(57)【要約】【課題】微小な押し込み深さ領域においても薄膜試料の弾性率を高精度に計測する。【解決手段】圧子１ｂを薄膜試料Ｄに押し込んで薄膜試料Ｄの荷重―変位特性を計測し、計測された荷重―変位特性中における弾性領域ＡＥＬを特定し、予め計測された圧子１ｂの先端部分の丸み形状を数値解析モデルに含め、弾性領域ＡＥＬにおいて、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繰り返し行って薄膜試料Ｄの弾性率を特定する。【選択図】図１
2007316055.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、
前記圧子及び薄膜試料をモデル化すると共に、薄膜試料のモデルに対して計算用の弾性率を設定し、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弾性率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い、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弾性率を前記薄膜試料の弾性率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弾性率計測方法。
【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弾性率計測方法。
【請求項３】
前記計測する荷重―変位特性及び算出する荷重―変位特性は弾性領域における荷重―変位特性であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜試料の弾性率計測方法。
【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、
前記圧子及び薄膜試料をモデル化すると共に、薄膜試料のモデルに対して計算用の弾性率を設定し、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弾性率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い、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弾性率を前記薄膜試料の弾性率として出力する弾性率算出部と  を備えることを特徴とする薄膜試料の弾性率計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜試料の弾性率計測方法及び弾性率計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、材料の弾性率を計測する際には、計測対象の材料から作製された試験片の両端を引っ張ることにより弾性率を計測する引張試験機や、計測対象の材料から作製された試験片に圧子を押し込むことにより弾性率を計測する微小硬度計が用いられる。近年、装置の小型化及び薄型化に伴い、このような機器における薄膜部材の弾性率を計測する必要性が増してきている。しかしながら、上述の引張試験機を用いて薄膜部材の弾性率を計測する場合、薄膜試験片を作製する必要があるために、多くの労力を要する。また、薄膜試験片を引張試験機に取り付ける際に試験片を破壊してしまったり、試験片の軸と引張試験機の軸とが一致していない状態で試験片に応力を加えてしまうことによって計測精度が悪くなることがある。
【０００３】
なお、このような問題を解決するために、所定の材料試験デバイスに試験片を一体的に形成することにより、試験片自体を試験機に直接取り付ける作業を不要にした試験機が提案されている（特許文献１を参照）。しかしながら、この試験機では、試験片を所定の材料試験デバイスに加工する必要があるために、単結晶シリコン等のようにエッチングによる加工が可能である材料でなければ弾性率を計測することができない。また一般に、薄膜部材の弾性率は製造方法や製造条件によって大きく変化するために、実際の薄膜部材の弾性率を実際の形状とは異なる形状の試験片から正確に計測することは難しい。
【０００４】
一方、微小硬度計を用いて弾性率を計測する場合には、薄膜部材を圧子により直接変位させるので、薄膜部材そのものの荷重−変位特性を得することができる。従って、弾性率は、荷重−変位特性の除荷曲線の傾きＳ（スチフネス）と押し込み時の圧子と薄膜部材の接触投影面積Ａから算出することができる。なお、これは、荷重−変位特性の負荷曲線は弾性変形過程及び塑性変形過程の両方を含んでいるのに対して、除荷部分の曲線は弾性回復過程のみを含んでいるという仮定に基づいている。また、接触投影面積Ａは、実測することができないので、圧子の幾何学的な理想形状と押し込み時の圧子と試料の接触深さｈｃから計算される。つまり、接触投影面積Ａは、接触深さｈｃの関数となり、この関数は面積関数と呼ばれている。
【０００５】
しかしながら、一般に、圧子の先端部分の形状は丸みを帯びており、理想形状ではありえないので、接触深さｈｃと接触投影面積Ａの関係は圧子の先端部分の丸まり具合によって異なってくる。このため、弾性率が既知、且つ、接触深さ方向に変化しないことがわかっている標準試料を用いて、個々の先端部分形状を補正する必要がある。そこで、色々な押し込み深さ条件で押し込み試験を実施し、計測された荷重−変位特性から求められる弾性率が全ての深さ条件においてその試料の既知の値で一定となるように、接触投影面積Ａを算出するための面積関数に補正を加えて合わせこみを行う手法が提案されている（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２１８１４２号公報
【非特許文献１】W.C.Oliver and G.M.Pharr : J.Mater.Res., Vol.7, No.6, p.1564-1583, 1992
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記手法によれば、較正に用いた押し込み深さの範囲外の深さ条件で押し込み試験を行う時には補正された面積関数を使用することができない。また、非常に小さい押し込み深さ範囲にも対応する補正関数を求めようとした場合には、圧子先端の丸みの影響が非常に大きくなってくるために、無理のある補正をすることとなり、また補正が不可能となる場合もある。従って、従来までの弾性率計測方法によれば、試料が薄膜であるために、微小な押し込み深さまでしか押し込み試験を実施できない場合、弾性率を正確に計測することができない。
【０００７】
本発明は、上述した実情に鑑み、１０ｎｍ程度の微小な押し込み深さ領域においても弾性率を精度良く計測可能な薄膜試料の弾性率計測方法及び弾性率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】
【０００８】
本発明に係る薄膜試料の弾性率計測方法は、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薄膜試料を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、圧子及び薄膜試料をモデル化すると共に、薄膜試料のモデルに対して計算用の弾性率を設定し、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計算用の弾性率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い、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弾性率を薄膜試料の弾性率として出力するステップとを有する。
【０００９】
本発明に係る薄膜試料の弾性率計測装置は、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薄膜試料を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、圧子及び薄膜試料をモデル化すると共に、薄膜試料のモデルに対して計算用の弾性率を設定し、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計算用の弾性率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い、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弾性率を薄膜試料の弾性率として出力する弾性率算出部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明にによれば、微小な押し込み深さ領域においても薄膜試料の弾性率を精度良く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】
【００１１】
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。
【００１２】
＜薄膜試料の弾性率計測装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る薄膜試料の弾性率計測装置の構成を図１に基づいて説明する。この弾性率計測装置は、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。
【００１３】
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１ｂ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を制御すると共に駆動部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。
【００１４】
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。
【００１５】
支柱１ｆは、真鍮やステンレス等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。
【００１６】
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から離れる方向又は薄膜試料Ｄに向かう方向に上下に動作するようになっている。
【００１７】
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共に、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であり、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。
【００１８】
圧子支持体１ｇは、真鍮やステンレス等の金属で側面視で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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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共に、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等のような変位計測部を単体で備えていてもよい。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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弾性率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。
【００２６】
＜薄膜試料の弾性率計測処理＞
図２に示すフローチャートは、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、弾性率計測処理はステップＳ１の処理に進む。
【００２７】
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弾性率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と終点位置ＥＰの座標値により指定される。
【００２８】
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、圧力が大きくなる変位の方向を正方向としている。また、圧子１ｂを１回に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（換言すれば終点位置ＥＰの座標値）はその１０分の１の５０ｎｍであり、変位刻みは１０００点の計測を行うように約０．０５ｎｍである。また、薄膜試料Ｄ及び圧子１ｂ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。但し、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。
【００２９】
ステップ２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と薄膜試料Ｄを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、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量と計測情報取得部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。
【００３０】
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、入出力部１ｅから取得する変位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が変位の終点位置ＥＰにくるまでこの動作を繰り返し実行する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、弾性率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−変位特性のグラフを出力することができる。図３に示すグラフ中の領域ＡＥＬは弾性領域を示し、領域ＡＥＰは弾塑性領域を示す。
【００３１】
ステップＳ３の処理では、特性算出部２ａが、出力部５を介して弾性領域ＡＥＬの終点ＡＥを入力するようにオペレータに要求する。オペレータは、ステップＳ２の処理により計測された荷重―変位特性において、荷重―変位曲線の折れ曲がりが観察される点の変位の値を入力する。例えば、薄膜試料Ｄが上述したアルミ薄膜試料である場合には、押し込み量約１０ｎｍにおいて折れ曲がりが生じるため、この値を入力する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ４の処理に進む。
【００３２】
ステップＳ４の処理では、特性算出部２ａが、変位０の点ＳＰを始点とし、ステップＳ３において入力された点ＡＥを終点として、弾性領域ＡＥＬを特定する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ５の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ５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Ｓ５の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ６の処理に進む。
【００３４】
ステップＳ６の処理では、特性算出部２ａが、出力部５を介して薄膜試料Ｄのポアソン比を入力するように要求する。薄膜試料Ｄのポアソン比は、文献値から得られる値を入力してもよい。例えば、薄膜試料Ｄがアルミ薄膜試料である場合には、ポアソン比は０．３４５である。これによりステップＳ６の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ７の処理に進む。
【００３５】
ステップＳ７の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ６において入力された値を薄膜試料Ｄのポアソン比の既定値として設定する。これによりステップＳ７の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ８の処理に進む。
【００３６】
ステップＳ８の処理では、特性算出部２ａが、出力部５を介して薄膜試料Ｄの計算用の弾性率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の材質を考慮して値を入力する。例えば、薄膜試料Ｄがアルミ薄膜試料である場合には、アルミバルク材の弾性率である７０ＧＰａ等の値を入力する。これによりステップＳ８の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ９の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ９の処理では、特性算出部２ａが、ステップＳ８において入力された値を薄膜試料Ｄの計算用の弾性率の初期値として設定する。これによりステップＳ９の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ１０の処理に進む。
【００３８】
ステップＳ１０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、計算用の弾性率の初期値について、圧子１ｂを変位させた時の弾性領域における荷重―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２ｎｍ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Ｓ１０の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ１１の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ１１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に示す評価関数の値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）回目の計算用の弾性率、Ｆｃ（ｄｊ，ｘｉ）は負荷工程における変位ｄでの荷重の算出値を示す。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、弾性率計測処理はステップＳ１２の処理に進む。
【数１】
2007316055.tif 000003
【００４０】
ステップＳ１２の処理では、特性算出部２ａが、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弾性率ｘｉの値を同定する。換言すれば、この同定された弾性率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、弾性率ｘｉを変化させて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弾性率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弾性率ｘｉの値を記憶部３に記憶し、弾性率計測処理をステップＳ１３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。
【００４１】
ステップＳ１３の処理では、特性算出部２ａが、記憶部３に記憶した弾性率ｘｉの値を薄膜試料Ｄに発生している弾性率の値として出力部５に出力する。なお、計算が収束した結果、荷重−変位特性の計算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Ｓ１３の処理は完了し、一連の弾性率計測処理は終了する。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の弾性率計測装置では、圧子１ｂを薄膜試料Ｄに押し込んで薄膜試料Ｄの荷重―変位特性を計測し、計測された荷重―変位特性中における弾性領域ＡＥＬを特定し、予め計測された圧子１ｂの先端部分の丸み形状を数値解析モデルに含め、弾性領域ＡＥＬにおいて、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繰り返し行って薄膜試料Ｄの弾性率を特定するようにしたことにより、微小な押し込み深さ領域においても薄膜試料Ｄの弾性率を高精度に計測することができる。また、除荷曲線から得られるスチフネスと補正面積関数から弾性率を算出する方法では計測値の信頼性が十分に確保できない１０ｎｍ程度の超微小押し込み深さ領域でも、精度よく弾性率を計測することができる。
【００４３】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態となる弾性率計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態となる弾性率計測処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】試料の荷重−変位特性の一例を示す図である。
【図４】圧子が試料に押し込まれた時の数値解析モデルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
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】
2007316055.tif 000004
【図２】
2007316055.tif 000005
【図３】
2007316055.tif 000006
【図４】
2007316055.tif 000007