2022 Fiscal Year Research-status Report
レーザープラズマ極端紫外光による生体適合性材料の3次元高アスペクトマイクロ加工
| Project/Area Number |
22K04755
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
牧村 哲也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80261783)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | シリコーンエラストマ / 極端紫外光 / マイクロ・ナノ加工 / アブレーション / 精密加工 / 生体適合性材料 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、波長１０ナノメートル前後の光（極端紫外光）を加工用光源とし、これを用いて生体適合性材料を加工する方法を研究する。とくに、波長が短いことを利用して、高アスペクト比の３次元構造を作製することを目標とする。加工用光源として、レーザー光をターゲット材料に集光照射してプラズマを発生し、そのプラズマから輻射されるパルス幅１０ナノ秒の極端紫外光を用いる。発生した極端紫外光を集光し、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、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。本研究では、ステンシルマスクを通して極端紫外光を厚さ１０マイクロメートルのシリコーンエラストマシートに照射し、開口径が数マイクロメートルの貫通孔を加工できることを示した。この材料の場合、10マイクロメートルのシートに貫通孔を作製する範囲では、加工深さは照射回数に比例する。また、1ショット当たりの加工深さDは、ある相互作用定数aを用いて光強度Iと D=1/a ln(I/I0) の関係にある。さらに、サブマイクロメートルのスケールでの加工形状を明らかにするため、一辺が２０マイクロメートルの四角形の開口が配列しているマスクを通して加工を行った。加工後、複数の角度から撮影した走査型電子顕微鏡写真を３次元再構成した。概略長方形の形状に削られるが、照射回数を増やすと壁面が垂直に近付くことが明らかになった。以上の研究により、加工形状はビームの強度分布、フレネル回折、強度と加工深さの関係、照射回数で決まっていることを明らかにした。今後これに基づき、設計した形状に加工することを目指す。
|
| 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、エネルギー拡散は重要ではなく、光の伝搬に注力すれば、精密加工が実現できることが明らかになった。また、電子顕微鏡像からサブマイクロメートルの3次元構造を解析する３次元復元の手法を開発し、簡便かつ精密に加工形状を得られるようになった。これらにより、予想していた以上に順調に進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
実用上、比較的広い面積、高いスループット、光学系等の精密制御による高い再現性を追求したい。そのためのマスクの作製法の確立、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。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症の感染拡大防止のため，実験的検証に遅れが生じた。
|
