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ナノインプリントの開発とデバイス応用

  • Development of Nanoimprint and Device Applications
★ 大好評の前書から6年!第一線で活躍する総勢44名の執筆者によるナノインプリント技術の集大成!!
★ 電子・光・エネルギー・バイオ・・・広がるデバイス応用と大面積・量産化適用技術を詳述!
★ さらなる高精細化・応用展開に向けて,離型問題をはじめとする技術課題への言及を多数収録!

商品コード: T0815

  • 監修: 松井真二
  • 発行日: 2011年10月
  • 価格(税込): 73,440 円
  • 体裁: B5判,282ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0456-4
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  • リソグラフィ/ロールtoロール/モールド/樹脂/離型剤/モスアイ構造/ディスプレイ/LED/パターンドメディア/太陽電池/燃料電池/マイクロTAS/MEMS/CMOS/

刊行にあたって

 1995年のChou教授によるナノインプリント技術の提案から15年が過ぎ,装置開発および関連部材である材料開発,モールド開発等のインフラがかなり整備されてきた。装置価格の安さ,プロセスが簡便かつ10ナノメートルレベルの高解像度,および高スループットである特徴がナノインプリントの様々なデバイスへの量産化適用への魅力である。
 これまでに,微細マイクロレンズ,高効率LEDを達成するためのフォトニクス結晶構造形成,LCD等への高性能反射防止膜等へすでに実応用されており,さらに様々な分野への応用研究が開始されている。最近では,エネルギー分野として,燃料電池の反応場の隔壁や太陽電池の表面にナノインプリントにより凹凸を持たせ効率を上げることが行われている。また、近い将来には,パターンドメディア,LSIの量産適用研究も開始されると期待される。
 本書は,ナノインプリント技術に取り組む初心者から第一線の技術者,研究者のために,最前線の技術者,研究者に,ナノインプリントの基礎と共に現状で最新のナノインプリント装置と関連部材,多様なデバイス応用について内容をわかりやすく執筆していただいた。
 実際にナノインプリント技術に取り組む際に,必ず参考になる最新の研究成果を網羅しており,本書が国内のナノインプリント技術の発展とナノインプリントを利用した産業創生に役立つものと期待する。

「まえがき」より抜粋

著者一覧

監修者
松井真二   兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所 教授

執筆者
平井義彦   大阪府立大学 大学院工学研究科 電子物理工学分野 教授
廣島 洋   (独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター グリーンナノデバイス研究チーム チーム長
姜 有志   兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所
小久保光典  東芝機械(株) ナノ加工システム事業部 ナノ加工システム技術部 部長
宮内昭浩   (株)日立製作所 日立研究所 主管研究員
栗原健二   NTTアドバンステクノロジ(株) 営業本部 第四営業部門 担当部長
流川 治   HOYA(株) R&Dセンター フェロー
法元盛久   大日本印刷(株) 研究開発センター ナノパターニング研究所 主席研究員
三澤毅秀   綜研化学(株) NIP製品プロジェクト プロジェクトリーダー
大幸武司   東洋合成工業(株) 研究開発本部 感光材研究所 次世代技術研究グループ 主任
三宅弘人   (株)ダイセル 研究統括部 コーポレート研究所 機能・要素グループ グループリーダー
川口泰秀   旭硝子(株) 中央研究所 主席研究員
池田明代   丸善石油化学(株) 研究所 新商品開発室 主任研究員
鈴木正睦   日産化学工業(株) 電子材料研究所 新製品研究部 主任研究員
嶋谷 聡   東京応化工業(株) 開発本部 先端材料開発3部 技師
好野則夫   東京理科大学 工学部 工業化学科 教授
小林 敬   東北大学 多元物質科学研究所
中川 勝   東北大学 多元物質科学研究所 教授
岡田 真   兵庫県立大学 大学院理学部
伊丹康雄   ダイキン工業(株) 化学研究開発センター 主任研究員
谷口 淳   東京理科大学 基礎工学部 電子応用工学科 准教授
坂井信支   (株)サムスン横浜研究所 ER center AR-2 team 専任研究員
久保祥一   東北大学 多元物質科学研究所 助教
小瀧健一   スミックス(株) シニア・アプリケーション・アドバイザー
西井準治   北海道大学 電子科学研究所 教授
常友啓司   日本板硝子(株) 機能性ガラス材料事業部門 研究開発部 グループリーダー
有村聡一郎  ローム(株) 研究開発本部 融合デバイス研究開発センター
伊藤嘉則   オムロン(株) エンジニアリングセンタ 開発センタ 技術専門職
魚津吉弘   三菱レイヨン(株) 横浜先端技術研究所 リサーチフェロー
渡部壮周   大日本印刷(株) 研究開発センター オプティカルデバイス研究所 所長
柳沢昌輝   住友電気工業(株) 伝送デバイス研究所 主席
生田目卓治  旭化成イーマテリアルズ(株) 機能製品事業部 市場開発グループ 主査
和田英之   Molecular Imprints, Inc. 日本支店 Director of Applications Engineering
米田郁男   (株)東芝 デバイスプロセス開発センター リソグラフィプロセス技術開発部 リソグラフィプロセス技術開発第三担当 研究主務
久保雅洋   日本電気(株) システム実装研究所 主任
水野 潤   早稲田大学 ナノ理工学研究機構 准教授
篠原秀敏   早稲田大学 理工学術院 電子光システム学科 助手
尹 成圓   (独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター 研究員
鎌田芳幸   (株)東芝 研究開発センター 主任研究員
八瀬清志   (独)産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 研究部門長
笠原崇史   早稲田大学 理工学術院 先進理工学研究科ナノ理工学専攻
庄子習一   早稲田大学 理工学術院 教授
横山義之   富山県工業技術センター 機械電子研究所 電子技術課 主任研究員

目次

総論
1 はじめに
2 ナノインプリント技術
2.1 熱ナノインプリント技術
2.2 光(UV)ナノインプリント技術
3 デバイス応用
3.1 ディスプレイ部材
3.2 LED,太陽電池への応用
3.3 パターンドメディア
3.4 光学部品
3.5 バイオ応用
3.6 半導体応用
4 まとめ

第1編 転写方式
第1章 熱ナノインプリント
1 はじめに
2 加工の基本
2.1 高分子樹脂の力学的性質
2.2 パターン依存性
3 熱ナノインプリントの要素技術
3.1 モールド作製技術
3.2 モールドの離型と表面処理
3.3 装置技術
4 熱ナノインプリント技術のシーズと応用
4.1 高アスペクト比構造の形成
4.2 光学要素,曲面構造の形成
4.3 マイクロ・ナノ混在構造の形成
4.4 生分解性ブラスチックのナノ加工
4.5 ガラス材料のナノ加工
4.6 有機太陽電池,有機半導体材料へのナノ加工
4.7 金属材料の直接インプリント
4.8 リバーサルインプリント法による3次元多層構造の作製
5 おわりに

第2章 光ナノインプリント
1 はじめに
2 光ナノインプリントの概要
3 濡れによる樹脂充填
4 セルフクリーニング効果
5 バブル欠陥対策と新しい光ナノインプリント

第3章 室温ナノインプリント 
1 はじめに
2 PDMSモールドと液相HSQを用いた室温ナノインプリント
3 HSQ転写パターンをマスクとして用いた二層構造体の作製
4 SiOx反射防止構造の作製と評価
5 PDMSモールドを用いた三次元ナノインプリント
6 まとめ

第4章 ナノインプリントのシミュレーション技術
1 熱ナノインプリントのシミュレーション 
1.1 はじめに
1.2 樹脂の変形解析 (静的解析)
1.3 変形の過渡応答(時間依存性)
1.4 粘弾性モデルによる大面積解析
1.5 粘性流体モデルによる樹脂の流動解析
1.6 流体モデルによる大面積解析

2 光ナノインプリントのシミュレーション
2.1 はじめに
2.2 システムの構成
2.3 レジスト充填プロセス
2.3.1 計算モデリング
2.3.2 レジストの充填解析例
2.4 UV 照射プロセス
2.4.1 計算モデル
2.4.2 パターンサイズ依存性
2.5 UV硬化プロセス
2.6 硬化収縮によるレジストの形状変化と残留応力の計算例
2.7 まとめと今後の課題

第2編 装置と関連部材
第5章 ナノインプリント装置
1 東芝機械 
1.1 はじめに
1.2 ナノインプリント
1.2.1 ナノインプリント技術
1.2.2 ナノインプリント装置とインプリント結果
1.3 おわりに

2 日立グループのナノインプリント装置 
2.1 はじめに
2.2 熱ナノインプリント装置
2.2.1 平行平板方式
2.2.2 シートナノインプリント方式
2.3 光ナノインプリント装置
2.4 まとめ

第6章 モールド
1 各種材料によるモールド作製技術
1.1 はじめに
1.2 モールド加工技術
1.3 ナノインプリントモールド加工例
1.3.1 Siモールド
1.3.2 SiCモールド
1.3.3 石英モールド・SiO2モールド
1.3.4 Ni電鋳モールド
1.3.5 炭素系モールド
1.4 おわりに

2 磁気ディスク用石英モールド 
2.1 はじめに
2.2 光ナノインプリント用石英モールドの製法 
2.3 今後の課題
2.4 まとめ

3 大日本印刷のモールド技術 
3.1 はじめに
3.2 半導体NGL用モールド開発状況
3.3 HDD/パターンドメディア用モールド開発状況

4 フィルムモールド 
4.1 はじめに
4.2 フィルムモールド「フレフィーモTM」
4.3 熱ナノインプリントでの性能評価例
4.4 光ナノインプリントでの性能評価例
4.5 光式Roll to Roll への応用
4.6 まとめ

第7章 樹脂
1 UVナノインプリント用光硬化性樹脂 
1.1 はじめに
1.2 UV-NIL用光硬化性樹脂の特性評価
1.2.1 基本プロセス特性
1.2.2 用途別特性
1.3 おわりに

2 ダイセルのUVナノインプリント樹脂 
2.1 はじめに
2.2 ダイセルの強み
2.3 光(UV)硬化性材料について
2.3.1 ラジカル硬化系
2.3.2 カチオン硬化系
2.4 ダイセルのUVナノインプリント材料開発に向けた取り組み
2.4.1 ラジカル硬化性組成物 (NIAC系)
2.4.2 カチオン硬化性組成物 (NICT系)
2.4.3 ハイブリッド系組成物 (NIHB系)
2.5 新規UVナノインプリント材料の提案
2.5.1 溶剤溶解型UVナノインプリント樹脂
2.5.2 後からインプリント
2.6 おわりに

3 ナノインプリント量産プロセス用光硬化樹脂 
3.1 はじめに
3.2 光ナノインプリント用光硬化樹脂(NIF)
3.2.1 NIFの特徴について
3.2.2 レプリカモールド用NIF-Mシリーズ
3.2.3 レジスト用NIF-Rシリーズ
3.2.4 永久膜用NIF-Pシリーズ
3.3 おわりに

4 丸善石油化学のナノインプリント用樹脂 
4.1 はじめに
4.2 熱NIL用樹脂:MTR-01
4.3 UV-NIL用樹脂:MUR-XRシリーズ
4.4 まとめ

5 UVナノインプリント材料の屈折率制御 
5.1 はじめに
5.2 フィルム用途に対応したUVナノインプリントプロセス
5.3 高屈折率UVナノインプリント材料
5.4 屈折率1.5付近の材料
5.5 低屈折率UVナノインプリント材料
5.6 各材料のナノインプリント
5.7 おわりに

6 ケイ素含有インプリント材料  
6.1 はじめに
6.2 RT-NIL材料
6.3 UV-NIL材料
6.4 おわりに

第8章 離型剤(評価)
1 ナノインプリント用耐熱離型剤―400℃に耐えるフッ素系シランカップリング剤― 
1.1 はじめに
1.2 シランカップリング剤の表面改質メカニズム
1.3 耐熱離型剤の合成
1.4 400℃に耐えるフッ素系シランカップリング剤
1.5 まとめ

2 光ナノインプリント用離型剤 
2.1 はじめに
2.2 離型剤の種類
2.3 離型剤の処理方法
2.4 離型剤の評価
2.5 離型性劣化の因子
2.6 離型剤トリデカフルオロ1,1,2,2-テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン(FAS13)
2.7 おわりに

3 走査型プローブ顕微鏡を用いた離型膜評価 
3.1 はじめに
3.2 SPMによる付着力と摩擦力測定方法
3.3 実験結果および考察

4 ナノインプリント用フッ素系離型剤
4.1 フッ素系離型剤
4.2 表面処理剤オプツールDSX
4.3 ナノインプリント用離型剤(石英/シリコンモールド用・ニッケル電鋳用)
4.4 離型剤によるモールドの処理方法
4.5 離型剤層の厚み分析
4.6 最後に

第9章 離型不良・課題
1 高アスペクト比モールドを用いた離型性評価 
1.1 はじめに
1.2 高アスペクト比モールドの作製方法
1.3 UVナノインプリントによる転写および離型力の測定
1.4 作製されたGCの観察結果
1.5 転写樹脂の観察および離型力の測定結果
1.6 転写特性の評価
1.7 おわりに

2 離型不良対策―材料の観点から― 
2.1 離型不良
2.2 樹脂剥がれ
2.2.1 対策1:下地の洗浄
2.2.2 対策2:シランカップリング剤の使用
2.2.3 対策3:接着層の導入
2.3 パターン部の破壊
2.3.1 対策1:パターンデザインの改善
2.3.2 対策2:樹脂モールド
2.3.3 対策3:UV樹脂の変更
2.4 まとめ

第10章 ナノインプリントパターン評価
1 ナノインプリントパターン評価 
1.1 はじめに
1.2 測長電子顕微鏡(CD-SEM)
1.3 反射分光膜厚計
1.4 X線反射率測定装置
1.5 光学的マクロ検査装置
1.6 蛍光顕微鏡
1.7 その他の技術

2 ナノスケール・パターンのマクロ評価技術
2.1 はじめに
2.2 マクロ撮像手法
2.3 マクロ手法における感度
2.4 マクロ手法による転写性の評価
2.5 おわりに

第3編 デバイス応用
第11章 光デバイス
1 ガラスインプリント法による微細構造光学素子の開発 
1.1 はじめに
1.2 ガラスインプリント用モールドの作製と離型膜
1.3 ガラスインプリントプロセス
1.4 おわりに
2 光学素子 
2.1 はじめに
2.2 ゾルゲル法
2.3 ゾルゲルナノインプリント法
2.4 おわりに

3 レンズ応用 
3.1 半導体素子上の光学素子
3.2 金型の設計と作製
3.3 室温ナノインプリントによるレンズ作製
3.4 まとめ

4 光学アレイ素子 
4.1 はじめに
4.2 プロジェクター用マイクロレンズアレイ
4.3 ポリマー光導波路
4.4 柱構造付きハイブリッド無反射構造
4.5 まとめ

5 モスアイ型反射防止フィルム 
5.1 はじめに
5.2 モスアイ型反射防止フィルム
5.3 モスアイ型反射防止フィルムを形成するための金型の作製
5.4 モスアイフィルムの光インプリント
5.5 モスアイ型反射防止フィルムの反射率と映り込み
5.6 大型ロール金型を用いた連続賦形
5.7 おわりに

6 ホログラム 
6.1 はじめに
6.2 ホログラムの種類
6.3 ホログラムの機能
6.4 計算機合成ホログラム(CGH : Computer Generated Hologram)
6.4.1 計算機合成ホログラムの作製方法
6.4.2 CGH再生シミュレーション
6.5 おわりに

7 半導体レーザへの光ナノインプリントの応用 
7.1 はじめに
7.1.1 光通信市場における半導体レーザ
7.1.2 DFB LDの課題
7.2 動機と課題
7.2.1 ナノインプリント技術の位相シフトDFB LDへの適用
7.2.2 課題
7.3 作製プロセス
7.3.1 DFB LD作製プロセス
7.3.2 貫通エッチングの均一性
7.4 結果
7.4.1 押し付け圧力による影響の評価
7.4.2 回折格子形状
7.4.3 位相シフトDFB LDの基本特性と均一性
7.4.4 位相シフトDFB LDの長期信頼性
7.5 結言

8 ワイヤグリッド偏光フィルム
8.1 はじめに
8.1.1 ワイヤグリッド偏光子とは
8.1.2 旭化成のワイヤグリッド偏光フィルム(ASAHIKASEI WGF?)
8.2 ナノインプリント技術について
8.3 ワイヤグリッド偏光フィルムの特徴
8.3.1 広帯域での良好な偏光分離性能
8.3.2 非透過偏光の反射&再利用による光利用効率の向上
8.3.3 高耐熱性
8.3.4 容易な形状加工
8.3.5 基材フィルム選択の自由度
8.4 課題
8.5 最後に

9 LED 
9.1 はじめに
9.2 ナノインプリント技術
9.3 樹脂モールドを用いた高輝度LED用ナノインプリントプロセス
9.3.1 GaN層をエピタキシャル成長させたサファイア基板の形状
9.3.2 R&D(試作)対応ナノインプリント装置ST50
9.3.3 樹脂モールドを使用したナノインプリントプロセス
9.3.4 樹脂モールド製造方法
9.3.5 微細形状付与によるLED高輝度化
9.3.6 インプリント,ドライエッチング結果
9.4 高輝度LED用量産装置
9.4.1 高輝度LED用ナノインプリント量産装置 ST50S-LED
9.4.2 ST50S-LED用樹脂モールド製造方法
9.4.3 ST50S-LEDによる連続インプリント試験
9.5 まとめ

第12章 電子デバイス
1 CMOS 
1.1 はじめに
1.2 インプリント・マスク
1.3 重ね合わせ精度
1.4 欠陥
1.5 インプリント・プロセス・インテグレーション
1.5.1 Partial Field Imprint
1.5.2 Gapless Imprint
1.5.3 High Contrast Alignment Marks
1.6 まとめ

2 CMOS 
2.1 はじめに
2.2 ナノインプリントリソグラフィ技術の現状
2.2.1 パターン解像性,ラインエッジラフネス及び寸法均一性
2.2.2 重ね合わせ精度
2.2.3 処理速度
2.2.4 欠陥密度
2.3 ナノインプリントリソグラフィの応用事例と今後の技術開発
2.4 まとめ

3 ナノインプリント技術の実装応用 
3.1 はじめに
3.2 実装領域への応用に期待されるナノインプリント技術
3.3 回路形成技術応用
3.4 おわりに

4 実装技術 
4.1 はじめに
4.2 実験
4.3 実験結果

5 化学増幅系光硬化性樹脂の熱・光併用インプリント成形法とマイクロスケールデュアルダマシン銅配線製造への応用 
5.1 はじめに
5.2 デュアルダマシン構造形成用二段Ni電鋳型の作製
5.3 SU-8の熱・光併用インプリントプロセス
5.4 SU-8の熱・光併用インプリントによるデュアルダマシン構造形成
5.5 銅めっきとCMPを併用した銅配線基板作製
5.6 まとめ

6 パターンドメディア 
6.1 はじめに
6.2 ナノインプリントで作製したガイド溝を用いる配列制御法
6.3 自己組織化BPMの作製
6.4 まとめと今後の展望

7 フレキシブルディスプレイ
7.1 はじめに
7.2 マイクロコンタクト印刷法
7.3 今後の発展と課題

第13章 エネルギーデバイス
1 有機太陽電池への応用 
1.1 はじめに
1.2 国内外の研究報告例
1.3 まとめ

2 燃料電池 
2.1 はじめに
2.2 発電原理
2.3 試作例
2.4 まとめ

第14章 バイオデバイス
1 細胞培養 
1.1 はじめに
1.2 培養特性
1.3 まとめ

2 マイクロTAS 
2.1 はじめに
2.2 ナノスプレー一体型ポリマーチップの作製
2.3 エレクトロスプレーイオン化実験
2.4 まとめ

3 バイオ応用 
3.1 はじめに
3.2 バイオレジストの微細パターン形成
3.3 バイオレジストの温度応答性
3.4 バイオチップへの応用例
3.5 今後の展開
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