【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24IT0020

利用課題名 / Title

ナノインプリントリソグラフィによる光集積プロセスの開発

利用した実施機関 / Support Institute

東京科学大学 / Science Tokyo

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

リソグラフィ/ Lithography,フォトニクス/ Photonics,光リソグラフィ/ Photolithgraphy

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

雨宮 智宏

所属名 / Affiliation

東京科学大学　工学院電気電子系

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

IT-039：UVナノインプリント露光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ナノインプリントリソグラフィ（NIL）は、ナノスケールのスタンプを用いた転写技術であり、露光波長に依存しない解像度と大面積転写性、高スループットを有することから、半導体プラットフォームにおける次世代リソグラフィ技術の一つとして期待されている。本研究では、シリコンフォトニクスプロセスに適したNIL用 の光硬化性樹脂の検討を行うとともに、Smart NIL技術に基づいたロールオンプロセスの最適化を実施することで、従来のCMOS 試作ラインや電子線描画を用いて作られた光導波路と同程度の性能を得ることに成功した。

実験 / Experimental

Fig. 1にUV-NILを用いたシリコンフォトニクスプロセスを示す。まず、光回路パターンが形成されたシリコンマスターに離型剤およびスタンプ用レジストを塗布し、それを上部のfoilに押し当てて紫外線硬化させ、離型させた。次に、SOIウェハに密着材および新たに試作した光硬化性樹脂（NILレジスト）を塗布した後、先ほど作製したfoil上スタンプを押し当てて紫外線硬化させることで転写を行った。その後、転写されたNILレジストをマスクにして、標準的なシリコンフォトニクスプロセスを実施した。今回使用した光硬化性樹脂については、SF₆-C₄F₈混合ガスによるエッチング耐性とO₂アッシングによる除去性を併せ持つように設計した。プロセス時の各工程における断面走査電子顕微鏡（SEM）画像をFig. 2に示す。これにより、光硬化性樹脂の膜厚および充填率、回路レイアウトなどを最適化することで、膜厚20 nm以下の残膜制御に成功し、その後のエッチング工程で十分な垂直性を維持したまま、標準的なシリコン導波路パターンを形成できることを確認した。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 3にUV-NILによって作製した導波路の損失測定の結果を示す。長さの異なる導波路の透過強度の傾きより単位長さ当たりの導波路損失を求めたところ、1.59dB/cmとなった。これは、本研究室において電子線描画およびZEPレジストを用いて作製されたシリコン導波路と遜色ない値であり、NILによって十分な性能を持つ光回路が形成可能であることを示唆している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 Silicon photonics process using UV-NIL. (a)-(d) NIL process. (e)-(h) Process for optical circuit formation

Fig. 2 SEM images after each process.

Fig. 3 Propagation characteristics of silicon waveguides fabricated by the developed process using UV-NIL.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

S. Nagamatsu, R. Mori, Y. Fujii, T. Asai, S. Okada, Y. Atsumi, D. Shiota, N. Nishiyama, T. Amemiya, "Development of fabrication technology for silicon photonic circuits using UV nanoimprint lithography," The Conference on Lasers and Electro-Optics 2025 (CLEO 2025), May 2025.
雨宮 智宏. 光電融合に向けた光回路プロセス技術の開発, 公益社団法人 新化学技術推進協会（JACI）次世代エレクトロニクス分科会主催講演会, Apr. 2025.
永松 周, 森 莉紗子, 藤井 恭, 浅井 隆宏, 岡田 祥, 渥美 裕樹, 塩田 大, 西山 伸彦, 雨宮 智宏, "4inchマスターモールドを用いたUV-NILによるシリコンフォトニクスプロセス, " 2025年第2回応用物理学会ナノインプリント技術研究会, May 2025.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 雨宮 智宏, 永松 周, 西山 伸彦, 森 莉紗子, 藤井 恭, 浅井 隆宏, 塩田 大, 渥美 裕樹, 『ナノインプリント・リソグラフィの社会実装と将来展望～EUVLに対抗する注目の次世代半導体微細加工技術および離型性課題克服に向けた取り組み～』 AndTech, pp. 92-99. Mar 2025
2. 雨宮 智宏, 永松 周, 西山 伸彦, 森 莉紗子, 藤井 恭, 浅井 隆宏, 塩田 大, UVナノインプリントリソグラフィを用いた大面積集積フォトニクスプロセスの開発, 車載テクノロジー, Vol.11, No.12. 2024年12月
3. 雨宮 智宏, 西山 伸彦, 渥美 裕樹, 森 莉紗子, 藤井 恭, 浅井 隆宏, 塩田 大, 『ナノインプリント　―次世代微細加工技術の最前線―』 シーエムシー出版, pp.91-98.　2024年7月
4. S. Nagamatsu, R. Mori, Y. Fujii, T. Asai, Y. Atsumi, D. Shioda, N. Nishiyama, T. Amemiya, "Development of silicon photonics process using UV nanoimprinting," SPIE Photonics West, Silicon Photonics XX, 13371-42, Jan. 2025.
5. 永松 周, 雨宮 智宏, 森 莉紗子, 藤井 恭, 浅井 隆宏, 岡田 祥, 渥美 裕樹, 塩田 大, 西山 伸彦, "UVナノインプリントリソグラフィによるシリコン光回路作製技術の開発," 第72回応用物理学会春季学術講演会, 16a-K305-1, Mar. 2025.
6. 雨宮 智宏, 西山 伸彦, 渥美 裕樹, 森 莉沙子, 藤井 恭, 浅井 隆宏, 塩田 大, UVナノインプリントを用いた集積フォトニクスプロセスの開発, 応用物理学会 次世代リソグラフィワークショップ2024, Jul 2024.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件