【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KT1033
利用課題名 / Title
原子間力顕微鏡と金属ラインパターン作製技術の併用による潤滑添加剤吸着層の精密摩擦測定
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ナノトライボロジー, 原子間力顕微鏡,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
山下 直輝
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
諫早伸明
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-103：レーザー直接描画装置
KT-108：レジスト塗布装置
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-202：多元スパッタ装置（仕様Ｂ）
KT-233：真空蒸着装置（２）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、潤滑添加剤が金属表面に形成する吸着層の形態や強度が摩擦特性に与える影響について解明することを目的とした。金属薄膜のラインパターンをもつシリコン基板を作製して原子間力顕微鏡（AFM）での摩擦測定時に吸着層の膜厚を同時取得し、AFM探針直下での吸着層の厚さ測定に成功した。
実験 / Experimental
自然酸化膜を除去した4インチシリコンウエハに対して、レーザー直接描画装置と真空蒸着装置を使って、銅薄膜による3 µm幅のラインアンドスペースを形成した。作製した試験片は所属研究室に持ち帰り、AFMを使って潤滑油中での表面観察および摩擦測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
AFMを使用して基油中および潤滑油（基油PAO＋ステアリン酸SA）中におけるシリコンと銅の段差部の高さ変化を評価した。リフトオフプロセス後のチップをTMAH液中でリンスする工程を加えたことによって、ステアリン酸の吸着による段差変化の再現性が向上した。この理由として、シリコン部分の不活性化とCu薄膜上におけるレジスト残渣の除去が進んだためと考えられる。直径8µmのコロイドプローブにて測定した摩擦場でのステアリン酸の膜厚は概ね1.5nm程度の値であり、単分子膜の厚さに対応していた。ステアリン酸を含む潤滑油中に長時間付けた場合には、徐々に膜厚が減少する傾向がみられたが、これは酸の影響で銅の腐食が進行することと関連していると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ AFMを使って潤滑油中で測定した段差
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件