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MEMSマテリアルの最新技術
Advanced Technology of MEMS Material
[コードNo.2007T588]

■監修/ 江刺正喜(東北大学 教授)
■体裁/ B5判 368ページ
■発行/ 2007年 11月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)

MEMSに使われる新たな材料(CNT、SiC、サファイア、ポリマー等)が注目!
MEMSに関わる材料から製作、デバイス、周辺技術、応用と各々の章を紹介!
これからMEMS技術を始めるのに、最高の技術書!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行のねらい
 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)は、集積回路の製造に用いられる半導体微細加工技術を発展させて、ある程度立体的な加工を行う「マイクロマシニング」技術で製作される。電子回路だけではなく、微細構造体や、感じるセンサ、機械的に動くアクチュエータなどの要素が、シリコンチップ上に一体で作られて高度な働きをし、システムの重要な部分に使われている。「マイクロマシニング」の研究は1970年頃に米国スタンフォードの電気工学科で始まり、圧力センサとして初めに実用化された。1987年頃からMEMSと呼ばれるようになった。電気、機械、光、材料など多様な技術の組み合わせで作られ、また自動車・家電、情報・通信、製造・検査、安全・環境、バイオ・医療など広い分野に使われる。本書「MEMSマテリアルの最新技術」では、それぞれの専門家にご執筆頂き、MEMS材料、MEMSの製作、MEMSデバイス、MEMS周辺と応用のそれぞれの章をご執筆頂いた。構造材料としてもまた機能材料としても、材料はMEMSにとって重要な要素であり、それを中心に据えて関連した最新技術の話題を提供する。
 MEMSは小さいことや多くの要素を集積化できることなどの利点を生かして大いに役立っているMEMSもあれば、論文だけで終わってしまい役に立っていないMEMSや、多くの知識の組み合わせであるために情報が伝わらず誤りが繰り返されているMEMSなどもある。役に立っているMEMSは加速度センサやミラーアレイのようにパッケージングされているもの、あるいはインクジェットプリンタヘッドのように内部からの液を扱うため、ごみなどが入らないもの、浮上したりして接触部を持たないものなどである。役に立たないMEMSや難しいMEMSとしては、露出したものや内部に汚れが入る恐れのあるもの、接触部を持つものなどであるが、特に静電アクチュエータや容量型センサなどの場合には、絶縁膜が電極間にあると帯電のため役に立たない。また血液の分析チップなどは、ベッドサイドでの診断などでは精度管理の点で使用が難しいが、家庭で健康管理するためにスクリーニングする場合なら、病院で再検査するために厳しい精度管理の必要が無い。このように、実際に現場で使われる状況を考えた開発が重要である。また絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ(FET)を用いた化学センサなどの場合に、電解液中では蛋白などの大きな分子の吸着を検出しようと思っても、それによる電界は液中のイオンで遮蔽されるため、その検出は難しい。またPdをゲートに用いたFET型の水素ガスセンサなどでは酸素や水分も影響するため、それらが共存する雰囲気では使えない。しかし以前に行われた研究を知らずに誤りが繰り返されており、これも多様なこの分野での問題点と言える。過去から現在への流れの中で正しいMEMS開発の在り方を知らなければならない。そのような意味でも知識の集積・活用は特にこの分野では重要である。MEMSは応用で意味のある技術と考えられ、この書が産業に結びつく先行研究に役に立つことを願う次第である。
(「はじめに」より)
2007年11月 東北大学 江刺正喜

執筆者一覧
江刺正喜東北大学 大学院工学研究科付属 マイクロ・ナノマシニング研究教育センター センター長、教授
小林健(独)産業技術総合研究所 先進製造プログラム研究部門 研究員
前田龍太郎(独)産業技術総合研究所 先進製造プログラム研究部門 主幹研究員
小野崇人東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 准教授
田中秀治東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 准教授
木村重夫(株)山武 マイクロデバイス生産開発部 研究開発グループ 課長
植田敏嗣早稲田大学 情報生産システム研究科 教授
小野禎之日本化薬(株) 機能化学品研究所 技術開発グループ 研究員
毛利護ニッコー(株) 技術部 研究課 主席研究員
佐々木実豊田工業大学 大学院工学研究科 教授
平井聖児ものつくり大学 技能工芸学部 製造技能工芸学科 准教授
田中雅彦住友精密工業(株) 産業システム事業部 マイクロテクノロジー・プロセス部 部長
水口武サムコ(株) 開発部 機器開発課 係長
平本道広サムコ(株) 開発部 プロセス開発課 課長
辻理サムコ(株) 代表取締役 社長
近藤和夫大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系化学工学分野 教授
Shari FarrensSUSS MicroTec Inc.,Chief Scientist
Hiroyuki IshidaSUSS Micro Tec KK.,Application Manager
内山直己浜松ホトニクス(株) 電子管営業部 営業技術 専任部員
澤田廉士九州大学大学院 工学研究院 システム生命科学府専攻
日暮栄治東京大学大学院 工学系研究科 精密機械工学専攻
前中一介兵庫県立大学 大学院工学研究科 教授
櫻井俊二サイタイム(株) カントリー・マネージャ
鈴木健一郎立命館大学 理工学部 マイクロ機械システム工学科 教授
添田富男ノウルズ・エレクトロニクス・ジャパン(株) 営業 セールスディレクタ
上田譲日本信号(株) ビジョナリービジネスセンター MEMS事業推進部 係長
吉田和司松下電工(株) 新規商品創出技術開発部 EMITデバイス開発部
石川智弘広島大学 半導体・バイオ融合集積化技術の構築プロジェクト 特任准教授
高橋宏和パイオニア(株) 総合研究所 高機能デバイス研究部 主任研究員
小田直樹日本電気(株) 誘導光電事業部 エグゼクティブ エキスパート
戸津健太郎東北大学 産官学連携推進本部 事業化推進部 助教
阿部宏(株)エーシーティー・エルエスアイ 代表取締役
高田忠司大日本スクリーン製造(株) メディアテクノロジーカンパニー 製造統轄部 第一技術部 技術一課 課長
竹田宣生INDEXテクノロジーズ(株) 執行委員 技術開発担当
Tom NewmanMicronic Laser Systems, Inc., Strategic Programs,Director
芳賀洋一東北大学 先進医工学研究機構(TUBERO) 准教授

構成および内容
序章MEMSの基礎と応用(江刺正喜)
第1章MEMS材料
1圧電薄膜(ZnO、AlN、PZT)(小林健、前田龍太郎)
1.1概要
1.2ZnO、AIN薄膜を用いたFBAR
1.2.1緒言
1.2.2AIN薄膜の比較
1.2.3c軸配向性AIN薄膜の作製
1.2.4AIN薄膜を用いたチューナブルキャパシタ
1.3PZT薄膜を用いた圧電マイクロ光スキャナの開発
1.3.1緒言
1.3.2PZT薄膜、PZTカンチレバーの基本特性
1.3.3圧電マイクロ光スキャナの開発
1.4結言
2カーボンナノチューブ(小野崇人)
2.1カーボンナノチューブ(CNT)とは
2.2カーボンナノチューブの合成方法
2.3カーボンナノチューブの応用
3SiC(田中秀治)
3.1はじめに
3.2堆積技術
3.3エッチング技術
3.4表面マイクロマシニング
3.5ロストモールディング
3.6デバイス応用例:圧力センサ・真空センサ
3.7おわりに
4サファイア(真空圧力センサ)(木村重夫)
4.1概要
4.2はじめに
4.3サファイアの材料特性
4.4サファイア圧力センサ素子
4.4.1センサ素子構造
4.4.2圧力検出原理
4.4.3センサ素子製作技術
4.5サファイアセンサ用パッケージング
4.6サファイア高温隔膜真空計
4.7おわりに
5水晶(植田敏嗣)
5.1α水晶の結晶構造とエッチング異方性
5.2α水晶のエッチング異方性
5.3α水晶の機械的性質
5.3.1機械強度
5.4むすび
6ポリマー(含むレジスト材料、貼付材、保護材)(小野禎之)
6.1はじめに
6.2永久膜レジスト「SU-8 3000シリーズ」
6.3SU-8 3000シリーズの関連製品
6.3.1永久膜レジストフィルム「XP FILM TRIALシリーズ」
6.3.2アンチモンフリー永久膜レジスト「XP SU-8 3000AFシリーズ」
6.3.3ナノインプリントレジスト「XP SU-8 3000NIL」
6.4アルカリ現像型剥離レジスト「KMPR-1000シリーズ」
6.4.1リソグラフィー特性
6.4.2ドライエッチング特性
6.4.3めっき特性
6.4.4狭ピッチ対応剥離液
6.5リフトオフ用下層レジスト「LOR」,「PMGI」
6.6おわりに
7LTCC基板(毛利護)
7.1はじめに
7.2LTCC
7.2.1LTCCとは
7.2.2LTCCの採用例
7.2.3LTCC材料
7.2.4製造プロセス
7.2.5設計ルール
7.3ウエハレベルパッケージ用インターポーザにおけるLTCCの可能性
7.3.1シリコンとの熱膨張整合
7.3.2貫通配線ならびに多層配線
7.3.3ハーメチックシール
7.3.4無収縮プロセス
7.4応用事例
7.5おわりに
第2章MEMSの製作
1レジスト塗布・露光技術(佐々木実)
1.1はじめに
1.2光学的な原理
1.3化学増幅型レジスト
1.4厚膜レジストによる立体構造製作
1.5立体サンプル上へのレジストプロセス
1.6おわりに
2エッチング技術(平井聖児)
2.1異方性エッチング
2.2反応メカニズムに関する提案
2.3MEMS設計支援のための形状シミュレーション
2.4おわりに
3ドライエッチング(田中雅彦)
3.1シリコン・プラズマエッチング技術の歴史
3.2MEMSにおけるシリコン・プラズマエッチング
3.3高速・高選択比プロセス
3.4高アスペクト比対応技術
3.5SOIノッチフリープロセス
3.6低側壁荒さプロセス
3.7テーパーエッチング
3.8その他の材料のプラズマエッチング
3.9酸化膜犠牲層のドライエッチング
3.10MEMSドライエッチングの課題
4SiO2、SiNプラズマCVD技術(水口武、平本道広、辻理)
4.1はじめに
4.2プラズマCVDシステム
4.3CモードによるTEOS-SiO2膜のMEMS応用
4.3.1TEOS-SiO2膜成膜速度
4.3.2TEOS-SiO2によるステップカバレッジ
4.3.3TEOS-SiO2の膜応力制御
4.4AモードによるSiH4-SiN膜によるMEMS応用
4.4.1SiH4-SiN膜の成膜速度/屈折率と均一性
4.4.2SiH4-SiN膜の応力制御
4.4.3SiH4-SiN膜のステップカバレッジ
4.4.4成膜速度、屈折率、膜応力の再現性
4.5おわりに
5微小めっき技術(近藤和夫)
5.1バンプめっき
5.2三次元実装の貫通電極形成
5.3微小めっき技術の将来展望
5.3.1Cu配線、Ag配線
5.3.2半導体デバイス、貫通電極
5.3.3MEMSへの展開
6Wafer Bonding Technologies and Strategies for MEMS(Shari Farrens、Hiroyuki Ishida)
6.1Introduction
6.2Alignment Strategies
6.3Die Bonding Technology
6.4Wafer Bonding Technologies
6.4.1Anodic Bonding
6.4.2Metal Diffusion Bonding
6.4.3Glass Frit Bonding
6.4.4Eutectic Metal Bonding
6.4.5Silicon Fusion or Silicon Direct Bonding
6.4.6Polymer Bonding
6.4.7Temporary Bonding
6.5Bond Analysis
6.6Summary
7ステルスダイシング(内山直己)
7.1はじめに
7.2MEMS製造工程に必要なダイシング技術
7.2.1砥石切削型ブレードダイシング
7.2.2ダイシング工程の完全ドライプロセス化
7.3ステルスダイシング技術
7.3.1ステルスダイシング基本原理
7.3.2内部加工型レーザダイシング技術と表面加工型レーザ加工技術
7.3.3内部レーザ加工プロセスにおけるMEMSデバイスへの熱影響範囲
7.3.4デバイス特性への熱影響確認
7.3.5ステルスダイシング適用時の制約条件
7.4Si以外の材料への適用の可能性
7.4.1ガラスウェーハ
7.4.2GaAsウェーハ
7.4.3今後のステルスダイシング技術の開発ロードマップ
7.5おわりに
8ウェハレベルパッケージング(江刺正喜)
9微小組立(澤田廉士、日暮栄治)
9.1プローブで微小物体(マイクロ部品)を吸着する方法
9.2光放射圧、偏光を用いたアライメント
9.3セルフアライメント法
9.4微小組み立て例
9.4.1光マイクロマシニング技術で作製可能な積層タイプのマイクロ走査型顕微鏡
9.4.2マイクロエンコーダ
9.4.3マイクロ変位センサー
9.5理想のウエハーレベルパッケージング
第3章MEMSデバイス
1MEMSジャイロ(前中一介)
1.1ジャイロの歴史、慣性航法用から民生用へ
1.2角速度の検出法
1.3振動型ジャイロの動作理論
1.4クオドラチャエラー
1.5加速度に対する応答の低減
1.6参照振動の駆動と微小変位の検出
1.7パッケージング
1.8まとめ
2時間・周波数源用MEMS共振子(櫻井俊二)
2.1はじめに
2.2信頼性と量産性
2.3耐久性
2.4発振子と発振器
2.5周波数温度特性とフェイズノイズ
2.6発振子量産工程
2.7まとめ
3高周波メカニカルフィルタ(田中秀治)
3.1コグニティブ無線とマルチバンド無線システム
3.2高周波メカニカルフィルタ
3.3MEMS技術を用いた高周波共振子
3.3.1静電方式
3.3.2圧電方式
3.4MEMS技術を用いた高周波メカニカルフィルタ
3.5まとめ
4MEMSスイッチとMEMS可変キャパシタ(鈴木健一郎)
4.1MEMS静電駆動デバイスの原理
4.1.1静電気力
4.1.2ばねの復元力
4.1.3静的釣り合い
4.1.4MEMSスイッチとMEMS可変キャパシタの関係
4.2MEMSスイッチ高速化
4.2.1動的解析の理論
4.2.2非線形ばねをもつMEMSスイッチ
4.3MEMS可変キャパシタ
4.3.1静電容量可変率増大の試み
4.3.2静電容量可変率1000%超の試み
4.4まとめ
5MEMSマイクロフォン(添田富男)
5.1動作原理
5.2MEMS構造と製造工程
5.3均一性能とフリーフローティング構造
5.4MEMSマイクロフォン構造と生産方法
5.5MEMSマイクロフォンの性能
5.6MEMSマイクロフォンのメリット
5.6.1リフロー対応のSMD部品
5.6.2基板裏面組込(ゼロ高)による携帯の薄型化
5.6.3GSMでのRFバーストノイズ対策
5.6.4電源ラインのノイズ影響小
5.6.5フローティングダイアグラムによる均一感度と高耐振特性
5.6.6プリアンプ内蔵、デジタル出力等の付加機能品
5.6.7耐X線被爆
5.7今後のMEMSマイクロフォン
5.7.1小型・薄型化
5.7.2デジタル化・高機能化
6MEMS光スキャナ(上田譲)
6.1はじめに
6.2DMD(Digital Micromirror Device)
6.2.1動作原理
6.2.2応用例
6.3GLV(Grating Light Valve)
6.3.1動作原理
6.3.2応用例
6.4エコスキャン
6.4.1動作原理
6.4.2応用例
6.5おわりに
7燃料改質器(吉田和司)
7.1携帯型機器のパワー源としての燃料電池
7.2固体高分子型燃料電池(PEFC)と燃料改質器
7.3マイクロリアクタの利点と燃料改質器
7.4MEMS技術を用いた燃料改質器
7.5まとめ
8無線機能集積化イムノセンサ(石川智弘)
8.1概論
8.2背景
8.3現在の手法―ELISA法
8.4磁気による手法
8.5CMOSによる免疫センサ
8.6無線チップ化
8.7今後の展望
9マルチプローブデータ記録再生装置(高橋宏和)
9.1はじめに
9.2プローブを用いたデータ記録再生
9.3マルチプローブ記録再生装置
9.3.1ポリマーを記録媒体とした、熱機械的プローブ記録再生
9.3.2強誘電体を記録媒体とした、記録再生
9.4MEMSプローブと強誘電体への記録再生の実例
9.4.1ダイヤモンドおよび金属探針プローブ
9.4.2画像の記録再生
9.5おわりに
10ボロメータ熱型赤外線イメージャ(小田直樹)
10.1はじめに
10.2要素技術
10.2.1熱分離構造
10.2.2ボロメータ材料(酸化バナジウム)
10.2.3真空パッケージ
10.2.4読出回路
10.3おわりに
第4章MEMS周辺と応用
1身の回りの機械に使われているMEMS(東北大学-早稲田塾のスーパーナノメカニクスプログラム)(戸津健太郎)
1.1スーパーナノメカニクスプログラムの概要
1.2開会式、東北大学見学
1.3MEMSを用いた製品の分解実習
1.3.1テレビゲーム機コントローラー
1.3.2インクジェットプリンター
1.3.3パソコン
1.3.4テレビゲーム機
1.3.5プロジェクター
1.3.6医療用MEMS
1.4組立実習
1.5薄膜パターニング実習
1.6MEMS関連企業の見学
1.7台湾研修
1.8まとめ
2静電容量型MEMSセンサ用LSI(阿部宏)
2.1MEMSセンサ用センスアンプLSIの一般的要件
2.2静電容量型MEMSセンサの特性
2.3静電容量型MEMSセンサ用センスアンプLSIの要件
2.4高利得、低雑音増幅
2.5低消費電力化
3GLV利用製版機(高田忠司)
3.1はじめに
3.2印刷・製版技術の概要とオフセット印刷の製版技術の変化
3.3GLVの特長と構造
3.4GLVの変調特性
3.5GLVを用いた光学ヘッドの概要
3.6GLVの露光補正と画像品質
3.7ビームプロファイルと画像品質
3.8CTPの高生産性
3.9大サイズCTPへの応用
3.10まとめと今後の展開
4DMDを用いたマスクレス露光機(竹田宣生)
4.1概論
4.2デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
4.3ポイント・オブ・アレイ方式
4.4露光速度
4.5データエンジン
4.6光学エンジン
4.7マスクレス露光による露光例
4.8マスクレス露光機の今後
5MEMS技術による空間光変調器を使用したフォトマスク用描画装置(Tom Newman)
5.1はじめに
5.2SLM(空間光変調器)を使用したイメージング
5.2.1プロトタイプ
5.2.2Sigma7500フォトマスク描画装置
5.3空間光変調器(Spatial Light Modulator,SLM)
5.3.1SLMのデザインと機能
5.3.2SLMを利用したイメージング
5.3.3キャリブレーションと安定性
5.4Sigma7500の用途
5.5将来的課題
6低侵襲医療へのMEMS応用(芳賀洋一)
6.1能動カテーテル
6.2極細径光ファイバ圧力センサ
6.3血管内前方視超音波イメージャ
6.4精密レーザー治療用マイクロ2次元光スキャナー
6.5高機能・多機能医療ツールのための円筒面MEMSプロセス

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