JPH05288725A - Detecting method of exfoliation of thin film and evaluating method of adhesion strength - Google Patents
Detecting method of exfoliation of thin film and evaluating method of adhesion strengthInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、超音波を用いて非破
壊で薄膜の剥離を検出並びに付着強度を評価する方法に
関し、特にFFT解析による周波数特性に基づいて信頼
性を向上させた薄膜の剥離検出方法及び付着強度評価方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for nondestructively detecting delamination of a thin film and evaluating the adhesion strength thereof by using ultrasonic waves, and particularly to a thin film having improved reliability based on frequency characteristics by FFT analysis. The present invention relates to a peeling detection method and an adhesion strength evaluation method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、基板上に薄膜を形成する技術
は、電子材料や新素材等の分野で幅広く利用されてい
る。その中でもダイヤモンド薄膜に関しては、近年のC
VD法により、気相から安価に且つ高純度にダイヤモン
ドを合成できるようになったことから、注目を集めてい
る。特に切削加工の分野では、需要が増大している超硬
アルミニウム合金の加工や高精度の加工に要求される高
い硬度及び優れた耐摩耗性を有する切削工具として、ダ
イヤモンド薄膜が期待されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for forming a thin film on a substrate has been widely used in fields such as electronic materials and new materials. Among them, regarding the diamond thin film, the recent C
Attention has been paid to the fact that the VD method has made it possible to synthesize diamond from the vapor phase inexpensively and with high purity. Particularly in the field of cutting, a diamond thin film is expected as a cutting tool having high hardness and excellent wear resistance required for high-precision machining of superhard aluminum alloys, which are in increasing demand.
【0003】ところで、薄膜の耐久性や安定性を決定す
る重要なパラメータの1つに付着強度があり、付着強度
を評価することは、薄膜の寿命や性能を保証するために
不可欠である。又、付着強度の極限低下状態としての剥
離を検出する必要がある。従って、特に硬い材料の薄膜
の剥離並びに付着強度を計測及び評価できる手法が要求
されている。By the way, one of the important parameters for determining the durability and stability of a thin film is the adhesion strength, and it is essential to evaluate the adhesion strength in order to guarantee the life and performance of the thin film. Further, it is necessary to detect peeling as a state where the adhesion strength is extremely lowered. Therefore, there is a demand for a method capable of measuring and evaluating the peeling strength and adhesion strength of a thin film of a particularly hard material.
【0004】従来より、薄膜の付着強度の評価方法とし
ては、検査針を用いた引っ掻き法が良く知られている。
しかしながら、引っ掻き法においては、検査針の摩耗が
激しいため、ダイヤモンド薄膜のように極めて硬い材料
の付着強度の計測には適さないうえ、正確な付着強度を
求めることができない。Conventionally, a scratching method using an inspection needle is well known as a method for evaluating the adhesion strength of a thin film.
However, in the scratching method, since the inspection needle is heavily worn, it is not suitable for measuring the adhesion strength of an extremely hard material such as a diamond thin film, and an accurate adhesion strength cannot be obtained.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜の剥離検出
方法及び付着強度評価方法は以上のように、引っ掻き法
等を用いているので、検査針の摩耗等が生じることから
信頼性を向上させることができないという問題点があっ
た。Since the conventional thin film delamination detection method and adhesion strength evaluation method use the scratch method or the like as described above, reliability is improved because abrasion of the inspection needle occurs. There was a problem that I could not do it.
【0006】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、非破壊的な解析が可能な超音波
を用い、反射波又は透過波のFFT解析に基づいて薄膜
計測の信頼性を向上させた薄膜の剥離検出方法及び付着
強度評価方法を得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and uses ultrasonic waves capable of nondestructive analysis, and reliability of thin film measurement based on FFT analysis of reflected or transmitted waves. An object of the present invention is to obtain a method for detecting delamination of a thin film and a method for evaluating adhesion strength with improved properties.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明に係る薄膜の剥
離検出方法は、所定の中心周波数を有する超音波を単一
の探触子から薄膜に対して垂直に送信するステップと、
超音波の反射波を探触子により受信するステップと、反
射波の中心周波数付近の周波数特性をFFT解析するス
テップとからなる計測シーケンスを、中心周波数の異な
る複数の探触子について行い、反射波の周波数特性が所
定振幅以上の振動を含むときに、基板と薄膜との間に剥
離が存在することを判定するものである。A thin film delamination detection method according to the present invention comprises a step of transmitting an ultrasonic wave having a predetermined center frequency vertically from a single probe to the thin film.
A measurement sequence including a step of receiving a reflected wave of ultrasonic waves by a probe and a step of performing FFT analysis of frequency characteristics near the center frequency of the reflected wave is performed for a plurality of probes with different center frequencies, When the frequency characteristic of 1 includes vibration with a predetermined amplitude or more, it is determined that peeling exists between the substrate and the thin film.
【0008】又、この発明に係る薄膜の付着強度評価方
法は、所定の中心周波数を有する超音波を第1の探触子
から被検体に対して傾斜角度をもって送信するステップ
と、超音波の透過波を第2の探触子により受信するステ
ップと、透過波の周波数特性をFFT解析するステップ
と、被検体に対する透過波の周波数特性を基板のみに対
する透過波の周波数特性と比較するステップとを含み、
被検体に対する透過波の周波数特性が基板のみに対する
透過波の周波数特性から所定振幅以上異なるときに基板
と薄膜との間の付着強度が良好であることを判定するも
のである。Further, the thin film adhesion strength evaluation method according to the present invention comprises a step of transmitting an ultrasonic wave having a predetermined center frequency from the first probe to the object at an inclination angle, and transmitting the ultrasonic wave. The step of receiving the wave by the second probe, the step of FFT analyzing the frequency characteristic of the transmitted wave, and the step of comparing the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to the subject with the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to only the substrate. ,
It is determined that the adhesion strength between the substrate and the thin film is good when the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to the subject differs from the frequency characteristic of the transmitted wave only with respect to the substrate by a predetermined amplitude or more.
【0009】[0009]
【作用】この発明による薄膜の剥離検出方法において
は、正常な付着状態にある薄膜と剥離が生じた薄膜との
間の反射波に対する応答の違いを、単一の探触子で計測
することによって求める。そして、中心周波数の異なる
探触子により広帯域に得られた反射波の周波数特性から
反射波の振動性を検出する。In the thin film delamination detection method according to the present invention, the difference in response to the reflected wave between the thin film in the normal adhesion state and the thin film in which delamination has occurred is measured by a single probe. Ask. Then, the oscillatory property of the reflected wave is detected from the frequency characteristics of the reflected wave obtained in a wide band by the probes having different center frequencies.
【0010】又、この発明による薄膜の付着強度評価方
法においては、付着強度の異なる薄膜の透過波に対する
応答の違いを、第1の探触子から傾斜入射された超音波
の透過波を第2の探触子で計測することによって求め、
基板のみの場合の周波数特性に対する透過波の周波数特
性との相違性を評価する。Further, in the thin film adhesion strength evaluation method according to the present invention, the difference in response to the transmitted waves of the thin films having different adhesion strengths is determined by comparing the transmitted waves of the ultrasonic waves obliquely incident from the first probe with the second wave. By measuring with the probe of
The difference between the frequency characteristics of the substrate alone and the frequency characteristics of the transmitted wave is evaluated.
【0011】[0011]
【実施例】実施例1. 以下、剥離検出を目的としたこの発明の実施例1を図に
ついて説明する。図1はこの発明の実施例1を実現する
ための超音波探査映像装置を示すブロック図であり、図
において、1はFFT(高速フーリエ変換)演算処理機能
を有すると共に装置全体を制御するマイクロコンピュー
タ、2はマイクロコンピュータ1に接続されて外部メモ
リとなるFD(フロッピィディスク)、3はマイクロコン
ピュータ1からの出力データを表示するカラーディスプ
レイ、4はカラーディスプレイ3に接続されて出力デー
タを適宜印字するカラーハードコピーである。EXAMPLES Example 1. Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention for detecting peeling will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic exploration imaging apparatus for realizing Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is a microcomputer having an FFT (Fast Fourier Transform) arithmetic processing function and controlling the entire apparatus. Reference numeral 2 denotes an FD (floppy disk) which is connected to the microcomputer 1 and serves as an external memory. 3 is a color display for displaying output data from the microcomputer 1 and 4 is connected to the color display 3 for printing the output data as appropriate. It is a color hard copy.
【0012】5はマイクロコンピュータ1により制御さ
れるスキャナ制御装置、6はスキャナ制御装置5により
3次元方向に走査されるXYZスキャナ、7はXYZス
キャナ6により位置決めされて所定の中心周波数の超音
波Pを送信する探触子、8は探触子7の下面に一体に設
けられた音響レンズ、9は超音波Pが照射される被検
体、10は超音波Pの伝達媒体となる水W内に被検体9を
位置決めする容器、11は探触子7で受信された被検体9
からの反射波信号Rを受信するパルサレシーバ、12はパ
ルサレシーバ11を介した反射波信号Rを表示してマイク
ロコンピュータ1に伝送するデジタルオシロスコープで
ある。Reference numeral 5 is a scanner control device controlled by the microcomputer 1, 6 is an XYZ scanner which is scanned in three-dimensional directions by the scanner control device 5, and 7 is an ultrasonic wave P having a predetermined center frequency positioned by the XYZ scanner 6. A probe for transmitting the ultrasonic wave, 8 an acoustic lens integrally provided on the lower surface of the probe 7, 9 an object to which the ultrasonic wave P is irradiated, 10 a water W serving as a transmission medium of the ultrasonic wave P A container for positioning the subject 9, 11 is the subject 9 received by the probe 7.
The pulse wave receiver R receives the reflected wave signal R from the digital camera, and 12 is a digital oscilloscope that displays the reflected wave signal R transmitted through the pulser receiver 11 and transmits it to the microcomputer 1.
【0013】図2は図1内の測定部(即ち、探触子7、
音響レンズ8及び被検体9)を詳細に示す側面図であ
り、21は基板、22は基板21上に形成されて基板21と共に
被検体9を構成する薄膜である。基板21は例えば(100)
面を表面に持つ厚さ670μmの単結晶シリコンウェハか
らなり、又、薄膜22は例えば厚さ5μmのダイヤモンド
からなる。FIG. 2 shows the measuring unit (that is, the probe 7,
FIG. 3 is a side view showing in detail the acoustic lens 8 and the subject 9), 21 is a substrate, 22 is a thin film formed on the substrate 21 and constituting the subject 9 together with the substrate 21. The substrate 21 is, for example, (100)
It is made of a 670 μm thick single crystal silicon wafer having a face on the surface, and the thin film 22 is made of, for example, 5 μm thick diamond.
【0014】次に、図1及び図2を参照しながら、この
発明の実施例1について説明する。 [送信ステップ]まず、水Wが充填された容器10内に被
検体9を設置し、マイクロコンピュータ1の制御下でス
キャナ制御装置5を介してXYZスキャナ6を駆動し、
所定の中心周波数を有する超音波Pを、単一の探触子7
から被検体9の薄膜22の表面に対して垂直に送信する。
このとき、使用される探触子7としては、例えば、表1
に示した特性のものがあげられる。Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. [Transmission Step] First, the subject 9 is installed in the container 10 filled with water W, and the XYZ scanner 6 is driven via the scanner control device 5 under the control of the microcomputer 1.
An ultrasonic wave P having a predetermined center frequency is applied to a single probe 7
Is transmitted perpendicularly to the surface of the thin film 22 of the subject 9.
At this time, as the probe 7 used, for example, Table 1
The characteristics shown in are listed.
【0015】表1:探触子の特性 探触子 試験周波数 焦点距離 直径 パナメトリクスV312 10MHz 12.7mm 6.35mm 日立I2−2504T 25MHz 10.0mm 6.35mm パナメトリクスV324 25MHz 平坦型 6.35mm Table 1: Characteristics of the probe Probe test frequency Focal length Diameter Panametrics V312 10MHz 12.7mm 6.35mm Hitachi I2-2504T 25MHz 10.0mm 6.35mm Panametrics V324 25MHz Flat type 6.35mm
【0016】ここでは、後述するように2MHz〜25M
Hzの範囲にわたる反射波の周波数特性を求めるため
に、10MHz及び25MHzの試験周波数を有する2つの
焦点型探触子、即ちパナメトリクスV312及び日立I2−
2504Tを使用し、最初にパナメトリクスV312、続いて
日立I2−2504Tによる超音波Pの送信が行われる。
尚、試験周波数とは探触子7毎に記された公称の中心周
波数の値であり、試験周波数の近傍に中心周波数が存在
する。Here, as will be described later, 2 MHz to 25 M
In order to determine the frequency characteristics of the reflected wave over the range of Hz, two focus type probes having a test frequency of 10 MHz and 25 MHz, namely, Panametrics V312 and Hitachi I2-
The 2504T is used, first the Panametrics V312 and then the transmission of the ultrasound P by the Hitachi I2-2504T.
The test frequency is a value of the nominal center frequency written for each probe 7, and the center frequency exists near the test frequency.
【0017】上記の探触子7から送信される超音波Pの
焦点は薄膜22内に合わせられるが、この焦点合わせは、
被検体9に代えて基板21のみの参照試験片S0を設置し、
基板21の表面からの反射波の最大音圧が最大となるよう
に探触子7の位置を調整することにより行われる。The ultrasonic wave P transmitted from the probe 7 is focused on the inside of the thin film 22.
In place of the subject 9, the reference test piece S0 of only the substrate 21 is installed,
This is performed by adjusting the position of the probe 7 so that the maximum sound pressure of the reflected wave from the surface of the substrate 21 is maximized.
【0018】[受信ステップ]薄膜22並びに基板21及び
薄膜22の界面からの反射波は、送信に用いた探触子7に
より受信されて反射波信号Rとなり、パルサレシーバ11
を介してデジタルオシロスコープ12に入力される。[Receiving Step] The reflected wave from the interface between the thin film 22 and the substrate 21 and the thin film 22 is received by the probe 7 used for transmission and becomes the reflected wave signal R, and the pulsar receiver 11
Is input to the digital oscilloscope 12 via.
【0019】[FFT解析ステップ]デジタルオシロス
コープ12は、反射波信号Rを12.5nsec単位でサンプリン
グした後、マイクロコンピュータ1に入力し、マイクロ
コンピュータ1は、サンプリングされた反射波信号Rを
FFT法によりスペクトル空間(周波数特性)に変換す
る。これにより、中心周波数付近での反射波の周波数特
性がFFT解析される。[FFT analysis step] The digital oscilloscope 12 samples the reflected wave signal R in units of 12.5 nsec and then inputs the sampled reflected wave signal R to the microcomputer 1. The microcomputer 1 spectrums the sampled reflected wave signal R by the FFT method. Convert to space (frequency characteristics). Thereby, the FFT analysis is performed on the frequency characteristic of the reflected wave near the center frequency.
【0020】[計測シーケンス繰り返しステップ及び剥
離判定ステップ]以上の計測シーケンスを、中心周波数
の異なる別の探触子7(即ち、日立I2−2504T)につい
て繰り返し行い、反射波の周波数特性が所定振幅(スペク
トル強度)以上の振動を含むときに、基板と薄膜との間
に剥離が存在することを判定する。[Measurement Sequence Repeating Step and Delamination Judging Step] The above measurement sequence is repeated for another probe 7 (that is, Hitachi I2-2504T) having a different center frequency, and the frequency characteristic of the reflected wave is a predetermined amplitude ( It is determined that peeling exists between the substrate and the thin film when the vibration including the (spectral intensity) or more is included.
【0021】図3はFFT解析により得られた反射波の
周波数特性の一例を示す特性図であり、縦軸は基板21の
みの参照試験片S0からの反射波信号に対する被検体9か
らの反射波信号Rのスペクトル強度比、横軸は周波数で
ある。ここでは、512回のサンプリング結果の平均を示
し、探触子7の中心周波数付近の周波数に対するスペク
トル強度の大きい範囲の結果のみを示し、その他は雑音
の影響が大きいため示していない。FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of the frequency characteristic of the reflected wave obtained by the FFT analysis. The vertical axis represents the reflected wave from the subject 9 with respect to the reflected wave signal from the reference test piece S0 of only the substrate 21. The spectrum intensity ratio of the signal R is plotted on the horizontal axis. Here, the average of the sampling results of 512 times is shown, only the result of the range where the spectrum intensity is large with respect to the frequency near the center frequency of the probe 7 is shown, and the others are not shown because they are greatly affected by noise.
【0022】図3において、実線及び長破線は被検体9
の薄膜22に剥離が無い場合、短破線及び一点鎖線は被検
体9の薄膜22に剥離が存在する場合の各周波数特性であ
り、2MHz〜10MHzの周波数特性(実線及び短破線)
は、試験周波数が10MHzの探触子7を使用することに
より得られ、10MHz〜25MHzの周波数特性(長破線及
び一点鎖線)は、試験周波数が25MHzの探触子7を使用
することにより得られる。In FIG. 3, the solid line and the long broken line indicate the subject 9
If there is no peeling in the thin film 22 of, the short dashed line and the alternate long and short dash line are the respective frequency characteristics when there is peeling in the thin film 22 of the subject 9, and the frequency characteristics of 2 MHz to 10 MHz (solid line and short dashed line).
Is obtained by using the probe 7 having a test frequency of 10 MHz, and the frequency characteristic of 10 MHz to 25 MHz (long dashed line and alternate long and short dash line) is obtained by using the probe 7 having a test frequency of 25 MHz. ..
【0023】図3から、薄膜22の剥離がない被検体9に
対する周波数特性は、周波数とは無関係に参照試験片S0
に対する周波数特性とほぼ一致することが分かる。これ
に対し、薄膜22の剥離が存在する被検体9に対する周波
数特性は、周波数に依存して参照試験片S0に対する値を
中心に振動し、且つ、スペクトル強度比が周波数にほぼ
比例して増大していることが分かる。From FIG. 3, the frequency characteristic for the subject 9 without peeling of the thin film 22 shows that the reference test piece S0 is independent of the frequency.
It can be seen that the frequency characteristics substantially correspond to On the other hand, the frequency characteristic for the subject 9 in which the thin film 22 is peeled off oscillates around the value for the reference test piece S0 depending on the frequency, and the spectrum intensity ratio increases substantially in proportion to the frequency. I understand that.
【0024】《実施例1の実験的裏付け》ここで、基板
21のみからなる参照試験片S0と、薄膜22の剥離が全く無
い試験片S1と、剥離状態を模擬した試験片S2とを用いた
実験に基づき、実施例1の裏付けについて説明する。ま
ず、表2の条件下でマイクロ波CVD法により、メタン
及び水素の混合ガスから合成して、被検体9に近似した
シリコン基板及びダイヤモンド薄膜からなる2種類の試
験片S1及びS2を予め作成する。<< Experimental Support of Example 1 >> Here, the substrate
The support of Example 1 will be described based on an experiment using a reference test piece S0 consisting of only 21, a test piece S1 having no peeling of the thin film 22 and a test piece S2 simulating a peeled state. First, under the conditions of Table 2, two kinds of test pieces S1 and S2 composed of a mixed gas of methane and hydrogen are synthesized in advance by a microwave CVD method and are composed of a silicon substrate and a diamond thin film, which are similar to the subject 9. ..
【0025】表2:ダイヤモンド薄膜の合成条件 プラズマ誘導用マイクロ波の周波数 2.45GHz 基板の温度 1130K チャンバ内の全圧 6.67kPa 混合ガスの流量 100ml/min メタンの濃度 0.5 vol.% Table 2: Diamond thin film synthesis conditions Plasma induction microwave frequency 2.45 GHz Substrate temperature 1130K Total pressure in chamber 6.67 kPa Mixture gas flow rate 100 ml / min Methane concentration 0.5 vol.%
【0026】尚、参照試験片S0並びに試験片S1及びS2の
基板は、被検体9と同様に(100)面を表面に持つ単結
晶シリコンウェハからなり、厚さが670μmである。又、
各試験片S1及びS2の薄膜の厚さは5μmである。The substrates of the reference test piece S0 and the test pieces S1 and S2 are made of a single crystal silicon wafer having a (100) surface on the surface, like the object 9, and have a thickness of 670 μm. or,
The thin film of each test piece S1 and S2 has a thickness of 5 μm.
【0027】ここで、試験片S1は、薄膜を合成する前に
基板上に2〜4μmのダイヤモンド砥粒による傷付け処
理が30分間施されており、基板と薄膜とが強く結合して
作成された試験片である。通常、鏡面処理されたシリコ
ン基板上では連続的な薄膜を形成するために十分な核発
生密度が得られないので、薄膜の付着強度を確保するた
めに傷付け処理が施される。Here, the test piece S1 was prepared by subjecting the substrate to a scratching treatment with diamond abrasive grains of 2 to 4 μm for 30 minutes before synthesizing the thin film, and strongly bonding the substrate and the thin film. It is a test piece. Usually, a sufficient number of nucleation densities cannot be obtained for forming a continuous thin film on a mirror-finished silicon substrate, so a scratching process is performed to secure the adhesion strength of the thin film.
【0028】又、試験片S2は、試験片S1と同一条件下で
合成された薄膜を、フッ化水素酸及び硝酸の混合液で基
板をエッチングして分離した後、鏡面処理された別の基
板に接着して作成された試験片である。尚、試験片S2の
薄膜と基板との接着状態は、基板に対して水の表面張力
を利用して薄膜の周囲のみを瞬間接着剤により固定した
ものである。従って、測定対象となる中央部の基板と薄
膜との間には水の薄層が形成されており、試験片S2は薄
膜が剥離した状態を模擬している。尚、超音波Pによる
薄膜22の計測は図1のように水W中で行われるので、剥
離部分には水Wが侵入しているとみなされる。The test piece S2 is a thin film synthesized under the same conditions as those of the test piece S1. The thin film is separated by etching the substrate with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then another mirror-finished substrate. It is a test piece made by adhering to. The thin film of the test piece S2 and the substrate were adhered to each other by fixing the periphery of the thin film to the substrate with an instant adhesive by using the surface tension of water. Therefore, a thin layer of water is formed between the substrate in the central portion to be measured and the thin film, and the test piece S2 simulates the peeled state of the thin film. Since the measurement of the thin film 22 by the ultrasonic wave P is performed in the water W as shown in FIG. 1, it is considered that the water W has entered the peeled portion.
【0029】上記のような試験片S1及びS2に対し、前述
と同様に試験周波数が10MHz及び25MHzの焦点型探
触子7を用いて超音波Pを照射し、このときの反射波の
最大音圧と、同一条件で参照試験片S0に対して得られた
最大音圧との比を求めると、表3のようになる。The test pieces S1 and S2 as described above are irradiated with ultrasonic waves P using the focus type probe 7 having test frequencies of 10 MHz and 25 MHz as described above, and the maximum sound of the reflected wave at this time is emitted. Table 3 shows the ratio between the pressure and the maximum sound pressure obtained for the reference test piece S0 under the same conditions.
【0030】 表3:試験片S1及びS2における反射波の最大音圧と参照試験片S0の場合との比 (音圧比) 試験片 試験周波数 音圧比 S1 10MHz 0.0283dB 25MHz −0.0087dB S2 10MHz 0.7548dB 25MHz −1.7201dB Table 3: Ratio (sound pressure ratio) between the maximum sound pressure of reflected waves in the test pieces S1 and S2 and the case of the reference test piece S0 ( test sound pressure ratio) Test frequency Sound pressure ratio S1 10MHz 0.0283dB 25MHz -0.0087dB S2 10MHz 0.7548dB 25MHz-1.7201dB
【0031】表3から、薄膜剥離の無い試験片S1に対す
る計測結果は、周波数とは無関係にほぼ0dBであり、
参照試験片S0に対する計測結果とほぼ一致していること
が分かる。これに対し、薄膜剥離の生じた試験片S2に対
する計測結果は、10MHzでは参照試験片S0の場合と比
べて高く、25MHzでは逆に低くなっており、反射波の
最大音圧が周波数に依存していることが分かる。従っ
て、最大音圧のみの計測では剥離の検出に不適である。From Table 3, the measurement result for the test piece S1 having no thin film peeling is almost 0 dB regardless of the frequency,
It can be seen that the measurement results for the reference test piece S0 almost match. On the other hand, the measurement result for the test piece S2 in which thin film peeling occurred is higher than that of the reference test piece S0 at 10 MHz and is lower at 25 MHz, and the maximum sound pressure of the reflected wave depends on the frequency. I understand that. Therefore, measurement of only the maximum sound pressure is not suitable for detection of separation.
【0032】これに対し、各試験片S1及びS2について計
測により求めたスペクトル特性は図3と同様になる。即
ち、試験片S1のスペクトル特性は周波数によらず一定
(図3内の剥離無しの場合に対応)であり、試験片S2の
スペクトル特性は反射率特性は周波数に依存して振動し
且つ周波数にほぼ比例して増大(図3内の剥離有りの場
合に対応)する。On the other hand, the spectral characteristics obtained by measurement for each of the test pieces S1 and S2 are the same as those in FIG. That is, the spectral characteristic of the test piece S1 is constant irrespective of the frequency (corresponding to the case of no peeling in FIG. 3), and the spectral characteristic of the test piece S2 has the reflectance characteristic vibrating depending on the frequency and the frequency characteristic. It increases almost proportionally (corresponding to the case of peeling in FIG. 3).
【0033】《実施例1の理論的裏付け》次に、試験片
S1及びS2の場合を例にとって、この発明の実施例1の理
論的考察を行う。図4及び図5は試験片S1及びS2の表面
をそれぞれモデル化して示す拡大断面図であり、Piは
入射超音波(入射波)、Poは反射超音波(反射波)、P1、
P2、P3、…は反射波Poの多重反射に対する成分、Wa
は基板21と薄膜22との間に介在する水膜、hfは薄膜22
の厚さ、hwは水膜Waの厚さである。<< Theoretical Support of Example 1 >> Next, test pieces
Taking the cases of S1 and S2 as an example, a theoretical consideration will be given to the first embodiment of the present invention. 4 and 5 are enlarged cross-sectional views showing the surfaces of the test pieces S1 and S2 respectively modeled, where Pi is an incident ultrasonic wave (incident wave), Po is a reflected ultrasonic wave (reflected wave), P 1 ,
P 2 , P 3 , ... Are components for multiple reflection of the reflected wave Po, Wa
Is a water film interposed between the substrate 21 and the thin film 22, and hf is the thin film 22.
, Hw is the thickness of the water film Wa.
【0034】ここでは、平面調和波からなる超音波Pi
が薄膜22に垂直に入射した場合の反射特性を示す。又、
便宜上、反射波Poの反射角度を顕著に示したが、実際
には0に近い角度であることは言うまでもない。尚、平
面調和波とは、波の進行方向に対して垂直な平面上で、
変位及び応力が場所によらず一定で且つ時間に対して正
弦関数で変動する波のことである。Here, an ultrasonic wave Pi composed of plane harmonic waves is used.
2 shows the reflection characteristics when is incident on the thin film 22 vertically. or,
For the sake of convenience, the reflection angle of the reflected wave Po is markedly shown, but it goes without saying that the angle is actually close to zero. A plane harmonic wave is a plane perpendicular to the traveling direction of the wave,
A wave in which displacement and stress are constant regardless of location and change with a sine function with respect to time.
【0035】図4においては、水Wと基板21とを半無限
体で近似しており、両者の間に一様な厚さhfの薄膜22
が存在している。従って、入射波Piが水W側から薄膜
22に入射すると、薄膜22内で図示したような多重反射が
生じ、薄膜22の表面から出射される反射波Poは、通過
経路の異なる複数の平面波成分P1、P2、…を重ね合わ
せたものとなる。一方、図5においては、薄膜22と基板
21との間に一様な厚さhwの水膜Waが介在しているた
め、薄膜22内及び水膜Wa内で多重反射が生じる。In FIG. 4, the water W and the substrate 21 are approximated by a semi-infinite body, and a thin film 22 having a uniform thickness hf is provided between them.
Exists. Therefore, the incident wave Pi is a thin film from the water W side.
When it enters the thin film 22, multiple reflection occurs in the thin film 22, and the reflected wave Po emitted from the surface of the thin film 22 is formed by superposing a plurality of plane wave components P 1 , P 2 , ... Will be things. On the other hand, in FIG. 5, the thin film 22 and the substrate
Since the water film Wa having a uniform thickness hw is interposed between the thin film 22 and the film 21, multiple reflection occurs in the thin film 22 and the water film Wa.
【0036】ここで、入射波Piの角振動数をω、薄膜
22での音速をcf、水W中での音速をcwとし、無次元
量θf及びθwを次式のように定義する。Here, the angular frequency of the incident wave Pi is ω, and the thin film
The sound velocity at 22 is cf and the sound velocity in water W is cw, and the dimensionless quantities θf and θw are defined by the following equations.
【0037】θf=(ω/cf)hf …(1) θw=(ω/cw)hw …(2)Θf = (ω / cf) hf (1) θw = (ω / cw) hw (2)
【0038】上式で与えられるθf及びθwは、それぞ
れ薄膜22又は水膜Waを通過する際の平面調和波の位相
遅れであり、平面調和波の波長に対する各膜厚の程度を
表わす。これらの無次元量θf及びθwを用いて、各試
験片S1及びS2に対する反射率R1及びR2を求めると、次式
のようになる。但し、j=(−1)1/2である。Θf and θw given by the above equations are the phase lags of the plane harmonics when they pass through the thin film 22 or the water film Wa, and represent the degree of each film thickness with respect to the wavelength of the plane harmonics. Using the dimensionless quantities θf and θw, the reflectances R1 and R2 for the respective test pieces S1 and S2 are calculated as follows. However, j = (-1) 1/2 .
【0039】 R1=|{rwf・exp(2jθf)+rfs}/{exp(2jθf)+rwfrfs}| …(3) R2=|{rwf・exp(2jθf)+r′fs}/{exp(2jθf)+rwfr′fs}|…(4) r′fs={rfw・exp(2jθw)+rws}/{exp(2jθw)+rfwrws} …(5)R1 = | {r wf · exp (2jθf) + r fs } / {exp (2jθf) + r wf r fs } | (3) R2 = | {r wf · exp (2jθf) + r ′ fs } / { exp (2jθf) + r wf r ′ fs } | ... (4) r ′ fs = {r fw・ exp (2jθw) + r ws } / {exp (2jθw) + r fw r ws }… (5)
【0040】ここで、rABは半無限体の媒質AからBへ
超音波Piが入射したときの反射率であり、r′fsは、
水膜Wa内の多重反射を考慮して得られる薄膜22と水膜
Waとの界面での超音波の反射率である。一般に、反射
率rABは、媒質A及びBの音響インピーダンスをそれぞ
れZA及びZBとすると、次式で与えられる。Here, r AB is the reflectance when the ultrasonic wave Pi is incident on the semi-infinite medium A to B, and r ′ fs is
This is the reflectance of ultrasonic waves at the interface between the thin film 22 and the water film Wa, which is obtained in consideration of multiple reflections in the water film Wa. Generally, the reflectance r AB is given by the following equation, where the acoustic impedances of the media A and B are Z A and Z B , respectively.
【0041】 rAB=(ZB−ZA)/(ZA+ZB) …(6)R AB = (Z B −Z A ) / (Z A + Z B ) ... (6)
【0042】尚、A及びBに代わるrの添字w、f及び
sは、それぞれ媒質が水W、薄膜22及び基板21であるこ
とを示す。特に、薄膜22の厚さhfが入射波Piの波長
に比べて十分小さく、θfの二次以上の項(θf2、θf
3、…)を無視できるときには、(3)式及び(4)式は、以
下のように変形できる。The subscripts w, f and s of r instead of A and B indicate that the medium is water W, the thin film 22 and the substrate 21, respectively. In particular, the thickness hf of the thin film 22 is sufficiently smaller than the wavelength of the incident wave Pi, and the second or more terms of θf (θf 2 , θf
(3 , ...) Can be ignored, the equations (3) and (4) can be modified as follows.
【0043】 R1=rws …(7) R2=rws−2rwf{(1-r2 ws)/(1-r2 wf)}θf・sin(2jθw) …(8)R1 = r ws (7) R2 = r ws −2r wf {(1-r 2 ws ) / (1-r 2 wf )} θf · sin (2jθw) (8)
【0044】ここで、rwsは水Wから基板21に平面調和
波が入射するときの反射率、即ち薄膜22のない参照試験
片S0に対する反射率を与える。(7)式から、θfが十分
小さい範囲内では試験片S1に対する反射率R1は周波数と
は無関係に一定であり、参照試験片S0に対する反射率と
等しいことが分かる。一方、(8)式から、右辺の第2項
は周波数に対し(cw/2hw)の周期で反射率が振動し、
又、この振動の振幅は周波数に比例して増大することが
分かる。Here, r ws gives the reflectance when a plane harmonic wave is incident on the substrate 21 from the water W, that is, the reflectance for the reference test piece S0 without the thin film 22. From equation (7), it can be seen that the reflectance R1 for the test piece S1 is constant irrespective of the frequency and is equal to the reflectance for the reference test piece S0 within a range in which θf is sufficiently small. On the other hand, from the equation (8), the second term on the right side oscillates the reflectance at a cycle of (c w / 2h w ) with respect to frequency
Also, it can be seen that the amplitude of this vibration increases in proportion to the frequency.
【0045】従って、前述の実験結果と同様に、図3に
示した関係と一致することが実証される。例えば、hf
=5μm、cf=18.1km/秒、周波数が25MHzとす
ると、(1)式より、θf=4.34×10-2となり、θfは前述
の条件を満足する範囲内にあることが分かる。Therefore, similar to the above-mentioned experimental results, it is proved that the relationship matches the relationship shown in FIG. For example, hf
= 5 μm, c f = 18.1 km / sec, and the frequency is 25 MHz, it can be seen from the equation (1) that θf = 4.34 × 10 −2 , and θf is within the range satisfying the above conditions.
【0046】ここで、(3)式〜(5)式を導出する過程を
詳細に説明する。一般に、半無限体の媒質AからBに超
音波を入射したときの透過率tABは、各媒質の音響イン
ピーダンスZA及びZBを用いて、以下のように表わされ
る。Now, the process of deriving the expressions (3) to (5) will be described in detail. In general, the transmissivity t AB when an ultrasonic wave is incident on the semi-infinite mediums A to B is expressed as follows using the acoustic impedances Z A and Z B of each medium.
【0047】tAB=2ZB/(ZA+ZB) …(A1)T AB = 2Z B / (Z A + Z B ) ... (A1)
【0048】(A1)式及び(6)式より、rAB及びtABに関
する次の関係式が得られる。From the expressions (A1) and (6), the following relational expressions regarding r AB and t AB are obtained.
【0049】1+rAB=tAB …(A2) rAB=−rBA …(A2)1 + r AB = t AB (A2) r AB = -r BA (A2)
【0050】図4のように、試験片S1に対する入射波P
iは薄膜22内で多重反射し、反射波Poは、伝播経路の
異なる反射波成分Pn(n=1、2、…)を重ね合わせたもの
になる。又、入射波Piに対する反射波Poの位相遅れ
をα1とすると、試験片S1に対する反射率R1との関係は、
以下のようになる。As shown in FIG. 4, the incident wave P on the test piece S1
i is multiply reflected in the thin film 22, and the reflected wave Po is a combination of reflected wave components Pn (n = 1, 2, ...) Having different propagation paths. When the phase delay of the reflected wave Po with respect to the incident wave Pi is α 1 , the relationship with the reflectance R1 with respect to the test piece S1 is
It looks like this:
【0051】R1・exp(−jα1)=Po/Pi …(A3)R1 · exp (−jα 1 ) = Po / Pi (A3)
【0052】従って、反射波成分PnをrAB及びtABを
用いて表わし、これらを重ね合わせると、(A3)式は以下
のようになる。尚、θfは前述で定義した位相遅れであ
る。Therefore, when the reflected wave component Pn is expressed by using r AB and t AB , and these are superposed, the formula (A3) becomes as follows. Note that θf is the phase delay defined above.
【0053】 R1・exp(-jα1)=rwf+twfrfstfw・exp(-2jθf)×Σ{rfsrfw・exp(-2jθf)}n…(A4)R1 · exp (-jα 1 ) = r wf + t wf r fs t fw · exp (-2jθf) × Σ {r fs r fw · exp (-2jθf)} n … (A4)
【0054】(A4)式において、総和式(Σ)の項は、n=
0〜∞に対する総和演算を示す。ここで、|rfsrfw・exp
(-2jθf)|<1を考慮すると、(A4)式内のn=0〜∞の総
和式の項は、以下のようになる。In the formula (A4), the term of the summation formula (Σ) is n =
The sum operation for 0 to ∞ is shown. Where | r fs r fw · exp
Considering (−2jθf) | <1, the terms of the summation formula of n = 0 to ∞ in the formula (A4) are as follows.
【0055】 Σ{rfsrfw・exp(-2jθf)}n=exp(2jθf)/{exp(2jθf)+rwfrfs} …(A5)Σ {r fs r fw · exp (-2jθf)} n = exp (2jθf) / {exp (2jθf) + r wf r fs } ... (A5)
【0056】(A5)式を(A4)に代入すると、次式が得られ
る。By substituting the expression (A5) into the expression (A4), the following expression is obtained.
【0057】 R1・exp(-jα1)={rwf・exp(2jθf)+rfs}/{exp(2jθf)+rwfrfs} …(A6)R1 · exp (-jα 1 ) = {r wf · exp (2jθf) + r fs } / {exp (2jθf) + r wf r fs } (A6)
【0058】一方、試験片S2の場合には、図5のように
薄膜22内並びに水膜Wa内で多重反射が生じるが、まず
水膜Wa内の多重反射のみに着目し、水膜Waに対する
反射率r′fsを(A6)式と同様の手法で求めると、以下の
ようになる。On the other hand, in the case of the test piece S2, multiple reflection occurs in the thin film 22 and the water film Wa as shown in FIG. 5, but first, focusing on only the multiple reflection in the water film Wa, the water film Wa The reflectance r'fs is obtained by the same method as the equation (A6) as follows.
【0059】 r′fs={rfw・exp(2jθw)+rws}/{exp(2jθw)+rfwrws} …(A7)R ′ fs = {r fw · exp (2jθw) + r ws } / {exp (2jθw) + r fw r ws } ... (A7)
【0060】続いて、薄膜22内の多重反射に着目する
と、試験片S2に対する反射率R2は、以下のようになる。Next, focusing on the multiple reflection in the thin film 22, the reflectance R2 for the test piece S2 is as follows.
【0061】 R2・exp(-jα2)=rwf+twf・r′fstfw・exp(-2jθf)×Σ{r′fsrfw・exp(-2jθf)}n ={rwf・exp(2jθf)+r′fs}/{exp(2jθf)+rwf・r′fs} …(A8)R2 ・ exp (-jα 2 ) = r wf + t wf・ r ' fs t fw・ exp (-2jθf) × Σ {r' fs r fw・ exp (-2jθf)} n = {r wf・exp (2jθf) + r ′ fs } / {exp (2jθf) + r wf · r ′ fs }… (A8)
【0062】(A8)式において、α2は入射波Piに対す
る反射波Poの位相遅れである。このように、平面調和
波を用いたモデル解析により、超音波Pの垂直入射によ
る反射率と周波数との間の関係を理論的に考察すること
ができる。In the equation (A8), α 2 is the phase delay of the reflected wave Po with respect to the incident wave Pi. As described above, the model analysis using the plane harmonic wave can theoretically consider the relationship between the reflectance and the frequency of the ultrasonic wave P due to vertical incidence.
【0063】ところで、図5において水膜Waの厚さh
wを極限まで小さくすると、剥離が無くて付着強度が低
下した状態を模擬することができる。しかしながら、こ
のときの試験片S2に対する反射率は、(8)式から、付着
強度が良好な試験片S1に対する反射率と等しくなる。従
って、実施例1のように超音波Piを垂直入射する方法
では、剥離は検出できるが付着強度の差異を計測評価す
ることはできない。By the way, in FIG. 5, the thickness h of the water film Wa is
When w is made as small as possible, it is possible to simulate a state in which there is no peeling and the adhesive strength is reduced. However, the reflectance with respect to the test piece S2 at this time is equal to the reflectance with respect to the test piece S1 having good adhesion strength from the equation (8). Therefore, with the method of vertically injecting the ultrasonic wave Pi as in Example 1, peeling can be detected, but the difference in adhesion strength cannot be measured and evaluated.
【0064】なぜなら、水膜Waの厚さhwが超音波波
長に比べて十分に小さいときには、水膜Wa内の多重反
射の影響により、水膜Wa内の垂直応力及び垂直方向の
変位が、水膜Waのない場合の界面での垂直応力及び垂
直方向の変位とほぼ等しくなるからである。このよう
に、界面での垂直応力に基づく解析方法は、付着強度の
計測評価には適切ではない。しかし、界面でのせん断応
力に着目すれば、傾角入射による透過率解析に基づい
て、付着強度の評価が可能なことが分かる。This is because when the thickness hw of the water film Wa is sufficiently smaller than the ultrasonic wavelength, the vertical stress and the vertical displacement in the water film Wa are affected by the multiple reflection in the water film Wa. This is because the vertical stress and the vertical displacement at the interface when the film Wa is not present are substantially equal to each other. Thus, the analysis method based on the normal stress at the interface is not suitable for measuring and evaluating the bond strength. However, if attention is paid to the shear stress at the interface, it can be seen that the adhesion strength can be evaluated based on the transmittance analysis by the tilt angle incidence.
【0065】実施例2.次に、付着強度評価を目的とし
たこの発明の実施例2を図について説明する。この場
合、被検体9の両側に対向配置された一対の探触子によ
り、被検体9の表面に対して傾斜角度をもって超音波が
送受信されるという点が相違するものの、図1と同様の
装置を用いることができる。Example 2. Next, a second embodiment of the present invention for the purpose of evaluating adhesion strength will be described with reference to the drawings. In this case, a difference is that ultrasonic waves are transmitted and received at a tilt angle with respect to the surface of the subject 9 by a pair of probes arranged on both sides of the subject 9, but the same device as in FIG. Can be used.
【0066】図6はこの発明の実施例2の測定部を詳細
に示す側面図であり、図示しない他の構成は図1に示し
た通りである。図6において、61は被検体9への送信波
Piに対する送信用(第1)の探触子、62は被検体9を透
過した受信波Ptに対する受信用(第2)の探触子であ
る。ここでは、測定用の超音波周波数を25MHzとし、
送信用の探触子61としては平坦型探触子即ちパナメトリ
クスV324(表1参照)を用い、受信用の探触子62としては
焦点型探触子即ち日立I2−2504Tを用いる。FIG. 6 is a side view showing in detail the measuring section of the second embodiment of the present invention, and other constitutions not shown are as shown in FIG. In FIG. 6, reference numeral 61 is a transmitting (first) probe for the transmitted wave Pi to the subject 9, and 62 is a receiving (second) probe for the received wave Pt transmitted through the subject 9. .. Here, the ultrasonic frequency for measurement is 25 MHz,
A flat type probe or Panametrics V324 (see Table 1) is used as the transmitting probe 61, and a focus type probe or Hitachi I2-2504T is used as the receiving probe 62.
【0067】2つの探触子61及び62は、中心軸が同一軸
上に一致するように対向して固定され、被検体9は、各
探触子61及び62の間に中心軸に対して例えば13°だけ傾
斜して治具で固定される。又、被検体9は、薄膜22側を
受信用の探触子62側に向けて設置され、探触子62の焦点
位置が薄膜22内に合わされている。これにより、基板21
の底面から傾斜角度θo=13°で入射した超音波Piが
励起する薄膜22の振動を、透過波Ptにより計測できる
ようになっている。尚、傾斜角度θo(=13°)は、基板21
内の縦波の臨界角と横波の臨界角とのほぼ中央の値であ
り、基板21内には横波のみが伝播する。The two probes 61 and 62 are fixed so as to face each other so that their central axes coincide with each other, and the subject 9 is positioned between the respective probes 61 and 62 with respect to the central axis. For example, it is fixed by a jig with an inclination of 13 °. Further, the subject 9 is installed with the thin film 22 side facing the receiving probe 62 side, and the focus position of the probe 62 is adjusted within the thin film 22. This allows the substrate 21
The vibration of the thin film 22 excited by the ultrasonic wave Pi which is incident from the bottom surface at an inclination angle θo of 13 ° can be measured by the transmitted wave Pt. The inclination angle θo (= 13 °) is calculated by
It is a value approximately at the center between the critical angle of the longitudinal wave and the critical angle of the transverse wave, and only the transverse wave propagates in the substrate 21.
【0068】次に、図1及び図6を参照しながら、この
発明の実施例2について説明する。 [送信ステップ]まず、所定の試験周波数(25MHz)を
有する送信波Piを探触子61から被検体9に対して傾斜
角度θoをもって送信する。 [受信ステップ]次に、送信波Piの透過波Ptは探触
子62で受信され、前述と同様にパルサレシーバ11を介し
て波形データとなり、デジタルオシロスコープ12でサン
プリングされた後、マイクロコンピュータ1に入力され
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. [Transmission Step] First, a transmission wave Pi having a predetermined test frequency (25 MHz) is transmitted from the probe 61 to the subject 9 at an inclination angle θo. [Reception Step] Next, the transmitted wave Pt of the transmitted wave Pi is received by the probe 62, becomes waveform data via the pulsar receiver 11 in the same manner as described above, is sampled by the digital oscilloscope 12, and then is transmitted to the microcomputer 1. Is entered.
【0069】[FFT解析ステップ]マイクロコンピュ
ータ1は、サンプリングデータに基づいて、透過波Pt
の周波数特性をFFTによりスペクトル解析する。[FFT analysis step] The microcomputer 1 determines the transmitted wave Pt based on the sampling data.
The frequency characteristic of is analyzed by FFT.
【0070】このとき、基板21と薄膜22との間に強固な
化学的結合が十分に形成されていれば、超音波Piの振
動によるせん断応力が薄膜22に対して十分に伝達される
が、強固な化学的結合が形成されていなければ、界面で
超音波Piによる滑りがある程度許され、薄膜22に対し
てせん断応力が伝達されにくくなる。At this time, if a strong chemical bond is sufficiently formed between the substrate 21 and the thin film 22, the shear stress due to the vibration of the ultrasonic wave Pi is sufficiently transmitted to the thin film 22, If a strong chemical bond is not formed, slippage by the ultrasonic wave Pi is allowed to some extent at the interface, and shear stress is difficult to be transmitted to the thin film 22.
【0071】[周波数特性比較ステップ及び付着強度評
価ステップ]従って、被検体9に対する透過波Ptの周
波数特性を基板21のみに対する透過波の周波数特性と比
較することにより、被検体9に対する透過波Ptの周波
数特性が基板21のみに対する透過波の周波数特性から所
定振幅以上異なるときに、基板21と薄膜22との間の付着
強度が良好であることを判定することができる。[Frequency Characteristic Comparison Step and Adhesion Strength Evaluation Step] Therefore, by comparing the frequency characteristic of the transmitted wave Pt with respect to the subject 9 with the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to only the substrate 21, the transmitted wave Pt of the subject 9 is compared. When the frequency characteristic differs from the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to only the substrate 21 by a predetermined amplitude or more, it can be determined that the adhesion strength between the substrate 21 and the thin film 22 is good.
【0072】即ち、付着強度の異なる薄膜22の透過波に
対する応答の違いを、探触子61から傾斜入射された超音
波の透過波Ptを探触子62で計測することによって求
め、基板21のみの場合の周波数特性に対する透過波Pt
の周波数特性との相違性を評価する。That is, the difference in response to the transmitted wave of the thin film 22 having different adhesion strength is obtained by measuring the transmitted wave Pt of the ultrasonic wave obliquely incident from the probe 61 with the probe 62, and only the substrate 21 is obtained. Pt for the frequency characteristics in the case of
Evaluate the difference from the frequency characteristics of.
【0073】図7はFFTにより透過波Ptの波形デー
タをスペクトル空間に変換した結果の一例を示す特性図
であり、例えば512回のサンプリングの平均値を示してい
る。図7において、縦軸は参照試験片S0に対するスペク
トル強度の比、横軸は周波数であり、実線は付着強度が
良好な場合、破線は付着強度が劣悪な場合の周波数特性
である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of a result obtained by converting the waveform data of the transmitted wave Pt into the spectrum space by the FFT, and shows an average value of 512 samplings, for example. In FIG. 7, the vertical axis represents the ratio of the spectrum intensity to the reference test piece S0, the horizontal axis represents the frequency, the solid line represents the frequency characteristic when the adhesion strength is good, and the broken line represents the frequency characteristic when the adhesion strength is poor.
【0074】図7から、付着強度が良好な場合(実線)で
は、超音波Piの中心周波数付近の20MHzの近傍で、
スペクトル強度(透過率に対応)が参照試験片S0の場合と
比べて、約1.5倍程度に増大していることが分かる。これ
に対し、付着強度が劣悪な場合(破線)では、スペクトル
強度が参照試験片S0とほぼ一致している。From FIG. 7, when the adhesion strength is good (solid line), in the vicinity of 20 MHz near the center frequency of the ultrasonic wave Pi,
It can be seen that the spectral intensity (corresponding to the transmittance) is increased by about 1.5 times as compared with the case of the reference test piece S0. On the other hand, when the adhesion strength is poor (broken line), the spectral strength is almost the same as that of the reference test piece S0.
【0075】《実施例2の実験的裏付け》ここで、参照
試験片S0及び付着強度が良好な試験片S1と共に、付着強
度が劣悪な試験片S3とを用いた実験に基づき、実施例2
の裏付けについて説明する。尚、試験片S3は、表2の条
件下で薄膜22を合成する前に基板21上に傷付け処理を行
わず、ダイヤモンドパウダ(粒径1μm以下)を種結晶と
して散布し、基板21と薄膜22とが弱く結合して形成され
た試験片である。ダイヤモンドパウダの散布方法として
は、超音波洗浄器によりダイヤモンドパウダを懸濁させ
たアセトン中に基板21を一旦浸した後、基板21を乾燥さ
せることによって実現することができる。<< Experimental Support of Example 2 >> Here, based on an experiment using the reference test piece S0 and the test piece S1 having good adhesive strength, and the test piece S3 having poor adhesive strength,
The proof of is explained. In addition, the test piece S3 did not scratch the substrate 21 before synthesizing the thin film 22 under the conditions shown in Table 2, and sprayed diamond powder (particle size 1 μm or less) as a seed crystal to form the substrate 21 and the thin film 22. And are weakly bonded test pieces. The method for spraying the diamond powder can be realized by once immersing the substrate 21 in acetone in which the diamond powder is suspended by an ultrasonic cleaner and then drying the substrate 21.
【0076】図8(a)及び(b)は試験片S1及びS3におけ
る基板21と薄膜22との付着強度の違いを示す説明図であ
り、81は荷重49Nでビッカース圧子を薄膜22に押し込ん
だときの圧痕、82は圧痕81の周囲に形成された剥離領域
である。図8から、剥離領域82の面積は、試験片S1の場
合(a)と比べて試験片S3の場合(b)方が約3倍程度大き
く、試験片S3の付着強度が試験片S1よりも低下している
ことが分かる。FIGS. 8 (a) and 8 (b) are explanatory views showing the difference in adhesion strength between the substrate 21 and the thin film 22 on the test pieces S1 and S3, and 81 is a Vickers indenter pressed into the thin film 22 with a load of 49N. At this time, the indentation 82 is a peeling region formed around the indentation 81. From FIG. 8, the area of the peeled region 82 is about 3 times larger in the case of the test piece S3 (b) than in the case of the test piece S1 (a), and the adhesion strength of the test piece S3 is larger than that of the test piece S1. You can see that it is decreasing.
【0077】ここで、試験片S3の場合には、種結晶から
薄膜22を合成しているので、基板21と薄膜22との間に強
固な化学的結合が形成されておらず、界面での超音波に
よる滑りが許され、せん断応力が伝達されにくくなって
いる。一方、試験片S1の場合には、薄膜22は核が発生し
た地点で基板21と強固に結合しているので、せん断応力
を伝達し易くなっている。Here, in the case of the test piece S3, since the thin film 22 was synthesized from the seed crystal, a strong chemical bond was not formed between the substrate 21 and the thin film 22, and the thin film 22 was not formed at the interface. Sliding by ultrasonic waves is allowed, making it difficult to transmit shear stress. On the other hand, in the case of the test piece S1, since the thin film 22 is firmly bonded to the substrate 21 at the point where the nuclei are generated, it is easy to transmit the shear stress.
【0078】前述と同一の試験条件下で条件設定を変更
することなく、試験片S1及びS3に対する計測を行うこと
により、図7と同様の結果が得られる。このとき、試験
片S1に対する透過波Ptの周波数特性は図7の実線に対
応し、試験片S3に対する透過波Ptの周波数特性は破線
に対応する。By measuring the test pieces S1 and S3 under the same test conditions as described above without changing the condition settings, the same results as in FIG. 7 can be obtained. At this time, the frequency characteristic of the transmitted wave Pt for the test piece S1 corresponds to the solid line in FIG. 7, and the frequency characteristic of the transmitted wave Pt for the test piece S3 corresponds to the broken line.
【0079】《実施例2の理論的裏付け》次に、外見的
構造が同一の試験片S1及びS3の場合を例にとって、この
発明の実施例2の理論的考察を行う。図9は試験片S1及
びS3の層構造に対する超音波の伝播経路をモデル化して
示す拡大断面図であり、Piは送信波、Pt1〜Pt10は各
界面において複雑に反射及び透過する超音波成分、X1
は基板21と薄膜22との界面に一致した座標軸、X2はX1
に直交する基板21の厚さ方向の座標軸、hfは水Wと薄
膜22との界面のX2座標、−hsは基板21と水Wとの界面
のX2座標である。<< Theoretical Support of Example 2 >> Next, the theoretical consideration of Example 2 of the present invention will be given by taking the case of the test pieces S1 and S3 having the same external structure as an example. Figure 9 is an enlarged sectional view illustrating a modeled ultrasonic propagation path to the layer structure of the specimen S1 and S3, ultrasonic Pi is the transmitted wave, Pt 1 ~Pt 10 is to complicated reflection and transmission at each interface Ingredient, X 1
Is the coordinate axis that coincides with the interface between the substrate 21 and the thin film 22, and X 2 is X 1
Is a coordinate axis of the substrate 21 in the thickness direction orthogonal to, hf is an X 2 coordinate of the interface between the water W and the thin film 22, and −hs is an X 2 coordinate of the interface between the substrate 21 and the water W.
【0080】このように、モデル化された試験片S1及び
S3に対して、X1軸が薄膜22及び基板21の界面と一致する
ように直交座標系(X1,X2)を導入する。ここで、薄膜2
2及び基板21は、それぞれ一様な厚さhf及びhsを有
し、その上下に半無限体で近似した水Wの層があり、従
って、水Wと薄膜22及び基板21との各界面座標は、それ
ぞれ、X2=hf、X2=0、X2=−hsで表わされる。In this way, the modeled test piece S1 and
An orthogonal coordinate system (X 1 , X 2 ) is introduced with respect to S3 so that the X 1 axis coincides with the interface between the thin film 22 and the substrate 21. Where the thin film 2
2 and the substrate 21 have uniform thicknesses hf and hs, respectively, and there are layers of water W above and below which are approximated by a semi-infinite body. Therefore, the coordinates of each interface between the water W and the thin film 22 and the substrate 21. Are respectively represented by X 2 = hf, X 2 = 0, and X 2 = -hs.
【0081】いま、角振動数ωの連続な縦波の平面調和
波からなる超音波Piが、図9のように入射角θ0で水
W中から基板21に入射する場合を考える。このとき、基
板21及び薄膜22内には縦波及び横波の平面超音波が発生
し、水W中には縦波のみの平面超音波が発生する。尚、
発生した平面調和波による粒子の運動はX1X2平面内に
限定され、又、発生した平面調和波は、各界面で複雑に
反射し、基板21及び薄膜22からなる層内に無数に生じる
ことになる。Now, let us consider a case where an ultrasonic wave Pi consisting of continuous longitudinal plane harmonics of angular frequency ω enters the substrate 21 from the water W at an incident angle θ 0 as shown in FIG. At this time, plane ultrasonic waves of longitudinal waves and transverse waves are generated in the substrate 21 and the thin film 22, and plane ultrasonic waves of only longitudinal waves are generated in the water W. still,
The motion of the particles due to the generated plane harmonics is limited to the X 1 X 2 plane, and the generated plane harmonics are reflected intricately at each interface and are generated innumerably in the layer composed of the substrate 21 and the thin film 22. It will be.
【0082】しかし、これらの平面調和波は、粒子の振
動方向及び伝播方向がそれぞれ異なる4種類の平面調和
波、即ち、透過P波、透過S波、反射P波及び反射S
波、に分類することができる。このうち、同じ種類の平
面調和波を重ね合わせて整理すると、図9のように、10
種類の平面調和波Ptn(n=1、2、…、10)を考えれば良いこ
とになる。ここで、Pt1、Pt4及びPt8は反射P波、Pt
5及びPt9は反射S波、Pt2、Pt6及びPt10は透過P
波、Pt3及びPt7は透過S波を表わす。However, these plane harmonics are four types of plane harmonics in which the vibration direction and the propagation direction of particles are different, that is, transmitted P wave, transmitted S wave, reflected P wave and reflected S wave.
Can be classified into waves. Of these, when the same types of plane harmonics are superposed and arranged, as shown in Fig. 10,
It suffices to consider the types of plane harmonic waves Ptn (n = 1, 2, ..., 10). Here, Pt 1 , Pt 4 and Pt 8 are reflected P waves, Pt
5 and Pt 9 are reflected S waves, Pt 2 , Pt 6 and Pt 10 are transmitted P waves.
Waves, Pt 3 and Pt 7 , represent transmitted S-waves.
【0083】各平面調和波Ptnの変位のXi(i=1、2)方
向の成分ui (n)は、伝播方向の単位ベクトルのXi方向
成分をni (n)、粒子の振動方向の単位ベクトルのXi方
向成分をνi (n)、変位振幅をM(n)、波数をk(n)とする
と、次式で表わされる。The component u i (n) of the displacement of each plane harmonic wave Ptn in the Xi (i = 1, 2) direction is the component of the unit vector in the propagation direction in the Xi direction n i (n) , and the component of the vibration direction of the particle is When the component of the unit vector in the Xi direction is ν i (n) , the displacement amplitude is M (n) , and the wave number is k (n) , it is expressed by the following equation.
【0084】 ui (n)=M(n)νi (n)exp(jξ(n)) …(9)U i (n) = M (n) ν i (n) exp (jξ (n) ) (9)
【0085】(9)式において、ξ(n)は以下のように表
わされる。In equation (9), ξ (n) is expressed as follows.
【0086】 ξ(n)=ωt−k(n)nl (n)Xl …(10)Ξ (n) = ωt−k (n) n l (n) X l (10)
【0087】尚、(9)式及び(10)式において、下付添字
は総和規約に従うものとし、ni (n)及びνi (n)は、X2
軸と伝播方向の成す角度をθn(n=0、1、…、10)とする
と、次式のように与えられる。In equations (9) and (10), the subscripts follow the summing convention, and n i (n) and ν i (n) are X 2
When the angle formed by the axis and the propagation direction is θn (n = 0, 1, ..., 10), it is given by the following equation.
【0088】 n1 (n)=sinθn、n2 (n)=cosθn …(11) ν1 (n)=sinθn、ν2 (n)=cosθn (Ptnが縦波の場合)…(12) ν1 (n)=−cosθn、ν2 (n)=sinθn (Ptnが横波の場合)…(12)N 1 (n) = sin θn, n 2 (n) = cos θn (11) ν 1 (n) = sin θn, ν 2 (n) = cos θn (when Ptn is a longitudinal wave) ... (12) ν 1 (n) = -cos θn, ν 2 (n) = sin θn (when Ptn is a transverse wave) ... (12)
【0089】ここで、媒質A内の縦波及び横波の音速を
それぞれcA及びcA2とし、次式のようにθA1及びθ
A2(A=w、f、s)を定義する。尚、w、f及びsは、そ
れぞれ、水W、薄膜22及び基板21に対応している。Here, the acoustic velocities of the longitudinal wave and the transverse wave in the medium A are c A and c A2 , respectively, and θ A1 and θ
Define A2 (A = w, f, s). Incidentally, w, f and s correspond to the water W, the thin film 22 and the substrate 21, respectively.
【0090】 sinθ0/cw=sinθA1/cA=sinθA2/cA2 …(13)Sin θ 0 / c w = sin θ A1 / c A = sin θ A2 / c A2 (13)
【0091】但し、0≦θAQ≦π/2(A=w、f、s;Q
=1、2)であり、θnとθAQとの関係は次の通りであ
る。However, 0 ≦ θ AQ ≦ π / 2 (A = w, f, s; Q
= 1, 2), and the relationship between θn and θ AQ is as follows.
【0092】 θ0=θw1、 θ1=π−θw1、 θ2=θs1 …(14) θ3=θs2、 θ4=π−θs1、 θ5=π−θs2 …(14) θ6=θf1、 θ7=θf2、 θ8=π−θf1 …(14) θ9=π−θf2、θ10=θw1 …(14)Θ 0 = θw 1 , θ 1 = π−θw 1 , θ 2 = θs 1 (14) θ 3 = θs 2 , θ 4 = π−θs 1 , θ 5 = π−θs 2 (14) ) θ 6 = θf 1 , θ 7 = θf 2 , θ 8 = π−θf 1 (14) θ 9 = π−θf 2 , θ 10 = θw 1 (14)
【0093】この場合、超音波Piが傾斜入射であるた
め、各平面調和波Ptnの多重反射経路から変位振幅M
(n)を求めることは困難である。そこで、変位振幅M(n)
を未知量として、各界面(X2=−hs、X2=0、X2=h
f)での平面調和波Ptnによる応力テンソルτi2 (n)(i=
1、2)と変位振幅ui (n)に対する境界条件から求める。X
2=−hs及びX2=hfは、共に固体と液体との界面であ
り、試験片S1及びS3によらず、以下の(15)式及び(16)式
が成り立つ。In this case, since the ultrasonic wave Pi is obliquely incident, the displacement amplitude M from the multiple reflection path of each plane harmonic wave Ptn.
It is difficult to find (n) . Therefore, the displacement amplitude M (n)
As an unknown quantity, each interface (X 2 = −hs, X 2 = 0, X 2 = h
Stress tensor τ i2 (n) (i =
1, 2) and the displacement amplitude u i (n) . X
2 = -hs and X 2 = hf are both a interface between the solid and the liquid, irrespective of the test pieces S1 and S3, below is established (15) and (16).
【0094】 u2 (0)+u2 (1)=u2 (2)+u2 (3)+u2 (4)+u2 (5) …(15) τ12 (2)+τ12 (3)+τ12 (4)+τ12 (5)=0 …(15) τ22 (0)+τ22 (1)=τ22 (2)+τ22 (3)+τ22 (4)+τ22 (5) …(15) (X2=−hsにおいて)U 2 (0) + u 2 (1) = u 2 (2) + u 2 (3) + u 2 (4) + u 2 (5) ... (15) τ 12 (2) + τ 12 (3) + τ 12 (4) + τ 12 (5) = 0… (15) τ 22 (0) + τ 22 (1) = τ 22 (2) + τ 22 (3) + τ 22 (4) + τ 22 (5) … (15) ( X 2 = -hs)
【0095】 u2 (6)+u2 (7)+u2 (8)+u2 (9)=u2 (10) …(16) τ12 (6)+τ12 (7)+τ12 (8)+τ12 (9)=0 …(16) τ22 (6)+τ22 (7)+τ22 (8)+τ22 (9)=τ22 (10) …(16) (X2=hfにおいて)U 2 (6) + u 2 (7) + u 2 (8) + u 2 (9) = u 2 (10) … (16) τ 12 (6) + τ 12 (7) + τ 12 (8) + τ 12 (9) = 0… (16) τ 22 (6) + τ 22 (7) + τ 22 (8) + τ 22 (9) = τ 22 (10) … (16) (at X 2 = hf)
【0096】又、X2=0の界面においては試験片S1と試
験片S3とで境界条件が異なり、薄膜結合性の高い試験片
S1の場合には、界面の上下で変位及び応力が共に連続と
なるので、境界条件は以下の(17)式のようになる。At the interface of X 2 = 0, the boundary conditions of the test piece S1 and the test piece S3 are different, and the test piece having a high thin film bonding property.
In the case of S1, both displacement and stress are continuous above and below the interface, so the boundary condition is as shown in equation (17) below.
【0097】 u1 (2)+u1 (3)+u1 (4)+u1 (5)=u1 (6)+u1 (7)+u1 (8)+u1 (9) …(17) u2 (2)+u2 (3)+u2 (4)+u2 (5)=u2 (6)+u2 (7)+u2 (8)+u2 (9) …(17) τ12 (2)+τ12 (3)+τ12 (4)+τ12 (5)=τ12 (6)+τ12 (7)+τ12 (8)+τ12 (9)…(17) τ22 (2)+τ22 (3)+τ22 (4)+τ22 (5)=τ22 (6)+τ22 (7)+τ22 (8)+τ22 (9)…(17) (X2=0において)U 1 (2) + u 1 (3) + u 1 (4) + u 1 (5) = u 1 (6) + u 1 (7) + u 1 (8) + u 1 (9) … (17) u 2 (2) + u 2 (3) + u 2 (4) + u 2 (5) = u 2 (6) + u 2 (7) + u 2 (8) + u 2 (9 ) (17) τ 12 (2) + τ 12 (3) + τ 12 (4) + τ 12 (5) = τ 12 (6) + τ 12 (7) + τ 12 (8) + τ 12 ( 9) … (17) τ 22 (2) + τ 22 (3) + τ 22 (4) + τ 22 (5) = τ 22 (6) + τ 22 (7) + τ 22 (8) + τ 22 (9) … (17) (at X 2 = 0)
【0098】一方、薄膜結合性の低い試験片S3の場合に
は、界面でせん断応力が伝達され得ない状況を考える
と、境界条件は以下の(18)式のようになる。On the other hand, in the case of the test piece S3 having a low thin film bondability, the boundary condition is expressed by the following expression (18) considering the situation that the shear stress cannot be transmitted at the interface.
【0099】 u2 (2)+u2 (3)+u2 (4)+u2 (5)=u2 (6)+u2 (7)+u2 (8)+u2 (9) …(18) τ12 (2)+τ12 (3)+τ12 (4)+τ12 (5)=τ12 (6)+τ12 (7)+τ12 (8)+τ12 (9) =0 …(18) τ22 (2)+τ22 (3)+τ22 (4)+τ22 (5)=τ22 (6)+τ22 (7)+τ22 (8)+τ22 (9)…(18) (X2=0において)U 2 (2) + u 2 (3) + u 2 (4) + u 2 (5) = u 2 (6) + u 2 (7) + u 2 (8) + u 2 (9) ... (18) τ 12 (2) + τ 12 (3) + τ 12 (4) + τ 12 (5) = τ 12 (6) + τ 12 (7) + τ 12 (8) + τ 12 (9 ) = 0 ... (18) τ 22 (2) + τ 22 (3) + τ 22 (4) + τ 22 (5) = τ 22 (6) + τ 22 (7) + τ 22 (8) + τ 22 (9) … (18) (at X 2 = 0)
【0100】ところで、応力テンソルτij (n)は等方弾性
体の構成方程式から次式で与えられる。The stress tensor τ ij (n) is given by the following equation from the constitutive equation of isotropic elastic body.
【0101】 τij (n)=λAEmm(n)δij+2μAEij(n) …(19)Τ ij (n) = λ A Emm (n) δij + 2μ A Eij (n) (19)
【0102】但し、Eij(n)は、ひずみテンソルであ
り、以下のように表わされる。However, Eij (n) is a strain tensor and is expressed as follows.
【0103】 Eij(n)=(∂ui (n)/∂Xj+∂uj (n)/∂Xi)/2 …(20)[0103] Eij (n) = (∂u i (n) / ∂Xj + ∂u j (n) / ∂Xi) / 2 ... (20)
【0104】尚、(19)式において、δijはクロネッカー
のデルタ、λA及びμAは媒質Aでのラメの定数である。
(19)式及び(20)式に前述の(9)式を代入すると、τij (n)
は次式で表わされる。In the equation (19), δij is the Kronecker delta, and λ A and μ A are the Lame constants in the medium A.
Substituting the above equation (9) into equations (19) and (20), τ ij (n)
Is expressed by the following equation.
【0105】 τij (n)=−jM(n){λAνm (n)nm (n)δij+μA(νi (n)nj (n)+νj (n)ni (n))} ×k(n)exp(jξ(n)) …(21)Τ ij (n) = −jM (n) {λ A ν m (n) nm (n) δij + μ A (ν i (n) n j (n) + ν j (n) n i (n) )} × k (n) exp (jξ (n) )… (21)
【0106】(21)式に(11)式及び(12)式を代入すると、
τi2 (n)(i=1、2)は平面調和波の種類によって次式のよ
うになる。Substituting equations (11) and (12) into equation (21),
τ i2 (n) (i = 1, 2) is given by the following equation depending on the type of plane harmonic wave.
【0107】 τ12 (n)=−jM(n)ωZA2(cA2/cA)sin(2θA1)exp(jξ(n)) …(22) (入射波、透過P波) τ12 (n)=jM(n)ωZA2・cos(2θA2)exp(jξ(n)) …(22) (透過S波) τ12 (n)=jM(n)ωZA2(cA2/cA)sin(2θA1)exp(jξ(n)) …(22) (反射P波) τ12 (n)=jM(n)ωZA2・cos(2θA2)exp(jξ(n)) …(22) (反射S波)Τ 12 (n) = −jM (n) ωZ A2 (c A2 / c A ) sin (2θ A1 ) exp (jξ (n) ) ... (22) (incident wave, transmitted P wave) τ 12 ( n) = jM (n) ωZ A2・ cos (2θ A2 ) exp (jξ (n) )… (22) (transmitted S wave) τ 12 (n) = jM (n) ωZ A2 (c A2 / c A ). sin (2θ A1 ) exp (jξ (n) )… (22) (Reflected P wave) τ 12 (n) = jM (n) ωZ A2 · cos (2θ A2 ) exp (jξ (n) )… (22) (Reflected S wave)
【0108】 τ22 (n)=−jM(n)ωZA・cos(2θA2)exp(jξ(n)) …(23) (入射波、透過P波) τ22 (n)=−jM(n)ωZA2・sin(2θA2)exp(jξ(n)) …(23) (透過S波) τ22 (n)=−jM(n)ωZA・cos(2θA2)exp(jξ(n)) …(23) (反射P波) τ22 (n)=jM(n)ωZA2・sin(2θA2)exp(jξ(n)) …(23) (反射S波)Τ 22 (n) = −jM (n) ωZ A · cos (2θ A2 ) exp (jξ (n) ) ... (23) (incident wave, transmitted P wave) τ 22 (n) = −jM ( n) ωZ A2・ sin (2θ A2 ) exp (jξ (n) ) ・ ・ ・ (23) (Transmission S wave) τ 22 (n) = −jM (n) ωZ A・ cos (2θ A2 ) exp (jξ (n ) ) (23) (Reflected P-wave) τ 22 (n) = jM (n) ωZ A2・ sin (2θ A2 ) exp (jξ (n) )… (23) (Reflected S-wave)
【0109】ここで、ZA及びZA2は媒質Aにおける縦波
及び横波に対する音響インピーダンスであり、次式で定
義される。Here, Z A and Z A2 are acoustic impedances for the longitudinal wave and the transverse wave in the medium A and are defined by the following equation.
【0110】ZA=(λA+2μA)/cA …(24) ZA2=μA/cA2 …(24)Z A = (λ A +2 μ A ) / c A (24) Z A2 = μ A / c A2 (24)
【0111】(15)式〜(18)式に(9)式、(22)式及び(23)
式を代入すると、試験片S1及びS3について、それぞれM
(n)(n=0、1、…10)に対する10個の独立な関係式が得られ
る。これにより、入射波の変位振幅M(0)を既知とすれ
ば、10個の未知量である各平面調和波Ptnの変位振幅M
(n)(n=0、1、…10)を決定することができる。Equations (15), (18), (9), (22) and (23)
Substituting the equation, M for test pieces S1 and S3 respectively
10 independent relations for (n) (n = 0, 1, ... 10) are obtained. Accordingly, if the displacement amplitude M (0) of the incident wave is known, the displacement amplitude M of each plane harmonic wave Ptn, which is 10 unknown quantities, is known.
(n) (n = 0, 1, ... 10) can be determined.
【0112】以上の方法により、各試験片S1及びS3に対
する透過率(M(n)/M(0)の絶対値)を計算した結果を図
10に示す。尚、図10の透過率特性を求めるための計算に
は、表4に示す音響定数を使用した。The results of calculating the transmittance (absolute value of M (n) / M (0) ) for each of the test pieces S1 and S3 by the above method are shown in FIG.
Shown in 10. The acoustic constants shown in Table 4 were used for the calculation for obtaining the transmittance characteristics in FIG.
【0113】表4:音響定数 物質 水 ダイヤモンド Si(シリコン) 縦波の音響インピーダンス 1.50 63.50 19.64 (×106kg/m2秒) 横波の音響インピーダンス 0.0 43.13 13.61 (×106kg/m2秒) 縦波の音波速度(km/秒) 1.50 18.10 8.43 横波の音波速度(km/秒) 0.0 12.30 5.84 Table 4: Acoustic constant substances Water Diamond Si (Silicone) Longitudinal wave acoustic impedance 1.50 63.50 19.64 (× 10 6 kg / m 2 seconds) Transverse wave acoustic impedance 0.0 43.13 13.61 (× 10 6 kg / m 2 seconds) Longitudinal wave speed (km / s) 1.50 18.10 8.43 Transverse wave speed (km / s) 0.0 12.30 5.84
【0114】図10において、縦軸は参照試験片S0に対す
る透過率との比即ちスペクトル強度比、横軸は周波数で
ある。ここで、20MHz付近の周波数に注目すると、試
験片S1に対する透過率は試験片S3に比べて高い値を示し
ている。この傾向は、図7に示した周波数特性の結果と
一致することが分かる。In FIG. 10, the vertical axis represents the ratio of the transmittance to the reference test piece S0, that is, the spectrum intensity ratio, and the horizontal axis represents the frequency. Here, focusing on the frequency around 20 MHz, the transmittance for the test piece S1 is higher than that for the test piece S3. It can be seen that this tendency matches the result of the frequency characteristic shown in FIG.
【0115】このように、平面調和波の傾角入射による
透過率特性の解析に基づいて、薄膜22の付着強度が大き
い場合の透過率が、付着強度の低下した場合の透過率よ
り高い値になることが分かる。従って、付着強度の評価
が可能なことを理論的に実証することができる。As described above, based on the analysis of the transmittance characteristic due to the incident angle of incidence of the plane harmonic wave, the transmittance when the adhesion strength of the thin film 22 is high becomes higher than the transmittance when the adhesion strength is lowered. I understand. Therefore, it is possible to theoretically prove that the bond strength can be evaluated.
【0116】尚、上記実施例1では、送受信用の探触子
7として焦点型探触子を用いたが、平坦型探触子を用い
てもよい。又、試験周波数が10MHz及び25MHzの探
触子を用いたが、他の試験周波数の探触子を用いてもよ
く、試験周波数の異なる3種類以上の探触子で所望周波
数帯域のスペクトル強度を解析してもよい。Although the focus type probe is used as the transmitting and receiving probe 7 in the first embodiment, a flat type probe may be used. Moreover, although the probe whose test frequency is 10 MHz and 25 MHz is used, the probe of other test frequency may be used, and the spectrum intensity of the desired frequency band can be obtained by using three or more types of probes having different test frequencies. May be analyzed.
【0117】又、上記実施例2では、送信用の探触子61
として平坦型探触子を用い、超音波Piを基板21側から
入射したが、焦点型探触子を用いてもよく、超音波Pi
を薄膜22側から入射してもよい。In the second embodiment, the transmitting probe 61 is used.
A flat probe was used as the ultrasonic wave Pi and the ultrasonic wave Pi was incident from the substrate 21 side. However, a focus probe may be used as the ultrasonic wave Pi.
May be incident from the thin film 22 side.
【0118】又、各実施例の実験的裏付けのために、計
測対象となる被検体9と同一仕様の試験片S1〜S3を用い
たが、これら試験片S1〜S3を被検体9と同一仕様に設定
する必要はなく、参照試験片S0のみを被検体9の基板21
と同一仕様とすればよい。更に、(1)式〜(24)式に関連
した実施例1及び実施例2の理論的裏付けは、各実験的
裏付けを説明且つ解釈するための1つのモデル解析例で
あり、他の理論的裏付けが可能なことは言うまでもな
い。Further, for the experimental support of each example, the test pieces S1 to S3 having the same specifications as the object 9 to be measured were used, but these test pieces S1 to S3 have the same specifications as the object 9. It is not necessary to set the reference test piece S0 to the substrate 21 of the subject 9
It should have the same specifications as. Furthermore, the theoretical proof of Example 1 and Example 2 related to the equations (1) to (24) is one model analysis example for explaining and interpreting each experimental proof, and other theoretical proofs. Needless to say, it can be substantiated.
【0119】[0119]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、所定の
中心周波数を有する超音波を単一の探触子から薄膜に対
して垂直に送信するステップと、超音波の反射波を探触
子により受信するステップと、反射波の中心周波数付近
の周波数特性をFFT解析するステップとからなる計測
シーケンスを、中心周波数の異なる複数の探触子につい
て行い、反射波の周波数特性が所定振幅以上の振動を含
むときに、基板と薄膜との間に剥離が存在することを判
定するようにしたので、信頼性を向上させた薄膜の剥離
検出方法が得られる効果がある。As described above, according to the present invention, a step of transmitting an ultrasonic wave having a predetermined center frequency perpendicularly to a thin film from a single probe and a reflected wave of the ultrasonic wave are detected. The measurement sequence consisting of the step of receiving by the child and the step of performing FFT analysis of the frequency characteristic near the center frequency of the reflected wave is performed for a plurality of probes having different center frequencies, and the frequency characteristic of the reflected wave is equal to or larger than a predetermined amplitude. Since it is determined that peeling exists between the substrate and the thin film when vibration is included, there is an effect that a thin film peeling detection method with improved reliability can be obtained.
【0120】又、この発明によれば、所定の中心周波数
を有する超音波を第1の探触子から被検体に対して傾斜
角度をもって送信するステップと、超音波の透過波を第
2の探触子により受信するステップと、透過波の周波数
特性をFFT解析するステップと、被検体に対する透過
波の周波数特性を基板のみに対する透過波の周波数特性
と比較するステップとを含み、被検体に対する透過波の
周波数特性が基板のみに対する透過波の周波数特性から
所定振幅以上異なるときに基板と薄膜との間の付着強度
が良好であることを判定するようにしたので、信頼性を
向上させた薄膜の付着強度評価方法が得られる効果があ
る。Further, according to the present invention, the step of transmitting an ultrasonic wave having a predetermined center frequency from the first probe to the subject at an inclination angle, and the transmitted wave of the ultrasonic wave to the second probe. The steps of receiving by a tentacle, FFT-analyzing the frequency characteristic of the transmitted wave, and comparing the frequency characteristic of the transmitted wave for the subject with the frequency characteristic of the transmitted wave for the substrate only, When the frequency characteristics of the are different from the frequency characteristics of the transmitted wave only to the substrate by more than a predetermined amplitude, it is determined that the adhesion strength between the substrate and the thin film is good. There is an effect that a strength evaluation method can be obtained.
【図1】この発明の実施例1及び実施例2を実現するた
めの超音波探査映像装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic exploration imaging apparatus for realizing Embodiments 1 and 2 of the present invention.
【図2】図1内の超音波照射部を詳細に示す側面図であ
る。FIG. 2 is a side view showing in detail an ultrasonic wave irradiation unit in FIG.
【図3】この発明の実施例1によるFFT解析結果を示
す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing an FFT analysis result according to the first embodiment of the present invention.
【図4】この発明の実施例1の実験的裏付けに用いられ
る試験片S1を超音波経路と共にモデル化して示す拡大断
面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a model of a test piece S1 used for experimental support of Example 1 of the present invention together with an ultrasonic wave path.
【図5】この発明の実施例1の実験的裏付けに用いられ
る試験片S2を超音波経路と共にモデル化して示す拡大断
面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a model of a test piece S2 used for experimental support of Example 1 of the present invention together with an ultrasonic path.
【図6】この発明の実施例2を実現するための超音波探
査映像装置の超音波照射部を詳細に示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing in detail an ultrasonic wave irradiating section of the ultrasonic sounding imaging device for realizing the second embodiment of the present invention.
【図7】この発明の実施例2によるFFT解析結果を示
す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing an FFT analysis result according to the second embodiment of the present invention.
【図8】この発明の実施例2の実験的裏付けに用いられ
る試験片S1及びS3の付着強度を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the adhesion strength of test pieces S1 and S3 used for experimental backing of Example 2 of the present invention.
【図9】この発明の実施例2の実験的裏付けに用いられ
る試験片S1及びS3を超音波経路と共にモデル化して示す
拡大断面図である。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing test pieces S1 and S3 used for experimental support of Example 2 of the present invention, modeled together with an ultrasonic path.
【図10】この発明の実施例2の理論的裏付けによるス
ペクトル解析結果を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a spectrum analysis result based on theoretical support of Example 2 of the present invention.
7、61、62 探触子 9 被検体 21 基板 22 薄膜 P、Pi 入射波(入射超音波) Po 反射波(反射超音波) Pt 透過波(透過超音波) θo 傾斜角度 7, 61, 62 Probe 9 Subject 21 Substrate 22 Thin film P, Pi Incident wave (incident ultrasonic wave) Po Reflected wave (reflected ultrasonic wave) Pt Transmitted wave (transmitted ultrasonic wave) θo Inclination angle
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂 真澄 宮城県仙台市青葉区南吉成一丁目8番地1 (72)発明者 星川 潔 宮城県仙台市青葉区川内山屋敷67番地 一 本杉荘1号室 (72)発明者 和泉 良人 東京都中野区東中野二丁目20番13号 (72)発明者 藤田 英樹 千葉県千葉市幕張本郷四丁目17番11号 K AWABE 439−306号 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masumi Saka, 1-8-1, Minamiyoshinari, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi Prefecture (72) Inventor Kiyoshi Hoshikawa 67, Kawauchiyama House, 67, Kawauchi-yama, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture Room 1 72) Inventor Yoshito Izumi 2-20-13 Higashi-Nakano, Nakano-ku, Tokyo (72) Inventor Hideki Fujita 4-171-11 Makuhari-Hongo, Chiba-shi, Chiba K AWABE 439-306
Claims (2)
有する被検体の表面に超音波を照射し、前記超音波の反
射波に基づいて前記基板と前記薄膜との間の剥離を検出
する方法であって、 所定の中心周波数を有する超音波を単一の探触子から前
記薄膜に対して垂直に送信するステップと、 前記超音波の反射波を前記探触子により受信するステッ
プと、 前記反射波の前記中心周波数付近の周波数特性をFFT
解析するステップと、 からなる計測シーケンスを、前記中心周波数の異なる複
数の探触子について行い、 前記反射波の周波数特性が所定振幅以上の振動を含むと
きに、前記基板と前記薄膜との間に剥離が存在すること
を判定する薄膜の剥離検出方法。1. A surface of a subject having a substrate and a thin film formed on the substrate is irradiated with ultrasonic waves, and peeling between the substrate and the thin film is detected based on a reflected wave of the ultrasonic waves. A step of transmitting ultrasonic waves having a predetermined center frequency perpendicularly to the thin film from a single probe; and a step of receiving reflected waves of the ultrasonic waves by the probe. FFT the frequency characteristics of the reflected wave near the center frequency
A step of analyzing, and performing a measurement sequence consisting of a plurality of probes having different center frequencies, and when the frequency characteristics of the reflected wave include vibration with a predetermined amplitude or more, between the substrate and the thin film. A thin film peeling detection method for determining the presence of peeling.
有する被検体に超音波を照射し、前記超音波の透過波に
基づいて前記基板と前記薄膜との間の付着強度を評価す
る方法であって、 所定の中心周波数を有する超音波を第1の探触子から前
記被検体に対して傾斜角度をもって送信するステップ
と、 前記超音波の透過波を第2の探触子により受信するステ
ップと、 前記透過波の周波数特性をFFT解析するステップと、 前記被検体に対する透過波の周波数特性を前記基板のみ
に対する透過波の周波数特性と比較するステップと、 を含み、前記被検体に対する透過波の周波数特性が前記
基板のみに対する透過波の周波数特性から所定振幅以上
異なるときに前記基板と前記薄膜との間の付着強度が良
好であることを判定する薄膜の付着強度評価方法。2. A subject having a substrate and a thin film formed on the substrate is irradiated with ultrasonic waves, and the adhesion strength between the substrate and the thin film is evaluated based on the transmitted wave of the ultrasonic waves. A method of transmitting an ultrasonic wave having a predetermined center frequency from the first probe to the subject at an inclination angle, and receiving a transmitted wave of the ultrasonic wave by a second probe. And a step of FFT-analyzing the frequency characteristic of the transmitted wave, and a step of comparing the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to the subject with the frequency characteristic of the transmitted wave with respect to only the substrate. Adhesion strength evaluation of a thin film that determines that the adhesion strength between the substrate and the thin film is good when the frequency characteristics of the wave differ from the frequency characteristics of the transmitted wave for the substrate only by a predetermined amplitude or more Law.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4087205A JPH05288725A (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Detecting method of exfoliation of thin film and evaluating method of adhesion strength |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4087205A JPH05288725A (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Detecting method of exfoliation of thin film and evaluating method of adhesion strength |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05288725A true JPH05288725A (en) | 1993-11-02 |
Family
ID=13908466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4087205A Pending JPH05288725A (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Detecting method of exfoliation of thin film and evaluating method of adhesion strength |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05288725A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6813958B2 (en) | 2001-06-21 | 2004-11-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Method for combinatorially measuring adhesion strength |
JP2006010662A (en) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Creative Technology:Kk | Inspection method for electrostatic chuck |
JP6397600B1 (en) * | 2018-05-23 | 2018-09-26 | 株式会社日立パワーソリューションズ | POSITION CONTROL DEVICE, POSITION CONTROL METHOD, AND ULTRASONIC VIDEO SYSTEM |
JP2021096114A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 株式会社ミツバ | Evaluation method, evaluation device and computer program |
-
1992
- 1992-04-08 JP JP4087205A patent/JPH05288725A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019203779A (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | 株式会社日立パワーソリューションズ | Position control device, position control method, and ultrasonic video system |
JP2021096114A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 株式会社ミツバ | Evaluation method, evaluation device and computer program |
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