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X線光学と微細加工技術
X-ray optics and micro fabrication
LIGAプロセス / LIGA process and applications

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LIGA微細加工技術 (LIGAプロセス)とは

LIGAプロセスは,ドイツのカールスルーエ技術研究所/工科大学(KIT)にて発明された,高アスペクト比を持つ微細構造製造のための複合プロセスです。 X線リソグラフィと電鋳により,金属やポリマーの微細構造体を高精度,高アスペクト比にて実現します。
KITのスピンオフ企業であるmicroworks GmbHが,LIGAプロセスによる製品の開発と生産を担っています。
X線光学分野における応用例はこちらのページで紹介しています。


LIGAプロセスによる微細構造例: マイクロギア

LIGAプロセスによる微細構造例: マイクロギア
高アスペクト比と滑らかな側壁を持った微細メタルパーツや樹脂パーツを,microworksはこれまでに数多く供給している。


KITの放射光施設KARA (旧称ANKA)

KITの放射光施設KARA
KITキャンパス内にある第2世代放射光施設KARA (旧名称ANKA)は,LIGA微細加工用のビームライン3本の他,X線イメージングやX線顕微鏡向けのビームラインや設備を備えている。


LIGAプロセスの流れ

1. X線マスクの作製

1. X線マスクの作製
電子ビームまたはレーザーリソグラフィによる高精度のX線マスクを作製します。


2. レジストのX線リソグラフィ (Lithographie)

2. レジストのX線リソグラフィ (Lithographie)
基板上のフォトレジストにX線マスクの構造を転写します。放射光の高品質なX線によって,高アスペクト比(100程度),滑らかな側壁(<50 nm),自由な横方向形状を持つレジスト構造が実現します。

3. 電鋳 (Galvanoformung)

3. 電鋳 (Galvanoformung)
X線リソグラフィによって形成された微細構造を持つレジストに,電鋳(高精度のめっき)を施します。これにより,高アスペクト比の金属構造体が実現できます。下記に掲載している金属の微細構造は,ここまでの工程で作製されます。

4. ポリマーの成型 (Abformung)

4. ポリマーの成型 (Abformung)
電鋳で作製した金型を用い,ホットエンボスや射出成型によって,ポリマー製の微細構造を複製します。


LIGAプロセス アプリケーション例

LIGAプロセスにて作製された微細構造は,光学を中心に,研究機関,産業界ともに様々な分野にて使用されています。X線光学分野における応用例はこちらのページで紹介しています。


金のハニカムメッシュ構造

金のハニカムメッシュ構造
(本体) 500倍拡大のSEM画像: 6角形構造の内側にさらに6角形構造が形成されている。
(左上) 15,000倍拡大のSEM画像。金の構造幅は約0.4 µm,高さは4 µm。

金のチェッカーボード構造

金のチェッカーボード構造
周期35µm (メタル/スペース = 17.5 µm : 17.5 µm), 金の厚さは160 µm
アスペクト比: 約9

金の微細メッシュ構造: 近赤外線偏光板

金の微細メッシュ構造: 近赤外線偏光板
金による周期的格子構造(近赤外線偏光板)と,それを重ねて発生させたモアレ縞。
偏光板の構造周期: 4.0 µm (水平方向)と8.0 µm (垂直方向),金の厚み: 3.0 µm。

可視光領域の回折格子

可視光領域の回折格子
ポリマー製,高さ: 350 µm,線幅: 0.2 µm



Ni電鋳と微細貫通孔

Ni電鋳と微細貫通孔
用途: ハイパースペクトルカメラ向けのNiアパーチャ
形状: 2.5 µmのギャップ,深さ180 µmの貫通孔
効果: キーストーン,スマイル効果(光学系の収差,ミスアラインメントから生じる歪み)の大幅な削減
A Fridman et al., Optics Express 23(10):13659, 2015

高アスペクト比レジストピラー

高アスペクト比レジストピラー
左写真の微細貫通孔のネガティブ構造




マイクロギア,高級腕時計部品等

マイクロギア,高級腕時計部品等
スケールバー: 1 mm



マイクロギア1

マイクロギア1
ハーモニックドライブ歯車(高精度マイクロマニピュレータ向け,高速度伝達比,バックラッシュ無し)
構造高さ: 1,100 µm,構造幅: 30 µm
画像提供: micromotion GmbH, Mainz

マイクロギア2 (射出成型モールド)

マイクロギア2 (射出成型モールド)
高アスペクト比を持つ高精度の並行構造例。
ニッケル製マイクロギアアレイ (樹脂製射出成型パーツ用のモールド)。
構造高さ: 2,000 µm,歯車の構造幅: 35 µm

[参考] ミラーアレイ

[参考] ミラーアレイ
2光子リソグラフィにより作製