課題番号                ：S-19-OS-0047

利用形態                ：機器利用

利用課題名（日本語）    ：ピエゾ圧電体積層による形状測定用MEMSデバイスの高感度化

Program Title (English) ：Sensitive MEMS Device for form measurement using piezoelectric material

利用者名（日本語）      ：村山健太, 島村和明, 清水浩貴

Username (English)     ：K. Murayama, K. Shimamura, H. Shimizu

所属名（日本語）        ：九州工業大学大学院工学研究科

Affiliation (English)  ：Graduate School of Engineering , Kyushu Institute of Technology

１．概要（Summary）

本研究は，複数のカンチレバー式変位計を一体とした平面形状測定用のMEMSデバイスの試作を行うものである．高感度なデバイスを実現するため，ひずみ検出部に圧電材料であるチタン酸バリウム（BaTiO₃）を堆積させデバイスを製作した．

２．実験（Experimental）

【利用した主な装置】

S10 RFスパッタ装置

S17 接触式膜厚測定器

【実験方法】

RFスパッタ装置を用い，ArガスとO₂ガス雰囲気中で平面測定用の改良型MEMSデバイス上にBaTiO₃を堆積させた．堆積条件を表1に示す．昨年度算出したレートを参考に目標膜厚を250nmとして堆積時間を設定した．堆積の際，マスクを置くことで段差を作り，その段差の複数個所を膜厚測定器で測ることで堆積厚さ，堆積条件の妥当性，位置による偏りについて検証した．

３．結果と考察（Results and Discussion）

昨年度と真空度やガスの流量等が同じになるよう設定を試みたが，O₂ガス導入時に真空計の表示値が異なる状況となった．そのため，今回はO₂ガス流量をそろえてスパッタを行った．堆積後のウエハの写真と，膜厚測定位置を図1に示す．辺縁にある中空の矩形が段差測定用マスクでカバーされていた領域である．各測定位置での膜厚計測結果を表2に示す．辺縁部では堆積ムラにより色が薄い部分があり，チタン酸バリウムの堆積量が少ないと考えられる．デバイスAの段差平均値は158nm，デバイスBでは226nmであったことから，色が薄い部分はチタン酸バリウムの堆積量がかなり少ないことと，辺縁部の堆積量勾配が大きいことが分かった．デバイスAでは測定膜厚が226nmと目標に届かなかったが，ひずみ検出部は中心よりであるため250nm程度の厚さはあると予想される．

さらに製作プロセスを進め評価した結果，圧電材料を採用したデバイスで変位検出が可能であることを確認した．

４．その他・特記事項（Others）

・他の機関の利用：山口大学（F-19-YA-0029）

北九州産業学術推進機構 (F-19-FA-0021)

・機器利用にあたり，ご指導いただいた大阪大学の北島彰様，山崎昌信様に感謝致します．

・本研究の一部はJSPS科研費17K06082の助成を受け実施した．

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）

(1) K.Murayama, 8th International conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2019), C13

６．関連特許（Patent）

なし