難加工単結晶材料のレーザマイクロファブリケーション

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650153
• Research Institution: TOKAI UNIVERSITY
• Principal Investigator: 安永 暢男 東海大学, 工学部, 教授 (70256171)
• Keywords: YAGレーザ / マイクロファブリケーション / サファイヤ / レーザエッチング / レーザPVD / 接合

Research Abstract

本研究は、現有のYGAレーザをサファイヤ、炭素珪素、ダイヤモンドなどの難加工材料へ腐食液中で照射することにより微細パターンの加工および高強度接合加工の可能性を明らかにすることを目的としている。
微細パターン加工については、昨年度に試作した腐食液循環装置を利用してサファイヤに対するYAGレーザ照射実験を実施した。昨年度に取得した基礎実験の結果を踏まえて各種実験を行い、以下の成果を得た。
(1)サファイヤ表面へのカーボンコーティング膜厚の影響を調べ、0.2μm程度の膜厚で十分な光吸収が可能であることを明らかにした。
(2)サファイヤに対して高温でのエッチング性が知られている燐酸溶液中でレーザ照射しても、直接的なレーザアシストエッチングは生じないことを見出した。
(3)サファイヤ表面で溶融は生じず、微細クラックのみが生じるようなレーザ照射条件を選択し、レーザ照射後に250℃熱燐酸中でエッチングを行うことにより微細クラック部分のみがエッチング除去されて数10μmレベルの溝が形成できることを見出した。
(4)クラック深さは燐酸溶液濃度やレーザ照射条件を変えることにより20μm〜220μmの範囲で制御可能であることを見出した。
(5)マスクを通してレーザ照射すればマスクパターンに応じた溝形成が可能であることを見出した。
(6)コーティング無しのサファイヤウエハ-を一旦通過させてから窒素珪素にレーザを集光照射すると発生したプラズマプルームによってサファイヤに貫通穴やクレーターあるいは蒸着膜を形成させることが出来ることが見出された。今後の新しい加工手法として発展する可能性が示された。
以上の研究により、機械加工によっては微細な形状加工が困難とされるサファイヤがYAGレーザ照射と液中エッチングとの併用によりパターン加工が容易に実現可能であることが明らかになった。