薄膜マイクロ構造機械的特性評価試験機の試作

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555025
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 駒井 謙治郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (70025948)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷 周一 三菱電機(株), 先端技術総合研究所, マネージャー(研究職) ; 田中 和人 京都大学, 工学研究科, 助手 (50303855) ; 箕島 弘二 京都大学, 工学研究科, 助教授 (50174107) ; 番 政広 三菱電機(株), 先端技術総合研究所, マネージャー(研究職)
• Keywords: マイクロマテリアル / 薄膜 / 機械的特性 / 引張試験 / 微小部ひずみ測定 / ポリシリコン薄膜 / 疲労試験 / 弾性係数

Research Abstract

マイクロマシンやマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)の実用化は,機械としての信頼性を確保した上で初めて成り立つものである。とくに近年では,Si単結晶ウェハなどを用いたバルクマシーニングにくわえ,ポリシリコン薄膜やSi_3N_4薄膜など,従来は機能材料として用いられてきた薄膜が構造材として用いられるようになってきた。このような薄膜では,強度特性のみならず機能設計の基本となる弾性係数やポアソン比などの機械的特性も,薄膜の製造方法やその設定条件に大きく依存するため,個々の薄膜の特性を把握する必要がある。そこで,本研究では,特に薄膜に注目して,薄膜の引張試験により弾性係数や破断強度・疲労強度特性などの機械的特性を測定可能となる薄膜マイクロ構造機械的特性評価試験機を試作することを目的とする。本年度は,インチウォームモータステージ,高精度ロードセル,および5軸ステージを用いて薄膜の引張試験が可能となるシステムを設計・試作するとともに,インチウォームモータステージを制御して,任意のひずみ速度で引張試験が可能となる制御ソフトウェアをコーディングした。併せて薄膜試験片のチャッキング方法を新たに開発し,これらにより厚さが3.5μmのポリシリコン薄膜試験片の引張試験が可能であることを確認した。さらに現在は疲労試験が可能となるように制御ソフトウェアの開発を行っている。また,弾性係数や破断伸びを測定するためには薄膜そのもののひずみを測定する必要がある。これに関しては,2視野顕微鏡を新たに設計するとともに,標点としてイオンビーム支援デポジションが有効であることを確認し,その精度等を確認中である。

Research Products

• [Publications] K.Komai: "Environmentally Assisted Fracture Behavior of Silicon Microelements"Advances in Fracture Mechanics. 1-6 (2001)
• [Publications] 箕島 弘二: "高精度放電加工によるステンレス薄膜微小試験片の創製と機械的特性評価"日本機械学会関西支部第77期定時総会講演会. (2002)