武田先端知ビルスーパークリー
ンルーム・ナノテクノロジープラッ
トフォーム関連活動報告
三田吉郎
東京大学 大学院工学系研究科 電気系工学専攻 准教授
文部科学省ナノテクノロジー・プラットフォーム 東京大学微細加工拠点「超微細リソグラフィー・ナノ計測拠点」マネージャ
大規模集積システム設計教育研究センター 協力教員
mita@if.t.u‐tokyo.ac.jp
2017 MITA, Yoshio

1

東大武田先端知SCR微細加工拠点• 「クラス１」スーパークリーンルームと• 「高速大面積電子線描画装置」を始めとした一流の装置群を• 登録650～750名、実利用400名の仲間と共に利用できる微細加工拠点
さらに• 微細構造解析拠点と隣接、密接な連携• 大規模集積回路との融合プロセス開拓が順調– 商用プロセスによる安定したVLSI試作＋武田SCRでの先端微細加工の「いいとこどり」：世界的に注目2017 MITA, Yoshio
2東京大学武田先端知ビル設立経緯• 経済活動で得た富を生活者のための研究活動へ還元し、より豊かな社会を創りたいという趣旨により、武田郁夫氏（現アドバンテスト創業者・故人）による寄付• 寄付先：工学系研究科（小宮山宏研究科長）と大規模集積システム設計教育研究センター（浅田邦博センター長）「武田を産学連携の出島にしたい」（小宮山先生（当時））• 2003年竣工• 東大初の個人名を正式名称に冠する建物• 「工学部 先端知高度機能デバイスラボラトリーズ」積年の願い「開かれた共同利用スペースとしてのクリーンルーム」• VDECと工学部の協力のもと自助努力的に運用を開始した• 2015.3までに2432名延べ登録。750名登録450名利用。
• 2016年度年間決算1.86 億円
2017 MITA, Yoshio

3MEMS研究にはだかる壁: 技術アクセス

単純に上記写真のような面内振動MEMSデバイスを作るのに必要な装置は…

2017 MITA, Yoshio

4MEMSは装置産業..
2nd:建物
1st:土地確保

3rd:Cleanrooms
4th:インフラ

長期間の投資が必要
5th:装置

6th:優秀なエンジニア

2017 MITA, Yoshio

5長期間投資の中身：• 資金（当然）と、時間MEMSラインに必要な予算:• クリーンルーム設置• 装置導入• エンジニアの雇用・訓練• …これを維持し続ける（より重要）時間:• 最低2年• 最低2年• 最低2年• 毎年…

要するに,新しいマイクロシステムのアイディアを試し実効性を示す前に巨額の投資によるクリーンルームがあらかじめ整備・維持できていなくてはならない(YOU must) get prepared and maintained expensive cleanroom
BEFORE you try new idea on microsystems.
2017 MITA, Yoshio

6

ナノテクノロジー・プラットフォーム
Hokkaido U. Toyota TI
Tohoku U.
Nagoya• 文部科学省10 年プロジェクト
AIST
Kyoto U.
• 1.67B yens/year
NIMS
Osaka U.
• Nationwide Open Facility Platform Tsukuba Univ. Kagawa U.
• Deeply inspired by US’s NNIN (, RTB). Univ. of Tokyo Hiroshima U.
Yamaguchi U.
• Fields: Fabrication, Analysis, Chemical Waseda U.
Synthesis
TITechFAIS• Open to Industry, Research Institutesand Universities• 利用形態：装置利用、技術代行、技術支援、技術相談 (各拠点の方針依存)• 1st phase: 2002‐2007 (5 拠点)
2nd phase: 2007‐2012 (13 拠点)
3rd phase : 2012‐2021(16 拠点)
2017 MITA, Yoshio

L1 文科省L2 JST/運営統括会議
L3 センター機関（NIMS）
L4 代表機関（京大）
L5 代表者会議（北大・東北・東大・NIMS・AIST）
L6 コーディネーター（京大・AIST）
7
L7 実施機関（16機関）

【（ナノプラットのレゾンデートル（三田編）】

ナノテク新規事業にはだかる3つの壁①場所と装置の取得（超大型予算）②環境の立ち上げ調整③維持管理（教育・ランニングコスト）
大型予算が付いたとしても、軌道に乗るには軽く4，5年かかる
維持には毎年億を超える費用が継続的に必要。

ナノテクプラットフォームにより①最新の装置を使える場所が公開され②装置は良く維持管理調整され③廉価に利用できる研究開発の迅速な立ち上げが可能となった
2017 MITA, Yoshio

8The University of Tokyo Nanotechnet Platform Center
High‐Throughput Fine Litohgraphy

可変整形ビーム
電子線描画装置

ウエットプロセス用ドラフト
各種ウエットプロセスに対応（アドバンテストF5112改造機）
・高スループット（平均露光時間１時間未満）
・精度100nm以上
・各種サイズ・材質の基板に対応（最大８インチ）

超高圧電子顕微鏡（JEM‐ARM‐1250）

透過型分析電子顕微鏡（JEM‐2010F）

フォトマスク用自動現像装置
自動ウェットエッチング装置

0.1nmの原子直視型超高圧
透過型高分解能電子顕微鏡

電解放出型電子銃。EDS，EELS，STEM‐HAADF観察が可能。

&Submicron Deep‐Structure

汎用透過型電子顕微鏡群

シリコン深掘りエッチング装置（Alcatel AMS100）
アスペクト比100対応のMEMS
用エッチング

汎用反応性プラズ
マエッチング装置（アネルバ L501D）
各種サイズ・材質に対応

Manager: Mita
Takeda SuperCleanroom (VDEC) 2017 MITA, Yoshio

高分解能FE‐SEM

東京大学・
日本電子産学連携室
装置を最高の状態にキープ（JSM 7000F）

Manager: Dr. Nakamura
Nano Engineering Center 9

武田先端知スーパークリーンルーム•••••

2004年稼動
VDECと工学部に対する武田郁夫氏個人からの寄付
連邦基準「クラス１」600m2 の《山手線内で唯一》都市型クリーンルーム
東大内で実質的に唯一の「共同利用を前提としたクリーンルーム」
工学系【53%】とVDEC【47%】で共同管理

2017 MITA, Yoshio

Class 100 part

10 10

“Open2 Cleanroom”• Open‐use• 整備されたクリーンルームを場所貸し提供• Open‐access (to apparatus)• 電子線描画装置などの「単独では取得維持困難な」装置• Open‐access (to technology)• 世界的にもユニーク・高性能なレシピを惜しげもなく公開

DRIE(Behind)↑EB(Next room)2017 MITA, Yoshio

11 11武田先端知装置増強のストラテジ• 超純水装置• 平行平板RIE• 企業からの寄付
EB描画装置• VDEC運営費交付金（まれに）補正予算

自動現像装置

ボンダー群

コーター

ダイサー

深掘り
ICP装置

振動解析装置• 研究室・学科とのコラボレーション• FIRSTプログラムやGlobal COE（電気系・機械系他）• 企業からの貸与• アンテナショップとしてのメリット
2017 MITA, Yoshio

ステルスダイサー

12電子線描画装置• ADVANTEST F5112+VD01• アカデミック唯一・世界一の装置• 欠片～8インチ対応• レジスト種類豊富（60nmL/Sから、2.6μm厚まで）• 自動現像装置（EVG101）
マスク自動エッチング装置（APTCON)2017 MITA, Yoshio

13

2014.3 新型「大面積超高速電子線描画装置」
導入• ADVANTEST F7000S‐VD02• 3rd Generation Machine: Character Projection• 1Xnm‐node top resolution over 8‐inch wafer (any materials OK)
EB source
Lens
Scanner
1st aperture
Stencil

ABCDEF

2nd apertureF

1 generation:
1.Gaussian
Gaussian Spot Beamst

1.Gaussian

2.VSB

2nd generation:
Variable Shape Beam

2.VSB

3.CP

3rd generation:
Character Beam2017 MITA, Yoshio

3.CP

14

1㎜角：20秒“入れたら出てくる”
６インチ角全面描画を「当たり前に」実行中

描画例• φ230nmのホールパターン（CP露光）• 10mm角エリアにしきつめた露光時間30分以下(ホール総数：7億個）

F7000S‐VD02 (50kV) CP exposure

写真

SEM写真

2017 MITA, Yoshio

断面SEM写真15

深掘りプラズマエッチャー• SPTS MUC‐21 ASE‐Pegasus• 4インチ対応（8インチも導入可）• レシピ豊富（ウエーハ打ち抜きからサブμm迄）（レシピ調整手法をほぼ習得）＋汎用ICPエッチャー3台
ULVAC CE‐300I（4’ フッ素系）
ULVAC NE‐550 （4’8’汎用）
ULVAC CE‐S（8’塩素系）
2017 MITA, Yoshio

10μm 16

武田先端知SCRの運営ポリシー
L’union fait la force

数は力
仕組み:
・利用者の所属による「差別全くなし」
・VDEC管轄の装置は全て共同利用装置の「Open2ポリシー」によって賛同者・利用者数を増やすことで、全ての構成員に満足をもたらす。

メリット:・無駄の削減：高価な薬品もまとめ買いで使いたいときに使いたいだけ使う・装置の効率的稼動：個々人はめったに利用しない装置でも整備提供可能
究極:2017 MITA, Yoshio
17
・一人一人のユーザーに、産学連携のコアになってもらう（100人の10歩）

※1本（1/4ガロン）150万円⇒１ピペット1550円で小分け“数は力”のメリット例：電子線レジストの整備
F5112+VD01での描画例

EB resist name

TypeThickness

res. 1:1L&S

res. one
trenchOEBR‐CAP112

posi

1～2.5μm

500nm～200nm

OEBR‐CR01P

posi

100nm

80nm

50nm

FEP‐171

posi

200nm

100nm

OEBR‐CAN028T2PE 2.2cP

nega

100nm

70nm

OEBR‐CAN028T2PE 3.1cP

nega

300nm

80nm

ZEP520A

posi

400nm

100nm

ZEP520A‐7

Posi

200nm

50nm
2017 MITA, Yoshio

50nm

18

東大拠点の特色２：新規テクノロジの利用• High Aspect Ratio Nano Structure (HARNS)

sub‐100nm to 1μm

30nm – 100nm

1μm – 500 μm
aspect ratio
up to100 (5‐100 μm)

Narrow & Shallow

Narrow& Deep

Wide & Deep

VLSI

“More‐than‐VLSI”

MEMS

2017 MITA, Yoshio

19Sub‐micron Silicon Grating at
U.Tokyo‐VDEC Platform

F.Marty et.al, Microelectronics Journal, Circuits and2017 MITA, Yoshio
Systems section, Vol. 36, pp.673‐677 (2005.06)

20

ナノテク利用法
ナノテクフィールド

ゴール

支援員

ゴール

支援員

ゴール

利用者

利用者

利用者

機器利用
自分で操作してゴールを直接狙う

技術代行
支援員が代理でゴールを狙う

技術補助
支援員のアシストでゴールを狙う

利点：自分で学べる・
時間の自由・安い単価
欠点：狙いが当たるま
でにはそれなりに経験（と失敗回数）が必要

利点：狙いがより正確
欠点：費用が上乗せ
自分自身のスキルアップにつながりにくい2017 MITA, Yoshio

利点：機器利用＋技術
代行のベストマッチ
欠点：費用が上乗せ
支援員との日程合わせ22
支援員の継続雇用

Backend

2017 MITA, Yoshio

NanoTech Team 2016
Part‐Time Student Assistants☆

Pr. Shinobu Ohya

Cleanroom
Management Le Duc Ainh
Yoshio Nakamura

Frontend

Eric Lebrasseur☆

Equipment
Maintenance,Condition
tuningAyako Mizushima ☆

Kimihiiko Hirosawa☆

Makoto Fujiwara ☆
Tomoki Sawamura

Blank
Mask

Noriko Kawai
Dean Secretaries

Kaworu Watanabe☆

Admin.
ManagementGoalOperation
Manuals
Development,Infrastructure
Maintenance

AssistanceofUsers

User

Etsuko Ohta ☆

WEB

Nanotech Field
Pr. Yoshio Mita
Ph.D Students (Okamoto,Usami)

Nanotech
Network
Permanent
Professor

Kawasaki
BranchNanotechResearcher

NanotechTechnician

Student
Technician

Part‐time
Administrator

Permanent
Engineer

Ph.D
23Studentsクリーンルームチーム組織図2016.10.01

東京大学総長ナノテク加工拠点の長

大学院工学系研究科

大規模集積システム設計教育
研究センター長 浅田邦博

総合研究機構CADサービス部門

LSIファウンドリ部門

藤田教授
名倉特任准教授
松本助教

池田教授（協力講座）
高宮准教授（生研）
飯塚講師
新助教

島本直伸 研究員☆
大西廉伸 研究員☆

LSIテスト部門

クリーンルーム部門
三田准教授（協力講座）

池野特任講師（寄付講座）

河井哲子 事務補佐員（教官室・予算処理）

ナノテクノロジープラットフォーム 微細加工拠点

全国コーディネータ
エリックルブラスール研究員☆
藤原誠 研究員☆
水島綾子 学術専門職員☆
太田悦子 学術専門職員☆
近藤尚子 技術補佐員☆

フルタイム技術支援

渡邊かをる 事務補佐員☆
（受付・請求・報告書・フォトマスクブランクス作製）

クリーンルーム
管理室電子顕微鏡大矢忍 准教授
レディックアイン 助教
澤村智紀 技術職員
広沢公彦学術支援職員☆
中村美雄学術支援職員

低炭素ハブ（岡本有貴（MERIT））瀬戸口良太(M２学生) ☆
竹城雄大(M1学生) ☆山田健太郎(B4学生) ☆
ナノプラット微細佐藤昇（新川崎） 技術補佐員☆
CR維持管理 構造解析拠点（宇佐美尚人（D1））

事務局・装置維持（＋技術支援）☆：ナノプラット雇用

ナノ工学センター2017 MITA, Yoshio

密接連携
24

武田SCR現状での成果15年で利用研究室規模×１０倍（21⇒217）
特に企業の申し込みが増加中

2017 MITA, Yoshio

25

共用事業17年の成果①：研究室×10倍• 2000‐2004：学内21研究室• 2012‐2016：学内外217研究室（研究PJ：213，教育：４）
自部局, 4 教育目的, 4先端研, 1生研, 4

学内（他部局）, 34

マテリアル, 4大企業, 37

中小企業, 19
新領域, 1電気系, 4情報理工, 1総合, 1システム
量子, 1

学内（工学系）, 43

他大学（国公立）, 44

機械系, 3化シス, 1

NPO法人, 1
公的機関, 13

2000‐2004：学内21研究室

他大学（私立）, 18

2012‐2016：学内81研究室、学外132研究室
2017 MITA, Yoshio

26東京大学の登録研究室分布• 2000‐2004：学内３部局２附置研• 2012‐2016：学内５部局３附置研３センター
素粒子, 2

低温セ, 1VDEC,4機械系, 10先端研, 5

先端研, 1生研, 4地震研, 1

マテリアル, 7マテリアル, 4生研, 9電気系, 6

新領域, 1

電気系, 4

情報理工, 1
総合, 1システム
量子, 1総合文化, 2新領域, 1総合, 4理学系, 8機械系, 3応化, 3化シス, 1物工, 3情報理工, 5航空, 1建築, 1精密, 3化生, 1

システム量化シス, 1子, 1

2012‐2016：学内81研究室

2000‐2004：学内21研究室
2017 MITA, Yoshio

27

バイオ,2

最近の傾向：他部局・学外・企業の登録が増加（特に企業）登録研究室の推移
50
他大学（国公立）45

学内（工学系）

40

大企業

研究室数

35

学内他部局

30
25

中小企業
他大学（私立）

20
15

公的機関

10
5
1
10
19
28
37
46
55
64
73
82
91
100
109
118
127
136
145
154
163
172
181
190
199
208
217

0

登録順番
※時間軸ではない

ナノテク拠点としての認知度向上⇒産学連携に向けた内圧がいよいよ高まる！！
2017 MITA, Yoshio

28

2017 MITA, Yoshio

成果②産学官からの幅広い登録・利用••••研究室213 +教育4
登録者740
新人331
計2763 名/12年(2017.01)
ポイント：
研究室がどこにあっても武田を使い続けることで切れ目なく学術成果が出る• 研究の超高速スタートアップ• 研究者のモビリ
ティ確保に大きく貢献

29

共用事業の成果③：多数の学術成果(Counted on Declarations Base)

Year2012
2013
2014
2015
TotalJounal
114
92
75
61342

Conference Patents
118
149
210
1896662017 MITA, Yoshio

789832Press
Releases
4510
423

Awards616
7124130

世界的に注目される拠点へ成長中
Sweden: Myfab
Scotland: SMC, U. Edinburgh
England: U. Southampton
France：Recherche Technologique de Baseby Ministry of Higher Education and Research
5 RENATECH institutes (CNRS)+LETI(CEA)

US：National Nanotechnology
Coordinated Infrastructure
Head: Georgia Tech. 16 Universities

Japan：Nanotechnology Platform
Head：Kyoto Univ. 13 Univ.+2 Institutes+1 public

2017 MITA, Yoshio31

(ビデオレター１：エジンバラ大学）• Anthony Walton教授• Scottish Microelectronic Centre (2000‐)

http://www.vdec.u‐tokyo.ac.jp/20shunen‐data/VDEC‐Walton20170120.html

2017 MITA, Yoshio

32

(ビデオレター２：仏CNRS‐RENATECH）• Michel de Labachererie 教授• CNRS/FEMTO‐ST研究所元所長（ブザンソン市）• RENATECHコーディネータ
http://www.vdec.u‐tokyo.ac.jp/20shunen‐data/VDEC‐Renatech20170120.html

2017 MITA, Yoshio

33フランスCNRS‐RENATECHから見た東大拠点• 東京大学（三田）が先導しプラットフォーム国際交流• JSPS‐CNRS二国間交流（セミナータイプ） 2015‐2016• 日本の微細加工拠点の中で東大拠点は特に高評価• 評価点：クリーンルームのクラス（格）、利用数、運営

2016.11.05東大拠点訪問
2017 MITA, Yoshio

34フランスとのシステム比較：技術面• フランス流：テクノロジとサイエンスを分けて考える• テクノロジを拠点に残す・学術成果は利用者のもの• 技術代行に安住する研究者が多い/学生には技術補助・機器利用
研
究研
究研
究研
究研
究研
究研
究研
究研
究研
究

テクノロジープラットフォーム• （これまでの日本流）テクノロジとサイエンスとが研究室毎に分散配置• 学生の卒業＝技術の断絶
研
究研
究研
究テクノロジ

研
究研究室研
究研
究テクノロジ

テ研
究研
究研
究研
究テクノロジ• （東大武田流）共通テクノロジと個別先端テクノロジの「いいとこどり」
研
究

研
究

研
究

個別テクノロジ2017 MITA, Yoshio

研
究研
究研
究

個別テク個研
究

研
究

研
究

研
究

個別テクノロジ

テクノロジープラットフォーム

35

武田「互助会活動」10年の結果と展望
チャンバー• 学内外213研究室が「同じ釜で実験を行う」共同体が形成された⇒ 潜在的研究コミュニティの自発的成長• 150篇を超す「報告書」が毎年蓄積されている ⇒ 利用者のコアコンピタンスの自動収集スキーム（武田ポートフォリオ）
pros 一線の研究者が研究テーマと共に続々利用を求めてきている状態
limit 定まった個別の利用目的を持っており、必ずしも利用者同士の交流は無い
これを利用して• 「上位レイヤー」としてのトップダウン研究を多数呼び込み• 案件ごとにベストのフォーメーション「ドリームチーム」を形成し• チーム構成員の学問的コンピタンスと、「利用支援」によって継続的に蓄積された運営チームの先端試作ノウハウとを融合「クロスブリッジ」することで• 課題を短期間に解決する 2017 MITA, Yoshio
36

新規方向を探索中：
VDEC+武田SCRによる高性能集積化MEMS• 0.6μm、5V系CMOS VLSI （最大15mm 角）• 6インチウエーハで提供• CMOS 回路を「ユーザが提供した」ウエーハの上に焼いてくれる• テスト済ウエーハ: 活性層厚9μｍ、25μｍ、50μｍSOI基板、オフセット基板• 廉価。相乗りによりさらに廉価。

Silicon SubstrateStandard Bulk VLSI2017 MITA, Yoshio[pub 2] Open to Occidental Countries as well

Back Side
Isolation Layer
on SOI wafer

37

VDECの相乗り試作＋武田SCRオープンプラッ
トフォームでの後加工• 新規デバイスの創造が可能• VLSIを「信頼性の高いp/n型半導体材料として利用」（逆転の発想）
研究者A

相乗りデザイン

武田CR

研究者B

大面積微細加工で特殊機能素子を作
製協力会社

…
研究者P

トランジス
タ工程
2017 MITA, Yoshio

38Application to Series Connected P‐N Junction• Convert Low‐V (0.4V) Junctions to High‐V PV Cell (n ×0.4V)

GND

Aluminum Wirings(Made by LSI Foundry)

Outputnode

P‐N Junctions(Made by LSI Foundry)
Isolation Layer
Mesa Isolation Trenches(Post‐Processed at University)

Silicon Substrate2017 MITA, Yoshio

39研究例：CMOS集積化高電圧太陽電池

10 μm

Mesa‐isolated1 mm
2017 MITA, Yoshio

Connected witha bridge structure40

実用に足る素子特性（開口率76.7％）を大学のクリーンルームで得られる
Illuminated with LED (Green)
ISC = 976 nAJSC = 1.72 mA/cm2

FF = 76.7%

Pmax = 43.3 μW

VOC = 57.9 V

2017 MITA, Yoshio

41ご利用・ご相談をお待ちしています
Mail: mita@if.t.u‐tokyo.ac.jp• ちょっとした化学処理をやりたい方（フッ酸処理、洗浄、RIE）• ちょっとした微細描画をやりたい方（50nm→20nmへ。丸や曲線も可）• ちょっとしたシリコン加工をやりたい方（深掘りRIE）• ちょっとしたLSI融合システムを作りたい方（CMOS‐MEMS）• 要するに：一品ものの微小センサ・デバイスを作りたい方

2017 MITA, Yoshio

42