(57)【要約】【課題】高いスループットを確保しながら微細パターンを形成することを可能とする技術を提供すること。【解決手段】被加工物(2)にレーザービーム(LB)を照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、（ａ）第１の方向に長いビーム断面形状を有するパルス状のレーザービームを生成すること、（ｂ）第１の方向と平行方向にレーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、（ｃ）レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲(101)と第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲(102)とが部分的に重畳するようにレーザービームのパルスの繰り返し周波数と速度Ｖとを相対的に設定して、被加工物に対して照射すること、を含む微細構造体の製造方法である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物にレーザービームを照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、
（ａ）第１の方向に長いビーム断面形状を有するパルス状のレーザービームを生成すること、
（ｂ）前記第１の方向と平行方向に前記レーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、
（ｃ）前記レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲と前記第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲とが部分的に重畳するように前記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と前記速度Ｖとを相対的に設定して、前記被加工物に対して照射すること、
を含む、微細構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ステップ（ａ）における前記レーザービームの空間強度分布がほぼ平坦であること、
を更に含む、微細構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記レーザービームは、直線偏光であり、
前記ステップ（ｂ）は、前記レーザービームの偏光方位と、前記レーザービーム又は前記被加工物の移動方向と、を平行にする、
微細構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記レーザービームは、直線偏光であり、
前記ステップ（ｂ）は、前記レーザービームの偏光方位と、前記レーザービーム又は前記被加工物の移動方向と、を直交させる、
微細構造体の製造方法。
【請求項５】
被加工物にレーザービームを照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、
（ａ）直線偏光のパルス状のレーザービームを生成すること、
（ｂ）前記レーザービームの偏光方位と平行方向に前記レーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、
（ｃ）前記レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲と前記第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲とが部分的に重畳するように前記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と前記速度Ｖとを相対的に設定して、前記被加工物に対して照射すること、
を含む、微細構造体の製造方法。
【請求項６】
被加工物にレーザービームを照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、
（ａ）直線偏光のパルス状のレーザービームを生成すること、
（ｂ）前記レーザービームの偏光方位と直交方向に前記レーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、
（ｃ）前記レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲と前記第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲とが部分的に重畳するように前記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と前記速度Ｖとを相対的に設定して、前記被加工物に対して照射すること、
を含む、微細構造体の製造方法。
【請求項７】
パルス状のレーザービームを出射するビーム発生部と、
前記レーザービームのビーム断面形状を第１の方向に長い形状に整形する第１のビーム整形部と、
前記第１の方向と平行方向に前記第１のビーム整形部又は被加工物を速度Ｖで移動させる移動部と、
第１の照射機会における前記レーザービームの照射範囲と前記第１の照射機会より後の第２の照射機会における前記レーザービームの照射範囲とが部分的に重畳するように、前記光源の前記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と前記速度Ｖとを相対的に設定する制御部と、
を含む、レーザー加工装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記レーザービームの空間強度分布をほぼ平坦に整形する第２のビーム整形部を更に含む、
レーザー加工装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記レーザービームは、直線偏光であり、
前記レーザービームの偏光方位を前記第１の方向と平行方向又は直交方向のいずれかに調整する偏光方位調整部を更に含む、
レーザー加工装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記第１のビーム整形部は、回折光学素子を含む、
レーザー加工装置。
【請求項１１】
請求項７において、
前記第１のビーム整形部は、アナモルフィック集光レンズを含む、
レーザー加工装置。
【請求項１２】
請求項７において、
前記第１のビーム整形部は、開口を有するマスク及び結像レンズを含む、
レーザー加工装置。
【請求項１３】
直線偏光のパルス状のレーザービームを生成するビーム発生部と、
前記レーザービームの偏光方位と平行方向又は直交方向のいずれかに前記ビーム発生部又は被加工物を速度Ｖで移動させる移動部と、
第１の照射機会における前記レーザービームの照射範囲と前記第１の照射機会より後の第２の照射機会における前記レーザービームの照射範囲とが部分的に重畳するように、前記光源の前記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と前記速度Ｖとを相対的に設定する制御部と、
を含む、レーザー加工装置。
【請求項１４】
直線偏光のパルス状のレーザービームを生成するビーム発生部と、
前記ビーム発生部又は被加工物を一方向へ速度Ｖで連続的に移動させる移動部と、
前記レーザービームの偏光方位を前記レーザービーム又は前記被加工物の移動方向と平行方向又は直交方向のいずれかに調整する偏光方位調整部と、
第１の照射機会における前記レーザービームの照射範囲と前記第１の照射機会より後の第２の照射機会における前記レーザービームの照射範囲とが部分的に重畳するように、前記光源の前記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と前記速度Ｖとを相対的に設定する制御部と、
を含む、レーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノオーダーの微細パターンをさまざまな素材の凹凸表面に実現するための技術に関する。このような微細パターンは、例えば、偏光分離、位相遅延、反射防止等の光波制御機能を有し、いろいろな光学デバイスや機器へ利用できる。
【背景技術】
【０００２】
超短パルスレーザービームを素材（被加工物）へ照射すると、その表面にナノメートルオーダの微細な凹凸構造が形成されることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、その形成メカニズムには不明な点も多く、工業用途へ広く実用化されるには至っていない。例えば、パルスレーザービームを１発照射するだけでは微細周期構造（ストライプ状の凹凸）は形成されず、少なくとも２発以上のパルスレーザービームを同じ場所へ照射する必要がある。本願発明者が行った実験によれば、集光した超短パルスレーザー（波長８００ｎｍ）を液晶ポリマー基板（厚さ１ｍｍ）の表面へ複数回照射することにより、周期が１００ｎｍ前後の微細構造が形成されることが確認された。明確な微細周期構造を発現させるには、少なくとも数十発〜１００発程度のパルスを照射する必要があった。
【０００３】
上記のようなレーザー誘起微細構造の形成技術を実用化するにあたっては、広い領域へレーザービームを照射しながら素材を移動する必要がある。しかし、同じ場所へ複数回レーザービームを照射するには、素材とレーザービームとの相対的な移動速度を十分に遅くする必要があり、このことが実用性を阻む要因となっている。換言すれば、高い加工スループットを確保しながら、レーザー照射により微細周期構造を形成する技術が求められている。
【０００４】
【非特許文献１】安丸尚樹、外２名、「フェムト秒レーザーによる硬質薄膜表面のナノ構造形成と制御」、レーザー研究、第33巻第8号、pp.519-524 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、高いスループットを確保しながら微細パターンを形成することを可能とする技術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】
【０００６】
本発明に係る微細構造体の製造方法は、被加工物にレーザービームを照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、
（ａ）第１の方向に長いビーム断面形状を有するパルス状のレーザービームを生成すること、
（ｂ）上記第１の方向と平行方向に上記レーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、
（ｃ）上記レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲と上記第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲とが部分的に重畳するように上記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と上記速度Ｖとを相対的に設定して、上記被加工物に対して照射すること、
を含む。
【０００７】
上記方法によれば、一方向に長いビーム断面形状のレーザービームを用いて、被加工物を連続的に移動させながら被加工物の表面に複数回に渡って重畳的にレーザービームを照射することにより、従来技術に比べて高い加工スループットで微細な周期構造を有する微細構造体を製造することが可能となる。
【０００８】
好ましくは、上記ステップ（ａ）における上記レーザービームの空間強度分布がほぼ平坦であること、を更に含む。
【０００９】
これにより、製造される微細構造のより一層の均質化を図ることができる。
【００１０】
好ましくは、
上記レーザービームは、直線偏光であり、
上記ステップ（ｂ）は、上記レーザービームの偏光方位と、上記レーザービーム又は上記被加工物の移動方向と、を平行にし若しくは直交させる。
【００１１】
これにより、被加工物として採用した素材に応じて、レーザービームの偏光方位と平行方向又は直交方向のいずれかに溝方向が連なる微細構造体を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る微細構造体の製造方法は、被加工物にレーザービームを照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、
（ａ）直線偏光のパルス状のレーザービームを生成すること、
（ｂ）上記レーザービームの偏光方位と平行方向に上記レーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、
（ｃ）上記レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲と上記第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲とが部分的に重畳するように上記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と上記速度Ｖとを相対的に設定して、上記被加工物に対して照射すること、
を含む。
【００１３】
本発明に係る微細構造体の製造方法は、被加工物にレーザービームを照射することにより微細な周期構造を有する微細構造体を製造する方法であって、
（ａ）直線偏光のパルス状のレーザービームを生成すること、
（ｂ）上記レーザービームの偏光方位と直交方向に上記レーザービーム又は被加工物を速度Ｖで移動させること、
（ｃ）上記レーザービームを、第１の照射機会における照射範囲と上記第１の照射機会より後の第２の照射機会における照射範囲とが部分的に重畳するように上記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と上記速度Ｖとを相対的に設定して、上記被加工物に対して照射すること、
を含む。
【００１４】
上記方法によれば、レーザービームの偏光方位と、このレーザービームと被加工物との相対的な移動方向とを平行又は直交に設定し、被加工物又はレーザービームを連続的に移動させながら被加工物の表面に複数回に渡って重畳的にレーザービームを照射することにより、高い加工スループットで微細な周期構造を有する微細構造体を製造することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るレーザー加工装置は、
パルス状のレーザービームを出射するビーム発生部と、
上記レーザービームのビーム断面形状を第１の方向に長い形状に整形する第１のビーム整形部と、
上記第１の方向と平行方向に上記第１のビーム整形部又は被加工物を速度Ｖで移動させる移動部と、
第１の照射機会における上記レーザービームの照射範囲と上記第１の照射機会より後の第２の照射機会における上記レーザービームの照射範囲とが部分的に重畳するように、上記光源の上記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と上記速度Ｖとを相対的に設定する制御部と、
を含む。
【００１６】
この構成によれば、上記した本発明に係る微細構造体の製造方法の実施に適したレーザー加工装置が得られる。
【００１７】
好ましくは、上記レーザービームの空間強度分布をほぼ平坦に整形する第２のビーム整形部を更に含む。
【００１８】
これにより、製造される微細構造のより一層の均質化を図ることができる。
【００１９】
好ましくは、
上記レーザービームは、直線偏光であり、
上記レーザービームの偏光方位を上記第１の方向と平行方向又は直交方向のいずれかに調整する偏光方位調整部を更に含む。
【００２０】
これにより、被加工物として採用した素材に応じて、レーザービームの偏光方位と平行方向又は直交方向のいずれかに溝方向が連なる微細構造体が得られるように、レーザービームの偏光方位を容易に設定することができる。
【００２１】
上述した第１のビーム整形部としては、例えば回折光学素子、アナモルフィック集光レンズ、開口を有するマスク及び結合レンズ、のいずれかを採用することが好ましい。
【００２２】
これらのいずれかによれば、比較的簡素な構成により、一方向に長いビーム断面形状を有するレーザービームを生成することができる。
【００２３】
本発明に係るレーザー加工装置は、
直線偏光のパルス状のレーザービームを生成するビーム発生部と、
上記レーザービームの偏光方位と平行方向又は直交方向のいずれかに上記ビーム発生部又は被加工物を速度Ｖで移動させる移動部と、
第１の照射機会における上記レーザービームの照射範囲と上記第１の照射機会より後の第２の照射機会における上記レーザービームの照射範囲とが部分的に重畳するように、上記光源の上記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と上記速度Ｖとを相対的に設定する制御部と、
を含む。
【００２４】
本発明に係るレーザー加工装置は、
直線偏光のパルス状のレーザービームを生成するビーム発生部と、
上記ビーム発生部又は被加工物を一方向へ速度Ｖで移動させる移動部と、
上記レーザービームの偏光方位を上記レーザービーム又は上記被加工物の移動方向と平行方向又は直交方向のいずれかに調整する偏光方位調整部と、
第１の照射機会における上記レーザービームの照射範囲と上記第１の照射機会より後の第２の照射機会における上記レーザービームの照射範囲とが部分的に重畳するように、上記光源の上記レーザービームのパルスの繰り返し周波数と上記速度Ｖとを相対的に設定する制御部と、
を含む。
【００２５】
これらの構成によれば、上記した本発明に係る微細構造体の製造方法の実施に適したレーザー加工装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の態様について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、一実施形態のレーザー加工装置の構成を示すブロック図である。レーザー加工装置１は、光源（レーザー発振器）１０、ミラー１２、１／２波長板１４、回折光学素子１６、ステージ１８、制御部２０、を含んで構成されている。図示のように、このレーザー加工装置１を用いて、被加工物２（例えば、厚さ１ｍｍの液晶ポリマー基板）に対してパルス状のレーザービームを照射することにより、微細な周期構造を有する微細構造体を被加工物２の表面に製造することができる。
【００２８】
光源１０は、超短い周期のパルス状のレーザービームＬＢを出射する。本実施形態の光源１０は、波長が８００ｎｍ、パルス幅が１００フェムト秒、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚのパルスレーザービームを出力するレーザー発振器である。レーザービームの出力状態は制御部２０から供給される制御信号に基づいて制御される。なお、これらの数値は一例であり、これに限定されるものではない。この光源１０から出射されるレーザービームＬＢは、ビーム断面形状が円形であり、空間強度分布がガウシアン分布であり、かつ、偏光状態が直線偏光である。光源１０から出射したレーザービームＬＢは、その光路上に配置されたミラー１２によって反射される。本実施形態では、この光源１０が本発明に係る「ビーム発生部」に相当する。なお、光源からの出射光が偏光していない、或いは偏光の度合いが低い場合等においては、光源と偏光素子とを組み合わせても本発明に係る「ビーム発生部」を構成してもよい。
【００２９】
１／２波長板１４は、ミラー１２によって反射されたレーザービームＬＢの光路上に配置されており、レーザービームＬＢの偏光方位を任意の方向に調整する。具体的には、１／２波長板１４には図示しないアクチュエータ（駆動機構）が取り付けられており、このアクチュエータが制御部２０からの制御信号に基づいて１／２波長板１４を回転させる。これにより、１／２波長板１４の光学軸とレーザービームＬＢの偏光方位との関係が適宜設定され、レーザービームＬＢの偏光方位を自在に調整することができる。本実施形態では、この１／２波長板１４が本発明に係る「偏光方位調整部」に相当する。
【００３０】
回折光学素子１６は、ミラー１２によって反射されたレーザービームＬＢの光路上であって１／２波長板１４の後段に配置されており、レーザービームＬＢのビーム形状および空間強度分布を整形する。具体的には、図２に示すように本実施形態の回折光学素子１６は、レーザービームＬＢのビーム断面形状を円形（図２（ａ））からライン状（図２（ｂ））へ整形する。すなわち、回折光学素子１６を用いることにより、一方向（第１の方向）に長い楕円状のビーム断面形状を有するレーザービームが生成される。なお、ビーム断面形状は楕円状に限定されるものではなく、他にも長方形状等、一方向に引き延ばされたもの（ライン状）であれば如何なる形状でもよい。また、図３に示すように本実施形態の回折光学素子１６は、レーザービームＬＢの空間強度分布をガウシアン分布（図３（ａ））から平坦分布（図３（ｂ））へ整形する。本実施形態の回折光学素子１６は、例えば、石英基板にフォトリソグラフィ等の手段により微細な形状加工を施すことによって得られる。具体的には、ガウシアン強度分布を有する円形ビームを垂直入射させた場合に、その空間強度分布を平坦にし、かつ、その形状をライン状へ整形するように、回折光学素子の構造、形状、深さが適宜設計される。このような回折光学素子１６の設計技術は、例えば、公知文献「N.C.Roberts: Beam shaping by holographic filters, Appl. Opt., 28 (1989) 31.」に詳細な情報が開示されており、当業者によく知られている。本実施形態では、この回折光学素子１６が本発明に係る「第１のビーム整形部」及び「第２のビーム整形部」に相当する。このような回折光学素子１６を用いて１本のレーザービームをライン状に整形しているので、同じだけの加工スループットを確保するために複数のレーザー光源を設置する場合と比べて装置コストを大幅に低減することができる。したがって、製造ラインへの実用化が容易になる。
【００３１】
なお、上記構成における１／２波長板１４と回折光学素子１６との配置順を入れ替え、１／２波長板１４を回折光学素子１６の後段に配置してもよい。その場合には、回折光学素子１６によって一方向に引き延ばされたレーザービーム全体が１／２波長板１４の有効エリアに収まるようにする。
【００３２】
ステージ１８は、被加工物２を支持し、制御部２０から供給される制御信号に基づいて、被加工物２を任意の速度Ｖで任意の方向へ移動させる。ステージ１８は、例えばレーザービームＬＢの光路と直交する平坦面を有し、この平坦面上に被加工物２を載置可能に構成されている。その際、例えば真空吸着等の手段により、当該平坦面上に被加工物２が固定される。上記の整形されたレーザービームＬＢを適当な条件（偏光、強度）でステージ１８上の被加工物２へ照射すると、その表面に微細周期構造が形成される。レーザービームＬＢの照射条件に関し、照射強度は加工閾値よりも少し高いくらいが望ましい。上記のようにレーザービームＬＢの空間強度分布を平坦にすることで、ビーム照射領域のほぼ全域において、安定に微細周期構造を形成することが可能となる。この微細周期構造の周期は、被加工物２として如何なる素材を採用するかにもよるが、一般にレーザー波長（８００ｎｍ）よりも短く、例えば１００ｎｍ程度である。本実施形態では、このステージ１８が本発明に係る「移動部」に相当する。
【００３３】
ここで、被加工物２の表面に現れる微細周期構造の溝方向とレーザービームＬＢの偏光方位との関係について図４を用いて説明する。図４は、被加工物２を平面的に示した模式図である。被加工物２として液晶ポリマーやポリスチレン等の高分子素材を選択した場合に、レーザービームの照射によって被加工物２の表面に現れる微細周期構造の溝方向は、レーザービームの偏光方位と直交することが経験的に知られている。したがって、隣接する加工痕の中の微細構造が互いに連なるようにするためには、被加工物２へ照射するレーザービームの偏光方位を、被加工物２の相対的な移動方向と直交するように定める必要がある（図４（ａ））。なお、被加工物２の表面に現れる微細周期構造の溝方向がレーザービームの偏光方位と平行な場合には、パルスビームの偏光方位を移動方向と平行に定める（図４（ｂ））。このような被加工物２としては、例えばニッケル等の金属が経験的に知られている。上記のように、レーザービームの偏光方位の制御は１／２波長板１４の配置を制御することによって実現される。なお、このようなレーザービームの偏光方位と微細周期構造の溝方向との関係性について着目する場合において、上述したレーザービームのビーム断面形状（一方向に長い形状）及び／又はレーザービームの空間強度分布（ほぼ平坦な分布）は必須の要件ではない。
【００３４】
次に、上述したようにして生成された第１の方向に長いビーム断面形状を有するレーザービーム（整形ビーム）を被加工物２に照射する方法について詳細に説明する。本実施形態では、ステージ１８により被加工物２を一方向（第１の方向と平行方向）へ一定の速度Ｖで連続的に移動させながら複数発のパルス状のレーザービームを照射する。なお、被加工物２とレーザービームとの位置関係は相対的なものであるから、被加工物２を固定しておき、レーザービームを連続的に移動させるようにしてもよい。
【００３５】
図５に示すように、被加工物２の移動方向（第１の方向と平行方向）におけるレーザービームのビーム長さをＬ、レーザービームのパルスの繰り返し周波数をｆとすると、被加工物２を相対的に移動させる際の移動速度Ｖは以下の式（１）のように定められる。
Ｖ≦Ｌ×ｆ／Ｎ    ・・・（１）
ここで、Ｎは微細周期構造が形成されるために要するパルス照射数であり、例えばＮ＝５０〜２００程度の値である。この式（１）を満足するように繰り返し周波数ｆと速度Ｖとを相対的に設定して、被加工物２を連続的に移動させながらパルス状のレーザービームを順次照射する。それにより、第１の照射機会における照射範囲１０１とそれより後の第２の照射機会における照射範囲１０２とが部分的に重畳するようにして、パルス状のレーザービームを被加工物２へ順次照射することができる。繰り返し周波数ｆと速度Ｖの各々は、制御部２０が光源１０及びステージ１８のそれぞれに制御信号を供給することによって設定される。
【００３６】
上記の式（１）で定められた速さＶで被加工物２を移動させながら、その表面にライン状のレーザービームを照射した場合、表面の１点にあたるパルスの数ｎは以下の式で与えられる。
ｎ＝Ｌ・ｆ／Ｖ    ・・・（２）
ただし、式中の文字が表すものは上記の式（１）の場合と同じである。例えば、ｆ＝１０００Ｈｚ、Ｖ＝１００ｍｍ／秒の場合、Ｌ＝１０ｍｍに対してｎ＝１００，Ｌ＝５ｍｍに対してｎ＝５０となる。なお、この数値は一例であり、微細周期構造が現れるための所要パルス数は被加工物２の素材ならびにレーザー条件（パルス幅、パルス繰り返し周波数）により左右されるため、その点を考慮してビームの長さＬを決めることができる。
【００３７】
図６は、上記の式（１）の関係を示すグラフである。被加工物２の移動方向（すなわち第１の方向）のビーム長さＬは、比較例としての円形のビーム断面形状の場合が１００μｍ、本実施形態にかかるライン状のビーム断面形状の場合が１０ｍｍである。また、所要のパルス数をＮ＝１００としている。例えば、パルス繰り返し周波数ｆが１０００Ｈｚであるとした場合（図６中の矢印参照）、比較例の円形断面のレーザービームの場合の移動速度はＶ≦１００ｍｍ／秒、本実施形態にかかるライン状断面のレーザービームの場合の移動速度はＶ≦１ｍｍ／秒となる。すなわち、レーザービームのビーム断面形状をライン状に整形することにより、被加工物２の移動速度を１００倍に高めることができる。したがって、加工時のスループットを１００倍に高めることができる。
【００３８】
以上のようにして被加工物２にレーザービームを照射することにより、被加工物２の表面に周期的な微細凹凸構造を発現させることができる。すなわち、表面に微細な凹凸構造を有する微細構造体を得ることができる。このようないわゆるナノパターンは、例えば、位相差板として応用することができる。また、液晶分子を配向させるための基板としても応用できる。また、図７に示すように、レーザービーム照射によって製造した微細構造体を成形型２００として用い（図７（ａ））、インプリント等の手法により、透明樹脂から成るナノパターン２０１（図７（ｂ））を生産することもできる。このような透明樹脂から成るナノパターンは、例えば、位相差板として応用することができる。また、液晶分子を配向させるための基板としても応用できる。
【００３９】
次に、レーザー加工装置の他の構成例について説明する。
【００４０】
図８は、レーザー加工装置の他の構成例を説明するブロック図である。図８に示すレーザー加工装置１ａは、基本的に上記した図１に示した態様のレーザー加工装置１と同様の構成を有する。両者に共通する構成については同符号が用いられており、それらについては説明を省略する。図８に示す構成例のレーザー加工装置１ａは、上記のレーザー加工装置１と比べ、ビーム整形を行なう手段としての回折光学素子１６がアナモルフィック集光レンズ２２に置き換えられた点が異なっている。このアナモルフィック集光レンズ２２は、直交する２方向において集光距離が大きく異なる。この作用により、レーザービームを一方向に長いライン状のビーム断面形状に整形することができる。アナモルフィック集光レンズ２２の直交する２方向における集光距離を適宜選択することにより、所要の長さＬを有するライン状のレーザービームを生成することができる。この図８に示す実施形態においては、アナモルフィック集光レンズ２２が本発明に係る「第１のビーム整形部」に相当する。
【００４１】
図９は、レーザー加工装置の他の構成例を説明するブロック図である。図９に示すレーザー加工装置１ｂは、基本的に上記した図１に示した態様のレーザー加工装置１と同様の構成を有する。両者に共通する構成については同符号が用いられており、それらについては説明を省略する。図９に示す構成例のレーザー加工装置１ｂは、上記のレーザー加工装置１と比べ、ビーム整形を行なう手段としての回折光学素子１６がマスク２４及び結像光学系（結像レンズ）２６に置き換えられた点が異なっている。このマスク２４は、スリット状の開口部を有しており、この開口部におけるビーム強度分布が結像光学系２６により被加工物２の表面に結像される。これにより、レーザービームを一方向に長いライン状のビーム断面形状に整形することができる。マスク２４の開口部の長さと結像光学系２６の倍率とを適宜選択することにより、所要の長さＬを有するライン状のビーム断面形状を有するレーザービームを生成することができる。また、マスク２４へ入射させるレーザービームの径を充分に拡げ、拡大されたレーザービームの中央付近をマスク２４によって切り出すことにより、ほぼ平坦な強度分布を有するレーザービームが得られる。例えば、開口部のスリット長を２ｍｍ、結像倍率を５倍とすれば、長さＬ＝１０ｍｍのライン状のレーザービームを得ることができる。この図９に示す実施形態においては、マスク２４及び結像光学系２６が本発明に係る「第１のビーム整形部」及び「第２のビーム整形部」に相当する。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、被加工物２を連続的に移動させながら露光できるため、高い加工スループットで微細な周期構造を有する微細構造体を製造することが可能となる。これにより、被加工物２の表面の広い領域へ短時間で微細周期構造を直接的に形成することが可能となる。
【００４３】
本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施形態では、具体的としてレーザービームの長さＬが１０ｍｍを用いる場合を説明したが、このレーザービームの長さＬをより長く伸ばすことにより、さらに加工スループットを向上させることができる。また、上記の実施形態では、被加工物として液晶ポリマーを用いた例について述べたが、用途が異なれば、例えば、金属膜やシリコン半導体を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一実施形態のレーザー加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】レーザービームのビーム断面形状を説明する図である。
【図３】レーザービームの空間強度分布を説明する図である。
【図４】被加工物を平面的に示し、微細周期構造の溝方向とレーザービームの偏光方位との関係を説明する図である。
【図５】被加工物を相対的に移動させる際の移動速度Ｖについて説明する図である。
【図６】式（１）の関係を示すグラフである。
【図７】微細構造体を成形型として用いてナノパターンを生産する方法を説明する概略図である。
【図８】レーザー加工装置の他の構成例を説明するブロック図である。
【図９】レーザー加工装置の他の構成例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１ａ、１ｂ…レーザー加工装置、２…被加工物、１０…光源、１２…ミラー、１４…波長板、１６…回折光学素子、１８…ステージ、２０…制御部、２２…アナモルフィック集光レンズ、２４…マスク、２６…結像光学系、１０１、１０２…照射範囲、２００…成形型、２０１…ナノパターン
【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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