【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TT0034

利用課題名 / Title

宇宙探査機用Volume binary(VB) grating の製作法の開発

利用した実施機関 / Support Institute

豊田工業大学 / Toyota Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

光学顕微鏡/Optical microscopy,電子顕微鏡/Electron microscopy,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,MEMSデバイス/ MEMS device,ナノエレクトロニクスデバイス/ Nanoelectronics device

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

海老塚 昇

所属名 / Affiliation

理化学研究所光量子工学研究センター光端光学素子開発チーム

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

佐々木 実 教授、韓 剛 博士研究員

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TT-011：Deep Reactive Ion Etching装置（Boschプロセス）
TT-014：電界放出形走査電子顕微鏡（FE-SEM）(電子ビーム描画機能付属）
TT-006：マスクアライナ装置
TT-008：洗浄ドラフト一式
TT-009：シリコン専用の各種熱処理（酸化、拡散）装置一式

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

透過型で高いアスペクト比の石英ガラスの格子を持つVolume binary (VB) gratingを製作する方法を検討する。石英ガラスを直接プラズマエッチングできるアスペクト比の範囲を超えているため、最初にSi基板にBoschプロセス（サイクルエッチング）により高アスペクト比のシリコンの矩形格子を加工し、溝が貫通したシリコン格子を製作する。シリコン格子を石英ガラス基板の上に置き、シリコン格子全体を酸化させ、かつ石英ガラス基板と融着させる方法を検討する。

実験 / Experimental

両面研磨したSi基板に、格子周期4.0μm、幅2.0μm、深さ40μmの高アスペクト比（アスペクト比1:20）のシリコン矩形格子をBoschプロセスにより加工する。裏面からは広域のシリコン・エッチングを進めて薄くすることで、貫通シリコン格子を製作する。シリコン格子の表面から厚さ636nm のシリコンの酸化を狙い、酸化膜を生成し、その酸化膜を気相フッ酸エッチングにより除去する工程を 2 回繰り返してシリコン格子の幅を2.0μmから0.88μmまで細線化する。石英基板の上に厚さ200umのパイレックスの薄ガラス、その上に上記のシリコン格子を乗せ、酸化炉にて1100℃まで加熱して水蒸気を暴露させてシリコンを酸化する。

結果と考察 / Results and Discussion

シリコン格子の製作及び、シリコンを完全に酸化して透明な石英ガラス格子に変成する技術はほぼ確立した。しかし、シリコン格子とパイレックスの薄ガラス、パイレックスの薄ガラスと石英は互いに融着はするが、割れが発生する。そこで今後はパイレックスの薄ガラスの代わりにSpin On Glassのペーストを石英基板に塗布してその上にシリコン格子を乗せてシリコンを酸化する実験を予定している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

佐々木 実 教授と韓 剛 博士研究員には本プロセスによる石英ガラスVB gratingの開発に取組んでいただいた。本研究の石英ガラスVB gratingの開発は民間企業との共同研究における研究費の支援により推進された。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件