| 研究課題/領域番号 |
17K06082
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
清水 浩貴 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50323043)
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| 研究分担者 |
田丸 雄摩 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (30284590)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 走査形状測定 / 運動誤差測定 / 多点法 / MEMS / 平面度測定 / 真直度測定 / オンマシン測定 |
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| 研究実績の概要 |
機械の運動ガイド等に使用される精密平面は，加工中に形状を計測し，その結果を修正加工にフィードバックして製作される．すなわち，加工精度を高めるためには形状計測の精度の改善が不可欠であり，さらに加工機上（オンマシン）での測定が有効である．本研究は機械加工平面のプロファイル,特に長波長のうねりを10nm オーダーでオンマシン測定可能なMEMS計測デバイスの開発と，それを用いた計測手法の開発を目指すものである．
今年度は，従前より提案している平面上の5点の変位を同時計測可能なマルチカンチレバー式変位計デバイスを有限要素法シミュレーションの結果に基づき再設計し，高感度化をはかったデバイスを試作した．カンチレバー根元部近傍に矩形の切り抜きを設け，応力集中を発生させた位置に歪検出系を配置する構造のマスクを起こし，構造変更にあわせたプロセス条件出しを行った．
さらに，多数の繰り返し構造を作りこむことが容易なMEMSデバイスの特性を利用し，10点同時計測デバイスの実現可能性とそのデータ処理についての検討を行った．このデバイスの有効性を検証するため，1次元断面形状プロファイルの長ピッチ短ピッチ複合計測法についてシミュレーションを行った．この手法ではプローブ間隔ごとにデータを取得する走査形状測定を行って得た10点の同時変位計測結果のうち，両端プローブでのデータを長ピッチ2点法データとして扱い，測定領域全体の形状を少ないデータ接続数で表現する．続いて，同じデータセットに含まれる10点のプローブ全てでの同時計測結果を，9組の隣接する短ピッチ2点法データ群として扱い，冗長度を利用して平均化したものを短ピッチデータとする．この短ピッチデータを長ピッチデータで拘束することにより，1回の走査測定で，高い横分解能と，偶然誤差の累積の影響を低減した全体形状測定を同時に実現しうることを明らかにした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
応力集中構造を組み込んだ5点法マルチカンチレバー変位計デバイスの製作についてはおおむね順調に進んでいる．形状変更に伴うプロセス条件出しは後述のウエハサイズ変更に伴う問題を除き順調に進行した．従来は4インチウエハを用いてデバイス作成を行っていたが，利用設備の機器の更新により昨年より2インチウエハに切り替えている．この変更に伴い，最終段階の深掘りエッチングによる外形形状切り出し過程において冷却に寄与する接触面積が減少し，レジスト劣化が著しくなる問題が生じた．この対策のため，実験手順変更による冷却の改善を試み，試作は完了したものの成功率は高くなく，より安定的なプロセスを開発する必要がある．レジストをハードマスクに切り替える等の対策も検討中である．
SOIウエハの導入については，製造元の設備故障があり納品が遅れたため，スケジュールの都合上今年度はこれを用いたデバイス製作には着手せず．H31年度に予定していた10点デバイスに関する検討を先行させた．数値シミュレーションを行い，10点同時計測デバイスを用いることでデータの冗長度を高め，長短ピッチ複合計測法の有効性をより高められることを確認した．計画の実施准の入れ替えにより納品遅れにともなう計画全体への影響はわずかにとどまった．
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| 今後の研究の推進方策 |
デバイス製作の最終工程にあたる深掘りエッチング時の，放熱領域の不足によるレジスト損傷対策は他のすべてのデバイス製作に関連するので最優先で実施する．レジストの代わりに酸化シリコンを回路面保護に用いる方法を検討しており，新たにマスクを製作し，それに合わせたプロセス変更と条件出しを行う．この後，ウエハ納品遅れに伴い着手順序を入れ替えたSOIウエハの導入を行う．
H30年度に予定していた圧電薄膜の導入については利用予定設備との打合せも既に行っており，計画通りに実施する．新たな取り組みとなるので当初からデバイスに組み込むのではなく，要素部分のみで基礎実験を行う手順を踏む．新たに薄膜作成技術を持つ施設の協力を得ることから，圧電薄膜に留まらず，配線をエッチング時の薬剤に耐性のある他の材料に切り換えてプロセスの簡易化ができないかの検討を行う．
探針製作のためのエッチング時，探針製作面のみに薬液を供給するサイドフロー型エッチング槽については今後対策が必要であることが判明した．通常の温度であれば問題なく使用できる薬液供給チューブが，高温のエッチング液に対して反応して成分が溶出する問題や，チュービングポンプでの圧送時に摩耗による損傷が生ずる問題が発生しており，従来型の保護層積層による回路部，ピエゾ圧電体部の保護に切り替える検討を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
使用予定であったSOIウエハ製造メーカーの加工設備故障のため納品が遅れ，計画通りにSOIウエハを使用した実験ができなかったため．この期間にH31年度実施予定の10点法マルチカンチレバーデバイスに関する検討を実施したが，シミュレーションが中心のため，半導体加工設備の利用料も少なくなったことが繰越を生じた理由である．
当初購入予定であったテスト用のもう一種類のSOIウエハの購入費，並びにそれを利用した設備利用料がH30年度に必要となるため繰越費用はこの用途に充てる．
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