本記事は , 文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業 技術スタッフ表彰について紹介するものです .

文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム 平成 27 年度技術スタッフ表彰 技術支援貢献賞

微細加工技術の開発～高温スパッタ法による圧電薄膜形成と厚板石英ガラスのドライエッチング～受賞者 京都大学 ナノテクノロジーハブ拠点 佐藤 政司氏に聞く
文部科学省ナノテクノロジープラット
フォーム事業では，全国の 26 機関が最先端設備の外部共用を行っている．設備の活用を支援しているスタッフを対象に，平成 26 年度から技術スタッフ表彰をしている．平成 27 年度の技術支援貢献賞 [1] は，京都大学 学際融合教育研究推進センター ナノテクノロジーハブ
拠点 主任高度専門技術職員である佐藤 政司氏の「微細加工技術の開発」が受賞した [2]．表
彰式は，2016 年 1 月 29 日に，東京ビッグサイトで開催された第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）で行われた．
今回，佐藤 政司氏を訪ねて，受賞された技（左）技術支援貢献賞の京都大学 ナノテクノロジーハブ拠点（右）副賞のバッジ 技術支援貢献賞

佐藤 政司氏術の内容や，ナノテクノロジーハブ拠点での技術支援の様子をお聞きした．

受けた後に技術職員の支援を受けながら利用者自らが作

１．京都大学ナノテクノロジーハブ拠点
先ず，佐藤氏が技術スタッフとして所属している京都大学のナノテクノロジーハブ拠点（以下，ナノハブと略称）（図 1）[3] について概要を伺った．

業を行う「技術補助」の形態をとっている．利用形態にはその他に，「技術相談」「機器利用」「技術代行」「共同研究」が選択できる．
平成 27 年度における微細加工ナノプラットフォームの支援件数は 168 件，外部共用率は 89% に上っている．こナノハブには 90 余種類の最新鋭微細加工装置と構造解の外部共用利用の 34% は民間企業である．微細加工装置

析装置，評価装置があり，産官学の研究者に対して開かれ群の利用料収入にナノテクノロジープラットフォームかた施設として運営されている．微細加工では 9 名の高度らの運営費を加えてナノハブが運営されている．

専門技術職員が利用者の実験試作を支援するだけでなく，大学院生や社会人向けに講義や実習指導も行っている．
開所は平成 23 年で，文部科学省の「低炭素社会構築に向けた研究基盤ネットワークの整備事業」で導入された微細加工・評価設備群がベースになっている．平成 24 年

２．受賞対象の微細加工技術 I：
高温スパッタ法による圧電薄膜の形成から文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業

佐藤氏は，京都大学ナノハブ拠点の平成 23 年開設時かに参画し，京都大学内の 3 拠点；①吉田キャンパス（微ら主任高度専門技術職員として参画し，新規導入装置の細加工装置群），②桂キャンパス（微細加工装置群），③立上げ，利用者への教育指導などに従事してきた．今回宇治キャンパス（微細構造解析装置群）を連携的に運営の技術支援貢献賞を受賞した「微細加工技術の開発」で，して，ナノテクノロジー研究開発の支援サービスを提供

第 1 のテーマである高温スパッタ法による圧電薄膜の形している．利用者の多く（90%）は，装置操作の指導を成技術についてお話を伺った．

NanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 3, 2016

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平成 27 年度技術ｽﾀｯﾌ表彰（技術支援貢献賞）-1

図1

京都大学ナノテクノロジーハブ拠点の概要

ナノハブには強誘電体の成膜装置として，図 2 に示す多元スパッタ装置を整備している．強誘電体に電圧を印加すると，結晶格子が歪んで物体の形状が変形する圧電効果が生じる．圧電効果は超音波振動子やアクチュエータに利用されており，たとえば微小ミラーを Si 基板上に2 次元配列し，各ミラーに圧電薄膜と電極をつけて電圧制御することで，望遠鏡の収差補正を 2 次元配列ミラーによる波面制御で実現する応用などがある [4]．
今日最も普及している圧電体は，高い圧電特性を有す
る PZT（ チ タ ン 酸 ジ ル コ ン 酸 鉛，Pb(Zr,Ti)O3） で あ る．
京都大学では従来から，RF マグネトロンスパッタリング法を用いた PZT 成膜技術に取組んできており，ナノハブにも多元スパッタ装置を導入した．本装置では 4 種のターゲットを多元カソードとして配置し，① PZT，② PLT（チタン酸ランタン鉛），③ Pt，④ Ti，を順次スパッタ成膜できる特徴がある．
スパッタ法での高品質な圧電薄膜の形成には，600 ～

図2

キヤノンアネルバ製多元スパッタ装置

800℃の高温成膜が不可欠で，本装置では図 3 の左上に描かれているように，基板ホルダー上部にランプによるるキヤノンアネルバ株式会社と協力して熱問題の対策を加熱機構を設けている．一方，多元カソード 4 基の内，1講じた．当初は Ni ベースの超合金であるインコネル製基だけを選択してスパッタできるように，図 3 左下に示の 2 枚のシャッターであった（図 3 右上）が，熱膨張係したように 2 つの円形穴が開いたシャッター 2 枚を 4 基数が小さいフェライト系ステンレス SUS430 に素材を変のターゲット上に設置し，夫々を独立して回転すること更し，さらに 1 枚のシャッターを 4 分割して熱変形が分でスパッタしたいターゲット上で 2 枚のシャッターの穴散する対策を施した（図 3 右下）．こうした対策により，が重なるように制御する．ところが，本装置の導入当初800℃での連続成膜ができるようになった．

はランプ加熱で高温にすると，シャッター構造部材や基ゲットによる積層成膜の各層に対して，膜厚・成膜温度・板ホルダーの熱変形が問題になった．
そこで佐藤氏は，多元スパッタ装置の製造メーカであNanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 3, 2016

このようにして高温成膜を実現した後，さらに 4 元ター
スパッタリングガスの Ar/O2 混合比などを最適化し，高文部科学省ﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ

平成 27 年度技術ｽﾀｯﾌ表彰（技術支援貢献賞）-2

い圧電特性を有する (001) 配向の PZT 膜質制御技術を確条件についても，ナノハブの標準レシピとして利用者に立した．図 4 は，X 線回折で膜質を評価した測定結果で，提供している．

上半分の赤色データが PZT 膜のものである．この制御技術はナノハブの標準レシピとして公開しており，大企業 7社を含む多くの利用者が試作に適用している．
ナノハブ拠点には多元スパッタ装置が 2 台有り，1 台は PZT 用，もう 1 台は KNN（ニオブ酸カリウムナトリウ

３．受賞対象の微細加工技術 II：
厚板石英ガラスのドライエッチング

ム，(K,Na)NbO3）の成膜に利用している．PZT は有害物

佐藤氏の技術支援貢献賞は，厚板石英ガラスのドライ質である鉛（Pb）を含んでいるが，高圧電性の代替え品エッチング技術も受賞対象であり，その技術内容についがないので RoHS 指令の適用は現時点では除外されていて説明いただいた．

る．KNN は鉛を含まない非鉛系圧電薄膜であり，環境完全面で優位の素材として注目されている．神戸大学

石英ガラスは光学レンズに使用されている透明な素神材である．一般のレンズでは，石英ガラスを球面加工

野 伊策教授の研究グループとの共同研究により，KNN 成し，光の屈折現象を利用してレンズで光を絞り込む．こ膜の最適化を行い，PZT と同様に (001) 配向の制御に成れに対し，光の回折現象を利用した回折光学素子（DOE:功した（図 4 下半分の青色データ）[5]．KNN の各種成膜

Diffraction Optical Element）では，石英ガラス板上に周

図3

図4

高温対応型 4 元スパッタ装置内のシャッター構造

X 線回折パターン：PZT の 600℃成膜（上），KNN の 750℃成膜（下）NanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 3, 2016

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平成 27 年度技術ｽﾀｯﾌ表彰（技術支援貢献賞）-3

期的に配列された溝パターンを形成し，溝の有無で光のエッチングレート低下の原因を，利用者である株式会進行波に位相差を生じさせる．この DOE 作製にあたり厚社タムロンと佐藤氏は協力して以下のように推定した．

板石英ガラスにサブミクロン深さのトレンチ溝加工がで

NLD-RIE 装置では，ステージ電極側がマイナスにバイアきないか，利用者から相談を受けた．

スされ，プラズマを石英基板に引き付けてエッチングし京都大学ナノハブ拠点には，図 5 に示す磁気中性線ている．本装置の基本仕様とは異なるサイズの基板では，

放 電 ド ラ イ エ ッ チ ン グ 装 置（NLD-RIE: Newtral Loop

基板ステージ上での面内インピーダンス分布が想定してDischarge-Reactive Ion Etching）があり，本装置で石英ガいた分布にはならず，プラズマが有効に石英基板に引きラスへのトレンチ加工に取り組んだ．

付けられないためにエッチングが進まないのではないか，

NLD-RIE 装置では，図 6 の断面構造に示すように，プと考えた．

ラズマ発生部の外部に 3 段の円筒コイルを設置し，中央そこで，この問題の対策として，知的財産に関係するのコイルに上下のコイルと逆方向の電流を流すことで中ため詳細は省略するが，追加治具を用意し加工した結果，央コイルの内側にループ状の磁場が 0 になる領域（磁気図 8 に示すように厚板石英ガラス板上で早いエッチング中性線）を生じさせている．磁気中性線領域で放電した速度が確認され，課題解決前と比べて 276 倍もの高速エップラズマは高周波電場（バイアス）で加速され，エッチチングに成功した．

ング加工が難しいとされる石英に対してもエッチングが課題解決前の初回エッチング加工の結果を見て，石英できると期待されており，図 7 は NLD-RIE 装置による石ガラス板へのトレンチ溝加工は困難であると考えていた

英の加工事例である．

が，現在は加工品質をさらに向上しようと高い期待を持っ

ところが，DOE 用基板である厚板石英ガラス板を従来て利用している．今後は、磁場中性線を発生させる磁場のエッチング条件で加工したところ，石英のエッチングコイルに流す電流を制御することなどで，更なるエッチレートが従来（～ 500nm/min）に比べて極度に低下した．

ングムラ改善に向けて取り組んでいる．

これでは希望の溝加工に長時間かかってしまう．

図5

磁気中性線放電ドライエッチング装置（NLD-RIE）

図7

石英エッチングの加工事例

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図6

図8

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NLD-RIE 装置の断面構造

石英ガラスのエッチングレート

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４．ナノハブ拠点での佐藤氏への今後の期待

参考文献[1] ナノテクノロジープラットフォーム，平成 27 年

上述したように，新規導入装置を立ち上げた後に，試度秀でた利用 6 大成果と技術スタッフ表彰者

作試料の条件や装置使用条件の違いから，案件毎に的確が決定！：http://nanonet.mext.go.jp/topics_

な技術支援が求められるケースが多い．佐藤氏はナノハ

gov/?mode=article&article_no=3086

ブ拠点の開設時から主任高度専門技術職員として従事し，[2] ナノテクノロジープラットフォーム，平成 27 年度

またそれ以前は京都大学大学院で博士課程の学生として技術スタッフ表彰「微細加工技術の開発」：http://

MEMS 分野の構造設計・プロセスの研究を行ってきた．
「そnanonet.mext.go.jp/research_support_award/H27_

うした経験の積み重ねを土台にして，装置原理・構造・Award_2.pdf

特性を深く理解する基本姿勢を貫きながら，新たに発生する技術課題に対して利用者，装置開発メーカと協力しながら対処しています．
」と佐藤氏は語った．

[3] 京都大学

ナノテクノロジーハブ拠点：http://www.

mnhub.cpier.kyoto-u.ac.jp/[4] 佐藤 政司，神野 伊策，小寺 秀俊，“ 高密度圧電佐藤氏のナノテクノロジープラットフォーム業務でのMEMS 可変ミラーの開発 ”，日本機械学会，マイクロ・現在の支援担当装置は，露光機（ステッパー），各種ドラ

ナノ工学シンポジウム 2010(2), pp.161-162 (2010-

イエッチング装置，各種蒸着装置，各種分析評価機器を10-12)含む 13 台である．着任以来，39 台に及ぶ装置の管理業[5] 黒川 文弥，横川 隆司，小寺 秀俊，佐藤 政司，柴田 憲治，務を経験された．ナノプラットフォームが企画する支援

神野 伊策，“ 非鉛圧電薄膜 (K, Na)NbO3 の微細加工技

技術者海外研修や技術支援者交流会に多数回参加してお術 ”，日本機械学会，IIP 情報・知能・精密機器部門

り，他機関の技術支援者との人的ネットワークを構築し講演会講演論文集 2013, pp.40-42 (2013-03-20)ている．そのため京都大学ナノハブ拠点未保有の装置類についても理解を深めており，ナノテクノロジープラッ※本文中の図は，全て京都大学

トフォーム事業全体を把握した最適プロセスインテグれたものである．

佐藤 政司氏より提供さレーションを提言できる．今後，技術支援スタッフとして益々の活躍を期待したい．

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（尾島 正啓）文部科学省ﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ

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