学像は望ましくは、ＮＳＯＭプローブまたはＮＳＯＭの他の部分を、基準点として機能するように含んでいる。光学像から、上面の既存の要素を含むエリアを識別し得る。識別される要素はサブミクロン寸法を有し得るが、表面のうちの既存の要素を含む概略的エリアを識別するためには、光学像はサブミクロン分解能を有している必要はない。マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２のエッジなどの、その他の基準マークを用いて光学像中の所望のエリアを識別してもよい。
【００４７】
次にＮＳＯＭのプローブチップ２１０を、マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面の被選択部分中のあるポイント上、例えばこの部分の左上角など、に位置揃えする。この開始ポイントにおける、ＮＳＯＭプローブ１１０のプローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面との間の距離を決定する。図３および４の実施形態例を参照して上述したように、この距離は望ましくは、プローブチップ２１０と表面との間の原子間力を検出することにより決定され得る。
【００４８】
次にプローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面との間の距離を、所望のプロファイリング距離に実質的に等しくなるように制御する。所望のプロファイリング距離は、プローブチップ２１０のサイズおよびプロファイルを採られる表面の粗さを含むいくつかのファクターに基づくが、望ましくは約１０ｎｍまでの範囲（接触モードプロファイリング）、あるいは約１０ｎｍから５０ｎｍの範囲である（非接触モードプロファイリング）。ＮＳＯＭプローブ１１０のプローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面との間の距離は望ましくは、圧電またはその他の微移送Ｚ移送台を用いてＮＳＯＭプローブまたはマイクロ構造デバイスプリフォームのいずれかの垂直位置を制御することにより、制御される。移送台に印加される駆動電圧の量は、所与のポイントにおけるプローブチップ２１０とマイクロ構造プリフォーム１１２の表面との間の距離に基づく。プローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御されることが望ましい。
【００４９】
プローブチップを上面の被選択部分上でスキャンしながら、プローブチップ２１０と上面との距離を繰り返し測定し、かつＮＳＯＭプローブ１１０またはマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２のいずれかの垂直位置をセパレーションがプロファイリング距離に実質的に等しくなるよう維持するように制御する。上面の被選択部分上におけるプローブチップ２１０のスキャンは、プローブチップを第１の水平方向（Ｘ方向）で被選択部分上を往復移動させて複数のパスを実行するような、ラスター走査パターンで行い得る。Ｘ方向の各プロファイリングパスの終わりにおいて（すなわちＸパスの各連続対の間に）プローブチップを第２の直交水平方向（Ｙ方向）に所定距離移動させることにより、上面の被選択部分をスキャンする。Ｙステップの所定距離は、地形イメージの分解能に関係しており、望ましくはおおよそプローブチップ２１０の幅に等しい。
【００５０】
図６は、マイクロ構造の上面の一部の地形イメージ例６００を示す。表面の高さを、階調で表現している。地形イメージ例６００は、複数の要素６０２と、もともと規則的なはずのパターンから要素のうちの１つが欠けた、欠陥６０４とを含んでいる。欠陥６０４は意図的であり得る。例えばこれがフォトニック結晶のイメージであれば、欠陥６０４を導入することによりフォトニック結晶の透過スペクトルをチューニングすることができる。あるいは、欠陥６０４は意図的なものではなく、マイクロ構造デバイスの性能に影響を与え得る。
【００５１】
地形イメージが生成されれば、地形イメージに基づいて、マイクロ構造デバイスプリフォームの上面のプロファイルを採った部分に対する画像座標系を定義する（ステップ５０４）。なお、地形イメージを生成するために用いた上面の地形情報は、プロファイリングスキャン中のＸおよびＹ方向位置に相関する、プローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２との間の距離を維持するために必要な垂直移動に基づくことに留意されたい。したがって、地形イメージの画像座標系は、少なくとも初期的にはＮＳＯＭ移送台の設定にしたがってスケーリングされたＸ、Ｙ、およびＺ座標を含む。マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面の上方におけるプローブチップ２１０の位置の単純化した制御を可能にするために、このスケーリングが望ましくあり得る。
【００５２】
画像座標系における、基準点の座標およびマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面の既存の要素の向きを、地形イメージを用いて決定する。別途較正されないかぎり、これらの座標は、ＮＳＯＭの移送台の設定にしたがっている。マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２が既知の距離で隔てられており地形イメージ中に表現された較正マークを２つ以上有する場合は、画像座標系とマイクロ構造デバイスプリフォームの空間座標系との間での変換ファクタを決定することにより、地形イメージの実際の距離（ＮＳＯＭ設定ではなく）に対するスケーリングを可能にする。画像座標系における、上面の較正ポイントの座標例を、地形イメージを用いて決定する。そして画像座標系とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の空間座標系との間の変換ファクタを、容易に計算することができる。これは、微細要素の所望の寸法がＮＳＯＭ設定ではなく実際の空間的測定において既知である場合において特に望ましい。移送台が既に較正済みである可能性もあるが、この場合はこの変換ファクタの計算は不要である。
【００５３】
ステップ５０６で決定した基準点の座標および既存の要素の向きを用いて、ＮＳＯＭプローブ１１０のプローブチップ２１０を、マイクロ構造デバイスプリフォームの既存の要素の一部上に位置揃えする（ステップ５０８）。画像座標系における既存の要素の向きおよび基準点の座標の両方がわかっていることにより、微細要素の加工を開始すべき既存の要素の所望の部分を選択することが可能になる。望ましくは、所望の部分のＸおよびＹ座標を用いて、既存の要素の所望の部分上においてプローブチップを水平方向に位置揃えし、プローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面との間の距離を実質的に所望の加工距離に制御し得る。
【００５４】
所望の加工距離は、レーザ光パルスのピークパワー、そのピーク波長、プローブチップ２１０のサイズ、および達成すべき加工のタイプを含むいくつかのファクターに基づくが、望ましくは、表面の加工に用いられる光パルスの波長の約半分までの範囲である。ＮＳＯＭプローブ１１０のプローブチップ２１０とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面との間の距離は望ましくは、圧電またはその他の微移送Ｚ移送台を用いてＮＳＯＭプローブまたはマイクロ構造ワークピースのいずれかの垂直位置を制御することにより、制御される。移送台に印加される駆動電圧の量は、ステップ５０２で生成されたマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面の地形イメージのＺ座標情報に基づく。プローブチップ２１０とマイクロ構造プリフォーム１１２の表面との間の距離は、５ｎｍ未満の公差で制御されることが望ましい。前述したように、画像座標系とマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の空間座標系との間の変換ファクタを用いて、所望の位置揃え座標の決定のたすけとしてもよい。
【００５５】
次に、マイクロ加工レーザを用いてマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面を加工して、既存の要素上に１つ以上の所望の微細要素を形成し（ステップ５１０）、マイクロ構造デバイスを完成する。プローブチップ２１０がＮＳＯＭによって所望の位置に位置揃えされれば、レーザ源１００を用いてレーザ光パルスを生成する。レーザ源１００によって生成される初期レーザ光パルスから、高調波生成結晶を用いてより短いピーク波長を有するレーザ光パルスを生成し得る。さらに、アッテネータをレーザ源１００に含めることにより、レーザ光パルスのフルエンスを制御し、所定の近接場加工フルエンスを有するレーザ光パルスを生成してもよい。偏光制御器は、パルスの偏光を実質的に円であるように調整する。得られるレーザ光パルスをＮＳＯＭプローブ１１０中に結合する。
【００５６】
図２に示すように、プローブチップ２１０とマイクロ構造プリフォーム１１２の表面との間の距離がステップ５０８において所望の加工距離に設定され、ステップ５１０においてＮＳＯＭプローブ１１０中に結合されれば、これらのレーザ光パルスの近接場モード部分２０６を、ＮＳＯＭプローブのプローブチップ２１０を介して伝達し、マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面の近接場照射エリア２０８上に消失的に結合する。この結果、近接場照射エリア２０８が近接場モード部分２０６によってレーザ加工される。近接場照射エリア２０８は望ましくは、プローブチップ２１０の形状およびサイズを模倣しており、プローブチップ２１０の水平位置に対応している。図２を参照して上述したように、プローブチップ２１０は望ましくは楕円形の断面形状を有し、かつレーザ光パルスのピーク波長の二乗未満のチップエリアを有する。ステップ５１０における近接場照射エリア２０８のレーザ加工は、近接場照射エリアにおいてマイクロ構造デバイスプリフォームのワークピース材料をアブレーションすること、近接場照射エリアにおいてマイクロ構造デバイスプリフォームの表面に堆積材料をレーザ補助化学蒸着すること、近接場照射エリアにおいてマイクロ構造デバイスプリフォームの表面のフォトレジストを露光すること、近接場照射エリアにおいてマイクロ構造デバイスプリフォームのワークピース材料の屈折率を変更すること、近接場照射エリアにおいてマイクロ構造デバイスプリフォームのワークピース材料の格子構造を変更すること、および近接場照射エリアにおいてマイクロ構造デバイスプリフォームのワークピース材料の化学組成を変更することを含む。
【００５７】
微細要素のすべてが加工されれば、微細要素のレーザ加工は完了し、完成されたマイクロ構造デバイスを、ＮＳＯＭから除去し得る。もしまだであれば、本方法例はステップ５０８に戻ってループし、プローブチップ２１０を移動させ、微細要素のうちまだ加工されるべき部分に対応する、マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の表面の加工されていない部分に位置揃えされる。これは、ＮＳＯＭプローブ１１０またはマイクロ構造デバイスプリフォーム１１２のいずれかを移動させることにより行い得る。これを微細要素が完全に加工されるまで続ける。このように、この移動は、微細要素に対応して、マイクロ構造デバイスプリフォームの上面の全領域にわたってプローブチップをスキャンさせる。望ましくは微細要素のレーザ加工中を通じて、プローブチップ２１０と上面との間に上記加工距離が維持される。
【００５８】
レーザ源１００がレーザ光パルスを生成するためのレーザ発振器およびパルスの出射を制御するためのシャッタを有する場合には、既存の要素を含んだマイクロ構造プリフォーム１１２の表面のより大きな部分上を、プローブチップ２１０はスキャンされ得る。微細要素が形成されるべき領域上をプローブチップ１０がスキャンしているときにシャッタを開けることにより、微細要素のレーザ加工を許可し、上面の他の領域上をプローブチップがスキャンしているときにはシャッタを閉じることにより、マイクロ構造デバイスプリフォーム１１２の上面のこれらの他のスキャンされた領域が、不用意にレーザ加工されてしまうことを防ぐ。
【００５９】
なお、製造されるべきマイクロ構造デバイスがマイクロメカニカルオシレータである場合、既存の要素上の微細要素を加工することにより、マイクロメカニカルオシレータの共鳴スペクトルをチューニングし得ることに留意されたい。この場合、望ましくは加工前にマイクロメカニカルオシレータを作動させ、マイクロメカニカルオシレータの初期共鳴スペクトルを決定し得る。この初期共鳴スペクトルを所望の共鳴スペクトルに対して比較することにより、既存の要素上の微細要素のための所望の形状を決定し、マイクロメカニカルオシレータの共鳴スペクトルをチューニングする。同様に、製造されるべきマイクロ構造デバイスがフォトニック結晶である場合には、図６に示すように、フォトニック結晶の規則的パターン中に微細要素、すなわち欠陥６０４を加工することによって、その透過スペクトルをチューニングすることができる。フォトニック結晶の透過スペクトルを決定し、所望の透過スペクトルに対して比較する。そして欠陥の所望の形状および位置を決定する。
【００６０】
図７は、ＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、各マイクロ構造が所定のカスタム化要素の集合のうち少なくとも１つを有するように、複数のマイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法例を示す。ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有するＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムは、図１のシステム例と同様であり得る。この方法例のステップの多くは図５の方法例と同様であり、図５を参照して上述したのと同様に実行され得る。
【００６１】
いくつかのマイクロ構造プリフォームを用意する（ステップ７００）。各マイクロ構造プリフォームは、その上面に既存の要素を有する。カスタマイズされるマイクロ構造は、いくつかの異なるマイクロ構造を含み得る。例えば、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、およびマイクロメカニカルオシレータである。
【００６２】
所定のカスタム化要素の集合中の、上面の既存の要素上に加工されるべき少なくとも１つのカスタム化要素とともに、マイクロ構造プリフォームのうち１つをカスタマイゼーションのために選択する（ステップ７０２）。選択されたマイクロ構造プリフォームを、ＮＳＯＭに装着する（ステップ７０４）。図５の方法例と同様に、ＮＳＯＭを用いて、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面のある部分のプロファイルを採ることにより、被選択部分の地形イメージを生成する（ステップ７０６）。上面のこの部分は、得られた地形イメージが既存の要素の表現を含むように選択される。
【００６３】
地形イメージに基づいて、ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面のプロファイルを採った部分に対して定義する（ステップ７０８）。画像座標系において、基準点の座標および加工されるべき選択されたマイクロ構造プリフォームの既存の要素の向きを、地形イメージを用いて決定する（ステップ７１０）。
【００６４】
次に、ステップ７１０で決定した基準点の座標および既存の要素の向きを用いて、ＮＳＯＭのプローブチップを、選択されたマイクロ構造プリフォームの既存の要素のある部分上に位置揃えする（ステップ７１２）。そして選択されたマイクロ構造プリフォームの上面をマイクロ加工レーザによって加工し（ステップ７１４）、ステップ７０２において選択されたカスタム化要素（単数または複数）を形成する。これにより、図５の方法例におけるように完成されたマイクロ構造が得られる（この場合の例においてはマイクロ構造がカスタマイズされる）。
【００６５】
用意された数のマイクロ構造プリフォームがすべてカスタマイズされたかどうかを決定する（ステップ７１６）。もしすべてカスタマイズされていれば、大量カスタマイゼーションは完了する（ステップ７１８）。もしまだであれば、新しいマイクロ構造プリフォームおよびその対応するカスタム化要素（単数または複数）を選択し（ステップ７０２）、ステップ７００で用意したすべてのマイクロ構造プリフォームがカスタマイズされるまで、新しく選択されたマイクロ構造プリフォームについてステップ７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、および７１６を繰り返す。
【００６６】
図８は、例えば図１のシステム例などの、ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを含むＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムによって、マイクロ構造を補修する方法例を示す。上面上に欠陥を有する補修されるべきマイクロ構造は、以下のようないくつかのマイクロ構造のうち任意のいずれかを含み得る。すなわち、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、およびマイクロメカニカルオシレータである。図８の方法例を用いて補修され得る一般的な欠陥の１つは、マイクロ回路を含むマイクロ構造デバイスにおける短絡である。
【００６７】
図７の方法例と同様に、図８の方法例は、図５の方法例を参照して詳細に上述した多くのステップを含む。
【００６８】
欠陥を有するマイクロ構造をＮＳＯＭに装着する（ステップ８００）。ＮＳＯＭを用いて、欠陥を有するマイクロ構造の上面のある部分のプロファイルを採ることにより、上面のこの部分の地形イメージを生成する（ステップ８０２）。上面のこの部分は望ましくは、地形イメージが欠陥の表現を含むように選択され得る。なお、欠陥の位置は前もってわかってはいないが、マイクロ構造中の多くの欠陥がＮＳＯＭ地形イメージから識別され得ることに留意されたい。図６は、地形イメージのこの能力を示している。地形イメージ例６００は、容易に識別され得る欠陥６０４を含んでいる。欠陥の位置が前もってわかっていない場合には、上面の被選択部分は望ましくは上面のほとんどあるいは全部を含んでいることにより、本手順例のステップにおいて欠陥の識別が可能になる。
【００６９】
地形イメージに基づいて、ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、欠陥を有するマイクロ構造の上面のプロファイルを採った部分に対して定義し（ステップ８０４）、地形イメージを用いて、欠陥を有するマイクロ構造の上面の欠陥の画像座標系における座標を決定する（ステップ８０６）。ステップ８０６で決定した欠陥の座標を用いて、ＮＳＯＭのプローブチップを、欠陥を有するマイクロ構造の欠陥のある部分上に位置揃えし（ステップ８０８）、欠陥を有するマイクロ構造の上面をマイクロ加工レーザ加工することにより（ステップ８１０）、欠陥を有するマイクロ構造の欠陥を補修する。
【００７０】
図９は、図１のシステム例のような、ＮＳＯＭおよびマイクロ加工レーザを有するＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いて、マイクロ構造デバイスの表面上に所定の要素をレーザ加工する方法例を示すフローチャートである。この方法例を用いて、周囲雰囲気において、マイクロ構造デバイスプリフォームをマイクロ加工システムから除去することなしに、加工中においてプリフォーム表面のプロファイルを採ることにより、ユーザがレーザ加工プロセスの進行を正確に監視することが可能になると言う利点を、ＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムは達成し得る。図７および８の方法例と同様に、図９の方法例は、図５の方法例を参照して詳細に上述した多くのステップを含む。
【００７１】
マイクロ構造デバイスプリフォームの表面をレーザ加工することにより、暫定要素を形成する（ステップ９００）。このステップは任意のレーザマイクロ加工システムを用いて行い得るが、本方法例の残りのステップにおいて用いられるＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムを用いてこのステップを行うことが望ましい。ＮＳＯＭによってマイクロ構造デバイスプリフォームの表面のある部分のプロファイルを採ることにより、表面のこの部分の地形イメージを生成する（ステップ９０２）。この表面の部分は、地形イメージが暫定要素の表現を含むように選択される。
【００７２】
地形イメージにおける暫定要素の表現を、所定の要素表現に対して比較する（ステップ９０４）。このステップは望ましくは、図５、７および８の方法例におけるように、地形イメージに基づいて、ＮＳＯＭの設定にしたがった画像座標系を、マイクロ構造デバイスプリフォームの表面のプロファイルを採った部分に対して定義することを包含し得る。そして画像座標系において、基準点の座標および暫定要素の向きを、地形イメージを用いて決定し得る。表現どうしの比較を簡単にするために、基準点の座標および暫定要素の向きを用いて、所定の要素表現を画像座標系に変換し得る。そして暫定要素の表現を、画像座標系における変換された所定の要素表現に対して比較し得る。あるいは、地形イメージを所定の要素表現の座標系に変換してもよいが、これは、得られる加工改変がＮＳＯＭレーザマイクロ加工システムによって用いられる前に、さらなる変換をともなうことになり得る。
【００７３】
ステップ９０４の比較に基づいて、暫定要素から所定の要素を形成するために必要な、暫定要素の加工改変を決定する（ステップ９０６）。また、暫定要素と所定の要素との表現が合致するかを決定する（ステップ９０８）。もしそうであれば、所定の要素のレーザ加工は完了する（ステップ９１０）。そうでなければ、マイクロ構造デバイスプリフォームの表面を再びレーザ加工し、ステップ９０６で決定した加工改変に基づいて暫定要素を改変し（ステップ９１２）、そして暫定要素の表現が所定の要素表現に実質的に合致するまでステップ９０２、９０４、９０６、９０８および９１２を繰り返す。
【００７４】
なお、図９の方法例は、マイクロ構造デバイスプリフォームのデバイス材料をアブレーションすること、あるいは堆積材料をマイクロ構造デバイスプリフォームの表面にＬＣＶＤすることのいずれかによる、要素のレーザ加工に特に適していることに留意されたい。これらの場合例のいずれにおいても、ステップ９０６は、自身の表現における表面高が、所定の要素表現における対応する表面高とは異なるような、暫定要素の領域の識別を望ましくは包含する。次にこれらの領域の各々における表面間の差を決定する。アブレーションされた要素については、識別された領域において、暫定要素の表現における表面高と、所定の要素表現における対応する表面高との差を決定する。堆積された要素については、識別された領域において、所定の要素表現における対応する表面高と、暫定要素の表現における表面高との差を決定する。こうすれば、加工改変は、マイクロ構造デバイスプリフォームの表面からアブレーションされるあるいはマイクロ構造デバイスプリフォームの表面上に堆積される（どちらか適切なほう）べきである、これらの差に等しい材料の量である。
【００７５】
本発明は、近接場放射を用いて、マイクロ構造プリフォームの表面をレーザ加工することにより、マイクロ構造を製造、カスタマイズおよび補修する方法例を包含する。これらの方法例を使用することにより、周囲雰囲気条件において、大きく簡素化されかつ高精度なマイクロ加工が可能になる。このような技術は、マイクロ構造およびナノテクノロジーを、より一般に使用されるよう導くたすけとなり得る。本発明を特定の実施形態について図示および説明したが、本発明は示された詳細に限定されるものではない。むしろ、請求項の均等物の範疇・範囲内において、本発明から逸脱することなく、詳細について改変をなし得る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の方法例の任意のいずれかを行うために用い得る、ＮＳＯＭレーザマイクロ加工システム例のブロック図である。
【図２】図１のシステム例に含まれ得るＮＳＯＭプローブ例の、ＮＳＯＭプローブ例の直径に沿って破断した側破断図である。
【図３】図１のシステム例に含み得るＮＳＯＭプローブ例、プローブホルダ、およびプローブ位置監視構成の側面図である。
【図４】図１のシステム例に含まれ得る別のＮＳＯＭプローブ例、プローブホルダ、およびプローブ位置監視構成の側面図である。
【図５】本発明による、マイクロ構造デバイスプリフォームの既存の要素上に微細要素をレーザ加工する方法例を示すフローチャートである。
【図６】図５、７または８の方法例の任意のいずれかにおいて生成される表面の地形イメージ例である。
【図７】本発明による、複数のマイクロ構造プリフォームを大量カスタマイゼーションする方法例を示すフローチャートである。
【図８】本発明による、欠陥を有するマイクロ構造上の欠陥を補修する方法例を示す、フローチャートである。
【図９】本発明による、マイクロ構造デバイスプリフォーム上に所定の要素をレーザ加工する方法例を示すフローチャートである。
【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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【国際調査報告】
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