特開 2022-182896 薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182896

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板

(51)【国際特許分類】

   G01N 19/04 20060101AFI20221201BHJP

【ＦＩ】

G01N19/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021090683

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】599011687

【氏名又は名称】学校法人 中央大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100097238

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 治

(74)【代理人】

【識別番号】100213436

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 直俊

(72)【発明者】

【氏名】米津 明生

(72)【発明者】

【氏名】保田 昇太郎

(57)【要約】

【課題】密着強度の評価を適切に行える薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板を提供する。
【解決手段】薄膜密着強度評価方法は、圧力伝播層２３の面上に、レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層２２を形成する吸収層形成工程、圧力伝播層２３における、エネルギー吸収層２２の反対側の面上に接着層２４を形成する接着層形成工程、接着層２４における圧力伝播層２３の反対側の面上に、薄膜形成基板１における薄膜１１の表面を接着する接着工程、エネルギー吸収層２２にレーザー光を照射する照射工程、及び、照射工程で生じた衝撃波を圧力伝播層２３及び接着層２４を介して薄膜形成基板１に伝播させる伝播工程を含み、伝播工程では、基板１０における薄膜１１の反対側の面で衝撃波Ｗを反射させて膨張波を生じさせ、膨張波を薄膜１１に作用させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に薄膜が形成された薄膜形成基板における当該薄膜と当該基板との密着強度を評価する薄膜密着強度評価方法であって、
圧力伝播層の面上に、レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層を形成する吸収層形成工程、
前記圧力伝播層における、前記エネルギー吸収層の反対側の面上に接着層を形成する接着層形成工程、
前記接着層における前記圧力伝播層の反対側の面上に、前記薄膜形成基板における前記薄膜の表面を接着する接着工程、
前記エネルギー吸収層にレーザー光を照射する照射工程、及び、
前記照射工程で生じた衝撃波を前記圧力伝播層及び前記接着層を介して前記薄膜形成基板に伝播させる伝播工程を含み、
前記伝播工程では、前記基板における前記薄膜の反対側の面で前記衝撃波を反射させて膨張波を生じさせ、当該膨張波を前記薄膜に作用させる薄膜密着強度評価方法。

【請求項2】

アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を前記圧力伝播層として用いる請求項１に記載の薄膜密着強度評価方法。

【請求項3】

黒鉛を含む粘性流体で前記エネルギー吸収層を形成する請求項１又は２に記載の薄膜密着強度評価方法。

【請求項4】

前記粘性流体が順次置き換えられる請求項３に記載の薄膜密着強度評価方法。

【請求項5】

透明基板を前記基板として用い、前記基板における前記薄膜の反対側の面を介して前記薄膜と前記基板との界面を光学的に観察する請求項１から４のいずれか一項に記載の薄膜密着強度評価方法。

【請求項6】

レーザー光を照射するレーザー光源、及び、
基板上に薄膜が形成された薄膜形成基板が装着される試験用基板を備え、
前記試験用基板は、
前記レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層、
前記エネルギー吸収層の片面上に配置された圧力伝播層、及び、
前記圧力伝播層における、前記エネルギー吸収層の反対側の面上に配置された接着層を有し、
前記接着層における前記圧力伝播層の反対側の面上に、前記薄膜形成基板における前記薄膜の表面を接着されて、前記薄膜形成基板を装着される薄膜密着強度評価装置。

【請求項7】

前記圧力伝播層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を含む請求項６に記載の薄膜密着強度評価装置。

【請求項8】

前記エネルギー吸収層は、黒鉛を含む粘性流体で形成されている請求項６又は７に記載の薄膜密着強度評価装置。

【請求項9】

前記粘性流体を順次置き換えるポンプを更に備えた請求項８に記載の薄膜密着強度評価装置。

【請求項10】

前記基板における前記薄膜の反対側の面を介して前記薄膜と前記基板との界面を撮像する撮像装置を更に備えた請求項６から９のいずれか一項に記載の薄膜密着強度評価装置。

【請求項11】

レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層、
前記エネルギー吸収層の片面上に配置された圧力伝播層、及び、
前記圧力伝播層における、前記エネルギー吸収層の反対側の面上に配置された接着層を備え、
前記圧力伝播層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を含み、
前記エネルギー吸収層は、黒鉛を含む粘性流体で形成されている試験用基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板に関する。

【背景技術】

【0002】

薄膜形成基板における当該薄膜と当該基板との密着強度を適切に評価したいニーズがある。例えば、半導体デバイスでは、サブミクロンからナノレベルの薄膜材料が用いられるが、当該薄膜は、シリコンや二酸化ケイの基板上に形成（成膜）されて利用される。このような薄膜は、基板との剥離により所望の機能を発揮できなくなる場合がある。そこで、例えば残留応力や、摩擦、振動などの衝撃力との関係における、薄膜と基板との密着強度の評価が行われる。

【0003】

特許文献１には、超薄膜界面及び設計基板上に堆積された多重層の引っ張り強度を測定する装置及び方法が記載されている。この装置及び方法では、ガラス改質応力波を使用することで半導体及び設計基板から薄膜ライン又はその完全構造の分離及び剥離を実現するとされている。この装置及び方法で評価される試料集合体は、固体水ガラスの固定層、アルミニウム層であるエネルギー吸収層、ガラス基板、シリコン基板素子及び自由表面を有するコーティングを備えた多重層である。

【0004】

特許文献１に記載の装置及び方法では、試料集合体にＮｄ－ＹＡＧレーザーパルスが作用される。レーザーパルスは、固定層を交差する方向に進行する。レーザーパルスは固定層を通過して、エネルギーを吸収するエネルギー吸収層に作用し、加熱する。それに引き続いて起こるエネルギー吸収層の膨張により圧縮性衝撃波又はパルス波が発生する。圧縮性衝撃波又はパルス波は、ガラス基板及びシリコン基板を通り抜けてコーティングまで伝搬する。そして、パルス波等はコーティングを透過して、コーティングの自由表面へ到達して反射し、引っ張りパルスを生成する。これにより、シリコン基板とコーティングとの間に引っ張り応力が生じて基板からコーティングを剥離する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－５２７５３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載されたような方法では、基板（特許文献１ではシリコン基板）側から伝播された圧縮応力波を薄膜（特許文献１ではコーティング膜）表面で自由端反射させて引張応力波を生じさせている。そして、当該引張応力波による引張応力を当該薄膜と当該基板との界面に作用させている。しかし、このような方法では、薄膜の表面から基板との界面までの距離が短いため、当該界面において作用する引張応力が十分に大きくならず、当該界面に剥離が生じる程度の強さの引張応力を作用させることができない場合があった。そのため、密着強度の評価を適切に行えない場合があった。また、界面に剥離が生じる程度の強さの引張応力を作用させるべく、基板側から強い圧縮応力波を伝播させようとすると、基板を破損してしまい、密着強度の評価を適切に行えない場合があった。

【0007】

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、密着強度の評価を適切に行える薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための本発明に係る薄膜密着強度評価方法は、
基板上に薄膜が形成された薄膜形成基板における当該薄膜と当該基板との密着強度を評価する薄膜密着強度評価方法であって、
圧力伝播層の面上に、レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層を形成する吸収層形成工程、
前記圧力伝播層における、前記エネルギー吸収層の反対側の面上に接着層を形成する接着層形成工程、
前記接着層における前記圧力伝播層の反対側の面上に、前記薄膜形成基板における前記薄膜の表面を接着する接着工程、
前記エネルギー吸収層にレーザー光を照射する照射工程、及び、
前記照射工程で生じた衝撃波を前記圧力伝播層及び前記接着層を介して前記薄膜形成基板に伝播させる伝播工程を含み、
前記伝播工程では、前記基板における前記薄膜の反対側の面で前記衝撃波を反射させて膨張波を生じさせ、当該膨張波を前記薄膜に作用させる。

【0009】

本発明に係る薄膜密着強度評価方法では、更に、
アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を前記圧力伝播層として用いてもよい。

【0010】

本発明に係る薄膜密着強度評価方法では、更に、
黒鉛を含む粘性流体で前記エネルギー吸収層を形成してもよい。

【0011】

前記粘性流体が順次置き換えられてもよい。

【0012】

本発明に係る薄膜密着強度評価方法では、更に、
透明基板を前記基板として用い、前記基板における前記薄膜の反対側の面を介して前記薄膜と前記基板との界面を光学的に観察してもよい。

【0013】

上記目的を達成するための本発明に係る薄膜密着強度評価装置は、
レーザー光を照射するレーザー光源、及び、
基板上に薄膜が形成された薄膜形成基板が装着される試験用基板を備え、
前記試験用基板は、
前記レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層、
前記エネルギー吸収層の片面上に配置された圧力伝播層、及び、
前記圧力伝播層における、前記エネルギー吸収層の反対側の面上に配置された接着層を有し、
前記接着層における前記圧力伝播層の反対側の面上に、前記薄膜形成基板における前記薄膜の表面を接着されて、前記薄膜形成基板を装着される。

【0014】

本発明に係る薄膜密着強度評価装置では、更に、
前記圧力伝播層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を含んでもよい。

【0015】

本発明に係る薄膜密着強度評価装置では、更に、
前記エネルギー吸収層は、黒鉛を含む粘性流体で形成されていてもよい。

【0016】

本発明に係る薄膜密着強度評価装置では、更に、
前記粘性流体を順次置き換えるポンプを更に備えてもよい。

【0017】

本発明に係る薄膜密着強度評価装置では、更に、
前記基板における前記薄膜の反対側の面を介して前記薄膜と前記基板との界面を撮像する撮像装置を更に備えてもよい。

【0018】

上記目的を達成するための本発明に係る試験用基板は、
レーザー光を受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層、
前記エネルギー吸収層の片面上に配置された圧力伝播層、及び、
前記圧力伝播層における、前記エネルギー吸収層の反対側の面上に配置された接着層を備え、
前記圧力伝播層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を含み、
前記エネルギー吸収層は、黒鉛を含む粘性流体で形成されている。

【発明の効果】

【0019】

密着強度の評価を適切に行える薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】薄膜密着強度評価装置の全体構成を説明する図である。

【図2】試験片の構造を説明する図である。

【図3】衝撃波の発生から界面の剥離までの状態の変化を説明する図である。

【図4】薄膜形成基板の構成を説明する図である。

【図5】試験用基板の構成を説明する図である。

【図6】従来技術との比較において引張応力の大きさを示すグラフである。

【図7】実施例１の薄膜密着強度評価結果を示す図である。

【図8】実施例２の薄膜密着強度評価結果を示す図である。

【図9】二酸化ケイ素基板の破損状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図面に基づいて、本発明の実施形態に係る薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板について説明する。

【0022】

（全体構成の説明）
図１に、本実施形態に係る薄膜密着強度評価装置１００（以下、評価装置１００と記載する）を示す。評価装置１００は、基板１０上に薄膜１１が形成された薄膜形成基板１における、薄膜１１と基板１０との密着強度の評価、すなわち、薄膜密着強度評価方法を実現する装置である。

【0023】

評価装置１００は、レーザー光Ｌを照射するレーザー光源９１、及び、薄膜形成基板１が装着される試験用基板２を備えている。

【0024】

図１では、一例として、評価装置１００が薄膜形成基板１及び試験用基板２の保持容器Ｃ及び撮像装置９２を更に備えている場合を示している。また、一例として、レーザー光源９１が、レーザー光Ｌを集光（フォーカス）するレンズ９１ａを備えている場合を示している。

【0025】

試験用基板２は、図２に示すように、レーザー光Ｌを受光して衝撃波を発生するエネルギー吸収層２２、エネルギー吸収層２２の片面上に配置された圧力伝播層２３、及び、圧力伝播層２３における、エネルギー吸収層２２の反対側の面上に配置された接着層２４を有している。試験用基板２は、接着層２４における圧力伝播層２３の反対側の面上に、薄膜形成基板１における薄膜１１の表面を接着される。このように接着層２４に薄膜１１を接着されることにより、試験用基板２は薄膜形成基板１を装着される。

【0026】

本実施形態に係る薄膜形成基板１における薄膜１１と基板１０との密着強度を評価する薄膜密着強度評価方法は、圧力伝播層２３の面上に、エネルギー吸収層２２を形成する吸収層形成工程、圧力伝播層２３における、エネルギー吸収層２２の反対側の面上に接着層２４を形成する接着層形成工程、接着層２４における圧力伝播層２３の反対側の面上に、薄膜形成基板１における薄膜１１の表面を接着する接着工程、エネルギー吸収層２２にレーザー光Ｌを照射する照射工程、及び、照射工程で生じた衝撃波を圧力伝播層２３及び接着層２４を介して薄膜形成基板１に伝播させる伝播工程を含む。

【0027】

図３には、照射工程から伝播工程における、衝撃波の発生から界面の剥離までの状態の変化（状態（ａ）から（ｄ））を示している。伝播工程では、図３（ｃ）に示すように、基板１０における薄膜１１の反対側の面で衝撃波Ｗを自由端反射させて膨張波Ｗ２を生じさせ、この膨張波Ｗ２を薄膜１１に作用させる。

【0028】

すなわち、図１に示すように、評価装置１００は、薄膜形成基板１が装着された試験用基板２に対して、レーザー光源９１からレーザー光Ｌを照射し、薄膜形成基板１における薄膜１１と基板１０との界面に衝撃波Ｗ（膨張波Ｗ２、図３参照）を作用させて、薄膜１１と基板１０との界面の変化の観察、すなわち、薄膜密着強度評価を実現する。薄膜１１と基板１０との界面の変化の観察は、例えば撮像装置９２を用いて行う。

【0029】

（各部の説明）
図４には、薄膜形成基板１の構造を模式的に示している。薄膜形成基板１は、薄膜密着強度評価における評価対象の試料である。薄膜形成基板１は基板１０と、基板１０上に形成された薄膜１１とを備えている。薄膜形成基板１は、例えば半導体デバイスやその前駆体である。

【0030】

基板１０は、薄膜１１を形成するための板状の基材である。基板１０の一例は、シリコンや二酸化ケイ素などの板状の基材であり、例えば半導体デバイス製造用のウエハである。基板１０は、光学的に透明であることが好ましい。基板１０の厚みは、例えば１００μｍ以上３ｍｍ以下である。本実施形態では一例として基板１０の厚みを０．５ｍｍとすることができる。本実施形態では、基板１０が二酸化ケイ素で形成された可視光において透明基板である場合を例示して説明する。

【0031】

薄膜１１は、例えばＣＶＤ法やスパッタリング法などのエピタキシャル成長により形成される薄膜ないし厚みの薄い層である。本実施形態において、薄膜１１の成膜方法は限定されない。薄膜１１は、例えば金属や半導体の膜や層である。薄膜１１の厚みは、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。本実施形態では一例として薄膜１１の厚みを２００ｎｍとすることができる。以下では、膜及び層の概念を包括して、単に薄膜と記載する。

【0032】

図１に示すように、評価装置１００は、レーザー光源９１、薄膜形成基板１が装着される試験用基板２、薄膜形成基板１が装着された試験用基板２（後述する試験片Ｔ）を固定保持する保持容器Ｃ、及び試験片Ｔを光学的に観察する撮像装置９２を備えている。

【0033】

図５には、試験用基板２の構造を模式的に示している。試験用基板２は、薄膜形成基板１の薄膜密着強度評価を行うための補助基板である。図２に示すように、試験用基板２には、接着などにより薄膜形成基板１が装着される。試験用基板２に薄膜形成基板１が装着されたものを、以下では試験片Ｔと記載する場合がある。

【0034】

図５に示すように、試験用基板２は、上述のごとく、エネルギー吸収層２２、圧力伝播層２３、及び、接着層２４を有している。本実施形態では、試験用基板２は、エネルギー吸収層２２における、圧力伝播層２３の反対側の面上に配置された固定層２１を更に有している。すなわち、試験用基板２は、固定層２１、エネルギー吸収層２２、圧力伝播層２３及び接着層２４がこの順に積層された構造を有している。固定層２１、エネルギー吸収層２２、圧力伝播層２３及び接着層２４はそれぞれ隣接する層と密に接している。

【0035】

圧力伝播層２３は、エネルギー吸収層２２で生じた衝撃波を薄膜形成基板１に向けて伝播させるための層である。圧力伝播層２３は、衝撃波の減衰が生じにくく、且つ、エネルギー吸収層２２や接着層２４と音響インピーダンスの値が近い材料が選択させることが好ましい。また、衝撃波の伝播によって破損しにくい、延性を有する材料が選択されることが好ましい。また、熱伝導率が高い材料であることが好ましい。好ましい材料の一例は、金属材料、特にアルミニウムやアルミニウム合金である。すなわち、圧力伝播層２３はアルミニウムやアルミニウム合金で形成されたアルミニウム基板を含んでよい。本実施形態では、圧力伝播層２３がアルミニウム合金（Ａ２０１７）で形成されたアルミニウム基板で形成されている場合を例示して説明する。

【0036】

圧力伝播層２３は、１ｍｍ以上９ｍｍ程度の厚みに形成されるとよい。本実施形態では一例として圧力伝播層２３の厚みを３ｍｍとすることができる。圧力伝播層２３が１ｍｍよりも薄くなると、エネルギー吸収層２２で生じた衝撃波が適切に薄膜形成基板１に伝播しない場合がある。また、圧力伝播層２３が変形してしまう場合がある。圧力伝播層２３が１０ｍｍよりも厚くなると、衝撃波が圧力伝播層２３で減衰し、適切な強度の衝撃波が適切に薄膜形成基板１に伝播しない場合がある。

【0037】

エネルギー吸収層２２は、レーザー光Ｌを受光して衝撃波を発生する層である。エネルギー吸収層２２は、圧力伝播層２３の面上に塗布などにより形成される。エネルギー吸収層２２は、一例として、レーザー光Ｌによって供給されたエネルギーを熱に変換し、当該熱により自己を急激に蒸散させて急激な膨張をすることにより衝撃波を発生する。

【0038】

本実施形態のエネルギー吸収層２２は、黒鉛と油成分（グリス）とを含む粘性流体で形成されている。エネルギー吸収層２２が黒鉛を含むことにより、レーザー光Ｌを効率よく熱エネルギーに変換できる。エネルギー吸収層２２が油成分を含むことにより、エネルギー吸収層２２を流動可能な粘性流体とすることができる。

【0039】

本実施形態において、エネルギー吸収層２２は、試験用基板２の内外を循環する粘性流体で形成されている。図１には、評価装置１００が、粘性流体を貯留するタンク９３と、粘性流体を試験用基板２の内外に循環させるポンプ９４とを備える場合を示している。ポンプ９４により、供給路Ｆ１を経て粘性流体が試験用基板２に供給され、エネルギー吸収層２２（図２参照）としての粘性流体を順次置き換える。置き換えられた粘性流体は、排出路Ｆ２を経て試験用基板２から排出される。試験用基板２では、このようにして、エネルギー吸収層２２の粘性流体を循環させて良い。

【0040】

図５に示すエネルギー吸収層２２は、５０μｍ以上２００μｍ以下に形成されるとよい。エネルギー吸収層２２が５０μｍよりも薄い場合は、十分な強度の衝撃波を生じさせることができない場合がある。特にポンプ９４（図１参照）で試験用基板２の内外に粘性流体を循環させる場合において、エネルギー吸収層２２が５０μｍよりも薄い場合は、粘性流体を循環させる際の圧力が増大し、ポンプ９４の動力が不足して適切な粘性流体の循環を確保できない場合がある。エネルギー吸収層２２が２００μｍよりも厚い場合は、エネルギー吸収層２２が衝撃波を吸収してしまい、十分な強度の衝撃波を圧力伝播層２３へ伝播できない場合がある。

【0041】

エネルギー吸収層２２が粘性流体であることで、レーザー光Ｌを繰り返し受光しても、エネルギー吸収層２２は、繰り返し衝撃波を生ずることができる。すなわち、エネルギー吸収層２２は、レーザー光Ｌの受光によりその一部が蒸散して穴状ないし空隙状などの受光痕を形成される。しかし、エネルギー吸収層２２が流体であることにより、その受光痕を埋める自己再生（以下、単に自己再生と記載する）が可能となる。これにより、エネルギー吸収層２２による繰り返しの衝撃波の発生が可能となる。この自己再生は、特にポンプ９４（図１参照）で試験用基板２の内外に粘性流体を循環させる場合に、効率よく（短時間、かつ確実に）行われる。

【0042】

固定層２１は、ガラスなどのレーザー光Ｌを透過可能で固形状の層である。固定層２１は、エネルギー吸収層２２における、圧力伝播層２３の反対側の面上に配置される。本実施形態では、固定層２１として板状のサファイアガラスを用いた場合を例示して説明する。固定層２１は、圧力伝播層２３との間にエネルギー吸収層２２を挟み込んで、エネルギー吸収層２２を固定層２１と圧力伝播層２３との間に保持する。固定層２１の厚みは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成されるとよい。固定層２１の厚みは、４ｍｍ以上６ｍｍ以下とすると好ましい。例えば、固定層２１の厚みを５ｍｍとしてよい。固定層２１が３ｍｍよりも薄すぎると固定層２１が脆弱となりハンドリング性が悪くなる場合がある。固定層２１の厚みが厚くなりすぎると、レーザー光源９１が照射し、レンズ９１ａで集光されたレーザー光Ｌ（以上、図１参照）が歪められ（例えば、集光されていたレーザー光Ｌが拡散し）てしまう場合がある。レーザー光Ｌが歪められると、固定層２１に対して適切にエネルギーを供給できない恐れが生ずる場合がある。

【0043】

接着層２４は、薄膜形成基板１を試験用基板２に接着するための層である。接着層２４は、圧力伝播層２３における、エネルギー吸収層２２の反対側の面上に配置される。接着層２４は、圧力伝播層２３や薄膜形成基板１と音響インピーダンスの値が近く、薄膜形成基板１を接着する機能を有する材料を用いる。本実施形態では、接着層２４がエポキシ樹脂である場合を例示して説明する。

【0044】

接着層２４は、圧力伝播層２３の面上に塗布などにより形成される。接着層２４は、薄膜形成基板１を試験用基板２に接着する直前に、圧力伝播層２３の面上に形成するとよい。試験用基板２は、接着層２４の表面に薄膜形成基板１における薄膜１１の表面を接着されて、薄膜形成基板１を装着される。

【0045】

図１に示すように、保持容器Ｃは、薄試験片Ｔを固定して保持する保持具である。なお、図１では、保持容器Ｃ及びこれに保持された試験片Ｔを模式的に斜視図で示し、中央部分を縦方向の断面図として示している。保持容器Ｃは、一例として、試験片Ｔの外周部を囲うようにして試験片Ｔを保持して良い。保持容器Ｃは、試験片Ｔを厚み方向に挟み込んで保持可能なものであることが好ましい。保持容器Ｃは、試験片Ｔの中央部分の両面を外部に開放している。これにより、試験片Ｔはレーザー光源９１から照射されたレーザー光Ｌを受光可能となる。また、試験片Ｔを撮像装置９２により観察可能となる。

【0046】

レーザー光源９１は、上述のごとく、試験片Ｔに向けてレーザー光Ｌを照射する光源である。レーザー光源９１は、所定の強度のレーザー光Ｌを所定時間照射できるものであれればよい。本実施形態では、レーザー光源９１がＮｄ－Ｙａｇレーザーの光源であり、所定強度及び所定時間のレーザー光Ｌとしてのレーザーパルスを照射可能な光源である場合を例示して説明する。レーザー光源９１は、レーザー光Ｌとして、パルスのエネルギーが５０ｍＪ以上の出力が可能であり、パルス幅が５ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲で調整可能であるとよい。

【0047】

レーザー光源９１は、レーザー光Ｌを、試験片Ｔにおける試験用基板２の側（固定層２１）の側に向けて照射する。レーザー光Ｌは、試験片Ｔに対して例えば垂直に照射してもよいし、斜めに照射してもよい。

【0048】

撮像装置９２は、試験片Ｔを撮像して光学的な観察を実現する装置である。撮像装置９２として、いわゆるカメラを用いてよい。撮像装置９２は、光学系として、顕微鏡又は顕微鏡に対応する拡大レンズシステムを備えてよい。撮像装置９２は、試験片Ｔにおける薄膜形成基板１（基板１０）の側を撮像する。本実施形態では、基板１０が透明基板であるため、撮像装置９２は、基板１０における薄膜１１の反対側の面を介して薄膜１１と基板１０との界面を撮像することにより、薄膜１１と基板１０との界面を光学的に観察可能である。

【0049】

評価装置１００による薄膜密着強度評価について、図１及び図３を参照しつつ説明する。

【0050】

図１に示すように、試験片Ｔを保持容器Ｃに装着する。そして、図３に示すように、レーザー光源９１からレーザー光Ｌをエネルギー吸収層２２に向けて照射する（図３（ａ）参照）。レーザー光Ｌの照射により、エネルギー吸収層２２の一部が急激に蒸散して気泡Ｂを生ずる（いわゆる、レーザーアブレーション）。そして、この気泡Ｂが生ずる際に衝撃波Ｗとしての圧縮波Ｗ１が生ずる（図３（ｂ）参照）。圧縮波Ｗ１は、圧力伝播層２３、接着層２４を介して薄膜形成基板１に伝播する。すなわち、レーザー光Ｌのエネルギーが気泡Ｂの生成を介して衝撃波Ｗのエネルギーに変換される。

【0051】

圧縮波Ｗ１の伝播の際、圧力伝播層２３はアルミニウム基板といった延性を有する材料で形成されているため、圧縮波Ｗ１の伝播の際、圧力伝播層２３は破損を免れる（破損を防止されている）。また、圧力伝播層２３は衝撃波の減衰が生じにくく、且つ、エネルギー吸収層２２や接着層２４と音響インピーダンスの値が近い材料であるため、圧縮波Ｗ１の減衰（衝撃波Ｗのエネルギーの損失）を抑制できる。また、圧力伝播層２３の熱伝導率が高いため、エネルギー吸収層２２や圧力伝播層２３の冷却が速やかに進行し、繰り返しのレーザー光源９１からレーザー光Ｌの照射（衝撃波Ｗの発生の繰り返し）が可能となる。

【0052】

圧縮波Ｗ１が基板１０に到達し、さらに基板１０における薄膜１１の反対側の表面まで達すると、圧縮波Ｗ１は基板１０の表面で自由端反射する。圧縮波Ｗ１は、この反射により、衝撃波Ｗとしての膨張波Ｗ２となって、基板１０から薄膜１１へ向けて伝播する（図３（ｃ）参照）。なお、基板１０はエネルギー吸収層２２と直接接しておらず、圧力伝播層２３及び接着層２４を介して圧縮波Ｗ１を伝播されるため、局所的に大きなエネルギーを受けることがない。そのため、基板１０の圧縮波Ｗ１による破損は抑制される。

【0053】

基板１０から薄膜１１へ向けて膨張波Ｗ２が伝播し、膨張波Ｗ２が基板１０と薄膜１１との界面に達すると、膨張波Ｗ２のエネルギーにより、基板１０と薄膜１１との界面に、当該界面を剥離させる力としての引張応力が生ずる。基板１０と薄膜１１との界面は、膨張波Ｗ２が反射した基板１０の表面から十分な距離だけ離れているため、膨張波Ｗ２が基板１０と薄膜１１との界面に達した状態では、上記引張応力が十分に励起される。そのため、本実施形態に係る薄膜密着強度評価方法では、衝撃波Ｗのエネルギー（レーザー光Ｌのエネルギー）を過剰に大きくする必要がなくなる。

【0054】

図６には、本実施形態のごとく、基板１０と薄膜１１との界面が、膨張波Ｗ２が反射する基板１０の表面から十分な距離だけ離れている場合における引張応力（図中の「本実施形態」）と、特許文献１に記載された従来技術のごとく、基板と薄膜との界面が、衝撃波が反射する面から十分な距離だけ離れていない場合（特許文献１では薄膜の表面から基板との界面までの距離が短い場合に対応、図中の従来技術）における引張応力と、の大きさの違いをグラフで示している。図６では、これら界面に作用する引張応力を界面負荷応力として縦軸に、レーザー光Ｌを照射した時点を時間０（ゼロ）として経過した時間を横軸に示している。本実施形態では、レーザー光Ｌを照射後、所定時間を経て、マイナス側からプラス側に渡る大きな振幅の界面負荷応力が検出されている。これに対し、従来技術では、ごく小さな振幅が検出されたに過ぎない。このように、本実施形態においては、従来技術とは比較にならないほどの大きな引張応力（図６では界面負荷応力）を界面に作用させることができるのである。

【0055】

基板１０と薄膜１１との界面が膨張波Ｗ２のエネルギーで剥離する程度の密着強度であれば、当該界面が剥離し、剥離痕Ｐが形成される（図３（ｄ）参照）。剥離痕Ｐは、撮像装置９２により光学的に観察できる。基板１０と薄膜１１との界面が、膨張波Ｗ２のエネルギーで剥離しない密着強度であれば、当該界面に変化が生じない。

【0056】

このようにして評価装置１００は、基板１０と薄膜１１との界面が膨張波Ｗ２のエネルギーで剥離する程度の密着強度であるか否かの評価を実現する。なお、この密着強度評価においては、圧力伝播層２３や基板１０の破損が防止ないし抑制されているため密着強度の評価を適切に行える。

【0057】

なお、膨張波Ｗ２のエネルギーは、衝撃波Ｗのエネルギーと相関する。すなわち、膨張波Ｗ２のエネルギーは、レーザー光Ｌのエネルギーに相関する。したがって、評価装置１００では、レーザー光Ｌのエネルギーの総量（例えば、レーザー光Ｌのパルスの長さ）や単位時間当たりのエネルギーの大きさ（例えば、レーザー光Ｌの強度）を変更することにより、基板１０と薄膜１１との界面に加えるエネルギーの大きさを変更して、密着強度を評価することができる。すなわち、レーザー光Ｌのエネルギーを変化させることにより膨張波Ｗ２のエネルギーを変化させて評価を行えば、基板１０と薄膜１１との界面がどの程度のエネルギーで剥離する程度の密着強度であるか、すなわち、密着強度の強さを推し量る評価を実現できる。このようにして評価装置１００は、基板１０と薄膜１１との界面の密着強度の強さを推し量る評価も実現できる。

【0058】

上記密着強度の評価に際し、撮像装置９２を用いると、基板１０と薄膜１１との界面の剥離状態を光学的に、例えば画像として把握できるため好ましい。例えば、基板１０と薄膜１１との界面の剥離部分の面積に基づいて密着強度を評価したり、薄膜１１との界面の剥離部分の形状に基づいて、密着強度の一例として密着状態や剥離時の特性を評価したりすることができる。

【0059】

（実施例）
図７、図８を参照しつつ、評価装置１００による密着評価の実施例を説明する。

【0060】

（実施例１）
図７には、二酸化ケイ素基板上に銅の膜を蒸着により形成した薄膜形成基板の薄膜密着強度評価結果を示している。図７（ａ）は、剥離前の薄膜形成基板を、二酸化ケイ素基板の側から界面の状態を撮像した画像である。図７（ｂ）は、初回のレーザー光Ｌのパルスのエネルギーを２００ｍＪとし、レーザー光Ｌのパルスのエネルギーを２００ｍＪから１０ｍＪずつ上昇させつつ界面に剥離が生じるまで複数回の照射を繰り返し、２６０ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射した際に生じた（レーザー光Ｌのパルスの照射後の）界面の剥離状態を撮像した画像である。すなわち、図７（ａ）は、レーザー光Ｌの照射前から２５０ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射した時点までの界面の状態を示している。

【0061】

図７（ａ）の画像では、画像全体にわたり濃淡が均一である。これに対し、図７（ｂ）の画像では、画像の中央部分において、外周部分に比べて色調が薄くなっている部分として剥離痕を把握できる。すなわち、画像の中央部分において界面の剥離が生じていることがわかる。これにより、実施例１の薄膜形成基板は、２５０ｍＪを超え、少なくとも２６０ｍＪのエネルギーを供給すると界面に剥離が生ずる程度の密着強度である、と評価できる。

【0062】

（実施例２）
図８には、二酸化ケイ素基板上に銅の膜とチタンの膜とを蒸着により形成した薄膜形成基板の薄膜密着強度評価結果を示している。図８（ａ）は、剥離前の薄膜形成基板を、二酸化ケイ素基板の側から界面の状態を撮像した画像である。図８（ｂ）は、実施例１の場合と同様に、レーザー光Ｌのパルスのエネルギーを２００ｍＪから１０ｍＪずつ上昇させつつ界面に剥離が生じるまで複数回の照射を繰り返し、３６０ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射した際に生じた（レーザー光Ｌの照射後）界面の剥離状態を撮像した画像である。すなわち、図８（ａ）は、レーザー光Ｌの照射前から３５０ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射した時点までの界面の状態を示している。

【0063】

図８（ａ）の画像では、画像全体にわたり濃淡が均一である。これに対し、図８（ｂ）の画像の中央部分には、まだら状の剥離痕が観察できる。これにより、実施例２の薄膜形成基板は、３５０ｍＪを超え、少なくとも３６０ｍＪのエネルギーを供給すると界面に剥離が生ずる程度の密着強度である、と評価できる。

【0064】

なお、試験用基板２に二酸化ケイ素基板のみを張り付けて実施例１，２と同様にレーザー光Ｌを照射した場合、４００ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射するまで二酸化ケイ素基板に破損が生じなかった。図９に、３９０ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射した時点までの二酸化ケイ素基板の状態を撮像した画像（図９（ａ）参照）と、４００ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射した結果破損した二酸化ケイ素基板の状態を撮像した画像（図９（ｂ）参照）とを示す。４００ｍＪのレーザー光Ｌのパルスを照射するまで二酸化ケイ素基板に破損が生じなかった点を考慮すると、実施例１，２で説明した剥離痕が、二酸化ケイ素基板の破損ではないことは明らかである。

【0065】

以上のようにして、薄膜密着強度評価方法及びこれを実現する薄膜密着強度評価装置を提供することができる。

【0066】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、実施例において、レーザー光Ｌのパルスのエネルギーを少しずつ（１０ｍＪずつ）上昇させつつ界面に剥離が生じるまで複数回の照射を繰り返し、界面に剥離が生じた際の界面の剥離状態を撮像しておこなった薄膜密着強度評価結果を説明した。しかし、薄膜密着強度評価はこのような態様に限られない。例えば、同じエネルギーのレーザー光Ｌのパルスを繰り返し照射して剥離が生じるまでの照射回数を比較するような疲労試験を薄膜密着強度評価として行うこともできる。また、薄膜密着強度評価に際しては、レーザー光Ｌのパルスの照射の繰り返しを行わず、所定のエネルギーのレーザー光Ｌのパルスを一回だけ照射して剥離が生じるか否かを評価してもよい。

【0067】

（２）上記実施形態では、剥離痕Ｐを撮像装置９２により光学的に観察する場合を例示して説明した。しかし、撮像装置９２は必須ではない。例えば、レーザー光Ｌの照射毎に保持容器Ｃから試験片Ｔを取り出して、顕微鏡観察を行ってもよい。また、剥離痕Ｐの観察は、光学的な観察（目視を含む）に限られず、超音波エコーやＸ線による透過観察を排除しない。

【0068】

（３）上記実施形態では、基板１０が光学的に透明である場合を例示して説明した。しかし、基板１０が透明であることは必須ではない。基板１０が不透明であっても、試験片Ｔから薄膜形成基板１を剥離すれば薄膜１１側から界面を観察することができる場合があるし、超音波エコーやＸ線による透過観察により界面やその剥離痕Ｐを観察してもよい。

【0069】

（４）上記実施形態では、圧力伝播層２３がアルミニウム基板を含む場合を例示して説明した。しかし、圧力伝播層２３はアルミニウム基板に限られない。圧力伝播層２３は、シリコンや二酸化ケイ素であってもよい。この場合であっても、基板１０と薄膜１１との界面が、膨張波Ｗ２が反射する基板１０の表面から十分な距離だけ離れていることには変りなく、圧力伝播層２３に伝播させる衝撃波Ｗのエネルギーを大きくしなくても、膨張波Ｗ２が基板１０と薄膜１１との界面に達した状態では、界面に十分な引張応力を励起することができる。これにより、従来技術の問題点である圧力伝播層２３の破損は抑制することができる。

【0070】

（５）上記実施形態では、エネルギー吸収層２２が粘性流体で形成されている場合を説明した。しかし、エネルギー吸収層２２が粘性流体で形成されることは必須ではない。エネルギー吸収層２２は、固体層、例えば、厚みの薄いアルミニウム層で合ってあってもよい。

【0071】

（６）上記実施形態では、ポンプ９４により、供給路Ｆ１を経て粘性流体が試験用基板２に供給され、エネルギー吸収層２２としての粘性流体を順次置き換えられること、また、置き換えられた粘性流体は、排出路Ｆ２を経て試験用基板２から排出されることを説明した。しかし、ポンプ９４や試験用基板２のエネルギー吸収層２２における粘性流体の置き換えは必須ではない。自己再生は、ポンプ９４やエネルギー吸収層２２における粘性流体の置き換えが行われなくても機能する。

【0072】

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、薄膜密着強度評価方法、薄膜密着強度評価装置及び試験用基板に適用できる。

【符号の説明】

【0074】

１ 薄膜形成基板
２ 試験用基板
１０ 基板
１１ 薄膜
２１ 固定層
２２ エネルギー吸収層
２３ 圧力伝播層
２４ 接着層
９１ レーザー光源
９１ａ レンズ
９２ 撮像装置
９３ タンク
９４ ポンプ
１００ 評価装置（薄膜密着強度評価装置）
Ｂ 気泡
Ｃ 保持容器
Ｌ レーザー光
Ｐ 剥離痕
Ｔ 試験片
Ｗ 衝撃波
Ｗ１ 圧縮波
Ｗ２ 膨張波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】