デジタル画像相関法を用いた金属薄膜の弾性係数測定

摘要

近年，電子パッケージ基板や半導体デバイス用薄膜配線などに銅などの金属薄膜が用いられるようになってきている．このような薄膜に生ずる応力をFEMなどで計算するためには，弾性係数（ヤング率，ポアソン比）が必要となる．しかしながら，薄膜の弾性係数は，バルク材とは異なることが報告されており，正確な応力を計算するためには，精度よく弾性係数を測定することが重要となる．丸棒や板などの金属材料に関しては，ひずみゲージなどを材料に接着して引張試験を実施すれば，精度よくひずみが計測できるので，正確な弾性係数も得られる．しかしながら，厚さが数十μm の薄膜の場合，ひずみゲージなどを接着すると，変形が拘束されて正確なひずみが得られないと考えられる．以上のような観点から，本研究では，非接触で変位計測が可能な画像相関法に着目して，金属薄膜の弾性係数を計測した．まず，MATLABを用いて，サブピクセル精度の相関値が得られるプログラムを作成した．次に，2 種類の金属材料の引張試験を実施し，画像相関法から得られた変位に基づいて弾性係数を計測し，ひずみゲージにより得られる値と比較することでその有効性を検証した．最後に，金属薄膜として銅とニッケルを用いて引張試験を実施し，弾性係数を計測した．