プロトンマイクロビームとレンジシフターを利用した3次元加工技術の開発

Development of 3D micromachining technique using proton microbeam and range shifters

酒井 卓郎; 飯倉 寛  ; 安田 良; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 石井 保行

Sakai, Takuro; Iikura, Hiroshi; Yasuda, Ryo; Koka, Masashi; Sato, Takahiro; Ishii, Yasuyuki

MeV級プロトンビームの直接描画による微細加工技術(Proton Beam Writing: PBW)は、アスペクト比の高い加工が可能であり、光導波路の作成などに応用されている。加工の深さ方向は入射プロトンの飛程により一義的に決まるため、深度制御が必要な場合は、入射ビームのエネルギーを変更する必要があるが、調整には長時間を要し、位置再現性にも問題がある。そこで、プロトンビームの飛程を調整するレンジシフターを導入し、短時間で3次元的な加工が可能な技術開発を行った。薄膜を通過させることで飛程を調整するレンジシフターを用いる場合、ビームは多重散乱により発散してしまう。このため、1m程度まで集束したマイクロビームに適用することは、従来までは行われていなかった。一方、TIARAの軽イオンマイクロビーム装置においては、プロトンビームを大気中に取り出すためのビーム窓があり、この膜厚を可変にすることで、レンジシフターとして利用することが可能である。加工を施すレジスト材料は、感度の高い紫外線硬化樹脂(EO変性ビスフェノールAジアクリレート)を利用し、5種類の深度(高さ)に対応するパターンをそれぞれ照射した。照射後の試料をエタノールで現像し、走査電子顕微鏡(SEM)で観察した。その結果、想定した通りの構造に加工できていることが確認できた。また、この加工に要した時間は10分以下であり、新たな3次元加工技術としての応用が期待できる。

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