| 研究概要 |
マイクロマシンなど微小機械の製作には,基板への蒸着とエッチング加工が基本になり,また薄膜蒸着も単層膜から多層膜に移り,マシンの構造自体が複雑な3次元構造になっている。これらの膜には成膜の条件により基本的に大きい残留応力が生成されることが分かっており,この残留応力が微小機械部品に対して形状変化をもたらす要因になっている。また,微小機械においてはそれを構成する材料の強度が基本的に重要であり,薄膜の強度特性を調べることが課題になっている。薄膜においてはストレスマイグレーションとよばれる現象があり,内部応力の変化による原子の移動が薄膜の強度低下を支配している。膜をナノサイズにすることおよび多層膜にすることで薄膜の強度改善の可能性がある。
本研究では熱酸化Si基板に堆積したマイクロメートル以下の厚さのAl薄膜およびCu/AlN積層膜の熱サイクル過程におけるAl膜およびCu膜の内部応力の変化挙動をシンクロトロン放射光により測定し,以下の知見を得た。
(1)熱酸化Si基板上に堆積した10,20および50nmのAl膜の内部応力は加熱過程で圧縮方向に,冷却過程で引張方向に変化し,その変化の様子は室温から300℃の範囲で温度に対して直線的に変化する。Al膜は,ナノサイズ化することで強度が上昇することが確認できた。
(2)熱酸化Si基板に100nmのCu膜および500nmのAlN膜を交互に積層した膜のCu層の応力は,第1サイクルの加熱過程では温度に対して非線形挙動を示すが,その後の冷却過程および第2サイクルの過程では直線的な挙動を示す。Alと同様に弾性変形であり,積層化によりCu膜も強度上昇が認められた。
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