知能化ダイヤモンドマルチプローブを搭載したナノ計測-体型超微細加工システムの開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555075
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 柴田 隆行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10235575)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 脇山 茂 セイコーインスツルメンツ(株), 科学機器事業部, 係長(研究開発担当) ; 牧野 英司 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70109495)
• Keywords: ナノ計測一体型超微細加工システム / ナノリングラフィー / 原子間力顕微鏡 / AFMプローブ / ダイヤモンド薄膜 / 圧電薄膜 / アクチュエータ / センサ

Research Abstract

本研究では、ダイヤモンドプローブを搭載した“ナノ計測一体型超微細加工システム(Smart Nano-Machiningand Measurement System)"の開発を目的とした。本システムは、走査プローブ顕微鏡を応用した超微細加工機であり、加工・計測用としてのダイヤモンド探針を有することを特徴とするものである。得られた成果をまとめると以下のとおりである。
1.カンチレバー型ダイヤモンド加工・計測プローブの開発
(1)フォトファブリケーションおよび選択成長法によるダイヤモンド薄膜のパターニング技術を確立し、異方性エッチングによるSiのモールド作製技術と融合し、カンチレバー型ダイヤモンドプローブを作製した。また、アルミニウム薄膜をインサート材料とした陽極接合技術を開発し、ダイヤモンド薄膜のベース部分とパイレックスガラス製バッキングプレートの接合プロセスを確立した。
(2)有限要素法によってコンタクトモードおよびダイナミックモード計測用のAFMプローブの最適設計を行い、作製したダイヤモンドプローブによってAFM計測が可能であることを確認した。
2.ZnO圧電薄膜によるアクチュエータおよび微小カセンサの開発
(1)自由振動モデルを基礎とした薄膜材料の圧電定数測定方法を提案しその有効性を実証した。
(2)マグネトロンスパッタリング法によってc軸配向性の高いZnO薄膜を作製するための成膜条件を明らかにした。作製したZnO薄膜の圧電定数の値は、バルクの値にほぼ近い3.0pC/N程度であることを確認した。また、ZnO薄膜のパターニングおよび電極形成技術を確立した。
(3)実測した圧電定数の値を基に、ダイヤモンドAFMプローブに搭載した場合のセンサおよびアクチュエータとしての性能を理論的に検討した。