2021 Fiscal Year Research-status Report
Influence of inner shell electron on material processing by soft X-ray free electron laser
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20K12494
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
坂上 和之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 主幹研究員 (80546333)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 軟X線レーザー / レーザー加工 / 光・物質相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザー加工市場は着実な成長を見せており、特に微細な加工を行うレーザーマイクロ加工の需要が非常に高い。これは半導体の微細化・複雑化による需要を受けており、今後もより微細化が望まれることが予想される。本研究課題では、より将来のレーザー微細加工を見据え、より集光性の高い軟X線領域のレーザー（光）を用いた微細加工に取り組んでいる。このような波長帯における加工はあまり実績がないため、その物理過程などを理解し、将来の微細加工技術に繋げることを目的に研究を進めている。特に、物質の吸収端エネルギーや物質に非常に吸収されやすい特徴を持つ光であるため、レーザー加工の新たな知見を見出すことを期待するとともに、初期に電子に与えるエネルギーが大きいことから、その加工への影響を調査している。本年度は、引き続き軟X線自由電子レーザー施設SACLAを用いて、特に100eV近傍に吸収端を持つシリコンを対象に研究を実施した。吸収端の前後にあたる92eVと120eVでの加工の違いについて加工後の結晶構造などを観察して詳細に議論し、レーザー光の侵入長がレーザー加工の際に物質に与える構造変化を決定していることを見出した。また、難加工材料としてのダイアモンドの加工に関しても取り組みを開始し、通常のレーザー加工よりも小さなエネルギー投入で効率的に加工できることを確認した。今後、加工品質の詳細評価を進め、加工の原理を明らかにしていくとともに、他の難加工材料へも研究を展開していく予定である。
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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
軟X線レーザーによる加工・物質改変のプロセス理解のため、本年度は軟X線自由電子レーザー(SACLA-BL1)を主に用いて研究を遂行した。加工の対象としては、100eVに吸収端を持つシリコン及びそれを含む化合物として、ガラスを対象とした。また、難加工材料としてダイアモンドや化合物であるSiCの加工試験も実施した。それぞれに対して、回転楕円ミラーで1マイクロメートル以下に集光した軟X線レーザーで加工することによってサブミクロンの微細加工を実現できることを確認するとともに、光子のエネルギーやフルエンスなどの依存性に関してデータを収集した。シリコンの加工においては、吸収端のエネルギーの前後にあたる92eV及び120eVの光子エネルギーによる加工を比較するとともに、先行研究なども総合的に議論し、レーザー光の侵入長がシリコン結晶の加工後の構造変化に寄与していることを見出した。また、ダイアモンドの加工に関しては、通常の赤外や可視のレーザー光と比較して約1桁小さいエネルギーで加工できることを確認した。加工結果としては、通常のレーザー光と同様に加工部の炭化などが確認されており、同様の過程で加工が進んでいることが推察されるが、加工品質の面ではより詳細な調査を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度、レーザー加工後の構造などを詳細に観察することによって、加工後の構造を決めるための重要な知見を得ることができた。今後も引き続き、透過型電子顕微鏡などを用いて構造変化などを観察・検討するとともに、レーザー光の吸収によって初期に生成される電子のエネルギーの違いを考察するべく取り組んでいく。このため、理論的な考察とも比較を行い、軟X線レーザー照射による加工を明らかにしていく。また、特に微細加工ニーズの高い難加工材料の加工にも取り組み、その加工性や加工品質評価にも取り組んでいく予定である。
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