【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.13】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2217
利用課題名 / Title
ガラス上のマイクロピラーの作製
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
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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ガラスマイクロピラー,レジストピラー,ソーダライムガラス,リアクティブイオンエッチング,リソグラフィ/ Lithography,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,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)
加藤 嘉成
所属名 / Affiliation
日本電気硝子株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ロサレス グスタボ
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
今井憲次,井上良幸
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-105：両面マスクアライナー
KT-110：レジスト現像装置
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-203：電子線蒸着装置
KT-209：磁気中性線放電ドライエッチング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
微小圧縮試験によりガラスの塑性変形挙動を調査するため、RIEプロセスによりマイクロピラーの作製に取り組んでいる。これまでの実験結果から、ピラー形状（テーパー角）がガラスの組成により大きく変化するので、RIE条件の最適化だけで垂直なピラーを得ることは断念した。
第二案として、RIEプロセスで大径のピラー(～8 umΦ)を作製しその後FIBによって柱状に加工する（→5 umφ）方針に変更した。前回、大径のピラーを得るために新しくフォトマスク（Posi型/Nega型)を作製した(23KT1300)。今回、新フォトマスクで大径ピラーを作製し形状を確認した。また、Posi型とNega型の形状を比較し、両フォトマスクの優位性について検討した。
実験 / Experimental
１. 新フォトマスクを用いたﾏｲｸﾛﾋﾟﾗｰの作製
下記のプロセスでガラスピラーを作製した。現像後のレジストピラーおよびREIエッチング後のガラスピラーの形状をSEM観察した。
・ガラス： SLSガラス (30 x 30 x 0.7 mm)
・プロセス：
1) サンプル洗浄 （KT-111）
2）Cr膜蒸着(400nm厚)（KT-203）
3）レジスト塗布・露光・現像（KT-110、KT-119）
① Posi型 スピンコート(TCIR-ZR8800, 5.3 um厚)⇒露光70 mJ/cm2 (PEB 110℃-90 sec)⇒現像SD-1 (120 sec)
② Nega型 スピンコート(ZPN1150-90, 4.3 um厚)⇒露光114 mJ/cm2(PEB 120℃-60 sec)⇒現像SD-1 (20,30,60 sec)
※Nega型レジストの露光、現像条件は製造元のレジスト情報より決定した。
4）Crウェットエッチング
5) REIエッチング(Antena: 1800W /Bias: 500W、Ar/O2/CHF3/C4F8: 260/15/10/10 sccm)（KT-209）
6) O2 ashing & Cr ウェットエッチング
結果と考察 / Results and Discussion
まず、露光・現像後のレジストピラーの形状を確認した。Posi型のプロセスでは、露光・現像後設計したピラーエリアの全域(20mm x
20mm)でレジストピラーを作製できた。新旧マスクでのPosi型のレジストピラー形状をFigure 1に示す。新マスクでは大径のレジストピラーが作製できている。旧マスクと同様に上部にホールができているがCr膜を400 nm厚にしているので最終的なガラスマイクロピラーに穴はほぼ残らないことが前回確認できている(23KT1300)。
一方、Nega型レジストの場合、現像60secでは現像後レジストパターンが全く残らず、30secでは広い領域でパターンの欠損が見られた。20secに短縮するとレジストパターンは全域で残っており、その後のRIEプロセスでマイクロピラーを作製することができた。ただし、20secの条件でも現像が進行しすぎてレジストピラー径が細い可能性がある（SEM観察はできず）。したがって、Nega型のプロセスは改良の余地がある。
新フォトマスクを用いて作製したピラーの写真を、旧フォトマスクの場合と合わせてFigure 2に示す（ポジティブマスク使用）。フォトマスクの設計通り大径のピラーを作製することができた。尚、旧フォトマスクではピラーのピッチ(30μmピッチ）と圧縮試験のインデンターの大きさ（頂点~Φ20μm)が近く隣のピラーと干渉する懸念があったため、新マスクではピラー間のピッチを大きく設計している（新マスク：50μmピッチ）。
Posi型とNega型の新フォトマスクを用いたピラーの写真をそれぞれFigure 3と4に示す。図中の①～⑤の番号は、1枚のサンプル中の各位置（Figure 5）のピラーを示している。Posi型の場合は、面内で平坦な頂部とテーパーのついた同様のピラーが得られたが、場所により頂部のゆがみが見られた。Nega型の場合もPosi型と同様な形状のピラーが得られたが、Posi型と比較して頂部のエッジに丸みがあり、ピラーの根元の円周状のくぼみが深いように見える。
サンプルの形状寸法をレーザー顕微鏡で測定した結果をTable 1に示す。直径はすべて6μm以上であり、追加のFIB加工により目標の5μmに加工することは可能である。Posi型よりNega型のピラー直径は小さい傾向が見られ、露光時間30secのNegative Sample-1はさらに小さい傾向がある。上記で推定したようにNega型の露光・現像条件が最適でないためレジストピラーが細くなっている可能性と一致する。高さは、目標(4μm)よりも1μm近く低かった。過去に同じRIE条件では3.8μmであったので、サンプル状態（ウェハへの固定状態、レジストピラーのサイズ）がRIEエッチング速度にばらつきを生じさせていると推定する。工程の安定化を図りつつ、その時のエッチング量を測定しながら高さを微調整するのが適切と考える。
今回の結果でPosi型とNega型でピラー形状に大きな差はなく、FIBで追加工する前提であればどちらにも顕著な優位性は認められない。これまで使用してきたPosi型のプロセスでピラー作製を進めることとする。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Figure1 An SEM image of positive resist pillar fabricated with (a)old and (b)new positive photomasks
Fgure2 Comparison with micropillars with using old [(a),(c)] and new [(b) and (d)] photomasks. Positive resist. Old : Diameter 5 um& Pitch 30 um. New : Diameter 8um & Pitch 50um.
Figure3 SEM images of micropillars fabricated with the new positive mask. The numbers, ①～⑤ indicates the positions inside the sample surface (See Figure5)
Figure4 SEM images of micropillars fabricated with the new negative mask. The numbers, ①～⑤ indicates the positions inside the sample surface (See Figure5)
Figure5 The positions in the processed glasss plate where the pillars were observed with SEM shown in Figures 3 and 4.
Table1 The average result of the glass pillar geometry (Heigh, top diameter, and bottom diameter) of the positive and negative pillars. The development time for each pill
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.
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