基礎技術解説分析・評価・解析

AFMを用いた微小固体のヤング率測定

高分子パターンの強度設計のために、パターン自体の機械的特性を直接測定する必要がある。特に、固体材料のヤング率(弾性率)は、変形・硬さ・破壊を解析する上で重要な物性値である。ヤング率の測定は、通常、薄膜あるいは棒状の試料を用いて応力-歪特性から求める。しかし、微細な高分子パターンのヤング率を実測することは困難であった。ここでは、AFM探針を用いて基板上に形式されている高分子パターンに直接荷重を加えることでヤング率を実測する。下の左図には、高分子パターンの電子顕微鏡(SEM)写真を示している。この高分子材料の主成分はスチレン系の樹脂である。この高分子パターンは、円筒形に近い形状を有しており、ヤング率測定に適している。

レジストパターンのSEM写真(直径85nm)
レジストパターンのSEM写真(直径85nm)
レジストパターンとAFM探針との連結ばねモデル
レジストパターンとAFM探針との連結ばねモデル

まず、AFMを用いて高分子パターンのヤング率を直接解析する手法について述べる。上の右図に、高分子パターンのヤング率解析の概要を示している。AFM探針と高分子パターンを連結ばねモデルとして近似することで、弾性特性を解析している。

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以下のような図や解説が続きます。

  • [図]レジストパターンの荷重―変位曲線

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