特開 2024-67973 薄膜密着強度評価方法及び薄膜密着強度評価装置

(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】P2024067973

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】薄膜密着強度評価方法及び薄膜密着強度評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 19/04 20060101AFI20240510BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20240510BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

G01N19/04 Z

H01L21/90 Z

H01L21/66 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178435

(22)【出願日】2022-11-07

(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】保田 昇太郎

(72)【発明者】

【氏名】米津 明生

【テーマコード（参考）】

4M106

5F033

【Ｆターム（参考）】

4M106BA05

4M106DH04

4M106DH12

5F033GG03

5F033HH11

5F033HH18

5F033PP06

5F033PP15

5F033PP19

5F033RR21

5F033SS21

5F033XX13

(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及び薄膜密着強度評価装置を提供する。
【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の面上に薄膜形成基板１の基板１０を接着する接着工程、薄膜形成基板１の薄膜１１の面上に犠牲層３を形成する犠牲層形成工程、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を介して犠牲層３に伝播させる伝播工程を含み、伝播工程では、犠牲層３における薄膜１１に対向する側とは反対側の面で衝撃波を反射させて膨張波を生じさせ、この膨張波を薄膜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に対向する側とは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に対向する側とは反対側の面上に、前記薄膜形成基板における前記基板の表面を接着する接着工程、
前記薄膜における、前記基板に対向する側とは反対側の面上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程、
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、前記接着層及び前記薄膜形成基板を介して前記犠牲層に伝播させる伝播工程を含み、
前記伝播工程では、前記犠牲層における前記薄膜に対向する側とは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】

前記犠牲層を光学的に観察し、前記薄膜と前記犠牲層との剥離を観察する請求項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、
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、及び、
前記薄膜における、前記基板に対向する側とは反対側の面上に配置された犠牲層を備え、
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に対向する側とは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に対向する側とは反対側の面上に、前記基板における、前記薄膜に対向する側とは反対側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】

前記犠牲層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。

【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及び薄膜密着強度評価装置に関する。

【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及び薄膜密着強度評価装置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に対向する側とは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に対向する側とは反対側の面上に、前記薄膜形成基板における前記基板の表面を接着する接着工程、
前記薄膜における、前記基板に対向する側とは反対側の面上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程、
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、前記接着層及び前記薄膜形成基板を介して前記犠牲層に伝播させる伝播工程を含み、
前記伝播工程では、前記犠牲層における前記薄膜に対向する側とは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】

本発明に係る薄膜密着強度評価方法では、更に、
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、
前記犠牲層を光学的に観察し、前記薄膜と前記犠牲層との剥離を観察してもよい。

【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、
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、及び、
前記薄膜における、前記基板に対向する側とは反対側の面上に配置された犠牲層を備え、
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に対向する側とは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に対向する側とは反対側の面上に、前記基板における、前記薄膜に対向する側とは反対側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、
前記犠牲層を撮像する撮像装置を更に備えてもよい。

【発明の効果】

【0018】

密着強度の評価を適切に行える薄膜密着強度評価方法及び薄膜密着強度評価装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【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】エネルギー吸収層で衝撃波を発生させた状態を説明する図である。

【図4】衝撃波が犠牲層に向けて伝播している状態を説明する図である。

【図5】衝撃波が犠牲層で反射した状態を説明する図である。

【図6】衝撃波により薄膜が基板から剥離した剥離痕が形成された状態を説明する図である。

【図7】薄膜形成基板の構成を説明する図である。

【図8】試験用基板の構成を説明する図である。

【図9】実施例１の薄膜密着強度評価における、撮像装置で観察した剥離痕の画像である。

【図10】実施例２の薄膜密着強度評価における、光学顕微鏡で観察した剥離痕の画像である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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及び薄膜密着強度評価装置について説明する。

【0021】

（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（図２参照）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。

【0022】

評価装置１００は、レーザー光Ｌを照射するレーザー光源９１、薄膜形成基板１が装着される試験用基板２及び薄膜形成基板１の薄膜１１（図２参照）における、基板１０に対向する側とは反対側の面上に配置（形成）された犠牲層３を備えている。評価装置１００では、薄膜形成基板１を試験用基板２に装着し、試験片Ｔとした状態で薄膜密着強度評価を行う。

【0023】

試験片Ｔは、試験用基板２と、基板１０を試験用基板２に対向させた状態で試験用基板２に装着された薄膜形成基板１と、薄膜形成基板１の薄膜１１上に形成された犠牲層３とをこの順に有する。

【0024】

図１では、一例として、評価装置１００が試験片Ｔ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を試験片Ｔの表面上に集光（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。レーザー光源９１は、試験用基板２の側からレーザー光Ｌを試験片Ｔに照射する。

【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に対向する側とは反対側の面上に配置された接着層２４を有している。

【0026】

試験用基板２は、接着層２４における圧力伝播層２３に対向する側とは反対側の面上に、基板１０における、薄膜１１（図２参照）に対向する側とは反対側の表面を接着される。このように接着層２４に基板１０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。

【0027】

本実施形態に係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に対向する側とは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に対向する側とは反対側の面上に、薄膜形成基板１における基板１０の表面を接着する接着工程、薄膜１１における、基板１０に対向する側とは反対側の面上に犠牲層３を形成する犠牲層形成工程、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、接着層２４及び薄膜形成基板１を介して犠牲層３に伝播させる伝播工程を含む。

【0028】

図３から図６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を示している。伝播工程では、図５に示すように、犠牲層３における薄膜１１に対向する側とは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。膨張波Ｗ２によって薄膜１１に作用する剥離力が薄膜１１と基板１０との薄膜密着強度よりも大きければ、薄膜１１と基板１０と界面が剥離して剥離痕Ｐ（図６参照）が生じる。

【0029】

すなわち、図１に示すように、評価装置１００は、試験片Ｔの試験用基板２に対してレーザー光源９１からレーザー光Ｌを照射して、薄膜形成基板１における薄膜１１（図２参照）と基板１０との界面に所定のエネルギーの衝撃波Ｗ（膨張波Ｗ２、図３から図５参照）を作用させ、これにより薄膜密着強度評価を実現する。

【0030】

薄膜１１と基板１０と界面が剥離して剥離痕Ｐ（図６参照）が生じたか否かの観察は、試験片Ｔを犠牲層３の側から観察することにより行う。この観察は、目視又は評価装置１００の撮像装置９２を用いて行ってよい。

【0031】

このようにして、本実施形態に係る薄膜密着強度評価方法では、密着強度の評価を適切に行える。

【0032】

（各部の説明）
図７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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

図１に示すように、評価装置１００は、試験片Ｔを固定保持する保持容器Ｃ、試験片Ｔの試験用基板２の側にレーザー光Ｌを照射するレーザー光源９１及び試験片Ｔの犠牲層３の側を光学的に観察する撮像装置９２を備えている。試験片Ｔは、上述のごとく、試験用基板２と薄膜形成基板１と犠牲層３とをこの順に有する。

【0036】

図８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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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における基板１０の表面を接着されて、薄膜形成基板１を装着される。接着層２４と基板１０とは、密に接触する状態で接着される。

【0049】

図２に示すように、犠牲層３は、薄膜１１における、基板１０に対向する側とは反対側の面上に配置（形成）された層である。犠牲層３は、後述するように、薄膜密着強度評価を行う際に薄膜１１に対向する側とは反対側の面で衝撃波Ｗを自由端反射させるための層である。また、犠牲層３は、薄膜密着強度評価時において薄膜１１が基板１０から剥離した際に、薄膜１１と共に基板１０から剥離して（破壊されて）剥離痕Ｐ（図６参照）を形成する非破壊層（スポール層）であり、薄膜１１の剥離の指標となる層である。

【0050】

犠牲層３の厚みは２０μｍ以上とするとよい。犠牲層３の厚みを２０μｍ以上とすると、後述するように自由端反射した衝撃波Ｗを適切に基板１０と薄膜１１との界面に作用させることができる。犠牲層３の厚みは、２０μｍ以上とするとよい。

【0051】

犠牲層３は、後述するように、薄膜密着強度評価時に破れる又は破断する(以下、スポールする、と記載する場合がある)程度の強度であることを要する。そのため、犠牲層３が過剰に厚く形成されると好ましくない。犠牲層３の厚みは、通常、１００μｍあれば足りる。なお、犠牲層３が過剰に厚く形成された場合（例えば１００μｍを超える厚みの場合）は、犠牲層３が剥離痕Ｐの形成を阻害する場合がある。

【0052】

犠牲層３は、薄膜形成基板１が試験用基板２に装着された後に薄膜１１上に形成されてもよいし、膜形成基板１を試験用基板２に装着する前に薄膜１１上に形成されてもよい。

【0053】

犠牲層３は、薄膜１１に対して密着させるとよい。犠牲層３と薄膜１１との間に隙間が存在すると、犠牲層３と薄膜１１との間での衝撃波Ｗの伝播が遮られたり、減衰したりする場合があり好ましくない。また、犠牲層３は、薄膜１１に対して密着性の高い材料で形成されるとよい。

【0054】

犠牲層３は、後述するように、薄膜密着強度評価時に破れる又は破断する(スポールする)程度の適度な脆さを兼ね備えたものであることが好ましい。そのため、犠牲層３は、微粒子（フィラーや体質顔料など）を分散された樹脂で形成されるとよい。犠牲層３は、例えば破壊靭性値が１～１０ＭＰａ・ｍ^１／２の脆性的な膜状の層であるとよい。

【0055】

犠牲層３のヤング率は１０ＭＰａ以上２００ＭＰａ、破断ひずみは１％以下の弾性体であることが好ましい。犠牲層３のヤング率と破断ひずみがこの範囲であると、犠牲層３が衝撃波Ｗの影響を受けた際に犠牲層３が変形しやすく、またスポールしやすくなる。そのため、薄膜１１への犠牲層３の影響を小さくしつつ、剥離痕Ｐを形成しやすくすることができ、これにより薄膜１１の薄膜密着強度評価をより適切に行うことができるようになる。例えば犠牲層３のヤング率と破断ひずみが上記範囲を超えて大きくなると、犠牲層３は変形しにくく、また、スポールしにくくなる。そのため、薄膜１１への犠牲層３の影響が大きくなり、剥離痕Ｐを形成しにくくなる場合がある。この場合、薄膜１１と基板１０の界面の剥離（剥離痕Ｐ）を検出（目視）できなくなる。このように薄膜密着強度評価では、評価対象の薄膜１１と基板１０との剥離発生時に犠牲層３がスポールしなくてはならないため、薄膜１１の薄膜密着強度を正確に評価するには、犠牲層３のヤング率と破断ひずみとが重要である。

【0056】

犠牲層３は、例えば樹脂や、樹脂などを結着剤とした微粒子分散体などで形成することができる。犠牲層３は、例えば、溶媒に溶解させるなどした樹脂溶液や樹脂と微粒とを含む分散液を、膜形成基板１の薄膜１１上に塗布やスプレーコーティングなどして形成することができる。また、犠牲層３は、紫外線硬化樹脂のような、硬化性の液状樹脂を塗布などして形成してもよい。犠牲層３をコーティングや塗布のような手法で形成するようにすれば、薄膜１１の物性や密着度評価の目的に応じて犠牲層３の厚みを容易に形成することができる。

【0057】

犠牲層３は、膜形成基板１を試験用基板２に接着される前又は後に形成されてよい。すなわち、膜形成基板１の薄膜１１上に犠牲層３を形成してから膜形成基板１を試験用基板２に接着して試験片Ｔとしてもよいし、膜形成基板１を試験用基板２に接着して試験片Ｔを作成してから薄膜１１上に犠牲層３を形成してもよい。試験片Ｔを作成してから薄膜１１上に犠牲層３を形成する場合は、後述する保持容器Ｃに試験片Ｔを固定してから犠牲層３を形成してもよい。

【0058】

図１に示すように、保持容器Ｃは、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。

【0059】

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。

【0060】

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。レーザー光Ｌは、レンズ９１ａにより集光されて固定層２１に照射される。レーザー光Ｌは、例えば、固定層２１において、直径が１ｍｍから４ｍｍ程度（例えば２．５ｍｍ）になるように集光される。

【0061】

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ＣＣＤカメラなどの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における犠牲層３の側を撮像する。

【0062】

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から図６を参照しつつ説明する。

【0063】

図１に示すように、試験片Ｔを保持容器Ｃに装着する。犠牲層３は、予め試験片Ｔに形成されていてもよいし、保持容器Ｃに試験片Ｔを装着してから形成してもよい。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。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、図４に示すように、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。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。

【0064】

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（図１参照）からレーザー光Ｌ（図１、図３参照）の照射（衝撃波Ｗの発生の繰り返し）が可能となる。

【0065】

圧縮波Ｗ１が膜形成基板１に到達し、さらに膜形成基板１から犠牲層３に伝播して、犠牲層３における膜形成基板１に対向する側とは反対側の表面まで達すると、図５に示すように、圧縮波Ｗ１は、この犠牲層３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、犠牲層３から薄膜１１へ伝播する。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。

【0066】

犠牲層３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剥離力としての引張応力が生ずる。膨張波Ｗ２が反射した犠牲層３の表面と、基板１０と薄膜１１との界面とは、膨張波Ｗ２の波長よりも十分に長い距離、すなわち、犠牲層３の厚み（２０μｍ）以上の距離だけ離れている。このため、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。このように、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。また、衝撃波Ｗのエネルギーを過剰に大きくする必要がなくなるため、基板１０の破損を防止ないし抑制することができる。

【0067】

図６に示すように、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、当該界面が剥離して剥離痕Ｐが形成される。

【0068】

剥離痕Ｐは、薄膜１１と犠牲層３との一部が基板１０から剥離したことにより生じた膨らみや、破裂痕（破断して破れた痕）、薄膜１１と犠牲層３との一部が基板１０から剥離した窪みなどの外観上の痕跡として観察される。そのため、剥離痕Ｐは、試験片Ｔにおける犠牲層３の側から容易に観察可能である。剥離痕Ｐの観察は、例えば、目視確認でもよいし、犠牲層３を光学的に観察（撮像）する撮像装置９２で観察してもよい。なお、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。図６では、薄膜１１と犠牲層３との一部が基板１０から剥離してちぎれて破片Ｄとなり、薄膜１１と犠牲層３とに窪み（穴）として剥離痕Ｐが形成されている場合を例示して示している。

【0069】

また剥離痕Ｐは、上述のごとく、試験片Ｔの表面として露出している犠牲層３の外観上の痕跡として観察されるため、犠牲層３の色や光透過性のような光学特性はこの観察に影響しない。そのため、犠牲層３の光学特性に縛られることなく、薄膜１１に対して適切な物性の犠牲層３を選択することができる。

【0070】

このようにして図１に示す評価装置１００は、図５に示すように、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。また、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。

【0071】

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（図１、図３参照）のエネルギーに相関する。したがって、評価装置１００（図１参照）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。

【0072】

例えば、レーザー光Ｌ（図３参照）のエネルギーを変化させることにより膨張波Ｗ２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。

【0073】

上記密着強度の評価に際し、図１に示すように撮像装置９２を用いると、図６に示す剥離痕Ｐ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、剥離痕Ｐの面積に基づいて密着強度を評価したり、剥離痕Ｐ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。

【実施例0074】

以下では、上述の評価装置及びこれにより実現される薄膜密着強度評価方法を用いた薄膜密着強度評価の実施例を説明する。

【0075】

（実施例１）
図９には、基板としての二酸化ケイ素基板上に蒸着法で形成した銅（Ｃｕ）の膜を有する薄膜形成基板の薄膜密着強度評価結果を示す。本実施例では、銅の膜が基板上に形成された薄膜に該当する。図９は、薄膜密着強度評価後（レーザー光を試験片に照射後）に評価装置の撮像装置（ＣＣＤカメラ）で撮像した、試験片を犠牲層の側から見た画像である。

【0076】

薄膜密着強度評価結果において、犠牲層は、アクリル系合成樹脂と白色顔料とを含む塗料（アトムサポート株式会社製、白色ラッカースプレー、型式：００００１－０９９５１）を、銅の膜上にスプレーコーティングして形成した。本実施例において、犠牲層の膜厚は約２０μｍである。

【0077】

本実施例では、一回のレーザー光のパルス照射ごとに試験片上へのレーザー光の照射位置を変えながら、評価装置のレーザー光の出力を一回ごとに１０ｍＪ単位で上昇させて、試験片に剥離痕が形成されるレーザー光の出力を特定した。本実施例ではレーザー光の出力を２２０ｍＪまで上昇させた際に、図９に示す剥離痕（図９中の符号Ｐ１で指し示す部分）が形成された。この剥離痕は、銅の膜と犠牲層とが二酸化ケイ素基板から剥離して形成されたものである。

【0078】

（実施例２）
図１０には、基板としての二酸化ケイ素基板上に蒸着法で形成したチタン（Ｔｉ）の膜と、チタンの膜上に蒸着法で形成した銅（Ｃｕ）の膜とを有する薄膜形成基板の薄膜密着強度評価結果を示す。本実施例では、チタンの膜と銅の膜とが基板上に形成された薄膜に該当する点で実施例１とは異なり、その他は実施例１と同様にして薄膜密着強度評価を行った。図１０は、薄膜密着強度評価後に、試験片を、試験片を犠牲層の側から光学顕微鏡で観察した画像である。本実施例ではレーザー光の出力を３００ｍＪまで上昇させた際に、図１０に示す剥離痕（図１０中の符号Ｐ２で指し示す部分）が形成された。この光学顕微鏡観察結果からは、二酸化ケイ素基板とチタンの膜との界面で剥離が生じていることが確認できた。

【0079】

以上実施例１及び実施例２で示されるように、本実施形態に係る薄膜密着強度評価方法によれば、基盤と基板上に形成された膜との密着強度を、基盤と膜とに剥離を生じさせた際のレーザー光の出力によって評価することができるのである。

【0080】

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。

【0081】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、実施例において、一回のレーザー光のパルス照射ごとに試験片上へのレーザー光の照射位置を変えながら、評価装置のレーザー光の出力を一回ごとに１０ｍＪ単位で上昇させて、試験片に剥離痕が形成されるレーザー光の出力を特定する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のパルス照射を繰り返し、これにより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。

【0082】

（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。

【0083】

（３）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。

【0084】

（４）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。

【0085】

（５）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。

【0086】

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】

【0087】

本発明は、薄膜密着強度評価方法及び薄膜密着強度評価装置に適用できる。

【符号の説明】

【0088】

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
Ｄ 破片
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】

【図10】