利用報告書 / User's Report

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2024.07.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0003

利用課題名 / Title

ナノインプリント材料とプロセスの開発 / Development of materials and processes for nanoimprint

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,ナノフォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,フォトニクス/ Photonics,メタマテリアルメタマテリアル/ Metamaterial


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

中川 勝

所属名 / Affiliation

東北大学多元物質科学研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

秋山敏憲, 大沼晶子, 瀬戸陽子, 中川勝

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

戸津健太郎, 森山雅昭, 菊田利行, 庄子征希

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-201：DeepRIE装置#1
TU-202：DeepRIE装置#2
TU-058：マスクレスアライナ
TU-211：プラズマクリーナー
TU-215：イオンミリング装置


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究グループでは光ナノインプリントリソグラフィ（UV-NIL）による有機・無機・金属材料から成るナノ構造体デバイスの創製を目的に、UV-NILの材料やプロセス、ナノ構造体の光学特性に関する研究を行っている。今年度はUV-NILによる微細加工を指向した合成石英モールドの作製を目的とし、マスクレスフォトリソグラフィによるモールド作成条件を検討した。

実験 / Experimental

【利用した主な装置】
マスクレスアライナ(TU-058). DeepRIE装置#1 (TU-201)，イオンミリング装置 (TU-215)

【実験方法】
メタルハードマスク付き合成石英基板上に、ポジ型フォトレジストOFPR–800 LBをスピン塗布により成膜した。マスクレスアライナを用いて20 µm角の正方形マークをフォトレジスト膜に描画し、TMAH水溶液による現像でレジスト正方形マークを得た。描画露光量（装置内パラメータ“Dose” [mJ/cm³]）および焦点ぼかし（同“Defoc”）の値を露光条件としてそれぞれ、31, 33, 35および0, -1, -2と変化させ、露光条件と得られる正方形マークの形状との関係を調べた。

結果と考察 / Results and Discussion

作製した正方形レジストマークの光学顕微鏡像と露光条件の対応を図1に示す。露光量が35 mJ/cm³の条件で描画されたマークの角は丸みを帯びている一方で、31 mJ/cm³の条件では角が鋭いことから、試行した条件群の中で最適な露光量は31 mJ/cm3であることがわかった。また、露光量35 mJ/cm3を露光条件として固定し、焦点ぼかしを変化させたところ、焦点ぼかし-2の場合よりも0の場合の方がマークの角が鋭く描画されていた。以上から、露光量31 mJ/cm3, 焦点ぼかし0が最適な露光条件であることがわかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


Fig. 1 Correspondence between the exposure conditions and the shape of square mark of photoresist after development. The exposure conditions indicated by “Dose” and “Defoc” correspond to exposure [mJ/cm3] and defocus, respectively.


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・本研究の遂行にあたりまして各装置の使用等に関する数多のご助力を賜りました、東北大学マイクロシステム融合研究開発センターの菊田利行研究員、庄子征希研究員、森山雅昭先生、戸津健太郎先生に厚く御礼申し上げます。


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Masaru Nakagawa, Micro-print and nano-imprint methods combining laser-drilled screen printing and ultraviolet nanoimprint lithography: a review, Japanese Journal of Applied Physics, 61, SD0805(2022).
    DOI: 10.35848/1347-4065/ac575f
  2. Masaru Nakagawa, Selecting adhesive molecular layers with matched surface free energy and chemisorption for shape-fixed UV-cured thin films fabricated by laser-drilled screen printing and UV nanoimprinting, Japanese Journal of Applied Physics, 62, SG1010(2023).
    DOI: 10.35848/1347-4065/acb55c
  3. Kanta Kawasaki, Photo-oxidative degradation of fluorinated chemisorbed monolayers studied by contact angle measurements and time-of-flight secondary ion mass spectrometry, Japanese Journal of Applied Physics, 62, SG1009(2023).
    DOI: 10.35848/1347-4065/acb55b
  4. Kohei Chiba, Nondestructive x-ray reflectivity analysis of Al distributions of ultraviolet-cured spin-coated resist films hybridized with trimethylaluminum, Journal of Vacuum Science & Technology B, 40, (2022).
    DOI: 10.1116/6.0001747
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 吉田健, 第71回高分子学会, 優秀ポスター賞（2022. 9. 7）
  2. Kanta Kawasaki, The 22nd International Conference on Nanoimprint and Nanoprint Technology, Student Poster Award for Impressive Poster Award (2022. 10. 7)
  3. Photo-oxidative decomposition of a fluorinated antisticking molecular layer monitored by contact angle measurements and time of flight secondary ion mass spectrometry, Kanta Kawasaki, Rie Shishido, Akiko Onuma, Hiromasa Niinomi, Masaru Nakagawa, 35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference, 2022年11月10日
  4. Micro-print and nano-imprint method using adhesive molecular layers with low surface-free-energy and chemisorption, Kanta Kawasaki, Akiko Onuma, Hiromasa Niinomi, Masaru Nakagawa, 35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference, 2022年11月10日
  5. Selection of adhesive molecular layers with monomer-repellence and chemisorption for a shape-fixed residual in UV nanoimprint lithography, Kanta Kawasaki, Akiko Onuma, Hiromasa Niinomi, Masaru Nakagawa, Nanoimprint and Nanoprint Technology Conference, 2022, 2022年10月6日
  6. Atom-scale-precision fluorescence alignment demonstrated by computational simulation, Hiromasa Niinomi, Subaru Harada, Toshiyuki Hayakawa, Masaru Nakagawa, Nanoimprint and Nanoprint Technology Conference, 2022, 2022年10月6日
  7. フッ素含有自己組織化単分子膜の光酸素酸化におけるUVオゾン照射と真空UV照射の違い, 川崎 貫太, 宍戸 理恵, 新家 寛正, 大沼 晶子, 中川 勝, 第71回高分子討論会, 2022年9月
  8. 一桁ナノ造形に向けた孤立印刷配置された サブピコリットル光硬化性液滴の押力延展の検討, 中川勝, 大沼 晶子, 新家 寛正, 伊藤 伸太郎, 福澤 健二, 浅野 俊哉, 第71回高分子討論会, 2022年9月
  9. 光硬化性微小液滴の平板押印成形体の蛍光顕微鏡観察, 吉田 健, 大沼 晶子, 新家 寛正, 中川 勝, 第71回高分子討論会, 2022年9月
  10. Fluorescence Alignment for Atomic-Scale Position Adjustment in Ultraviolet Nanoimprint Lithography, Hiromasa Niinomi, Subaru Harada, Toshiaki Hayakawa, Masaru Nakagawa, The 65th International Conference on Electron, Ion and Photon Beam Technology and Nanofabrication (EIPBN 2022), 2022年6月1日
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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