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微小バンプ作製方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P04P001468
整理番号 Y2003-P008
掲載日 2005年1月18日
出願番号 特願2003-134403
公開番号 特開2004-339538
登録番号 特許第4322045号
出願日 平成15年5月13日(2003.5.13)
公開日 平成16年12月2日(2004.12.2)
登録日 平成21年6月12日(2009.6.12)
発明者
  • 中田 芳樹
出願人
  • 科学技術振興機構
発明の名称 微小バンプ作製方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【要約】   (修正有)
【課題】周期構造をもつナノサイズクラスのバンプを容易に加工することができる微小バンプ作製方法、微細メッシュ作製方法、レーザー加工装置、作製用基板を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザーを発振し、出射するレーザー光を複数の光束に分離し、分離した光束を干渉した状態で基板1b上の薄膜1cに集光し、この干渉によってバンプ形成閾値以上でバンプ限界閾値より小さいフルエンスの干渉域を形成し、該干渉域の薄膜1cを変形して周期構造のバンプ1aを作製することを特徴とする。<EMI LY=1742 HE=096 ID=000002 WI=043 LX=1100>
従来技術、競合技術の概要 従来、ハードディスク表面のレーザーテクスチャリングや操作プローブ顕微鏡の探針等において、微小なバンプ(突起構造)を作製することが実用化されている。そして最近では、ナノワイヤやナノ微粒子、ナノチューブを使って、電子銃と電界放出ディスプレーの実用化が検討されている。この実用化の鍵はピクセルごとに必要な微小なバンプ、言い換えれば周期構造をもつナノサイズクラスのバンプを希望通りの形態に作製できるか否かに係っているといえる。そこで、まず従来のハードディスク表面におけるレーザーテクスチャリングについて説明する(特許文献1参照)。特許文献1によれば、YAGレーザー等のパルスレーザー発振器からのガウス分布状の光強度分布をもったビームをビーム変換器で光強度分布が中心部に比しその略円環部の方が強い円環状ビームに変換し、その円環状ビームをミラーで変向して集光レンズを通って回転且つ並進する基板の内周側円環帯領域の表面に集光するものである。集光スポット照射の断面は光強度分布が円環状になるため、マランゴニ対流により、溶融部分のうち中心部に比しその周辺の略円環部の方が温度が高く、表面張力が小さいので、中心部に溶融材が集まり、小径の単峰状バンプが確実に形成される。すなわち、以前のレーザーテクスチャリングでは直径10μm(=×10-6m)以上のものしか形成されなかったが、この技術によれば3μm~6μmが可能になる。しかしこの技術でも、ナノサイズ(10-9m~10m)のバンプを得ることはできない。また、この技術は多ショットの加工と試料の移動が必要で、周期構造のバンプを形成する方法としては実用面で問題があるものであった。ナノワイヤーやナノ微粒子の作製法としては、アーク放電法やレーザーブレーション法、CVD法があるが、作製プロセスの複雑さや作製時間が長いこと、形状コントロール、アセンブルが困難であることなどバンプをつくるには問題が多い。中でも、フェムト秒レーザー光やピコ秒レーザー光のような超短パルスレーザー光(10-15秒~10-12秒)を1点に集光させ、この超短パルスレーザー光と加工用基材との相互作用によってアブレーションを行うレーザーアブレーション法は、照射エネルギー密度(以下、フルエンス)は大きいが、1本のビームでアブレーションするため、実用上使用可能な周期構造のバンプをつくるためには多ショットの加工と試料の移動が必要で、従来のレーザーテクスチャリングと同じ問題があった。周期構造を得るため、ナノ秒クラスの複数光束の干渉を用いたレーザー装置は提案されているが、超短パルスレーザー光は可干渉性をもつか否かの実証が遅れ、未解決の課題がきわめて多い。このような干渉を用いたフェムト秒レーザー加工装置の提案の1つとして、フェムト秒レーザー光をビームスプリッタにより2光束に分割し、光学遅延回路を用いた光学系を用いて物質表面に集光、干渉させ、ホログラムを作製する技術が開示された(特許文献2参照)。これは、パルス幅が900~10フェムト秒(10-15秒)、ピーク出力が1GW以上で、フーリエ限界またはそれと近似できるフェムト秒レーザーを光源とし、該レーザーからのパルスをビームスプリッタによって二つに分割し、二つのビームを光学遅延回路(平面ミラー)を介して時間的に制御し、且つ微小回転する平面ミラーと凹面ミラーを用いて空間的に制御し、ホログラムを記録する基材表面または基材内部に、エネルギー密度100GW/cm以上で集光するものである。このほか、本発明者もフェムト秒レーザー光を回析格子により複数の光束に分割し、集光、干渉させるフェムト秒レーザー加工装置を提案した(非特許文献1参照)。しかし、これらのフェムト秒レーザー加工装置を使って、周期構造の微小なバンプをどのようにすればナノワイヤ等を介さずに直接作製できるのか、どのようにすればバンプ形状をコントロールできるのか、という基本的な点は未解決である。そして、周期構造のバンプと同様に、周期構造の微小メッシュをどのようにすれば作製できるのか、メッシュ形状をどのようにすればコントロールできるのか、ということも未解決である。
【特許文献1】特開平11-328667号公報
【特許文献2】特開2001-236002号公報
【非特許文献1】中田,外2名,「回折光学素子とフェムト秒レーザーを用いた微細周期構造の作製」,第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集,応用物理学会,2002年3月,p.1120
産業上の利用分野 本発明は、フェムト秒レーザー光やピコ秒レーザー光のような超短パルスレーザー光等を複数の光束に分離し、この光束を干渉させて周期構造の微小なバンプを作製する微小バンプ作製方法、あるいは微小な開口をもったメッシュを作製する微細メッシュ作製方法、周期構造の微小なバンプを作製するレーザー加工装置、またそのために用いる作製用基板に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 フェムト秒からピコ秒領域の超短パルスレーザー光を発振し、出射する超短パルスレーザー光を複数の光束に分離し、分離した光束を干渉させた状態で基板上の薄膜に集光し、この干渉によってバンプ形成閾値以上のフルエンスであってかつ薄膜のバンプ頂点部分に破れが生じるバンプ限界閾値より小さいフルエンスの干渉域を形成し、該干渉域の薄膜を前記基板と前記薄膜の熱膨張差により前記基板から剥離させて周期構造のバンプを作製することを特徴とする微小バンプ作製方法。
【請求項2】 前記干渉域の薄膜を前記基板と前記薄膜の熱膨張差と共に、前記薄膜または基板の一部の蒸発したガスの圧力により前記基板から剥離させることを特徴とする請求項1記載の微小バンプ作製方法。
【請求項3】 前記干渉によって前記バンプ限界閾値以上で開口形成閾値より小さいフルエンスの干渉域を形成し、バンプ頂点部分に2段目の突起を形成することを特徴とする請求項1または2記載の微小バンプ作製方法。
産業区分
  • 表面処理
  • 加工
  • その他機械要素
  • 固体素子
  • 電子応用機器
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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