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10. 試作装置見学室 他(近代技術史博

物館､仙台MEMSショールーム､ビジネスマッチング室)の展示室紹介

(2018/8/3 16:10-16:50 [江刺])

2

http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/nishizawa/

展示室のホームページ

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4

近代技術史博物館http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/museum/http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/museumE/index.html (英語)

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61/100縮小 アクティブマトリックス超並列電子ビーム描画装置のプロトタイプ

東北大学出版会、2018年6月6日、3240円

7仙台MEMSショールームhttp://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/showroom/index.html

http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/showroom_e/index.html (英語)

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10http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/business/

11http://www.mu-sic.tohoku.ac.jp/shisakusouti/

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ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor) (ウェハプロセスによる装着性能向上)

(M.Esashi & T.Matsuo, Supplement to the J.J.A.P.,44 (1975) 339)

50μm

(松尾正之、江刺正喜、飯沼一浩, 電気関係学会東北支部連合大会 (1971))

「第10回でんきの礎」(技術遺産)として顕彰(2017/3/16)

14カテーテル pH, PCO2 モニタ (㈱クラレ, 日本光電㈱ (担当 関口哲志)

(1983年に㈱クラレより商品化された(1980年に薬事法で認可)。その後日本光電工業㈱に移管、逆流性食道炎の診断に多く使われた)

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6.6m

1975年当時の東北大の試作実験室(レイアウト)

16

(1984)

17

18

上智大の2ビットマイクロコンピュータ

19[1] 設計 (自作装置によるCMOS集積回路の設計・試作)

DEC社ミニコンLSI11に接続したディスプレイ (ヤマハ社 SIT使用)

レイアウトエディタはFortranで自作(プログラミングの勉強)拡大画面

20デザインルール

21

22

フォトプリンタで透明フィルムに出力したマスク原版

(江刺正喜 : 大学でのLSI製作と教育, 電子通信学会誌, 68, 1 （1985）50－52)(江刺正喜、小松昭雄、芦部稔、大友雅彦 : カスタムLSI設計・作製システムの試み (1) (システムの概要),(2) (設計環境), (3) (NMOSプロセスと評価), 昭和58年電子通信学会総合全国大会, 401-3 (1983))(江刺正喜、増田篤司、松尾正之 : LSI設計用CADシステム, 電気関係学会東北支部連合大会、2D-13 (1985))

設計したレイアウトを出力するフォトプリンタ

23[2] フォトマスク作製とフォトリソグラフィ⼯程

縮小カメラ (現物展示)

フォトリピータ パターン検査用カラーキー

241980年代の東北大微細加工共同実験室(マイクロ加工室)

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[3] ウェハプロセス (エッチング､酸化・拡散､CVD､イオン注⼊､蒸着・スパッタ)

26

EPWによるSiエッチング、SiNエッチング(熱リン酸)、Si電解エッチング

Si Deep RIE (深い反応性イオンエッチング)装置 (1992)

Si Deep RIEのウェハ貫通エッチングによる振動ジャイロ

(J.Choi, K.Minami and M.Esashi : Application of Deep Reactive Ion Etching for Silicon Angular Rate Sensor, Microsystem Tech., 2, 4 (1996) 186-199

(M.Takinami, K.Minami and M.Esashi : High-Speed Directional Low-Temp. Dry Etching for Bulk Silicon Micromachining, 11th Sensor Symp. (1992) 15-18)

27

酸化拡散炉 RF加熱常圧CVD炉 (Si3N4、SiO2、Poly-Si) (現物展示) SiO2用 低温CVD炉 (現物展示)

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イオン注入装置 (アクセレレータ社 200MP 東京三洋電機使用 中古)

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Al, Cr-Cu-Au蒸着装置 マグネトロンスパッタ堆積装置

30[4] 後工程と検査・測定

ウェハプローバ ダイサー

超音波ワイヤボンダ (現物展示) 微小はんだ付け(または導電性接着) 装置

20mm角ウェハ上に製作したCMOS LSI (チャネル長10μm)

31[5] LSIテスタ 自作LSIテスタのブロック図

(ディジタル回路の勉強)

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ピンエレクトロニクス (LSI端子への接続部) ボード接続図(江刺正喜、大友雅彦 : 機能試験用LSIテスタの製作, 昭和59年電気関係学会東北支部連合大会、2D21 (1984))

33[6] 試作LSI (チャネル長10μm、集積度1000 Tr/chip)

ビットシリアル並列画像処理LSI 体内埋込みテレメータ用LSI(江刺正喜 : 「半導体集積回路設計の基礎」1986年 培風館) (徐 敦、江刺正喜、松尾正之 : 体内埋込みテレメトリシステム用CMOS

カスタムLSIの試作, 医用電子と生体工学, 25, 2 (1987) 128-134)

共通二線式触覚センサアレイ用IC 高温用SOS (Si on Sapphire)オペアンプ CMOS多値論理LSI (M.Esashi and Y.Matsumoto : Common Two IC (江刺正喜、大高章二、松尾正之 :高温用集積回路 (M.Kameyama,T.Haniyu, M.EsashiLead Wires Sensing System, Transducers‘91, と高温用圧力センサの試作,電子通信学会半導体 and T.Higuchi: An NMOS Pipelined (1991) 330-333) トランジスタ研究会、SSD86-57 (1986) 67-74) Image Processor Using Quaternary

Logic, ISSCC (1985) 86-87)

2D barrel shifter Board

34バレルシフタ (上チップ8×8, 下4×4の原理説明)

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DEC社LSI-11接続バレルシフタ利用並列画像処理装置(江刺正喜、松尾正之 : カスタムLSIを用いたLSIパターン設計用ワークステーション, 昭和59年電子通信学会総合全国大会、404 (1984) 67-74) 並列画像処理による輪郭抽出の例

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スイッチトキャパシタICによる直接接合容量型圧力センサ

(S.Shoji, T.Nisase, M.Esashi and T.Matsuo : Fabrication of an Implantable Capacitive Type Pressure Sensor, The 4th Int. Conf. on Solid State Sensors and Actuators, Tokyo, Japan (1987) 305-308)

ウェハレベルパッケージングによる集積化容量型圧力センサ

(松本佳宣、江刺正喜 : 絶対圧用集積化容量形圧力センサ, 電子情報通信学会論文誌C-II, J75-C-II, 8 (1992) 451-461)

37

集積化容量型加速度センサ

(Y.Matsumoto and M.Esashi : Integrated Silicon Capacitive Accelerometer with PLL Servo Technique, Sensors and Actuators A, 39 (1993) 209-217)

差動容量2線式加速度センサ

(白井稔人, 電子情報通信学会論文誌Ｃ-II,J75-C-II (1992) 554-562)

周期 → 温度デューティ比 → 圧力

温度補償

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回路付能動カテーテル

(K.-T.Park and M.Esashi : A Multilink Active Catheter with Polyimide-Based Integrated CMOS Interface Circuits, IEEE J. of Microelectromechanical Systems, 8, 4 (1999) 349-357)

IC化マイクロプロービングヘッド

(S.Shoji, M.Esashi and T.Matsuo : Fabrication of an Integrated Micro Probing Head for Fault Analysis of MOS Integrated Circuits, Sensors & Actuators, 14 (1988) 125-132)

39(小林真司 (村田製作所),三井隆,江刺正喜, センサ技術, vol.10, no10, pp.32-35, Oct.1990.)

共通2線式触覚センサアレイポーリング型 → 現在開発中の触覚センサネットワークではパケット通信によるリアルタイム型

(22年前研究室で自作した集積回路、トランジスタ数は最大1000個/チップ(企業では、当時100万個/チップ、現在100億個/チップ))

40人と接触する安全なロボット用の触覚センサネットワーク (イベントドリブン、割込型)

(室山真徳、巻幡光俊 他、電気学会論文誌Ｅ, 129, (2009) 450)

2.4mm

LSIチップの写真

乗り合いLSIウェハ(16社)

41

触覚センサネットワーク(M.Makihata, S.Tanaka, M.Muroyama, H.Yamada (Toyota motor), T.Nakayama, U.Yamaguchi, K.Mima, Y.Nonomura (Toyota CTL), M.Fujiyoshi and M.Esashi , Sensors and Actuators A, 188 (2012) 103-110)

マスクレス描画 (LSIのディジタルファブリケーション) → 開発期間短縮、多品種少量LSI生産

超並列電子線描画装置の開発 (東北大、東京農工大、㈱クレステック)

10 mm

42

10 (1兆)Tr. / wafer=10 times / 10 beams

12

8 4

(M.Esashi, A.Kojima, N.Ikegami, H.Miyaguchi and N.Koshida, Microsystems & Nanoengi. , 1 (2015) 15029)

43

Si貫通配線(TSV)と100×100アクティブマトリックス駆動用LSIを用いたnc-Si電子源アレイ

ナノクリスタルSi (nc-Si) 電子源低電圧(10V)で電子放出

44

1セル分の電子源駆動回路

Q1 Q2

Q3 Q4 XRxEBdrv(to MEMS)

XRxHVpchg

RxE

na[3

]R

xEna

[2]

RxE

na[1

]R

xEna

[0]

D QE R

D QE R

D QE R

D Q

R

RxM

d[0]

RxM

d[1]

RxW

r

RxR

st

RxVL

RxEBoutG

RxVH

RxSRckoutRxSRdout

RxSRckinRxSRdin

LT0

LT1

LT2

SRレベルシフタ

5V → HV

Dis-i

Ena-iLvl Shft1.8→5V

Lvl Shft1.8→5V

(Open Drain)

電子停止： SR = H、XRxEBdrv = H、RxEBoutG = Hi-Z電子放出： SR = L、XRxEBdrv = L、RxEBoutG = H

High VoltageTransistor

Low VoltageTransistor

5V

HVtransistorinverter

5Vtransistorinverter

1.8V

44動作検証

オフセット電圧印加による電子的収差補正(N.Ikegami, N.Koshida, A.Kojima, M.Esashi et.al, J. Vac. Sci. Technol., B31 (2013) 06F703)

100×100ア

クティブマトリクス電子源アレイの収差補正用分割配置

像面湾曲補正 歪曲収差補正

45

マトリクス電子源のエネルギーにより補正

電子源駆動集積回路（100×100アレイ)(チップ写真)

46(H.Miyaguchi, A.Kojima, N.Ikegami, M.Muroyama, S.Yoshida, N.Koshoida and M.Esashi, IEEE NEMS (2016) A1L-B-2)

47SI貫通配線(TSV)(左)、絶縁分離溝および再配線層

48

1/100縮小 アクティブマトリックス超並列電子ビーム描画装置の構成

超並列電子ビーム描画装置の開発－集積回路のディジタルファブリケーションを目指して－

約200頁 2017年10月 東北大学出版会 より販売著者 : 江刺正喜、宮口裕、小島明、池上尚克、越田信義、菅田正徳、大井英之