加工用カンチレバーを用いたSPM援用高アスペクト比微細V溝曲面加工に関する研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21560113
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 高野 登 University of Toyama, 大学院・理工学研究部(工学), 助手 (60251881)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森田 昇 富山大学, 大学院・理工学研究部(工学), 教授 (30239660) ; 山田 茂 富山大学, 大学院・理工学研究部(工学), 准教授 (00174714)
• Keywords: 微細溝加工 / 加工用カンチレバー / 高アスペクト比 / SPM

Research Abstract

本研究では、サブμmの溝幅かつ90°より小さい挟角の微細V溝加工に有用なダイヤモンド工具の開発と応用化を目的としている。V溝加工には、独自に開発したレバー剛性の高い加工用ダイヤモンドカンチレバーと走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いた。
まず、FIB加工による加工用AFMカンチレバーの切れ刃先端部の先鋭化を行った。また、切れ刃のすくい角を変化させて溝加工を行い、すくい角が溝形状へ及ぼす影響について検討を行った。その結果、鋭い先端角とエッジを持つ切れ刃を得ることができた。また、垂直荷重が同等の場合、すくい角0°で深溝さおよび溝幅が最大となり、アスペクト比は1.5程度と切れ刃のアスペクト比とほぼ同等の値が得られ、加工溝断面は切れ刃形状を精度よく転写していた。
つぎに、加工能率の向上を目的として、複数本のレバーを有するマルチカンチレバーの開発とその加工性能について検討を行った。試作した加工用カンチレバーは、たわみ剛性の異なるレバーを3本具備しており、剛性の高いレバーから低いレバーへと順に加工することにより、粗加工から仕上げ加工を一度に実現するものである。本年度は、3本のレバーによる同時加工と個々のレバーの加工様式を把握するため、単結晶シリコンに対して面加工実験を行った。加工痕をSPMで観察すると、いずれのレバーによる加工でも、同じ矩形状で加工が行われており、3本のレバーによる同時加工が可能であることがわかった。加工面のあらさについては、レバー剛性の低いものほど良好な加工面が得られており、仕上げ加工に適していることがわかる。加工後のダイヤモンド切れ刃の摩耗やチッピングは観察されなかった。