전자 후방 산란 분석기술과 결정소성 유한요소법을 이용한 전해 도금 구리 박막의 결정 방위에 따른 소성 변형 거동 해석

Analysis of Plastic Deformation Behavior according to Crystal Orientation of Electrodeposited Cu Film Using Electron Backscatter Diffraction and Crystal Plasticity Finite Element Method

구리 전해 도금 기술은 반도체 패키징 및 반도체, 이차 전지 등 다양한 마이크로 전자 산업 분야에서 구리 박막 또는 배선의 제조를 위해 사용되고 있으며, 각 응용처에서 요구하는 특성을 획득하기 위해 이들 구리 박막 또는 배선의 미세조직을 제어하고자 광범위한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 기계적 물성이 우수한 이차 전지용 구리 박막을 제조하기 위해, 이차 전지 제조 공정 중 기계적 또는 열적 하중에 의한 박막의 소성 변형 시 박막을 구성하는 결정립들의 결정학적 이방성의 영향성을 조사하였다. 이를 위해, 상이한 집합조직이 발달한 2 종류의 10 μm 두께 전해 도금구리 박막에 대해 전자 후방 산란 (electron backscattering diffraction or EBSD) 기술을 이용하여 표면 또는 단면의 결정방위 지도를 측정하였고, 이들을 초기 입력 정보로 한 결정소성 유한요소해석을 통해 1축 인장 변형에 따른 박막 내부의국부적 변형 거동을 분석하였다. 이를 통해, 인장 변형률의 증가에 따른 박막 내 소성 변형 불균질성과 집합조직의 변화를 추적하였고, 불균질한 소성 변형을 일으키는 결정립의 결정 방위를 확인하였다.

Copper electrodeposition technology is essential for producing copper films and interconnects in the microelectronics industries including semiconductor packaging, semiconductors and secondary battery, and there are extensive efforts to control the microstructure of these films and interconnects. In this study, we investigated the influence of crystallographic orientation on the local plastic deformation of copper films for secondary batteries deformed by uniaxial tensile load. Crystallographic orientation maps of two electrodeposited copper films with different textures were measured using an electron backscatter diffraction (EBSD) system and then used as initial conditions for crystal plasticity finite element analysis to predict the local plastic deformation behavior within the films during uniaxial tension deformation. Through these processes, the changes of the local plastic deformation behavior and texture of the films were traced according to the tensile strain, and the crystal orientations leading to the inhomogeneous plastic deformation were identified.