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レーザーマイクロ・ナノプロセッシング
Laser Micro - Nano Processing
[コードNo.2004T421]

■監修/ 杉岡幸次(理化学研究所)
矢部 明 (産業技術総合研究所)
■体裁/ B5判 386頁
■発行/ 2004年 11月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 70,200円(税込価格)

☆レーザープロセッシングおよびマイクロ・ナノテクノロジーの研究開発と産業化への指針。
☆マイクロ・ナノテクノロジー分野で重視すべきテーマを抽出!
☆各テーマにつき最新の内外の研究開発の現状の凝縮されたレビュー・課題と将来展望を
 各界の権威者が執筆!
☆常に研究技術者の座右にあって研究開発・技術の産業化に役立つよう編集!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

はじめに
 20世紀の最高の発明の一つに挙げられるレーザーは,現在,多様な分野で利用されています。
その利用技術を代表するレーザーを用いての”もの作り”,すなわちレーザープロセッシングで
は,一部の課題は産業化に向けて順調に成熟し,自動車,造船,あるいは電子産業におけるキイ
テクノロジーとしての輝かしい実績を挙げています。しかし,21世紀に入った今日,産業界か
ら更に高度で厳しい技術が求められており,レーザー利用技術への期待も一層高いものとなって
おります。また,これまではレーザーとは無縁だった機械加工や物質材料研究に従事されてきた
方々も,最新のレーザープロセッシングに強い関心を持っております。
 ところが,わが国にあって,優れたレーザー加工機による製造技術が確立されてきましたが,
その後のレーザープロセッシングの開発・実用化においては,欧米に比べ決して納得できるもの
ではありません。個々の研究成果では世界のトップクラスにありながら,産業への展開には至ら
ず,埋もれた基礎技術が多々あるのではないでしょうか。
 近年,新たなレーザー光源や手法も開発され,それに伴うレーザープロセッシング研究におい
てもナノスケール加工に向けた新たな進展がもたらされています。例えば,次世代産業技術を考
えた場合,ナノテクノロジープロジェクトに象徴されるように,マイクロ・ナノスケールでの材
料開発においては世界各国の激しい競争が開始されており,この課題にいかにレーザーが貢献で
きるかを問われる重要な時期にあります。ナノテクノロジーにかかわらず,今後我が国が次世代
レーザープロセッシング技術において先導的な立場を握ることはきわめて重要なことです。
 そこで,レーザープロセッシングおよびマイクロ・ナノテクノロジーの研究開発と産業化への
指針となる専門書の出版を企画しました。これまでのレーザープロセッシングの研究開発状況を
見渡し,今後いかに展開させるべきかを各課題の権威者に執筆戴きました。先ず,マイクロ・ナ
ノテクノロジー分野における重視すべきテーマを抽出し,当該テーマにおけるレーザープロセッ
シングの最新の内外の研究開発状況を把握するために,平易で凝縮されたレビューを,次いで現
状での課題,そして将来展望を述べて戴きました。
 本書は,一読して置き去られるものではなく,常に研究技術者の座右にあって今後の研究開発,
技術の産業化に役立つように,ハンドブックの長所を採り入れて,参考文献の完備,多数の図表,
加えて索引の充実を図っております。ぜひ,お手元に置かれ,ご利用戴けますよう念願しており
ます。
  2004年11月                          杉岡幸次/矢部 明

執筆者一覧(執筆順)
矢部 明
杉岡幸次
溝口 計
山岡 裕
佐藤行雄

實野孝久
徳村啓爾
風間克也
宮本 勇
玉木裕介
小森 浩

岡田龍雄
森本章治
西尾 悟
越崎直人

佐々木毅

吉武 剛
小海文夫
丸尾昭二
新納弘之
東  司

奥村 展
大家利彦
中田芳樹
三澤弘明
渡辺 歴
伊東一良
川口喜三
牧村哲也
村上浩一
熊谷 寛
佐藤博保
坪井泰之
佐藤俊一
川ア昌博
(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門(非常勤)
(独)理化学研究所 緑川レーザー物理工学研究室 先任研究員
ギガフォトン(株) 取締役
丸文(株) システムカンパニー 試験計測部 副部長
三菱電機(株) 名古屋製作所 開発部 オプトメカトロ開発グループ
グループマネージャー
大阪大学 レーザーエネルギー学研究センター 助教授
ナルックス(株) 主任研究員
(株)ワイ・イー・データ 課長
大阪大学名誉教授;レーザ加工学会会長
ソニーマニュファクチュアリングシステムズ(株) カスタム・FA事業部
技術研究組合 極端紫外線露光システム技術開発機構 平塚研究開発センター
主任研究員
九州大学大学院 システム情報科学研究院 電気電子システム工学部門 教授
金沢大学大学院 自然科学研究科 教授
立命館大学 理工学部 応用化学科 教授
(独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター
研究チーム長
(独)産業技術総合研究所 界面ナノアーキテクトニクス研究センター
主任研究員
九州大学大学院 総合理工学研究院 融合創造理工学部門 助教授
三重大学 工学部 分子素材工学科 教授
横浜国立大学大学院 工学研究院 システムの創生部門 助教授
(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究グループ長
(株)東芝 セミコンダクター社 プロセス技術推進センター
半導体プロセス開発第二部 リソグラフィ技術開発第二担当
日本電気(株) SOG研究所 主任研究員
(独)産業技術総合研究所 単一分子生体ナノ計測研究ラボ 主任研究員
九州大学 大学院 システム情報科学研究院 電気電子システム工学部門 助手
北海道大学 電子科学研究所 教授
大阪大学大学院 工学研究科 物質・生命工学専攻 助手
大阪大学大学院 工学研究科 物質・生命工学専攻 教授
(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 主任研究員
筑波大学大学院 数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻 講師
筑波大学大学院 数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻 教授
大阪市立大学 大学院工学研究科 電子情報系専攻 応用物理学講座 教授
三重大学名誉教授;放送大学客員教授
北海道大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教授
防衛医科大学校 防衛医学研究センター 情報システム研究部門 助教授
京都大学大学院 工学研究科 分子工学専攻 地球環境学堂 教授

構成と内容
第T編 レーザープロセッシング序論   矢部 明,杉岡幸次
 1.レーザー装置の開発  2.レーザープロセッシングの経過  3.マイクロ・ナノテクノロジーに向けたレーザープロセッシング
第U編 レーザー装置の特徴とプロセッシングへの展開
第1章 エキシマレーザー  1.リソグラフィ用エキシマレーザー   溝口 計   1.1 はじめに   1.2 リソグラフィとレーザー光源    1.2.1 リソグラフィ工程    1.2.2 リソグラフィの解像力向上と露光装置の進歩    1.2.3 露光装置と狭帯域レーザー光源   1.3 リソグラフィ用レーザー技術の進歩    1.3.1 微細化ロードマップ    1.3.2 KrFリソグラフィ    1.3.3 ArFリソグラフィ    1.3.4 液浸リソグラフィ    1.3.5 F2リソグラフィ   1.4 おわりに  2.産業用エキシマレーザー   山岡 裕   2.1 はじめに   2.2 産業用エキシマレーザーの開発の歴史    2.2.1 世界初の市販エキシマレーザーと開発課題    2.2.2 レーザーガスとレーザー発振管の長寿命化    2.2.3 光学部品と高圧回路の長寿命化    2.2.4 メンテナンス性の向上    2.2.5 大出力化   2.3 産業用エキシマレーザーの現状    2.3.1 産業用エキシマレーザーの分類    2.3.2 大出力エキシマレーザー    2.3.3 高繰り返しエキシマレーザー   2.4 産業用エキシマレーザーの将来展望 第2章 半導体励起固体レーザー   佐藤行雄  1.はじめに  2.半導体励起固体レーザー励起技術   2.1 半導体励起固体レーザー発振原理と構造   2.2 半導体励起固体レーザーの高ビーム品質・高出力化技術  3.高次高調波の発生  4.半導体励起固体レーザーの現状  5.レーザー装置の特徴とプロセスの種類 第3章 半導体レーザー   實野孝久・徳村啓爾・風間克也  1.はじめに  2.LDの光学的特性   2.1 LDの特徴   2.2 従来のLDの高輝度化の試み   2.3 LDの単一モード化による改善   2.4 集光スポットサイズと集光輝度   2.5 LD光の高輝度集光に必要な条件   2.6 波面補正法   2.7 波面補正結果   2.8 LDによる微細マーキングテスト   2.9 微細加工への応用   2.10 今後の展開について   2.11 まとめ 第4章 ディスクレーザーとファイバーレーザー   宮本 勇  1.ロッド結晶の限界とその克服  2.ディスクレーザー   2.1 基本構造と原理   2.2 ディスクレーザーの開発現状  3.ファイバーレーザー   3.1 ファイバーレーザーの構造と基本原理   3.2 ファイバーレーザーの開発現状 第5章 超短パルス(fs)レーザー   玉木祐介  1.超短パルスレーザーについて  2.超短パルスレーザーの光波モデル  3.分散  4.パルス波形の測定  5.モード同期レーザー  6.超短パルスレーザー光の増幅  7.チャープパルス増幅法  8.超短パルスレーザーシステムの開発歴  9.市販の産業用フェムト秒レーザー  10.CPA以外の流れ 第6章 EUV光源   小森 浩  1.はじめに  2.EUV光源の要求仕様と課題  3.レーザー生成プラズマEUV光源の開発状況   3.1 開発動向   3.2 LPP方式EUV光源システム   3.3 集光ミラー長寿命化   3.4 ドロップレットターゲット開発  4.まとめ
第V編 研究開発の現状と将来産業技術への課題と展望
第1章 次世代材料創製  1.材料創製法   岡田龍雄   1.1 はじめに   1.2 レーザーCVDとナノCVD    1.2.1 レザーCVD    1.2.2 パターンサイズを決める要因    1.2.3 ニアフィールドレーザーCVD    1.2.4 多光子吸収過程の利用   1.3 レーザーアブレーションによるナノ材料創製法    1.3.1 レーザーアブレーションによる薄膜作製    1.3.2 ナノ微粒子の合成    1.3.3 ナノチューブ・ナノワイヤー・ナノロッドの合成    1.3.4 液中レーザーアブレーションによるナノ構造体の創製    1.3.5 複合アブレーションプロセス   1.4 まとめ  2.機能性無機薄膜   森本章治   2.1 はじめに   2.2 無機材料のPLD機構   2.3 PLD過程における各種粒子成分   2.4 他の無機薄膜堆積法との比較   2.5 液滴状粒子生成の抑制法   2.6 各種機能性無機薄膜堆積への適用と組成制御   2.7 課題と展望  3.有機薄膜・ナノ微粒子   西尾 悟   3.1 はじめに   3.2 レーザープロセスによる有機薄膜・ナノ微粒子創製法   3.3 ドライプロセスにおけるアブレーションによる有機・高分子薄膜創製    3.3.1 高分子のアブレーションによる薄膜化    3.3.2 アブレーション条件選択による構造変化    3.3.3 有機分子をターゲットとしたアブレーション   3.4 ウエットプロセスにおけるアブレーションによる有機・高分子材料創製    3.4.1 液中アブレーションによるフタロシアニン系ナノ微粒子創製    3.4.2 液中アブレーションによるポリイン生成   3.5 放射光および自由電子レーザーを用いた高分子薄膜作製   3.6 おわりに  4.無機ナノ粒子   越崎直人・佐々木毅   4.1 はじめに   4.2 気相レーザーアブレーションによるナノ粒子合成    4.2.1 背景    4.2.1 シリコンナノ粒子    4.2.3 さまざまなナノ粒子系への展開    4.2.4 1次元ナノ構造調製のための触媒ナノ粒子    4.2.5 ナノ粒子大量生成へ向けた試み   4.3 液相レーザーアブレーションによるナノ粒子合成    4.3.1 背景    4.3.2 貴金属ナノ粒子    4.3.3 さまざまなナノ粒子系への展開    4.3.4 メカニズム   4.4 おわりに  5.ダイヤモンド,ダイヤモンド状炭素(DLC)薄膜   吉武 剛   5.1 はじめに   5.2 ダイヤモンド薄膜    5.2.1 雰囲気酸素圧依存性    5.2.2 基板温度依存性    5.2.3 レーザーパルス繰り返し周波数依存性   5.3 ダイヤモンド状炭素(DLC)薄膜  6.ナノカーボン   小海文夫   6.1 はじめに   6.2 フラーレン   6.3 カーボンナノチューブ   6.4 その他のナノカーボン   6.5 課題と展望 第2章 材料加工  1.3次元造形   丸尾昭二   1.1 はじめに   1.2 光造形法からマイクロ光造形法へ   1.3 内部硬化型マイクロ光造形法    1.3.1 2光子マイクロ光造形法の誕生    1.3.2 2光子吸収による光硬化    1.3.3 2光子マイクロ光造形システム    1.3.4 加工分解能の評価    1.3.5 マイクロ立体構造の試作    1.3.6 マイクロ可動部品の一括作製    1.3.7 1光子吸収を用いた内部硬化型マイクロ光造形法   1.4 2光子マイクロ光造形法の応用展開   1.5 各種マイクロ光造形法の開発動向   1.6 課題と展望  2.有機材料表面改質・微細加工   新納弘之   2.1 表面改質   2.2 微細加工   2.3 まとめ  3.レーザーリソグラフィ   東 司   3.1 レーザーリソグラフィの概要   3.2 エキシマレーザーリソグラフィ   3.3 超解像技術   3.4 光近接効果補正   3.5 レジストプロセス   3.6 LowK1リソグラフィ  4.レーザーアニーリング   奥村 展   4.1 はじめに   4.2 poly-SiTFT-LCDの歴史   4.3 ELA法における溶融・結晶化過程    4.3.1 部分溶融    4.3.2 準完全溶融    4.3.3 完全溶融   4.4 量産ELAプロセス   4.5 次世代ELA技術   4.6 結晶化過程のin-situ評価・解析手法   4.7 おわりに  5.レーザーマイクロ熱加工   大家利彦   5.1 はじめに   5.2 レーザーによるマイクロ熱加工   5.3 溶接   5.4 切断およびスクライビング    5.4.1 金属    5.4.2 セラミックス    5.4.3 ガラス    5.4.4 Si(シリコン)   5.5 穴あけ   5.6 フォーミング   5.7 まとめ  6.フェムト秒レーザー加工   6.1 表面加工   中田芳樹    6.1.1 はじめに    6.1.2 フェムト秒レーザーの開発と物質加工の歴史    6.1.3 フェムト秒レーザーと物質の相互作用    6.1.4 表面加工と加工用光源開発の現状      (1)表面加工その他      (2)加工用フェムト秒レーザー開発のトレンド:光源,加工機,研究    6.1.5 課題と展望   6.2 透明材料の3次元加工   三澤弘明    6.2.1 はじめに    6.2.2 フォトニックス結晶,およびそれを用いたフォトニックデバイス    6.2.3 集光レーザー加工によるフォトニック結晶    6.2.4 レーザー干渉加工によるフォトニック結晶    6.2.5 おわりに   6.3 3次元フォトニックデバイス   渡辺 歴・伊東一良    6.3.1 はじめに    6.3.2 ガラス内部への構造変化への誘起      (1)ボイド      (2)屈折率変化への誘起    6.3.3 ガラス内部へのフォトニックデバイスの作製      (1)3次元加工のパラメーター      (2)光導波路の作製      (3)結合・分波器の作製      (4)回析格子の作製      (5)回析レンズの作製    6.3.4 今後の課題    6.3.5 おわりに  7.真空紫外レーザー加工   川口喜三   7.1 真空紫外レーザーの特徴   7.2 F2レーザー・プロセッシングの研究例    7.2.1 石英ガラス等のF2レーザー・プロセッシング    7.2.2 ポリマー材料のF2レーザー・プロセッシング    7.2.3 F2レーザー・クリーニング   7.3 F2レーザー・プロセッシングの課題  8.複合レーザー加工   杉岡幸次   8.1 はじめに   8.2 レーザーマイクロジェット   8.3 パルス列照射法   8.4 真空紫外-紫外多重波長励起プロセス   8.5 レーザー生成プラズマ支援アブレーション   8.6 レーザー誘起背面湿式エッチング   8.7 X線エキシトン法   8.8 まとめ  9.ナノ加工   牧村哲也・村上浩一   9.1 レーザーを用いたナノ加工   9.2 回析限界以下のレーザーナノ加工   9.3 X線加工 第3章 物理・化学・医療利用  1.レーザークーリング   熊谷 寛   1.1 はじめに   1.2 レーザークーリングの原理   1.3 原子リソグラフィ   1.4 原子ホログラフィ   1.5 原子波レーザー   1.6 今後の課題と展望  2.レーザーによる化学分析   佐藤博保   2.1 はじめに   2.2 レーザー誘起蛍光法   2.3 多光子イオン化法   2.4 レーザー脱離イオン化   2.5 マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)   2.6 フェムト秒レーザーによる超高速分光法   2.7 キャビティーリングダウン分光法   2.8 非線形効果を利用するレーザー分光法   2.9 量子カスケードレーザーその他   2.10 自由電子レーザー  3.マイクロチップとバイオマテリアル   坪井泰之   3.1 はじめに   3.2 バイオマテリアルのレーザーアブレーション堆積   3.3 バイオマテリアルのレーザー転写固定法   3.4 放射圧を利用したバイオマテリアルのプロセッシング   3.5 生細胞のレーザープロセッシング   3.6 まとめ  4.レーザー医療   佐藤俊一   4.1 はじめに   4.2 超短パルスレーザーによる精密アブレーション治療    4.2.1 超短パルスレーザーによる生体組織アブレーションの基礎    4.2.2 超短パルスレーザーによる各種精密アブレーション治療    4.2.3 細胞内プロセッシング(ナノサージェリー)   4.3 遺伝子治療への応用(レーザー遺伝子導入)    4.3.1 遺伝子治療と遺伝子導入技術    4.3.2 レーザーを用いた各種遺伝子導入法    4.3.3 レーザーの直接照射による遺伝子導入    4.3.4 レーザーの誘応力波を用いた遺伝子導入    4.3.5 その他の方法   4.4 課題と展望  5.マイクロリアクター   杉岡幸次   5.1 はじめに   5.2 表面加工によるマイクロリアクター作製   5.3 積層法による3次元マイクロリアクターの作製   5.4 フェムト秒レーザーによる直接的3次元マイクロリアクターの作製   5.5 ハイブリッドマイクロ光造形法による化学IC作製   5.6 まとめ  6.環境技術   川ア昌博   −大気環境化学反応研究におけるレーザー分光法の利用−   6.1 地球環境と大気微量成分   6.2 大気微量成分のレーザー計測法    6.2.1 レーザー励起ケイ光法・多光子イオン化法    6.2.2 レーザー光吸収分光法    6.2.3 レーザー散乱分光法―レーザーレーダー―
第W編 レーザー応用技術の展望   矢部 明,杉岡幸次
  1.はじめに   2.レーザー発振波長の短波長化   3.レーザー発振の短パルス化   4.レーザー照射系の多様化   5.反応場の活用   6.先鋭的物質材料分野での活用   7.製品の微細化  Appendix  −代表的な学会・国際会議から見られる研究開発動向に関する調査資料−                            杉岡幸次,矢部 明   1.はじめに   2.国内学会における研究動向   3.国際会議における研究動向   4.まとめ  索引

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