(57)【要約】【課題】  基板表面の微小付着物の付着性能もしくは硬さを簡便に評価する方法を提供する。【解決手段】  基板表面の微小付着物の付着力を評価する方法において、  カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査する工程と、  前記垂直荷重を増大させて前記走査する工程を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返し、前記微小付着物が前記基板表面を動き始めた垂直荷重を特定する工程と、  前記微小付着物が前記基板表面を動き始めた垂直荷重を基に前記微小付着物の前記基板への付着力を評価する工程と、を有することを特徴とする微小付着物の物性値を評価する方法。【選択図】  図１
2015125059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面の微小付着物の付着力を評価する方法において、
カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査する工程と、
前記垂直荷重を増大させて前記走査する工程を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返し、前記微小付着物が前記基板表面を動き始めた垂直荷重を特定する工程と、
前記微小付着物が前記基板表面を動き始めた垂直荷重を基に前記微小付着物の前記基板への付着力を評価する工程と、
を有することを特徴とする微小付着物の付着力を評価する方法。
【請求項２】
前記走査が前記カンチレバーによる往復走査であり、
前記微小付着物が前記基板表面を動き始める垂直荷重の特定が、
前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーの鉛直方向の位置もしくは前記基板の鉛直方向の位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する工程と、
前記カンチレバーの走査方向の往路における、前記カンチレバーの鉛直方向の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記基板の鉛直方向の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置と、前記カンチレバーの走査方向の復路における、前記カンチレバーの鉛直方向の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記基板の鉛直方向の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置と、の距離Ｄと垂直荷重との関係を得る工程と、
前記距離Ｄと垂直荷重との関係における前記距離Ｄが増加し始める垂直荷重を前記微小付着物が前記基板表面を動き始める垂直荷重と特定する工程により行われることを特徴とする請求項１に記載の微小付着物の付着力を評価する方法。
【請求項３】
前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーの鉛直方向の位置もしくは前記基板の鉛直方向の位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する工程が、前記カンチレバーの走査方向における位置と、前記基板の鉛直方向の位置との関係を測定する工程であることを特徴とする請求項２に記載の微小付着物の付着力を評価する方法。
【請求項４】
前記微小付着物がナノファイバであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小付着物の付着力を評価する方法。
【請求項５】
前記走査をＡＦＭにより行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微小付着物の物性値を評価する方法。
【請求項６】
基板表面の微小付着物の硬さを評価する方法において、
カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査し、前記走査時の前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する工程と、
前記垂直荷重を増大させて前記測定を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返す工程と、
前記微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する工程と、
前記微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と前記各工程における前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を得る工程と、
前記関係を基に前記微小付着物の硬さを評価する工程と、
を有することを特徴とする微小付着物の硬さを評価する方法。
【請求項７】
前記微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と前記各工程における前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を得る工程が、前記微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と前記各工程における前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値とのプロットの傾きを得る工程であることを特徴とする請求項６に記載の微小付着物の硬さを評価する方法。
【請求項８】
前記微小付着物が硬化性樹脂であることを特徴とする請求項６または７に記載の微小付着物の硬さを評価する方法。
【請求項９】
前記走査をＡＦＭにより行うことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の微小付着物の物性値を評価する方法。
【請求項１０】
垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を往復走査するカンチレバーと、
前記カンチレバーの位置および前記カンチレバーに付与する垂直荷重を制御する制御部と、
前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーの鉛直方向の位置もしくは前記基板の鉛直方向の位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量と、を記録する記録部と、
前記カンチレバーの走査方向の往路における、前記カンチレバーの位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記基板の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置と、前記カンチレバーの走査方向の復路における、前記カンチレバーの位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記基板の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置と、の距離Ｄと前記垂直荷重との関係を求める演算部と、
を有する微小付着物の付着力を評価する装置。
【請求項１１】
垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を往復走査するカンチレバーと、
前記カンチレバーの位置および前記カンチレバーに付与する垂直荷重を制御する制御部と、
前記カンチレバーの走査方向の位置と前記カンチレバーのねじれの変位量とを記録する記録部と、前記垂直荷重と前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を求める演算部と、を有することを特徴とする微小付着物の硬さを評価する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体表面上の微小付着物の物性評価方法および装置に関し、特に、微小付着物の付着力や硬さを評価する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機能材料の開発においては、機能材料が持つ様々な物性値を把握することが重要である。機能材料と他の部材との間に接触が生じる場合には、機能材料と部材との付着力を評価することが重要となる。付着力の測定手法は、従来より、種々考案されているが、機能材料の微小化により測定対象物のサイズがナノメートルオーダーになる場合は従来のバルクの測定手法をそのまま適用することができない。
【０００３】
特許文献１には、微粒子の付着力評価に対しては、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以後ＡＦＭと記す）を用い、微粒子を接着固定したカンチレバーと部材表面との距離に対するカンチレバーのたわみ量（一般的にフォースカーブと呼ばれる）を測定することで、微粒子の部材に対する付着力を測定する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６２２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、評価対象である微粒子をカンチレバーに精度よく接着固定する必要があり、熟練と手間のかかる手法であり、固定できる微粒子の形状や大きさにも制限があった。また、もともと部材上に付着している微粒子の付着力を評価することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明では、基板表面の微小付着物の付着力を評価する方法において、
カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査する工程と、
前記垂直荷重を増大させて前記走査する工程を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返し、前記微小付着物が前記基板表面を動き始めた垂直荷重を特定する工程と、
前記微小付着物が前記基板表面を動き始めた垂直荷重を基に前記微小付着物の前記基板への付着力を評価する工程と、
を有することを特徴とする微小付着物の付着力を評価する方法を提供する。
【０００７】
また、別の本発明では、基板表面の微小付着物の硬さを評価する方法において、
カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査し、前記走査時の前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーのねじれの変位との関係を測定する工程と、
前記垂直荷重を増大させて前記測定を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返す工程と、
前記微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する工程と、
前記微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と前記各工程における前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を得る工程と、
前記関係を基に前記微小付着物の硬さを評価する工程と、
を有することを特徴とする微小付着物の硬さを評価する方法を提供する。
【０００８】
また、別の本発明では、垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を往復走査するカンチレバーと、
前記カンチレバーの位置および前記カンチレバーに付与する垂直荷重を制御する制御部と、
前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーの鉛直方向の位置もしくは前記基板の鉛直方向の位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量と、を記録する記録部と、
前記カンチレバーの走査方向の往路における、前記カンチレバーの位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記基板の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置と、前記カンチレバーの走査方向の復路における、前記カンチレバーの位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記基板の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは前記カンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置と、の距離Ｄと前記垂直荷重との関係を求める演算部と、
を有する微小付着物の付着力を評価する装置を提供する。
【０００９】
また、別の本発明では、
垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を往復走査するカンチレバーと、前記カンチレバーの位置および前記カンチレバーに付与する垂直荷重を制御する制御部と、前記カンチレバーの走査方向の位置と前記カンチレバーのねじれの変位量とを記録する記録部と、
前記垂直荷重と前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を求める演算部と、を有することを特徴とする微小付着物の硬さを評価する装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板表面の微小付着物の物性（付着力、硬さ）を簡便に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１および第２の実施形態の微小付着物の物性評価方法の一例を説明するための概略図である。
【図２】第１の実施形態の微小付着物の物性評価方法において、カンチレバーで微小付着物を走査した際の（ａ）カンチレバーもしくは基板の高さの変位量、（ｂ）ねじれ変位量、（ｃ）付着力に対応する物性値Ｗ０の求め方、（ｄ）硬さに対応する物性値ｄの求め方、を模式的に示す図である。
【図３】実施例１における、Ｓｉ基板上に塗布したナノファイバの付着力を評価した結果を示す図である。（ａ）ナノファイバのＡＦＭ像、（ｂ）垂直荷重を１０ｎＮ，８０ｎＮ，１４０ｎＮ付与したときの形状（高さ）、（ｃ）垂直荷重を１０ｎＮ，８０ｎＮ，１４０ｎＮ付与したときのねじれ変位量、（ｄ）垂直荷重に対してＤをプロットした図である。
【図４】実施例２における、ファイバ径の異なるナノファイバの付着力を評価した結果を示す図である。（ａ）ファイバ径がそれぞれ３５０ｎｍ，４１０ｎｍ，４７０ｎｍのナノファイバに対し、垂直荷重とＤの関係をプロットした図である。図中の矢印はそれぞれのファイバ径におけるＷ０を示す。（ｂ）ファイバ径と付着力に対応する物性値Ｗ０との関係を示す図である。
【図５】実施例３における、ナノファイバの硬さを評価した結果を示す図である。（ａ）垂直荷重とねじれ変位量の絶対値の最大値の関係をプロットした図である。（ｂ）熱処理前後のナノファイバの硬さを評価した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための好適な形態の一例を示す。
【００１３】
（第一の実施形態）
本実施形態の基板表面の微小付着物の物性値を評価する方法は、
（Ｉ）カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査する工程と、
（ＩＩ）前記垂直荷重を増大させて前記走査する工程を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返し、前記微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する工程と、
（ＩＩＩ）前記微小付着物が動き始めた垂直荷重を基に前記微小付着物の前記基板への付着力を評価する工程と、
を有する。
【００１４】
以下、図面を参照にして、本実施形態に係る微小付着物の付着力を評価する方法について説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の基板表面の微小付着物の付着力を評価する方法の一例を説明するための概略図である。
【００１６】
測定対象である微小付着物２は、固体である基板１上に付着した微小付着物２である。微小付着物２の例としては、有機、無機、金属などの微粒子、レジストパターン、ナノファイバなどの微細加工物、生体細胞などが挙げられるが、形状や大きさは特に限定しない。
【００１７】
カンチレバー３は、測定対象表面の微小領域における形状や物性を測定する走査型プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以後ＳＰＭと記す）におけるカンチレバーであり、片持ち梁の自由端に先端が先鋭なプローブである探針を有する構造である。カンチレバー３により、微小付着物２の表面を走査する。
【００１８】
なお、本実施形態の微小付着物の付着力を評価する装置には、図１に示す垂直荷重を付与して基板１表面の微小付着物２を往復走査するカンチレバー３以外に、カンチレバー３の位置およびカンチレバー３に付与する垂直荷重を制御する制御部と、カンチレバーの走査方向の位置と、カンチレバーの鉛直方向の位置もしくは基板の鉛直方向の位置もしくはカンチレバーのねじれの変位量と、を記録する記録部と、カンチレバー３の走査方向の往路におけるカンチレバーの鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは基板の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくはカンチレバーのねじれの変位量が増加し始める位置とカンチレバー３の走査方向の復路におけるカンチレバーの鉛直方向の正の方向に変化し始める位置もしくはねじれの変位量が増加し始める位置との距離Ｄと垂直荷重との関係を求める演算部と、を有していても良い。なお、演算部は、距離Ｄと垂直荷重との関係における距離Ｄが増加し始める垂直荷重を、微小付着物が基板表面を動き始める垂直荷重として表示することができる。
【００１９】
次に、微小付着物の物性を評価する各工程について説明する。
【００２０】
（Ｉ）カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査する工程
本工程では、基板１表面の微小付着物２に対し、カンチレバー３に垂直荷重６を付与し、基板１表面でカンチレバー３を接触モードで走査する。走査においては、図１に示すように、カンチレバー３が微小付着物２を横切る往路４と復路５で走査することが好ましい。カンチレバー３は任意の方向に走査してよいが、カンチレバーのねじれ方向の変位量が最大に生じる方向、つまり、カンチレバー３の長手方向（プローブと走査型プローブ顕微鏡とをつなぐ方向）に対して９０度の方向に走査することが好ましい。また、カンチレバーは一定の速度で走査することが好ましい。
【００２１】
この際、カンチレバー３のばね定数をＣ［Ｎ／ｍ］とすると、走査型プローブ顕微鏡の制御部（不図示）により、カンチレバー３に付与した６で示す垂直荷重Ｗ［ｎＮ］は、下記の数式（１）で表される。
【００２２】
Ｗ［ｎＮ］＝Ｃ［Ｎ／ｍ］  ×  ΔＸ  ［ｎｍ］      ・・・（１）
【００２３】
（式（１）において、ΔＸ［ｎｍ］はカンチレバーのたわみ変位量である。）
なお、カンチレバー３の選択は、カンチレバー３に付与できる垂直荷重の限界値はたわみ変位量ΔＸの検出限度より求められるので、この値を目安にして選定することができる。
【００２４】
固体基板表面でカンチレバー３を接触モードで走査すると、カンチレバー３と固体基板１との間に摩擦力Ｆが生じる。このとき、カンチレバー３に付与した６で示す垂直荷重Ｗ［ｎＮ］とカンチレバー３と固体基板１との間の摩擦力Ｆ［ｎＮ］（不図示）には、下記の数式（２）の関係がある。
【００２５】
Ｆ［ｎＮ］＝μ×Ｗ［ｎＮ］      ・・・（２）
【００２６】
（式（２）において、μは摩擦係数である。）
また、摩擦力Ｆ［ｎＮ］はカンチレバー３のねじればね定数Ｃｔ［Ｎ／ｍ］とねじれの微小変位ΔＬ［ｎｍ］を用いて、下記の数式（３）でも表される。
【００２７】
Ｆ［ｎＮ］＝Ｃｔ［Ｎ／ｍ］×ΔＬ［ｎｍ］      ・・・（３）
【００２８】
（ＩＩ）垂直荷重を増大させて走査する工程を前記微小付着物が基板表面を動き始めるまで繰り返し、微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する工程
本工程では、垂直荷重Ｗ［ｎＮ］を増大させ、カンチレバー３で微小付着物２を走査し、微小付着物が基板表面を動いていないことが確認されれば、垂直荷重Ｗ［ｎＮ］を増大させ、再度カンチレバー３で微小付着物２を走査する。この工程を微小付着物が基板表面を動き始めるまで繰り返す。そして、微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する。
【００２９】
微小付着物２が動いたか否かを確認する方法は、走査ごとにＡＦＭで確認する方法であっても良い。また、カンチレバー３の走査方向における位置と、カンチレバー３の鉛直方向の位置もしくは基板１の鉛直方向の位置もしくはカンチレバー３のねじれの変位量と、の関係を不図示の記録部で記録し、カンチレバーの走査方向の往路においてカンチレバーの鉛直方向の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは基板の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくはねじれの変位量が増加し始める位置と、カンチレバーの走査方向の復路においてカンチレバーの鉛直方向の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくは基板の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始める位置もしくはねじれの変位量が増加し始める位置と、の距離Ｄと垂直荷重との関係を不図示の演算部により得て表示し、距離Ｄと垂直荷重との関係における距離Ｄが増加し始める垂直荷重を微小付着物が動いた垂直荷重とする方法であっても良い。
【００３０】
この際、これらのうちでも、微小付着物２が動いたか否かを確認する方法として後者を用いた方が、より簡便に測定を行うことができるため好ましい。なお、ここで記載する「距離Ｄが増加しはじめる垂直荷重」とは、より詳細には、その垂直荷重以下と、その垂直荷重以上とで近似直線の傾きが大きく異なる垂直荷重である。
【００３１】
微小付着物が基板表面を動いたか否かを確認する方法として後者の方法を用いた場合における、走査方向におけるカンチレバー３の位置を「位置」として、鉛直方向上向きを正とした時のカンチレバーの位置もしくは鉛直方向下向きを正とした時の基板の位置を「高さ」として、カンチレバー３のねじれ変位量を「ねじれ変位量」としてそれらの関係を図２（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３２】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、カンチレバー３が高さがある微小付着物２を走査すると、カンチレバーに対して鉛直方向に力がかかる。この鉛直方向の力を解放するために、カンチレバーの位置が鉛直方向上向きに、もしくはカンチレバーの位置は変わらず基板の位置が鉛直方向下向きに変化する。また、カンチレバー３のねじれ変位量も増加する。ここで記載するカンチレバーの鉛直方向の位置とは、カンチレバー３のプローブが走査を開始する前の位置を基準として、その位置からどの程度鉛直方向に離れたかを示すカンチレバー３の鉛直方向の変位量のことであり、微小付着物２の高さを示すものである。また、基板の鉛直方向の位置も、同様に、カンチレバー３のプローブが走査を開始する前の基板の位置を基準として、その位置からどの程度鉛直方向に離れたかを示す基板の鉛直方向の変位量である。
【００３３】
なお、以降の記載では、カンチレバー３のプローブが走査する前の位置をゼロかつ鉛直方向上向きを正の方向とした時のカンチレバーの鉛直方向の位置の変位量、もしくはカンチレバー３のプローブが走査する前の位置をゼロかつ鉛直方向下向きを正の方向とした時の基板の鉛直方向の位置の変位量、をカンチレバーもしくは基板の高さの変位量と表現することもある。
【００３４】
カンチレバー３のねじれ変位量とは、カンチレバー３のプローブが鉛直方向にある位置を基準とし、その位置からどの程度傾いたかを示す、水平方向の変位である。
カンチレバー３のねじれ変位量に対応した信号は摩擦力（ＦＦＭ）信号と称され、ＦＦＭ信号［ｍＶ］とカンチレバーの水平方向の微小変位ΔＬ［ｎｍ］との間には、下記の数式（４）の関係がある。
【００３５】
ＦＦＭ［ｍＶ］＝ＳＦＦＭ［ｍＶ／ｎｍ］×ΔＬ［ｎｍ］      ・・・（４）
【００３６】
（式（４）において、ＳＦＦＭ［ｍＶ／ｎｍ］はねじれ感度を表し、１ｎｍのねじれ変位に対する検出器の水平方向の信号差を示す。）
よって、数式（３）、（４）より、摩擦力とＦＦＭ信号の関係は、下記の数式（５）で表すことができる。
【００３７】
Ｆ［ｎＮ］＝Ｃｔ［Ｎ／ｍ］×ＦＦＭ［ｍＶ］／ＳＦＦＭ［ｍＶ／ｎｍ］      ・・・（５）
【００３８】
Ｃｔ［Ｎ／ｍ］およびＳＦＦＭ［ｍＶ／ｎｍ］はカンチレバーの固有の値であるので、摩擦力とＦＦＭ信号には比例関係が成立する。
【００３９】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、カンチレバー３が微小付着物２に接触してカンチレバー３の位置が鉛直方向上向きを正とした時に正の方向に変化し始めるもしくは基板の位置が鉛直方向下向きを正とした時に正の方向に変化し始めるもしくはカンチレバーのねじれ変位量が増加し始める往路の位置と復路の位置との距離Ｄ［ｎｍ］を求める。
【００４０】
図２（ｃ）はカンチレバーに付与する垂直荷重に対し、距離Ｄをプロットした場合に得られる結果を例示したものである。垂直荷重が小さい段階ではＤは一定であるが、垂直荷重を大きくし、カンチレバーにより付与される水平方向の力を増やしていくと、水平方向の力が微小付着物の付着力を上回った時点で微小付着物が基板表面を動き、その結果、Ｄの値は増加する。図２（ｃ）に示すように、Ｄの値が増加し始めるときの垂直荷重をＷ０［ｎＮ］とする。なお、距離Ｄが増加し始める垂直荷重とは、垂直荷重に対する距離Ｄのプロットを結んだ際に傾きが生じ始める垂直荷重ということもできる。
【００４１】
なお、垂直荷重Ｗ０は、カンチレバーの鉛直方向の変位量またはねじれ変位量どちらか一方のみ用いて求めてもよいし、一方を用いて他方を参考として求めてもよい。
【００４２】
さらに、ここでは、カンチレバー３により微小付着物２が固体基板１表面を動き始める垂直荷重Ｗ０を、カンチレバー３が微小付着物２に接触した往路の位置と復路の位置との距離Ｄにより求める方法を例示しているが、ＳＰＭ装置のドリフトが無視できるほど小さい場合には、カンチレバー３が微小付着物２に接触してカンチレバーもしくは基板の鉛直方向の変位量またはねじれ変位量が増加し始める位置のみをモニターすればよい。
【００４３】
（ＩＩＩ）微小付着物が動き始めた垂直荷重を基に微小付着物の基板への付着力を評価する工程
（ＩＩ）の工程で得られた垂直荷重Ｗ０を基に微小付着物の基板への付着力を評価する。言い換えれば、垂直荷重Ｗ０を微小付着物の基板への付着力に対応する物性値として評価する。これにより、異なるばね定数のカンチレバーを使用した場合においても、垂直荷重Ｗ０は同一となるため、ばね定数による補正を行う必要がなく、測定結果の比較を容易に行うことができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本実施形態の基板表面の微小付着物の硬さを評価する方法は、
（ｉ）カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査し、前記走査時の前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する工程と、
（ｉｉ）前記垂直荷重を増大させて前記測定する工程を前記微小付着物が前記基板表面を動き始めるまで繰り返し、前記微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する工程と、
（ｉｉｉ）前記微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と前記走査工程の各々における前記カンチレバーのねじれの変位の絶対値の最大値との関係を得る工程と、
（ｉｖ）前記関係を基に前記微小付着物の硬さを評価する工程と、
を有することを特徴とする微小付着物の物性値を評価する方法。
【００４５】
以下、各工程について説明する。
【００４６】
（ｉ）カンチレバーに垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を走査し、前記走査時の前記カンチレバーの走査方向の位置と、前記カンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する工程
本工程では、カンチレバー３に垂直荷重Ｗを付与して基板１表面の微小付着物２を走査し、走査時の前記カンチレバーの位置と、前記カンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する。走査方法は、第１の実施形態の工程（Ｉ）と同じであり、走査時のカンチレバーの走査方向の位置と、カンチレバーのねじれの変位量との関係は第１の実施形態の工程（ＩＩ）と同様に測定する。
【００４７】
（ｉｉ）垂直荷重を増大させて走査する工程を微小付着物が基板表面を動き始めるまで繰り返し、微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する工程
本工程では、垂直荷重Ｗ［ｎＮ］を増大させ、カンチレバー３で微小付着物２を走査し、カンチレバーの走査方向の位置とカンチレバーのねじれの変位量との関係を測定する工程を微小付着物が動き始めるまで繰り返す。そして、微小付着物が動き始めた垂直荷重を特定する。具体的な特定方法は第一の実施形態の工程（ＩＩ）と同様である。
【００４８】
（ｉｉｉ）微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と各走査工程におけるカンチレバー３のねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を得る工程
（ｉｉ）の工程で特定した微小付着物が動き始めた垂直荷重以下の垂直荷重と、各走査工程におけるカンチレバー３のねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を得る。このような関係を得るには、例えば、垂直荷重とカンチレバー３のねじれの変位量の絶対値の最大値とをプロットする。その具体例を図２（ｄ）に示す。
【００４９】
カンチレバーに付与する垂直荷重を増加させると、ねじれ変位量の絶対値の最大値も大きくなる。カンチレバーに付与する垂直荷重を増加させることによるカンチレバーの水平方向の力の増加により、微小付着物が固体基板上を動き始めるまでは、カンチレバーの水平方向の力によって微小付着物は変形する。その際の変形量は微小付着物の硬さに依存すると考えられる。したがって、図２（ｄ）に例示するように、カンチレバーに付与した垂直荷重に対し、ねじれ変位量の絶対値の最大値をプロットすると、微小付着物が固体表面上を動き始めるまでのプロファイルの傾きｄ［ｍＶ／ｎｍ］は微小付着物の変形しやすさを反映した物性値となる（すなわち、ｄが大きいほど変形しやすい）。
【００５０】
（ｉｖ）垂直荷重とカンチレバー３のねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を基に前記微小付着物の硬さを評価する工程
垂直荷重とカンチレバー３のねじれの変位量の絶対値の最大値との関係から微小付着物の硬さを評価する。具体的には、（ｉｉｉ）の例として記載した垂直荷重とカンチレバー３のねじれの変位量の絶対値の最大値とのプロットの傾きを微小付着物の硬さを評価する。
【００５１】
なお、本実施形態の微小付着物の硬さを評価する装置は、垂直荷重を付与して基板表面の微小付着物を往復走査するカンチレバーと、前記カンチレバーの位置および前記カンチレバーに付与する垂直荷重を制御する制御部と、前記カンチレバーの走査方向の位置と前記カンチレバーのねじれの変位量とを記録する記録部と、前記垂直荷重と前記カンチレバーのねじれの変位量の絶対値の最大値との関係を求める演算部と、を有していても良い。
【００５２】
また、第１および第２の実施形態における各工程は、大気中であっても良く、真空中、ガス雰囲気中、液体中などあらゆる環境下であっても良い。また、測定対象である微小付着物は第１の実施形態と同じである。微小付着物が硬化性樹脂である場合、微小付着物の硬化の程度を測定することができる。
【００５３】
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。以下に示す具体例は、本発明にかかる最良の実施形態の一例ではあるが、本発明はかかる具体的形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００５４】
（実施例１）
本実施例では、エレクトロスピニング法でＳｉ基板上に塗布したポリアミドイミドナノファイバの付着力を評価した。
【００５５】
ナノファイバの付着力を評価するＳＰＭ装置として、ＳＩＩナノテクノロジー社製Ｓ−ｉｍａｇｅ（たわみ変位の検出限度−２５０ｎｍ）を使用した。カンチレバーはＳＩＩナノテクノロジー社製ＳＩ−ＤＦ３（ばね定数１．１Ｎ／ｍ）を使用した。
【００５６】
まず、非接触モードでナノファイバのＡＦＭ像を取得した（図３（ａ））。このとき、カンチレバーは長手方向に対して９０度の方向に走査し、走査方向に対して垂直に存在するナノファイバを評価対象とした。ＡＦＭ像より求めたナノファイバの高さ（ファイバ径に相当）は４２０ｎｍであった。
【００５７】
次に、走査モードを非接触モードから接触モードに切り替え、カンチレバーの垂直荷重がゼロになるように設定した。ナノファイバを横切るように、走査幅２μｍ、走査周波数０．１Ｈｚの条件でカンチレバーを往復走査し、基板の鉛直方向の位置の変位量（鉛直方向下向きを正）およびカンチレバーのねじれ変位を測定した。カンチレバーに付与する垂直荷重を１０ｎＮずつ増やし、上記測定を繰り返した。図３（ｂ），（ｃ）はカンチレバーに１０ｎＮ，８０ｎＮ，１４０ｎＮの垂直荷重を付与したときの基板の鉛直方向の変位量（図３（ｂ）ではたわみ変位と記載）及びねじれ変位量の測定結果を示す。図３（ｂ）より、垂直荷重を大きくするとナノファイバの形状が変形していることがわかる。また、図３（ｃ）より、垂直荷重を大きくするとねじれ変位が増加し、プロファイルが変化することがわかる。ねじれ変位量のプロファイルからはナノファイバの変形、引っ張り、引き摺りに関する情報が得られる。図３（ｃ）に示すように、カンチレバーがナノファイバに接触してねじれ変位が増加する往路の位置及び復路の位置との距離Ｄ［ｎｍ］を求め、カンチレバーに付与した垂直荷重に対してＤをプロットした結果を図３（ｄ）に示す。これより、垂直荷重が８０ｎＮまではＤは一定であるが、８０ｎＮを超えるとＤは増加している。これはカンチレバーの水平方向の力によりナノファイバがＳｉ基板上を動いたためである。よって、この例では、垂直荷重８０ｎＮをナノファイバとＳｉ基板との付着力に対応した物性値として評価することができる。
【００５８】
（実施例２）
本実施例では、ファイバ径が異なるナノファイバの付着力を評価した。
【００５９】
スピンコートによりＳｉ基板上にポリアミドイミド膜を成膜し、その上にエレクトロスピニング法によりポリアミドイミドナノファイバを塗布した。ファイバ径が異なるナノファイバに対し、実施例１と同様の方法で、カンチレバーがナノファイバに接触してねじれ変位量が増加する往路の位置及び復路の位置との距離Ｄ［ｎｍ］をねじれ変位量のプロファイルから求め、ナノファイバが固体表面上を動き始める垂直荷重Ｗ０を求めた結果を図４（ａ）に示す。評価したナノファイバのファイバ径はそれぞれ３５０ｎｍ，４１０ｎｍ，４７０ｎｍであった。
【００６０】
図４（ｂ）は上述の方法で求めたナノファイバの付着力に対応した物性値Ｗ０とファイバ径との関係を示す図である。これより、ファイバ径が大きくなると付着力が大きくなる結果が得られ、本発明の固体表面上の微小付着物の物性評価方法を用いることにより、微小付着物の付着力を定量的に評価できることがわかる。
【００６１】
（実施例３）
本実施例ではナノファイバの硬さを評価した。
【００６２】
実施例１と同様に、エレクトロスピニング法でＳｉ基板上に塗布したポリアミドイミドナノファイバに対し、カンチレバーを走査してねじれ変位量を測定し、ねじれ変位量の絶対値の最大値を求めた。カンチレバーに付与した垂直荷重に対してねじれ変位量の絶対値の最大値をプロットしたのが図５（ａ）である。カンチレバーの水平方向の力によりナノファイバがＳｉ基板上を動き始めるまでは、カンチレバーの水平方向の力によってナノファイバが変形し、その変形量はナノファイバの硬さに依存する。よって、図５（ａ）において、ナノファイバがＳｉ基板上を動き始める垂直荷重Ｗ０＝１２０ｎＮまでのねじれ変位量の絶対値の最大値のプロファイルの傾きｄ＝０．００４３ｍＶ／ｎＮがナノファイバの硬さに対応する物性値となる。
【００６３】
熱処理前後のナノファイバに対して上述の評価を実施した結果、図５（ｂ）に示す結果が得られた。図５（ｂ）に示す結果は、熱処理前のナノファイバ８検体、熱処理後のナノファイバ４検体、に対して測定を行ったときの平均値を示す。傾きｄはナノファイバの変形のしやすさを表し、ｄの値が大きいほど軟らかく、ｄの値が小さいほど硬いということを示す。よって、熱処理によりナノファイバが硬化していることが本実施例により確認できた。
【符号の説明】
【００６４】
１  基板
２  微小付着物
３  カンチレバー
４  往路
５  復路
６  垂直荷重
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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