JP3028249B2 - 表面特性測定装置 - Google Patents
表面特性測定装置Info
- Publication number
- JP3028249B2 JP3028249B2 JP3108549A JP10854991A JP3028249B2 JP 3028249 B2 JP3028249 B2 JP 3028249B2 JP 3108549 A JP3108549 A JP 3108549A JP 10854991 A JP10854991 A JP 10854991A JP 3028249 B2 JP3028249 B2 JP 3028249B2
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- Japan
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- displacement
- contact needle
- sample
- measuring
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、セラミックス、
プラスチック等の固体表面や、真空蒸着法、スパッタ
法、イオンプレーティング法等によって母材表面に形成
した金属、無機物等の薄膜の力学特性の測定に適した表
面特性測定装置に関する。
プラスチック等の固体表面や、真空蒸着法、スパッタ
法、イオンプレーティング法等によって母材表面に形成
した金属、無機物等の薄膜の力学特性の測定に適した表
面特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の薄膜の付着力測定方法である引き
倒し法、圧痕法、引掻き法にかわり、試料表面に接触す
る接触針を低周波で加振し、接触針と試料表面との摩擦
力に対応する振動出力を検出し、該検出出力の大きさお
よび波形を測定することにより表面物性を測定する測定
装置が提案されている。この装置によれば、接触針の荷
重を増しながら接触針を加振すると、振動出力は増大
し、薄膜が母材から剥離した場合は、高周波雑音波形が
発生するので、これにより剥離が生じたことを検知する
ことができるなど、簡便かつ適確に薄膜特性、さらには
固体表面特性の測定を行うことができる。
倒し法、圧痕法、引掻き法にかわり、試料表面に接触す
る接触針を低周波で加振し、接触針と試料表面との摩擦
力に対応する振動出力を検出し、該検出出力の大きさお
よび波形を測定することにより表面物性を測定する測定
装置が提案されている。この装置によれば、接触針の荷
重を増しながら接触針を加振すると、振動出力は増大
し、薄膜が母材から剥離した場合は、高周波雑音波形が
発生するので、これにより剥離が生じたことを検知する
ことができるなど、簡便かつ適確に薄膜特性、さらには
固体表面特性の測定を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た表面特性測定装置では、接触針の振動出力の大きさお
よび波形の変化を測定する際に、当該変化が試料表面に
対してどの程度の深さで起こったかを判断することがで
きないという問題点があった。特に、薄膜の場合、接触
針が母材まで達してから剥離したとか、多層膜の場合は
どの膜で剥離したかといった情報を得ることができなか
った。
た表面特性測定装置では、接触針の振動出力の大きさお
よび波形の変化を測定する際に、当該変化が試料表面に
対してどの程度の深さで起こったかを判断することがで
きないという問題点があった。特に、薄膜の場合、接触
針が母材まで達してから剥離したとか、多層膜の場合は
どの膜で剥離したかといった情報を得ることができなか
った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、次のような構成を採用した。すなわち、本
発明にかかる表面特性測定装置は、試料表面に接触する
接触針と、該接触針を加振する発振手段と、接触針に負
荷を与える手段と、これら発振手段および負荷手段によ
り加振負荷された接触針の試料表面との摩擦によって生
ずる振動を検出する検出手段と、該検出手段からの出力
信号により振動の大きさ及び波形を測定する測定手段
と、試料に対する接触針の深さ方向の変位置を測定する
変位検出手段とを具備し、前記変位検出手段は、発振手
段と試料との間の変位を検出する変位検出器と、接触針
と発振手段との間の変位を検出する変位検出器とを備
え、これら両検出器からの検出信号に基づいて接触針の
深さ方向の変位量を求めるように構成されていることを
特徴としている。
するために、次のような構成を採用した。すなわち、本
発明にかかる表面特性測定装置は、試料表面に接触する
接触針と、該接触針を加振する発振手段と、接触針に負
荷を与える手段と、これら発振手段および負荷手段によ
り加振負荷された接触針の試料表面との摩擦によって生
ずる振動を検出する検出手段と、該検出手段からの出力
信号により振動の大きさ及び波形を測定する測定手段
と、試料に対する接触針の深さ方向の変位置を測定する
変位検出手段とを具備し、前記変位検出手段は、発振手
段と試料との間の変位を検出する変位検出器と、接触針
と発振手段との間の変位を検出する変位検出器とを備
え、これら両検出器からの検出信号に基づいて接触針の
深さ方向の変位量を求めるように構成されていることを
特徴としている。
【０００５】
【作用】試料に対する接触針の深さ方向の変位量も測定
され、試料表面の変形量としての情報が得られるので、
より適確な表面特性を知ることができる。
され、試料表面の変形量としての情報が得られるので、
より適確な表面特性を知ることができる。
【０００６】
【実施例】図１は、この発明の実施例である表面特性装
置の構成を模式的に示す図で、箱型の発振手段である加
振装置１に接触針２が振動部本体３に取り付けた弾性体
４を介して接続されている。接触針２は測定時には、Ｘ
Ｙ軸微動装置を組込んだ試料台６上に固定された試料７
の表面に接している。
置の構成を模式的に示す図で、箱型の発振手段である加
振装置１に接触針２が振動部本体３に取り付けた弾性体
４を介して接続されている。接触針２は測定時には、Ｘ
Ｙ軸微動装置を組込んだ試料台６上に固定された試料７
の表面に接している。
【０００７】加振装置１は、Ｚ軸微動装置８と二つの発
振器１０および各々の発振器に接続するスピーカー１１
と、このスピーカ１１の前面に接続した振動伝達板１２
とによって構成されている。
振器１０および各々の発振器に接続するスピーカー１１
と、このスピーカ１１の前面に接続した振動伝達板１２
とによって構成されている。
【０００８】接触針２のカートリッジからは、出力振動
信号が検出され、増幅器１３を介してオシロスコープ１
４によって観察することができる。
信号が検出され、増幅器１３を介してオシロスコープ１
４によって観察することができる。
【０００９】この実施例装置においては、２０〜２００
ＨZ 程度にまで加振することができるように構成されて
おり、また、接触針２に加える荷重は、負荷手段を構成
する弾性体４で調節されて１Ｋｇ程度まで可能なように
構成されている。接触針の曲率半径が１５μｍ程度であ
れば、１００ｇ前後の荷重で膜表面の破壊を十分に測定
することができる。弾性体のバネ定数と接触針の曲率半
径は、測定の対象とする薄膜あるいは、表面の種類と膜
厚等に応じて適宜に選択でき、その材質も適宜に選ぶこ
とができるが、一般的に接触針にはダイヤモンドが使用
される。
ＨZ 程度にまで加振することができるように構成されて
おり、また、接触針２に加える荷重は、負荷手段を構成
する弾性体４で調節されて１Ｋｇ程度まで可能なように
構成されている。接触針の曲率半径が１５μｍ程度であ
れば、１００ｇ前後の荷重で膜表面の破壊を十分に測定
することができる。弾性体のバネ定数と接触針の曲率半
径は、測定の対象とする薄膜あるいは、表面の種類と膜
厚等に応じて適宜に選択でき、その材質も適宜に選ぶこ
とができるが、一般的に接触針にはダイヤモンドが使用
される。
【００１０】また、接触針２の近傍には、図２に示すよ
うに、振動部本体３に取り付けられた２つの変位検出器
１６、１７が設置されている。変位検出器１６は、振動
部本体３と試料７との間の変位を検出し、変位検出器１
７は、振動部本体３と接触針２との間の変位を検出す
る。検出器としては例えば静電容量形の検出器等が使用
される。両変位検出器１６、１７からの変位検出信号
は、差動増幅器１８へ入力される。差動増幅器１８では
両変位検出信号の差分信号、すなわち接触針２の変位量
を示す信号が得られ、図示しない計測処理部２０によっ
て、演算処理される。
うに、振動部本体３に取り付けられた２つの変位検出器
１６、１７が設置されている。変位検出器１６は、振動
部本体３と試料７との間の変位を検出し、変位検出器１
７は、振動部本体３と接触針２との間の変位を検出す
る。検出器としては例えば静電容量形の検出器等が使用
される。両変位検出器１６、１７からの変位検出信号
は、差動増幅器１８へ入力される。差動増幅器１８では
両変位検出信号の差分信号、すなわち接触針２の変位量
を示す信号が得られ、図示しない計測処理部２０によっ
て、演算処理される。
【００１１】上記のように構成された装置により薄膜の
付着力を測定するには、例えば、接触針２に、発振器１
０からスピーカー１１を通して水平横振動（例えば３０
ＨZ）を与え、駆動回路によりＸＹ軸微動装置のＹ軸を
移動させ、試料を動かし（移動速度0.15mm/ 分、１ステ
ップ0.015mm ）、荷重を徐々に加えていく。接触針２の
カートリッジからの出力波形はオシロスコープ１４およ
びレコーダ１５により観測記録される。この時、荷重の
増加に伴い信号出力は増大するが、膜の剥離（破壊）が
生じると高周波雑音波形が発生するので、この雑音波形
により剥離時点を知ることができる。この時点の荷重を
剥離荷重とし、付着力ｆS を以下の数式により求める。
付着力を測定するには、例えば、接触針２に、発振器１
０からスピーカー１１を通して水平横振動（例えば３０
ＨZ）を与え、駆動回路によりＸＹ軸微動装置のＹ軸を
移動させ、試料を動かし（移動速度0.15mm/ 分、１ステ
ップ0.015mm ）、荷重を徐々に加えていく。接触針２の
カートリッジからの出力波形はオシロスコープ１４およ
びレコーダ１５により観測記録される。この時、荷重の
増加に伴い信号出力は増大するが、膜の剥離（破壊）が
生じると高周波雑音波形が発生するので、この雑音波形
により剥離時点を知ることができる。この時点の荷重を
剥離荷重とし、付着力ｆS を以下の数式により求める。
【００１２】
【数１】
【００１３】上記数式において、ｆS は付着力、Ｗは剥
離荷重、ｒは針の先の曲率半径、ｐは基板のブリネル硬
度を示す。該演算も計測処理部２０で行われる。
離荷重、ｒは針の先の曲率半径、ｐは基板のブリネル硬
度を示す。該演算も計測処理部２０で行われる。
【００１４】一方、かかる剥離が生じた時点での接触針
２の深さ方向の変位量も、上記した変位検出器１６、１
７からの信号によって測定されているので、剥離が試料
の膜厚に対してどの地点で生じたかを知ることができ
る。また、試料の膜厚を越えて変位量が測定された時
は、接触針が基板に達してから剥離したと判定できる。
さらに、測定対象が多層膜の場合は、どの膜で剥離が生
じたかを知ることができる。また、荷重一定にして測定
を行う場合は、粗さ計として使用でき、荷重・変位特性
を求めながら測定できることから、硬度計的に使用する
こともできる。
２の深さ方向の変位量も、上記した変位検出器１６、１
７からの信号によって測定されているので、剥離が試料
の膜厚に対してどの地点で生じたかを知ることができ
る。また、試料の膜厚を越えて変位量が測定された時
は、接触針が基板に達してから剥離したと判定できる。
さらに、測定対象が多層膜の場合は、どの膜で剥離が生
じたかを知ることができる。また、荷重一定にして測定
を行う場合は、粗さ計として使用でき、荷重・変位特性
を求めながら測定できることから、硬度計的に使用する
こともできる。
【００１５】上記したように本発明の実施例装置によれ
ば、試料表面の特性を簡便かつ適確に測定することがで
きるとともに、試料表面の深さ方向の変形量も考慮して
特性評価を行うことができるので、より適確な測定を行
うことができる。
ば、試料表面の特性を簡便かつ適確に測定することがで
きるとともに、試料表面の深さ方向の変形量も考慮して
特性評価を行うことができるので、より適確な測定を行
うことができる。
【００１６】上記実施例では、母材表面に付着させた薄
膜の強度特性の測定について説明したが、薄膜に限られ
ず、あらゆる固体表面を測定対象とすることができる。
また上記実施例では変位検出手段として静電容量形の検
出器を用いたが、これに限らずレーザを用いたものや渦
電流損失形のものでも可能である。
膜の強度特性の測定について説明したが、薄膜に限られ
ず、あらゆる固体表面を測定対象とすることができる。
また上記実施例では変位検出手段として静電容量形の検
出器を用いたが、これに限らずレーザを用いたものや渦
電流損失形のものでも可能である。
【００１７】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
かかる表面特性測定装置は、薄膜や固体表面の特性を測
定するに際し、薄膜の膜厚や多層構造等について試料の
深さ方向の変形量も含めて測定を実施できるので、より
適確な表面物性の評価を行なうことができるようになっ
た。
かかる表面特性測定装置は、薄膜や固体表面の特性を測
定するに際し、薄膜の膜厚や多層構造等について試料の
深さ方向の変形量も含めて測定を実施できるので、より
適確な表面物性の評価を行なうことができるようになっ
た。
【図１】本発明の実施例の構成を模式的に示した図であ
る。
る。
【図２】実施例の要部の構成を示した図である。
１ 加振装置 ２ 接触針 ３ 振動部本体 ４ 弾性体 １０ 発振器 １６ 振動部本体と試料間の変位検出器 １７ 振動部本体と接触針間の変位検出器 １８ 差動増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−140939（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−281125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62 G01N 19/00 - 19/04
Claims (1)
- 【請求項１】 試料表面に接触する接触針と、該接触針
を加振する発振手段と、接触針に負荷を与える負荷手段
と、これら発振手段および負荷手段により加振負荷され
た接触針の試料表面との摩擦によって生ずる振動を検出
する検出手段と、該検出手段からの出力信号により振動
の大きさ及び波形を測定する測定手段と、試料に対する
接触針の深さ方向の変位量を測定する変位検出手段とを
具備し、前記変位検出手段は、発振手段と試料との間の
変位を検出する変位検出器と、接触針と発振手段との間
の変位を検出する変位検出器とを備え、これら両検出器
からの検出信号に基づいて接触針の深さ方向の変位量を
求めるように構成されていることを特徴とする表面特性
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3108549A JP3028249B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 表面特性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3108549A JP3028249B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 表面特性測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315033A JPH04315033A (ja) | 1992-11-06 |
| JP3028249B2 true JP3028249B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=14487654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3108549A Expired - Lifetime JP3028249B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 表面特性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028249B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP3108549A patent/JP3028249B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04315033A (ja) | 1992-11-06 |
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