すべり摩擦#12539;摩耗機構の分子動力学解析: ゼロ摩耗－摩耗遷移領域の挙動

摘要

VLSI用半導体基板の加工工程において，数十nm以下の微細な砥粒を用い，比較的低荷重で機械的あるいはそれに化学作用を取り入れた材料除去の方法が用いられる．所望される面粗さは，Raでnm未満であり，その加工単位はときにnm未満に及ぶ．そういった超精密デバイスの表面品質を仕様通りに管理するには，微細砥粒によるnmオーダでの材料の除去機構や表面品質および摩擦#12539;摩耗現象を把握しておくことが重要となる．これは，加工に限らず，メモリデバイスの高密度化やマイクロマシンの実現にも関わる重要な課題といえる．一般に，μmオーダ未満の微視的な領域における摩擦#12539;摩耗現象は，材料内部の粒界や転位，空孔などを介したマクロ的な材料変形#12539;除去ではなく，原子や分子間力による結合を断ち切ることによる材料変形#12539;除去が関係してくる．その結果，限界加工エネルギーは高くなる．さらには，表面間に作用する凝着力（付着力）の影響も大きくなることから，通常のマクロ的な摩擦#12539;摩耗現象と大きく異なる．高倍率の電子顕微鏡や走査型プロープ顕微鏡の普及により，原子スケールの実験#12539;観察技術は進歩したといえども，このような原子レベルの現象を実験ないし従来の連続体力学により解析するには限界がある．