JPH0351729A - 内部応力測定装置 - Google Patents
内部応力測定装置Info
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- JPH0351729A JPH0351729A JP18773189A JP18773189A JPH0351729A JP H0351729 A JPH0351729 A JP H0351729A JP 18773189 A JP18773189 A JP 18773189A JP 18773189 A JP18773189 A JP 18773189A JP H0351729 A JPH0351729 A JP H0351729A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
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Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
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内部応力を測
定する装置に関するものである。
定する装置に関するものである。
（従来の技術）
半導体装置を設計する際、そこに用いられる薄膜材料の
機械的性質を十分把握しておく必要がある。特に薄膜を
基板の上に形成した際に発生する内部応力は、大きいと
きには装置の欠陥にもつながるため、正確に求めておか
なければならない。
機械的性質を十分把握しておく必要がある。特に薄膜を
基板の上に形成した際に発生する内部応力は、大きいと
きには装置の欠陥にもつながるため、正確に求めておか
なければならない。
薄膜材料の内部応力を測定する方法としては従来、基板
の弾性変形から求める方法（メーザ−（Ｊ。
の弾性変形から求める方法（メーザ−（Ｊ。
Ｍａｓｅｒ）ら、プロシーデイングスオブセブンスイン
ターナショナルバキュームコングレスアンドサードイン
ターナショナルコンコアレンスオブソリツドサーフイス
（Ｐｒｏｃ、 ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎ、 Ｖａｃ、 Ｃ
ｏｎｇｒ。
ターナショナルバキュームコングレスアンドサードイン
ターナショナルコンコアレンスオブソリツドサーフイス
（Ｐｒｏｃ、 ７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎ、 Ｖａｃ、 Ｃ
ｏｎｇｒ。
＆ ３ｒｄ Ｉｎｔｅｒｎ、 Ｃｏｎｆ’、 ５ｏｌｉ
ｄ ５ｕｒｆａｃｅｓ）、（１９７７）１７６１．）、
Ｘ線回折を利用した方法（ブレツク（１，Ｂｌｅｃｈ）
ら、ジャーナルオブアプシイドフィジクス（Ｊ、 Ａｐ
ｐｌ。
ｄ ５ｕｒｆａｃｅｓ）、（１９７７）１７６１．）、
Ｘ線回折を利用した方法（ブレツク（１，Ｂｌｅｃｈ）
ら、ジャーナルオブアプシイドフィジクス（Ｊ、 Ａｐ
ｐｌ。
Ｐｈｙｓ、）、５３（６Ｘ１９８２）４２０２．）、ラ
マン散乱射光を利用した方法（エングラート（Ｔ、 Ｅ
ｎｇｌｅｒｔ）ら、ソリッドステート エレクトロン（
Ｓｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）、２３（
１９８０）、３１．）などが用いられているが、一般的
には基板の弾性変形から求める方法が広く用いられてい
る。基板の変形量測定法としては様々な手法が考え出さ
れているが、干渉計を用いて試料の形状を干渉縞として
とらえる方法にュートン環法）は、試料の２次元的形状
を容易に観察することができる点で優れている。
マン散乱射光を利用した方法（エングラート（Ｔ、 Ｅ
ｎｇｌｅｒｔ）ら、ソリッドステート エレクトロン（
Ｓｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）、２３（
１９８０）、３１．）などが用いられているが、一般的
には基板の弾性変形から求める方法が広く用いられてい
る。基板の変形量測定法としては様々な手法が考え出さ
れているが、干渉計を用いて試料の形状を干渉縞として
とらえる方法にュートン環法）は、試料の２次元的形状
を容易に観察することができる点で優れている。
第６図は、従来の干渉計を用いた内部応力測定装置の断
面図である。温度コントローラ２０３により温度を制御
されたヒータ２０４によって、測定試料２０１が測定温
度に保持される。測定試料は、内部応力によって反りを
生じ、試料の形状は光学窓２０６を通して、干渉計２０
７により観測される。実際の測定は、加熱された試料の
変質（酸化等）を防ぐため、真空ポンプ２０５によって
真空にされた真空容器２０２中、あるいは不活性ガス雰
囲気中で行われる。
面図である。温度コントローラ２０３により温度を制御
されたヒータ２０４によって、測定試料２０１が測定温
度に保持される。測定試料は、内部応力によって反りを
生じ、試料の形状は光学窓２０６を通して、干渉計２０
７により観測される。実際の測定は、加熱された試料の
変質（酸化等）を防ぐため、真空ポンプ２０５によって
真空にされた真空容器２０２中、あるいは不活性ガス雰
囲気中で行われる。
薄膜の内部応力０は、試料の曲率半径をＲとして次式か
ら求められる。
ら求められる。
ａ＝Ｅ３− ｔｓ／（６（１−ｖｓ）ｔｆ−Ｒ）
（１）ここで、Ｅ５、ｖｓ、はそれぞ
れ基板材料のヤング率、ポアソン比、−１ｔｆはそれぞ
れ基板と薄膜の厚さを表す。従って、干渉計等によって
試料の曲率半径Ｒを測定すれば薄膜の内部応力Ｏを求め
ることができる。
（１）ここで、Ｅ５、ｖｓ、はそれぞ
れ基板材料のヤング率、ポアソン比、−１ｔｆはそれぞ
れ基板と薄膜の厚さを表す。従って、干渉計等によって
試料の曲率半径Ｒを測定すれば薄膜の内部応力Ｏを求め
ることができる。
（発明が解決しようとする課題）
上記のように、薄膜の内部応力を正確に求めるためには
、試料の曲率半径を高精度に測定する必要がある。干渉
計を用いて試料の曲率半径を測定する場合、従来性われ
ていたような干渉縞写真から干渉縞間隔を測ることによ
り曲率半径を求める方法では、解析に非常に手間がかか
り、また高い測定密度を得にくい。また、試料の反り量
が小さい場合には解析に十分な干渉稿本数が得られず、
更に、干渉縞が太くなって干渉縞位置の決定精度も悪く
なるため、曲率半径の測定密度が極端に悪化してしまう
。
、試料の曲率半径を高精度に測定する必要がある。干渉
計を用いて試料の曲率半径を測定する場合、従来性われ
ていたような干渉縞写真から干渉縞間隔を測ることによ
り曲率半径を求める方法では、解析に非常に手間がかか
り、また高い測定密度を得にくい。また、試料の反り量
が小さい場合には解析に十分な干渉稿本数が得られず、
更に、干渉縞が太くなって干渉縞位置の決定精度も悪く
なるため、曲率半径の測定密度が極端に悪化してしまう
。
そこで本発明の目的は、上記のように試料の形状を干渉
縞として捕らえることによって薄膜材料の内部応力測定
を行う際、得られた干渉縞より試料の曲率半径を正確か
つ容易に求め、内部応力の高精度簡易測定を可能とする
ことである。
縞として捕らえることによって薄膜材料の内部応力測定
を行う際、得られた干渉縞より試料の曲率半径を正確か
つ容易に求め、内部応力の高精度簡易測定を可能とする
ことである。
（課題を解決するための手段）
本発明の内部応力測定装置は、試料の形状を干渉縞によ
って観測する形状測定機構と、得られた干渉縞を画像処
理する機構と、処理画像から試料の形状を解析する干渉
縞解析機構、および試料の形状より内部応力を求める内
部応力解析機構を少なくとも備えたことを特徴とするも
のである。
って観測する形状測定機構と、得られた干渉縞を画像処
理する機構と、処理画像から試料の形状を解析する干渉
縞解析機構、および試料の形状より内部応力を求める内
部応力解析機構を少なくとも備えたことを特徴とするも
のである。
（作用）
本発明においては、形状測定機構で得られた干渉縞像を
直接干渉縞解析機構に画像信号として送り、干渉縞画像
の画像処理、および形状解析を行う。これにより、内部
応力の算出に必要な試料の曲率半径測定を高精度かつ容
易に行うことが可能となり、また、従来測定が難しかっ
た、反り量の小さい試料についても高精度に測定を行う
ことが可能となる。
直接干渉縞解析機構に画像信号として送り、干渉縞画像
の画像処理、および形状解析を行う。これにより、内部
応力の算出に必要な試料の曲率半径測定を高精度かつ容
易に行うことが可能となり、また、従来測定が難しかっ
た、反り量の小さい試料についても高精度に測定を行う
ことが可能となる。
（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。
説明する。
第１図は本発明の実施例の内部応力測定装置を示す断面
図である。測定試料１０１は真空ポンプ１０５で真空に
した真空容器１０２中において、温度コントローラ１０
３によって制御されるヒータ１０４により測定温度に保
持される。試料の形状は、光学窓１０６を通して、形状
測定機構である干渉計１０７により観測される。なお、
試料容器は傾斜台１１０の上に載せられており、形状解
析に適した干渉稿本数が得られるように、試料の傾きが
調整される。すなわち、干渉縞は傾斜成分を含んだ状態
で得られることになる。干渉計で得られた干渉縞像は画
像信号として、干渉縞解析機構である形状解析プロセッ
サ１０８に送られる。第２図は干渉縞解析機構における
処理の流れを示す図である。形状解析プロセッサではま
ず送られてきた干渉縞画像に対し、試料部分の画像の切
り出しを行い、２値化処理を行い（第３図（ａ））、さ
らに細線化処理によって干渉縞の中心線が抽出される（
第３図（ｂ））。画像処理を終えた干渉縞データは形状
解析を行う領域が設定され、更に、縞の一本一本に対し
縞の次数に対応する番号付け（ラベリング処理）が行わ
れた後（第３図（Ｃ））、断面形状解析が行われる。断
面形状の解析は以下のような手段で行われる。第３図（
Ｃ）において、まずある断面ＡＡ”の画像データを取り
込み、画素単位に縞の有無を判別し、縞のある位置とそ
の点の変位量（その縞の次数ＸＡ／２）との関係をプロ
ットする（第４図■）。
図である。測定試料１０１は真空ポンプ１０５で真空に
した真空容器１０２中において、温度コントローラ１０
３によって制御されるヒータ１０４により測定温度に保
持される。試料の形状は、光学窓１０６を通して、形状
測定機構である干渉計１０７により観測される。なお、
試料容器は傾斜台１１０の上に載せられており、形状解
析に適した干渉稿本数が得られるように、試料の傾きが
調整される。すなわち、干渉縞は傾斜成分を含んだ状態
で得られることになる。干渉計で得られた干渉縞像は画
像信号として、干渉縞解析機構である形状解析プロセッ
サ１０８に送られる。第２図は干渉縞解析機構における
処理の流れを示す図である。形状解析プロセッサではま
ず送られてきた干渉縞画像に対し、試料部分の画像の切
り出しを行い、２値化処理を行い（第３図（ａ））、さ
らに細線化処理によって干渉縞の中心線が抽出される（
第３図（ｂ））。画像処理を終えた干渉縞データは形状
解析を行う領域が設定され、更に、縞の一本一本に対し
縞の次数に対応する番号付け（ラベリング処理）が行わ
れた後（第３図（Ｃ））、断面形状解析が行われる。断
面形状の解析は以下のような手段で行われる。第３図（
Ｃ）において、まずある断面ＡＡ”の画像データを取り
込み、画素単位に縞の有無を判別し、縞のある位置とそ
の点の変位量（その縞の次数ＸＡ／２）との関係をプロ
ットする（第４図■）。
次に、このプロット間を関数近似によってなめらかな曲
線で結び（第４図■）、プロット間における変位量を求
める。次にこの断面データを直線近似（第４図■）する
ことによって、傾斜成分を決定し、これを各々のデータ
から差し引くことによってその断面の形状を得る（第４
図■）。この断面形状解析を被解析領域全体について行
うことにより、二次元的な形状が求められる。つまり、
第３図（Ｃ）におけるＢＢ’断面からＣＣ′断面までの
全断面について、上に述べた断面形状解析が行われる。
線で結び（第４図■）、プロット間における変位量を求
める。次にこの断面データを直線近似（第４図■）する
ことによって、傾斜成分を決定し、これを各々のデータ
から差し引くことによってその断面の形状を得る（第４
図■）。この断面形状解析を被解析領域全体について行
うことにより、二次元的な形状が求められる。つまり、
第３図（Ｃ）におけるＢＢ’断面からＣＣ′断面までの
全断面について、上に述べた断面形状解析が行われる。
ただし、傾斜成分の大きさは解析部分の全領域に一定と
みなせるため、解析の前段階においである一断面につい
てのみ行う。曲率半径Ｒは対象物の大きさに比べ非常に
大きいと考えられるので、曲率半径Ｒは近似的に次式で
表される（第５図参照）。
みなせるため、解析の前段階においである一断面につい
てのみ行う。曲率半径Ｒは対象物の大きさに比べ非常に
大きいと考えられるので、曲率半径Ｒは近似的に次式で
表される（第５図参照）。
Ｒ＝ｘ２／（２・ｈ） （２
）従って、試料の曲率半径は、前記の二次元形状解析に
より得られた断面形状データを上式に当てはめることに
より求めることができる。得られた曲率半径の値は内部
応力解析機構である内部応力解析プロセッサに送られ、
ここで（１）式を用いて試料の内部応力が算出される。
）従って、試料の曲率半径は、前記の二次元形状解析に
より得られた断面形状データを上式に当てはめることに
より求めることができる。得られた曲率半径の値は内部
応力解析機構である内部応力解析プロセッサに送られ、
ここで（１）式を用いて試料の内部応力が算出される。
なお、本発明において、干渉計の方式はフィゾー型、ト
ワイマン・グリーン型、斜め入射型など任意の方式を用
いることができ、また干渉縞の解析方法は実施例に示し
た方法以外に、ヘテロダイン干渉法、縞走査干渉法など
による解析などを用いても同様の効果が得られることは
明白である。
ワイマン・グリーン型、斜め入射型など任意の方式を用
いることができ、また干渉縞の解析方法は実施例に示し
た方法以外に、ヘテロダイン干渉法、縞走査干渉法など
による解析などを用いても同様の効果が得られることは
明白である。
（発明の効果）
以上説明してきたように、本発明の内部応力測定装置に
よれば、薄膜材料の内部応力測定の際、干渉縞から試料
の曲率半径を高精度かつ容易に求めることができるため
、薄膜内部応力の高精度簡易測定が可能となり、その効
果は絶大である。
よれば、薄膜材料の内部応力測定の際、干渉縞から試料
の曲率半径を高精度かつ容易に求めることができるため
、薄膜内部応力の高精度簡易測定が可能となり、その効
果は絶大である。
第１図は本発明の一実施例の内部応力測定装置を示す断
面図、第２図は干渉縞解析の流れ図、第３図は干渉縞処
理結果の例、第４図は断面形状解析の原理を示した図、
第５図は曲率半径の求め方を示した図、第６図は従来の
内部応力測定装置の断面図である。
面図、第２図は干渉縞解析の流れ図、第３図は干渉縞処
理結果の例、第４図は断面形状解析の原理を示した図、
第５図は曲率半径の求め方を示した図、第６図は従来の
内部応力測定装置の断面図である。
Claims (1)
- 試料の形状を干渉縞によって観測する形状測定機構と、
得られた干渉縞を画像処理する機構と、処理画像から試
料の形状を解析する干渉縞解析機構、および試料の形状
より内部応力を求める内部応力解析機構を少なくとも備
えたことを特徴とする内部応力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18773189A JPH0351729A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 内部応力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18773189A JPH0351729A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 内部応力測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0351729A true JPH0351729A (ja) | 1991-03-06 |
Family
ID=16211198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18773189A Pending JPH0351729A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 内部応力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0351729A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0510834A (ja) * | 1991-07-03 | 1993-01-19 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光学的微小荷重変位測定装置 |
| JP2004532984A (ja) * | 2001-05-25 | 2004-10-28 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | 体積力の作用を含む、積層及びグレーデッド型の構造体の大変形と応力の測定 |
| JP2009014606A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Hitachi Ltd | 残留応力測定装置及び残留応力測定方法 |
| RU2624611C1 (ru) * | 2016-09-28 | 2017-07-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ измерения механических напряжений в мэмс-структурах |
-
1989
- 1989-07-19 JP JP18773189A patent/JPH0351729A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0510834A (ja) * | 1991-07-03 | 1993-01-19 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | 光学的微小荷重変位測定装置 |
| JP2004532984A (ja) * | 2001-05-25 | 2004-10-28 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | 体積力の作用を含む、積層及びグレーデッド型の構造体の大変形と応力の測定 |
| JP2009014606A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Hitachi Ltd | 残留応力測定装置及び残留応力測定方法 |
| RU2624611C1 (ru) * | 2016-09-28 | 2017-07-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ измерения механических напряжений в мэмс-структурах |
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