光放射圧を利用した微粒子操作によるマイクロ加工に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450060
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三好 隆志 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00002048)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 哲 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30283724) ; 高谷 裕浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70243178) ; 島田 尚一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20029317)
• Keywords: 光放射圧 / マイクロ加工 / レーザトラッピング / 超精密加工 / 微細加工 / 微粒子 / ダイヤモンド

Research Abstract

光放射圧マイクロ加工現象の加工メカニズムを推測するために、従来のダイヤモンド微粒子の代わりに直径5μmのシリカ微粒子を用いた操作性の検証および加工実験をKOH溶液内で行い以下のような結果を得た。
(l)球形のシリカ微粒子の場合、回転現象は見られないが、不定形粒子に比べ安定したトラップが可能となり、より高速な動きに追従することが観測された。
(2)ダイヤモンドに比べて硬度の低いシリカ球を用いてもハイドロカーボン薄膜のように比較的機械的強度が低い場合、深さ数nmのマイクロ加工が可能であった。
(3)上記の加工現象はArイオンレーザ(波長488nm)を使用した場合に生じ、YAGレーザ(波長1060nm〉の場合は観測されなかったことからレーザ波長が加工に深くかかわっていることが分かった。
次に、加工液にコロイダルシリカを使用し、また加工粒子としてシリカ球を用いた加工実験において、以下のような新しい知見を得た。
(1)Arイオンレーザの出力が100mWと比較的低出力で実験を行ったところ、トラップしたシリカ球粒子の直下でシリコン基板上に数10nmのコロイダルシリカ微粒子が凝集・定着する付加加工現象が起こることが確認された。また、シリカ球を繰り返し走査したところ高さ数nmの微小付加加工現象が発生することを確認した。
(2)200mW程度の比較的高出力のArイオンレーザ光をコロイダルシリカ中のシリコンウエハ上に照射するとレーザ光のみでコロイダルシリカ微粒子が凝集・定着するマイクロ付加加工現象が発生することを確認した。

Research Products

• [Publications] 清水浩貴,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲: "光放射圧を利用した微粒子操作によるマイクロ加工に関する基礎的研究"精密工学会誌. (校閲終了). (2000)
• [Publications] H.SHIMIZU,T.MIYOSHI,Y.TAKAYA,S. TAKAHASHI: "Study on Micro-Machining Using Optical Radiation Pressure"1st. International euspen Conference. Bremen. 199-202 (1999)
• [Publications] Y.TAKAYA,H.SHIMIZU,S. TAKAHASHI, T. MIYOSHI: "Fundament study on the new probe technique for the nano-CMM based on the laser trapping and mirau interferometer"Measurement. 25. 9-18 (1999)
• [Publications] 清水浩貴,三好隆志,高谷裕浩,高橋哲: "光放射圧を利用した微粒子操作によるマイクロ加工に関する基礎的研究(第5報)-コロイダルシリカ付着加工現象の観察-"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会. 仙台.