キーワード：軟X線レーザ，微細加工，誘電体 ■■■()th材料は難加工材料として認識され、高効率かつ高品質なレーザプロセッシング技術について研究開発が進められている。この、難加工の主要因は数■■■以上となる幅広いバンドギャップによるものであり、レーザ光の吸収率の低さを招いている。■透明体誘電体材料の高品質レーザ加工へのアプローチは、加工レーザの短パルス化や、短波長化が挙げられる。両アプローチ共に、幅広いバンドギャップによる低い光吸収率を改善することにつながっている。短パルス化は非線形光学現象である多光子吸収を促進させ、短波長化は高フォトンエネルギーにより含有している微少な不純物や構造欠陥に起因する中間準位の光電離を促進させる。■■近年、このフェムト秒パルスによる非熱的な加工と、軟■線の短波長を組み合わせた加工技術の研究が行われている。■■■■らは、これまで■■材料の加工にフォーカスし、■ ■■■と■ ■■■■の減衰長の違いが加工結果に影響をおよぼすことを明らかにし、■ ■■■■の軟■線レーザ光により微細な加工が達成できることを報告している■■。ここで減衰長は短いほどエネルギーが表層に蓄積し、微細な加工が実現すると説明され、電子及び熱の拡散について考慮すべきと言及されている。一方、シリコンの酸化物である二酸化ケイ素について、我々はレーザ加工縁に顕著なリム構造を有しない加工痕を報告し、その低いレーザ加工閾値をエネルギー準位に基づき説明している ■。また、渋谷らは透明誘電体材料である石英ガラスの熱影響が極めて少ない■■■■■■■■■■■■■が達成されることを報告している■■。これらのシリコンおよびその酸化物である石英ガラス材料は特にエレクトロニクスにおいて重要な材料であり、それらの微細加工は例えば半導体製造プロセスにおいてキープロセスとなる。エレクトロニクスにおいて、高い誘電率および熱伝導率を有するサファイアもまた重要な材料として挙げられる。しかし、サファイアに対する軟■線加工については十分に究明されていない。■本研究では、酸化物結晶であるサファイア結晶に対して、軟■線波長の自由電子フェムト秒レーザを用いた加工を行った。その中で、その加工特性を明らかにするとともに、世界に先駆けてサファイア結晶のサブナノ級の微細加工パターニングを達成したのであわせて報告する。■１．研究の目的と背景 ■一般的に石英ガラスやサファイアといった透明誘電体近畿大学■生物理工学部■医用工学科■（ ■ ■年度■奨励研究助成■ff若手研究者枠■■■■■ ■ ■ ■■■■ ） 講師■三上■勝大■２．実験方法 ■ ・■■実験装置■フェムト秒軟■線自由電子レーザ■ff■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■、以下、■■■■■■■照射実験は、■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ff■■■■■■■施設の■■■の軟■線ビームラインで行った。■■■■■パルスは、■ ■■■■（波長■■■■■■■）の光子エネルギーと約■■■■■であった■■。■■■■■は、■■■■■■■■■■■–■■■■ミラー集光システムと楕円ミラーからなる二段階集光システムを用いて試料表面に集光した■■。半値全幅で定義された焦点スポットサイズは、ナイフエッジスキャン法によって、水平■■■■μ■、垂直■■■■μ■、焦点面積■■ ■■μ■ と評価してフルエンスの算出に用いた。試料表面への照射エネルギーは、ガス強度モニターで測定された値から推定し、試料表面への照射フルエンスの制御に厚さの異なるジルコニウム（■■）およびシリコン（■■）フィルタを使用した。このフィルタの透過率校正は、事前に高エネルギー加速器研究機構（■■■）フォトンファクトリー（■■）で実施した。■■ ・ ■実験試料■本研究では、試料として金属アルミニウムとアルミの酸化物であるサファイア結晶を用いた。アルミニウムは、サファイア結晶基板上に蒸着した薄膜である。サファイア結晶は、■面でカットされ、表面粗さ■■■は■■■■■■■で、サイズは■■■■■■■■で厚さは■■■■■■である。■■ ・■■評価内容■■レーザ加工の特性を知る上で、レーザ照射深さの照射フルエンス依存性を評価し、 温度モデルによる解析で得られる■■。実行吸収長はあらゆるレーザーアブレーション加工において極めて重要であり、学理を追究するモデルにおいて、一つの指標になりえる。サファイアにシングルショットもしくは■■ショットを照射し、原子間力顕微鏡■ff■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■、以下、■■■■■観察により加工深さの評価を行った。入射フルエンスは、マルチショットで計測された場合は、ショット回数で除することで■パルスあたりに換算した。また、ここでフィッティングはL により実施した。ここで■は加工eff深さ、α■■■■■は実効吸収長、■は入射フルエンス、■■■は加工閾値フルエンスである。加工閾値付近で得られるフィッ− 393 −軟■線波長による低エネルギー微細レーザープロセッシング■機構の探究■FFln1−=
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