紫外光透過性高分子材料のエッチング方法
【課題】サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料をエッチング加工する際に、加工領域においても材料本来が持つ優れた光透過特性を損なうことなしに、簡便な手法により高品質かつ高速な加工を実現することができるようにした紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を提供する。
【解決手段】波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の表面を加工する紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光を、窒素雰囲気中で上記紫外光透過性高分子材料の表面に照射してレーザーアブレーションによりエッチングする。
【解決手段】波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の表面を加工する紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光を、窒素雰囲気中で上記紫外光透過性高分子材料の表面に照射してレーザーアブレーションによりエッチングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光透過性高分子材料のエッチング方法に関し、さらに詳細には、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料をエッチングする際に用いて好適な紫外光透過性高分子材料のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な材料である紫外光透過性高分子材料が知られている。
【０００３】
この紫外光透過性高分子材料は、これまで一般的に光学材料として利用されている石英ガラスでは不可能な形状、サイズ、使用方法が可能であるため、光デバイスの材料としての応用への実用化が強く望まれている。
【０００４】
ところで、こうした紫外光透過性高分子材料の一つである図１に示す分子構造のサイトップ（登録商標）（［ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２］ｎ）の表面に任意のエッチングを行い、光デバイスとして機能性を付与する場合において、一般に広く用いられているプラズマエッチングやレーザーエッチングなどをエッチングの手法として採用した場合には、次のような問題点があることが指摘されていた。
【０００５】
即ち、サイトップ（登録商標）は表面張力が非常に低いので、通常のフォトレジストではその表面ではじかれてしまって直接塗布することができないため、従来のプラズマエッチング技術を採用する場合には、特殊なレジストを用いるか、あるいは、表面を物理的に改質した後に従来のレジストプロセスによってパターンエッチングをおこなうという必要があり、従来のプラズマエッチング技術よりも複雑かつ特殊なノウハウが要求されるものであって、エッチングの処理が極めて煩雑になっていたという問題点があった。
【０００６】
また、レーザーを用いたエッチング技術を採用する場合においては、産業界で表面加工用として一般的に使用されてるＮｄ：ＹＡＧレーザーやＫｒＦエキシマレーザーでは、サイトップ（登録商標）自身が持つ優れた透過性のため、加工を行った際に加工領域においてサイトップ（登録商標）の透過特性が著しく劣化するという問題点があった。
【０００７】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料をエッチング加工する際に、加工領域においても材料本来が持つ優れた光透過特性を損なうことなしに、簡便な手法により高品質かつ高速な加工を実現することができるようにした紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法は、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明なサイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料の表面を、当該紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光によって微細にエッチングするようにしたものである。
【００１０】
より詳細には、本発明は、窒素雰囲気中において、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料の表面に、当該紫外光透過性高分子材料の光吸収端波長よりも短い波長の短波長レーザー光、例えば、波長１５７ｎｍのＦ２レーザー光を集光照射することによってアブレーションを誘起し、当該紫外光透過性高分子材料の表面を微細にエッチングするようにしたものである。
【００１１】
こうした本発明による手法は、従来のプラズマエッチング技術と比較してレジストプロセスなどの複雑なプロセスを必要せず、簡便な縮小投影露光によりパターン状に微細エッチングを行うことが可能である。
【００１２】
さらに、本発明による手法は、紫外光透過性高分子材料の表面にレジスト材料などの塗布が必要ないため、エッチング後に汚染物質除去のための洗浄プロセスを必要としないという利点もある。
【００１３】
また、本発明の手法によるＦ２レーザー光でエッチングされた加工領域は、従来のＡｒＦエキシマレーザー光などの波長１９３ｎｍ以上のレーザー光によるレーザーアブレーションでエッチングされた加工領域と比較すると、著しく劣化が改善され、その光透過特性も大幅に向上している。
【００１４】
こうした本発明のうち請求項１に記載の発明は、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の表面を加工する紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光を、窒素雰囲気中で上記紫外光透過性高分子材料の表面に照射してレーザーアブレーションによりエッチングするようにしたものである。
【００１５】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記紫外光透過性高分子材料は、サイトップ（登録商標）であるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記短波長レーザー光は、波長１７０ｎｍ以下、パルス幅１００ｎｓ以下、レーザーフルエンス３０ｍＪ／ｃｍ２以上であるようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記短波長レーザー光は、波長１５７ｎｍであるようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記短波長レーザー光は、Ｆ２レーザー光であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以上説明したように構成されているので、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料をエッチング加工する際に、加工領域においても材料本来が持つ優れた光透過特性を損なうことがなく、しかも簡便な手法により高品質かつ高速な加工を実現することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２１】
なお、以下の説明においては、短波長レーザー光としてＦ２レーザー光を用い、また、紫外光透過性高分子材料としてサイトップ（登録商標）を用いる場合について説明する。
【００２２】
ここで、図２には、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を実施するためのエッチング装置、より詳細には、サイトップ（登録商標）の表面をエッチングするためのエッチング装置の概念構成説明図が示されている。
【００２３】
このエッチング装置１０は、窒素ガス雰囲気中でパルスレーザー光であるＦ２レーザー光を加工対象となるサイトップ（登録商標）（以下、「加工対象となるサイトップ（登録商標）」については、「被加工物」と適宜に称する。）の表面に照射する処理を行うための装置である。
【００２４】
即ち、エッチング装置１０は、波長（λ）が１５７ｎｍ、パルス幅（τ）が２０ｎｓのＦ２レーザー光を発生するＦ２レーザー発生装置（Ｆ２ ｌａｓｅｒ）１２と、Ｆ２レーザー発生装置１２のレーザー発振を制御するデジタルパルス発生装置（Ｄｉｇｉｔａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１４と、Ｆ２レーザー発生装置１２により発生されたＦ２レーザー光が入射されるチャンバー１６と、チャンバー１６内に配設されるとともにＦ２レーザー光の形状を整形するためのマスク１８と、チャンバー１６内に配設されるとともにＦ２レーザー光の強度を調節するためのアッテネーター２０と、チャンバー１６内に配設されるとともにＦ２レーザー光を集光する集光レンズ２２と、被加工物１００を保持した試料ホルダー１０２を載置するとともにＸＹＺ直交座標系（図２におけるＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動自在なＸＹＺステージ２４と、Ｆ２レーザー光の強度を測定するためのパワーメーター２６と有して構成されている。
【００２５】
ここで、チャンバー１６には、チャンバー１６内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部１６ａと、窒素ガス供給部１６ａからチャンバー１６内に供給された窒素ガスを自然排気により外部へ排出するための窒素ガス排出部１６ｂとが設けられている。窒素ガス供給部１６ａは、Ｆ２レーザー発生装置１２のＦ２レーザー光出射口側に隣接して配置され、一方、窒素ガス排出部１６ｂは、当該Ｆ２レーザー光出射口と対向して位置するＸＹＺステージ２４に隣接して配置されている。
【００２６】
また、集光レンズ２２は、例えば、ＣａＦ２により形成された焦点距離（ｆ）が４７ｍｍのものである。
【００２７】
さらに、ＸＹＺステージ２４は、コンピューター（図示せず）に接続されており、当該コンピューターによりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向への移動量が制御可能となされている。
【００２８】
以上の構成において、窒素ガス供給部１６ａから３０ｌ／ｍｉｎで窒素ガスをチャンバー１６へ供給し、チャンバー１６内を窒素ガスにより充填して窒素ガス雰囲気とする。
【００２９】
そして、Ｆ２レーザー発生装置１２により、波長１５７ｎｍ、パルス幅２０ｎｓのＦ２レーザー光を、窒素ガスが充填されたチャンバー１６内、即ち、窒素ガス雰囲気中へ出射する。
【００３０】
なお、Ｆ２レーザー発生装置１２によるレーザー光照射中は、窒素ガスが窒素ガス供給部１６ａからチャンバー１６内にＸＹＺステージ２４側へ向かって３０ｌ／ｍｉｎで常に供給されている。
【００３１】
Ｆ２レーザー発生装置１２から出射されたＦ２レーザー光は、マスク１８により所望の形状に整形され、被加工物１００に入射するＦ２レーザー光の強度を調節するアッテネーター２０を経て、集光レンズ２２に入射する。そして、集光レンズ２２は、マスク１８の形状を反映したパターンのＦ２レーザー光を被加工物１００の表面へ縮小投影し、これによりＦ２レーザー光が被加工物１００の表面へ照射される。
【００３２】
なお、上記したように被加工物１００は試料ホルダー１０２に保持されており、この試料ホルダー１０２がコンピューターにより移動量を制御可能な３軸のＸＹＺステージ２４上に載置されているため、コンピューターでＸＹＺステージ２４の移動量を適宜に制御することによって、Ｆ２レーザー光を被加工物１００の表面の一定の場所またはスキャンをして移動させながら照射することが可能である。
【００３３】
次に、本願発明者が上記したエッチング装置１０を用いて行った実験の結果ついて、詳細に説明する。
【００３４】
なお、この実験においては、Ｆ２レーザー発生装置１２から発生されるＦ２レーザー光が、エネルギー密度（レーザーフルエンス）３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の間で被加工物１００の表面に照射されるように制御した。また、この実験では、Ｆ２レーザー発生装置１２をＫｒＦエキシマレーザー装置、ＡｒＦエキシマレーザー装置ならびにフェムト秒レーザー装置に置き換えての加工実験も行った。上記した各パルスレーザーの繰り返し周波数については、Ｆ２レーザー発生装置１２、ＫｒＦエキシマレーザー装置およびＡｒＦエキシマレーザー装置については１Ｈｚとし、フェムト秒レーザー装置については１ｋＨｚとした。
【００３５】
図３は、光デバイスに用いられる一般的な石英ガラスの光透過特性と被加工物１００たるサイトップ（登録商標）の光透過特性とを比較するためのグラフであり、石英ガラスとサイトップ（登録商標）との波長２３０ｎｍ以上の紫外域から７５０ｎｍの近赤外域までに対する光透過特性が示されている。
【００３６】
この図３に示されているように、石英ガラスとサイトップ（登録商標）とは、両者とも３００ｎｍ以下の波長域でも９０％以上の高い透過率を示しており、サイトップ（登録商標）は石英ガラスの特性と違いが見られないほどの優れた光透過特性を有している。
【００３７】
また、ＫｒＦエキシマレーザー装置により発生されたＫｒＦエキシマレーザー光やＡｒＦエキシマレーザー装置により発生されたＡｒＦエキシマレーザー光を被加工物１００に照射し、これら各レーザー光に対する光透過特性を検討した結果、どちらのレーザー光に対しても吸収は見られなかった。
【００３８】
以上の点から、サイトップ（登録商標）は、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー光の波長である。）以上の波長域のレーザー光には、吸収がないことが明らかとなった。
【００３９】
次に、図４（ａ）は繰り返し周波数１ＨｚのＫｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス３Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物１００に照射し、図４（ｂ）は繰り返し周波数１ＨｚのＡｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス２Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物１００に照射し、図４（ｃ）は繰り返し周波数１ｋＨｚのフェムト秒レーザー光をレーザーフルエンス８．３×１０１７Ｗ／ｃｍ２で被加工物１００に照射した場合における、被加工物１００の表面の加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真である。
【００４０】
なお、図４（ｃ）に示すフェムト秒レーザー光を照射した場合のみ、ＸＹＺステージ２４を移動して被加工物１００を１ｍｍ／ｓｅｃのスキャニング速度で移動させながら、フェムト秒レーザー光を照射した。また、全てのレーザー光の照射条件は、被加工物１００の表面で多光子吸収を誘起するレーザーフルエンスとした。
【００４１】
まず、図４（ａ）に示すように、ＫｒＦエキシマレーザー光を照射して多光子吸収によって被加工物１００を加工した場合には、被加工物１００の加工領域は表面粗れを伴い炭化した様な黒色化が発生し、従来のサイトップ（登録商標）が有する透明性が大きく失われた。この黒色化は、ＫｒＦエキシマレーザー光が誘起する多光子吸収が引き起こした熱影響に起因するものと考えられる。
【００４２】
また、図４（ｂ）に示すように、ＡｒＦエキシマレーザー光で加工した場合には、ＫｒＦエキシマレーザー光の場合よりも多少加工品質の改善が見られるが、ＫｒＦエキシマレーザー光による加工の場合と同様に、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して被加工物１００が十分な吸収をもたないために、表面粗さを伴う黒色化と加工領域周辺にデブリが発生している。
【００４３】
さらに、図４（ｃ）に示すように、加工特性に熱的影響が少ないフェムト秒レーザー光でスキャンによるライン状加工をした場合においても、加工領域の透明性が失われることとなった。
【００４４】
次に、図５（ａ）（ｂ）には、被加工物１００の表面にエッチング装置１０によりＦ２レーザー光を１５７ｍＪ／ｃｍ２で１０パルス照射してエッチングしたときの状態が示されており、図５（ａ）はその加工領域の光学顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による加工領域の表面観察像である。
【００４５】
被加工物１００の加工領域は、加工前の透明性を維持しており、デブリのないシャープなアブレーションエッチングが実現された。
【００４６】
このＦ２レーザー光を用いた本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法により実施されるアブレーションエッチングは、上記したＫｒＦエキシマレーザー光、ＡｒＦエキシマレーザー光あるいはフェムト秒レーザー光を用いた場合と比較すると、図５（ａ）に示すように加工領域が黒色化することなく、その加工品質において極めて大きな改善がもたらすものである。こうした加工品質の改善がもたらせられる理由は、サイトップ（登録商標）がＦ２レーザー光の波長に対しては十分な吸収を持つためと考えられる。
【００４７】
また、図５（ｂ）に示す原子間力顕微鏡による加工領域の表面観察像から、加工領域の表面粗さはＲＭＳ値で２７ｎｍと見積もることができた。この２７ｎｍというＲＭＳ値は、Ｆ２レーザー光の未照射領域におけるＲＭＳ値に対して約６倍ほど表面粗さが増加していることを意味するが、波長２００ｎｍ以上の紫外領域に対する光デバイスの作製技術としては十分に実用化可能な値である。
【００４８】
次に、図６には、図３（ａ）に示す被加工物１００をＫｒＦエキシマレーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性ならびに図５（ａ）に示す被加工物１００をエッチング装置１０によるＦ２レーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性を示すグラフが示されている。
【００４９】
この図６より、ＫｒＦエキシマレーザー光で加工した場合には、炭化に起因すると考えられる黒色化によって、測定した波長域全域で本来の光透過特性を全く失っている。一方、Ｆ２レーザー光で加工した場合には、加工領域の光透過特性は、未加工領域と同じ特性を維持している。即ち、本発明によるＦ２レーザー光によるサイトップ（登録商標）のエッチング加工は、材料の光透過特性の劣化をほとんど起こさない加工技術であるといえる。
【００５０】
次に、図７に示すグラフは、被加工物１００をエッチング装置１０によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工速度のレーザーフルエンス依存性を示すものである。この図７に示すグラフから、加工速度はレーザーフルエンスの対数に対して直線的に増加していることがわかる。一般的に、１光子吸収によるアブレーションの場合には、加工速度ｄと照射レーザフルエンスＦとの関係は、
【数１】
【００５１】
とあらわすことができる。ここで、Ｆｔｈは材料のアブレーションしきい値であり、αｅｆｆは有効吸収係数である。従って、本発明によるＦ２レーザー光によるサイトップ（登録商標）のレーザーエッチング加工においては、１光子吸収によるアブレーションがおこっていると考えられる。なお、アブレーションしきい値は３２ｍＪ／ｃｍ２であり、図７に示すグラフから有効吸収係数を算出すると９．５３×１０４ｃｍ−１となった。
【００５２】
次に、図８に示すグラフは、被加工物１００をエッチング装置１０によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工深さのパルス数依存性を示すものである。また、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、図８のグラフに示す実験結果を得た実験の際における、異なるパルス数を照射したときの加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真である。なお、図９（ａ）は５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は１０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｃ）は１５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｄ）は２０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｅ）は３０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真である。なお、図８および図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に実験結果を示す実験においては、レーザーフルエンス１８０ｍＪ／ｃｍ２で被加工物１００の表面へＦ２レーザー光を照射した。
【００５３】
図８のグラフに示すように、加工深さに関しては、Ｆ２レーザー光の３５パルスの照射により、約１５μｍのエッチング深さが得られている。このとき、パルス数の増加に伴って直線的に加工深さは増加している。即ち、本発明によるＦ２レーザー光によるサイトップ（登録商標）のレーザーアブレーションにおいては、インキュベーションなどのない加工が実現されている。
【００５４】
また、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）にあらわされているように、加工深さが増加した場合でも加工領域の中心付近の透明性はＦ２レーザーアブレーションよって劣化していない。なお、パルス数が増加した場合に見られる加工領域周辺の影は、光学顕微鏡の光源に起因する影である。
【００５５】
また、本願発明者は、被加工物１００の表面にグレーティング構造を形成するために、被加工物１００を設置しているＸＹＺステージ２４をコンピューター制御によって動かしてＦ２レーザー光を照射した。図１０（ａ）はこのグレーティング構造を形成する際の実験の概念図であり、また、図１０（ｂ）は実験で作製したグレーティング構造の原子間力顕微鏡表面観察像である。
【００５６】
この実験においては、グレーティング構造を形成するために、５０μｍ×５０μｍとなるパターンでＦ２レーザー光を被加工物１００の表面に４３μｍ／ｓｅｃで直線スキャンをして照射した。そして、１つの直線スキャンが終了後に、さらに横方向に前回スキャンした領域が６０％（３０μｍ）オーバーラップするようにして直線スキャンを複数回繰り返すことにより、表面にグレーティング構造を形成した。
【００５７】
図１０（ｂ）に示すグレーティング構造の原子間力顕微鏡表面観察像より、形成されたグレーティング構造は約３０μｍの周期をもつ滑らかな曲面を有しているものであった。 なお、上記した手法で形成したグレーティング構造の周期構造は、照射するＦ２レーザー光のスポットサイズを小さくすることによって、さらに細かい周期構造とすることができる。
【００５８】
次に、上記した本発明による紫外光透過性高分子材料であるサイトップ（登録商標）に対するＦ２レーザー光を用いた高品質エッチング技術と公知のレーザー生成プラズマ支援アブレーション（ＬＩＰＡＡ）によるサイトップ（登録商標）の表面への金属堆積技術（「花田他、第６４回応用物理学会学術講演会：３０ａ−ＺＱ−７」を参照する。）とを用いて、マイクロデバイスを作製した実験結果について説明する。
【００５９】
ここで、本願発明者による金属堆積実験は、光源にＫｒＦエキシマレーザー光（波長：２４８ｎｍ、パルス幅：３４ｎｓ、レーザーフルエンス：１．２Ｊ／ｃｍ２）を用いて、スキャン速度３０μｍ／ｓｅｃでサイトップ（登録商標）を通してターゲットとなるガラス上に堆積させた厚さ５００ｎｍ金薄膜に照射した。試料としては、厚さ１００μｍのサイトップ（登録商標）を用いた。
【００６０】
図１１には、サイトップ（登録商標）にＬＩＰＡＡプロセスを行った後に無電解銅メッキ処理を施したものの表面観察像が示されている。メッキ処理によってＫｒＦエキシマレーザーの照射領域に銅薄膜が選択的に堆積された。
【００６１】
また、図１２には、上記した本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を用いて作製されたＤＮＡ電気泳動用マイクロデバイスの構成説明図が示されている。
【００６２】
このＤＮＡ電気泳動用マイクロデバイスにおいては、紫外光透過性高分子材料としてフィルム状のサイトップ（登録商標）を用いている。即ち、２枚のフィルム状のサイトップ（登録商標）を用意し、その一方に対して、上記した本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を用いて、試料導入口、試料排出口、バッファー導入口、バッファー排出口ならびにこれらを連絡する通路を形成する。そして、２枚のフィルム状のサイトップ（登録商標）を貼り合わせすることにより、上記のようにして一方のサイトップ（登録商標）の表面に加工した構造を、２枚のフィルム状のサイトップ（登録商標）の間に存在する内部の３次元構造埋込構造として形成する。
【００６３】
なお、電気泳動は、バッファー導入口から泳動用ゲルを導入した後に、試料導入口からＤＮＡサンプルを導入し、めっき電極に電圧をかけることによりバッファー内を電気泳動させる。
【００６４】
以上において説明した本願発明者の実験結果からは、本発明による紫外光透過性高分子材料であるサイトップ（登録商標）に対するＦ２レーザー光を用いたアブレーション加工は、紫外光透過性高分子材料であるサイトップ（登録商標）の高品質表面加工技術として十分に実用的であることが示された。
【００６５】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（３）に示すように変形することができるものである。
【００６６】
（１）上記した実施の形態においては、紫外光透過性高分子材料としてサイトップ（登録商標）を例にして説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、他の紫外光透過性高分子材料も用いることができる。
【００６７】
（２）上記した実施の形態においては、紫外光透過性高分子材料へ照射するレーザー光として波長１５７ｎｍ、パルス幅２０ｎｓのＦ２レーザー光を用いた場合について説明したが、これに限られものではないことは勿論であり、紫外光透過性高分子材料の光吸収端波長よりも短い波長の短波長レーザー光であるならば本発明に用いることができる。本願発明者の実験によれば、例えば、波長１７０ｎｍ以下、パルス幅１０００ｎｓ以下、レーザーフルエンス３０ｍＪ／ｃｍ２以上の短波長レーザー光を用いることができ、より好ましくは、波長１２０〜１７０ｎｍ、パルス幅１〜１００ｎｓ、レーザーフルエンス３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の短波長レーザー光を用いることができる。なお、こうした短波長レーザー光の光源としては、上記したＦ２レーザーの他に、例えば、Ａｒエキシマレーザーを用いることができる。
【００６８】
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料の表面微細加工に利用することができ、例えば、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料を母材とした２００ｎｍ以上の深紫外波長域を用いる光学素子やマイクロデバイスの作製に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、サイトップ（登録商標）の分子構造である。
【図２】図２は、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概念構成説明図である。
【図３】図３は、光デバイスに用いられる一般的な石英ガラスの光透過特性と被加工物たるサイトップ（登録商標）の光透過特性とを比較するためのグラフであり、石英ガラスとサイトップ（登録商標）との波長２３０ｎｍ以上の紫外域から７５０ｎｍの近赤外域までに対する光透過特性が示されている。
【図４】図４（ａ）は繰り返し周波数１ＨｚのＫｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス３Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物に照射し、図４（ｂ）は繰り返し周波数１ＨｚのＡｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス２Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物に照射し、図４（ｃ）は繰り返し周波数１ｋＨｚのフェムト秒レーザー光をレーザーフルエンス８．３×１０１７Ｗ／ｃｍ２で被加工物に照射した場合における、被加工物の表面の加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、被加工物の表面にエッチング装置によりＦ２レーザー光を１５７ｍＪ／ｃｍ２で１０パルス照射してエッチングしたときの状態を示し、図５（ａ）はその加工領域の光学顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は原子間力顕微鏡による加工領域の表面観察像である。
【図６】図６は、図３（ａ）に示す被加工物をＫｒＦエキシマレーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性ならびに図５（ａ）に示す被加工物をエッチング装置によるＦ２レーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性を示すグラフである。
【図７】図７は、被加工物をエッチング装置によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工速度のレーザーフルエンス依存性を示すグラフである。
【図８】図８は、被加工物をエッチング装置によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工深さのパルス数依存性を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、図８のグラフに示す実験結果を得た実験の際における、異なるパルス数を照射したときの加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真であって、図９（ａ）は５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は１０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｃ）は１５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｄ）は２０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｅ）は３０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明を用いてグレーティング構造を形成する際の実験の概念図であり、図１０（ｂ）は実験で作製したグレーティング構造の原子間力顕微鏡表面観察像である。
【図１１】図１１は、サイトップ（登録商標）にレーザー生成プラズマ支援アブレーション（ＬＩＰＡＡ）プロセスを行った後に無電解銅メッキ処理を施したものの表面観察像である。
【図１２】図１２は、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を用いて作製されたＤＮＡ電気泳動用マイクロデバイスの構成説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ エッチング装置
１２ Ｆ２レーザー発生装置（Ｆ２ ｌａｓｅｒ）
１４ デジタルパルス発生装置（Ｄｉｇｉｔａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）
１６ チャンバー
１６ａ 窒素ガス供給部
１６ｂ 窒素ガス排出部
１８ マスク
２０ アッテネーター
２２ 集光レンズ
２４ ＸＹＺステージ
２６ パワーメーター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光透過性高分子材料のエッチング方法に関し、さらに詳細には、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料をエッチングする際に用いて好適な紫外光透過性高分子材料のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な材料である紫外光透過性高分子材料が知られている。
【０００３】
この紫外光透過性高分子材料は、これまで一般的に光学材料として利用されている石英ガラスでは不可能な形状、サイズ、使用方法が可能であるため、光デバイスの材料としての応用への実用化が強く望まれている。
【０００４】
ところで、こうした紫外光透過性高分子材料の一つである図１に示す分子構造のサイトップ（登録商標）（［ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２］ｎ）の表面に任意のエッチングを行い、光デバイスとして機能性を付与する場合において、一般に広く用いられているプラズマエッチングやレーザーエッチングなどをエッチングの手法として採用した場合には、次のような問題点があることが指摘されていた。
【０００５】
即ち、サイトップ（登録商標）は表面張力が非常に低いので、通常のフォトレジストではその表面ではじかれてしまって直接塗布することができないため、従来のプラズマエッチング技術を採用する場合には、特殊なレジストを用いるか、あるいは、表面を物理的に改質した後に従来のレジストプロセスによってパターンエッチングをおこなうという必要があり、従来のプラズマエッチング技術よりも複雑かつ特殊なノウハウが要求されるものであって、エッチングの処理が極めて煩雑になっていたという問題点があった。
【０００６】
また、レーザーを用いたエッチング技術を採用する場合においては、産業界で表面加工用として一般的に使用されてるＮｄ：ＹＡＧレーザーやＫｒＦエキシマレーザーでは、サイトップ（登録商標）自身が持つ優れた透過性のため、加工を行った際に加工領域においてサイトップ（登録商標）の透過特性が著しく劣化するという問題点があった。
【０００７】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料をエッチング加工する際に、加工領域においても材料本来が持つ優れた光透過特性を損なうことなしに、簡便な手法により高品質かつ高速な加工を実現することができるようにした紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法は、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明なサイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料の表面を、当該紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光によって微細にエッチングするようにしたものである。
【００１０】
より詳細には、本発明は、窒素雰囲気中において、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料の表面に、当該紫外光透過性高分子材料の光吸収端波長よりも短い波長の短波長レーザー光、例えば、波長１５７ｎｍのＦ２レーザー光を集光照射することによってアブレーションを誘起し、当該紫外光透過性高分子材料の表面を微細にエッチングするようにしたものである。
【００１１】
こうした本発明による手法は、従来のプラズマエッチング技術と比較してレジストプロセスなどの複雑なプロセスを必要せず、簡便な縮小投影露光によりパターン状に微細エッチングを行うことが可能である。
【００１２】
さらに、本発明による手法は、紫外光透過性高分子材料の表面にレジスト材料などの塗布が必要ないため、エッチング後に汚染物質除去のための洗浄プロセスを必要としないという利点もある。
【００１３】
また、本発明の手法によるＦ２レーザー光でエッチングされた加工領域は、従来のＡｒＦエキシマレーザー光などの波長１９３ｎｍ以上のレーザー光によるレーザーアブレーションでエッチングされた加工領域と比較すると、著しく劣化が改善され、その光透過特性も大幅に向上している。
【００１４】
こうした本発明のうち請求項１に記載の発明は、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の表面を加工する紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光を、窒素雰囲気中で上記紫外光透過性高分子材料の表面に照射してレーザーアブレーションによりエッチングするようにしたものである。
【００１５】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記紫外光透過性高分子材料は、サイトップ（登録商標）であるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記短波長レーザー光は、波長１７０ｎｍ以下、パルス幅１００ｎｓ以下、レーザーフルエンス３０ｍＪ／ｃｍ２以上であるようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記短波長レーザー光は、波長１５７ｎｍであるようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記短波長レーザー光は、Ｆ２レーザー光であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以上説明したように構成されているので、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料をエッチング加工する際に、加工領域においても材料本来が持つ優れた光透過特性を損なうことがなく、しかも簡便な手法により高品質かつ高速な加工を実現することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２１】
なお、以下の説明においては、短波長レーザー光としてＦ２レーザー光を用い、また、紫外光透過性高分子材料としてサイトップ（登録商標）を用いる場合について説明する。
【００２２】
ここで、図２には、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を実施するためのエッチング装置、より詳細には、サイトップ（登録商標）の表面をエッチングするためのエッチング装置の概念構成説明図が示されている。
【００２３】
このエッチング装置１０は、窒素ガス雰囲気中でパルスレーザー光であるＦ２レーザー光を加工対象となるサイトップ（登録商標）（以下、「加工対象となるサイトップ（登録商標）」については、「被加工物」と適宜に称する。）の表面に照射する処理を行うための装置である。
【００２４】
即ち、エッチング装置１０は、波長（λ）が１５７ｎｍ、パルス幅（τ）が２０ｎｓのＦ２レーザー光を発生するＦ２レーザー発生装置（Ｆ２ ｌａｓｅｒ）１２と、Ｆ２レーザー発生装置１２のレーザー発振を制御するデジタルパルス発生装置（Ｄｉｇｉｔａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１４と、Ｆ２レーザー発生装置１２により発生されたＦ２レーザー光が入射されるチャンバー１６と、チャンバー１６内に配設されるとともにＦ２レーザー光の形状を整形するためのマスク１８と、チャンバー１６内に配設されるとともにＦ２レーザー光の強度を調節するためのアッテネーター２０と、チャンバー１６内に配設されるとともにＦ２レーザー光を集光する集光レンズ２２と、被加工物１００を保持した試料ホルダー１０２を載置するとともにＸＹＺ直交座標系（図２におけるＸＹＺ直交座標系を示す参考図を参照する。）におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動自在なＸＹＺステージ２４と、Ｆ２レーザー光の強度を測定するためのパワーメーター２６と有して構成されている。
【００２５】
ここで、チャンバー１６には、チャンバー１６内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部１６ａと、窒素ガス供給部１６ａからチャンバー１６内に供給された窒素ガスを自然排気により外部へ排出するための窒素ガス排出部１６ｂとが設けられている。窒素ガス供給部１６ａは、Ｆ２レーザー発生装置１２のＦ２レーザー光出射口側に隣接して配置され、一方、窒素ガス排出部１６ｂは、当該Ｆ２レーザー光出射口と対向して位置するＸＹＺステージ２４に隣接して配置されている。
【００２６】
また、集光レンズ２２は、例えば、ＣａＦ２により形成された焦点距離（ｆ）が４７ｍｍのものである。
【００２７】
さらに、ＸＹＺステージ２４は、コンピューター（図示せず）に接続されており、当該コンピューターによりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向への移動量が制御可能となされている。
【００２８】
以上の構成において、窒素ガス供給部１６ａから３０ｌ／ｍｉｎで窒素ガスをチャンバー１６へ供給し、チャンバー１６内を窒素ガスにより充填して窒素ガス雰囲気とする。
【００２９】
そして、Ｆ２レーザー発生装置１２により、波長１５７ｎｍ、パルス幅２０ｎｓのＦ２レーザー光を、窒素ガスが充填されたチャンバー１６内、即ち、窒素ガス雰囲気中へ出射する。
【００３０】
なお、Ｆ２レーザー発生装置１２によるレーザー光照射中は、窒素ガスが窒素ガス供給部１６ａからチャンバー１６内にＸＹＺステージ２４側へ向かって３０ｌ／ｍｉｎで常に供給されている。
【００３１】
Ｆ２レーザー発生装置１２から出射されたＦ２レーザー光は、マスク１８により所望の形状に整形され、被加工物１００に入射するＦ２レーザー光の強度を調節するアッテネーター２０を経て、集光レンズ２２に入射する。そして、集光レンズ２２は、マスク１８の形状を反映したパターンのＦ２レーザー光を被加工物１００の表面へ縮小投影し、これによりＦ２レーザー光が被加工物１００の表面へ照射される。
【００３２】
なお、上記したように被加工物１００は試料ホルダー１０２に保持されており、この試料ホルダー１０２がコンピューターにより移動量を制御可能な３軸のＸＹＺステージ２４上に載置されているため、コンピューターでＸＹＺステージ２４の移動量を適宜に制御することによって、Ｆ２レーザー光を被加工物１００の表面の一定の場所またはスキャンをして移動させながら照射することが可能である。
【００３３】
次に、本願発明者が上記したエッチング装置１０を用いて行った実験の結果ついて、詳細に説明する。
【００３４】
なお、この実験においては、Ｆ２レーザー発生装置１２から発生されるＦ２レーザー光が、エネルギー密度（レーザーフルエンス）３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の間で被加工物１００の表面に照射されるように制御した。また、この実験では、Ｆ２レーザー発生装置１２をＫｒＦエキシマレーザー装置、ＡｒＦエキシマレーザー装置ならびにフェムト秒レーザー装置に置き換えての加工実験も行った。上記した各パルスレーザーの繰り返し周波数については、Ｆ２レーザー発生装置１２、ＫｒＦエキシマレーザー装置およびＡｒＦエキシマレーザー装置については１Ｈｚとし、フェムト秒レーザー装置については１ｋＨｚとした。
【００３５】
図３は、光デバイスに用いられる一般的な石英ガラスの光透過特性と被加工物１００たるサイトップ（登録商標）の光透過特性とを比較するためのグラフであり、石英ガラスとサイトップ（登録商標）との波長２３０ｎｍ以上の紫外域から７５０ｎｍの近赤外域までに対する光透過特性が示されている。
【００３６】
この図３に示されているように、石英ガラスとサイトップ（登録商標）とは、両者とも３００ｎｍ以下の波長域でも９０％以上の高い透過率を示しており、サイトップ（登録商標）は石英ガラスの特性と違いが見られないほどの優れた光透過特性を有している。
【００３７】
また、ＫｒＦエキシマレーザー装置により発生されたＫｒＦエキシマレーザー光やＡｒＦエキシマレーザー装置により発生されたＡｒＦエキシマレーザー光を被加工物１００に照射し、これら各レーザー光に対する光透過特性を検討した結果、どちらのレーザー光に対しても吸収は見られなかった。
【００３８】
以上の点から、サイトップ（登録商標）は、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー光の波長である。）以上の波長域のレーザー光には、吸収がないことが明らかとなった。
【００３９】
次に、図４（ａ）は繰り返し周波数１ＨｚのＫｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス３Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物１００に照射し、図４（ｂ）は繰り返し周波数１ＨｚのＡｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス２Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物１００に照射し、図４（ｃ）は繰り返し周波数１ｋＨｚのフェムト秒レーザー光をレーザーフルエンス８．３×１０１７Ｗ／ｃｍ２で被加工物１００に照射した場合における、被加工物１００の表面の加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真である。
【００４０】
なお、図４（ｃ）に示すフェムト秒レーザー光を照射した場合のみ、ＸＹＺステージ２４を移動して被加工物１００を１ｍｍ／ｓｅｃのスキャニング速度で移動させながら、フェムト秒レーザー光を照射した。また、全てのレーザー光の照射条件は、被加工物１００の表面で多光子吸収を誘起するレーザーフルエンスとした。
【００４１】
まず、図４（ａ）に示すように、ＫｒＦエキシマレーザー光を照射して多光子吸収によって被加工物１００を加工した場合には、被加工物１００の加工領域は表面粗れを伴い炭化した様な黒色化が発生し、従来のサイトップ（登録商標）が有する透明性が大きく失われた。この黒色化は、ＫｒＦエキシマレーザー光が誘起する多光子吸収が引き起こした熱影響に起因するものと考えられる。
【００４２】
また、図４（ｂ）に示すように、ＡｒＦエキシマレーザー光で加工した場合には、ＫｒＦエキシマレーザー光の場合よりも多少加工品質の改善が見られるが、ＫｒＦエキシマレーザー光による加工の場合と同様に、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して被加工物１００が十分な吸収をもたないために、表面粗さを伴う黒色化と加工領域周辺にデブリが発生している。
【００４３】
さらに、図４（ｃ）に示すように、加工特性に熱的影響が少ないフェムト秒レーザー光でスキャンによるライン状加工をした場合においても、加工領域の透明性が失われることとなった。
【００４４】
次に、図５（ａ）（ｂ）には、被加工物１００の表面にエッチング装置１０によりＦ２レーザー光を１５７ｍＪ／ｃｍ２で１０パルス照射してエッチングしたときの状態が示されており、図５（ａ）はその加工領域の光学顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による加工領域の表面観察像である。
【００４５】
被加工物１００の加工領域は、加工前の透明性を維持しており、デブリのないシャープなアブレーションエッチングが実現された。
【００４６】
このＦ２レーザー光を用いた本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法により実施されるアブレーションエッチングは、上記したＫｒＦエキシマレーザー光、ＡｒＦエキシマレーザー光あるいはフェムト秒レーザー光を用いた場合と比較すると、図５（ａ）に示すように加工領域が黒色化することなく、その加工品質において極めて大きな改善がもたらすものである。こうした加工品質の改善がもたらせられる理由は、サイトップ（登録商標）がＦ２レーザー光の波長に対しては十分な吸収を持つためと考えられる。
【００４７】
また、図５（ｂ）に示す原子間力顕微鏡による加工領域の表面観察像から、加工領域の表面粗さはＲＭＳ値で２７ｎｍと見積もることができた。この２７ｎｍというＲＭＳ値は、Ｆ２レーザー光の未照射領域におけるＲＭＳ値に対して約６倍ほど表面粗さが増加していることを意味するが、波長２００ｎｍ以上の紫外領域に対する光デバイスの作製技術としては十分に実用化可能な値である。
【００４８】
次に、図６には、図３（ａ）に示す被加工物１００をＫｒＦエキシマレーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性ならびに図５（ａ）に示す被加工物１００をエッチング装置１０によるＦ２レーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性を示すグラフが示されている。
【００４９】
この図６より、ＫｒＦエキシマレーザー光で加工した場合には、炭化に起因すると考えられる黒色化によって、測定した波長域全域で本来の光透過特性を全く失っている。一方、Ｆ２レーザー光で加工した場合には、加工領域の光透過特性は、未加工領域と同じ特性を維持している。即ち、本発明によるＦ２レーザー光によるサイトップ（登録商標）のエッチング加工は、材料の光透過特性の劣化をほとんど起こさない加工技術であるといえる。
【００５０】
次に、図７に示すグラフは、被加工物１００をエッチング装置１０によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工速度のレーザーフルエンス依存性を示すものである。この図７に示すグラフから、加工速度はレーザーフルエンスの対数に対して直線的に増加していることがわかる。一般的に、１光子吸収によるアブレーションの場合には、加工速度ｄと照射レーザフルエンスＦとの関係は、
【数１】
【００５１】
とあらわすことができる。ここで、Ｆｔｈは材料のアブレーションしきい値であり、αｅｆｆは有効吸収係数である。従って、本発明によるＦ２レーザー光によるサイトップ（登録商標）のレーザーエッチング加工においては、１光子吸収によるアブレーションがおこっていると考えられる。なお、アブレーションしきい値は３２ｍＪ／ｃｍ２であり、図７に示すグラフから有効吸収係数を算出すると９．５３×１０４ｃｍ−１となった。
【００５２】
次に、図８に示すグラフは、被加工物１００をエッチング装置１０によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工深さのパルス数依存性を示すものである。また、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、図８のグラフに示す実験結果を得た実験の際における、異なるパルス数を照射したときの加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真である。なお、図９（ａ）は５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は１０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｃ）は１５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｄ）は２０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｅ）は３０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真である。なお、図８および図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に実験結果を示す実験においては、レーザーフルエンス１８０ｍＪ／ｃｍ２で被加工物１００の表面へＦ２レーザー光を照射した。
【００５３】
図８のグラフに示すように、加工深さに関しては、Ｆ２レーザー光の３５パルスの照射により、約１５μｍのエッチング深さが得られている。このとき、パルス数の増加に伴って直線的に加工深さは増加している。即ち、本発明によるＦ２レーザー光によるサイトップ（登録商標）のレーザーアブレーションにおいては、インキュベーションなどのない加工が実現されている。
【００５４】
また、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）にあらわされているように、加工深さが増加した場合でも加工領域の中心付近の透明性はＦ２レーザーアブレーションよって劣化していない。なお、パルス数が増加した場合に見られる加工領域周辺の影は、光学顕微鏡の光源に起因する影である。
【００５５】
また、本願発明者は、被加工物１００の表面にグレーティング構造を形成するために、被加工物１００を設置しているＸＹＺステージ２４をコンピューター制御によって動かしてＦ２レーザー光を照射した。図１０（ａ）はこのグレーティング構造を形成する際の実験の概念図であり、また、図１０（ｂ）は実験で作製したグレーティング構造の原子間力顕微鏡表面観察像である。
【００５６】
この実験においては、グレーティング構造を形成するために、５０μｍ×５０μｍとなるパターンでＦ２レーザー光を被加工物１００の表面に４３μｍ／ｓｅｃで直線スキャンをして照射した。そして、１つの直線スキャンが終了後に、さらに横方向に前回スキャンした領域が６０％（３０μｍ）オーバーラップするようにして直線スキャンを複数回繰り返すことにより、表面にグレーティング構造を形成した。
【００５７】
図１０（ｂ）に示すグレーティング構造の原子間力顕微鏡表面観察像より、形成されたグレーティング構造は約３０μｍの周期をもつ滑らかな曲面を有しているものであった。 なお、上記した手法で形成したグレーティング構造の周期構造は、照射するＦ２レーザー光のスポットサイズを小さくすることによって、さらに細かい周期構造とすることができる。
【００５８】
次に、上記した本発明による紫外光透過性高分子材料であるサイトップ（登録商標）に対するＦ２レーザー光を用いた高品質エッチング技術と公知のレーザー生成プラズマ支援アブレーション（ＬＩＰＡＡ）によるサイトップ（登録商標）の表面への金属堆積技術（「花田他、第６４回応用物理学会学術講演会：３０ａ−ＺＱ−７」を参照する。）とを用いて、マイクロデバイスを作製した実験結果について説明する。
【００５９】
ここで、本願発明者による金属堆積実験は、光源にＫｒＦエキシマレーザー光（波長：２４８ｎｍ、パルス幅：３４ｎｓ、レーザーフルエンス：１．２Ｊ／ｃｍ２）を用いて、スキャン速度３０μｍ／ｓｅｃでサイトップ（登録商標）を通してターゲットとなるガラス上に堆積させた厚さ５００ｎｍ金薄膜に照射した。試料としては、厚さ１００μｍのサイトップ（登録商標）を用いた。
【００６０】
図１１には、サイトップ（登録商標）にＬＩＰＡＡプロセスを行った後に無電解銅メッキ処理を施したものの表面観察像が示されている。メッキ処理によってＫｒＦエキシマレーザーの照射領域に銅薄膜が選択的に堆積された。
【００６１】
また、図１２には、上記した本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を用いて作製されたＤＮＡ電気泳動用マイクロデバイスの構成説明図が示されている。
【００６２】
このＤＮＡ電気泳動用マイクロデバイスにおいては、紫外光透過性高分子材料としてフィルム状のサイトップ（登録商標）を用いている。即ち、２枚のフィルム状のサイトップ（登録商標）を用意し、その一方に対して、上記した本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を用いて、試料導入口、試料排出口、バッファー導入口、バッファー排出口ならびにこれらを連絡する通路を形成する。そして、２枚のフィルム状のサイトップ（登録商標）を貼り合わせすることにより、上記のようにして一方のサイトップ（登録商標）の表面に加工した構造を、２枚のフィルム状のサイトップ（登録商標）の間に存在する内部の３次元構造埋込構造として形成する。
【００６３】
なお、電気泳動は、バッファー導入口から泳動用ゲルを導入した後に、試料導入口からＤＮＡサンプルを導入し、めっき電極に電圧をかけることによりバッファー内を電気泳動させる。
【００６４】
以上において説明した本願発明者の実験結果からは、本発明による紫外光透過性高分子材料であるサイトップ（登録商標）に対するＦ２レーザー光を用いたアブレーション加工は、紫外光透過性高分子材料であるサイトップ（登録商標）の高品質表面加工技術として十分に実用的であることが示された。
【００６５】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（３）に示すように変形することができるものである。
【００６６】
（１）上記した実施の形態においては、紫外光透過性高分子材料としてサイトップ（登録商標）を例にして説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、他の紫外光透過性高分子材料も用いることができる。
【００６７】
（２）上記した実施の形態においては、紫外光透過性高分子材料へ照射するレーザー光として波長１５７ｎｍ、パルス幅２０ｎｓのＦ２レーザー光を用いた場合について説明したが、これに限られものではないことは勿論であり、紫外光透過性高分子材料の光吸収端波長よりも短い波長の短波長レーザー光であるならば本発明に用いることができる。本願発明者の実験によれば、例えば、波長１７０ｎｍ以下、パルス幅１０００ｎｓ以下、レーザーフルエンス３０ｍＪ／ｃｍ２以上の短波長レーザー光を用いることができ、より好ましくは、波長１２０〜１７０ｎｍ、パルス幅１〜１００ｎｓ、レーザーフルエンス３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の短波長レーザー光を用いることができる。なお、こうした短波長レーザー光の光源としては、上記したＦ２レーザーの他に、例えば、Ａｒエキシマレーザーを用いることができる。
【００６８】
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料の表面微細加工に利用することができ、例えば、サイトップ（登録商標）などの紫外光透過性高分子材料を母材とした２００ｎｍ以上の深紫外波長域を用いる光学素子やマイクロデバイスの作製に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、サイトップ（登録商標）の分子構造である。
【図２】図２は、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概念構成説明図である。
【図３】図３は、光デバイスに用いられる一般的な石英ガラスの光透過特性と被加工物たるサイトップ（登録商標）の光透過特性とを比較するためのグラフであり、石英ガラスとサイトップ（登録商標）との波長２３０ｎｍ以上の紫外域から７５０ｎｍの近赤外域までに対する光透過特性が示されている。
【図４】図４（ａ）は繰り返し周波数１ＨｚのＫｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス３Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物に照射し、図４（ｂ）は繰り返し周波数１ＨｚのＡｒＦエキシマレーザー光をレーザーフルエンス２Ｊ／ｃｍ２で１０パルスだけ被加工物に照射し、図４（ｃ）は繰り返し周波数１ｋＨｚのフェムト秒レーザー光をレーザーフルエンス８．３×１０１７Ｗ／ｃｍ２で被加工物に照射した場合における、被加工物の表面の加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、被加工物の表面にエッチング装置によりＦ２レーザー光を１５７ｍＪ／ｃｍ２で１０パルス照射してエッチングしたときの状態を示し、図５（ａ）はその加工領域の光学顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は原子間力顕微鏡による加工領域の表面観察像である。
【図６】図６は、図３（ａ）に示す被加工物をＫｒＦエキシマレーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性ならびに図５（ａ）に示す被加工物をエッチング装置によるＦ２レーザー光で加工した加工領域の波長２３０〜７５０ｎｍの光透過特性を示すグラフである。
【図７】図７は、被加工物をエッチング装置によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工速度のレーザーフルエンス依存性を示すグラフである。
【図８】図８は、被加工物をエッチング装置によるＦ２レーザー光で加工した際における、加工深さのパルス数依存性を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、図８のグラフに示す実験結果を得た実験の際における、異なるパルス数を照射したときの加工領域の光学顕微鏡による表面観察像たる光学顕微鏡写真であって、図９（ａ）は５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は１０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｃ）は１５パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｄ）は２０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真であり、図９（ｅ）は３０パルス照射した場合の光学顕微鏡写真である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明を用いてグレーティング構造を形成する際の実験の概念図であり、図１０（ｂ）は実験で作製したグレーティング構造の原子間力顕微鏡表面観察像である。
【図１１】図１１は、サイトップ（登録商標）にレーザー生成プラズマ支援アブレーション（ＬＩＰＡＡ）プロセスを行った後に無電解銅メッキ処理を施したものの表面観察像である。
【図１２】図１２は、本発明による紫外光透過性高分子材料のエッチング方法を用いて作製されたＤＮＡ電気泳動用マイクロデバイスの構成説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ エッチング装置
１２ Ｆ２レーザー発生装置（Ｆ２ ｌａｓｅｒ）
１４ デジタルパルス発生装置（Ｄｉｇｉｔａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）
１６ チャンバー
１６ａ 窒素ガス供給部
１６ｂ 窒素ガス排出部
１８ マスク
２０ アッテネーター
２２ 集光レンズ
２４ ＸＹＺステージ
２６ パワーメーター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の表面を加工する紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光を、窒素雰囲気中で前記紫外光透過性高分子材料の表面に照射してレーザーアブレーションによりエッチングする
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記紫外光透過性高分子材料は、サイトップ（登録商標）である
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記短波長レーザー光は、波長１７０ｎｍ以下、パルス幅１００ｎｓ以下、レーザーフルエンス３０ｍＪ／ｃｍ２以上である
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記短波長レーザー光は、波長１５７ｎｍである
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記短波長レーザー光は、Ｆ２レーザー光である
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項１】
波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の表面を加工する紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
波長２００〜３００ｎｍの深紫外領域において透明な紫外光透過性高分子材料の光吸収端よりも短い波長の短波長レーザー光を、窒素雰囲気中で前記紫外光透過性高分子材料の表面に照射してレーザーアブレーションによりエッチングする
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記紫外光透過性高分子材料は、サイトップ（登録商標）である
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記短波長レーザー光は、波長１７０ｎｍ以下、パルス幅１００ｎｓ以下、レーザーフルエンス３０ｍＪ／ｃｍ２以上である
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項４】
請求項３に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記短波長レーザー光は、波長１５７ｎｍである
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載の紫外光透過性高分子材料のエッチング方法において、
前記短波長レーザー光は、Ｆ２レーザー光である
ことを特徴とする紫外光透過性高分子材料のエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−７０４２７（Ｐ２００７−７０４２７Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５７３７３（Ｐ２００５−２５７３７３）
【出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年３月２９日 社団法人応用物理学会発行の「２００５年（平成１７年）春季 第５２回 応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第０分冊」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年４月８日 社団法人高温学会主催の「Ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」において文書をもって発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年５月２５日 レーザ加工学会発行の「第６３回 レーザ加工学会講演論文集」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年６月１４日 インターネットアドレス（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｌｐｓ．ｇｒ．ｊｐ／ｅｎ／ｐｒｏｃ／ｌｐｍ／０５／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ）にて発表
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年３月２９日 社団法人応用物理学会発行の「２００５年（平成１７年）春季 第５２回 応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第０分冊」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年４月８日 社団法人高温学会主催の「Ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」において文書をもって発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年５月２５日 レーザ加工学会発行の「第６３回 レーザ加工学会講演論文集」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年６月１４日 インターネットアドレス（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｌｐｓ．ｇｒ．ｊｐ／ｅｎ／ｐｒｏｃ／ｌｐｍ／０５／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ）にて発表
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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