Construction of non-thermal ultra-fine processing using double-pulse UV lasers

双脉冲紫外激光器非热超精细加工的构建

基本信息

批准号：
22K04766
负责人：
草場光博
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Sangyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04766/
关键词：
ナノ秒紫外レーザー非熱的加工ダブルパルス

项目摘要

超スマート社会の実現に向け高性能かつ精密な電子デバイス開発が行われており、同時にレーザー加工技術もより精密な超微細加工が要求されている。半導体材料への加工は、機械的衝撃や熱による物理化学的性質を損なわず、容易に微小領域の加工ができる方法が必要不可欠である。そこで今までに解明してきたナノ秒紫外レーザーによる半導体材料表面への非熱的微細構造形成の結果を基に、超解像顕微鏡で利用されているコヒーレント相互作用技術を利用し、2台のナノ秒紫外レーザー（エキシマレーザー）を組み合わせた超微細加工システムを構築し、従来のレーザー加工では達成できていない回折限界を超えた10nm程度の超微細加工を目指す。令和4年度は、現有のXeClエキシマレーザー（発振波長308nm）加工システムに2台目のレーザーとしてKrFエキシマレーザー（発振波長248nm）を組み込むべく、KrFエキシマレーザーを用いたレーザー加工システムの光学系を設計・製作を行った。この加工システムを用いてAlのアブレーション閾値を測定したところ、アブレーション閾値（融解閾値）が約0.93[J/cm^2]であることが分かった。また、ナノ周期構造形成の機構の解明のため電磁粒子シミュレーションを行った。周期構造のレーザー強度依存性および構造形成の時間変化について解析した。レーザー波長800nmのフェムト秒レーザーについて、レーザー強度を1X10^15 から5X10^16 [W/cm^2・μm^2]まで変化させたときのナノ周期構造について解析したところ、レーザー強度が2X10^15 から5X10^16 [W/cm^2・μm^2]において周期間隔が約400nmのナノ構造が形成されることが分かった。また、ナノ構造形成の時間変化を解析したところ、レーザー照射開始から500fsまでは時間経過とともに周期間隔が長くなっていくことが分かった。

为了实现超级智能社会，人们正在开发高性能、精密的电子设备，同时也对激光加工技术提出了更加精密的超精细加工的要求。在加工半导体材料时，必须有一种可以轻松加工微观区域而不会因机械冲击或热量而损害物理化学性质的方法。因此，基于迄今为止已阐明的使用纳秒紫外激光在半导体材料表面非热微结构形成的结果，我们利用超分辨率显微镜中使用的相干相互作用技术，创建了两个纳米级超分辨率显微镜，我们将构建一个超分辨率显微镜。 - 结合第二紫外激光（准分子激光）的精细加工系统，旨在实现传统激光加工无法实现的超过衍射极限的约10 nm的超精细加工。 2020财年，我们将在现有的XeCl准分子激光器（振荡波长308nm）加工系统中安装KrF准分子激光器（振荡波长248nm）作为第二激光器，因此我们将使用KrF准分子激光器升级激光加工系统的光学系统. 设计和制造。当我们使用该处理系统测量Al的烧蚀阈值时，我们发现烧蚀阈值（熔化阈值）约为0.93 [J/cm^2]。此外，还进行了电磁粒子模拟以阐明纳米周期结构形成的机制。分析了周期性结构对激光强度的依赖性以及结构形成的时间变化。当我们分析激光波长为800nm的飞秒激光器当激光强度从1X10^15变为5X10^16[W/cm^2・μm^2]时的纳米周期结构时，我们发现激光强度为2X10^15 发现以5X10^16[W/cm^2·μm^2]形成了周期间隔为约400nm的纳米结构。此外，当我们分析纳米结构形成的时间变化时，我们发现随着从激光照射开始到500 fs的时间的推移，周期间隔变得更长。