先端的要素技術・数値化編
『提案型企業訪問』と『成果移転の実現促進』として
地域結集型共同研究事業の先端的要素技術
① 垂直磁気記録技術
② ナノ薄膜 ・ 真空製膜技術
③ 高周波・EMC 電磁環境両立技術 ④
微細加工・集束イオンビーム加工技術⑤ 超
精密高速・位置決め技術
⑥ 脳医
療 ・ MRI計測技術
秋田県地域結集型共同研究事業
平成16年3月1日現在
秋田県地域結集型共同研究事業
先端的要素技術
数値化編
垂直磁気記録技術
*磁気記録デバイス(磁気記録媒体・磁気記録ヘッド)
*ナノ電子部品の機能薄膜形成(機能性光学ガラスコート・電気抵抗器・センサ用薄膜)
応用分野
真空製膜装置
薄膜形成技術
技術ポテンシャル
*サブナノメートル厚の積層構造膜の形成技
術
*ナノメートルサイズの微細結晶粒子の形成
技術
図1
主要装置機器
*超高真空スパッタ装置
薄膜形成装置
薄膜形成プロセス技術
*クリーンルーム(クラス100)
図2
磁気記録デバイスの記録密度 推移予測
60 0
記録面密度(Gb/in2)
R /D デモ
169G b /in 2
量 産
200
100
年率2 0 ~30%
年率100%
10
年率40%
1
'90
'92
'94
'96
'98
'00
'02
'04
'06
'08
'10
'12
'14
西暦 年
ものづくり
実用化研究会 真空製膜研究会
長:齋藤 隆
機)
図3
加速電圧 30kV
二次電子観察像分解能 [email protected]
電流特性 [email protected]=10pA
[email protected]=100pA
[email protected]=600pA
[email protected]=10nA
最大電流
20nA
最大視野 2.4m㎡
検出器
二次電子検出器
ガス(デポジション)
カーボン又はタングステン
ソフトウェア Windows2000®
1000
会
(日本精
*各種
装置の特徴
MRAM/TMR用
実験スパッタ装置
MPS-4000-HC6
低圧力下でのプロセス
約7×10-2Pa~0.26Paまでの放電維
持が可能であり、従来の装置に比べ、
約1桁低圧力でのスパッタ成膜が可
能です。
独自な酸化手法
酸化室にはヘリコンスパッタカソードを搭
載しており、ICPコイルを用いた、プラズ
マ酸化・ラジカル酸化が可能です。また、
従来の自然酸化方式も対応可能です。
液体金属ガリウムのイオンビームを数ナノメート
ルに細く絞り(集束)、試料の表面を走査する事
で、ナノメートル・オーダーで①試料の観察、②
切削加工、③金属膜形成加工が行える。主に半
導体の開発製造分野で利用されている。
秋田県地域結集型共同研究事業
先端的要素技術
数値化編
ナノ薄膜 ・ 真空製膜技術
*機能性光学ガラスコート(ステッパー露光装置用光学膜)
*ナノ電子部品の機能薄膜形成(電気抵抗器・センサ用薄膜)
応用分野
技術ポテンシャル
真空製膜装置
薄膜形成技術
*サブナノメートル厚の積層構造膜の形成技
術
*ナノメートルサイズの微細結晶粒子の形成
技術
図1
*超高真空スパッタ装置
薄膜形成装置
主要装置機器
*各種
薄膜形成プロセス技術
*クリーンルーム(クラス100)
図2
図3
MPS-4000-HC6
Co-Cr-NbPt:
50 nm
Ni-Fe-Nb:
500 nm
Ti : 70 nm
1 Pa
7 Pa
組成A (15 nm)
組成B(10 nm)
組成C (2 nm)
組成A (15 nm)
組成B(10 nm)
組成C (2 nm)
組成A (15 nm)
組成B(10 nm)
組成C (2 nm)
10 Pa
膜厚 = 20 nm
平均粒径= 6.8 nm
分布 = 0.243
30 nm
カソード搭載数
最大8基
均一磁場印加機構
標準装備:基板中心にて100Oe
以上
到達圧力
7×10-7Pa以下
基板サイズ
Max.直径100×1枚
加熱機構
Max.300℃
膜厚分布
直径75mm内で±3%以内
最大ガス導入量
Arで150sccm
ターゲットサイズ
直径50mm(2インチ)
ターゲット/基板間
距離
約200mm
成膜圧力範囲
0.07Pa~0.26Pa
排気系(スパッタ
室)
TMP(1300L/s:N2)
ガス導入系
Ar用50sccm×最大9式
O2用50sccm×1式
基板搬送系
マグネットカップリング方式
準備室
標準装備
酸化室
標準装備
寸法
3500W×3000D×2200H (mm)
ものづくり
実用化研究会 真空製膜研究会
長:齋藤 隆
本精機)
会
(日
装置の特徴
MRAM/TMR用
実験スパッタ装置
MPS-4000-HC6
低圧力下でのプロセス
約7×10-2Pa~0.26Paまでの放電維
持が可能であり、従来の装置に比べ、
約1桁低圧力でのスパッタ成膜が可
能です。
独自な酸化手法
酸化室にはヘリコンスパッタカソードを搭
載しており、ICPコイルを用いた、プラズ
マ酸化・ラジカル酸化が可能です。また、
従来の自然酸化方式も対応可能です。
MRヘッドの多層積層膜の成膜に最適なスパッタ装置で
す。成膜カソードは低圧力プロセスが可能なヘリコン
スパッタカソードを搭載しています。トンネル障壁層等
の作製には専用酸化室チャンバを有しており、トータ
ル3室構成(準備室・酸化室・成膜室)です。
先端的要素技術
数値化編
秋田県地域結集型共同研究事業
高周波・EMC 電磁環境両立技術
応用分野
*高周波磁界センサ分野・電磁計測プローブ
センサ
*磁界
高周波化技術
技術ポテンシャル
*マイクロ
ストリップ線路型MI素子(特許第3001452)
高感度化技術
*必要バ
イアス磁界(∝Freq2)の低減方法(特許第
3523834)
図1
主要装置機器
装 置: *薄膜微細加工装置、
電波暗室
評価機器:*ネット
ワークアナライザ、
加装置
図2
バイアス磁界印
図3
【高周波磁界センサ技術】
*検出周波数 1 GHz以上
外部磁界により磁気インピー
ダンスが大きく変化する磁気
インピーダンスセンサ(MI ... ・
図1.アモルファスワイヤの磁
気特性 ・図2.MI効果(高周波
表皮効果)
(従来~100 MHz)
*バイアス磁界 20 Oe以下
マイクロストリップ線路型
MI素子の拡大写真 (従来>100
[email protected] GHz)
ものづくり
実用化研究会 21エレクトロニクス応用研究会 会
長:井上 浩
(秋田大
学)
装置の特徴
不要電磁波の発生メカニズム解明へ ∼MI型セ
ンサの応用研究∼ MI(磁気インピーダンス)効果
型磁界センサの 応用研究を開始 電子機器の
高速化に伴い、放射される ... テ ー マ 『高感
度・高分解能MI効果型高周波磁界検出素子の
開発』
先端的要素技術
数値化編
秋田県地域結集型共同研究事業
微細加工・集束イオンビーム加工技術
応用分野
技術ポテンシャル
*薄膜デバイス(電子・磁気・光デバイス/センサー)
*MEMS・ナノマシーン・微小光学レンズ・微小金型
設 備:スパッタ・蒸着・めっき、フォ
微細加工技術
*幅15ナノメートルの溝加工
*マスクレスのフォトリソ工程
*3種類のエッチング工程
図1
関連、イオンビーム加工、
加工
分析機器:各種物理特性評価(電気・気・
光学 組成・構造解析
図2
磁気ヘッドのトラック
先端のトリミング加工
2μm →80 nm
30 μm
ダイヤモンドチップに形成
した10ミクロン角(高さ10
ミクロン)の微小金型
ナノドットアレイのAFM像
ドットサイズ:□35 nm
加工溝幅:15 nm
加工溝深さ:20 nm
主要装置機器
トリソ
切削・研磨
フォトリソ工程により作製した
磁気記録ヘッドの薄膜素子の一
部(上)と、その先端をFIBにより
80 nm幅に加工したもの(下)
①フォトリソ技術により、ミクロン
サイズのデバイスの作製が可能。
②レーザー直接描画装置により、
フォトマスクの作製ならびにマスク
レスでの試作が可能。
③最小ビーム径が5nmの集束イオン
ビーム装置で、ナノサイズの加工が
可能。
④物理的(Arイオン)、物理化学的
(反応性イオン) 、化学的(酸・アル
カリ)によるエッチングが可能。
⑤多種多様な素材の高分解能観察・
加工・各種試料作成といった多目的
ニーズに応えるFIB装置。
⑥オペレーティングシステムに
Windows2000®を採用することにより、
直感的で分かりやすいオペレーション
を実現。
⑦ 任意形状の三次元加工が可能。
⑧豊富なオプションにより、個々の
ニーズに合致した加工・観察が可能。
ものづくり
新材料ナノミクロ加工研究会
実用化研究会
会長:阿部勇二
(アキタ
電子)
図3
装置の特徴
SMI2050MS:
Instruments Inc)
(Seiko
加速電圧 30kV
二次電子観察像分解能 [email protected]
電流特性 [email protected]=10pA
[email protected]=100pA
[email protected]=600pA
[email protected]=10nA
最大電流
20nA
最大視野 2.4m㎡
検出器
二次電子検出器
ガス(デポジション)
カーボン又はタングステン
ソフトウェア Windows2000®
液体金属ガリウムのイオンビームを数ナノメート
ルに細く絞り(集束)、試料の表面を走査する事
で、ナノメートル・オーダーで①試料の観察、②
切削加工、③金属膜形成加工が行える。主に半
導体の開発製造分野で利用されている。
秋田県地域結集型共同研究事業
超精密高速・位置決め技術
*各種高速・高精度ステージ *マイクロマシンの加工及び組立て
ノロジー分野 *カスタムLSIやセンサーの製造・検査工程
応用分野
超精密位置決め技術
技術ポテンシャル
主要装置機器
*位置決め精度0.2nm
*立ち上がり時間0.09ms
*ステップ送り0.01秒以下で実現
図1
l
(nm)
10
Pulse
Feed of NMA
図3
Nano-motion
Actuator
単位:0.5ナノメータ/Pulse
0.4
*バイオテク
*ナノメータ領域の測長及び
各種測定機器
*県内での精密加工及び
組立技術の集積(特に企業)
図2
0.6
送り精度 (nm)
先端的要素技術
数値化編
0.2
0.2nm
0.01秒
0.0
-0.2
0.0
10.0
20.0
30.0
msec
時間 (ms)
-90
0.2 nm step feed of NMA-d2 applied PID control
(Averaging times of 2048)
8
6
4
2
2ナノメータ
0
-2
Double side dumper
deg
-4
Dumper-less
Phase
10 Hz
10 kHz
-8
Outer
Inner
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Single side dumper
3. 92 kHz
12.7 dB
Gain
0
Position (mm)
Repeatable positioning of NMA-s3 with damper on spin-stand
Double side dumper
3. 90 kHz
7.1 dB
-40
10 Hz
Fig.2
高速・高精度微動アクチュ
エータ(減衰機構付き)
基本性能
*
39dBあった振幅を1/40の
7.1dBまで減衰する効果
-10
Dumper-less
3.59 kHz
39.0 dB
dB
磁気記録再生試験
装置に搭載された
アクチュエータ
-6
Single side dumper
-270
60
繰
り
返
し
誤
差
10 kHz
空気軸受けリニアアクチュエータ
その他付帯装置
*ア
ンプ/コントローラ/変位計
/ 等周辺機器
Effect of dumping mechanism for NMA
ものづくり
秋田・精密機器研究会
実用化研究会
会長:小野寺信雄
(小野寺工作所)
装置の特徴
*高速・高精度微動アクチュエータ
*減衰機構[拘束板&粘弾性体]
特許出願番号:3612670
秋田県地域結集型共同研究事業
脳医療 ・ MRI計測技術
脳医療計測技術:
応用分野
脳賦活マップ計測
脳虚血領域描出
体内動態モデル確立
偏極 129 Xe による脳組織機能情報
技術ポテンシャル
図1
先端的要素技術
数値化編
主要装置機器
物理的情報 微小構造情報 生理的情報
濃度情報
CS情報
T1 情報
トレーサ濃度
磁場環境
自由行程
脳血流量
酸素分圧
細胞膜機能
50mmφ×300mmL
両面窓:石英ガラス
胴周り:ステンレス(SUS316)
内壁面、研磨処理
耐圧構造(9.8気圧以下)
図2
図3
脳卒中の急性期の脳画像
脳の血管の分布
高磁場129Xe偏極試作装置
MRI-BOLD
信号源の大きさと測定解像力
1000
Temporal (sec)
PET-CBF
PET と MRI の比較
高偏極キセノン生成
PET
100
Source Size
10
MRI
NIRS
1
.01
OxyHb
OI LD
F
.1
.1
1
10
100
テドラバック
吸入マスク Xe鳥篭型コイル
(~1.0 L)
(17.67MHz)
Neuron
MEG/EEG
.01
3方活栓
DeoxyHb
キセノンガス吸入用マスク
1000
Spatial (mm)
地域結集WG名
MRI
研究代表者:菅野 巌
県脳血管研究センター)
(秋田
装置の特徴
氷結装置
特許申請中(2004年)
光ポンピング法
Rb+Xe at >100℃
Laser波長 794nm
power 170watt
使用Xeガス
Xe:N2= 80:20
Enrich 129Xe (91%) 偏極率 1 %
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