2015 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外フェムト秒レーザーを用いるシリコンの新奇三次元微細加工技術の開発
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26289019
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松尾 繁樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20294720)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
直井 美貴 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (90253228)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノマイクロ加工 / シリコン / レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，シリコン基板に対して透明な1.5 μm帯の超短レーザーパルスを用いた内部加工を中心に行う予定だったが，レーザーが故障したために，シリコン基板に対して半透明な1.064 μmのサブナノ秒レーザーを用いて研究を進めた。このレーザーパルスをシリコン基板内部に集光照射した場合の基本的な加工特性を調査し，最小5 μJ程度のパルスエネルギーで改質加工が可能なことを見出した。ステルスダイシングなどで用いられている100ナノ秒程度のパルスとの明確な違いは見られなかった。改質の様子は，パルスエネルギー，一箇所に照射するパルス数に加え，集光する対物レンズの補正環の調整や，パルスを集光する深さにも依存した。一発のレーザーパルスを表面からの深さ230 μm程度を狙って集光照射した場合には，パルスエネルギーが10 μJ程度以下ではおよそ集光位置が改質されるのに対し，およそ50 μJ程度以上ではそれよりも50 μm程度入射面に近い位置を中心に改質が生じ，その中間のエネルギー領域では改質領域が光軸方向に長く伸びた。改質領域の光軸に垂直な方向の広がりは，一発照射の場合にはパルスエネルギーにあまり依存せずに2から3 μm程度となったが，照射パルス数を増やしていくとパルスエネルギーに明確に依存する（正の相関を持つ）ようになった。
これらの内部加工に加えて，シリコン基板表面において，種々の周期構造が自発的に形成されること，とくに傷のあるシリコン基板を用いた場合に，波長の半分以下の周期を持つ構造が傷に沿って形成されるというこれまでに知られていなかった現象を発見し，論文を投稿して掲載が決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
レーザーの故障により，研究計画を変更する必要があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．レーザーをもう一台購入し，実験を促進する。
２．レーザーによる内部改質部をエッチングにより除去し，内部に空洞を作る実験を進める。基板表面に対して垂直な穴（貫通孔）と平行な穴（マイクロチャンネル）の作製を試みる。これまでに検討した試薬を用い，選択性の高いエッチングを目指す。
３．シリコン基板内部への集光照射では，シリコンの持つ高い屈折率のために，原理的に大きな球面収差を生じる。球面収差をなくして効率的に改質を生じさせるための方法として，当初はデフォーマブルミラーあるいは空間光変調器の導入を検討していたが，シリコン製亜半球レンズを援用することにより球面収差を取り除いた集光ができることを着想した。この方法は，前記の方法よりもはるかに安価であり，かつ，高い開口数での集光が可能となるという点において優れている。これに関する実験を行う。
４．レーザーパルスを使った接合の実験を行う。半透明領域波長のレーザーを用いることにより，空間選択性はやや劣るものの，アライメントがあまり厳しくない条件で接合ができると期待される。
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| Causes of Carryover |
当初購入する予定だった，球面収差を取り除くためのレーザー波面調整デバイス（デフォーマブルミラーまたは空間光変調器）について，検討の結果，十分な性能が得られない可能性があること，シリコン製亜半球レンズを援用するという安価で優れた特性が期待できる方法を着想したことにより，購入を見送った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究を促進するためには，レーザーの台数を増やすことが適切であると考え，類似した性能を持つレーザーを購入する。
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