低温プラズマによる高分子薄膜表面のナノサイズ高精度加工法の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15560635
• 研究機関: 北九州工業高等専門学校
• 研究代表者: 山根 大和 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 助教授 (70332096)
• キーワード: 低温プラズマ / プラズマ加工 / 表面・界面 / 高精度加工 / 高分子薄膜 / プラズマエッチング / ナノサイズ加工

研究概要

本研究では、低温プラズマによる高分子薄膜表面形態構造の微細加工制御法を確立することを目的として、平成15年度は、スピンキャスト法で作製した高分子薄膜表面のアルゴン(Ar)プラズマエッチング処理による方法(ボトムダウン)により、高分子薄膜表面形態をナノスケールで制御し、表面化学組成を任意に変化させる方法を検討した。既存のベルジャー型プラズマ装置(薄膜用)に対して、高分子薄膜表面を均質にプラズマ処理が可能となるように試料を円盤上に固定して回転させながらプラズマ処理を行えるように改良した。また、プラズマ処理プロセスにおける制御・再現性を確実にするために、現有プローブ装置、発光スペクトル測定システム、質量分析計によりプラズマモニタリングが行えるようにプラズマ装置に各測定装置を整備した。本年度の成果として、低温プラズマ処理による結晶性高分子薄膜表面形態の微細加工制御に及ぼす試料の熱処理の影響を検討した。結晶性高分子PVA薄膜にArプラズマを照射した際、その薄膜表面形態は、プラズマ照射条件のみではなくプラズマ照射前の熱処理に由来する結晶化度、つまり分子鎖の配列、凝集状態により変化することが明らかとなった。プラズマエッチングにより削られるのは結晶相より非晶相が削られ易い。これにより結晶化度の高い場合、プラズマエッチングが開始された初期状態において薄膜表面に全体的に約50nmオーダーの凹凸が形成され、照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。一方、結晶化度の低い場合は照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。このように高分子薄膜の結晶化度がArプラズマ照射時の表面形態変化に強く影響を及ぼすので、結晶性高分子薄膜の場合、プラズマ照射条件、照射前の熱処理に起因する高分子の結晶化度等を制御することで、高分子薄膜の表面形態、表面化学組成を制御することが可能であることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] H.Yamane, K.Kumada, K.Yamada, T.Kajiyama: "Effect of Thermal Pretreatment on Fine Surface Morphology Control of Polymer Thin Films by Using Cold Plasma Treatment"Proceedings of 2003 Pusan-Kyeongnam/Kyushu-Seibu Joint Symposium on High Polymers (11^<th>) and fibers (9^<th>). 023 (2003)
• [文献書誌] K.Yamada, H.Yamane, K.Kumada, S.Tanabe, T.Kajiyama: "Plasma-Graft Polymerization of a Monomer with Double Bonds onto the Surface of Carbon Fiber and Its Adhesion to a Vinyl Ester Resin"Journal of Applied Polymer Science. Vol.90. 2415-2419 (2003)
• [文献書誌] K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, T.Kajiyama: "Surface Modification of Titanium Dioxide Particles in RF Plasmas"Book of Abstracts of 21^<st> International Conference on Photochemistry. 582 (2003)
• [文献書誌] K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, K.Kumada, T.Kajiyama: "Plasma Surface Modification of Titanium Dioxide Particles for Improved Light Cleaning"Abstracts of The 8^<th> IUMRS International Conference on Advanced Materials. 95 (2003)