2015 Fiscal Year Annual Research Report
赤外フェムト秒レーザーの非線形吸収によるシリコンの三次元加工への挑戦
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26630023
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 義郎 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60176378)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邉 里枝 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70432101)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 赤外フェムト秒レーザー / シリコン / 微細加工 / 非線形吸収 / 湿式エッチング / 裏面加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
赤外フェムト秒レーザーを、シリコン(Si)基板の内部あるいは裏面に集光することで、Siの三次元加工を実現することを目的として、研究を行った。Siは可視光に対しては吸収を持つが、レーザー波長領域の赤外光は吸収せず、短パルスレーザー光を集光することで局所的に非線形現象を生じさせて、それによる加工を実現できる。しかしSiは3.4を超える大きな屈折率を持つため、Si基板の内部、あるいは裏面に集光しようとすると、通常のレンズでは大きな収差が発生してしまった。そこで 倒立型の赤外顕微鏡に、空間光位相変調器(LCOS-SLM）を用いてより精密な収差補正を試みた。厚さ300マイクロメータのSi基板の裏面に集光し、走査加工を行ったところ、加工幅が狭くなり集光度が向上した。照射部には微細な周期構造が形成されたが、加工深さは0.5マイクロメータ以下であった。加工による基板表面、すなわちレーザー入射面に対するレーザー照射の影響は全く観察されず、裏面でのみ変化が観察され、期待通りに位置選択的な局所加工が実現された。この微細な周期構造は、レーザー光の偏光方向とは平行に形成され、従来知られていた類似の微細周期構造が偏光面と垂直に形成される現象とは異なる特徴を示した。
加工効率を上げるためにKOH水溶液を用いた湿式エッチングを試みた。その結果、同じレーザー照射条件で、加工溝深さは2マイクロメータ以上となり加工速度が大きく向上した。しかし、得られた溝深さは1.5～3.0マイクロメータの間で変動しており、安定した加工にならなかった。加工と同時に赤外カメラによる観察を行った結果、SiとKOH水溶液との反応によって生じた気泡が、加工を妨げていることが判明した。現在KOH 水溶液を流動させて気泡の除去効率を上げる照射セルを設計、製作中であり、これにより、Si基板の裏面加工が安定的に行えるようになると期待している。
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Research Products
(4 results)
