(57)【要約】【課題】膜の弾性率を簡便かつ精度良く測定すること。【解決手段】基板上に成膜された厚みが５０ｎｍ以上の膜の弾性率を測定する方法であって、該膜が成膜された膜付き基板のたわみ量と、膜の無い基板のたわみ量の比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に成膜された厚みが５０ｎｍ以上の膜の弾性率を測定する方法であって、該膜が成膜された膜付き基板のたわみ量と、膜の無い基板のたわみ量の比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。
【請求項２】
基板上に厚みが５０ｎｍ以上の膜を有する膜付き基板から試験片を切り出し３点曲げ試験を行い、さらに、膜を除去した試験片の３点曲げ試験を行い、両者のたわみ量の比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。
【請求項３】
膜の無い基板の３点曲げ試験を行い、さらに、該基板に厚みが５０ｎｍ以上の膜を成膜した膜付き基板の３点曲げ試験を行い、両者のたわみの比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。
【請求項４】
前記基板として、曲げ剛性が０．０００１Ｎｍ２以上の基板を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膜の弾性率測定方法。
【請求項５】
前記膜が多層膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膜の弾性率測定方法。
【請求項６】
成膜面積を基板面積よりも小さくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜の弾性率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に設けられた膜の弾性率を測定する方法に関するものであり、特に、基板上に成膜された膜の弾性率を、簡便かつ精度良く測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
膜の弾性率を測定する方法としては、ナノインデンテーション法が知られている。ナノインデンテーション法は、先端の鋭い正三角錐圧子を膜に押し込み、押し込み時の負荷測定および除荷時の負荷測定を行い、得られた荷重−押し込み深さ線図の除荷時の勾配から、膜単独のポアソン比を変数として含んだ弾性率を求める方法である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｗ．Ｃ．Ｏｌｉｖｅｒ，Ｇ．Ｍ．Ｐｈａｒｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９２，１５６４−１５８３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ナノインデンテーション法は、測定雰囲気や微振動の影響を受けやすく測定しにくいと言う欠点があった。さらに、単膜しか測定できない、膜表面に凹凸があると測定できない、得られる弾性率はポアソン比を変数として含んだ値であると言う、種々の欠点があった。  本発明は、かかる課題の解決を目的とするものであり、具体的には、膜の弾性率を簡便かつ精度良く測定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は以下の構成をとる。
すなわち、本発明は、
（１）基板上に成膜された厚みが５０ｎｍ以上の膜の弾性率を測定する方法であって、該膜が成膜された膜付き基板のたわみ量と、膜の無い基板のたわみ量の比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。
（２）基板上に厚みが５０ｎｍ以上の膜を有する膜付き基板から試験片を切り出し３点曲げ試験を行い、さらに、膜を除去した試験片の３点曲げ試験を行い、両者のたわみ量の比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。
（３）膜の無い基板の３点曲げ試験を行い、さらに、該基板に厚みが５０ｎｍ以上の膜を成膜した膜付き基板の３点曲げ試験を行い、両者のたわみの比から該膜の弾性率を求めることを特徴とする膜の弾性率測定方法。
（４）前記基板として、曲げ剛性が０．０００１Ｎｍ２以上の基板を使用することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の膜の弾性率測定方法。
（５）前記膜が多層膜であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の膜の弾性率測定方法。
（６）成膜面積を基板面積よりも小さくすることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の膜の弾性率測定方法。
である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、膜の弾性率を測定する方法である。膜の弾性率を測定するために、基板を使用し、基板上に膜を成膜する方法を用いる。
【０００７】
本発明において、基板の素材は特に限定されないが、曲げ剛性が０．０００１Ｎｍ２以上の基板を使用することが好ましい。ここで、曲げ剛性は、ＪＩＳ  Ｒ１６０２で測定される値である。基板の曲げ剛性としては、０．００１〜０．１Ｎｍ２であることがより好ましい。基板の曲げ剛性が０．０００１Ｎｍ２より小さいと基板が自重でたわみ、測定するたわみ量の比を精度良く検出しにくくなるからである。また、基板の曲げ剛性が０．１Ｎｍ２を越えると、両者の測定するたわみ量の絶対値が低下し、たわみ量の比を精度良く検出しにくくなるからである。
【０００８】
本発明において、膜の厚みは５０ｎｍ以上である必要があり、好ましくは１０００ｎｍ〜５０００００ｎｍ、より好ましくは２００ｎｍ〜５００００ｎｍである。５０ｎｍ未満では、測定するたわみ量の比を精度良く検出できないため好ましくない。
【０００９】
本発明において、膜の性状は特に制限が無く、例えば、凸凹があっても良いし、膜の表面が艶消し状であっても良い。
【００１０】
本発明の測定方法は、膜が多層膜であるときにも適用できる。本発明の方法を用いることにより、多層膜全体の弾性率を効率的に測定することができる。
本発明において、基板を利用して膜の弾性率を測定には、膜付き基板のたわみ量と、膜の無い基板のたわみ量が測定できればよい。例えば、基板上に厚みが５０ｎｍ以上の膜を形成した膜付き基板から試験片を切り出し３点曲げ試験を行い、さらに、膜を除去した試験片の３点曲げ試験を行うことで達成可能である。また、膜の無い基板の３点曲げ試験を行い、さらに、該基板に厚みが５０ｎｍ以上の膜を成膜した膜付き基板の３点曲げ試験を行うことでも達成可能である。
【００１１】
本発明において、成膜面積を基板よりも小さくすることが好ましい。特に、膜付きの試験片において、成膜面積が基板よりも小さいことが好ましい。弾性率を測定する際、一般に、支点を設けるが、膜が支点にかからない方が、測定精度が向上するからである。かかる観点から、膜は基板に対して略中央部に設けられているのが好ましく、基板の端部に膜が存在しないのが好ましい。
【００１２】
本発明において、膜の材質は特に限定されず、有機膜、無機膜のいずれの膜の弾性率を測定することもできる。
【００１３】
基板上に膜を成膜する方法は、公知の方法を使用することができる。例えば、溶媒中に溶解した膜成分を基板上に塗布した後、溶媒成分を揮発させる方法等が好ましく用いられる。
【００１４】
次に、本発明の好ましい測定手順について、詳述する。
弾性率を計算するために、たわみ量を測定するための試験片の作製方法は特に限定されず、例えば、膜付き基板から試験片を切り出すことで得ることができる。切り出しに用いる治具は特に限定されず、例えば、ダイヤモンドカッターなどを用いることができる。試験片の形状は特に限定されないが、通常、短冊型の試験片が好ましく用いられる。
【００１５】
試験片のたわみ量測定に用いる試験法は特に限定されず公知の方法を用いることができるが、好ましくは３点曲げ試験が用いられる。
【００１６】
３点曲げ試験とは、膜部分を下側にし、基板側を上側になるように試験片を静置させて、基板側から荷重を負荷して行う試験である。３点曲げ試験に用いる機器は特に限定されず、例えば、インストロン社製の万能材料試験機、島津製作所製のオートグラフなど、公知の機器を用いることができる。
【００１７】
本発明において、膜付き基板と膜が無い基板のたわみ量を測定することが必要である。膜付き基板の弾性率を先に測定した場合、膜付き基板から膜を除去する方法は特に限定されず、例えば、カッターを用いるなどの物理的方法、フッ酸等を用いる化学的方法、あるいはこれらの両方を用いることもできる。
【００１８】
膜付き基板のたわみ量を測定する試験片と膜の無い基板のたわみ量を測定する試験片は、同一の試験片を使用しても良いし、複数サンプリングした内の異なる試験片を用いても良い。
【００１９】
本発明において、膜の弾性率は、膜付き基板のたわみ量と膜の無い基板のたわみ量の比から、例えば、下記（１）式を用いて計算することができる。
［（２４＋４８α＋４０α２）ａ３
＋（１−４θ−６θα−５θα２）Ｌ３］α２Ｅｆ２
＋［（２４＋４８α＋３２α２）ａ３
＋（２−５θ−６θα−４θα２）Ｌ３］αＥＳＥｆ
＋Ｌ３（１−θ）ＥＳ２＝０              ・・・（１）式
（ここで、θはδＳ＋ｆ／δＳであり、δＳ＋ｆは膜付き基板の荷重−たわみ線図の勾配、δＳは膜の無い基板の荷重−たわみ線図の勾配、αは試験片形状で決まるパラメータである。ＥＳは膜の無い基板の弾性率であり、下記（２）式から計算することができる。Ｅｆは求める膜の弾性率である。）
ＥＳ＝Ｌ３／（４ＷｈＳ３δＳ）        ・・・（２）式
（ここで、Ｌは支点間距離であり、Ｗは試験片の幅であり、ｈＳは基板の厚さである）。
【００２０】
本発明の測定方法の用途は特に限定されず、膜を使用する各種の産業用途に使用可能である。例えば、膜が低誘電率絶縁材料であるときなどに好適に用いられる。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
シリコンウェハ基板上に室温硬化型エポキシ樹脂接着剤（（株）共和電業製  ＥＰ−３４）を成膜した試料から、長さ５０ｍｍ、幅１５ｍｍの短冊型試験片をダイヤモンドカッタにて切り出した。該試験片において、エポキシ樹脂接着剤の膜厚みは５００００ｎｍ、基板の厚みは０．７０５ｍｍ、エポキシ樹脂接着剤の膜の形成長さは２０ｍｍであった。ここで、エポキシ樹脂接着剤の成膜は、スピンコートの方法で行った。
この短冊型試験片をインストロン社製万能材料試験機にて、室温大気中、５０℃大気中、１００℃大気中、および１５０℃大気中にて３点曲げ試験を行った。支点間距離は４０ｍｍとし、荷重は５Ｎまで負荷させた。３点曲げ試験から得られた荷重−たわみ線図から勾配δＳ＋ｆを求めた。次に、膜付き短冊型試験片からエポキシ樹脂接着剤のみを除去した試料を作製し、同様に３点曲げ試験を行い、得られた荷重−たわみ線図から勾配δＳを求めた。δＳ＋ｆ／δＳを計算し（１）式より、エポキシ樹脂接着剤の弾性率を得た。エポキシ樹脂接着剤の弾性率は、室温大気中２．９ＧＰａ、５０℃大気中２．７ＧＰａ、１００℃大気中２．１ＧＰａ、１５０℃大気中０．４ＧＰａであった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により膜の弾性率を簡便かつ精度良く測定でき、その有用性は多大である。