2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 精密加工 / 極端紫外光 / アブレーション加工 / マイクロ・ナノ加工 / ポリジメチルシロキサン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、パルス幅が１０ナノ秒のレーザー光をターゲット材料に集光照射し, プラズマをパルス的に発生する. 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照射する. 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。従来の中赤外から紫外のレーザーを用いた加工と比較し、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、ナノ秒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、高アスペク比加工を含めた精密加工を目指した。そのために、数値計算により、被加工物近傍に近接マスクを設置した場合の光の伝搬を求めた。また、集光光学系、マスク形状の設計を行い、指向性が高い極端紫外ビームを被加工物に照射する装置を開発した。これにより、シリコーンゴム（ポリジメチルシロキサン)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、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、アスペクト比が高い３次元サブマイクロメートル構造の表面プロファイルを測定するSEM画像解析法を開発した。これにより、ポリジメチルシロキサンのアブレーション形状を精密に評価した。これにより、極端紫外光を吸収した後熱エネルギーに変わりアブレーションが起きる効果よりも、結合の切断の効果が大きいことを示唆する精密加工に有用な特性を有することを見出した。
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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
極端紫外光を用いた有機材料、PDMSのアブレーションでは、加工に適したアブレーション特性を有することを見出した。すなわち、吸収された光のエネルギーが拡散する前に、アブレーションに至る。したがって、サブミクロンの長さ領域では、エネルギー拡散は加工精度に影響を与えないが、光の伝搬は加工精度に影響を与えることを明らかにした。すなわち、光の伝搬の制御を行えば、サブマイクロメートルのスケールでの加工精度が確保できる。これにより、予想していた以上に順調に進展していると言える.
また、実用上比較的広い面積、より高いスループットが必要である. そのためのマスクの材料および加工法の実験的検討を行った。これにより実用に耐えうるマスクを作製法を確立した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実用上、光学系等の精密制御による高い再現性を追求したい。そのため光学系制御装置の導入を進める。これによりバイオテクノロジーの分野に応用する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染防止のため、実験、解析のための時間が十分に取れなかったため、経費を次年度に繰り越す。次年度は、おもにすでに取得したデータの解析、成果の取りまとめ、成果発表を行う。
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