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ナノインプリント
−先端微細加工技術の最前線−


 

ナノインプリントは、nmオーダーの微細なパターンをもつ型を材料に押し付けて成形する加工技術で、非常に簡単な工程で超精密パターンの転写ができる経済的なナノ加工技術です。10nm以下の優れた解像度と従来の半導体微細加工装置費の1/10以下の経済性に期待され、国際半導体ロードマップITRSに22nm以下の超微細加工技術の有力候補の一つとして位置づけられています。原理が単純で適応性が広いので、電子部品のナノ加工への応用だけではなく、マイクロ加工やガラス材料などを含む種々の材料、バイオチップやナノ光学要素など幅広い先端分野への応用が期待されています。

  その一方で、大面積化や製品均質化、高精度化、高次元化、高機能化や材料の多様化等の多様な要求に対応した新規成形法の開発、マスタ型製作法の開発などのニーズや課題も多く、ナノインプリント実用化と普及のためには、製造装置の機能向上、製造に必要な金型の材質や加工法、プロセス設計、検査など一連の技術完成度が求められています。

  本書は、このように脚光を浴びているナノインプリント法に関する最新の情報と課題を集約し、今後の技術開発の方向と応用の可能性を見極めるのに役立つことを目的として編集したものです。ナノインプリント技術の開発動向、ナノインプリントプロセス技術、ナノインプリント装置、ナノインプリント使用材料、ナノインプリント技術の応用と展開および展望について詳述しました。

    □体裁 A4版 395頁
    □税込価格 71,400円 (本体68,000円、消費税3,400円)
    □送料 弊社負担
    □発行 2008月10月


章 目 次

第1章 ナノインプリント技術開発動向
第2章 ナノインプリントプロセス技術
第3章 ナノインプリント装置
第4章 ナノインプリント使用材料
第5章 ナノインプリント技術の応用と展開
第6章 ナノインプリント技術の展望

詳 細 目 次

 
第1章 ナノインプリント技術開発動向 1
 1.1 ナノインプリント技術開発の流れ 1
 1.2 ナノインプリント技術の特長 3
 1.3 ナノインプリント技術の課題と研究動向 4
 引用文献 7

第2章 ナノインプリントプロセス技術
9
 2.1 ナノインプリント技術の分類 9
 2.2 熱インプリント技術 11
  2.2.1 熱インプリント技術の概要 11
  2.2.2 熱ナノインプリントにおける樹脂の特性と変形メカニズム(大阪府立大学) 15
   (1) 高分子樹脂の力学的性質 15
   (2) 高分子樹脂の変形メカニズム 16
  2.2.3 熱ナノインプリント法の温度・圧力シーケンス設定による
       高アスペクト比成形(大阪府立大学)
17
   (1) 高アスペクト比パターンの成形メカニズム 17
   (2) 高アスペクト比パターン離型時の問題点 20
  2.2.4 離型時の樹脂延伸による高アスペクト比パターンの作製
      ((株)日立製作所)
21
  2.2.5 ローラによる長尺ナノインプリント技術(米プリンストン大学) 23
  2.2.6 ナノトランスファーによる三次元構造作製(米ミシガン大学) 23
  2.2.7 熱ナノインプリントによる凝似三次元加工(大阪府立大学) 24
  2.2.8 独自要素技術を総合した短サイクルの熱ナノインプリント技術
      (住友重機械工業(株))
26
  2.2.9 微細構造の大面積一括転写プレス技術((株)日立製作所) 28
 2.3 光インプリント技術 29
  2.3.1 光インプリント技術の概要 29
  2.3.2 ステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィー(S-FIL)
      (米Molecular Imprints)
32
  2.3.3 光ナノインプリントによる超微細パターン形成((独)産業技術総合研究所) 33
 2.4 室温インプリント技術(マイクロコンタクトプリント(ソフトリソグラフィー)) 34
  2.4.1 室温インプリント技術の概要 34
  2.4.2 HSQ(Hydrogen Silsequioxane)を転写成形材料とする
      ナノインプリント(兵庫県立大学)
38
  2.4.3 HSQ液滴塗布による転写圧力低下、転写深さ改善(兵庫県立大学) 41
  2.4.4 HSQ膜上へのパターン移植技術(兵庫県立大学) 47
  2.4.5 HSQ室温インプリントパターンヘの酸素プラズマ照射による
      耐熱性向上(兵庫県立大学)
49
  2.4.6 二層構造を利用した高アスペクト比レジスト構造の作製
      (兵庫県立大学)
51
 2.5 ナノキャスティング法 53
 2.6 リバーサルナノインプリント技術(大阪府立大学) 56
 2.7 ナノ電極リソグラフィーによるフレキシブルパターニング技術
      (日本電信電話(株)) 
62
 2.8 機能性自己組織化単分子膜を用いたマイクロナノパターニング法
      (東京大学)
69
  2.8.1 シャドウマスク法とマイクロコンタクトプリンティング法の混成方法 69
  2.8.2 新タイプPDMSスタンプによるマイクロコンタクトプリンティング 71
 引用文献 73

第3章 ナノインプリント装置
79
 3.1 インプリント装置 79
  3.1.1 基板転写方式によるナノインプリント装置の分類 80
   (1) 一括転写方式ナノインプリント装置 80
   (2) ステップ&リピート方式ナノインプリント装置 80
   (3) ローラ転写方式ナノインプリント装置 82
  3.1.2 ナノインプリント装置の共通要素技術 84
   (1) プレス技術(加圧駆動メカニズム)(アイトリックス(株)) 84
   (2) 硬化技術(アイトリックス(株)) 84
  3.1.3 熱ナノインプリント装置 85
   (1) ローラーナノインプリント装置((独)産業技術総合研究所) 86
   (2) リールtoリール(ベルト状金型)ナノインプリント装置((株)日立製作所) 89
   (3) 高スループット熱式ナノインプリント装置(SCIVAX(株)) 93
   (4) 磁気記録媒体向け熱ナノインプリント装置(墺EV Group) 94
   (5) 熱可塑型ナノインプリント試験装置((株)日立製作所) 95
  3.1.4 光ナノインプリント装置 96
   (1) 光ロールナノインプリント装置(東芝機械(株)) 97
   (2) ステップ&リピート式(S-FIL)光ナノインプリント装置(米Molecular Imprints) 97
   (3) 最大300mm対応ステップ&リピート式光ナノインプリント装置(墺EV Group) 100
  3.1.5 熱、光共用ナノインプリント装置 100
   (1) 光・熱転写兼用一括プレス式装置(東芝機械(株)) 100
   (2) 均一加圧光・熱転写が同時に可能なナノインプリント装置
      (スェーデンObducat)
100
   (3) 熱ナノインプリント可能なステップ&リピート式光ナノインプリント装置
      ((独)産業技術総合研究所)
101
   (4) 試験用ナノインプリントキット(東洋合成工業(株)) 103
  3.1.6 室温ナノインプリント装置 104
   (1) マイクロコンタクトプリント装置(墺EV Group) 104
   (2) 秒単位で加工可能な室温ナノインプリント装置(明昌機工(株)) 104
 3.2 ナノインプリント用モールド 106
  3.2.1 モールドの作製・加工方法 106
   (1) 電子線のドーズ量調整によるナノインプリント用三次元金型の
      加工技術(東京理科大学)
109
   (2) 電子線の加速電圧調整による三次元ナノインプリント用金型
      作製技術とダイヤモンド、石英、エンジニアリングプラスチックへの応用
      (東京理科大学)
113
   (3) ダイヤモンドのイオンビーム・電子ビーム加工(東京理科大学) 120
   (4) ダイヤモンド薄膜の微細加工(エッチング法と選択エピタキシャル法)
      ((株)神戸製鋼所)
125
   (5) ダイヤモンドの電子サイクロトロン共鳴プラズマ加工特性検討と
      電子ビームリソグラフィーによる微細パターン形成(山口東京理科大学)
131
   (6) 非晶質カーボンモールドの作製((独)産業技術総合研究所) 136
   (7) 石英ガラスの高精度微細加工技術による光ナノインプリント用
      モールドの作製(日立電線(株))
138
   (8) 光ナノインプリントモールドにおける石英ドライエッチングの
      形状制御(凸版印刷(株))
140
   (9) 感光性有機・無機ハイブリッド材料によるナノインプリント用
      モールドの作製((株)KRI)
144
   (10) 集束イオンビームを利用した超高精度モールド作製
      ((株)エリオニクス、長岡技術科学大学)
145
   (11) SiCと金属(Ni)によるモールド作製とその利用
      (東京都立大学、神奈川科学技術アカデミー)
152
   (12) 超精密切削による金属モールド作製技術(東芝機械(株)) 156
   (13) 極小径超硬コーティングエンドミル(日立ツール(株)) 162
  3.2.2 モールド材料 164
   (1) サファイアの光インプリントモールドへの利用(東京理科大学) 164
   (2) ダイヤモンドモールド(山口東京理科大学) 166
   (3) ガラス材料の熱ナノインプリント用SiO2/Siモールド(大阪府立大学) 166
   (4) 離型性の高いフッ素樹脂モールド材(旭硝子(株)) 167
   (5) 離型不要の水溶性レプリカモールド材(リソテックジャパン(株)) 169
  3.2.3 モールドの離型性改善方法 172
   (1) ポリマー系自己組織化単分子膜処理(メチル系のシランカップリング剤
      によるフッ素樹脂単分子膜コート)
172
   (2) DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜処理 173
 3.3 検査・評価装置 173
  3.3.1 マクロ外観検査・解析装置(日本ミニコンピュータシステム(株))  173
  3.3.2 光または電子線を利用した描画検査装置(米KLA Tencor) 175
  3.3.3 ナノインプリントリソグラフィーの原版から転写された凹凸パターンの
      欠損欠陥修正方法(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株))
176
  3.3.4 ダイヤモンド圧子による引掻き修正装置(米RAVE社) 176
 引用文献 177

第4章 ナノインプリント使用材料
183
 4.1 成形材料 183
  4.1.1 光ナノインプリント用樹脂の開発と性能評価(東洋合成工業(株)) 183
   (1) 光ナノインプリント用樹脂の種類 184
   (2) 光ナノインプリント用樹脂への要求特性 186
   (3) 光ナノインプリント用樹脂の評価 186
   (4) 光ナノインプリントリソグラフィープロセスを用いた微細加工の例 193
   (5) 光ナノインプリントリソグラフィー用樹脂“PAK-01”の特徴 197
  4.1.2 SOGを応用した構造材料向け室温転写ナノインプリント材料
      (東京応化工業(株))
199
  4.1.3 室温ナノインプリント材料HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)(兵庫県立大学) 200
   (1) 篭型HSQと梯子型HSQ 200
   (2) 篭型HSQと梯子型HSQを転写材料として使用した
      室温ナノインプリントの比較
201
  4.1.4 高アスペクト比エポキシ樹脂系レジストのプロセス条件最適化
      (リソテックジャパン(株))
203
  4.1.5 有機・無機ハイブリッド光ナノインプリント材料((株)KRI) 208
  4.1.6 離型性の高いフッ素含有光ナノインプリント用樹脂(旭硝子(株)) 211
 4.2 離型材 213
  4.2.1 剥離エネルギー測定による末端封止
      ポリフッ化アルキルメチルシロキサンオリゴマーの離型性評価
      (東京理科大学)
214
  4.2.2 熱ナノインプリント用熱可塑性フッ素樹脂(旭硝子(株)) 215
  4.2.3 フルオロアルキルアクリレート系高分子薄膜の表面特性と
      表面分子鎖凝集構造(九州大学) 
216
  4.2.4 シランカップリング型フッ素系離型材のナノインプリントへの応用
      (大阪府立大学)
226
  4.2.5 常温乾燥型のフッ素系コーティング離型材(住友スリーエム(株)製) 229
  4.2.6 フッ素含有ダイヤモンドライクカーボンの剥離性評価と
      ダイヤモンドライクカーボンとの比較(兵庫県立大学)
229
 引用文献 233

第5章 ナノインプリント技術の応用と展開
237
 5.1 半導体、集積回路 240
  5.1.1 ナノインプリント法の半導体への応用動向 240
  5.1.2 22nmCMOSプロセスへのナノインプリント技術の適用((株)東芝) 246
  5.1.3 チャネル長300nmの有機FETの作製(総合研究大学院大学、
      分子科学研究所)
249
 5.2 マイクロマシン、MEMS 251
  5.2.1 MEMS実装への応用((独)産業技術総合研究所) 252
  5.2.2 熱インプリントガラス材料のMEMSへの利用((独)産業技術総合研究所) 253
 5.3 光デバイス 263
  5.3.1 ナノインプリント法の光デバイスへの応用動向 253
  5.3.2 コールドエンボスによる新しい光マイクロシステムの製造
      (独Sss Microtec AG)
257
  5.3.3 ナノインプリント技術による無反射・防塵構造の実現と無反射・
      防塵ナノプリズムアレーの製造(オムロン(株))
259
   (1) 基本構造 260
   (2) 複製プロセス 262
   (3) 試作D-ARSの評価 263
   (4) 光学デバイスヘの展開 265
  5.3.4 光学フィルム用ホットエンボス技術(オムロン(株)) 267
   (1) 生産ラインの構成 268
   (2) 要素技術 269
  5.3.5 ナノインプリントリソグラフィーによるモルフォブルー量産技術の開発
      (大阪大学、(独)理化学研究所、(独)科学技術振興機構、大阪府立大学)
273
   (1) モルフォ蝶発色の原理 273
   (2) 人工モルフォ再現基板 274
   (3) 量産技術の開発 275
   (4) 応用に向けた取り組み 279
  5.3.6 FIB(Focused Ion Beam)法により作製したモールドでのガラスの
      熱ナノインプリント
280
   (1) 光ナノインプリント用樹脂の種類 280
   (2) フェムト秒レーザで作製した非晶質カーボンモールドによるガラスの
      熱ナノインプリント
282
   (3) エキシマレーザーで作製した非晶質カーボンモールドによるガラスの
      熱ナノインプリント
282
   (4) 研削加工で作製した非晶質カーボンモールドによるガラスの
      熱ナノインプリント
283
  5.3.7 酸化物のナノレベル自己組織化パターンを用いたガラスの
      ナノインプリント(東京工業大学)
283
  5.3.8 ナノキャスティング法による高アスペクト比マイクロ・ナノ構造の
      成形と光学素子への利用(大阪府立大学)
286
  5.3.9 ナノインプリント技術を用いた広帯域波長板の作製
      (コニカミノルタテクノロジーセンター(株))
288
  5.3.10 ガラスへの位相制御可能な微細サブ波長周期構造の形成
      (コニカミノルタオプト(株))
295
  5.3.11 サブ波長格子による無反射光学素子作製・複製技術
      (文部科学省都市エリア産学官連携事業:大阪/和泉エリア
      (2002〜2005年))
299
   (1) 無反射光学素子 300
   (2) AR光学素子のマスターモールド作製技術 302
   (3) AR光学素子の複製技術 306
  5.3.12 サブ波長構造を有する光学素子の転写技術(文部科学省都市エリア
      産学官連携事業:大阪/和泉エリア(2002〜2005年))
307
   (1) サブ波長光学素子について 307
   (2) 表面無反射光学素子の設計 308
   (3) プロセス 309
   (4) 高アスペクト比成形 314
   (5) 光学特性 314
  5.3.13 インプリント法による複製ポリマー光導波路とデバイスへの応用
      (オムロン(株))
315
   (1) 複製ポリマー光導波路 316
   (2) 複製ポリマー光導波路を用いた光通信デバイス 320
   (3) ポリマー光導波路作製技術の光学デバイスへの展開 322
  5.3.14 石英ガラスの高精度微細加工技術による光導波路作製(日立電線(株)) 325
  5.3.15 光導波路に用いる共振器作製へのナノインプリントの利用
      ((独)科学技術振興機構:戦略的創造研究推進事業“超高速・
      超省電力高性能ナノデバイス・システムの創製”研究領域)
327
  5.3.16 ナノインプリント技術を用いたフォトニック結晶バンドエッジレーザの作製
      (日本電信電話(株))
327
  5.3.17 ナノインプリント技術によるホログラム素子の作製(東京理科大学) 330
   (1) ホログラム素子作成法 330
   (2) ホログラムの応用 335
 5.4 パターンドメディア 336
  5.4.1 自己組織化によるナノパターンドメディア作製((株)東芝) 336
   (1) パターンドメディアの必要性 337
   (2) 自己組織化パターンドメディアの作製法 338
   (3) 磁気特性 344
  5.4.2 ナノインプリント法によるアルミニウムパターンドメディア
      ((株)山形富士通、富士通(株)、(財)神奈川科学技術アカデミ)
345
 5.5 バイオ・流体デバイス 346
  5.5.1 マイクロコンタクトプリントを用いたバイオチップ作製(兵庫県立大学) 347
  5.5.2 ナノピラーシートを用いた細胞培養((独)産業技術総合研究所、
      北海道大学、(株)日立製作所)
348
   (1) ナノピラー細胞培養シートでのHeLa細胞の培養((独)産業技術総合研究所、
      (株)日立製作所)
349
   (2) ナノピラー細胞培養シート表面微細構造が細胞培養特性に与える影響
      ((株)日立製作所、北海道大学、(独)産業技術総合研究所)
352
  5.5.3 微細構造を有する表面のバイオケミカル修飾による免疫分析への応用
      ((株)日立製作所)
355
  5.5.4 ポリ乳酸への熱ナノインプリントによる使い捨てバイオチップなどへの応用
      (大阪府立大学)
357
  5.5.5 ハイスループットに作製可能な局在プラズモン共鳴バイオセンサーチップ
      (オムロン(株)) 
357
   (1) 局在表面プラズモン共鳴 358
   (2) 従来の局在表面プラズモン共鳴生成の課題 359
   (3) ナノ加工による局在プラズモン共鳴バイオセンサーチップの開発 360
   (4) センサーチップの特性 362
  5.5.6 バイオナノプロセス:生体分子が作るナノ構造素子(松下電器産業(株)、
      奈良先端科学技術大学院大学)
365
   (1) バイオナノプロセス 366
   (2) フェリチン分子と、自己集合による二次元結晶化 366
   (3) 単一ナノドットの基板上へ任意配置 366
   (4) フローティンクドットメモリ素子 367
  5.5.7 石英ガラスの高精度微細加工技術によるバイオ用マイクロ流路の作製
      (日立電線(株))
367
  5.5.8 DNAの高速精密分離流路(日本電気(株)) 370
  5.5.9 DNAのナノパターニング(大阪大学) 370
  5.5.10 ガラスの熱ナノインプリント成形品のバイオチップへの利用
      ((独)産業技術総合研究所)
371
  5.5.11 化合物プロファイリングに応用できる細胞チップ((独)産業技術総合研究所) 371
  5.5.12 ストレス計測チップの開発((独)産業技術総合研究所) 372
  5.5.13 新規蛍光検出器によるバイオチップデバイスの小型化
      ((独)産業技術総合研究所)
373
  5.5.14 プロテオーム解析を推進するタンパク質チップ((独)産業技術総合研究所) 375
  5.5.15 高機能ナノ空間を有するスマートカプセル((独)産業技術総合研究所) 376
  5.5.16 自己組織化能を利用した心疾患マーカーセンサー
      ((独)産業技術総合研究所)
377
  5.5.17 より安全な遺伝子治療が可能な新規遺伝子治療用ベクターの開発
      ((独)産業技術総合研究所)
377
  5.5.18 細胞のセンシングとマニュピレーションの技術((独)産業技術総合研究所) 378
  5.5.19 生体系ナノアクチュエーター((独)産業技術総合研究所) 380
  5.5.20 細胞を操作するナノスケールの針(“セルサージェリー”)
      ((独)産業技術総合研究所)
381
  5.5.21 マイクロニードル(無痛注射針)(京都薬科大学) 382
 引用文献 383

第6章 ナノインプリント技術の展望
392
 6.1 ナノインプリントの応用展開 392
 6.2 ナノインプリントの実用化に向けた課題 395
 引用文献 396

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