【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2083
利用課題名 / Title
ナノギャップの熱，電気伝導特性の測定のためのMEMSデバイスの製作
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
ナノギャップ,近接場放射,熱制御技術,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
霜降 真希
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-103：レーザー直接描画装置
KT-107：厚膜フォトレジスト用スピンコーティング装置
KT-108：レジスト塗布装置
KT-118：高圧ジェットリフトオフ装置
KT-234：深堀りドライエッチング装置（１）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
熱制御素子等への応用が期待される大面積平行平板ナノギャップの高スループットな創製方法確立とそのギャップ間熱輸送メカニズムの解明を目的として、単結晶シリコンのへき開を応用したナノギャップ創製とそのギャップ間隔の制御機構を一体化した微小電気機械システム(MEMS)デバイスの開発と、Raman分光法とを用いたギャップ間温度差測定を実施することによって、MEMSデバイスによる高スループットなナノギャップ創製、制御の実証と、ナノギャップ間熱輸送間隔依存性の実験的評価を行う。
当施設では、大面積平行平板ナノギャップを単結晶シリコンのへき開により創製でき、そのギャップ間隔をMEMSにより制御可能なMEMSを微細加工技術を用いて作製した。
実験 / Experimental
ナノギャップ創製・制御用MEMSデバイスはSOIウエハを材料に作製を行った。
このデバイス（Fig1）はサブµmのシリコン構造をDRIEにより作製する必要があり、特にリソグラフィーにおいて高い解像度と金属・Siパターン重ね合わせ精度が要求された。
そこで、当施設でレティクルの作製（KT-103）、ウエハの洗浄（KT-107）、リフトオフ用レジスト塗布（KT-108）を実施し、リソグラフィーは東北大コインランドリのスパッタを利用した。金属のリフトオフプロセスは最小線幅が1µmと細く金属残渣を効率よく除去するため高圧ジェットリフトオフ（KT-118）を用いた。
Si用レジストについても同様に当施設でレティクルの作製、ウエハの洗浄、レジスト塗布を実施し、重ね合わせリソグラフィーに東北大コインランドリのスパッタを利用した。
Siの深堀りはボッシュプロセス（KT-234）を用いて実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
金属パターンは最小線幅が1µmと細く、入り組んだパターンのため金属残渣を残さずリフトオフすることが重要であったが、高圧ジェットリフトオフにより光学観察で金属残渣が確認できない程度まで除去することができた。
また、金属・Siパターンの重ね合わせ精度は1µm以下、最小線幅は0.8µmの解像が要求されたが、重ね合わせ精度0.5 µmと最小線幅0.8µmのパターニングを達成できた。（Fig2）
京都大学の装置と東北大学の装置を横断的に利用する複雑なプロセスであったが、本手法によりサブマイクロオーダーの複雑な構造の重ね合わせとパターニングが可能であることを実証した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 ナノギャップMEMSデバイスの概要図
構造はSOIウエハのデバイス層へパターニングして作製する。中央のシャトル構造は支持梁により宙づりになっており、シリコンの<111>結晶方向への引張力によってアンカーとの間でへき開しナノギャップが形成される。
可動構造となったシャトルは両側の静電アクチュエータにより変位させることができ、これによりギャップ間隔を変化させることが可能である。
また、シャトル変位量を静電容量センサを用いて検出することにより、ギャップ間隔をリアルタイムで測定できる。
Fig.2 電極パターンへ重ね合わせ露光されたSi深堀用レジストパターン
Si深堀用レジストパターンの最小開口幅0.8µmを高精度パターニングできており、
金属パターンとの重ね合わせ精度も0.5µmより高い。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Masaki Shimofuri, Amit Banerjee, Jun Hirotani, and Toshiyuki Tsuchiya, “Nanometer-Order Stable Separation Control of Nanogaps with (111) Silicon Cleavage Planes in Vacuum”, The Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology (APCOT) 2024, The IEEJ-E APCOT Exellent Paper Award, 2024
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件