ナノインプリント技術の基礎と応用最前線

はじめに
　Preface
　半導体産業におけるナノインプリントへの期待
　　1.　AI/ 知能化社会をリードする半導体
　　　1.1　超高速処理AI デバイスにより知能化
　　　1.2　知能化と電化が進む自動車が半導体の3 つ目の柱に
　　2.　超高速・大容量通信を可能にする光融合型3次元ハイブリッドデバイス技術の発展
　　　2.1　メモリへのナノインプリント実用化
　　　2.2　高速ネットワークに求められる光融合デバイスとナノインプリント
　　　2.3　自動車の自動運転を可能にするADAS センサーへの応用
　　　2.4　ミリ波，ビヨンド5G 向け高速通信用アンテナ
　　　2.5　ヘテロジニアスインテグレーションがひらく，新たな世界
　　おわりに
　本書出版にあたって

第1部　ナノインプリント技術の基礎
　第1章　ナノインプリント技術の歴史・研究～実用化のこれまで
　　はじめに
　　1.　ナノインプリントの起源
　　　1.1　インプリントとは
　　　1.2　ナノインプリントの誕生と発展経緯
　　　　1.2.1　ナノインプリントの誕生
　　2.　ナノインプリントの進展
　　3.　ナノインプリントの成立要件
　　4.　産業応用へのあゆみ

　第2章　熱・光(UV)ナノインプリント技術
　　第1節　熱およびダイレクトナノインプリントのメカニズムとプロセス
　　　はじめに
　　　1.　基本的なプロセスメカニズム
　　　　1.1　シミュレーションモデル
　　　　1.2　成形の基本メカニズム
　　　　　1.2.1　プレス圧力依存性
　　　　　1.2.2　アスペクト比依存性
　　　　　1.2.3　初期膜厚依存性
　　　2.　応力による欠陥要因とプロセスの最適化
　　　　2.1　高アスペクト比パターン作製における典型的欠陥
　　　　　2.1.1　プロセスシーケンスと発生する応力・歪
　　　　　2.1.2　プロセスシーケンスの最適化
　　　　　2.1.3　高アスペクト比パターンの作製
　　　　2.2　マイクロレンズ構造の成形
　　　　　2.2.1　凹型マイクロレンズのナノインプリント例
　　　　　2.2.2　凸型マイクロレンズのナノインプリント例
　　　3.　成形時間依存
　　　　3.1　実験方法
　　　　3.2　計算モデル
　　　　3.3　実験と計算結果
　　　4.　ダイレクトナノインプリント
　　　　4.1　ガラスへのダイレクトナノインプリント
　　　　4.2　Au へのダイレクトナノインプリント
　　　　4.3　有機半導体へのダイレクトナノインプリント
　　　まとめ
　　第2節　光（UV）ナノインプリントのメカニズムとプロセス
　　　1.　光（UV）ナノインプリント
　　　2.　レジストの充填プロセス
　　　　2.1　液滴滴下方式での充填
　　　　2.2　スピンコート法と凝縮性気体雰囲気中での充填
　　　3.　UV 照射プロセス
　　　4.　光硬化プロセス
　　　5.　光（UV）ナノインプリントの課題と解決策
　　　　5.1　気泡のトラップ
　　　　5.2　残膜厚の均一化
　　　6.　光ナノインプリント半導体製造への応用
　　　　6.1　半導体配線工程への応用
　　　　6.2　ダブルパターニング後のチョッピングへの応用
　　　まとめ
　　第3節　混合凝縮性ガス導入による低欠陥・高精度ナノインプリント技術
　　　はじめに
　　　1.　凝縮性ガスを導入するナノインプリント
　　　2.　混合凝縮性ガスを導入するナノインプリント
　　　おわりに
　第3章　ナノインプリントにおける分子挙動・シミュレーション・測定法
　　第1節　分子動力学法によるナノインプリント成形，離型の分子挙動解析
　　　はじめに
　　　1.　樹脂モデルと分子サイズ
　　　2.　分子動力学解析
　　　3.　限界解像度と分子サイズ
　　　4.　連続体力学との比較
　　　5.　離型と分子挙動
　　　おわりに
　　第2節　ナノインプリントによる原子ステップ解像の分子動力学解析
　　　はじめに
　　　1.　分子動力学計算モデル
　　　2.　計算結果
　　　3.　表面形状の分析
　　　おわりに
　　第3節　分子動力学法によるガラス材料のナノインプリント成型における限界解像度解析
　　　はじめに
　　　1.　計算条件
　　　2.　ガラス成型結果とその解像限界
　　第4節　UVナノインプリントにおける樹脂の光硬化特性のシミュレーション解析
　　　はじめに
　　　1.　光硬化反応の確率論的シミュレーションモデル
　　　2.　光硬化特性のシミュレーション解析
　　　3.　光硬化性樹脂における反応阻害の再現
　　　4.　光硬化性樹脂における硬化収縮の再現
　　　おわりに
　　第5節　レジンのUV収縮・熱変形・荷重変形による転写誤差シミュレーションのための物性測定
　　　はじめに
　　　1.　測定を要するレジン特性・物性
　　　　1.1　温度時刻歴
　　　　1.2　熱膨張率
　　　　1.3　即時弾性率
　　　　1.4　動的粘弾性係数
　　　　1.5　反応速度定数
　　　　1.6　UV 収縮時刻歴
　　　2.　回転式レオメーター試験
　　　　2.1　装置概略
　　　　2.2　ロッドとギャップ長の選定
　　　　2.3　光源の選定と設定
　　　　2.4　レジンの塗布
　　　　2.5　測定条件の設定
　　　　2.6　再現性の確認
　　　おわりに
　　第6節　紫外線硬化性樹脂のナノレオロジー測定法
　　　はじめに
　　　1.　ナノレオロジー測定法
　　　2.　ナノ厚さの光硬化性液体膜のずり粘弾性測定
　　　3.　ナノ厚さ光硬化性液体膜のUV 硬化プロセスの測定
　　　おわりに
　第4章　室温ナノインプリント技術
　　　はじめに
　　　1.　PDMSソフトモールドを用いた室温ナノインプリント
　　　　1.1　PDMSモールドの特性と作製
　　　　1.2　HSQ転写パターン
　　　　1.3　HSQ転写パターンのアニール特性
　　　2.　室温ナノインプリントの応用展開
　第5章　モールド技術
　　　はじめに
　　　1.　原版モールドの作製
　　　　1.1　半導体微細加工技術によるモールド作製
　　　　1.2　ロールtoロール用モールド作製
　　　　　2.2.1　薄膜ホイルのロールへの巻き付け　
　　　　　2.2.2　ロール基材面の直接加工
　　　　　2.2.3　ロール基材のビーム加工
　　　2. レプリカモールドの必要性とその作製
　　　　2.1　Ni電鋳によるレプリカ作製
　　　　2.2　シリカ系材料によるレプリカ作製
　　　　2.3　ソフトモールドによるレプリカ作製
　　　　2.4　キャスティングによる樹脂材料を用いたレプリカ作製
　　　　2.5　水溶性樹脂によるレプリカ作製
　　　3.　曲面モールドの作製と転写
　　　　3.1　電子線リソグラフィによる曲面形状モールドの作製
　　　　3.2　曲面形状モールドによる微細構造形成
　　　まとめ
　第6章　離型技術
　　第1節　離型技術のメカニズムと離型性の向上
　　　はじめに
　　　1.　ナノインプリントにおける離型のメカニズム
　　　2.　接着と剥離の物理化学と表面エネルギー
　　　3.　離型プロセスのシミュレーション解析
　　　　3.1　破壊力学モデルによる解析
　　　　3.2　接触境界モデルによる解析
　　　　3.3　傾斜角付きモールドによる離型モデルの検証
　　　4.　離型性向上のためのプロセス
　　　　4.1　化学的手法による離型性向上
　　　　　　4.1.1　モールドの表面コーティング
　　　　　　4.1.2　偏析剤による欠陥低減
　　　　　　4.1.3　プライマーによる樹脂/ 基板密着性の向上
　　　　4.2　力学的手法による離型性向上
　　　　　　4.2.1　モールド/ 樹脂材料の弾性率の影響と最適化
　　　　　　4.2.2　ピール離型
　　　　　　4.2.3　振動離型方法
　　　5.　傾斜型回折格子構造の離型解析
　　　　5.1　背景
　　　　5.2.　傾斜型回折格子の離型シミュレーション解析
　　　　　　5.2.1　数値モデル
　　　　　　5.2.2　構造と材料
　　　　5.3　解析結果
　　　　　　5.3.1　垂直離型と傾斜離型
　　　　　　5.3.2　剥離（ピール）離型
　　　　　　5.3.3　へき開離型
　　　　5.4　まとめ
　　　まとめ
　　第2節　レプリカモールドの離型性の寿命予測
　　　はじめに
　　　1.　繰り返しUV-NIL による耐久性評価
　　　　1.1　実験方法
　　　　1.2　実験結果
　　　　1.3　まとめ
　　　2.　ラインアンドスペース（L&S）金型を用いた寿命予測方法
　　　　2.1　測定方向による接触角の違い
　　　　2.2　レプリカモールドの作製
　　　　2.3　繰り返しUV-NIL 転写方法
　　　　2.4　繰り返し転写結果
　　　　2.5　まとめ
　　　おわりに
　第7章　ディープラーニングを活用したプロセス・材料の最適化
　　はじめに
　　1.　グリセリン添加ポリビニルアルコール（PVA）の低温ダイレクト・ナノインプリント
　　2.　ディープラーニングによるナノインプリント結果の予測
　　　2.1　グリセリン添加によるPVA の成形性
　　　2.2　ディープラーニングによる学習とその結果の検証
　　3.　シミュレーション予測とのハイブリッド化による予測範囲の拡張
　　　3.1　シミュレーションによる学習範囲の拡張
　　4.　プロセス・材料の設計支援とその検証
　　おわりに

第2部　ナノインプリント技術の応用
　第1章　AR/VR/MRデバイスへの応用
　　第1節　AR/MR/VRデバイスに用いられる光学系技術
　　　1.　AR，MR，VR 技術の概要と対応機器
　　　　1.1　AR技術の概要と対応機器
　　　　1.2　MR技術の概要と対応機器
　　　　1.3　VR技術の概要と対応機器
　　　2.　AR，MR，VR 機器における光学系の役割
　　　　2.1　AR，MR機器における光学系の役割
　　　　2.2　VR機器における光学系の役割
　　　3.　VR機器に用いられる光学系と仕組み
　　　4.　AR，MR機器に用いられる光学系と仕組み
　　　　4.1　ハーフミラー方式
　　　　4.2　光導波路方式
　　　　4.3　網膜投影方式
　　　5.　ナノインプリント技術のAR/VR デバイスへの応用と課題
　　　　5.1　AR/VRグラス用光導波路の構造
　　　　　5.1.1　光導波路と表面構造
　　　　5.2　表面レリーフ型（SRG）構造とナノインプリント
　　　　5.3　ナノインプリントプロセス・材料に求められる性能
　　　おわりに
　第2節　XRデバイスにおける光学樹脂への要求特性と高屈折率NI樹脂
　　　はじめに
　　　1.　XR デバイスへのUV ナノインプリント活用
　　　　1.1　UV 硬化型NI 樹脂の光学応用
　　　　1.2　UV 硬化型NI 樹脂の要求特性
　　　2.　高屈折率NI 樹脂の開発技術
　　　　2.1　UV 硬化樹脂の高屈折率化
　　　　　2.1.1　屈折率を調整する元素
　　　　　2.1.2　特殊な分子構造のモノマー，オリゴマー
　　　　　2.1.3　ナノフィラー
　　　　2.2　ナノインプリントプロセスへの適合
　　　　　2.2.1　塗布
　　　　　2.2.2　流動性
　　　　　2.2.3　UV 硬化
　　　　　2.2.4　離型性
　　　　2.3　高屈折率NI 樹脂の例
　　　　　2.3.1　溶媒系高屈折率NI 樹脂の取り扱い方法と特徴
　　　　　2.3.2　無溶媒系高屈折率NI 樹脂の取り扱い方法と特徴
　　　　2.4　高屈折率とナノインプリント性を両立する上での課題
　　　おわりに
　第3節　ナノインプリントリソグラフィ適合超高屈折率樹脂
　　　はじめに
　　　1.　高屈折率化へのアプローチと課題
　　　2.　HighRI Optics 社のナノインプリント適合高屈折率樹脂製品
　　　3.　ナノインプリント適合高屈折率樹脂を使った応用例
　　　おわりに
　第4節　国際会議に見るARVR用光学素子向け応用研究・開発例
　　　はじめに
　　　1.　AR/VR用光導波路製造へのナノインプリントの必然性
　　　2.　黎明期の取り組み(2000年代)
　　　3.　2010年代の状況
　　　4.　NNT(Nanoimprint and Nanoprint Technology Conference)での発表
　　　　4.1　NNT2019 (Boston)での発表内容
　　　　4.2　 NNT2021 (Finland/ Online)での発表
　　　　4.3　NNT2022 (Toyama)での報告
　　　　4.4　NNT2023 (Boston)での発表
　　　　4.5　NNT2024 (Lundo)での発表
　　　　　4.5.1　中国からの発表
　　　　　4.5.2　Waveguide関連の発表
　　　5.　SPIE AR/VR/MRよりナノインプリントによるAR/VRグラス用光導波作製の現状
　　　　5.1　はじめに
　　　　5.2　Waveguideの各方式とアイグロー
　　　　5.3　SRG方式，体積ホログラム方式の特徴と各社方式
　　　　5.4　SRG構造の方式と光学特性を含めた特徴
　　　　5.5　各種SRG構造のモールド作製
　　　　5.6　導波路の基板材料とSRG構造の材料
　　　　5.7　SPIE AR/VR/MR 2025 (2025年1月　サンフランシスコ)での動向
　第2章　光学・半導体・電子部材とその他の最新の応用展開
　　第1節　ナノアンテナへの応用
　　　はじめに
　　　1.　ナノアンテナとは
　　　　1.1　局在表面プラズモン共鳴
　　　　1.2　ナノアンテナ
　　　　1.3　ナノアンテナの作製方法
　　　2.　ナノアンテナの応用
　　　　2.1　蛍光制御
　　　　　2.1.1　蛍光体薄膜との組み合わせ
　　　　　2.1.2　YAG 蛍光板との組み合わせ：指向性ある擬似白色光取り出し
　　　　　2.1.3　まとめ
　　　　2.2　メソポーラスシリカ薄膜とナノアンテナを組み合わせた蒸気圧応答光共鳴
　　　　　2.2.1　多孔質材料を用いた気体の検知
　　　　　2.2.2　試料作製
　　　　　2.2.3　結果
　　　　　2.2.4　まとめ
　　　3.　ナノアンテナシール
　　　　3.1　ナノアンテナシールの作製
　　　　3.2　ナノアンテナシールの蛍光制御への応用
　　　　　3.2.1　蛍光体基板との組み合わせ
　　　　　3.2.2　伸縮による蛍光方向の制御
　　　　　3.2.3　サンドイッチ構造による蛍光増強
　　　　　3.2.4　まとめ
　　　おわりに
　　第2節　ホットエンボス加⼯を基盤としたワイヤーグリッド偏光シートの開発
　　　はじめに
　　　1.　Agナノ粒子インクを利用した偏光シート
　　　2.　無電解Niめっき膜を利用した偏光シート
　　　3.　三角波状ナノ構造を利用した偏光シート
　　　おわりに
　　第3節　ソフトインプリントリソグラフィー技術を利用した赤外用ワイヤグリッド偏光子の製作
　　　はじめに
　　　1.　ゾル－ゲル法とソフトインプリント
　　　2.　赤外用ワイヤグリッド偏光子の製作方法
　　　3.　光学評価
　　　おわりに
　　第4節　空中映像用二面コーナーリフレクターアレイへの応用
　　　はじめに
　　　1.　2 面コーナーリフレクタアレイ
　　　　1.1　構造と製造方法
　　　　1.2　結像原理
　　　2.　2 面コーナーリフレクタアレイによる空中映像の応用
　　　おわりに
　　第5節　ナノ金属積層構造の作製とプラズモンメモリ・フレキシブルインタポーザへの応用
　　　はじめに
　　　1.　金属ナノパターンの積層方法
　　　2.　マイクロオーダーの貫通穴電極の作製
　　　おわりに
　　第6節　チップ実装における微細バンプ・配線形成への応用
　　　はじめに
　　　1.　背景
　　　　1.1　半導体のIoT 応用とチップ低温接合
　　　　1.2　インプリント法によるバンプの狭ピッチ化
　　　　1.3　ハードレプリカからソフトレプリカへ
　　　2.　実験方法
　　　3.　実験結果と考察
　　　　3.1　導電性ペーストのかきとり性
　　　　3.2　段差を有する基板への配線転写
　　　　3.3　微細・高アスペクトバンプ形成
　　　おわりに
　　第7節　プリント配線板への超微細配線形成への応用
　　　はじめに
　　　1.　現行の配線形成方法とナノインプリントダマシン工法
　　　　1.1　現行の配線形成方法と配線微細化の課題
　　　　1.2　ナノインプリントを応用した配線形成方法
　　　2.　実験方法
　　　　2.1　基材とモールド
　　　　2.2　ナノインプリント装置と手法
　　　　2.3　銅めっきと表層除去
　　　3.　結果と考察
　　　　3.1　インプリントによる転写性
　　　　3.2　銅めっきと表層除去
　　　おわりに
　　第8節　ポリマー製フォトニック結晶バイオセンサへの応用
　　　はじめに
　　　1.　フォトニック結晶を用いたセンシングデバイスの開発
　　　2.　ポリマー製PhC を用いたDNAセンシング
　　　　2.1　プローブDNA 固定化方法の検討
　　　　2.2　プローブDNA 固定化方法によるDNAセンシング性能比較
　　　おわりに
　　第9節　バイオミメティクスと表面構造設計
　　　はじめに
　　　1.　バイオミメティクスの位置づけ
　　　2.　サメの流体解析
　　　3.　バイオフィルム
　　　4.　バイオフィルムの成長を抑制する表面構造
　　　おわりに
　第3章　ナノインプリントの産業応用を促進する材料・モールド・装置の開発動向
　　第1節　Commercial NIL resists for Thermal and UV Nanoimprint Lithography
　　　1.　Commercial NIL resist materials applicable for different Nanoimprint Lithography
　　　　　 Techniques
　　　　1.1　Thermoplastic and thermoset NIL resists
　　　　1.2　Thermal and UV--activated thermosetting NIL resists
　　　　1.3　Tailored resist formulations for industrial UV-NIL techniques
　　第2節　UV硬化型液状シリコーンゴム材料とソフトモールド応用
　　　　はじめに
　　　　1.　シリコーンゴム材料
　　　　　1.1　シリコーンの特徴
　　　　　1.2　シリコーンゴムの硬化機構
　　　　　　1.2.1　UV 付加硬化
　　　　　　1.2.2　UV ラジカル硬化
　　　　2.　UV 硬化型液状シリコーンゴム材料
　　　　3.　ナノインプリントのソフトモールドへの応用
　　　　おわりに
　　第3節　ナノインプリントプロセス・装置の開発とその応用例
　　　　　　ウェーハレベルレンズ，LEDの高輝度化，大面積ワイヤグリッド偏光板
　　　　はじめに　「ナノインプリント技術」
　　　　1.　UV 硬化樹脂を用いたウェーハレベルレンズ（WLL）成形
　　　　　1.1　小型カメラモジュールとWLL
　　　　　1.2　WLL 成形技術
　　　　　1.3　WLL 成形装置
　　　　　1.4　WLL の高精度化
　　　　　1.5　まとめ（UV 硬化樹脂を用いたWLL 成形）
　　　　2.　LED の高輝度化，深紫外LED への適用
　　　　　2.1　フィルムモールドを使用したナノインプリントプロセス
　　　　　2.2　LED の高輝度化
　　　　　2.3　まとめ（LED の高輝度化，深紫外LED への適用）
　　　　3.　ワイヤグリッド偏光板（WGP）製作
　　　　　3.1　フィルムモールドを使用したナノインプリントプロセスによるG2 サイズのWGP 製造
　　　　　3.2　まとめ（WGP 製作）
　　第4節　半導体製造用ナノインプリントリソグラフィ技術の最新開発状況
　　　はじめに
　　　1.　JFIL プロセスの概要
　　　2.　ナノインプリント装置の構成
　　　3.　マスクの構造及び押印方法
　　　4.　レジストとプロセスの開発
　　　5.　ナノインプリントリソグラフィの性能課題と対策
　　　　5.1　欠陥（Defectivity）
　　　　　5.1.1　マスク欠陥
　　　　　5.1.2　インプリント欠陥
　　　　　5.1.3　欠陥性能の推移
　　　　5.2　パーティクル（Particle）
　　　　　5.2.1　パーティクル性能の推移
　　　　5.3　オーバーレイ（Overlay）
　　　　　5.3.1　オーバーレイ性能の推移
　　　　5.4　スループット（Throughput）
　　　　　5.4.1　レジストドロップの小滴化
　　　　　5.4.2　クラスタシステム
　　　　　5.4.3　スループット向上の推移
　　　　おわりに
　　第5節　ナノインプリント技術による製品開発の進め方
　　　　はじめに
　　　　1.　ナノインプリントの方式
　　　　2.　熱ナノインプリントの製品開発
　　　　　2.1　樹脂材料の選定
　　　　　2.2　熱収縮の課題
　　　　3.　UV ナノインプリントの製品開発
　　　　　3.1　転写方式と樹脂材料の選定
　　　　　　3.1.1　ハードコンタクト
　　　　　　3.1.2　ソフトコンタクト
　　　　　　3.1.3　ロールto ロール
　　　　おわりに