レーザー光によりナノメートルスケールで微細加工する技術を開発：研究開発の最前線

東北大学は、レーザー光によりナノメートルスケールで微細加工する技術を開発した。従来よりも微小なスケールで穴あけや線描加工ができるため、半導体加工技術への展開が期待される。

[MONOist]

　東北大学は2024年3月12日、レーザー光によりナノメートル（nm）スケールで微細加工する技術を開発したと発表した。材料と空気の界面における光の全反射により、材料の裏面に微小な集光点を形成する技術だ。

　同技術では、微小な集光特性を持つベクトルビームと呼ばれる特殊なレーザー光を用いる。既存の技術では、材料の界面での屈折や反射により、ベクトルビームの集光特性を活用できないことが課題だった。研究グループは、液浸対物レンズを使用して、レンズの表面と材料の間を材料と同じ屈折率の液体で満たす手法を考案した。

　今回は、加工対象であるガラスと同じ屈折率の油を用いた油浸対物レンズで、放射状の偏光分布を持つリング状ベクトルビームを集光した。その結果、ガラス裏面と空気の界面で全反射となる臨界角の条件で、最小の集光スポットサイズを得られることが分かった。

（a）放射状の偏光分布を持つリング状ベクトルビームでガラス裏面に集光した際の模式図、（b）ベクトルビーム（波長1040nm）に対してリングマスクの外径、内径比を変えながら開口数1.4の油浸対物レンズでガラス裏面に集光した場合の界面でのスポットサイズを各条件で計算した結果［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　この条件に基づいたフェムト秒パルスによるレーザー加工の実証では、ガラスの裏面に直径67nmの非常に小さな加工穴を形成できたことが確認された。これは、使用した近赤外光の波長1040nmの、16分の1程度に相当する大きさだ。

リング状ベクトルビームを用いてガラス裏面に施したシングルショット加工［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　開発技術により、従来よりも微小なスケールで穴あけや線描加工が可能になる。適切なレーザー波長を選択することで、シリコンなどの半導体材料に対しても同技術を応用できると見込まれることから、今後、半導体加工技術への展開が期待される。

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら