次世代ナノ加工・計測システムのためのダイヤモンドプローブの開発

本研究では,"次世代ナノ加工・計測システム"実現のために必須となる,高硬度・耐摩耗性に優れ,かつ高アスペクト比を有するダイヤモンド製プローブを開発するための基礎的研究を行った.得られた成果をまとめると以下のとおりである.1.高精度エッチング技術の確立(1)反応性イオンエッチング(RIE)によるダイヤモンド膜の異方性エッチング技術を確立した.RIE条件(O_2プラズマ中へのCF_4ガス添加量,ガス圧力,高周波(RF)パワーなど)の影響を詳細に検討した結果,O_2プラズマ中へCF_4ガスを2%添加することで,ほぼ垂直な側壁形状をもつダイヤモンド構造体の形成が可能となった.ガス圧力6.9Pa,RFパワー150Wの条件でのエッチレートは約22nm/minとなった.(2)エッチング用のマスクとなるSOG(Spin-on-glass,SiO_2膜)の塗布条件と膜厚の関係を明らかにした.また,CHF_3ガスを用いたRIE条件を検討し,等方的なエッチング形状を得るための条件を明らかにした.(3)SOGマスクを用いたダイヤモンド膜の異方性エッチングによって,直径が約1μm,高さ約4μm(アスペクト比4)の円柱形状をもつダイヤモンド構造体の形成が可能となった.この結果から,作製したダイヤモンド構造体が原子間力顕微鏡(AFM)の探針として十分に利用であることを示した.2.平坦化技術の確立(1)気相合成ダイヤモンド膜の新しい平坦化技術を確立した.ダイヤモンド膜(表面粗さ:約1μmRz)上へのSOG膜の塗布条件を最適化することで,表面粗さを0.1μmRz程度まで改善することが可能となった.(2)開発した平坦化技術は,機械的な研磨やイオンビームなどとは異なり,簡便にダイヤモンド膜の表面粗さを改善できる方法である.また,SOG膜はダイヤモンド膜のエッチングの際のマスクとしても利用可能であることや,ダイヤモンド膜とガラスとの陽極接合を行う際の平坦化層としても適用できるなど,ダイヤモンド膜を利用したMEMSデバイスの開発に対し多くの利点を有する技術といえる.

本研究では,"次世代ナノ加工・計測システム"実現のために必須となる,高硬度・耐摩耗性に優れ,かつ高アスペクト比を有するダイヤモンド製プローブを開発するための基礎的研究を行った.得られた成果をまとめると以下のとおりである.1.高精度エッチング技術の確立(1)反応性イオンエッチング(RIE)によるダイヤモンド膜の異方性エッチング技術を確立した.RIE条件(O_2プラズマ中へのCF_4ガス添加量,ガス圧力,高周波(RF)パワーなど)の影響を詳細に検討した結果,O_2プラズマ中へCF_4ガスを2%添加することで,ほぼ垂直な側壁形状をもつダイヤモンド構造体の形成が可能となった.ガス圧力6.9Pa,RFパワー150Wの条件でのエッチレートは約22nm/minとなった.(2)エッチング用のマスクとなるSOG(Spin-on-glass,SiO_2膜)の塗布条件と膜厚の関係を明らかにした.また,CHF_3ガスを用いたRIE条件を検討し,等方的なエッチング形状を得るための条件を明らかにした.(3)SOGマスクを用いたダイヤモンド膜の異方性エッチングによって,直径が約1μm,高さ約4μm(アスペクト比4)の円柱形状をもつダイヤモンド構造体の形成が可能となった.この結果から,作製したダイヤモンド構造体が原子間力顕微鏡(AFM)の探針として十分に利用であることを示した.2.平坦化技術の確立(1)気相合成ダイヤモンド膜の新しい平坦化技術を確立した.ダイヤモンド膜(表面粗さ:約1μmRz)上へのSOG膜の塗布条件を最適化することで,表面粗さを0.1μmRz程度まで改善することが可能となった.(2)開発した平坦化技術は,機械的な研磨やイオンビームなどとは異なり,簡便にダイヤモンド膜の表面粗さを改善できる方法である.また,SOG膜はダイヤモンド膜のエッチングの際のマスクとしても利用可能であることや,ダイヤモンド膜とガラスとの陽極接合を行う際の平坦化層としても適用できるなど,ダイヤモンド膜を利用したMEMSデバイスの開発に対し多くの利点を有する技術といえる.