2018 Fiscal Year Research-status Report
レーザープラズマ極端紫外光によるアブレーション加工
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18K04770
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
牧村 哲也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80261783)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 精密加工 / 極端紫外光 / 波動光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ナノ秒レーザー光をターゲット材料に集光照射し, プラズマを発生する. このプラズマから輻射される波長10 nm 前後の光(極端紫外光)を集光光学系を用いて被加工物に入射する. これにより、被加工物表面を削り取るアブレーション加工を行う。従来のレーザー加工と比較し、波長が短いためアスペクト比が高い加工が期待できる。また、光子エネルギーが大きいため、熱溶融、キャリアー拡散、表面に発生したプラズマによるエッチングなどによる加工形状の劣化を抑止できる可能性がある。ただし、プラズマからはほぼ等方的に極端紫外光が輻射されるため、そのままではアスペクト比が高い構造の加工には向かない。また、極端紫外光によるアブレーション現象の理解は、十分には進んでいない。
本研究では、レーザープラズマ極端紫外光のビームプロファイルを制御し、高アスペクト比加工を含めた精密加工を目指した。そのために、被加工物近傍に近接マスクを設置した場合光の伝搬を数値計算により求めた。これにより、マイクロメートルのスケールで指向性が高いビームを生成できる可能性を示した。この原理に従って設計した近接マスクを作製し、シリコーンゴム(PDMS)を加工し、高アスペクト精密加工が可能であることを、実験的に示した。また、これと並行して、回転双曲面と回転楕円面の2つの回転体から成るウォルターミラーの構成を採用した. これにより, 指向性が高いビームに整形し, 被加工物に照射する装置を開発した。
また、極端紫外光によりアブレーション現象を明らかにするため、PDMSのアブレーション形状を精密に測定した。本研究室では、同じ-Si-O-の骨格を持つシリカガラスのアブレーション現象を精密に調べてきた。これと比較すると、光電子放出の結果起きるイオン化の度合いが低く、極端紫外光による結合の切断の寄与が大きいことを示唆する実験結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
波動光学による光の伝搬を数値計算により求めた。これにより、10ナノメートルの光を用いても、マイクロメートルスケールでも回折がおきることを示した。精密なマイクロ加工を実現する上で重要な知見である。また、予め高アスペクト比の加工を行うために、指向性が高い極端紫外光ビームに整形する光学系の導入を計画した。実際、照射実験ができるように装置を作製した。また、PDMS, シリカガラスの加工形状の精密な形状評価を行い、アブレーション現象についての理解が進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
指向性が高い極端紫外光ビームを用い、PDMS, シリカガラス、PMMAを加工する。また、これら材料のアブレーション現象について研究する。これらの研究により、実用的な高アスペクト・精密加工法を実現する。
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| Causes of Carryover |
3月から4月にかけて成果報告のため海外に出張した。この経費を、３月分を次年度に繰り越した経費と合算して支払う。
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