【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0010
利用課題名 / Title
人工ナノ構造を用いた光制御の研究
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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）-
【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）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
キーワード / Keywords
高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,メタマテリアル/ Metamaterial,フォトニクス/ Photonics
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)
小西 邦昭
所属名 / Affiliation
東京大学 大学院理学系研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
袴田 祐生
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
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-610：電子銃型蒸着装置 [RDEB-1206K]
NM-621：FE-SEM [S-4800]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
目的：Si上に蒸着した厚さ200 nmのSiN層に対するレジストパターニングと現像、Cr層蒸着、およびリフトオフ。
用途：SiN薄膜層の自立薄膜化による基板フリーの可視光領域用メタサーフェス作製。
実施内容：千現地区において、レジストとしてHMDS+NEB-22を用いてELS-F125によりパターニングを行い、現像ののちRDEB-1206Kを用いてCr層を約40 nm蒸着した。蒸着後、NMPによるリフトオフを行った。
実験 / Experimental
HMDS 3000rpm/60sec, NEB-22 6000rpm/60secをスピンコートし、110度 2分のホットプレート加熱を行った。レジストの塗布が失敗する場合は、加熱前にアセトン, IPA, 純水で洗浄したのち、必要に応じてAQ-500(10Pa, H2O:O2 = 10:10, RF 250W, 3min)を用いて基板表面を洗浄することでレジストのリワークに成功した。Tracerにより散乱補正を行ったのち、ELS-F125により加速電圧125kV, 電流値1 nA, 50 uC/cm^2で露光を行い直径400-600umのディスクアレイを描画した。露光後に105°C 2分の加熱をし、TMAH 2.38%, 90秒の現像(リンスは純水)を行った。Cr蒸着は0.4-0.5Å/sのレートで行った。
結果と考察 / Results and Discussion
作製したパターンは、周期620, 直径400-520 nmの貫通穴アレイ構造を有している。直径において10nm以下の精度で円形構造の描画に成功した。また、構造が近接している場合、レジスト構造同士が結合する傾向があったが、NEB-22のスピンコーティングを3000rpmから6000rpmに変更することで最小で構造間距離70nmまで接近した構造間にレジスト構造の結合が生じないことが分かった。当該サンプルにエッチングプロセスを施し、SiN層を自立薄膜化させ、光学応答性を確認した。構造からはMie共鳴由来と推測されるスペクトルが観測され、シミュレーションと良く一致した。同様の構造であり、貫通穴直径を場所ごとに変えることで集光機能を付与することができる。これにより作製されたメタレンズは設計通りの集光機能を有していた。これ以上、構造が接近するパターンを用いる場合は、アッシングによる結合部分の除去、あるいはTracerによる補正をより適切に運用する必要がある。特に、Tracerでもちいる質量密度、励起電圧の値はNEB-22に類似したレジストの値を用いているので、この値を改善することが望ましい。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
作製したSiN人工微細構造のSEM画像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
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