4/22 ナノインプリントの基礎から 材料・プロセス・装置技術および最新応用事例まで

大阪公立大学　大学院工学研究科　電子物理工学分野　特任・客員教授
大阪府立大学　名誉教授　平井 義彦　氏

　ナノインプリント技術は提唱されて20年余が経過し、これまでの研究成果の産業化が急速に進められている。従来技術と比較して安価で効率的にナノ構造を作製できるナノインプリント技術は、ナノテクノロジーを具現化する有力な微細加工技術である。

　ナノインプリント技術には、熱・光ナノインプリントをはじめ多様な方式があり、半導体リソグラフィ技術の代替としての役割を担うUVナノインプリント、従来の微細加工では成しえない多様な機能性材料を直接ナノ加工する熱ナノインプリント、複雑な3次元構造や積層構造を実現するリバーサル・ナノインプリント、ハイブリッド・ナノインプリントに大別できる。これらの中から応用に適した方式が用いられ、各方式に対応した材料技術、装置技術、応用技術が展開されている。

　ここでは、熱・UVナノインプリントの基礎となるメカニズムについて述べ、プロセスの設計や欠陥に対応できる技術的な基礎知識を身に着ける。さらに、欠陥の低減や離型技術について、その原理から実践的応用について述べる。

　また、ナノインプリントの応用技術として、拡張現実や反射防止構造などの光学応用技術、抗菌表面やバイオセンサーなどのバイオ応用技術など、最新の学会動向、産業動向を含めて多様な応用展開について紹介する。さらに、ディープラーニングを駆使したプロセス・材料の最適化についても紹介する。

１．ナノインプリントの概要
　　1.1 印刷技術の変遷
　　1.2 ナノインプリントの誕生
　　1.3 ナノインプリントの変遷
　　1.4 ナノインプリントの特徴と要件

２．熱・ダイレクトナノインプリントのメカニズム
　　2.1 樹脂の粘弾性と成形性
　　　　2.1.1 形状・膜厚依存性
　　　　2.1.2 時間・圧力依存性
　　2.2 応力状態と欠陥低減
　　　　2.2.1 プロセスシーケンスによる欠陥低減
　　　　2.2.2 多層構造による欠陥低減
　　　　2.2.3 分子量分散による欠陥低減
　　2.3 ダイレクトナノインプリント
　　　　2.3.1 ガラス材料へのナノインプリント
　　　　2.3.2 金属材料へのナノインプリント
　　　　2.3.3 機能性樹脂へのナノインプリント
　　　　2.3.4 生分解樹脂へのナノインプリント
　　　　2.3.5 有機半導体へのナノインプリント
　　　　2.3.6 セラミック材料へのナノインプリント
    　2.4 熱ナノインプリントにおける樹脂の分子挙動
　　　　2.4.1 ナノインプリントの分子動力学解析
　　　　2.4.2 樹脂充填と分子挙動
　　　　2.4.3 解像性と分子径

３．光ナノインプリントのメカニズム
　　3.1 樹脂の流動と充填
　　　　3.1.1 モールドと基板の表面状態依存性
　　　　3.1.2 凝縮性ガスによるバブルの解消
　　3.2 UV照射と回折・干渉
　　　　3.2.1 モールドによる回折
　　　　3.2.2 モールドによる干渉
　　　　3.2.3 モールドによる反射・吸収
　　3.3 UV硬化の基礎
　　　　3.3.1 UV硬化反応
　　　　3.3.2 UV硬化とプロセス条件の設定
　　　　3.3.3 UV硬化性と樹脂膜厚
　　3.4 樹脂収縮と寸法精度
　　　　3.4.1 樹脂収縮の影響
　　　　3.4.2 樹脂収縮と形状予測
　　　　3.4.3 収縮による形状補正
　　　　3.4.4 樹脂収縮による応力発生
　　3.5 UVナノインプリントにおける分子挙動
　　　　3.5.1 光重合反応と硬化収縮
　　　　3.5.2 UVナノインプリントの解像性

４．離型のメカニズムとモールド技術
　　4.1 離型による欠陥
　　4.2 離型の基本メカニズム
　　　　4.2.1 破壊力学によるシミュレーション
　　　　4.2.2 界面吸着と静止摩擦モデルによるシミュレーション
　　　　4.2.3 モールド側壁傾斜角と離型性
　　　　4.2.4 界面エネルギーと離型力
　　4.3 熱ナノインプリントと光ナノインプリントの離型性
　　　　4.3.1 樹脂の種類と離型性
　　　　4.3.2 温度依存性
　　　　4.3.3 サイズ依存性
　　　　4.3.4 光硬化性樹脂と付着性
　　4.4 離型欠陥の低減
　　　　4.4.1 化学的手法
　　　　　　　4.4.1.1モールドの表面処理
　　　　　　　4.4.1.2 偏析剤による欠陥抑制
　　　　4.4.2 機械的手法
　　　　　　　垂直離型　ピール離型　振動離型
　　4.5 モールド材料の最適化
　　　　4.5.1 モールド/樹脂の弾性率と離型
　　　　4.5.2 摩擦係数と離型
　　　　4.5.3 弾性率、摩擦係数と離型力
　　4.6 離型の分子挙動　
　　　　4.6.1 分子量依存性
　　　　4.6.2 寸法依存性
　　4.7 マスターモールドの作製技術
         　　4.7.1 半導体プロセスによるSi/石英マスター作製
　　　　4.7.2曲面構造のレジストマスター作製
　　4.8 レプリカモールドの作製技術
　　　　4.8.1 キャスティングによるレプリカ作製
　　　　4.8.2. 電鋳によるナノ構造のレプリカ
　　　　4.8.3 シリコンゴム系材料によるソフトモールド
　　　　4.8.4 シリカ系材料によるハイブリッドレプリカ
　　　　4.8.5 PVAによる水溶性レプリカ　
　　4.9 ロールモールドの作製とロールtoロールナノインプリント技術
 
５．ナノインプリントのシーズと応用展開
　　5.1 ナノインプリントの機能/性能の優位性と応用対象
　　5.2 従来の応用分野とその事例
　　　　5.2.1半導体集積回路
　　　　5.2.2 光学要素
　　　　5.2.3 電子デバイス
　　　　5.2.4 バイオ・生体模倣

６．先端LSIへの応用展開動向
　　6.1 UVナノインプリントと半導体
　　6.2 半導体リソグラフィ用ナノインプリント装置
　　6.3 ロジック回路への応用
　　6.4 メモリーへの応用
　　6.5 後工程(チップレット)への展開

７．メタバース,光学要素への応用展開
　　7.1 ダイレクトナノインプリントとAR/VRデバイス
　　7.2 AR/VR用光導波路の種類とナノインプリント
　　7.3 高屈折率材料
　　7.4 ナノインプリントによる傾斜型回折格子の作製
　　7.5 AR/VR光導波路用　傾斜型回折格子の離型
　　　　7.5.1 シミュレーションモデル
　　　　7.5.2 垂直離型時の歪
　　　　7.5.3 ピール離型と回折格子の傾斜方向
　　　　7.5.4 回転離型と回折格子の傾斜方向
　　　　7.5.5 ロール離型と回折格子の傾斜方向
 
８．ナノインプリントのその他のトピックス
　　8.１ナノインプリントプロセスの展開と三次元構造形成
　　　　8.1.1 リバーサル・ナノインプリント
　　　　　　　8.1.1.1 リバーサル・ナノインプリントの原理
　　　　　　　8.1.1.2 転写モードとリバーサルモード
　　　　　　　8.1.1.3 リバーサル・ナノインプリントによる三次元積層構造作製と応用
　　　　8.1.2 ハイブリッド・ナノインプリント
　　　　　　　8.1.2.1 ハイブリッド・ナノインプリントの原理
　　　　　　　8.1.2.2 ハイブリッド・ナノインプリントによるマイクロ・ナノ混在構造の作製とその応用
　　8.2. ディープラーニングによるプロセス、材料設計
　　　　8.2.1 グリセリン添加によるPVAの成形性
　　　　8.2.2 グリセリン濃度と成形性の予測
　　　　8.2.3 シミュレーションとのハイブリッドシステム
　　　　8.2.4 成形性の予測とプロセス設計
 
９．学会，産業動向
　　9.1 2025　30th anniversary conference on Nanoimprint and Nanoprint Technology Conference より
　　9.2 2026　SPIE AR/VR/MR会議より
　　9.2 2026　SPIE Advanced Lithography 会議より

10. まとめと展望
 
注) セミナーでは、相互に関連する項目については、順を適宜入れ替えて一括して解説します
 

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