金属ナノ粒子のプラズモン共鳴によるナノヒーター効果を用いた銅微細配線レーザー描画

• Project/Area Number: 19651060
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡辺 明 Tohoku University, 多元物質科学研究所, 准教授 (40182901)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 金属ナノ粒子 / プラズモン / ナノヒーター効果 / レーザー直接描画 / 銅微細配線 / 抵抗率 / 顕微ラマン

Research Abstract

本研究では、銅ナノ粒子のプラズモン吸収帯の励起によるナノ粒子近傍の局所的な高速加熱現象(金属ナノ粒子のナノヒーター効果)を明ちかにし、これを銅ナノ粒子塗布膜に適用することによって、通常の電気炉加熱では酸化反応によって困難であった銅ナノ粒子の低抵抗メタル化とサブミクロン微細配線の直接描画を行うことを目的としている。銅ナノ粒子のナノヒーターとしての挙動は、粒径およびプラズモン共鳴スペクトルの特性、照射レーザー光の波長、強度等に依存する。また、レーザー光のスキャン速度は局所的な非平衡加熱冷却過程に顕著な影響を及ぼす。これらパラメーターの影響を明らかにし、表面酸化のない低抵抗な金属銅連続相の形成を目指した研究を行った。今年度は、銅ナノ粒子分散薄膜へのYAGレーザー光(532nm)照射による微細配線パターン形成に関して、レーザー光照射微小領域での温度上昇とレーザー照射条件との関係を、顕微ラマンスペクトルを用いたストークス光・アンチストークス光の強度比の変化から検討した。また、種々のポリマーフィルム上への銅微細パターンの形成をレーザー描画法によって行い、それらの密着性の評価を行なった。その結果様々なポリマーフィルム上に微細敗戦を形成することができ、さらに、通常の方法では密着性のとれないフッ素系ポリマーフィルムにさえ良好な密着性を持った銅微細配線を形成できることが示された。これは、レーザー照射部の昇温による銅ナノ粒子の金属化過程における、ポリマーフィルムと銅との界面での化学反応を示唆するものである。

Research Products

• [Journal Article] Submicron writing by laser irradiation on metal nano-particle dispersed films toward flexible electronics (2009)
  • Author(s): Akira Watanabe
  • Journal Title: Proc. SPIE 7202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 金属ナノ粒子分散薄膜へのレーザ照射によるサブミクロン微細配線形成 (2008)
  • Author(s): 渡辺明
  • Journal Title: 第70回レーザ加工学会講演論文集 Pages: 13-18
• [Journal Article] インクジェット方式の1/10の線幅が可能な金属微細配線形成技術を開発 (2008)
  • Author(s): 渡辺明
  • Journal Title: レーザ加工学会誌 15(2) Pages: 119-122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of Copper Micro-wiring by Laser Direct Writing (2007)
  • Author(s): Akira Watanabe
  • Journal Title: J. Photopolym. Sci. Technol. 20(1) Pages: 115-116
  • NAID: 130004833175
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct micropatterning of high dielectric BaTiO3 films by laser-induced pyrolysis with a nano-crystalline seeding technique (2007)
  • Author(s): Yoshio Kobayashi
  • Journal Title: Applied Surface Science 253 Pages: 5293-5301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Drawing of Submicrom Wiring By Laser-Induced Pyrolysis of Film Prepared from Liquid-Dispersed Metal Nanoparticles (2007)
  • Author(s): Akira Watanabe
  • Journal Title: Mol. Cryst. Liq. Cryst. 464 Pages: 161-167
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Submicron writing by laser irradiation on metal nano-particle dispersed films toward flexible electronics (2009)
  • Author(s): Akira Watanabe
  • Organizer: SPIE, Photonic West 2009
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国ザンノゼ
  • Year and Date: 2009-01-28
• [Presentation] Organosoluble Silicon and Germanium Nanoclusters films toward flexible electronics (2008)
  • Author(s): Akira Watanabe
  • Organizer: MRS fall meeting 2008
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国ボストン
  • Year and Date: 2008-12-04
• [Presentation] レーザ直接描写による金属配線・微細パターン形成 (2008)
  • Author(s): 渡辺明
  • Organizer: 多元技術融合光プロセス研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-10-15
• [Presentation] レーザー直接描画法による微細パターニング (2008)
  • Author(s): 渡辺明
  • Organizer: 第57回高分子討論会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2008-09-24
• [Presentation] 金属ナノ粒子分散薄膜へのレーザ照射によるサブミクロン微細配線形成 (2008)
  • Author(s): 渡辺明
  • Organizer: 第70回レーザ加工学会講演会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2008-05-27
• [Presentation] 金属ナノ粒子前駆体を用いたレーザー直接描画法による金属微細配線形成 (2007)
  • Author(s): 渡辺 明
  • Organizer: 第56回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-09-20