イオンビームを用いたナノサ イズの3次元加工技術...
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イオンビームを用いたナノサイズの3次元加工技術の開発
- 3D-nanofabrication by Using Ion Beam -
高知工科大学 百田 佐多生,野尻 洋一, 岩満 慎吾,五藤 聖悟東京理科大学 宮本 岩男,谷口 淳富山大学 森田 昇,川堰 宣隆
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研究開発の背景3次元微細構造3次元加工技術 が必要とされる分野
超精密,光学,医療,バイオ,IT
マイクロ検査チップ(日立製作所)
マイクロレンズアレイ(日本板硝子)
iMEMS(ANALOG DEVICES社)
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研究の目的新しい3次元微細加工プロセスの開発
1. 多価イオンビームによる露光
2. 酸やアルカリによるエッチング
3. インプリント•金型等による大量生産
多価イオンビームの照射技術
化学リソグラフィー技術
大量生産技術
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3大学による共同研究多価イオンビームの照射技術
化学リソグラフィー技術 大量生産技術
高知工科大学百田グループ
東京理科大学宮本•谷口グループ
富山大学森田グループ
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超微細加工工学• 電子ビーム露光• 三次元ナノ金型作製• 三次元ナノインプリント技術• ダイヤモンドの超微細加工 • MEMS/NEMS• 半導体プロセス• イオンビーム加工
東京理科大学 基礎工学部電子応用工学科 宮本•谷口研究室
replicamold
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富山大学 工学部機械知能システム工学科生産精密加工学研究室Machine Tool(工作機械技術)Machining(加工技術)Measuring(計測評価技術)
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イオンビームによる加工イオンビームの照射
照射部の除去
照射部以外の除去
照射部の改質
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多価イオンとは中性原子から2個以上の軌道電子を
はぎ取ったもの
+8-
--
-
---
-
酸素原子1価(1+)2価(2+)
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イオンが持つエネルギー
質量:m
クーロンE
運動Eイオンが持つエネルギー = 運動E + クーロンE
速度:v E = 12mv2
はがされた電子の個数 (価数:q) とともに増加
多価イオン
価数:q ∝qV
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照射条件による加工の制御加工深さ加工速度
価数 :+q運動E :E [keV] ~ q × V照射量 : n [ions/cm2]
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多価イオンビーム照射装置
生成
イオンの生成ビーム化
装置の概要
輸送
収束形状の成形
分析
元素, 価数の選択
照射
照射角度, 位置の制御
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多価イオンビーム照射装置現有施設
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実験手順I. 照射試料(SOG, Si)の製作Si基板上にスピンオングラス(SOG)を塗布
II. Arイオンビームの照射
III. 化学エッチングHF水溶液
IV. 試料表面の凹凸を観測光学顕微鏡,α-ステップ,AFM
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試料表面の観測(SOG)マスクパターンの転写
段差構造の形成-150
-100
-50
0
200150100500X [µm]
深さ [nm]
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価数による加工速度の制御Ar1+, 9+ on SOG
E = 90 keV, Etchant : HF250
200
150
100
50
0
Etching Rate [nm/min.]
6004002000
Dose [q µC/cm2]
1+ 9+
価数による変化
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入射エネルギーによる加工深さの制御
500
400
300
200
100
0Etching Depth [nm]
12080400Etchint time [min.]
VAccel. [kV] 20 40 60 80 100
Ar4+ on Sin = 800μC/cm2, Etchant : 46 mass% HF
600
500
400
300
200
100
0
Etching depth [nm]
12080400VAcl. [kV]
Obs. TRIM
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照射量による加工速度の制御Ar4+ on Si
E = 240 keV, Etchant : 46 mass% HF
400
300
200
100
0Etching Depth [nm]
12080400Etching time [min.]
Dose [enA/cm2]
200 800 3000 10000
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まとめ多価イオンビームを用いた3次元加工技術を開発するために、3大学(高知工科大学,東京理科大学,富山大学)で共同研究を開始
イオンビームリソグラフィー法においてq, E, nによる加工深さ,加工速度の変化 → 加工深さ,速度の制御
今後、産官学の協力体制(地域コンソーシアム等)による加工技術の開発と実用化