【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1016
利用課題名 / Title
トップハットビーム整形メタサーフェス
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
メタサーフェス,光デバイス/ Optical Device,電子線リソグラフィ/ EB lithography,電子顕微鏡/ Electronic microscope,メタマテリアル/ Metamaterial,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
岩見 健太郎
所属名 / Affiliation
東京農工大学工学部機械システム工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
嶋谷 智生
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
UT-503：超高速大面積電子線描画装置
UT-508：電子線描画用近接効果補正ソフト
UT-603：汎用高品位ICPエッチング装置
UT-604：高速シリコン深掘りエッチング装置
UT-855：高精細電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、ビーム整形用メタサーフェスの製作により照明用光学素子の小型化、広角化を目的とする。メタサーフェスは、Fig. 1に示すようにビーム整形の機能を有し、シリコンの四角柱を多数配列している。このシリコン柱パターンを描画し、柱状にエッチングするためにARIM東京大学武田クリーンルームの装置を利用した。
実験 / Experimental
テンパックスガラスに膜厚480 nmの水素化アモルファスシリコンを成膜した20 mm角の基板に対して電子線描画用近接効果補正ソフト (Proximity effect correction for electron beam lithography)を用いてパターンの補正を行い、シリコン柱配列のパターンを描画した。描画には、超高速大面積電子線描画装置（F7000S-VD02）を利用し、レジスト材としてポジ型の共用EBレジストZEP-520A-7を使用した。F7000S-VD02のCP(Character Projection)を使用することで、ナノスケールの四角形パターンを短時間で描画することに成功した。現像後、抵抗加熱タイプの真空蒸着により30 nm成膜したクロムをリフトオフプロセスを経てマスクとして汎用高品位ICPエッチング装置（NE-550）を利用して、シリコン膜のエッチングを行い、柱形状を製作した。なお、比較のために高速シリコン深堀エッチング装置（MUC-21 ASE-Pegasus）を用いて同様にシリコン膜のエッチングを行った。最後に、柱形状の観察のために高精細電子顕微鏡（Regulus 8230）を利用した。
結果と考察 / Results and Discussion
走査型電子顕微鏡で撮影したNE-550により製作したメタサーフェス構造（クロムマスクあり）をFig. 2に示す。斜め観察により、シリコン柱はテーパ形状となっている。MUC-21 ASE-Pegasusにより製作したメタサーフェス構造（クロムマスクあり）をFig. 3に示す。斜め観察により、シリコン柱は若干逆テーパ形状でクロムマスクより細い幅にエッチングがされている。今後は、導電膜付き基板によるチャージアップの抑制により形状の最適化、プロセスの安定化を目指す。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 トップハットビーム整形メタレンズの光強度分布概略図
Fig. 2 エッチング後のメタサーフェスのSEM画像(NE-550)
Fig. 3 エッチング後のメタサーフェスのSEM画像(MUC-21 ASE-Pegasus)
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・共同研究者：株式会社タムロン 李 潔 様・超高速大面積電子線描画装置の利用にあたって、度々サポートしてくださった学術支援専門職員の藤原誠様に深く感謝申し上げます。・関連発表：嶋谷智生，李潔，山田遼太，池沢聡，岩見健太郎*，「高回折効率トップハット 型光強度分布整形メタサーフェス」，OPJ2023,28pBS7，2023年11月28日
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.
- Tomoki Shimatani, Li Jie, Ryota Yamada, Satoshi Ikezawa, and Kentaro Iwami*, “High Diffraction Efficiency Top-hat Beam Shaper Metasurface for Fluorescence Ob servation”, The 14th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META 2024) Toyama Japan, 16-19/July/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