【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.24】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2147
利用課題名 / Title
ナノ・ミクロンスケール金属の疲労現象の解明
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
MEMS,シリコン,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,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)
澄川 貴志
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院エネルギー科学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
加藤雅大,杉坂浩太
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）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-203：電子線蒸着装置
KT-119：両面マスク露光&ボンドアライメント装置
KT-110：レジスト現像装置
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)
ナノスケール金属の疲労試験の実施を目的として，疲労試験機能を有するMEMSチップの作製を行った．
実験 / Experimental
作製するMEMSチップの形状を図1に示す．図1(a)はMEMSチップの全体図，図1(b)は可動部の拡大図である．可動部は，片持ち真直はり形状の2つの可動電極と駆動用固定電極から成る．駆動電極に電圧を印加することによって，2つのはりを動かす．TEMでの観察を可能とするため，はりの先端周辺には貫通孔を設ける．可動部の周囲には，TEMホルダーのプローブと接続し電圧を印加するための電極パッドや配線を配置する．配線形状の周囲を太さ10 μmのトレンチ（溝）で囲むことによって周囲から電気的に絶縁されている．
作製には，主としてフォトリソグラフィ技術およびDRIE技術を用いた．デバイス層厚さ80 μm，BOX層厚さ 0.5 μm，ハンドル層厚さ300 μmのSOIウエハの表面酸化層を除去し，ウエハスピン洗浄装置（KT-111）で洗浄した後，ハンドル層面に電子蒸着装置（KT-203）でCrを蒸着した．その上にポジ型フォトレジストを塗布し，作製したフォトマスクを使用して両面マスク露光＆ボンドアライメント装置（KT-119）による露光およびレジスト現像装置（KT-110）による現像を行った．露出したCrを，ウェットエッチングにより除去し，裏面エッチング用Crマスクパターンを作製した．続いて表面にレジストを塗布し，露光および現像によってデバイス層エッチングパターンを作製した．表面から深堀ドライエッチング装置（KT-234）によってDRIEを施し，デバイス層を加工した後，裏面からも同様にDRIEによって貫通穴を作製し，BHFによるウェットエッチングおよびHFによるドライエッチングによってBOX層を除去し，可動部を基板から切り離した．
作製したMEMSデバイスについて，走査型電子顕微鏡（SEM）による観察と，透過型電子顕微鏡（TEM）内での動作テストを実施した．
結果と考察 / Results and Discussion
SEM観察の結果，配線部や可動はり周辺のトレンチ溝に有機物が残留している様子が確認された（図2）．これは，DRIEを実施する際にSOIウエハをサポート基板に固定するために使用するエレクトロンワックスが残留したものと考えられる．残留した原因としては，溶剤浸漬温度や時間などの洗浄プロセスにおける条件に問題があったことが考えられる．
図3はTEM内動作テストの様子を示す．本テストでは，60 V以下の電圧では可動はりが駆動される様子が確認されたが，70 V以上の電圧を与えると絶縁状態が破壊され可動はりが駆動されなくなるという現象が起きた．これは，トレンチ溝に残留した有機物などによってショートが引き起こされたためだと考えられる．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図 1 MEMSチップ概要
図 2 残留有機物の様子
図 3 TEM内動作テストの様子
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