JPH11153555A

JPH11153555A - 薄膜測定装置

Info

Publication number: JPH11153555A
Application number: JP33352597A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kawanaka; 博之川中
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜の熱膨張係数などの熱的特性やヤング率
などの弾性的特性を、安価で簡便に測定する。【解決手段】試料室１０全体を水平方向に移動させな
がら、レーザ変位計１８のレーザ光をガラス窓１６から
試料１４に入射することで、試料１４の反り形状を測定
する。測定値と試料１４の移動距離はコンピュータ２０
に取り込まれ、演算処理が行われる。このとき、ガラス
窓１６による反射光の影響で、測定結果にうねりが生ず
る。しかし、試料１４とガラス窓１６間の距離ｄやガラ
ス窓１６の厚みｔを５mm前後とすると、反射光の影響が
低減され、良好に試料１４の反りが測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜材料の熱膨
張係数などの熱的特性や、ヤング率などの弾性的特性を
測定する薄膜測定装置に関するものである。

【０００２】

【背景技術と発明が解決しようとする課題】近年、電子
デバイスの小型化が急速に促進され、その製造技術も飛
躍的に向上している。素子の小型化のためのもっとも有
効な手段として、スパッタ，真空蒸着，ＣＶＤなどの薄
膜化技術が利用されている。このため、それら技術の発
展に伴って、薄膜の評価技術の必要性が高まっている。

【０００３】最近の傾向として、薄膜磁気ヘッドやマイ
クロマシンといった分野において、数十μｍに及ぶ厚膜
が利用され始めてきている。このような場合、積層され
た厚膜と基板，あるいは膜と膜との界面に応力が蓄積さ
れやすくなる。更に、これら薄膜デバイスの作製行程中
には、必ずといってよいほど熱処理の行程が含まれる
が、このときに加えられる熱と、基板及び各積層膜の熱
膨張係数の違いにより、素子内部の応力状態が過剰に変
化してしまう。これらは、薄膜デバイスを製造する上
で、膜剥離や素子特性の劣化の原因となることが多い。

【０００４】一方、薄膜の熱膨張係数は、同じ材料のバ
ルク材と比較して成膜方法や成膜条件により大きく変動
する可能性がある。また、成膜後の熱履歴によって膜の
状態は刻々と変化し、単純にバルク材における熱挙動か
ら類推することは難しい。上述した加熱時の膜の熱挙動
を予測するためには、膜の熱膨張係数を正確に測定して
おくことが不可欠である。更に、素子内部の応力状態を
知るためには、膜のヤング率など弾性的な性質も把握し
ておく必要がある。このような熱膨張係数やヤング率を
測定するためには、基板上に膜が成膜された状態で加熱
しながら基板の反り量を測定する必要がある。これは、
熱処理による応力緩和のプロセスを理解する上でも重要
なデータとなる。

【０００５】前記反り量を測定する手法としては触針式
変位計がある。これは、触針を試料の表面に接触させて
基板の反りを測定する方法である。この方法では、触針
式変位計の過熱を防止するため、測定温度の上限が限ら
れている。また、過熱状態で基板全域にわたって温度を
一定に保つために、基板をシリコーンオイルなどの耐熱
性流体に浸す方法がある。しかし、流体の耐熱性の限界
により、温度の上限は２００度程度である。更に、この
触針式の場合、触針を試料に接触させるために触針にあ
る程度の加重をかける必要があり、これによって試料の
変形が生じる。従って、試料が薄く変形しやすい場合
は、正確な測定が困難であるという不都合がある。

【０００６】これに対し、レーザ光を利用する光学的変
位計による方法がある。これは、レーザ光を試料に照射
して、レーザ変位計から試料までの距離を光学的に測定
することで、試料の反り形状を測定するものである。こ
の方法でも、ヒータによって試料を加熱し、試料全域の
温度を一定に保ちながら測定が行われる。しかし、試料
室内の雰囲気ガスの対流によってガスの屈折率の変動が
生じ、レーザ変位計の値が変動するという不都合があ
る。また、加熱により試料室外部も加熱されるために測
定装置自体の過熱も生じ、加熱温度の上限が３００℃を
越えることは難しい。

【０００７】一方、薄膜デバイスの作製行程中には、３
００℃を越える熱処理行程がある場合が多い。このた
め、上述した方法では、３００℃を越える温度領域にお
ける膜の熱挙動を解明するためには不十分である。

【０００８】この発明は、以上の点に着目したもので、
その目的は、薄膜の熱膨張係数などの熱的特性やヤング
率などの弾性的特性を良好に測定することである。他の
目的は、安価で簡便に熱膨張係数やヤング率を測定する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、試料室内に配置されており、測定対象
の薄膜が形成された試料に、前記試料室に設けられてい
るガラス窓を通じて光学的変位測定手段から光を照射
し、これによる測定結果を利用して前記薄膜の熱的特性
を演算する薄膜測定装置において、試料表面とガラス窓
の距離ｄ，ガラス窓の厚みｔ，ガラス窓の屈折率ｎ，光
の試料への入射角θ，光学的変位測定手段の受光部の長
さＷが、ｄsin2θ／cosθ≧Ｗ２ｔsinθcosθ／（ｎ²−sin²θ）≧Ｗｄsin2θ／cosθ−２ｔsinθcosθ／（ｎ²−sin²θ）≧
Ｗの関係を満たすことを特徴とする。主要な形態の一つに
よれば、反りのない試料の測定結果を利用して、測定対
象の薄膜の測定結果が修正される。

【００１０】他の発明は、測定対象の薄膜が形成された
試料を、気体が充填されている試料室の中に配置すると
ともに、この試料を加熱しつつ、前記試料室に設けられ
ているガラス窓を通じて光学的変位測定手段から光を照
射し、これによる測定結果を利用して前記薄膜の熱的特
性を演算する薄膜測定装置において、前記試料室内の気
体圧力を１〜５０mTorrの範囲内に保持することを特徴
とする。

【００１１】他の形態は、室温と略同程度の温度の空気
を、前記ガラス窓の表面に沿って流すことを特徴とす
る。更に他の形態は、前記試料室を全体として水平方向
に移動する手段を備えたことを特徴とする。あるいは、
前記薄膜の熱的特性の代わりに薄膜の弾性的特性を演算
することを特徴とする。

【００１２】この発明の前記及び他の目的，特徴，利点
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。＜実施形態１＞この形態は、比較的低い温度範囲で良好
に測定が可能である。本形態の測定装置は、図１に示す
ような構成となっている。同図において、試料室１０の
外壁には過熱防止のため冷却水が通されている（図示せ
ず）。ヒータ１２により試料１４を加熱し、試料室１０
内の雰囲気全体を一定温度に保つ。試料１４としては、
例えば、直径１５mm程度の丸形あるいは短冊形の非常に
小さなもので測定ができる。試料室１０の上部には、耐
熱性の透明ガラス窓１６が設置されている。試料室１０
内は、空気もしくは不活性ガスが充填されている。

【００１４】レーザ変位計１８から射出されたレーザ光
は、このガラス窓１６から試料１４に入射する。これに
よって、レーザ変位計１８から試料１４までの距離を光
学的に測定する。この測定を、試料室１０全体を水平方
向（紙面左右方向）に移動させながら行うことで、試料
１４の反り形状を測定する。レーザ変位計１８による測
定値と、試料１４の移動距離は、コンピュータ２０に取
り込まれ、演算処理が行われて試料１４の反り形状が画
面に表示される。

【００１５】次に、図２を参照して測定例を説明する。
測定に使用した試料としては、φ（直径）１５mm×ｔ
（厚さ）０．６５mmのガラス基板上にＳｉＯ2膜を約５
μm成膜し、更に基板裏面からのレーザ光の反射を防ぐ
ために、ＳｉＯ2膜上に反射膜としてＡｕ膜を約３０nm
成膜した。

【００１６】図２(A)は、図１の測定装置を用いて前記
試料の反りを測定した結果の一例である。この測定で
は、試料は加熱していない。また、試料１４とガラス窓
１６の間の距離は０．５mm，ガラス窓１６の厚みは２mm
である。図２(A)には、ガラス窓１６がある場合とない
場合の測定値が比較して示されている。同図に示すよう
に、ガラス窓１６がない場合は試料１４の反り形状が良
好に測定されているが、ガラス窓１６がある場合は測定
波形にうねりが生じている。

【００１７】図２(B)は、試料１４とガラス窓１６との
間の距離を５mmとするとともに、ガラス窓１６の厚みを
０．８５mmとした場合の測定結果である。図２(A)と比
較して、試料１４とガラス窓１６との距離を離すととも
に、ガラス窓１６を薄くしている。同様に、試料１４は
加熱していない。同様に、ガラス窓１６がない場合は試
料１４の反り形状が良好に測定されているが、ガラス窓
１６を設置した場合は測定波形にうねりが生じている。

【００１８】このように、いずれの場合にも、ガラス窓
１６があると、良好に反りを測定することができない。
これら波形のうねりは、以下に述べるような原因による
ものである。図５に、測定時におけるレーザ光の反射の
様子を示す。同図に示すように、レーザ光は、透明ガラ
ス窓１６で屈折した後試料１４に入射する。そして、試
料１４で反射し、もう一度ガラス窓１６を通り抜けて、
レーザ変位計１８の受光部１８Ａに達する。これをＢ0
で示す。受光部１８Ａに達する光が、この光Ｂ0のみで
あれば特に不都合は生じない。

【００１９】しかし、現実には、ガラス窓１６の表面に
よる反射光Ｂ1，Ｂ2及びＢ3などが存在する。これら反
射光Ｂ1，Ｂ2及びＢ3などが受光部１８Ａに入射する
と、その出力値が変動してしまう。特に、反射光Ｂ2，
Ｂ3は、試料反射光Ｂ0に最も近い位置にあり、反射光の
強度自体も強い。従って、これら反射光Ｂ2及びＢ3が、
受光部１８Ａに入射しないようにする必要がある。

【００２０】これらのうち、反射光Ｂ2が受光部１８Ａ
に達するのは、試料１４とガラス窓１６間の距離ｄが非
常に近い場合である。例えば、ｄ＝０．５mmの状態で試
料４の反りを測定すると、上述したように図２(A)のよ
うな波形になる。一方、反射光Ｂ3が受光部１８Ａに達
するのは、ガラス窓１６の厚みｔが非常に薄い場合であ
る。例えば、ｔ＝０．８５mmの場合は、上述したように
図２(B)のようになる。このような距離ｄと厚さｔの値
から、反射光Ｂ2，Ｂ3の位置を計算し、受光部１８Ａか
らはずれるような設定，すなわち距離ｄ及び厚さｔをい
ずれも大きくする設定とすれば、反射光Ｂ2，Ｂ3の影響
を低減することができる。図３(A)には、一例として、
ｄ＝５mm，ｔ＝５mmとした場合の測定結果が示されてい
る。同図に示すように、ガラス窓１６がない場合とほと
んど同様の波形が得られる。

【００２１】次に、反射光Ｂ4，Ｂ5などの影響を受ける
可能性もあるが、ｄ＝５mm，ｔ＝５mm前後の条件では、
ほとんど影響は見られない。なお、これらの反射光Ｂ
4，Ｂ5についてより確実に対策を施す方法としては、ガ
ラス窓１６の表面を図１の紙面に対して斜めに配置する
ことが考えられる。すなわち、紙面に対して垂直の方向
に光の反射方向をずらすことで、その悪影響を低減でき
る。

【００２２】良好な測定結果が得られるガラス窓１６の
厚みｔや距離ｄについての条件を数式で示すと、以下の
通りとなる。Ｄ02＝ｄsin2θ／cosθ Ｄ03＝２ｔsinθcosθ／√（ｎ²−sin²θ）Ｄ04＝Ｄ02−Ｄ03 ………(1) Ｄ02，Ｄ03，Ｄ04≧Ｗここで、Ｄab：反射光ＢaとＢbの距離，Ｗ：受光部１８
Ａの長さ，θ：レーザ光の入射角，ｎ：ガラス窓１６の
屈折率である。

【００２３】これらから、ｄsin2θ／cosθ≧Ｗ２ｔsinθcosθ／√（ｎ²−sin²θ）≧Ｗ ………(2) ｄsin2θ／cosθ−２ｔsinθcosθ／√（ｎ²−sin²θ）≧Ｗとなる。このような条件で測定を行うことによって、正
確な試料１４の反りの測定が可能となる。

【００２４】図３(A)は、上記条件のもとに試料１４の
反りを測定した例である。試料１４は加熱しておらず、
試料１４とガラス窓１６の間の距離ｄは５mm，ガラス窓
１６の厚みｔは５mmで、上記条件を満足している。ガラ
ス窓１６がない場合と同様に、試料１４の反りが正確に
測定されている。

【００２５】図３(B)は、上記条件を満たすものの、ガ
ラス窓１６の表面が測定者の指紋で汚れている場合の例
である。同様に、試料１４は加熱せず、試料１４とガラ
ス窓１６の間の距離ｄは５mm，ガラス窓１６の厚みｔは
５mmで、前記最適な測定条件を満足している。同図に示
すように、ガラス窓１６がない場合には、試料１４の反
り形状が良好に測定されている。しかし、ガラス窓１６
を設置した場合は、波形に多数のノイズが重なってい
る。これは、ガラス表面の指紋による汚れが原因である
と考えられる。これからすれば、ガラス表面で光の乱反
射が生じないように、汚れのないきれいで清浄な表面状
態にしておくことが重要である。

【００２６】図４は、上記条件を満たすものの、ガラス
表面の仕上げ加工精度が悪く厚み分布がある場合の例で
ある。同様に、試料１４は加熱せず、試料１４とガラス
窓１６の間の距離ｄは５mm，ガラス窓１６の厚みｔは５
mmで、前記最適な測定条件を満足している。同図に示す
ように、ガラス窓１６がない場合には、試料１４の反り
形状が良好に測定されている。しかし、ガラス窓１６を
設置した場合は、波形に大きなうねりが生じている。こ
れは、ガラス表面の仕上げ加工精度が悪く、ガラス窓１
６に厚み分布があるのが原因であると考えられる。すな
わち、ガラス窓１６に厚み分布があると、レーザ光に光
路差が生じてしまう。

【００２７】このような現象は、ガラス窓１６の加工精
度を上げることで回避できるが、加工精度を上げるため
に多くのコストがかかってしまう。これは、頻繁に交換
する部品には都合の悪いことである。そこで、ガラス窓
１６の厚み分布による測定値の揺らぎを回避するため、
次のような方法で測定を行う。まず、反りのない基板を
通常通り測定し、ガラス窓１６の厚み分布によって生じ
る測定値のずれも含めた波形を測定し、コンピュータ２
０（図１参照）にデフォルトデータとして取り込む。次
に、レーザ変位計１８とガラス窓１６の相対位置が変化
しない状態で測定対象の試料１４をセットして同じ測定
を行い、測定データとしてコンピュータ２０に取り込
む。こうして得られた２つのデータを演算処理し、測定
データに含まれているガラス厚み分布の影響を除去する
と、試料１４の真の反りが測定できる。図６に、以上の
測定結果の一例を示す。

【００２８】以上説明したように、本形態によれば、次
のような効果がある。 (1)光学的変位測定手段を使用しているので、非接触で
測定対象試料の反りを測定することができ、触針式では
正確な測定が困難な薄く変形しやすい試料でも測定が可
能となる。 (2)測定対象が、試料室の内部に隔離して設置されるの
で、試料室外部にある測定機構の過熱を抑制することが
できる。 (3)非常に安価な装置及び少ない工数で試料の反りを測
定でき、ひいては薄膜の熱膨張係数αやヤング率Ｅを演
算で求めることができる。

【００２９】＜実施形態２＞この形態は、比較的高い温
度範囲で良好に測定が可能である。本形態の測定装置
は、同様に図１に示すような構成となっている。本形態
の試料１４も、同様にφ１５mm×ｔ０．６５mmのガラス
基板上に、ＳｉＯ₂膜を約５μm成膜し、更に基板裏面か
らのレーザ光の反射を防ぐために、ＳｉＯ₂膜上に反射
膜としてＡｕ膜を約３０nm成膜した。

【００３０】図７のグラフＧ１には、試料室１０内を３
８０℃に保った１気圧の状態における測定例が示されて
いる。試料１４は移動せず、同じ位置を４０秒間測定し
続けたときの測定値の揺らぎの様子を示す。試料１４の
同じ位置を固定して測定しているにもかかわらず、測定
値は±１μmの範囲で一定せずに揺らいでいる。これ
は、試料室１０の内部の雰囲気ガスが、加熱されること
によって対流を起こし、場所による雰囲気ガスの屈折率
の分布が生じたためであると考えられる。雰囲気ガスの
屈折率に分布が生ずると、レーザ光が異常に屈折するよ
うになる。

【００３１】そこで、試料室１０内部のガスを真空ポン
プ（図示せず）により排気し、圧力を下げることによっ
てガスの対流を抑制し、同様の測定を行った。１気圧か
ら５０mTorrまでの圧力範囲においては、測定値の揺ら
ぎを取り去ることはできなかった。しかし、５０mTorr
以下の圧力においては、図７のグラフＧ２に示すよう
に、測定値は安定し、揺らぎのほとんどない正確な測定
が可能となった。

【００３２】一方、試料室１０を真空に排気した場合、
ヒータ１２と試料１４との間の微少な隙間に存在する気
体も稀薄になってしまうため、ヒータ１２の熱が試料１
４に伝わり難くなる。このため、ヒータ１２の温度変化
に対する試料１４の温度の応答性が悪くなる可能性があ
る。そこで、ヒータ１２の温度変化に対する試料温度の
応答の様子を調べた。その結果を図８に示す。同図は、
ヒータ１２のスイッチをＯＮにしてから試料１４の温度
が一定になるまでの様子を、ガス圧をパラメータとして
示す。１気圧から１mTorrの範囲においては、試料１４
の温度が平衡状態になるまでにはいずれも約２０分程度
かかり、ガス圧による差はあまりない。しかし、０．５
mTorr以下になると、急激に試料温度の応答性が悪化
し、０．１mTorrでは５０分経過後も試料温度は平衡状
態に達していない。このような場合には、測定に多大の
時間を要し、測定効率が悪くなってしまう。本形態の測
定装置を用いて、試料１４の反りを安定して測定するた
めには、ガス対流による揺らぎと試料温度を安定化させ
ることが必要であるが、この条件を満たすための試料室
１０内のガス圧力は、１mTorrから５０mTorrの範囲内が
好適であることが判明した。

【００３３】次に、上述した試料室１０内の最適な圧力
条件を利用して、今度は試料温度６００℃で同様の測定
を行った。その結果を、図９グラフＧ３に示す。同図
は、試料１４を移動せず、同じ位置を２０秒間測定し続
けたときの測定値の揺らぎの様子を示すものである。試
料１４の同じ部位を固定して測定しているにもかかわら
ず、測定値は±４μmの範囲で一定せずに揺らいでい
る。これは、試料室１０の上部に設けられたガラス窓１
６が加熱され、ガラス上部の空気が加熱されることによ
って外気が対流を起こしたためと考えられる。この対流
によって、場所による空気の屈折率の分布が生じ、レー
ザ光が異常に屈折するようになると考えられる。

【００３４】そこで、ガラス窓１６上部の空気の温度分
布を除去するために、ガラス窓１６上部から温度が室温
で一定の空気をガラス上面を沿うように流した。これに
よって、ガラス窓１６上部の空気の対流を強制的に除く
ことが可能となる。図１０には、その様子が示されてお
り、ガラス窓１６の加熱によるガラス窓上部の空気の対
流を抑制するため、矢印２２で示すように一定温度の空
気を噴出する。なお、試料室１０の圧力は、上述したよ
うに１〜５０mTorrの範囲内に保たれている。この装置
によって測定をやり直した結果、図９のグラフＧ４に示
すように測定値が安定し、揺らぎのほとんどない正確な
測定が可能となった。

【００３５】次に、図１０の装置による反りの測定例を
説明する。測定試料１４として、Ｔａ₂Ｏ₅膜，ＳｉＯ₂
膜，及びＡｌ₂Ｏ₃膜を、以下の２種類の基板(1)熱膨張
係数が５×１０^-7／℃，ヤング率が７．２７×１０¹¹dy
n／cm²，ポアソン比が０．２９，サイズがφ１５mm×t
０．５０mmの石英基板，(2)熱膨張係数が１２０×１０^-
⁷／℃，ヤング率が５．５９×１０¹¹dyn/cm²，ポアソン
比が０．１７，サイズがφ１５mm×t ０．６５mmのガラ
ス（＃７６２２）基板，の上にそれぞれ成膜する。更
に、各膜の表面には、レーザ光に対する高反射率を得る
ため、約４０nmのＣｒ膜を形成するとともに、更にＣｒ
膜の変質を防ぐための約４０nmのアルミナ保護膜を成膜
する。なお、測定対象であるＴａ₂Ｏ₅膜，ＳｉＯ₂膜，
及びＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚は、それぞれ１０μmである。

【００３６】図１１には、ＳｉＯ₂膜の反りの変化の様
子を温度をパラメータとして示す。同図(A)は基板がガ
ラス，(B)は石英の場合である。これらの図に示すよう
に、室温（Ｒ．Ｔ．）から６００℃の範囲で、良好に反
りの変化が測定できている。また、基板の熱膨張係数の
違いにより、温度に対する試料の反りの変化の度合いが
異なることもはっきりと判る。

【００３７】これら測定された反りの波形には多少のノ
イズ成分が含まれるため、反り量を算出する際には二次
曲線によるフィッティング処理を施し、読み取りの誤差
が最小限となるように工夫する。このフィッテイングさ
れた曲線の式から反り量を算出するには、（反り量δ）＝（二次係数）×（ｘ／２）² …………(3) の関係を用いる。ここで、ｘは反りの測定長である。こ
れによって求めた反り量δから、 Δδ＝（4／3）・（Ｅs ・Δδ・Ｄ²）／｛（１−νs ）・ｄ・ｌ²）……(4) によって求められる。なお、この(4)式中、Ｅsは基板の
ヤング率，νsは基板のポアソン比，Ｄは基板の厚み，
ｄは膜の厚み，ｌは測定長，δは反り量（測定長ｌの中
点における変位量）である。

【００３８】以上のような関係式を利用して求めた温度
（横軸）に対する膜応力（縦軸）の変化の様子は、例え
ば図１２に示すようになる。図中、グラフＧ５はガラス
基板，グラフＧ６は石英基板の場合である。この膜応力
の変化を最小自乗法によって直線近似し、その直線の傾
きから温度変化に対する膜応力の変化の割合（一次係
数）が算出される。ガラス及び石英という２種の熱膨張
係数の異なる基板を用いているため、これら２本の直線
Ｇ５，Ｇ６の傾きより、ＳｉＯ₂膜の熱膨張係数αf ＝
１６．２×１０^-7／℃，Ｅs ／（ｌ−νf）＝７．１１
×１０¹¹dyn／cm²と算出できた。

【００３９】同様に、Ｔａ₂Ｏ₅膜について測定した温度
に対する膜応力の変化の様子を、図１３に示す。グラフ
Ｇ７は基板がガラス，Ｇ８は石英の場合である。これら
２本の直線Ｇ７，Ｇ８の傾きから、Ｔａ2Ｏ5膜の熱膨張
係数αf＝５０．１×１０^-7／℃，Ｅs ／（ｌ−νf）＝
１．１６×１０¹²dyn／cm²と算出できた。

【００４０】同様に、Ａｌ₂Ｏ₃膜について測定した温度
に対する膜応力の変化の様子を、図１４に示す。グラフ
Ｇ９（○印）は基板がガラス，Ｇ１０（□印）は石英の
場合である。この場合、膜応力の温度に対する変化には
ヒステリシスがあり、一度加熱を行った後の応力は、加
熱前の応力とはかなり異なる。これは、加熱によって膜
内部の応力が緩和されていることを示している。このよ
うに、膜の熱膨張係数を求めるだけでなく、加熱による
膜応力の緩和課程も同時に観察することができ、有効な
データが得られる。２度目の加熱を行った場合は、膜応
力の緩和は生じない。このときの直線Ｇ９，Ｇ１０の傾
きから、Ａｌ₂Ｏ₃膜の熱膨張係数αf＝５０．７×１０
^-7／℃，Ｅs／（ｌ−νf）＝１．５９×１０¹²dyn／cm²
と算出できた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。 (1)非常に簡便な装置構成でありながら、薄膜の熱膨張
係数やヤング率を良好に少ない工数で測定することがで
きる。 (2)熱処理による膜応力の緩和課程も観察することが可
能であり、非常に有効なデータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測定装置の一形態を示す図であ
る。

【図２】試料の反りの測定例を示す図である。

【図３】試料の反りの測定例を示す図である。

【図４】試料の反りの測定例を示す図である。

【図５】測定時のレーザ光の反射の様子を示した図であ
る。

【図６】試料の反りの測定データを演算処理によって修
正した例を示す図である。

【図７】試料を３８０℃に加熱した状態における測定値
の揺らぎを示す図である。

【図８】ヒータの温度変化に対する試料温度の応答の様
子を示す図である。

【図９】試料を６００℃に加熱した状態における測定値
の揺らぎを示す図である。

【図１０】改良を施した測定装置を示す図である。

【図１１】ＳｉＯ₂膜の反りの測定例を示す図である。

【図１２】ＳｉＯ₂膜の応力変化を示す図である。

【図１３】Ｔａ₂Ｏ₅膜の応力変化を示す図である。

【図１４】Ａｌ₂Ｏ₃膜の応力変化を示す図である。

【符号の説明】

１０…試料室１２…ヒータ１４…試料１６…ガラス窓１８…レーザ変位計１８Ａ…受光部２０…コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料室内に配置されており、測定対象の
薄膜が形成された試料に、前記試料室に設けられている
ガラス窓を通じて光学的変位測定手段から光を照射し、
これによる測定結果を利用して前記薄膜の熱的特性を演
算する薄膜測定装置において、試料表面とガラス窓の距離ｄ，ガラス窓の厚みｔ，ガラ
ス窓の屈折率ｎ，光の試料への入射角θ，光学的変位測
定手段の受光部の長さＷが、ｄsin2θ／cosθ≧Ｗ２ｔsinθcosθ／（ｎ²−sin²θ）≧Ｗｄsin2θ／cosθ−２ｔsinθcosθ／（ｎ²−sin²θ）≧
Ｗなる関係を満たすことを特徴とする薄膜測定装置。
【請求項２】反りのない試料の測定結果を利用して、
測定対象の薄膜の測定結果を修正することを特徴とする
請求項１記載の薄膜測定装置。
【請求項３】測定対象の薄膜が形成された試料を、気
体が充填されている試料室の中に配置するとともに、こ
の試料を加熱しつつ、前記試料室に設けられているガラ
ス窓を通じて光学的変位測定手段から光を照射し、これ
による測定結果を利用して前記薄膜の熱的特性を演算す
る薄膜測定装置において、前記試料室内の気体圧力を１〜５０mTorrの範囲内に保
持することを特徴とする薄膜測定装置。
【請求項４】室温と略同程度の温度の空気を、前記ガ
ラス窓の表面に沿って流すことを特徴とする請求項３記
載の薄膜測定装置。
【請求項５】前記試料室を全体として水平方向に移動
する手段を備えたことを特徴とする請求項１，２，３，
又は４のいずれかに記載の薄膜測定装置。
【請求項６】前記薄膜の熱的特性の代わりに薄膜の弾
性的特性を演算することを特徴とする請求項１，２，
３，４，又は５のいずれかに記載の薄膜測定装置。