紫外レーザによるセンサデバイス用サファイヤウェハのマイクロファブリケーション

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555037
• Research Institution: TOKAI UNIVERSITY
• Principal Investigator: 堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 助教授 (30256169)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 重夫 株式会社山武, 研究開発本部, 主任研究員 ; 山口 滋 東海大学, 理学部, 教授 (40297205)
• Keywords: YAGレーザ / 第5高調波 / サファイヤ / レーザ微細加工 / 表面加工 / 短パルス・紫外レーザ / 熱影響層 / 穴あけ加工

Research Abstract

次世代型の圧力センサや流量センサのセンサ部の中核には,サファイヤを微細加工した要素部品の利用が検討されている.本研究では,サファイヤの微細加工技術の一方法として,Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ第五高調波を用いた加工方法について検討している.特に,今年度は,以下の点について検討した.
(i)Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波(第五高調波)による微細加工特性の評価
YAGレーザ高調波を用いたサファイヤ表面の精密穴加工,精密溝加工,表面除去(研磨)加工のそれぞれの加工特性について評価した.なお,評価においては,レーザ照射後の加工痕の顕微鏡観察(レーザ顕微鏡,SEM,・AFM)を行ない,各場合の形状精度および熱影響(溶融・ひび割れ)について比較・評価した.穴加工,溝加工,表面加工のいずれの場合においても良好な加工形状が得られた.特に,表面加工においては,比較的均一なエネルギー分布をもつビームを照射することで,平均表面粗さが200nm程度の良好な表面が実現できた.
(ii)PC制御X-Yステージによる微細加工システムの構築
Qスイッチ短パルスNd:YAGレーザ高調波発振システムとX-Yステージをパーソナルコンピュータで制御することにより,二次元パターンおよび擬似三次元形状(二次元パターンの重ね合せ)の微細加工を可能とするシステムを構築した.これにより,任意形状,すなわち直方体形状,あるいは四角錘形状などの除去加工を行い,加工物については,レーザ顕微鏡により形状評価を行った.計測の結果,レーザのフルエンスが60J/cm^2程度以下の条件で,表面の熱損傷の比較的少ない除去加工が15μm/pulse程度以下(〜1μm/pulse)の加工精度で実現可能であることが確認された.

Research Products

• [Publications] HORISAWA, Hideyuki: "Fundamental Study of a Relativistic Laser-Accelerated Plasma Thruster"Beamed Energy Propulsion, AIP conference proceedings. Vol.6. 411-422 (2003)
• [Publications] HORISAWA, Hideyuki: "A Relativistic Laser-Accelerated Plasma Thruster for Space Propulsion"Beamed Energy Propulsion, AIP conference proceedings. Vol.6. 423-432 (2003)
• [Publications] HORISAWA, Hideyuki: "Effects of a Focused Laser Pulse for Combustion Augmentation Characteristics in Supersonic Airstreams"Vacuum. (印刷中).
• [Publications] HORISAWA, Hideyuki: "Surface Machining Characteristics of Sapphire with Fifth Harmonic YAG Laser Pulses"Vacuum. (印刷中).
• [Publications] 堀澤秀之: "小型レーザープラズマ推進機"日本航空宇宙学会誌. 第54巻594号. 191-196 (2003)
• [Publications] 堀澤秀之: "フェムト秒レーザによる微細加工"電気加工学会誌. Vol.37No.86. 26-33 (2003)