■2006.6

財団法人 金属系材料研究開発センター

No.236

TODAY

デジタル印刷技術とナノテク（株）リコー 研究開発本部 技師長

基盤技術研究所長

平倉浩治

能の分析も困難であるというのが現状である。無機材料の場合、分析は構成元素分析が主体である

電子写真技術やインクジェット技術の高度化にのに対して、有機材料の場合には炭素を主成分と伴い、近年急速にデジタル印刷が普及してきた。

しているので構成元素にはほとんど差がない。そこの分野では1200dpi（dot per inch）の画素密度であのため炭素を中心とした分子構造を調べる必要がれば人の目には十分であるといわれている。このあり、これが分解能の制約となっている。

場合でも画素サイズは約20μmであり、ナノテクノ

分析にはX線をはじめとした電磁波あるいは電ロジーの領域とはほとんど無縁の世界のように思子線のスペクトルを利用するのが主流であるが、われがちである。

元素分析ではこのスペクトルのエネルギー分解能

電子写真応用の多機能デジタル複写機やレーザは100eV程度で十分であるのに対して、有機物のープリンタでは粒径数μmのトナーと呼ばれる着色

化学構造分析では0.1eVの分解能が要求される。

粉体が画像形成の主役となる。一般にはトナーは一般的に、空間分解能とエネルギー分解能はト単に色のついた樹脂粉で、熱で紙に定着されるとレードオフの関係にあり、有機物のナノ分析の大いうくらいしか知られていない。実際にはバインきな障害となっている。そこでリコーでは空間分ダーである樹脂のほかに着色顔料、静電特性を制解能とエネルギー分解能を両立させる手法として御する帯電制御剤、定着制御のためのワックス、走査透過X線顕微鏡に注目しトナー分析への応用流動性を制御するための外添剤など10種類近くのを検討してきている。走査X線顕微鏡は放射光を成分から成り立っている。1200dpiの鮮鋭な画像を光源に、ゾーンプレートと呼ぶ回折レンズを使用作るためにはトナーの粒径は約5μmとなり、このすることでX線の短所である空間分解能を克服し、5μmの中に最小で約10nmの成分がトナー粒子個々本来のX線の長所を生かして炭素の吸収端のスペに均一に配置されている必要がある。従って安定クトルを0.1eVのエネルギー分解能で測定し、有機した画質を確保するためには、トナーのナノ分析物の高分解能分析を可能にしている。現在のトナが必要不可欠となっている。

ー内部構造解析の決め手となる分析手法として利ナノ分析技術は、半導体分析を中心に分解能は用してきているが、さらなる高画質、高信頼デジタすでに当たり前のものとなっているが、これは無ル印刷システムの要求に応えるには、有機物のナ機材料の世界の話で有機材料となると1μmの分解ノ分析はまだまだ十分とはいえず研究課題は多い。

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JRCM REPORT
平成16、17年度地域新生コンソーシアム研究開発事業
平成16、17年度地域新生コンソーシアム研究開発事業「Xθ型大電流電子ビームによる高密度・高速描画装置の開発」「Xθ型大電流電子ビームによる高密度・高速描画装置の開発」成果報告
成果報告
産学官連携グループ1伊藤瑛二

ム描画が必須である。

はじめにスの光ディスクに必要となる高密度連しかし、従来のXY型電子ビーム描続曲線描画（φ120mmのディスクにピ本研究開発は、平成16、17年度に関

画装置では、スパイラル形状の大面積ッチ200〜300nm、溝幅100nmでスパ

東経済産業局の地域新生コンソーシアの描画を行う場合、ステージを□200イラル描画）を、新たな付帯設備なし

ム研究開発事業として採択されたもの

μmごとに移動し位置決めを行い、スで短時間（3時間以内）で行える電子ビである。以下に2年間の研究開発の内パイラル形状をＸＹ座標変換して、電（図−2）ーム描画装置を開発する。な容と結果の概略を報告する。

子ビームを照射して描画を行っていお、この目標とする3時間は現在のレ2る。この結果、従来のXY型電子ビーーザビームによる描画時間であり、こム描画装置で50−100GBクラスの光デれが実用的なレベルと考えられる。ま

研究開発の背景と目的

ブロードバンドに代表される情報通ィスクを描画するのに約1か月を要す

た、その形状の評価については、製造

信技術の進展により、光情報記録分野

ることとなり、この描画速度では実用工程の改善や歩留まり向上のために重の高密度化の要求が高まっている。光には程遠い。円、スパイラル形状の連要であり、ピットや溝の最小サイズがディスク原盤作成において微細加工は続描画を可能とするXθステージを内100nm程度になる光ディスクの形状評

高密度化に伴いマイクロオーダーの加蔵する電子ビーム描画装置の研究も進

価をナノ、アトムレベルで評価する技

工からナノオーダーの加工へと精緻化んでいるが、現状では電子ビーム出力術を確立する。
このため、①高速対応され、従来のレーザ描画からより微細（電流）が低く、低速でしか描画ができ大電流照射技術の開発、②Xθ高速位加工が可能な電子ビーム描画及び評価

ず描画パターンによっては数日を要す置決め機構制御技術の開発、③高密度（図−1）技術が期待されている。

ることもあり実用的ではない。化学増原盤評価技術の開発、が必要であり、そ光ディスク・メモリの分野において幅型レジストによる高速化も検討されれぞれ目標を設定して本事業がスターは、現在は4.7GBクラスのDVD（第2ているが、この場合には密封された環トした。

世代）が中心であり、青色LDによる境管理が必要で既存の付帯設備（レジ25GBクラスの第3世代が商品化されつスト処理工程）では対応できず、新規3つある。次の第4世代としては、50−の付帯設備（2.5億円程度）が必要にな

JRCMが管理法人となり、（株）クレ100GBクラスのものが求められていり、コスト高になってしまう。また、ステックが高速描画を実現する制御技る。
それを実現するためには、
φ120mm

加工形状の評価をする際も位置を特定術確立のために大電流低収差照射系ののディスクにピッチ200−300nm、溝して測定することが困難で多大な時間（株）リコーが高剛性Ｘθ位置決開発を、幅100nmでスパイラル描画する必要がを要する。

めステージの開発を担当した。また、あり、その微細度のためには電子ビー

そこで本事業では、50−100GBクラ

図−1 光ディスクの高密度化

JRCM NEWS No.236

推進体制作成した原盤やメディアの評価のため

図−2 Xθステージ型電子ビーム描画装置

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図−3 Xθ型電子ビーム描画装置外観

図−4 形状評価装置によるピット形状（AFM）写真

図−5 金粒子による分解能評価（独）産業技術総合研究所が超解像に、ックを示す。

価装置を補強して能力を高め、開発途

膜による信号処理技術とAFM計測位（1）Xθ型電子ビーム描画装置

中のディスクを評価した。2年目は合置制御技術の開発を担当した。

加速電圧：50KV体した装置で電子ビーム描画を実施

ビーム電流：400nA（ビーム径70nm）

し、グルーブ描画では最短トラックピ

ブランキング周波数：50MHz

ッチ120nm、単一周波数ピット描画でXθステージ：CLV線速6ｍ/s同期制御

は最短ピット長35nm、ランダムピッ

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研究開発の成果

既存の電子源、電子レンズ系レイアウトの見直し、最適化を図り大電流を（R＝20〜60ｍｍ）

ト描画ではトラックピッチ160nm、最確保し低収差のビーム形状を得る照射

ステージ位置決め精度：±10nm

短ピット80nmが得られた。また、駆系を実現した。ステージは、回転軸に（2）AFM形状評価装置

動部については目標である高速描画線

真空対応エアスピンドル、直動軸に高検出系：λ＝405nm、NA＝0.85

速6m/sにおける位置決め性能、回転剛性摩擦駆動軸受を採用し、高速回転超解像膜：SuperRens Proto性能を実現するXステージ、θステー

超精密位置決めを実現した。これらの形状計測：AFM＆XYθ自動ステージジを開発した。

ユニットにより大電流で高速描画が可能となりφ120mmの大容量光ディスク5を3時間程度で描画する電子ビーム描

本コンソーシアムの目的は、50-を用いて作製したピットの評価を行っ100GBクラスの次世代型光ディスクた結果、均一に微小ピットが作製され画装置を開発した（図−3）。

一方、開発した評価装置・技術によまとめ

り、実際にXθ型電子ビーム描画装置

形状計測についても青色高密度ピッ（トラックピッチ200-300nm）の高速電ており、ピットの深さはおよそ35nm

クアップと超解像膜の最適化により微子ビーム描画装置を開発することであであった。このことから設計したピッ細形状をOE変換し位置情報としてった。そのために、電子ビーム発生源ト構造を作製できていることが実証でAFM走査範囲（□50μm）に抽出す（株）クレステックが、ディスク開発をきた。

る計測技術を確立した。図−4に形状（株）リコーが、できた駆動部分開発を以上の結果から、今回開発したXθ

評価装置によるトラックピッチ200nm、（独）産業技
ディスクを評価する技術を型電子ビーム描画装置は100GBの記録ピットサイズφ100nmのピット形状術総合研究所が担当した。

容量をもつ次世代光ディスクの実現の（AFM）の写真を示した。図−5に1年目は、電子ビーム発生機構部とために極めて有用で精度の高いもので400nA出力時の金粒子による分解能評ディスク駆動部をそれぞれの単体ごとあることが実証できた。 今後は若干価を示す。開発目標である400nＡ/φに開発をスタートさせ、終了時には合の補完研究を実施した後、できるだけ70nmを達成することができた。

体させて一体ものの描画装置とすると早い機会に事業化に移し、ビジネスとしころまで進んだ。評価系では従来の評ても成果があがるように努力していく。

以下に開発された製品・技術のスペ

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JRCM NEWS No.236

材料分野データベースリンク集の紹介
JRCMのホームページ（http://www.

材料検索キーワードでは、材料全jrcm.or.jp/）では、世界の現存する材

般、金属全般、普通鋼、特殊鋼、Fe、料関係データベースを提供している

Al、Cu、Mg、Ti、W、光ファイバー、ホームページへのリンク集を紹介しシリコン、LSI材料、Ni基金属、触媒、ています。

超伝導、セラミックス、ガラス、繊内容としては、まず以下の材料分維、高分子、複合材料の材料を選択

類別データベースが161件リストアッして検索できます。また、国別検索プされています。

で日本、米国、カナダ、英国、ドイ・金属材料（鉄鋼、アルミニウム、ツ、フランス、オランダ、スイス、スウェーデン、ロシアから選ぶこと銅、半導体材料等）・無機材料（ファインセラミックもできます。その他サービスの形態や課金の有無も知ることができます。

ス、ガラス等）
・有機、高分子材料（プラスチック等）

実際に目的のデータベースへそのま・繊維材料（高機能、高性能繊維素

ま飛ぶことも可能です。
さらに、材料特性・機能別データ材等）
・その他（複合材料、耐熱複合材

ベースでは63件リストアップされ、特性・機能分類として化学、電気化学、料等）
目的のデータベースをより早く探加工、計算、結晶、周期律表、状態図、すためには、次のような検索画面か

熱特性、疲労、腐食、その他のキーら検索、絞り込みができます。

ワードから検索絞り込みができます。
その他に材料全般の評価方法を紹介している評価方
法データベースが12件、標準物質についてのデータ集として標準データベース6件がリンクされています。
ぜひご活用ください。

The Japan Research and Development Center for Metals

JRCM NEWS／第236号

発 行 2006年 6 月 1 日
発行人 小島 彰
発行所 財団法人 金属系材料研究開発センター〒105-0003 東京都港区西新橋一丁目5番11号 第11東洋海事ビル6階

内容に関するご意見、ご質問は JRCM 総務企画部までお寄せください。
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本書の内容を無断で複写・複製・転載することを禁じます。

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