| 研究課題/領域番号 |
10555075
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
知能機械学・機械システム
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
柴田 隆行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10235575)
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| 研究分担者 |
脇山 茂 セイコーインスツルメンツ株式会社, 科学機器事業部, 係長(研究職)
牧野 英司 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70109495)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| キーワード | ナノ計測―体型超微細加工システム / ナノリソグラフィー / 原子間力顕微鏡 / AFMプローブ / 圧電薄膜 / ダイヤモンド薄膜 / アクチュエータ / センサ |
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| 研究概要 |
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-Machining and 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.STM計測機能を有する超微細加工システムの開発
Siモールドを利用してp型半導体ダイヤモンド製の加工探針を作製した。試作した3次元駆動システムに上記ダイヤモンド加工探針を装着し性能を評価した結果、単結晶Siのような硬脆材料の加工が行えるばかりでなく、加工形状の評価(STM計測)をin situで行える機能も同時に有することを確認した。
2.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)選択成長法によるカンチレバー部分のパターニング技術ならびにSiモールド法によるチップ部分の形成技術によって、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、ダイヤモンドプローブ上に支持部となるガラス小片を陽極接合することによって、Siウエハ上に一括生産可能なプロセスを確立した。
(2)最適なばね定数をもつプローブ形状(V字型カンチレバー)を有限要素法によって設計し、ばね定数1N/m,6N/mの2種類のダイヤモンドプローブを作製し、AFM計測が可能であることを実証した。
3.圧電薄膜によるアクチュエータおよび微小力センサの開発
(1)自由振動モデルを基礎とした薄膜材料の圧電定数評価方法を提案し、その有効性を実証した。
(2)c軸配向性の高いZnO薄膜を作製するためのスパッタ条件を明らかにした。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技術を確立した。
(3)PZT薄膜を形成するためのスパッタ条件およびアニール条件を明らかにし、約95pC/Nと高い圧電定数をもつPZT薄膜の形成を可能とした。また、SF_6ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)によってPZT薄膜のパターニング技術を確立した。
(4)ダイヤモンドAFMプローブに搭載した場合のセンサ(変位量-発生電荷の関係)およびアクチュエータ(印加電圧-変位量の関係)としての性能を理論的および有限要素法によって解析した。
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