システム技術開発調査研究
１８−Ｒ−１ＭＥＭＳフロンティアとしてのナノ・バイオとの融合による未来デバイス技術に関する調査研究
報

−

告

要

書

旨

−

平成１９年３月

財団法人 機械システム振興協会
委託先 財団法人 マイクロマシンセンター

この事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。

URL : http://keirin.jp/

序

わが国経済の安定成長への推進にあたり、機械情報産業をめぐる経済的、社会的諸条件
は急速な変化を見せており、社会生活における環境、防災、都市、住宅、福祉、教育等、直面する問題の解決を図るためには、技術開発力の強化に加えて、ますます多様化、高度化する社会的ニーズに適応する機械情報システムの研究開発が必要であります。
このような社会情勢に対応し、各方面の要請に応えるため、財団法人機械システム振興
協会では、日本自転車振興会から機械工業振興資金の交付を受けて、機械システムの調査研究等に関する補助事業、新機械システム普及促進補助事業を実施しております。
特に、システム開発に関する事業を効果的に推進するためには、国内外における先端技術、あるいはシステム統合化技術に関する調査研究を先行して実施する必要がありますので、当協会に総合システム調査開発委員会（委員長 政策研究院 リサーチフェロー 藤正 巖氏）を設置し、同委員会のご指導のもとにシステム技術開発に関する調査研究事業を実施
しております。
この「MEMS フロンティアとしてのナノ・バイオとの融合による未来デバイス技術に関する調査研究報告書」は、上記事業の一環として、当協会が 財団法人マイクロマシンセン
ター に委託して実施した調査研究の成果であります。
今後、機械情報産業に関する諸施策が展開されていくうえで、本調査研究の成果が一つの礎石として役立てば幸いであります。

平成１９年３月

財団法人機械システム振興協会

はじめにMEMS 技術は、情報通信、医療・バイオ、自動車など多様な分野に適用され、センサ（力、加速度、赤外線等）、光通信（スイッチ、導波路等）、高周波（スイッチ、フィルタ、アンテナ等）、及び流体・気体制御等の用途における、小型、高精度で省エネルギー性に優れた高性能のキーデバイスとして、我が国製造業の基幹部品の高付加価値化、差異化による国際競争力強化に資するものと認識されるにいたっている。
一方、わが国のアトムプロジェクトに端を発したナノテクノロジーの研究開発は、米国
National Nanotechnology Initiative(NNI)、EU の 6th Framework Project (FP6) 等世界レベルでの研究開発が進展し、カーボンナノチューブ、量子ドット等ナノ材料研究から従来とは異なる原理原則に基づく新機能デバイスが生み出されつつある。また、２１世紀は生命科学の世紀であり、バイオテクノロジーの世紀といわれており、バイオテクノロジーの進歩は、人間生活の基本である「生きる」、「食べる」、「暮らす」の三場面のあり方を抜本的に変えるインパクトを持ち得る極めて大きな技術革新である。と期待されている。このような状況の中、最近注目されているのがナノ・バイオ融合という概念である。バイオ
テクノロジーの科学知識と技術をナノテクノロジーと融合することにより、新物質、新技術、新システム等の創製を目指す研究である。
本調査研究事業は、財団法人機械システム振興協会より「MEMSフロンティアとしてのナノ・バイオとの融合による未来デバイス技術に関する調査研究」として委託を受けて、財団法人マイクロマシンセンターが実施したもので、20 年後の社会に革新的なインパクト
を与え、新たなライフスタイルを創出する未来デバイスを提案し、その実現に必要なトップダウンプロセスである微細加工と、ボトムアッププロセスであるナノ・バイオプロセスとを融合したマイクロナノ統合製造技術について調査研究を行い、イノベーション 25 をすすめる産官学連携での具体的研究対象と内容、およびイノベーションスーパーハイウェ
イ構想を実現する推進体制をとりまとめて、取り組み方の提言を行った。
この調査研究の成果が関係各方面において広くご利用頂ければ幸いである。

平成１９年３月

財団法人 マイクロマシンセンター

目

次

序

はじめに

１．

調査研究の目的、及び実施方法

１−１

調査研究の目的 ····················································································· １

１−２ 調査研究の実施方法··············································································· ２２．

第 3 世代 MEMS 技術開発への取り組みの必要性

２−１

MEMS 市場の推移と研究開発 ·································································· １４２−２

ナノ・バイオとの融合によるマイクロナノ統合製造技術 ··························· １６３．

BEANS（Bio Electro-mechanical Autonomous Nano Systems）開発への取り組み

３−１

BEANS の概念······················································································ １９

３−２

BEANS が実現する 20 年後の社会トレンドとライフスタイル························ ２１

４．

BENS 実現に向けた方策提案

４−１

BEANS の全体像··················································································· ３６

４−２

イノベーションスーパーハイウェイ構想実現のための方策提言 ·················· ３９

４−３

BEANS 研究体 ·················································································· ４２５．

調査研究の今後の課題及び展開··································································· ４４

１．

調査研究の目的、及び実施方法

１−１

調査研究の目的

現在 MEMS 技術は、情報通信、医療・バイオ、自動車など多様な分野に適用され、センサ（力、加速度、赤外線等）、光通信（スイッチ、導波路等）、高周波（スイッチ、フィルタ、アンテナ等）、及び流体・気体制御等の用途における、小型、高精度で省エネルギー性に優れた高性能のキーデバイスとして、我が国製造業の基幹部品の高付加価値化、差異化による国際競争力強化に資するものと認識されるにいたっている。
一方、我が国のアトムプロジェクトに端を発したナノテクノロジーの研究開発は、米国
National Nanotechnology Initiative(NNI)、EU の 6th Framework Project (FP6) 等世界レベルでの研究開発が進展し、カーボンナノチューブ、量子ドット等ナノ材料研究から従来とは異なる原理原則に基づく新機能デバイスが生み出されつつある。また、２１世紀は生命科学の世紀であり、バイオテクノロジーの世紀といわれており、バイオテクノロジーの進歩は、人間生活の基本である「生きる」、「食べる」、「暮らす」の三場面のあり方を抜本的に変えるインパクトを持ち得る極めて大きな技術革新である。[1]と期待されている。
このような状況の中、最近注目されているのがナノ・バイオ融合という概念である。バイオテクノロジーの科学知識と技術をナノテクノロジーと融合することにより、新物質、新技術、新システム等の創製を目指す研究である。
平成 16 年度に実施した「マイクロナノシステムに係わる加工組立・計測評価・ハンドリン
グ技術に関する調査研究」において、第 2 世代 MEMS として、MEMS 技術とナノテクノロジ
ーの結合を提言し、その成果として、平成 18 年度の国プロ「高集積・複合 MEMS 製造技術
プロジェクト」においてナノ機能と MEMS の複合が MEMS／半導体集積、MEMS／MEMS 集積にと並び重点的に取り組まれている。そこで、本調査研究では、この流れをさらに進め、MEMS
フロンティアとして 20 年後の社会に革新的インパクトを与え、新しいライフスタイルを生み出すデバイス：未来デバイスを MEMS 技術とナノ・バイオとの融合により創製すること、そのために必要なプロセス技術を定義すること、さらにデバイス・プロセスの研究開発を
長期的視野で進め、日本の国際競争力の強化につながる国プロのあり方を提案することが本調査研究の目的である。
本調査研究では、以下の事項について調査・検討を行う。
１）MEMS フロンティアにおけるシーズ技術の調査研究
２）MEMS フロンティア技術の産業、社会への貢献イメージの構築
３）取り組みテーマの選出
４）研究開発推進体制に関する調査、検討、および提言
５）期待される成果と成果の展開

1

参考文献
[1] バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー 戦 略 会 議 ，“ バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー 戦 略 大 綱 ”， 2002 ，
http://www.kantei.go.jp/jp/singi/bt/kettei/021206/taikou.html

１−２

調査研究の実施方法

１−２−１

アプローチ

・ 未来デバイスの定義：MEMS をベースにバイオ・ナノ材料を融合させたデバイスで、20 年後の社会をターゲットに新しいライフスタイルを創出し革新的インパクトを与えるデバイス・ プロセスインテグレーションの定義：トップダウンプロセスである微細加工と、ボト
ムアッププロセスであるナノ・バイオプロセスとを融合したマイクロナノ統合製造技術
・ 20 年後の社会の重点課題として環境・エネルギー、健康・医療、快適・安心・安全の 3 つをあげ、それに関わる未来デバイスをそれぞれグリーンデバイス、ホワイトデ
バイス、ブルーデバイスと称し、デバイスを実現するプロセスインテグレーションと合わせ４分科会を設けることで、広範な調査研究を専門的にも深く行う

１−２−２

調査研究の内容・範囲（１）MEMS フロンティアにおけるシーズ技術の調査研究
グリーンデバイス、ホワイトデバイス、ブルーデバイス、及びプロセスインテグレーションの４つの方向性に注目し革新的未来デバイスへのシーズとその可能性、シーズ同士の繋ぎ合わせによる機能の革新などについて幅広くの調査研究を行う。

（２）MEMS フロンティア技術の産業、社会への貢献イメージの構築
我が国産業社会への貢献イメージ作りを行い、その実現性と効果の度合いから取り組むべきテーマの達成レベルや社会貢献度に関する調査分析を行う。プロセスインテグレーションに関してはデバイスへの革新性も明確化する。

（３）取り組みテーマの選出
上記調査研究に基づき、４領域に関する具体的な研究開発の方針、目標レベル、シナジー効果に関する検討を行い、有望テーマを選出する。

（４）研究開発推進体制に関する調査、検討、および提言
上記の調査研究で抽出した有望テーマ毎の個別目標、研究者と参画企業のフォーメーション

2

など国家プロジェクトとしての取り組み方に関する提言を行う。

（５）期待される成果と成果の展開
調査研究の成果として平成 20 年開始を想定した次期国家プロジェクトをテーマの方向性、推進体制を含め提言する。
また、基盤技術であるマイクロナノ統合製造技術の中で革新的な未来デバイス開発のブレー
クスルーとなる重点開発テーマを抽出し、それを実現するための開発体制等の検討を含め、イノベーションスーパーハイウェイ構想に則った産官学一体の科学技術政策、産業政策を提言する。

１−２−２

実施体制

（１）実施体制
本調査研究の実施にあたっては、財団法人マイクロマシンセンターの中に、学識経験者、MEMS 技術研究者からなる調査研究委員会、及び４分科会を設置し、上記の内容の調査研究を行った。
実施体制とその役割分担を図 1-2-1 に示す。
財団法人 機械システム振興協会

委託

総合システム調査開発委員会

財団法人 マイクロマシンセンター

MEMSフロンティアとしてのナノ・バイオ融合による未来デバイス技術に関する調査研究委員会

グリーンデバイス分科会

ホワイトデバイス分科会

ブルーデバイス分科会

プロセスインテグレーション分科会

図 1-2-1 調査研究事業実施体制（２）業務分担3

MEMS フロンティアとしてのナノ・バイオ融合による未来デバイス技術に関する調査
研究委員会
・本調査研究事業の進め方や分科会における調査内容の検討・分科会における調査結果の検討
・MEMS フロンティア技術の産業、社会への貢献イメージの構築
・取り組みテーマの選出
・研究開発推進体制に関する調査、検討、および提言

グリーンデバイス分科会
・環境・エネルギー分野の 20 年後の社会トレンドの想定
・インパクトの大きな、ライフスタイルを創出し得るデバイスの提案・デバイス実現のための技術課題、課題解決手法の提案

ホワイトデバイス分科会
・健康・医療分野の 20 年後の社会トレンドの想定
・インパクトの大きな、ライフスタイルを創出し得るデバイスの提案・デバイス実現のための技術課題、課題解決手法の提案

ブルーデバイス分科会
・快適・安心・安全分野の 20 年後の社会トレンドの想定
・インパクトの大きな、ライフスタイルを創出し得るデバイスの提案・デバイス実現のための技術課題、課題解決手法の提案

プロセスインテグレーション分科会
・マイクロナノ統合製造技術分野のシーズ技術をトップダウン・ボトムアップ
双方から鳥瞰
・デバイス提案との関連でプラットフォームとなり得る技術の提案
・プロセス開発のための技術課題、課題解決手法の提案

4

総合システム調査開発委員会委員名簿（順不同・敬称略）

委員長

政策研究院

藤

正

巖

太

田

公

廣

金

丸

正

剛

志

村

洋

文

中

島

一

郎

廣

田

藤

岡

健

彦

大

和

裕

幸

リサーチフェロー

委

員

埼玉大学
地域共同研究センター
教授

委

員

独立行政法人産業技術総合研究所
エレクトロニクス研究部門
副研究部門長委

員

独立行政法人産業技術総合研究所
産学官連携部門
コーディネータ

委員

東北大学
未来科学技術共同研究センター
センター長

委

員

東京工業大学大学院

薫

総合理工学研究科
教授

委員

東京大学大学院
工学系研究科助教授

委員

東京大学大学院
新領域創成科学研究科
教授

5MEMS フ ロ ン テ ィ ア と し て の ナ ノ ・ バ イ オ 融 合 に よ る
未来デバイス技術に関する調査研究委員会委員名簿（順不同・敬称略）

委員長

東京大学

生産技術研究所

藤

田

博

之

技術本部技術企画グループ

古

田

一

吉

機械工学専攻竹内芳

美工学研究科マイクロエンジアリング専攻

小

寺

秀

俊

機械工学科

三

木

則

尚

システムデザイン学部

諸

貫

信

行

新

野

秀

憲

下

山

竹

内

昌

治

三

田

吉

郎

マイクロメカトロニクス国際研究センター
教授、センター長

副委員長

セイコーインスツル株式会社
部長

委

員

大阪大学大学院

工学研究科

教授

委

員

京都大学大学院教授

委員

慶應義塾大学

理工学部

専任講師

委

員

首都大学東京ヒューマンメカトロニクスシステムコース

委員

東京工業大学

精密工学研究所

超微細加工研究分野

委

員

東京大学

大学院

知能機械情報学専攻

委

員

東京大学

精機デバイス部門

教授

情報理工学系研究科員

東京大学

生産技術研究所

大学院

勲

教授

マイクロメカトロニクス国際研究センター

委教授

工学系研究科

助教授

6

助教授

電気工学専攻

委

員

立命館大学

理工学部

マイクロ機械システム学科

杉

山

石

田

不

破

進

教授

委

員

独立行政法人

産業技術総合研究所

企画本部

敬

雄

ナノテクノロジー・材料・製造チーム 企画主幹

委員

株式会社アルバック
部長

委

員

兼

技術開発部

第４研究部

耕

MEMS プロジェクト室長

沖電気工業株式会社

半導体事業グループ

研究本部

五 十 嵐 泰 史

デバイス研究開発部

委員

オムロン株式会社 技術本部 先端デバイス研究所

渡

辺

秀

明

技術マーケティンググループ グループ長

委員

オリンパス株式会社
ＭＥＭＳ開発本部

研究開発センター

プロセス技術部

長 谷 川 友 保

技術３グループ

課長代理

委

員

株式会社数理システム
部長

委

員

科学技術部

水

田

千

益

田

中

浩

一

川

原

伸

章

研究企画室

吉

原

邦

夫

第１部

塚

田

修

大

取締役

ソニー株式会社

コアコンポーネント事業グループ

コアテクノロジー開発本部

マイクロデバイス開発部

新規デバイス開発担当部長

委員

株式会社デンソー

基礎研究所

部長

委

委

員

員

株式会社東芝研究開発センター

技術管理担当参事

株式会社日立製作所

機械研究所

研究員

7

委

員

株式会社フジクラ
シリコン技術開発部

委

員

員

兼

員

本

廣

和

友

高

正

嗣

久

保

雅

男

最

所

祐

二

佐

藤

淳

史

福

本

平

田

隆

昭

三

木

則

尚

生体機能専攻宮崎康次

光機能材料部門

安 達 千 波 矢

機器本部

東京工場

ファインテック機器部長

松下電工株式会社

微細プロセス開発センター

ファイン実装・評価グループ

委

橋

部長

富士電機システムズ株式会社
副工場長

委

電子デバイス研究所

松下電工株式会社

グループ長

デザイン部

「新」都市生活開発グループ委員

みずほ情報総研株式会社 科学技術部

ＭＥＭＳ室

シニアコンサルタント

委

委

員

員

三菱電機株式会社

先端技術総合研究所

センシング技術部部長

横河電機株式会社

技術開発本部

先端技術研究所宏

プロジェクトマネージャー

グリーンデバイス分科会（順不同・敬称略）

委員長

慶應義塾大学

理工学部

機械工学科

専任講師

委

員

九州工業大学

生命体工学研究科

生体熱工学研究室

委

員

九州大学

助教授

未来化学創造センター（大学院・工学府・物理創造工学専攻）

8

教授

委

員

独立行政法人

産業技術総合研究所

企画本部

石

田

敬

雄

古

田

一

吉

古

賀

章

浩

機械研究所 第１部

塚

田

修

大

ＥＭＩＴデバイス開発部

高

野

仁

路

三菱電機株式会社

先端技術総合研究所

福本宏

センシング技術部

部長

東京大学

情報理工学系研究科

下山

勲

ナノテクノロジー・材料・製造チーム 企画主幹

委員

セイコーインスツル株式会社

技術本部技術企画グループ

部長

委

員

株式会社東芝研究開発センター

機械・システムラボラトリー 研究主務

委員

株式会社日立製作所
研究員

委

員

松下電工株式会社
素子開発グループ

委

委

員

員

大学院

知能機械情報学専攻

教授

ホワイトデバイス分科会（順不同・敬称略）

委員長

東京大学

生産技術研究所

竹内医学部附属病院 臓器移植医療部

興

津

大学院

鈴

木

昌

治

マイクロメカトロニクス国際研究センター 助教授

委

員

京都大学

輝

助手

委

員

東京大学

システム情報学専攻

情報理工学系研究科
特任講師

9

隆

文

委

員

東北大学

先進医工学研究機構 ナノメディシン分野

芳

賀

小

西

松

本

洋

一

助教授

委

員

立命館大学

理工学部

マイクロ機械システム工学科

聡

教授

委

員

独立行政法人

産業技術総合研究所

壮平

先進製造プロセス研究部門 マイクロ熱流体研究グループ
主任研究員

委

員

オリンパス株式会社
ＭＥＭＳ開発本部

研究開発センター

プロセス技術部

長 谷 川 友 保

技術３グループ

課長代理

委

員

株式会社東芝研究開発センター

先端電子デバイスラボラトリー

委

員

細

野

靖

晴

岩

崎

拓

也

藤

田

博

之

研究主務

みずほ情報総研株式会社 科学技術部

ＭＥＭＳ室

チーフコンサルタント

委

員

東京大学

生産技術研究所

マイクロメカトロニクス国際研究センター
教授、センター長

ブルーデバイス分科会（順不同・敬称略）

委員長

東京大学

大学院

工学系研究科電気工学専攻

三

田

吉

郎

大学院

工学系研究科 総合研究機構

杉

山

正

和

助教授

委

員

東京大学
助教授

10

委

員

東京大学

大学院

工学系研究科

染

谷

隆

夫

木

股

雅

章

一

木

正

聡

樋

口

誠

良

入

江

康

郎

出

尾

晋

一

平

田

隆

昭

杉

山

量子相エレクトロニクス研究センター 助教授

委

員

立命館大学

理工学部

マイクロ機械システム工学科

教授

委

員

独立行政法人

産業技術総合研究所

先進製造プロセス研究部門
ネットワークＭＥＭＳ研究グループ

委員

オムロン株式会社

技術本部 先端デバイス研究所

技術マーケティンググループ

委員

みずほ情報総研株式会社 科学技術部

ＭＥＭＳ室

室長

委

委

員

員

三菱電機株式会社

先端技術総合研究所

センシング技術部

MEMS プロセス G

横河電機株式会社

技術開発本部 先端技術研究所

プロジェクトマネージャー

委

員

立命館大学

理工学部

マイクロ機械システム学科

進教授

プロセスインテグレーション分科会（順不同・敬称略）

委員長

首都大学東京システムデザイン学部

ヒューマンメカトロニクスシステムコース

11

諸
教授

貫

信

行

副委員長

独立行政法人

産業技術総合研究所

芦田

極

知能機械システム工学科

橋

口

原

流体科学研究所 流体融合研究センター

寒

川

誠

二

銘

苅

春

隆

不

破

先進製造プロセス研究部門
ファインファクトリ研究グループ

委

員

香川大学

工学部

教授

委

員

東北大学

知的ナノプロセス研究分野 教授

委員

独立行政法人

産業技術総合研究所

先進製造プロセス研究部門
インプリント製造技術研究グループ

委員

株式会社アルバック
部長

委

員

兼

技術開発部

第４研究部

耕

MEMS プロジェクト室長

沖電気工業株式会社

半導体事業グループ 研究本部

五 十 嵐 泰 史

デバイス研究開発部

委員

株式会社数理システム
部長

委

員

科学技術部

水

田

千

益

田

中

浩

一

基礎研究所

川

原

伸

章

生産技術センター

益

永

孝

幸

橋

本

廣

和

取締役

ソニー株式会社

コアコンポーネント事業グループ

コアテクノロジー開発本部マイクロデバイス開発部
新規デバイス開発担当部長

委員

株式会社デンソー部長

委員

株式会社東芝

部品技術研究センター

委員

株式会社フジクラ
シリコン技術開発部

電子デバイス研究所
部長

12

委

員

富士電機システムズ株式会社 機器本部
副工場長

委

員

兼

東京工場

友

高

正

嗣

久

保

雅

男

浅

海

和

雄

竹

内

芳

美

小

寺

秀

俊

新

野

秀

憲

ファインテック機器部長

松下電工株式会社

微細プロセス開発センター

ファイン実装・評価グループ グループ長

委員

みずほ情報総研株式会社 科学技術部ＭＥＭＳ室
シニアコンサルタント

委

員

大阪大学

大学院

工学研究科

大学院

工学研究科

機械工学専攻

教授

委

員

京都大学

マイクロエンジアリング専攻 教授

委員

東京工業大学

精密工学研究所 精機デバイス部門

超微細加工研究分野

教授

マイクロマシンセンター事務局・研究員
専務理事

青 柳 桂 一

調査研究部長小 池 智 之調査研究次長安

研究開発課長磯 川 俊 彦

13

達

淳

治

２．

第 3 世代 MEMS 技術開発への取り組みの必要性

２−１

MEMS 市場の推移と研究開発

現在 MEMS 技術は、情報通信、医療・バイオ、自動車など多様な分野に適用され、センサ（力、加速度、赤外線等）、光通信（スイッチ、導波路等）、高周波（スイッチ、フィル
タ、アンテナ等）、及び流体・気体制御等の用途における、小型、高精度で省エネルギー性に優れた高性能のキーデバイスとして、我が国製造業の基幹部品の高付加価値化、差異化
による国際競争力強化に資するものと認識されるにいたっている。市場規模も平成 18 年度
NEDO 事業、(財)マイクロマシンセンター受託実施の市場動向調査によると、平成 17 年度（2005 年度）の国内 MEMS 市場は約 4,400 億円に達している。また、2010 年には約 1 兆 1,700
億円、2015 年には 2 兆 4,000 億円に市場規模が拡大すると予測している（図 2-1-1）

MEMS市場の推移予測（中間値）
農林水産関連分野

2兆4,000億円

航空宇宙関連分野

25000

都市環境整備関連分野

環境関連分野20000

エネルギー関連分野

バイオテクノロジー関連分野

15000

1兆1,700億円
医療福祉関連分野

億円

製造技術関連分野

10000

4,400億円

精密機器関連分野

アミューズメント関連分野

5000

民生用電子機器・電気機器関連分野
0

2005年度

2010年度

2015年度情報通信機器関連分野

自動車関連分野
ＮＥＤＯ ＭＥＭＳ市場動向調査より

図 2-1-1 ＭＥＭＳ国内市場の推移
現状でも既に大きな市場を持つ自動車、情報通信分野が引き続き成長し 10 年後は 7〜
8,000 億円の大きな市場となると予測している。一方最も大きく伸びると予測しているのがアミューズメント分野で 10 年間に約 13 倍の市場となると予告している。また、医療・福祉分野も伸び率は大きく、7 倍強の伸びである。しかし、アンケート調査による市場拡大の期待が大きい、バイオテクノロジー関連、エネルギー関連、環境関連、都市環境整備関連の各分野は 10 年後も市場拡大はできていないという予測結果を示した。これは、こ14

れらの分野では未だにキラーアプリケーションが見えていないため、期待感と乖離した結果となったと考えられる。2015 年の市場を大きくし、それ以降の市場拡大を進めるにはバイオ、環境、エネルギー関連のデバイスが重要な位置を占めると考えられる。
MEMS 産業化への国家レベルの取り組みは 1991 年開始のマクロマシン技術開発プロジ
ェクトに始まる。この 10 年間続いたマイクロマシンプロジェクトにより今日の MEMS を支える基盤技術開発が行われ、MEMS デバイスメーカー、装置メーカーが生まれ MEMS
産業が立ち上がった。（図 2-1-2）その後 2003 年から 2005 年の MEMS プロジェクトでは製造インフラが強化され、国内の MEMS ファンドリービジネスが起こり、複数のファン
ドリーとユーザーを結ぶ MEMS ファンドリーサービスネットワークを構築し、産業への新規参入障壁が低くなり、研究開発も盛んに行われるようになった。さらに、MEMS-ONE
プロジェクトではソフトインフラの強化に取り組み、初心者からエキスパートまでが使いやすい設計支援ツールと材料、及び知識データベースを組み合わせた統合設計支援ソフト
ウェア MemsONE が開発された。この MemsONE は 2006 年秋にα版がリリースされ、2007 年春にはβ版がリリースされる予定である。

高度化MEMS産業

ME

産
MS

MEMS産業
・精密機器メーカー
・センサーメーカー
・装置メーカー、etc

基盤技術の開発
マイクロマシン技術プロジェクト
マイクロマシン技術プロジェクト（１９９１−２０００）（１９９１−２０００）

図 2-1-2

業の発・既存MEMS メーカー
・半導体メーカー・ベンチャー企業展

高集積複合MEMS製造技術プロジェクト
高集積複合MEMS製造技術プロジェクト（２００６−２００８）（２００６−２００８）

MEMS
ファンドリービジネス・ファンドリー企業
・MEMSファンドリ
サービスネットワーク

製造インフラの強化
MEMSプロジェクト
MEMSプロジェクト（２００３−２００５）（２００３−２００５）

MEMS設計解析ソフトビジネス
・ソフトベンダー・デザインハウス

ソフトインフラの強化
MEMS-ONEプロジェクト
MEMS-ONEプロジェクト（２００４−２００６）（２００４−２００６）

MEMS 産業を支える技術開発プロジェクト

上述の 3 つのプロジェクトが MEMS 産業化の基盤づくりに貢献したとすると、2006 年度から開始された「高集積複合 MEMS 製造技術プロジェクト（fineＭＥＭＳ）」は 2010年に向けた第 2 世代の MEMS 開発を目指している。つまり、これまでの圧力センサー、
加速度センサー、ジャイロセンサーなどの、いわゆる単機能ＭＥＭＳに対して、高集積化と機能が複合化された第 2 世代ＭＥＭＳで、その革新的な製造技術を確立するものである。
市場が求めている高集積・複合化されたＭＥＭＳが実現すれば、新規の市場も含めて市場規模はさらに大きくなるものと考えられ、そのためのコア技術は異種材料と高度な３次元

15

構造を製造する技術であると考えられる。そこで、このプロジェクトでは、以下の 4 つを重点分野として技術開発が行われている。
１．ＭＥＭＳ−ナノ２．ＭＥＭＳ−半導体
３．ＭＥＭＳ−ＭＥＭＳの高集積・複合化
４．知識データベースの構築
表 2-1-2 高集積・複合 MEMS 製造技術開発プロジェクト（fineＭＥＭＳ）開発テーマ

MEMS-半導体

MEMS-MEMS

２−２：波長オーダ以下可動構造：生体機能模擬センシング：ＣＮＴなど：ナノ修飾のデバイス技術

・プロセス統合モノリシック
新センサ原理・縦方向配線：CMOS統合MEMS：半導体センサなどの微細化による：先端CMOSとMEMSの多層化微細配線：基板内Ｙ分岐形

インタポーザル
・横方向配線：先端CMOSとMEMSの横方向微細配線

三次元表面高密度配線
高密度一括実装：垂直段差側面含めた高密度配線など：自己組織化による高密度実装

・異種材料多層集積
・ビルドアップ多層集積
光チップ高精度集積・低ストレスダイシング：ウェハ高精度Ｚ方向組み立て：順次接合に加工工程の加わる：光半導体のMEMS高精度結合：多層異種材ウェハ

ファイン MEMS
知識データベースの整備

MEMS−ナノ・ナノ機械構造・選択的バイオ修飾・選択的ナノ材料修飾
・ナノ機能デバイス化

ナノ・バイオとの融合によるマイクロナノ統合製造技術

次世代デバイス実現のためには、ナノメートル単位の構造をメートルオーダの範囲にわたって製作したいというようにレンジが 109オーダにも及ぶ要求が想定される。このような要求に対し、いわゆる母性原理（転写の原理）に基づくトップダウンプロセス、例えば切削などで保障されるレンジは 106程度であり、技術的難易度は高い。一方で、自己組織化などの原理を用いたプロセスによればナノメートルオーダの構造を製作できるものの、これをそのままメートルオーダに展開することは一般的に容易ではない。
さらに、ナノメートルレベルのピラー構造の側壁に特定分子を配向させた構造をつくる
ことで高機能デバイスを実現しようとする場合、これまでの加工と組立といったプロセス
を個々に考えていたのでは実現が困難であり、プロセスの中に組立の一部を組み入れる必要がある。
そこでトップダウンプロセスとボトムアッププロセスを融合させ、これらの領域を跨ってシームレスに適用できるような製造・組立の融合技術の開発が必要になると考えられる。
図 2-2-1 はミリメートルからサブナノメートルに至るまでの寸法範囲をカバーするプロ16

セスのイメージを示す。寸法の大きな範囲では古典的な機械加工やビーム加工が適宜組合されて用いられると考えられるものの、位置決め精度などを保障するために温度を始めとする雰囲気制御が必須となろう。これに加え、高スループットや低コストでの製造を考えると転写技術が不可欠となる。単に形状を転写するという枠組みから更に発展させ、特定分子やバイオデバイスの転写・組立（組込み）を想定するとデバイス設計そのものにも影響を与える可能性がある。
ナノメートル以下の寸法範囲ではプローブを用いたトップダウン的なプロセスに加え、自己組織的なプロセス、すなわちボトムアッププロセスの適用が必須となろう。ただし、ラングミュア・ブロジェット法のような一様な単分子膜ではなく、場所によって異なる分子を固定化したり配向させる技術も求められよう。

代表寸法

mm

サブn m

トップダウン法（母性原則：転写）
雰囲気
制御

切削，研削
エネルギビーム等

三次元構造・
デ バイス

基板

インプリント：形 状，材料の転写
機能性材料

走査

走査
（ 精度向上）

ナノ構造型

ボトムアップ法
自己組織化
機 能膜・
機 能デバイス機 能分子の組 織化・配向制御

被加工材料

図 2-2-1 トップダウン・ボトムアップのシームレス統合プロセスの概念図
図 2-2-2 は統合プロセスのイメージを明細化したものを示す。同図には、加工組立プロ
セスの流れを左から右に向かって示し、個々のプロセスでの課題例も示してある。以下に個々の内容を説明する。
単品あるいは転写用の金型を製作するためには機械加工とビームプロセスでまず形状を製作する必要があろう。ビームプロセスは真空環境が必要であるが、このような環境の大規模化と高精度化も課題となろう。母性原則に従うプロセスでは、機構の運動精度向上は
常に付きまとう課題となる。さらにデバイス化に際しては、前述のように表面処理によって分子レベルでの付着や配向などが行われると考えられる。この領域ではバイオデバイス
を含めた自己組織プロセスが適用されると考えられる。
このようにして製作される部品はディスクリートデバイスとしてパッケージングされることもあれば、この段階でできた金型を転写プロセスに持ち込んでインプリントや回路形成などまでを行い、さらにこれを積層化すると製品を高スループットで生産することも考えられる。まさに印刷のようにして次世代デバイスが大量生産されることも考えられる。

17

これらを一貫融合させたプロセスのイメージとしては同図下方に示したような構成となろう。真空を含めた雰囲気制御チャンバの間をプロセス対象が行き来しながら完成されていくと考えられる。転写プロセスに関しては寸法規模も大きく異なり、構成もこれとは全く異なったものになると考えられる。
このような多様な組合せからなるプロセスをシームレスに実現するためには、これらの個々の技術開発や適用範囲の明確化に加え、マルチスケールでのシミュレーションによる事前予測や設計援用技術の開発も必要となる。プロセスそのもののレンジも現状では 106程度が限界となることが多く、モデリングやシミュレーションにおいてもこれだけのレンジを実現することは容易ではない。

雰囲気制御，
特 殊工具

課題例（ ゴシック体すべて）

自己組織
マ スク

三次元 加工，高 精度ステージ

界面制御，
シ ミュレーション

機能材料，
バ イオデバイス

自己組織化
応用

機械加工
（ 切削，遊離砥粒等）

単品生産
の 場合

基板

プロセスの
マスク処理
前 後関係は（ レーザデポ，E B等 ）
プリに依存
ア
ビーム加工
し て変わる（IB，EB， レーザ等）
表面処理（ 雰囲気I B等 ）自己組織化プロセス（LB， ディップコート，陽極酸化等）

パッケー
ジ ング

インプリント，印刷技術，回路形成

Simulationによる形状予測と補正，

イ ンプロセス形状測定・評価

組立て，
回 路形成，
RFユ ニット

大量生産
の 場合

型

転写プロセス

積層化

製品

表面 処理U

自己 組織U

概念図
一貫融合プロセス装置
・ Modular・ Upgradable
・ Reconfigurable
・ Retrofittable※各ユ ニッ ト( U )は
標 準フ ラン ジを介 して 接続機械 加工Uマス キン グU ビー ム加 工U

搬送 メカ
精 密ス テー ジ

加工手段・手順決定を支 援するソフト必要
雰囲 気制 御用 チャ ンバ

ゲー トバ ルブ

図 2-2-2 プロセスインテグレーションの一案

18

３．BEANS（Bio Electro-mechanical Autonomous Nano Systems）開発への取り組み
３−１

BEANS の概念

図 3-1-1 の MEMS 産業のロードマップで示すように、MEMS は現在の小型・高性能単機能デバイスが既存部品を置き換えた第 1 世代から、2010 年を目指し高集積化・複合化
による多機能デバイスの創出を狙う第 2 世代 MEMS の研究開発へと移行している。2015年以降 2025 年に向けて、更なる市場の拡大を図るには第 3 世代 MEMS の実現が不可欠である。
我々はこの第 3 世代 MEMS の創出にはナノ・バイオとの融合がキーであり、応用分野
も自動車・情報通信からさらに広がる必要があると考える。そこで、この MEMS を未来デバイスと仮に称し、「20 年後の社会に革新的インパクトを与え、新しいライフスタイルを創生するデバイス」と定義し、それを実現するプロセスインテグレーションを「トップダウンプロセスである微細加工と、ボトムアッププロセスであるナノ・バイオプロセスとを融合したマイクロナノ統合製造技術」と捉え、この未来デバイスがその応用範囲を急速に広げ国家・社会的課
題である「環境・エネルギー」、「健康・医療」、「快適・安心・安全」分野で新しいライフスタイルを創出する革新的キーデバイスとして広く浸透しているとした。
この第 3 世代ＭＥＭＳは、第 2 世代ＭＥＭＳと比べ、材料・プロセス・応用分野全てにおいて不連続な変化を必要とされるデバイスである。そこで、これらデバイスを総称し「ＢＥＡＮＳ」とすることを提案する。
産業高度化︵技術の発展と市場の拡大︶

2兆4,000億円（2015年)

第3世代：BEANS −新たなライフスタイル創出−
・MicroとNano-Bioとの融合
・自律分散システムのキーデバイス

グリーンデバイス： 環境・エネルギー
ホワイトデバイス： 健康・医療ブルーデバイス： 快適生活空間

1兆1,700億円（2010年)

第2世代

・MEMS/ナノテク機能の複合技術

ファインMEMS
4,400億円（2005年）・MEMS/半導体の一体形成技術
多機能デバイスの創出（高機能・小型化・信頼性） ・MEMS/MEMSの高集積化技術

第1世代
現状
黎
期
明

単機能デバイス−既存部品の置き換え（既存部品の小型化の進展）
２００５

２０１０

２０１５

･3次元マイクロ加工を中心に日本発MEMSがインハウス、
ファンドリーの両輪で発展
２０２０

２０２５

図 3-1-1 ＭＥＭＳ産業・技術のロードマップ
ＢＥＡＮＳとは Bio Electro-mechanical Autonomous Nano Systems の頭文字を取ったものでナノ・バイオと電気機械を融合し、自律分散で機能するデバイス・システムである。

19

また、一方ＢＥＡＮＳには「産業のコメ」と呼ばれる半導体に対し、ＭＥＭＳを「産業のマメ」と捉えることもその意味に含まれている。
このＢＥＡＮＳによって、これまで小型化〜高集積化と連続的な進化続けてきたＭＥＭＳに不連続で革新的な変化を起こそうというものである。（図 3-1-2）そして、我が国の産業競争力を強化するものづくり技術のコアとなる製造技術のプラットフォーム化を実現し、広い分野のライフスタイルを創生し、21 世紀前半の社会に貢献することを目指す。

第3世代MEMS
世代MEMS
第2世代MEMS
集積化・複合化による多機能・超小型デバイス

BEANS ：ナノ・バイオ融合自律分散システム
環境・エネルギーデバイス

・MEMS/ナノテク機能複合

第1世代MEMS

健康・医療デバイス

CNT応用スイッチ

自動車

快適・安心・安全デバイス

1,590億円
エアバッグ
車両安定制
エンジン制御 横転防止

・MEMS/半導体一体形成
MEMS

情報通信

RF MEMS

ステアリングセンサ

1,560億円

赤外線カメラエアバックセンサ

圧力センサ

インクジェット
プリンター
HDDヘッドアクセルセンサ
空気流量計

LSI

プロジェクター（ＤＭＤ）

・MEMS/MEMS高集積化
光学系

車高制御センサ

センサ系

ヨーレートセンサ &
加速度センサＬＳＩ

ミリ波レーダーステアリングトルクセンサ

O2センサ

ホイール速度センサ

図 3-1-2 ＭＥＭＳの進化と革新

ＭＥＭＳからＢＥＡＮＳへ

ＢＥＡＮＳがめざすものは「新産業創出」、及び「ものづくり革命」で以下の特長を有する。
◆製品の高付加価値化、差別化のキーデバイス
・自動車、情報通信に加え、環境・エネルギー、医療・福祉、安心・安全の分野のアプリ
ケーションに対し革新的機能を有するデバイスを創製する◆有機/無機/バイオの界面制御による異種融合等の先端技術が新産業を創出
・ナノレベルの界面制御はリバースエンジニアリング困難で強固な国際競争力を有する◆多様な産業分野に適用（情報通信、 自動車から健康・医療、 ロボット、 航空・宇宙、 食品、 流通に拡大）
・多品種・少量のアプリケーションが多く、個々の市場規模は大きくないが全体規模は大きい20

・プロセスのプラットフォーム化をすすめ、装置産業を含む日本の産業構造を革新する◆マイクロナノ統合製造技術の確立によるものづくり革命・3 次元ナノ構造形成、異種融合技術を核とし、ナノ・バイオ界面制御による機能発現による差別化を実現する
・微細化、集積化したデバイスをプロセスの大面積化、連続化により低コスト化し、自律分散システムによるアンビエントインテリジェンス化を実現する

３−２

BEANS が実現する 20 年後の社会トレンドとライフスタイル

20 年後のＭＥＭＳに係わるトレンドとして次のように考える。
ＭＥＭＳはトップダウンプロセスである微細加工と、ボトムアッププロセスであるナノ・バイオプロ
セスとを融合したマイクロナノ統合製造技術の確立により、その応用範囲を急速に広げ国家・社会的課題である「環境・エネルギー」、「健康・医療」、「快適・安心・安全」分野で新しいライフスタ
イルを創出する革新的キーデバイスとして広く浸透している。

３−２−１

環境・エネルギー

地球温暖化、石油資源枯渇化が進む 20 年後の社会において、環境・エネルギー分野の重要性はこれまでになく高まっていると考えられる。目指す方向は現在と同じで、環境分野においては、大気汚染および二酸化炭素の低減、水質汚染の低減と浄化によるリサイク
ルが、エネルギー分野においては超高効率発電が目標となる。しかしながらそれらを実現するための方法が現在とは異なる。以下それぞれについて説明する。

（１）大気汚染・二酸化炭素の低減
現在までに、産業工場などの大規模有害ガス排出源においてはガス処理技術が格段に進
み、大気中への有害ガス排出を極めて小さく抑えられている。二酸化炭素に関しても、大規模排出源である製鉄所や火力発電所においては、二酸化炭素ガスの分離回収、固定化技術の開発が進められており、近い将来実用化されると考えられる。一方で、自動車や湯沸かし器などの小規模有害ガスおよび二酸化炭素排出源に関しては、燃焼サイクルの制御による排出ガスの低減は試みられているものの、排出した有害ガス、二酸化炭素に関しては
大気中に放出されるのみである。そして二酸化炭素に関しては、小規模排出源から排出される量は、大規模排出源に匹敵する[1]。すなわち、総排出量の半分の二酸化炭素に関しては無処理のまま大気中に放出されている。小規模排出源からの有害ガス処理は次の 2 つの問題点を有する。1 つ目は、有害ガスがひとたび大気中に放出されれば、極めて低濃度となってしまい、回収および処理が極めて困難になってしまうことである。すなわち、小規
模排出源からの有害ガスを処理するためには、大気中に排出される前に、オンサイトで処21

理をする必要がある。しかし、2 つ目の問題として、有効な小型処理システムが開発されていない。そこで 20 年後の社会においては、小規模分散型排出源から排出される有害ガ
ス、二酸化炭素が、大気中に排出される前に、排出源に極めて近い場所でオンサイトに、高濃度のまま効率的に処理される。MEMS 技術を発展させたガス分離リアクタや、ナノ構
造や生化学反応を利用したガス固定技術が開発されている。現在手付かずの小規模分散型排出源からの排出を低減できることで、大気汚染・二酸化炭素を大幅に削減できる。

図 3-2-1 オンサイトCO2固定化デバイスのコンセプト[3]（２）水質汚染の低減と浄化によるリサイクル
日本は豊富な水資源に恵まれている。しかしながら、輸入に頼っている穀物や畜産物の生育に必要な水を考慮すると、日本は水輸入大国となる。このような水の考え方をヴァー
チャルウォーターとよぶ[2]。そこで 20 年後の社会においては、水資源の保護のために、家庭などの小規模利用場において、使用後の浄水を処理、浄化し中水として利用するオン
サイト水処理システムが開発され普及している。水のリサイクルは大規模利用場においては現在も利用されているが、小規模利用場においてはまだまだ実用化されていない。ナノ構造や生化学反応を利用した小型水処理システムが開発されている。国内の水資源有効活用に留まらず、日本にヴァーチャルウォーターを輸出している国に、小型処理システムを輸出し普及させることで、日本の水資源の確保につながる。

（３）環境物質の超高感度センシング／センサネットワーク
現在、大気汚染および水質汚染の検出は、ある決められた場所からサンプルを採取し、そのサンプルを研究室に持ち帰り検査することで行っている。これでは検査に時間がかかる上に、突発的な、局所的な事故などによる汚染に対し、汚染が拡大するまで検出ができない、という問題がある。そこで 20 年後にはセンサネットワークが確立され、大気汚染、水質汚染を空間的に高密度に検出することができる。またセンサネットワークのノードを形成する、オンサイトで超微量の環境物質や、酸素濃度などの環境情報を検出することが可能な超高感度センサ開発のために、金属ナノ構造による検出信号の増大や、現在は大きく持ち運びができない計測装置の小型化が実現されている。

22

マイクロ分析器の例

SERS基板ホットスポット

BP
金属イオンなど

e-

図1 自己組織化膜利用センサの模式図（文献２などより）

図 6-3-3-1 メタマテリアルを用いたＴＨｚデバイス概略[3]

図 3-2-2 環境物質センシング[4][5][6][7]（４）エネルギー・ハーベスティング
20 年後には、現在ある化学電池に加え、マイクロガスタービン、マイクロ燃料電池の高効率化が進み普及していると考えられる。そしてさらにこれらに加えて、現在未使用の環境からのエネルギー、すなわち光、熱、振動、生体物質などのエネルギーを電気エネルギ
ーに変換する小型デバイスが実現されている。このような発電方式をエネルギー・ハーベ
スティングと呼ぶ。例えば、センサネットワークにおいては、各ノードが電源を持つ必要があると考えられるが、従来の電池では、交換や燃料の補給が不可欠である。一方で、エネルギー・ハーベスティングデバイスにおいては、センサネットワークのノードがある場
所の環境から、オンサイトでエネルギーを吸収し電力に変換し、ノードの駆動に使用することができ、メンテナンスフリーとなる。また体内埋め込み型や常駐型のマイクロ医療デバイスが実現されているが、これらの電力は体内の生化学物質を利用した発電により、まかなわれている。これにより、医療デバイスの交換のための手術などが不要となり、患者の QOL 向上につながる。現在のエネルギー・ハーベスティングデバイスは、電力変換効率が極めて低く実用化に至っていないが、ナノ構造の利用、大面積化を実現することにより、これまで未利用のエネルギーを用いた超高効率なエネルギー・ハーベスティングデバ
イスが実現されている。

23

加熱
(b)

(a)

−
n型

+

−

+
+

100nm

−
放熱

20n
m

p型半導体
（化合物半導体など）

n型半導体（有機半導体など）

熱電発電

電
子

有機薄膜太陽電池

胃酸電池の概念図

静電型振動発電図 3-2-3 エネルギーハーベスティングの例[8][9][10]以上のように 20 年後の社会においては、これまで未回収であった環境有害物質の処理、および未利用であったエネルギーの高効率な利用が、ナノ構造、生化学物質などの新しい技術をオンサイトで活用することで実現されている。

参考文献[1] 環境省, “地球温暖化の科学的知見,” http://www.env.go.jp.
[2] 沖 大幹, “ヴァーチャルウォーター(仮想水):現状と課題,” 環境管理, 産業環境管理協会,
40, 247-254, March, 2004.
[3] wwwuser.gwdg.de/~appmibio/research_liebl.html[4] K. Kurooka, N. Miki, The 10th International Conference on Miniaturized Systems
for Chemistry and Life Sciences (µTAS2006), pp. 1268 (2006).
[5] T. Nakamura et al., J.Phys.Chem.B 110 9195 (2006)[6]NATURE Vol.444 No.7119 “Active terahertz metamaterial devices” p597-p600[7] http://tf.nist.gov/ofm/smallclock/index.htm[8]W. U. Huynh, J. J. Dittmer, A. P. Alivisatos, "Hybrid nanorod-polymer solar cells",
Science 295(2002), 2425-2427

24

p
型

[9]Norio Sato, Hiromu Ishii et al, “Novel MEMS Power Generator with integrated
thermoelectric and vibrational devices”, IEEE Transducers’05, pp.295-298[10] H. Jimbo and N. Miki, THE 23rd SENSOR SYMPOSIUM (Oct. 2006) 525.

３−２−２

健康・医療

20 年後の少子高齢化社会では、「最期まで元気」をキーワードとして、誰もが長く働き自律して生活できる環境が不可欠である。その一方で、慢性的な健康障害は蔓延し、たとえば糖尿病患者は 20 年後は世界で約 3 億人にもなる。予備患者も含め、血糖値などの生体情報を個人が意識しなくても、24 時間モニタし、診断と治療をするデバイスが必要である。
以下では、図 3-2-4 に示すような２０年後の人の健康と医療を支えるデバイス群のイメー
ジを概説する。

（１）長期モニタリングを実現する超小型体内埋め込みデバイス
体内の各所に長時間埋め込み可能な超小型デバイスが実現されている。腹腔や消化器官内に滞在し、自走することで積極的に腫瘍やがん細胞などを発見し、治療することができる。このため早期発見率、治癒率が劇的に向上する。また、外部から電源を供給することで機能するパッシブなデバイスも考えられる。これらは、肝臓の門脈にカプセルのように、また腕部の静脈内にステントのように存在することが可能であり、外部エネルギーによって、２４時間血糖値や脈、血圧などの生体情報をモニタできる。糖尿病など血液からの情報を長期的にモニタする必要がある場合、患者の負担が激減し QOL が向上する。

（２）超高感度計測を実現する生体機械ハイブリッドデバイス
生体分子や細胞などが融合したハイブリッドなデバイスが実現されている。生体材料を用いること
で生体情報や環境情報を、従来のセンサに比べ、高速・高感度にセンシングすることができる。また、生体内にとりつけることで、生体に馴染むことができるため、生体と機械とのインターフェース（BMI（Brain Machine Interface）など）の強力なツールとなる。たとえば、生体分子として膜タンパク質などが活性を維持したまま人工膜上に再構成され、匂いセンサや味センサなどの超高感度化
学量センサとして機能する。また、神経細胞がフレキシブル基板上に神経細胞が３次元培養され、これらを脳表面に当てることで、神経細胞が脳内に軸索を伸ばし、所望の細胞とシナプス結合できるようになる。これらの細胞を通じて、フレキシブル基板から電気・化学的な信号を計測したり、刺激が行なえるようなインタフェースが実現する。

（３）健常者でも負荷なく使えるシート型健康モニタリングデバイス
体表面に湿布のように貼り付けることによって、貼った部分の体内の様子がモニタされ、ディスプレ25イされるデバイスが実現されている。たとえば、シート表面には、薄型超音波センサアレイが集積化され、裏面には平面フレキシブルディスプレイがあるデバイスでは、取得した情報を素人でも２次元の大面積で観察できる。侵襲なく貼り付けることができるため、健常者でも血流や心臓の様子などを判断でき、健康管理に利用できる。また、手術時に医師が用意に体内を観察できるツールにもなる。

図3-2-4 ２０年後の人の健康と医療技術を支えるデバイスイメージ群

３−２−３ 快適・安心・安全

20 年後の未来を、「フロンティア MEMS 検討委員会」において 1 年間議論してきた姿を本章でまとめる。本章で構想し、提案したアイデアの多くは、奇しくも日本学術会議イノベーション推進検討委員会が平成 19 年 1 月 25 日に行った報告「科学者コミュニティが描く
未来の社会」で提案された 2025 年の未来像中にも類似例が多く見受けられる。全く独立の委員会活動でありながら、フロンティア MEMS での提案が科学者コミュニティの目から見ても妥当で夢のあることの裏づけとなっている。

26

（１）超臨場感通信
20 年後は、格段に人口の高齢化が進行する。人種の流動化も進み、夫婦の実家が広島とパリといったように、10,000km 以上遠く離れた家族も多く見られるようになる。これら離散した家族の間では、逆に絆を強く求めるようになり、電話や 21 世紀になって見受けられるようになったテレビ電話に加えて、握手をしたときの触覚、故郷の里山の匂いといった、五感のうち視覚、聴覚以外の感覚も伝送できるようになりコミュニケーションの質が飛躍的に高まる[2]。また、壁紙全体をディスプレイとすることで、遠く離れた場所の映像が続
きの部屋のように表示される、壁紙型アンビエントインテリジェンスデバイスが実用化される。

（２）見守りセンサ
各人の健康状態を本人に負担を全く与えない状態でセンシングし、危険な状況（バイタルサイン）を逃さずに検知するデバイスを形態するようになる。突然の心臓疾患や脳梗塞で、近くに人がたまたまいなかったために命を落とす不幸な例から救われる。加速度、赤外線（温度）センサ等を一段と小型低消費電力化して携帯し、常にデータを取得して時系列データから現在の状況を判断する。同じ技術を家畜に適用して、重症急性呼吸器症候群（SARS）の大量発生をいち早く検知することもできる。また、検知する物理量を増やして、今日の体調に合わせたお勧めの献立を提案してくれるデバイスも実用化される。

（３）流通革命
食の安全に対する関心、ならびに高級食材の品質保証による差別化はますます重要事となる。現在、食品のトレーサビリティをμチップのような ID タグで管理する試みが行われているが、20 年後には ID 番号を返すだけの現在のデバイスから格段に進歩した、自分自身
でセンシング、データ蓄積機能を持ったスマート ID タグが実用化される。温度履歴や振動履歴などを長期にわたって記録できる安価な（値札のラベル程度）デバイスが実用化される[4]。また、テラヘルツ光や質量分析デバイスの小型化、コモディティ化が進み、携帯電
話級の小型デバイスに、この食材は安全かどうかを調べる機能が実装できる。分析技術の携帯化は特に発展途上国において重要となる。

（４）サイボーグによる超人能力デバイス「万能携帯」
人類は 19 世紀の産業革命により超人的な力を手に入れ、20 世紀のコンピュータの出現（情報革命）により超人的な情報処理・検索能力を手に入れた。21 世紀はセンシング・情報処
理・検索デバイスをその存在を意識しない形でシームレスに個人が携帯し（サイボーグ）、
個々人の能力を増強することよってより効率的、効果的なコミュニケーションによる相互理解の増進、効率的な情報処理による短時間労働が可能になる。過去に会った人の特長や属性を記憶しておいて、再び出会ったときにその人に関する記憶を再生してくれる眼鏡大27

のデバイス「万能秘書」、話しかけた言葉が自動的に外国語に翻訳されるイヤホン型「翻訳デバイス」など、個々人のコミュニケーション能力を飛躍的に向上するデバイスが完成する。また、コンピュータやこれら携帯デバイスのインターフェースが改善され、空気のよ
うに存在を意識せず使うことができるようになる。すなわち携帯デバイスの持ち主の動きであるとか、視線であるとかいった普段のしぐさをセンシングした時系列動作から、いち
いちコマンドを発行しなくても持ち主が欲しているアプリケーションが起動する[5]。

嗅覚伝送・再生の概念

センサネットワーク

持ち主の動作を理解するデバイスによる直感的なインターフェース

２層構造マイクロボロメータの25mm角画

図 3-2-5 雰囲気伝送・再生[6][7][8][9]

参考文献
[1]

イノベーション推進検討委員会報告「科学者コミュニティが描く未来の社会」ならびに付属参考資料 http://www.sci.go.jp/ja/info/iinkai/innovate/index.html[2][1]中、「(56)『隣の部屋は故郷』プロジェクト」、「(195)フルカラー三次元投影シス
テムの実用化」[3][1]中、「(209)いつでも何処でも助かる命」、「(258)IT 技術を用いた家畜管理」、「(67)体調にあわせた安全な献立の提供」[4][1]中、「(205)安全・安心を担保する食生産・流通システム」[5][1]中、「(219)スーパーコンピュータの社会インフラ化による安心安全で明るく楽しい社会」「(220)先端的人間-機械融合法技術の発展を支える人間工学技術の構築」、

28

「(122)パソコンや携帯電話を空気のレベルにまで追い込む技術」[6]

http://silvia.mn.ee.titech.ac.jp/research/recorder.htm[7] D. Murphy, et al: Proc. SPIE, Vol. 5783, pp. 448-459 (2005)[8] ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する調査研究会 総務省資料[9] http://www.itl.t.u-tokyo.ac.jp/

３−２−４

BEANS を支えるマイクロナノ統合製造技術

BEANSで想定されるアプリケーションを実現するためのプロセスは、寸法範囲がナノメートルからメートルオーダまでの 109のレンジを持つため、前述のとおりトップダウ
ン・ボトムアップの融合プロセスとなると考えられる。関連する課題は多様なものである
が、重点課題を下記の 3 つと想定した。各デバイスとの関係を表 3-2-1 に示す。
（1）3 次元ナノ構造の製造技術
各種次世代デバイスの製造技術のための課題のひとつに 3 次元ナノ加工が挙げられる。
リソグラフィとエッチングを組合せることで、いわゆる 2.5 次元構造（角柱、円柱など）は製作することができ、その加工分解能も向上してきている。しかし、例えばテーパや自由曲面などの加工要求に現状技術は十分に対応できない。広い応用を想定した場合、ボト
ムアッププロセスとの融合も視野に入れる必要があると考えられる。以下では想定される各デバイスとプロセスの関係を示す。
例えばグリーンデバイスでは有機半導体を用いた太陽電池で狭ピッチ・ナノピラーの製作が求められており、類似デバイスではテーパ形状が求められることも考えられる。このような 3 次元ナノ構造の製作にはエッチングのようなトップダウンプロセスの適用と、微粒子の自己整列のようなボトムアッププロセスの両方の適用が考えられる。特に大面積にこのような構造を展開する場合には、ボトムアッププロセスの方が有利と考えられるが、自己組織プロセスによる 3 次元的構造製作技術は現状では完成されていない。よって、3次元ナノ構造製作プロセスにも多面的なアプローチが求められる。
ホワイトデバイスの例として体内埋込デバイスを想定すると、滑らかな曲面で構成される狭い筐体の中に複雑な機構を収めなければならず、3 次元加工は必須となろう。この応用においては、構造の製作に加えて多様な組込みデバイス組付けを行う必要があり、これを逐次的に行うよりは並列的・自律的に組立を行うようなボトムアッププロセスの適用が必要と考えられる。
ブルーデバイスの場合は寸法が比較的大きいため、リソグラフィを始めとするトップダ
ウンプロセスの適用が考えられる。中でも壁紙型デバイスは大面積かつ大量に生産する必29

要も想定され、印刷のようなプロセスの適用が期待される。この応用においても特定パターンの印刷後に自己組織的にデバイスを実装することなどが想定されるため、やはり自己組織プロセスとの関連が深い。
以上のように、BEANS におけるデバイス実現のためには 3 次元ナノ構造をトップダウ
ン・ボトムアッププロセスをシームレスに適宜組み合わせることが求められる。

（2）大面積グリーンデバイスの太陽電池やブルーデバイスの壁紙型デバイスなどでは、メートルオーダの大面積にわたるプロセッシングが必要となる。この課題解決に向けてのアプローチ
として、リソグラフィやエッチングなどのプロセスの連続化とともに、印刷技術の適用が考えられる。動作速度の制約などがない応用では既に実用段階に入っていると考えられるが[1]、インク材料の開発を含め、まだ多くの課題が残っていると考えられる。
輪転機のような印刷であれば高速での生産が可能であり、低コスト化においては必須条
件となると考えられる一方で、印刷技術の中でも一品物に対応可能なのがインクジェット技術である。スループットは落ちるもののカスタマイズされた製品設計に個々に対応するプロセスとしては有望である。この技術においても飛ばすべき材料に多くの研究余地が残されており、将来的には微小デバイスそのものを付着させることも考えられる。自己組織
プロセスによると高分解能な形状創成などが可能であるが、この面積拡大も重要な課題のひとつと考えられる。
印刷はインクを含む各種材料の転写であるが、形状の転写も同様の技術で実現できる。
ナノインプリントを含め、微細な形状を製作した金型（ロール含む）を材料に押し付けて転写する技術も低コスト生産での必須条件になると考えられる。
印刷や形状転写技術をメートルオーダに拡大する際に解決すべき技術課題として、まず、機構の高精度化が挙げられる。最終的に母性原則に従って機構の運動精度がそのまま転写されることを考えると、超大型かつ超精密な加工機械が必要になる。最小分解能ナノメー
トルオーダを保障するためには、各種のフィードバック機構も必要になると考えられる。
併せて、型の製作技術も問題となる。ロール型の場合は円周外面に微細形状を加工しなければならないが、一周した部分での繋ぎ精度をナノメートルレベルで保障するためには現在の機械精度を更に向上させる必要がある。

（3）界面制御
固体表面の濡れ性を場所ごとに変えることができると自律的な組立てを行うことができる。例えば水に微粒子を分散させた懸濁液から、図 3-2-6 に示すように親水／疎水パターンを設けた基板を引上げると親水部のみに懸濁液が濡れ広がり、その後の乾燥に伴って微粒子が相互に引き付けあいながら最密構造を形成する[2]。このような自己組織的なプロセ
スを場所毎に変えられるのが界面制御技術となる。

30

懸濁液の部分的な濡れ広がりを制御するだけでは表面張力の影響もあって空間分解能をナノメートルオーダまで小さくすることは難しいが、これを有機分子の大きさまで小さくし、所定の分子が配向しながら指定の場所に固定かできるようになると、高密度な組立てを並列的に進めることができると考えられる。未来デバイスには種々の無機デバイスから
バイオデバイスまでは実装されると想定され、これらを逐次的に組み立てるよりは並列化
する方が合理的と考えられる。自律的な組立は将来的には重要な技術と考えられる。
また、濡れの問題は接着強度とも密接に関連する。有機デバイスを含めた積層化に際しては陽極接合などを用いることができず、接着に頼らざるを得ない。この場合にも適切な界面制御を行うことができれば最終的なデバイスの信頼性向上などに繋げることができる。
表 3-２-1

BEANS で扱うデバイスと各プロセスとの関係

グリーンデバイス

ホワイトデバイス

ブルーデバイスデバイス候補プロセス
TD:トップダウン
BU:ボトムアップ

ﾅﾉﾋﾟﾗｰ
太陽電池

TDパターン形成（フォトリソ，EB他）

ｴﾈﾙｷﾞｰ CO2固定
吸収
ﾏｲｸﾛﾃﾞﾊﾞｲｽ
ﾃﾞﾊﾞｲｽ

SERS
センサ

○

○

○

○

○

○

体内
マイクロ
ドクター

MEMS
体内
ｴｰｼﾞｪﾝﾄ

４次元
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ
ﾃﾞﾊﾞｲｽ

MEMS
健康ｼｰﾄ

壁紙
ﾃﾞﾊﾞｲｽ○○○

BUパターン形成（タンパク質，自己組織）○

TD三次元加工（中性粒子ビームエッチング）○

表面改質・修飾（目的：位置・配向制御）

○

○

○

○

○

BU三次元加工（有機・自己組織・配向制御）

○

○

○

○

○

ナノインプリント（高分解能，高アスペクト比）
大規模転写・量産化技術（ロール，印刷技術）○

BU組立（自己組織，一括組立）

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

31

○
○

○

○

○

○
○

○
○

○
○

○

○

○

○

○
○

○

○

○

○

○

パッケージング（封止）
評価技術（寸法・形状測定，機能検査）

○

○

○

○

○

○

異種材料複合三次元造形（積層一括生産）
TD組立（把持，操作，配線，接着）

○

携帯
翻訳

○

○
○

○

五感集積
ﾏｲｸﾛ
ﾃﾞﾊﾞｲｽ
化学分析

○

○
○

○

○

図 3-2-6 濡れ性を制御した基板上での微粒子の選択的自己整列

参考文献[1] U. Fügmann et al., Printed Electronics is Laving the Laboratory, mst news 2, 6,
2006,pp13-16.
[2] 諸貫信行，小木曽淳一，金子新，濡れ性パターンを用いた微粒子の自己整列（第 1報），精密工学会誌，72, 9, 2006, pp.1113-1117．

32

分 野

テーマ

背景・意義

目標

期待される効果

地球温暖化対策として再生可能エネルギー、温暖化ガ
ス固定化に対する期待が増大している。
これらを実現する環境デバイスは、構造は微細である
印刷技術と熱加工技術の融合かつファイン化により、 大面積デバイスの大量生産が低価格化が可能となが、通常、大面積デバイスであり、高効率なマイクロマシ
半導体製造装置と比較して、大幅に高速、高効率なマ る。また、新規膜構造による革新的機能デバイス実現
ニング技術が要求される。
その要求に応える革新的加工技術の実現により、環境 イクロ加工技術を開発するの可能性があるデバイスの普及が加速し、環境問題の解消に繋がる。
また、新たな加工技術が従来不可能あったデバイス構造を実現し、革新的デバイスの実現も期待できる。

エネルギー・ハーベスティ
ング（光・熱・振動・バイオ）エネルギー・
ハーベスティ
ング

・利用されない廃熱（１次エネルギーの60%）は，膨大な未・発電効率15% → ZT =3.0
利用エネルギーの一つ（S:ゼーベック係数，s:電気伝導度，l:熱伝導率）
・低質(低温）な熱エネルギー源から発電できる唯一とも言える技術

・印刷・塗布プロセス
・材料の粉砕・分散プロセス
・大面積連続プロセス

・物性から成り行き的に決まる発電効率をナノ構造により向上させる（電気的特性を保ち，熱伝導率をナノ構造により低減）
・ナノ構造形成は電気と熱の輸送を根本から変え、従 ・ナノポーラス、ナノピラー
来の効率ZT<1.0（数％の効率）を２倍，３倍に改善でき ・ナノ粉体成型加工技術
る・体内埋め込みデバイスへの応用

33

表 3-2-2a BEANS デバイス例１☆有機・有機界面，有機・無機界面において，ナノピ
現在，有機材料は特異な光機能に加え，フレキシブル性 ラー構造の導入によ５０％以上の励起子解離効率を実などの従来の材料はない多様性から新しい光半導体材 現
異種材料間の分子間相互作用の解明，分子配向性の☆励起子・電荷の高速輸送機構を確立する。
料として大きな期待を集めている。本研究分野では，大・ナノポーラス、ナノピラー制御技術を確立し，高効率キャリヤー分離・輸送機構
１）基本材料となる有機分子・無機材料の探索と合面積・高効率有機太陽電池の創製を目指して，有機・有・科学的表面修飾を確立にする。そして，ナノピラー構造による励起子分
機界面，有機・無機界面における励起子の高効率キャリ 成，デバイス化
・有機分子の無機材料への配向制御
離機構によって１０％−２０％のエネルギー変換効率の２）表面修飾技術による分子配向制御
ヤー分離機構・キャリヤー注入の確立，励起子・電荷の・大面積連続プロセス実現を目指す。
３）UPS等による電荷分離機構の解明
高速輸送機構を確立し，有機太陽電池用の材料設計・合
４）ナノピラー構造による５０％以上の励起子解離効
成・デバイス化までを進める。
率

エネルギー・ハーベスティ
ング（蓄電）1）環境エネルギーがいつも存在するとは限らない。（太陽電池 など）
2）環境エネルギーによる発電では、デバイスを駆動する
従来比2〜10倍の1200F/ｇのに十分な電力が得られない場合もある
また、環境エネルギー（未利用エネルギー）を電気にして （比表面積 2000ｍ2/ｇ）
蓄電すると、徐々に放電していくので、利用形態によっては、電気を別のエネルギー状態に変換して貯蔵することも重要である。

・上述のエネルギーハーベスティングデバイスとの組合
・ナノポーラス、ナノピラー
せで自己給電型のセンサー、デバイスを実現
・センサーネットワーク、アンビエントエレクトロニクスを ・ナノ構造の選択的かつ局所形成技術
現実のものとする基盤技術

増強ラマン系

極微量の環境物質を、高感度にかつオンサイトに検出す
る小型デバイスが求められている。また、前処理を簡略化できるよう、ラベルフリーな検出が望ましい。表面増強
ラマン分光法は、金属ナノ粒子やナノ構造表面の増強電場を利用したラマン分光法であり、ラベルフリーに、また オンサイトかつ100分子検出レベルの高感度研究室レベルでは単分子検出が可能なまでの高感度を実現している。しかしながら、この技術の実用化には、再現性の高いナノ粒子およびナノ構造のパターニング、電場増強サイトへの検体の誘導、前処理を含むマイクロリ
アクタ化が不可欠である。

・ナノ材料局所形成技術
表面増強ラマン分光を利用したセンサネットワークによ ・シングルポイントプロセス技術
る、微量環境物質や生化学兵器の検出が可能となる。 ・化学的・バイオ的表面修飾技術
・高度実装技術

表面処理
周囲にどのような物質（無機物、有機物、環境ホルモ
三次元加工
ン、ウィルス、細菌・・・）が存在するかをリアルタイムにアセンブル
知り対応できる
三次元構造への製膜

安心・安全に関する基本的要求の一つは周囲の状況をラボ分析機器のコモディティ化
まず最も汎用的な質量分析装置から

テラヘルツ応用センシング
デバイス

・非接触で物質の成分を分析してくれるデバイス
・電磁波の波長よりも小さな金属共振器を三次元アレイ状に並べることにより物質の巨視的な誘電率、透磁率を制御する（メタマテリアル機能素子）研究が活発化してきている。同時に、電波と光の境界領域であるテラヘルツ波を利用した新たな計測手法の開発が進められている。
・メタマテリアル機能素子はサブmmレベルの微細加工技術を基盤とし自然界に存在しない特性（負の誘電率、透磁率）を持った材料を実現することができ、テラヘルツ波はバイオマテリアルの計測、安心・安全に関連した物質の検知などに利用でき、原理実証実験が行われている。

・今まで見えなかったものを誰でも簡単に見えるようにする
・負の誘電率を実現することにより平面レンズを実用化
・常温においてデバイス単体で安定してThｚ波発振/受することができ、光学素子の小型化が期待される。高信を可能にする
誘電率の材料は光リソグラフィの高分解能化に寄与す
3次元構造体技術
・テラヘルツ波（波長〜３００μm）を対象としたメタマテる。人体から発せられるテラヘルツ、赤外光を検出する
多層MEMS作製プロセス
リアル開発を行い、テラヘルツ帯での微小平面光学素
小指サイズの健康モニター素子・個体判別素子の実用子（平面レンズ、波長フィルター、偏光素子等）をデバイ化が期待できる
ス化する・将来的に、サイズを１／１００に高精度化していくこと
により、通信波長域、可視域での微小機能素子の開発に発展していくこととなる

触覚センサ

人間の五感の1つである触覚を人工的に再現するセンサ
デバイスは、ロボット応用など多様な分野で求められている。触覚センサ実現のためには、小型･高感度な接触圧センサアレイが必要となる。ナノ構造体を適切に設計すると量子効果によりバルク材料を遥かに凌ぐ物性（例えば、 ☆現状のMEMS式圧力センサに比して、１桁以上の高圧電特性、ゲージ率など）が期待され、これを用いること 感度化により微圧検知が可能となると思われる。また、MEMSを ☆〜100μm程度の高い空間分解能の実現
支持構造体として用い、ナノ構造体をアレイ形成すること
により、人間の指先に匹敵するような空間分解能の高い接触圧分布計測デバイスとなると考えられる。そこで、本研究テーマでは、ナノ構造を駆使した新規な触角センサ
デバイスを実現する

五感センサ マイクロ質量分析デバイス 正確に知ること（嗅覚・化学
物質センサ）

五感センサ
（触覚セン
サ）

キーとなるプロセス

五感センサ
（非可視光
赤外線センサ
視覚センサ）

人間の指先感覚の実現による、高精度ロボットや義手などの医療用途への展開。

１）Ｍピクセルクラスで、回折限界の画素サイズを持つ、防衛から始まった技術ではあるが、民生分野でも安全・
Temperarture Fluctuation Limitの性能を持つデバイス
監視、救難、防犯、機器の異常監視、自動車運補助、安心分野でのキーデバイスと位置づけられる。但し、防衛の実現
プロセス制御など幅広い分野で応用が可能。
技術として開発に注力している欧米に民間主導で対抗で
２）広範な民生用途に対応できる低コスト赤外線アレイきる技術を確立するのが難しい。
センサの実現

１）ＭＥＭＳプロセス技術
２）ＭＥＭ
Ｓ／ＬＳＩ集積化技術
３）アナログ回路技
術４）材料技術

分 野

テーマ

背景・意義

目標

期待される効果

キーとなるプロセス

壁紙型アンビエント
インテリジェンスデバイス

１）印刷技術など低コスト技術によるフレキシブルデバ
アンビエントエレクトロニクスのように多量のエレクトロニ イス製造技術の確立
クスが生活環境の中に入り込んできて、人々の生活の安 ２）微細化による高性能化
３）安定性・信頼性の向上
心安全・快適性を向上する上で重要な技術である。
４）新アプリケーションを明確にすること

賢いIDタグフレキシブルフィルム上に実装する無線通信機能付き
物流管理・品質管理の高効率化・付加価値の向上。単 ナノ材料による物理量検出技術
物流/在庫管理においてセンシング機能を持ったセンシン ロジスティックセンサ
なる物流/保管の管理ではなく、その時々の周囲環境 ナノインプリントによる大面積化、連続生産
現在の物流用シールにRFタグと環境センサが内蔵されグタグ
工法
変化まで管理可能にするたイメージ

大面積シー バイタルセンシング
ト型デバイスシート型健康モニタリング
デバイス

34

表 3-2-2a BEANS デバイス例２

環境浄化デ オンサイトCO2固定デバイバイス
ス

鳥インフルエンザ、BSE、SARSなどの人間を含む生体の小型・軽量のセンシングシステムの作製
健康状態を管理・監視するデバイス

エレクトロニクス、医療、住居、衣料、自動車など幅広い分野で応用が可能。

重度感染症の早期発見と感染拡大の防止・予防のため

１）印刷技術
２）ロールツーロール技術
３）有機トランジスタ回路技術
４）材料技術大面積加工技術、フレキシブル材料の微細加工と集積化技術

侵襲なく貼り付けることができるため、健常者でも血流や心臓の様子などを判断でき、健康管理に利用でき
体表面に湿布のように貼り付けることによって、健康をる。また、手術時に医師が用意に体内を観察できる
管理するデバイスの実現。階層に無数のセンサやアクツールにもなる。一般医でも専門医並みの診断と治療「最期まで元気」であるために、健常者の日常的な健康管 チュエータなどが埋め込まれ、貼った部分の体内の情が可能となり、医療の質が向上する。手軽に健康状態 大面積技術
理は必要不可欠である。自身で簡単に取り付けることが 報を表示できる。たとえば、遠隔地の妊婦が、貼り付けをモニタできるため、生活習慣の改善が促進されメタボ フレキシブル材料の微細加工集積化
でき、体内の状態をモニタリングできるデバイスが求めら るだけで、胎児の状態をモニタし、離れた医師へ情報を伸縮可能な材料を作りこむ技術
リックシンドロームや糖尿病などの成人病を予防でき送り診断を受けることができようになる。また、内臓脂れている。
る。常時健康をモニターすることによって、異変をすば肪の様子などが手軽に見ることができるようになるたやく検知し、適切な時期に医者の診断を受けることがでめ、きるため、効率的な診療が広がり、医療費の削減につながる。
二酸化炭素は温暖化ガスとしてその削減が求められている。発電所、製鉄所などの大規模発生源においては、二・ナノポーラス
酸化炭素の分離回収、固定技術が開発されているが、総これまで手付かずであった小規模分散排出源からの二 ・機能性ナノ薄膜
排出量のおよそ半分を占める、車や湯沸かし器などの小規模分散排出源からの二酸化炭素は、無処理のまま大 ☆小規模分散排出源からの二酸化炭素を15%削減する 酸化炭素を回収、固定することで、大気中に放出され ・化学的・バイオ的表面修飾
・界面制御（細胞親和性）
る二酸化炭素を大幅に削減できる。
気中に放出され、また一度放出されれば極めて低濃度と・封止技術なり回収が困難である。そこで本研究テーマでは、小規模
分散排出源からの二酸化炭素を、大気中に放出される前に、局所・オンサイトに固定するデバイスを実現する。

体内埋込デバイス

体内で検査・治療を行う内視鏡やカテーテル、ペースメー デバイスが挿入・留置され動作する体内の部位は胃や医療施設においては患者に負担をかけずに精密な検 今までにない新たな微細加工技術を用いる
カー、脳深部刺激装置などのデバイスが広く用いられて 腸、心臓や血管、腹腔や胸腔、脳脊髄腔など多岐に渡査・治療が実現でき、日常生活においては体内に埋込 ことで実現が可能となる。具体的には、従来いるが、さらに効果的な検査・治療を実現するための高 る。それぞれの部位において、下記の手技を行うことを留置することで病状をモニタリングし病気の悪化や異 のMEMSプロセス・実装技術を進化させた非機能化、微小化が望まれている。自律的に体内で動作・ 目的とする(1)光学顕微観察、超音波イメージングなど
常を早期発見し、必要に応じ応急処置を行うことが可 平面・微小部品へ対応したプロセス、複数の移動し、集積された複数のセンサにより様々な情報をリア による画像取得、複数のマイクロセンサ搭載による物能となる。完治が難しい悪性や慢性の病気に対し状況 材料がパターニングされたものを積み上げ
ルタイムに入手し精密な検査・治療を行うデバイスは、患 理センシングや生体成分センシングによるモニタリンに応じた計測と対応・処置を行い生活の質を向上させ、 て様々な微小立体微小構造を作製するレイ者の負担が少なく生活の質を維持した、より進んだ医療 グ、(2)マイクロアクチュエータを有効に利用した体内移
将来起こる恐れのある病気の早期発見・早期治療も可 ヤーバイレイヤー技術、蛋白質・脂質二重を実現する。体内で動作するこれらのデバイスは高機能 動、固定、姿勢制御、(3)薬剤の投与・分泌、病変部組能になる。さらに治療・入院期間の短縮による医療費 層・細胞/組織などをハンドリング・パターニ
かつ十分に小さく、安全で、体内作業に適した特殊な形 織を細胞レベルの精密さで取り除き、さらに除去した部の抑制、日本から世界へ発信する医療技術としての新 ングできる機能を医療機器に搭載する作製状が求められ、今までにない新たな微細加工技術を用い 位に生体組織を体内から再構築することで実現する修プロセスなど。
たな産業の創出、といった効果がある。
復治療。
ることで実現が可能となる。

生体機械ハイブリッドデバイス

次世代の診断や早期治療、予防技術として、生体からの （１）脂質膜やタンパク質、DNAなどの生体分子が融合 生体分子の持つ高感度センシング機能や、高効率運
情報を一分子、一細胞レベルで正確に取得する重要性 したデバイスによる物理情報の高感度センシング（２） 動機能などをデバイス中に取り込むことによって、これが増してきている。生体に作用し情報を取得する際に、人 人為的に制御可能な細胞が融合されたデバイスによる まで計測できなかった味や、匂いなどのセンシングを高工のデバイスと生体になじむ材料（生体材料、高分子材 埋め込み型インタフェース（３）体内の１細胞レベルで数 感度で行うことができる。また、一分子、一細胞レベル料）などを組み合わせたハイブリッドなデバイスが威力を 万程度と個別に，長期間安定して，安全に，情報入出 で環境や生体情報をセンシングできるため、環境汚染
生体機能を維持したまま再構成する技術発揮すると期待されている。また、生体の神経系と外部 力が可能なデバイス（例えば、神経細胞を認識し接近・ や成人疾患などの早期発見が行える。分子の高分解機器とを接続するブレイン・マシンインタフェース(BMI)技 接続し，最終的には糸のように柔軟になる四次元材料 能で効率的な動きを利用することよって、体内で安全か技術の導入）。(4)環境に合わせて経時的に変化するこ つ能動的に駆動するデバイスができる。人工眼や義手術が国内外で注目を集めているが，生体と機械のインターフェース技術がボトルネックとなっておりその開発の とで、より正確かつ安全な情報の入出力が可能なデバ 制御などの次世代医療や次世代ロボット制御技術の基盤を作ることができる。
イス
重要性が認識されるようになっている。

診断・治療デバイス

触覚伝送・再生デバイス

触覚を再現するタクタイルアクチュエータの大面積化
視覚・聴覚に加え触覚・嗅覚などの雰囲気を伝送再生する超臨場感コミュニケーションデバイス

嗅覚伝送・再生デバイス
雰囲気伝
送・再生デバイス
万能携帯(行動のセンシン
グ・通信)

嗅覚を再現するマイクロ嗅覚アクチュエータの実用化に向けた原理検証デバイスを作製

タクタイルアクチュエータの高精度化、大面積に効率よく集積配置する技術
より臨場感のある通信や、匠の技での触感のような感性の記録再生が可能になる
伝送に新次元を追加することにより，コンテンツ系の新 三次元構造に効率よく化学物質をストックす
たな産業の創生が期待される
る技術（構造・材料など）

ブルーデバイスの統合応用環境。持ち主がどういう状態
集積化センサ群の情報を柔軟に分析し、現在持ち主が 機械に使われるのではなく真に機械が人間の助けにな ニーズに最適のベクトル化の方法、柔軟なにあってどういうことを欲しているか柔軟に分析してくれる
置かれている状況を判断する統合システム
る状況を生み出す処理のできるマッチングデバイス
デバイスを携帯に集積

分 野

テーマ

背景・意義

目標

任意の3次元ナノ形状をバッチプロセスで製作すること ・分解能縦横ともに10nm，逆テーパ構造含む
・カンチレバー：
エッチング・成膜による が求められるが，従来のエッチングでは困難
また、複雑な３次元ナノ構造としてカンチレバーの均一
・6インチでティップ先端曲率１０ｎｍ以下
3次元ナノ構造形成性や小型化、サブミクロン以下の高アスペクト比トレン
・共振周波数1MHz以上
チ、ナノピラーなど、MEMSの機能･性能向上に不可欠

異種材料レイアバイレ
イア技術による3次元
3次元ナノ構造形 ナノ構造形成
成・0.２μm幅でアスペクト５０以上期待される効果

連携するデバイステーマ

エネルギーハーベスティング・高度デバイスの実現．バイオを含めた他デバイスとの 環境浄化デバイス
接合界面などの微細表面構造に適用
マイクロ質量分析
・ＭＥＭＳセンサ･アクチュエータの高性能化
嗅覚再生
マルチカンチレバー触覚センサ

異種材料のレイアバイレイアを実現するために薄膜
３次元的に複雑な形状の外形と内部構造を併せ持った
コーティングとパターニング技術、ディップペンリソグラ ３次元的に複雑な形状と機能を持った微小パーツをデ寸法精度の高い微小部品を作るには、光造形法のよう
フィー・インクジェットのように微量の構成物を配置する バイスの中に組み込むことで従来にない高機能化が可に一層ずつ積み重ねていくレイアバイレイア技術が有技術、パターニングした層を転写する技術などが候補と 能となる。それぞれの微小パーツを単体の分散型デバ効であるが、従来の手法は特殊なポリマーなど使用で微小かつ高機能・多機能化が求められるデ
してあり得る。当初は分解能数十μm程度のレベルか イスとして使用することもできる。これらは、小さくかつきる材料が限られ、異種の材料を組み合わせることもバイスとして「体内埋込デバイス」、「分散型ら着手し、段階的に更に微小なレイアバイレイア技術へ 複雑な機能が求められる体内医療機器、扱う対象と寸難しい。様々な材料をナノレベルで精度良くパターニンの五感センサデバイス」と連携する。
発展させ最終的にナノレベルの寸法精度を目指す。タ 法が近く、さまざまな相互作用が可能な、生体を対象とグしながら積み重ねることを繰り返し、内部に３次元的ンパク質や細胞など生体組織を含めた範囲の広い材 するナノバイオ分野、分散型環境モニタリングなど様々な微小空間や電気配線などを兼ね備えた複雑な外形料を利用することで、より生物に近い構造と機能を持っ な分野で役立つ。
の微小パーツが実現できる。
たナノ構造も目指す。

表 3-2-3 プロセス関連テーマ

35

成形技術による3次元
ナノ構造形成低コスト化，量産化のためには転写プロセス技術の開発が必要．しかし，装置の高精度化などが未完

分解能50nm，プロセス面積φ100mmウエハーサイズ

低コスト，高生産性

マイクロ化学分析
体内埋め込みデバイス
エネルギーハーベスティング

自己組織化による3次元ナノ構造形成

複雑な制御なしに微細構造ができるものの適用材料・寸法範囲が限定される．一般化の検討が必要

分解能，代表寸法，材料選択の自由度，密着強度

所望の輪郭を有する機能微粒子の集合体

生体機械ハイブリッドデバイス
増強ラマン系センシング
エネルギーハーベスティング
触覚伝送・再生デバイス

マイクロ・ナノ印刷（インクジェット）インクジェット技術は大面積への対応が可能であるだ
けなく，小ロットを効率的に製造できる

分解能，代表寸法，材料選択の自由度，密着強度

デバイス材料あるいはデバイスそのものをジェット状に 大面積シート型デバイス
飛ばし，基板上に立体構造を形成
触覚伝送・再生デバイス

大面積連続プロ マイクロ・ナノ印刷
セス（転写印刷）

印刷技術は各種材料の大面積塗布に有効であるものの，MEMSへの適用が十分に行われていない
ナノビルドアップ構造体形成技術

ナノレイヤを転写プロセスによって積層する技術
分解能，代表寸法，材料選択の自由度，密着強度

既存の製造プロセス技術を転用することで、高精度の製品製造技術を確立することができる。
大面積と高能率生産の両立

大面積シート型デバイス

高分解能特性を活かしながら，大面積フォトリソグラ
フィーやローラー式モールドへの拡張が求められている

プロセス面積:幅50cm角以上、繋ぎ目精度:1μm以下

ナノ構造の大面積成形による低コスト化と汎用性の向上MEMSシートデバイス、CO2固定マイクロデ
バイス、エネルギー吸収デバイス

ナノインプリント・SAMによって界面の制御を行うとともに，界面制御に シリコン上への新規自己組織化膜とそのセンサー・デ
よってSAMを所望のパターンで形成できるが，これらの バイスの基礎特性。
五感センサなどの基板。レジスト材料、潤滑剤など
高速製膜。レジスト特性、トライボロジー特性の向上を
電気的・機械的インタフェースのバッチ処理化，摩擦低狙う減などの機能付与
スホン酸などの新規自己組織化膜やその高速製膜を 界面制御の空間分解能，強度比（親水・疎水比など），目指す
自由曲面上への処理

自己組織化、SAM、分 一般化が重要
・ＭＥＭＳへの展開を目指したシリコン基板上へのフォ
子膜

高度生体親和界面
界 面

有機分子配向制御

評価

シミュレーション

微量の特定物質を検出する高感度バイオセンサや、微生物が実現する複雑な生化学反応を利用したマイクロ
リアクタの実現が求められている。このためには、タン
nmオーダのナノ構造上に、タンパク質高分子、酵母、
パク質高分子やさらには酵母、細菌などの高次のバイ細菌を活性を保ったまま固定する
オマテリアルを、大きな比表面積をもつナノ構造上に、自己組織的なバイオマテリアルパターニング
活性を保ちながら固定する新たな技術が求められる。
また、ナノ表面／バイオ界面を制御することにより、選
択的、自己組織的なバイオマテリアルのパターニングが可能となり、より高性能なデバイスが実現される。
☆有機・有機界面，有機・無機界面において，５０％以上の励起子解離効率を実現する。
現在，有機材料は特異な光機能に加え，フレキシブル☆励起子・電荷の高速輸送機構を確立する。
性などの従来の材料はない多様性から新しい光半導１）基本材料となる有機分子・無機材料の探索と合体材料として大きな期待を集めている。本研究分野で
成，デバイス化
は，大面積・高効率なエネルギー変換を目指して，有２）表面修飾技術による分子配向制御
機・有機界面，有機・無機界面における励起子の高効
３）UPS等による電荷分離機構の解明
率キャリヤー分離機構・キャリヤー注入の確立，励起
４）3次元ナノ構造による５０％以上の励起子解離効
子・電荷の高速輸送機構を確立しする率

エネルギーハーベスティング
環境浄化デバイス
嗅覚伝送・再生デバイス
生体機械ハイブリッドデバイス
五感センシング

ナノ構造、材料とバイオマテリアルとの相互作用に関す エネルギーハーベスティング
る基礎的知見の獲得。DNA、酵素、病原菌などの超高 環境浄化デバイス
感度バイオセンサ、有機酸の生産や、二酸化炭素吸
嗅覚伝送・再生デバイス
収、水質改善などを実現するバイオマイクロリアクタが 生体機械ハイブリッドデバイス実現される。
五感センシング

異種材料間の分子間相互作用の解明，分子配向性の制御技術を確立し，高効率キャリヤー分離・輸送機構を確立にする。そして，3次元ナノ構造による励起子分離機構によって現状のエネルギー変換効率の3-4倍を目指す。

エネルギーハーベスティング
生体機械ハイブリッドデバイス
五感センシング
大面積シート型デバイス

ナノトライボロジー

ＭＥＭＳ技術によるナノオーダの先端を持つカンチレ
バーアレイ、アクチュエータと、ボトムアッププロセスによる各種の薄膜が提案されている。これらを融合させる
事により、従来に無いデバイスである、大面積を一度に カンチレバーアレイが摺動する際の微小領域の摩擦摩 本研究から得た知見により周辺の最適設計を可能と観察出来るマルチＡＦＭや、超大容量を持つマルチプ 耗、凝着、メニスカスなどのトライボロジカルな現象のし、プローブアレイの機能・性能・信頼性を確立。各種
マルチカンチレバー触覚センサ
ローブ型ストレージの実現が期待出来る。それらを実定量評価、アレイ先端の深さ方向の精密な位置測定を のイノベーションに繋がる新規デバイス（マルチＡＦＭ、 体内埋め込みデバイス
現するために必要な基盤技術として、まずはカンチレ可能とする。
マルチプローブ型ストレージ等）の実現可能性を拓く
バー先端と被接触物間の物理現象（特に、ナノトライボロジー）を適切に理解できる計測・評価技術を確立しな
ければなない。

マルチスケールモデリ
ング

MEMSシステムの微細化、大規模化により、ナノ/マイク
ロ/マクロ領域をつなぐシミュレーション技術が求められ ナノ/マイクロの連成、マイクロ/マクロの連成
る

原子レベルから大規模システムまでの解析評価と、システム設計・開発の効率向上

全般

４．

BENS 実現に向けた方策提案

４−１

BEANS の全体像

BEANS は 20 年後の社会のあらゆる分野で社会を革新し、新しいライフスタイルを創出するためのキーデバイスとなることは前節までで述べたとおりである。このことは平成 19
年 2 月に報告されたイノベーション２５戦略会議の中間報告で示された 20 のイノベーション代表例をみてもわかる。図 4-1-1 にそのイノベーション 20 の代表例を実現するために以下に示す BEANS の代表的デバイスがどのように関与するかを示した。
①オンサイト環境浄化デバイス②エネルギーハーベスティング③環境物質・化学物質・五感センシング④雰囲気伝送・再生デバイス⑤壁紙型アンビエントインテリジェント⑥シート型健康管理デバイス⑦体内埋込デバイス
図 4-1-1 では、各イノベーションの代表例に付してある円の番号と BEANS デバイスの番号とがリンクしている。例えば、例１のカプセル 1 錠で健康診断では、⑦体内埋込型デバ
イス、⑥シート型健康管理デバイス、③環境物質・化学物質・五感センシング、②エネル
ギーハーベスティング、④雰囲気伝送・再生デバイスの 5 つが関連する。具体的には、カ
プセル状の診断デバイスはカプセル内視鏡として知られているが、BEANS は診断プラス治療を行うデバイスの実現を目指している。そのためには長期間体内に埋め込めるデバイス、その中に組み込む健康状態を分析するセンサ、ガン細胞の DNA・感染症ウィルスのセンサ、センシング結果に対応し投薬する DDS、さらに、患部に移動し、マニュピュレータやレーザー等で治療する機能が必要になる。これらを直径、長さ数 mm の円筒状に納め、診断結果・治療結果を体外に送信し、長期間滞在できるエネルギー自立のシステムをねらう。また、遠隔医療を実現するには、患者の状態を簡単に診断できるシート型健康シートが有効であり、肌の様子や、口臭、体臭という情報が視覚、聴覚に加わることでより正確に患者の状態を知らせることができ、的確な診断・処置・治療が実現できる。
次に例 4 の空気をきれいにする自動車について考える。BEANSが目指す環境デバイスは環境を保全するのではなく環境を浄化するデバイスである。オンサイトCO2固定化デバイスはその代表例で、現在対策がとられていないCO2の分散排出源からCO2を固定化し有効に利用することをねらっている。自動車以外にも家庭の給湯器、さらに普及が予測されているモバイル向け燃料電池の排ガスも対象となる。CO2を分離・固定するため微生物の応用も視野に入れ進める。システム化にはセンシング技術、オンサイトで機能するためのエネルギー
ハーベスティングも重要となる。
このように BEANS はほとんどのイノベーションの代表例を実現するためのキーデバイス
となる。

36

図4-1-1 イノベーション２５ を実現するBEANS

37（イノベーション２５戦略会議：「イノベーション２５」中間とりまとめ，2007.02 を参考に作成）

例５．世界の環境リーダー

例４．空気を綺麗にする自動車

例７．外国人とコミュニケーション

例９．一家に１台家庭ロボット 例１０．キャッシュレス・ワールド

4

1 2 3

4 2 3

4 3 2

例６．不毛の砂漠に緑のオアシス

例８．サイバーワールドで世界体験

1 2 3

4 3

3 5

例１１．折りたたみ式ディスプレイ

例３．がん・心筋梗塞・脳卒中を克服

7 6 3

⑦
体内埋込
デバイス
生体機械
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞﾃﾞﾊﾞｲｽ

①
オンサイト
環境浄化デバイス
CO2固定
水・空気

5 4
②
エネルギー
ハーベスティング

BEANS
ナノ・バイオとの融合
自律分散して機能例２．高齢者でも丈夫な身体

7 6 4 3
⑥
シート型
健康管理
デバイス

③
環境物質
化学物質
五 感
センシング

例１２．食物の安全情報キャッチ

3 5

④
雰囲気
伝送・再生
デバイス

⑤
壁紙型
アンビエントインテリジェンス

例１３．製造現場の頭脳ロボット

3 4

例１．カプセル１錠で健康診断

7 6 3 4 2

例１８．地震発生後の１５秒緊急対応

例１６．リニアモーターカー

2 3 4

3

例２０．ロボットが月旅行

例１９．２００平米２００年住宅

例１７．土砂・洪水災害を予測

例１５．衝突できない車

例１４．センサネットワークで守る安全

4 3 2 14 3 5 1

2 3

3 4 2

3 2

38

Pentacene

O
HN
O

PTCDI

ナノカーボン

生体・タンパク質

N N N
N Cu N
N N N

CuPc

有機半導体

95nm

O
NH
O

50nm

φ10nm
φ
10nm

ナノピラー
12.5nm

1nm

ナノ粒子

-

脂質二重膜

バイオ界面

自己組織化

5μm

濡れ性制御

金属電極

e

5μm

500μm

無機/有機分子配向制御

ナノコーム

h+

ナノ粒子アレイ

ナノポーラス

透明電極

界面制御

材料・ナノ構造

膜チップ

G
D

FET

S

2.54 mm

ソース電極

ゲート電極

ﾌﾟﾘﾝﾃｨﾄﾞｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ

マルチカンチレバー
ストレージ

環境物質センシング

ｴﾈﾙｷﾞｰﾊｰﾍﾞｽﾃｨﾝｸﾞﾞ

デバイス

張り合わせ
機構

ﾌﾟﾚｽ

□10cm

センサ

セラミック

Si

ガラス

樹脂

切断

異種材料レイヤバイレイア□1cm

マイクロ･ナノ印刷

ナノインプリント

ｲﾝﾌﾟﾘﾝﾄ

回路形成装置

RolltoRoll

集 積 化

製造プロセス

体内埋込デバイス

人工皮膚（触覚）

センサネットワーク

自動車安全システム

生体機械
ハイブリッドデバイス

大面積シート型デバイス

雰囲気伝送・再生万能携帯

環境浄化デバイス

アプリケーション

図4-1-2 BEANSで取り組むデバイス・アプリケーションとマイクロナノ統合製造技術
BEANS 実現には既に述べようにマイクロ・ナノ統合製造技術が基盤技術として重要な位置を占める。図 4-1-2 ではマイクロ・ナノ統合製造技術の全体像を材料・ナノ構造→界面制御→デバイス→製造プロセス→アプリケーションという事業化の流れの中でどのように係わっているかという観点から俯瞰した。

４−２

イノベーションスーパーハイウェイ構想実現のための方策提言

平成 18 年経済産業省から新経済成長戦略が発表されている。ここでは、イノベーション
スーパーハイウェイ構想が打ち出され、戦略研究への集中・加速・双方向連携が謳われている。この中で双方向連携とは、従来研究現場から市場に向いて一方向でイノベーションが進められてきたため、開発途中で死の谷を越えられなかった例が多いとの認識から、研究初期段階から意識的に市場の声を研究現場に活かすための新たな取り組みである。BEANS
実現にもこのイノベーションスーパーハイウェイ構想の考え方は重要である。
BEANS プロジェクト推進には
１）デバイステーマとプロセステーマのマトリクスによる推進
２）連続して成果を出せる、時系列を意識したデバイス開発の２つの方針を提言している。これらは研究のための研究でなく、シームレスに産業界に成果を出し、かつプロセスのプラットフォーム化により、種々の分野に複数のデバイスの実用化を可能にするという産業界からの強い要望を具体的に進めていくための方策である。
テーマのマトリクスを具体化するために図 4-2-1 に示すように縦軸にデバイステーマ、
プロセステーマを横軸にとらえ、デバイス実現に両者に関連がある場合、その交点に○を付し系統化し、その関係を明確にすることが研究開発マネジメントの第一歩である。
グリーンデバイス

デバイステーマ群

ｴﾈﾙｷﾞｰ
ﾊｰﾍﾞｽﾃｨﾝｸﾞ
ﾃﾞﾊﾞｲｽ

ｵﾝｻｲﾄ
環境浄化
ﾃﾞﾊﾞｲｽ

ホワイトデバイス
環境物質
センサ

体内埋込
デバイス

生体機械 シート型健康ハイブリッド モニタリング
デバイス
デバイス

ブルーデバイス
雰囲気
伝送・再生
デバイス

壁紙型
ｱﾝﾋﾞｴﾝﾄ
ｲﾝﾃﾘｼﾞｪﾝｽ
ﾃﾞﾊﾞｲｽデバイス固有技術課題
エッチング・成膜
3次元
ナノ構造形成成形

プロセスインテグレーションテーマ群

自己組織化
マイクロ・ナノ印刷
インクジェット
大面積 マイクロ・ナノ印刷
連 続
転写印刷
プロセス
ナノインプリント
分子自己組織化
界面制御
表面改質・修飾

バイオ応用
印刷応用

モデリング マルチスケール
シミュレーション モデリング
検査・評価

界面評価

図 4-2-1 デバイス／プロセスのマトリクス推進による研究開発マネジメント

39｢ｽｶｳﾀｰ」
万能携帯連続して成果を出すためには、開発初期のテーマ全体の俯瞰により、まずテーマのポー
トフォリオを作成し、開発のアプローチを決定することである。図 4-2-2 は現在進行中の第 2 世代 MEMS から BEANS に至る研究開発を横軸に、分散化（大面積化・連続化）縦軸に集積化・微小化（3 次元ナノ構造形成・界面制御）という開発の方向性をとり、最終目標であるグリーン、ホワイト、ブルーの各デバイスへの位置づけを示している。この図はデバイスの位置づけを定義すると同時に時系列を意識したデバイス開発のアプローチも示している。このアプローチにより、シームレスに成果をだし、産業界に貢献することが可能となる。

３次元ナノ構造・
界面 制 御集積化・微小化WhiteGreen:環境浄化デバイス
White:体内埋込デバイス

Green
体内埋込

Blue:雰囲気伝送・再生デバイス

Blue社会へのインパクトは大きい実用化への高いハードルが複数存在
実用化時期：15〜20年後

環境浄化

雰囲気
伝送・再生

将来目標とし基盤技術開発を先行

化学物質
センシング

エネルギーハーベスティング
化学物質センサ
大面積シート型デバイス

エネルギー
ハーベスティング

大面積
シート型
フレキシブル
高集積
複合
MEMS

並列化

MEMSならではのアプローチ
集積化
微小化
並列化
実現可能なターゲット
実用化目標時期が10年未満のデバイス
応用分野の広いデバイス・プロセス
デバイス開発、プロセス開発を同時推進

大面積・連続プロセス

図 4-2-2

BEANS デバイスのポートフォリオと開発アプローチ

産業界へのシームレスな成果創出は、BEANS プロジェクト単体では困難で、現行の fine
MEMS プロジェクトとの連携で達成していくことが重要である。また、BEANS プロジェ
クトのターゲットは 20 年後の社会への革新的インパクトを与えるデバイス創製ではあるが、20 年後にインパクトを与えるには、10~15 年後に実用化が始まる必要がある。さらに、激しい国際競争において勝利するには、それ以前にも革新的デバイスを実用化していくことも重要である。図 4-2-3 にこれらを可能とするための研究開発ロードマップを示す。このロードマップの特長を以下に述べる。
・fine MEMS
・平成 20 年度(2008 年度)プロジェクト終了後３年で研究テーマの実用化をめざす

40

‘08

‘09

‘10

‘11

‘12

‘13

‘14

‘15

‘16

‘17

‘18

第2世代MEMS
fine MEMS

商品開発

高集積・複合MEMS

応用技術開発BEANS: 第３世代MEMS

企 業
ベンチャー企業
産総研
大 学

実用化研究
（分散研）

実用化研究

基盤技術研究（集中研）

基盤技術研究エネルギーハーベスティング

有望テーマはプロジェ
クトからスピンアウトさせ実用化を加速

化学物質センシング
シート型健康モニタ

図 4-2-3

BEANS 研究開発・実用化のロードマップ

・第 1 期・2008 年から BEANS プロジェクト開始、まず 5 年間の基盤技術開発プロジェクトを
委託プロジェクトとして進める
・大学、産総研、企業、さらにベンチャー企業も参画し、産官学連携の取り組みとする・基盤技術研究から開始、当初は集中研方式で進める
・プロセス・デバイス基盤技術研究をマトリクス的に推進
・前半（3 年）終了後にテーマの FS を評価・事業化が近い有望テーマはスピンアウトし、事業化を加速
・順調なテーマは基盤技術研究を加速・FS の結果、評価の低いテーマはペンディング、プロジェクトテーマから外す
・評価結果で予算・人員の配分を決定
・終了時、実用化の可能性をコンセプトモデルによりＦＳ・事業化が近い有望テーマはスピンアウトし、事業化を加速
・順調なテーマは実用化研究に移行
・さらに基盤技術研究が必要なテーマは絞り込みを行い委託スキーム推進
・FS の評価が低いテーマは中断

41

・第 2 期・5 年の実用化研究プロジェクトとし、基本的に助成で推進
・デバイスを選別し応用技術開発を推進・開発されたプロセス技術の水平展開・装置開発
・早期開発を狙いＳｐｉｎＯｕｔベンチャー企業設立
・第 1 期で基盤技術研究の継続と評価されたテーマは委託スキームで推進

４−３

BEANS 研究体

4-2 節のコンセプトを実現するためには、第一に市場からの観点で研究開発マネジメン
トできる体制が必要である。また、一方で研究開発には世界トップレベルの高い専門性が必要となる。この二つの要件を両立するため以下に述べる BEANS 研究体を設立することを提案する。コンセプトを図 4-3-1 に示す。
◆複数の BEANS 開発センターを設け、BEANS 研究体が統括する・強みを活かしたデバイス・プロセスセンターの設立
・出口を明確に意識した研究マネジメント
・横断的な研究テーマ、人材、設備、予算のマネジメント◆イノベーションスーパーハイウェイ構想の実現
・プロジェクトリーダーは民間企業研究所長経験者
・マネジメントチームが事業化・研究開発を推進
・予算配分権等、進捗状態対応できる柔軟な運営
・ベンチャー企業の参画による産業育成と地域活性・大学教授・国研部門長クラスがアドバイザーとしてプロジェクトリーダー、マネ
ジメントチームをサポート
・世界から研究者を集結、異分野融合人材育成し、アジアのイノベーション拠点となる
この BEANS 研究体とすでに文部科学省により進められている「先端融合領域イノベーション創出拠点」との比較を表 4-3-1 に示す。両者は・狙い、
・対象領域、・産学官連携、・人材育成の面で同じコンセプトを持っているが、以下の点で異なる。
・実用化への取り組み
・BEANS 研究体：基盤研究と有望テーマの事業化推進を同時に行うパラレル研究開発
・先端融合領域：将来的な実用化を見据え基礎的段階からの研究開発をシリアルに行う・拠点間の連携・BEANS 研究体：大学・産総研・企業グループの複数拠点（センター）を束ねる・先端融合領域：大学・産総研等の機関単独の拠点

42

・研究マネジメント
・BEANS 研究体：民間企業研究所長経験者をトップとするマネジメント体制
・BEANS 研究体：研究資源である人・物・金を研究体が統括
・先端融合領域：産学共同推進だが大学・研究所がマネジメントのイニシアチブをとる

ー

ム
大
化
AN
プ 面
Sセ
ロ 積
ン
セ ・連
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ス 続
ー
開
発

ォ

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トフ

ro

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プ

M
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Sセ
開
プ ナ
ン
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ロ ノ
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セ 構
ー
ス 造
び
開 形
プ
ラ
発 成
ッ

先

3D

デバイスからプロセスへ
人材・情報の供給プロセスからデバイスへ
技術・ノウハウの供給

図 4-3-1

表 4-3-1

BEANS 研究体構想

BEANS 研究体と先端融合領域イノベーション創出拠点構想との比較
BEANS研究体

狙

い

発
開
ー
ス
タ
イ
ン
バ
セ
デ
NS
の
合
A
プ
融 発
BE
オ 開
トッ
ife
イ ス
界
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ー
S
端
ギ 発
AN
先
ル 開
BE
ネ イス
o
・エ バ
Ec
境 デ
環 ンサ
・セ

BEANS
研究体

先端融合領域イノベーション創出拠点•長期的な観点からイノベーションの創出を狙う
・ １０〜１５年後の実用化に向けた不連続なイノベーション

対象領域•先端的な融合領域を対象
・マイクロ加工とナノーバイオとの融合

産学官連携•企業からの具体的なコミットメントに基づく連携

人材育成•産学官の協働による次世代を担う研究者・技術者の育成

実用化への
取り組み

•基盤研究と有望テーマの事業化推 •将来的な実用化を見据え基礎的段階
進を同時に行うパラレル研究開発
からの研究開発をシリアルに行う

拠点間の連携•大学・産総研・企業グループの複数拠点（センター）を束ねる研究体•民間企業研究所長経験者をトップ
研究マネジメント とするマネジメント体制•人・物・金を研究体が統括

43•大学・産総研等の機関単独の拠点•産学共同推進するが大学・研究所がマネジメントのイニシアチブをとる５．

調査研究の今後の課題及び展開

これまで MEMS フロンティアとしてのナノ・バイオ融合による未来デバイス技術の調査研究結果について述べてきた。その中で未来デバイスをナノ・バイオと電気機械の融合による、自律分散機能を有するデバイス・システムと定義し、そのデバイス・システムを総称し、BEANS（Bio Electro-mechanical Autonomous Nano Systems）とすること。
BEANS のデバイス、及びプロセス提案とマトリクス体制の推進、研究開発・実用化へのロードマップ、及び BEANS 研究体という推進体制を提唱し、具体的機能について述べた。
今後はこの提案を現実のものとするため、関係機関との連携を図り、平成 20 年度からのプロジェクト開始、さらにはプロジェクトの狙いである「20 年後の社会に革新的インパクトを与え、新しいライフスタイルを創出するデバイスの開発、及びそれを実現するためのマイクロナノ統合製造技術の構築」を達成していかなければならない。
具体的には図 5-1 に示すように、ポリシー作り、研究開発から実用化、承認・認可・規制・指導に至るまでの関係機関と密に連携をとり進める必要がある。特に、イノベーショ
ン 25 は国策として進められるものであり、その実現に BEANS が大きく寄与するものであることを、内閣府、文部科学省・JST、経済産業省・NEDO に対しアピールし、どのよ
うな形で協働し実現していくのか協議をすすめる必要がある。
ポリシー

基礎研究

基盤・実用化

承認・認可・規制・指導

経済産業省
内閣府

文部科学省

JST
総合科学
技術会議

「さきがけ」「CREST」「先端融合
ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ
創生拠点」

産業機械課
情報通信機器課
研究開発課

総務省

厚生労働省

NEDO
「MEMS-ONE」「fine MEMS」

MEMS協議会・
BEANS研究体
研究体
MEMS協議会・BEANS
３D BEANSｾﾝﾀｰ
BEANSｾﾝﾀｰ ・Macro BEANSｾﾝﾀｰ
BEANSｾﾝﾀｰ ・Eco BEANSｾﾝﾀｰ
BEANSｾﾝﾀｰ ・Life BEANSｾﾝﾀｰ
BEANSｾﾝﾀｰ
産業競争力懇談会（COCN）

図 5-1

BEANS 実現に向けた関係機関との連携

44

また、実用化には許認可、規制、指導の観点から総務省、厚生労働省等との関係が重要であり、研究段階からの密な情報交換が成果のスムーズな事業化・社会への貢献を支援することになる。
さらに、今回この提案を大臣、関係省庁幹部に提案していただく産業競争力懇談会（COCN）には、数回にわたる検討会での指導、鞭撻に感謝するとともに、今後とも大きなサポートをお願いしたい。

最後に、今回の調査研究委員会の藤田博之委員長、古田一吉副委員長、分科会の三木則尚リーダー、竹内昌治リーダー、三田吉郎リーダー、諸貫信行リーダーをはじめ、委員、及び関係各位、さらに話題提供をいただいた、国連大学副学長安田至博士、筑波大学医学部脳神経外科鈴木謙介博士に事務局を代表し感謝の意を表します。

45

−禁システム技術開発調査研究

無

断

転

載−

１８―R―１MEMS フロンティアとしてのナノ・バイオとの融合による未来デバイス技術に関する調査研究報告書− 要 旨 −
(Study report on the Bio Electromechanical Autonomous Nano Systems technologies)
平成１９年３月
作成

委託先

財団法人 機械システム振興協会
東京都港区三田一丁目４番２８号
TEL03(3454)1311（代）
財団法人マイクロマシンセンター
東京都千代田区神田佐久間河岸６７
TEL03(5835)1870（代）印刷

タカラ印刷紙工株式会社