第9回 微細加工プロセス技術セミナー（2021年10月29日）
【プラットフォーム技術紹介】
講師：名古屋大学 加藤剛志
フェムト秒レーザはパルス幅100 fs程度のパルスレーザであり，熱影響のない高精細加工や多光子吸収プロセスを利用した微細加工ができるという特徴があります。本講演では，名古屋大学のフェムト秒レーザ加工装置を利用した高アスペクト加工や3次元微細加工の加工例を紹介します。
【書き起こし】「フェムト秒レーザによる高アスペクト比加工」
(00:03) おっ [音楽] me 東フェムト秒レーザーによる高アスペクト 過去について簡単にご紹介させて いただければと思います 私にあのー長いダーク未来ざる システム研究所の勝とうとします 8簡単に名古屋大学の微細加工 プラットフォームについてご紹介させて いただきますと名古屋大学の微細加工プラ 本は3つの8大きな施設からなっており まして東一番上の先端技術共同研究施設と ベンチャービジネスラボラトリーというの がクリーンルームをを有しておりまして えっと様々な微細加工薄膜作成が行える ようになっております一方であの低温 プラズマ核研究センターでは様々な プラズマ処理ですね計測プラズマ計測に 関する支援を行うことができるようになっ ております えっと for you 装置支援装置ですけれど も
(01:05) スパッタ装置蒸着装置など8薄膜作製の 装置から 描画装置ですね eb 露光装置ですとか 8レーザーが描画装置ますくれスローこそ 地などあとは1んぐそっち rii cp ながらエッジング措置および分析装置 それら以外のプロセス装置として4注入 装置ですとかあの今日ご紹介させて いただきますフェムト秒レーザー確保措置 rta などがありますあと8今日あの レーザー描画の一つとしてフェムト秒 レーザー描画というのもありますので そちらについてもご紹介させていただこう と思いますこのように井上大学では薄膜 作製から微細加工分析まで総合的な支援を させていただきっているということになり ます さて絵とお話ねえとレーザー過去について ですけれどもまああのデンジャー光という のは電界と磁界が高度に交互に振動し ながら空間を伝播するものですけれども レーザー光というのはあの皆様ご存知かと 思いますけれども8を理想の揃った光で
(02:09) コヒーレント光という風に呼ばれ肥厚性 収束性に優れております レーザー加工というのはこういったあの家 高生主公正な収束性に優れるレーザー光を 集光して高エネルギー密度を実現してと それにその光を吸収させることで対象物を 編出誘拐蒸発させると 有用な 書く方法になります えっとそれでれ今回はのお話しさせて いただきますフェムト秒レーザーねまず フェムト秒とはということなんですけれど もフェムト秒というのは中の-15ジョー 秒ということになりましてただあの我々の ところで使っておりますフェムト秒 レーザーというのは100フェムト秒 名ぐらいになりますので えっと0.1ピコ秒ぐらいという形になり ます中の-13条秒くらいになります光 です頭だいたい30ミクロン程度しか進ま ないというような時間になりまして
(03:16) えっとまぁあの時間がどんどん普通の1秒 かかれば地球を7.5周しますけれども 1辺100円と病ですと30御苦労程度 しか進まないということになりますえー これが短い時間ですと8金属や樹脂におい て熱もうほとんど伝わっいうことがあり ません 8 一般的なあの7秒レーザー ベスト8そうですね10ns とかいう話 になりますのでこのあたりです金属ですと 光の波長程度熱が伝わるえんですけれども 100フェムト秒程度ですとまぁ数7 エイド いうところしか伝わらないということで まぁ熱がほとんぼ a その照射領域外に伝わる前に勝者が終了し てしまう有用なのが8フェムト秒レーザー 過去の時間になります ねえっとこのようなえーっと短時間である 程度のパワーのレーザーということになり
(04:20) ますとその a レーザー光の強度くって いうのが 非常にたかっなっちゃう 非常に高くなります それで7秒レーザーに比べると8同じ まああのエネルギーを持っていたとしても ナビをレーザーネストピークパワーがこの 程度がピーク強度がこの程度の物体して眠 飛びをレーザーだとまぁ何桁も大きいと いうような状態になるということです このため光の吸収というのは7秒レーザー が正位置光子吸収線形な医療全体で吸収 するのに対し フェムト秒レーザーですと非線形8多光子 吸収 ですねこういったものを が生じますねえっとまぁスポット1-3- 9集ですねえっと例えばこういうふうに 就航していくとここの部分は8電界強度が 弱いですので九州がほとんどないんです けれども9連会京都が非常に高い部分だけ で九州が起こるというような言葉を orie ます
(05:23) で加工原理ですけれどものロビをレーザー ですと8光エネルギーによる熱加工になる のに対してえっとまぁフェムト秒レーザー ですと強い電解によるアブレーション まあ比熱的な物理かこういうふうになり ます 加工品質についても7秒レザーですと 先ほどあの えっここで述べましたように光波長程度 ですねあの 熱が伝わってしまいますので周辺の熱の 影響というのが出てくるんですけれども フェムト秒でレーザーですと周辺に ほとんど熱が伝わる前にあのえっと加工が 終了しますので切れ味の鋭い加工とこの 表現が適切かどうかわかりませんがまあ こういった加工になるかと思います 8後歌高分解能ですけれども a 1000 形九州のナノ秒レーザーですとが波長程度 になりますけれども a 多光子吸収に なるへフェムト秒レーザーですと回折限界 かまぁあの波長の数分の1程度の加工と いうのも可能となりますまあなかなか
(06:29) 難しいんでけれども原理的にはこういった 過去が可能となります それで我々のところにあるフェムト秒 レーザー加工装置ですけれどもこういった 形になっておりましてレーザーとしては 500 m と火病で繰り返し10khz 10万円黒ジュールのものですねポッケ ルスせるで衛藤同期さして間引きし8まあ こちらに入れてレンズで集光して来 yz ステージでサンプルを移動させるという ような形になっております ブロック図はこういった形になっており ましてフェムト秒からレーザーからは 10khz でレーザーが出てるんです けどポッケるせいでマビ間引いてえーっと こちらにサンプルに就航するとサンプルは 8まあ加工正義を画像観察のやパソコンで 制御してこの一杯ずつ z ステージを 制御する cad のデータを入れると その挙動データ通りの 8を あの移動をすると で8この xo az ステージからは ps を信号 まあ1同期信号というのが出ておりまして
(07:32) この一時信号によってポッケる数せると いうものを制御しますつまり a と スピードがをそういうときは間引き量多く スピードが速いたいときは間引き量を 小さくするあの少なくするという形にし ますので加速減速中も同じ8 レーザーの線密度を実現することができる ようになっております 8こちらが8まああの日恒例になります けれども8通常のレーザーですとガラスは 透明ですのでなかなか加工しづらいんです けれども編と秒レーザーですとこういった ガラス透明なガラス材料にも加工をする ことができるというえっとこちらは シリコン基板で基板の加工でとこちらに あります我々のロボですねこちらを8 cad データに入れてとかこうした0に なってこちらはあのサスいたを貫通加工し たものになりましてちょっとこちらはの 加工条件が悪くて少しあのね知的な影響も 出ておりますけれどもまあこういった加工
(08:36) ができるとでちょっと注目していただき たいいうのはですねこういったの8文字 なんかでもえーっとこの角の部分ですね あと折り返しの部分なんかはステージが 加速減速というのをするんですけれども 一定の8レーザーのあのえっとくりっての 線密度で加工しておりますのでこういった ところが太くならずに8一定の線幅で加工 ができているということですまあこちらの バランスの折れ曲がりの部分もここで一度 原則をして8さらに加速をするということ になるんですけれどもこちらも一定の戦3 角で加工できておりますので個々の角の 部分です員が太るというような影響はない というような装置になっております それで支援事例として2点ほど挙げさせて いただきますこの今日はあの高アスペクト 比書こうということで8このフェムト秒 レーザーというのはあの先ほど申し上げ ましたようにね知的な 影響が非常に小さくなるもんですから8 金属を深く穴を掘ったりするときにも a 熱で熱的な影響でこちらがあのえっと上の
(09:43) 部分が広がると いうことがなくて非常に深い穴というのを 金属状に形成することができるというもの ですこちらは-8 整体の電気刺激用電極で表面積を稼ぐため にえっとこちら穴を と深く加工をしてとこれはあの fib だったと思いますけれども断面を と切り出して8それで 観察したというようなになりますでこれ 上面こちらはあまり3つのがない状態です けれども上面から見てやってですねまぁ こういった穴を加工ですねえっと15 ミクロン一致というピッチで加工をする ことができるということになります通常の 七尾をレーザーですとこういった加工は姫 常に難しいんですけれどもこういうパクホ ができるというのがフェムト秒の特徴に なるかと思います とただ金属ですとなかなか透明ではないの で深く光を入れることが難しいのであの 程度なんですけれども透明な材料であれば もっと深いあのミリっというオーダーで8
(10:48) スライス加工をすることができます例えば これはダイヤモンド単結晶をレーザーに より8グラファイトかして へと切り出すと分離させるというような ac に使用した例になりますけれども ライモンドというのはみなさんご存知の ように非常に堅いということで通常の シリコンのように忌避ってあの加工すると いうことが難しいんですけれども 8 こういうふうにあのレーザーでブラ ファイト化してやることでこの部分を とまぁあの剥離しやすくしてへと切り出す ということができるとでへこちらが8まあ 表面側なんですけども表面側からだんだん あの暗くなっているとちょっとあの色が 薄くなってきますけれども8こういった形 で8義理というオーダーでの加工ができる というのが a 特徴になります その他の加工事例は8例えば金属ですの半 導体ですね絶縁体樹脂様々な材料に対して 加工を行うことができるただあのスポット
(11:53) 型としては5ミクロン程度ですのでまぁ そのあたりが若干あの問題にはなるかも しれませんけれども何かあっございまし たらご連絡いただければだと思います 8もう一つですね8全部飛びを使った リソグラフィについてですけれどもこちら はあの8 7スクライブ者のことに行く procession あるという装置な んですけれどもからサーバ100フェムト b を中心波長780nm のレーザーを 使用して 8 レジストをフェムト秒で露光するという 装置になります a 棟通常レジスト sue と我々は よく使ってるんですけれども a 光吸収 がですね400nm いいかぐらいの ところになるんですけれども先ほどの8町 が780nm ですね通常ベスト敢行し ないんですけれども8フェムト秒レーザー ですと多光子吸収によってえっと se e とビームを観光させることができいますで 8就航させたところだけが刊行しますので こういった立体構造いうものを形成する ことができるものになりますまあこれは
(12:56) あの8実習なんかで使用するテスト的な高 ピラミッはピラミッドじゃないですね あのー内径パターンなんですけれども8代 50ミクロン厚のレジストを8まあ表面 からこのパターンをつけていあの残してへ と 少しずつプランゼットをずらしながら露光 するというようなことを実習で行っており ます 8音がレジス頭に sa と音がレジスト になりますのでへとレーザーが当たった ところだけが残るということになります こちらが8まああの0なんですけれども8 を za 表面から基板方向に20ミクロンずらした ところだけがこういった先ほどのパターン ですねこれは光学顕微鏡で仮面フォーカス 上面フォーカスした場合なんですけども 確かにこういうあの先ほどのような台形 パターンができているということになり ます 8注意していただきたいのはこういった0 ミクロン10ミクロンの場合ですと8下 まで露光されておりませんのでこういった 場合ですと8この三角は形成されているん
(14:01) ですけど件増の段階で流れてしまうという ことになりますまああのえっとこの ブロックだけを取り出したいという利用 ですとこういった条件でえっまあ現像して やってその中からサンプルを起こしてやる というような形で取り出すことはできるか と思います でへとこのパターンですと8まあグレー スケール露光ですねこういったものでも できるんですけれども8まあレート があの 我々のところの装置ですと例えばあの校友 会立体的なあの描画ですねを行うことが できるまたあのマークを 用いた位置合わせというのが行うことが できますのでこういう8別の露光装置に よってできたら8立体構造にこの部分だけ をこうするとかとシリコンの張りがある ところにそれを支える構造物を8 se 8 で形成してやるということも行うことが できるということになりますてい 8をまとめさせていただきますとえーっと レーザー加工というのはえーっと就航した
(15:06) 高エネルギーミスのレーザー光を照射して 光吸収により対象物を変質いう会場端数さ せるというものでフェムト秒の特徴として は多光子吸収 ですねえぇまぁ長波長例えばえーっと直接 加工する我々の装置ですと1,047m な んですけれどもこれを520nm 360 3467メートルで吸収するような材料で あれば効果加工したりすることができると いうことで透明材質ですねの加工というの も行うことができますし後スポット型可能 加工でしとか露光というのを行うことが できるもう一つ特徴としては熱ダメージが 低いということですねすか熱拡散長が外系 に比べて非常に小さいですので金属ですと か樹脂熱に弱い材料の高精細な加工という のを行うことができて高アスペクト 3次元の加工ものが行うことができると いうことですまああの公開あの簡単にあの 技術紹介ということをさせていただきまし たけれども何かございましたら名古屋大学
(16:10) の微細加工プラットフォームまでご連絡 いただければと思います
関連WEBサイト
http://nanofab.engg.nagoya-u.ac.jp/
https://nsn.kyoto-u.ac.jp/
