JP4122310B2 - 電子装置における薄膜評価装置及び評価方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の電子装置における薄膜の密着性を測定、評価する薄膜評価装置及び評価方法に関する。
一般に、この種の電子装置に用いられるMOSトランジスタ、TFT等の素子は、高密度に集積化される傾向にあり、この傾向は今後益々強まるものと考えられる。高集積化と共に、これらの電子装置には、無機材料だけでなく、これまで、使用されていなかった有機材料の薄膜が使用されることも多くなっている。
このように、多種多様な薄膜を複数層形成した場合、薄膜間の密着性が悪くなると、素子不良が多くなって歩留まりの低下を避けることができない。また、電子装置の製造には、ホトリソグラフィー技術によって感光性樹脂をパターニングすることも行なわれているが、感光性樹脂に剥離等が生じると、配線の断線やTFTの動作不良が起こってしまう。したがって、新たな材料を用いて薄膜を形成する場合、下地となる薄膜との間の密着性を考慮して材料を選択する必要がある。しかしながら、実際には、各種の薄膜を試行的に下地となる薄膜上に形成して、不良品の発生を検査し、検査結果から密着性を間接的に評価するか、或いは、テープを薄膜に貼付した後、このテープを剥離して密着性を測定する手法が一般的に使用されているのが実情である。
一方、10μmより厚い自動車用の塗膜、100μm程度の粉体成形塗膜の密着性を評価するために、塗膜の剥離強度及びせん断強度を測定するサイカス(SAICAS)(Surface And Interfacial Cutting Analysis System)法と呼ばれる手法が用いられている。このサイカス法については、特開昭61−169745(特許文献1)、特開2003−254894(特許文献2)に開示されている。
特開昭61−169745号公報 特開2003−254894号公報
感光性樹脂膜、絶縁膜等の10μm以下の膜厚を有する薄膜を多層、積層して製造される半導体装置等の電子装置は、真空処理装置内で、各薄膜を順次連続的に形成することによって製造され、真空処理装置のチャンバ内に薄膜の密着性を評価するステージを別に設ける等の手段は採用されていない。更に、テープを薄膜に貼付して剥離することによって密着性を測定する手法は薄膜の密着性を定性的に判断するのには利用できるが、密着性を定量的に測定することはできない。
また、特許文献1及び2は自動車等に塗布される塗膜を評価、検査するためにサイカス法を用いることが提案されているだけで、半導体装置等の電子装置にサイカス法を適用することについては、何等、考慮されていない。
このことは、特許文献1及び2では、電子装置の薄膜にサイカス法を適用した場合における問題点について指摘していないことからも明白である。
本発明の目的は、電子装置に用いられる感光性樹脂、絶縁膜等の薄膜、特に、10μm以下の膜厚の薄膜の密着性を評価する評価方法及び評価装置を提供することである。
本発明の他の目的は、薄膜の密着性を評価するステージを備えた電子装置を製造するシステムを提供することである。
本発明の一態様によれば、電子装置に含まれている薄膜の密着性を評価する方法であって、前記薄膜に切刃を当接した後、切削方向に移動させ、前記薄膜を前記切刃により剥離する移動剥離工程を有し、前記移動剥離工程は、前記切刃の移動の際、前記切刃と前記薄膜との間に潤滑液を供給して、前記切刃と前記薄膜との間の摩擦力を軽減する工程を含んでいることを特徴とする電子装置における薄膜評価方法が得られる。ここで、前記潤滑液は水であることが望ましい。
本発明の他の態様によれば、前記薄膜は感光性樹脂であり、当該感光性樹脂を前記切刃により剥離している間、前記切刃に加わる水平力を実質的に一定に保つことができることを特徴とする電子装置における薄膜評価方法が得られる。
本発明の更に他の態様によれば、電子装置に含まれている薄膜を評価する評価装置において、前記薄膜を剥離する切刃と、当該切刃を前記薄膜を下地となる層に沿って剥離するように、所定の方向に移動させる手段と、前記切刃の移動中、前記切刃と前記薄膜との間に、潤滑液を供給する手段とを備えていることを特徴とする電子装置における薄膜評価装置が得られる。
本発明の別の態様によれば、基板上に薄膜を順次積層して電子装置を製造する電子装置製造システムにおいて、前記薄膜の一部を剥離して、前記薄膜の密着性を測定・評価するステージを含んでいることを特徴とする電子装置製造システムが得られる。
更に、本発明の他の態様によれば、薄膜を含む素子領域と、当該素子領域の周辺に設けられた非素子領域とを有する基板を用意し、前記基板の非素子領域を部分的に切刃を用いて剥離することにより、前記素子領域の薄膜の密着性を測定する基板薄膜の測定方法が得られる。
本発明では、切刃の移動に伴う水平力の変化を抑えることにより、電子装置における薄膜、特に、10μm以下の膜厚を有する薄膜の密着性を測定する際に特有に発生する現象による影響を軽減し、これによって、薄膜の密着性を精度良く評価、測定できる薄膜評価装置及び評価方法が得られる。
図1を参照すると、本発明において使用される薄膜評価装置の概略構成が示されており、図2には、図1に示された薄膜評価装置における電子装置薄膜の測定動作が示されている。まず、図1に示されているように、本発明に係る薄膜評価装置は支持台10、当該支持台10に設けられた試料載置台12、切刃14、当該切刃14を図の水平方向並び垂直方向に駆動する駆動装置16、17とを備え、更に、切刃14には、当該切刃14に加わる垂直分力を検知する垂直分力検知器18、垂直方向の変位を検出する変位検出計20が取り付けられて、更に、試料載置台12には水平分力検知器22が取り付けられている。この構成では、試料載置台12上に試料として載置された半導体装置等の電子装置25を切刃14により部分的に剥離することによって薄膜の密着性を検出することができる。即ち、図示された例では、切刃14を図の水平方向、即ち、切削方向に駆動装置により移動させ、この剥離、移動の際における切刃14に加わる抵抗力を水平分力検知器22及び垂直分力検知器18によって読み取ることによって、薄膜の密着性を水平力として定量的に決定することができる。
図2をも参照して、本発明に係る薄膜評価方法を説明する。まず、本発明で評価、測定される電子装置の一例が示されており、図示された電子装置は、ガラス基板30、当該ガラス基板30上に形成された透明導電性膜であるITO膜32、及び、ITO膜等の透明導電性膜32上に形成された絶縁膜34とを有している。この構成からも明らかな通り、図示された電子装置はTFT(薄膜トランジスタ)等を含むフラットパネルディスプレイ装置に適用できる。
図示された例では、ITO膜32上に形成された絶縁膜34を切刃14により切削、剥離することによって、絶縁膜34の密着性を評価、測定する。この場合、切刃14は絶縁膜34を図の左から右方向に切削して、ITO膜32に切刃14が達すると、絶縁膜34を剥離する状態になる。この実施形態では、絶縁膜34を剥離している状態における切刃14に加わる力のうち、水平力Fを検出することによって、絶縁膜34の密着性を評価する。
ここで、絶縁膜34を切削、剥離している状態で、切刃14に加わる水平力Fを検討すると、絶縁膜34を切削している状態では、切り込み深さに応じて、増大する。その後、切刃14により絶縁膜34が剥離される状態になると、水平力、即ち、水平荷重Fは急激に低下し、この低下した状態における水平力Fを検出することによって、密着性を評価できる筈である。
しかしながら、本発明者等の実験によれば、図3に示すように、絶縁膜34が感光性透明樹脂等のように10μm以下の薄膜である場合、水平荷重Fは切削状態から剥離状態になると、一旦、低下するが、低下後、水平荷重Fは再度、上昇して安定しない現象が見出され、この結果、絶縁膜34の密着性を測定できないことが判明した。
本発明者等は、上記した現象に着目して、絶縁膜34の剥離状態における水平荷重Fの変化を最小限に留めることにより、絶縁膜34の密着性を正確に測定、評価できる手法を提案する。
図4に示されているように、剥離状態において、絶縁膜34によって、幅wの切刃14に加わる力は、摩擦力、抗力、サイド引き裂き力、及び剥離力であり、水平荷重Fは摩擦力、抗力、サイド引き裂き力、及び剥離力の和であらわすことができる。これらの力のうち、剥離力だけを検出できれば、即ち、摩擦力、抗力、サイド引き裂き力を低減できれば、図3に示した剥離後における水平荷重Fが上昇する現象を軽減できるものと考えられる。
ここで、サイド引き裂き力は切刃14の側面が絶縁膜34を引き裂くことによって生じる力であり、このサイド引き裂き力の影響は、絶縁膜34に切刃14と等しい幅を有する切込みを入れることにより低減できる。
また、抗力は切刃14のすくい角θを大きくすることによって低減できるものと考えられる。例えば、20°のすくい角θを有する切刃14を40°のすくい角θを有する切刃14に代えることによって、抗力の影響を軽減できるものと推測される。
更に、切刃14と絶縁膜34との間の摩擦力を低下させるために、切削速度を低下させることが考えられる。本発明では、切刃14の水平速度及び垂直速度を1.0μm/s及び0.05μm/sからそれぞれ0.2μm/s及び0.02μm/sに低下させることによって、摩擦力の影響を低下させた。
次に、摩擦力を更に低下させるために、本発明では、切刃14と絶縁膜34との間に潤滑剤を与えることを検討した。実際には、潤滑剤として、水滴を切刃14と絶縁膜34との間の接触面に供給することによって、摩擦力を低下させることができた。また、潤滑剤を用いることで、湿度差による水平荷重Fの変化を抑制できることも判明した。
ここで、実際の実験結果について説明する。具体的には、絶縁膜34として、1.5μmの膜厚を有する感光性透明樹脂を刃幅1mmの単結晶ダイヤモンド製切刃14により、切削、剥離した。この場合、切刃14として20°のすくい角を有するものを使用した。この結果、絶縁膜34にサイドカットを施し、水滴を滴下すると共に、水平速度及び垂直速度をそれぞれ0.2μm/s及び0.02μm/sにした場合、安定した測定結果が得られることが判明した。このように、本発明者等の実験では、切刃14のすくい角θを大きくしなくても安定に密着性を測定できた。
図5を参照すると、本発明に係る薄膜評価方法によって、感光性透明樹脂膜の剥離強度を水平荷重(kN)の時間的変化を観測することによって評価した結果が示されている。図5に示された横軸の切刃14の移動時間は前述した切刃14の移動速度に対応している。
図5に示された評価結果は脂環式オレフィン重合体を含む組成物を含む2種類の感光性透明樹脂薄膜における剥離強度を測定した結果である。図示された例は、各感光性透明樹脂薄膜にサイドカットを施すと共に、すくい角20°で刃幅1mmの単結晶ダイヤモンド製切刃14を使用し、切刃14と薄膜との接触面に水滴を滴下した場合における測定結果である。更に、各感光性透明樹脂薄膜の温度を室温に保つと共に、湿度を53%、70%に変化させた。図からも明らかな通り、本発明では、湿度には実質的に影響を受けることなく、感光性透明樹脂薄膜の剥離強度を安定に測定できることが分る。
図6を参照すると、上記した実施例1と同様な測定条件の下で、アクリル系樹脂の剥離強度を測定した結果が示されている。図6からも明らかな通り、水滴を滴下した場合、剥離強度を示す水平荷重を安定に測定できる。
前述した測定は、基板の一部に剥離強度を測定する剥離強度測定領域を設け、当該剥離強度測定領域を切刃により切削、剥離することによって測定することが望ましい。この場合、薄膜を含む素子領域と、当該素子領域の周辺に設けられた非素子領域とを有する基板を用意し、基板の非素子領域を部分的に切刃を用いて切削、剥離することにより、素子領域の薄膜の密着性を測定することができる。
以上説明したように、本発明は、フラットディスプレイ装置に使用される薄膜の密着性をあらわす剥離強度を安定に測定できる。更に、本発明は、薄膜の密着を測定するステージを含む電子装置の製造システムに適用できる。
本発明において使用される薄膜評価装置の概略構成を示す図である。 図1に示された薄膜評価装置の切刃の動作を説明する図である。 従来の薄膜評価方法において生じる現象を説明するグラフである。 薄膜剥離時に、切刃に加わる力を説明する図である。 本発明の実施例1に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例2に係る測定結果を示すグラフである。
符号の説明
10 支持台
12 試料載置台12
14 切刃
16、17 駆動装置
18 垂直分力検知器
20 変位検出計
22 水平分力検知器
25 測定試料
30 ガラス基板
32 ITO膜
34 絶縁膜

Claims (6)

  1. 電子装置に含まれている薄膜の密着性を評価する方法であって、前記薄膜に切刃を当接した後、切削方向に移動させ、前記薄膜を前記切刃により剥離する移動剥離工程を有し、前記移動剥離工程は、前記切刃の移動の際、前記切刃と前記薄膜との間に潤滑液を供給して、前記切刃と前記薄膜との間の摩擦力を軽減する工程を含み
    前記潤滑液は水であることを特徴とする電子装置における薄膜評価方法。
  2. 請求項において、前記薄膜は感光性樹脂であり、当該感光性樹脂を前記切刃により剥離している間、前記切刃に加わる水平力を実質的に一定に保つことを特徴とする電子装置における薄膜評価方法。
  3. 基板上に薄膜を順次積層して電子装置を製造する電子装置の製造方法において、前記薄膜の一部を剥離して、前記薄膜の密着性を、請求項1又は2に記載の薄膜評価方法で測定・評価するステージを含んでいることを特徴とする電子装置の製造方法。
  4. 電子装置に含まれている薄膜の密着性を評価する装置において、前記薄膜を剥離する切刃と、当該切刃を前記薄膜を下地となる層に沿って剥離するように、所定の方向に移動させる手段と、前記切刃の移動中、前記切刃と前記薄膜との間に、水を潤滑液として供給する手段とを備えていることを特徴とする電子装置における薄膜評価装置。
  5. 基板上に薄膜を順次積層して電子装置を製造する電子装置製造システムにおいて、前記薄膜の一部を剥離して、前記薄膜の密着性を、請求項1又は2に記載の薄膜評価方法で測定・評価するステージを含んでいることを特徴とする電子装置製造システム。
  6. 薄膜を含む素子領域と、当該素子領域の周辺に設けられた非素子領域とを有する基板を用意し、前記基板の非素子領域を部分的に切刃を用いて剥離することにより、前記素子領域の薄膜の密着性を測定する請求項1又は2に記載の薄膜評価方法
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