| 研究課題/領域番号 |
18K04770
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
牧村 哲也 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80261783)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 精密加工 / 極端紫外光 / アブレーション過程 / マイクロ・ナノ加工 / ポリジメチルシロキサン |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ナノ秒レーザー光をターゲット材料に集光照射し, プラズマを発生する. このプラズマから輻射される波長10 nm 前後の光(極端紫外光)を集光光学系を用いて被加工物に入射する. 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。従来のレーザー加工と比較し、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、キャリアー拡散、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。ただし、プラズマからはほぼ等方的に極端紫外光が輻射されるため、そのままではアスペクト比が高い構造の加工には向かない。また、極端紫外光によるアブレーション現象の理解は、十分には進んでいない。
本研究では、レーザープラズマ極端紫外光のビームプロファイルを制御し、高アスペクト比加工を含めた精密加工を目指した。そのために、数値計算により、被加工物近傍に近接マスクを設置した場合の光の伝搬を求めた。また、集光光学系、マスク形状の設計を行い、指向性が高い極端紫外ビームを被加工物に照射する装置を開発した。これにより、シリコーンゴム(PDMS)を加工し、高アスペクト精密加工が可能であることを、実験的に示した。
また、極端紫外光によりアブレーション現象を明らかにするため、アスペクト比が高い3次元サブマイクロメートル構造の表面プロファイルを決定するSEM画像解析法を開発した。これにより、PDMSのアブレーション形状を精密に評価した。これにより、極端紫外光を吸収した後熱エネルギーに変わりアブレーションが起きる効果よりも、結合の切断の効果が大きいことを示唆する実験結果を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。これにより、予想していた以上に順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
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。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
光学系の研究により、アスペクト比が高い構造の作製を実現するであった。新たに、アブレーション現象を見出し、光学系に加え、マスクの研究が重要であることが明らかになった。このマスクの設計・作製法の確立のために、翌年度に繰り越した。
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