| 研究課題/領域番号 |
20K05293
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
堀内 敏行 東京電機大学, 工学部, 研究員 (00297582)
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| 研究分担者 |
小林 宏史 東京電機大学, 工学部, 准教授 (80838855)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 立体面投影露光 / リソグラフィ / 放物面鏡 / マジックミラー / 投影像 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、緩い任意曲面上のパターンを、同じ形状の別の曲面上に一度に投影露光して転写する立体面投影露光技術を開発することである。二つの放物面鏡を対向させて重ね、各放物面鏡の開口中心に他方の放物面鏡の焦点が来るようにした光学系を用いる。両放物面鏡の焦点は共役の関係となるので、下ミラーの開口中央部に反射または透過パターンを有する原図物体を置いて斜め下方から照明し、上ミラーの開口中央部に置いた被露光物体の表面にパターン像を投影して転写する。
令和2年度は、ミラー直径が140mm、全高が50mm、開口の直径が40mmの教材用マジックミラー光学系を用い、立体原図物体がどのように投影されるかを詳しく調べた。最初に原図物体として反射物体を用いた。原図物体の保持高さを変化させたときの投影可能余裕度が非常に大きく、10mm以上あること、また、高さに対して像寸法がほぼリニアに変化することを明らかにした。原図物体の位置ずれと像の位置ずれとの関係は、光線追跡による計算でも検討し、位置ずれが小さい範囲では、計算上も原図物体の位置ずれに対してリニアに像の位置ずれが生ずることを確認した。投影結像の特徴が実験、計算の両面から把握できたことは意義が大きい。令和2年秋の応用物理学会秋季学術講演会に発表した。
一方、反射物体の形状により投影像の鮮明度すなわち明暗コントラストが異なり、高コントラストな投影像を得ることが中々難しいことが分かった。斜め下方から原図物体を照明するため、平坦な上面や凹んだ上面は明るく均一に照明することが困難であった。そこで、透過パターンを形成した薄い透過体を原図物体として用いることを検討した。その結果、凸面、凹面の原図物体とも高コントラストで投影することができた。平面レチクルの300μmライン&スペースパターンも投影できた。この結果は、令和3年の応用物理学会春季学術講演会に発表した。
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| 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
ミラー直径が140mm、全高が50mm、開口の直径が40mmの教材用マジックミラー光学系を用い、立体原図物体がどのように投影されるかを詳しく調べた。光源としては、顕微鏡用発光ダイオードリング照明光源を用いた。
最初に原図物体として反射物体を用いた。原図物体の保持高さを変化させたときの投影可能余裕度は10mm以上と非常に大きいこと、高さに対して像寸法がほぼリニアに変化することが分かった。原図物体の位置ずれと像の位置ずれとの関係は、光線追跡による計算でも検討し、位置ずれが小さい範囲では、計算上も原図物体の位置ずれに対してリニアに像の位置ずれが生ずることを確認した。一方、反射物体を用いると、高コントラストな投影像を得ることが中々難しいことが分かった。斜め下方から原図物体を照明するため、平坦な上面や凹んだ上面は明るく均一に照明することが困難であった。
そこで、透過パターンを形成した薄い透過体を原図物体として用いることを検討した。その結果、凸面、凹面の原図物体とも高コントラストで投影することができた。平面レチクルの300μmライン&スペースパターンも鮮明に投影できた。
これらの実験結果を踏まえて、同じ教材用マジックミラー光学系を用い、リソグラフィでパターン形成をするためのプロトタイプ露光装置を組立て、早期にパターン形成実験ができるようにした。また、専門業者が販売している精度が高い回転放物面鏡を用いた立体面投影露光装置の大枠を設計し、照明装置、骨組みなど、主な機材を用意した。照明主波長は405nm、ミラー径は290mm、高さ100mm、開口の大きさは82mmである。
コロナ禍で登校が制限され、プロトタイプ露光装置を組み上げるための部品機械加工に苦労したが、何とか予定通りに用意できた。実験も、自宅で大きい黒い袋の中で像観察するなどの工夫により、何とか遅れずに実施した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度に製作した、教材用マジックミラー光学系を用いたプロトタイプ露光装置により、簡単なパターン形成実験を早期に行う。そして、リソグラフィによるレジストパターン形成を早期に確認する。後述するきちんとした露光装置を作るには少し時間がかかるため、それまでのつなぎとしてプロトタイプ露光装置を利用して基本的な実験をできるだけ沢山行う。まず、平面や半円筒形などの基本的な形状の被露光物上へのパターン形成を行う。
一方、令和2年度に大枠を設計し主な機材を調達した、専門業者が販売している回転放物面鏡を用いた立体面投影露光装置について、詳細設計を進め、令和3年10月内の組立完成を目指す。照明装置、骨組みなど、既に用意してある主な機材の実寸を測定しながら、原図物体や被露光物体の保持や位置決めに必要な機構部品を選定中である。照明主波長は405nmとした。ミラー光学系の外寸は径290mm、高さ100mm、開口の大きさ82mmである。色々な機材を組み合わせて露光装置として組み上げるための板材の設計を進めており、図面が出来上がり次第、板材を手配して組み立てに必要な穴やねじなどの加工を行う。仮組み後、手配漏れの構造部品、設計ミスで組立たない部分の修正など、現物の装置を組み立てる段階で生ずる不都合に対応して装置を完成させる。装置ができたならば、性能の評価を行い、立体面投影について詳しく検討する。
コロナ禍で登校が制限されており、機械加工と実験にかけることができる時間が通常時の半分～1/3に制約されている。部品加工が少なくて済むよう機構を簡素化して設計し、装置組み上げが遅れないように努力したい。また、リソグラフィは自宅では実施が難しいので、わずかな短い時間でも、少しずつでも、できる限りの機会を捉えて実験を重ねて行きたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍により、発表や参加を計画していた国内外の学会が中止になり、中止でない場合もオンライン開催となった。そのため、旅費は使用額が0円となり、学会参加費も使わなかったり、通常時より安くなったりして次年度使用額が生じた。コロナ禍が収まれば、成果を国際会議など大きな発表の場に参加して発表したいと考えている。
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