ITデバイス用レーザ精密微細加工システム

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650280
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 宮本 勇 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90029273)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹野 祥瑞 三菱電機株式会社, 生産技術センター, 研究員 ; 佐野 智一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30314371) ; 大村 悦二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90144435)
• Keywords: レーザ加工 / 精密微細加工 / 電子デバイス / モニタリング / シミュレーション / 分子動力学 / 超短パルスレーザ / 非線形光学

Research Abstract

今後ますます小型軽量化,高機能化するモバイルコンピュータや携帯電話などのITデバイスの精密微細加工には,短パルスレーザ/短波長レーザの適用は不可欠となっている.本研究は,IT機器のさらなる発展のため,短パルスレーザ/短波長レーザによる革新的精密微細加工システムを開発することを目的とした.具体的には,以下の研究を行うことで,この目的を達成しようとした(1)高性能・高信頼性の加工プロセスモニタリングシステムの開発と応用,(2)レーザ精密微細加工データベースの構築(3)仮想レーザ精密微細加工システムの構築
本年度は主に以下の項目について研究を行った.(1)高性能・高信頼性の加工プロセスモニタリングシステムの礎石づくり・・・透明なサファィア基板上のNiやAu薄膜に基板側からナノ秒パルスレーザを照射して薄膜を溶融させ,界面の蒸発反跳力で薄膜を除去しターゲット表面に転写する.レーザ誘起後方転写法(LIFT)おける薄膜の飛行速度の測定.(2)レーザ精密微細加工データベースの構築,(3)仮想レーザ精密微細加工システムの礎石づくり・・・分子動力学解析による加工現象シミュレータの開発と,非線形光学結晶により発生する第二高調波のビームプロファイル解析システムの開発
得られた成果は以下のとおりである.(1)については,フルエンスが1.5J/cm2と0.8J/cm2のとき,Au薄膜の飛行速度はそれぞれ400m/s,200m/s程度であることがわかった.また,飛行中の薄膜形態は基板とターゲット間の距離に依存し,距離が長くなると飛行中に球状化することなどを確認した.(3)については,psオーダの超短パルスレーザをAlに照射した場合,アブレーション形態が爆発的な場合と穏やかな場合の二つに大別できること,前者では比較的大きな粒子も飛散するが,後者では粒径がおおむね小さいこと,粒子の飛散速度はアブレーション形態にかかわらず数km/sであること,同一フルエンスのときは,パワー密度が高く,パルス幅が短い方が加工効率が高いことなどを明らかにした.Siの場合は,溶融や蒸発形態が結晶の表面構造に依存すること,結晶内を伝播する衝撃波の速度も表面構造に依存することを明らかにした.また,第二高調波発生では,非線形光学結晶のレーザ光吸収に伴う温度上昇により変換効率が時間的にも空間的にも変動し,結果的にビームプロファイルが変動すること,温度制御により変換効率を安定化できるが,ガウシアンビームを入射しても出射ビームはガウス分布とならず横モードが乱れ,微細加工結果に影響を及ぼすことなどを理論的に明らかにした.

Research Products

• [Publications] 福本一郎, 大村悦二: "ガウシャンビーム照射によるレーザ衝撃現象の分子動力学解析"精密工学会誌. 67-6. 916-921 (2001)
• [Publications] 福本一郎, 大村悦二, 宮本勇: "ピコ秒パルスレーザアブレーションプロセスの分子動力学解析-超短パスルレーザによる材料加工現象(第2報)"溶接学会論文集. 19-4. 641-648 (2001)
• [Publications] 大村悦二, 石坂有里, 福本一郎, 宮本勇: "Siのレーザ加工の三次元分子動力学シミュレーション-超短パルスレーザによる材料加工現象(第3報)"溶接学会論文集. 19-4. 649-655 (2001)
• [Publications] 大村悦二, 福本一郎, 宮本勇: "レーザアブレーションにおける蒸発粒子の飛散"精密工学会誌. 67-11. 1884-1890 (2001)
• [Publications] E.Ohmura, I.Fukumoto, I.Miyamoto: "Molecular Dynamics Analysis of Ultrafast Laser Ablation"Proceedings of 2nd euspen International Conference. 50-53 (2001)
• [Publications] E.Ohmura, I.Fukumoto, I.Miyamoto: "Scattering of Evaporation Particles in Ultrashort-Pulse Laser Ablation"Proceeding of SPIE. Vol.4426. 66-69 (2001)
• [Publications] E.Ohmura, T.Taniguchi, I.Miyamoto: "Temperature Dependence of SHG Conversion Effi-ciency of Nonlinear Optical Crystal"Proceedings of SPIE. Vol.4426. 489-492 (2001)
• [Publications] E.Ohmura, I.Fukumoto, I.Miyamoto: "Simulation of the Ablation Process by Molecular Dynamics"Proceedings of 1st International WLT-Conference on Lasers in Manufacturing. 105-111 (2001)
• [Publications] I.Miyamoto, S.Asada, T.Sano, E.Ohmura: "High Speed Drilling of Thin Silicon Wafer by UV Laser"ICALEO 2001 Congress Proceedings, Laser Institute of America. Vol.90. 1612-1619 (2001)
• [Publications] E.Ohmura, I.Fukumoto, I.Miyamoto: "Scattering of Particles Ablated by Ultrashort-Pulse Laser"ICALEO 2001 Congress Proceedings, Laser Institute of America. Vol.90. 1658-1665 (2001)
• [Publications] 大村悦二, 福本一郎, 宮本勇: "ピコ秒パルスレーザアブレーションにおける微粒子の飛散-超短パルスレーザによる材料加工現象(第4報)-"溶接学会論文集. 20-3. 649-655 (2002)
• [Publications] E.Ohmura, K.Nomura, I.Miyamoto: "Influence of Laser Absorption by Nonlinear Optical Crystal on SHG Efficiency"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 307-312 (2002)
• [Publications] K.Nomura, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Theoretical Analysis of SHG Conversion Efficiency of Nonlinear Optical Crystal with Gaussian Beam Irradiation"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 330-335 (2002)
• [Publications] E.Ohmura, I.Fukumoto, I.Miyamoto: "Molecular Dynamics Analysis of Picosecond Pulse Laser Ablation"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 462-466 (2002)
• [Publications] S-J.Park, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Microwelding of Ultra Thin Metal Foil Using Yb-Fiber Laser"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 52-56 (2002)
• [Publications] T.Okamoto, Y.Morishige, E.Ohmura, T.Sano, I.Miyamoto: "Femtosecond Laser Ablation of Cr-SiO2 Binary Mask"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 510-514 (2002)
• [Publications] M.Murai, T.Sano, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Electron Emission at an Early Stage of Femtosecond Pulsed Laser Ablation"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 462-466 (2002)
• [Publications] S.Noguchi, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Analysis on Resin Removal in Laser Drilling of Printed Circuit Board"Proceedings of SPIE. Vol.4830. 46-51 (2002)
• [Publications] E.Ohmura, K.Nomura, I.Miyamoto: "Temperature Dependence of SHG by Nonlinear Optical Crystal"Proceedings of 2002 Japan-USA Symposium on Flexible Automation. 781-786 (2002)
• [Publications] J.Nishii, K.Kintaka, H.Nishiyama, T.sano, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Thermally Stabilized Photoinduced Bragg Grating"Applied Physics Letters. 81-13. 2364-2366 (2002)
• [Publications] E.Ohmura, K.Nomura, I.Miyamoto: "Laser-Absorption Dependence of SHG Conversion Efficiency by Nonlinear Optical Crystal"ICALEO 2001 Congress Proceedings, Laser Institute of America. (in press). (2002)
• [Publications] K.Nomura, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Theoretical Study on SHG Conversion Efficiency for Gaussian Beam and Control of Its Decline"ICALEO 2001 Congress Proceedings, Laser Institute of America. (in press). (2002)
• [Publications] 野村和史, 大村悦二, 宮本勇: "非線形光学結晶によるレーザ光吸収の第二高調波発生効率への影響"精密工学会誌. 69-2. 252-257 (2003)
• [Publications] 大村悦二, 野村和史, 宮本勇: "ガウシアンビーム照射による第二高調波変換効率の理論的解析"精密工学会誌. 69-3(発行予定). (2003)
• [Publications] H.Nishiyama, K.Kintaka, J.Nishii, T.sano, E.Ohmura, I.Miyamoto: "Thermo-and Photo-Sensitive GeO2-B2O3-SiO2 Thin Glass Films"Japan Journal Applied Physics. 42(1)-2A. 559-563 (2003)
• [Publications] 野口 暁, 大村悦二, 宮本 勇: "プリント基板のレーザ穴あけにおける樹脂除去の解析"精密工学会誌. 69(掲載予定). (2003)