(57)【要約】【課題】薄膜試料の材質を問わずに薄膜試料の残留応力を計測することができる薄膜試料の残留応力計測方法および残留応力計測装置を提供する。【解決手段】まず、圧子１ｂを薄膜試料Ｄに押し込んで薄膜試料Ｄの荷重−変位特性を計測する。次いで、計算用の残留応力を設定し、力学的シミュレーションを行って荷重−変位特性を算出する。そして、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似するまで前記計算用の残留応力を変化させながら力学的シミュレーションを繰り返し行って、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似した際の計算用の残留応力を前記薄膜試料Ｄに発生している残留応力として出力する。【選択図】図１
2008128741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部分が丸みを帯びた形状の圧子を薄膜試料に押し込んで当該薄膜試料を塑性変形させながら薄膜試料の荷重−変位特性を計測するステップと、
前記圧子および薄膜試料をモデル化するとともに、薄膜試料のモデルに対して計算用の残留応力を設定し、力学的シミュレーションを行って荷重−変位特性を算出するステップと、
算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似するまで前記計算用の残留応力を変化させながら力学的シミュレーションを繰り返し行って、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似した際の計算用の残留応力を前記薄膜試料に発生している残留応力として出力するステップとを有することを特徴とする薄膜試料の残留応力計測方法。
【請求項２】
前記薄膜試料とは、厚みが１００ｎｍ以上１μｍ以下の試料であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜試料の残留応力計測方法。
【請求項３】
前記圧子を薄膜試料に押し込む工程は、圧子の押し込み量を増加させていく負荷工程と、圧子の押し込み量を減少させていく除荷工程とを含み、前記計測する荷重−変位特性および算出する荷重−変位特性は、負荷工程における荷重−変位特性または除荷工程における荷重−変位特性のいずれか一方もしくは双方であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜試料の残留応力計測方法。
【請求項４】
先端部分が丸みを帯びた形状の圧子を薄膜試料に押し込んで当該薄膜試料を塑性変形させながら薄膜試料の荷重−変位特性を計測する特性計測部と、
前記圧子および薄膜試料をモデル化するとともに、薄膜試料のモデルに対して計算用の残留応力を設定し、力学的シミュレーションを行って荷重−変位特性を算出し、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似するまで前記計算用の残留応力を変化させながら力学的シミュレーションを繰り返し行って、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似した際の計算用の残留応力を前記薄膜試料に発生している残留応力として出力する残留応力算出部とを備えることを特徴とする薄膜資料の残留応力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜試料の残留応力計測方法および残留応力計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、機器の小型化・薄型化に伴い、このような機器における薄膜に発生する残留応力が機能や信頼性に影響を与えることがあるため、その残留応力を計測する必要性が高まっている。このような薄膜試料の残留応力は、例えば特許文献１に記載されているように、エネルギー線を薄膜試料に照射した際に発生する光のスペクトルデータから計測することが考えられる。
【特許文献１】特開２００５−２６５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記のような手法は、エネルギー線を照射した際に光のスペクトルが発生しない材料で構成された薄膜試料には適用できない。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑み、薄膜試料の材質を問わずに薄膜試料の残留応力を計測することができる薄膜試料の残留応力計測方法および残留応力計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、先端部分が丸みを帯びた形状の圧子を薄膜試料に押し込んで当該薄膜試料を塑性変形させながら薄膜試料の荷重−変位特性を計測するステップと、前記圧子および薄膜試料をモデル化するとともに、薄膜試料のモデルに対して計算用の残留応力を設定し、力学的シミュレーションを行って荷重−変位特性を算出するステップと、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似するまで前記計算用の残留応力を変化させながら力学的シミュレーションを繰り返し行って、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似した際の計算用の残留応力を前記薄膜試料に発生している残留応力として出力するステップとを有することを特徴とする薄膜試料の残留応力計測方法である。
【０００６】
この構成によれば、圧子を薄膜試料に押し込んで薄膜試料の荷重−変位特性を計測するとともに、この計測された荷重−変位特性に近似する解が得られるまで力学的シミュレーションを行って薄膜試料に発生している残留応力を特定するようにしたから、薄膜試料の材質を問わずに薄膜試料の残留応力を計測することができる。しかも、荷重−変位特性を用いることにより、薄膜試料に発生している残留応力を高精度に計測することができる。
【０００７】
例えば、請求項２の発明のように、前記薄膜試料とは、厚みが１００ｎｍ以上１μｍ以下の試料である構成とすることができる。
【０００８】
例えば、請求項３の発明のように、前記圧子を薄膜試料に押し込む工程は、圧子の押し込み量を増加させていく負荷工程と、圧子の押し込み量を減少させていく除荷工程とを含み、前記計測する荷重−変位特性および算出する荷重−変位特性は、負荷工程における荷重−変位特性または除荷工程における荷重−変位特性のいずれか一方もしくは双方である構成とすることができる。
【０００９】
請求項４の発明は、先端部分が丸みを帯びた形状の圧子を薄膜試料に押し込んで当該薄膜試料を塑性変形させながら薄膜試料の荷重−変位特性を計測する特性計測部と、前記圧子および薄膜試料をモデル化するとともに、薄膜試料のモデルに対して計算用の残留応力を設定し、力学的シミュレーションを行って荷重−変位特性を算出し、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似するまで前記計算用の残留応力を変化させながら力学的シミュレーションを繰り返し行って、算出された荷重−変位特性が計測された荷重−変位特性に近似した際の計算用の残留応力を前記薄膜試料に発生している残留応力として出力する残留応力算出部とを備えることを特徴とする薄膜資料の残留応力計測装置である。
【００１０】
この構成によれば、圧子を薄膜試料に押し込んで薄膜試料の荷重−変位特性を計測するとともに、この計測された荷重−変位特性に近似する解が得られるまで力学的シミュレーションを行って薄膜試料に発生している残留応力を特定するようにしたから、薄膜試料の材質を問わずに薄膜試料の残留応力を計測することができる。しかも、荷重−変位特性を用いることにより、薄膜試料に発生している残留応力を高精度に計測することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、薄膜試料の材質を問わずに薄膜試料の残留応力を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
＜薄膜試料の残留応力計測装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る薄膜試料の残留応力計測装置の構成を図１に基づいて説明する。この残留応力計測装置は、特性計測部１と、処理部２と、記憶部３と、キーボード等の入力部４と、液晶ディスプレイ装置等の出力部５とを主な構成要素として備える。
【００１４】
特性計測部１は、薄膜試料Ｄを固定する金属製の固定部１ａと、薄膜試料Ｄの一部と接触して薄膜試料Ｄに圧力を加える圧子１ｂと、固定部１ａに直交するように立てた状態で固定部１ａに設けられる支柱１ｆと、支柱１ｆに設けられたレール（図示せず）上を動作する駆動部１ｄと、駆動部１ｄに設けられ圧子１ｂを保持する圧子支持体１ｇと、圧子支持体１ｇに設けられ圧子１ｂに加わる荷重を計測する荷重センサ１ｃと、駆動部１ｄを制御するとともに駆動部１ｄの変位と荷重センサ１ｃの出力とを取得する入出力部１ｅとを備え、薄膜試料Ｄの荷重−変位特性を取得する。ここで、薄膜試料Ｄとは、厚みが１００ｎｍ以上１μｍ以下の試料である。
【００１５】
固定部１ａは、真鍮やステンレスで直方体形状に形成された金属板であり圧子１ｂにより加えられる圧力に対して変形しない十分な強度を有し、計測時には水平面を構成するように配置される。固定部１ａは、薄膜試料Ｄを固定するための固定手段（図示せず）を有し、薄膜試料Ｄは圧子１ｂにより圧力が加えられても動かないように固定されている。固定手段としては、固定部１ａにねじ止めされる２つの板片により薄膜試料Ｄの両端部を固定部１ａの薄膜試料Ｄを置く面との間で挟み込むものでよい。なお、薄膜試料Ｄは、単体の状態で固定部１ａに固定されてもよいし、例えば基板等の表面に積層された状態のまま固定部１ａに固定されてもよい。
【００１６】
支柱１ｆは、真鍮やステンレスなどの金属で四角柱状に形成されたものであり、固定部１ａの一側面の幅方向の中央に、固定部１ａの薄膜試料Ｄを置く面に直交するように設けられている。支柱１ｆには、長さ方向にレールが設けられており、駆動部１ｄがレールに沿って動作できるようにしている。
【００１７】
駆動部１ｄは、リニアステッピングモータであり、支柱１ｆのレールはリニアステッピングモータの固定部側となっている。駆動部１ｄは、ケーブルＣ２により入出力部１ｅと接続されており、入出力部１ｅにより制御される。そして、駆動部１ｄは、側面視でＬ字状の圧子支持体１ｇにより圧子１ｂと接続され、駆動部１ｄが上下に動くと圧子１ｂが薄膜試料Ｄから離れる方向または薄膜試料Ｄに向かう方向に上下に動作するようになっている。
【００１８】
圧子１ｂは、ダイヤモンドで下方に向かって先細りとなる三角錐形状に形成されるとともに、下端部である先端部分が丸みを帯びた形状に形成されたものあり、十分な強度を有し、圧力により変形しないように形成されている。圧子１ｂの形状としては、三角錐形状の他に円錐や四角錐の形状であってもよい。
【００１９】
圧子支持体１ｇは、真鍮やステンレスなどの金属で側面視でＬ字状に形成されたものであり、一方の端部には駆動部１ｄが接続され、他方の端部には圧子１ｂを薄膜試料Ｄに接触可能なように接続する圧子接続部を有している。圧子支持体１ｇは、圧子接続部の側に荷重センサ１ｃを介在させ、圧子１ｂに加わる荷重、つまり圧子１ｂが薄膜試料Ｄに加えた荷重を計測するようにしている。
【００２０】
荷重センサ１ｃは、ロードセルであり、ケーブルＣ１により入出力部１ｅに接続され、入出力部１ｅによりロードセルの出力が検出できるようにされている。
【００２１】
入出力部１ｅは、制御部１ｅａと計測情報取得部１ｅｂとを有し、計測装置の内部で処理部２に接続されており、処理部２から計測信号が入力されると、圧子１ｂの変位に対する荷重を出力する。
【００２２】
制御部１ｅａは、ケーブルＣ２を介して駆動部１ｄに接続されており、制御信号を駆動部１ｄに出力することにより駆動部１ｄを制御して移動させるとともに、その移動による変位を取得する。従って、この実施形態では、制御部１ｅａは、圧子１ｂの変位を計測する変位計測部の機能を兼ねている。ただし、制御部１ｅａが変位計測部の機能を兼ねている必要は特になく、例えばレーザ変位計などのような変位計測部を単体で備えていてもよい。
【００２３】
計測情報取得部１ｅｂは、ケーブルＣ１により荷重センサ１ｃと接続され、荷重センサ１ｃから荷重に比例する電圧値を取得し、記憶部３に記憶されている荷重センサ１ｃに対する変換係数をその電圧値に掛けて荷重に変換する。
【００２４】
記憶部３は、揮発性メモリと不揮発性メモリで構成され、計算プログラム３ａと、解析モデルデータ３ｂとを記憶する。計算プログラム３ａは、不揮発性メモリ上に記憶され、後述の処理部２の特性算出部２ａにより読み出されて実行される。解析モデルデータ３ｂは、計測時の状態をモデル化したものであり、外形データ及び有限要素法用の分割図のデータが揮発性メモリ上に記憶されている。ここで、外形データは、閉領域を形成する頂点座標と、各頂点の接続関係とを有している。有限要素法用の分割図のデータは、空間を分割する要素データと、要素を形成する節点データと、節点の座標データ等を有する。
【００２５】
なお図示しないが、記憶部３は計測パラメータ情報と計測結果データも記憶する。計測パラメータ情報は不揮発性メモリ上に記憶され、荷重センサ１ｃの種類毎の変換係数の情報を有する。変換係数は、荷重センサ１ｃから出力される電圧値を荷重に変換するための数値である。計測結果データは、特性計測部１により計測した荷重−変位特性を、変位と荷重を対にした点列で揮発性メモリ上に記憶されている。
【００２６】
処理部２は、中央処理装置を有するコンピュータであり、入出力部１ｅと、記憶部３と、入力部４と、出力部５と接続され、プログラムを処理することにより各部を制御する。処理部２は、記憶部３に記憶された計算プログラム３ａを読み込み、実行することにより残留応力を求める特性算出部２ａと、薄膜試料Ｄと圧子１ｂの外形データを用いて解析モデルを作成するモデル作成部２ｂとして機能する。
【００２７】
＜薄膜試料の残留応力計測処理＞
図2に示すフローチャートでは、オペレータが入力部４を介して計測開始指示を入力したタイミングで開始となり、残留応力計測処理はステップＳ１の処理に進む。
【００２８】
ステップＳ１の処理では、特性算出部２ａが、出力部５を介して計測条件データの入力をオペレータに促し、オペレータが入力部４を介して計測条件データの入力を完了したタイミングで残留応力計測処理をステップＳ２の処理に進める。ここで、本実施形態では、計測条件データとして、圧子１ｂを押し込む変位の範囲、圧子１ｂを１回に移動させる変位刻み、薄膜試料Ｄ及び圧子１ｂの外形データが設定され、オペレータにより入力された計測条件データは計測パラメータ情報として記憶部３に記憶される。また、圧子１ｂを押し込む変位の範囲は、図３に示すように、圧子１ｂの始点位置ＳＰと、折返し位置ＴＰの座標値により指定される。
【００２９】
なお、本実施形態では、圧子１ｂが薄膜試料Ｄに接する状態の変位量を０とし、荷重が大きくなる変位の方向を正方向、荷重が小さくなる変位の方向を負方向としている。また、圧子１ｂを１回移動させる変位刻みは小さければ小さいほど計測点は多くなる。例えば、薄膜試料Ｄが約５００ｎｍの厚みのアルミ薄膜試料である場合には、圧子１ｂの全体の押し込み量（換言すればＴＰの座標値）はその１０分の１の５０ｎｍであり、変位刻みは１０００点での計測を行うように約０．０５ｎｍである。
【００３０】
また、薄膜試料Ｄの外形データは、基本的に薄膜試料Ｄの輪郭を形成する点の座標値を入力することにより指定される。圧子１ｂの外形データは、圧子１ｂの三次元形状を実測し、先端部分の丸みを精密に再現したものである必要がある。
【００３１】
ステップＳ２の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ１の処理により入力された変位の範囲内で、圧子１ｂを薄膜試料Ｄに押し込んで当該薄膜試料Ｄを塑性変形させながら薄膜試料Ｄの荷重−変位特性を計測する。具体的には、特性算出部２ａは次のようにして計測を行う。
【００３２】
まず、特性算出部２ａは、駆動部１ｄにより圧子１ｂを変位の始点位置ＳＰまで移動させるように入出力部１ｅに制御信号を出力すると共に、計測信号を入出力部１ｅに出力する。入出力部１ｅは、制御部１ｅａにより得られる変位と計測情報取得部１ｅｂにより得られる荷重とを特性算出部２ａに出力する。そして、特性算出部２ａは、取得した変位量と荷重とを関連づけさせて計測結果データとして記憶部３に記憶する。
【００３３】
次に、特性算出部２ａは、ステップＳ１の処理により入力された変位刻み分だけ正方向に圧子１ｂを変位させるように入出力部１ｅに制御信号を出力すると共に、計測信号を入出力部１ｅに出力する。そして、特性算出部２ａは、取得した変位量と荷重とを関連づけさせて計測結果データとして記憶部３に記憶する。特性算出部２ａは、圧子１ｂが変位の折返し位置ＴＰにくるまでこの動作を繰り返し実行する。この工程が圧子１ｂの押し込み量を増加させていく負荷工程である。
【００３４】
次に、特性算出部２ａは、ステップＳ１の処理により入力された変位刻み分だけ負方向に圧子１ｂを変位させるように入出力部１ｅに制御信号を出力すると共に、計測信号を入出力部１ｅに出力する。そして、特性算出部２ａは、取得した変位量と荷重とを関連づけさせて計測結果データとして記憶部３に記憶する。特性算出部２ａは、圧子１ｂが変位の始点位置ＳＰにくるまでこの動作を繰り返し実行する。この工程のうち荷重が０になるまでの工程が圧子１ｂの押し込み量を減少させていく除荷工程である。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ３の処理に進む。なお、このステップＳ２の処理が完了すると、特性算出部２ａは図３に示すような荷重−変位曲線のグラフを出力することができる。
【００３５】
ここで、図５に示すように、薄膜試料Ｄに圧縮応力が発生している場合には、応力がない場合に比べて荷重−変位曲線が上方にシフトし、薄膜試料Ｄに引張応力が発生している場合には、応力がない場合に比べて荷重−変位曲線が下方にシフトする。
【００３６】
ステップＳ３の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ２の処理により計測された荷重−変位特性から負荷工程における荷重−変位特性ＬＡと除荷工程における荷重−変位特性ＵＬＡを特定する。具体的には、図３に示すように、負荷工程における荷重−変位特性ＬＡは、点ＳＰを始点とし点ＴＰを終点とした２点間の曲線で特定され、除荷工程における荷重−変位特性ＵＬＡは、点ＴＰを始点とし荷重が０に戻る点ＥＰを終点とした２点間の曲線で特定される。これによりステップＳ３の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ４の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ４の処理では、モデル作成部２ｂが、ステップＳ１の処理により入力された計測条件データに基づいて圧子１ｂおよび薄膜試料Ｄをモデル化して数値解析モデルを作成し、作成された数値解析モデルのデータを解析モデルデータ３ｂとして記憶部３に記憶する。具体的には、モデル作成部２ｂは、ステップＳ１の処理において入力された薄膜試料Ｄと圧子１ｂの外形データを用いて、ドロネイ変換法、格子法、逐次法、バブル法、デラウニー法等の自動メッシュ方法により有限要素解析に用いる数値解析モデルである分割図データを生成する。なお、四面体要素の場合には、この処理により図４に示すような数値解析モデルが生成される。また、本実施形態では、計算時間を短くするために、モデルの対称性を利用して計測モデルの半分のみを数値解析モデルにしている。これによりステップＳ４の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ５の処理に進む。
【００３８】
ステップＳ５の処理では、特性算出部２ａは、出力部５を介して薄膜試料Ｄの弾性率とポアソン比と降伏応力を入力するように要求する。薄膜試料Ｄの弾性率と降伏応力を取得する方法としては、例えば特開２００６−１９４６０４号公報に記載されている方法等が考えられるが、この手法に限らず、その他文献値から得られる値を入力しても良い。例えば、薄膜試料Ｄがアルミ薄膜試料である場合には、弾性率は５０ＧＰａ、ポアソン比は０．３４５、降伏応力は１２０ＭＰａである。これによりステップＳ５の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ６の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ６の処理では、特性算出部２ａは、ステップＳ５において入力された値を、薄膜試料Ｄの弾性率とポアソン比と降伏応力の既定値として設定する。これによりステップＳ６の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ７の処理に進む。
【００４０】
ステップＳ７の処理では、特性算出部２ａは、出力部５を介して薄膜試料Ｄの計算用の残留応力の初期値を入力するように要求する。オペレータは、薄膜試料Ｄの材質や構成等を考慮して、例えば５０ＭＰａ等の値を入力する。これによりステップＳ７の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ８の処理に進む。
【００４１】
ステップＳ８の処理では、特性算出部２ａは、ステップＳ７において入力された値を、薄膜試料Ｄの計算用の残留応力の初期値として設定する。これによりステップＳ８の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ９の処理に進む。
【００４２】
ステップＳ９の処理では、特性算出部２ａが、解析モデルデータ３ｂとして記憶されている数値解析モデルについて有限要素法を用いた力学的シミュレーションを実行することにより、計算用の残留応力の初期値について、圧子１ｂを変位させた時の負荷工程における荷重−変位特性を算出する。具体的には、予め定められた複数の評価ポイントでの押し込み量に対する荷重を算出する。例えば、上述したアルミ薄膜試料に対しては、押し込み量が１０ｎｍ増加する毎の５ポイントで圧子１ｂに加わる荷重を算出する。なお、本実施形態では、力学的シミュレーション手法は、変位に対して受ける応力（又は荷重）と変形量を考慮できるように構成式を有限要素法により離散化したものであり、市販されている有限要素法プログラムでは、ABAQUS Inc.のABAQUS Standard（登録商標）等を用いればよい。また、上述の機能を有する有限要素法プログラムは一般的なものであるため、専用プログラムとして作成してもよい。このような処理によれば、特性算出部２ａは、負荷工程における荷重−変位特性を算出することができ、離散的な点列で得ることができる。これによりステップＳ９の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ１０の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ１０の処理では、特性算出部２ａが、荷重−変位特性の計測値と算出値とを比較し、以下の数式１に示す評価関数ｆの値を算出する。なお、以下の数式１において、Ｎは評価ポイント数、ｄｊは評価ポイントでの変位（押し込み量）、Ｆｍ（ｄｊ）は負荷工程における変位ｄｊでの荷重の計測値、ｘｉはｉ（ｉは１以上の整数）回目の計算用の残留応力、Ｆｃ（ｄｊ，ｘｉ）は負荷工程における変位ｄｊでの荷重の算出値を示す。これによりステップＳ９の処理は完了し、残留応力計測処理はステップＳ１１の処理に進む。
【００４４】
【数１】
2008128741.tif 000003
【００４５】
ステップＳ１１の処理では、特性算出部２ａは、応答曲面法による最適化計算を行い、評価関数ｆの値を最小化するような残留応力ｘｉの値を同定する。換言すれば、この同定された残留応力ｘｉの下で、算出された負荷工程における荷重−変位特性が計測された負荷工程における荷重−変位特性に近似するようになる。具体的には、特性算出部２ａは、残留応力ｘｉを変化させて前記力学的シミュレーションを繰り返し実行し、その都度評価関数ｆの値を算出する。次に、特性算出部２ａは、連続する２回の計算の間での評価関数ｆの値の変化率が所定値（例えば１．０％）以下になり計算が収束すると、計算を終了し、最終回の計算に使用した残留応力ｘｉの値、すなわち算出された負荷工程における荷重−変位特性が計測された負荷工程における荷重−変位特性に近似した際の残留応力ｘｉの値を記憶部３に記憶し、計測処理をステップＳ１２の処理に進める。また、本実施形態では、最適化計算手法として応答曲面法を用いたが、遺伝的アルゴリズム、可能方向法等のその他の手法を用いてもよい。
【００４６】
ステップＳ１２の処理では、特性算出部２ａが、記憶部３に記憶した残留応力ｘｉの値を薄膜試料Ｄに発生している残留応力の値として出力部５に出力する。なお、計算が収束した結果、荷重−変位特性の計測結果と力学的シミュレーションにより得られた荷重−変位特性は、負荷工程において略同一となっている。これによりステップＳ１２の処理は完了し、一連の残留応力計測処理は終了する。
【００４７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の残留応力計測装置では、圧子１ｂを薄膜試料Ｄに押し込んで薄膜試料Ｄの荷重−変位特性を計測するとともに、この計測された荷重−変位特性に近似する解が得られるまで力学的シミュレーションを行って薄膜試料Ｄに発生している残留応力を特定するようにしたから、薄膜試料Ｄの材質を問わずに薄膜試料Ｄの残留応力を計測することができる。しかも、荷重−変位特性を用いることにより、薄膜試料Ｄに発生している残留応力を高精度に計測することができる。
【００４８】
なお、前記実施形態では、力学的シミュレーションにより負荷工程における荷重−変位特性を算出し、これと計測した負荷工程における荷重−変位特性とを比較するようにしているが、力学的シミュレーションにより除荷工程における荷重−変位特性を算出し、これと計測した除荷工程における荷重−変位特性とを比較するようにしてもよいし、力学的シミュレーションにより負荷工程および除荷工程における荷重−変位特性を算出し、これと計測した負荷工程および除荷工程における荷重−変位特性とを比較するようにしてもよい。
【００４９】
また、図６に示すように、除荷工程後に圧子１ｂを薄膜試料Ｄから離間させた状態を観察すると、薄膜試料Ｄに発生している残留応力が圧縮応力か引張応力かによって圧痕の盛り上がり部分の盛り上がり量が変化するようになるため、この盛り上がり量についても力学的シミュレーションを行って計測値と算出値とを比較するようにしてもよい。
【００５０】
すなわち、前記実施形態の残留応力計測処理に、薄膜試料から圧子を離間させた後に薄膜試料の圧痕の三次元形状を計測するステップと、前記圧子および薄膜試料をモデル化するとともに、薄膜試料のモデルに対して計算用の残留応力を設定し、力学的シミュレーションを行って圧痕の三次元形状を算出するステップと、算出された圧痕の三次元形状が計測された圧痕の三次元形状に近似するまで前記計算用の残留応力を変化させながら力学的シミュレーションを繰り返し行って、算出された圧痕の三次元形状が計測された圧痕の三次元形状に近似した際の計算用の残留応力を前記薄膜試料に発生している残留応力として出力するステップとを追加してもよい。このようにすれば、残留応力の計測精度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜試料の残留応力計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】薄膜試料の残留応力計測装置で行われる残留応力計測処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】薄膜試料の荷重−変位特性を示す図である。
【図４】圧子および薄膜試料の数値解析モデルを示す図である。
【図５】薄膜試料に圧縮応力または引張応力が発生したときの荷重−変位特性の変動を示す図である。
【図６】（ａ）は除荷工程後に圧子を薄膜試料から離間させたときの状態を示す断面図であり、（ｂ）はその要部拡大図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    特性計測部
１ａ  固定部
１ｂ  圧子
１ｃ  荷重センサ
１ｄ  駆動部
１ｅ  入出力部
１ｅａ  制御部（変位計測部）
１ｅｂ  計測情報取得部
１ｆ  支柱
１ｇ  圧子支持体
２    処理部
２ａ  特性算出部
２ｂ  モデル作成部
３    記憶部
３ａ  機械的特性算出プログラム
３ｂ  解析モデルデータ
４    入力部
５    出力部
【図１】
2008128741.tif 000004
【図２】
2008128741.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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