ナノインプリント技術ハンドブック

詳細目次

第I編　基　礎　編

第1章　序　　　論
1.1　ナノインプリントの歴史
1.1.1　エンボス加工のはじまり
1.1.2　モールドマスク法
1.1.3　ナノインプリントの誕生
1.1.4　ナノインプリントの進展
1.1.5　ナノインプリントの応用と展開
1.2　ナノインプリントプロセス
1.2.1　熱ナノインプリントと光ナノインプリント
1.2.2　ナノインプリントの成立要件
1.2.3　ナノインプリントの方式
1.2.4　種々のナノインプリントプロセス
参考文献

第2章　ナノインプリント関連技術
2.1　印刷技術
2.1.1　印刷の歴史
2.1.2　印刷方式
2.1.3　凸版印刷方式
2.1.4　凹版印刷方式
2.1.5　平版印刷方式
2.1.6　孔版印刷方式
2.1.7　無版印刷方式
2.1.8　印刷機の方式
2.1.9　直接印刷法と間接印刷法（オフセット印刷法）
2.1.10　インキ
2.1.11　機能性パターニングへの適用
2.2　ソフトリソグラフィ
2.3　ナノインプリントリソグラフィの先駆的研究
2.3.1　研究の背景
2.3.2　モールドマスク法の原理
2.3.3　実証実験
2.3.4　モールドマスク法の位置付け
参考文献

第3章　ナノインプリントの基礎物理化学とシミュレーション
3.1　熱ナノインプリント
3.1.1　熱可塑性樹脂と機械的特性
3.1.2　ゴム弾性モデルによる樹脂の成型解析（定常解析）
3.1.3　粘弾性モデルによる樹脂形状の時間変化
3.1.4　簡易モデルによる大面積解析
3.1.5　分子動力学法による樹脂分子の流動解析
3.2　光ナノインプリント
3.2.1　光ナノインプリントのプロセス
3.2.2　レジスト充填プロセス
3.2.3　光照射プロセス
3.2.4　光硬化プロセス
3.3　離　　型
3.3.1　離型プロセスと欠陥
3.3.2　離型のメカニズム
3.3.3　傾斜角付きモールドによる離型力低減
3.3.4　離型性向上のためのプロセス
3.4　樹脂収縮
3.4.1　樹脂収縮
3.4.2　樹脂の収縮による寸法変化の予測と補正
3.5　ナノインプリントのシミュレータとシミュレーションの応用
3.5.1　光インプリントの硬化・収縮シミュレーション
3.5.2　SoftwareforFastSimulationofNanoimprintLithography
3.5.3　ナノインプリントシミュレーション
参考文献

第4章　熱ナノインプリント
4.1　多様な材料への熱ナノインプリント
4.1.1　熱ナノインプリントプロセス
4.1.2　熱ナノインプリント用樹脂材料
4.1.3　ガラス材料へのナノインプリント
4.1.4　ガラスやポリマーなどの非晶質材料への原子レベルパターニングと応用
4.1.5　金属材料の直接ナノインプリント
4.1.6　金属ガラスへのナノインプリント
4.1.7　生分解性樹脂へのナノインプリント
4.2　熱ナノインプリントによる多様な構造形成
4.2.1　高アスペクト比構造の形成
4.2.2　リバーサルナノインプリントによる3次元積層構造
4.2.3　光学要素・曲面構造の形成
4.2.4　ナノ・キャスティング法によるパターン転写
4.2.5　樹脂の延伸による高アスペクト比構造の形成
参考文献

第5章　光ナノインプリント
5.1　光ナノインプリント
5.1.1　光ナノインプリントの特長
5.1.2　光ナノインプリント装置
5.1.3　ステップアンドリピートによる光ナノインプリント
5.2　光ナノインプリント用硬化樹脂
5.2.1　光ナノインプリント樹脂
5.2.2　光ナノインプリント樹脂への要求特性
5.2.3　光ナノインプリントに関連するトピックス
5.3　凝縮性ガスを用いた光ナノインプリント
5.3.1　大気中での光ナノインプリント
5.3.2　ガス透過性モールドを利用する光ナノインプリント
5.3.3　凝縮性ガスを用いた光ナノインプリントの原理
5.3.4　凝縮性ガス：ペンタフルオロプロパン（PFP）
5.3.5　PFP環境の発生
5.3.6　PFPによるバブル欠陥抑止
5.3.7　PFPインプリントでの高速充填
5.3.8　PFPを用いたナノパターン形成
5.3.9　PFPによる離型力低減
5.3.10　凝縮性ガスの副作用とその利用
5.4　Jet&Flashナノインプリント
5.4.1　成り立ち
5.4.2　原　理
5.4.3　特　徴
5.4.4　適　用
参考文献

第6章　各種ナノインプリント
6.1　金属ナノインプリント
6.1.1　金属ナノインプリントの位置づけ
6.1.2　ナノインデンテーションとナノ塑性加工
6.1.3　マイクロ塑性加工
6.1.4　金属表面への機械的ナノインプリント
6.1.5　その他の金属ナノ構造のパターニング法
6.2　室温ナノインプリント
6.2.1　室温ナノインプリントとは
6.2.2　ハードモールドを用いた室温ナノインプリント
6.2.3　PDMSソフトモールドを用いた室温ナノインプリント
6.3　ナノレオロジープリンティング—高性能な酸化物デバイスを直接形成する技術—
6.3.1　ナノレオロジープリンティングの紹介
6.3.2　酸化物ゲルの構造解析と加工メカニズム
6.3.3　n-RP法による電子デバイスの作製
6.3.4　微細化への挑戦
6.4　セラミックナノ粒子分散樹脂を用いたインプリントプロセスの高度化
6.4.1　粉末プロセス材料
6.4.2　粒子分散処理
6.4.3　プロセスの流れ
6.4.4　シート上への微細パターニング
6.4.5　多層インプリント技術
6.4.6　界面制御とSOFCへの応用
6.4.7　多階層構造の成形
6.4.8　非平面流路の成形
6.5　陽極酸化ポーラスアルミナを用いたナノインプリント
6.5.1　高規則性陽極酸化ポーラスアルミナモールドの作製
6.5.2　高規則性陽極酸化ポーラスアルミナを用いたナノインプリント
6.5.3　ナノインプリントによる機能性表面の形成
6.6　コンタクトプリントによる微細積層印刷
6.6.1　反転オフセット印刷の概要
6.6.2　反転オフセット印刷のプロセスパラメータ
6.6.3　印刷による層間接続
6.7　レーザー加工孔版印刷によるナノインプリントリソグラフィ
6.7.1　光ナノインプリント成形レジストパターンの残膜厚均一化の重要性
6.7.2　レーザー加工孔版印刷による高粘度光硬化性液体の液滴配置
6.7.3　Print-and-imprint法
6.8　電圧印加ナノインプリント
6.9　超音波ナノインプリント
6.9.1　成形材料別の効果
6.9.2　超音波振動の周波数/振幅依存性
6.10　LiquidTransferImprint
6.11　ハイブリッドナノインプリント
6.11.1　マイクロ・ナノ混在構造の転写
6.12　3次元ナノインプリント
6.12.1　デュアルダマシンプロセス
6.12.2　PDMSモールドを用いた3次元ナノインプリント
6.13　液浸ナノインプリント
6.13.1　液浸による残留空気の排除
6.13.2　凸型モールドと薄膜成形材料の組み合わせに対する効果
6.14　植物由来のナノインプリント用ガス透過性モールド
6.14.1　目　的
6.14.2　ナノインプリント用ガス透過性モールド組成物
6.14.3　ナノインプリント用ガス透過性モールドの優位性
6.14.4　セルロース系ガス透過性モールドの研究例
6.14.5　ガス透過性モールドを用いたナノインプリント技術の用途展開
参考文献

第7章　ナノインプリント材料
7.1　材料科学
7.1.1　高分子のレオロジーの基礎
7.1.2　高分子成形加工の基礎
7.1.3　高分子最表面のレオロジー
7.1.4　表面力・共振ずり測定からわかること

7.1.5　ナノギャップ間におけるナノインプリント用樹脂の流動性評価
7.1.6　ナノインプリント用樹脂のレオロジー計測
7.1.7　光硬化性液体の硬化特性と硬化レジストの離型力
7.2　ナノインプリント樹脂
7.2.1　易凝縮性ガスPFPに適した光硬化性組成物
7.2.2　蛍光レジスト
7.2.3　UVナノインプリント樹脂(PAKシリーズ)
7.2.4　UVナノインプリント樹脂(NIF)
7.2.5　UVナノインプリント樹脂（高・低屈折率材料）
7.2.6　ケイ素含有ナノインプリント樹脂
7.2.7　インクジェット塗布に利用できるUVナノインプリント用レジスト材料
7.2.8　光学素子用UV硬化型ハイブリッドポリマー
7.2.9　フッ素樹脂含有ナノインプリント材料
7.2.10　microresisttechnologyGmbHのNIL用レジスト材料
7.2.11　モスアイ向けUVナノインプリント樹脂
7.2.12　有機-無機ハイブリッド型UVナノインプリント樹脂
7.3　離型材料
7.3.1　フッ素系シランカップリング剤の合成と応用
7.3.2　UVナノインプリント用離型剤
7.3.3　ナノインプリント用含フッ素離型材料
参考文献

第8章　平行平板型ナノインプリント
8.1　装　　　置
8.1.1　｢電子」モアレ法を用いたアライメントのための位置計測方法
8.1.2　蛍光モアレアライメント
8.1.3　平行平板型ナノインプリント装置I
8.1.4　平行平板型ナノインプリント装置Ⅱ
8.2　Jet&Flashナノインプリント
8.2.1　半導体製造用ナノインプリントシステム

8.2.2　レプリカテンプレート製造用ナノインプリントシステム
8.2.3　ナノインプリント装置の今後
8.3　平板モールド
8.3.1　各種材料によるモールド作製技術
8.3.2　半導体NGL石英モールド
8.3.3　ナノインプリント用フィルムモールド
8.3.4　PDMSモールド
参考文献

第9章　ローラ型ナノインプリント
9.1　装　　　置
9.1.1　RolltoRoll式UVインプリント装置
9.1.2　シートナノインプリント装置
9.2　電子ビーム描画によるロールモールドの作製
9.3　レーザアシストロール熱ナノインプリント
9.3.1　レーザーアシスト熱ナノインプリント
9.3.2　ロールナノインプリント
9.3.3　レーザーアシストロール熱ナノインプリント
9.4　シームレスローラナノインプリント
9.4.1　開発の背景
9.4.2　電子ビームを用いた微細パターニング用円筒版（SRM）の紹介
9.4.3　RolltoRoll生産プロセスの開発
9.4.4　今後の展開
参考文献

第10章　モールド作製技術
10.1　リソグラフィ技術
10.1.1　電子ビーム描画
10.1.2　回転電子ビーム描画技術
10.1.3　レーザー描画
10.1.4　2光束レーザー干渉（ホログラフィ）
10.1.5　ナノインリプリントリソグラフィ用モールドパターン補正プログラムSTAMP
10.1.6　金属埋め込みモールドと液中アライメント
10.1.7　非焦点UV露光による抜き勾配の付与
10.2　エッチング技術
10.3　ALD/ALE技術
10.3.1　ALD技術
10.3.2　ALE技術
10.3.3　ALDとRIEの融合プロセス
10.4　自己組織化（DSA）
10.4.1　ブロックコポリマーの誘導自己組織化
10.4.2　グラフォエピタキシ法によるブロックコポリマー薄膜の自己組織化の配向制御
10.4.3　ケミカルレジストレーション法によるブロックコポリマー薄膜の自己組織化の配向制御
10.5　複製技術（ニッケル，樹脂モールドの複製）
10.5.1　複製プロセス概要
10.5.2　ニッケルモールドの複製技術
10.5.3　樹脂モールドの複製技術
10.6　モールドへの離型剤塗布
10.6.1　離型剤の処理方法：液相法と気相法
10.6.2　離型性能の劣化
10.7　モールドクリーニング
10.7.1　モールド洗浄の必要性
10.7.2　洗浄方法の選択
10.7.3　ナノインプリントモールドの運用方法
参考文献

第11章　評価技術
11.1　SEM/TEM
11.1.1　ローラモールド用CD-SEM
11.1.2　ミラー電子顕微鏡によるモールド検査技術
11.1.3　高精度線幅測定技術CD-SEM
11.2　原子間力顕微鏡
11.2.1　走査型プローブ顕微鏡によるナノインプリント評価
11.2.2　CD-AFM，ラインエッジラフネス(LER)測定
11.3　パターン評価
11.3.1　電子ビームによるテンプレート計測と異物分析
11.3.2　光によるテンプレート検査・計測
11.3.3　モールドの検査・評価
11.3.4　ナノスケールパターンの光学的マクロ評価
11.3.5　蛍光顕微鏡による光ナノインプリント連続成形の評価
11.3.6　光硬化樹脂のはく離に生じる力の測定
11.3.7　反射分光膜厚計
11.3.8　X線反射率測定
11.3.9　マイクロフォーカスX線CTシステムによる3次元観察
11.4　離型材料評価
11.4.1　離型力評価装置
11.4.2　離型性評価
11.4.3　連続UV硬化ナノインプリントにおける離型性評価
11.4.4　離型材料の吸収端近傍X線吸収微細構造（NEXAFS）による評価
参考文献

第II編　応　用　編

第12章　光学デバイス応用
12.1　ワイヤグリッド偏光素子
12.1.1　WG偏光素子の特徴
12.1.2　WG偏光素子の歴史
12.1.3　WG偏光素子の原理
12.1.4　WG偏光素子の設計
12.1.5　ナノインプリントを用いたWG偏光素子の製造方法
12.2　ワイヤグリッド偏光フィルム（WGF）の開発と応用
12.2.1　ワイヤグリッド偏光子とは
12.2.2　ワイヤグリッド偏光フィルム（WGFTM）
12.2.3　ナノインプリント技術
12.2.4　ワイヤグリッド偏光フィルムの特徴
12.2.5　容易な形状加工
12.3　ホログラム
12.3.1　ホログラムの種類
12.3.2　ホログラムの機能
12.3.3　計算機合成ホログラム（CGH：computergeneratedhologram）
12.4　UVナノインプリント技術の金属メタ表面デバイスへの展開
12.4.1　UV-NILプロセス
12.4.2　UV-NILによる大面積SP-RGBカラーフィルタ
12.4.3　UV-NILで作製した発光増強プラズモニックメタ表面
12.4.4　UV-NILによるCO2ガス検出用メタ表面熱放射源
12.5　メタマテリアル・メタサーフェスの基礎
12.5.1　メタマテリアルとメタサーフェス
12.5.2　メタマテリアルの屈折率
12.5.3　メタマテリアルの波動インピーダンス
12.5.4　メタサーフェスの特徴
12.5.5　プラズモニックメタサーフェスから誘電体メタサーフェスへ
12.6　プラズモニクスデバイス
12.7　可視光メタマテリアルに向けたナノインプリント技術
12.7.1　熱ナノインプリントリソグラフィと光ナノインプリントリソグラフィでの現状と課題
12.7.2　気相反応を用いた有機-無機ハイブリッド化レジストでの現状と課題
12.7.3　光ナノインプリント技術におけるリフトオフプロセスでの現状と課題
12.8　ガラスナノインプリントによる光学素子の形成
12.8.1　サブ波長光学素子
12.8.2　表面プラズモン回折格子
12.9　ゾルゲルナノインプリント法による光学素子
12.9.1　ゾルゲル法
12.9.2　ゾルゲルナノインプリント法
12.10　光導波路
12.10.1　ナノインプリント技術による光導波路作製の意義
12.10.2　ナノインプリントによるポリマー光導波路の構造と作製プロセス
12.10.3　リッジ型光導波路
12.10.4　反転リッジ型光導波路
12.11　半導体レーザーへの光ナノインプリント応用
12.11.1　光通信市場における半導体レーザー
12.11.2　DFB　LDへのナノインプリントの適用と課題
12.11.3　DFB　LD作製プロセス
12.11.4　貫通エッチングの均一性
12.11.5　押し付け圧力による影響の評価
12.11.6　回折格子形状
12.11.7　LDの基本特性と均一性
12.11.8　LDの長期信頼性
12.12　LEDへのナノインプリント
12.12.1　ナノインプリント技術
12.12.2　LEDの高輝度化
12.12.3　内部量子効率と外部量子効率の向上
12.12.4　サファイア基板へのナノインプリント
12.12.5　フィルムタイプの樹脂モールド（フィルムモールド）の作製
12.12.6　微細パターン形成
12.12.7　今後の展望
12.13　GaN結晶成長基板へのナノインプリント
12.13.1　背　景
12.13.2　基板作製プロセス
12.13.3　SiO2ナノマスクの作製結果
12.13.4　GaNの結晶成長および転位削減結果
12.14　液晶材料へのナノインプリントグラフォエピタキシ
12.14.1　概　要
12.14.2　光反応性高分子液晶へのナノインプリントグラフォエピタキシ
12.15　反射防止
参考文献

第13章　バイオデバイス応用
13.1　バイオミメティクスの現状と課題
13.1.1　身近にあるバイオミメティクス
13.1.2　黎明期のバイオミメティクス
13.1.3　第1世代としての分子系バイオミメティクス
13.1.4　機械系バイオミメティクスの系譜
13.1.5　材料系バイオミメティクスによるルネサンス
13.1.6　生態系バイオミメティクスの新たなトレンド
13.1.7　第4次産業革命とバイオミメティクス
13.1.8　フランスの動向から読み取るべきこと
13.1.9　バイオミメティクスの現代的意義
13.1.10　情報科学による生物から工学への技術移転
13.1.11　持続可能性とバイオミメティクス
13.2　ナノインプリントによる表面改質とバイオデバイス応用
13.2.1　細胞培養への応用
13.2.2　免疫分析への応用
13.3　広角で単色かつ高輝度な光輝材の量産化
13.3.1　発色の奇妙な原理
13.3.2　発色の再現
13.3.3　量産化とナノインプリント
13.3.4　大面積化の問題と対策
13.3.5　大面積量産型モルフォ発色体のフレキシブルフィルム化
13.4　生物のサーマルマネジメントと材料設計への展開
13.4.1　サハランシルバーアント（Cataglyphisbombycina）
13.4.2　モルフォ蝶
13.4.3　珪　藻
13.5　ナノインプリント技術の光バイオチップへの応用
13.5.1　バイオチップ作製におけるナノインプリント技術の応用
13.5.2　疾患マーカー計測のための「小型PEFバイオチップ」
13.6　マイクロ・ナノパターンの歯科バイオ応用
13.6.1　歯牙および歯周組織の微細構造
13.6.2　チタンマイクロ・ナノパターンの作製
13.6.3　アパタイトマイクロ・ナノパターンの作製
13.6.4　歯表面でのナノインプリントに向けて
13.7　温度応答性ポリマーのバイオ応用
13.7.1　温度応答性ポリマー
13.7.2　微細パターンの形成
13.7.3　微細パターンの温度応答性
13.7.4　微細パターンの特定箇所の変形
13.7.5　細胞チップへの応用
13.7.6　今後の展開
13.8　印刷法によって作製するバイオセンシングデバイス
13.9　タンパク質基質のパターニング
13.9.1　タンパク質の熱転移
13.9.2　モールド作製
13.9.3　実　験
13.9.4　結　果
13.10　マイクロTAS
13.10.1　背　景
13.10.2　エンボス技術のマイクロTASへの応用
13.10.3　ナノインプリントのマイクロTASへの応用
13.10.4　マイクロTASの今後の発展
13.11　マイクロ・ナノパターンの超親水/超撥水への応用
13.11.1　目　的
13.11.2　バイオミメティクス構造による濡れ性の制御
13.11.3　バイオミメティクス構造の加工
13.11.4　切削加工
13.11.5　短パルスレーザー加工
13.12　ハイアスペクト生分解性マイクロニードルのナノインプリントによる作製
13.12.1　目　的
13.12.2　材料と方法
13.12.3　予備実験
13.12.4　マイクロニードルの作製
参考文献

第14章　エネルギーデバイス応用
14.1　薄膜太陽電池用3D微細構造パターン基板
14.1.1　“電気的に薄く光学的に厚い”アモルファスSi薄膜太陽電池
14.1.2　3D微細構造パターン基板作製技術の検討
14.1.3　液相室温ナノインプリント技術による3D微細構造パターン基板の作製
14.1.4　3Dミクロ構造パターン形状の検討
14.1.5　透光性3Dミクロ構造パターン基板上へのアモルファスSi薄膜太陽電池の作製
14.2　太陽電池集光フィルム
14.2.1　太陽電池における光マネジメント技術
14.2.2　光学シミュレーションを用いて設計した高透過なフッ素系アレイフィルムの作製
14.2.3　フッ素系アレイフィルムの光学特性
14.2.4　熱ナノインプリントプロセスに基づいた連続生産技術
14.3　太陽電池の金属ナノ構造電極の形成
14.3.1　金属の再結晶化温度
14.3.2　実　験
14.3.3　結　果
14.4　有機太陽電池への応用
14.4.1　ナノへテロ接合構造による高効率化
14.5　燃料電池への応用
参考文献

第15章　電子デバイス応用
15.1　半導体量産用ナノインプリントリソグラフィ
15.1.1　半導体生産に向けた次世代リソグラフィの選択
15.1.2　NILの欠陥発生メカニズムと対策
15.1.3　NILのアライメント技術と重ね合わせ技術
15.1.4　テンプレート品質向上
15.2　ナノインプリントのパターンドメディア作製への適用
15.3　機能性酸化物エレクトロニクスへの応用
15.3.1　機能性酸化物
15.3.2　機能性酸化物ナノリソグラフィとナノインプリントリソグラフィ
15.3.3　直接酸化物ナノインプリントリソグラフィ
15.3.4　酸化物リフトオフ・リソグラフィ
15.3.5　ナノテンプレート酸化物成長法によるナノ構造形成
15.3.6　ナノテンプレートを利用した酸化物ナノ構造誘導自己組織化
15.3.7　ナノインプリント法による機能性酸化物ナノ構造デバイスの形成
15.4　有機薄膜トランジスタ
15.4.1　ナノインプリントによる短チャネル有機薄膜トランジスタの作製
15.4.2　有機薄膜デバイスでのナノインプリントによる分子配向制御
15.4.3　ナノインプリントを用いた有機強誘電体アレイの形成
15.5　フレキシブルエレクトロニクス
15.5.1　フレキシブルエレクトロニクスの製造技術
15.5.2　フレキシブル実装技術
15.5.3　ストレッチャブル素材
15.6　フレキシブルディスプレイ
15.6.1　なぜフレキシブルなのか
15.6.2　印刷形成電極の選択
15.6.3　印刷形成電極における課題
15.6.4　導電性インクにおける課題
15.6.5　フレキシブルディスプレイの現状と展望
15.7　無機ナノ材料の印刷・転写技術による機能性電子デバイスの開発
15.7.1　無機ナノ材料印刷・転写技術
15.7.2　無機ナノ材料の機械的柔軟性と表面処理の重要性
15.7.3　極薄膜Ⅲ-V族半導体層の転写技術およびその電気特性
15.8　ReeltoReelインプリントによるスマートファイバの加工
15.8.1　平板モールドによるスライド式ローラインプリント
15.8.2　シームレス円筒モールドによるローラインプリント
15.9　ナノインプリントによるポリイミドの微細配線形成技術
15.9.1　ポリイミドの低温微細成形プロセス
15.9.2　成形例と応用例
15.10　選択的トレンチフィリングCuめっきによる配線プロセス
15.10.1　電子部品の微細配線形成
15.10.2　選択的Cuめっきを用いたトレンチ配線形成プロセス
15.11　ナノインプリントによる金属微細配線形成
15.11.1　厚膜ナノ印刷技術の概要
15.11.2　厚膜ナノ印刷で形成した金属微細パターン
15.11.3　金属微細配線による透明導電性フィルムの作製
参考文献

第16章　関連する応用デバイス
16.1　インプリントとMEMSを組み合わせた応用技術
16.1.1　MEMS技術
16.1.2　ウェットエッチングとナノインプリントを組み合わせた微細加工技術
16.1.3　フォトリソグラフィの現像技術を応用した残膜のないインプリント技術
16.2　大面積モールドとそれを用いたRolltoRoll(RtR)プロセスによる機能性フィルムの開発
16.2.1　モールドの大型化技術
16.2.2　RtRプロセスを用いた機能性フィルムの作製
16.3　シングルナノ造形に向けた研究動向
参考文献

第III編　資　料　編
第17章　ナノインプリント関連資料
17.1　ナノインプリント国際会議アブストラクト題目
17.2　ナノインプリント関連科学研究費

付録（Appendix）
索　引