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キーワード：
ナノインプリント/微細加工/熱ナノインプリント/ダイレクトナノインプリント/光ナノインプリント/離型/モールド/材料/三次元構造/プロセス/シミュレーション/パターン形成/欠陥対策/装置/半導体/光学/バイオミメティクス/バイオセンサ/UV/ロールtoロール/受託動向
刊行にあたって
ナノインプリント技術は,1995年に,当時ミネソタ大学のS. Chou先生がナノインプリント技術を提唱されて,30年近くが経ちました。当初,ナノインプリントリソグラフィとも名付けられ,当時の量産型先端フォトリソグラフィ技術のおよそ10倍の解像性が示され,次世代半導体製造技術としてロードマップにも採り上げられた時期がありました。その後,反射防止構造などのサブ波長の光学要素を中心に,多くの工業製品への応用が図られてきました。
このようなナノインプリント技術の源流は,遥か数千年を遡り,世界四大文明の一つで,チグリス,ユーフラテス流域で発祥したメソポタミア文明にたどり着くことができます。
メソポタミア文明は,人類最初の「文字」とされる楔形文字を生み出し,石に刻んだ法律文書を,チグリス,ユーフラテス川流域にある肥沃な粘土に押し当てて(インプリントし),いわばコピーを造ったと言われています。今でいうと,エンボス技術が最も近い技術になります。この技術は,シルクロードを通じて現在の韓国に伝わり,木版技術として工業化されました。ここでは,円筒形の木版によるロールtoロール式のエンボス技術も開発され,経典が大量に「印刷」されました。一方,ヨーロッパに伝わったこの技術は,グーテンベルグによりアセンブル可能な金属金型を用いて,インクを紙に転写する現在の印刷技術の原型へと発展しました。
その後,Chou先生により,ナノサイズの加工が示され,先端技術への応用が期待されました。しかし,当初期待された最先端の半導体技術への導入は,液浸露光法やダブルパターニング,そしてEUVリソグラフィ技術の目覚ましい発展などにともない,若干影が薄くなっていたことも否めません。
一方で,他の微細加工技術にはない,ダイレクトナノインプリント,リバーサルナノインプリント,ハイブリッドナノインプリントなどの特徴あるプロセス技術の創成や,それらに対応する材料技術の開発も行われ,多才なナノ加工技術として定着してまいりました。これに伴い,研究開発は一段落し,2010年ごろから学術論文の発表件数は減少の一途をたどっていました。
しかし,直近の数年間の学術論文の発表件数は,再び増加傾向を示し,新しい局面に入ったことを裏付けています。これは,ナノインプリント技術が,学術的にも産業的にも,再び熱い視線が注がれていると言える状況にあることを物語っているものと言えましょう。その一つが,低コストを生かした半導体フロントエンドプロセスへの適用と,メタバースなどの高機能光学要素の工業化です。
本書では,国内の産官学を代表する研究者,技術者の皆様より,ナノインプリント技術の基礎的な内容と,最新の応用展開につきまして,その技術情報を幅広く紹介するものです。
大阪公立大学
平井義彦
著者一覧
平井義彦 大阪公立大学;大阪府立大学名誉教授 鈴木健太 (国研)産業技術総合研究所 谷口 淳 東京理科大学 大井秀雄 ㈱協同インターナショナル 柳下 崇 東京都立大学 山岸里緒 富山県立大学 竹井 敏 富山県立大学 山内一美 NTTアドバンステクノロジ㈱ 江本顕雄 徳島大学 菅野智士 徳島大学 松川晴香 日鉄鉱業㈱ 渡邉有希 日鉄鉱業㈱ 新井 翔 日鉄鉱業㈱ 岸本 章 日鉄鉱業㈱ 雨宮智宏 東京工業大学 森 莉紗子 東京応化工業㈱ 藤井 恭 東京応化工業㈱ 浅井隆宏 東京応化工業㈱ | 塩田 大 東京応化工業㈱ 西山伸彦 東京工業大学 松田晃史 東京工業大学 大西有希 東京工業大学 浅田邦彦 キヤノン㈱ 米川雅見 キヤノン㈱ 幡野正之 キオクシア㈱ 竹内史和 キオクシア㈱ Thomas UHRMANN EV Group E.Thallner GmbH 黒瀧宏和 イーヴィグループジャパン㈱ 関口 淳 リソテックジャパン㈱;大阪公立大学 魚津吉弘 三菱ケミカル㈱ 遠藤達郎 大阪公立大学 青木元秀 東京薬科大学 朱彦北 (国研)産業技術総合研究所 沖野晃俊 東京工業大学 梅村知也 東京薬科大学 |
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第1章 ナノインプリントの基礎
1 熱ナノインプリント・ダイレクトナノインプリント技術
1.1 はじめに
1.2 熱ナノインプリントと高分子樹脂の力学的性質
1.3 高分子樹脂の変形メカニズム
1.3.1 シミュレーション解析
1.3.2 アスペクト比依存性
1.4 欠陥の抑制とプロセスシーケンス
1.4.1 高アスペクト比構造の成形
1.4.2 マイクロレンズ構造の成形
1.5 成形速度の依存性
1.6 ダイレクトナノインプリント
1.6.1 ガラスへのダイレクトナノインプリント
1.6.2 Auへのダイレクトナノインプリント
1.6.3 有機半導体へのダイレクトナノインプリント
1.7 まとめ
2 光ナノインプリント
3 離型プロセス
3.1 はじめに
3.2 ナノインプリントにおける離型処理方法
3.3 離型処理の評価方法
3.3.1 剥離エネルギーの測定方法
3.3.2 耐久試験方法
3.4 おわりに
第2章 ナノインプリントの進展と今後の展望・課題
1 はじめに
2 ナノインプリント技術の進化
3 今後の展望
4 おわりに
第3章 受託ナノインプリントの動向
1 はじめに
2 当社のナノインプリントビジネス
3 分野別受託ナノインプリント加工例
3.1 光学分野
3.2 ライフサイエンス
3.3 光半導体
3.4 センサー
4 ナノインプリントの要素技術と周辺技術の受注状況
5 今後のナノインプリント受託加工の取り組み
【第Ⅱ編 モールド・テンプレート設計技術】
第1章 陽極酸化によるナノインプリント用モールドの作製と無反射レンズ形成への応用
1 はじめに
2 アルミニウムの陽極酸化によるモールドの作製
3 ナノインプリントによるモスアイ構造を有するレンズの作製
4 薄膜形成プロセスを利用したレンズ形状を有する陽極酸化ポーラスアルミナモールドの形成とナノインプリント
5 射出成型によるモスアイ構造を有するレンズの作製
6 最後に
第2章 ガス透過性多孔質モールドの研究進捗
1 はじめに
2 ガス透過性多孔質モールド
2.1 ガス透過性多孔質モールドの優位性
2.2 ガス透過性多孔質モールドを用いたナノインプリントプロセス
3 有機系ガス透過性多孔質モールド
3.1 金属・スーパーエンジニアリングプラスチックへの表面微細加工
4 無機系ガス透過性多孔質モールド
4.1 熱硬化型TiO2-SiO2ガス透過性多孔質モールド
4.2 光硬化型TiO2-SiO2ガス透過性多孔質モールド
4.3 TiO2-SiO2ガス透過性多孔質モールドの応用展開
4.3.1 超微細マイクロニードルの開発
4.3.2 ナノ突起抗菌プラスチックの開発
5 まとめ
第3章 光硬化性樹脂のナノインプリントへの応用
1 はじめに
2 電子部品用の永久膜への応用
3 光部品用の永久膜への応用
4 リソグラフィ用多層膜エッチングマスク
5 凝縮性ガスを導入する光ナノインプリントリソグラフィと光硬化性樹脂
6 おわりに
第4章 光学向けインプリント用材料
1 はじめに
2 光学分野へのUVナノインプリント活用
2.1 UVナノインプリント樹脂の応用分野
2.2 UVナノインプリント樹脂の要求特性
3 高屈折率ナノインプリント樹脂の開発技術
3.1 UV硬化樹脂の高屈折率化
3.1.1 屈折率を調整する元素
3.1.2 特殊な分子構造のモノマー,オリゴマー
3.1.3 ナノフィラー
3.2 ナノインプリントプロセスへの適合
3.2.1 塗布
3.2.2 流動性
3.2.3 UV硬化
3.2.4 離型性
3.3 高屈折率ナノインプリント樹脂の例
3.3.1 溶媒系高屈折率ナノインプリント樹脂の取り扱い方法と特徴
3.3.2 無溶媒系高屈折率ナノインプリント樹脂の取り扱い方法と特徴
3.4 高屈折率とナノインプリント性を両立する上での課題
4 まとめ
第5章 三次元構造
1 はじめに
2 電子ビーム露光による三次元モールド作製技術
3 三次元状ロールモールドの作製方法
4 おわりに
【第Ⅲ編 プロセス最適化・シミュレーション】
第1章 シリカナノ粒子の吸着を利用したナノインプリント表面充填構造の形成
1 はじめに
2 ナノ微粒子の吸着によるナノインプリント表面の充填
3 シリカナノ粒子によるコーティング技術(ナノストラータⓇ)
4 シリカナノ粒子によるナノインプリント表面充填構造の形成
4.1 実験
4.2 断面観察試料の作製
4.3 結果
5 光学素子への応用
6 まとめ
第2章 UV-NILを用いたシリコンフォトニクスプロセスの開発
1 はじめに
2 各種リソグラフィ技術の比較と集積フォトニクスにおける要求性能
3 シリコンフォトニクスプロセスへのUV-NILの導入
3.1 標準的なシリコンフォトニクスプロセスの概要
3.2 UV-NILを用いたシリコンフォトニクスプロセスに適する光硬化性樹脂
3.3 UV-NILを用いたシリコンフォトニクスプロセス
4 おわりに
第3章 熱ナノインプリントによるポリ乳酸フィルム表面のナノ周期パターン形成
1 はじめに
1.1 生分解性ポリマーとしてのポリ乳酸の特徴と応用
1.2 PLAフィルム表面の微細加工による応用展開
1.3 自己組織化パターンのナノインプリントモールドへの展開
2 研究方法
2.1 本研究のPLAフィルム
2.2 原子ステップサファイアモールドの自己組織化
2.3 熱ナノインプリントおよび評価プロセス
3 PLAフィルム表面の原子ステップ超平坦化
3.1 原子ステップ形状転写の温度依存性
3.2 熱ナノインプリントに伴うPLAフィルムの構造変化
3.3 原子ステップ形状転写の圧力依存性
3.4 PLA表面における原子スケールパターン形成
4 まとめ
第4章 レジンのUV収縮と熱変形による転写誤差の数値シミュレーション
1 二重の転写誤差が発生するメカニズム
2 レジンの材料特性の測定
2.1 レジンの温度時刻歴の測定
2.2 レジンの熱粘弾性特性時刻歴の測定
2.3 レジンのUV収縮時刻歴の測定
3 レジン材料特性の数値モデリング
3.1 アレニウス係数の同定
3.2 仮想温度時刻歴の設定
3.3 仮想線膨張率の設定
3.4 熱粘弾性材料定数の同定
4 転写誤差シミュレーションの妥当性確認
第5章 ディープラーニングを利用したナノインプリントプロセス・材料の設計
1 はじめに
2 グリセリン添加ポリビニルアルコール(PVA)の低温ダイレクト・ナノインプリント
3 ディープラーニングによるナノインプリント結果の予測
3.1 グリセリン添加によるPVAの成形性
3.2 ディープラーニングによる学習とその結果の検証
4 シミュレーション予測とのハイブリッド化による予測範囲の拡張
4.1 シミュレーションによる学習範囲の拡張
4.2 予測結果の検証とプロセス・材料設計
5 おわりに
【第Ⅳ編 装置・適用事例】
第1章 ナノインプリントリソグラフィ装置の進展と応用
1 はじめに
2 ナノインプリントリソグラフィ装置の利点
3 装置のインプリント手法(J-FIL)
4 装置性能
4.1 スループット
4.1.1 レジストドロップの小滴化
4.1.2 雰囲気気体の充填
4.1.3 クラスタシステム
4.2 オーバーレイ
4.2.1 ダイバイダイアライメント方式
4.2.2 高次補正システム
5 ユーザビリティ
5.1 Lithography Plus
5.1.1 ドロップレシピジェネレータ
5.1.2 ナノインプリントプロセスシミュレータ
5.1.3 Virtual Metrology
6 ナノインプリントリソグラフィ装置の今後
第2章 半導体デバイス製造用ナノインプリントリソグラフィのクリーン化技術
1 ナノインプリントリソグラフィの課題
2 NILプロセスで発生する欠陥
3 NIL装置のクリーン化技術
3.1 ケミカルコンタミネーション対策
3.1.1 NIL装置内の空間ゾーニング
3.1.2 NIL装置の構成部品の選定
3.1.3 NIL装置の構成部品の洗浄
3.2 パーティクルコンタミネーション対策
3.2.1 パーティクル低減対策:「出さない」対策
3.2.2 パーティクル低減対策:「付けない」対策
3.2.3 パーティクル低減対策:「持ち込まない」対策
3.2.4 パーティクルデータベースの整備と活用
4 終わりに
第3章 ナノインプリントリソグラフィと反応性イオンエッチングを用いたデュアルダマシン構造形成
1 はじめに
2 NIL用いたデュアルダマシン構造形成の課題
3 NILプロセス
3.1 NILプロセス開発の重要点
3.2 NILプロセス結果
4 RIEプロセス
4.1 RIEプロセス開発の課題
4.2 加工マスク消費の抑制
4.3 加工形状の制御について
4.4 RIEプロセス結果
5 まとめ
第4章 ナノインプリント・リソグラフィを用いたメタレンズ製造
1 イントロダクション
1.1 メタレンズ市場とアプリケーション
1.2 目的
2 NILプロセスチェーン:シングルマスターからHVMまで
2.1 マスタリング
2.2 ステップ&リピート(S&R)マスタリング
2.3 NIL複製
3 プロセス結果
3.1 マスターから最終インプリントまでのパターン忠実度
3.2 連続インプリントの再現性
3.3 設計からS&Rマスターを通じインプリントウェーハを作成した比較画像
4 これらのプロセス機能を利用するために
5 まとめと結論
第5章 実用ナノインプリント技術(ロールtoロール装置,UV-NILを中心に)
1 はじめに
2 RTR-NILの装置構成
3 RTR UV-NILの転写特性
4 金属ナノパターン転写技術
5 プラスチック上の金属細線のRTR UV-NILでの転写結果
6 おわりに
第6章 バイオミメティクスを用いた防汚機能を有する胆管ステントの開発
1 はじめに
2 バイオミメティクス技術
3 防汚機能を有する胆管ステント
4 カタツムリの殻構造を模したナノ構造を有するモールドの作成
5 ステント用防汚シートの製作
6 胆管ステントの製作と通液テスト
7 動物実験
7.1 動物実験の概要
7.2 動物実験方法
7.3 動物実験の評価結果(防汚率の評価)
8 まとめ
第7章 モスアイ型反射防止フィルム
1 蛾の眼とバイオミメティクス
2 モスアイ構造が反射を抑える理由
3 モスアイ構造の大きさとナノインプリント
4 自己組織化現象を適用した超大型モスアイ金型
5 光インプリントによるモスアイフィルムの作製
6 モスアイフィルムの反射防止性能
7 モスアイフィルムの可能性
第8章 ナノインプリント製局在表面プラズモン共鳴型バイオセンサの開発
1 はじめに
2 「プラズモン共鳴」のバイオセンサへの応用
2.1 表面プラズモン共鳴
2.2 局在表面プラズモン共鳴(Localized Surface Plasmon Resonance:LSPR)
2.3 「プラズモン共鳴」を用いたバイオセンサ応用の利点
2.4 「プラズモン共鳴」を用いたバイオセンサ応用の課題
3 ナノインプリント製局在表面プラズモン共鳴型バイオセンサの開発
3.1 ナノインプリント製局在表面プラズモン共鳴型バイオセンサの作製
3.2 金ナノコーンアレイの作製
3.3 金ナノコーンアレイの光学特性
3.4 金ナノコーンアレイを用いたDNAセンシング
4 おわりに
第9章 UVナノインプリント技術を利用したLA-ICP-MS単一細胞元素分析用試料導入デバイスの開発
1 はじめに
2 方法
2.1 UVナノインプリント技術による細胞捕捉プレートの製造
2.2 細胞試料の調製
2.3 レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析システム
3 結果と考察
3.1 UVナノインプリント技術で製造した細胞捕捉プレートの特性評価
3.2 作製した細胞捕捉プレートへの細胞の整列導入と細胞外マトリックスの洗浄
3.3 細胞捕捉プレートを用いたLA-ICP-MSによる単一細胞元素分析
4 LA-ICP-MS単一細胞元素分析におけるUVナノインプリント技術利用の課題と展望
5 まとめ
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