【図解】ナノインプリント実用化の最前線　～用途ごとの装置メーカーの動向と、打倒EUVに向けて限界を超えるキヤノン・キオクシアの技術

ナノインプリントは、ナノメートル単位の非常に微細なパターンが刻まれた「型」を押し付け、対象物に微細なパターンを形成する加工方法です。ASMLのコラムで紹介したEUV露光などの方法に比べてシンプルで安価に微細加工ができる技術として注目されています。

本記事では、実用化が進むナノインプリント技術の概要と主な用途について、関連する装置メーカーの動向も含めて詳しく解説します。また、後半では最もホットな話題としてキヤノン・キオクシアが開発するナノインプリントによる半導体製造プロセスを解説します。

ナノインプリント実用化の概況　～主な用途と装置メーカーの動向

ナノインプリント技術の概要と主な方式

まず、ナノインプリントの原理と、一般的に使われる方式を解説します。
図に示したように、ナノインプリントの方式は主に以下の2つに分かれます。
　①加熱方式：型を加熱して押し付け、冷却して固めてから離型（型を引き抜く）
　②光（UV）方式：透過性のある型を押し付けた状態でUV光（紫外光）を照射し、樹脂（UV硬化剤）を固めてから離型

加熱方式は冷却の待ち時間があり、熱による変形などの課題もあるため、半導体材料の加工では主に光方式が利用されています。

ナノインプリントの主な用途と装置メーカー

続いて、ナノインプリントの主な用途と、関連する装置メーカーをまとめます（上図参照）。

光学系デバイスの製造におけるナノインプリントの利用

現在、ナノインプリントの用途として最も普及しているのが光学系の分野で、具体的にはLEDやレーザーの発光部の表面構造や、光学系フィルム、微細なレンズなどにナノインプリントが使われています。ナノインプリントは「型」を使うため、「レンズの球面」「光のロスが少ないフラットな端面」など、他の方法では難しい構造が形成できることが強みになっています。

近年急速に開発が進んでいるのがAR/MRグラス用の製品（回折光学素子）で、現実空間に浮かぶように映像を表示するための光の屈折を制御するために使われます。例えば2020年6月のoptics.orgの記事によると、ナノインプリント装置メーカーのSUSS Micro Tecは、材料メーカーのMicro Resist Technology (MRT)と合弁会社を設立し、ARグラス用の回折光学素子の製造を進めています。

バイオテクノロジーにおけるナノインプリントの利用

ナノインプリントにより「細胞を１つずつトラップする溝」や「一部のサイズの分子のみを通過させるフィルタ」などの微細構造を形成できるため、バイオテクノロジー分野への活用も進んでいます。

例えば装置メーカーのEV Groupが製造するナノインプリント装置は、DNAやタンパク質を解析するチップに利用されています（同社のバイオメディカル技術ソリューション資料参照）。

また、弊社代表の楠浦がCTOとして在籍していたスタートアップのSCIVAXでは、ナノインプリントにより形成した構造を細胞の三次元培養の足場として利用する技術を開発しました。SCIVAXから独立したSCIVAXライフサイエンス株式会社は、2016年にORGANOGENIX株式会社に社名変更し、JSR株式会社の100％子会社となっています（2016年12月のMedtec記事参照）。

集積回路（IC）の製造におけるナノインプリントの利用

以前から最も期待されている用途が、メモリやロジック半導体など「集積回路（IC）」の回路パターン形成です。ただ、求められる精度や品質のハードルが他の用途よりも高く、なかなか実用化されませんでした。

例えばライトやソーラーパネルの表面にわずかな傷が入っても、全体としての機能に致命的な影響は出ませんが、集積回路の場合、回路の一部が断線すると機能しなくなることを考えると、ハードルの高さがイメージできると思います。

そのハードルを、20年近い開発期間をかけて突破しようとしているのがキヤノンで、最初の用途としてキオクシアのNANDフラッシュメモリ製造への利用が計画されています。次項で詳細を解説します。

ナノインプリントの限界を突破し、打倒EUVを目指すキヤノン・キオクシアの開発動向

EUVと比較したナノインプリントのメリット

技術の詳細に入る前に、「そもそも、ナノインプリントを使うとどんなメリットがあるか」を整理します。

端的に言うと、ナノインプリントの最大のメリットは「EUV露光装置よりもシンプルで安い」ことです。

2022年5月のYahooファイナンスの記事によると、ASMLの次世代チップ向けのEUV露光装置の価格は約4億ドル（2023/01/16のレートで500億円以上）、重量は200トンを超えるとされ、その大きな原因が図に示したように「ナノレベルの精度が必要な多数のパーツ」が必要とされることです。また、一般的な装置では使われない「EUV（極端紫外線）光」を使うため、専用の光源と反射鏡が必要になることも、コスト増加の要因になります。

ナノインプリント装置も精度が必要な点では同様ですが、型を直接押し付けるシンプルな構造であるため、ナノレベルの精度が必要な領域は型の部分に集約されており、比較的安価に装置をつくることができます。また、装置の製造や使用に必要なコストが低いため、省エネや脱炭素化の観点でもメリットがあります。

実用化に向けた課題とキヤノンの解決手段

高精度なナノインプリントの実用化に向けてキヤノンが乗り越えた課題は、同社のHPにまとめられており、例えば以下の内容が記載されています。

• UV硬化剤をウェハーに塗布する際の塗布分布の最適化
• 型の微細構造に速やかに入り、かつ硬化したあとに離型しやすい材料の開発
• 微細な異物を除去するクリーニング技術の開発
• ナノレベルの位置ずれを補正する技術の開発

「位置ずれを補正する技術」の中で特にポイントになるのが、「型とウェハーの形状のズレを補正する技術」です。

型を押し付ける基板（ウェハー）は、前工程の熱処理などでわずかに変形しているため、型と基板を合わせる際に微妙なズレが生じます。キヤノンの特許JP5686779B2にはその解決手段として「光照射によりあえてウェハーにひずみを起こし、重ね合わせの位置ずれを補正する技術」が記載されています。

※キヤノンの特許の詳細についてはイノベーション四季報2022年冬号で解説しています。

これらの技術により、「1nm以下の精度で計測・補正」を行うことができ、これまで不可能だった15nm以下の線幅のパターン形成が可能になるようです。2021年9月の日経新聞記事によると、キヤノンはキオクシア、大日本印刷と共同で開発を進め、2025年にも実用化することを目指しており、今後の展開が楽しみです。

低コストで省エネルギーの製造プロセスを実現するナノインプリントの今後

以上、光学系やバイオなどナノインプリントの主な用途と装置メーカーの動向、ナノインプリントの最前線であるキヤノンの技術について解説しました。

「露光技術ではつくるのが難しい形状」を形成できる強みを活かし、光学系の用途でナノインプリント技術の普及が進みましたが、今後はバイオや集積回路の分野でも普及しそうです。キオクシアのNANDフラッシュメモリの構造の詳細と、ナノインプリントを使った製造プロセスについてはイノベーション四季報2022年冬号で詳しく解説しているので、そちらもぜひご参照ください。

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