集束陽子線描画による高アスペクト比構造を活かした三次元誘電泳動デバイスの創成

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360154
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 西川 宏之 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40247226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 諭 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90305417) ; 長谷川 忠大 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (10340605)
• Keywords: 集束陽子線描画 / 三次元微細構造 / 誘電泳動 / レジスト / マイクロ流路 / 転写技術 / 高アスベクト比構造 / 微生物捕集

Research Abstract

本研究の目的は、集束陽子線描画(PBW)により高アスベクト比を有するサブミクロン三次元微細構造を形成し、これにより微生物の捕集・計測・無害化機能を有する新規な高機能、高効率な三次元誘電泳動(DEP)デバイスを創成することである。以下の3課題に取り組んだ。
【課題1. ビーム発生・制御】(1)サブミクロン集束実験:初年度作製の高精度ビーム標準(PBWと電鋳プロセスにより作製)を用いた二次電子イメージによる形成機能を確認した。(2)ステージ走査による広域描画:CADデータを読み込み可能な、PBW用描画ソフトウエア開発を行い、動作を検証した。(3)エネルギー制御による深さ制御はアライメントマークの二次電子像による位置合わせ技術を開発した。
【課題2. 材料・プロセス技術】(1)高アスペクト比(>20)加工:3MeVの加速エネルギーにより、最大100μm厚レジストで数ミクロンレベルの加工を実現した。サブミクロン分解能を得るためのPBW専用レジスト適用検討も開始した。(2)エネルギー多重照射による多層構造形成:アライメントマークを用い、多層構造間での位置合わせにてビーム径(～1μm)程度の精度を得た。(3)電鋳による二次加工技術の検討:PBWによる高アスベクト比構造をPMMA母型とする電鋳により実現した。FIBにより電鋳した金属断面組織を評価し、金型としての評価を行った。
【課題3. DEPデバイス応用】(1)3D-DEP設計と評価:1μm程度の微生物(大腸菌)捕集が可能な3D-DEP場を、有限要素法による電界計算に基づき、設計、評価した。3D-DEP場を形成する三次元微細構造を試作し、リアルタイム蛍光観察(PTV)による評価を行った。(2)デバイス試作:フォトリソグラフィまたはPDMS転写を併用し、マイクロ流路を含む3D-DEP構造組み込みデバイスを試作した。

Research Products

• [Journal Article] Electroforming of Ni mold for imprint lithography using high-aspect-ratio PMMA microstructures fabricated by proton beam writing (2011)
  • Author(s): Y.Tanabe, H.Nishikawa, Y.Seki, T.Satoh, Yasuyuki Ishii, T.Kamiya, T.Watanabe, A.Sekiguchi
  • Journal Title: Microelectronic Engineering Volume: (Online, Science Direct)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microbeam complex at TIARA : Technologies to meet a wide range of applications (2011)
  • Author(s): T.Kamiya, K.Takano, T.Satoh, Y.Ishii, H.Nishikawa, S.Seki, M.Sugimoto, S.Okumura, M.Fukuda
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B : Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: (Online, Science Direct)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Soft-lithographic methods for the fabrication of dielectrophoretic devices using molds by proton beam writing (2010)
  • Author(s): Y.Shiine, H.Nishikawa, Y.Furuta, K.Kanamitsu, T.Satoh, Y.Ishii, T.Kamiya, R.Nakao, S.Uchida
  • Journal Title: Microelectronic Engineering, Volume 87, Issues 5-8, pp.835-838 (May-August 2010) Volume: 87 Pages: 835-838
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 誘電泳動デバイスにおける付加構造ピラーの捕集効果 (2011)
  • Author(s): 神孝之、浅井千尋、内田諭、椎根康晴、西川宏之
  • Organizer: 第58回応用物理関係連合講演会26p-CB-2
  • Place of Presentation: 神奈川大学
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 集束プロトンビーム描画を用いた高アスペクト比Ni電鋳作製におけるPMMA母型の現像プロセスからの検討 (2011)
  • Author(s): 田邊裕介、西川宏之、渡辺徹、佐藤隆博、石井保行、神谷富裕
  • Organizer: 第58回応用物理関係連合講演会24a-BJ-1
  • Place of Presentation: 神奈川大学
  • Year and Date: 2011-03-24
• [Presentation] Proton Beam Writing Micro Fabrication System for Micro Chemical Devices (2010)
  • Author(s): Phi Nguyen Truong, Ryo TESHIMA, Tadahiro HASEGAWA, Hiroyuki NISHIKAWA
  • Organizer: 2010 International Symposium on Micro-Nano Mechatronics and Human Science (MHS2010) pp.435-440
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2010-11-10
• [Presentation] Electroforming of Ni mold using high-aspect-ratio PMMA microstructures fabricated by proton beam writing (2010)
  • Author(s): Yusuke Tanabe, Hiroyuki Nishikawa, Takahiro Satoh, Yasuyuki Ishii, Tomihiro Kamiya, Tohru Watanabe, Atsushi Sekiguchi
  • Organizer: 36th International Conference on Micro & Nano Engine Bring (MNE), Paper No.P-LITH-112(Genoa, Italy, 19-22 September 2010)
  • Place of Presentation: Genoa, Italy
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Optical counting of trapped bacteria in dielectrophoretic device with pillar array (2010)
  • Author(s): S.Uchida, R.Nakao, Y.Shiine, H.Nishikawa
  • Organizer: World Automation Congress 2010, Paper No.ISIAC # 483 (19-22, Sep.2010)
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] 集束プロトンビーム描画によるピラー形状の違いを用いた誘電泳動デバイスの作製と評価 (2010)
  • Author(s): 椎根康晴、坂下裕介、西川宏之、佐藤隆博、石井保行、神谷富裕、神孝之、内田諭
  • Organizer: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会、論文番号14a-ZA-4
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 集束プロトンビームによるPMMAモールドを用いた誘電泳動用PDMSピラーの作製 (2010)
  • Author(s): 坂下裕介、椎根康晴、西川宏之、佐藤隆博、石井保行、神谷富裕、内田諭
  • Organizer: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会、14a-ZA-5
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Fabrication of Three-Dimensional Pillar Arrays by PBW for Improved Trapping Performance of Dielectrophoretic Devices (2010)
  • Author(s): Yasuharu Shiine, Yusuke Sakashita, Hiroyuki Nishikawa, Takahiro Satoh, Yasuyuki Ishii, Tomihiro Kamiya, Ryota Nakao, Satoshi Uchida
  • Organizer: 12th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications (Germany, July 26-30), Paper P2-50, Book of Abstracts p.150
  • Place of Presentation: Leipzig, Germany
  • Year and Date: 2010-07-29
• [Presentation] Controlling Spatial Curing Reactions of Epoxy Resin Systems on Ion Beam Writing (2010)
  • Author(s): Katsuyoshi Takano, Takahiro Satoh, Masashi Koka, Tomihiro Kamiya, Yasuyuki Ishii, Takeru Ohkubo, Masaki Sugimoto, Hiroyuki Nishikawa, Shu Seki
  • Organizer: 12th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications (Germany, July 26-30), Paper No.P2-181, Book of Abstracts p.173
  • Place of Presentation: Leipzig, Germany
  • Year and Date: 2010-07-29
• [Presentation] Microbeam Complex in TIARA : Technologies to Meet Wide Range of Applications (2010)
  • Author(s): Tomihiro Kamiya, Katsuyoshi Takano, Takahiro Satoh, Yasuyuki Ishii, Susumu Okumura, Hiroyuki Nishikawa, Shu Seki, Masaki Sugimoto, Wataru Yokota, Mitsuhiro Fukuda
  • Organizer: 12th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications (Germany, July 26-30), Paper No.FBOI2-84, Book of Abstracts p.40
  • Place of Presentation: Leipzig, Germany
  • Year and Date: 2010-07-26
• [Remarks]
  • URL: http://www.cfm.ae.shibaura-it.ac.jp