薄膜歪み電気特性評価装置及び薄膜歪み電気特性評価方法

【課題】本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、簡易な構成で、従来よりも詳細に薄膜の電気特性の評価を行うことができる薄膜歪み電気特性評価装置及び薄膜歪み電気特性評価方法を提供するものである。
【解決手段】薄膜Ｆを支持する支持部としての試料台支持部２と、薄膜Ｆを押圧し、当該薄膜Ｆを歪んだ状態にさせる押圧手段としてのピエゾアクチュエータ６と、ピエゾアクチュエータ６による押圧により薄膜Ｆが歪む際の薄膜Ｆの電気抵抗（電気特性）を測定する測定手段としての測定制御・解析部７とを備えるようにした。これにより薄膜歪み電気特性評価装置１では、ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆを単に押圧して歪ませる簡単な構成を用いつつ、当該ピエゾアクチュエータ６による薄膜Ｆの歪ませ初めから、当該薄膜Ｆの歪ませ終了時までの途中過程における当該薄膜Ｆの電気抵抗を測定でき、かくして簡易な構成で、従来よりも詳細に薄膜の電気抵抗の評価を行うことができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜歪み電気特性評価装置及び薄膜歪み電気特性評価方法に関し、例えば、薄膜の電気特性を測定する際に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜に歪みを与える方法として、例えば、非特許文献１では、薄膜を作製した基板に高圧発生装置を用いて高圧の静水圧を供給しながら、当該薄膜の電気特性を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】エス・エル・バドッコ（S. L. Bud’ko）、フィジカル・レビュー・ビー（Physical Review B）、１９９２年、第４６巻、ｐ．１２５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の方法では、一般的に大型で構造が複雑な高圧発生装置を用いる必要があるという問題があった。また、このような高圧発生装置を用いて、高圧を維持したまま薄膜の電気特性を測定する際には、複雑な手順が必要となり詳細に薄膜の電気特性の評価を行い難いという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、簡易な構成で、従来よりも詳細に薄膜の電気特性の評価を行うことができる薄膜歪み電気特性評価装置及び薄膜歪み電気特性評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため本発明において、請求項１記載の発明では、薄膜を支持する支持部と、前記薄膜を押圧し、該薄膜を歪んだ状態にさせる押圧手段と、前記押圧手段による押圧により前記薄膜が歪む際の該薄膜の電気特性を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、前記薄膜は基板に形成されており、前記基板に前記薄膜を加熱する加熱手段を備え、前記測定手段は前記加熱手段を制御することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３記載の発明では、前記基板は、前記薄膜の温度を測定する温度測定手段を備え、前記測定手段は、前記温度測定手段により測定された前記薄膜の温度を基に、前記加熱手段を制御して該薄膜を所定の温度に加熱させることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４記載の発明では、前記薄膜の表面に電極が蒸着されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５記載の発明では、前記支持部はスペーサを備え、前記押圧手段で前記薄膜が押圧されると、前記スペーサを支点として前記薄膜を歪ませることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６記載の発明では、前記支持部が第１半体と第２半体とからなり、調節用ネジが調節されることにより前記第１半体と前記第２半体との間の距離が調節され、前記第１半体と前記第２半体とが固定用ネジにより螺合されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７記載の発明では、前記支持部が、ステンレス材からなることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８記載の発明では、前記薄膜の表面にレーザ光を照射するレーザ発光部と、前記薄膜の表面から反射された反射レーザ光を受光する波面センサとを備え、前記測定手段は、前記波面センサから受け取る受光データに基づいて前記薄膜の歪みを算出することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９記載の発明では、前記薄膜は試料台に設けられており、前記試料台は、該試料台に設けられた配線によって前記薄膜と前記測定手段とを電気的に接続していることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０記載の発明では、支持部に支持された薄膜を押圧手段によって押圧し、該薄膜を歪んだ状態にさせる押圧ステップと、前記押圧手段による押圧により前記薄膜が歪む際の該薄膜の電気特性を、測定手段で測定する測定ステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１記載の発明では、前記薄膜が基板に形成されており、前記基板の加熱手段により前記薄膜を加熱する加熱ステップと、前記測定手段により前記加熱手段を制御する制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１２記載の発明では、前記基板に設けられた温度測定手段によって前記薄膜の温度を測定する測定ステップと、前記温度測定手段により測定された前記薄膜の温度を基に、前記測定手段によって前記加熱手段を制御して該薄膜を所定の温度に加熱させる加熱ステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３記載の発明では、前記測定ステップでは、前記薄膜の表面に蒸着された電極を介して前記薄膜の電気特性を測定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４記載の発明では、前記押圧ステップでは、前記押圧手段で前記薄膜を押圧した際に、前記支持部に備えたスペーサを支点として前記薄膜を歪ませることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５記載の発明では、調節用ネジを調節して、前記支持部を構成する第１半体と第２半体とを固定用ネジにより螺合することにより前記第１半体と前記第２半体との間の距離を調節する調節ステップを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１６記載の発明では、前記押圧ステップでは、前記支持部がステンレス材からなることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１７記載の発明では、レーザ発光部によって前記薄膜の表面にレーザ光を照射する照射ステップと、前記薄膜の表面から反射された反射レーザ光を波面センサで受光する受光ステップと、
前記波面センサから受け取る受光データに基づいて、前記測定手段により前記薄膜の歪みを算出する算出ステップとを備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１８記載の発明では、前記測定ステップでは、試料台に設けられた前記薄膜と、前記測定手段とが前記試料台の配線により電気的に接続され該配線を介して前記薄膜の電気特性を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による請求項１及び請求項１０によれば、押圧手段により薄膜を単に押圧して歪ませる簡単な構成を用いつつ、当該押圧手段で薄膜の歪ませ初めから、当該薄膜の歪ませ終了時までの途中過程における当該薄膜の電気特性を測定でき、かくして簡易な構成で、従来よりも詳細に薄膜の電気特性の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】薄膜歪み電気特性評価装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】薄膜歪み電気特性評価装置の全体構成を示す概略図において、ピエゾアクチュエータに押圧されることで薄膜が歪んでいる状態の図である。
【図３】レーザ発光部からみた薄膜歪み電気特性評価装置の全体図である。
【図４】試料台支持部の第１半体の正面図及び背面図である。
【図５】本実施の形態による試料台と試料の配置の順番を示した模式図である。
【図６】図４の模式図から製作した試料台の図である。
【図７】波面センサの原理を模式的に示した図である。
【図８】測定制御・解析部の構成図である。
【図９】波面センサで測定した薄膜の歪みを画像化した図である。
【図１０】薄膜の歪みを一定にした状態で、温度を連続的に変化させながら電気抵抗を測定した場合の測定結果をプロットした図である。
【図１１】１ｋＨｚで薄膜を歪ませた状態での電気抵抗の変化率と歪みとをプロットした図である。
【図１２】１Ｈｚ～１ｋＨｚまで薄膜を変動させた状態で、歪みの変化率に対する電気抵抗の変化率と、電気抵抗の変化と歪みの変化との位相差をプロットした図である。
【図１３】ピエゾアクチュエータに供給される電圧の変化と、波面センサがピエゾアクチュエータにより歪まされる薄膜の表面からの反射レーザ光を受光した光量の変化をプロットした図と、レーザ発光部に供給される電圧の変化と、波面センサがレーザ光を受光した光量の変化をプロットした図である。
【図１４】１Ｈｚ～１ｋＨｚまで薄膜を変動させた状態における、膜厚の違いよる歪みの変化率に対する電気抵抗の変化率と位相差とをプロットした図である。
【図１５】図１２のグラフから考察され得る薄膜の状態を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下図面に基づいて、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００２７】
（１）薄膜歪み電気特性評価装置の全体構成
図１及び図２において、１は薄膜歪み電気特性評価装置を示し、この薄膜歪み電気特性評価装置１は、試料台３を着脱自在に支持する試料台支持部２と、試料台３に設けた試料Ｍを所望の形状に変形させるためのピエゾアクチュエータ６と、測定制御・解析部７とを備え、試料台３とピエゾアクチュエータ６とが配線を介して測定制御・解析部７に接続された構成を有する。
【００２８】
ここで、この薄膜歪み電気特性評価装置１は、押圧手段としてのピエゾアクチュエータ６の先端部11で試料Ｍを押圧して歪ませた状態で静止させたり、あるいは、ピエゾアクチュエータ６の先端部11を一定周期で伸縮させて当該先端部11で試料Ｍを振動させた状態等、ピエゾアクチュエータ６により試料Ｍを種々の状態に変形させ、このときの試料Ｍの電気抵抗（電気特性）を測定手段としての測定制御・解析部７により算出し得るようになされている。
【００２９】
実際上、支持部としての試料台支持部２には、内部に試料台３を収納する収納空間が形成されており、所定位置に試料台３が固定されることにより、試料台３のＳｉヒータＨと試料Ｍとが収納空間内に配置され得る。この実施の形態の場合、試料台支持部２は、第１半体８と第１半体９とからなり、第１半体８側の内壁と薄膜Ｆとの間にセラミックスペーサＣ１，Ｃ２が設けられている。セラミックスペーサＣ１は、薄膜Ｆの一側部側において内壁と薄膜Ｆとに密着するように設けられているとともに、セラミックスペーサＣ２は、薄膜Ｆの一側部側と対向する他側部側において内壁と薄膜Ｆとに密着するように設けられている。
【００３０】
また、試料台支持部２には、一面側に形成された貫通孔を介して収納空間にピエゾアクチュエータ６の先端部11が位置決めされ得る。これにより、試料台支持部２の収納空間には、ピエゾアクチュエータ６の先端部11が試料台３のＳｉヒータＨ側に配置されるとともに、当該先端部11がセラミックスペーサＣ１，Ｃ２間に配置され得る。このとき、ＳｉヒータＨとピエゾアクチュエータ６の先端部11との間には、セラミックスペーサＣ３が配置される。これにより、薄膜Ｆは、試料ＭがＳｉヒータＨ側からピエゾアクチュエータ６の先端部11によりセラミックスペーサＣ３を介して押されると、セラミックスペーサＣ１，Ｃ２を支点とし、セラミックスペーサＣ３を作用点として歪むように変位し得る。
【００３１】
ピエゾアクチュエータ６は、測定制御・解析部７から電圧信号が与えられることで、先端部11を試料Ｍに近づける方向に突出させた状態で静止させたり、あるいは電圧信号に基づいて先端部11を試料Ｍに近づける方向及び遠ざける方向に往復運動させたりするようになされている。
【００３２】
因みに、ピエゾアクチュエータ６は、チタン酸ジルコン酸鉛(ＰＺＴ, lead(Pb) zirconate(Z) titanate(T))などのピエゾ圧電効果を有するピエゾ素子とケーシングとを備え、ピエゾ素子をｎｍ(ナノメータ)から数百μｍ(マイクロメータ)の範囲で精密に位置決めさせる。このピエゾ素子は、電圧が供給されることで、ピエゾ素子の結晶の長さが変化して強いトルクが発生しアクチュエータとして機能する。
【００３３】
これにより、ピエゾアクチュエータ６は、細かく制御された電圧信号を受けることで、ピエゾ素子の伸縮が精密に制御される。その結果、ピエゾアクチュエータ６の先端部11は、測定者の所望する状態にまで伸長したり、又は所定周期で往復運動し得るようになされている。このようにしてピエゾアクチュエータ６は、測定制御・解析部７からの電圧信号に応じて動作し、試料台３に設置されたＳｉヒータＨと試料Ｍとを、先端部11によってセラミックスペーサＣ３を介し押圧し得るようになされている。
【００３４】
例えば、試料Ｍは、ピエゾアクチュエータ６の先端部11が試料Ｍに近づく方向に伸長したとき、図２に示すように、試料台支持部２の収納空間において先端部11によりセラミックスペーサＣ３を介しＳｉヒータＨ側から押されることで、セラミックスペーサＣ１，Ｃ２を支点とし、セラミックスペーサＣ３を作用点として歪まされる。なお、スペーサとしてのセラミックスペーサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、円柱形状のセラミック材で形成される。
【００３５】
測定制御・解析部７は、試料台３に接続されたケーブルを介して試料Ｍに対して電流を供給し、これにより試料Ｍに生じる電圧降下をホイートストンブリッジ回路などで増幅して電圧を検出してこれを電圧検出信号として取得し得る。これにより測定制御・解析部７は、電圧検出信号に基づく電圧値と、薄膜Ｆに供給する電流値とから薄膜Ｆの電気抵抗を算出し得るようになされている。かくして、測定制御・解析部７は、薄膜Ｆに外力を与えずに変形させていない状態や、ピエゾアクチュエータ６の先端部11で薄膜Ｆを押して歪ませた状態のまま静止させ（以下、これを静的状態とも呼ぶ）、このときの薄膜Ｆの電気抵抗を算出して、この結果を基に測定者に対し薄膜Ｆの電気特性を評価させ得る。これに加えて測定制御・解析部７は、ピエゾアクチュエータ６の先端部11を周期的に伸縮させて先端部11により薄膜Ｆを振動させた状態（以下、これを動的状態とも呼ぶ）とし、このときの薄膜Ｆの電気抵抗を算出して、この結果を基に測定者に対し薄膜Ｆの電気特性を評価させ得る。
【００３６】
また、測定制御・解析部７は、加熱手段としてのＳｉヒータＨに温度制御信号を送出し得るようになされており、当該温度制御信号に基づいてＳｉヒータＨを加熱し得る。測定制御・解析部７は、温度測定手段としてのサーミスタ17から電気抵抗を取得することで、ＳｉヒータＨの加熱温度を検知し、これを基に温度制御信号を調整して試料Ｍを所定温度に制御し得るようになされている。
【００３７】
かかる構成に加えて薄膜歪み電気特性評価装置１は、レーザ光Ｌ１を照射するレーザ発光部４と、反射レーザ光Ｌ２を受光する波面センサ５とを備えており、波面センサ５と測定制御・解析部７とがケーブルで接続された構成を有する。実際上、試料台支持部２の第１半体８には、正面にレーザ光入出窓13が設けられており、当該レーザ光入出窓13からレーザ光Ｌ１及び反射レーザ光Ｌ２が入反射するようになされている。
【００３８】
この実施の形態の場合、レーザ光入出窓13は、セラミックスペーサＣ１，Ｃ２間に形成されており、ピエゾアクチュエータ６の先端部11で試料Ｍが押されて歪んだ際に、当該薄膜Ｆの歪んだ領域（例えば３．２ｍｍ×３．２ｍｍの領域）がレーザ光入出窓13の領域内に位置するように形成されている。この場合、レーザ発光部４は、レーザ光入出窓13から露出した試料Ｍの表面に向けて所定角度からレーザ光Ｌ１を照射し得る。波面センサ５は、試料表面で反射される反射レーザ光Ｌ２を受光し得るように配置されている。
【００３９】
レーザ発光部４は、試料台支持部２の正面斜め方向に設置されており、試料Ｍに対して斜め方向からレーザ光Ｌ１を照射し得るようになされている。波面センサ５は、レーザ光Ｌ１の入射角に対する反射角の方向に設置されており、薄膜Ｆで反射した反射レーザ光Ｌ２を受光し、これにより得られた受光データを測定制御・解析部７へ送出する。
【００４０】
測定制御・解析部７は、波面センサ５から受光データを受け取ると、当該受光データに基づいて反射レーザ光Ｌ２の焦点のずれ量を検出し、その検出結果を基に３次元の立体モデルとして薄膜Ｆの表面形状を立体的に表した画像を表示部（後述する）に表示する。また、測定制御・解析部７は、このとして薄膜Ｆの表面形状を立体的に表した３次元立体画像を生成する際に算出される薄膜Ｆの歪み量（薄膜Ｆの表面のうちどの領域がどの程度膨出しているかを示す数値）を基に、ピエゾアクチュエータ６で薄膜Ｆを振動させた状態における薄膜Ｆの変形過程を、測定者に確認させつつ、当該測定者に対し薄膜Ｆの温度変化と電気抵抗の変化との関係をも提示し得るようになされている。
【００４１】
（２）試料台支持部の構成
図３は、図１及び図２において、概念的に図示した試料台支持部２、試料台３、波面センサ５及びピエゾアクチュエータ６を実際に製造したときの概略図である。図３に示すように、試料台支持部２は、第１半体８と第２半体９とからなり、第１半体正面８ａにレーザ光入出窓13と、一側端側に試料台挿入口12とが設けられている。
【００４２】
また、試料台支持部２は、第１半体８にのみ設けられた調節用ネジ穴から調節用ネジ10ｂを挿入させ、調節用ネジ10ｂの先端を第１半体背面８ｂから突出させて第２半体９の面に当接させた状態で、第１半体８の固定用ネジ穴と第２半体９の固定用ネジ穴とを対向させ、これらの固定用ネジ穴に第２半体９側から固定用ネジ10ａを螺合させることにより、第１半体８と第２半体９とが所定の距離Ｄを空けて一体となるように構成されている。この試料台支持部２は、調節用ネジ10ｂが手動で調節されることで、距離Ｄを長くしたり、或いは短くしたり調節し得るようになされている。
【００４３】
実際上、第１半体８には、距離Ｄの調節用ネジ10ｂが挿入される調節用ネジ穴が、第１半体正面８ａの一側部側に１つ設けられ、第１半体正面８ａの一側部と対向する他側部側に試料台挿入口12を避けて、試料台３を挟み込むようにして２つ設けられている。また、第１半体８と第２半体９には、固定用ネジ穴が互いに対応した位置に数カ所設けられる。なお、この実施の形態では、固定用ネジ穴が試料台３の一側と他側とに２つずつ設けられ、固定用ネジ10ａにより第１半体８と第２半体９とが螺合される。
【００４４】
また、図４(Ａ)及び図４(Ｂ)に示すように、第１半体８は、ステンレス材などの金属製からなり、所定の厚みを有するほぼ円盤状に形成され内部に中空部を有する。第１半体８は、周側部から第１半体８内部に試料台３が挿入し得るように、試料台３の形状に合わせて周側部が長方形状に形成された試料台挿入口12を有するとともに、第１半体背面８ｂに試料台挿入口12と連通した開口部が形成されている。この開口部には、試料台３を挿入した際に、試料台３を固定するための固定部14が設けられており、固定部14に試料台３がネジ留めされる。
【００４５】
図３に示す第２半体９は、ステンレス材などの金属製からなり、所定の厚みを有するほぼ円盤状に形成され、押圧手段取付孔15が第２半体背面９ａ中央近傍に穿設されている。この押圧手段取付孔15は、ピエゾアクチュエータ６が取り付けられるように形成されている。また、第２半体９は、第１半体８と固定用ネジ10ａで螺合することにより、第１半体正面８ａの中央近傍のレーザ光入出窓13と第２半体背面９ａの中央近傍の押圧手段取付孔15とが対向するように配置され得る。
【００４６】
（３）試料台の構成
試料台３は、図５に示すように、凸型形状に形成された基台３ｃを有し、当該基台３ｃは、一端側に配置された長方形状の入出力手段としてのコネクタ部３ａと、他端側に配置され、コネクタ部３ａから突き出した長方形状の試料台基板部３ｂとからなる。
【００４７】
基台３ｃには、ＳｉヒータＨに電流を供給するＳｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２と、サーミスタ17の電気抵抗を測定するサーミスタ用配線Ｑ１，Ｑ２と、薄膜Ｆに電流を供給して当該薄膜Ｆに流れた電流を電圧検出信号として測定制御・解析部７へ送出するための電気特性測定用配線Ｒ１～Ｒ４とが、コネクタ部３ａから試料台基板部３ｂに亘って設けられている。
【００４８】
なお、この実施の形態の場合、試料台３には、Ｓｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２が試料Ｍの両端部に配置されているとともに、サーミスタ用配線Ｑ１，Ｑ２がＳｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２間に配置されている。また、試料台３には、Ｓｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２間に、電気特性測定用配線Ｒ１～Ｒ４が薄膜Ｆの長手方向に沿って所定間隔を空けて配置されている。
【００４９】
試料台基板部３ｂには、試料Ｍ及びＳｉヒータＨを設置する長方形状の試料設置部20が先端側に設けられており、当該試料設置部20の中心付近に楕円形状に形成された挿入孔16が穿設されている。この挿入孔16は、試料台基板部３ｂの厚みを貫通するように形成され、試料台３の背面からピエゾアクチュエータ６の先端部11が挿入され得るようになされている。
【００５０】
ここで、試料設置部20には、熱伝導性を有する接着剤であるＰｔペースト21が、Ｓｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２の先端近傍に塗布されており、当該Ｐｔペースト21を介してＳｉヒータＨが接着されている。ここでＳｉヒータＨは、試料設置部20と同じ長方形状に形成されていることから、当該試料設置部20に穿設された挿入孔16を覆うように配置され得る。ＳｉヒータＨは、Ｓｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２からＰｔペースト21を介して供給される電流によって発熱し得るようになされている。
【００５１】
また、このＳｉヒータＨには、熱伝導性と絶縁性とを有する接着剤であるアクリルペースト22が塗布されており、当該アクリルペースト22を介して試料Ｍが接着されている。これにより試料Ｍは、ＳｉヒータＨで発熱された熱がアクリルペースト22を介して基板Ｓと薄膜Ｆとに伝導されるようになされている。なお、アクリルペースト22は、絶縁性を有していることから、ＳｉヒータＨに供給される電流が試料Ｍに流れ込むのを防止し得るようになされている。これにより、薄膜Ｆは、ＳｉヒータＨにより加熱され得る。
【００５２】
図６は、図５において概念的に示した試料台３を実際に製造したときの図である。Ｓｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２は、試料設置部20を通って試料台基板部３ｂの先端近傍まで延伸されているとともに、比較的太く形成され、太くした分だけ電流が流れ易くなっている。
【００５３】
また、電気特性測定用配線Ｒ１～Ｒ４のうち、中央付近で並んだ２本の電気特性測定用配線Ｒ２，Ｒ３は、直線状に形成され試料設置部20の近傍まで延伸して設けられている。またサーミスタ用配線Ｑ１と電気特性測定用配線Ｒ２間に配置された電気特性測定用配線Ｒ１は、コネクタ部３ａの近傍から電気特性測定用配線Ｒ２に近づくように斜め方向に延伸された後、電気特性測定用配線Ｒ２と平行に配置され、先端近傍で電気特性測定用配線Ｒ２から離れる方向に延伸される。また、電気特性測定用配線Ｒ４は、電気特性測定用配線Ｒ１と対称的な形状を有しており、電気特性測定用配線Ｒ３に近づくように延伸された後、電気特性測定用配線Ｒ３と平行に配置され、先端近傍で電気特性測定用配線Ｒ３から離れる方向に延伸される。
【００５４】
このように、サーミスタ用配線Ｑ１，Ｑ２は、試料台基板部３ｂで電気特性測定用配線Ｒ１，Ｒ２側に近づくように中央付近に寄せて配置され、Ｓｉヒータ用配線Ｐ１，Ｐ２と電気特性測定用配線Ｒ１，Ｒ２と間に形成された広い領域に形成し得、その分だけ線幅を広くして接続配線を容易に取り付け得るようになされている。
【００５５】
サーミスタ用配線Ｑ１の先端には、試料台基板部３ｂの先端近傍にハンダ23ｂで固定されたリード線24ａの一端が、ハンダ23ａで接続され得る。また、サーミスタ用配線Ｑ２の先端には、試料台基板部３ｂの先端近傍にハンダ23ｂで固定されたリード線24ｂの一端が、サーミスタ17を介してハンダ23ｃで接続され得る。
【００５６】
この実施の形態の場合、各電気特性測定用配線Ｒ１～Ｒ４の先端は、並列に配置され、中央付近の線幅よりも線幅が大きな四辺状（いわゆる「Ｐａｄ形状」）に形成されることで、接続手段としてのアルミボンディングワイヤＷ１～Ｗ４の一端を容易に接続し得るようになされている。
【００５７】
また、この実施の形態の場合では、アルミボンディングワイヤＷ１～Ｗ４が薄膜Ｆの表面に直接接続され、他方が電気特性測定用配線Ｒ１～Ｒ４に接続されている。これにより、試料台３では、電気特性測定用配線Ｒ１～Ｒ４のいずれか一つに測定制御・解析部７から電流が供給され、残りの他の電気特性測定用配線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３又はＲ４における電圧が測定制御・解析部７により測定され得るようになされている。
【００５８】
例えば試料台３では、電気特性測定用配線Ｒ１に測定制御・解析部７から所定の電流が供給されることで、アルミボンディングワイヤＷ１を介して、薄膜Ｆに所定の電流が供給され得る。すなわち試料台３では、アルミボンディングワイヤＷ１から薄膜Ｆを流れた電流がアルミボンディングワイヤＷ２～Ｗ４に流れ、アルミボンディングワイヤＷ２～Ｗ４にそれぞれ接続された電気特性測定用配線Ｒ２～Ｒ４から電流を測定制御・解析部７に供給し得る。このとき、測定制御・解析部７は、アルミボンディングワイヤＷ１及びアルミボンディングワイヤＷ２間の電圧降下と、アルミボンディングワイヤＷ１及びアルミボンディングワイヤＷ３間の電圧降下と、アルミボンディングワイヤＷ１及びアルミボンディングワイヤＷ４間の電圧降下とを検出し得るようになされている。
【００５９】
因みに、他の実施の形態として、この薄膜Ｆには、その表面に図示しない、電極としてのアルミ電極を設け、アルミ電極にアルミボンディングワイヤＷ１～Ｗ４を接続し得るようにして良く、この場合でも、薄膜Ｆの任意の数点間での電圧降下を検出し得る。
【００６０】
（４）波面センサの構成
図７(Ａ)に示すように、波面センサ５は、微細なマイクロレンズ30ａがマトリクス状に配置されたマイクロレンズアレイ30を有し、当該マイクロレンズアレイ30に対向するように配置されたＣＣＤセンサ31を備えている。
【００６１】
ＣＣＤセンサ31には、複数のセルから構成されたセルブロック32がマトリクス状に設けられており、各セルブロック32がマイクロレンズアレイ30のマイクロレンズ30ａにそれぞれ対向するように配置され得る。これによりセルブロック32は、マイクロレンズアレイ30を介して反射レーザ光Ｌ２を受光し得るようになされている。
【００６２】
波面センサ５は、例えば表面が平坦な薄膜Ｆから平面波となった反射レーザ光Ｌ２を受光すると、反射レーザ光Ｌ２がマイクロレンズアレイ30を透過することにより、マイクロレンズ30ａに対向した各セルブロック32毎にその中心付近に反射レーザ光Ｌ２の焦点が合わせられ得る。
【００６３】
これに対して波面センサ５は、図７(Ｂ)に示すように、例えば表面が歪んだ薄膜Ｆから当該薄膜Ｆの歪みに応じて波面が歪んだ反射レーザ光Ｌ２を受光すると、反射レーザ光Ｌ２が各マイクロレンズ30ａを透過する際に当該反射レーザ光Ｌ２がそれぞれ異なった入射角となり、マイクロレンズ30ａに対向した各セルブロック32で受光した反射レーザ光Ｌ２の焦点位置が、セルブロック32の中心からずれ得る。
【００６４】
波面センサ５は、各セルブロック32における反射レーザ光Ｌ２の焦点位置をそれぞれ検知し、それら検知結果を焦点位置データとして測定制御・解析部７に送出するようになされている。測定制御・解析部７は、波面センサ５から焦点位置データを受け取ると、セルブロック32の中心位置と、焦点位置データを基に検出したセルブロック32での反射レーザ光Ｌ２の焦点位置とを比較することで、薄膜Ｆがどの程度歪みがありどのように変形しているかを測定し得るようになされている。
【００６５】
（５）測定制御・解析部の構成
次いで、ここでは、測定制御・解析部７について以下説明する。測定制御・解析部７は、図８に示すように、波面解析部41と、データ解析部42と、操作部43と、表示部44とが、各種機能を統括的に制御する制御部45に対して接続された構成を有する。
【００６６】
ここで制御部45は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Processing）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、固定記憶装置、外部インターフェイスで構成されており、固定記憶装置又はＲＯＭに格納された基本プログラム、波面センサ用画像解析プログラム、及び電圧信号等のデータを解析するプログラム等の各種プログラムを、操作部43を介して入力された操作命令に応じて、適宜ＲＡＭに読み出すことにより所定の処理を実行し得るようになされている。
【００６７】
先ず始めに、薄膜Ｆに対して一定の歪みを与えて静止させた状態（静的状態）とし、このときの薄膜Ｆの電気抵抗を算出する場合について以下説明する。制御部45は、測定者により操作部43から入力される操作命令に基づいて電圧信号を生成し、これをピエゾアクチュエータ６に供給する。これにより制御部45は、電圧信号に応じた長さだけピエゾアクチュエータ６の先端部11を突出させ、この状態で静止させ得る。このようにして制御部45は、ピエゾアクチュエータ６の先端部11を所定の突出位置で静止させ、当該先端部11によって薄膜Ｆを押圧させて薄膜Ｆを歪ませた状態を維持させ得る。
【００６８】
このとき、制御部45は、試料台３に所定の電流を供給することにより、試料台３の薄膜Ｆに対して電流を流し、薄膜Ｆに流れた電流を電圧検出信号として試料台３から受け取り得る。データ解析部42は、制御部45から電圧検出信号を受け取り、薄膜Ｆにおいて電圧降下された電圧値を検出し得る。データ解析部42は、試料台３へ供給された電流の電流値を制御部45から受け取り、当該電流値と、電圧検出信号から検出した電圧値とから薄膜Ｆの電気抵抗を算出し得る。
【００６９】
また、制御部45は、各セルブロック32の焦点位置データを波面センサ５から受け取ると、これを波面解析部41に送出する。波面解析部41は、焦点位置データに基づいて、各セルブロック32毎に焦点位置を算出し、各焦点位置がセルブロック32の中心位置からどの程度ずれているかを示すずれ量を算出し得る。
【００７０】
波面解析部41は、各セルブロック32のずれ量に基づいて、薄膜Ｆの表面のうちどの領域がどの程度膨出されているかを示す歪み量を算出し得る。この場合、例えば波面解析部41は、直交するＸ軸及びＹ軸を面方向とし、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸を高さ方向とした三次元グラフ上に、歪み量に基づいて薄膜Ｆの変形した表面の形状を表した立体的な画像を生成し、これを画像データとして表示部44に送出する。これにより表示部44には、薄膜Ｆの変形した表面の形状を表した立体的な画像（三次元画像）が表示され得る。
【００７１】
これにより、測定者は、表示部44に表示された薄膜Ｆの三次元画像を基に、ピエゾアクチュエータ６によって薄膜Ｆの表面形状が所望の形状とされているか否かを判定できる。このとき測定者は、必要に応じて、操作部43を操作してピエゾアクチュエータ６を動作させ、先端部11で薄膜Ｆを押圧する程度を調整し当該薄膜Ｆを所望の表面形状に変形させることができる。
【００７２】
このようにして、薄膜歪み電気特性評価装置１では、薄膜Ｆを所望する形状に歪ませた状態で静止させると共に、このときの薄膜Ｆの電気抵抗と歪み量とを関連付けてＲＡＭ又は固定記憶装置に記憶し得るようになされている。
【００７３】
また、制御部45は、測定者により操作部43から所望の温度が設定されると、操作部43から温度設定命令を受け取り、当該温度設定命令に基づいた温度設定信号を試料台３に送出する。これにより、試料台３は、温度設定信号に基づいてＳｉヒータＨを加熱し、当該ＳｉヒータＨによって試料Ｍを所定温度に加熱する。このとき制御部45は、サーミスタ17から温度信号を受け取り、当該温度信号に基づいて薄膜Ｆの温度を検知し、当該薄膜Ｆの温度と、操作部43から入力された設定温度とを比較して、薄膜Ｆの温度が設定温度になるまで、温度設定信号を生成し得る。
【００７４】
このときにも制御部45は、試料台３から電圧検出信号を受け取っており、当該電圧検出信号に基づく電圧値と、薄膜Ｆに供給された電流の電流値とから所望の温度状態における薄膜Ｆの電気抵抗値を算出し、当該電気抵抗値と、歪み量と、温度とを関連付けてＲＡＭ又は固定記憶装置に記憶し得るようになされている。
【００７５】
かかる構成に加えてデータ解析部42は、ＲＡＭ等に記憶された歪み量を読み出して、予め入力された薄膜Ｆの膜厚値を、当該薄膜Ｆの歪み量で除算することにより歪み率δ_ｃ（単位：％）を算出し得るようになされている。
【００７６】
この実施の形態の場合、制御部45は、ＲＡＭ等から電気抵抗とそのときの温度とを読み出し、当該電気抵抗と温度との関係を表したグラフを生成し、これを表示部44に表示させ得るようになされている。具体的に制御部45は、図１０（Ａ）に示すように、横軸を温度とし、縦軸を電気抵抗としたグラフを表示部44に表示させるようになされている。
【００７７】
なお、図１０（Ａ）では、薄膜Ｆに外力を与えず歪ませていない薄膜Ｆ（歪み率δ_ｃが０％）と、歪み率δ_ｃが４．８×１０^－３％である薄膜Ｆと、最も歪んだ歪み率δ_ｃが１０×１０^－３％である薄膜Ｆとについて、それぞれ電気抵抗と温度との関係をプロットしたグラフを示している。
【００７８】
因みに、薄膜歪み電気特性評価装置１では、図１０（Ａ）のグラフから歪み率δ_ｃが０％、４．８×１０^－３％及び１０×１０^－３％での各金属絶縁体転移温度（単位：Ｋ）を読み取り、当該歪み率δ_ｃ０％の金属絶縁体転移温度と歪み率δ_ｃ４．８×１０^－３％の金属絶縁体転移温度との差と、当該歪み率δ_ｃ０％の金属絶縁体転移温度と歪み率δ_ｃ１０×１０^－３％の金属絶縁体転移温度との差とを算出し得るようにしてもよい。この場合、薄膜歪み電気特性評価装置１では、図１０（Ｂ）に示すように、横軸に各歪み率δ_ｃを示し、縦軸に歪み率δ_ｃ０％を基準とした金属絶縁体転移温度の差△Ｔ_ＭＩを示すことで、歪み率δ_ｃと金属絶縁体転移温度の差△Ｔ_ＭＩとの関係を示すこともできる。
【００７９】
次に、ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆを振動させて、当該薄膜Ｆの表面の歪みを連続的に変化させている状態（動的状態）で、薄膜Ｆの電気抵抗を算出する場合について以下説明する。この場合、制御部45は、最大電圧と、最小電圧と、電圧変化の周期とが測定者により操作部43から入力されると、これを操作命令として受け取り、当該操作命令に基づいて電圧信号を生成する。制御部45は、この電圧信号をピエゾアクチュエータ６に供給し、その電圧信号に応じてピエゾアクチュエータ６の先端部11を、薄膜Ｆに近づく方向及び薄膜Ｆから遠ざかる方向に往復運動させる。これにより、ピエゾアクチュエータ６は、先端部11で試料Ｍを一定周期で間欠的に押圧し、薄膜Ｆを所定の周期で振動させる。
【００８０】
このとき、制御部45は、試料台３に所定の電流を流すことにより、試料台３において振動している薄膜Ｆに対して電流を流し、薄膜Ｆを流れた電流を電圧検出信号として試料台３から受け取り得る。データ解析部42は、制御部45から電圧検出信号を受け取り、薄膜Ｆにおいて電圧降下された電圧値を検出し、制御部45から受け取った試料台３へ供給された電流の電流値と、電圧検出信号から検出した電圧値とから、振動時における薄膜Ｆの電気抵抗を算出し得る。
【００８１】
また、制御部45は、最大電圧がピエゾアクチュエータ６に供給されたときの薄膜Ｆのずれ量を受光データとして波面センサ５から受け取ると、これを波面解析部41に送出する。波面解析部41は、このずれ量におけるずれの方向と、セルブロック32の中心からずれた反射レーザ光Ｌ２の焦点位置までの距離とに基づいて、薄膜Ｆの歪み量を算出する。制御部45は、算出された歪み量を受け取り、これを最大歪み量としてＲＡＭ等に記憶する。
【００８２】
同様にして、制御部45は、最小電圧がピエゾアクチュエータ６に供給されたときの薄膜Ｆのずれ量を受光データとして波面センサ５から受け取ると、これを波面解析部41に送出する。波面解析部41は、このずれ量におけるずれの方向と、セルブロック32の中心からずれた反射レーザ光Ｌ２の焦点位置までの距離とに基づいて、薄膜Ｆの歪み量を算出する。制御部45は、算出された歪み量を受け取り、これを最小歪み量としてＲＡＭ等に記憶する。
【００８３】
因みに、薄膜歪み電気特性評価装置１は、設定された電圧変化の周期でピエゾアクチュエータ６を振動させる前に、先ず初めにピエゾアクチュエータ６に最大電圧を供給し、当該ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆを歪ませたときの歪み量だけを算出し、次いでピエゾアクチュエータ６に最小電圧を供給し、当該ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆを歪ませたときの歪み量だけを算出しておく。これにより薄膜歪み電気特性評価装置１では、仮に薄膜Ｆの振動が速すぎて当該薄膜Ｆの変位を波面センサ５で測定し難いときでも、予め算出しておいたピエゾアクチュエータ６に最大電圧が供給されたときの薄膜Ｆの歪み量と、ピエゾアクチュエータ６に最小電圧が供給されたときの薄膜Ｆの歪み量と、設定された電圧変化の周期とにより、薄膜Ｆの振動時における表面の歪み量の変化を推測したグラフを生成し得る。
【００８４】
ここで制御部45は、薄膜Ｆを振動させて、その表面の歪みが連続的に変化している状態において、試料台３から電圧検出信号を受け取りとると、当該電圧検出信号から所定の間隔で検出した電圧値と、試料台３へ供給された電流の電流値とから所定の間隔で薄膜Ｆの電気抵抗を算出し、これを時間経過と対応付けてＲＡＭ等に記憶し得るようになされている。
【００８５】
また、制御部45は、上述と同様に、測定者により操作部43から所望の温度が設定されると、操作部43から温度設定命令を受け取り、当該温度設定命令に基づいた温度設定信号を試料台３に送出してＳｉヒータＨによって試料Ｍを所定温度に加熱し得る。制御部45は、このとき試料台３から受け取った電圧検出信号の電圧値を検出し、この電圧値と、試料台３へ供給された電流の電流値とから薄膜Ｆの電気抵抗値を算出し得、薄膜Ｆが振動している際において所望の温度状態での薄膜Ｆの電気抵抗を得られるようになされている。制御部45は、これら電気抵抗、電圧信号及び温度を関連付けながら時系列にＲＡＭ等に記憶し得るようになされている。
【００８６】
かかる構成に加えてデータ解析部42は、ＲＡＭ等に記憶された最大歪み量及び最小歪み量を読み出して、予め入力された薄膜Ｆの膜厚値を、当該薄膜Ｆの歪み量の最大値及び最小値でそれぞれ除算することにより、薄膜Ｆを振動させたときの最大歪み率δ_ｃｍａｘ（単位：％）と最小歪み率δ_ｃｍｉｎ（単位：％）とをそれぞれ算出し得るようになされている。
【００８７】
また、制御部45は、図１１に示すようなグラフを生成するために、電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐを算出し得るようになされている。この場合、制御部45は、ＲＡＭ等に記憶されている最小の電気抵抗値（以下、これを最小電気抵抗率と呼ぶ）Ｒ_ｐ－ｐを検索し、この最小電気抵抗値Ｒ_ｐ－ｐをデータ解析部42に送出する。データ解析部42は、ＲＡＭ等に記憶されている電気抵抗値を時系列に読み出して、各電気抵抗値から最小電気抵抗値Ｒ_ｐ－ｐを減算し、この結果得られた減算抵抗値△Ｒを最小電気抵抗値Ｒ_ｐ－ｐで除算して電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐを算出する。
【００８８】
データ解析部42は、図１１に示すように、電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐと、薄膜Ｆの振動時における変形の周期との関係を表したグラフを生成すると共に、薄膜Ｆの歪み率δ_ｃと薄膜Ｆの振動時における変形の周期との関係を表したグラフを生成し、これらを表示部44に表示させ得るようになされている。なお、この場合、制御部45は、図１１に示すように、横軸を薄膜Ｆの振動時における変形の周期とし、左側の縦軸を電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐとし、右側の縦軸を歪み率δ_ｃとしたグラフを表示部44に表示させるようになされている。因みに、図１１では、正弦波ａが薄膜Ｆの電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐの時間変位を表し、正弦波ｂが歪み率δ_ｃの時間変位を表している。
【００８９】
次に、制御部45は、例えば図１１に示すようなグラフから２つの正弦波ａ，ｂにおける最大値の位相差ΔΦ（単位：ｒａｄ）を算出する。また、制御部45は、最大歪み率δ_ｃｍａｘと最小歪み率δ_ｃｍｉｎ（単位：％）との差Δδ_ｃ（単位：％）を算出した後、そのときの電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐを、この差Δδ_ｃで除算して、歪み率の変位に対する電気抵抗の変化率（△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐ）／Δδ_ｃを算出する。
【００９０】
制御部45は、操作部43から入力されたピエゾアクチュエータ６の電圧変化の周期毎にこの工程を実行し、ピエゾアクチュエータ６の各電圧変化の周期毎の位相差ΔΦを算出するとともに、ピエゾアクチュエータ６の各電圧変化の周期毎の歪み率の変位に対する電気抵抗の変化率（△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐ）／Δδ_ｃを算出し得る。
【００９１】
データ解析部42は、図１２に示すように、ピエゾアクチュエータ６の各電圧変化の周期毎に、歪み率の変位に対する電気抵抗の変化率（△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐ）／Δδ_ｃと、位相差ΔΦとを表したグラフを生成し、これらを表示部44に表示させ得るようになされている。この実施の形態の場合、図１２では、横軸を周波数とし、左側の縦軸を歪み率の変位に対する電気抵抗の変化率（△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐ）／Δδ_ｃとし、右側の縦軸を位相差ΔΦとしている。また図１２において、点線は、歪み率の変位に対する電気抵抗の変化率（△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐ）／Δδ_ｃと、ピエゾアクチュエータ６の電圧変化の周期との関係を示し、実線は、位相差ΔΦと、ピエゾアクチュエータ６の電圧変化の周期との関係を示したグラフである。
【００９２】
（６）動作及び効果
以上の構成において、薄膜歪み電気特性評価装置１では、操作部43から入力される操作命令に基づいてピエゾアクチュエータ６に供給される電圧信号を一定にすることにより、当該電圧信号に応じて先端部11を薄膜Ｆに近づく方向に突出した状態で静止させることができる。これにより薄膜歪み電気特性評価装置１では、ピエゾアクチュエータ６の先端部11によりセラミックスペーサＣ３を介してＳｉヒータＨを押圧し、ＳｉヒータＨに設けられた薄膜Ｆの表面に一定の歪みを与えることができる。
【００９３】
このとき薄膜歪み電気特性評価装置１では、一定の歪みを与えた状態の薄膜Ｆに対して電流を供給し、当該薄膜Ｆに流した電流を電圧検出信号として測定制御・解析部７で受け取り、一定の歪みを与えた状態での薄膜Ｆにおける電流（電気特性）を測定できる。また、薄膜歪み電気特性評価装置１では、薄膜Ｆに供給した電流の電流値と、一定の歪みを与えた状態の薄膜Ｆからの電圧検出信号から検出した電圧値とを基に電気抵抗（電気特定）を算出し、一定の歪みを与えた状態の薄膜Ｆにおける電気抵抗（電気特定）を測定することができる。
【００９４】
これに加えて、この薄膜歪み電気特性評価装置１では、操作部43の操作により、ピエゾアクチュエータ６に供給される電圧信号の最大電圧と、最小電圧と、電圧変化の周期とが設定されると、これにより生成された電圧信号に基づいてピエゾアクチュエータ６の先端部11を薄膜Ｆに近づく方向及び遠ざかる方向に一定周期で伸縮動作させることができる。これにより薄膜歪み電気特性評価装置１では、ピエゾアクチュエータ６の先端部11によりセラミックスペーサＣ３を介してＳｉヒータＨを間欠的に押圧し、ＳｉヒータＨに設けられた薄膜Ｆの表面に一定周期で振動するような歪みを与えることができる。
【００９５】
このとき薄膜歪み電気特性評価装置１では、一定周期で振動させた状態の薄膜Ｆに対して電流を供給し、当該薄膜Ｆに流した電流を電圧検出信号として測定制御・解析部７で受け取り、一定周期で振動させた状態での薄膜Ｆにおける電流（電気特性）を測定できる。また、薄膜歪み電気特性評価装置１では、薄膜Ｆに供給した電流の電流値と、一定周期で振動させた状態の薄膜Ｆからの電圧検出信号から検出した電圧値とを基に電気抵抗（電気特定）を算出し、一定周期で振動させた状態の薄膜Ｆにおける電気抵抗（電気特定）を測定することができる。
【００９６】
このように薄膜歪み電気特性評価装置１では、ピエゾアクチュエータ６で薄膜Ｆを押圧する簡易な構成により、一定の歪みを与えた状態や、一定周期で振動させた状態に薄膜Ｆを自由に変形させ、この各変形時における薄膜Ｆの電気抵抗を測定することができ、かくして一定の歪みを与えた状態や、一定周期で振動させた状態での薄膜Ｆの歪みの程度と、このときの薄膜Ｆの電気抵抗との関係を表したデータから、薄膜Ｆの変形に対する電気抵抗の依存性を評価することができる。かくして、薄膜歪み電気特性評価装置１では、ピエゾアクチュエータ６を用いた簡易な構成により、精密に様々な状態に変形させた薄膜Ｆにおける電気特性を測定できるので、従来よりも詳細に薄膜Ｆの電気特性の評価を行うことができる。
【００９７】
またこれに加えて、薄膜歪み電気特性評価装置１では、レーザ発光部４から照射されたレーザ光Ｌ１を薄膜Ｆの表面で反射させ、この反射された反射レーザ光Ｌ２を波面センサ５で受光し、波面センサ５の各セルブロック32において、薄膜Ｆの歪みにより生じる各セルブロック32の中心位置からの反射レーザ光Ｌ２の焦点位置のずれを解析する。この場合、薄膜歪み電気特性評価装置１は、その解析結果として、薄膜Ｆがどの程度歪んだか否かを示す歪み量や歪み率を算出し、例えば薄膜Ｆの歪み率と、このときの薄膜Ｆの電気抵抗との関係を示すことができ、薄膜Ｆの電気特定について一段と詳細に評価を行うことができる。
【００９８】
また、薄膜歪み電気特性評価装置１では、試料にＳｉヒータＨとサーミスタ17とを接着し、測定制御・解析部７と電気的に接続された構成にしたことにより、操作部43から所望の温度が設定されることで、ＳｉヒータＨを制御して薄膜Ｆを加熱する。これにより薄膜歪み電気特性評価装置１では、薄膜Ｆの温度を変えたときの当該薄膜Ｆの電気抵抗の測定を行うことができ、かくして薄膜Ｆの歪みと電気抵抗との関係に加えて、薄膜Ｆの温度と薄膜Ｆの電気抵抗との関係も詳細に評価を行うことができる。
【００９９】
以上の構成によれば、この薄膜歪み電気特性評価装置１では、薄膜Ｆを支持する支持部としての試料台支持部２と、薄膜Ｆを押圧し、当該薄膜Ｆを歪んだ状態にさせる押圧手段としてのピエゾアクチュエータ６と、ピエゾアクチュエータ６による押圧により薄膜Ｆが歪む際の薄膜Ｆの電気抵抗（電気特性）を測定する測定手段としての測定制御・解析部７とを備えるようにした。これにより薄膜歪み電気特性評価装置１では、ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆを単に押圧して歪ませる簡単な構成を用いつつ、当該ピエゾアクチュエータ６による薄膜Ｆの歪ませ初めから、当該薄膜Ｆの歪ませ終了時までの途中過程における当該薄膜Ｆの電気抵抗を測定でき、かくして簡易な構成で、従来よりも詳細に薄膜の電気抵抗の評価を行うことができる。
【０１００】
（７）薄膜歪み電気特性評価
ここでは、薄膜歪み電気特性評価装置１を用いて、薄膜Ｆの電気特性の歪み依存性に関して解析を行った。ここで薄膜Ｆとしては、ＴｉＯ_２（二酸化チタン）基板Ｓ上にＶＯ_２（二酸化バナジウム）からなる膜厚１０ｎｍの薄膜Ｆを用いた。この場合、ＶＯ_２からなる薄膜Ｆは、基板温度４５０度及び酸素雰囲気、圧力３．３５ｍＴｏｒｒ（１ｔｏｒｒ＝１．３３３ｈＰａ）の条件で、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法により基板Ｓ上に作製した。基板Ｓは、試料台３の試料設置部20にＳｉヒータＨとともに取り付けた。試料台３は、試料台支持部２の試料台挿入口12から当該試料台支持部２の収納空間に挿入して固定部14で固定した。
【０１０１】
この測定では、薄膜Ｆを全く歪ませない状態（歪み率δ_ｃ０％）と、ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆの所定位置を歪み率δ_ｃ４．８×１０^－３％で歪ませた状態と、ピエゾアクチュエータ６により薄膜Ｆの所定位置を歪み率δ_ｃ１０×１０^－３％で歪ませた状態にし、各状態毎に温度を２９６Ｋから３００Ｋまで連続的に変化させ、このときの電気抵抗を測定した。その結果、図１０(Ａ)に示すような測定結果が得られた。図１０（Ａ）では、横軸に温度（単位：Ｋ）を示し＜縦軸に電気抵抗値（単位：ｋΩ）を示している。なお、薄膜Ｆの歪み率δ_ｃは、波面センサ５からの焦点位置データを基に測定し、薄膜Ｆの温度は、ＳｉヒータＨとサーミスタ17とにより温度調整を行った。
【０１０２】
図１０(Ａ)のグラフからは、薄膜Ｆの歪みが増加するにつれて、電気抵抗が減少していることや、さらに温度上昇と共に電気抵抗が急激に減少しているという、薄膜Ｆの電気特性の評価を行うことができる。また、図１０(Ａ)に示すグラフを解析することで、図１０(Ｂ)に示すように、薄膜Ｆの金属絶縁体転移温度と、薄膜Ｆの歪み率との関係を検証することもできる。この場合は、薄膜の歪みに対する温度変化が３２．４２Ｋ／％となり、ヘテロエピタキシャル薄膜の歪みに対する温度変化である５２．５６Ｋ／％より少し低い値となっている。この値は、妥当な値であると考えられ、ピエゾアクチュエータ６を用いて薄膜Ｆに一定の歪みを与えて静止させた状態で電気抵抗を測定することに問題がないこと考えられる。この測定では、薄膜Ｆの歪みと電気抵抗との関係に加え、温度との関係も観測でき、薄膜Ｆの歪みが薄膜Ｆの電気抵抗に関して影響を及ぼしていることが判明した。
【０１０３】
次いで、薄膜Ｆを一定周期で振動させた状態で、薄膜Ｆの電気抵抗を測定した。なお、この場合も、上述と同様の条件で作製された膜厚１０ｎｍのＶＯ_２の薄膜Ｆを用いた。また、測定条件は、薄膜Ｆの歪みの最大値と最小値との差がΔδ_ｃ＝０．０１４６％となるように調整を行い、その後ピエゾアクチュエータ６を１ｋＨｚで動作させて、電気抵抗の測定を行った。そして、ここでは、薄膜をおよそδ_ｃ＝０．０１００％～０．０２４５％の間で１ｋＨｚの周期で振動させて、その振動時の薄膜Ｆの電気抵抗と、薄膜Ｆの歪みとを連続的に測定した。
【０１０４】
この測定結果としては、図１１に示すような結果が得られ、図１１から、薄膜Ｆの振動の周期（この場合、ピエゾアクチュエータ６の電圧変化の周期を薄膜Ｆの振動の周期とした）と同じ周期で、電気抵抗も変化していることが分かった。
ここで正弦波ａは薄膜Ｆの電気抵抗の変化率△Ｒ／Ｒ_ｐ－ｐの時間変位を示し、ここで正弦波ｂは歪み率δ_ｃの時間変位を示す。また、この２つの正弦波ａ，ｂから位相差ΔΦが観測された。これにより、薄膜Ｆの歪みの周期的な振動は、薄膜Ｆの電気抵抗に関して影響を及ぼしており、薄膜Ｆの歪みと電気抵抗の変化とが同期しておらず、薄膜Ｆが歪んで変形した後、一定時間遅れて電気抵抗が変化するという電気特性の評価が行えた。
【０１０５】
次に、薄膜Ｆの歪みの変動を、１Ｈｚ～１ｋＨｚまで連続的に変化させながら測定した。この場合、それ以外の条件は、上記と同じ条件として、薄膜Ｆの歪みと電気抵抗とを測定した。２つの正弦波のずれである位相ΔΦは、図１２で示すように、薄膜Ｆの歪みの周波数が増加するにつれて、位相差ΔΦも増加する、すなわち薄膜Ｆの歪みに対する電気抵抗の変化が遅れていることが判明した。また、歪み率の変位に対する電気抵抗の変化率は、図１２の点線で示すように、周波数が増大するにつれて、減少しているという電気特性の評価を行うことができた。
【０１０６】
次いで、この遅れの増大は、薄膜歪み電気特性評価装置１に由来する原因により発生するのか、薄膜Ｆが本質的に有する特徴であるか検証した。ピエゾアクチュエータ６に供給される電圧の変化と波面センサ５で受光する光量の変化との関係（遅延程度）と、レーザ発光部４に供給される電圧の変化と波面センサ５の受光する光量の変化との関係（遅延程度）とを測定し、比較した。
【０１０７】
ピエゾアクチュエータ６に供給される電圧の変化と、波面センサ５で受光する光量の変化との測定では、
ピエゾアクチュエータ６におよそ３５Ｖ～７５Ｖの間を変化する電圧を供給して薄膜Ｆを１ｋＨｚの周期で歪ませ、波面センサ５が反射レーザ光Ｌ２を受光した際の電圧の変化と、実際にピエゾアクチュエータ６に印加される電圧の１／１０とを測定した。その結果、図１３（Ａ）に示すような結果が得られた。
【０１０８】
図１３（Ａ）では、ピエゾアクチュエータ６に供給される電圧は正弦波ｃで表され、波面センサ５で発生する電圧変化は正弦波ｃで表され、それらの周期は、所定の値でずれている。
【０１０９】
また、レーザ発光部４に供給される電圧の変化と、波面センサ５で受光する光量の変化との測定では、レーザ発光部４におよそ１．６４Ｖ～１．７４Ｖの間を同様に１ｋＨｚで変化する電圧を供給して、レーザ光Ｌ１の光量を変化させ、そのレーザ光Ｌ１を波面センサ５で受光する光量の変化に対応する電圧を変化させた。その結果、図１３（Ｂ）に示すような結果が得られた。
【０１１０】
図１３(Ｂ)では、レーザ発光部４に供給される電圧は正弦波eで表され、波面センサ５で発生する電圧は正弦波fで表され、それらの周期は、図１３(Ａ)と同じ値でずれている。このことは、ピエゾアクチュエータ６と波面センサ５との間の遅延と、レーザ発光部４と波面センサ５との間との遅延が全く同じであることを示している。よって、ピエゾアクチュエータ６に電圧が供給されて薄膜Ｆの変位を測定する間に、薄膜歪み電気特性評価装置１が有している本質的遅れ以外の外部要因による遅れがないことが分る。従って、薄膜歪み電気特性評価装置１を用いて薄膜Ｆを変動させた状態で行う電気特性の測定では、この所定の遅れを補正することで、薄膜Ｆの変動とそのときの電気特性と関係性を正確に取得できる。
【０１１１】
以上より、図１２に示したように、薄膜Ｆの振動を増大させた場合に検出される遅れの増大は、薄膜歪み電気特性評価装置１に由来するものでなく、薄膜Ｆを変動させた場合に薄膜Ｆ自身が有する特徴であることが判明した。
【０１１２】
次に、薄膜Ｆの膜厚の違いによる電気特性の差を検証したところ、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すような結果が得られた。この場合、同じ条件で作製された６ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆと、１０ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆとを、１～１ｋＨｚまで連続的に変化させながら、薄膜Ｆの電気抵抗と薄膜Ｆの歪みとを連続的に測定した。この測定結果として図１４(Ａ)に示す結果が得られた。図１４（Ａ）では、電気抵抗の変化率を薄膜Ｆの歪みの変化率で除算した量を縦軸とし、周波数を横軸として、６ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆの測定結果を点線で示し、１０ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆの測定結果を実線で示すと、いずれも周波数が増大するにつれて値が減少することが分かった。
【０１１３】
しかしながら、両者の歪みに対する電気抵抗の変化率の値は、大きく異なり、６ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆの値が、１０ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆの値のおよそ半分程度になっている。この場合において、図１４(Ｂ)に示すように、これら２つの薄膜Ｆの周波数の変化に対する電気抵抗の応答遅延は、点線及び実線ともほとんど変化しておらず、ほぼ同じような値と傾向とを示している。
【０１１４】
このような結果から、図１５に示すように、歪みを与えた際に、１０ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆでは、膜厚が厚いために粒界が連続しているが、膜厚が薄い６ｎｍのＶＯ_２からなる薄膜Ｆでは、膜厚が薄いため粒界部分で互いが分離するような状態となり、１０ｎｍの薄膜Ｆに比べて歪みの変化率に対する電気抵抗の変化率があまり変化しない可能性があると考察することができる。このような知見が得られるのは、作製条件の異なる薄膜Ｆにおいて、薄膜歪み電気特性評価装置１により、薄膜Ｆを周期的に変動させて電気抵抗を測定できたことによる。
【０１１５】
（９）他の実施の形態
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば上述した実施の形態においては、押圧手段としてピエゾアクチュエータ６を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、基板Ｓを押圧して歪ませることができればよく、例えば電磁アクチュエータや超磁歪アクチュエータなどこの他種々の押圧手段としてもよい。
【０１１６】
また、上述した実施の形態においては、薄膜ＦにアルミボンディングワイヤＷ２～Ｗ４を接続して、当該アルミボンディングワイヤＷ２～Ｗ４を介して薄膜Ｆの電流を電圧検出信号として得るようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、薄膜Ｆに針を接続し、当該針を介して薄膜Ｆの電流を電圧検出信号として得るようにしてもよい。
【０１１７】
さらに、上述した実施の形態においては、基板ＳにＶＯ_２からなる薄膜Ｆを設けた試料Ｍを用い、当該薄膜Ｆの電気特性を測定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、基板にＭＯＳＦＥＴを設けたＬＳＩなどの半導体デバイスを用い、当該ＭＯＳＦＥＴの電気特性を測定してもよい。
【０１１８】
さらに、上述した実施の形態においては、基板ＳにＶＯ_２からなる薄膜Ｆを設けた試料Ｍを用い、当該薄膜Ｆの電気特性を測定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、薄膜単体を用い、当該薄膜単体の電気特性を測定したり、或いは基板に種々の薄膜を積層されせた薄膜を形成し、当該積層された薄膜の電気特性を測定してもよい。
【０１１９】
また、上述した実施の形態においては、測定される薄膜の電気特性として、薄膜Ｆの電気抵抗を測定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、試料台３を誘電率、分極率、圧電効果などこの他種々の電気特性を測定するようにしてもよい。
【０１２０】
また、上述した実施の形態においては、波面センサ５を用いて歪んだ薄膜Ｆからの反射レーザ光Ｌ２を受光して薄膜Ｆの歪みを検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばレーザセンサを薄膜Ｆに照射し、当該薄膜Ｆ上の歪んだスポットの大きさを測定して薄膜Ｆの歪みを検出するようにしてもよい。
【０１２１】
また、上述した実施の形態においては、基板ＳとしてＴｉＯ_２基板を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ基板またはＳｉＯ_２基板などこの他種々の基板を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１薄膜歪み電気特性評価装置
２試料台支持部（支持部）
３試料台
４レーザ発光部
５波面センサ
６ピエゾアクチュエータ（押圧手段）
７測定制御・解析部７（測定手段）
８第１半体
９第２半体
10ａ固定用ネジ
10ｂ調節用ネジ
17 サーミスタ（温度測定手段）
Ｄ距離
Ｆ薄膜
Ｓ基板
ＨＳｉヒータ（加熱手段）
Ｌ１レーザ光
Ｌ２反射レーザ光
Ｐ１，Ｐ８Ｓｉヒータ用配線
Ｐ２，Ｐ７サーミスタ用配線
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３セラミックスペーサ（スペーサ）
Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６電気特性測定用配線
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４アルミボンディングワイヤ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜を支持する支持部と、
前記薄膜を押圧し、該薄膜を歪んだ状態にさせる押圧手段と、
前記押圧手段による押圧により前記薄膜が歪む際の該薄膜の電気特性を測定する測定手段と
を備えることを特徴とする薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項２】
前記薄膜は基板に形成されており、前記基板に前記薄膜を加熱する加熱手段を備え、
前記測定手段は前記加熱手段を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項３】
前記基板は、前記薄膜の温度を測定する温度測定手段を備え、
前記測定手段は、前記温度測定手段により測定された前記薄膜の温度を基に、前記加熱手段を制御して該薄膜を所定の温度に加熱させる
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項４】
前記薄膜の表面に電極が蒸着されている
ことを特徴とする請求項1～３いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項５】
前記支持部はスペーサを備え、前記押圧手段で前記薄膜が押圧されると、前記スペーサを支点として前記薄膜を歪ませる
ことを特徴とする請求項1～４いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項６】
前記支持部が第１半体と第２半体とからなり、
調節用ネジが調節されることにより前記第１半体と前記第２半体との間の距離が調節され、
前記第１半体と前記第２半体とが固定用ネジにより螺合される
ことを特徴とする請求項1～５いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項７】
前記支持部が、ステンレス材からなる
ことを特徴とする請求項1～６いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項８】
前記薄膜の表面にレーザ光を照射するレーザ発光部と、
前記薄膜の表面から反射された反射レーザ光を受光する波面センサとを備え、
前記測定手段は、前記波面センサから受け取る受光データに基づいて前記薄膜の歪みを算出する
ことを特徴とする請求項1～７いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項９】
前記薄膜は試料台に設けられており、
前記試料台は、該試料台に設けられた配線によって前記薄膜と前記測定手段とを電気的に接続している
ことを特徴とする請求項1～８いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価装置。
【請求項１０】
支持部に支持された薄膜を押圧手段によって押圧し、該薄膜を歪んだ状態にさせる押圧ステップと、
前記押圧手段による押圧により前記薄膜が歪む際の該薄膜の電気特性を、測定手段で測定する測定ステップと
を備えることを特徴とする薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１１】
前記薄膜が基板に形成されており、前記基板の加熱手段により前記薄膜を加熱する加熱ステップと、
前記測定手段により前記加熱手段を制御する制御ステップとを備える
ことを特徴とする請求項１０記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１２】
前記基板に設けられた温度測定手段によって前記薄膜の温度を測定する測定ステップと、
前記温度測定手段により測定された前記薄膜の温度を基に、前記測定手段によって前記加熱手段を制御して該薄膜を所定の温度に加熱させる加熱ステップとを備える
ことを特徴とする請求項１１記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１３】
前記測定ステップでは、前記薄膜の表面に蒸着された電極を介して前記薄膜の電気特性を測定する
ことを特徴とする請求項1０～１２いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１４】
前記押圧ステップでは、前記押圧手段で前記薄膜を押圧した際に、前記支持部に備えたスペーサを支点として前記薄膜を歪ませる
ことを特徴とする請求項1０～１３いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１５】
調節用ネジを調節して、前記支持部を構成する第１半体と第２半体とを固定用ネジにより螺合することにより前記第１半体と前記第２半体との間の距離を調節する調節ステップを備える
ことを特徴とする請求項1０～１４いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１６】
前記押圧ステップでは、前記支持部がステンレス材からなる
ことを特徴とする請求項1０～１５いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１７】
レーザ発光部によって前記薄膜の表面にレーザ光を照射する照射ステップと、
前記薄膜の表面から反射された反射レーザ光を波面センサで受光する受光ステップと、
前記波面センサから受け取る受光データに基づいて、前記測定手段により前記薄膜の歪みを算出する算出ステップとを備える
ことを特徴とする請求項1０～１６いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価方法。
【請求項１８】
前記測定ステップでは、試料台に設けられた前記薄膜と、前記測定手段とが前記試料台の配線により電気的に接続され該配線を介して前記薄膜の電気特性を測定する
ことを特徴とする請求項1０～１７いずれかに記載の薄膜歪み電気特性評価方法。