【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.13】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24KT2064

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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials

キーワード / Keywords

ナノトライボロジー,原子間力顕微鏡,潤滑添加剤,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）,技術相談/Technical Consultation

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（KT-103）と真空蒸着装置（KT-233）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中でシリコンと銅の段差部の高さ変化と摩擦係数の変化を評価した結果、ステアリン酸の場合は0.7～1.4nm程度膜厚が変化することを確認した。一方で、ステアリルアルコールを使用した場合には膜厚変化が確認されなかった。一般的に、ステアリン酸が銅表面に化学結合を伴って膜形成するのに対し、ステアリルアルコールは物理的な吸着にとどまる。したがって、銅に対する結合の強さによって、AFMの探針直下における膜の強度に差が生じたものと考えられる。また、銅薄膜の酸化状態によってステアリン酸が単分子膜の厚さをはるかに超えた金属石鹸へと変化する様子も確認できた（図１）。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１ 表面が酸化した銅薄膜上の金属石鹸膜

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[参考文献]　山下直輝，他：トライボロジー会議 2024春 東京，No. A31

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