2011 Fiscal Year Research-status Report
フラーレンナノ微粒子を用いた超精密加工技術に関する研究
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23560129
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 恵友 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (50585156)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 景一 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (80380723)
カチョーンルンルアン パナート 九州工業大学, 先端金型センター, 助教 (60404092)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 精密研磨 / ナノ材料 / ナノチューブ・フラーレン / 省エネルギー / マイクロ・ナノデバイス |
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| Research Abstract |
本研究の目的はフラーレンC60の高い化学反応性や分子自体の高硬度な性質を利用し，分子レベルのナノスケール高効率平坦化技術を確立することである．ここでは二酸化炭素低減に貢献するため，LED素子の消費電力の低減や生産性の向上を目指す．具体的にはLED基板に用いられる難加工材料であるサファイア基板について高速加工や高精度化を実現させる．そのため本年度は水酸化フラーレン混合スラリーに関する研究やマイクロパターンパッドの開発，動的光散乱によるフラーレン微粒子の挙動観察を実施した． 水酸化フラーレン混合スラリーはダイヤモンド粒子の分散液やコロイダルシリカスラリーに水酸化フラーレン水溶液を混合することにより作成した．ここでは水酸化フラーレン混合により従来の加工液と比較して，研磨速度の向上することを確認した．特にコロイダルシリカスラリーの混合実験においては水酸化フラーレンの濃度，pH，微粒子の粒径の影響について評価したところ，水酸化フラーレン濃度が研磨レートに対して最も支配的であった．これらのパラーメータを最適化した結果，水酸化フラーレンを混合により研磨効率が３０％向上した．さらに本研究では実用化も視野に入れ，水酸化フラーレンのリサイクル技術についても検討を行っている． 次にマイクロパターンパッドの製作プロセスの開発について報告する．マイクロ金型はシリコンウェーハにウェットエッチプロセスによりホール形成することで作成した．マイクロパターンパッドはこのマイクロ金型に熱可塑性樹脂板を押しつけ，加熱することにより樹脂板表面にホール形状を転写することにより形成した．今回は寸法１０μm程度のピラミッド形状のマイクロパターンを形成し，研磨性能を評価した．その結果，パターン寸法や形状については最適化は実施してはいないが従来パッドと同等な性能が得られてた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は水酸化フラーレン分子砥粒による高精度研磨技術の確立を行うため,フラーレンナノ研磨材料を開発やマイクロパターンポリシングパッドの開発, そして水酸化フラーレン分子における計測技術の開発を行った．全体としてはおおむね順調に進展しているが以下に具体的に説明する． 水酸化フラーレン混合スラリーに関する研究はサファイアCMPを中心に, 水酸化フラーレン水溶液の濃度やpH，水酸基の数を変ることで調合条件の最適することにより研磨性能を向上させた．水酸化フラーレンの調合条件の最適化としては，水酸化フラーレンの濃度依存性やpH，コロイダルシリカの粒径などの影響について評価し，研磨性能には濃度が支配的であることが判明した．本研究ではSiCについては評価を行っていないが，水酸化フラーレンのリサイクル性の評価については従来の予定以上進展している．したがってこれらのことを総合的に判断し，おおむね順調に進展していると考えられる． 次にナノ微粒子に最適なマイクロパターンパッドの開発としては，インプリントプロセスを応用することで製作プロセスについて開発を行った．マイクロ作成法としてはSi基板に形成されたホールやトレンチ部分を型とすることでナノ微粒子専用のマイクロパターンパッドを試作し，インプリント専用の電気炉を製作し，試作を行う．試作したマイクロパターンパッドで研磨性能を評価したところ，従来のパッドと同程度の性能が得られた．これらのことからもおおむね順調に進展していると言える． 次に水酸化フラーレン分子における計測技術の確立としては,動的光散乱法装置を用いてナノ微粒子計測を行った．ここではpH12では溶媒中にフラーレンが分子の状態で溶解しているがpH10にした場合凝集していることが確認できたのでおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２３年度に得られた結果を基にして, 研磨レートの高速化手法の確立するためフラーレン砥粒の粗大化および粒子径制御技術の確立により,フラーレン砥粒の粒子径を増大させる．具体的には，水酸化フラーレン溶液にエタノールなどの貧溶媒を混合することや，界面活性剤を添加することにより会合体を形成する．さらに紫外線レーザの照射を行うことにより，会合体を安定化することで，カーボンナノボールの形成を行う．これらの形成された粒子を砥粒として利用し，研磨性能に関する評価を行う．ポリシングパッドマイクロパターンの最適化としては,カーボンナノ微粒子の粒子径や硬度に対して，最適なパターンや材質の設計や試作を行う．ここではナノ炭素微粒子の粒子径や構造に対して，マイクロパターンの形状，大きさ，間隔など変え，研磨性能評価により検証実験を行い最適化するフラーレン砥粒の微粒子計測としては,エバネッセント光を利用した散乱計測装置を用いて，微粒子の粒子径を解析する．ここでは散乱強度から微粒子の濃度を算出する．さらにナノ炭素微粒子を解析するために，赤外吸収分光法やラマン分光に構造を特定する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度については，水酸化フラーレンで150,675円使用した．このほかビーカ類や基板類などで223,829円使用した．この他，pHメータ（128,783円）や作業の安全性を確保するためグローブボックス（153,300円）も購入した． 次年度研究使用用途としては水酸化フラーレンや薬品類（エタノール、KOH)）などの試薬で200,000円や実験機器備品（ビーカ，キムワイプ）、消耗品類，基板類で200,000円使用予定である．旅費としては，精密工学会，機械学会やシンポジウムなど100000円予定している．場所は関東地区，関西地区である．この他，設備備品類としては小型研磨機（８０万程度）は昨年導入予定であったが，装置の使用も固まったため本年度，導入予定である．
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