비파괴검사학회지 (Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing)

  • 제30권5호
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  • Pages.471-478
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  • 2010
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  • 1225-7842(pISSN)
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  • 2287-402X(eISSN)
한국비파괴검사학회 (The Korean Society for Nondestructive Testing)
권호 표지

백색광간섭계를 이용한 알루미늄 박막의 인장 물성 측정

Measurement of Tensile Properties for Thin Aluminium Film by Using White Light Interferometer

  • 김상교 (한국기계연구원 원자력산업기기사업단) ;
  • 오충석 (금오공과대학교 기계공학부) ;
  • 이학주 (한국기계연구원 나노역학연구실)
  • 투고 : 2010.08.16
  • 심사 : 2010.10.08
  • 발행 : 2010.10.30
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초록

박막은 마이크로 전자 장치, 자기 기록 매체, 미세 기전 시스템 및 표면 코팅과 같은 다양한 응용에 있어서 매우 중요한 역할을 수행하는 재료이다. 이러한 박막의 재료 물성 값은 상응하는 거시 재료의 물성 값과 다를 수 있기 때문에 박막의 기계적 물성 값들을 신뢰성 있게 측정할 수 있는 시험법의 개발이 요구되어져 왔다. 본 연구에서는 종래의 약 처짐 시험법과 단축 인장 시험법의 한계성을 극복하기 위해 나노미터 이하의 면외 변위 측정 분해능을 갖는 백색광 간섭계를 채택한 새롭고 간편한 시험법을 개발하였다. 개발된 시험법의 유효성을 검증해 보기 위하여 스퍼터링을 포함한 마이크로 공정에 의해 자유지지 알루미늄 박막 시험편을 제작한 뒤 이를 이용하여 인장 물성 값을 측정하였다. 폭 0.5 mm, 두께 $1{\mu}m$인 시험편을 실리콘 다이상에 1~5개 제작하여 사용하였다. 모터 구동 팁, 하중계 및 6 자유도 정렬 장치로 구성된 시험기를 자체적으로 제작한 뒤 막 처짐 시험을 수행하였다. 시험기는 가능한 작게 제작하여 상용 백색광 간섭 현미경 아래에 설치 가능하도록 하였다. 백색광 간섭무늬를 이용하여 시험편과 시험기 사이의 정렬 맞춤을 수행하였다. 영 계수는 62 GPa, 항복점은 247 MPa로 측정되었다.

Thin films play an important role in many technological applications including microelectronic devices, magnetic storage media, MEMS and surface coatings. It is well known that a thin film's material properties can be very different from the corresponding bulk properties and thus there has been a strong need for the development of a reliable test method to measure the mechanical properties of a thin film. We have developed an alternative and convenient test method to overcome the limitations of previous membrane deflection experiment and uniaxial tensile test by adopting a white light interferometer having sub-nanometer out-of-plane displacement resolution. The freestanding aluminium specimens are tested to verity the effectiveness of the test method developed and get the tensile properties. The specimens are 0.5 rum wide, $1{\mu}m$ thick and fabricated through MEMS processes including sputtering. 1 to 5 specimens are fabricated on Si dies. The membrane deflection experiments are carried out by using a homemade tester consisted of a motor-driven loading tip, a load cell, and 6 DOF alignment stages. The test system is compact enough to set it up beneath a commercial white light interferometric microscope. The white light fringes are utilized to align a specimen with the tester. The Young's modulus and yield point stress of the aluminium film are 62 GPa and 247 MPa, respectively.

키워드

과제정보

연구 과제 주관 기관 : 금오공과대학교

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