ダイヤモンドモールド室温硬化ナノインプリントによるアルミニウムマスクパターンの形成 足立 和也（6687） 指導教員：清原 修二 1 ．はじめに ナノインプリントリソグラフィ（Nanoimprint Lithography：以 下 NIL と略す）技術は，低コストかつ高スループットでナノパ ターンを一括転写できる技術として注目されている。一般的な ダイヤモンドのナノ加工プロセスであるリフトオフ法におい て用いられる電子ビームリソグラフィは低スループットであ るため，本研究ではそれに代わるプロセスとして室温硬化 （Room-Temperature Curing：以下 RTC と略す）-NIL を提案し た。アルミニウム（Al）は酸素イオンビームに対するエッチン グ耐性が大きく，極めて高い選択比を得ることができる。リフ トオフ法により Al を酸化マスクに用いて，大きな加工深さを 持つダイヤモンドナノエミッタの開発例がある 1)。ポリシロキ サンとダイヤモンドとの選択比は 4.7 と低いため，マイクロギ アなどの作製は難しいと考えられるが，Al を用いることでマイ クロギアなどの作製に応用することができると思われる。そこ で，本研究では RTC-NIL による Al マスクパターンの形成を目 的とする。 准教授 クパターンは高さが 100 nm で幅 5 µm と転写パターンと同等 の形状が得られ，酸化マスクに用いることができると考えられ る。円，四角でも高さ 100 nm で径および幅 5 µm の Al マスク パターンを作製できた。円，四角形状は一部，パターンの抜け 落ちがあることを確認した。これは Si 基板面にポリシロキサン の残膜があったため，その上に蒸着された Al はアセトンでポ リシロキサンを取り除いたときに一緒に流れたと考えられる。 X Y X 5μm 5μm [nm] 500 0 [nm] 500 0 10 20 30 0 [µm] 0 X ダイヤモンドエミッタの作製を行う場合，酸化マスクとする Al の膜厚は 100 nm で行われている 2)。そこで，Al の膜厚が 100 nm になるように，蒸着する Al の量と形成される Al の膜厚と の関係について検討した。シリコン基板を真空蒸着装置 (EBH-6，㈱ アルバック)の蒸着源からの距離を 40 mm に取り 付け，ベルジャ内の真空度を 2.0×10-3 Pa に真空引きして Al を 蒸着した。蒸着する Al の量を 10 mg 刻みで変化させ，形成し た膜厚を段差測定器(SE1200，㈱ 小坂研究所)で測定した。 5μm 5μm 0 0 10 30 [µm] 500 [nm] 0 Diamond mold (a) Spin-coating with polysiloxane (b) Press mold (d) Evaporation of aluminum Substrate (e) Remove polysiloxane with Acetone (c) Release mold Substrate 図1 Substrate RTC-NIL による Al マスクパターンの形成プロセス 4 ．実験結果および考察 蒸着した Al の膜厚を検討した結果，Al の量が増すにしたが って Al の膜厚は線形的に増加した。Al の蒸着量は， 膜厚 100 nm を得られた 40 mg を最適蒸着条件とした。使用したダイヤモン ドモールドでの転写パターン (a)，ポリシロキサン転写パター ン (b) および作製した Al マスクパターン (c) を図 2 に示す。 RTC-NIL を用いてシリコン基板上にライン，円，四角の Al マ スクパターンを形成することができた。ライン形状の Al マス 0 20 10 [µm] 500 [nm] （b）ポリシロキサンの転写パターンの金属顕微鏡写真 X 図 1 に RTC-NIL による Al マスクパターンの形成プロセスを 示す。はじめに，10 mm 角のシリコン基板を，超音波洗浄機を 用いてアセトン，純水の順で各 5 min 洗浄した。洗浄した基板 上に転写材料のポリシロキサンを一滴滴下し，回転数 3000 rpm ，10 sec スピンコートを行い，膜厚を 500 nm にした。イ ンプリント圧力を 0.5 MPa，保持時間を 5 min の条件でインプ リントを行った。インプリントにはモールド高さ 500 nm で幅 5 µm のライン，径 5 µm の円、幅 5 µm の四角のパターンのダ イヤモンドモールドを用いた。その後 Al を蒸着し，アセトン でポリシロキサンを取り除いた後，Al マスクパターンを金属顕 微鏡（DM2500M，㈱ ライカマイクロシステムズ）で観察した。 Y 5μm 5μm 20 Y X X 3 ．RTC-NIL によるアルミニウムマスクパターンの形成 Substrate 20 [µm] Y 2 ．アルミニウムの膜厚の検討 Diamond mold 10 （a）ダイヤモンドモールドパターンの金属顕微鏡写真 X Polysiloxan Substrate Y Y 5μm 5μm 5μm 5μm [nm] 500 0 Y [nm] 500 0 10 20 30 [µm] 0 0 10 20 [µm] （c）作製した Al マスクパターンの金属顕微鏡写真 図 2 RTC-NIL による Al マスクパターン形成 5 ．おわりに RTC-NIL を用いて，高さ 100 nm の幅 5µm のライン，四角 形状および径 5 µm の円形状の Al マスクパターンを作製する ことができた。今後の課題として，RTC-NIL を用いて作製した Al マスクパターンを用いてダイヤモンドの超微細加工を行い， ダイヤモンドを用いた機能性デバイスを作製する。 6 ．新規性・特許性 転写材料にポリシロキサンを用いた RTC-NIL により Al マス クパターンを作製したことに新規性があり，RTC-NIL で Al の マスクパターンを形成し，その Al マスクパターンを用いてダ イヤモンドの超微細加工を行うことに特許性がある。 参考文献 1) 西林良樹，安藤豊，古田寛，小橋宏司，目黒貴一，今井貴浩， 平尾孝，尾浦憲治郎：ダイヤモンドナノエミッタの開発，SEI テクニカルレビュー，第 161 号，pp. 80 – 86（2002） 2) M. Bernard, A. Deneuville, L. Ortega, K. Ayadi and P. Muret : Electron cyclotron resonance oxygen plasma etching of diamond, Diamond and Related Materials, Vol. 13, pp. 287 - 291（2004）
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