三菱電機、平均出力１０Ｗの深紫外（波長２１３ｎｍ）固体紫外線レーザーを開発
光デバイス材料などの微細加工の高速化が可能に
世界最高出力１０Ｗの深紫外（波長２１３ｎｍ）固体紫外線レーザーを開発
三菱電機株式会社（執行役社長：下村 節宏）は、半導体レーザー（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を励起源とする固体レーザーにおいて、波長２１３ナノメートル（ｎｍ）の深紫外パルス光を発生する平均出力１０ワット（Ｗ）の固体紫外線レーザーを開発しました。波長２００ｎｍ台の深紫外領域で１０Ｗという高い平均出力を達成したのは世界で初めてです。
本開発は、２００３年１０月より独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ技術開発機構）からの委託を受け、国立大学法人大阪大学との産学連携によって実施しています。
＜開発の背景＞
今後のＩＴ発展の鍵となる大容量・高速通信の光スイッチに用いられる光デバイス材料や、デジタル電子機器の小型化・高性能化を加速する高密度電子回路基板材料などの先端材料を加工するには、材料への吸収率が高い短波長の紫外線レーザーが必要とされています。特に、空気中で吸収されにくく伝播が容易な波長領域で最短となる２００ｎｍ台の深紫外レーザー光は、ガラスなどの透明材料でも吸収率が高く、広範囲な材料に対して熱影響の少ない加工ができることから、究極の加工用レーザーとして期待されています。深紫外領域の紫外線レーザーとしてはエキシマレーザーが代表的ですが、活性の強いハロゲン系ガスを用いるレーザーであるため装置が大掛かりでメンテナンス頻度が高いという難点があり、安全かつ環境にやさしく取り扱いが容易で小型化に適したＬＤ励起固体レーザーを用いた高出力の深紫外レーザーの実現が望まれています。
当社は２００５年に、ＬＤ励起固体レーザーの赤外光を非線形光学結晶により波長変換して波長２１３ｎｍの深紫外光を得る紫外線レーザーで５．６Ｗの高出力を実証し、加工性の検証を進めてきました。今回、その約２倍という実用レベルの出力を達成したことで、量産加工に不可欠な高い生産性が見通せるようになり、先端材料加工の発展が期待されます。
＜主な開発成果＞
１．基本ユニットを連結して、従来比２倍の高出力化に成功
赤外レーザーを発生するＬＤ励起固体レーザーの基本ユニットを最大９段まで連結し、回折限界※１に近い高い集光性能を維持したまま赤外レーザー出力が最大３００Ｗまでユニット数に比例して増大することを実証しました。
※１：回折限界：波長と集光レンズの開口数が与えられた時の、集光点の大きさの最小値。限界に近いほどビーム品質が高く、微細な加工が可能となる。
２．深紫外領域（２１３ｎｍ）の固体紫外線レーザーで世界初となる平均出力１０Ｗを達成
波長変換に用いる非線形光学結晶に含まれる不純物を極限まで除去して、レーザー光の吸収により発生する結晶内部の発熱を抑え、出力の飽和を解消する国立大学法人大阪大学の技術と、３００Ｗに高出力化した集光性能の高い赤外レーザーを組み合わせ、２１３ｎｍの深紫外領域の固体紫外線レーザーで世界初となる平均出力１０Ｗを達成しました。
３．高速な加工に適した高周波数１０ｋＨｚ以上のパルスレーザー照射で高品位な加工を実証
固体レーザーの利点である周波数１０ｋＨｚ以上の高い繰り返し照射（パルスレーザー照射）により、光デバイス材料やガラス複合材料の高速・高品位な加工が可能です。深紫外光ならではの高い光吸収効果と、高い集光性能により、熱影響の少ない高品位な微細加工を実証しました。
＜今後の展開＞
高出力化した深紫外固体紫外線レーザーにより、各種先端デバイス材料の加工性を検証し、微細加工用レーザー加工機の実現を目指します。
＜特許＞
国内４件、海外１件出願中。
＜開発内容に関するお問い合わせ先＞
三菱電機株式会社 先端技術総合研究所 業務部 広報・宣伝グループ
〒６６１－８６６１ 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号
ＦＡＸ：０６－６４９７－７２８９
http://www.mitsubishielectric.co.jp/corporate/randd/inquiry/index_at.html