JPH02206748A - 熱膨張率測定装置 - Google Patents
熱膨張率測定装置Info
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- JPH02206748A JPH02206748A JP2800589A JP2800589A JPH02206748A JP H02206748 A JPH02206748 A JP H02206748A JP 2800589 A JP2800589 A JP 2800589A JP 2800589 A JP2800589 A JP 2800589A JP H02206748 A JPH02206748 A JP H02206748A
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Links
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal 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熱膨張率を測
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。
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
材料の熱膨張率は、半導体製造工程における加熱・冷却
時の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率は、試料を加熱あるいは冷却した
際に、基板と薄膜の熱膨張率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、Ｘ線回折を利用し
たもの（徳山ら、 Ｊｐｎ、にＡｐｐ１．Ｐｈｙｓ、、
６（１９６７）、１２５２’）、光の干渉を利用したち
のく宮城ら、 Ｊｐｎ。
されており、盛んに研究開発が行われている。特に薄膜
材料の熱膨張率は、半導体製造工程における加熱・冷却
時の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率は、試料を加熱あるいは冷却した
際に、基板と薄膜の熱膨張率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、Ｘ線回折を利用し
たもの（徳山ら、 Ｊｐｎ、にＡｐｐ１．Ｐｈｙｓ、、
６（１９６７）、１２５２’）、光の干渉を利用したち
のく宮城ら、 Ｊｐｎ。
Ｊ Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、２０（１９８１）、２８９
）などが一般に広く用いられている。
）などが一般に広く用いられている。
第２図は従来の熱膨張率測定装置の断面図である。ここ
では、試料の変形を干渉計によって求める方法にュート
ン環法）を用いている。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２０
１が加熱され、試料の温度は熱電対２１１と電圧計２１
３により測定される。測定試料は、基板と薄膜の熱膨張
率差により生じる熱応力によって変形する。試料の変形
は光学窓２０６を通して、干渉計２０７により観測され
る。実際の測定は、加熱された試料２０１の表面の酸化
等を防ぐため、真空容器２０２の中で、真空ポンプ２１
４でひいた状態で行われる。
では、試料の変形を干渉計によって求める方法にュート
ン環法）を用いている。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２０
１が加熱され、試料の温度は熱電対２１１と電圧計２１
３により測定される。測定試料は、基板と薄膜の熱膨張
率差により生じる熱応力によって変形する。試料の変形
は光学窓２０６を通して、干渉計２０７により観測され
る。実際の測定は、加熱された試料２０１の表面の酸化
等を防ぐため、真空容器２０２の中で、真空ポンプ２１
４でひいた状態で行われる。
第３図は加熱中の試料の変形の様子を示した断面図であ
る。試料は基板２０１ａ仁その上の薄膜２０１ｂとから
成る。第３図（ａ）は薄膜の熱膨張率が基板よりも小さ
い場合、第３図（ｂ）は薄膜の熱膨張率が基板より大き
い場合の変形の様子を示す。
る。試料は基板２０１ａ仁その上の薄膜２０１ｂとから
成る。第３図（ａ）は薄膜の熱膨張率が基板よりも小さ
い場合、第３図（ｂ）は薄膜の熱膨張率が基板より大き
い場合の変形の様子を示す。
ある温度変化を与えたときの薄膜の応力変化Δσは、試
料の曲率半径の変化量ΔＲと次のような関係がある。
料の曲率半径の変化量ΔＲと次のような関係がある。
６ （１−νｓ ） ｔｒ ・ ΔＲ薄膜の熱膨
張率αｆは応力変化Δσによって次のように表される。
張率αｆは応力変化Δσによって次のように表される。
なお、α、Ｅ、ν、ｔ゛はそれぞれ熱膨張率、ヤング率
、ポアソン比、厚さを表す、（添字のｆは薄膜材料を、
Ｓは基板材料を表わす）、また、ΔＴは温度差を表わす
、従って、干渉計等によって試料温度を変形させたとき
の曲率半径の変化量ΔＲを測定すれば、薄膜の熱膨張率
α、を求めることができる。
、ポアソン比、厚さを表す、（添字のｆは薄膜材料を、
Ｓは基板材料を表わす）、また、ΔＴは温度差を表わす
、従って、干渉計等によって試料温度を変形させたとき
の曲率半径の変化量ΔＲを測定すれば、薄膜の熱膨張率
α、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、薄膜の熱膨張率を正確に求めるためには
、試料の変形量を高精度に測定する必要がある。しかし
その場合、測定試料にある程度の大きさが要求されるこ
とが多く、そのために測定試料全体を均一温度に保つこ
とが非常に困難となってしまう、特に第２図のように、
試料台内部のヒータから熱伝導によって試料を加熱する
場合には、第３図のように試料が変形することによって
、試料のごく一部のみが加熱されるようになるため、試
料内部に温度の不均一が生じやすい。そうした場合、従
来の方法では測定される熱膨張率の値に大きな誤差を生
じてしまい、高精度な測定が困難であった。
、試料の変形量を高精度に測定する必要がある。しかし
その場合、測定試料にある程度の大きさが要求されるこ
とが多く、そのために測定試料全体を均一温度に保つこ
とが非常に困難となってしまう、特に第２図のように、
試料台内部のヒータから熱伝導によって試料を加熱する
場合には、第３図のように試料が変形することによって
、試料のごく一部のみが加熱されるようになるため、試
料内部に温度の不均一が生じやすい。そうした場合、従
来の方法では測定される熱膨張率の値に大きな誤差を生
じてしまい、高精度な測定が困難であった。
実際に第２図のように試料台内部のヒータにより試料を
加熱する方式で１００℃で加熱した際の試料（シリコン
基板（厚さ１００μｍ）上の５ｉ０２膜（厚さ１μｍ）
）の温度分布を調べなところ、１０龍角の試料内には最
大で約５０”Ｃの温度不均一が観察された。仮にこのと
き試料内が均一温度として熱膨張率を求めると、実際の
値より４０％も小さな値が得られてしまうことになる。
加熱する方式で１００℃で加熱した際の試料（シリコン
基板（厚さ１００μｍ）上の５ｉ０２膜（厚さ１μｍ）
）の温度分布を調べなところ、１０龍角の試料内には最
大で約５０”Ｃの温度不均一が観察された。仮にこのと
き試料内が均一温度として熱膨張率を求めると、実際の
値より４０％も小さな値が得られてしまうことになる。
試料内の温度不均一の大小は、加熱の条件等により大き
く異ると考えられるが、多くの場合、かなりの不均一が
生じている。
く異ると考えられるが、多くの場合、かなりの不均一が
生じている。
そこで本発明は、上記のように薄膜材料の熱膨張率測定
の際、試料内部に温度の不均一が生じるような場合にも
正確な熱膨張率測定が行えるようにすることを目的とす
る。
の際、試料内部に温度の不均一が生じるような場合にも
正確な熱膨張率測定が行えるようにすることを目的とす
る。
本発明の熱膨張率測定装置は、試料の温度を変化させる
加熱・冷却機構と、試料の変形量を測定する機構、およ
び試料の温度分布を測定する機構とを少くとも備えてな
ることを特徴とするものである。
加熱・冷却機構と、試料の変形量を測定する機構、およ
び試料の温度分布を測定する機構とを少くとも備えてな
ることを特徴とするものである。
試料を加熱・冷却して熱膨張率を求める場合、試料全体
を均一に加熱冷却する必要があるが、実際には非常に困
難である。そこで、加熱・冷却機構により試料の温度を
変化させたときの試料の変形量測定と同時に試料の温度
分布測定を行う。さらに、その温度分布データをもとに
変形量の測定データに対し温度補正を行う。これにより
、試料内に大きな温度不均一がある場合においても正確
な熱膨張率測定が可能となる。
を均一に加熱冷却する必要があるが、実際には非常に困
難である。そこで、加熱・冷却機構により試料の温度を
変化させたときの試料の変形量測定と同時に試料の温度
分布測定を行う。さらに、その温度分布データをもとに
変形量の測定データに対し温度補正を行う。これにより
、試料内に大きな温度不均一がある場合においても正確
な熱膨張率測定が可能となる。
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熱膨張率測定装置を示す断面
図である。測定試料１０１は真空ポンプ１１３で真空に
した真空容器１０２中において、加熱・冷却機構、すな
わち、温度コントローラ１０３によって制御されるヒー
タ１０４により加熱される。試料の変形は、干渉計のレ
ーザ波長を透過し、放射温度計の赤外線波長を反射する
ホットミラー１０５、光学窓１０６を通して変形量測定
機構である干渉計１０７により観測される。試料の温度
分布はホットミラー１０５、赤外線を透過する光学窓１
０８を通して温度分布測定機構、すなわ・ち、放射温度
計１０９により測定され、熱電対１１１、電圧計１１２
を介して得られた値と放射温度計により得られた値に基
づいて計算機１１０で試料の変形データに対し、温度補
正を行った上で薄膜の熱膨張率を計算する。
図である。測定試料１０１は真空ポンプ１１３で真空に
した真空容器１０２中において、加熱・冷却機構、すな
わち、温度コントローラ１０３によって制御されるヒー
タ１０４により加熱される。試料の変形は、干渉計のレ
ーザ波長を透過し、放射温度計の赤外線波長を反射する
ホットミラー１０５、光学窓１０６を通して変形量測定
機構である干渉計１０７により観測される。試料の温度
分布はホットミラー１０５、赤外線を透過する光学窓１
０８を通して温度分布測定機構、すなわ・ち、放射温度
計１０９により測定され、熱電対１１１、電圧計１１２
を介して得られた値と放射温度計により得られた値に基
づいて計算機１１０で試料の変形データに対し、温度補
正を行った上で薄膜の熱膨張率を計算する。
なお、本発明においては試料の温度分布の補正が可能で
あることから、試料の加熱・冷却方式は第１図の実施例
に示したヒータによる方式の他にも、赤外線ランプ加熱
、マイクロ波加熱など、任意の方式を用いることがでい
ることは明白である。また、試料の変形量測定について
も光切断法等、他の方式を用いても同様の効果が得られ
ることは明かである。
あることから、試料の加熱・冷却方式は第１図の実施例
に示したヒータによる方式の他にも、赤外線ランプ加熱
、マイクロ波加熱など、任意の方式を用いることがでい
ることは明白である。また、試料の変形量測定について
も光切断法等、他の方式を用いても同様の効果が得られ
ることは明かである。
温度分布の補正は通常行なわれる補正計算によればよい
ので具体的な説明は省略した。
ので具体的な説明は省略した。
以上説明したきたように、本発明の熱膨張率測定装置に
よれば、薄膜材料の熱膨張率測定の際に生じる、試料温
度の不均一を検知でき、更に温度補正を行うことによっ
て、薄膜材料の熱膨張率を高精度に求めることが可能と
なり、その効果は絶大である。
よれば、薄膜材料の熱膨張率測定の際に生じる、試料温
度の不均一を検知でき、更に温度補正を行うことによっ
て、薄膜材料の熱膨張率を高精度に求めることが可能と
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熱膨張率測定装置を示す断
面図、第２図は従来の熱膨張率測定装置の断面図、第３
図は加熱中の測定試料の変形の様子を示した断面図であ
る。 １０１・・・測定試料、１０２・・・真空容器、１０３
・・・温度コントローラ、１０４・・・ヒータ、１０５
・・・ホットミラー、１０６・・・光学窓、１０７・・
・干渉計、１０８・・・光学窓、１０９・・・放射温度
計、１１０・・・計算機、１１１・・・熱電対、１１２
・・・電圧計、１１３・・・真空ポンプ。
面図、第２図は従来の熱膨張率測定装置の断面図、第３
図は加熱中の測定試料の変形の様子を示した断面図であ
る。 １０１・・・測定試料、１０２・・・真空容器、１０３
・・・温度コントローラ、１０４・・・ヒータ、１０５
・・・ホットミラー、１０６・・・光学窓、１０７・・
・干渉計、１０８・・・光学窓、１０９・・・放射温度
計、１１０・・・計算機、１１１・・・熱電対、１１２
・・・電圧計、１１３・・・真空ポンプ。
Claims (1)
- 試料の温度を変化させる加熱・冷却機構と、試料の変形
量を測定する機構、および試料の温度分布を測定する機
構とを少くとも備えたことを特徴とする熱膨張率測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2800589A JPH02206748A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 熱膨張率測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2800589A JPH02206748A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 熱膨張率測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02206748A true JPH02206748A (ja) | 1990-08-16 |
Family
ID=12236675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2800589A Pending JPH02206748A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 熱膨張率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02206748A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7025499B2 (en) * | 2000-10-24 | 2006-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Device for testing a material that changes shape when an electric and/or magnetic field is applied |
-
1989
- 1989-02-06 JP JP2800589A patent/JPH02206748A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7025499B2 (en) * | 2000-10-24 | 2006-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Device for testing a material that changes shape when an electric and/or magnetic field is applied |
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