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ナノインプリントの最新技術と装置・材料・応用
[コードNo.08FTB012]

■編集/ 平井義彦(大阪府立大学 大学院 工学研究科 教授)
■体裁/ B5判・330頁
■発行/ 2008年 6月 (株)フロンティア出版
■定価/ 59,400円(税込価格)

刊行のねらい
 金型をプレスすることで、10nm以下の微細構造が簡単に転写できるナノインプリント技術は、卓越した解像度と生産性を備えもち、マイクロ・ナノテクを具現化す る技術として期待されています。この技術の魅力は、誰でも容易にナノ構造が手中にできる手軽さからはじまり、低コストでの高い生産性が確保でき、さらには三 次元加工などの高機能化にも対応しているところにあります。
 この5年間で、ナノインプリント技術は大きな期待とともにすばらしい発展を続け、ナノ光学、記憶メディア、マイクロマシン、バイオ、環境、半導体ULSIなど、多様な分野への応用が進められ、一部では実用化に近い段階にきています。
一方では、テクノロジーが先行してサイエンスが疎かとなり、プロセス・材料の最適化や、限界へのブレークスルーに対応する基盤技術への対応や、ナノインプリ ントの特徴を最大限に生かせる商品開発の必要性など、産業化に向けた課題も明確になりつつあります。
 本書は、最近の急速な技術発展を背景に、約2年前に刊行されて好評を頂いた『ナノインプリントの基礎と技術開発・応用展開 − ナノインプリントの基盤技術と 最新の技術展開』をベースに、科学的基礎から産業応用、世界的な研究開発動向にいたるナノインプリント技術全般について、国内外の第一線でご活躍の先生 方の最新の研究開発成果をまとめたものです。国内トップランナーの先生方から、基礎から応用、材料・装置技術に至るナノインプリント技術に関する詳しい解説 に加え、関連特許の分析、海外からの寄稿(リバーサル・ナノインプリント、ロールツーロール・インプリント、NaPaプロジェクト)を含め、実用重視の構成となっております。
 貴重な原稿をご寄稿頂いた国内外の先生方、技術者のみなさまに深く御礼申しあげるとともに、本書がナノインプリント技術の実用化をお考えの第一線でご活 躍のエンジニア、研究者の皆様に、前刊と併せてナノインプリント技術のバイブルとして、末永く使われることを期待いたします。
2008年 6月 平井義彦

執筆者一覧(執筆順)
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 先進製造プロセス研究部門 インプリント製造技術研究グループ 主任研究員
楠浦崇央Techno Producer(株) 取締役 ;前 SCIVAX(株) 取締役
坂井信支東洋合成工業(株) 感光材研究所 新規事業開発部 ナノテクグループ テーマリーダー
平澤玉乃東洋合成工業(株) 感光材研究所 新規事業開発部 ナノテクグループ
中松健一郎兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所
松井真二兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所 教授
Tapio MakelaVTT Micro and Nanoelectronics Senior Research Scientist
Jouni AhopeltoVTT Micro and Nanoelectronics Research Professor
後藤博史東芝機械(株) 微細転写事業部 副事業部長
大西有希みずほ情報総研(株) サイエンスソリューション部 MEMS・バイオチーム コンサルタント
小瀧健一日本ミニコンピュータシステム(株) 技術本部 装置事業部 研究開発担当部長
Nikos KehagiasTyndall National Institute Photonics Nanostructures Group researcher
Clivia M.S.TorresUniversity College Cork Tyndall National Institute Photonics Nanostructures Group Professor
沖仲元毅(独)理化学研究所 研究技術開発・支援チーム 開発研究員
西井準治(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 光波制御デバイスグループ 主幹研究員
鎌野利尚東芝機械(株) 微細転写事業部 微細転写技術部 GP・光技術担当グループ マネージャー
宮内昭浩(株)日立製作所 日立研究所 材料研究所 主管研究員
桑原孝介(株)日立製作所 日立研究所 材料研究所 電子材料研究部 研究員
鎌田芳幸(株)東芝 研究開発センター 記憶材料・デバイスラボラトリー 研究主務
森川雅弘コニカミノルタテクノロジーセンター(株) デバイス技術研究所 アドバンスト加工開発室 担当課長
水野潤早稲田大学 ナノ理工学研究機構 ナノテクノロジー研究所 准教授
有村聡一郎ローム(株) 研究開発本部 フォトニクス研究開発センター 准研究員
益田秀樹首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 教授
西尾和之首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 環境調和・材料化学専攻 准教授
伊藤浩志山形大学 大学院 理工学研究科 機能高分子工学専攻 准教授
白井正充大阪府立大学 大学院 工学研究科 応用化学分野 教授
佐藤智彦丸善石油化学(株) 機能化学品部 商品開発グループ 課長
小野禎之日本化薬(株) 機能化学品研究所 第一グループ
川口泰秀旭硝子(株) 中央研究所 主席研究員
出口公吉NTT-ATナノファブリケーション(株) 営業部 部長
流川治HOYA(株) R&Dセンター センター長
谷口淳東京理科大学 基礎工学部 電子応用工学科 講師
柳下崇(財)神奈川科学技術アカデミー 光機能材料グループ 益田グループ 研究員
百瀬佳宏伯東(株) 電子機器第一事業部 営業四部 営業第二グループ 課長代理
黒瀧宏和イーヴィグループジャパン(株) テクノロジー本部
利根克彦明昌機工(株) 開発部 神戸開発センター
関口淳リソテックジャパン(株) 取締役執行役員 プロセス開発グループ長
古田知伸アイトリックス(株) ナノテクノロジー事業部 事業部長
戸所義博奈良先端科学技術大学院大学 産官学連携推進本部 特任教授

構成および内容
はじめに
序章ナノインプリント技術の最新動向と展望(平井義彦)
はじめに
ナノインプリントリソグラフィの成立条件
ULSIプロセスへの応用
3.1モールドの作製と検査
3.2モールドへのレジスト流入
3.3UVレジストへの要求
3.4スループット
3.5残膜制御
3.6アライメント
3.7離型
3.8LER(ラインエッジラフィネス)
おわりに
<基礎技術編>

第1章ナノインプリント技術の基礎
概要と要素技術(平井義彦)
1.1はじめに
1.2ナノインプリント法の種類と成立要件
1.2.1ナノインプリント法の種類(方式と方法)
1.2.2ナノインプリント法の成立要件と要素技術
熱ナノインプリントの最新技術と特徴(平井義彦)
2.1熱ナノインプリントの概要
2.2ナノインプリントの特徴
2.2.1転写性
2.2.2樹脂材料の多様選択性
2.2.3モールド材料の多様性
2.2.4多様な構造への対応
2.3熱ナノインプリントの課題
2.4ナノインプリントの動向と今後の指針
光ナノインプリントの最新技術と特徴(廣島洋)
3.1はじめに
3.2光ナノインプリントの特徴
3.3大きな寸法のインプリント
3.4光硬化樹脂
3.5セルフクリーニング
3.6液中アライメント
3.7ロバスト法
第2章熱ナノインプリント技術
成型メカニズム(平井義彦)
1.1熱ナノインプリントのプロセス
1.2高分子樹脂の機械的特性
1.2.1レオロジー特性とプロセス基本条件
1.2.2樹脂の成型性とレオロジー特性
1.3パターン形状依存性(静的メカニズム)
1.3.1樹脂の変形解析
1.3.2アスペクト比依存性
1.3.3初期膜厚依存性
1.3.4熱ナノインプリントの解像性
1.3.5プロセスシーケンス
1.4パターン形状依存性(動的メカニズム)
1.4.1モールドのプレス速度依存性
1.4.2樹脂の時間変形(過度応答)
1.5おわりに
装置技術(楠浦崇央)
2.1はじめに
2.2熱式ナノインプリント装置の特徴
2.2.1装置に求められる特性
2.2.2精度 ― ナノデバイス実現に向けて
2.2.3スループット ― 向上への取り組み
2.2.4高温での成型 ― 多様な成形素材への対応
2.2.5ユーザビリティー ― 技術に対する全体像と装置
2.3おわりに ― 研究開発から量産へ
第3章光ナノインプリント技術
プロセス・装置技術(廣島洋)
1.1はじめに
1.2多層レジストプロセス
1.2.12層レジストプロセス
1.2.23層レジストプロセス
1.2.3リバースプロセス
1.3装置技術
1.3.1インプリント装置と残膜均一化
1.3.2新方式の光ナノインプリントステッパー
1.3.3SOFTステージの特徴
1.3.4ステップアンドリピートプロセス
硬化メカニズム、レジスト(坂井信支、平澤玉乃)
2.1はじめに
2.2UV-NIL用樹脂の要求特性と種類
2.3ラジカル重合型樹脂
2.4カチオン重合型樹脂
2.5エン−チオール型樹脂
2.6おわりに
第4章室温ナノインプリント技術(中松健一郎、松井真二)
はじめに
室温ナノインプリントの技術応用
2.1室温ナノインプリント
2.2HSQ転写パターンを用いたSi高アスペクト比ピラーの作製
2.3有機SOGを用いたマイクロレンズアレイの作製
2.4有機SOGナノインプリントパターンへの紫外線照射効果
おわりに
第5章ロールナノインプリント
1-AContinuous roll-to-roll nanoimprinting of polymers(Tapio Makela、Jouni Ahopelto)
1.1Introduction
1.2Roll-to-roll imprint device
1.3Roll-to-roll nanoimprinting of inherently conductive polyaniline (PANI)
1.4Roll-to-roll nanoimprinting of cellulose acetate film
1.5Summary
1-Bポリマーの連続式ロールツーロールナノインプリント技術(平井義彦)
(Continuous roll-to-roll nanoimprinting of polymers 要旨)
1.1はじめに
1.2ロールツーロールインプリント装置
1.3伝導性ポリアニリンへのロールツーロールナノインプリント
1.4セルロースアセテートへのロールツーロールナノインプリント
1.5まとめ
UVロール装置(後藤博史)
2.1はじめに
2.2ナノインプリント技術
2.3ロールツーロール式UVナノインプリント
2.3.1プロセス装置
2.3.2プロセスパラメータ
2.3.3モールドの種類とパターン転写結果
2.4おわりに
ロールto平板ナノインプリント(松井真二)
3.1はじめに
3.2ロールto平板ナノインプリント装置
3.3光感光性ドライフィルムを用いたロールナノインプリント
3.4おわりに
第6章シミュレーション、評価
シミュレーション技術(平井義彦)
1.1はじめに
1.2熱ナノインプリントのシミュレーション技術
1.2.1ゴム弾性モデルによる樹脂の変形の定常解析
1.2.2粘弾性モデルによる樹脂変形の過渡解析
1.2.3粘弾性モデルによる大面積解析
1.2.4粘性流体モデルによる樹脂の流動解析
1.2.5流体モデルによる大面積解析
1.2.6分子動力学法による樹脂分子の流動解析
1.2.7熱ナノインプリントのシミュレーション技術−まとめ
1.3光ナノインプリントのシミュレーション技術
1.3.1光ナノインプリントのプロセス物理
1.3.2時間領域差分法による光強度分布の解析
1.4今後の課題
Mems ONEナノインプリントシミュレーター(大西有希)
2.1熱ナノインプリント解析
2.1.1概要
2.1.2材料モデル
2.1.3樹脂物性値同定
2.1.4検証計算
2.2光ナノインプリント解析
2.2.1概要
2.2.2解析例
評価装置(小瀧健一)
3.1はじめに
3.2NILにおけるマクロ欠陥とは
3.3マクロ手法によるパターン評価装置
3.4モールドの表面状態の確認
3.5おわりに
<応用編>

第7章リバーサルインプリント法とその他のプロセス
基本プロセス(平井義彦)
1.1はじめに
1.2リバーサルインプリント法
1.3リバーサルインプリント法による積層化マイクロ構造の作製
1.4リバーサルインプリント法におけるモールド処理
1.5リバーサルインプリント法による積層化ナノ構造の作製
2-AThree Dimension Ultra Violet Reverse Nano Imprint Lithography
(Nikos Kehagias、Clivia M.Sotomayor Torres)
Abstract
2.1Introduction
2.2Working principle
2.3Process optimization
2.4Summary
2-B三次元UVリバーサルナノインプリントリソグラフィ(平井義彦)
(Three Dimension Ultra Violet Reverse Nano Imprint Lithography要旨)
2.1はじめに
2.2原理
2.3プロセス最適化
ガラスリバーサルインプリント(沖仲元毅)
3.1はじめに
3.2ガラス前駆体
3.3プロセスフロー
3.4リバーサルインプリント条件とパターニング例
3.5ガラスリバーサルインプリントの応用
3.6おわりに
ナノキャスティング法(平井義彦)
4.1はじめに
4.2ナノキャスティング法とその特徴
4.3ナノキャスティング法によるナノ成型
4.3.1多様な材料の成型
4.3.2大面積一括成型
4.3.3ナノ構造の成型
4.3.4高アスペクト比マイクロ・ナノ構造の成型
4.3.5ナノ構造の複製
4.4おわりに
ハイブリッドナノインプリント法(平井義彦)
5.1はじめに
5.2ハイブリッドナノインプリント法によるマイクロ・ナノ同時形成
5.32回電鋳による反転構造の作製
5.4二層レジストプロセスによる成型
第8章ガラス成型
ガラス材料のナノインプリント加工(平井義彦)
1.1はじめに
1.2ガラス材料の材料的性質
1.2.1ガラス材料の粘弾性とインプリント条件
1.2.2ガラス材料と樹脂材料の機械的特性の相違とインプリント条件
1.3ガラス材料の直接ナノインプリント
1.4ガラスの直接成型の応用
ガラス成型の応用(西井準治)
2.1はじめに
2.2光学素子に関わる基礎研究と実用化
2.3サブ波長光学素子の生産に必要なインプリント技術
2.3.1構造性複屈折波長板
2.3.2反射防止構造
2.4今後の展開
有機−無機ハイブリッドガラス材料と微細パターニング(沖仲元毅)
3.1はじめに
3.2Glasiaと両面UV照射援用低温熱ナノインプリント法
3.3パターン転写例
3.4ガラス特性
3.5応用例
3.6おわりに
成形装置(鎌野利尚)
4.1ガラス成形装置の概要
4.2装置構成の概要
4.3特長
4.3.1加熱方法
4.3.2冷却方法
4.3.3金型の位置制御、プレス力制御
4.3.4装置構造
4.3.5成形雰囲気制御
4.4成形事例
4.4.1微細L&S
4.4.2マイクロレンズアレイ
第9章ナノインプリント技術の応用展開
バイオデバイスへの応用(宮内昭浩、桑原孝介)
1.1はじめに
1.2高アスペクト比構造の形成
1.3バイオデバイスへの応用
1.4おわりに
記録媒体への応用(鎌田芳幸)
2.1はじめに
2.2パターンドメディア
2.3ナノインプリント法
2.4ガイド形状の最適化
2.5おわりに
ナノ光学要素への応用(森川雅弘)
3.1はじめに
3.2広帯域1/4波長板
3.3おわりに
マイクロTAS、バイオ応用(水野潤)
4.1はじめに
4.2PMMAマイクロ流路チップの作製
4.2.1金型(モールド)の作製
4.2.2ホットエンボス加工
4.2.3直接接合
4.3低温直接接合技術
4.4COP(シクロオレフィンポリマー)マイクロ流路チップ
4.4.1ホットエンボス加工
4.4.2電極作製
4.4.3低温直接接合
4.4.4電極動作試験
4.4.5評価結果
4.5おわりに
NEMS分野への応用(水野潤)
5.1はじめに
5.2UVインプリントプロセス
5.2.1UV硬化樹脂、石英モールド
5.2.2UVインプリント装置
5.3転写結果
5.3.1大気圧下と減圧下における転写結果の比較
5.3.2初期膜厚さを考慮した金属ナノパターンの作製工程と実験結果
5.4おわりに
レンズへの応用(有村聡一郎)
6.1半導体素子上の光学素子
6.2金型の設計と作製
6.3室温ナノインプリントによるレンズ作製
6.4おわりに
金属、半導体へのインプリントとポーラス構造体形成への応用(益田秀樹、西尾和之)
7.1はじめに
7.2Alへのナノインプリントと規則ポーラス構造の形成
7.3半導体へのナノインプリントとポーラス構造の形成
7.4おわりに
<材料・装置編>

第10章ナノインプリントの材料技術
熱ナノインプリント用樹脂の基礎物性(伊藤浩志)
1.1高分子材料
1.2粘弾性の基礎とレオロジー
1.3レオロジー測定方法
1.4粘弾性材料の物理特性と温度−時間換算則
1.5微細転写を実現する材料設計
光インプリント用樹脂の基礎物性(白井正充)
2.1はじめに
2.2光硬化樹脂
2.3光重合開始剤
2.3.1光ラジカル重合開始剤
2.3.2光カチオン重合開始剤
2.4インプリント用紫外線硬化樹脂の特徴
2.4.1ラジカル重合型樹脂
2.4.2カチオン重合型樹脂
2.5おわりに
熱ナノインプリント用樹脂の開発(佐藤智彦)
3.1はじめに
3.2熱ナノインプリントに適した樹脂材料とは
3.3弊社材料の特徴について
3.4おわりに
熱・光併用ナノインプリント用樹脂の開発(小野禎之)
4.1はじめに
4.2熱・光連続プロセスによるナノインプリント
4.3熱・光非連続プロセスによるナノインプリント
光ナノインプリント用フッ素系材料(川口泰秀)
5.1はじめに
5.2ナノインプリント用含フッ素離型剤(MRAF)
5.3光ナノインプリント用フッ素樹脂モールド(F-template)
5.4光ナノインプリント用含フッ素感光性樹脂(NIFシリーズ)
5.5含フッ素感光性樹脂NIFシリーズによる光ナノインプリント用モールド
5.6おわりに
第11章ナノインプリント用モールド技術
シリコンモールド、SiCモールド(出口公吉)
1.1はじめに
1.2シリコンモールド
1.3SiCモールド
1.4おわりに
UVモールド(流川治)
2.1はじめに
2.2UVナノインプリント用石英モールド
2.3Wire Grid 偏光板用石英モールド
2.4半導体用モールド
2.5おわりに
各種三次元モールドの作製と応用(谷口淳)
3.1三次元モールドとは
3.2三次元モールドの作製方法
3.3機械加工法による三次元モールドの作製
3.4電子ビームリソグラフィによる三次元モールドの作製
自己形成ナノモールド(益田秀樹、柳下崇)
4.1はじめに
4.2Alの陽極酸化にもとづく規則ポーラス構造形成
4.3陽極酸化ポーラスアルミナにもとづくモールド作製とナノインプリントへの応用
4.4おわりに
Ni電鋳モールド(楠浦崇央)
5.1はじめに
5.2型に求められる特性
5.3型の製作技術 ― 微細加工と電鋳
5.3.1半導体リソグラフィー技術
5.3.2電鋳技術
5.3.3Ni電鋳による型製作
5.4型の大面積化 ― ナノインプリント実用化の鍵
5.5型の耐久性
5.6おわりに ―ナノインプリント技術〜「成型加工技術」と「ナノテク」の融合
離型(平井義彦)
6.1はじめに
6.2シランカップリング剤による単分子フッ素樹脂膜のコーティング
6.3耐久性の評価
6.4モールド表面状態と剥離力(離型力)の評価
第12章最新ナノインプリント装置・機器
UV式ナノインプリント用装置(百瀬佳宏)
1.1はじめに
1.2UV式ナノインプリントの特徴
1.3UV式ナノインプリントプロセス
1.4インプリント方式
1.5テンプレート
1.6アプリケーション
全自動ホットエンボス装置(黒瀧宏和)
2.1はじめに
2.2装置概要
2.3対応プロセス
2.4パターンドメディアインプリンター「EVG750PMI」
2.5おわりに
シートナノインプリント技術による熱ナノインプリントの生産性向上(宮内昭浩)
3.1はじめに
3.2シートナノインプリントの原理
3.3装置と転写例
3.4おわりに
ナノインプリントプロセス装置と大面積化(後藤博史)
4.1はじめに
4.2ナノインプリントプロセス
4.2.1熱ナノインプリント
4.2.2光ナノインプリント
4.2.3ナノインプリントの特徴と応用分野
4.3ナノインプリントプロセス装置
4.3.1各種方式と特徴(一括プレス式、ステップ&リピート式、ローラ式)
4.3.2大面積化、高スループット化の取り組み
4.4大面積化、高スループット化を目指した装置の開発とパターン転写事例
4.4.1プレス式装置(熱・UV兼用ナノインプリント装置)
4.4.2ローラ式装置(UV式ロールツーロールナノインプリント装置)
熱・光・室温対応ナノインプリント装置(利根克彦)
5.1はじめに
5.22インチ対応ナノインプリント装置NM-0401
5.34〜12インチ対応ナノインプリント装置
5.41インチ対応ナノインプリント装置NM-0801HB
5.5ローラ型ナノインプリント装置NM-0606R
5.6おわりに
レジスト材料開発用インプリント装置(関口淳)
6.1はじめに
6.2樹脂材料開発用装置と実験装置
高速熱式ナノインプリント装置(楠浦崇央)
7.1はじめに
7.2SCIVAXの高速熱式ナノインプリント装置
7.2.1装置に求められる特性
7.2.2高精度プロセスを実現−ウエハー加工に対応
7.2.3スループット「ウエハー/1分」へ−VXシリーズ
7.2.4樹脂からガラスまで−Xシリーズ
7.3ユーザビリティー−技術に対する全体像を提供する
7.4おわりに−研究開発から量産へ
大面積熱式ナノインプリント装置(古田知伸)
8.1はじめに
8.2小〜中面積超微細パターン対応装置
8.3大面積高スループット対応装置
8.4開発コンサルティングサービス
8.5おわりに
<内外動向・特許編>

第13章ナノインプリントの国内外最新情報
1-AEmerging nanopatterning methods in Europe: The NaPa project(Jouni Ahopelto)
1.1Introduction
1.2Nanoimprinting lithography
1.3Modelling and simulations of nanoimprinting
1.4Materials and tools
1.5Soft lithography and self-assembly
1.6MEMS based Nanopatterning
1.7NaPa Library of Processes
1.8Education and Training
1.9Conclusions
1-Bヨーロッパにおける最先端ナノパターニング技術の開発:NaPaプロジェクト(平井義彦)
(Emerging nanopatterning methods in Europe: The NaPa project 要旨)
1.1はじめに
1.2ナノインプリントリソグラフィ
1.3ナノインプリントのモデル化とシミュレーション技術
1.4材料技術と装置技術
1.5ソフトリソグラフィとセルフアセンブリ
1.6マイクロマシン技術によるナノパターニング
1.7NaPaのライブラリープロセス
1.8教育と実習
1.9おわりに
日本、アジアの開発動向(松井真二)
2.1はじめに
2.2日本のナノインプリント技術開発状況
2.3韓国のナノインプリント技術開発状況
2.4台湾のナノインプリント技術開発状況
2.5おわりに
第14章ナノインプリントの特許分析(戸所義博)
主要インプリント特許
熱ナノインプリント特許
光ナノインプリント特許
ソフトリソグラフィ特許
日本における先駆的特許
大学発ベンチャーの創出とナノインプリント技術の応用展開
日米欧地域別出願動向

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