2013 Fiscal Year Annual Research Report
電気粘着効果を発現する機能性表面の開発と極限環境保持機構への応用
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24246029
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
青山 藤詞郎 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70129302)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柿沼 康弘 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (70407146)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機能性表面 / 機能性材料 / トライボロジー |
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| Research Abstract |
本研究では，半導体製造プロセスに必要なウェハ保持や機械加工における薄肉工作物保持のための高速着脱可能な無歪み・無荷重固定機構の実現を目的として，電気粘着機能表面の開発を行うことを目的としている．平成25年度は当初の計画通り，
① 電気粘着効果を示す微細構造体の支配因子の特定
② 電磁場-構造連成解析による電気粘着効果のシミュレーションと構造体の評価
③ 構造を最適化した電気粘着機能性表面の試作・開発
に取り組んだ．①に関しては，SPMにより開発した電気粘着表面の形状を調べ，電気粘着効果が生じる表面形状と生じない表面形状の違いを明らかにした．具体的には，多重裏面露光法により製作した3次元微細構造の支柱先端の曲率ならびにゲル表面から支柱先端までの距離（微細構造体の突起量）が電気粘着効果の支配因子であることがわかった．②に関しては，従来のER粒子をゲルに分散した電気粘着ゲルと微細構造体を応用した電気粘着表面のそれぞれのモデルを作成し，電磁場-構造連成解析により電界印加時の挙動を調べた．その結果，従来の電気粘着ゲルは粒子間引力の影響もあり，表面でゲルの大きな動きが生じることが確認できた．一方，微細構造を応用した電気粘着表面は従来の電気粘着ゲルに比べ，表面でゲルの隆起量が小さく，構造体の支柱先端からゲル表面の距離を精密に設計する必要があることがわかった．③に関して，上記の結果を踏まえ，ゲル表面から支柱先端までの距離を調整しながら製作する必要があったため，製造プロセスの改善を図った．スピンコート，プリベークに加えオイル除去プロセスを調整した結果，これまでに比べ，再現性高く高精度な電気粘着表面を製造することに成功した．そして，支柱の距離や支柱の直径を変えて，電気粘着表面の性能評価を行った結果，支柱の距離を狭め，支柱の直径をある程度大きくすることで高い粘着効果が得られることがわかった．
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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
平成25年度に計画した課題に関しては，全て予定通り取り組み，それぞれの課題に関して期待通りの研究成果を得ることができた．特に3次元微細構造を応用した電気粘着表面の製造プロセスを確立したことは研究を円滑に進めることに繋がった．また，SPMによる表面観察から電気粘着効果に寄与する構造因子を特定できたことも大きい．平成24年度に計画を変更して取り組んでいた真空中での電気粘着効果の観察に関しても，大気下でマイクロスコープにより観察できる装置を製作し，実際に真空中で電気粘着効果を観察できることを確認した．真空中での電気粘着効果の発現に関しては，観察と性能評価を合わせた定量的な解析を追加して行う予定である．以上の理由から，概ね順調に研究は進んでいると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は，高真空・高温といった極限環境下における電気粘着機能性表面の保持性能評価を行う．フォトリソグラフィーによる3次元微細構造は小面積であれば精度は良いが，広範囲になると加工精度が著しく低下した．これに関しては平成25年度に改造した4軸超精密加工機による製造手法を検討し，数センチメートルスケールで規則的かつ均一な電気粘着効果を発現する機能性表面の製造を試みる．また，微細構造体へ半導体膜コーティングを行い，電気伝導率を高めることで着脱の応答性の向上を試みる．その他，高真空・高温の極限環境下ではシリコーン類の汚染が懸念されるため，シリコーンゲルに代わりブタジエン系の材料への代替を図る．材料代替に関しては，化学メーカの技術協力のもと方針を決めて実施する．
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