インプロセス制御した大気圧プラズマジェット5軸加工法の開発とMEMSへの応用

2022年度はインプロセス制御した大気圧プラズマジェット加工装置を開発した．インプロセス制御に用いる2点の計測器である(1)共焦点レーザー変位センサと(2)発光分光分析器を開発した．前者の共焦点レーザー変位センサは大気圧プラズマジェット照射下でも動作することができるように特別に開発し，大気圧プラズマジェットでエッチングをしている個所の深さをインプロセス計測することができる．狭帯域のバンドパスフィルタによって光学的なノイズを，ローパスフィルタや演算回路によって電気電子回路に対する電磁的なノイズを低減させることに成功した．インプロセス制御が無い場合と比較して制御が有りの場合は加工精度が50%改善することができ，本成果を学術論文誌に投稿した．後者の発光分光分析器においては，フィードバック制御に用いるエッチングに強く寄与する活性種の発光を計測するラインと広範囲の波長域を計測するラインを備えた分光装置を開発した．さらに，開発した大気圧プラズマジェット加工装置を用いてMEMS製作における標準的な半導体プロセスを用いてマイクロパターンを施したシリコンウエハに対してエッチングを実施した．エッチングしたシリコンウエハにはアライメントマークがパターニングされており，そこを原点として任意のエッチング位置に大気圧プラズマジェットを照射することができ，所望のエッチング位置を加工した．本装置を用いてMEMS等のマイクロデバイスのマスクレス加工によるポストプロセスの実現可能性を確認することができた．

2022年度はインプロセス制御した大気圧プラズマジェット加工装置を開発した．インプロセス制御に用いる2点の計測器である(1)共焦点レーザー変位センサと(2)発光分光分析器を開発した．前者の共焦点レーザー変位センサは大気圧プラズマジェット照射下でも動作することができるように特別に開発し，大気圧プラズマジェットでエッチングをしている個所の深さをインプロセス計測することができる．狭帯域のバンドパスフィルタによって光学的なノイズを，ローパスフィルタや演算回路によって電気電子回路に対する電磁的なノイズを低減させることに成功した．インプロセス制御が無い場合と比較して制御が有りの場合は加工精度が50%改善することができ，本成果を学術論文誌に投稿した．後者の発光分光分析器においては，フィードバック制御に用いるエッチングに強く寄与する活性種の発光を計測するラインと広範囲の波長域を計測するラインを備えた分光装置を開発した．さらに，開発した大気圧プラズマジェット加工装置を用いてMEMS製作における標準的な半導体プロセスを用いてマイクロパターンを施したシリコンウエハに対してエッチングを実施した．エッチングしたシリコンウエハにはアライメントマークがパターニングされており，そこを原点として任意のエッチング位置に大気圧プラズマジェットを照射することができ，所望のエッチング位置を加工した．本装置を用いてMEMS等のマイクロデバイスのマスクレス加工によるポストプロセスの実現可能性を確認することができた．