の3次元微細構造の直接描画形成に，非線形光吸収が誘起する内部描画を利用できれば，MEMSやマイクロデバイスの作製プロセスにおいて，大変有用な加工技術となると削削除除ししなないいででくくだだささいい フェムト秒レーザパルスが誘起する非線形光吸収は，感光性樹脂の3次元直接描画法として注目されている1-2)．この手法では，感光性樹脂に対して高い透過率を有する，近赤外光フェムト秒レーザパルスを利用する．これらのパルスを感光性樹脂の内部で集光すると，焦点近傍のみで主に2光子吸収を基本とする非線形光吸収が生じ，光化学反応による重合が生じる．この原理を利用して，集光スポットを感光性樹脂内部で3次元的に走査することによって，3次元微細構造を直接描画形成することが可能である．2光子吸収の場合，焦点近傍で生じる光吸収は，光強度の2乗に比例する．つまり，パルスエネルギーを制御することによって，スポット径以下の高空間分解能の加工が可能である．従来の1光子吸収を利用する光重合において，その加工分解能は回折限界によって制限される．一方，非線形光吸収を利用する場合，その回折限界を超えた，高い加工分解能を達成する．このような3次元直接描画法は，3次元マイクロポンプなどの描画形成をはじめ，多くのMicro Electro Mechanical Systems（MEMS）デバイスの作製への応用が報告されている3)．近年では，金属イオンの光還元を利用した，AuやAgの貴金属3次元微細構造の直接描画にも応用されている4-6)．これらの研究では，AuやAgイオンが分散されたポリマー溶媒内部にフェムト秒レーザパルスを集光し，その焦点近傍のみで生じる非線形光吸収を利用することによって，ポリマー溶媒内部に貴金属を還元析出し，3次元微細構造を直接描画形成することができる．しかしながら，現状の金属微細構造形成への応用は，AuやAgに限定されている．その理由として，AuやAgは，Cuやその他の金属に比べて還元しやすいこと，更に，Cuイオンの吸収が近赤外光において大きいことが考えられる．特に，Cuイオンの光還元に応用する際，近赤外光フェムト秒レーザを集光照射すると，近赤外光の1光子吸収係数が大きいため，照射したフェムト秒レーザパルスは，Cuイオン含有溶媒の表面から線形的に光吸収が生じる．その結果，2光子吸収をはじめとする，非線形光吸収による内部描画が困難であると考えられる．写写真真位位置置 １．研究の目的と背景*長岡技術科学大学 産学融合特任准教授２．実験方法期待できる．一方で我々はこれまでに，フェムト秒レーザ還元直接描画法に関する研究を行ってきた7)．本手法では，CuOナノ粒子と還元剤の混合溶液にフェムト秒レーザパルスを集光し，レーザ光が誘起する熱還元を利用することによって，Cu微細構造を直接描画形成することができる．これまでに，2次元Cu微細構造の直接描画と，それらを積層造形することによって，3次元Cu微細構造の作製を行ってきた8)．本手法では，バンドギャップ1.2 eVのCuOナノ粒子を原料粉末として用いるため，波長1033 nm以下のレーザ光は，すべてCuOナノ粒子に吸収される9)．つまり，近赤外光フェムト秒レーザ（波長~800 nm）を照射した場合，基本波の1光子吸収が大きく，内部描画は不可能である．一方で，Cu2Oのバンドギャップは2.1 eV（波長～590 nm）である．つまり，近赤外光フェムト秒レーザの基本波長における光吸収が小さく，その半波長で大きな吸収があれば，非線形光吸収を利用して，内部描画を行える可能性がある．更に，還元剤に分散させることで，非線形光吸収と，それに誘起された還元により，3次元Cu微細構造の直接描画も期待できる．本研究では，近赤外光フェムト秒レーザパルスが誘起する非線形光吸収を利用し，3次元Cu微細構造を直接描画形成するための基礎検討を行った．具体的には，初めにCu2Oナノ粒子を，ポリオール法を用いて調製し，その線形及び非線形吸収特性を評価した．次に，Cu2Oナノ粒子をガラス基板上に塗布し，近赤外フェムト秒レーザパルスを集光照射することによって，描画形成されたパターンの結晶構造評価を行った．2.1提案するプロセス図１に，実験プロセスを示す．初めにCu2Oナノ粒子を，ポリオール法を用いて調製する．次にCu2Oナノ粒子を含む懸濁液からCu2Oナノ粒子を遠心分離によって洗浄を行った後，脱イオン水（DI）に分散させ，Cu2Oナノ粒子溶液を作製する．次に，ガラス基板上に，作製したCu2OナCuは導電率が高く，これまで3次元微細構造形成の報告があるAuやAgに比べて安価な材料である．もしCuM. Mizoshiri- 84 -非線形光吸収を利用した酸化物銅ナノ粒子非線形光吸収を利用した酸化物銅ナノ粒子の金属還元3次元微細加工法の基礎的研究の金属還元3次元微細加工法の基礎的研究3次元微細加工法の基礎的研究溝尻 瑞枝*溝尻瑞枝Review
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