JPH0612320B2 - Device and method for evaluating mechanical properties of thin film - Google Patents

Device and method for evaluating mechanical properties of thin film

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JPH0612320B2
JPH0612320B2 JP14977388A JP14977388A JPH0612320B2 JP H0612320 B2 JPH0612320 B2 JP H0612320B2 JP 14977388 A JP14977388 A JP 14977388A JP 14977388 A JP14977388 A JP 14977388A JP H0612320 B2 JPH0612320 B2 JP H0612320B2
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thin film
indenter
load
signal
substrate
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修二 山本
博司 市村
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は基板上に形成された薄膜の構造状並びに機能性
における機械的特性を評価するための装置並びに評価方
法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus and an evaluation method for evaluating mechanical properties of a thin film formed on a substrate in terms of structure and functionality.

(従来の技術) 従来、基板上に形成された薄膜の特性を計数的に処理す
る場合、基板と薄膜との密着力を測定することのみが行
なわれてきた。このような場合、基板に形成された薄膜
上に荷重を負した圧子を当てがいながら基板を移動さ
せ、この間荷重を順次増加させて薄膜の剥離するまで作
業し、薄膜が剥離する際に発生するアコーステイックエ
ミッション(以下AEという)をAEセンサで検知する。そ
してAEの発生し始めた時の圧子の荷重値を臨界荷重値と
してロードセルにより検知すると共に、併せて検知中の
負荷荷重とAEの強度関係をX-Y レコーダにより記録する
スクラッチ試験機により測定に供した薄膜の臨界荷重を
検知して基板と薄膜の密着力を測定することが行なわれ
ていた。
(Prior Art) Conventionally, when the characteristics of a thin film formed on a substrate are numerically processed, only the adhesion between the substrate and the thin film has been measured. In such a case, the substrate is moved while applying a load-bearing indenter on the thin film formed on the substrate, and the load is sequentially increased during this process until the thin film is peeled off, which occurs when the thin film is peeled off. AE sensor detects acoustic emission (hereinafter referred to as AE). Then, the load value of the indenter when AE started to be generated was detected as a critical load value by the load cell, and at the same time, the scratch relationship was recorded by the XY recorder using the scratch tester that records the load relationship between the detected load and the AE strength. The critical force of the thin film is detected to measure the adhesion between the substrate and the thin film.

ここでAEとは固体内部の構造変化によって歪エネルギー
が瞬間的に解放される時に弾性波を発生する現象を云
い、AEセンサとは100KHz〜5MHzの弾性波を電気信号に
変換する変換素子のことを云う。
Here, AE refers to the phenomenon that elastic waves are generated when strain energy is momentarily released due to structural changes in the solid, and the AE sensor is a conversion element that converts elastic waves of 100 KHz to 5 MHz into electric signals. Say.

薄膜の機械的特性は薄膜の内部応力に大きく左右される
ものであることから、別途薄膜中の内部応力をX線回折
法による格子歪の測定或は蒸着した基板の変形量測定等
から求めることも行なわれていた。
Since the mechanical properties of a thin film are greatly affected by the internal stress of the thin film, the internal stress in the thin film must be determined separately by measuring the lattice strain by the X-ray diffraction method or measuring the amount of deformation of the deposited substrate. Was also done.

(発明が解決しようとする課題) 近来、電子機器を初め各種の分野において、例えばイオ
ンプレーティング、蒸着、スパッタリング等の手段を用
いて、金属、セラミックス、プラスチックス等の素材の
上に異質の材料の薄膜を被覆させ、材料の電気的、機械
的、化学的性質を一段と向上させる方策がとられて来て
いる。
(Problems to be solved by the invention) Recently, in various fields including electronic devices, for example, by using means such as ion plating, vapor deposition, and sputtering, a different material is formed on a material such as metal, ceramics, and plastics. Has been taken to further improve the electrical, mechanical and chemical properties of the material.

然し乍ら、基板上に形成された薄膜についての特性を知
るための手段としては、基板と薄膜云の密着力を評価す
る手段としてのスクラッチ試験機による荷重負荷時の薄
膜損壊を検出しての臨界荷重値に頼るのみであった。
However, as a means to know the characteristics of the thin film formed on the substrate, the critical load by detecting thin film damage under load by a scratch tester as a means for evaluating the adhesion between the substrate and the thin film I only relied on the value.

このため薄膜の結晶形態、薄膜の内部応力の分布状態及
び強度等幾つかの要素が重なったまゝ検知されており、
AE曲線の形状、つまりAE曲線の大きさやピーク数が測定
する薄膜の変更により大きく変動することは知られ乍ら
も、このAE曲線の形状が薄膜物質の特性とどのような関
係にあるのかを知ることは不可能であり、薄膜の保有す
る機械的特性との関係において、これを計数的に解明す
る手段の出現が産業界より強く望まれていた。
For this reason, several factors such as the crystal morphology of the thin film, the distribution state of the internal stress of the thin film, and the strength are detected until they overlap,
It is known that the shape of the AE curve, that is, the size and the number of peaks of the AE curve fluctuate greatly depending on the change of the thin film to be measured.However, we wondered how the shape of this AE curve relates to the characteristics of the thin film material. It is impossible to know, and in view of the mechanical properties possessed by the thin film, the emergence of means for numerically clarifying this has been strongly desired by the industry.

また、X線による内部応力の測定は、測定における所要
時間、並びに工数に莫大なものがあり、更に測定値自身
も変動度が高いというい難点を持っていた。
Further, the measurement of the internal stress by X-ray has a huge time required for the measurement and the man-hour, and the measured value itself has a high degree of variability.

X線回折による内部応力の測定は、基本的には結晶の格
子歪を測定することによって内部応力を求めるものであ
って、例えば多結晶の場合は、X線の入射角を4点と
り、各方向での格子定数の変化を求めた後、基板に平行
な応力を求める。
The internal stress measurement by X-ray diffraction is basically to obtain the internal stress by measuring the lattice strain of the crystal. For example, in the case of a polycrystal, four X-ray incident angles are taken and After the change of the lattice constant in the direction is obtained, the stress parallel to the substrate is obtained.

また、配向性の強い膜ではX線で基板に平行な面の面間
隔を求めることにより、次の算式 σ=E/2ν×(d−d)/d により基板に 平行な応力を求める。
In addition, in the case of a film having a strong orientation, the plane distance between planes parallel to the substrate is obtained by X-rays, and the stress parallel to the substrate is obtained by the following formula: σ = E / 2ν × (d 0 −d) / d 0 .

但し E;ヤング率、ν;ポアソン比、 d;測定した面間隔、d;応力が存在しないときの面
間隔 然し乍ら、X線回折による内部応力の測定では一回の測
定時間が20分から1時間以上にまで及び作業の迅速性
に欠けるところが問題とされ、データの再現性にもとぼ
しい点があるとされていた。
However, E: Young's modulus, ν: Poisson's ratio, d: Measured interplanar spacing, d 0 : Interplanar spacing in the absence of stress. It has been said that the above-mentioned problems and the lack of quickness of work are problems, and that the reproducibility of data is poor.

また、材料の内部応力を測定する場合、基板の変形量か
らこれらを求める方法もあるが、薄膜の場合には変形量
も極めて小さく、特殊な装置を用いても測定者の高い熟
練度が要求されてくるものであり、これらの問題の解決
が要求されていた。
In addition, when measuring the internal stress of a material, there is a method to obtain these from the amount of deformation of the substrate, but in the case of a thin film, the amount of deformation is extremely small, and even if a special device is used, a high degree of skill of the measurer is required. However, the solution of these problems was required.

(課題を解決するための手段) 本発明は臨界荷重値を測定するスクラッチ試験機により
得られたAE信号を、そのスクラッチ試験機にAD変換器を
介して接続されたスペクトルアナライザによりデータを
解析し、解析されたデータをインターフェースを介して
コンピュータに移送し、コンピュータ内部で演算、集
計、検索、照合の各業務を行なわせて薄膜の持つ機械的
特性を把握できるように案出して課題の解決を計るよう
にしたものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention analyzes an AE signal obtained by a scratch tester for measuring a critical load value by a spectrum analyzer connected to the scratch tester via an AD converter. Then, the analyzed data is transferred to a computer through an interface, and the calculation, aggregation, search, and collation tasks are performed inside the computer so that the mechanical characteristics of the thin film can be grasped to solve the problem. It is something that is measured.

発明者等はAE波形を調べるために、AEセンサから得られ
た信号をオシロスコープで観測したところ、圧子の荷重
が薄膜の密着力の臨界荷重値を超えた頃から弾性波が多
発して検知されることに着目して実験を進める中、更
に、第2図(a)、(b)に示すように、夫々(イ)のAE曲線が
(ロ)のグラフに示す弾性波の大きさと、その発生数に関
連して描かれてくることを見出した。また、弾性波は薄
膜が剥離し、膜破壊を生じた時に解放される歪エネルギ
ーによって発生するものであるため、AE曲線の形状が薄
膜の特性に大きく依存するものであることを知り得た。
なお、図中LcはAE信号が急激に立ち上る荷重、Vbはバイ
アス電圧を示す。
In order to investigate the AE waveform, the inventors observed the signal obtained from the AE sensor with an oscilloscope, and it was detected that elastic waves frequently occurred when the load of the indenter exceeded the critical load value of the adhesion force of the thin film. While proceeding with the experiment focusing on that, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the AE curves of (a)
It was found that the magnitude of the elastic wave shown in the graph of (b) and the number of occurrences of the elastic wave are drawn. Moreover, since the elastic wave is generated by the strain energy released when the thin film is peeled off and the film is broken, it can be known that the shape of the AE curve greatly depends on the characteristics of the thin film.
In the figure, Lc is the load at which the AE signal rises sharply, and Vb is the bias voltage.

次に、弾性波を発生した薄膜の剥離部分を光学顕微鏡で
100倍にて観察し、亀裂の長さを測定した結果、弾性波
の振幅の大きさと亀裂の大きさとの関係が第3図のよう
に比例関係にあることを見出して本発明に到達したもの
である。
Next, use an optical microscope to examine the peeled portion of the thin film that generated the elastic wave.
As a result of observing at 100 times and measuring the length of the crack, as a result of finding that the relationship between the amplitude of the elastic wave and the size of the crack is proportional as shown in FIG. Is.

次に、本発明装置の概略図の一例を第1図に示す。図に
おいて、圧子3の上部に共振型、或は広帯域型のAEセン
サ6が取付けられており、AEセンサ6はBNCコードでAE
増幅器9に接続され、AEセンサ6で検知されたAE信号は
AE増幅器9で増幅される。この増幅さたAE信号はスペク
トルアナライザー11等の波形解析装置に送られ、弾性波
の振幅発生数が測定解析される。スペクトルアナライザ
11で解析されたAE信号はインターフェース12を経由して
二値化されたデータとしてコンピュータ13に移され、弾
性波の発生数、弾性波の振幅分布状況、測定中に発生し
た弾性波振幅の総和がコンピュータ13の演算集計により
求められ、場合によっては記憶される。
Next, an example of a schematic view of the device of the present invention is shown in FIG. In the figure, a resonance type or broadband type AE sensor 6 is attached to the upper part of the indenter 3. The AE sensor 6 is a BNC code AE.
The AE signal connected to the amplifier 9 and detected by the AE sensor 6 is
It is amplified by the AE amplifier 9. This amplified AE signal is sent to a waveform analyzer such as a spectrum analyzer 11, and the number of generated elastic wave amplitudes is measured and analyzed. Spectrum analyzer
The AE signal analyzed in 11 is transferred to the computer 13 as binarized data via the interface 12, and the number of elastic waves generated, the amplitude distribution state of the elastic waves, and the sum of the elastic wave amplitudes generated during the measurement. Is calculated by calculation by the computer 13 and stored in some cases.

次に、その操作例を説明すると、ステージ1に薄膜試料
2を固定した後、スクラッチヘッド高さ固定レバー4を
緩めて圧子3の先端が試料表面から約2mmの高さになる
ようヘッド高さ調節器5で調節し、再びスクラッチヘッ
ド高さ固定レバー4をしっかり締める。
Next, the operation example will be described. After fixing the thin film sample 2 to the stage 1, loosen the scratch head height fixing lever 4 so that the tip of the indenter 3 is about 2 mm above the sample surface. Adjust with the adjuster 5, and tighten the scratch head height fixing lever 4 firmly again.

そして、測定をスタートすると、圧子3は試料表面に接
触するまで降下する。その後、圧子3には100N/minの割
合で荷重が逐次加えられると共に、試料2を固定したス
テージ1も横方向へ10mm/minの速度で摺動され、薄膜試
料2は圧子3で引っかかれる。
Then, when the measurement is started, the indenter 3 descends until it comes into contact with the sample surface. Thereafter, a load is sequentially applied to the indenter 3 at a rate of 100 N / min, the stage 1 to which the sample 2 is fixed is also slid laterally at a speed of 10 mm / min, and the thin film sample 2 is scratched by the indenter 3.

圧子3にはAEセンサ6が接続されており、薄膜が基板か
ら剥離する際に発生する弾性波を検知する。AEセンサ6
により検知されたAE信号はAE増幅器9で増幅されて、AE
強度としてX-Y レコーダ10のY軸上に記録される。
An AE sensor 6 is connected to the indenter 3 and detects an elastic wave generated when the thin film is separated from the substrate. AE sensor 6
The AE signal detected by is amplified by the AE amplifier 9 and
The intensity is recorded on the Y axis of the XY recorder 10.

一方、圧子3に加えられる荷重はロードセル7で検知さ
れ、ロードセル増幅器8を経由して同じくX-Y レコーダ
10内に送られ、X軸方向に圧子3の荷重値として記録さ
れる。
On the other hand, the load applied to the indenter 3 is detected by the load cell 7 and is also passed through the load cell amplifier 8 to the XY recorder.
It is sent in 10 and recorded as the load value of the indenter 3 in the X-axis direction.

このようにして、薄膜上の状況変化がX-Y レコーダ10に
より第4図のようなAE曲線で描かれることは従来通りで
ある。
In this way, it is conventional that the change in the situation on the thin film is drawn by the XY recorder 10 with the AE curve as shown in FIG.

更に、このAE増幅器9で増幅されたAE信号をAD変換器
(図示せず)を介して接続されたスペクトルアナライザ
11により薄膜試料2で発生する弾性法の振幅等として解
析された後、インターフェース12を経由してコンピュー
タ13に移送されて弾性波の発生数、弾性波の振幅分布状
態、測定した弾性波の振幅の総和等として演算、集計、
記録、検索、照合などの業務がなされる。なお、AD変換
器はスペクトルアナライザ11内に設けてもよく、また別
個に設けてもよい。
Further, a spectrum analyzer in which the AE signal amplified by the AE amplifier 9 is connected via an AD converter (not shown)
After being analyzed as the amplitude of the elastic method generated in the thin film sample 2 by 11 and transferred to the computer 13 via the interface 12, the number of elastic waves generated, the elastic wave amplitude distribution state, the measured elastic wave amplitude Calculation, totalization, etc.
Jobs such as recording, searching, and collation are performed. The AD converter may be provided in the spectrum analyzer 11 or separately.

今、スクラッチ試験機の操作により薄膜中に発生した弾
性波の振幅の総和値をAE強度と定義した場合、薄膜中に
圧縮内部応力が存在すると薄膜に生じる亀裂の伝播が抑
えられると共に、AE強度は小さい値として検出されるこ
とから、弾性波の振幅を比較することによって薄膜の保
有する内部応力を逆検知することが可能になる。
Now, when the sum of the amplitudes of elastic waves generated in the thin film by the operation of the scratch tester is defined as the AE intensity, the propagation of cracks that occur in the thin film is suppressed when compressive internal stress is present in the thin film, and the AE intensity Is detected as a small value, it is possible to detect the internal stress possessed by the thin film by comparing the amplitudes of elastic waves.

また、測定時間は荷重増加割合が100N/minであって、Lc
値は殆んど100N以内に収まるため、実際の測定時間は
1分以内と極めて短い時間での測定を可能にしている。
In addition, the measurement time was Lc when the load increase rate was 100 N / min.
Since the value is almost within 100N, the actual measurement time is within 1 minute, which enables measurement in an extremely short time.

従来は基板上に生成された薄膜の特性を評価する試験機
として圧子3により経時的に圧縮荷重を増し乍ら、薄膜
上を移動させるスクラッチ試験機で薄膜が基板より剥離
するときに発生する弾性波を検知してX-Y レコーダ10よ
り薄膜の臨界荷重値を測定する手段のみを薄膜の特性評
価法としていたのに対して、本発明でスペクトルアナラ
イザ11を接続させたのはAEセンサ6で検知されたAE信号
を計算的に処理せんとしたものであり、従来のように描
かれたAE曲線(第4図参照)から曲線の立上り部を推定
するだけでなく、AE信号の数並びに強度までも明確な数
値として検出させるためのものである。
Conventionally, as a tester for evaluating the characteristics of a thin film formed on a substrate, a compressive load is increased with time by an indenter 3, and an elasticity generated when the thin film is separated from the substrate by a scratch tester that moves on the thin film. While only the means for detecting the wave and measuring the critical load value of the thin film from the XY recorder 10 was used as the thin film characteristic evaluation method, the fact that the spectrum analyzer 11 was connected in the present invention was detected by the AE sensor 6. The AE signal is processed computationally, and not only the rising part of the curve is estimated from the conventionally drawn AE curve (see Fig. 4), but also the number and intensity of AE signals are calculated. It is for detecting as a clear numerical value.

また、スペクトルアナライザ11の前にAD変換器を設けた
のは、スクラッチ試験機で得られたAE信号を二値化する
ためのもりのあり、スペクトルアナライザ11に接続して
インターフェース12を設けたのは、コンピュータ13へデ
ータを転送するためのものであり、更にコンピュータ13
を設けたのは、二値化されたAE信号を呼び込んで、あら
かじめコンピュータ13内に記憶させていた資料をもとに
演算、集計、検索、照合などの業務を迅速に行なわせ、
薄膜の強度を計数的に表示するためのものである。
Further, the AD converter provided in front of the spectrum analyzer 11 is provided for binarizing the AE signal obtained by the scratch tester, and the interface 12 is provided in connection with the spectrum analyzer 11. Is for transferring data to the computer 13, and
By providing a binarized AE signal, it is possible to quickly perform operations such as calculation, tabulation, search, and collation based on the material stored in the computer 13 in advance.
This is for numerically displaying the strength of the thin film.

(実施例) 本発明による薄膜の特性試験装置を用い、イオンプレー
ティング法でSUS 304 基板上に形成された厚さ3μmの
TiN 膜の特性を測定した手順と結果を以下に述べる。
(Example) Using a thin film characteristic testing apparatus according to the present invention, a thin film having a thickness of 3 μm formed on a SUS 304 substrate by an ion plating method was used.
The procedure for measuring the characteristics of the TiN film and the results are described below.

ステージ1に試料2を固定した後、スクラッチヘッド高
さ固定レバー4を緩めて圧子3の先端が試料2の表面か
ら約2mmの高さになるようヘッド高さ調節器5で調節
し、再びスクラッチヘッド高さ固定レバー4をしっかり
締める。次いで測定を開始すると、圧子3は試料2の表
面に接触するまで降下する。この場合、圧子3には100N
/minの割合で荷重が断続負荷されて行くと共に、試料2
を固定したステージ1も横方向へ10mm/minの速度で移動
され、薄膜上に掻痕を残して行き、圧子3の荷重が薄膜
の密着力を提示する臨界荷重値を越えると薄膜の剥離が
生じて弾性波が発生してくる。
After fixing the sample 2 to the stage 1, loosen the scratch head height fixing lever 4 and adjust the head height adjuster 5 so that the tip of the indenter 3 is about 2 mm above the surface of the sample 2, and scratch again. Firmly tighten the head height fixing lever 4. Then, when the measurement is started, the indenter 3 descends until it contacts the surface of the sample 2. In this case, the indenter 3 has 100N
The load is intermittently applied at a rate of / min and sample 2
The stage 1, which is fixed to the stage, is also moved laterally at a speed of 10 mm / min, leaving scratches on the thin film. When the load of the indenter 3 exceeds the critical load value that indicates the adhesion force of the thin film, the thin film peels. And elastic waves are generated.

これらの弾性波はAEセンサ6で検知されると共に、その
AE信号はAE増幅器9で増幅されX-Y レコーダ10にAE強度
としてY軸方向に記録される。また、圧子3に加えられ
た荷重はロードセル7で検出された後、ロードセル増幅
器8を通じてX-Y レコーダ10に送り込まれ、X軸方向に
圧子3の荷重値として記録され、基板に加えられた荷重
とその時に検出されたAE強度の関係図が第4図のように
描き出される。
These elastic waves are detected by the AE sensor 6 and
The AE signal is amplified by the AE amplifier 9 and recorded in the XY recorder 10 as the AE intensity in the Y-axis direction. In addition, the load applied to the indenter 3 is detected by the load cell 7 and then sent to the XY recorder 10 through the load cell amplifier 8 and recorded as the load value of the indenter 3 in the X-axis direction. A relational diagram of the AE intensity detected at is drawn as shown in Fig. 4.

また、AE増幅器9で増幅された信号はスペクトルアナラ
イザ11で解析された後、データ転送用のインターフェー
ス12を介した後、コンピュータ13に送られる。
The signal amplified by the AE amplifier 9 is analyzed by the spectrum analyzer 11 and then sent to the computer 13 via the data transfer interface 12.

AEセンサ6により検知された弾性波の発生状況は、最終
的にコンピュータ13による演算、集計、検索、照合を受
けて薄膜試料2に対する所要の機械的特性が表示できる
ようになる。
The generation state of the elastic wave detected by the AE sensor 6 is finally subjected to calculation, tabulation, retrieval and verification by the computer 13 so that the required mechanical characteristics for the thin film sample 2 can be displayed.

即ち、バイアス電圧を100 、200 、300 、400 ボルトと
変化させてSUS 304 の基板上に作成したTiN の薄膜につ
いて、本発明になる装置を用いて測定したAE強度と通常
のX線回折により得られた内部応力の測定値を第5図に
示す。
That is, for the TiN thin film formed on the SUS 304 substrate by changing the bias voltage to 100, 200, 300, and 400 V, the AE intensity measured by the apparatus according to the present invention and the ordinary X-ray diffraction were obtained. The measured values of the obtained internal stress are shown in FIG.

この場合、○印は弾性振幅の総和値であるAE強度を、●
印はX線回折により得られた薄膜の内部応力値を示めし
ており、AE強度と内部応力は逆比関係にあることが明ら
かにされている。
In this case, ○ indicates the AE intensity, which is the sum of elastic amplitudes, and ●
The mark indicates the internal stress value of the thin film obtained by X-ray diffraction, and it has been clarified that the AE intensity and the internal stress have an inverse ratio relationship.

また、 SUS 304 基板上に形成されたZrN 膜についても
第6図に示すように同様な結果が示されている。
Similar results are also shown for the ZrN film formed on the SUS 304 substrate as shown in FIG.

以上説明したように一回の検査で検知された弾性波の大
きさから薄膜の靭性度を、またAE強度から薄膜の内部応
力を各々計数的に検知することが可能となると共に、内
部応力の測定についても従来のX線を利用する場合に比
較して迅速かつ正確な数値データを再現度高く入手する
ことができる。
As described above, it becomes possible to detect the toughness of the thin film from the magnitude of the elastic wave detected in one inspection, and the internal stress of the thin film from the AE intensity, respectively. Also for measurement, quick and accurate numerical data can be obtained with high reproducibility as compared with the case of using conventional X-rays.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば従来は容易
に把握できなかった薄膜の機械的特性について簡便、か
つ再現性の高い測定値を入手することが可能になり、薄
膜の生成技術の向上に大なる効果をあげたことは電子機
器業界をはじめとする多くの薄膜利用産業界に寄与する
ところ極めて大なるものがある。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, it becomes possible to obtain a measurement value that is simple and highly reproducible with respect to the mechanical properties of a thin film that could not be easily grasped conventionally. The great effect on the improvement of the thin film production technology is extremely great as it contributes to many thin film utilization industries including the electronic device industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の機械的特性を評価する装置の一実施例
を示す概略図、第2図(a)、(b)は夫々薄膜のAE強度の弾
性波の大きさ及び発生との関係を示す曲線及びグラフ、
第3図は薄膜の弾性波の振幅と亀裂の長さを示す関係
図、第4図は同じAE強度と荷重との関係図、第5図はTi
N/SUS 304 におけるバイアス電圧対AE強度と通常のX線
回折により得られた内部応力との測定結果を示す図、第
6図は同じくZrN /SUS 304 におけるAE強度と内部応力
との測定結果を示す図。 1……ステージ、2……試料、3……圧子、4……固定
レバー、5……調節器、6……AEセンサ、7……ロード
セル、8……ロードセル増幅器、9……AE増幅器、10…
…X-Y レコーダ、11……スペクトルアナライザ、12……
インターフェース、13……コンピュータ
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an apparatus for evaluating mechanical properties of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are relations with the magnitude and generation of elastic wave of AE intensity of thin film, respectively. Curve and graph showing
Fig. 3 shows the relationship between the elastic wave amplitude of the thin film and the crack length, Fig. 4 shows the relationship between the same AE intensity and load, and Fig. 5 shows Ti.
Fig. 6 shows the measurement results of bias voltage versus AE intensity in N / SUS 304 and internal stress obtained by normal X-ray diffraction. Fig. 6 shows the measurement results of AE intensity and internal stress in ZrN / SUS 304. FIG. 1 ... Stage, 2 ... Sample, 3 ... Indenter, 4 ... Fixed lever, 5 ... Adjuster, 6 ... AE sensor, 7 ... Load cell, 8 ... Load cell amplifier, 9 ... AE amplifier, Ten…
… XY recorder, 11 …… Spectrum analyzer, 12 ……
Interface, 13 ... Computer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】薄膜上に研磨痕を付するための圧子と、薄
膜の破壊に伴って発生する弾性波を検出するAEセンサ
と、薄膜に付与される荷重を検出するロードセルと、AE
センサで検出されたAE信号を増幅するAE増幅器と、ロー
ドセルで検出された圧子の荷重を増幅するロードセル増
幅器と、前記AE信号及び圧子の荷重を夫々X軸方向とY
軸方向に記録するX-Y レコーダとを備えたスクラッチ試
験機と、このスクラッチ試験機で検出して増幅されたAE
信号を二値化するAD変換器と、二値化されたAE信号を解
析するスペクトルアナライザと、解析されたAE信号を転
送するインターフェースと、転送されたAE信号を演算
し、集計し、検索し、照合するコンピュータからなるこ
とを特徴とする薄膜の機械的特性を評価する装置。
1. An indenter for making a polishing mark on a thin film, an AE sensor for detecting an elastic wave generated when the thin film is broken, a load cell for detecting a load applied to the thin film, and an AE
An AE amplifier for amplifying the AE signal detected by the sensor, a load cell amplifier for amplifying the load of the indenter detected by the load cell, and the AE signal and the load of the indenter in the X-axis direction and Y direction, respectively.
A scratch tester equipped with an XY recorder that records in the axial direction, and an AE detected and amplified by this scratch tester
An AD converter that binarizes the signal, a spectrum analyzer that analyzes the binarized AE signal, an interface that transfers the analyzed AE signal, and a calculated, aggregated, and searched AE signal that has been transferred. An apparatus for evaluating the mechanical properties of a thin film, which comprises a matching computer.
【請求項2】基板上に形成された薄膜の機械的特性を測
定するに際して、この薄膜上に圧子を押し付けたまゝ薄
膜の形成されている基板を移動させながら負荷した荷重
を増加させて行き、基板から薄膜が剥離する際に発生す
るアコーテックエミッションをAEセンサにより検知する
と共に、圧子の荷重負荷状態をロードセルにより検知
し、両者を夫々増幅器で増幅したのちX-Y レコーダによ
り記録すると共に、AE増幅器より出力されたデータをAD
変換器により二値化した後、スペクトルアナライザ部に
送り、このデータをスペクトルアナライザで解析し、解
析されたデータをインターフェースを介してコンピュー
タに送り込み、後AEセンサで検知された弾性波の発生
数、振幅度、振幅の総和値を求めることによって基板上
に形成された薄膜の機械的特性を評価することを特徴と
する薄膜の機械的特性を評価する評価方法。
2. When measuring the mechanical properties of a thin film formed on a substrate, the load applied is increased while moving the substrate on which the thin film is formed by pressing an indenter on the thin film, The AE sensor detects the Accortech emission generated when the thin film is peeled from the substrate, the load cell of the indenter is detected by the load cell, and both are amplified by the amplifier and recorded by the XY recorder. AD the output data
After binarization by the converter, send it to the spectrum analyzer section, analyze this data with the spectrum analyzer, send the analyzed data to the computer through the interface, the number of elastic waves generated by the rear AE sensor, An evaluation method for evaluating the mechanical properties of a thin film, characterized in that the mechanical properties of the thin film formed on the substrate are evaluated by obtaining the amplitude degree and the total value of the amplitudes.
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