「インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト」

第1回ライフラインコアモニタリング
プロジェクト成果報告会～環境センサ・発電用MEMS
プロセスプラットフォーム技術の開発～
一般財団法人 マイクロマシンセンター
2015年4月23日

コアモニタリング研究体

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目 次
１．マイクロマシーンセンターミッション
・NEDO・国家プロジェクト主導の技術研究開発プロジェクトを推進
・日本MEMS業界の現状
・MEMS開発を支援するMNOIC
２．提供できるMEMSプロセス工程
３．開発したプロセス・デバイス
・ベンチャー タッチエンス
・カンチレバーデバイスプロセス
・ｸﾞﾘｰﾝｾﾝｻﾈｯﾄﾜｰｸﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄで開発したプロセス紹介
４．UCoMS(Utility Infra Core Monitoring System)での取り組み
・振動センサ・振動発電MEMSプロセス開発
５．まとめ
・環境センサ・発電用MEMSプロセス技術の提供

（一財）マイクロマシーンセンターにおけるミッション

2015/4/22

産学官の力を結集して、MEMS等のナノマイクロ分野に係る基盤技術の確立を図る。
・国／NEDO主導の技術研究開発プロジェクトの推進。
・MEMS産業化の支援活動（MEMS協議会）
・産総研と協力し最先端のMEMS製造ラインをもとに企業のオープンイノベーションの支援。ー＞MNOIC設立（２０１１．４）●道路インフラモニタリングプロジェクト（2014-2018)●ライフラインコアモニタリングプロジェクト（2014-2018)

・日本MEMS業界の現状

YoleDevelopment

MEMS開発を支援するMNOICMEMS開発の課題
・MEMS製品はプロセスの出来栄えに左右される。
・MEMSプロセスは、半導体と違い一品一様である。
・MEMS製造装置は、標準品では揃えられない。
・MEMSテストは、複雑である。
・MEMSテスト装置は標準仕様とならない。
市場の要求
コンシューマー（例スマホ）・急速な立ち上がり（数量確保）
・急速な変化（ライフサイクル短い）・頻繁な仕様変更
・電子部品としてのコスト削減
システム（インフラシステム）
システムにおいてキーデバイス
だが少量かつ多様な仕様対応したビジネス
ﾌｧﾌﾞﾚｽﾒｰｶ台頭
Knowles(５位マイク）Invensense (11位、ﾓｰｼｮﾝ)､Goertek(29位、音響）

ﾌｧﾌﾞライトﾒｰｶ堅調 HP(４位）、AVAGO(９位)､ANALOG Device(１３位）、Sensata(11位）

システムﾒｰｶ堅調
Bosh(1位）,HP(4位）、CANON(6位）、DENSO(7位）、GE(18位）
Yoleデータ2013参考

MNOIOCのソルーション
・設備投資負担少・プロセスコスト少・プロセス技術
開発負担少
上記を特長とした
R&D型ファンダリー
提供によるビジネス立上げ、競争力強化支援提供できるMEMSプロセス工程

8,12インチ対応/前処理工程

露光装置

コーター
デベロッパ

i線
ステッパ

ｱｯｼｬｰ

ウエハ
洗浄装置

ウエット
エッチャ

Wet室：イエローエアシ
ャワーリソ室：イエロー

顕微
鏡

マスク
露光機

IPA
乾燥機

有機ﾄﾞﾗﾌﾄ

ウエハ
洗浄装置

ｳｴﾊ検査装置

超純水製造装置

マスクレス

更衣室

搬入室
拡散炉

シリンダ

ｷｬﾋﾞﾈｯﾄ

ＬＰＣＶＤ(D-polySi)
ＬＰＣＶＤ(ＳｉＮ４)

スパッタ装置酸化炉

低温ＳｉＯ２成膜装置

ＴＥＯＳ-ＣＶＤ

8ｲﾝﾁSi-DRIE

ＳｉＯ２-ICP
ｴｯﾁﾝｸﾞ装置
メタル-ICP
ｴｯﾁﾝｸﾞ装置

12ｲﾝﾁSi-DRIE

シリンダ

ｷｬﾋﾞﾈｯﾄ

ﾄﾞﾗｲ犠牲層ｴｯﾁﾝｸﾞ装置

ＴＫＢ８１２Ｆ設備配置図（約３５０ｍ２、クラス1000）i線-ステッパー

シリコン深堀り DRIE

ドライ犠牲層エッチャー

TEOS -CVD 装置

８インチ

８、１２インチ

８インチ

８、１２インチ提供できるMEMSプロセス工程

8,12インチ対応/後処理工程

ＥＢ
蒸着
熱処
理炉

ｳｴﾊ
to
ｳｴﾊ
接合装置

ﾁｯﾌﾟtoｳｴﾊ接 超音合装置 波顕微鏡
表面処 Deep-UV
理装置 照射装置

電気特性評価装置

薄膜応力
評価装置

Ｘ線ＣＴ

マルチ12ｲﾝﾁプローブ ｳｴﾊ
描画装置 分析
ＳＥＭ

測長ＳＥＭ

ＴＫＢ８１２Ｂ設備配置図（約１５０ｍ２、クラス1000）

開発したプロセス・デバイス
１．タッチエンス株式会社の３軸触覚センサチップの概要► ＭＥＭＳ技術により、2mm角のセンサチップ内に、圧力センサと２軸のせん断力センサが作り込まれた構造► 両持ち梁の上面及び側面にピエゾ抵抗層を形成する
ことで、基板面外へ構造を曲げ起こしすることなく、圧力及びせん断力を検出することが可能► 各力センサを両持ち梁のペアで構成して2ゲージ法とすることで、直交する軸のクロストークを小さくし、温度ドリフトを減少させることが可能
拡大図

ピエゾ抵抗の位置

8開発したプロセス・デバイス
２．タッチエンス株式会社の３軸触覚センサの仕様► 特徴：

圧力・せん断力の直接検出，外装材によるセンサ特性変化► 外形：
11mm角，厚さ2mm► 外装材：シリコーンゴム► 定格荷重： 40N （圧力）10N （せん断力）► 東京大学下山研究室の特許をベースに開発
ショッカクチップTM

ロボットハンド

携帯端末・ゲーム

自動車

スポーツ工学9開発したプロセス・デバイス【MNOIC8インチライン3軸触覚センサプロセスの特徴】①高選択比DRIEを用いたセルフアラインエッチングによる高精度梁形成②4方向側方イオン注入による梁側壁部への抵抗体形成③i-lineステッパーを用いたリフトオフプロセスによる高精度電極形成
2.0mm

①
③ ②

ウエハ全体写真

チップ写真2.0mm

ｸﾞﾘｰﾝｾﾝｻﾈｯﾄﾜｰｸﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ（SII)で開発したプロセス
塵埃センサデバイス

ALN圧電体薄膜で作成

ALN圧電体薄膜プロセスフロー

試作したデバイス

圧電係数d33が-3 pm/V

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UCoMSでの取り組み
・振動センサ・振動発電MEMSプロセス開発
工場インフラポンプ振動波形の特長（周波数成分に注目）
渦巻きポンプ

低周波数領域では高周波数領域では振動波形
立型ポンプ

振動加速度 [dB]0-10-20-30-4002000
正常なベアリング

4000
6000
周波数[Hz]

8000

10000

外輪に圧痕のあるベアリング

試作した振動及び発電センサ
異常診断できる周波数成分に感度を合わせたセンサ（マルチ共振周波数デバイスオンウエハ）

低周波数振動センサ（発電素子）（6mm角：30Hz（5μm厚SOI用））
低周波数振動センサ（発電素子）（10mm角：30Hz（10μm厚SOI用））

高周波数振動センサアレイ
5mm角に1，2，4，8，16kHzのセンサを集積

まとめ
MNOICは、環境センサ・発電用MEMSプロセス技術の提供開始。
MNOIC ８，１２インチMEMSライン）

発電デバイス

圧電薄膜形成装置

圧電薄膜評価装置

WLP装置
カンチレバー

モータ振動を利用した発電デバイス等

環境・IOTセンサ
ロボットハンド

インフラ（橋梁等）

携帯端末・ゲーム

自動車

スポーツ工学
Au-AuのC2W接合例

AlN/Pt/SiO2/SiのXRD結果例