日本產業技術綜合研究所先進制造工藝研究部門Fine factory研究小組研究員蘆田極、日本富山大學教授森田升及其助手高野登，日前開發出了可在掃描電子顯微鏡（SEM）中工作的納米機械加工系統，成功地以視頻方式拍攝到了以單晶硅為切削材料進行納米級切削的過程。 這套加工系統使用了原子力顯微鏡（AFM）裝置，加工工具則使用自主開發的加工懸臂。通過改變加在懸臂頂端刀刃上的接觸荷重，在1～100nm的范圍內控制切進深度，以納米為單位進行切削。利用SEM把刀刃頂端放大以后進行觀察，能夠以視頻方式記錄納米級切削的過程。 通過直接觀察加工過程，能夠得到極為翔實的信息，因此該系統將會成為用來闡明利用納米機械加工進行材料清除的原理，以及探索最佳加工條件的強有力工具。在SEM中工作的納米機械加工系統的開發可應用于納米壓印等工藝所使用的納米模具的修正加工等，將會推動納米應用技術的實用化開發。 機械加工依據的基本原理是使用固體工具對材料進行切削，在基礎實驗中可以證明，只要有納米級的尖銳工具和超精密驅動裝置，理論上就能以納米為單位進行切削加工。最近幾年來，使用AFM裝置的納米機械加工曾經作為超LSI用光掩膜修正加工技術得到過實際應用，因此作為可應用于納米應用領域的技術被業界寄予很高的期望。然而，盡管加工原理看似簡單，但尤其是從加工尺寸小這個條件來說，很難對加工現象進行觀測，因此對它的機理還存在很多尚未闡明的東西，現場的理解和經驗要領先于理論性的解釋。 該研究小組早在10年前就開始了有關利用AFM裝置進行納米級切削加工的研究，獨自開發出了納米級切削加工的實驗觀測系統、以及作為其關鍵零部件的加工懸臂，反復實施了旨在對加工現象進行觀察的基礎實驗。 同時還進行了旨在追求加工精度的研究，甚至在地方新生聯盟的研究開發業務中實施了以實用化為目的的納米加工與測量系統的開發，以及提高加工懸臂用刀刃尖銳度的技術開發。希望直接觀察納米加工過程的愿望在了解加工現象方面是一種自然而然的想法，同時也是必不可少的信息。出于這種考慮，在日本新能源與產業技術綜合開發機構（NEDO）產業技術研究扶持項目的幫助下一直在進行相關研究。 此項研究大體包括兩種開發要素，一是建立在SEM中工作的納米加工系統，二是開發可完全能夠對刀刃頂端部分進行放大觀察的尖銳加工懸臂。 本次實驗使用的單晶硅通常稱為硬脆材料，質地堅硬。從其性質上來說，在機械微加工中像玻璃一樣易碎。而在納米切削中，即使像玻璃一樣的硬脆材料也表現得和普通金屬材料一樣，可順利進行延性模式切削。本次實驗結果證實，既然單晶硅比普通金屬材料還硬，因而納米機械加工可廣泛應用于金屬和玻璃等多種材料。 此次發表中所講的“納米級機械加工的直接觀測”就是指，不論加工尺度如何，均可得出有助于闡明機械加工基本原理的有益數據。從上述學術觀點來說，該系統有望成為闡明機械加工原理的強有力工具。另外，對于在產業界的應用來說，由于已經有了稱為超LSI光掩膜修正系統的實用化先例，因此可望用于推進旨在探索最佳加工條件的研究工作，以及新的應用技術開發。