【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.07.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23TT0015
利用課題名 / Title
静電アクチュエータの開発
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）-
【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
アクチュエーター/ Actuator,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
山口 堅三
所属名 / Affiliation
徳島大学・ﾎﾟｽﾄLEDﾌｫﾄﾆｸｽ研究所
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 ,大槻 浩 ,花木 美香,中山 幸子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TT-005：マスクレス露光装置
TT-006：マスクアライナ装置
TT-011：Deep Reactive Ion Etching装置（Boschプロセス）
TT-033：MEMS用統合解析ソフト
TT-008：洗浄ドラフト一式
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
MEMS専門ではないが、マイクロ静電アクチュエータを研究に活用したいと考えていた。2022年度の学生研修がきっかけで、豊田工大の佐々木教授に相談しながら、典型的な静電櫛歯アクチュエータの試作を依頼した。試作が成功した際には将来的に、実習にて製作方法を習うことも合わせて依頼した。
実験 / Experimental
試作はSOI（Silicon On Insulator）基板の表と裏から、Si深掘りエッチングを行う、典型的なSOI-MEMSプロセスとした。デバイス層の厚さは60µmとした。丈夫な構造となる。また、アクチュエータ裏面のハンドル層構造を無くし空間とすることで、移動シャトルが貼り付くことを防いだ。合わせて、製作後のハンドリングで壊すことが少なくなる。この空間を作るためには、面積の大きな穴を作ることになるが、SOI基板の埋込酸化膜が厚く、強い圧縮応力が開放されることでデバイスを割って壊してしまう。これを避ける為に、フィラーと呼ばれる支え構造を入れる。フィラーは犠牲層エッチングの際に外れて無くなるため、最終デバイスにとっては関係なくなるものではある。研究応用は、ナノギャップ制御を静電アクチュエータで行う内容のため、アクチュエータ先端と向かい合う構造の微修正を加えた。
結果と考察 / Results and Discussion
図1は試作した静電アクチュエータアレイの一部を観察したものである。2種のアクチュエータデザインが合計72個並んだ17mm角チップである。上下または左右ペアにすることで、プローブにより駆動電圧を接続する電極一つに対し、２つのアクチュエータに接続するようにした。これによりデバイスアレイを小面積化した。図2は旧デザインである。図3は今回の新デザインである。アクチュエータ先端と向かい合う構造を、細く長いものにした。試作を進めたところ、フィラーが犠牲層エッチングで取れないことが観察された。この原因を探してSEM観察して得られたものが図4である。デザイン通りに加工出来た場合は図5のようになるはずである。ハンドル層のSiエッチングが210µmと深いため、エッチングが垂直ではなく、正のテーパが付いて、隣り合う部品とつながっていることが分かった。この対策として、フィラー周辺の加工溝幅を広げるデザイン変更を加えた。これにより上記問題は解決した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1：試作した静電アクチュエータアレイ
図2：旧デザインのマイクロアクチュエータ先端部
図3：新デザインのマイクロアクチュエータ先端部
図4：フィラーが周辺部とつながった不具合の様子
図5：プロセスデザイン通りに加工出来た場合のフィラーと周辺部
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
- Binchun Tsai, Kenzo Yamaguchi, Kuang-Jau Fann, Minoru Sasaki, "Bipolar driving for accurate displacement control of electrostatic microactuator", 16th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials / 17th International Conference on Plasma-Nano Technology and Science, (2024.3.5, Nagoya) P1303
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件