微小表面領域の機械的特性評価の高度化に関する研究（平成22年度研究概要）
１．実施内容
近年、デバイスの微小化、極薄膜化が進み、デバイスやシステムの設計・評価を行うために、微小押込み試験による機械的特性評価の必要性が増加してきています。特に高次機能を実現するために複雑化された測定対象に対しては、機械特性の面分布を把握することが要求されてきています。しかし、従来の硬さ試験と異なり狭小域において多点測定を行う場合、周辺構造物や周囲の圧痕の影響などが問題となります。本研究では、構造物などの境界条件、圧痕間相互作用に関して検討を行い、狭小域での多点数測定による機械的特性評価の高度化を目的としました。(図１)
狭小域の機械特性面分布測定を実現する微小押込み試験システムを構築し、構造物などの境界条件、圧痕間相互作用に関する検討するために顕微ラマン分光により圧痕周辺部の応力分布の成分分離測定を行えるようシステムの改良に取り組み、応力分離評価を行うことができました。(図２)また、顕微鏡用硬さ試験ステージの試作を行い、押込み過程の構造変化の観察を目的とした評価手法を開発しました。さらに、走査プローブ顕微鏡内蔵対物ユニットの試作を行い、圧子先端形状の寸法保証が困難な領域による押込みで生じた圧痕の観察(図３)や従来の硬さとの連続性についての検討可能な評価技術の開発を行いました。このような試験法の高度化は、広く様々な産業分野への貢献が期待できるものと考えています。
図１ 微小領域の機械的特性評価法の確立
図２ シリコン表面の圧痕周辺部の応力分離
図３ 圧痕観察の一例（Siウェハ）
２．予想される事業実施効果
硬さ試験における圧痕およびその周辺部の材料物性評価の取り組みは、極薄膜、極微小領域における機械的特性評価に密接に関係する必須検討課題であり、薄膜・微細構造体の性能、信頼性を向上させる上で重要な役割を果たすものといえます。また、摩擦摩耗や機械加工との深い関連のある課題であることから、多くの分野への広がりが期待され、それらの課題解決の基礎的知見になるものと考えられます。
３．本事業により作成した印刷物等
(1)報告書
<KSK-GH22-2-2> 計測技術高度化に関する研究
-微小表面領域の機械的特性評価の高度化に関する研究-(平成22年3月)(2.65MB)
(2)学会誌査読論文・国際学会査読論文
| No | 論文名 | 発表先 | 発表者 |
|---|---|---|---|
| 1 | Microscopic analysis of carbon phases induced by femtosecond laser irradiation on single-crystal SiC | Applied Physics A: Volume 100, (2010), Page 113-117. | T.Tomita, T.Okada, H.Kawahara, R.Kumai, S.Matsuo, S.Hashimoto, M.Kawamoto, M.Yamaguchi, S.Ueno, E.Shindou, A.Yoshida |
| 2 | Tensorial analysis of strain field around indentation on silicon by using Raman spectroscopy | Proceedings of ICORS 2010 | M.Yamaguchi, M.Fujitsuka, S.Ueno, T.Kouzu, I.Miura |
| 3 | Development of Nano-Indentation Tester with a Raman Spectroscopy Interface for Mechanical Properties of Micro Scale Materials | Proceedings of ICORS 2010 | M.Fujitsuka, M.Yamaguchi, S.Ueno, T.Kouzu, I.Miura, S.Katayama |
| 4 | Development of nanoindentation tester with a raman spectroscopy interface for material characterization | Proceedings of HARDMEKO 2010 | M.Fujitsuka, M.Yamaguchi, S.Ueno, I.Miura,S.Katayama |
| 5 | Ductile-mode cutting of Glass by Fly Cutting | Proceeding of ICOMM 2011 | Tamotsu Iizuka, Makoto Yamaguchi, Shigeru Ueno, and Noboru Morita |
(3)口頭発表論文・誌上発表
| No | 発表題名 | 発表先 | 発表者 | 年月日 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Tensorial analysis of strain field around indentation on silicon by using Raman spectroscopy | International Conference on Raman Spectroscopy | M.Yamaguchi, M.Fujitsuka, S.Ueno, T.Kouzu, I.Miura | 2010.8.11 |
| 2 | Development of Nano-Indentation Tester with a Raman Spectroscopy Interface for Mechanical Properties of Micro Scale Materials | International Conference on Raman Spectroscopy | M.Fujitsuka, M.Yamaguchi, S.Ueno, T.Kouzu, I.Miura, S.Katayama | 2010.8.10 |
| 3 | 顕微ラマン分光によるSi 表面の微小損傷周辺部の応力成分評価 | 第71 回応用物理学会学術講演会, 18-066 | 山口 誠, 藤塚 将行, 上野 滋, 神津 知己, 三浦 一郎, 江利川亘 | 2010.9.14 |
| 4 | Development of nanoindentation tester with a raman spectroscopy interface for material characterization |
IMEKO 2010 TC3, TC5 and TC22 Conferences Metrology in Modern Context |
M.Fujitsuka, M.Yamaguchi, S.Ueno, I.Miura, S.Katayama | 2010.11.23 |
| 5 | Ductile-mode cutting of Glass by Fly Cutting | The 6th International Conference on MicroManufacturing | Tamotsu Iizuka, Makoto Yamaguchi, Shigeru Ueno, and Noboru Morita | 2011.3.10 |
| 6 | SiC における押込み圧痕部の深紫外顕微ラマン分光 | 第58回応用物理学関係連合講演会, 18-086 | 山口 誠, 藤塚 将行, 上野 滋, 神津 知己, 三浦 一郎, 源 泰寛, 富田 卓朗 | 2011.3.26 |
| 7 | ターンキーレーザーとシングル分光器による深紫外顕微ラマンマッピングシステムの構築 | 第58回応用物理学関係連合講演会,03-058 | 神津 知己, 山口 誠, 上野 滋, 三浦 一郎, 源 泰寛, 富田 卓朗 | 2011.3.25 |
