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2013年9月11日 (水)

MNOIC実習セミナー 「ナノインプリント実習、MemsONEによる形状予測とサンプル作成、その形状評価」【TIA連携大学院サマー・オープン・フェスティバル2013】の実施

一般財団法人マイクロマシンセンター・MEMS協議会では、MEMS・マイクロナノ領域における産業推進の一環として独立行政法人・産業技術総合研究所・集積マイクロシステム研究センターの研究施設を用いた研究支援を行うMNOIC事業を実施しています。その中で特に人材育成には力をいれ、これまでにUMEMSME・MNOICセミナーや装置セミナー、国際ワークショップ等を実施してまいりました。MNOIC事業も多数の装置を用いた研究支援が可能になって来ましたので、2012年度からMNOICで支援可能な最先端装置を用いた実習形式のセミナー「MNOIC実習セミナー」を開始致しました。今回はその第2弾として、8月29日-30日に1.5日のコースでMNOIC開発センターにて、「ナノインプリント実習、MemsONEによる形状予測とサンプル作成、その形状評価」を実施致しました。また今回のセミナーは「TIA連携大学院サマー・オープン・フェスティバル2013」の一環として開催し、より実践的な取り組みを希望する多くの学生の方にもご参加頂きました。今回の参加者は企業から3名、学生の方7名の計10名でした。

【学習・実習内容】

 MemsONE(統合化MEMS設計・シミュレーションツール)の原理・利用方法を製造販売元の一つである、みずほ情報総研㈱、浅海氏から紹介

MemsONEの基本的な使用方法の理解

MemsONEを用いたナノインプリントシミュレーション、型押し込みの際の高分子材料の変形、応力のダイナミックスのシミュレーション

Obducat社製ナノインプリント装置の原理、装置の特徴や有効性に関して販売元であるアペックス社・松本氏からご紹介

ナノインプリント技術の最前線と、具体的な応用事例に関して産総研の廣島(集積マイクロシステム研究センター・副センター長からの講演

Obducat社製ナノインプリント装置の操作方法の実習(クリーンルームにて実施)

Obducat社製ナノインプリント装置を用いた、8インチ金型による転写サンプルの作成実習

光学式干渉計やレーザ顕微鏡を用いた表面形状の計測

【MemsONEの概要】

MemsONE( MEMS Open Network Engineering System of Design Tools ) は、効率的なMEMSの設計・開発をサポートするためのソフトウェアです。MemsONEは経済産業省/NEDO技術開発機構の委託を受けた「MEMS用設計・解析支援システム開発プロジェクト」により産学連携の研究コンソーシアム(9企業、13大学、1研究機関、1団体)により、3年間を費やして開発され、その成果として2007年から販売され、その後、年1回のペースで機能の改善強化版がリリースされてきています。 MemsONEは、最先端の習熟したMEMS研究者・技術者に利用されるのみならず、初心者や経験の乏しい多分野の研究者・技術者であってもMEMSに関する高度な知見やデータをストレスなく利用することが可能なソフトウェアを目指して開発されました。

MemsONEの詳細は

http://www.mmc.or.jp/mems-one/

を参照してください。

【ナノインプリント装置の概要】

装置名:Eitre-8

・製造元:スウェーデン Obducat社

・販売元:アペックス株式会社 営業部 営業技術課
       URL : www.appex.co.jp

 Eitre-8の主な仕様

・最大型サイズ :200mm□
・最大サンプルサイズ : 200mm□
・インプリント方法 :熱、および紫外線、併用可能
・最高加工精度 :30nmのパターン

【実習に使用したサンプル】
(1)インプリント型

 ・大きさ: 8インチ

 ・ピッチ:  0.6μmラインから2mmφ

 ・段差: 200nm

 ・型材料: IPS(型転写用フィルム)を介してシリコン型から転写

 ・転写型: SiO2/SiウェハーのSiO2エッチパターン

 (2)インプリント材料  専用レジスト材料

 (3)インプリント方法  熱アシストUVナノインプリント

 (4)評価方法  Wyko (光学干渉式表面形状観察装置)

  Olympusレーザ共焦点3D顕微鏡
 (事前に表面に金属薄膜をコーティングしたサンプルを観察)

 

【実施結果】以下実施内容の概略をご紹介します。

(1)  一般財団法人マイクロマシンセンターの人材育成事業の一環であるため、人材育成委員会・前田龍太郎委員長(産総研・集積マイクロシステム研究センター長)から開会の挨拶を頂きました。

 

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写真 1 前田龍太郎委員長による開会の挨拶

(2)  MemsONE(統合化MEMS設計・シミュレーションツール)の紹介; MemsONEは「どんなシステム、何が出来るの?どこが凄いの?」と言う題目でMemsONEの開発、および販売企業である、みずほ情報総研 浅海氏に、質問を含めて40分の講演をお願いしました。講演ではMemsONEの開発の経過、全体の構成、機能ブロック、グラフィックインターフェース等の説明がありました。 一般的にMEMSを含む設計、レイアウト、機構解析、回路解析、プロセス解析等々は別々のソフトを用いるのが一般的ですが、MemsONEは統合化ツールに相応しく、統一的なデザインと操作方法、用語、単位に基づいて構成されているのが特徴です。また残念ながら流体解析は出来ませんが、機構解析、熱解析、電磁場解析を含む連成解析、プロセス解析等の幅広い解析ができること、材料データベースや過去の事例等の知識データベース等が画面の切り替えで簡単にできること、更にクリック動作で材料データベースに登録した物性パラメータを解析ソフトに取り込めること、もこの統合化ソフトの特徴と言えます。

 

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写真 2 みずほ情報総研 浅海氏による講演

(3) MemsONEによるナノインプリント形状予測シミュレーション実習;(財)マイクロマシンセンターのMemsONE担当の水津を中心にMemsONEの実習プログラムを約3時間かけて行いました。2名1組になってMemsONEがインストールされたノートパソコンを使っての実習です。今回は学生の方も多いことから、最初にこのMemsONEを実行することから開始しました。その後約1時間かけて三次元解析モデルを構成するための基本操作の学習をしました。さらにナノインプリント解析を行うための2次元モデルを作成します。この解析では体積収縮や変形を伴うモールド体と、剛体である型材料をモデル化し、その物理量や解析条件を指定する必要があります。モデルを作成したあと、メッシュを切って、指示された解析ステップに従って解析し、その結果を等高線や変形時のアニメーションの形で見ることが出来ます。学生の方が触れる最初の解析ツールにしては、このような変形シミュレーションは高度過ぎると言う懸念もありましたが、皆さん確実に課題をこなし、良い結果を出しておられました。

 

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写真 3 MemsONEナノインプリント解析実習

(4) Obducat社製ナノインプリント装置の原理・装置の特徴や有効性:2日目はナノインプリントの実習です。最初にMNOICが研究支援可能なObducat社製ナノインプリント装置の販売元であるアペックス社の松本氏から当該装置の説明がありました。通常ナノインプリント装置は非常に高い圧力(30気圧程度)をかけて型材料をモールド材料に押し込む必要があります。特に大面積になれば、この圧力は面積に比例して大きくなります。均一な力や変位量で押し込むには高い位置制御が必要になって装置が大型化し、高価になります。また熱インプリントだけだと、温度の制御が大変であるばかりでなく、高温から室温まで時間をかけて冷ます必要があります。この装置はこれらの問題を解決するために①紫外線硬化樹脂をモールド材料として、紫外線を使って硬化させるUVインプリントと熱を併用させること、②高分子で構成された型を膜状にして、このインプリント型膜の裏面から静水圧をかけることで高い機械的精度を不要にした点です。

 

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写真 4 アペックス社の松本氏による講演

(5) ナノインプリント技術の最前線と、具体的な応用事例;最後の講演として産総研・集積マイクロシステム研究センター廣島副センター長によるナノインプリント分野での最先端の技術状況と、最近の応用展開に関する講演を、質疑応答をいれて約1時間お願いしました。産総研はナノインプリント技術に関する長く、幅広い知見が蓄積されています。その技術を基礎から応用まで一気通貫で聞ける貴重なチャンスです。廣島副センター長の講演は、プロセス時にボイドを除去する具体的な方法から、最近の最先端のモスアイ構造を使った無反射膜の作成や応用事例等です。特にこの無反射膜はスマートホンから平面テレビ、更に自動車と市場がどんどん広がって行く予感があります。

 

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写真 5 廣島副センター長による講演

 

(6) ナノインプリント実習:2つの講演の後は、直ちにクリーンルームに入っての実習です。担当はMNOICの上野が行いました。クリーンルームでは、関連する装置群の説明を行ったあと、最初にナノインプリントを行うための型であるIPSモールドを、Obducat社製ナノインプリント装置を用いて作成します。このIPSモールドの作成は熱インプリントのみで作成します。IPSモールドが準備出来たら実際のインプリントを行います。最初に8インチのウェハーにコータデベロッパーを用いて専用レジスト材料をスピンオフ塗布、プリベイクを行います。このあと、おなじナノインプリント装置を用いて熱アシストによる紫外線照射ナノインプリントを行います。この時は、10名の参加者の内3人に実際にナノインプリントを作成&操作をして貰いました。

 

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写真 6 クリーンルームでの実習風景(ナノインプリント実習)

(7) 光学的評価の実習:サンプルの作成が終わると、クリーンルームを変えてサンプル表面の形状観察を行います。評価手段としてはWyko社の光学干渉式表面形状観察装置、およびOlympus製レーザ共焦点3D顕微鏡を用いました。そのままではサンプルの表面の反射率が小さすぎて観察できないので予め、金属反射薄膜をコーティングしたサンプルを使っての観察でした。

 

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写真 7 クリーンルームでの実習風景(ナノインプリント実習)

(8) 実習反省会; 最後に、今回の実習を振り返って皆様にアンケートの実施と、実習の感想をお聞きしました。全体的には大変好評で、MemsONEの概要が理解できた、世界最先端装置の有効性や応用が良くわかった、また特に学生の方には将来のオープンイノベーションの一環としてMNOICを検討したい等のご意見、更にこのような実習講座を今後も実施して欲しい等のご意見がでました。

 

最後に、第二回目のMNOIC実習講座をTIA連携大学院サマー・オープン・フェスティバル2013の活動の一環として開催し、沢山の学生の方を含む参加枠上限の10名の参加者に来て頂きました。参加枠を超えた後にお申し込み頂いてお断りした方には申し訳なく思いますが、このような企画を今後も進めたいと思います。またMNOICの年間利用法人は1法人1名まで無料で御参加頂けます。年に2回の実習講座を予定していますので、皆様も是非ご検討ください。(MEMS協議会 三原 孝士)

 

 

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