2012 Fiscal Year Annual Research Report
その場計測制御による超高アスペクト比微細形状のフォトニック・ナノジェット加工
| Project/Area Number |
24246028
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
高谷 裕浩 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70243178)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 照剛 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00334011)
道畑 正岐 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70588855)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 光放射圧 / 微粒子レンズ / フォトニック・ナノジェット / フェムト秒パルスレーザー / 非熱的アブレーション加工 / 定在場スケール / 加工量計測 / 超高アスペクト比微細加工 |
|---|
| Research Abstract |
本研究は,先駆的な光放射圧制御微粒子レンズによるフォトニック・ナノジェット（PNJ）制御,フェムト秒パルスレーザーによる非熱的アブレーション加工および定在場スケール変位計測を,格段に発展・融合することにより, 独創的な超高アスペクト比微細形状加工・計測原理の確立を目的としている. 回折限界をはるかに超えるビーム径と数μmのビーム長をもつ,フェムト秒パルスPNJの加工特性を明らかにすることにより,幅100nm以下,深さ数μm以上の加工を可能にする.さらに，このような超高アスペクト比加工では,材料特性に依存する加工レートのばらつきを補償することによる,加工深さ制御が不可欠であるため，定在場スケールを利用した加工量のその場計測を導入し,加工の高精度化をめざす.
本年度は,高精度な加工制御技術の基礎となるフェムト秒パルスPNJの生成過程および基礎現象に関し，数値解析および基礎実験の両面から現象解明に取り組んだ．まず，有限差分時間領域法(FDTD) 解析シミュレーションによる数値解析によってビーム特性を明らかにし，チューナブル・フェムト秒チタンサファイアレーザー光源を用いた独自のフェムト秒パルスPNJ生成基本光学系を設計・試作した．また，微粒子レンズ照明法として，新たにベッセルビーム光学系を導入し，照明系の基本特性について実験的検討を行った．さらに，フェムト秒PNJの生成過程および基礎現象に関する基礎研究と並行して，定在場スケールによるナノ変位計測技術の確立および高精度化に関する基礎検討にも着手した．光放射圧場解析シミュレーションによる定在場中でのプローブ球の挙動解析に基づいた定在場スケールの現象解明と,変位計測の高分解能化に関する基礎研究を遂行し，定在場光放射圧によって変位する微粒子レンズの位置検出および加工中における加工量計測の基本原理に関連する基礎現象を明らかにした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成24年度は,フェムト秒パルスPNJの生成過程や基礎現象について,数値解析および基礎実験の両面から徹底した現象解明を行い,本研究の重要な基礎となる高精度なPNJ制御技術を確立することを目的として， [1]フェムト秒パルスPNJ生成およびビーム特性の数値解析，[2]フェムト秒パルスPNJ生成基本光学系の設計・試作と検証実験，[3]PNJプロファイル計測・解析システムの構築とビーム特性評価および[4]フェムト秒パルスPNJの制御基礎実験の遂行を計画した．まず，[1]～[3]の研究課題を進め，加工効率を左右するフェムト秒パルスPNJの生成効率において，光放射圧制御微粒子レンズの照明方法が重要であることが明らかになったため，当初研究構想に加えて新たなベッセルビーム照明光学系の導入の着想に至った．そこで，ベッセルビーム生成光学系の設計・試作およびチューナブル・フェムト秒チタンサファイアレーザー光源によるビーム生成特性に関する基礎実験を進め，その有効性について検証した．そのため，[4]の研究計画が十分達成されていない．一方，次年度の研究計画である，フェムト秒パルスPNJによる加工原理および加工制御技術の確立を進めるためには，加工量の測定評価に基づいた加工現象の解明が必要であることを見いだし，平成26年度の研究計画の一部である，PNJ定在場スケールによるナノ変位計測技術に関連する基礎研究を並行して推進した．以上の研究経過から，本年度の研究計画の一部に達成度が十分でない点が残されたが，平成26年度の研究計画の一部が前倒しで遂行されていることから，研究計画全体においては，おおむね順調な進展と自己評価した
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度において，新たなベッセルビーム照明光学系の導入に加え，当初研究計画の[4]フェムト秒パルスPNJの制御基礎実験の遂行が不十分であったため，平成25年度の研究計画に追加して遂行する．従って，ベッセルビーム照明によるフェムト秒パルスPNJのプロファイル計測および3次元ビームエネルギー分布の解析を進展させた後, 微粒子レンズや加工用レーザー光の光学条件を変えたときのフェムト秒パルスPNJ制御に関する基礎研究を次年度前半の短期間で完遂できるよう，研究計画の局所的な変更が必要である．一方，平成26年度の研究計画の一部である，PNJ定在場スケールによるナノ変位計測技術に関連する基礎研究を目倒しで遂行したことにより，次年度度後半に計画している超高アスペクト加工の実証実験の効率化が期待できるため，平成25年度の研究計画全体には，上述の研究方針の局所的な変更による大きな影響は無いと予想している．
以上より，今後の推進方策として，特に研究計画全体に対する大きな変更は必要としないと考えられるため，次年度以降もほぼ当初計画に沿った研究を遂行する．なお，今後の課題として，当初の基本構想であった最終的な光学系構成の微修正に伴い，実験装置全体に生ずる問題点に未だ不明確な点があるため，実験の再現性を十分検証し，必要であれば実験条件のモニタリング手法を新たに導入する．
|
