赤外フェムト秒レーザーを用いたSi基板の3次元選択加工における空間光位相変調器による収差補正の効果とSi基板裏面に形成されたLIPSS

摘要

シリコン（Si）は，バンドギャップエネルギーより低い光子エネルギーの波長（1100nm以上）の光を透過させる性質がある．我々はこの性質を利用し，波長1552.5nmの超短パルスレーザーをSi基板裏面に集光することによって，裏面の微細加工を試みてきた．集光の際，Siの高い屈折率により大きな収差が生じ，Si裏面に正確に焦点を合わせるのが困難であった．そこで，補正環付き対物レンズを有する赤外顕微鏡を用い，Si基板裏面に走査加工を試みてきたが，溝加工を行うことが出来なかった．今回は新たに空間光位相変調器（Liquid Crystal on Silicon - Spatial Light Modulator ：以下LCOS-SLM）を用いて収差補正の精度向上を図り，その効果を検証した．また，これらの研究過程において，レーザーのフルエンスや繰返し数を下げることで，Si基板裏面に周期間隔300nm程度の微細な周期構造が形成されることを発見した．表面にもレーザーのフルエンスや繰返し数を下げて集光させたところ，周期間隔1100nm程度の微細周期構造が形成された．この構造は，従来から報告のあるレーザー誘起表面微細周期構造（Laser Induced Periodic Surface Structure ：以下LIPSS）に類似していた．表面LIPSSはレーザーの偏光面に対して垂直に形成されており，従来から報告のあるLIPSSの形成方向と一致していたが，裏面LIPSSはレーザーの偏光面に対して平行に形成されていた．そこで今回は，レーザーの偏光面を1/2波長板で変化させてSi基板裏面及び表面に加工を行った．