零熱膨張ガラスの熱弾性散逸機構の解明とそのデバイス応用

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MEMS振動子の熱弾性損失を極めて小さくできる可能性のある零熱膨張ガラスについて，その微細加工技術を研究開発した．通常入手可能な零熱膨張ガラスの厚さは数１００マイクロメートル程度の厚さが有り，このままでは，微小振動子としては厚さが厚すぎる．そのため，シリコン等の支持基板に接合してから加工を始める必要がある．そのため，まず最初に，シリコンと零熱膨張ガラスの接合方法を開発した．硼珪酸ガラスとシリコンの接合に使われる陽極接合の技術を零熱膨張ガラスに応用する方法を考えた．接合可能な温度，電圧の条件を明らかにした．その後，シリコンと零熱膨張ガラスの熱膨張率差による反りを補正しながら研磨する方法を開発し，１０マイクロメートル程度まで均一に零ガラスを薄くすることに成功した．さらに，零熱膨張ガラスの反応性イオンエッチングによる微細加工の方法を確立した．零熱膨張ガラスのエッチングの場合には，通常のフォトレジストはエッチングマスクとして不十分であることがわかったので，電気めっきによる金属（ニッケル）厚膜マスクを用いて加工を行った．その結果，反応性イオンエッチングにより零熱膨張ガラスが垂直に微細加工できることが証明された．また，零熱膨張ガラスを３次元MEMS振動子（半球振動子，HRG)に応用するための加工方法について研究を行った．HRG構造を作製するためには，予め深堀エッチングにより加工したシリコン基板と零熱膨張ガラスを真空中で接合し，その後，高温処理によりガラスを変形させる必要がある．そのための接合条件，研磨条件，高温加工条件を明らかとした．