2020 Fiscal Year Research-status Report
水素ラジカルによるポリマー材料の分解・除去における酸素微量添加効果の解明
| Project/Area Number |
19K04543
|
|---|
| Research Institution | Kagawa National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
山本 雅史 香川高等専門学校, 電気情報工学科, 講師 (60733821)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀邊 英夫 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00372243)
長岡 史郎 香川高等専門学校, 電子システム工学科, 教授 (30300635)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 架橋・硬化 / 水素ラジカル / 酸素添加 / 触媒毒 / 感光剤 / ノボラック樹脂 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、酸素添加時に生成される各種ラジカルの反応性やそれらの相互作用を明らかにし、水素ラジカルを用いたポリマー材料の分解・除去における酸素微量添加による分解速度向上の原因を解明し、さらなる分解速度の向上を目指すことである。
昨年度の研究で、酸素ラジカルはレジストの分解にほとんど寄与せず、むしろレジストを分解しにくくすることがわかった。今年度は、水素ラジカルとOHラジカルの相互作用を調べるために、タングステンフィラメントを用いて、これらラジカルの共存環境の形成に着目した。酸素添加量を変化させて異なる共存環境を形成し、感光剤の含有量が異なるレジストの分解速度への影響を調べた。
適切な酸素添加量では、感光剤の含有量が多くても、分解速度は水素ラジカルのみの場合より速かった。このとき、水素ラジカルが十分に生成されている状態でOHラジカルも共存していると考えられる。一方で、酸素を過剰に添加すると、感光剤の含有量の増加とともに分解速度が著しく低下した。酸素の触媒毒により水素ラジカルの生成量が低下するが、OHラジカルの生成量は大きく変化しないことが報告されている。この著しい分解速度の低下は、水素ラジカルの生成量の低下によるものだけでなく、感光剤によるポリマーの変質の可能性が考えられる。酸素添加時の分解速度の向上はOHラジカルによるものと考えられるが、OHラジカルの反応性を有効に活用するためには水素ラジカルとの共存が必要であることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
酸素添加時の分解速度の向上において、水素ラジカルとOHラジカルの共存環境が重要であることがわかった。水素ラジカルとOHラジカルを共存させ、且つOHラジカルの生成量を増加させるために、H2OやH2O2を原料ガスとした実験系を新たに構築している。
一方で、水素ラジカルの生成量が低下すると、分解速度の低下は高温側で顕著であり、アレニウスの式で示される一般的な反応挙動とは異なる。水素ラジカルが高温環境下でのポリマーの変質の抑制に一役買っていると考えられる。ポリマーの変質が進行すると薄膜干渉効果が弱まりラジカル照射中の分解速度の評価が困難となる。そこで、昨年度から、ポリマー膜の微量な重量変化から分解速度を評価するための微量フォースセンサーシステムの構築に着手している。また、ラジカル照射中の変質を調べるために、実験装置に新たにラマン分光光学系の増設を進めている。いずれもコロナ感染症の拡大の影響でやや遅れているが、微量フォースセンサーシステムについては、実験装置に導入して動作チェックを行う段階である。ラマン分光光学系については、基本構成のための条件出しを進めている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
感光剤の含有量が多いレジストでは、過剰な酸素添加により水素ラジカルの生成量が低下すると分解速度が著しく低下することがわかった。この低下は特に高温側で顕著であり、ポリマーの変質によるものと考えられる。水素ラジカルの生成量が十分な条件では、この変質が抑制される。ラジカル照射中のポリマーの変質をラマン分光法で解析を行うとともに、微量フォースセンサーシステムで分解速度を評価することにより、この分解速度の低下の原因を明らかにする。
OHラジカルの反応性を調べるために、H2OやH2O2を原料ガスとして、水素ラジカルの生成量を低下させずにOHラジカルの生成量を増加できる条件を調べる。各ラジカルの反応性をより詳細に検討するために、真空紫外レーザー分光法による各ラジカルの絶対濃度の計測を行い、各ラジカルの絶対濃度と分解速度との関係を明らかにする。OHラジカルの反応性を調べ、酸素微量添加による分解速度向上の原因を解明し、さらなる分解速度の向上を目指す。
|
| Causes of Carryover |
（次年度使用が生じた理由）
コロナ感染症の拡大の影響で、購入を検討していたラマン分光用光源のデモ機の評価が進められなかった。また、学会が開催されなかったり、オンライン開催となったりしたため、参加費や旅費が不要となった。これらの理由のため、次年度使用額が生じた。
（使用計画）
ラジカル照射中のポリマーの変質の原因を調べるためのラマン分光光学系を構築するために使用する。H2OおよびH2O2用の質量流量計や、各ラジカルの絶対濃度の計測のための光学系、レーザー用消耗品の購入にあてる。
|
