【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NM0052

利用課題名 / Title

Ni異方性エッチングを用いたダイヤモンド基板の微細加工及び金属蒸着による微細回路の作製

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

量子センサー,スピン制御/ Spin control,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy

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)

伊牟田 航基

所属名 / Affiliation

慶應義塾大学　大学院　理工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

大坪楓季,板橋佑真

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大井暁彦,浦野 絵里,尾崎 康子

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

NM-604：マスクレス露光装置 [DL-1000/NC2P]
NM-665：電子銃型蒸着装置 [ADS-E810]
NM-654：触針式プロファイラー [Dektak 6M]
NM-636：マスクレス露光装置 [DL-1000]
NM-646：赤外線ランプ加熱装置 [RTP-6 #1]

報告書データ / Report

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

近年、生体分野や半導体デバイス分野等で超高感度なセンサの需要が高まっており、物質の量子状態を利用して物理量を測定する「量子センサ」が注目されている。なかでも、ダイヤモンド中窒素空孔中心（NVセンター）はその実用化の有力候補として盛んに研究がおこなわれている。NVセンターは、ダイヤモンド中の隣接した炭素原子が窒素原子と空孔に置換した欠陥構造であり、その電子スピン特性から、室温下での高感度・高空間分解能な量子センサーとしての応用が期待されている。本研究ではNVセンターを用いた高感度センサの実現のために必要な高配向なNVサンプルの実現に向け、ダイヤモンドの微細加工を行う。また、NVセンターを用いたセンサ応用を実証するためのセンシング対象として、微細回路の作製を行う。

実験 / Experimental

ダイヤモンド基板の加工では、Ni異方性エッチングという加工手法を採用する。これはNiとダイヤモンドの熱科学的な反応を利用したエッチング手法であり、(001)ダイヤモンド基板上にNi薄膜をパターニング蒸着し、高温の水蒸気にさらすことでエッチングが進行する。このプロセスにおいて、パターニングにフォトリソグラフィ技術を、またNi薄膜の蒸着に電子銃蒸着装置を利用した。さらに、一部のサンプルでは、Ni-ダイヤモンド界面の密着性を高めるため、Niのパターニング蒸着後にRTA装置を用いて不活性ガス雰囲気下高温アニール処理も行った。また、微細回路の作製においても、フォトリソグラフィと蒸着を利用し、ガラス基板上に金属薄膜をパターニング蒸着して、さまざまなパターンの微細回路の作製を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

ダイヤモンド基板の加工では、実際にNi薄膜のパターニング蒸着に成功し、その後の高温水蒸気アニールの結果、目的とする口径・深さのホール形状を得ることに成功した。しかし、スピンコート時のレジスト膜厚の不均一性の影響により、2 mm×2 mmのダイヤモンド基板全面をパターニングに用いることはできず、一部パターニングされたNi薄膜の剥離が見られた。今後これらの不均一性を低減するための詳細な条件出しを行っていく必要がある。また、蒸着後の不活性ガス雰囲気下高温アニールも試験的に導入しているものであり、こちらも今後詳細な条件出しを行っていく。微細回路の作製においても、最も細いもので線幅1 µmの、目的とするパターンの微細回路の作製に成功し、また、その後の実験によって、回路を流れる交流電流が発生させる交流磁場やジュール熱による温度変化をNVセンターを用いてセンシング・イメージングすることに成功している。ただ、こちらも現状では目的パターンの回路作製の成功率が低いため、今後、ガラス基板上でのフォトリソグラフィや蒸着のプロセスを最適化していく必要がある。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1　Ni薄膜のパターニング蒸着・エッチングに成功したダイヤモンド基板の例

図2　パターニング蒸着に成功したガラス基板上微細回路の例

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