フェムト秒テラワットレーザーを用いたセラミックスの精密加工

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555182
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 近藤 建一 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (50111670)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹中 久貴 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 客員教授 ; 弘中 陽一郎 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (20293061) ; 中村 一隆 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20302979)
• Keywords: フェムト秒レーザー / レーザー加工 / 誘電破壊 / セラミックス / テラワット / 光通信 / 微細加工 / 衝撃波

Research Abstract

本年度では、クリーンルーム内に設置されたテラワットレーザーシステムと3J-YAGレーザーを用いて、パルス幅とエネルギー密度を変化させた予備的な加工実験を行うための準備を完了した。前者に対しては、レーザー集光後のエネルギー密度の精密な制御を行うために、大型真空チャンバー内にターゲット位置を外部から精密に制御できる真空対応5軸ステージを設置した。
予備的な加工条件洗い出し実験として、シリコン単結晶基板に780nmの波長の300psのパルス幅で照射し、集光直径とビームエネルギーを変化させ、表面のダメージを顕微鏡観察することによって、シリコンが誘電破壊を生じる臨界的な条件を探索した。この波長では、レーザー光のエネルギー密度が小さいときはシリコン中に線形吸収で侵入してダメージを生じないが、臨界値を越える条件では明瞭なダメージが観測され、その臨界値は0.4J/cm^2のフルーエンスであることが分かった。この値は、他の実験値の外挿曲線状にあり、妥当な実験であることが分かった。また、真空環境と大気中とでは条件が異なり、後者のほうが臨界条件が低下することが分かった。