KR102103907B1 - Ultra-thin film specimen for tensile test and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 박막을 푸시 투 풀 디바이스에 먼저 전사한 후, 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사된 박막을 시편 형상으로 패터닝함으로써, 두께가 20nm이하로 매우 얇은 박막을 이용하여 인장 시험을 위한 초박막 인장 시편의 제조가 보다 용이한 이점이 있다. 또한, 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사된 박막을 시편 형상으로 패터닝함으로써, 시편의 손상이나 변형이 방지될 수 있는 이점이 있다. The present invention, by first transferring the thin film to the push-to-pull device, and then patterning the thin film transferred onto the push-to-pull device into a specimen shape, using a very thin film having a thickness of 20 nm or less for an ultra-thin tensile specimen for tensile testing. There is an advantage that manufacturing is easier. In addition, by patterning the thin film transferred onto the push-to-pull device in the shape of a specimen, there is an advantage that damage or deformation of the specimen can be prevented.

Description

초박막 인장 시편 및 이의 제조방법{Ultra-thin film specimen for tensile test and manufacturing method of the same}Ultra-thin film specimen for tensile test and manufacturing method of the same}

본 발명은 초박막 인장 시편 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 푸시 투 풀 디바이스(Push-to-pull device)를 이용하여 인장 시험을 할 수 있는 초박막 인장 시편 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ultra-thin tensile specimen and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an ultra-thin tensile specimen capable of performing a tensile test using a push-to-pull device and a method for manufacturing the same.

일반적으로 인장 시험(Tensile test)은 소정의 시험편에 서서히 인장력을 가해서 기계적 특성을 조사하기 위한 시험이다. 인장 시험은 인장 시험용 시편을 제작하여 인장 시험기에 고정시킨 후, 서서히 인장 하중을 가해서 재료의 항복점, 내력, 인장강도, 신장, 탄성한도, 탄성계수 등 기계적 성질을 측정한다. In general, the tensile test (Tensile test) is a test for examining the mechanical properties by gradually applying a tensile force to a predetermined test piece. In the tensile test, a specimen for a tensile test is prepared and fixed in a tensile tester, and a tensile load is gradually applied to measure mechanical properties such as yield point, proof stress, tensile strength, elongation, elastic limit, and elastic modulus.

최근에는 반도체 등 전자 장치에 초박막(Ultra-thin film) 소재가 사용되는 바, 초박막 소재의 경우 두께가 매우 얇기 때문에, 인장 시험대에 장착하는 것이 매우 어려워서 인장 시험을 하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 초박막 소재로 형성된 초박막 시편의 경우, 인장 시험대에 장착시 파손이 발생되거나 장착 후에도 쉽게 뒤틀리거나 변형이 발생되어 장착이 유지되기 매우 어려운 문제점이 있다. Recently, since ultra-thin film materials are used in electronic devices such as semiconductors, since ultra-thin materials have very thin thickness, it is very difficult to mount them on a tensile test bench, which makes it difficult to perform a tensile test. That is, in the case of an ultra-thin film formed of an ultra-thin material, there is a problem in that it is very difficult to maintain the installation because damage occurs during installation on the tensile test bench or is easily distorted or deformed even after mounting.

한국등록특허 제10-1393430호Korean Registered Patent No. 10-1393430

본 발명의 목적은, 푸시 투 풀 디바이스를 이용하여 인장 시험을 할 수 있는 초박막 인장 시편 및 이의 제조방법에 관한 것이다. An object of the present invention relates to an ultra-thin tensile specimen capable of performing a tensile test using a push-to-pull device and a method for manufacturing the same.

본 발명에 따른 초박막 인장 시편의 제조 방법은, 희생층 위에 박막을 형성하는 단계와; 상기 희생층을 에칭하여 상기 박막을 분리하는 단계와; 인장 시험시 가해지는 힘에 의해 이동하는 이동부와, 상기 이동부와의 사이에 다중 절곡된 형태의 간극을 형성하도록 배치된 고정부를 포함하는 푸시 투 풀 디바이스(Push-to-pull device) 위에 상기 박막을 전사하는 단계와; 상기 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사된 상기 박막을 상기 고정부와 상기 이동부 사이의 상기 간극에 배치되고 일측 단부는 상기 이동부에 부착되고 타측 단부는 상기 고정부에 부착되는 초박막 인장 시편 형상으로 패터닝하여, 초박막 인장 시편을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen according to the present invention includes forming a thin film on a sacrificial layer; Separating the thin film by etching the sacrificial layer; On a push-to-pull device comprising a moving portion moved by a force applied during a tensile test and a fixing portion arranged to form a gap in a multi-bent shape between the moving portion. Transferring the thin film; The thin film transferred on the push-to-pull device is arranged in the gap between the fixing part and the moving part, and one end is attached to the moving part and the other end is patterned into an ultra-thin tensile specimen shape attached to the fixing part. , Forming an ultra-thin tensile specimen.

본 발명에 따른 초박막 인장 시편은, 인장 시험시 가해지는 힘에 의해 이동하는 이동부와 상기 이동부와의 사이에 다중 절곡된 형태의 간극을 형성하도록 배치된 고정부를 포함하는 푸시 투 풀 디바이스(Push-to-pull device) 위에 박막을 전사한 후,The ultra-thin tensile specimen according to the present invention includes a push-to-pull device including a moving portion moved by a force applied during a tensile test and a fixing portion arranged to form a gap in a multi-bent shape between the moving portion ( After transferring the thin film on the push-to-pull device)

상기 박막을 상기 고정부와 상기 이동부 사이의 상기 간극에 배치되고 일측 단부는 상기 이동부에 부착되고 타측 단부는 상기 고정부에 부착되는 형상으로 패터닝하여 형성된다.The thin film is disposed in the gap between the fixing part and the moving part, and one end is attached to the moving part and the other end is formed by patterning the shape to be attached to the fixing part.

본 발명은, 박막을 푸시 투 풀 디바이스에 먼저 전사한 후, 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사된 박막을 시편 형상으로 패터닝함으로써, 두께가 20nm이하로 매우 얇은 박막을 이용하여 인장 시험을 위한 초박막 인장 시편의 제조가 보다 용이한 이점이 있다. The present invention, by first transferring the thin film to the push-to-pull device, and then patterning the thin film transferred onto the push-to-pull device into a specimen shape, using a very thin film having a thickness of 20 nm or less for an ultra-thin tensile specimen for tensile testing. There is an advantage that manufacturing is easier.

또한, 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사된 박막을 시편 형상으로 패터닝함으로써, 시편의 손상이나 변형이 방지될 수 있는 이점이 있다. In addition, by patterning the thin film transferred onto the push-to-pull device in the shape of a specimen, there is an advantage that damage or deformation of the specimen can be prevented.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초박막 인장 시편의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1e에 도시된 초박막 인장 시편을 확대 도시한 도면이다. 1 is a view showing a method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the ultra-thin tensile specimen shown in FIG. 1E.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초박막 인장 시편의 제조방법을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 베이스(2) 위에 희생층(10)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a sacrificial layer 10 is formed on the base 2.

상기 희생층(10)은 선택적 에칭이 가능한 소재를 사용한다.The sacrificial layer 10 is made of a material capable of selective etching.

도 1b를 참조하면, 상기 희생층(10) 위에 시편 용액을 스핀 코팅하여 박막(20)을 형성한다. 다만 이에 한정되지 않고, 스핀 코팅 이외에 다른 방법으로 상기 박막(20)을 증착하는 것도 가능하다.Referring to FIG. 1B, a thin film 20 is formed by spin coating a sample solution on the sacrificial layer 10. However, the present invention is not limited thereto, and it is also possible to deposit the thin film 20 by a method other than spin coating.

상기 박막(20)은, 두께가 약 20nm 이하인 초박막이다. 본 실시예에서는, 상기 박막(20)의 두께는 10nm인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 박막(20)은 두께가 20nm 이상이고 패터닝 가능한 박막이라면 사용가능하다.The thin film 20 is an ultra-thin film having a thickness of about 20 nm or less. In this embodiment, the thickness of the thin film 20 will be described as an example to be 10 nm. However, the present invention is not limited thereto, and the thin film 20 may be used as long as it is 20 nm or more in thickness and can be patterned.

도 1c를 참조하면, 상기 희생층(10)을 에칭시켜, 상기 박막(20)을 분리한다.Referring to FIG. 1C, the sacrificial layer 10 is etched to separate the thin film 20.

상기 박막(20)과 반응하지 않는 용액 내에서 상기 희생층(10)을 선택적으로 에칭시켜, 상기 박막(20)을 분리할 수 있다. The sacrificial layer 10 may be selectively etched in a solution that does not react with the thin film 20 to separate the thin film 20.

도 1d를 참조하면, 상기 박막(20)을 푸시 투 풀 디바이스(Push-to-Pull device, PTP device)(30) 위에 전사한다.Referring to FIG. 1D, the thin film 20 is transferred onto a push-to-pull device (PTP device) 30.

상기 희생층(10)으로부터 분리되어 자유부양된 상기 박막(20)을 희석시키기 위해 DI water 혹은 다른 유기액체로 옮긴 후 상기 푸시 투 풀 디바이스(30) 위에 바로 전사한다. 상기 박막(20)의 전사시 상기 푸시 투 풀 디바이스(30)에 대응되는 샘플 부분만 전사가 되면 샘플 제작이 가능하기 때문에 대면 적으로 전사할 필요가 없다. The thin film 20 separated from the sacrificial layer 10 and freely floated is transferred to DI water or other organic liquid, and then transferred directly onto the push-to-pull device 30. When the thin film 20 is transferred, if only the sample portion corresponding to the push-to-pull device 30 is transferred, it is possible to prepare a sample, so there is no need to transfer it in a large area.

상기 푸시 투 풀 디바이스(30)는, 인장 시험시 피코 인덴터(picoindenter) 등을 이용하여 힘을 가할 때 가해지는 힘에 의해 이동하는 이동부(30a)와, 상기 이동부(30a)와의 사이에 다중 절곡된 형태의 간극(33)을 형성하도록 배치된 고정부(30b)를 포함한다. 즉, 상기 푸시 투 풀 디바이스(30)의 일측 부분은 가해지는 힘에 의해 이동하는 상기 이동부(30a)에 해당하고, 타측 부분은 상기 힘에 의해 이동하지 않는 상기 고정부(30b)에 해당한다. 상기 간극(33)은 상기 이동부(30a)와 상기 고정부(30b)사이에 위치되고 다중 절곡되어 미로와 유사한 형상으로 형성된다. The push-to-pull device 30 is moved between the moving part 30a and the moving part 30a that are moved by a force applied when a force is applied using a picoindenter or the like during a tensile test. It includes a fixing portion (30b) arranged to form a gap 33 in a multi-bent shape. That is, one part of the push-to-pull device 30 corresponds to the moving part 30a moving by the applied force, and the other part corresponds to the fixing part 30b not moving by the force. . The gap 33 is positioned between the moving portion 30a and the fixing portion 30b and is bent multiple times to form a shape similar to a maze.

상기 박막(20)은 사각형 형상의 필름 형태로 형성되어, 상기 이동부(30a), 상기 고정부(30b) 및 상기 간극(33)을 덮도록 전사된다.The thin film 20 is formed in a rectangular film shape, and is transferred to cover the moving part 30a, the fixing part 30b, and the gap 33.

도 1e를 참조하면, 상기 푸시 투 풀 디바이스(30)에 전사된 상기 박막(20)을 미리 설정된 초박막 인장 시편 형상으로 패터닝한다.Referring to FIG. 1E, the thin film 20 transferred to the push-to-pull device 30 is patterned into a preset ultra-thin tensile specimen shape.

상기 박막(20)은 집속 이온 빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하여 패터닝한다. The thin film 20 is patterned using a focused ion beam (Focused Ion Beam, FIB).

상기 패터닝은 SEM 안에서 진행되는 바, 상기 집속 이온 빔을 사용할 경우 육안으로 확인이 불가능한 정도로 작은 사이즈일지라도 원하는 형상으로 패터닝이 가능한 이점이 있다. The patterning is performed in the SEM, and when the focused ion beam is used, even if the size is small enough to be visually impossible, patterning into a desired shape is possible.

상기 초박막 인장 시편(100)은, 상기 간극(33)에 배치되며, 일측 단부(100b)는 상기 이동부(30a)에 부착되고, 타측 단부(100a)는 상기 고정부(30b)에 부착되는 형상으로 형성된다. 즉, 상기 초박막 인장 시편(100)의 형상은, 도그 본(Dog bone) 형상이나 I 또는 H 형상으로 형성된다. The ultra-thin tensile specimen 100 is disposed in the gap 33, one end (100b) is attached to the moving portion (30a), the other end (100a) is a shape attached to the fixed portion (30b) Is formed by. That is, the shape of the ultra-thin tensile specimen 100 is formed in a dog bone shape or an I or H shape.

상기 박막(20)을 상기와 같이 패터닝하면, 상기 푸시 투 풀 디바이스(30)에는 초박막 인장 시편이 형성된다.When the thin film 20 is patterned as described above, an ultra-thin tensile specimen is formed on the push-to-pull device 30.

상기와 같이 제조된 초박막 인장 시편(100)은 두께가 20nm 이하인 박막을 상기 푸시 투 풀 디바이스(30)에 먼저 전사한 후, 시편 형상으로 패터닝함으로써, 인장시험을 위한 상기 초박막 인장 시편(100)의 제조시 변형이나 손상이 방지될 수 있다.The ultra-thin tensile specimen 100 prepared as described above is first transferred to a thin film having a thickness of 20 nm or less to the push-to-pull device 30, and then patterned into a specimen shape, thereby forming the ultra-thin tensile specimen 100 for tensile testing. During manufacture, deformation or damage can be prevented.

또한, 상기 초박막 인장 시편(100)이 제조된 후 별도의 이동이나 장착 등의 과정을 거치지 않고, 바로 인장 시험이 가능한 이점이 있다. In addition, after the ultra-thin tensile specimen 100 is manufactured, there is an advantage that a tensile test is possible immediately without going through a process such as separate movement or mounting.

상기와 같이 제조된 상기 초박막 인장 시편(100)의 시험 방법은 다음과 같다.The test method of the ultra-thin tensile specimen 100 prepared as described above is as follows.

상기 푸시 투 풀 디바이스(30)에서 일방향으로 돌출 형성된 가압부(30a)를 상기 피코 인덴터 등을 이용하여 밀게 되면, 미는 힘에 의해 상기 이동부(30a)가 힘의 방향으로 밀리면서 상기 초박막 인장 시편(100)의 일측 단부(100b)를 당기게 된다. When the pressing portion 30a formed to protrude in one direction from the push-to-pull device 30 is pushed using the pico indenter or the like, the moving portion 30a is pushed in the direction of the force by the pushing force while pulling the ultra-thin film One end 100b of the specimen 100 is pulled.

상기 초박막 인장 시편(100)의 일측 단부(100b)는 상기 이동부(30a)에 의해 당겨지고, 상기 초박막 인장 시편(100)의 타측 단부(100a)는 상기 고정부(30b)에 의해 고정되어, 인장 시험이 진행된다.One end 100b of the ultra-thin tensile specimen 100 is pulled by the moving portion 30a, and the other end 100a of the ultra-thin tensile specimen 100 is fixed by the fixing portion 30b, Tensile test is in progress.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 희생층 20: 박막
30: 푸시 투 풀 디바이스 30a: 이동부
30b: 고정부 33: 간극
100: 초박막 인장 시편10: sacrificial layer 20: thin film
30: push-to-pull device 30a: moving part
30b: fixing portion 33: gap
100: ultra thin tensile specimen

Claims (7)

희생층 위에 시편 용액을 스핀 코팅하여 박막을 형성하는 단계와;
상기 박막과 반응하지 않는 용액 내에서 상기 희생층을 에칭하여 상기 박막을 분리하는 단계와;
인장 시험시 가해지는 힘에 의해 이동하는 이동부와, 상기 이동부와의 사이에 다중 절곡된 형태의 간극을 형성하도록 배치된 고정부를 포함하는 푸시 투 풀 디바이스(Push-to-pull device) 위에 상기 박막을 전사하는 단계와;
상기 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사된 상기 박막을 상기 고정부와 상기 이동부 사이의 상기 간극에 배치되고 일측 단부는 상기 이동부에 부착되고 타측 단부는 상기 고정부에 부착되는 초박막 인장 시편 형상으로 패터닝하여, 초박막 인장 시편을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 박막을 전사하는 단계에서는, 상기 희생층으로부터 분리되어 자유 부양된 상기 박막을 탈이온수(Di water)로 옮긴 후 상기 푸시 투 풀 디바이스 위에 전사하고,
상기 박막의 두께는 20nm이하인 초박막 인장 시편의 제조 방법.Spin coating a sample solution on the sacrificial layer to form a thin film;
Separating the thin film by etching the sacrificial layer in a solution that does not react with the thin film;
On a push-to-pull device comprising a moving portion moved by a force applied during a tensile test and a fixing portion arranged to form a gap in a multi-bent shape between the moving portion. Transferring the thin film;
The thin film transferred on the push-to-pull device is arranged in the gap between the fixing part and the moving part, and one end is attached to the moving part and the other end is patterned into an ultra-thin tensile specimen shape attached to the fixing part. , Comprising forming an ultra-thin tensile specimen,
In the step of transferring the thin film, separated from the sacrificial layer, the freely lifted thin film is transferred to DI water and then transferred onto the push-to-pull device,
The thin film thickness is less than 20nm method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 박막은, 집속 이온빔(Focused Ion Beam, FIB)을 이용하여 상기 초박막 인장 시편 형상으로 패터닝하는 초박막 인장 시편의 제조 방법.The method according to claim 1,
The thin film, using a focused ion beam (Focused Ion Beam, FIB) method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen patterning in the shape of the ultra-thin tensile specimen. 청구항 1에 있어서,
상기 박막은,
상기 푸시 투 풀 디바이스 위에서 상기 간극을 둘러싼 상기 고정부와 상기 이동부를 덮도록 사각형 형상으로 형성된 초박막 인장 시편의 제조 방법.The method according to claim 1,
The thin film,
A method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen formed in a rectangular shape to cover the fixing part and the moving part surrounding the gap on the push-to-pull device. 청구항 1에 있어서,
상기 초박막 인장 시편은 양단이 상기 고정부와 상기 이동부에 각각 부착되도록 도그 본 형상으로 형성된 초박막 인장 시편의 제조 방법.The method according to claim 1,
The ultra-thin tensile specimen is a method of manufacturing an ultra-thin tensile specimen formed in a dog-shaped shape so that both ends are attached to the fixing portion and the moving portion, respectively. 인장 시험시 가해지는 힘에 의해 이동하는 이동부와 상기 이동부와의 사이에 다중 절곡된 형태의 간극을 형성하도록 배치된 고정부를 포함하는 푸시 투 풀 디바이스(Push-to-pull device) 위에 박막을 전사한 후,
상기 박막을 상기 고정부와 상기 이동부 사이의 상기 간극에 배치되고 일측 단부는 상기 이동부에 부착되고 타측 단부는 상기 고정부에 부착되는 형상으로 패터닝하여 형성되고,
상기 박막의 두께는 20nm이하인 초박막 인장 시편.A thin film over a push-to-pull device including a moving portion moved by a force applied during a tensile test and a fixing portion arranged to form a gap in a multi-bent shape between the moving portion After transferring,
The thin film is disposed in the gap between the fixing part and the moving part, and one end is formed by patterning in a shape attached to the moving part and the other end is attached to the fixing part,
The thin film thickness of 20nm or less ultra-thin tensile specimen. 삭제delete
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