2006年8月号

Lithography

ナノインプリント技術の基準を設定

Aaron Hand

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ナノインプリントリソグラフィでは、広範囲なポリマー材料が使用されている。等倍のテンプレートを使用することで、光学、バイオ技術デバイス、MEMS、32nmやそれ以降の主要半導体製造にまで及ぶアプリケーションの生産コストを低く抑えられる可能性がある。しかし、エンボスツールの非均一特性への予測不可能な高分子流によって起こる品質問題が障害を生むという指摘もある。 Advertisement 　米Georgia Institute of technologyと米Sandia National Laboratoriesの研究者は、実験データとシミュレーションを組み合わせナノインプリントリソグラフィの結果を予想する重要なパラメータを突き止めた。製造デザインルールを設定することによってナノインプリントによる量産が実行可能になり、これまでポリマー評価に対して行き当たりばったりで試行錯誤なアプローチよりもコストと時間を節約することができる。 　Georgia Institute of Technology機械工学部助教授William King氏は「この研究によってエンジニアがナノインプリントリソグラフィを使って作りたいものとその方法の間には合理的なつながりがあることが分かった。我々はユーザーに予測ツール一式を提供できる製造デザインルールを開発した」。 　Journal of Vacuum Science Technology BとJournal of Micromechanics and microengineeringに述べられているように、King氏のグループは高分子流の基本物理過程を研究するアプリケーションのためシミュレーションプログラムに添った実験を行った。研究者はナノインプリントに関する全ての変数を調べ変化を記録した。サイズや形が変化するインプリント装置のキャビティ充填中にポリマーの剪断変形や、弾性応力の開放、キャピラリ流動、粘性流などの変数を調べた。 　研究者は研究結果をジオメトリ比率、ポリマー可用性、キャピラリ数の3つの主要パラメータにまとめた。研究者が調べているミクロンやナノメータサイズのスケールにおいても、基本的な物理法則は大きなスケールと同じだが、異なる形で現れている。King氏は「エンボス加工とナノインプリントを行った小さいスケールでは、相違点が重要。例えば、ポリマーのナノ構造がどのようにして形成されるかにおいて非常に重要である表面張力に勾配をつけることができる」と述べた。 図　MEMS構造を持つプラスチックシートを見せる大学院生のAndrew Cannon氏 (提供：Georgia Institute of technology) 　研究では、インプリント装置内でのキャビティの大きさの違いがどれほど非均一な充填と非局所的高分子流をもたらすのかを調査した。これらの問題を小さくする提案も明らかになった。最後にはプロセスの結果を決定する特定のパラメータを示した。このパラメータにはポリマー変形メカニズムを予測する主要な幾何学的パラメータを含む。彼らは研究において、最終的にポリマー分子流を左右する流量要因メカニズムを予測する新しい無次元測定である「ナノインプリントキャピラリ数」を開発した。 　King氏によると、複雑な変数を主要パラメータへと絞ることによって、多数の論文で他の研究者に発表されてきた変化するプロセス結果を証明することができた。結果は標準粘性流によってコントロールされ、50nm未満の形状を生み出すいかなる高分子材料にも当てはまる。研究における次のステップはシミュレーションソフトを改造し、さらに小さなスケールで起こる物理的変化を明らかにすることである。この結果は半導体製造に適応可能であり、ナノスケール構造の量産をさらに経済的にする。King氏は、「ナノスケール製品は大変高価。プロセスに何か根本的な変化が訪れない限り、ずっと高価なまま」と語った。

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