JPH03245048A - 熱膨張係数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は基板上に形成された薄膜材料の熱膨張係数を測
定する装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体装置等に用いられる薄膜材料の物性が注目
されており、盛んに研究開発が行われている。特に薄膜
材料の熱膨張係数は、半導体製造工程における加熱・冷
却時の薄膜の挙動を知る上で重要である。基板上に形成
された薄膜材料の熱膨張係数は、試料を加熱あるいは冷
却した際に、基板と薄膜の熱膨張係数差によって生じる
試料の変形を観察することにより求められる。試料の変
形量測定には様々な手法が考案されているが、干渉計を
用いて変形量測定を行う方法にュートン環法）は、試料
の２次元的形状を正確に求められる点で優れている（興
国はか、第１０回日本熱物性シンポジウム講演論文集、
　１０（１９８９）、　１１）。

第２図は干渉計を用いた従来の熱膨張係数測定装置の断
面図である。温度コントローラ２９により温度を制御さ
れたヒータ２２によって、測定試料２１が加熱される。

また、試料２１が加熱によって酸化等の変質を生じる場
合には、これを防ぐために真空容器３１中で、真空ポン
プ２４でひいた真空雰囲気で測定を行う。加熱された測
定試料２１は、基板と薄膜の熱膨張係数差により生じる
熱応力によって変形する。試料２１の変形は窓２５を通
して、干渉計２３により観測される。このとき、試料２
１の傾き角は傾斜台３０によって正確な干渉縞解析が行
えるような干渉縞像が得られるように微調整される。干
渉計より得られた干渉縞は画像処理プロセッサ２６によ
り画像処理され、曲率半径解析部２７において試料の曲
率半径が解析される。測定された試料温度および曲率半
径をもとに、計算機２８により薄膜の熱膨張係数が算出
される。

測定された試料の曲率半径Ｒより薄膜の応力変化σは次
のように求められる。

薄膜の熱膨張係数α、は応力の温度勾配ｄσ／ｄＴから
次式のように求まる。

なお、α＋　Ｅ　＋シ、ｔはそれぞれ熱膨張係数、ヤン
グ率、ポアソン比、厚さを表わす（添字のｆは薄膜材料
を、Ｓは基板材料を表わす）。また、Ｔは温度を表わす
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、干渉計によって温度変化に伴う試料の形
状変化を求め、薄膜の熱膨張係数を測定する際、試料の
加熱を行うと薄膜と基板の熱膨張係数差による熱変形に
伴い、試料の干渉計に対する傾き角に変化が生じてしま
う。そこで、正確な干渉縞解析が行えるよう試料の傾き
角を調整する必要がある。そのため、測定者は、測定時
間のあいだ常に干渉縞像を観察しながら試料の傾き角を
微調整しなければならず、多大な労力を要した。

また、調整の不十分は測定精度の悪化を招いた。

本発明の目的は、干渉計を用いて薄膜材料の熱膨張係数
測定を行う際、試料の傾き角を自動的に調整することに
より測定の際の省力化、および測定精度の向上を図る熱
膨張係数測定装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明に係る熱膨張係数測定
装置においては、温度変化による試料形状変化を干渉計
を用いて行い薄膜の熱膨張係数測定を行う測定装置であ
って、 試料の傾き角を判定する機構と、試料の傾き角を調整す
る機構とを有するものである。

〔作用］ 試料の曲率半径を測定する際、まず得られた干渉縞像か
ら試料の傾き角を判定する。その判定結果をもとに必要
な試料の傾き角補正量を求め、傾斜台の傾き角を自動調
整する。再び干渉縞像より試料の傾き角を判定し、曲率
半径測定に最適な傾き角になるまで調整を繰り返した後
、干渉縞像から試料の曲率半径を求める。これにより、
測定時の測定者による試料の傾き角調整が不要となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の実施例の熱膨張係数測定装置を示す断
面図である。

図において、測定試料１は真空容器１４中において、温
度コントローラ９によって制御されるヒータ２により加
熱される。試料ｌの変形は窓５を通して干渉計３により
観測される。干渉計３にて得られた干渉縞像は画像処理
プロセッサ６により干渉縞画像の２値化処理、細線化処
理等の画像処理が行われた後、まず傾斜角度解析部１１
に送られる。

傾き角の判定方法の一例を第３図を用いて説明する。傾
斜角度解析部１１では得られた干渉縞画像（第３図（ａ
））のＸ方向のある任意の断面ＡＡ’について干渉縞の
ある位置を検出し、それぞれの干渉縞に順番に番号（縞
次数）付けを行う。干渉縞位置と番号の関係は第３図（
ｂ）のようになり、抽出した断面における最低部（試料
が凹に反っている場合）あるいは最高部（試料が凸に反
っている場合）の位置が変曲点として求められる。この
変曲点位置より、試料のＸ方向の傾き角が求められる（
第３図（Ｃ））。同様にしてｙ方向の断面ＢＢ’よりｙ
方向の傾き角が求められる。求められた傾き角から最適
な傾き角になるための補正量が計算機８により計算され
る。ここで、傾斜台１０ａは基台１０ｂ上に支持部材１
０ｃ、　ＩＯｃを介して傾斜可能に支持され、傾斜台１
０ａ上に真空容器１４が設置される。また、支持部材１
０ｃはモータ１３によりそれぞれ駆動されて傾斜台１０
ａを傾斜調整する。１２はモータ１３を駆動制御するモ
ータドライバである。

計算機８は、最適な傾き角になる補正量に基づいて指令
をモータドライバ１２に出力し、モータ１３を駆動して
傾斜台１０ａの傾き角を調整する。調整後、再び上記の
作業により試料の傾き角を判定し、傾き角が曲率半径解
析に最適となるまで作業を繰り返す。傾き角調整が終了
すると、干渉縞画像は曲率半径解析部７に送られ、試料
の曲率半径が解析される。曲率半径測定が終了すると、
温度コントローラ９の制御の下にヒータ２により次の測
定温度まで試料１が加熱・冷却され、再び試料の傾き角
調整が行われた後、曲率半径の測定が行われる。以上の
作業の繰り返しを測定温度範囲全体にわたって行い、最
終的に温度と曲率半径の関係から薄膜の熱膨張係数が算
出される。

なお、本発明の熱膨張係数測定装置において、上記以外
の画像認識アルゴリズムによって試料の傾き角判定を行
っても同様の効果が得られることは明らかである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の熱膨張係数測定装置によ
れば、薄膜材料の熱膨張係数測定の際に、試料の傾き角
調整が不要となり、測定の全自動化が可能となる。これ
により、測定の際の労力が大幅に削減され、さらに微小
温度間隔ごとの曲率半径測定、最適条件による曲率半径
解析により、薄膜熱膨張係数の測定精度の向上が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱膨張係数測定装置を
示す断面図、第２図は従来の熱膨張係数測定装置を示す
断面図、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は試料の傾
き角判定の一方法を説明するための図である。 ｌ・試料　　　　　　　２・・ヒータ ３・・・干渉計　　　　　　４・・・真空ポンプ５・・
・窓　　　　　　　　６・・・画像処理プロセッサ７・
・曲率半径解析部　　８・・・計算機９・・・温度コン
トローラ　ＩＯａ・・・傾斜台１１・・・傾斜角度解析
部　　１２・・・モータドライバ１３・・モータ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度変化による試料形状変化を干渉計を用いて行
   い薄膜の熱膨張係数測定を行う測定装置であって、 試料の傾き角を判定する機構と、試料の傾き角を調整す
   る機構とを有することを特徴とする熱膨張係数測定装置
   。