【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.14】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT1119

利用課題名 / Title

マイクロロボットに関する静電モータ・センサ等の作製に関する試行利用

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

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）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（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

マイクロロボット。回転型静電モータ、静電モータ,電子線リソグラフィ/ EB lithography,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,スパッタリング/ Sputtering,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)

齊藤 健

所属名 / Affiliation

日本大学理工学部精密機械工学科

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）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-500：高速大面積電子線描画装置
UT-703：8インチ汎用スパッタ装置
UT-604：高速シリコン深掘りエッチング装置
UT-800：クリーンドラフト潤沢超純水付

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　ミリメートルサイズのマイクロロボットを実現するため、回転型静電モータおよび静電モータと脚を一括形成する部品の試作を行った。また、リニア型静電モータにおける多層ばねの復元力を評価するため、多層ばね単体のデバイスも作製した。櫛歯型静電アクチュエータの設計上、最小加工精度は1.0μmであり、高精度な微細パターンの描画が求められた。しかし、日本大学のクリーンルームには高速大面積電子線描画装置が導入されていないため、Siエッチング工程までの一部プロセスを東京大学武田先端知スーパークリーンルームにて実施した。

実験 / Experimental

[利用した主な装置]
高速大面積電子線描画装置, 8インチ汎用スパッタ装置,高速シリコン深堀エッチング装置
[実験方法]
以下の加工プロセスでデバイスの試作を行った。
＜支援機関での加工＞
(1)2cm角のSOIチップ上にレジストOEBR-CAN040AE 6.0cPを塗布。
(2)高速大面積電子線描画装置を用いて、マスクパターンを露光。
(3)現像液NMD-Wを用いて現像処理。
(4)8インチ汎用スパッタ装置を用いて、Al薄膜を成膜。
(5) 剝離液を用いて、レジスト層を除去。
(6)高速シリコン深堀エッチングを用いて、Siをエッチング。
＜自機関での処理＞
 (7)気相フッ酸エッチング装置を用いて、SiO₂をエッチング。

結果と考察 / Results and Discussion

　Fig. 1、Fig. 2とFig. 3に試作した回転型静電モータ、静電モータと脚を一括形成する部品および多層ばね単体デバイスを示す。試作には2 cm角のSOIチップを使用し、高速大面積電子線描画装置を用いて静電モータの最小加工精度である1.0 μmのパターンを露光することができた。また、高速シリコン深堀エッチング装置により、最小幅1.0 μm、深さ40 μmのエッチングを実施し、設計通りの微細構造を形成できた。
　作製したデバイスの動作確認を行った結果、静電モータの基本的な動作が確認された。一方で、リニア型静電モータの多層ばね単体デバイスにおいては、今後さらなる計測と最適化が必要である。また、現段階では表面加工のみが完了しており、今後は裏面加工を実施し、デバイスの組み立ておよび駆動特性の評価を進める予定である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig 1. 回転型静電モータ

Fig 2. 静電モータと脚を一括形成する部品

Fig 3. 多層ばね

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・謝辞
　デバイスの試作は、武田先端知ビルスーパークリンルーム(d.lab)並びに日本大学マイクロデバイスセンターの支援を受けて行われたものである。

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)

1. Shuxin Lyu, Development of rotary-type electrostatic motor for MEMS microrobot, Artificial Life and Robotics, 30, 148-155(2024).
   DOI: 10.1007/s10015-024-00996-x
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Shuxin Lyu,Yuya Tamaki, Daichi Kiya, Katsuyuki Morishita, Ken Saito,“A Study On Driving Experiments For Leg Of Insect-Type Microrobot Using Rotary-Type Electrostatic Motor” the 19th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2024)（Kyoto）, 2024.5.4
2. LYU SHUXIN，冨永雄大，田巻祐哉，森下克幸，齊藤健,“MEMSマイクロロボットへ実装する回転型静電モータの開発” エレクトロニクス実装学会アカデミックプラザ2024（東京）2024.6.14
3. 田巻祐哉，佐藤隼，政井悠夏，LYUSHUXIN，齊藤健,“MEMSマイクロロボットに用いる静電モータと脚部を一括形成した脚部機構の開発” 第15回マイクロ・ナノ工学シンポジウム（仙台），2024.11.26
4. 冨永雄大，田巻　祐哉，LYUSHUXIN，齊藤健,“MEMSマイクロロボットに用いる回転型静電モータの回転動作解析” 第15回マイクロ・ナノ工学シンポジウム（仙台），2024.11.26
5. 佐藤隼，政井悠夏，冨永雄大，田巻祐哉，LYUSHUXIN，齊藤健,“MEMSマイクロロボットに用いる多層ばねに対する検討”令和6年度(第68回)日本大学理工学部学術講演会 （東京）2024.12.3
6. Shuxin Lyu, Yuyou Kaku, Jun Sato, Rihito Yamashita, Yudai Tominaga, Yuya Tamaki and Ken Saito,“Analysis and Improvement of Rotary-Type Electrostatic Motors for MEMS Microrobots” 30th International Symposium on Artificial Life and Robotics（Beppu），2025.01.23

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