レーザ駆動マイクロ・マシン用ム-バの3次元ナノ構造形成システムの開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555121
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 河田 聡 大阪大学, 工学部, 教授 (30144439)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池波 克哉 横川電機(株), 研究員 ; 市橋 太一 大阪工業技術試験所, 主任研究官 ; 有本 理恵子 (株)ニコン, 光機設計部, 研究員 ; 大木 裕史 (株)ニコン, 光学本部, 課長 ; 重岡 利孝 大阪大学, 工学部, 助手 (10263211) ; 川田 善正 大阪大学, 工学部, 助手 (70221900)
• Keywords: ケノ形成 / エバネッセント / FDTD

Research Abstract

1)微小物体に作用する光の放射圧の解析:球形状の微小物体をエバネッセント場中に配置したときに生じる光の放射圧の解析を行った。具体的には、数値解析手法の1種である境界要素法を用いて、微小物体によるエバネッセント場の散乱問題を解き、物体表面の電場からマックスウェルの応力を計算した。これにより微小物体に働く駆動力の方向と大きさを求めた。この結果、放射圧の方向は、水平方向にはエバネッセント場の進行方向を、垂直方向には下向きであることを示し、さらにその大きさは物体のサイズに大きく依存することがわかった。なお、本解析には、購入したワークステーションを利用した。
2)ム-バ用有機材料の設計と評価:ム-バを形成するための有機材料として、紫外線硬化樹脂の検討を行った。光源にHe-Cdレーザーを用い、レーザー光を対物レンズによりその焦点位置に絞り、樹脂の硬化する様子を観察した。集光スポットの中心部を紫外線効果樹脂とスライドガラスの境界面に合わせ、樹脂を硬化させた。その結果、樹脂は光の集光スポット形状、すなわち円錐状に硬化すること、および走査電子顕微鏡によりその先端が100nm以下に形成されていることを確認した。この円錐状のム-バはレーザー・トラッピング走査による原子間力顕微鏡やニアフィールド光学顕微鏡のプローブに用いることを検討している。
3)ム-バ形成システムの設計・試作:ステージ走査およびビーム走査を組み合わせた顕微鏡を利用してム-バ形成システムを試作している。さらに、これと並行して、3連電子銃による多層金属フィルム形成装置の開発も行っている。ム-バ形成時に、金属薄膜による表面増強効果を利用することで、有機材料のもつ非線形性を引き出し、より微細な加工を行うことができる。