505785 A7 五、發明說明（i ) [發明所屬技術領域] 本發明是有關一種測量薄膜對於基板之附著力的檢測 方法與施行此方法時所使用的檢測裝置。詳言之，係關於 測量厚度為奈米級（nanometer order)的薄膜對於基板之附 著力之檢測方法及使用該檢測方法所用的檢測裝置。 [習知之技術] 以往對具有表面反射防止膜 '表面帶電防止膜等機能 性無機薄膜的裝置，為達到防止表面受損或弄髒之目的， 乃塗布有有機石夕烧偶合劑（silane coupling agent)、紹偶合 劑（aluminum coupling agent)及鈦酸鹽偶合劑（titanate coupling agent)等。偶合劑會與前述無機薄臈以單分子層 次形成化學結合，並形成由厚度數奈米的薄膜所組成之保 護層。保護層的形成條件會影響此保護層對前述無機薄膜 的附著力。因此，為了獲得高度的附著力，乃對保護層之 附著力作定量的評估，並且其結果必須反饋至保護層之形 成條件中。 刮刻法14(scratch method)為習知的薄膜附著力檢測 法。刮刻法為以硬頭針等壓件以某種程度的負荷按壓於薄 膜，並使其移動，而由基板上將薄膜刮離的方法。造成薄 膜表面刮刻損傷的負荷，或者產生摩擦係數急速上昇的負 荷（臨界負荷值）即成為薄膜與基板間的附著力。例如特開 昭64-31036號公報中即提案一種藉由對伴隨薄膜與基板 間的界面破壞或剝離所生的薄膜内部音波放射信號加以檢 ^(acoustic emission)，以測出薄膜附著力的檢測方法。 X纸張尺度適用中國國家t ^---------Μ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 505785 A7 五、發明說明（2 ) 此外’在特開平7_325028號公報上，亦提出藉由對穿 透或反射自薄膜剝離部之光加以測量而測出薄膜剝離的檢 測方法之方案。 [發明所欲解決之問題] 但是刮刻法可測量的薄膜厚度限於微米級或次微米 級，但卻有不適用於測量厚度為奈米級的薄臈之問題，而 且對延展性材料所形成的薄膜，因刮刻針前方形成的隆 起，會使摩擦係數增大，造成檢測上的困難，而有測定對 象限定於氧化膜、氮化膜、碳化膜等硬質膜的問題。而且， 算出附著力所須的臨界負荷值，與基板硬度與臈厚有複雜 的依存關係，故要在不同的測試樣品間比較其附著力時， 有限定使用同-硬度的基板與同一膜厚之薄膜的問題。並 且，測量時因機械的震動，會降低檢測薄膜剝離裝置的靈 敏度’有檢測精密度下降的問題。 因此，本發明為解決上述的問題，乃提供一種不僅不 須受薄膜的組成或基板的種類及測定時的機械振動等之限 定’且可測量膜厚為奈求級之薄膜的附著力之檢測方法及 運用此方法所需的檢測裝置。 [解決問題之方案] 為解決上述課題，本發明之薄膜附著力檢測方法係a 固定於支撐體上且表面具有薄膜的基體，及支持於前述支 撑體上以摩擦前述薄膜之負載施加機構下面所安裝的摩擦 元件相靠近’在前述負載施加機構上面載置負載元件，： 製 前述薄膜與前述摩擦元件呈緊密貼人彡 貼口狀態，並使前述支撐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297^^7 312939 頁 線 505785 可以採用布料作為 可以使用表面接觸 可使用光電子分光 3Ϊ2939 —--- A7 五、發明說明（3 ) 體或負載施加機構於基體之水平方向前後運動，藉摩擦元 件摩擦薄Μ ’對摩擦後的薄膜表面加以分析，來測量薄膜 對基體的附著力。 依照本發明的附著力檢測方法，由於利用下面設有摩 擦7G件，上面具有負載元件的負載施加機構，使負載元件 中的負荷施加於摩擦元件上，故可在摩擦元件經常與薄膜 處於緊密貼合的狀態摩擦薄膜。因此，即使膜厚為奈米級 的薄膜，也可摩擦薄膜之表面。其次，摩擦薄膜後，由於 因摩擦而產生變化的薄膜表面之組成及狀態進行分析，故 不必再檢測薄膜對基板的剝離，也不需要檢測剝離用的音 波放射（acoustic emission)裝置或光檢測裝置等薄膜剝離 檢測用裝置。因此，附著力的檢測不受薄膜的組成、基板 的種類及摩擦時之機械振動等的影響，所以試樣的種類也 不受限制。再者，亦可運用高靈敏度的表面分析法分析摩 擦過的薄膜’故可施行更精密的檢測。 再者’本發明附著力檢測方法，係以可於支律架的垂 直方向上下昇降輔助載物機構的方式支持辅助載物機構， 使摩擦元件與薄膜相接近，摩擦薄膜後，可升起輔助載物 機構，使摩擦元件與薄膜相分離。 再者，本發明的附著力檢測方法 摩擦元件。 此外，本發明的附著力檢測方法 角檢測方法進行表面分析。 而且，本發明的附著力檢測方法 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨〇 χ 297公釐 ^ ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 505785 A7
五、發明說明（4 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 法進行表面分析。 本發明的附著力檢測裝置係為測量基體上所形成的薄 獏相對於前述基體的附著力。由薄膜摩擦部與表面分析部 所構成，其中，薄膜摩擦部包括：用以固定基體的支撐架； 配置於上述支撐架上，下面有摩擦元件，上面具有以 可自由裝卸的負載元件俾使前述摩擦元件與前述薄膜緊密 貼合之輔助載物機構； 以可在基體之水平方向移動之方式支持上述支撐架或 上述辅助載物機構，在薄膜與摩擦元件呈密貼狀態下，使 所支持之支撐架或輔助載物機構朝基體之水平方向前後移 動的驅動機構； 固定於上述驅動機構，並支撐前述輔助載物機構，使 之可在基體之垂直方向移動之滑動支持機構； 以可於基體之垂直方向移動之方式支撐前述驅動機構 或前述支撐架，使薄膜與摩擦元件接近或分開的昇降機 構；及 驅動昇降機構，俾與前述輔助載物機構連動，使薄膜 與摩擦元件互相密貼，而在薄膜與摩擦元件密貼狀態下， 令驅動機構作動，使支撐架與輔助載物機構於基體之水平 方向前後運動的控制機構； 而表面分析部則用以測量經由薄膜摩擦部摩擦過的薄 膜表面狀態。 本發明的附著力檢測裝置，載物元件可使用由一片以 上可層疊的板材且藉由該一片以上可層疊的板材層疊於辅 --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 χ 297公餐） 4 312939 A7 B7 五 發明說明（ 助載物機構上面，以調整加諸於摩擦元件上的負荷。 、本發明的附著力檢測裝置，可利用輔助載物機構固裝 於.，動機構上之方式，#由昇降機#，令輔助載物機構上 下昇降’使摩擦元件能夠與薄膜互相接近。 本發明的附著力檢測裝置中，輔助載物機構於基體之 水平方向前後運動時所生摩擦力之檢測機構可安裝於支撐 架。 再者，本發明的附著力檢測裝置中，表面分析部可使 用表面接觸角檢測計。 本發明的附著力檢測裝置，表面分析部可使用光電子 分光器。 [發明之實施型態] 以下使用附圖詳細說明本發明之實施例 第1圖及第2圖為使用於本發明薄膜附著力檢測裝置 之薄膜摩擦部的模式圖。 第1圖為側視圖，第2圖為包含第1圖Π_ΙΓ線剖視 圖的正視圖。 薄膜摩擦部50為由摩擦機構4〇與控制機構（未圖示） 所組成。摩擦機構40包括：用以固定表面有薄膜36的基 體35的支撐架1 ;將支撐架！固定於架台37上的固定元 件2;配置於支撐架1上，下面設有摩擦元件1〇，上面設 有載物兀件6的輔助載物機構5;支持輔助載物機構使 其可於基體35的垂直方向移動的滑動支持機構25 ;固定 有滑動支持機構25，可驅動輔助載物機構朝基體35之水 1本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I ^ ----II--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 505785 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 平方向前後移動的驅動機構15,及令驅動機構15於基體 35之垂直方向移動的昇降機構2〇。控制機構則用於控制昇 降機構2 0及驅動機構1 5的動作。 輔助載物機構5的組成由下面側起包括：摩擦元件 10;可自由裝卸地固定於摩擦元件10的摩擦元件固定裝置 9 ;經由摩擦元件固定裝置9與連結部8a而形成一體的載 物元件用平台8;下端螺合於載物元件用平台8的上端部， 上端則延伸到載物元件用平台8上方的載物元件用固定桿 7;具有可供載物元件用固定桿7穿通的導通孔（未圖示）， 且由1片以上的板材所組成的載物元件6。載物元件用固 定桿7穿過導通孔並嵌入板材，將板材固定於載物元件用 平台8上。 滑動支持機構25為由：以可滑動方式支持載物元件用 平台8的連結部8a的滑動工具27 ;及裝設於滑動工具27 一端的連接工具26所組成。連接工具26固裝於驅動機構 15。滑動工具27具有一對裝卸自如之嵌入元件29、31喪 裝於連結部8a周邊。一邊的後入元件31係插進框體28 使用，另一邊的嵌入元件29則透過連結部8a抵接於嵌入 元件31與框體28,並藉著固定元件30螺合於嵌入元件29 及框體28，使連結部8a以能夠滑動之方式挾持於嵌入元 件29 、 31間。 傳動機構15係由：可動工具17;具有移動執道18, 使可動工具17可在基體的水平方向移動的驅動工具16所 組成。由於滑動支持機構25的連接工具26係固裝於可動 --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 312939 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505785 A7 B7 五、發明說明（8 ) 速度，可、使摩擦次數、摩擦距離及摩擦速度等要素產生變 化。 重覆前後運動，一直摩擦薄膜36到指定的次數，再停 止可動工具17的前後運動，並取下載物元件6，將輔助載 物機構5升高，使摩擦元件10與基體35分開。之後，由 支撐架1上取下基體35，使用規定的表面分析部（未圖 示），對摩擦後的薄膜進行表面狀態的分析。 適用於本發明附著力檢測方法的基板，其表面只要是 平坦者皆適合。基板為金屬或無機固體或有機物等固體均 適合。 能夠適用本發明附著力檢測方法的薄膜，一層膜或層 疊數層所成的多層膜皆可。並且，薄膜厚度只要在lnm以 上即可，較理想者為1 nm至的厚度，更理想的薄膜 厚度為lnm至0.1#m。而且，提高施加於摩擦元件負荷 時’性質柔軟的薄膜也能夠摩擦，不受薄膜材質的影響。 再者’本發明附著力檢測方法，最好根據基板與薄膜 間的附著力大小，來調整施加於摩擦元件上的負荷。藉著 載物元件固定台上所裝載的板材重量或件數的增減，可簡 單調整施加到摩擦元件上的負荷。理想的負荷範圍是98pa 至980kPa。例如二氧化梦基板上的石夕燒偶合劑 coupling)所組成的薄膜，理想的範圍在i 96kpa至98kpa 之間。 而且，本發明附著力檢測方法所使用的摩擦元件，可 以採用織布或不織布等布料，或橡膠材料、高分子墊片（pad -------------------- 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公爱） 8 312939 ⑽785 * A7
^-----------------$ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 505785 五、發明說明（10 ) cos 0 = X ’· cos 0 ! + (1 一 X ) · c 〇 s 0 2…⑴ 因此，覆蔽率X可以下列式（2)表示 X = (c 0 s 0 - c 0 s 0 2)/ (C 0 s 0 1 - cos Θ 2)··· (2) 每一單位摩擦次數即測量其表面接觸角，以上述式2 算出覆蔽率，測量每一單位摩擦次數的覆蔽率變化， 在試樣之間進行附著力之相對評估。 可 而且，即使採用光電子分光測試、紅外線分光法座可 視紫外線分光法等之外的接觸角檢測方法，由這些檢測方 法獲得的薄膜所形成的峰值面積進行相對比較時，即能夠 算出覆蔽率，故能夠對薄膜附著力做相對的評估。 本實施型態為摩擦力檢測裝置4裝設於支撐架丨上的 實施例，但將摩擦力檢測裝置4裝設於輔助載重機構5上， 也可得到相同的效果。此時，只要將支撐架〗固定於驅動 機構15之上，利用昇降機構2〇透過驅動機構15使支撐架 1昇降即可。 以下使用實施例詳細說明本發明，但本發明並不受該 等實施例之限制◊以下的實施例為測量陰極射線管的表面 塗:層用薄膜（surface coat film)最外層所形成的防污塗層的 附著力。若防污塗層有傷損時，就會增加該傷損部位的透 濕性，而產生所謂影格（GHOST GRIDDER)的瑕疵現象。 據了解，此種瑕疲現象的產生，與防污塗層的剝離有關。 本發明中’使用附著力檢測方法測量防污塗層的附著力， 並且就所得到的附著力與產生影格（GH〇sT GRIDDER)的 容易性的相關程度加以研究調查。 本纸張叉迎用τ國國家標準（cns)A4規格（:^“^公爱）· ------------i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n ϋ ---訂---------^φ! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 312939 505785 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（U ) 差1實施例 ，使用陰極射線管表面塗層薄膜作為基體’在薄膜表面 形成組成與形成條件不同而其膜厚為5nm的三種 層’以製成A、B、C三種試樣膜。將試樣膜貼於 並水平固定於支揮架上。採用長76公分、寬”八八板 漂白木棉布作為摩擦元件，載物元件則採用重量二：斤 =錘’在摩擦元件上施加負荷’使摩擦元件與薄膜表面 緊役貼合。於此狀態下，使摩擦元件相料試樣臈朝水平 方向以1〇Cm· see、速度前後運動，以摩擦薄膜的表面。 摩擦之後，將試樣臈由支撑架上卸下，以協和界面科 學公司所製造的型號P D _ X儀器來測量薄臈表面受摩擦部 位相對於離子交換水之表面接觸角。“圖為試樣膜A、 B、C表面經過10次摩擦後所測得的表面接觸角。摩擦後 的表面接觸角大小，依序為A<B<C。對薄膜之附著力'較 弱的防污塗層，會因摩擦而由薄膜上剝離，故表面接觸角 較小。因而所得結果為試樣膜C的防污塗層附著力最強， 試樣膜A的防污塗層附著力最弱，試樣膜b的防污塗層附 著力中等。 而且’這些試樣臈進行另外的試驗時，得到產生影格 容易度的順序為A〉B>C。 根據以上的結果可知，摩擦過的試樣膜表面接觸角會 越小時，也就是防污塗層的附著力越弱的薄膜，越容易產 生影格的現象。 簠2實 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐 ---------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 505785 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12 ) 令摩擦次數改為3 2 0次，每預定摩擦次數即測量表面 接觸角，此外之其他步驟則採取與第丨實施例同樣的方 法，對試樣膜的附著力加以測量。第7圖為試樣膜A、B、 C的摩擦次數與表面接觸角的關係。不論是哪個試樣膜， 摩擦次數若超過150次左右，表面接觸角均會收斂在一定 值。試樣膜A、B、C的表面接觸角的收斂值大小分別為 7〇度、95度、108度。試樣膜A與試樣膜B、C相比，P遺 著摩擦次數之增加，表面接觸角之降低程度較大，故可知 其防污塗層的附著力與其他試樣膜相比，相當薄弱。 差3實施例 除了摩擦時施加於試樣膜的摩擦力，以安裝於支撐架 兩端的負載單元測量外，其他採取與第2實施例相同的方 法’對試樣膜的附著力加以檢測。第8圖為藉由試樣膜a、 B、C的接觸角變化值求得之覆蔽率與摩擦次數的關係。 覆敗率在摩擦次數超過150次以上時即收斂在一定值，試 樣膜A、B、C的覆蔽率收斂值各為38%、80%、92%。由 此可得知試樣膜附著力的大小依序為a<B<C。 第4實施例 將摩擦過的試樣膜表面利用光電子分光器（島津製作 所製ESCA_1 000)分析’以代替表面接觸角的測量，其他則 採取與第2實施例相同的方法，對試樣膜的附著力進行檢 測。在光電子光譜上，689eV附近的峰值面積係屬於防污 塗層中的氟原子所致之FIs，就該峰值面積與摩擦次數的 關係加以研究結果’無論是哪種試樣膜，在689ev附近的 --------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張K度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 12 312939 505785 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 峰值面積係隨著摩擦次數而減少’並顯示其傾向收斂於一 定值。在689eV附近峰值面積的減少係因防污塗層的剝離 所致。各試樣膜防污塗層的附著力大小依序為a<b<c，所 得結果與第2實施例相同。 [發明之功效] 如以上的說明，本發明的薄膜附著力檢測方法，係將 下面有摩擦元件，上面有負載元件之輔助載物機構配置於 薄膜正上方，藉載物元件的負荷，使摩擦元件與薄膜緊貼， 在此狀態下，令摩擦元件在薄膜的水平方向移動摩檫，而 且就摩擦後的薄膜進行表面分析，以測量附著力，故可對 膜厚為奈米級的薄膜以高精密度測量附著力，而不限於試 樣種類。 再者’本發明的附著力檢測方法，可使辅助載物機構 於支撲體之垂直方向昇降’故可以簡單地實施摩擦元件的 定位。 本發明的附著力檢測方法係使用布料為摩擦元件，故 可摩擦薄膜’而不會傷害到基體，以更高精密度測量出附 著力。 本發明附著力檢測方法’使用表面接觸角檢測方法進 行表面分析，由摩擦所生之接觸角變化測量薄膜附著力， 故可簡便地測量膜厚為奈米级的薄膜附著力。 又，本發明附著力檢測方法係使用光電子分光法分析 薄膜表面，並由特定要素隨摩擦而產生的峰值面積變化測 篁薄膜附著力，故可以更高精岔度測量膜厚為奈米級的薄 -------------^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 312939 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505785 A7 ----------~§z_____ 五、發明說明（M) 膜附著力。 再者，本發明之薄膜附著力檢測裝置係由用以摩擦薄 膜的薄膜摩擦部及用以測量所摩擦的薄膜表面狀態之表面 分析部所組成。薄膜摩擦部包括：固定基體的支撐架；配 置在支撐架上，下面有摩擦元件，上面有載物元件，藉以 使摩擦元件與薄膜緊密貼合之輔助載物機構；支持支撐架 或輔助載物機構，在薄膜與摩擦元件呈緊密貼合狀態下， 使支撐架或輔助載物機構於基體的水平方向上前後運動的 傳動機構，·固裝於傳動機構，使輔助載物機構於基體之垂 直方向移動地支持之滑動支持機構；支持傳動機構或支撐 架使之可於基體之垂直方向移動，令薄膜與摩擦元件接 近或分離的昇降機構；以及可令昇降機構動作，而與輔助 載物機構連動，使薄膜與摩擦元件緊密貼合，且在薄膜與 摩擦7G件呈緊密貼合狀態下，令傳動機構動作，使支撐架 或輔助載物機構於基體之水平方向前後運動之控制裝置， 故可針對膜厚為奈米級的薄膜，提供能以高精密度測量的 附著力檢測裝置，而不受試樣種類之限制。 而且，本發明的附著力檢測裝置，載物元件係使用j 片以上可堆疊的板材，故容易依薄膜附著力調整加諸於摩 擦元件的負荷，可以更高精密度測定薄臈附著力。 又，本發明的附著力檢測裝置，其輔助載物機構係固 定於傳動機構上，並藉昇降機構，使輔助載物機構可在基 體之垂直方向移動，可容易使摩擦元件在基體的垂直方^ 上定位。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 14 312939
------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五 發明說明（ 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
再者’本發明的附著力檢測裝置係在支撐架上安裝有 摩擦力檢測裝置，可簡便測量摩擦時的摩擦力。 本發明之附著力檢測裝置係使用表面接觸角測量計作 為表面分析部，故可簡便測量膜厚為奈米級的薄臈附著 力。 本發明的附著力檢測裝置係使用光電子分光器作為表 面分析部，故可以高精密度測量奈米級膜厚之薄膜附著 力。 [圖面之簡單說明] 第1圖為本發明薄膜附著力檢測裝置實施型態例的結 構側視圖。 第2圖為包含第丨圖薄膜附著力檢測裝置的部分剖視 圖之正視圖。 第3圖為使用第1圖之薄膜附著力檢測裝置所得的測 夏結果例，係為接觸角與摩擦次數關係的曲線圖。 弟4圖為本發明第1實施例中試樣膜A、B、C的表面 接觸角曲線圖。 第5圖為本發明第2實施例中試樣膜A、B、C的表面 接觸角與摩擦次數間之關係曲線圖。 第6圖為本發明第1實施例中試樣膜A、B、C的覆蔽 率與摩擦次數的關係曲線。 [元件符號說明] 1 支撐體 2、30固定元件 3 線材（銅絲、鐵線） 4 摩擦力檢測裝置（負載單元） I --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（cns)A4規格(21〇x 297公釐） 15 312939 505785 A7 B7 五、發明說明（b ) 5 負載施加機構 6 負載元件 7 負載元件用固定桿7 8 負載元件用平台 8a 連結部 9 摩擦元件固定裝置 10 摩擦元件 15 驅動機構 17 可動裝置 18 移動執道 20 昇降機構 21 操作盤 22 鎖定具 25 滑動支持機構 26 連接裝置 27 滑動裝置 28 框體 29、 3 1嵌入元件 35 基體 36 薄膜 37 架台 40 摩擦機構 45 控制機構 50 薄膜摩擦部 m . , · I------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 16 312939