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2018 年度 実績報告書

レーザー誘起転写法による二次元ナノ構造の形態・組織制御と高密度ナノデバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H03423
研究機関東北大学

研究代表者

中村 貴宏  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (50400429)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードレーザー誘起前方転写法 / パルスレーザー / レーザープロセス / 金属
研究実績の概要

本研究では,レーザー誘起転写法 (Laser-Induced Foward Transfer,LIFT) を用いて二次元ナノ構造の形態および組織制御と高密度ナノデバイスへの応用を目的としている.通常のLIFTはガウスビームを薄膜物質に照射することでレーザー照射部を転写することが一般的であるが,LIFTにより二次元構造体の形状を維持したままを対向する基板上に転写形成するためには,対象とする構造体のサイズに寄らない横断面強度分布が均一なフラットトップビームの形成と,パルスレーザー光のエネルギーを吸収し,構造体転写のための駆動力を生じる光吸収層の導入が重要である.
これまでの研究ではレーザービームホモジナイザを導入することでフェムト秒パルスレーザーのガウスビームを四角形状のフラットトップビームに変換することに成功した.ガウスビームとフラットトップビームを100 nm以下の金属クロム薄膜に対して照射した場合,ガウスビームを用いた場合には,そのビーム強度分布を反映して中心の厚さが薄い転写構造体が形成されたが,フラットトップビームを用いることで,膜厚が均一な転写構造体の形成に成功した.
また,光吸収層はレーザー光の波長領域に吸収を示す色素を含有した光硬化性樹脂薄膜を用いた.光吸収層を導入することで,転写のためのレーザーエネルギー閾値の低減に効果的であることを示した.また,照射レーザービームの形状を反映した転写物の形成に成功した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

LIFTによる二次元構造体の形成のための要素技術については確立しつつある.転写物の形態が,レーザービームの横断面強度分布を反映するため,横断面強度分布が均一であればあるほどよく,構造体転写のためのエネルギー閾値と横断面強度分布の揺らぎについてより詳細に検討する必要がある.色素含有光硬化性樹脂薄膜を光吸収層とすることで,二事件構造体の転写に効果があることが示されたが,転写構造上に樹脂が残渣として堆積することが明らかとなり,転写後の除去プロセスが必要であることが明らかとなった.光吸収層については残渣の生じない膜厚などの条件を検討する必要があると考えられる.

今後の研究の推進方策

レーザービームの横断面強度分布の均一化のためには,レーザービームホモジナイザに入射するレーザービームを理想的なガウスビームとすることで改善できることが示されている.ミラーやレンズなどの光学系の選定や,精緻な光学アライメントを行うことで改善を目指す.また,光吸収層については現在用いている光硬化性樹脂薄膜の無機化処理を行うことで,光吸収層の特徴を損なうことなく転写の際の残渣の発生を低減することを試みる.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Pulsed Laser Drilling of Engineering Plastic Films to Fabricate Through-Hole Membranes for Print-and-Imprint Method2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nakamura, Kento Seki, Kazuro Nagase, Masaru Nakagawa
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 43 ページ: 289-292

    • DOI

      https://doi.org/10.14723/tmrsj.43.289

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of UV-curable liquid for in-liquid fluorescence alignment in ultraviolet nanoimprint lithography2018

    • 著者名/発表者名
      Kento Ochiai, Eri Kikuchi, Yota Ishito, Mari Kumagai, Takahiro Nakamura, Masaru Nakagawa
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 06HG02-1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.57.06HG02

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Elemental depth profiles and plasma etching rates of positive-tone electron beam resists after sequential infiltration synthesis of alumina2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ozaki, Shunya Ito, Nobuya Hiroshiba, Takahiro Nakamura, Masaru Nakagawa
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 06HG01-1-6

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.57.06HG01

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 4.Visualization of organic/inorganic hybridization of UV-cured films with trimethylaluminum by scanning transmission electron microscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Masaru Nakagawa, Takuya Uehara, Yuki Ozaki, Takahiro Nakamura, Shunya Ito
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science & Technology B

      巻: 36 ページ: 06JF02-1-7

    • DOI

      https://doi.org/10.1116/1.5047822

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of UV-Curable Resins Suitable for Reverse-Tone Lithography for Au Metamaterials Using a Print-and-Imprint Method2018

    • 著者名/発表者名
      Takuya Uehara, Shinya Sato, Shunya Ito, Haruna Yano, Takahiro Nakamura, Masaru Nakagawa
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 91 ページ: 178-186

    • DOI

      https://doi.org/10.1246/bcsj.20170280

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] トリメチルアルミニウムを用いた3種類の化学気相反応法による光硬化レジストの有機-無機ハイブリッド化の膜厚方向の化学組成解析2018

    • 著者名/発表者名
      伊東駿也,上原卓也,尾﨑優貴,中村貴宏,中川勝
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] Print-and-imprint 法におけるレーザー加工孔版印刷での低粘度化2018

    • 著者名/発表者名
      中村貴宏,遠藤功望,中川勝
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] Morphological changes in positive-tone EB resist patterns induced by sequential infiltration synthesis and solvent annealing2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ozaki, Shunya Ito, Takahiro Nakamura, Masaru Nakagawa
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • [学会発表] 6.Surface modification of polyimide laser-drilled screen-printing masks for low-viscosity liquids in print-and-imprint method2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nakamura, Narumi Endo, and Masaru Nakagawa
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference

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公開日: 2019-12-27  

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