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JP4644797B2 - Laser irradiation method and apparatus, fine processing method and apparatus, and thin film forming method and apparatus - Google Patents
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Laser irradiation method and apparatus, fine processing method and apparatus, and thin film forming method and apparatus Download PDF

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Description

本発明は、例えばレーザを利用した固体表面におけるナノレベルの微細加工や固体表面からのナノレベルのイオン放出、固体表面の非破壊的な質量分析等に好適に利用される、レーザ照射方法及び装置、これらを用いた微細加工方法及び装置並びに薄膜形成方法及び装置の技術分野に関する。   The present invention is, for example, a laser irradiation method and apparatus suitably used for nano-level microfabrication on a solid surface using a laser, nano-level ion emission from the solid surface, non-destructive mass analysis of the solid surface, etc. Further, the present invention relates to a technical field of a fine processing method and apparatus using these and a thin film forming method and apparatus.

この種のレーザを用いた微細加工の技術分野では、パルス幅が極短い、「フェムト秒レーザ」を用いた技術開発が進められている。ここに「フェムト秒レーザ」とは、パルス幅が1ピコ秒(ps)以下であるフェムト秒オーダのレーザ或いはレーザパルスをいう。また、レーザを高フルーエンスや低フルーエンスで固体表面に照射することで、該固体表面における微細加工を行う技術も知られている。ここに「フルーエンス」とは、レーザの1パルス当りの出力エネルギを照射断面積で割って求めたエネルギ密度(J/cm)である。 In the technical field of microfabrication using this type of laser, technological development using a “femtosecond laser” with an extremely short pulse width is in progress. Here, “femtosecond laser” refers to a femtosecond laser or a laser pulse having a pulse width of 1 picosecond (ps) or less. In addition, a technique for performing fine processing on a solid surface by irradiating the solid surface with a laser at high fluence or low fluence is also known. Here, the “fluence” is an energy density (J / cm 2 ) obtained by dividing the output energy per one pulse of the laser by the irradiation sectional area.

より具体的には、高フルーエンス領域で、長パルスのレーザや、フェムト秒レーザを含む短パルスのレーザを固体表面に照射することによって、高温に加熱された固体表面から、熱的にイオン放出(或いは、脱離イオン化)を行わせる技術が報告されている(非特許文献1、2、3参照)。   More specifically, in a high fluence region, by irradiating the solid surface with a long pulse laser or a short pulse laser including a femtosecond laser, the ion surface is thermally released from the solid surface heated to a high temperature ( Or the technique which performs desorption ionization is reported (refer nonpatent literature 1, 2, 3).

他方、低フルーエンスでフェムト秒レーザを波長制御(即ち、周波数制御)や偏光制御することによって、穴のサイズや、穴の形状を制御することを特徴とする微細加工方法も提案されている(特許文献1参照)。尚、「低フルーエンス」とは、一般には、相対的にフルーエンスの値が小さいことをいうが、特許文献1では、レーザを材料表面に照射することで材料表面が蒸発する現象が生じるエネルギ密度の最小値(アブレーション閾値)近傍のフルーエンスを示しているとされている。   On the other hand, a microfabrication method characterized by controlling the size and shape of a hole by controlling the wavelength (that is, frequency control) and polarization of a femtosecond laser with a low fluence has been proposed (patented) Reference 1). Note that “low fluence” generally means that the value of the fluence is relatively small. However, in Patent Document 1, the energy density is such that the material surface evaporates by irradiating the surface of the material with a laser. It is assumed that the fluence near the minimum value (ablation threshold) is shown.

P.A.VanRompay et al, “Pulse-contrast effects on energy distributions of C1+ to C4+ ions for high-intensity 100-fs laser-ablation plasmas”, Applied Surface Science 127-129, pp.1023-1028 (1998)P.A.VanRompay et al, “Pulse-contrast effects on energy distributions of C1 + to C4 + ions for high-intensity 100-fs laser-ablation plasmas”, Applied Surface Science 127-129, pp.1023-1028 (1998) S.Amoruso et al, “Thermal and nonethermal ion emission during high-fluence femtosecond laser ablation of metallic targets”, Appl. Phys. Lett. 77, pp.3728-3730 (2000)S. Amoruso et al, “Thermal and nonethermal ion emission during high-fluence femtosecond laser ablation of metallic targets”, Appl. Phys. Lett. 77, pp. 3728-3730 (2000) T.Gotz et al, “Short-pulse UV laser ablation of solid and liquid metals: indium”, Appl. Phys. A64, pp. 539 543 (1997)T. Gotz et al, “Short-pulse UV laser ablation of solid and liquid metals: indium”, Appl. Phys. A64, pp. 539 543 (1997) 特開2003−211400号公報JP 2003-211400 A

しかしながら、非特許文献1から3の技術によれば、利用するレーザは、高フルーエンス領域に限られる。このため、レーザ照射によって、固体表面を溶かするか、或いは、固体表面の組織を熱的に壊すことになる。従って固体表面に当該レーザ照射によって微細加工をしようと考えた場合、特に、原子・分子レベルでの剥離や原子・分子レベルでのイオン化、或いは非破壊的な分析(即ち、原子・分子レベルのみでの破壊による、例えば質量分析等の分析)は、これらの技術によれば、実践上不可能であるという問題点がある。   However, according to the techniques of Non-Patent Documents 1 to 3, the laser used is limited to the high fluence region. For this reason, the solid surface is melted by laser irradiation, or the structure of the solid surface is thermally destroyed. Therefore, when considering microfabrication of a solid surface by laser irradiation, in particular, delamination at the atomic and molecular level, ionization at the atomic and molecular level, or non-destructive analysis (ie, only at the atomic and molecular level). However, according to these techniques, there is a problem that it is impossible in practice.

他方、特許文献1によれば、微細加工のサイズは、「波長と正の相関関係がある」とされており、例えば、剥離深さ或いはアブレーション率等を含めて、微細加工のサイズを変える或いは微細加工のサイズを制御・調整するためには、レーザの波長を変える必要がある。このため、特許文献1によれば、光波長変換器をレーザ光路内に配置するなど、特別な波長制御手段が光学系内に必要となり、装置構成及び制御が複雑化したり、微細加工における自由度に欠けるという技術的問題点がある。更に、このように波長制御を伴う方法では、フェムト秒レーザを用いても原子・分子レベルでの剥離や、原子・分子レベルでのイオン化を行うことは実践上困難であるという技術的問題点もある。   On the other hand, according to Patent Document 1, the size of the microfabrication is “having a positive correlation with the wavelength”. For example, the size of the microfabrication is changed, including the peeling depth or the ablation rate. In order to control and adjust the size of the fine processing, it is necessary to change the wavelength of the laser. For this reason, according to Patent Document 1, special wavelength control means such as arranging an optical wavelength converter in the laser optical path is required in the optical system, and the apparatus configuration and control are complicated, and the degree of freedom in fine processing is increased. There is a technical problem that is lacking. Furthermore, in the method with wavelength control as described above, there is a technical problem that it is practically difficult to perform separation at the atomic / molecular level or ionization at the atomic / molecular level even when using a femtosecond laser. is there.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば固体表面において原子・分子レベルでの剥離や原子・分子レベルでのイオン化(即ち、脱離イオン化)が可能であり、アブレーションによる微細加工、微細なイオン放出、非破壊的な固体表面分析等に好適に利用可能である、レーザ照射方法及び装置、これらを用いた固体表面における微細加工方法及び装置、並びに薄膜形成方法及び装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, it is possible to perform separation at the atomic / molecular level or ionization (that is, desorption ionization) at the atomic / molecular level on the solid surface, and by ablation. Laser irradiation method and apparatus, fine processing method and apparatus on solid surface using these, and thin film forming method and apparatus, which can be suitably used for fine processing, fine ion emission, non-destructive solid surface analysis, etc. The issue is to provide.

本発明の第1のレーザ照射方法は上記課題を解決するために、固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る照射フルーエンスの値を、前記低フルーエンス領域内で設定する設定工程と、前記固体表面に対して前記設定された照射フルーエンスの値で前記フェムト秒レーザを照射する照射工程とを備え、前記設定工程は、前記低フルーエンス領域内として、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定するIn order to solve the above problems, the first laser irradiation method of the present invention irradiates the solid surface by irradiating the solid surface according to a desired peeling depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface. A setting step for setting an irradiation fluence value for the femtosecond laser in the low fluence region causing non-thermal ionization emission on the surface in the low fluence region; and the set irradiation fluence for the solid surface An irradiation step of irradiating the femtosecond laser at a value of , wherein the setting step includes a first ablation threshold fluence and a second of a plurality of ablation threshold fluences depending on the material within the low fluence region. Set the value of the irradiation fluence within the region between the low ablation threshold fluence and .

本発明の第1のレーザ照射方法によれば、設定工程では、固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ(言い換えれば、所望のアブレーション率)及び固体表面の材質に応じて、当該固体表面に対して照射するフェムト秒レーザに係る照射フルーエンスの値が設定される。例えば、アブレーション率に換算して0.01nm/shot(ナノメートル/ショット、但し「ショット」とは、レーザパルスの一回の照射を意味する)程度といった、原子・分子レベルでの、即ち、非常に浅い剥離深さが所望の剥離深さであれば、これに応じて、照射フルーエンスの値は、例えば0.1J/cmに設定される。尚、「アブレーション率」とは、レーザの1パルス(shot)当りの、アブレーション深さ即ち剥離深さ(nm)を示す。そして、照射工程では、このように設定工程で設定された照射フルーエンスの値で、フェムト秒レーザが固体表面に対して照射される。 According to the first laser irradiation method of the present invention, in the setting step, depending on the desired peeling depth (in other words, desired ablation rate) to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface, On the other hand, the value of the irradiation fluence relating to the femtosecond laser to be irradiated is set. For example, in terms of the ablation rate, 0.01 nm / shot (nanometer / shot, where “shot” means one irradiation of a laser pulse), ie, at the atomic / molecular level, If the peel depth is very shallow, the irradiation fluence value is set to 0.1 J / cm 2 , for example. The “ablation rate” indicates an ablation depth, that is, a peeling depth (nm) per one laser pulse. In the irradiation process, the solid surface is irradiated with the femtosecond laser at the irradiation fluence value set in the setting process.

本発明に係る「フェムト秒レーザ」とは、固体表面をなす金属等の材質に対して、その衝突緩和時間よりも短い時間のパルス幅を有する、フェムト秒オーダのパルスレーザを意味する。即ち、フェムト秒レーザに係るパルス幅そのものについては、固体表面をなす金属等の材質に応じて可変である。例えば、Al(アルミニウム)であれば、1.12ps(ピコ秒)、Cu(銅)であれば17.49ps、Ti(チタン)であれば、0.83psといった具合である。   The “femtosecond laser” according to the present invention means a femtosecond order pulse laser having a pulse width shorter than the collision relaxation time for a material such as a metal forming a solid surface. That is, the pulse width itself related to the femtosecond laser is variable according to the material such as metal forming the solid surface. For example, it is 1.12 ps (picosecond) for Al (aluminum), 17.49 ps for Cu (copper), and 0.83 ps for Ti (titanium).

また、本発明に係る「低フルーエンス領域」とは、非熱的なイオン化が固体表面で生じるアブレーション閾値付近の領域を意味する。より具体的には、典型的には1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内を意味する。低フルーエンス領域は、固体表面の材質によって変化するが、例えば、15mJ/cm〜150mJ/cmといったオーダのフルーエンス領域が、ここでは挙げられる。 The “low fluence region” according to the present invention means a region near the ablation threshold where nonthermal ionization occurs on the solid surface. More specifically, it typically means within the region between the first lowest ablation threshold fluence and the second lowest ablation threshold fluence. Although the low fluence region varies depending on the material of the solid surface, for example, a fluence region on the order of 15 mJ / cm 2 to 150 mJ / cm 2 is cited here.

本発明の第1のレーザ照射方法では特に、設定工程において、照射フルーエンスの値は、固体表面に非熱的なイオン化放出(即ち、非熱的な脱離イオン化)を引き起こす低フルーエンス領域内で設定され、照射工程では、フェムト秒レーザがこの設定値で照射される。本発明で照射されるフェムト秒レーザは、低フルーエンスであって且つ高光強度である“低フルーエンス高強度レーザパルス”となる。ここに本発明に係るレーザの「高強度」或いは「高光強度」とは、フェムト秒レーザを固体表面に照射することで、固体表面から分子イオン又は多価分子イオンとして放出させることが可能なレーザに係る強度或いは光強度を意味し、この値は、固体表面の材質に固有の値となる。但し、本発明で、「光強度」というパラメータに対する条件付けは、独立に要求される必要はなく、上述したアブレーション閾値フルーエンスに係る条件が決まれば、レーザ強度(光強度)=フルーエンス/パルス幅なる関係式より、フルーエンスに従属して決められる。ここで、前記設定工程は、前記低フルーエンス領域内として、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定する。このようにすれば、照射フルーエンスの値は、固体表面の材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち、1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、設定される。このような複数のアブレーション閾値フルーエンスは、固体表面の材質等に依存して予め数値化、或いはテーブル化可能である。よって、一旦、これらの値を求めておけば、設定工程における照射フルーエンスの値を、実際にレーザ照射の対象となる固体表面の材質及び所望の剥離深さ(或いは、アブレーション率)に応じて、一意的に決めることが可能となる。即ち、比較的容易にして照射フルーエンスの設定を実施できる。 Particularly in the first laser irradiation method of the present invention, in the setting step, the value of the irradiation fluence is set within a low fluence region that causes non-thermal ionization emission (that is, non-thermal desorption ionization) on the solid surface. In the irradiation step, the femtosecond laser is irradiated with this set value. The femtosecond laser irradiated in the present invention is a “low fluence high intensity laser pulse” having a low fluence and a high light intensity. Here, the “high intensity” or “high light intensity” of the laser according to the present invention is a laser that can be emitted from the solid surface as molecular ions or multivalent molecular ions by irradiating the solid surface with a femtosecond laser. This value is specific to the material of the solid surface. However, in the present invention, the condition for the parameter “light intensity” does not have to be required independently, and if the conditions related to the ablation threshold fluence described above are determined, the relationship of laser intensity (light intensity) = fluence / pulse width. From the formula, it is determined depending on the fluence. Here, in the setting step, in the low fluence region, in a region between the first smallest ablation threshold fluence and the second smallest ablation threshold fluence among the plurality of ablation threshold fluences depending on the material, The value of the irradiation fluence is set. In this way, the value of the irradiation fluence is within a region between the first and second lowest ablation threshold fluences among the plurality of ablation threshold fluences depending on the material of the solid surface, Is set. Such a plurality of ablation threshold fluences can be quantified or tabulated in advance depending on the material of the solid surface. Therefore, once these values are obtained, the value of the irradiation fluence in the setting step is determined according to the material of the solid surface and the desired peeling depth (or ablation rate) that are actually laser irradiation targets. It can be determined uniquely. That is, the irradiation fluence can be set relatively easily.

従って、(i)前述した非特許文献1から3のように高フルーエンスのレーザ照射によって又は(ii)フェムト秒レーザではなく衝突緩和時間よりも長いパルスのレーザ照射によって、固体表面における熱的なイオン化を招くことなく或いは加熱による溶融や破壊を招くことなく、原子・分子レベルで剥離或いはアブレーションを行うことができる。この際、低フルーエンスであって且つフェムト秒レーザという極短いパルスを用いることで、非熱的なイオン放出現象が固体表面で起き、該固体表面が加熱されることなく、原子・分子レベルでの剥離が可能となるのである。尚、本発明において「原子・分子レベル」とは、例えば原子1個や原子数個、或いは原子十数個から数十個といった、固体表面付近におけるナノオーダやサブナノオーダの範囲或いは単位を示す。   Therefore, (i) thermal ionization on the solid surface by high fluence laser irradiation as described in Non-Patent Documents 1 to 3 above or (ii) laser irradiation with a pulse longer than the collision relaxation time instead of femtosecond laser. Peeling or ablation can be performed at the atomic and molecular level without incurring or melting or breaking by heating. At this time, by using an extremely short pulse of a low fluence and a femtosecond laser, a non-thermal ion emission phenomenon occurs on the solid surface, and the solid surface is not heated, at the atomic / molecular level. Peeling is possible. In the present invention, the “atomic / molecular level” indicates a range or unit of nano-order or sub-nano-order near the solid surface, for example, one atom, several atoms, or dozens to dozens of atoms.

更に、前述の特許文献1において「レーザの波長を調整・制御することで、該波長と正の相関関係があるとされる微細加工のサイズを調整・制御する」とされているのに対して、本発明の第1のレーザ照射方法に係る照射工程では、レーザに係る照射フルーエンスの値を、低フルーエンス領域内において調整・制御することで、剥離深さを調整・制御する、言い換えればアブレーション率を調整・制御するものである。これは、本願発明の研究によれば、低フルーエンス領域では、例えば多価イオン化現象としての3光子吸収過程がアブレーション現象の要因として顕著に又は完全に支配的となるので、(レーザ波長をパラメータとすることなく或いは波長に拘わらず)、照射フルーエンスの値を調整・制御することで、剥離深さ或いはアブレーションの率を調整・制御できるという考察に基づくものである。即ち、本発明によれば、特許文献1が教える如くにレーザ波長をパラメータとして調整・制御する必要なしに、照射フルーエンスの値を調整・制御することで、微細加工のサイズを調整・制御することも可能となる。また、伝統的なレーザ加工の一種として見られるように、光の干渉により微細加工する二つのレーザ光を必要とすることもない。   Furthermore, in the above-mentioned Patent Document 1, “adjusting / controlling the wavelength of the laser adjusts / controls the size of the fine processing that has a positive correlation with the wavelength”. In the irradiation step according to the first laser irradiation method of the present invention, the value of the irradiation fluence related to the laser is adjusted / controlled within the low fluence region, so that the peeling depth is adjusted / controlled, in other words, the ablation rate Is to adjust and control. According to the study of the present invention, in the low fluence region, for example, the three-photon absorption process as a multivalent ionization phenomenon becomes dominant or completely dominant as a factor of the ablation phenomenon. This is based on the consideration that the peeling depth or the ablation rate can be adjusted / controlled by adjusting / controlling the value of the irradiation fluence (regardless of the wavelength). That is, according to the present invention, the size of the fine processing can be adjusted and controlled by adjusting and controlling the value of the irradiation fluence without the need to adjust and control the laser wavelength as a parameter as taught in Patent Document 1. Is also possible. Further, as seen as a kind of traditional laser processing, two laser beams to be finely processed by light interference are not required.

以上のように、本発明の第1のレーザ照射方法によれば、剥離深さ(アブレーション率)、或いは、剥離深さ及び剥離面積を含めた微細加工のサイズを調整・制御するために、低フルーエンス領域内における照射フルーエンスの値を調整・制御している。言い換えれば、アブレーションを起こさせるためのレーザ照射と、非熱的なイオン化を起こさせるためのレーザ照射とを、同時に一つのレーザ照射として行なっている。従って、前述の特許文献1の如くに「波長変換器」といった特別にレーザ波長を調整・制御するための光学手段は非必要となり、比較的容易にして、剥離深さ(アブレーション率)或いは微細加工のサイズを、所望の値に調整・制御できるので実用上大変有利である。   As described above, according to the first laser irradiation method of the present invention, in order to adjust / control the separation depth (ablation rate) or the size of microfabrication including the separation depth and the separation area, The irradiation fluence value within the fluence region is adjusted and controlled. In other words, laser irradiation for causing ablation and laser irradiation for causing nonthermal ionization are performed simultaneously as one laser irradiation. Therefore, a special optical means for adjusting and controlling the laser wavelength such as the “wavelength converter” as in the above-mentioned Patent Document 1 is not necessary, and it is relatively easy to make a peeling depth (ablation rate) or fine processing. This can be adjusted and controlled to a desired value, which is very advantageous in practice.

見方を変えれば、原子・分子レベルでの剥離によって、固体表面から非破壊的に微量の分子イオンを放出させて、これを薄膜形成等に利用することも可能となり、また、固体表面から非破壊的に分子イオンを放出させて(即ち、脱離イオン化させて)、これを質量分析等に利用することも可能となるので実用上大変有利である。   In other words, it is possible to release a small amount of molecular ions non-destructively from the solid surface by peeling at the atomic and molecular level, and use it for thin film formation, etc. Therefore, it is possible to release molecular ions (that is, desorb ions) and use them for mass spectrometry and the like, which is very advantageous in practice.

本発明の第1のレーザ照射方法の一態様では、前記設定工程は、前記複数のアブレーション閾値フルーエンスとして少なくとも3つ存在するアブレーション閾値フルーエンスのうち、前記1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF3,thと前記2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF2,thとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定してもよい。 In one aspect of the first laser irradiation method of the present invention, the setting step includes the first ablation threshold fluence F3, th among the ablation threshold fluences present as at least three ablation threshold fluences, and the The irradiation fluence value may be set in a region between the second smallest ablation threshold fluence F2, th.

このように設定すれば、照射フルーエンスの値は、例えば3光子吸収過程がアブレーション現象において支配的になる、アブレーション閾値フルーエンスF3,thとF2,thとの間に存在する低フルーエンス領域内で、設定されることになる。尚、フェムト秒レーザであっても、例えば、800nmの波長であれば、光子としては1.5eVの粒の性質を有する。よって、固体表面において、3光子吸収過程に従って非熱的なイオン化放出が行なわれる。因みに、本願発明者らの研究によれば、2光子吸収過程がアブレーション現象において支配的になる、2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF2,thと3番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF1,thとの間の領域では、熱的なイオン化放出現象が確認されており、本発明の如く非熱的なイオン化放出現象は殆ど又は全く確認されていない。   With this setting, the value of the irradiation fluence is set within a low fluence region existing between the ablation threshold fluences F3, th and F2, th, for example, in which the three-photon absorption process becomes dominant in the ablation phenomenon. Will be. Even in the case of a femtosecond laser, for example, if it has a wavelength of 800 nm, the photon has a particle property of 1.5 eV. Therefore, non-thermal ionization emission is performed on the solid surface according to the three-photon absorption process. Incidentally, according to the study by the present inventors, the two-photon absorption process is dominant in the ablation phenomenon, between the second smallest ablation threshold fluence F2, th and the third smallest ablation threshold fluence F1, th. In the region, the thermal ionization release phenomenon is confirmed, and the nonthermal ionization release phenomenon as in the present invention is hardly or not confirmed.

このアブレーション閾値フルーエンスに係る態様では、前記設定工程は、前記1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと前記2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記材質に応じてレーザ多光子吸収過程に基づいて予め設定される照射フルーエンスの値に対するアブレーション率の特性曲線に従って、前記照射フルーエンスの値を設定するように構成してもよい。   In the aspect relating to the ablation threshold fluence, the setting step is performed in a laser multiphoton absorption process according to the material in a region between the first smallest ablation threshold fluence and the second smallest ablation threshold fluence. The irradiation fluence value may be set according to a characteristic curve of the ablation rate with respect to the irradiation fluence value set in advance.

このように構成すれば、レーザ多光子吸収過程に基づいて予め設定された、例えばシミュレーション又はモデル化された特性曲線に従って、照射フルーエンスの値を比較的簡単且つ迅速に設定することが可能となる。   If comprised in this way, it will become possible to set the value of irradiation fluence comparatively simply and rapidly according to the characteristic curve which was preset based on the laser multiphoton absorption process, for example, was simulated or modeled.

この場合、前記設定工程は、前記レーザ多光子吸収過程として3光子吸収過程に基づいて予め設定される前記特性曲線に従って、前記照射フルーエンスの値を設定してもよい。   In this case, the setting step may set the value of the irradiation fluence according to the characteristic curve set in advance based on a three-photon absorption process as the laser multiphoton absorption process.

このように設定すれば、3光子吸収過程に基づいて予め設定された特性曲線に従って、照射フルーエンスの値を比較的簡単且つ迅速に設定することが可能となる。   With this setting, it is possible to set the value of the irradiation fluence relatively easily and quickly according to the characteristic curve set in advance based on the three-photon absorption process.

本発明の第1のレーザ照射方法の他の態様では、前記設定工程は、前記剥離深さ及び前記材質に応じて、前記フェムト秒レーザの光強度の値を設定する(即ち、光強度を、照射フルーエンスの値に代えて即ち間接的に設定するか、又は照射フルーエンスの値に加えて設定する)。   In another aspect of the first laser irradiation method of the present invention, the setting step sets a value of the light intensity of the femtosecond laser according to the peeling depth and the material (that is, the light intensity is Instead of the value of the irradiation fluence, ie indirectly set, or in addition to the value of the irradiation fluence).

この態様によれば、設定工程では、所望の剥離深さ(アブレーション率)及び材質に応じて、フェムト秒レーザの光強度を、照射フルーエンスの値に代えて、即ち間接的に設定するか、又は照射フルーエンスの値に加えて設定する。よって、フェムト秒レーザに係る光強度の値を適宜変更することで、(波長に変更を加えることなく)比較的容易にして、剥離深さ(アブレーション率)或いは微細加工のサイズを、所望の値に調整・制御できる。尚、既に述べたように「光強度」というパラメータに対する条件付けは、独立に要求される必要はなく、上述したアブレーション閾値フルーエンスに係る条件が決まれば、これに従属して決められる。   According to this aspect, in the setting step, depending on the desired peeling depth (ablation rate) and material, the light intensity of the femtosecond laser is set instead of the irradiation fluence value, that is, indirectly, or Set in addition to the value of irradiation fluence. Therefore, by appropriately changing the value of the light intensity related to the femtosecond laser, it is relatively easy (without changing the wavelength), and the separation depth (ablation rate) or the size of the fine processing is set to a desired value. Can be adjusted and controlled. As described above, the condition for the parameter “light intensity” does not need to be independently requested. If the condition relating to the ablation threshold fluence described above is determined, it is determined depending on this.

本発明の第2のレーザ照射方法は上記課題を解決するために、固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る光強度の値を、前記フェムト秒レーザに係る照射フルーエンスが前記低フルーエンス領域内から外れない範囲内で設定する設定工程と、前記固体表面に対して前記設定された光強度の値で前記フェムト秒レーザを照射する照射工程とを備え、前記設定工程は、前記照射フルーエンスが、前記低フルーエンス領域内としての、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内から外れない範囲内で、前記光強度の値を設定するIn order to solve the above-described problem, the second laser irradiation method of the present invention irradiates the solid surface by irradiating the solid surface according to a desired peeling depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface. A setting step of setting a light intensity value related to the femtosecond laser in the low fluence region causing nonthermal ionization emission on the surface within a range in which the irradiation fluence related to the femtosecond laser does not deviate from the low fluence region. And an irradiation step of irradiating the femtosecond laser with the set light intensity value on the solid surface , wherein the setting step includes the material in which the irradiation fluence is in the low fluence region. 1st lowest ablation threshold fluence and 2nd lowest ablation of multiple ablation threshold fluences depending on Within a range that does not deviate from the area between the threshold fluence, it sets the value of the light intensity.

本発明の第2のレーザ照射方法によれば、設定工程では、固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ(言い換えれば、所望のアブレーション率)及び固体表面の材質に応じて、当該固体表面に対して照射するフェムト秒レーザに係る光強度の値が設定される。そして、照射工程では、このように設定工程で設定された光強度の値で、フェムト秒レーザが固体表面に対して照射される。   According to the second laser irradiation method of the present invention, in the setting step, depending on the desired peeling depth (in other words, desired ablation rate) to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface, On the other hand, the value of the light intensity relating to the femtosecond laser to be irradiated is set. In the irradiation process, the solid surface is irradiated with the femtosecond laser with the light intensity value set in the setting process.

本発明の第2のレーザ照射方法では特に、設定工程において、光強度の値は、照射フルーエンスの値が固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内から外れない範囲内で設定され、照射工程では、フェムト秒レーザがこの設定値で照射される。従って、上述した本発明の第1のレーザ照射方法の場合と同様に、固体表面における熱的なイオン化を招くことなく或いは加熱による溶融や破壊を招くことなく、原子・分子レベルで剥離或いはアブレーションを行うことができる。   Particularly in the second laser irradiation method of the present invention, in the setting step, the light intensity value is set within a range in which the irradiation fluence value does not deviate from the low fluence region causing non-thermal ionization emission on the solid surface. In the irradiation process, the femtosecond laser is irradiated at this set value. Therefore, as in the case of the first laser irradiation method of the present invention described above, peeling or ablation can be performed at the atomic / molecular level without causing thermal ionization on the solid surface or causing melting or destruction by heating. It can be carried out.

以上のように本発明の第2のレーザ照射方法によれば、剥離深さ(アブレーション率)、或いは微細加工のサイズを調整・制御するために、照射フルーエンスの値が低フルーエンス領域内から外れない範囲内で、フェムト秒レーザの光強度の値を調整・制御している。言い換えれば、アブレーションを起こさせるためのレーザ照射と、非熱的なイオン化を起こさせるためのレーザ照射とを、同時に一つのレーザ照射として行なっている。従って、上述した本発明の第1のレーザ照射方法の場合と同様に、例えば前述の特許文献1の如くに「波長変換器」といった特別にレーザ波長を調整・制御するための光学手段は非必要となり、比較的容易にして、剥離深さ(アブレーション率)或いは微細加工のサイズを、所望の値に調整・制御できるので実用上大変有利である。   As described above, according to the second laser irradiation method of the present invention, the value of irradiation fluence does not deviate from the low fluence region in order to adjust and control the peeling depth (ablation rate) or the size of fine processing. Within the range, the light intensity value of the femtosecond laser is adjusted and controlled. In other words, laser irradiation for causing ablation and laser irradiation for causing nonthermal ionization are performed simultaneously as one laser irradiation. Therefore, as in the case of the first laser irradiation method of the present invention described above, an optical means for specially adjusting and controlling the laser wavelength such as the “wavelength converter” as described in Patent Document 1 is unnecessary. Therefore, it is comparatively easy to adjust and control the peeling depth (ablation rate) or the size of fine processing to a desired value, which is very advantageous in practice.

尚、本発明の第2のレーザ照射方法においても、上述した本発明の第1のレーザ照射方法における各種態様と同様の態様を適宜採用可能である。   Also in the second laser irradiation method of the present invention, the same aspects as the various aspects in the first laser irradiation method of the present invention described above can be adopted as appropriate.

本発明の第1又は第2のレーザ照射方法の他の態様では、前記設定工程は、前記剥離深さに加えて又は代えて前記固体表面から剥離すべき所望の剥離面積と前記材質とに応じて、前記照射フルーエンスの値及び前記光強度の値のうち少なくとも一方を設定する。   In another aspect of the first or second laser irradiation method of the present invention, the setting step depends on a desired peeling area and the material to be peeled from the solid surface in addition to or instead of the peeling depth. Then, at least one of the irradiation fluence value and the light intensity value is set.

この態様によれば、設定工程では、剥離深さ及び剥離面積と固体表面の材質とに応じて、又は、剥離面積と固体表面の材質とに応じて、第1のレーザ照射方法であれば照射フルーエンスの値が設定され、第2のレーザ照射方法であれば光強度の値が設定される。従って、照射工程において、例えばフェムト秒レーザの波長に変更を加えることなく、フェムト秒レーザに係る照射フルーエンスの値や光強度の値に適宜変更を加えることで、剥離深さのみならず、剥離面積についても調整・制御することが可能となる。尚、本発明において「剥離面積」とは、固体表面上で脱離イオン化によって剥離される部分の面積をいう。また、剥離深さと剥離面積とを併せて、広義の「微細加工サイズ」と呼んでもよいし、剥離面積を単独で、狭義の「微細加工サイズ」と呼んでもよい。いずれにせよ、本態様によって、剥離深さ或いはアブレーション率のみならず、剥離面積や、広義又は狭義の微細加工サイズについても、フェムト秒レーザに係る照射フルーエンス又は光強度の値によって制御可能となる。   According to this aspect, in the setting step, the first laser irradiation method is irradiated according to the peeling depth and the peeling area and the material of the solid surface, or according to the peeling area and the material of the solid surface. A fluence value is set, and a light intensity value is set for the second laser irradiation method. Therefore, in the irradiation process, for example, without changing the wavelength of the femtosecond laser, by appropriately changing the value of the irradiation fluence and the light intensity related to the femtosecond laser, not only the peeling depth but also the peeling area. Can be adjusted and controlled. In the present invention, the “peeled area” refers to the area of the part peeled by desorption ionization on the solid surface. Further, the peeling depth and the peeling area may be combined and called “finely processed size” in a broad sense, or the peeled area may be called alone as “finely processed size” in a narrow sense. In any case, according to this embodiment, not only the peeling depth or the ablation rate but also the peeling area and the finely processed size in a broad sense or narrow sense can be controlled by the irradiation fluence or light intensity value related to the femtosecond laser.

本発明の微細加工方法は上記課題を解決するために、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法(但し、その各種態様を含む)を含み、前記照射工程によって前記固体表面を微細加工する。   In order to solve the above-described problems, the microfabrication method of the present invention includes the above-described first or second laser irradiation method of the present invention (including various aspects thereof), and the solid surface is made fine by the irradiation step. Process.

本発明の微細加工方法によれば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法を含むので、固体表面に対して原子・分子レベルでの超微細加工が可能となる。   According to the fine processing method of the present invention, since the first or second laser irradiation method of the present invention described above is included, it is possible to perform ultrafine processing at the atomic / molecular level on the solid surface.

本発明の薄膜形成方法は上記課題を解決するために、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法(但し、その各種態様を含む)と、前記照射工程によって前記固体表面から放出された分子イオンを用いて被成膜体に対して成膜を行う成膜工程とを備える。   In order to solve the above problems, the thin film forming method of the present invention is released from the solid surface by the above-described first or second laser irradiation method of the present invention (including various aspects thereof) and the irradiation step. A film forming step of forming a film on the film forming body using the molecular ions.

本発明の薄膜形成方法によれば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法を含むので、固体表面から原子・分子レベルで放出される分子イオンを利用して、例えば基板などの非成膜体上に、薄膜形成を行うことが可能となる。例えば、放出された分子イオンを電界により加速して、基板に衝突させることで、基板上に極薄い薄膜を形成することが可能となる。   According to the thin film forming method of the present invention, since the first or second laser irradiation method of the present invention described above is included, the molecular ion released at the atomic / molecular level from the solid surface is used, for example, for a substrate or the like. A thin film can be formed on the non-film-formed body. For example, it is possible to form an extremely thin thin film on the substrate by accelerating the emitted molecular ions by an electric field and colliding with the substrate.

尚、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法は、このような微細加工方法や薄膜形成方法の他にも、固体表面から原子・分子レベルで放出される分子イオンを利用して、当該固体表面の材質についての質量分析等の分析や計測を行う方法に適用することも可能である。例えば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法(但し、その各種態様を含む)と、前記照射工程によって前記固体表面から放出された、即ち脱離イオン化(デソープションイオン化)された分子イオンを用いて、例えば質量分析等の、前記固体表面の物理的又は化学的な分析(計測も含む)を非破壊的に行う分析工程とを備えた分析方法を実現できる。   The first or second laser irradiation method of the present invention described above utilizes molecular ions emitted at the atomic / molecular level from the solid surface in addition to such a fine processing method and thin film forming method. The present invention can also be applied to a method of performing analysis and measurement such as mass spectrometry on the material of the solid surface. For example, the above-described first or second laser irradiation method of the present invention (including various aspects thereof) and the irradiation step released from the solid surface, that is, desorption ionization (desorption ionization). By using the molecular ions, an analysis method including an analysis step of performing non-destructive physical or chemical analysis (including measurement) of the solid surface such as mass spectrometry can be realized.

本発明の第1のレーザ照射装置は上記課題を解決するために、固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る照射フルーエンスの値を、前記低フルーエンス領域内で設定する設定手段と、前記固体表面に対して前記設定された照射フルーエンスの値で前記フェムト秒レーザを照射する照射手段とを備え、前記設定手段は、前記低フルーエンス領域内として、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定するIn order to solve the above problems, the first laser irradiation apparatus of the present invention irradiates the solid surface by irradiating the solid surface according to a desired peeling depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface. Setting means for setting an irradiation fluence value for the femtosecond laser in the low fluence region causing non-thermal ionization emission on the surface in the low fluence region, and the irradiation fluence set for the solid surface Irradiating means for irradiating the femtosecond laser at a value of , wherein the setting means includes a first ablation threshold fluence and a second ablation threshold fluence depending on the material within the low fluence region. Set the value of the irradiation fluence within the region between the low ablation threshold fluence and .

本発明の第1のレーザ照射装置によれば、上述した本発明の第1のレーザ照射方法の場合と同様に、剥離深さ(アブレーション率)、或いは微細加工のサイズを調整・制御するために、照射フルーエンスの値を調整・制御している。従って、例えば前述の特許文献1の如くに「波長変換器」といった特別にレーザ波長を調整・制御するための光学手段は非必要となり、比較的容易にして、剥離深さ(アブレーション率)或いは微細加工のサイズを、所望の値に調整・制御できるので実用上大変有利である。   According to the first laser irradiation apparatus of the present invention, as in the case of the above-described first laser irradiation method of the present invention, in order to adjust and control the peeling depth (ablation rate) or the size of fine processing. Adjust and control the value of irradiation fluence. Therefore, special optical means for adjusting and controlling the laser wavelength such as the “wavelength converter” as in the above-mentioned Patent Document 1 is not necessary, and it is relatively easy to make the peeling depth (ablation rate) or fine. Since the processing size can be adjusted and controlled to a desired value, it is very advantageous in practice.

尚、本発明の第1のレーザ照射装置においても、上述した本発明の第1のレーザ照射方法における各種態様と同様の態様を適宜採用可能である。   In the first laser irradiation apparatus of the present invention, the same aspects as the various aspects in the above-described first laser irradiation method of the present invention can be adopted as appropriate.

本発明の第2のレーザ照射装置は上記課題を解決するために、固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る光強度の値を、前記フェムト秒レーザに係る照射フルーエンスが前記低フルーエンス領域内から外れない範囲内で設定する設定手段と、前記固体表面に対して前記設定された光強度の値で前記フェムト秒レーザを照射する照射手段とを備え、前記設定手段は、前記照射フルーエンスが、前記低フルーエンス領域内としての、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内から外れない範囲内で、前記光強度の値を設定するIn order to solve the above-described problem, the second laser irradiation apparatus of the present invention irradiates the solid surface by irradiating the solid surface according to a desired peeling depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface. Setting means for setting a light intensity value related to the femtosecond laser in the low fluence region causing non-thermal ionization emission on the surface within a range in which the irradiation fluence related to the femtosecond laser does not deviate from the low fluence region. And irradiation means for irradiating the femtosecond laser with the set light intensity value on the solid surface, and the setting means includes the material in which the irradiation fluence is in the low fluence region. 1st lowest ablation threshold fluence and 2nd lowest ablation of multiple ablation threshold fluences depending on Within a range that does not deviate from the area between the threshold fluence, it sets the value of the light intensity.

本発明の第2のレーザ照射装置によれば、上述した本発明の第2のレーザ照射方法の場合と同様に、剥離深さ(アブレーション率)、或いは微細加工のサイズを調整・制御するために、照射フルーエンスの値が低フルーエンス領域内から外れない範囲内で、フェムト秒レーザの光強度の値を調整・制御している。従って、例えば前述の特許文献1の如くに「波長変換器」といった特別にレーザ波長を調整・制御するための光学手段は非必要となり、比較的容易にして、剥離深さ(アブレーション率)或いは微細加工のサイズを、所望の値に調整・制御できるので実用上大変有利である。   According to the second laser irradiation apparatus of the present invention, as in the case of the above-described second laser irradiation method of the present invention, in order to adjust and control the peeling depth (ablation rate) or the size of fine processing. The light intensity value of the femtosecond laser is adjusted and controlled within a range where the irradiation fluence value does not deviate from the low fluence region. Therefore, special optical means for adjusting and controlling the laser wavelength such as the “wavelength converter” as in the above-mentioned Patent Document 1 is not necessary, and it is relatively easy to make the peeling depth (ablation rate) or fine. Since the processing size can be adjusted and controlled to a desired value, it is very advantageous in practice.

尚、本発明の第2のレーザ照射装置においても、上述した本発明の第2のレーザ照射方法における各種態様と同様の態様を適宜採用可能である。   In the second laser irradiation apparatus of the present invention, the same aspects as the various aspects in the second laser irradiation method of the present invention described above can be adopted as appropriate.

本発明の第1又は第2のレーザ照射装置の一態様では、前記照射手段は、前記レーザとして、一つのレーザパルスを他のレーザパルスから時間的に独立した形で照射可能に構成されている。   In one aspect of the first or second laser irradiation apparatus of the present invention, the irradiation unit is configured to be able to irradiate one laser pulse in a time independent manner from another laser pulse as the laser. .

この態様によれば、照射手段によって、一つのレーザパルスを他のレーザパルスから時間的に独立した形で照射することで、固体表面から分子イオンを、一つのレーザパルスに対応する極めて微細な剥離量でイオン化放出させることが可能となる。即ち、例えば原子・分子レベルの超微細加工や、非破壊的な分子イオン放出が可能となる。また、これよりも大量の剥離量で分子イオンを放出させたい場合には、照射手段によって、複数のレーザパルスをまとめて或いは連続して照射することも可能である。   According to this aspect, the irradiation means irradiates one laser pulse in a time independent manner from the other laser pulses, so that molecular ions are separated from the solid surface with extremely fine separation corresponding to one laser pulse. It becomes possible to ionize and release in an amount. That is, for example, ultrafine processing at the atomic / molecular level and nondestructive molecular ion release are possible. In addition, when it is desired to release molecular ions with a larger amount of peeling than this, it is possible to irradiate a plurality of laser pulses collectively or continuously by an irradiation means.

本発明の微細加工装置は上記課題を解決するために、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置(但し、その各種態様を含む)を含み、前記照射手段によって前記固体表面を微細加工する。   In order to solve the above-described problems, the microfabrication apparatus of the present invention includes the above-described first or second laser irradiation apparatus of the present invention (including various aspects thereof), and the solid surface is finely formed by the irradiation means. Process.

本発明の微細加工装置によれば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置を含むので、上述した本発明の微細加工方法の場合と同様に、固体表面に対して原子・分子レベルでの超微細加工が可能となる。   According to the microfabrication apparatus of the present invention, since the first or second laser irradiation apparatus of the present invention described above is included, as in the case of the microfabrication method of the present invention described above, atoms and molecules are Ultra-fine processing at the level becomes possible.

本発明の薄膜形成装置は上記課題を解決するために、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置(但し、その各種態様を含む)と、前記照射手段によって前記固体表面から放出された分子イオンを用いて被成膜体に対して成膜を行う成膜手段とを備える。   In order to solve the above problems, the thin film forming apparatus of the present invention is released from the solid surface by the above-described first or second laser irradiation apparatus of the present invention (including various aspects thereof) and the irradiation means. And a film forming means for forming a film on the film forming body using the molecular ions.

本発明の薄膜形成装置によれば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置を含むので、上述した本発明の薄膜形成方法の場合と同様に、固体表面から原子・分子レベルで放出される分子イオンを利用して、例えば基板などの非成膜体上に、薄膜形成を行うことが可能となる。   According to the thin film forming apparatus of the present invention, since the first or second laser irradiation apparatus of the present invention described above is included, as in the case of the thin film forming method of the present invention described above, from the solid surface at the atomic / molecular level. A thin film can be formed on a non-film-forming body such as a substrate, for example, by using the released molecular ions.

尚、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置は、このような微細加工装置や薄膜形成装置の他にも、固体表面から原子・分子レベルで放出される分子イオンを利用して、当該固体表面の材質についての質量分析等の分析や計測を行う装置に適用することも可能である。例えば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置(但し、その各種態様を含む)と、前記照射手段によって前記固体表面から放出された分子イオンを用いて、例えば質量分析等の、前記固体表面の物理的又は化学的な分析(計測も含む)を非破壊的に行う分析手段とを備えた分析装置を実現できる。   The first or second laser irradiation apparatus of the present invention described above utilizes molecular ions emitted at the atomic / molecular level from the solid surface in addition to such a fine processing apparatus and thin film forming apparatus. The present invention can also be applied to an apparatus that performs analysis and measurement such as mass spectrometry on the material of the solid surface. For example, using the above-described first or second laser irradiation apparatus of the present invention (including various aspects thereof) and molecular ions released from the solid surface by the irradiation means, for example, mass spectrometry, It is possible to realize an analyzer equipped with an analysis means for performing non-destructive physical or chemical analysis (including measurement) of the solid surface.

本発明の加工物は上記課題を解決するために、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射方法(但し、その各種態様を含む)により微細加工が施された構造を有する。   In order to solve the above problems, the workpiece of the present invention has a structure that has been finely processed by the above-described first or second laser irradiation method of the present invention (including various aspects thereof).

本発明の加工物によれば、上述した本発明の第1又は第2のレーザ照射装置により微細加工が施されるので、原子・分子レベルでの超微細加工が施された加工物を実現できる。   According to the workpiece of the present invention, since the fine processing is performed by the above-described first or second laser irradiation apparatus of the present invention, it is possible to realize a workpiece subjected to ultrafine processing at the atomic / molecular level. .

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。   Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.

以下では、本発明の実施の形態について図を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(レーザ照射装置の実施形態)
図1から図17を参照して、レーザ照射装置の実施形態について説明する。
(Embodiment of laser irradiation apparatus)
An embodiment of a laser irradiation apparatus will be described with reference to FIGS.

先ず図1を参照して、レーザ照射装置の構成について説明する。ここに図1は、本実施形態に係るレーザ照射装置の概略構成を示す。   First, the configuration of the laser irradiation apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a schematic configuration of the laser irradiation apparatus according to the present embodiment.

図1において、レーザ照射装置1は、制御装置10、レーザ光源装置11及び集光レンズ12を備えて構成される。制御装置10は、本発明に係る「設定手段」の一例を構成しており、レーザ光源装置11及び集光レンズ12は、本発明に係る「照射手段」の一例を構成している。   In FIG. 1, the laser irradiation apparatus 1 includes a control device 10, a laser light source device 11, and a condenser lens 12. The control device 10 constitutes an example of “setting means” according to the present invention, and the laser light source device 11 and the condenser lens 12 constitute an example of “irradiation means” according to the present invention.

レーザ光源装置11は、制御装置10による駆動制御を受けて、フェムト秒レーザLBを、集光レンズ12を介して、本発明に係る「固体表面」を有する固体の一例たるターゲット13に向けて照射する。レーザ光源装置11は、制御装置10により、ターゲット13の材質と、ターゲット13の表面を剥離するに際して要望される所望の剥離深さDr(又は、アブレーション率)とに応じて設定された照射フルーエンスの値で、フェムト秒レーザLBを発生するように構成されている。尚、制御装置10によって、ターゲット13の材質及び所望の剥離深さDrに応じて、フェムト秒レーザLBに係る照射フルーエンスの値に加えて又は代えてフェムト秒レーザLBに係る光強度の値が設定されてもよい。   The laser light source device 11 receives drive control by the control device 10 and irradiates the femtosecond laser LB toward the target 13 as an example of the solid having the “solid surface” according to the present invention via the condenser lens 12. To do. The laser light source device 11 has an irradiation fluence set by the control device 10 according to the material of the target 13 and a desired peeling depth Dr (or ablation rate) desired when peeling the surface of the target 13. By value, it is configured to generate a femtosecond laser LB. The control device 10 sets the value of the light intensity related to the femtosecond laser LB in addition to or instead of the value of the irradiation fluence related to the femtosecond laser LB in accordance with the material of the target 13 and the desired peeling depth Dr. May be.

本実施形態は、ターゲット13は、フェムト秒レーザLBを入射するための窓を有する真空容器14内に配置されている。但し、必ずしもこのように真空容器14内に配置しなくてもよい。ターゲット13は、フェムト秒レーザLBの入射軸に対して、例えば45度といった、所定角度θだけ傾けられて配置されており、これによりターゲット13の表面から、脱離イオン化した分子イオンの真空容器14内への放出が良好に行なわれる。   In the present embodiment, the target 13 is disposed in a vacuum container 14 having a window for entering the femtosecond laser LB. However, it does not necessarily have to be arranged in the vacuum vessel 14 in this way. The target 13 is disposed to be inclined by a predetermined angle θ, for example, 45 degrees with respect to the incident axis of the femtosecond laser LB, and thereby, a vacuum vessel 14 of molecular ions desorbed and ionized from the surface of the target 13. Good release into the interior.

制御装置10によるフェムト秒レーザLBに係るパラメータ設定については後に詳述するが、低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザLBに係る照射フルーエンスの値は、フェムト秒レーザLBがターゲット13の表面に非熱的なイオン化放出を引き起こすように、ターゲット13の材質及び所望の剥離深さDrに応じて設定される。   The parameter setting related to the femtosecond laser LB by the control device 10 will be described in detail later. The irradiation fluence value related to the femtosecond laser LB in the low fluence region is determined by the femtosecond laser LB on the surface of the target 13. It is set according to the material of the target 13 and the desired peeling depth Dr so as to cause ionization emission.

尚、図1では説明の簡略化のため、光学系として、集光レンズ12が、フェムト秒レーザLBの光路に配置されているが、その他のレンズ、プリズム、ミラー、シャッター等が該光路に適宜配置されてもよく、更に、レーザ光源装置11内に、半導体レーザ装置等の各種レーザ装置と、各種レンズ、シャッター、偏光板、位相差板等の光学部品とが適宜組み込まれてもよい。   In FIG. 1, the condensing lens 12 is arranged as an optical system in the optical path of the femtosecond laser LB as an optical system. However, other lenses, prisms, mirrors, shutters, and the like are appropriately arranged in the optical path. Furthermore, various laser devices such as a semiconductor laser device and optical components such as various lenses, shutters, polarizing plates, and retardation plates may be appropriately incorporated in the laser light source device 11.

次に図2から図12を参照して、上述の如き構成を有するレーザ照射装置1における、フェムト秒レーザLBに係る照射フルーエンスの値の設定等について説明する。ここでは、照射フルーエンスの値と、ターゲット13の表面におけるアブレーション率(剥離深さに対応する)との関係を検証し、更に、ターゲット13の表面におけるアブレーション率が、低フルーエンス領域におけるフェムト秒レーザLBの照射フルーエンスの値によって、或いは光強度の値によって、調整・制御可能であることを検証する。尚、これらの検証に基づき、図1に示したレーザ照射装置1における、照射フルーエンスの値等が設定されることになる。   Next, with reference to FIGS. 2 to 12, the setting of the value of the irradiation fluence related to the femtosecond laser LB in the laser irradiation apparatus 1 having the above-described configuration will be described. Here, the relationship between the value of the irradiation fluence and the ablation rate (corresponding to the peeling depth) on the surface of the target 13 is verified, and further, the ablation rate on the surface of the target 13 is a femtosecond laser LB in the low fluence region. It is verified that it can be adjusted and controlled by the irradiation fluence value or the light intensity value. Based on these verifications, an irradiation fluence value and the like in the laser irradiation apparatus 1 shown in FIG. 1 are set.

先ず図2を参照して、照射フルーエンスの値とアブレーション率との関係等を検証するため実験装置としての、レーザ照射・分析装置の構成について説明する。ここに、図2は、レーザ照射・分析装置の概略構成を示す。尚、図2において、図1と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。   First, the configuration of a laser irradiation / analysis apparatus as an experimental apparatus for verifying the relationship between the value of irradiation fluence and the ablation rate will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a schematic configuration of the laser irradiation / analysis apparatus. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

図2に示すように、レーザ照射・分析装置2は、図1のレーザ照射装置1と同じく制御装置10、レーザ光源装置11、集光レンズ12及び真空容器14を備え、更に、分子イオン検出用の検出装置16を備えて構成される。   As shown in FIG. 2, the laser irradiation / analysis apparatus 2 includes a control device 10, a laser light source device 11, a condensing lens 12, and a vacuum vessel 14 in the same manner as the laser irradiation device 1 of FIG. The detection device 16 is configured.

検出装置16は、例えばターゲット13の表面から放出或いは脱離された分子イオンの濃度を検出することで、分子イオンの質量を分析する質量分析装置からなる。CPU(Central Processing Unit)或いはシステムコントローラ等を備えてなる制御装置10には、検出装置16から分子イオンの質量の分析結果に係る検出情報が入力され、ここで検出情報が記録される。   The detection device 16 is a mass spectrometer that analyzes the mass of molecular ions, for example, by detecting the concentration of molecular ions released or desorbed from the surface of the target 13. Detection information related to the analysis result of the molecular ion mass is input from the detection device 16 to the control device 10 including a CPU (Central Processing Unit) or a system controller, and the detection information is recorded here.

続いて図3を参照して、本実施形態で用いられる、極低フルーエンスであり且つ高強度であるフェムト秒レーザにおける特性について説明する。ここに、図3は、本実施形態に係る極短パルスレーザ(即ち、フェムト秒レーザ)の波形特性を示す。   Subsequently, characteristics of the femtosecond laser having an extremely low fluence and high intensity used in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the waveform characteristics of the ultrashort pulse laser (ie, femtosecond laser) according to this embodiment.

図3に示すように、レーザ光源装置11によって照射される、極短パルスレーザ(即ち、フェムト秒レーザ)は、例えば、ターゲット13の表面から剥離すべき所望の剥離深さ及びその材質に応じて、該表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす、低フルーエンスであって且つ高光強度である“低フルーエンス高強度レーザパルス”である。ここに本実施形態に係る「低フルーエンス」とは、後に詳述するように、1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF3,thと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF2,thとの間にあるフルーエンスのことを意味する。また、本実施形態に係るレーザの「高強度」或いは「高光強度」とは、図3に例示した如き「アブレーション閾値レーザ強度」を超えるレーザ強度(光強度)のことを意味する。言い換えれば、「高強度」或いは「高光強度」とは、フェムト秒レーザを固体表面(ここでは、ターゲット13の表面)に照射することで、該固体表面の材料を分子イオン若しくは多価分子イオンとして放出させることが可能なレーザに係る強度或いは光強度を意味しており、この値は、固体表面(ここでは、ターゲット13の表面)の材質に固有の値となる。   As shown in FIG. 3, the ultrashort pulse laser (that is, femtosecond laser) irradiated by the laser light source device 11 depends on, for example, a desired peeling depth to be peeled from the surface of the target 13 and its material. , "Low fluence high intensity laser pulses" that cause non-thermal ionization emission on the surface and are low fluence and high light intensity. Here, the “low fluence” according to the present embodiment is a fluence between the first smallest ablation threshold fluence F3, th and the second smallest ablation threshold fluence F2, th, as will be described in detail later. Means. The “high intensity” or “high light intensity” of the laser according to the present embodiment means a laser intensity (light intensity) exceeding the “ablation threshold laser intensity” as illustrated in FIG. In other words, “high intensity” or “high light intensity” means that a femtosecond laser is irradiated onto a solid surface (in this case, the surface of the target 13) so that the material on the solid surface is converted into molecular ions or multivalent molecular ions. This means the intensity or light intensity of the laser that can be emitted, and this value is specific to the material of the solid surface (here, the surface of the target 13).

尚、一般に、「フルーエンス」の単位は、J/cmであり、「レーザ強度」或いは「光強度」の単位は、W/cm(即ち、J/s・cm)である。従って、レーザのフルーエンスとは、レーザのエネルギを照射面積で割ったものであり、レーザ強度(光強度)は、フルーエンスを、レーザのパルス幅(時間)で割ったものとなる。言い換えれば、レーザ強度(光強度)は、レーザのエネルギを、(照射面積×レーザのパルス幅)で割ったものとなる。よって、本実施形態において、レーザ強度或いは光強度の調整は、レーザのエネルギ、レーザの照射面積及びレーザのパルス幅を調整することにより行なわれる。但し、本実施形態では、「光強度」というパラメータに対する条件付けは、独立に要求されるものではなく、後述の如きアブレーション閾値フルーエンスF3,th〜F2,thに係る条件が満たされれば、これに従属して(即ち、レーザ強度(光強度)=フルーエンス/パルス幅なる関係式より)決定される性質のものである。 In general, the unit of “fluence” is J / cm 2 , and the unit of “laser intensity” or “light intensity” is W / cm 2 (that is, J / s · cm 2 ). Accordingly, the fluence of the laser is obtained by dividing the energy of the laser by the irradiation area, and the laser intensity (light intensity) is obtained by dividing the fluence by the pulse width (time) of the laser. In other words, the laser intensity (light intensity) is obtained by dividing the laser energy by (irradiation area × laser pulse width). Therefore, in this embodiment, the laser intensity or the light intensity is adjusted by adjusting the laser energy, the laser irradiation area, and the laser pulse width. However, in the present embodiment, conditioning for the parameter “light intensity” is not required independently, and depends on this if the conditions relating to the ablation threshold fluences F3, th to F2, th as described later are satisfied. (Ie, from the relational expression laser intensity (light intensity) = fluence / pulse width).

図3では、エネルギが300μJであり且つパルス幅が100fsのレーザであって、集光レンズ12等によってターゲット13の表面で照射径が20μmに絞られている“低フルーエンス高強度レーザパルス”を示している。尚、本実施形態に係る「パルス幅(レーザパルス幅)」の定義としては、レーザ強度の時間波形を実験的に調べ、最大レーザ強度の半分になる時間を測定したものである。図3に例示したレーザパルスの場合、フルーエンスは、95J/cmと低いが(即ち、低フルーエンスであるが)、レーザ強度は、1015W/cmと極めて高い(即ち、高強度である)。因みにこのレーザは、東京電力の平成13年度における電力消費のピーク時における6430万kW(=6×1010W)を優に超えるパワーである。これは、フェムト秒レーザという極短パルスレーザの特徴の一つと言える。 FIG. 3 shows a “low-fluence high-intensity laser pulse” which is a laser having an energy of 300 μJ and a pulse width of 100 fs, and whose irradiation diameter is reduced to 20 μm on the surface of the target 13 by the condenser lens 12 or the like. ing. The definition of “pulse width (laser pulse width)” according to this embodiment is obtained by experimentally examining the time waveform of the laser intensity and measuring the time that is half of the maximum laser intensity. In the case of the laser pulse illustrated in FIG. 3, the fluence is as low as 95 J / cm 2 (that is, low fluence), but the laser intensity is extremely high as 10 15 W / cm 2 (that is, high intensity). ). Incidentally, this laser has a power well exceeding 64.3 million kW (= 6 × 10 10 W) at the peak of TEPCO's 2001 power consumption. This is one of the characteristics of an ultrashort pulse laser called a femtosecond laser.

次に、図2に加えて図4及び図5を参照して、照射フルーエンスの値とアブレーション率との関係等を検証するため実験について更に説明する。ここに、図4は、図2に示したレーザ照射・分析装置に係る各種パラメータや各種機材等に係る条件の一例を示し、図5は、図2に示したレーザ照射・分析装置内における、レーザ光源装置及び検証用のCCD(Charged Coupled Device)カメラ等の光学配置を示す。尚、図5において、図1と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。   Next, with reference to FIGS. 4 and 5 in addition to FIG. 2, the experiment will be further described in order to verify the relationship between the value of irradiation fluence and the ablation rate. Here, FIG. 4 shows an example of conditions relating to various parameters and various equipment related to the laser irradiation / analysis apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 5 shows the conditions in the laser irradiation / analysis apparatus shown in FIG. An optical arrangement of a laser light source device and a CCD (Charged Coupled Device) camera for verification is shown. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

図4の一覧表に例示した如くに、レーザ照射・分析装置2では、各種パラメータや各種機材、ターゲット13に係る諸条件が設定される。即ち、ターゲット13としては、金属サンプルCu、Al、Fe、…等が選択され、そのサイズ等が、5×5cm等とされる。また、フェムト秒レーザLBとしては、波長等が800nm(ナノメートル)等とされる。特に光強度(エネルギ)は、0.21〜600μJの間で可変とされ、これに伴い、照射フルーエンスは、10mJ/cm〜28J/cmの間で可変とされる。 As illustrated in the list of FIG. 4, in the laser irradiation / analysis apparatus 2, various parameters, various equipment, and various conditions relating to the target 13 are set. That is, as the target 13, a metal sample Cu, Al, Fe,... Is selected, and its size is set to 5 × 5 cm. The femtosecond laser LB has a wavelength of 800 nm (nanometer) or the like. In particular, the light intensity (energy) is variable between 0.21 and 600 μJ, and accordingly, the irradiation fluence is variable between 10 mJ / cm 2 and 28 J / cm 2 .

図5に示すように、レーザ照射・分析装置2内には、レーザ光源装置11に加えて、図2には不図示である、ターゲット13の表面を撮像するためCCDカメラ31等が光学系に組み込まれている。尚、図5では、図2に示した検出装置16、制御装置10等の他の構成要素は、省略してある。   As shown in FIG. 5, in the laser irradiation / analysis apparatus 2, in addition to the laser light source apparatus 11, a CCD camera 31 and the like for imaging the surface of the target 13 (not shown in FIG. 2) are included in the optical system. It has been incorporated. In FIG. 5, other components such as the detection device 16 and the control device 10 shown in FIG. 2 are omitted.

図5において、レーザ光源装置11は、非熱的なアブレーションを引き起こさせるためのフェムト秒レーザLfsを発生させるフェムト秒レーザ光源装置(fs laser)11aと、光学的なアラインメント用のレーザLaを発生させるヘリウム−ネオンガスレーザ光源(He−Ne laser)11bとを含む。フェムト秒レーザLfsは、ミラー21を経た後に、レーザLaは、偏光状態制御用の光学板25及びミラー26を経た後に、ハーフミラー(ダイクロイックミラー)22のところで合成され、同一光路上のレーザLBとされる。更に、レーザLBは、ハーフミラー(ダイクロイックミラー)34へ到達する。レーザLBのうちフェムト秒レーザLfsは、ハーフミラー34で反射され、集光レンズ12を介して、ターゲット13たる金属サンプルの表面に照射される。他方で、レーザLBのうちアラインメント用のレーザLaは、ハーフミラー34を透過して、アラインメント用に用いられる。そして、フェムト秒レーザLfsによりアブレーションされる金属サンプルの表面の様子は、集光レンズ12、ハーフミラー34、レンズ33、ミラー32を経てCCDカメラ31に至る反射光Lrを受光することで、CCDカメラ31によって、撮像される。   In FIG. 5, a laser light source device 11 generates a femtosecond laser light source device (fs laser) 11a that generates a femtosecond laser Lfs for causing non-thermal ablation, and a laser La for optical alignment. Helium-neon gas laser light source (He-Ne laser) 11b. The femtosecond laser Lfs passes through the mirror 21, the laser La passes through the optical plate 25 for controlling the polarization state and the mirror 26, and is then synthesized at the half mirror (dichroic mirror) 22 to be combined with the laser LB on the same optical path. Is done. Further, the laser LB reaches a half mirror (dichroic mirror) 34. Of the lasers LB, the femtosecond laser Lfs is reflected by the half mirror 34 and irradiated onto the surface of the metal sample as the target 13 via the condenser lens 12. On the other hand, the alignment laser La among the lasers LB passes through the half mirror 34 and is used for alignment. The state of the surface of the metal sample that is ablated by the femtosecond laser Lfs is reflected by the reflected light Lr that reaches the CCD camera 31 through the condenser lens 12, the half mirror 34, the lens 33, and the mirror 32. 31 is used to capture an image.

次に図6から図12を参照して、上述の如きレーザ照射・分析装置2によって得られる、照射フルーエンスとアブレーション率との関係、特にこの関係を示す特性曲線上で識別される、三つのアブレーション閾値フルーエンス、及びこれらの閾値によって規定される新規なアブレーション物理を示す低フルーエンス領域について説明する。ここに、図6は、レーザ照射・分析装置2によって得られる照射フルーエンスとアブレーション率との関係を示し、図7は、レーザ照射・分析装置2によって得られるレーザパルス幅とアブレーション閾値(アブレーション閾値フルーエンス)との関係を示す。図8から図10は夫々、レーザ照射・分析装置2によって検出されるイオン信号強度を時間軸(横軸)に対して示す。図11は、Cu(銅)についての温度と分布密度との関係を示し、図12は、レーザ照射・分析装置2によって得られるCuについての入射レーザエネルギとイオン信号強度との関係を示す。   Next, referring to FIG. 6 to FIG. 12, the relationship between the irradiation fluence and the ablation rate obtained by the laser irradiation / analysis apparatus 2 as described above, in particular, three ablations identified on the characteristic curve indicating this relationship. The threshold fluence and the low fluence region showing the new ablation physics defined by these thresholds will be described. 6 shows the relationship between the irradiation fluence obtained by the laser irradiation / analysis apparatus 2 and the ablation rate. FIG. 7 shows the laser pulse width obtained by the laser irradiation / analysis apparatus 2 and the ablation threshold (ablation threshold fluence). ). 8 to 10 show the ion signal intensity detected by the laser irradiation / analysis apparatus 2 with respect to the time axis (horizontal axis), respectively. FIG. 11 shows the relationship between temperature and distribution density for Cu (copper), and FIG. 12 shows the relationship between incident laser energy and ion signal intensity for Cu obtained by the laser irradiation / analysis apparatus 2.

図2から図5を参照して説明したレーザ照射・分析装置2を用いると、図6に例示した如き照射フルーエンス(レーザ照射フルーエンス(J/cm))とアブレーション率(nm/shot)との関係が得られる。但し、ここでは、ターゲット13をCu(銅)とし、フェムト秒レーザFfsの波長を800nmとし、パルス幅を70fs(フェムト秒)としており、その他の諸条件については、図4に例示した通りとしてある。 When the laser irradiation / analysis apparatus 2 described with reference to FIGS. 2 to 5 is used, the irradiation fluence (laser irradiation fluence (J / cm 2 )) and the ablation rate (nm / shot) illustrated in FIG. A relationship is obtained. However, here, the target 13 is Cu (copper), the wavelength of the femtosecond laser Ffs is 800 nm, the pulse width is 70 fs (femtosecond), and other conditions are as illustrated in FIG. .

図6に示すように、黒丸で示した離散的な実験データ(experimental data)によれば、照射フルーエンスとアブレーション率との関係を示す特性曲線には、三つのアブレーション閾値フルーエンスとして、小さい順に、アブレーション閾値フルーエンスF3,th(=0.018J/cm)、F2,th(=0.18J/cm)及びF1,th(=0.25J/cm)が存在しているのが確認される。 As shown in FIG. 6, according to the discrete experimental data indicated by black circles, the characteristic curve indicating the relationship between irradiation fluence and ablation rate has three ablation threshold fluences in ascending order of ablation. It is confirmed that threshold fluences F3, th (= 0.018 J / cm 2 ), F2, th (= 0.18 J / cm 2 ) and F1, th (= 0.25 J / cm 2 ) exist. .

ここで「アブレーション率」は、1レーザパルス当りのターゲット13の表面に形成されるクレータの深さ(剥離深さ)を意味し、次式(1)で表記される。   Here, “ablation rate” means the depth (peeling depth) of the crater formed on the surface of the target 13 per laser pulse, and is expressed by the following equation (1).

L=α―1ln(F/Fth) …(1)
但し、
α―1:光侵入長(cm)、
F:照射フルーエンス(J/cm
従って、この式(1)から、上述した三つのアブレーション閾値フルーエンスFth(F3,th、F2,th、F1,th)は夫々、L=0なる照射フルーエンスFから評価されることになる。
L = α −1 ln (F / Fth) (1)
However,
α -1 : light penetration length (cm),
F: Irradiation fluence (J / cm 2 )
Therefore, from the equation (1), the three ablation threshold fluences Fth (F3, th, F2, th, F1, th) described above are evaluated from the irradiation fluence F where L = 0.

より一般には、レーザの空間プロファイルがガウス関数で表される場合、クレータの口径Γは、次式(2)で表記される。   More generally, when the laser spatial profile is expressed by a Gaussian function, the crater diameter Γ is expressed by the following equation (2).

Γ=a{ln(F/Fth)}0.5 …(2)
但し、a:入射されるレーザビームの径
従って、この場合には、この式(2)から、上述した三つのアブレーション閾値フルーエンスFth(F3,th、F2,th、F1,th)は夫々、Γ=0なる照射フルーエンスFから評価されることになる。
Γ = a {ln (F / Fth)} 0.5 (2)
However, a: Diameter of the incident laser beam Therefore, in this case, from the equation (2), the above-mentioned three ablation threshold fluences Fth (F3, th, F2, th, F1, th) are respectively Γ Evaluation is made from an irradiation fluence F of = 0.

以上、式(1)及び(2)に示したように、アブレーション閾値フルーエンスは、二つの手法により評価可能である。   As described above, as shown in the equations (1) and (2), the ablation threshold fluence can be evaluated by two methods.

尚、図6では、両対数グラフ上での特性曲線であるため、これら三つのアブレーション閾値フルーエンスF3,th、F2,th及びF1,thの存在は多少目視し難くなっているが、この特性曲線を、横軸(レーザ照射フルーエンス軸)のみを対数としたグラフ上で描けば、上記式(1)及び式(2)からも明らかなように、これら三つのアブレーション閾値フルーエンスF3,th、F2,th及びF1,thの存在は、目視により容易且つ明確に確認可能となる。   6 is a characteristic curve on a log-log graph, the existence of these three ablation threshold fluences F3, th, F2, th and F1, th is somewhat difficult to see. Is plotted on a graph with only the horizontal axis (laser irradiation fluence axis) as a logarithm, as is clear from the above equations (1) and (2), these three ablation threshold fluences F3, th, F2, The presence of th and F1, th can be easily and clearly confirmed visually.

図7に示すように、レーザパルス幅(s)とアブレーション閾値フルーエンス(J/cm)との関係を示す特性曲線上で、これら三つのアブレーション閾値フルーエンスF3,th、F2,th及びF1,thは夫々、フェムト秒レーザLfsに係るパルス幅に依存して変化する性質を有する。ここで、フェムト秒レーザLfsは、ターゲット13における衝突緩和時間よりも短い時間のパルス幅を有するので、フェムト秒レーザLfsに係るパルス幅は、ターゲット13の表面の材質に応じて可変である。例えば、例えばCuであれば17.49psといった具合である。(尚、この例では、図6の場合と同じく、ターゲット13をCu(銅)とし、フェムト秒レーザFfsの波長を800nmとしてある。)このように、三つのアブレーション閾値フルーエンスF3,th、F2,th及びF1,thは夫々、パルス幅と共に変化するので、レーザ強度もパルス幅に依存する重要パラメータであると言える(図3参照)。集光光学系を変えることで、ターゲット13の表面のレーザ照射面積が変わるため、レーザの強度を変えることができる。つまり、アブレーションに寄与する時間間隔を長くしたり短くしたりの調節が可能である。但し、本実施形態では、「光強度」というパラメータに対する条件付けは、独立に要求されるものではなく、上述の如きアブレーション閾値フルーエンスF3,th〜F2,thに係る条件が満たされれば、これに従属して決定される。 As shown in FIG. 7, on the characteristic curve showing the relationship between the laser pulse width (s) and the ablation threshold fluence (J / cm 2 ), these three ablation threshold fluences F3, th, F2, th and F1, th Have properties that change depending on the pulse width of the femtosecond laser Lfs. Here, since the femtosecond laser Lfs has a pulse width shorter than the collision relaxation time in the target 13, the pulse width related to the femtosecond laser Lfs is variable according to the material of the surface of the target 13. For example, in the case of Cu, for example, 17.49 ps. (In this example, as in the case of FIG. 6, the target 13 is Cu (copper) and the wavelength of the femtosecond laser Ffs is 800 nm.) Thus, the three ablation threshold fluences F3, th, F2, Since th and F1, th change with the pulse width, respectively, it can be said that the laser intensity is also an important parameter depending on the pulse width (see FIG. 3). By changing the condensing optical system, the laser irradiation area on the surface of the target 13 changes, so that the laser intensity can be changed. That is, it is possible to adjust the time interval contributing to ablation to be longer or shorter. However, in the present embodiment, conditioning for the parameter “light intensity” is not required independently, and depends on this if the conditions relating to the ablation threshold fluences F3, th to F2, th as described above are satisfied. To be determined.

図6及び図7から分かるように、本実施形態に係る「低フルーエンス領域」とは、1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF3,thと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF2,thとの間の領域を意味する。従って、低フルーエンス領域は、ターゲット13の材質によって変化することとなるが、図6に示した例(即ち、ターゲットがCuである例)では、0.018J/cm〜0.18J/cmのフルーエンス領域が、低フルーエンス領域に該当する。言い換えれば、この0.018J/cm〜0.18J/cmのフルーエンス領域が、非熱的なイオン化がCuからなるターゲット13の表面で生じるアブレーション閾値付近の領域を意味することになる。 As can be seen from FIGS. 6 and 7, the “low fluence region” according to the present embodiment is a region between the first smallest ablation threshold fluence F3, th and the second smallest ablation threshold fluence F2, th. means. Therefore, the low fluence region varies depending on the material of the target 13, but in the example shown in FIG. 6 (that is, the example where the target is Cu), 0.018 J / cm 2 to 0.18 J / cm 2. The fluence region is a low fluence region. In other words, the fluence region of 0.018 J / cm 2 to 0.18 J / cm 2 means a region in the vicinity of the ablation threshold where nonthermal ionization occurs on the surface of the target 13 made of Cu.

図6において、3光子吸収過程に基づいてシミュレーション又はモデル化された特性曲線L(ξ)が、実線で示されている。この特性曲線L(ξ)は、アブレーション閾値フルーエンスF3,thとアブレーション閾値フルーエンスF2,thとの間の領域、即ち低フルーエンス領域では、黒丸で示した実験データと整合がとれているのが確認される。 In FIG. 6, a characteristic curve L 33 ) simulated or modeled based on the three-photon absorption process is shown by a solid line. This characteristic curve L 33 ) is consistent with the experimental data indicated by the black circles in the region between the ablation threshold fluence F3, th and the ablation threshold fluence F2, th, that is, in the low fluence region. It is confirmed.

ここで、m次の多光子吸収が起こった場合、その吸収係数ζ(cm/Wm−1)が分かれば、アブレーション率L(cm/shot)は解析的に説くことができ、次式(3)で表される。 Here, when m-th order multiphoton absorption occurs, if the absorption coefficient ζ m (cm m / W m−1 ) is known, the ablation rate L m (cm / shot) can be explained analytically, It is represented by the following formula (3).

=1/{(m−1)ζ
×{(Eth/τζ((1−m)/m)−(F/τ1−m} …(3)
但し、
m≧2
τ(s):レーザーパルスの幅、
TH(J/cm):融解熱で単位体積の固体を融解させるのに必要なエネルギ
そして、L=0となる条件が、アブレーション閾値フルーエンスFthで、次式(4)で表される。
L m = 1 / {(m−1) ζ m }
× {(E th / τ p ζ m ) ((1-m) / m) − (F / τ p ) 1-m } (3)
However,
m ≧ 2
τ p (s): width of laser pulse,
E TH (J / cm 3 ): Energy required to melt a unit volume of solid with heat of fusion And the condition for L m = 0 is the ablation threshold fluence F th and is expressed by the following equation (4): The

th=(Eth/ζ1/mτ ((1−m)/m)=βτ ((1−m)/m) …(4)
以上式(3)及び(4)から分かるように、アブレーション閾値フルーエンスF3,thは、パルス幅に依存しており、図6の特性曲線L(ξ)で示された3光子吸収過程によるものとして説明される。
F th = (E th / ζ m ) 1 / m τ p ((1-m) / m) = β m τ p ((1-m) / m) (4)
As can be seen from the equations (3) and (4) above, the ablation threshold fluence F3, th depends on the pulse width, and depends on the three-photon absorption process shown by the characteristic curve L 33 ) in FIG. It is explained as a thing.

また図6において、2光子吸収過程に基づいてシミュレーション又はモデル化された特性曲線Lσが、破線で示されている。この特性曲線Lσは、アブレーション閾値フルーエンスF2,thとアブレーション閾値フルーエンスF1,thとの間の領域、即ち、低フルーエンス領域に隣接する高フルーエンス領域では、黒丸で示した実験データと整合がとれているのが確認される。この高フルーエンス領域では、2光子吸収過程がアブレーション現象において支配的となり、熱的なイオン化放出現象が発生する。 In FIG. 6, a characteristic curve Lσ that is simulated or modeled based on the two-photon absorption process is indicated by a broken line. This characteristic curve L sigma, the region between the ablation threshold fluence F2, th the ablation threshold fluence F1, and th, i.e., in the high fluence region adjacent to the low fluence region, and is consistent with the experimental data shown by black circles Is confirmed. In this high fluence region, the two-photon absorption process becomes dominant in the ablation phenomenon, and a thermal ionization emission phenomenon occurs.

更に図6において、1次元2温度熱拡散過程に基づいてシミュレーション又はモデル化された特性曲線Lが、一点鎖線で示されている。この特性曲線Lは、アブレーション閾値フルーエンスF1,thよりも高い高フルーエンスの領域では、黒丸で示した実験データと整合がとれているのが確認できる。 Further, in FIG. 6, a characteristic curve L 1 that is simulated or modeled based on the one-dimensional two-temperature thermal diffusion process is indicated by a one-dot chain line. The characteristic curve L 1 is the ablation threshold fluence F1, at high high fluence region than th, it can be confirmed that that is consistent with the experimental data shown by black circles.

このように、フェムト秒レーザFfsを用いる場合、低フルーエンス領域内では、“3光子吸収過程”がアブレーション現象の要因として顕著に又は完全に支配的となる。尚、フェムト秒レーザLfsの場合、例えば、800nmの波長であれば、光子としては1.5eVの粒の性質を有する。よって、ターゲット13の表面において、3光子吸収過程に従って非熱的なイオン化放出(非熱的な脱離イオン化)が行なわれる。逆に、本実施形態に係る低フルーエンス領域から外れた高フルーエンス領域では、本実施形態の如き非熱的なイオン化放出現象は殆ど又は全く確認されておらず、熱的なイオン化放出現象が顕著に確認される。   As described above, when the femtosecond laser Ffs is used, the “three-photon absorption process” becomes notably or completely dominant as a factor of the ablation phenomenon in the low fluence region. In the case of the femtosecond laser Lfs, for example, when the wavelength is 800 nm, the photon has a particle property of 1.5 eV. Therefore, non-thermal ionization emission (non-thermal desorption ionization) is performed on the surface of the target 13 in accordance with the three-photon absorption process. On the contrary, in the high fluence region deviating from the low fluence region according to this embodiment, little or no non-thermal ionization emission phenomenon as in this embodiment has been confirmed, and the thermal ionization emission phenomenon is remarkable. It is confirmed.

次に図8から図10を参照して、このように新規なアブレーション物理を示す低フルーエンス領域における、2光子吸収過程に基づく特性曲線L(ξ)について、更に検証する。より具体的には、レーザ照射・分析装置2において検出装置16によって測定される、ターゲット13表面から放出される分子イオンに基づいて、イオン化放出過程とレーザ多光子吸収過程(或いは、3光子吸収過程)との関連性について検討する。ここでは、波長800nmであるフェムト秒レーザLfsのパルス幅は、130fsに固定され、集光レンズ12として、f(焦点距離)=250mmのレンズが用いられる。そして、ターゲット13たるCuの金属サンプルの表面に、照射フルーエンスを15〜700mJ/cmの範囲で変化させつつ、フェムト秒レーザLfsが照射されるものとする。そして、ターゲット13の表面から放出される分子イオンが、検出装置16の一例として、飛行時間型質量分析器(TOF)によって、測定される。このようにして得られる測定結果が、図8から図10に示されている。図8から図10はこの順番に、フェムト秒レーザLfsの照射エネルギを、27μJ(相対的に高エネルギ)、17μJ(相対的に中エネルギ)、8.7μJ(相対的に低エネルギ)として測定したものである。 Next, with reference to FIGS. 8 to 10, the characteristic curve L 33 ) based on the two-photon absorption process in the low fluence region showing the novel ablation physics will be further verified. More specifically, an ionization emission process and a laser multiphoton absorption process (or a three-photon absorption process) based on molecular ions emitted from the surface of the target 13 measured by the detection apparatus 16 in the laser irradiation / analysis apparatus 2. ). Here, the pulse width of the femtosecond laser Lfs having a wavelength of 800 nm is fixed to 130 fs, and a lens with f (focal length) = 250 mm is used as the condenser lens 12. The surface of the Cu metal sample as the target 13 is irradiated with the femtosecond laser Lfs while changing the irradiation fluence in the range of 15 to 700 mJ / cm 2 . Then, molecular ions emitted from the surface of the target 13 are measured by a time-of-flight mass analyzer (TOF) as an example of the detection device 16. The measurement results obtained in this way are shown in FIGS. 8 to 10 show the irradiation energy of the femtosecond laser Lfs in this order as 27 μJ (relatively high energy), 17 μJ (relatively medium energy), and 8.7 μJ (relatively low energy). Is.

図8から図10に示すように、本測定条件では、いずれの場合にも、Cu3+及びCu2+に対応するピークが測定され、即ち、多価の銅イオンが顕著に放出されていることが確認される。尚、図8から図10において、3μs付近のピークは、測定環境に起因する水素イオンによるもので、当該新規なアブレーション物理に係る検証とは、特に関係がない。 As shown in FIG. 8 to FIG. 10, under these measurement conditions, in any case, peaks corresponding to Cu 3+ and Cu 2+ are measured, that is, polyvalent copper ions are remarkably released. It is confirmed. 8 to 10, the peak in the vicinity of 3 μs is due to hydrogen ions caused by the measurement environment, and is not particularly related to the verification related to the new ablation physics.

図11は、上述の如き測定に係るアブレーションが、仮に熱過程によるものとして計算した場合における、温度(k)に対する、銅イオン(Cu、Cu2+、Cu3+)及び銅(Cu)の価数分布を示している。これに対して、図12は、上述の如き本実施形態の測定で得られる、入射レーザエネルギ(μJ)に対する、銅イオン(Cu、Cu2+、Cu3+)及び銅(Cu)の価数分布を示している。尚、図12における、入射レーザエネルギが9μJ付近のところに見られるピークは、信号が得られない際のイオン信号強度を示しており、当該新規なアブレーション物理に係る検証とは、特に関係がない。 FIG. 11 shows the valence of copper ions (Cu + , Cu 2+ , Cu 3+ ) and copper (Cu) with respect to the temperature (k) when the ablation related to the measurement as described above is calculated by a thermal process. Distribution is shown. On the other hand, FIG. 12 shows the valence distribution of copper ions (Cu + , Cu 2+ , Cu 3+ ) and copper (Cu) with respect to the incident laser energy (μJ) obtained by the measurement of the present embodiment as described above. Is shown. In FIG. 12, the peak seen when the incident laser energy is around 9 μJ indicates the ion signal intensity when no signal is obtained, and is not particularly relevant to the verification related to the new ablation physics. .

図11及び図12からも、図6に示した低フルーエンス領域におけるアブレーション或いはイオン化放出現象が、熱過程ではなく、非熱過程で起こっていることが推察される。これは、前述したように、低フルーエンス領域では、多光子吸収過程或いは3光子吸収過程がアブレーション現象の要因として顕著に又は完全に支配的となり、分子イオンとして、多価のイオンが生成されるという考察を裏付ける結果となっている。   From FIG. 11 and FIG. 12, it is presumed that the ablation or ionization emission phenomenon in the low fluence region shown in FIG. 6 occurs not in the thermal process but in the non-thermal process. As described above, in the low fluence region, the multiphoton absorption process or the three-photon absorption process becomes dominant or completely dominant as a factor of the ablation phenomenon, and multivalent ions are generated as molecular ions. The result supports the discussion.

以上図2から図12を参照して説明したように、1つのフェムト秒レーザに係るパルスで、ターゲット13の表面を、原子・分子レベルで、言い換えれば、非常にソフトにアブレーションさせ、或いはイオン化できる。この際、1価以外の多価イオンのみが顕著に放出される非熱的アブレーション現象、或いは非熱的イオン化現象は、本発明の以前には報告されていない。   As described above with reference to FIGS. 2 to 12, the surface of the target 13 can be ablated or ionized very softly at the atomic / molecular level, in other words, with a pulse related to one femtosecond laser. . At this time, a non-thermal ablation phenomenon in which only multivalent ions other than monovalent ions are remarkably released or a non-thermal ionization phenomenon has not been reported before the present invention.

また、本実施形態では、金属として適宜Cuの場合について例示しているが、図4の表に例示した全ての金属についても同様の非熱的アブレーション現象、或いは非熱的イオン化現象が確認される。総括すれば、図6等を参照して説明したアブレーション率のフルーエンス依存性は、概ね全ての金属をターゲット13とした場合にも、傾きの異なる三つの対数成分からなっており、アブレーション閾値フルーエンスは夫々、三つ(F3,th、F2,th及びF1,th)存在する。そして、概ねいずれの金属についても、アブレーション閾値フルーエンスのパルス依存性は、多光子吸収過程或いは3光子吸収過程に従っていると考察される。   Further, in the present embodiment, the case where Cu is appropriately used as the metal is illustrated, but the same non-thermal ablation phenomenon or non-thermal ionization phenomenon is confirmed for all the metals illustrated in the table of FIG. . In summary, the fluence dependence of the ablation rate described with reference to FIG. 6 and the like is composed of three logarithmic components having different slopes even when all the metals are the target 13, and the ablation threshold fluence is There are three (F3, th, F2, th and F1, th), respectively. And about any metal, it is thought that the pulse dependence of ablation threshold fluence follows the multiphoton absorption process or the three-photon absorption process.

続いて図13及び図14を参照して、本実施形態によって、フェムト秒レーザLfsの波長を制御する必要なしに、ターゲット13の表面の剥離深さ、或いは、剥離面積も含めた微細加工のサイズを制御可能である点について検証する。ここに、図13は、本実施形態で用いるフェムト秒レーザLfsの波形を示す。図14は、ターゲット13に照射するフェムト秒レーザLfsに係る照射フルーエンス(J/cm)及びパルス数(shots数)を変えた場合における、照射位置を中心とした各位置(μm)に対する剥離深さ(ablation depth(μm))を示す。 Subsequently, referring to FIG. 13 and FIG. 14, according to the present embodiment, it is not necessary to control the wavelength of the femtosecond laser Lfs, and the size of fine processing including the peeling depth of the surface of the target 13 or the peeling area is included. The point that can be controlled is verified. FIG. 13 shows the waveform of the femtosecond laser Lfs used in this embodiment. FIG. 14 shows the peeling depth for each position (μm) around the irradiation position when the irradiation fluence (J / cm 2 ) and the number of pulses (shots number) related to the femtosecond laser Lfs irradiated to the target 13 are changed. (Ablation depth (μm)).

図13及び図14に示したように、パルス幅を70fsとし、波長を800nmに固定しても、図14に示したように、照射フルーエンスを変えることで、剥離深さ及び剥離面積を変えられる。   As shown in FIGS. 13 and 14, even if the pulse width is 70 fs and the wavelength is fixed to 800 nm, the peeling depth and the peeling area can be changed by changing the irradiation fluence as shown in FIG. .

従って、予めこのような照射フルーエンスの値と剥離深さ及び剥離面積との関係、或いは、照射フルーエンスと微細加工サイズとの関係を実験的、経験的、理論的に、或いはシミュレーション等により求めておけば、所望の剥離深さや剥離面積、或いは所望の微細加工サイズでの微細加工を、照射フルーエンスの値及び照射パルス数を調整・制御することで実現できることになる。   Therefore, the relationship between the irradiation fluence value, the peeling depth and the peeling area, or the relationship between the irradiation fluence and the microfabrication size can be obtained in advance by experiment, empirical, theoretical or simulation. For example, fine processing with a desired peeling depth and peeling area or a desired fine processing size can be realized by adjusting and controlling the value of irradiation fluence and the number of irradiation pulses.

続いて図15から図17を参照して、本実施形態によって、フェムト秒レーザLfsの波長を制御する必要なしに、レーザアブレーションによってターゲット13の表面に形成される周期構造の間隔を制御可能である点について検証する。ここに、図15及び図16は夫々、フェムト秒レーザLfsの照射によってターゲット13の表面に形成される、周期構造を示す。また、図17は、該周期構造の間隔と、照射フルーエンスとの関係を示す。   Subsequently, referring to FIGS. 15 to 17, according to the present embodiment, the interval of the periodic structure formed on the surface of the target 13 by laser ablation can be controlled without the need to control the wavelength of the femtosecond laser Lfs. Verify the point. Here, FIG. 15 and FIG. 16 each show a periodic structure formed on the surface of the target 13 by irradiation with the femtosecond laser Lfs. FIG. 17 shows the relationship between the interval between the periodic structures and the irradiation fluence.

図15に例示したように、フェムト秒レーザLfsの照射によってターゲット13の表面には、フェムト秒レーザLfsの波長に依存した間隔の周期構造が形成される。例えば、ターゲット13の表面内で、0.5μmの間隔(distance)で、深さ(height)200nmの周期構造が形成される。この様子は、ターゲット13の表面における各位置の剥離深さを濃淡で示した図16によって、視覚的に理解できる。尚、図5に示したCCDカメラ31を利用すれば、このような濃淡イメージがターゲット13の表面上で観察される。   As illustrated in FIG. 15, a periodic structure having an interval depending on the wavelength of the femtosecond laser Lfs is formed on the surface of the target 13 by irradiation with the femtosecond laser Lfs. For example, a periodic structure having a height of 200 nm is formed in the surface of the target 13 at a distance of 0.5 μm. This state can be visually understood from FIG. 16 in which the peeling depth at each position on the surface of the target 13 is shown by shading. If the CCD camera 31 shown in FIG. 5 is used, such a grayscale image is observed on the surface of the target 13.

このような周期構造は、入射光たるレーザとターゲット13の表面にできるプラズマ波(又は散乱波)との干渉により生成される定存波に起因している。また、周期構造の間隔は、レーザの偏光方向にも依存する。   Such a periodic structure is caused by a standing wave generated by interference between a laser as incident light and a plasma wave (or scattered wave) formed on the surface of the target 13. Further, the interval between the periodic structures also depends on the polarization direction of the laser.

より具体的には、周期構造の間隔dは、次式(5)で表記される。   More specifically, the interval d of the periodic structure is expressed by the following formula (5).

d=λ/(1±sinθ) …(5)
但し、
λ:レーザの波長
θ:レーザの入射角度
そして、本例では、λ=800nmであり、且つθ=0であるので、d=λ=800nmとなる。
d = λ / (1 ± sin θ) (5)
However,
λ: Laser wavelength θ: Laser incident angle Since λ = 800 nm and θ = 0 in this example, d = λ = 800 nm.

図17に示すように、本実施形態によれば、このような周期構造における間隔を、波長を変えることなく、照射フルーエンスの値を小さくすることで、小さくできる。特に、低フルーエンス領域では、高フルーエンス領域に比べて、周期構造の間隔を顕著に狭めることができる。   As shown in FIG. 17, according to this embodiment, the interval in such a periodic structure can be reduced by reducing the value of the irradiation fluence without changing the wavelength. In particular, in the low fluence region, the interval between the periodic structures can be remarkably narrowed compared to the high fluence region.

以上図13から図17を参照して説明したように、フェムト秒レーザLfsを用いたアブレーションの場合、ターゲット13の表面における剥離深さや剥離面積、更には、周期構造の間隔を、照射フルーエンスの値によって制御できる。   As described above with reference to FIG. 13 to FIG. 17, in the case of ablation using the femtosecond laser Lfs, the peeling depth and peeling area on the surface of the target 13, and further, the interval of the periodic structure is determined by the irradiation fluence value. Can be controlled by.

また、本実施形態では、金属として適宜Cuの場合について例示しているが、図4の表に例示した全ての金属についても同様の制御が可能である。総括すれば、各種の金属をターゲット13とした場合にも、ターゲット13の表面における剥離深さや剥離面積、更には、レーザ波長よりも狭い間隔を有する周期構造の間隔を、照射フルーエンスの値によって制御できる。   Further, in the present embodiment, the case where Cu is appropriately used as the metal is exemplified, but the same control is possible for all the metals exemplified in the table of FIG. In summary, even when various metals are used as the target 13, the separation depth and the separation area on the surface of the target 13, and the interval of the periodic structure having an interval narrower than the laser wavelength are controlled by the value of the irradiation fluence. it can.

以上図2から図17を参照しての考察に鑑み、図1に示した本実施形態に係るレーザ照射装置1では、制御装置10等による設定工程において、照射フルーエンスの値は、ターゲット13の表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内(図6の例では、0.018J/cm〜0.18J/cmの領域内)で設定される。そして、レーザ光源装置11等による照射工程では、フェムト秒レーザLBがこの設定値で照射される。従って、レーザ照射装置1によれば、高フルーエンスのレーザ照射によって又は長いパルスのレーザ照射によってターゲット13の表面における熱的なイオン化を招くことなく或いは加熱による溶融や破壊を招くことなく、原子・分子レベルで剥離或いはアブレーションを行うことができる。この際、低フルーエンスであって且つフェムト秒レーザという極短いパルスを用いることで、非熱的なイオン放出現象がターゲット13の表面で起き、該表面が加熱されることなく、原子・分子レベルでの剥離が可能となるのである。 In view of the above discussion with reference to FIGS. 2 to 17, in the laser irradiation apparatus 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1, the irradiation fluence value is determined by the surface of the target 13 in the setting process by the control apparatus 10 or the like. causing non-thermal ionization released into the low fluence region (in the example of FIG. 6, 0.018J / cm 2 ~0.18J / cm 2 in area) are set at. In the irradiation process by the laser light source device 11 or the like, the femtosecond laser LB is irradiated with this set value. Therefore, according to the laser irradiation apparatus 1, atoms or molecules can be obtained without causing thermal ionization on the surface of the target 13 by high fluence laser irradiation or by long pulse laser irradiation, or causing melting or destruction by heating. Separation or ablation can be performed at the level. At this time, by using an extremely short pulse of a low fluence and a femtosecond laser, a non-thermal ion emission phenomenon occurs on the surface of the target 13, and the surface is not heated, at the atomic / molecular level. It becomes possible to peel off.

以上図1から図17を参照して詳細に説明したように本実施形態に係るレーザ照射装置1(図1参照)によれば、ターゲット13の表面における所望の剥離深さ、或いは、所望の微細加工のサイズを調整・制御するために、制御装置10による駆動制御下で、レーザ光源装置11におけるフェムト秒レーザLBの照射フルーエンスの値を調整・制御している。或いは、フェムト秒レーザLBの光強度の値を調整・制御している。従って、例えば前述の特許文献1の如くに「波長変換器」といった特別にレーザ波長を調整・制御するための光学手段は非必要となり、比較的容易にして、ターゲット13の表面における超微細加工やターゲット13の表面からの超微量のイオン化放出が可能となる。   As described above in detail with reference to FIGS. 1 to 17, according to the laser irradiation apparatus 1 (see FIG. 1) according to the present embodiment, a desired peeling depth on the surface of the target 13 or a desired fineness. In order to adjust and control the size of processing, the value of the irradiation fluence of the femtosecond laser LB in the laser light source device 11 is adjusted and controlled under the drive control by the control device 10. Alternatively, the light intensity value of the femtosecond laser LB is adjusted and controlled. Therefore, for example, the optical means for adjusting and controlling the laser wavelength such as the “wavelength converter” as in the above-mentioned Patent Document 1 is not necessary, and it is relatively easy to perform ultrafine processing on the surface of the target 13. An extremely small amount of ionized emission from the surface of the target 13 becomes possible.

尚、図6に例示した如き三つのアブレーション閾値フルーエンスF3,th、F2,th及びF1,thは、ターゲット13の表面の材質等に依存して予め数値化、或いはテーブル化可能である。よって、一旦、これらの値を求めておけば、制御装置10(図1参照)による設定工程における照射フルーエンスの値を、実際にレーザ照射の対象となるターゲット13の材質及び所望の剥離深さに応じて、一意的に決めることが可能となる。即ち、比較的容易にして、実際の照射に際して、制御装置10による照射フルーエンスの値の設定を実施できる。   Note that the three ablation threshold fluences F3, th, F2, th and F1, th as illustrated in FIG. 6 can be quantified or tabulated in advance depending on the material of the surface of the target 13. Therefore, once these values are obtained, the value of the irradiation fluence in the setting process by the control device 10 (see FIG. 1) is changed to the material of the target 13 that is actually the target of laser irradiation and the desired peeling depth. Accordingly, it can be determined uniquely. That is, it is possible to set the irradiation fluence value by the control device 10 in the actual irradiation with relative ease.

加えて、図2に示したレーザ照射・分析装置2は、ターゲット13を試料として、試料表面に対する非破壊的な質量分析等を行なう分析装置として利用することも可能である。   In addition, the laser irradiation / analysis apparatus 2 shown in FIG. 2 can be used as an analysis apparatus that performs non-destructive mass analysis or the like on the sample surface using the target 13 as a sample.

(微細加工装置)
本発明の微細加工装置の実施形態について説明する。
(Micro processing equipment)
An embodiment of a microfabrication apparatus of the present invention will be described.

本実施形態に係る微細加工装置は、図1に示したレーザ照射装置と同一構成を有する。言い換えれば、図1に示したレーザ照射装置1を、ターゲット13を微細加工の対象物とすれば、そのまま本実施形態に係る微細加工装置を実現できる。   The microfabrication apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the laser irradiation apparatus shown in FIG. In other words, if the laser irradiation apparatus 1 shown in FIG. 1 is used as a target for fine processing, the fine processing apparatus according to this embodiment can be realized as it is.

本実施形態の微細加工装置によれば、上述したレーザ照射装置1の場合と同様に、フェムト秒レーザLfsに係る照射フルーエンスを低フルーエンス領域内で調整・制御することによって、ターゲット13に対して原子・分子レベルでの超微細加工が可能となる。   According to the microfabrication apparatus of the present embodiment, as in the case of the laser irradiation apparatus 1 described above, the irradiation fluence related to the femtosecond laser Lfs is adjusted and controlled in the low fluence region, so・ Ultra-fine processing at the molecular level is possible.

この場合、好ましくは、制御装置10による駆動制御下で、レーザ光源装置11は、フェムト秒レーザLBとして、一つのレーザパルスを他のレーザパルスから時間的に独立した形で照射可能に構成される。これにより、一つのレーザパルスを他のレーザパルスから時間的に独立した形で照射することで、ターゲット13の表面から分子イオンを、一つのレーザパルスに対応する極めて微細な剥離量でイオン化放出させることが可能となる。   In this case, preferably, under the drive control by the control device 10, the laser light source device 11 is configured to be able to irradiate one laser pulse in a time independent manner from the other laser pulses as the femtosecond laser LB. . Thus, by irradiating one laser pulse in a time independent manner from the other laser pulses, molecular ions are ionized and released from the surface of the target 13 with a very fine separation amount corresponding to one laser pulse. It becomes possible.

尚、図1では、ターゲット13は、θだけ傾けられているが、放出された分子イオンを特に利用しない、微細加工装置の場合には、このように傾ける必要は必ずしもなく、要求される加工の形状や程度に応じて、θを適宜調整してもよい。   In FIG. 1, the target 13 is tilted by θ. However, in the case of a microfabrication apparatus that does not particularly use the released molecular ions, it is not always necessary to tilt the target 13 in this way. You may adjust (theta) suitably according to a shape and a grade.

本実施形態に係る微細加工装置によれば、レーザ波長以下のナノ構造の形成、トライポロジー、レーザ波長以下の微小穴あけ、半導体結晶化、通信用微小デバイスの作成、μ−TAS(Total Analysis System)、MEMS(Micro Electro Mechanical System)などへの、幅広い応用が可能となる。   According to the microfabrication apparatus according to the present embodiment, formation of nanostructures with a laser wavelength or less, tripology, micro-drilling with a laser wavelength or less, semiconductor crystallization, creation of a communication microdevice, μ-TAS (Total Analysis System), Wide application to MEMS (Micro Electro Mechanical System) etc. becomes possible.

(薄膜形成装置)
図18を参照して本発明の薄膜形成装置の実施形態について説明する。ここに、図18は、薄膜形成装置の概略構成を示す。尚、図18において、図1と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
(Thin film forming equipment)
An embodiment of the thin film forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows a schematic configuration of the thin film forming apparatus. In FIG. 18, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

図18に示すように、薄膜形成装置3は、図1のレーザ照射装置1と同じく制御装置10、レーザ光源装置11、集光レンズ12及び真空容器14を備え、更に、被成膜体201が載置される基台202及び電源装置203を備えて構成される。基台202及び電源装置203は、本発明に係る「成膜手段」の一例を構成する。   As shown in FIG. 18, the thin film forming apparatus 3 includes a control device 10, a laser light source device 11, a condensing lens 12, and a vacuum container 14, similar to the laser irradiation device 1 of FIG. It comprises a base 202 and a power supply device 203 to be placed. The base 202 and the power supply device 203 constitute an example of the “film forming unit” according to the present invention.

基台202は、電源装置203により所定電位とされ、被成膜体201を所定電位とした状態で保持する。これにより、薄膜形成時には、既存のスパッタリング技術と類似の要領で、フェムト秒レーザLBの照射に応じてターゲット13から放出される分子イオンが、被成膜体201上に衝突し、被成膜体201上に分子イオンから構成される薄膜が形成される。   The base 202 is set at a predetermined potential by the power supply device 203 and holds the film formation target 201 at a predetermined potential. As a result, when forming a thin film, molecular ions released from the target 13 in response to irradiation with the femtosecond laser LB collide with the film formation target 201 in a manner similar to the existing sputtering technique, and the film formation target A thin film composed of molecular ions is formed on 201.

尚、図18に不図示のイオン加速器或いは電界印加装置を真空容器14内に設けて、ターゲット13から放出された分子イオンを加速してから被成膜体201に衝突させるように構成してもよい。   Note that an ion accelerator or an electric field application device (not shown in FIG. 18) may be provided in the vacuum vessel 14 so that molecular ions emitted from the target 13 are accelerated and then collide with the film formation target 201. Good.

従って、本実施形態によれば、上述したレーザ照射装置1の場合と同様に、ターゲット1の表面から原子・分子レベルで放出される分子イオンを利用して、例えば半導体装置基板などの非成膜体201上に、極薄い薄膜を形成可能となる。   Therefore, according to this embodiment, as in the case of the laser irradiation apparatus 1 described above, for example, non-film formation of a semiconductor device substrate or the like is performed using molecular ions emitted from the surface of the target 1 at the atomic / molecular level. An extremely thin thin film can be formed on the body 201.

尚、制御装置10による駆動制御下で、レーザ光源装置11は、複数のレーザパルスをまとめて或いは連続して照射するように構成してもよい。これにより、ターゲット13から大量の剥離量で分子イオンを放出させ、薄膜形成装置3における成膜速度を上げることが可能となる。   Note that the laser light source device 11 may be configured to irradiate a plurality of laser pulses collectively or continuously under drive control by the control device 10. Thereby, molecular ions can be released from the target 13 with a large amount of peeling, and the film forming speed in the thin film forming apparatus 3 can be increased.

以上説明した実施形態では、金属に限らず、半導体、絶縁体、化合物、生体材料と幅広い固体をターゲット13とできる。特に、レーザ強度を高めることも容易であるので、絶縁体等を、比較的問題なくターゲット13としてアブレーションできる。或いは、レーザを低フルーエンスで照射するので、破壊されやすい化合物や生物試料も比較的問題なくターゲット13としてアブレーションできる。このため、微細化が進行してゆく、ナノテクノロジー、情報技術、環境技術、バイオテクノロジー、製造技術など広い分野にわたって、本発明は、極めて重要な技術を提供することになる。   In the embodiment described above, not only metals but also semiconductors, insulators, compounds, biomaterials and a wide range of solids can be used as the target 13. In particular, since it is easy to increase the laser intensity, an insulator or the like can be ablated as the target 13 with relatively no problem. Alternatively, since the laser is irradiated at a low fluence, a compound or biological sample that is easily destroyed can be ablated as the target 13 with relatively no problem. For this reason, the present invention provides extremely important technology over a wide range of fields such as nanotechnology, information technology, environmental technology, biotechnology, and manufacturing technology where miniaturization proceeds.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うレーザ照射方法及び装置、微細加工方法及び装置、並びに薄膜形成方法及び装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a laser irradiation method involving such changes. In addition, an apparatus, an apparatus, a fine processing method and apparatus, and a thin film forming method and apparatus are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の実施形態に係るレーザ照射装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the laser irradiation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザ照射・分析装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser irradiation / analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る極短パルスレーザ(即ち、フェムト秒レーザ)の波形特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the waveform characteristic of the ultra-short pulse laser (namely, femtosecond laser) which concerns on embodiment of this invention. 実施形態に係るレーザ照射・分析装置における各種パラメータや各種機材等に係る条件の一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the conditions which concern on various parameters, various equipment, etc. in the laser irradiation and analysis apparatus which concern on embodiment. 実施形態に係るレーザ照射・分析装置内における、レーザ光源装置及び検証用のCCDカメラ等の光学配置を示すブロック図であるIt is a block diagram which shows optical arrangement | positionings, such as a laser light source apparatus and a CCD camera for verification, in the laser irradiation / analysis apparatus according to the embodiment. 実施形態に係るレーザ照射・分析装置によって得られる照射フルーエンスとアブレーション率との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the irradiation fluence obtained by the laser irradiation and analysis apparatus which concerns on embodiment, and an ablation rate. 実施形態に係るレーザ照射・分析装置によって得られるレーザパルス幅とアブレーション閾値との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the laser pulse width obtained by the laser irradiation and analysis apparatus which concerns on embodiment, and an ablation threshold value. 実施形態に係るレーザ照射・分析装置によって検出されるイオン信号強度を時間軸(横軸)に対して示す特性図(その1)である。It is a characteristic view (the 1) which shows the ion signal strength detected with the laser irradiation and analysis device concerning an embodiment to a time axis (horizontal axis). 実施形態に係るレーザ照射・分析装置によって検出されるイオン信号強度を時間軸(横軸)に対して示す特性図(その2)である。It is a characteristic view (the 2) which shows the ion signal strength detected with the laser irradiation and analysis device concerning an embodiment to a time axis (horizontal axis). 実施形態に係るレーザ照射・分析装置によって検出されるイオン信号強度を時間軸(横軸)に対して示す特性図(その3)である。It is a characteristic view (the 3) which shows the ion signal strength detected with the laser irradiation and analysis device concerning an embodiment to a time axis (horizontal axis). Cu(銅)についての温度と分布密度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the temperature and distribution density about Cu (copper). 実施形態に係るレーザ照射・分析装置によって得られるCuについての入射レーザエネルギとイオン信号強度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the incident laser energy and ion signal intensity | strength about Cu obtained by the laser irradiation and analysis apparatus concerning embodiment. 実施形態で用いるフェムト秒レーザLfsの波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the femtosecond laser Lfs used in embodiment. 実施形態でフェムト秒レーザLfsに係る照射フルーエンス及びパルス数を変えた場合における、照射位置を中心とした各位置に対する剥離深さを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the peeling depth with respect to each position centering on the irradiation position in the case of changing the irradiation fluence and pulse number concerning the femtosecond laser Lfs in the embodiment. 実施形態においてフェムト秒レーザLfsの照射によってターゲットの表面に形成される周期構造を示す特性図(グラフ)である。It is a characteristic view (graph) which shows the periodic structure formed in the surface of a target by irradiation of femtosecond laser Lfs in an embodiment. 実施形態においてフェムト秒レーザLfsの照射によってターゲットの表面に形成される周期構造を示す特性図(濃淡図)である。FIG. 6 is a characteristic diagram (shading diagram) showing a periodic structure formed on the surface of a target by irradiation with a femtosecond laser Lfs in the embodiment. 実施形態において周期構造の間隔と、照射フルーエンスとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the space | interval of a periodic structure, and irradiation fluence in embodiment. 本発明の実施形態に係る薄膜形成装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the thin film forming apparatus which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ照射装置(微細加工装置)
2…レーザ照射・分析装置
3…薄膜形成装置
10…制御装置
11…レーザ光源装置
12…集光レンズ
13…ターゲット
14…真空容器
16…検出装置
1. Laser irradiation device (microfabrication device)
2 ... Laser irradiation / analysis device 3 ... Thin film forming device 10 ... Control device 11 ... Laser light source device 12 ... Condensing lens 13 ... Target 14 ... Vacuum vessel 16 ... Detection device

Claims (15)

固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る照射フルーエンスの値を、前記低フルーエンス領域内で設定する設定工程と、
前記固体表面に対して前記設定された照射フルーエンスの値で前記フェムト秒レーザを照射する照射工程と
を備え
前記設定工程は、前記低フルーエンス領域内として、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定する
ことを特徴とするレーザ照射方法。
A femtosecond laser in a low fluence region that causes non-thermal ionization emission to the solid surface by irradiating the solid surface according to the desired peel depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface A setting step of setting an irradiation fluence value according to the above in the low fluence region;
Irradiating the femtosecond laser with the set irradiation fluence value on the solid surface , and
In the low fluence region, the setting step includes the irradiation fluence in a region between a first ablation threshold fluence and a second ablation threshold fluence among a plurality of ablation threshold fluences depending on the material. Set the value of
The laser irradiation method characterized by the above-mentioned.
前記設定工程は、前記複数のアブレーション閾値フルーエンスとして少なくとも3つ存在するアブレーション閾値フルーエンスのうち、前記1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF3,thと前記2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスF2,thとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定することを特徴とする請求項に記載のレーザ照射方法。 In the setting step, among the ablation threshold fluences present as at least three as the plurality of ablation threshold fluences, the setting step is performed between the first smallest ablation threshold fluence F3, th and the second smallest ablation threshold fluence F2, th. in the region, the laser irradiation method according to claim 1, characterized in that setting the value of the irradiation fluence. 前記設定工程は、前記1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと前記2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記材質に応じてレーザ多光子吸収過程に基づいて予め設定される照射フルーエンスの値に対するアブレーション率の特性曲線に従って、前記照射フルーエンスの値を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ照射方法。 The setting step includes an irradiation fluence that is preset based on a laser multi-photon absorption process in accordance with the material in an area between the first smallest ablation threshold fluence and the second smallest ablation threshold fluence. laser irradiation method according to claim 1 or 2, characterized in that in accordance with the characteristic curve of the ablation rate for the value, it sets the value of the irradiation fluence. 前記設定工程は、前記レーザ多光子吸収過程として3光子吸収過程に基づいて予め設定される前記特性曲線に従って、前記照射フルーエンスの値を設定することを特徴とする請求項に記載のレーザ照射方法。 The laser irradiation method according to claim 3 , wherein the setting step sets the value of the irradiation fluence according to the characteristic curve set in advance based on a three-photon absorption process as the laser multiphoton absorption process. . 前記設定工程は、前記剥離深さ及び前記材質に応じて、前記フェムト秒レーザの光強度の値を設定することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のレーザ照射方法。 Said setting step, in response to said peeling depth and the material, the laser irradiation method claimed in any one of 4, characterized in that setting the value of the light intensity of the femtosecond laser. 固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る光強度の値を、前記フェムト秒レーザに係る照射フルーエンスが前記低フルーエンス領域内から外れない範囲内で設定する設定工程と、
前記固体表面に対して前記設定された光強度の値で前記フェムト秒レーザを照射する照射工程と
を備え
前記設定工程は、前記照射フルーエンスが、前記低フルーエンス領域内としての、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内から外れない範囲内で、前記光強度の値を設定する
ことを特徴とするレーザ照射方法。
A femtosecond laser in a low fluence region that causes non-thermal ionization emission to the solid surface by irradiating the solid surface according to the desired peel depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface A setting step for setting the value of the light intensity according to a range in which the irradiation fluence related to the femtosecond laser does not deviate from the low fluence region;
Irradiating the femtosecond laser at the set light intensity value on the solid surface , and
In the setting step, the irradiation fluence is an area between the first ablation threshold fluence and the second smallest ablation threshold fluence among the plurality of ablation threshold fluences depending on the material as the low fluence area. Set the light intensity value within a range that does not deviate from
The laser irradiation method characterized by the above-mentioned.
前記設定工程は、前記剥離深さに加えて又は代えて前記固体表面から剥離すべき所望の剥離面積と前記材質とに応じて、前記照射フルーエンスの値及び前記光強度の値のうち少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のレーザ照射方法。 In the setting step, in addition to or instead of the peeling depth, depending on a desired peeling area and the material to be peeled from the solid surface, at least one of the irradiation fluence value and the light intensity value is set. It sets, The laser irradiation method as described in any one of Claim 1 to 6 characterized by the above-mentioned. 請求項1からのいずれか一項に記載のレーザ照射方法を含み、前記照射工程によって前記固体表面を微細加工することを特徴とする微細加工方法。 A micromachining method comprising the laser irradiation method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the solid surface is micromachined by the irradiation step. 請求項1からのいずれか一項に記載のレーザ照射方法と、
前記照射工程によって前記固体表面から放出された分子イオンを用いて被成膜体に対して成膜を行う成膜工程と
を備えたことを特徴とする薄膜形成方法。
The laser irradiation method according to any one of claims 1 to 7 ,
A film forming step of forming a film on a film formation body using molecular ions released from the solid surface by the irradiation step.
固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る照射フルーエンスの値を、前記低フルーエンス領域内で設定する設定手段と、
前記固体表面に対して前記設定された照射フルーエンスの値で前記フェムト秒レーザを照射する照射手段と
を備え
前記設定手段は、前記低フルーエンス領域内として、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内で、前記照射フルーエンスの値を設定する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
A femtosecond laser in a low fluence region that causes non-thermal ionization emission to the solid surface by irradiating the solid surface according to the desired peel depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface Setting means for setting the value of the irradiation fluence in the low fluence region;
Irradiating means for irradiating the femtosecond laser with the set irradiation fluence value on the solid surface ;
The setting means includes the irradiation fluence in the low fluence region within a region between a first ablation threshold fluence and a second ablation threshold fluence among a plurality of ablation threshold fluences depending on the material. Set the value of
The laser irradiation apparatus characterized by the above-mentioned.
固体表面から剥離すべき所望の剥離深さ及び前記固体表面の材質に応じて、前記固体表面に照射されることで前記固体表面に非熱的なイオン化放出を引き起こす低フルーエンス領域内のフェムト秒レーザに係る光強度の値を、前記フェムト秒レーザに係る照射フルーエンスが前記低フルーエンス領域内から外れない範囲内で設定する設定手段と、
前記固体表面に対して前記設定された光強度の値で前記フェムト秒レーザを照射する照射手段と
を備え
前記設定手段は、前記照射フルーエンスが、前記低フルーエンス領域内としての、前記材質に依存する複数のアブレーション閾値フルーエンスのうち1番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスと2番目に小さいアブレーション閾値フルーエンスとの間の領域内から外れない範囲内で、前記光強度の値を設定する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
A femtosecond laser in a low fluence region that causes non-thermal ionization emission to the solid surface by irradiating the solid surface according to the desired peel depth to be peeled from the solid surface and the material of the solid surface A setting means for setting the value of the light intensity according to the above within a range in which the irradiation fluence related to the femtosecond laser does not deviate from the low fluence region;
Irradiating means for irradiating the femtosecond laser with the set light intensity value on the solid surface ;
The setting means includes an area between the first ablation threshold fluence and the second smallest ablation threshold fluence among the plurality of ablation threshold fluences depending on the material, the irradiation fluence being in the low fluence area. Set the light intensity value within a range that does not deviate from
The laser irradiation apparatus characterized by the above-mentioned.
前記照射手段は、前記レーザとして、一つのレーザパルスを他のレーザパルスから時間的に独立した形で照射可能に構成されていることを特徴とする請求項10又は11に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to claim 10 or 11 , wherein the irradiation unit is configured to be able to irradiate one laser pulse as the laser in a time independent manner from other laser pulses. 請求項10から12のいずれか一項に記載のレーザ照射装置を含み、前記照射手段によって前記固体表面を微細加工することを特徴とする微細加工装置。 13. A micromachining apparatus comprising the laser irradiation apparatus according to any one of claims 10 to 12 , wherein the solid surface is micromachined by the irradiation means. 請求項10から12のいずれか一項に記載のレーザ照射装置と、
前記照射手段によって前記固体表面から放出された分子イオンを用いて被成膜体に対して成膜を行なう成膜手段と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
The laser irradiation apparatus according to any one of claims 10 to 12 ,
A thin film forming apparatus comprising: a film forming unit configured to form a film on an object to be formed using molecular ions released from the solid surface by the irradiation unit.
請求項1からのいずれか一項に記載のレーザ照射方法により微細加工が施された構造を有することを特徴とする加工物。 A workpiece having a structure subjected to fine processing by the laser irradiation method according to any one of claims 1 to 7 .
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