JPH09229838A - 半導体材料の機械的強度測定方法及び測定装置 - Google Patents

半導体材料の機械的強度測定方法及び測定装置

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JPH09229838A
JPH09229838A JP6210996A JP6210996A JPH09229838A JP H09229838 A JPH09229838 A JP H09229838A JP 6210996 A JP6210996 A JP 6210996A JP 6210996 A JP6210996 A JP 6210996A JP H09229838 A JPH09229838 A JP H09229838A
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semiconductor material
mechanical strength
sample piece
load
measuring
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JP6210996A
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Masaru Shinomiya
勝 篠宮
Hitoshi Habuka
等 羽深
Masayasu Katayama
正健 片山
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体材料の試料片に対する偏荷重やねじれ
成分の発生がない高精度の、曲げ強度特性の測定装置な
らびに測定方法を提供する。 【解決手段】 半導体材料からなる試料片10の曲げ強
度を4点接触により試験する機械的強度測定装置におい
て、曲げ荷重を試料片10に対して常に垂直かつ均等に
印加する、荷重垂直印加機構Nを有する4点曲げ強度試
験治具6を備えることにより、この機械的強度測定装置
を構成する。機械的強度の測定では、曲げ荷重を試料片
10に対して常に垂直かつ均等に印加する構造の4点曲
げ強度試験治具6を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンやガリウ
ム砒素等の半導体材料の機械的強度の測定方法ならびに
試験治具に関するものであり、より詳しくは半導体材料
の試料片に対する偏荷重やねじれの発生がない、曲げ強
度試験方法ならびに試験治具に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】従来、シリコンやガリ
ウム砒素等の半導体材料の機械的強度の評価として、曲
げ試験測定をする際には、ウエーハから加工した試料片
を曲げ強度試験装置に装着して、試料片に曲げ荷重を与
え、応力特性を測定するのが一般的である。このとき、
試料片は曲げ強度試験装置に組み込まれた試料片保持治
具に装着される。このような従来の試料片保持治具とし
て、図4に示されるような、特開平2−284040号
公報に開示されているものがある。試料台101の2本
の凹部には夫々、円柱状のサポートエッジ102A、1
02Bが軸を水平状態にして嵌合され、両サポートエッ
ジ102A、102Bの上端間を渡してさらに外側に伸
びるように、試料片104が載置されている。そして、
上方から垂直に降下するノーズエッジ103の下端が、
サポートエッジ102A、102B間に渡された試料片
104の略中央部分に当接して、さらにこれを下方に押
圧して曲げ荷重を与える構成となっている。
【0003】すなわち、図4に示される構成は半導体材
料を3点接触して曲げ強度試験を実施するものである
が、この他、4点接触の構成も可能となっている。
【0004】しかしながら、前記のような従来の3点あ
るいは4点接触構成においては、試料片を押圧するノー
ズエッジ下端の加工精度が問題となる。すなわち、接触
面における押圧力のベクトルが、押圧によって試料片が
たわんでも、常に接触面の法線方向となる構成でなけれ
ばならない。この条件が満たされなくなると、試料片に
偏荷重やねじれ成分が発生するという不都合が生じて、
正確な試験測定値を得るのが困難になる。ところが、従
来の構成では、ノーズエッジの下端の形状の不具合、接
触位置のバラツキ、ノーズエッジの傾斜等によって、試
料片に偏荷重やねじれ成分が発生するおそれがあった。
とりわけ、4点接触構成においては、中央側の2点の押
圧力が均等でなければならず、このバランスが崩れる
と、さらに大きな偏荷重やねじれ成分が発生するという
問題があった。
【0005】本発明は従来技術による前記のような課題
や欠点を解決するためなされたもので、その目的は半導
体材料の試料片に対する偏荷重やねじれ成分の発生がな
い、高精度の曲げ強度特性の測定装置ならびに測定方法
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明に係る半導体材料の機械的強度測定装置は、半導
体材料の試料片を3点乃至4点接触により曲げ強度試験
を行う機械的強度測定装置において、曲げ荷重を前記試
料片に対して常に垂直かつ均等に印加する、荷重垂直印
加機構を有する曲げ強度試験治具を備えて構成したこと
を特徴とする。あるいは、前記曲げ強度試験治具の試料
支持部および加重印加部の部材を前記半導体材料と固相
反応を起こさない材料で構成したことを特徴とする。あ
るいは、前記曲げ強度試験治具を構成する材料がセラミ
ックス、石英もしくは金属材料、または金属材料の表面
にセラミックスをコーティングしたものであることを特
徴とする。
【0007】また、本発明に係る半導体材料の機械的強
度測定方法は、半導体材料の試料片を3点乃至4点接触
により曲げ強度試験を行う機械的強度測定方法におい
て、曲げ荷重を前記試料片に対して常に垂直かつ均等に
印加する印加する構造の曲げ強度試験治具を使用するこ
とを特徴とする。あるいは、前記半導体材料の機械的強
度測定を、前記試料片が塑性変形を示す温度領域で行う
ことを特徴とする。あるいは、前記半導体材料がシリコ
ンであることを特徴とする。さらに、前記半導体材料の
機械的強度測定を、600℃〜1200℃の温度範囲で
行うことを特徴とする。
【0008】本発明に係る半導体材料の機械的強度測定
装置によれば、強度試験治具によって印加する荷重が半
導体材料の試料片に対して常に垂直に保たれ、かつ均一
に印加され、この結果、試料片に対する偏荷重やねじれ
成分の発生がない。本発明に係る半導体材料の機械的強
度測定方法によれば、曲げ荷重を前記試料片に対して常
に垂直かつ均等に印加する構造の曲げ強度試験治具を備
えた機械的強度測定装置を使用することで、試料片に対
する偏荷重やねじれ成分の発生のない、高精度の測定が
なされる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、4点接触(4点曲げ)によ
り曲げ強度試験を行う場合の実施の形態について、添付
図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る半導体
材料の機械的強度測定装置の一実施形態の全体断面図で
ある。図2は、図1中で示される4点曲げ強度試験治具
の上面図である。さらに図3は、図1中で示される4点
曲げ強度試験治具の正面断面図である。図1に示される
ように、本発明に係る半導体材料の機械的強度測定装置
1は、強固な枠形のロードフレーム2内の下方に固設さ
れた水平のステージ7上に、4点曲げ強度試験治具6が
配設され、この4点曲げ強度試験治具6内に試料片10
(図2参照)が載置される。ロードフレーム2内の上方
に上下動自在に設けられたクロスヘッド3は、中央部に
ロードセル4と、下方に突出したロードシャフト5を備
え、クロスヘッド3が下降するとロードシャフト5を介
して試料片10に曲げ荷重が印加される。
【0010】応力−歪みの関係は、ロードセル4で計測
される荷重と、クロスヘッド3の変位量から算定され
る。4点曲げ強度試験治具6の外側にはヒーター8が設
けられ、試験温度が制御される。さらに4点曲げ強度試
験治具6やヒーター8は雰囲気調整装置9内に格納され
ており、試験雰囲気の制御がなされる。
【0011】つぎに、図2および図3に基づき、4点曲
げ強度試験治具6の構成を説明する。水平のステージ7
面に接して載置される長方形の試料ホルダ11は、ステ
ージ7面に平行な上端面の両端に上方に峻立するガイド
11A、11Bと、上端面の中央部から上方に峻立する
ガイドカラム12A〜12Fを備え、ガイド11Aとガ
イドカラム12A間ならびに、ガイド11Aとガイドカ
ラム12B間に形成される凹部には試料支持部であるロ
ーラー16Aが、またガイド11Bとガイドカラム12
E間ならびに、ガイド11Bとガイドカラム12F間に
形成される凹部には試料支持部であるローラー16A
が、それぞれ嵌挿される。これによって、ローラー16
A、16Bは軸と直角方向への移動が規制される。また
ローラー16A、16Bは同一直径とする。
【0012】ローラー16A、16Bの両上端間を渡し
てさらに外側に伸びるように、試料片10が載置され
る。ローラー16A、16Bは同一直径であるから、試
料片10は水平のステージ7面に対して平行になる。こ
の試料片10上に接することが可能なように、荷重印加
部であるローラー15Aが、ガイドカラム12Aとガイ
ドカラム12C間ならびに、ガイドカラム12Bとガイ
ドカラム12D間に形成される凹部に嵌挿される。同様
に、荷重印加部であるローラー15Bが、ガイドカラム
12Eとガイドカラム12C間ならびに、ガイドカラム
12Fとガイドカラム12D間に形成される凹部に嵌挿
される。これによって、ローラー15A、15Bは軸と
直角方向への移動が規制される。またローラー15A、
15Bは同一直径とする。このようにして、試料片10
に下接した状態のローラー15A、15Bの上端は、水
平のステージ7面から同一高さにあることになる。
【0013】つぎに、厚肉の円環状の中間プレート14
が、その外周14bをガイドカラム12A〜12Fの切
欠壁に摺接させ、切欠壁に沿って上方から、上下方向に
摺動自在に嵌挿されて設けられる。ガイドカラム12A
〜12Fの切欠壁はすべて水平のステージ7面に垂直で
あり、よって中間プレート14は軸を水平のステージ7
面に常に鉛直に維持して摺動できる。さらに中間プレー
ト14の底面14cは常に水平となるから、ローラー1
5A、15Bの上端に常に等分に接することになる。ま
た、中間プレート14の上面もまた、常に水平となる。
【0014】円環状の中間プレート14の上部には、中
間プレート14の中心線を頂点とする円錐形状のテーパ
ーが設けられ、更に、テーパー上にボール13が置かれ
る。ロードシャフト5の下面はボール13の上部を下方
に押圧する。すなわち、ロードシャフト5とローラー1
5A〜15Bの間に、ボール13、中間プレート14を
配置した構成となっている。このように、荷重垂直印可
機構Nは、ボール13、中間プレート14、ガイドカラ
ム12A〜12Fによって構成されている。
【0015】つぎに動作を説明する。試料片10がセッ
トされた状態で、クロスヘッド3を下降させるロードシ
ャフト5も下降し、ボール13上端あるいは上端近傍を
押圧する。ボール13下方は、中間プレート14の内周
14aに当接するが、その接触部分は円状であるので、
ロードシャフト5からの荷重は均等に分散されて中間プ
レート14に印加される。したがって、中間プレート1
4は偏くことなく、鉛直に下方に摺動する。よって中間
プレート14の底面14cは常に水平が維持され、底面
14cに接するローラー15A、15Bの上端には常に
等分の荷重が印加される。
【0016】この結果、ローラー15A、15Bの下端
から等分の荷重が試料片10に印加され、よって試料片
10は曲げ荷重を受ける。しかも、試料片10の各面に
接触する部材はすべて円柱面であるから、試料片10が
曲げ塑性変形を受けても、曲げ荷重は均等に、かつ試料
片10の接触する各部分において法線方向に加わること
になる。この結果、試料片10に偏荷重や、ねじれを発
生させることがないから、誤差が少なく精度の良い、し
かも再現性に優れた曲げ強度試験を実施することができ
る。
【0017】なお、4点曲げ強度試験治具6の試料支持
部および加重印加部の部材、すなわちローラー15A、
15Bおよびローラー16A、16Bを、半導体材料と
固相反応を起こさない材料で構成することが望ましい。
あるいは4点曲げ強度試験治具6を構成する材料として
は、アルミナ、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、石英、
ステンレス・スチールもしくは耐熱合金、またはステン
レス・スチールもしくは耐熱合金の表面に上記アルミナ
等によるセラミックスコーティングを施したものが望ま
しい。さらに、シリコンを含む半導体材料の機械的強度
測定を、試料片が塑性変形を示す温度領域で行うことが
望ましく、とりわけ、600℃〜1200℃の温度範囲
で行うことが望ましい。
【0018】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る半導体
材料の機械的強度測定装置は、曲げ荷重を半導体材料の
試料片に対して常に垂直かつ均等に印加する、荷重垂直
印加機構を有する曲げ強度試験治具を備えて構成するか
ら、試料片に対する偏荷重やねじれ成分の発生がなく、
よって高精度の測定が可能になる。さらに、本発明に係
る半導体材料の機械的強度測定方法は、曲げ荷重を半導
体材料の試料片に対して常に垂直かつ均等に印加する試
験治具を備えた機械的強度測定装置を使用するから、試
料片に対する偏荷重やねじれ成分の発生のない、高精度
の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体材料の機械的強度測定装置
の一実施形態の全体断面図である。
【図2】図1中で示される4点曲げ強度試験治具の上面
図である。
【図3】図1中で示される4点曲げ強度試験治具の正面
断面図である。
【図4】従来の機械的強度測定装置の要部構成図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体材料の機械的強度測定装置 2 ロードフレーム 3 クロスヘッド 4 ロードセル 5 ロードシャフト 6 4点曲げ強度試験治具 7 ステージ 8 ヒーター 9 雰囲気調整装置 10 試料片 11 試料ホルダ 11A、11B ガイド 12A〜12F ガイドカラム 13 ボール 14 中間プレート 14a 内周 14b 外周 14c 底面 15A、15B ローラー(荷重印加部) 16A、16b ローラー(試料支持部) N 荷重垂直印加機構

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体材料の試料片を3点乃至4点接触
    により曲げ強度試験を行う機械的強度測定装置におい
    て、曲げ荷重を前記試料片に対して常に垂直かつ均等に
    印加する、荷重垂直印加機構を有する曲げ強度試験治具
    を備えて構成したことを特徴とする半導体材料の機械的
    強度測定装置。
  2. 【請求項2】 前記曲げ強度試験治具の試料支持部およ
    び加重印加部の部材を前記半導体材料と固相反応を起こ
    さない材料で構成したことを特徴とする請求項1記載の
    半導体材料の機械的強度測定装置。
  3. 【請求項3】 前記曲げ強度試験治具を構成する材料が
    セラミックス、石英もしくは金属材料、または金属材料
    の表面にセラミックスをコーティングしたものであるこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の半導体材料の機
    械的強度測定装置。
  4. 【請求項4】 半導体材料の試料片を3点乃至4点接触
    により曲げ強度試験を行う機械的強度測定方法におい
    て、曲げ荷重を前記試料片に対して常に垂直かつ均等に
    印加する構造の曲げ強度試験治具を使用することを特徴
    とする半導体材料の機械的強度測定方法。
  5. 【請求項5】 前記半導体材料の機械的強度測定を、前
    記試料片が塑性変形を示す温度領域で行うことを特徴と
    する請求項4記載の半導体材料の機械的強度測定方法。
  6. 【請求項6】 前記半導体材料がシリコンであることを
    特徴とする請求項4または5記載の半導体材料の機械的
    強度測定方法。
  7. 【請求項7】 前記半導体材料の機械的強度測定を、6
    00℃〜1200℃の温度範囲で行うことを特徴とする
    請求項4、5または6記載の半導体材料の機械的強度測
    定方法。
JP6210996A 1996-02-24 1996-02-24 半導体材料の機械的強度測定方法及び測定装置 Pending JPH09229838A (ja)

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