JIS R 1683:2014 原子間力顕微鏡によるファインセラミックス薄膜の表面粗さ測定方法

                                                                                   R 1683 : 2014

pdf 目 次

ページ

•  序文・・・・[1]
•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[1]
•  4 測定環境・・・・[2]
•  5 試料・・・・[3]
•  6 測定原理・・・・[3]
•  7 測定装置・・・・[3]
•  7.1 装置構成・・・・[3]
•  7.2 装置の校正・・・・[3]
•  8 探針検定及び試料測定・・・・[4]
•  8.1 探針検定及び試料測定の概要・・・・[4]
•  8.2 探針検定・・・・[5]
•  8.3 測定・・・・[10]
•  9 測定結果の報告・・・・[11]
•  附属書A(参考)探針検定用試料の測定値と探針の先端断面直径との関係・・・・[12]
•  附属書B(参考)探針の判定基準の根拠・・・・[14]

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R 1683 : 2014

まえがき

  この規格は,工業標準化法第14条によって準用する第12条第1項の規定に基づき,一般社団法人日本
ファインセラミックス協会(JFCA)及び一般財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して
日本工業規格(日本産業規格)を改正すべきとの申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が改正した
日本工業規格(日本産業規格)である。
  これによって,JIS R 1683:2007は改正され,この規格に置き換えられた。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意
を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実
用新案権に関わる確認について,責任はもたない。

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                                       日本工業規格(日本産業規格)                             JIS
                                                                              R 1683 : 2014

原子間力顕微鏡によるファインセラミックス薄膜の表面粗さ測定方法

Test method for surface roughness of ceramic thin films by atomic force microscopy

序文

  この規格は,2007年に制定されているが,その後の試験手順の変化に対応するために改正した。
  なお,対応国際規格は現時点で制定されていない。

1 適用範囲

  この規格は,基板上に形成したファインセラミックス薄膜の表面形状のうち,算術平均粗さRaの範囲
が130 nm,かつ,粗さ曲線要素の平均長さRSmの範囲が0.042.5 μmの表面粗さを,原子間力顕微鏡
によって測定する方法について規定する。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの
引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
    JIS B 0601 製品の幾何特性仕様(GPS)−表面性状 : 輪郭曲線方式−用語,定義及び表面性状パラメ
        ータ
    JIS B 0633 製品の幾何特性仕様(GPS)−表面性状 : 輪郭曲線方式−表面性状評価の方式及び手順
    JIS B 0651 製品の幾何特性仕様(GPS)−表面性状 : 輪郭曲線方式−触針式表面粗さ測定機の特性
    JIS Z 8401 数値の丸め方

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS B 0601,JIS B 0633及びJIS B 0651によるほか,次による。
3.1
原子間力顕微鏡,AFM(Atomic Force Microscopy)
  鋭くとがらせたプローブと試料との間に働く原子間力を,プローブを保持する微細な板ばねのたわみに
よって検知し,その力を一定に保つようにして走査することによって試料表面の三次元像を得る装置。
3.2
カンチレバー
  原子間力を測定する探針を取り付けた測定子。
3.3
X方向

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R 1683 : 2014
  試料に対して探針を高速にライン走査を行う方向。
3.4
Y方向
  探針を高速にライン走査する始点位置を,X方向と垂直に少しずつ移動させる方向。
3.5
Z方向
  探針が表面の法線方向に変位する方向。すなわち,表面の凹凸の高さ方向。
3.6
測定曲面
  X方向の測定断面曲線をY方向に少しずつ移動させて繰返し測定することで得られる,XY方向の断面曲
面。
3.7
評価長さ[Ln(X),Ln(Y)]
  測定曲面のX軸方向長さ又はY軸方向長さ。
3.8
標準試料
  規定された段差をもつ試料。Z軸の値を校正するために使用する。
3.9
探針検定用試料
  探針の適否を判定するために使用する,先端がとが(尖)った形状をもつ試料。
3.10
先端断面直径(D)
  探針の先端から10 nm根元側での直径。
3.11
粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)
  基準長さにおける輪郭曲線要素の長さの平均。
3.12
算術平均粗さ(Ra)
  測定曲面からフィルタを用いずに求めた算術平均高さ。
3.13
最大高さ粗さ(Rz)
  測定曲面からフィルタを用いずに求めた最大高さ粗さ。

4 測定環境

  温度変化,音響ノイズ及び床振動の少ない場所で測定を行う。具体的には,次に示す環境条件で行うの
がよい。
a) 温度 : 1825 ℃で,かつ,温度変化をできるだけ小さくする。
b) 相対湿度 : 70 %以下。
c) 騒音レベル : 60 dB以下。
d) 床振動 : 1×10−3 m/s2 以下(100 Hz以下)。

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5 試料

  試料は,板状基板上に形成したセラミックス薄膜とする。基板の材質は,金属,ガラス,高分子材料な
どであり制限はない。試料台に大きく傾斜することなく設置できれば,試料の寸法及び形状は問わない。

6 測定原理

  試料表面と探針との間に原子間力が発生する程度に,試料と探針とを近づける。動的モードでは,カン
チレバーを固有振動付近で振動させて,原子間力による振幅変化又は周波数変化を検出し,原子間力を一
定に保って走査することによって表面形状像を得る。動的モードは,ACモード,ダイナミックモード又
はタッピングモードとも呼ばれる。

7 測定装置

7.1 装置構成

  装置構成は,次による。
7.1.1  カンチレバー 動的モード用として市販されているものを用いる。共振周波数が100 kHz以上のも
のを選択するほうがよい。
7.1.2  スキャナー 試料台又はカンチレバーをX,Y方向に走査すると同時にZ方向を制御する。XY面
の10 μm角領域が走査できるスキャナーを用いる。試料台を走査する方式の装置構成例を,図1に示す。
カンチレバーに半導体レーザの光を照射し,反射光の位置を光検出器で計測して,Z位置制御回路によっ
て探針と試料表面との間が一定になるようにZ方向を制御する。
7.1.3  試料台 試料を水平に保持する。試料の測定箇所を,使用するスキャナーのX,Y,Z軸ともに中
心付近で走査できるように位置決めする。
                                    図1−AFM装置の構成例

7.2 装置の校正

7.2.1  校正の方法
  Z方向の長さの測定値は,装置の機械的,電気的及び熱的な時間変化によって影響を受けるため,標準
試料を用いて校正する。標準試料には,トレーサビリティの保証された段差及びピッチ(段差形状の周期)

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