JP2012242248A - Adhesion evaluation method - Google Patents

Adhesion evaluation method Download PDF

Info

Publication number
JP2012242248A
JP2012242248A JP2011112846A JP2011112846A JP2012242248A JP 2012242248 A JP2012242248 A JP 2012242248A JP 2011112846 A JP2011112846 A JP 2011112846A JP 2011112846 A JP2011112846 A JP 2011112846A JP 2012242248 A JP2012242248 A JP 2012242248A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
peeling
thin film
energy
horizontal force
evaluation method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011112846A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5681563B2 (en
Inventor
Ryohei Toyokawa
良平 豊川
Hirotaka Ito
弘高 伊藤
Toshiki Sato
俊樹 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2011112846A priority Critical patent/JP5681563B2/en
Publication of JP2012242248A publication Critical patent/JP2012242248A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5681563B2 publication Critical patent/JP5681563B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adhesion evaluation method capable of quantitatively evaluating adhesion between a base material and a thin film.SOLUTION: An adhesion evaluation method related to the present invention is the adhesion evaluation method for evaluating adhesion between a base material and a thin film formed thereon, including a peeling process for peeling the thin film from the base material with the use of a cutting blade. The peeled thin film includes a first bending part and a second bending part adjacent to the first bending part. The method also includes: a peeling area calculation process for calculating the peeling area of the thin film to be held between the first bending part and the second bending part; a horizontal force acquisition process for obtaining the horizontal force Fof the cutting blade when peeling the thin film; a peeling energy calculation process for calculating peeling energy to be required in the peeling on the basis of the product of the integrated value of the horizontal force Fand the horizontal velocity V of the cutting blade in a time section ta including the maximum value of the horizontal force F; and a unit peeling energy calculation process for calculating unit peeling energy per unit area by dividing the peeling energy by the peeling area.

Description

本発明は、基材と薄膜との密着性を評価する密着性評価方法に関するものである。   The present invention relates to an adhesion evaluation method for evaluating adhesion between a substrate and a thin film.

従来、薄膜の密着性評価方法として、テープを薄膜に貼り付けて引き剥がす方法、ダイヤモンド等の圧子で薄膜表面を引っ掻くスクラッチ法、引張り治具を薄膜表面に接着剤で貼り付けて引き剥がす引張り型試験方法、および薄膜そのものをチャッキングして特定角度を保持したまま引き剥がすピール試験等が汎用的に用いられてきた。   Conventionally, as a thin film adhesion evaluation method, a method in which a tape is attached to a thin film and peeled off, a scratch method in which the surface of the thin film is scratched with an indenter such as diamond, and a tension type in which a tension jig is attached to the surface of the thin film with an adhesive and peeled off. A test method and a peel test in which the thin film itself is chucked and peeled off while maintaining a specific angle have been widely used.

しかしながら、いずれの方法も定性的な密着性評価は可能であるが、定量的な密着性評価はできない。また、試験に要求されるサンプルサイズが必然的に大きくなり、試験上のサンプルサイズに対する制限が大きくなってしまう。   However, either method can perform qualitative adhesion evaluation, but cannot quantitatively evaluate adhesion. In addition, the sample size required for the test inevitably increases, and the limit on the sample size on the test increases.

上記の方法に対してサイカス試験法といった評価方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。この方法では、刃幅が数百μmの硬質材切刃を用いて、薄膜が下地より剥離する際の切刃にかかる水平力を測定することで、薄膜の密着性を評価でき、従来の手法と比較して微小領域での試験が可能であるとされる。   An evaluation method such as a cycus test method has been proposed for the above method (see, for example, Patent Document 1). In this method, the adhesion of the thin film can be evaluated by measuring the horizontal force applied to the cutting edge when the thin film is peeled off from the base using a hard cutting edge with a blade width of several hundreds of micrometers. It is said that a test in a minute region is possible as compared with.

特開2002−195938号公報JP 2002-195938 A

しかしながら、上記特許文献1に記載のサイカス試験法において、剥離時の上記水平力の大きさと密着性との物理的な関係については、水平力と試験時間との関係をグラフ化して判断することが提案されているだけで、定量的な密着性評価方法ではない。   However, in the cycus test method described in Patent Document 1, the physical relationship between the magnitude of the horizontal force and the adhesion during peeling can be determined by graphing the relationship between the horizontal force and the test time. It is only proposed and is not a quantitative adhesion evaluation method.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、基材と薄膜との密着性を定量的に評価することができる密着性評価方法を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an adhesion evaluation method capable of quantitatively evaluating the adhesion between a substrate and a thin film.

本発明に係る密着性評価方法は、基材とその上に形成された薄膜との密着性を評価する密着性評価方法であって、切刃により基材から薄膜を剥離させる剥離工程を有し、剥離した薄膜は、第1の折れ曲がり部と当該第1の折れ曲がり部に隣接する第2の折れ曲がり部とを有しており、さらに、第1の折れ曲がり部と第2の折れ曲がり部とに挟まれる薄膜の剥離面積を算出する剥離面積算出工程と、薄膜を剥離させる際の切刃の水平力を得る水平力取得工程と、水平力の時間についての積分値と切刃の水平速度との積により、剥離に要する剥離エネルギーを算出する剥離エネルギー算出工程と、剥離エネルギーを剥離面積で除算することにより、単位面積当たりの単位剥離エネルギーを算出する単位剥離エネルギー算出工程と、を有することを要旨とする。   The adhesion evaluation method according to the present invention is an adhesion evaluation method for evaluating adhesion between a substrate and a thin film formed thereon, and has a peeling step of peeling the thin film from the substrate with a cutting blade. The peeled thin film has a first bent portion and a second bent portion adjacent to the first bent portion, and is further sandwiched between the first bent portion and the second bent portion. The product of the peel area calculation process for calculating the peel area of the thin film, the horizontal force acquisition process for obtaining the horizontal force of the cutting edge when peeling the thin film, and the integrated value of the horizontal force time and the horizontal speed of the cutting edge A peeling energy calculating step for calculating a peeling energy required for peeling, and a unit peeling energy calculating step for calculating a unit peeling energy per unit area by dividing the peeling energy by a peeling area. And effect.

本発明に係る密着性評価方法においては、剥離工程で剥離した薄膜は、第1の折れ曲がり部とこれに隣接する第2の折れ曲がり部とを有しており、周期的に折れ曲がりつつ剥離するものである。   In the adhesion evaluation method according to the present invention, the thin film peeled in the peeling step has a first bent portion and a second bent portion adjacent to the first bent portion, and peels while periodically bending. is there.

このような剥離態様の薄膜を剥離させる切刃の水平力の経時的変化においては、後述するように周期的に極大値が出現する。なお上記水平力はロードセルで測定できる。   In the temporal change of the horizontal force of the cutting blade that peels the thin film in such a peeling mode, a maximum value periodically appears as will be described later. The horizontal force can be measured with a load cell.

ここで、本発明者らは、試験中の詳細な断面観察を行った結果、各剥離部が先端を中心に折れ曲がりつつ浮き上がり始めることで、水平力が極大値(山部)から谷部へ向けて低下し、剥離は水平力の低下直前である山部近傍の極短時間で終了していると考えられることを見出した。また、本発明者は、薄膜が基材との密着により剥離し難いために、所定水平速度で移動しようとする切刃が移動を妨げられて薄膜に押し付けられるために、水平力の谷部から山部への上昇が起こることも見出した。   Here, as a result of performing detailed cross-sectional observation during the test, the present inventors started to float while bending each of the peeled portions around the tip, so that the horizontal force is directed from the maximum value (mountain portion) to the valley portion. It was found that peeling was considered to be completed in a very short time near the peak, just before the drop in horizontal force. In addition, since the thin film is difficult to peel off due to the close contact with the base material, the cutting blade that is about to move at a predetermined horizontal speed is prevented from moving and pressed against the thin film. I also found that the climb to the mountain occurred.

したがって、薄膜の剥離は、水平力が山部の極大値近傍、すなわち、剥離を起こす臨界水平力に到達した時点で発生し、剥離進行中に切刃に負荷される仕事が、剥離進行や剥離部の曲げ・摩擦として消費されると本発明者らは考えた。   Therefore, peeling of the thin film occurs when the horizontal force reaches the maximum value of the peak, that is, when the critical horizontal force that causes peeling is reached, and the work applied to the cutting blade during the peeling progresses. The present inventors thought that it was consumed as bending / friction of the part.

よって本発明に係る密着性評価方法では、剥離に要する剥離エネルギーを算出するにあたり、例えば水平力の最大値を含む所定時間区間における水平力の積分値を用い、当該積分値と切刃の水平速度との積によって剥離エネルギーを算出するようにする。そして、算出した剥離エネルギーを剥離面積で除算することによって単位面積当たりの剥離エネルギーである単位剥離エネルギーを算出することができる。この単位剥離エネルギーを用いて基材と薄膜との密着性を定量的に評価することが可能となる。なお切刃の水平速度は当該切刃を移動させる駆動源であるモータの回転速度から得ることができる。   Therefore, in the adhesion evaluation method according to the present invention, when calculating the peeling energy required for peeling, for example, using an integrated value of the horizontal force in a predetermined time interval including the maximum value of the horizontal force, the integrated value and the horizontal speed of the cutting edge are used. The peel energy is calculated by the product of Then, by dividing the calculated peeling energy by the peeling area, a unit peeling energy that is a peeling energy per unit area can be calculated. Using this unit peeling energy, it is possible to quantitatively evaluate the adhesion between the base material and the thin film. The horizontal speed of the cutting blade can be obtained from the rotational speed of a motor that is a drive source for moving the cutting blade.

上記剥離エネルギー算出工程においては、剥離エネルギーに対して、剥離時の薄膜の曲げによるひずみエネルギーや薄膜と切刃との摩擦エネルギーが無視できる程小さい場合には、上記剥離エネルギーから上記ひずみエネルギーおよび上記摩擦エネルギーを減算しなくてもよい。   In the peeling energy calculation step, when the strain energy due to bending of the thin film at the time of peeling and the friction energy between the thin film and the cutting blade are negligibly small with respect to the peeling energy, the strain energy and the above The friction energy need not be subtracted.

上記水平力は周期的に極大値が現われる変化を示し、上記剥離面積算出工程においては、極大値の一周期の時間と切刃の水平速度との積を、第1の折れ曲がり部から第2の折れ曲がり部までの長さである剥離長さと擬制し、当該剥離長さと薄膜の剥離幅との積によって剥離面積を算出するようにすれば、剥離長さの実測を行わずに上記剥離面積を算出することができる。   The horizontal force indicates a change in which a maximum value appears periodically. In the peeling area calculation step, the product of the time of one cycle of the maximum value and the horizontal speed of the cutting edge is calculated from the first bent portion to the second time. If the peeling area is calculated by multiplying the peeling length which is the length to the bent part and calculating the peeling area by the product of the peeling length and the peeling width of the thin film, the above peeling area is calculated without actually measuring the peeling length. can do.

上記剥離面積算出工程においては、試験中または試験後に測定した第1の折れ曲がり部から第2の折れ曲がり部までの長さと薄膜の剥離幅との積によって剥離面積を算出してもよい。   In the peeling area calculation step, the peeling area may be calculated by the product of the length from the first bent portion to the second bent portion measured during or after the test and the peel width of the thin film.

剥離エネルギー算出工程における積分値は、水平力が極大値になる時間を少なくとも含む時間区間を積分区間としたものであることが好ましい。薄膜の剥離は水平力が極大になったときに起こっているので、その区間で積分することにより剥離エネルギーを精度良く求めることが可能となる。   The integral value in the peeling energy calculation step is preferably a time interval including at least a time during which the horizontal force reaches a maximum value as an integral interval. Since the peeling of the thin film occurs when the horizontal force becomes maximum, it is possible to obtain the peeling energy with high accuracy by integrating in that interval.

上記積分区間は、水平力が極大値になった後でかつ当該極大値の80%未満になる時間区間を含まないことが好ましい。水平力が極大値になった後に加えられたエネルギーは剥離(クラック)には使用されないので、この時間区間を除くことにより剥離エネルギーを精度良く求めることが可能となる。   The integration interval preferably does not include a time interval in which the horizontal force becomes a maximum value and becomes less than 80% of the maximum value. Since the energy applied after the horizontal force reaches the maximum value is not used for peeling (cracking), it is possible to accurately obtain the peeling energy by excluding this time interval.

本発明に係る密着性評価方法によれば、算出した単位剥離エネルギーを用いて、基材とその上に形成された薄膜との密着性を定量的に評価することが可能となる。   According to the adhesion evaluation method according to the present invention, it is possible to quantitatively evaluate the adhesion between the base material and the thin film formed thereon using the calculated unit peeling energy.

本実施形態において基材から薄膜を剥離する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that a thin film is peeled from a base material in this embodiment. 薄膜の剥離の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of peeling of a thin film. 切刃の水平力の経時的変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a time-dependent change of the horizontal force of a cutting blade. (a)は切刃の水平力の経時的変化を示すグラフであり、(b)は(a)の一領域の拡大グラフである。(A) is a graph which shows a time-dependent change of the horizontal force of a cutting blade, (b) is an enlarged graph of one area | region of (a).

以下、本実施形態に係る薄膜の密着性評価方法について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, the thin film adhesion evaluation method according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

1.基材及び薄膜について
図1は本実施形態において基材から薄膜を剥離する様子を示す説明図である。
1. 1. About a base material and a thin film FIG. 1: is explanatory drawing which shows a mode that a thin film is peeled from a base material in this embodiment.

本実施形態に係る密着性評価方法では、図1に示すように、基材1上に形成された薄膜2を切刃10によって剥離させる際の単位剥離エネルギーを算出することにより、基材1と薄膜2との密着性を評価することができる。   In the adhesion evaluation method according to this embodiment, as shown in FIG. 1, by calculating the unit peeling energy when the thin film 2 formed on the substrate 1 is peeled by the cutting blade 10, The adhesion with the thin film 2 can be evaluated.

図1では切刃10が矢印Aの方向に沿って移動することにより、基材1から薄膜2が剥離されるようになっている。なお、同図中、3は基材1と薄膜2との界面を示している。界面3とは基材1とその上部に形成された薄膜2との界面の他、基材1上に形成された第1薄膜と第2薄膜との界面、あるいは2以上の積層構造の薄膜における各層間の界面を含むものとする。   In FIG. 1, the thin film 2 is peeled from the base material 1 by moving the cutting edge 10 along the direction of the arrow A. In the figure, reference numeral 3 denotes an interface between the substrate 1 and the thin film 2. In addition to the interface between the substrate 1 and the thin film 2 formed thereon, the interface 3 refers to an interface between the first thin film and the second thin film formed on the substrate 1 or a thin film having two or more laminated structures. It shall include the interface between each layer.

切刃10の材質としては、基材1および薄膜2の材料よりも硬さの硬い材料であれば特に制限はないが、塑性変形を起こさないためには硬さが硬い方が好まれることから、例えばダイヤモンド、超硬、焼結CBN(立方晶窒化ホウ素)材料等からなる切刃10を用いることが望ましい。   The material of the cutting blade 10 is not particularly limited as long as the material is harder than the material of the base material 1 and the thin film 2, but in order not to cause plastic deformation, a harder material is preferred. For example, it is desirable to use the cutting blade 10 made of diamond, cemented carbide, sintered CBN (cubic boron nitride) material, or the like.

基材1は、金属、セラミックス、樹脂などで構成されたものであり、例えば単結晶シリコンウエハ基材、ガラス基材、銅あるいは銅合金基材、アルミあるいはアルミ合金基材などであるが、特に限定されるものではない。   The substrate 1 is made of metal, ceramics, resin, and the like, and is, for example, a single crystal silicon wafer substrate, a glass substrate, a copper or copper alloy substrate, an aluminum or aluminum alloy substrate, etc. It is not limited.

基材1上に形成する薄膜2は、金属膜(純金属、合金膜、アモルファス金属膜等)、セラッミック膜(窒化膜、炭化膜、ダイヤモンドライクカーボン膜等)、または樹脂膜(FEPT膜等)等であり、基材1上に一層以上形成される。二層以上の多層膜の場合には、同種の薄膜材料からなるものでも、異種の薄膜材料からなるものでもよく、特に限定されるものではない。   The thin film 2 formed on the substrate 1 is a metal film (pure metal, alloy film, amorphous metal film, etc.), a ceramic film (nitride film, carbonized film, diamond-like carbon film, etc.), or a resin film (FEPT film, etc.). And one or more layers are formed on the substrate 1. In the case of a multilayer film of two or more layers, it may be made of the same kind of thin film material or different kind of thin film material, and is not particularly limited.

また、薄膜2の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば真空蒸着法(物理蒸着法(スパッタ法、アークイオンプレーティング法、分子線エピタキシー(MBE)法、蒸着法等)、化学蒸着法(熱CVD法、プラズマCVD法等))や、スピンコーターによって塗布する形成方法、溶射、および浸漬(めっき等)法等が挙げられる。   The method for forming the thin film 2 is not particularly limited. For example, a vacuum deposition method (physical vapor deposition method (sputtering method, arc ion plating method, molecular beam epitaxy (MBE) method, vapor deposition method, etc.), chemical vapor deposition, etc. Method (thermal CVD method, plasma CVD method, etc.), a formation method applied by a spin coater, thermal spraying, a dipping (plating, etc.) method and the like.

本実施形態に係る密着性評価方法を適用する対象である薄膜2は、試験時に剥離部が周期的に折れ曲がりながら剥離挙動を示すものであり、具体的には図2に示すように、剥離部20が略円を描くように、直線状の複数の剥離部20(剥離部20a,20b,20c,・・・)を形成するように剥離するものである。同図中、21(21a,21b,21c,・・・)は剥離部20の端部における折れ曲がり部を示している。なお、一つの剥離部20(剥離部20a,20b,20c,・・・)の長さを剥離長さlc(剥離長さlca,lcb,lcc,・・・)とする。   The thin film 2 that is an object to which the adhesion evaluation method according to the present embodiment is applied exhibits peeling behavior while the peeling portion is periodically bent at the time of the test. Specifically, as shown in FIG. Peeling is performed so as to form a plurality of linear peeling portions 20 (peeling portions 20a, 20b, 20c,...) So that 20 draws a substantially circle. In the figure, 21 (21a, 21b, 21c,...) Denotes a bent portion at the end of the peeling portion 20. In addition, let the length of one peeling part 20 (peeling part 20a, 20b, 20c, ...) be peeling length lc (peeling length lca, lcb, lcc, ...).

このような剥離挙動を示す薄膜2の例としては、膜厚2μm程度またはこれ以下の金属膜、特にAl膜およびCu膜が挙げられる。なお、薄膜の剥離は、基材と薄膜との界面で剥離破壊により起こる場合もあれば、基材と薄膜との界面近傍における一方の内部で亀裂進行が起こることによる凝集破壊によって生じる場合もある。本実施形態に係る密着性評価方法は上記両方の剥離の場合に適用することができる。なお、剥離幅は切刃幅Lに対して長い場合でも短い場合でもよく、特に制限されるものではない。但し、剥離幅は好ましくは切刃幅以下がよい。さらに好ましくは、剥離幅は切刃幅と同じとするのがよい。   Examples of the thin film 2 exhibiting such peeling behavior include a metal film having a film thickness of about 2 μm or less, particularly an Al film and a Cu film. The thin film may be peeled off at the interface between the base material and the thin film, or may be caused by cohesive failure due to the progress of cracks in one of the vicinity of the interface between the base material and the thin film. . The adhesion evaluation method according to the present embodiment can be applied to both cases of peeling. The peeling width may be longer or shorter than the cutting edge width L, and is not particularly limited. However, the peeling width is preferably less than the cutting edge width. More preferably, the peeling width is the same as the cutting edge width.

2.本実施形態における定量的密着性評価方法について
本実施形態では、剥離進行時の切刃10の水平力Fと試験時間tとの関係を用いて、剥離(凝集破壊)に要した単位剥離面積当たりのエネルギー(以下、単位剥離エネルギーと称する)Gaを算出する。以下、その算出方法を詳細に説明する。
2. About the quantitative adhesion evaluation method in this embodiment In this embodiment, the unit peeling area required for peeling (cohesive failure) using the relationship between the horizontal force F H of the cutting edge 10 during the peeling progress and the test time t. Hit energy (hereinafter referred to as unit peeling energy) Ga is calculated. Hereinafter, the calculation method will be described in detail.

まず、切刃10が行った仕事Uは、下記式(1)により算出される。なお、Vは切刃10の水平速度であり、taは剥離進行時間(所定時間区間)である。   First, the work U performed by the cutting blade 10 is calculated by the following formula (1). V is the horizontal speed of the cutting edge 10, and ta is the peeling progress time (predetermined time interval).

Figure 2012242248
Figure 2012242248

また、上記の仕事Uには下記式(2)の関係が成立し、仕事Uは、剥離(凝集破壊)に要した剥離エネルギーUaの他、剥離箇所の曲げによるひずみエネルギーUbや切刃すくい面と剥離箇所との接点間の摩擦エネルギーUfとして消費されるので、単位剥離エネルギーGaは下記式(3)によって算出される。   Further, the relationship of the following formula (2) is established for the work U described above, and the work U is not only the peeling energy Ua required for peeling (cohesive failure), but also the strain energy Ub due to bending of the peeling portion and the cutting edge rake face. Is consumed as the frictional energy Uf between the contact point and the peeled portion, and the unit peel energy Ga is calculated by the following equation (3).

Figure 2012242248
Figure 2012242248

Figure 2012242248
Figure 2012242248

但し、UbやUfがUaに対して無視できる程小さい場合には、下記式(4)、(5)が成立する。この場合、U=Uaとなる。   However, when Ub and Uf are negligibly small with respect to Ua, the following equations (4) and (5) are established. In this case, U = Ua.

Figure 2012242248
Figure 2012242248

Figure 2012242248
Figure 2012242248

上記式(5)により、単位剥離エネルギーGa(剥離エネルギーUaを剥離面積(剥離長さlc×剥離幅L)で除算したもの)を算出することができる。   From the above formula (5), the unit peeling energy Ga (the peeling energy Ua divided by the peeling area (peeling length lc × peeling width L)) can be calculated.

よって、得られた単位剥離エネルギーGaに基づいて、基材と薄膜との密着性について定量的に評価することができる。なお、単位剥離エネルギーGaを算出する際に用いる剥離面積(剥離長さlc×剥離幅)の剥離幅については、当該剥離幅と切刃幅Lとが同じであるとして、切刃幅Lの値を用いている。なお、剥離幅が切刃幅Lに対して小さい場合にはサンプル幅の値が上記剥離幅として用いられる。   Therefore, based on the obtained unit peeling energy Ga, the adhesiveness between the substrate and the thin film can be quantitatively evaluated. In addition, about the peeling width of the peeling area (peeling length lc x peeling width) used when calculating the unit peeling energy Ga, the value of the cutting edge width L is assumed that the peeling width and the cutting edge width L are the same. Is used. When the peel width is smaller than the cutting edge width L, the value of the sample width is used as the peel width.

図3は切刃の水平力Fの経時的変化KHを示す説明図である。 Figure 3 is an explanatory view showing the change over time KH of the horizontal force F H of the cutting edge.

薄膜2が周期的に折れ曲がりながら剥離する挙動を示す場合(上記図2参照)、図3に示すように、切刃の水平力Fの経時的変化KHにおいて山部(極大値)と谷部とが周期的に現れる。 When showing the behavior of the thin film 2 is peeled off while folded periodically (see FIG. 2), as shown in FIG. 3, the crest in temporal change KH of the horizontal force F H of the cutting edge (maximum value) and valleys And appear periodically.

試験後の薄膜の断面観察を行うと、一度に剥離した剥離部20の剥離長さ(クラック長さとも称する場合がある)lcが、当該剥離部20のほぼ直線形状となっている部分の長さと考えられ(上記図2参照)、本発明者らは、水平力Fの経時的変化KHにおいて、一度の剥離した剥離部20の剥離長さlcは、山部の1周期に相当する試験時間t1と切刃の水平速度Vとの積にほぼ一致することを見出した。 When the cross-section of the thin film after the test is observed, the peel length (also referred to as a crack length) lc of the peeled portion 20 peeled at once is the length of the portion of the peeled portion 20 that is substantially linear. believed to be (see FIG. 2), the present inventors found that in temporal change KH of the horizontal force F H, peel length lc of the once peeled peeling section 20 corresponds to one period of the crest test It has been found that it almost coincides with the product of the time t1 and the horizontal speed V of the cutting edge.

上記の山部の1周期に相当する試験時間t1については、切刃が基材表面を擦らないで移動している領域に対応する時間であれば、いずれの時間を採用してもよく、特に限定されるものではない。但し、周期が変化すると水平力Fも変化するため、複数の周期を平均化した値を用いて剥離部20の剥離長さlcを算出することは、定量的な評価上好ましくない。 As for the test time t1 corresponding to one cycle of the crest described above, any time may be adopted as long as it corresponds to the region in which the cutting blade moves without rubbing the substrate surface. It is not limited. However, since the horizontal force F H also changes when the period changes, it is not preferable in terms of quantitative evaluation to calculate the peeling length lc of the peeling part 20 using a value obtained by averaging a plurality of periods.

なお、上述のように試験時間t1と水平速度Vとの積によって剥離部20の剥離長さlcを求める代わりに、別の方法として、試験中または試験後に、剥離した薄膜材料の断面観察を行うことで剥離部20の剥離長さlcを実測してもよい。この際、実測した剥離部20の剥離長さlcが、剥離エネルギーを求める際に用いる水平力Fの経時的変化KHにおけるt1に対応したものであることを確認しておくことが好ましい。 As described above, instead of obtaining the peel length lc of the peeled portion 20 by the product of the test time t1 and the horizontal speed V, as another method, a cross-sectional observation of the peeled thin film material is performed during or after the test. Thus, the peeling length lc of the peeling portion 20 may be measured. At this time, peel length lc of the actually measured peeling section 20, it is preferable to ensure that they correspond to t1 in time course KH of the horizontal force F H used to obtain the release energy.

断面観察の方法としては、例えば試験後のサンプルの断面を作製し、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡意(SEM)等を用いて観察する方法や、試験中に断面観察が可能なサンプルを用意し、CCDカメラ、光学顕微鏡、または走査型電子顕微鏡(SEM)等の適当な観察装置をサンプル断面が観察できるように取り付けて観察する等の方法があるが、特に限定されるものではない。   As a method for observing the cross section, for example, a cross section of the sample after the test is prepared and observed using an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM) or the like, or a sample capable of observing the cross section during the test is prepared. Although there is a method of attaching an appropriate observation device such as a CCD camera, an optical microscope, or a scanning electron microscope (SEM) so that the cross section of the sample can be observed, there is no particular limitation.

続いて、図4(a)は切刃の水平力Fの経時的変化KHを示すグラフであり、(b)は(a)の領域E1の拡大グラフである。 Subsequently, FIG. 4 (a) is a graph showing the change over time KH of the horizontal force F H of the cutting blade is an enlarged graph of the region E1 of (b) is (a).

図4(a)において、領域E2における水平力Fが大きいのは、基材から薄膜を剥離させる前に、薄膜の上面から下面に向けて当該薄膜に切り込みを入れているためである(図1参照)。したがって、領域E2における水平力Fについては剥離エネルギーを算出する上で考慮しないこととする。 In FIG. 4A, the reason why the horizontal force F H in the region E2 is large is that the thin film is cut from the upper surface to the lower surface before the thin film is peeled off from the substrate (FIG. 4). 1). Therefore, the horizontal force F H in the region E2 is not considered when calculating the peeling energy.

図4(b)に示すように、切刃の水平力Fの経時的変化KHにおいて山部と谷部とが周期的に現れる。なお、図4(b)では2つの山部30,31を示している。 As shown in FIG. 4 (b), peaks and valleys in the variation with time KH of the horizontal force F H of the cutting edge appears periodically. In addition, in FIG.4 (b), the two peak parts 30 and 31 are shown.

試験中の詳細な断面観察を行った結果、本発明者らは、各剥離部がその先端を中心に折れ曲がりつつ浮き上がり始めることで、水平力Fが山部30,31から谷部へ向けて低下し、剥離は水平力Fの低下直前である山部近傍の極短時間で終了していると考えられることを見出した。 As a result of performing detailed cross-sectional observation during the test, the present inventors have started to float while bending each of the peeled portions around the tip, so that the horizontal force F H is directed from the peak portions 30 and 31 toward the valley portions. It has been found that the peeling is considered to be completed in a very short time near the peak, which is just before the horizontal force F H is lowered.

また、薄膜が基材との密着により剥離し難いために、水平速度Vで移動しようとする切刃が移動を妨げられて薄膜に押し付けられるために、水平力Fの谷部から山部への上昇が起こることも分かった。 Further, in order to thin hardly peeled by adhesion to the base material, because the cutting edge to be moved in a horizontal velocity V is pressed against the thin film are prevented from moving, the mountain portions from the valley portion of the horizontal force F H It was also found that the rise of.

したがって、薄膜の剥離は、水平力Fが山部30,31の最大値近傍、すなわち、剥離を起こす臨界水平力に到達した時点で発生し、剥離進行中に切刃に負荷される仕事Uが、剥離進行や剥離部の曲げ・摩擦として消費されると本発明者らは考えた。 Therefore, peeling of the thin film occurs when the horizontal force F H reaches the maximum value of the peaks 30 and 31, that is, when the critical horizontal force that causes peeling is reached, and the work U loaded on the cutting blade during the peeling progress. However, the present inventors considered that it is consumed as the peeling progresses and the bending / friction of the peeling portion.

以上のことを鑑みて、薄膜の剥離は、上記山部近傍のうち特に最大値を含む区間であって、かつ、水平力が極大値になった後でかつ当該極大値の80%未満になる時間区間を含まない区間で進行すると考え、この区間に対応する時間を所定時間区間としての上記剥離進行時間taとした。なお単位剥離エネルギーGaの計算精度を向上させるため、剥離進行の様子を試験中の断面観察によって捉えることによって実測した剥離進行時間を用いてもよい。   In view of the above, the peeling of the thin film is a section including the maximum value in the vicinity of the peak portion, and is less than 80% of the maximum value after the horizontal force reaches the maximum value. Considering that the travel proceeds in a section not including the time section, the time corresponding to this section is defined as the above-described peeling progress time ta as a predetermined time section. In order to improve the calculation accuracy of the unit peeling energy Ga, the peeling progress time measured by capturing the progress of peeling by observing the cross section during the test may be used.

なお、上記実施形態では、経時的変化KHにおいて水平力Fを用いたが、水平力F/切刃幅L、または水平力F/サンプル幅を用いてもよく、試験時間tについては、試験時間tと切刃の水平速度Vとの積を代わりに用いてもよい。 In the above embodiment, the horizontal force F H is used in the temporal change KH. However, the horizontal force F H / the cutting edge width L or the horizontal force F H / the sample width may be used. Alternatively, the product of the test time t and the horizontal speed V of the cutting edge may be used instead.

本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited by the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the present invention, all of which are within the technical scope of the present invention. Is included.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited by the following examples, and can of course be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the above-described gist. Included in the range.

本実施例では、Al(1μm)/Corning#1737ガラスについて、成膜前の基板処理条件として、処理条件1(成膜前基板イオンボンバード処理なし)と、処理条件2(成膜前基板イオンボンバード処理180秒実施)とを実施して2検体を作製した。   In this example, for Al (1 μm) / Corning # 1737 glass, processing conditions 1 (no substrate ion bombardment before film formation) and processing conditions 2 (substrate ion bombardment before film formation) are used as substrate processing conditions before film formation. Two samples were prepared by performing the treatment for 180 seconds.

剥離面積算出工程において剥離面積を算出する際には、水平力Fの極大値の一周期の時間と切刃の水平速度Vとの積を、隣り合う折れ曲がり部間の長さである剥離長さと擬制し、当該剥離長さと薄膜の剥離幅との積によって剥離面積を算出した。 When calculating the peel area in the peel area calculating step, the product of the time of one cycle of the maximum value of the horizontal force F H and the horizontal speed V of the cutting edge is the peel length, which is the length between adjacent bent parts. The peeling area was calculated by the product of the peeling length and the peeling width of the thin film.

また、剥離エネルギー算出工程において、剥離エネルギーを算出する際に用いる切刃の水平速度Vは1.0μm/秒とし、サンプリングレート(dt)は0.2秒とし、所定時間区間taは0.2秒間(水平力Fが極大となっている1サンプリング区間)とした。なお、剥離時の薄膜の曲げによるひずみエネルギー、および薄膜と切刃との摩擦エネルギーについては、剥離が終了した後に剥離部が浮き上がると考えて無視したため、算出した剥離エネルギーからはこれらを減算していない。 In the peeling energy calculation step, the horizontal speed V of the cutting edge used for calculating the peeling energy is 1.0 μm / second, the sampling rate (dt) is 0.2 seconds, and the predetermined time interval ta is 0.2. Seconds (one sampling period in which the horizontal force F H is maximized). Note that the strain energy due to bending of the thin film at the time of peeling and the friction energy between the thin film and the cutting edge were ignored, assuming that the peeled part would lift after the peeling was completed, so these were subtracted from the calculated peeling energy. Absent.

上記算出した剥離エネルギーを上記算出した剥離面積で除算することにより得られた単位剥離エネルギーGa、およびStudPull(引張り型)試験により剥離させたときの引張り荷重の結果を表1に示す。なお、表1の各値は平均値である。   Table 1 shows the unit peel energy Ga obtained by dividing the calculated peel energy by the calculated peel area, and the result of the tensile load when peeled by the StudPull (pull type) test. Each value in Table 1 is an average value.

Figure 2012242248
Figure 2012242248

StudPull(引張り型)試験とは、剥離させる薄膜に引張り治具を接着剤により貼り付け、剥離させた時の引張り荷重で密着性を定性的に判断するという簡易的手法である。なお、剥離進行時の剥離箇所の曲げ、および剥離箇所と切刃間の摩擦を考慮した場合に単位剥離エネルギーGaがマイナスの値を示したことから、剥離終了後に剥離部が浮き上がると考えて、曲げによるひずみエネルギーUbおよび摩擦エネルギーUfを無視した。また、剥離進行の時間としては上述の剥離進行時間taを採用した。   The StudPull (tension type) test is a simple method in which a tensile jig is attached to a thin film to be peeled with an adhesive, and the adhesion is qualitatively determined based on the tensile load when the thin jig is peeled off. In addition, since the unit peeling energy Ga showed a negative value when considering the bending of the peeling part at the time of peeling progress, and the friction between the peeling part and the cutting edge, the peeling part is considered to be lifted after peeling, Strain energy Ub and friction energy Uf due to bending were ignored. Further, the above-described peeling progress time ta was adopted as the peeling progress time.

処理条件1では単位剥離エネルギーGaの値の幅が6.5〜9.0J/mとなり、処理条件2では単位剥離エネルギーGaの値の幅が1.2〜2.0J/mとなり、処理条件1では処理条件2よりも高い密着性を得ることができるという結果となった。 In the processing condition 1, the width of the unit peeling energy Ga is 6.5 to 9.0 J / m 2 , and in the processing condition 2, the width of the unit peeling energy Ga is 1.2 to 2.0 J / m 2 , The treatment condition 1 resulted in higher adhesion than the treatment condition 2.

また、同一サンプルについてStudPull(引張り型)試験により引張り荷重を測定した場合でも、処理条件1を施した薄膜付き基材の方が処理条件2のものよりも大きくなったので、単位剥離エネルギーGaの上記算出結果の大小関係を裏付ける結果を得ることができた。   Further, even when the tensile load was measured by the StudPull (tensile type) test for the same sample, the substrate with the thin film subjected to the processing condition 1 was larger than that of the processing condition 2, so that the unit peeling energy Ga The result which supports the magnitude relation of the above-mentioned calculation result was able to be obtained.

さらに、例えば文献(清野 豊:材料試験技術 Vol.54 No.4 P8−14(2009年))に掲載されている種々の薄膜材料と基材についての単位剥離面積当たりの凝集・破壊エネルギーを4点曲げ法によって求めた結果によると、当該エネルギー値のオーダは数〜数十J/mであるので、上記算出した単位剥離エネルギーGaの値は妥当であることが確認できた。なお成膜前基板イオンボンバード処理は通常密着性を向上させるための前処理であるが、この処理によって密着性が低下したことについての詳細な原因は不明であるが、基材の洗浄がそもそも不十分であった可能性が高いと推測される。 Furthermore, for example, the agglomeration / breaking energy per unit peeling area for various thin film materials and substrates described in the literature (Yu Kiyono: Material Testing Technology Vol. 54 No. 4 P8-14 (2009)) is 4 According to the result obtained by the point bending method, since the order of the energy value is several to several tens of J / m 2 , it was confirmed that the value of the calculated unit peeling energy Ga is appropriate. Note that the substrate ion bombardment treatment before film formation is usually a pretreatment for improving the adhesion, but the detailed cause of the decrease in the adhesion due to this treatment is unknown, but the cleaning of the substrate is not necessary in the first place. It is estimated that there was a high possibility that it was sufficient.

1 基材
2 薄膜
3 界面
10 切刃
20 剥離部
21 折れ曲がり部
水平力
Ga 単位剥離エネルギー
KH 水平力の経時的変化
lc 剥離長さ
ta 剥離進行時間
V 切刃の水平速度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Thin film 3 Interface 10 Cutting blade 20 Peeling part 21 Bending part F H Horizontal force Ga Unit peeling energy KH Horizontal force temporal change lc Peeling length ta Peeling progress time V Cutting blade horizontal speed

Claims (6)

基材とその上に形成された薄膜との密着性を評価する密着性評価方法であって、
切刃により前記基材から前記薄膜を剥離させる剥離工程を有し、
剥離した薄膜は、第1の折れ曲がり部と当該第1の折れ曲がり部に隣接する第2の折れ曲がり部とを有しており、
さらに、前記第1の折れ曲がり部と前記第2の折れ曲がり部とに挟まれる前記薄膜の剥離面積を算出する剥離面積算出工程と、
前記薄膜を剥離させる際の前記切刃の水平力を得る水平力取得工程と、
前記水平力の時間についての積分値と前記切刃の水平速度との積により、前記剥離に要する剥離エネルギーを算出する剥離エネルギー算出工程と、
前記剥離エネルギーを前記剥離面積で除算することにより、単位面積当たりの単位剥離エネルギーを算出する単位剥離エネルギー算出工程と、
を有することを特徴とする密着性評価方法。
An adhesion evaluation method for evaluating adhesion between a substrate and a thin film formed thereon,
Having a peeling step of peeling the thin film from the substrate by a cutting blade;
The peeled thin film has a first bent portion and a second bent portion adjacent to the first bent portion,
Further, a peeling area calculating step for calculating a peeling area of the thin film sandwiched between the first bent part and the second bent part,
A horizontal force acquisition step of obtaining a horizontal force of the cutting blade when peeling the thin film;
A peeling energy calculation step for calculating a peeling energy required for the peeling by a product of an integral value with respect to the time of the horizontal force and a horizontal speed of the cutting edge;
A unit peel energy calculating step for calculating a unit peel energy per unit area by dividing the peel energy by the peel area;
An adhesion evaluation method characterized by comprising:
前記剥離エネルギー算出工程においては、算出した前記剥離エネルギーから、前記剥離時の前記薄膜の曲げによるひずみエネルギー、および前記薄膜と前記切刃との摩擦エネルギーを減算するようにする請求項1に記載の密着性評価方法。   The said peeling energy calculation process WHEREIN: The distortion energy by the bending of the said thin film at the time of the said peeling and the friction energy of the said thin film and the said cutting blade are subtracted from the calculated said peeling energy. Adhesion evaluation method. 前記水平力は周期的に極大値が現われる変化を示し、
前記剥離面積算出工程においては、前記極大値の一周期の時間と前記切刃の水平速度との積を、前記第1の折れ曲がり部から前記第2の折れ曲がり部までの長さである剥離長さと擬制し、当該剥離長さと前記薄膜の剥離幅との積によって前記剥離面積を算出する請求項1または2に記載の密着性評価方法。
The horizontal force indicates a change in which a local maximum appears periodically,
In the peeling area calculation step, the product of the time of one period of the maximum value and the horizontal speed of the cutting edge is a peeling length that is a length from the first bent portion to the second bent portion. The adhesion evaluation method according to claim 1, wherein the peel area is calculated by calculating a product of the peel length and the peel width of the thin film.
前記剥離面積算出工程においては、試験中または試験後に測定した前記第1の折れ曲がり部から前記第2の折れ曲がり部までの長さと前記薄膜の剥離幅との積によって前記剥離面積を算出する請求項1または2に記載の密着性評価方法。   2. The peeling area calculation step calculates the peeling area by a product of a length from the first bent portion to the second bent portion measured during or after the test and a peel width of the thin film. Or the adhesion evaluation method according to 2. 前記剥離エネルギー算出工程における積分値は、前記水平力が極大値になる時間を少なくとも含む時間区間を積分区間としたものである請求項1〜4のいずれか1項に記載の密着性評価方法。   5. The adhesion evaluation method according to claim 1, wherein the integral value in the peeling energy calculation step is a time interval including at least a time during which the horizontal force reaches a maximum value as an integral interval. 前記積分区間は、前記水平力が極大値になった後でかつ当該極大値の80%未満になる時間区間を含まない請求項5に記載の密着性評価方法。
The adhesion evaluation method according to claim 5, wherein the integration interval does not include a time interval in which the horizontal force becomes a maximum value and becomes less than 80% of the maximum value.
JP2011112846A 2011-05-19 2011-05-19 Adhesion evaluation method Active JP5681563B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011112846A JP5681563B2 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Adhesion evaluation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011112846A JP5681563B2 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Adhesion evaluation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012242248A true JP2012242248A (en) 2012-12-10
JP5681563B2 JP5681563B2 (en) 2015-03-11

Family

ID=47464111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011112846A Active JP5681563B2 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Adhesion evaluation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5681563B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105556277A (en) * 2013-09-18 2016-05-04 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 Method and device for determining the abrasion properties of a coated flat product
CN117990606A (en) * 2024-04-07 2024-05-07 清华大学深圳国际研究生院 Composite insulator interface aging performance evaluation device and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002195938A (en) * 2000-12-27 2002-07-10 Daipura Uintesu Kk Evaluation method for laminated structure breaking strength
JP2011075286A (en) * 2009-09-29 2011-04-14 Daipura Uintesu Kk Method and device for measuring surface adhesion strength

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002195938A (en) * 2000-12-27 2002-07-10 Daipura Uintesu Kk Evaluation method for laminated structure breaking strength
JP2011075286A (en) * 2009-09-29 2011-04-14 Daipura Uintesu Kk Method and device for measuring surface adhesion strength

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105556277A (en) * 2013-09-18 2016-05-04 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 Method and device for determining the abrasion properties of a coated flat product
CN117990606A (en) * 2024-04-07 2024-05-07 清华大学深圳国际研究生院 Composite insulator interface aging performance evaluation device and method
CN117990606B (en) * 2024-04-07 2024-06-07 清华大学深圳国际研究生院 Composite insulator interface aging performance evaluation device and method

Also Published As

Publication number Publication date
JP5681563B2 (en) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1990632B1 (en) Device for measuring deformations and process for producing the same
CN105027436A (en) Composite substrate, elastic wave device and method for manufacturing elastic wave device
TWI616544B (en) Coated tool and method for producing the same
TW201351437A (en) Electrically-conductive paste for die-bonding and method for die-bonding with the electrically-conductive paste
JP5681563B2 (en) Adhesion evaluation method
TWI673177B (en) Composite substrate, nano carbon film manufacturing method and nano carbon film
WO2015156891A2 (en) Method of providing a flexible semiconductor device and flexible semiconductor device thereof
TW201122496A (en) Contact probe pin
US20160128202A1 (en) Bottom-up electrolytic via plating method
JP6930698B2 (en) Metal pattern film and its manufacturing method
JP5050374B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5975747B2 (en) Vacuum chamber components
KR101309046B1 (en) Measuring method for interfacial adhesion strength of film
JP2018172740A (en) Sputtering target-backing plate conjugate, and production method thereof
JP2013197511A (en) Support base plate, semiconductor device manufacturing method and semiconductor device inspection method
TW201545221A (en) Ingot cutting method capable of reducing wafer damage percentage
US10957628B2 (en) Bottom up electroplating with release layer
CN114394589A (en) Method for transferring strain graphene on silicon substrate containing oxide layer
JP6944956B2 (en) The electrode structure of the back electrode of the semiconductor substrate, its manufacturing method, and the sputtering target used for manufacturing the electrode structure.
JP6032667B2 (en) Joining method
KR102268236B1 (en) Sputtering target member, sputtering target assembly and manufacturing method of sputtering target member
JP2009070883A (en) Adhesive tape
WO2023048042A1 (en) Glass plate production method and glass plate inspection method
JP2015051452A (en) Joining method and structural body having joint part joined by the same
US9496128B1 (en) Controlled spalling utilizing vaporizable release layers

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130902

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140527

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150109

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5681563

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150