【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1187
利用課題名 / Title
低温後加工可能なひずみゲージの開発
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
PVD,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,アクチュエーター/ Actuator,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,センサ/ Sensor
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)
岡本 有貴
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
小田怜,中島利八郎
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
水島彩子,三角啓,安永竣
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-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置 (2018)
UT-504：光リソグラフィ装置MA-6
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
MEMS素子において一般的に用いられる半導体ひずみゲージは、ゲージ率が高いが成膜に高温を要するため、ガラス基板上に形成することが難しかった。一方、従来のNi,Crなどの金属ひずみゲージは低温成膜が可能だがゲージ率が広く、さらに温度安定性が劣っていたため、高精度な力計測を行うことが難しかった。本利用では、透明ガラス基板上にひずみゲージを形成することで裏面から光学計測が行えるフォースプレートを実現するために、東大の成膜・エッチング装置を用いて温度安定性が高くゲージ率が比較的高いCrNひずみゲージを成膜を行った。
実験 / Experimental
共同研究先である慶応義塾大学においてレーザー加工によりざぐり加工・パターニングを行い、支持部にひずみが集中するように設計したガラス基板を形成した。また、産総研側でフォトマスクを作製し、それを用いて東大のDRIE装置で貫通エッチングを行うことでシリコシャドウマスクを作製した。さらに、上記ガラス基板にシャドウマスクを取り付け、微量の窒素を導入した雰囲気でCrをスパッタすることでCrNひずみゲージを形成し、その上から別のシャドウマスクを用いてCuを配線層として成膜し、PCB基板にワイヤを取り付け計測を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
作製プロセスを図1に示す。また、作製したデバイス写真を図2に示す。図2拡大図に示すように、ざぐり加工を行った支持部上にCrNが成膜されていることがわかる。図3に示すように、フォースゲージとの対応を見たところ印加した力に応じて4点のひずみゲージのいずれも比例した反応を示している。計測精度を評価したころ、作製したひずみゲージはゲージ率が10で、1mNよりもさらに細かい解像度で反応することが分かった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1: 作製工程
図2: 実際に作製したCrN低温ひずみゲージを用いたガラスフォースプレート
図3: 4つの支持部にそれぞれ配置したひずみゲージとフォースゲージとの関係。印加した力に応じてひずみゲージの抵抗値が変化していることがわかる。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
慶応義塾大学の高橋英俊准教授と協力して行いました。
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)
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Ryo Oda, Transparent glass force plate with CrN strain gauges featuring a notch structure, Journal of Micromechanics and Microengineering, 35, 015005(2024).
DOI: 10.1088/1361-6439/ad9c88
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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