【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NM5062
利用課題名 / Title
ナノ薄膜の電子線描画パターニングによるプラズモンナノ共振器の作製
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ダイシング/ Dicing,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,エリプソメトリ/ Ellipsometry,フォトニクス/ Photonics
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)
宮崎 英樹
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
笠谷 岳士
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
津谷 大樹,渡辺 英一郎,大里 啓孝,吉田 美沙,簑原 郁乃,大谷 まさみ
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-610：電子銃型蒸着装置 [RDEB-1206K]
NM-605：水蒸気プラズマ洗浄装置 [AQ-500 #1]
NM-603：レーザー描画装置 [DWL66+]
NM-619：赤外線ランプ加熱装置 [RTP-6 #2]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々はこれまでに、プラズモンナノ共振器アレイの基本構造として、基板に垂直な方向に深さ1/4波長の金属/誘電体/金属構造を埋め込んだトレンチ型共振器を採用してきた。しかしこの手法では、高いアスペクト比を持つ微細構造を実現する必要があったため、使用するプロセスに制約が多いことが問題となっていた。そこで本研究では、これまでのトレンチ型共振器と等価な共鳴特性を持つ構造を、2次元的なパターニングのみを用いて実現するための平面型共振器構造の設計・作製手法を確立することを目指す。具体的には基板に平行に金属/誘電体/金属薄膜を積層し、上層の金属層をストライプや矩形に加工することで共鳴波長や吸収率、偏光特性などを制御する。
実験 / Experimental
多元スパッタ装置、全自動スパッタ装置、12連電子銃型蒸着装置、原子層堆積装置などを用いたナノ薄膜の形成、高速マスクレス露光装置を用いたナノ／マイクロ構造の描画、化合物ドライエッチング装置あるいはリフトオフによるパターニングを行った。また、原子間力顕微鏡、触針式表面段差測定装置、自動エリプソメータ等を用いた膜厚等の測定を行い、作製した構造の評価を行った。さらに、ダイシングソーなどによる基板切断、RTA装置による熱処理なども行った。125kV電子ビーム描画装置については、Doseと実際の寸法の関係を調べた。
結果と考察 / Results and Discussion
125kV電子ビーム描画装置ELS-F125のDoseと寸法の関係をFig.1に示す (レジスト: FEP171、CAD: 1辺が780nmピッチ1.9umの正方形)。18uC/cm2では横長の長方形になるため、この値を避けて描画した。赤外吸収スペクトルを評価し、設計スペクトルと比較することにより、設計パラメータや加工条件の最適化を進め、最終的に中赤外光検出器に応用した。作製したデバイスをワイヤボンダーによりパッケージに実装し、動作することを確認した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 電子ビーム描画装置ELS-F125のDoseと寸法の関係
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 宮崎英樹, 間野高明, 野田武司, 笠谷岳士, Y. B. Habibullah, 石田暢之, "アンテナ増強量子ラチェット赤外検出器", 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会, 25a-11F-9, 発表予定 (東京・東京都市大学), 2024.03.25
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件