[論文レビュー] Three-dimensional nanoimprint lithography using two-photon lithography master samples

Rebecca Saive, Colton R. Bukowsky+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2017

Nanofabrication and Lithography Techniques参考文献 13被引用数 11

ひとこと要約

本論文では、2光子リソグラフィーで作製したマスターサンプルを用いて、ナノスケールの特徴を持つ複雑な3次元マイクロ構造をスケーラブルに作製する3次元ナノインプリントリソグラフィー技術を提示する。これらのマスターからポリジメチルシロキーン（PDMS）スタンプを鋳型する手法により、遅くシリアルな2光子リソグラフィーを、高速で並列処理可能なナノインプリントに変換し、銀インクを用いたリサイクルフリーのプリントと、テクスチャード基板への適合性を実現する。

ABSTRACT

We demonstrate three-dimensional (3-D) nanoimprint lithography using master samples initially structured by two-photon lithography. Complex geometries like micro prisms, micro parabolic concentrators, micro lenses and other micrometer sized objects with nanoscale features are three-dimensionally fabricated using two-photon lithography. Stamps made out of polydimethylsiloxane are then cast using the two-photon lithographically structured samples as master samples. Hereby, expensive serial nano 3-D printing is transformed into scalable parallel 3-D nanoimprint lithography. Furthermore, the transition from two-photon lithography to imprint lithography increases the freedom in substrate and ink choice significantly. We demonstrate printing on textured surfaces as well as residue-free printing with silver ink using capillary action.

研究の動機と目的

• 2光子リソグラフィーのスケーラビリティの制限を克服し、並列処理を可能にする。
• 2光子リソグラフィーをマスターテクニックとして用いた再利用可能なスタンプのプロセスを開発する。
• テクスチャード基板上でのプリントと、導電性銀インクを用いたリサイクルフリーのパターン形成を実現する。
• 直接的な2光子リソグラフィーの制限を超えて、材料および基板の適合性を拡張する。
• ナノスケール分解能で、レンズ、プリズム、コンセントレーターなどの複雑な3次元マイクロオプティカル素子を実証する。

提案手法

• 2光子リソグラフィーを用いて、ナノスケールの精度でマイクロレンズ、プリズム、放物線型コンセントレーターを含む複雑な3次元マイクロ構造をプロセスする。
• 2光子リソグラフィーで作製したマスターサンプルからポリジメチルシロキーン（PDMS）スタンプを鋳型する。
• PDMSスタンプを用いてナノインプリントリソグラフィーを実施し、大面積にわたって3次元パターンを並列で転写する。
• キャピラリー作用を活用して、さまざまな基板上での銀インクによるリサイクルフリーのプリントを実現する。
• 本手法により、多様な基板やインクの使用が可能となり、直接的な2光子リソグラフィーと比較して材料の柔軟性が著しく向上する。
• シリアルで遅い2光子リソグラフィーから、スケーラブルで並列処理可能なナノインプリントリソグラフィーへのプロセス移行により、スループットと実用性が向上する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2光子リソグラフィーで作製したマスターが、3次元ナノインプリントリソグラフィー用に再利用可能なPDMSスタンプを効果的に生成できるか。
• RQ2 ナノインプリントプロセスが、元の2光子リソグラフィー構造の3次元ナノスケール特徴をどの程度保持するか。
• RQ3 キャピラリー作用を用いたナノインプリントプロセスで、導電性銀インクを用いてリサイクルフリーのプリントが達成できるか。
• RQ4 従来のインプリントと比較して、本手法はテクスチャードまたは非平面基板上でどの程度の性能を示すか。
• RQ5 直接的な2光子リソグラフィーに代わってスタンプベースの複製を用いる場合、3次元ナノインプリントプロセスのスケーラビリティと再現性はどの程度か。

主な発見

• 2光子リソグラフィーをマスターテクニックとして用いることで、マイクロレンズ、プリズム、放物線型コンセントレーターを含む複雑な3次元マイクロ構造がナノスケールの特徴を保持して効果的に作製された。
• 2光子リソグラフィーのマスターから鋳型したPDMSスタンプにより、大面積にわたり高忠実度の並列複製が可能となった。
• キャピラリー作用を活用した銀インクによるリサイクルフリーのプリントが達成され、導電性材料との適合性と実用的応用の可能性が示された。
• 本プロセスにより、平面的でない表面にもプリントが可能となり、平坦な基板に限らない応用範囲が拡大された。
• シリアルな2光子リソグラフィーから並列処理可能なナノインプリントリソグラフィーへの移行により、プロセス速度とスケーラビリティが顕著に向上した。
• 本技術はナノスケールの分解能と特徴の忠実度を維持しつつ、インクおよび基板選択の柔軟性を大幅に向上させた。