平成 21 年度戦略的基盤技術高度化支援事業レーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子量産用ナノインプリントモールドの開発研究開発成果等報告書平成 22 年 3 月委託者関東経済産業局委託先ナノクラフトテクノロジーズ株式会社 1

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ふじきみとくやす
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1 平成 21 年度戦略的基盤技術高度化支援事業レーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子量産用ナノインプリントモールドの開発研究開発成果等報告書平成 22 年 3 月委託者関東経済産業局委託先ナノクラフトテクノロジーズ株式会社 1

2 目次第 1 章研究開発の概要 1-1 研究開発の背景研究目的及び目標 1-2 研究体制研究組織 ( 全体 ) 管理体制管理員及び研究員協力者 1-3 成果概要 1-4 当該研究開発の連絡窓口第 2 章本論 2-1 ナノインプリントモールド ( 金型 ) 開発要素技術開発高感度パターンニング技術開発マスク材料の選定エッチング条件最適化パターン重ね合わせ開発金型加工開発単層加工の開発層加工の開発多段構造開発 2-2 ナノインプリント加工開発樹脂材ナノインプリント加工開発樹脂材ナノインプリント加工条件最適化樹脂材ナノインプリント金型耐久性評価低融点ガラスナノインプリント加工開発低融点ガラスナノインプリント加工条件最適化低融点ガラスナノインプリント金型耐久性評価石英ガラスナノインプリント加工開発最終章全体総括 2

第 1 章研究開発の概要 1-1 研究開発の背景研究目的及び目標レーザープロファイル整形用ガラス光学素子 ( 注 1) をナノインプリント ( 注 2) 加工により作成するためのナノメートル精密制御の立体構造を持つナノインプリント用金型 ( モールド ) の開発近年のレーザーシステムの発展には目覚しいものがあり ( 図 1) 金属材料の切断溶接からプリント基板の穴あけ半導体 LED

3 第 1 章研究開発の概要 1-1 研究開発の背景研究目的及び目標レーザープロファイル整形用ガラス光学素子 ( 注 1) をナノインプリント ( 注 2) 加工により作成するためのナノメートル精密制御の立体構造を持つナノインプリント用金型 ( モールド ) の開発近年のレーザーシステムの発展には目覚しいものがあり ( 図 1) 金属材料の切断溶接からプリント基板の穴あけ半導体 LED 太陽電池製造工程のダイシング液晶や半導体デバイスのアニール医療分野精密測定用など様々な産業で実用化が進められているこれはレーザーの性質や品質の飛躍的な向上によるとことが大きいレーザーの断面強度分布はガウス分布 ( 正規分布 ) になっておりレーザー焦点でのレーザー強度は不均一になっている一方レ図 1 レーザー加工装置生産額年度推移 ( 財 ) 光産業技術振興協会光産業の動向より ) ーザー加工用途の多様化に伴い垂直な形状の穴あけ太陽電池製造工程のレーザースクライビングなど不均一なガウス分布ではなく均一な強度分布に対するニーズが高まってきているこれを実現する方法としてホログラフィック光学素子が用いられる光の波長オーダーの微細なパターンと深さ方向への複雑な立体構造を有しその作成には MEMS 技術 ( 注 3) を使用し多大の時間と費用を要しているため導入に対し障壁になっているケースも多いまた現在の市場はほぼ外国企業製品に占められているそこで簡便で省資源省エネルギーな成形法が求められており金型成形であるナノインプリント加工はこれを解決するものとして期待されている従来技術と金型ナノインプリント手法を使用しての相違点を図 2 に示す図 2 のように作成工程が大幅に減り低コスト低環境負荷短納期でホログラフィック光学素子が作成できるようになるまた図 3 に示すとおり今回の開発した金型は多段構造 (8 段 ) を有しておりしかも平面方向はマイクロレベル (5μm オーダー ) 深さ方向ナノレベル (100nm オーダー ) の精密制御が必要であり大変高度かつ高精度な金型作成技術となる従来技術 (MEMS 加工 ) フォトマスクフォトレジスト UV 光新技術 ( インプリント加工 ) 金型基板 1 レジスト塗布 2 露光基板 3 現像 4 エッチング完成 5 回繰り返しホログラフィック光学素子計 25 工程で作成完了 1 インプリント加工計 1 工程で作成完了 5 レジスト除去完成ホログラフィック光学素子課題特徴高価高価な装置装置が多数必要多数必要複雑複雑な作成工程金型加工金型加工でありであり 1 工程で完成高コストコスト高環境負荷するため低コストコスト低環境負荷低環境負荷長納期短納期で作成可能図 2 従来技術と金型インプリント加工技術を用いての作成相違点と特徴 3

4 ホログラフィック光学素子用金型金型多段 ( 目標 8 16 段以上段以上 ) ) 深さ深さ 30nm 100nm オーダーオーダー水平幅 5μm オーダー図 3 金型構造上述のような複雑構造を持つナノインプリント用金型 ( モールド ) の作成技術は確立されていない本開発においてはこの作成方法を確立することによりレーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子量産用ナノインプリントモールドの開発を行うとともにナノインプリントによってホログラフィック光学素子を作成する研究開発目標 1 金型開発 1-1. 高感度パターンニング技術開発目標値 : 感度 50μC/cm 2 以上 1-2. マスク材料の選定目標値 : 基板との選択比 ( エッチレート比 )10 以上 1-3. エッチング条件最適化目標値 : 表面粗さ悪化 10nm 以下 1-4. 単層加工の開発目標値 : 設計値からのずれ 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 1-5. パターン重ね合わせ開発目標値 : 重ね合わせずれ幅 100nm 以内 1-6. 二層加工開発目標値 : 設計値からのずれ 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 1-7. 多段構造開発目標値 : 設計値からのずれ 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 2 ナノインプリント加工開発 2-1. 加工条件最適化目標値 : 転写精度 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 2-2. 金型耐久性評価目標値 :10 回転写後転写精度 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 4

5 1-2 研究体制 ( 研究組織管理体制研究者氏名協力者 ) 研究組織 ( 全体 ) ナノクラフトテクノロジーズ株式会社統括研究代表者 (PL) ナノクラフトテクノロジーズ株式会社研究開発部長上野昭久副統括研究代表者 (SL) ナノクラフトテクノロジーズ株式会社代表取締役社長山田昌宏管理体制 1 事業管理者 [ ナノクラフトテクノロジーズ株式会社 ] 代表取締役 ( 業務管理者 ) 代表取締役社長山田昌宏企画営業統括部 ( 経理担当者 ) 経理課長佐土俊一研究開発部 ( 業務管理者 ) 研究開発部長上野昭久 5

6 1-2-3 管理員及び研究員事業管理者ナノクラフトテクノロジーズ株式会社 1 管理員氏名所属役職実施内容 ( 番号 ) 上野昭久研究開発部長 3 2 研究員氏名所属役職実施内容 ( 番号 ) 上野昭久 ( 再 ) 研究開発部長 1(1~7) 2(1,2) 佐土俊一研究開発部研究員 2(1,2) 3 経理担当者及び業務管理者の所属氏名 ( 事業管理者 ) ナノクラフトテクノロジーズ株式会社 ( 経理担当者 ) 企画営業統括部経理課長佐土俊一 ( 業務管理者 ) 代表取締役社長山田昌宏研究開発部長上野昭久協力者氏名所属役職備考高木秀樹独立行政法人産業技術総合研究所先進製造プロセス技術研究部門インプリント製造技術研究グループ主任研究員アドバイザー菅沼孝吉株式会社エンプラス開発本部開発部課長アドバイザー 1-3 成果概要本事業における多段金型の開発及びナノインプリント加工開発により低コストでホログラフィック光学素子を作成するチャレンジは 8 段構造の正確な金型作成及びこの 8 段構造の金型を使用してのナノインプリント技術により多段構造光学素子作成するにいたった光学樹脂材低融点光学ガラス材石英ガラス材すべての光学素子材おいて寸法精度は目標精度に対し十分な精度であった多段金型の開発においては最初に多段モールド作成のための要素技術開発を行ったその要素技術を用いて単層構造作成技術を開発しそれと並行してパターン重ね合わせ技術開発を行ったその後単層構造作成技術とパターン重ね合わせ技術を組み合わせて 2 層構造を作成しさらに 2 層加工を発展させ多段構造加工技術の開発を行い 8 段構造の金型を作成したその結果目標精度を十分に達成できる金型作成技術を開発した開発した多段金型を使用して樹脂及び低融点ガラス石英ガラスを成形材料として最適インプリント条件 ( 温度圧力時間 ) を求めたその後最適インプリント条件にて繰り返し転写試験を行いモールドの耐久性を評価した精度耐久性とも目標精度を十分に達成できた 1-4 当該研究開発の連絡窓口ナノクラフトテクノロジーズ株式会社研究開発部研究開発部長上野昭久 Tel/Fax: ueno@nact.biz 6

7 第 2 章本論 2-1 ナノインプリントモールド ( 金型 ) 開発開発にあたり最初に多段モールド作成のための要素技術開発を行いその要素技術を用いて単層構造作成技術を開発するそれと並行してパターン重ね合わせ技術開発を行うその後単層構造作成技術とパターン重ね合わせ技術を組み合わせてまずは 2 層構造を作成するさらに 2 層加工を発展させ多段構造加工技術の開発を行い 8 段以上の構造を目指す目標値 : 設計値からのずれ 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 金型の作成方法を図 4 に示す最初に精密に表面研磨した金型基板 ( 東海カーボン社製グラッシカーボン以下 GC と呼ぶ ) にマスク材料をスパッタにて成膜するその後レジストを塗布し電子線描画にてパターンニングを行いマスク材料をドライエッチングし基板をドライエッチングするその後レジストマスク材料を除去するこの工程を 3 回繰り返し多段モールド ( 段差 8 段 ) を作成する 3 回のエッチング繰り返しで 8 段の段差を作成する方法を図 5 に示す従来単層金型加工技術マスク材料 1. マスク材料製膜金型基板 5. マスク材料製膜 1-2. マスク材料の選定多段金型加工開発マスク材料 2. レジスト塗布電子線描画パターンニングレジストマスク材料 3. マスク基板ドライエッチング 6. レジスト塗布電子線描画重ね合わせパターンニング 1-1. 高感度パターンニング技術開発 1-5. パターン重ね合わせ技術の開発 7. マスク基板ドライエッチング 1-3. エッチング条件最適化マスク材料レジスト複数回繰り返す (8 段以上 ) 4. レジストマスク材料除去 8. レジストマスク材料除去図 4 金型作成方法図 5 グラッシーカーボンエッチング 3 回で 8 段構造を作成する方法要素技術開発 ( 開発項目 1-1 2,3,5) 高感度パターンニング技術開発 ( 開発項目 1-1) 電子線描画は一般的に他の工程に比べ極めて時間がかかる工程であり高感度にパターンニングする技術を開発し比較的短時間で工程を終了することは低コスト化に大きな影響をあたえる特に多段モールドを作成するには電子線描画を繰り返し行わなくてはならないため大変重要な技術開発といえるそこで電子線描画用高感度レジストを用いて条件だしを行った電子線描画用高感度レジストをシリコン基板上にスピンコートしその後ホットプレートにてベークしたその後電子線描画装置を用いて電子線のドーズ量を 6~139μC/cm 2 の間で変化させ描画を行った描画の後現像液を用いて室温で現像しリンス液にて室温リンスを行ったその後純水にて洗浄しスピン乾燥したパターンの出来具合を光学顕微鏡にて観察した画像 1 に示す電子線ドーズ量が 33μC/cm 2 以上でパターンニングできているように見える念のためこのサンプルをシリコンドライエッチングレジスト除去を行い再度光学顕微鏡にて観察した画像 2 に示す電子線ドーズ量が 39μC/cm 2 以上でパターンニングできているこの結果は目標値である感度 50μC/cm 2 以上を達成している 7

画像 1 レジストパターンニング後の光学顕微鏡画像画像 2 シリコンドライエッチング後の光学顕微鏡画像 2-1-1-2 マスク材料の選定 ( 開発項目 1-2) GC 基板をエッチングする際マスクとのエッチングレート選択比 ( マスク選択比 =GC エッチングレート / マスクエッチングレート ) は加工精度コスト両面から重要であるマスクとの選択比が高ければ

エッチングレート結果を表 1 に示す選択比 (GC レート / マスク材レート ) に換算したものを表 2 に示す結果マスク材として Au( 金 ) の選択比が 22.

8 画像 1 レジストパターンニング後の光学顕微鏡画像画像 2 シリコンドライエッチング後の光学顕微鏡画像マスク材料の選定 ( 開発項目 1-2) GC 基板をエッチングする際マスクとのエッチングレート選択比 ( マスク選択比 =GC エッチングレート / マスクエッチングレート ) は加工精度コスト両面から重要であるマスクとの選択比が高ければ成膜するマスク膜厚を薄くできまたマスクエッチング量も少なくでき低コストにできるまずシリコン基板上に各種マスク材をスパッタ装置を使用して 300nm 程度成膜した比較となるグラッシカーボン ( 以下 GC) データは GC 基板を用いた続いて GC エッチング装置を使用して各種マスク材と GC をエッチングしエッチングレートの比較を行ったエッチングレート結果を表 1 に示す選択比 (GC レート / マスク材レート ) に換算したものを表 2 に示す結果マスク材として Au( 金 ) の選択比が 22.8 で目標の選択比 10 以上が達成されていることがわかったエッチングレート (nm/min) Ti W Mo Au GC 表 1 エッチングレート結果選択比 (GC レート / マスク材レート ) Ti W Mo Au GC 表 2 選択比結果エッチング条件最適化 ( 開発項目 1-3) GC のエッチング工程においてエッチング後の GC 表面の粗さは光学素子を作成する上で非常に重要である加工表面が荒れていると作成する光学素子に入射されたレーザーが散乱し設計どおりの特性が得られず問題となる可能性がある 8

9 GC のエッチングは通常ドライエッチング装置にて酸素ベースのプラズマによりエッチングされるが酸素のみで行うとエッチングされた加工物の表面が荒れてしまうそこで酸素に SF 6 ( 六フッ化硫黄 ) ガスを少量添加し最適化した GC 基板を GC エッチング装置を使用して 1.2μm エッチングしエッチング前後表面粗さを SII ナノテクノロジ社製 L-tra ce AFM にて測定した画像 3 でわかるようにエッチング前の表面粗さ値は Ra が 4.5nm RMS が 5.7nm エッチング後の Ra が 2.6nm RMS が 3.3nm でありエッチングによる表面粗さ悪化は見られず目標値の表面粗さ悪化 10nm 以下を達成できている Ra: RMS: エッチング前 4.5nm 5.7nm Ra: RMS: エッチング後画像 3 GC エッチング前後の GC 表面粗さ 2.6nm 3.3nm パターン重ね合わせ開発 ( 開発項目 1-5) 電子線描画においてパターンニングされた基板とのパターンの重ね合わせ精度はレーザープロファイルの設計値とのずれに直接関係する重要な項目であるそこでパターンの重ね合わせ精度の最適化を行った最初にパターン重ね合わせ用基板を作成した基盤はシリコンを用いパターン深さは 500nm にした作成した基板を用いて重ね合わせ実験を行った測定は精度測定の一般的な方法であるバーニア法 ( 注 4) を用いて行った重ね合わせ精度測定結果を画像 4 に示す重ね合わせずれ値は X 方向 200nm Y 方向 20 0nm であった目標値のずれ量 100nm 以下には収まっていないそこで X 方向 Y 方向 θ( 回転 ) 方向の補正実験測定を繰り返し行い重ね合わせ精度の追い込みを行った追い込み後の重ね合わせ精度測定結果を画像 5 に示す重ね合わせずれ値は X 方向 50n m Y 方向ほぼ 0nm であり目標値のずれ量 100nm 以下になり目標を達成した重ね合わせパターン重ね合わせパターン下地パターン X ずれ :+200nm Y ずれ :+200nm 下地パターン X:+50nm Y:+0nm 画像 4 重ね合わせ精度測定結果画像 5 補正後の重ね合わせ精度測定結果 9

２１２金型加工開発開発項目 ① ４６７２１２１単層加工の開発開発項目 ① ４記試上要素技術開発をもとにまずは

最初に電子線描画レジストをスピンコーターにて基板に塗布しホットプレートにてベークするその後電子線描画装置にて描画を行い現像し

最後にードマスク材である Au を Au エッチング液を用いて除去し Ti を除去する加工形状を o 社製レーザー測定装置 e ie

しては FE-SEM で行った画像６７深さ方向は目標値 500nm に対し実測値は 600nm で 10 のずれであり目標の 5

10 ２１２金型加工開発開発項目 ① ４６７２１２１単層加工の開発開発項目 ① ４記試上要素技術開発をもとにまずは単層金型の作成をみた基板は４インチ 2mm 厚の GC 基板を用いてードマスクをスパッタにて成膜するその後電子線描画工程を行う最初に電子線描画レジストをスピンコーターにて基板に塗布しホットプレートにてベークするその後電子線描画装置にて描画を行い現像しパターンを形成するそのパターンをマスクとしてードマスクをエッチングするその後 GC 基板のエッチングを行い深さ 500nm の加工を行う最後にードマスク材である Au を Au エッチング液を用いて除去し Ti を除去する加工形状を o 社製レーザー測定装置 e ie 5000 及び立イテクノロジーズ社製 FE-SEM S-4800 を使用して観察測定を行った垂直方向測定にはレーザー測定を水平方向にしては FE-SEM で行った画像６７深さ方向は目標値 500nm に対し実測値は 600nm で 10 のずれであり目標の 5 以内をたしていないがこの結果を 2 層金型開発にフィードバックする具体的には GC エッチング時間を短する平方向にしては目標値が 5μm に対し実測値は μm でのずれで目標値である水平方向ずれ 5 以内を達成したハハ関満関ハ Zyg N wv w 日ハ約縮機画像６単層金型のレーザー測定画像及び測定データ画像７単層金型の FE-SEM 画像及び測定データ 10

2-1-2-2 2 層加工の開発 ( 開発項目 1-6) 上記単層加工開発結果をもとに 2 層加工金型の作成を試みた 1 層目は単層金型作成とほぼ同様の工程にて製作した単層金型作成では深さ方向ずれが大きかったため

の成膜を行いそれに伴ってハードマスクエッチング工程のエッチング時間を短縮したまた GC エッチングは目標加工量 500nm に対して 2 層目は目標加工量 250nm とした

のずれだった水平方向に関しては目標値が 5μm に対し実測値は 5.00~5.04μm で 0.0~0.

( 開発項目 1-7) 上記 2 層加工開発結果をもとに多段構造金型の作成を試みた 1 2 層目は 2 層金型作成と同様の工程にて製作した 3 層目は基本的に 1 2 層目と同様な工程にて作成を行うが 3 層目の

11 層加工の開発 ( 開発項目 1-6) 上記単層加工開発結果をもとに 2 層加工金型の作成を試みた 1 層目は単層金型作成とほぼ同様の工程にて製作した単層金型作成では深さ方向ずれが大きかったため GC エッチング時間を短縮した 2 層目は基本的に 1 層目と同様な工程にて作成を行うが 2 層目の GC エッチング目標は 1 層目の半分であるためハードマスクの Au の膜厚は 1 層目の 3 分の 2 の成膜を行いそれに伴ってハードマスクエッチング工程のエッチング時間を短縮したまた GC エッチングは目標加工量 500nm に対して 2 層目は目標加工量 250nm とした電子線描画は開発した重ね合わせ技術を使用した 2 層加工した形状を画像 8 9 に示す深さ方向は目標値 750nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm) に対し実測値は約 780nm で 4% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5μm に対し実測値は 5.00~5.04μm で 0.0~0.8% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した画像 8 2 層金型のレーザー測定機画像及び測定データ画像 9 2 層金型の FE-SEM 画像及び測定データ多段構造開発 ( 開発項目 1-7) 上記 2 層加工開発結果をもとに多段構造金型の作成を試みた 1 2 層目は 2 層金型作成と同様の工程にて製作した 3 層目は基本的に 1 2 層目と同様な工程にて作成を行うが 3 層目の GC エッチング目標は 2 層目の半分であるためハードマスクの Au の膜厚は 2 層目の 4 分の 3 の成膜を行いそれに伴ってハードマスクエッチング工程のエッチング時間を短縮したまた GC エッチングは目標加工量 250nm に対して 3 層目は目標加工量 125nm とした電子線描画は開発した重ね合わせ技術を使用した多段加工した形状を画像に示す 11

4 5 6 画像のように目標である 8 段構造が作成できた測定値としては深さ方向は目標値

900nm で 2.8% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 5.

8% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した段数 1 2 3 7 8

c) d) 画像 11 多段金型の FE-SEM 画像及び測定データ a) 多段段差確認用パターン b)

深さ方向 ) その後最適インプリント条件にて繰り返し転写試験を行いモールドの耐久性を評価する目標値

12 4 5 6 画像のように目標である 8 段構造が作成できた測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm+3 層目 125n m) に対し実測値は約 900nm で 2.8% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 5.04μm で 0.8% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した段数段数画像 10 多段金型のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) d) 画像 11 多段金型の FE-SEM 画像及び測定データ a) 多段段差確認用パターン b) c) ホログラフィック素子部 d) 側長用パターン部 2-2 ナノインプリント加工開発上記において開発した多段金型を使用して樹脂及び低融点ガラス石英ガラスを成形材料として最適インプリント条件を求める目標値 : 転写精度 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) その後最適インプリント条件にて繰り返し転写試験を行いモールドの耐久性を評価する目標値 :10 回転写後転写精度 5% 以内 ( 水平深さ方向 ) 今回の開発にはナノクラフトテクノロジーズ社製小型ナノインプリント装置 NI-273 を使用した ( 写真 1) このナノインプリント装置は研究開発用小型熱式ナノインプリントプロセス装置でナ 12

ノインプリントプロセスパラメータである金型および基板の温度金型押し込み荷重金型押し込み変位の各制御が高精度にでき成形部を真空チャンバで密閉して真空環境でのナノインプリントプロセスにも対応可能なものである金型および基板を最高 650 まで加熱できるので樹脂材料だけでなくガラス材料へのナノインプリントプロセス実験にも応用可能であるナノインプリントの基本プロセスを図 6 に示すまず図

13 ノインプリントプロセスパラメータである金型および基板の温度金型押し込み荷重金型押し込み変位の各制御が高精度にでき成形部を真空チャンバで密閉して真空環境でのナノインプリントプロセスにも対応可能なものである金型および基板を最高 650 まで加熱できるので樹脂材料だけでなくガラス材料へのナノインプリントプロセス実験にも応用可能であるナノインプリントの基本プロセスを図 6 に示すまず図 6 中の a のように金型と成形基板をセットするそしてガラス基板の場合は真空 (10Pa 程度 ) 状態にするその後図 6 中の b のように金型側成形基板側を加熱し所定の温度に到達したら押し付け ( 加圧 ) し一定時間保持するその後図 6 中の c のように所定の温度になるまで冷却し剥離 ( 離型 ) 処理を行う図 6 ナノインプリント基本プロセス写真 1 ナノクラフトテクノロジーズ社製小型ナノインプリント装置 NI 樹脂材ナノインプリント加工開発樹脂材ナノインプリント加工条件最適化 ( 開発項目 2-1) 今回の樹脂材ナノインプリント加工開発には日本ゼオン社製光学樹脂材の ZEONEX 35 0R を用いたはじめに単層金型を用いてナノインプリントの条件だしを行った成形温度をにてナノインプリント成形を行った成形樹脂基板のレーザー測定装置での測定結果を画像 12 に示す 130 以上で成形ができていることがわかる単層金型を用いてのナノインプリント加工条件だしの結果をふまえて多段 Test 金型を用いてナノインプリントの条件だしを行った成形温度をにてナノインプリント成形を行ったレーザー測定装置での測定結果を画像 13 に示す単層金型では 130 にて成形できたが多段金型では 130 ではダレが見られ ( 画像 14) 135 以上でダレは無く ( 画像 15) 成形できていることがわかる最適化された条件を使用して画像 10,11 の多段金型を用いてナノインプリント加工したナノインプリント加工した結果を画像に示す加工形状は Zygo 社製レーザー測定装置 NewView 5000 及び日立ハイテクノロジーズ社製 FE-SEM S-4800 を使用して観察測定を行った垂直方向測定にはレーザー測定を水平方向測定に関しては FE-SEM で行った測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm+3 層目 125n m) に対し実測値は約 886nm で 1.3% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 4.96~5.08μm で -0.8~1.6% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した樹脂材ナノインプリント金型耐久性評価 ( 開発項目 2-2) 最適化された条件を使用して 10 回インプリント転写を行った 10 回転写後の結果を画像 18,19 に示す測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm+3 層目 125n 13

14 m) に対し実測値は約 891nm で 1.8% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 4.96~5.04μm で -0.8~0.8% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した画像 12 単層金型を用いて樹脂のナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像及び測定データ画像 13 多段 Test 金型を用いて樹脂のナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像及び測定データダレが見られるダレがない画像 14 多段 Test 金型を用いて 130 にて樹脂のナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像画像 15 多段 Test 金型を用いて 135 にて樹脂のナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像 14

15 画像 16 最適化された条件でナノインプリント加工した樹脂基板のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) 画像 17 最適化された条件でナノインプリント加工した樹脂基板の FE-SEM 画像及び測定データ a) 多段段差確認用パターン b) c) ホログラフィック素子部画像回ナノインプリント加工した後の樹脂基板のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) 画像回ナノインプリント加工した後の樹脂基板の FE-SEM 画像及び測定データ b) 多段段差確認用パターン b) c) ホログラフィック素子部 15

2-2-2 低融点ガラスナノインプリント加工開発 2-2-2-1 低融点ガラスナノインプリント加工条件最適化 ( 開発項目 2-1) 今回の低融点ガラスナノインプリント加工開発には

成形基板のレーザー測定装置での測定結果を画像 20 に示す 340 で成形ができていることがわかる単層金型を用いてのナノインプリント加工条件だしの結果をふまえて多段 Test

にて成形できたが多段金型では 340 では最上段の段差部の成形が不十分 ( 画像 22) であり 345 で最上段の段差部の成形が十分 ( 画像 23) できていることがわかる

日立ハイテクノロジーズ社製 FE-SEM S-4800 を使用して観察測定を行った垂直方向測定にはレーザー測定を水平方向測定に関しては FE-SEM で行った測定値としては深さ方向は目標値

9% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 4.96~5.04μm で -0.8~0.

回インプリント転写を行った 10 回転写後の結果を画像 26,27 に示す測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm+3 層目 125n m)

16 2-2-2 低融点ガラスナノインプリント加工開発低融点ガラスナノインプリント加工条件最適化 ( 開発項目 2-1) 今回の低融点ガラスナノインプリント加工開発には住田光学社製光学ガラス材の K-P SK11 を用いたはじめに単層金型を用いてナノインプリントの条件だしを行った成形温度をにてナノインプリント成形を行った成形基板のレーザー測定装置での測定結果を画像 20 に示す 340 で成形ができていることがわかる単層金型を用いてのナノインプリント加工条件だしの結果をふまえて多段 Test 金型を用いてナノインプリントの条件だしを行った成形温度をにてナノインプリント成形を行ったレーザー測定装置での測定結果を画像 21 に示す単層金型では 340 にて成形できたが多段金型では 340 では最上段の段差部の成形が不十分 ( 画像 22) であり 345 で最上段の段差部の成形が十分 ( 画像 23) できていることがわかる最適化された条件を使用して多段金型を用いてナノインプリント加工した結果を画像に示す加工形状は Zygo 社製レーザー測定装置 NewView 5000 及び日立ハイテクノロジーズ社製 FE-SEM S-4800 を使用して観察測定を行った垂直方向測定にはレーザー測定を水平方向測定に関しては FE-SEM で行った測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm+3 層目 125n m) に対し実測値は約 883nm で 0.9% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 4.96~5.04μm で -0.8~0.8% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した低融点ガラスナノインプリント金型耐久性評価 ( 開発項目 2-2) 最適化された条件を使用して 10 回インプリント転写を行った 10 回転写後の結果を画像 26,27 に示す測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500nm+2 層目 250nm+3 層目 125n m) に対し実測値は約 892nm で 1.9% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5 μm に対し実測値は 4.92~5.08μm で -1.6~1.6% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した画像 20 単層金型を用いて低融点ガラスのナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像及び測定データ 16

17 画像 21 多段 Test 金型を用いて低融点ガラスのナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像及び測定データ十分に成形成形できていない十分に成形成形できている画像 22 多段 Test 金型を用いて 340 にて低融点ガラスのナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機データ画像 23 多段 Test 金型を用いて 345 にて低融点ガラスのナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機データ画像 24 最適化された条件でナノインプリント加工した低融点ガラス基板のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) 画像 25 最適化された条件でナノインプリント加工した低融点ガラス基板の FE-SEM 画像及び測定データ a) 多段段差確認用パターン b) c) ホログラフィック素子部 17

画像 26 10 回ナノインプリント加工した後の低融点ガラス基板のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) 画像 27 10

ホログラフィック素子部 2-2-3 石英ガラスナノインプリント加工開発今回の石英ガラスナノインプリント加工開発には

最高加熱温度は 1400 であり石英ガラスのナノインプリントにも対応できる仕様となっているはじめに金型 ( 画像 10,11)

成形基板のレーザー測定装置での測定結果を画像 28 に示す 1320 で成形ができていることがわかる最適化された条件を使用して

日立ハイテクノロジーズ社製 FE-SEM S-4800 を使用して観察測定を行った

500 nm+2 層目 250nm+3 層目 125nm) に対し実測値は約 908 nm で 3.

18 画像回ナノインプリント加工した後の低融点ガラス基板のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) 画像回ナノインプリント加工した後の低融点ガラス基板の FE-SEM 画像及び測定データ a) 多段段差確認用パターン b) c) ホログラフィック素子部石英ガラスナノインプリント加工開発今回の石英ガラスナノインプリント加工開発には合成石英ガラスを用いたナノインプリント装置はエンジニアリングシステム社製モデル ASHE0201( 写真 2) を用いた最高加熱温度は 1400 であり石英ガラスのナノインプリントにも対応できる仕様となっているはじめに金型 ( 画像 10,11) を用いてナノインプリントの条件だしを行った成形温度をにてナノインプリント成形を行った成形基板のレーザー測定装置での測定結果を画像 28 に示す 1320 で成形ができていることがわかる最適化された条件を使用してナノインプリント加工した結果を画像に示す加工形状は Zygo 社製レーザー測定装置 NewView 5000 及び日立ハイテクノロジーズ社製 FE-SEM S-4800 を使用して観察測定を行った垂直方向測定にはレーザー測定を水平方向測定に関しては FE-SEM で行った測定値としては深さ方向は目標値 875nm(1 層目 500 nm+2 層目 250nm+3 層目 125nm) に対し実測値は約 908 nm で 3.8% のずれだった水平方向に関しては目標値が 5μm に対し実測値は 5.00~5.04μm で 0.0~0.8% のずれで目標値である深さ方向水平方向ずれ 5% 以内を達成した写真 2 エンジニアリングシステムズ社製ガラス用ナノインプリント装置モデル ASHE

19 画像 28 多段金型を用いて石英ガラスのナノインプリント成形を行った基板のレーザー測定機画像及び測定データ画像 29 最適化された条件でナノインプリント加工した石英ガラス基板のレーザー測定機画像及び測定データ a) b) c) 画像 30 最適化された条件でナノインプリント加工した石英ガラス基板の FE-SEM 画像及び測定データ a) 多段段差確認用パターン b) c) ホログラフィック素子部 19

20 最終章全体総括本事業における多段金型の開発及びナノインプリント加工開発により低コストでホログラフィック光学素子を作成するチャレンジは 8 段構造の正確な金型作成及びこの 8 段構造の金型を使用してのナノインプリント技術により多段構造光学素子作成するにいたった光学樹脂材低融点光学ガラス材石英ガラス材すべての光学素子材おいて寸法精度は目標精度に対し十分な精度であった多段金型の開発においては最初に多段モールド作成のための要素技術開発を行ったその要素技術を用いて単層構造作成技術を開発しそれと並行してパターン重ね合わせ技術開発を行ったその後単層構造作成技術とパターン重ね合わせ技術を組み合わせて 2 層構造を作成しさらに 2 層加工を発展させ多段構造加工技術の開発を行い 8 段以構造の金型を作成したその結果目標精度を十分に達成できる金型作成技術を開発した開発した多段金型を使用して樹脂及び低融点ガラス石英ガラスを成形材料として最適インプリント条件 ( 温度圧力時間 ) を求めたその後最適インプリント条件にて繰り返し転写試験を行いモールドの耐久性を評価した精度耐久性とも目標精度を十分に達成できた金型製作技術は日本においては得意とされる分野でありまたナノインプリント加工技術も比較的安価な投資で参入することができるので中小企業各社に微細加工業界への道が開けると期待される低コストにホログラフィック光学素子が装着できるためレーザー装置の低コスト化が進み外国レーザー装置に対して日本製レーザー装置の競争力が大きくなり技術の優位性が生み出されると思われる現在高価だからゆえにレーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子を使用していない価格帯のレーザー装置も本素子が搭載され比較的安価に形状の整ったレーザー加工ができるようになるさらにホログラフィック光学素子はレーザー光整形の他にもレーザー光の多重結像化セキュリティー認証用の精密ホログラフィック光学素子精密 3 次元ホログラフィック光学素子などの用途があり本開発のホログラフィック光学素子作成法によりこれらの応用においても低価格化量産化が促進されると期待されるまた本開発において開発される複雑な構造を持つナノインプリント用金型作成技術並びにナノインプリント加工技術はレーザー以外にも精密多段配線反射防止膜バイオ精密流路などの用途においても適用可能なものでありこれら分野においても大きな経済効果が期待される 20

注 1: レーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子レーザー光の強度プロファイルを均一化するための光学素子のこと入射レーザーレーザー光ホログラフィック光学素子光学素子を通したした後のレーザーレーザー光度強ムービ度強ムービレーザー位置位置

とは Micro Electro Mechanical System ( 微小電子機械システム ) の略で製造する際に用いられる半導体製造技術電気的回路技術機械加工技術など一連の技術をシステム的に融合した技術 MEMS 技術はマイクロマシン技術

21 注 1: レーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子レーザー光の強度プロファイルを均一化するための光学素子のこと入射レーザーレーザー光ホログラフィック光学素子光学素子を通したした後のレーザーレーザー光度強ムービ度強ムービレーザー位置位置レーザープロファイル整形用ホログラフィック光学素子注 2: ナノインプリント金型に刻み込んだ寸法が数十 nm~ 数百 nm の凹凸を, 基板材料に押し付けて形状を転写する技術転写の工程は数分で終了し, 同じ形状の部品を短時間で大量に作り出せる注 3:MEMS 技術 MEMS とは Micro Electro Mechanical System ( 微小電子機械システム ) の略で製造する際に用いられる半導体製造技術電気的回路技術機械加工技術など一連の技術をシステム的に融合した技術 MEMS 技術はマイクロマシン技術とほぼ同義で区別なく使われていることも多い注 4) バーニア法バーニア法とは主尺 ( メインスケール ) の 9/10 あるいは 19/20 の間隔で目盛が振られており測定点にバーニヤの 0 点を合せて主尺の目盛とバーニヤの目盛が一致した場所を読取ることによって 1/10 あるいは 1/20 の単位を測定するものである 21

QOBU1011_40.pdf

QOBU1011_40.pdf 印字データ名ＱＯＢＵ1 0 1 1 (1165) コメント研究紹介片山作成日時 07.10.04 19:33 図 2 (a )センサー素子の外観 (b )センサー基板色の濃い部分が Pt 形電極幅 50μm, 間隔 50μm (c ),(d )単層ナノチューブ薄膜の SEM 像 (c )Al O 基板上, (d )Pt 電極との境界熱 CVD 条件触媒金属 Fe(0.5nm)/Al(5nm)