【別添資料2】プレゼン資料様式

立体物へマイクロオーダの微細点状ランダムパターン
一括形成技術2022年11月10日

東京電機大学 工学部 先端機械工学科
教授 小林 宏史
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発表内容
・技術背景
・本発明の概要
・スペックル光リソグラフィ技術について・特許技術の紹介（原理と現状検討結果）
・まとめ（実用化に向けた課題）
・企業への期待 ／ 本技術への問い合わせ

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技術背景 (1/2)

植物の葉（撥水性）

1μm

抗菌

表面のSEM観察結果（微細構造）

離型性〜10μm

撥水性

〜1μm

100nm以下

反射防止

100nm以下

パターンサイズ小パターンサイズ大

微細構造によって様々な表面特性を付与
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技術背景 (2/2)■従来の加工技術の問題点（一例）
フェムト秒レーザー加工技術を利用
微細構造寸法：直径数マイクロの穴
規則正しい配列

加工面積：小数 mm²

微細加工の効果：「摩擦・摩耗低減」「凝着力低減」「生体親和性向上」

時間：長数時間

装置コスト：高 が問題
数千万円■新しい加工技術
スペックル光を用いたリソグラフィ技術の研究開始
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本発明の概要■スペックル光リソグラフィ技術とは部品表面に数十μm〜数μmの点状ランダムパターンを形成可能■本発明のポイント
スペックル光リソグラフィ技術を応用した発明
立体構造物への加工技術

発明①：円筒部品の円周方向に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術（φ2mm円柱円周360度に数10μmのパターン形成）
発明②：段差のある部品の表面に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術（200mmの段差模擬面に数10μmのパターン形成)■微細加工の適応先（想定される用途）
分野：工業製品、医療関連器具、エンジン等
キーワード：工業部品、表面処理、撥水加工、バイオミメティクス

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スペックル光リソグラフィ技術について (1/3)■スペックル光とは斑点状の光強度パターンが発生

レーザ ＋ 粗面z

光強度強い(白)スペックル光λ光強度弱い(黒)
d

レーザ

粗面

観測面の（拡散板） 光強度分布

スペックル光1つのサイズの関係式
λz𝑥𝑥 ∝d

引用：Cluster speckle structures through multiple apertures forming a closed curve
doi:10.1016/j.optcom.2009.12.016

1mm

スペックル光撮影画像

x：スペックル光1つのサイズ
d：照射ビーム径
λ：レーザの波長z：拡散板-観測面距離6スペックル光リソグラフィ技術について (2/3)■スペックル光の不規則な光強度変化を光リソグラフィに適用
z原理

dλ

レーザ

LBE

(レーザビームエキスパンダ－)

粗面（拡散板）

スペックル光
光強度分布

Siウエハ

縮小投影レンズを用いずに微細パターン形成可能
レジストパターンサイズと露光パラメータの関係

R（相関）
↔ 𝐴𝐴

sλzd𝑡𝑡A：レジスト特性
t：露光時間s：表面粗さ・散乱特性

x：スペックル光1つのサイズ
d：照射ビーム径
λ：レーザの波長z：拡散板-観測面距離

露光時間など複数のパラメータで、パターンの大きさや密度をコントロール可能

7スペックル光リソグラフィ技術について (3/3)■露光量によるランダムレジストパターンのコントロール（一例）
露光量[mJ]
3037.545

Siウエハ
レジスト
20μm

■レジスト（感度や厚み）の違いによるパターン形状
レジスト

レジスト

ポジ型（高解像）

ネガ型（厚膜）Siウエハ
2μm50μm

レジスト

8特許技術の紹介■スペックル光リソグラフィ技術を応用した発明
立体構造物への加工技術

発明①：円筒部品の円周方向に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術
発明②：段差のある部品の表面に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術

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特許技術の紹介■スペックル光リソグラフィ技術を応用した発明
立体構造物への加工技術

発明①：円筒部品の円周方向に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術
発明②：段差のある部品の表面に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術

10特許技術の紹介 (発明①)
発明①：円筒部品の円周方向に一括で点状ランダムレジストパターン形成技術

原理構成
レーザ

拡散板

実験装置
円柱試料

回転軸対称ミラー

スペックル光レーザを拡散板に照射して発生させたスペックル光を、回転軸対称ミラーに反射。
円柱試料を光軸上い置くことで試料表面に一括でレジストパターンを形成。
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特許技術の紹介 (発明①)
パターン形成結果（検討継続中）
先端部

0°位置
90°

270°

位置

位置
180°位置

露光
時間
40s

バイス

０°

10mm

露光領域
(レジスト残留部)

試料観察方向
90°
180°

10mm

270°

50μm

試料表面
レジストパターン

露光領域先端部(1.5ｍｍ～2.0ｍｍ)の円周方向全面にランダムな形状、大きさ、配置のレジストパターンを形成

12特許技術の紹介■スペックル光リソグラフィ技術を応用した発明
立体構造物への加工技術

発明①：円筒部品の円周方向に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術
発明②：段差のある部品の表面に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術

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特許技術の紹介 (発明②)
発明②：段差のある部品の表面に一括で点状ランダムレジストパターン形成技術

原理構成
粗面

レーザ（拡散板）

実験装置
スペックル光コリメート用
被露光物
レンズ

シャッター
コリメート用レーザ
拡散板 レンズ 遮光板 ウエハ固定台

移動
被露光面

800mm

スペックル光をコリメート用レンズで平行光にして段差面に露光することで段差の上段、下段に同時パターン形成。
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特許技術の紹介 (発明②)パターン形成結果（検討継続中）

コリメート用レンズとSiウエハ間の距離[mm]

45145

Siウエハ

245

レジスト200/mm²]

パターン数[個100μm150100050100

150

200250レンズとSiウエハ間の距離[mm]• スペックル光によりランダムな形状、配置でパターン形成• 同一露光時間でウエハを200mm動かしても類似のパターンを形成

15まとめと実用化に向けた課題■スペックル光リソグラフィ技術を応用した発明を実機で検証
発明①：円筒部品の円周方向に一括で点状のランダムレジストパターン形成技術
立体構造物への加工技術

結果→ 露光領域 (1.5ｍｍ程度)の円周方向全面にランダムな形状、大きさ、配置のレジストパターンを形成
課題→ 軸方向の光強度ムラの改善による露光領域の拡大

発明②：段差のある部品の表面に一括で点状のランダムパターン形成技術
結果→ 最大200mmの段差を想定して露光実施、数10μmのランダムなレジストパターンを形成可能
課題→ 実利用を想定した段差の露光
16想定される用途●精密ピペット先端部や医療用メスなどの部品（金属など）表面への微細加工により撥水性を付与。
●インプラント用のボルト表面への微細加工により生体適合性向上。
●加工機や内燃機関等の部品表面への微細加工によりオイル潤滑性向上。
●金型の離型性向上。
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実用化に向けた課題●今後、製作したレジストパターンをマスクとして金属エッチングや型として転写して、撥水性や親水性の機能評価・効果の検証を実施。
●パターンのさらなる微細化により、反射防止や抗菌作用など本加工技術の適応範囲を拡大。

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企業への期待• 本技術または本技術の応用技術に強いニーズを持つ、企業との情報交換を希望。
• 簡便・安価な微細加工技術を必要とし、本技術の適応可否に興味がある企業との継続的な情報共有・共同研究を希望。

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本技術に関する知的財産権• 発明の名称• 出願番号
• 出願人
• 発明者

：露光装置
：特願2022-131914：東京電機大学：小林宏史、他• 発明の名称• 出願番号
• 出願人
• 発明者

：露光装置
：特願2022-131915：東京電機大学：小林宏史、大井一樹、岩岡友希

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問い合わせ先

東京電機大学研究推進社会連携センター 産官学連携担当
ＴＥＬ
ＦＡＸ
e-mail03－5284 － 5225
03－5284 － 5242
crc＠jim.dendai.ac.jp21

本研究の一部は東京電機大学総合研究所
一般研究課題Q21T-01として行いました。

ご清聴ありがとうございました。

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