JP5993738B2 - パターン化干渉光生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、所望のパターン化干渉光、特に、二次元的に周期的な強度分布パターンを有するパターン化干渉光を生成する装置に関するものである。

加工対象物の表面又は内部に微細加工を施すレーザ加工等において、多点同時加工を可能とするパターン化干渉光生成装置が注目されている。パターン化干渉光生成装置は、例えば、回折光学素子を用いて１つの光を複数の光（複数の輝点：多光束）に分岐し、この複数の光を干渉させることによって（多光束干渉）、所望のパターン化干渉光、例えば、二次元的に周期的な強度分布パターンを有するパターン化干渉光を生成する。このパターン化干渉光により、周期的な多点微細加工を同時に行うことが可能となる。この種のパターン化干渉光生成装置が、特許文献１〜２及び非特許文献１〜２に開示されている。

特許文献１及び非特許文献１に記載のパターン化干渉光生成装置（感光材料７に多光子露光を行う三次元ホログラフィック記録装置１）は、レーザ光を生成するレーザ光源２と、レーザ光を複数本の光束に分割する回折光学素子（回折ビームスプリッタ）３と、複数本のレーザ光を集光させる２つのレンズ４，５と、２つのレンズの間に複数本のレーザ光のうちの４光束を選択するアパーチャ６とを備える。

特許文献２に記載のパターン化干渉光生成装置（ガラス基材の表面に多数の微細加工を施すレーザ加工装置）は、孔が２次元的に配列された回折光学素子（第１のマスク）１３と、第１及び第２の投影レンズ１１，１２と、第１及び第２の投影レンズの間の焦点に配置され、回折光のフーリエ変換像のうちの０次及び１次フーリエ変換像以外のスポットを遮断するフィルタ（第２のマスク１４）とを備える。

非特許文献２に記載のパターン化干渉光生成装置（レーザビーム干渉装置）は、レーザビームを０次光と複数の１次光とに分割する回折光学素子（透過型回折格子（ＤＯＥ））と、２枚のアクロマティック凸レンズと、２枚のレンズの間に配置され、０次光を遮断するフィルタ（ダンパ）とを備える。

特開２００４−１２６３１２号公報 特開平１１−２１６５８０号公報

Toshiaki Kondo et. al., "Femtosecondlaser interference technique with diffractive beam splitter for fabrication ofthree-dimensional photonic crystals", Applied Physics Letters Vol. 79 No. 6,2001, pp.725-727 中田芳樹、「干渉フェムト秒レーザ加工による周期的金属三次元ナノ構造の形成」、天田財団研究概要報告書・国際交流報告書 24、２０１２年、pp.221-225

ところで、レーザ加工では、微細加工の周期構造の形状、周期間隔を変更できることが望ましい。すなわち、パターン化干渉光生成装置では、パターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を変更できることが望ましい。

この点に関し、特許文献１〜２及び非特許文献１〜２に開示の装置では、回折光学素子の回折格子の形状又は間隔、及び、フィルタの開口形状又は間隔を変更することにより、パターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を変更することができる。しかしながら、この場合、パターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を変更するたびに、回折光学素子及びフィルタを別部品に交換する必要があり、作業効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、パターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を容易に変更することができるパターン化干渉光生成装置を提供することを目的とする。

本発明のパターン化干渉光生成装置は、目標位置に、所望のパターン化干渉光を生成する装置であって、レーザ光を生成するレーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素においてレーザ光の波面を制御するホログラムパターンを呈示して、波面制御光を出力する波面制御部と、波面制御部からの波面制御光を目標位置に結像する結像光学系と、結像光学系の集光部に配置されたフィルタと、結像光学系の集光部において所望次数の輝点が複数生成されるように、波面制御部に呈示されるホログラムパターンを制御する制御部とを備え、フィルタは、複数の所望次数の輝点と１対１に対応する複数のスリットを有し、複数のスリットそれぞれは、複数の所望次数の輝点の中心に対して放射状に延在する長尺形状であり、複数のスリットそれぞれの中心側の一端は、中心から離間している。

本発明のパターン化干渉光生成装置によれば、制御部によって波面制御部に呈示されるホログラムパターンを制御することにより、結像光学系の集光部に生成される所望次数の輝点の数、配置、又は、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を容易に変更することができ、その結果、フィルタ及び結像光学系通過後の目標位置に生成されるパターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を容易に変更することができる。例えば、結像光学系の集光部に生成される所望次数の輝点の数、配置を変更することにより、目標位置に生成されるパターン化干渉光の周期構造の形状（加工形状）を変更することができる。また、例えば、結像光学系の集光部に生成される所望次数の輝点と複数の所望次数の輝点の中心との間隔を変更することにより、目標位置に生成されるパターン化干渉光の周期構造の周期間隔（加工間隔）を変更することができる。

その際、フィルタにおける複数のスリットが、複数の所望次数の輝点の中心に対して放射状に延在する長尺形状であるので、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を変更しても、すなわち、複数の所望次数の輝点を中心に対して放射方向に移動しても、フィルタを交換する必要がない。したがって、フィルタを交換することなく、パターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を容易に変更することができる。

上記した複数のスリットそれぞれの中心側の一端は、結像光学系の集光部に生成される輝点のうちの０次の輝点を通過させないように位置していてもよい。

また、上記した複数のスリットそれぞれの中心側と反対側の他端は、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を可変する場合に、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を大きくしたときの対応の所望次数の輝点を通過させるように、かつ、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を小さくしたときの対応の所望次数の輝点以外の高次の輝点を通過させないように位置していてもよい。

フィルタにおけるスリットを長くし過ぎると、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を小さくしたときに、所望次数の輝点以外の高次の輝点も通過してしまい、その結果、所望のパターン化干渉光が得られないことがある。しかしながら、このパターン化干渉光生成装置によれば、所望次数の輝点以外の高次の輝点を通過させないので、高次の輝点の混入に起因する所望のパターン化干渉光の劣化を防止することができる。

また、上記したフィルタは、複数の所望次数の輝点の中心に対する間隔を可変する場合に、複数のスリットとして可変範囲の一部に対応する複数の第１のスリットと、複数のスリットとして可変範囲の他部に対応する複数の第２のスリットとを有していてもよい。このとき、複数の第２のスリットの組は、複数の第１のスリットの組に対して相対的に、所望次数の輝点の中心に対して所定量だけ回転していてもよい。

また、上記したフィルタは、複数の所望次数の輝点としてＮ個の所望次数の輝点が生成される場合に、複数のスリットとして当該Ｎ個の所望次数の輝点と１対１に対応するＮ個のスリットと、複数の所望次数の輝点としてＭ個の所望次数の輝点が生成される場合に、複数のスリットとして当該Ｍ個の所望次数の輝点と１対１に対応するＭ個のスリットとを有していてもよい（Ｎ及びＭは２以上の整数であり、かつ、ＮとＭとは異なる）。このとき、Ｍ個のスリットの組は、Ｎ個のスリットの組に対して相対的に、所望次数の輝点の中心に対して所定量だけ回転してしていてもよい。

本発明によれば、パターン化干渉光生成装置において、パターン化干渉光の周期構造の形状、周期間隔を容易に変更することができる。その結果、多点同時レーザ加工において、微細加工の周期構造の形状、周期間隔を容易に変更することができる。

本発明の第１の実施形態に係るパターン化干渉光生成装置の構成を示す図である。 （ａ）レーザ光源からのレーザ光、（ｂ）ホログラムパターン、（ｃ）結像光学系の焦点位置における複数の輝点、（ｄ）目標位置におけるパターン化干渉光を示す図である。 （ａ）１次回折光の中心に対する間隔が小さい場合、及び、（ｂ）１次回折光の中心に対する間隔が小さい場合の結像光学系の焦点位置における複数の輝点を示す図である。 第１の実施形態に係る（ａ）第１の実施例のフィルタ、及び、（ｂ）第２の実施例のフィルタを示す図である。 ４つの１次回折光の中心に対する間隔が５０ピクセルである場合の（ａ）ホログラムパターン、及び、（ｂ）目標位置におけるパターン化干渉光を示す図である。 ４つの１次回折光の中心に対する間隔が２５ピクセルである場合の（ａ）ホログラムパターン、及び、（ｂ）目標位置におけるパターン化干渉光を示す図である。 ３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔が（ａ）１０ピクセルである場合、（ｂ）５０ピクセルである場合、（ｃ）双方のレンズ４１の出力側焦点における輝点を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るパターン化干渉光生成装置の構成を示す図である。 ３つの１次回折光が生成され、これらの１次回折光の中心に対する間隔の可変範囲が（ａ）１０〜３５ピクセルである場合、及び、（ｂ）３５〜６５ピクセルである場合それぞれに対応したフィルタを示す図である。 ４つの１次回折光が生成され、これらの１次回折光の中心に対する間隔の可変範囲が（ａ）１０〜２５ピクセルである場合、及び、（ｂ）２５〜６５ピクセルである場合それぞれに対応したフィルタを示す図である。 第２の実施形態に係る第２の実施例のフィルタを示す図である。 本実施形態のレーザ加工装置を示す図である。 図２に示すレーザ加工装置の加工結果の一例を示す図である。 本発明の変形例に係るフィルタを示す図である。 本発明の変形例に係る（ａ）ホログラムパターン、及び、（ｂ）目標位置におけるパターン化干渉光を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［第１の実施形態］
（構成概要）

図１は、本発明の第１の実施形態に係るパターン化干渉光生成装置の構成を示す図である。このパターン化干渉光生成装置１は、目標位置２に、所望のパターン化干渉光、例えば、二次元的に周期的な強度分布パターンを有するパターン化干渉光を生成する。このパターン化干渉光生成装置１は、レーザ光源１０と、波面制御部２０と、制御部３０と、結像光学系４０と、フィルタ５０とを備える。

レーザ光源１０は、目標位置２に対して照射されるべきレーザ光を生成する光源である。本実施形態のパターン化干渉光生成装置１がレーザ加工に適用される場合、レーザ光源１０としては、数百ピコ秒から数フェムト秒のパルス幅を有する短パルス光を生成するパルスレーザ光源を好適に用いることができる。レーザ光源１０から出力されたレーザ光は、直接に、あるいは所定の光学系を介して、波面制御部２０に入力される。

波面制御部２０としては、位相変調型の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial LightModulator）、デフォーマブルミラーなどの波面を動的に制御することができるものを用いる。空間光変調器、及び、デフォーマブルミラーは、透過型のものであってもよいし、反射型のものであってもよい。また、空間光変調器は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）型、ＬＣＯＳ（Liquid Crystalon Silicon）型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型、光アドレス型、磁気光学式などのいずれであってもよい。以下では、波面制御部２０として、透過型のＬＣＯＳ型空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）を用いた場合を例示する。

この波面制御部２０は、レーザ光源１０からのレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素においてレーザ光の波面を制御する（位相を変調する）ホログラムパターンを呈示して、波面制御光（位相変調後の変調光）を出力する。この波面制御部２０において呈示されるホログラムパターンは、数値計算によって求められるホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）であることが好ましい。

波面制御部２０の動作、及び波面制御部２０に呈示されるホログラムパターンは、制御部３０によって制御される。制御部３０は、波面制御部２０の複数の画素のそれぞれにおける波面制御量（位相変調量）を設定するものであり、その画素毎の波面制御量を設定するための信号を波面制御部２０に供給することによって、波面制御部２０において、所定のホログラムパターンを呈示させる。このような制御部３０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータによって構成することができる。

波面制御部２０から出力された波面制御光は、結像光学系４０に入力される。結像光学系４０は、一対のレンズ４１、４２からなり、波面制御光を目標位置２に結像する。本実施形態のパターン化干渉光生成装置１が微細加工に用いられる場合、結像光学系４０は縮小光学系であり、波面制御光を目標位置２に結像することが好ましい。レンズ４１は、入力側焦点（焦点距離ｆ１）が波面制御部２０の出力面に位置するように配置されており、レンズ４２は、入力側焦点（焦点距離ｆ２）がレンズ４１の出力側焦点（焦点距離ｆ１）に位置するように、かつ、出力側焦点（焦点距離ｆ２）が目標位置２に位置するように配置されている。レンズ４１はフーリエ変換を行い、レンズ４１は逆フーリエ変換を行うこととなる。

これらのレンズ４１、４２の間には、波面制御部２０から出力された波面制御光のうち、所望の波面制御光のみを通過させるフィルタ５０が設けられている。フィルタ５０は、レンズ４１の出力側焦点（フーリエ面ともいう）、及び、レンズ４２の入力側焦点、すなわち結像光学系４０の集光位置（集光部）に位置している。フィルタ５０は、レンズ４１の出力側焦点において所望次数の輝点（＋１次回折光）を通過させる、換言すれば、所望次数の輝点（＋１次回折光）以外の輝点を遮断する。

次に、波面制御部２０、制御部３０、及び、フィルタ５０について詳細に説明する。
（第１の実施例）

図２、図３を参照して、第１の実施例の波面制御部２０、制御部３０、及び、フィルタ５０を説明する。図２（ａ）には、レーザ光源１０からのレーザ光であって、波面制御部２０に入力されるレーザ光が示されており、このレーザ光の波面は平坦である、すなわち、位相が揃っている。図２（ｂ）には、制御部３０が波面制御部２０に呈示させるホログラムパターンが示されている。図２（ｃ）には、レンズ４１によってフーリエ変換された後のレンズ４１の出力側焦点における複数の輝点が示されている。このように、第１の実施例では、制御部３０によって、波面制御部２０に呈示するホログラムパターンを制御することにより、レンズ４１の出力側焦点に３つの１次回折光を生成する。本実施例では、３つの１次回折光は、光軸方向に直交する放射方向に、これらの１次回折光の中心Ｚに対して５０ピクセル（入力画像の画素数）離間して、この中心Ｚの同心円上に等間隔に生成される。

図２（ｄ）には、その後、フィルタ５０によって、３つの１次回折光以外の０次光及び高次回折光を遮断し、すなわち３つの１次回折光を通過させ、レンズ４２によって逆フーリエ変換した後の目標位置２におけるパターン化干渉光が示されている。このように、フィルタ５０によって３つの１次回折光を通過させることにより、目標位置２に、二次元的に周期的な強度分布パターンを有するパターン化干渉光が得られる。

ここで、図３に示すように、制御部３０によって、波面制御部２０に呈示させるホログラムパターンを制御し、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔を変更することにより、目標位置２におけるパターン化干渉光の周期構造の周期間隔を容易に変更することができる。例えば、図３（ａ）に示すように、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔を狭めると、目標位置におけるパターン化干渉光の周期構造の周期間隔を広げることができ、一方、図３（ｂ）に示すように、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔を広げると、目標位置におけるパターン化干渉光の周期構造の周期間隔を狭めることができる。

しかしながら、１次回折光の中心Ｚに対する間隔を変更すると、フィルタにおける透過孔の位置も変更する必要があり、フィルタ自身の変更を要する。

そこで、第１の実施例では、図４（ａ）に示すように、フィルタ５０は、中心Ｚに対して放射状に延在する長尺形状の３つのスリット５１を有する。３つのスリット５１は、それぞれ、３つの１次回折光に１対１に対応するように配置されている。また、３つのスリット５１それぞれの中心Ｚ側の一端５１ａは、０次回折光を通過させないように、中心Ｚから離間している。

この第１の実施形態の第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１によれば、制御部３０によって波面制御部２０に呈示されるホログラムパターンを制御することにより、レンズ４１の出力側焦点に生成される１次回折光の中心Ｚに対する間隔を容易に変更することができ、その結果、目標位置２に生成されるパターン化干渉光の周期構造（加工間隔）の周期間隔を容易に変更することができる。

その際、フィルタ５０における３つのスリット５１が、中心Ｚに対して放射状に延在する長尺形状であるので、１次回折光の中心Ｚに対する間隔を変更しても、すなわち、１次回折光を中心に対して放射方向に移動しても、フィルタ５０を交換する必要がない。
［第２の実施例］

次に、第２の実施例の波面制御部２０、制御部３０、及び、フィルタ５０を説明する。第２の実施例では、制御部３０が、波面制御部２０に呈示させるホログラムパターンを制御することにより、レンズ４１の出力側焦点に、４つの１次回折光（所望次数の輝点）を生成する点で、第１の実施例と相違する。４つの１次回折光は、光軸方向に直交する放射方向に、これらの１次回折光の中心Ｚに対して５０ピクセル（入力画像の画素数）離間して、この中心Ｚの同心円上に等間隔に生成される。

また、第２の実施例では、図４（ｂ）に示すように、フィルタ５０が、中心Ｚに対して放射状に延在する長尺形状の４つのスリット５２を有する点で、第１の実施例と相違する。４つのスリット５２は、それぞれ、４つの１次回折光に１対１に対応するように配置されている。また、４つのスリット５２それぞれの中心Ｚ側の一端５２ａは、０次回折光を通過させないように、中心Ｚから離間している。

この第１の実施形態の第２の実施例のパターン化干渉光生成装置１でも、第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１と同様の利点を得ることができる。

また、上記した第１及び第２の実施例のパターン化干渉光生成装置１によれば、制御部３０によって波面制御部２０に呈示されるホログラムパターンを制御することにより、レンズ４１の出力側焦点に生成される１次回折光の数を容易に変更することができ、その結果、目標位置２に生成されるパターン化干渉光の周期構造の形状（加工形状）を容易に変更することができる。

以下では、上述した作用効果についての検証結果を示す。図５（ａ）、図６（ａ）には、制御部３０が波面制御部２０に呈示させるホログラムパターンが示されている。これらのホログラムパターンは、レンズ４１の出力側焦点に４つの１次回折光を生成するものであるが、これらの相違点は、図５（ａ）に示すホログラムパターンでは、中心Ｚに対して５０ピクセル離間した１次回折光が生成されるのに対し、図６（ａ）に示すログラムパターンでは、中心Ｚに対して２５ピクセル離間した４つの１次回折光が生成される点で相違している。図５（ｂ）、図６（ｂ）には、その後、フィルタ５０によって、４つの１次回折光以外の０次光及び高次回折光を遮断し、すなわち４つの１次回折光を通過させ、レンズ４２によって逆フーリエ変換した後の目標位置２におけるパターン化干渉光がそれぞれ示されている。

図５によれば、４つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔を広げると、目標位置２におけるパターン化干渉光の周期構造の周期間隔が狭まることがわかる。また、図６によれば、４つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔を狭めると、目標位置２におけるパターン化干渉光の周期構造の周期間隔が広がることがわかる。
（第３の実施例）

図７（ａ）には、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔が１０ピクセルの場合のレンズ４１の出力側焦点における輝点が示されており、図７（ｂ）には、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔が５０ピクセルの場合のレンズ４１の出力側焦点における輝点が示されている。また、図７（ｃ）には、図７（ａ）及び図７（ｂ）を重ね合わせたものが示されている。図７（ｃ）によれば、１次回折光の中心Ｚに対する間隔を広げると、間隔が１０ピクセルの場合の２次回折光と、間隔が５０ピクセルの場合の１次回折光とが空間的に重なることがわかる。

ここで、中心Ｚに対する間隔が１０ピクセルから５０ピクセルを超えるまでの１次回折光を通過可能な長尺状のスリットをフィルタが有すると、間隔が１０ピクセルの場合には１次回折光と２次回折光とを通過させてしまうこととなり、所望のパターン化干渉光（所望の加工結果）が得られなくなってしまうことがある。

そこで、第３の実施例では、第１の実施例において、制御部３０が、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲を制限する。また、フィルタ５０は、１次回折光の中心Ｚに対する間隔を可変しても、２次以上の回折光を通過させないようなスリット５１を有する。

例えば、制御部３０が、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲を１０〜３５ピクセルに制限する。この場合、図４（ａ）に示すように、３つのスリット５１それぞれの中心Ｚ側と反対側の他端５１ｂは、中心Ｚに対する１次回折光の間隔を３５ピクセルまで大きくしたときの対応の１次回折光を通過させるように、かつ、中心Ｚに対する１次回折光の間隔を１０ピクセルまで小さくしたときの対応の１次回折光以外の高次回折光を通過させないように位置している。

この第１の実施形態の第３の実施例のパターン化干渉光生成装置１でも、第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１と同様の利点を得ることができる。

更に、この第３の実施例のパターン化干渉光生成装置１によれば、２次回折光の混入に起因する所望のパターン化干渉光の劣化（加工劣化）を防止することができる。
（第４の実施例）

同様に、第４の実施例では、第２の実施例において、制御部３０が、４つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲を制限する。また、フィルタ５０は、１次回折光の中心Ｚに対する間隔を可変しても、２次以上の回折光を通過させないようなスリット５２を有する。

例えば、制御部３０が、３つの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲を１０〜２５ピクセルに制限する。この場合、図４（ｂ）に示すように、４つのスリット５２それぞれの中心Ｚ側と反対側の他端５２ｂは、中心Ｚに対する１次回折光の間隔を２５ピクセルまで大きくしたときの対応の１次回折光を通過させるように、かつ、中心Ｚに対する１次回折光の間隔を１０ピクセルまで小さくしたときの対応の１次回折光以外の高次回折光を通過させないように位置している。

この第１の実施形態の第４の実施例のパターン化干渉光生成装置１でも、第２及び第３の実施例のパターン化干渉光生成装置１と同様の利点を得ることができる。
［第２の実施形態］

図８は、本発明の第２の実施形態に係るパターン化干渉光生成装置の構成を示す図である。このパターン化干渉光生成装置１Ａは、パターン化干渉光生成装置１において、制御部３０及びフィルタ５０に代えて制御部３０Ａ、フィルタ５０Ａを備える点で、第１の実施形態と相違する。
（第１の実施例）

まず、第１の実施例の波面制御部２０、制御部３０Ａ、及び、フィルタ５０Ａを説明する。フィルタ５０Ａは、４つのフィルタを含む。第１のフィルタ５０Ａは、上記した第１の実施形態の第３の実施例のフィルタ５０と同一である。すなわち、図９（ａ）に示すように、第１のフィルタ５０Ａは、３つの１次回折光が生成され、これらの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲が１０〜３５ピクセルである場合に対応した３つのスリット５１を有する。また、図９（ｂ）に示すように、第２のフィルタ５０Ａは、３つの１次回折光が生成され、これらの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲が３５〜６５ピクセルである場合に対応した３つのスリット５３を有する。

また、第３のフィルタ５０Ａは、上記した第１の実施形態の第４の実施例のフィルタ５０と同一である。すなわち、図１０（ａ）に示すように、第３のフィルタ５０Ａは、４つの１次回折光が生成され、これらの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲が１０〜２５ピクセルである場合に対応した４つのスリット５２を有する。また、図１０（ｂ）に示すように、第４のフィルタ５０Ａは、４つの１次回折光が生成され、これらの１次回折光の中心Ｚに対する間隔の可変範囲が２５〜６５ピクセルである場合に対応した４つのスリット５４を有する。これらの４つのフィルタ５０Ａは、例えば、機械的にスライド又は回転可能な切換機構に搭載されており、この切換機構は制御部３０Ａによって制御される。

制御部３０Ａは、上記した制御部３０の機能に加え、波面制御部２０に呈示するホログラムパターンに応じて、上記切換機構を制御することにより４つのフィルタ５０Ａの選択切換を行う。

この第２の実施形態の第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１Ａでも、第１の実施形態の第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１と同様の利点を得ることができる。
（第２の実施例）

次に、第２の実施例の波面制御部２０、制御部３０Ａ、及び、フィルタ５０Ａを説明する。第２の実施例では、フィルタ５０Ａが、上記したスリット５１〜５４の組を全て有する１つのフィルタをなしている点で、第１の実施例と相違する。

例えば、図１１に示すように、フィルタ５０Ａは、上記した３つのスリット５１の組と、上記した４つのスリット５２の組であって、中心Ｚに対して約４５度（又は−約４５度）回転したスリット５２の組と、上記した３つのスリット５３の組であって、中心Ｚに対して約７５度（又は−約７５度）回転したスリット５３の組と、上記した４つのスリット５４の組とを有している。このフィルタ５０Ａは、制御部３０Ａによって回転制御される。

制御部３０Ａは、上記した制御部３０の機能に加え、波面制御部２０に呈示するホログラムパターンに応じて、フィルタ５０Ａを回転制御することによりスリット５１〜５４の組の選択切換を行う。なお、フィルタ５０Ａの回転制御に代えて、ホログラムパターンが回転制御されてもよい。

この第２の実施形態の第２の実施例のパターン化干渉光生成装置１Ａでも、第１の実施形態の第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１と同様の利点を得ることができる。
［レーザ加工装置への応用］

次に、本発明のパターン化干渉光生成装置をレーザ加工装置に応用する場合の一例を示す。図１２は、第１の実施形態に係る第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１を備えるレーザ加工装置を示す図である。このレーザ加工装置は、第１の実施形態に係る第１の実施例のパターン化干渉光生成装置１に加え、ステージ６０を有しており、このステージ６０上に配置された加工対象物７０の表面又は内部にパターン化干渉光を照射する。また、ステージ６０を移動させながら繰り返し加工を行うことにより、大面積の加工が可能となっている。ステージ６０の移動は、制御部３０によって制御される。

なお、ステージ６０と波面制御部２０とを連動させて、加工対象物７０を移動させながら動的に波面を制御することにより、加工対象物７０における加工位置ごとに異なる加工を施すことも可能である。

図１３は、図１２に示すレーザ加工装置により加工した加工対象物表面を拡大して示す図である。図１３では、レーザ光源としては、ビーム径Φ１２ｍｍ、パルス幅１．０ｐｓ、中心波長５１５ｎｍ、繰り返し周波数１ｋＨｚ、平均強度０．１５Ｗのピコ秒短パルスレーザ光を用い、フーリエ面上に、中心Ｚに対する間隔が３６ピクセルである３点の１次回折光を生成した。その後、結像光学系４０及びフィルタ５０を介してレーザ光をΦ４３μｍまで縮小し、加工対象物表面に照射した。加工対象物としてはシリコンウェハを用いた。

図１３によれば、シリコンウェハが周期的に微細加工されている様子が確認された。これより、実際の加工においても本発明が有効に機能することが確認された。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、制御部３０によって、波面制御部２０に呈示させるホログラムパターンを制御することにより、結像光学系４０の集光位置に、３つ又は４つの１次回折光を生成したが、本発明の特徴は、結像光学系４０の集光位置に、２つ以上の１次回折光（所望次数の輝点）を生成する場合全般に適用可能である。この場合、フィルタは、１次回折光（所望次数の輝点）と同数のスリットを有する。

また、本実施形態では、フィルタ５０におけるスリット５１〜５４が中心Ｚに対して放射方向に直線的に延在したが、図１４に示すように、フィルタにおけるスリットは、中心Ｚに対して放射方向に非直線的に延在しても、本実施形態と同様の利点を有することができる。

また、図１５（ａ）に示すように、結像光学系４０の集光位置において、中心Ｚの位置に強度が３倍大きい輝点を発生させるようなホログラムパターンを用い、この中心Ｚの遮光するフィルタを用いてもよい。すると、図１５（ｂ）に示すように、本実施形態とは異なるパターン化干渉光を得ることができる。このように、制御部によって波面制御部に呈示されるホログラムパターンを制御し、結像光学系の集光位置に生成される所望次数の輝点の配置を変更することにより、フィルタ及び結像光学系通過後の目標位置に生成されるパターン化干渉光の周期構造の形状を変更することができる。

また、本実施形態のパターン化干渉光生成装置１，１Ａでは、各構成要素の間に、必要に応じて更に光学部品が挿入されてもよい。

１，１Ａ…パターン化干渉光生成装置、２…目標位置、１０…レーザ光源、２０…波面制御部、３０，３０Ａ…制御部、４０…結像光学系、４１，４２…レンズ、５０，５０Ａ…フィルタ、５１〜５４…スリット、５１ａ〜５４ａ…スリットの中心側の一端、５１ｂ〜５４ｂ…スリットの中心側と反対側の他端、６０…ステージ、７０…加工対象物、Ｚ…複数の所望次数の輝点の中心。

Claims (7)

1. 目標位置に、所望のパターン化干渉光を生成する装置であって、
   レーザ光を生成するレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を入力し、２次元配列された複数の画素において前記レーザ光の波面を制御するホログラムパターンを呈示して、波面制御光を出力する波面制御部と、
   前記波面制御部からの波面制御光を前記目標位置に結像する結像光学系と、
   前記結像光学系の集光部に配置されたフィルタと、
   前記結像光学系の集光部において所望次数の輝点が複数生成されるように、前記波面制御部に呈示される前記ホログラムパターンを制御する制御部と、
   を備え、
   前記フィルタは、前記複数の所望次数の輝点と１対１に対応する複数のスリットを有し、
   前記複数のスリットそれぞれは、前記複数の所望次数の輝点の中心に対して放射状に延在する長尺形状であり、
   前記複数のスリットそれぞれの前記中心側の一端は、前記中心から離間している、
   パターン化干渉光生成装置。
2. 前記複数のスリットそれぞれの前記中心側の一端は、前記結像光学系の集光部に生成される輝点のうちの０次の輝点を通過させないように位置している、
   請求項１に記載のパターン化干渉光生成装置。
3. 前記複数のスリットそれぞれの前記中心側と反対側の他端は、前記複数の所望次数の輝点の前記中心に対する間隔を可変する場合に、
   前記複数の所望次数の輝点の前記中心に対する間隔を大きくしたときの対応の所望次数の輝点を通過させるように、かつ、
   前記複数の所望次数の輝点の前記中心に対する間隔を小さくしたときの対応の所望次数の輝点以外の高次の輝点を通過させないように、
   位置している、
   請求項１に記載のパターン化干渉光生成装置。
4. 前記フィルタは、前記複数の所望次数の輝点の前記中心に対する間隔を可変する場合に、前記複数のスリットとして可変範囲の一部に対応する複数の第１のスリットと、前記複数のスリットとして前記可変範囲の他部に対応する複数の第２のスリットとを有する、
   請求項１に記載のパターン化干渉光生成装置。
5. 前記フィルタは、
   前記複数の所望次数の輝点としてＮ個の所望次数の輝点が生成される場合に、前記複数のスリットとして当該Ｎ個の所望次数の輝点と１対１に対応するＮ個のスリットと、
   前記複数の所望次数の輝点としてＭ個の所望次数の輝点が生成される場合に、前記複数のスリットとして当該Ｍ個の所望次数の輝点と１対１に対応するＭ個のスリットと、
   を有する（Ｎ及びＭは２以上の整数であり、かつ、ＮとＭとは異なる）、
   請求項１に記載のパターン化干渉光生成装置。
6. 前記複数の第２のスリットの組は、前記複数の第１のスリットの組に対して相対的に、前記所望次数の輝点の中心に対して所定量だけ回転している、
   請求項４に記載のパターン化干渉光生成装置。
7. 前記Ｍ個のスリットの組は、前記Ｎ個のスリットの組に対して相対的に、前記所望次数の輝点の中心に対して所定量だけ回転している、
   請求項５に記載のパターン化干渉光生成装置。