特許 7396683 圧電定数測定装置及び圧電定数測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】圧電定数測定装置及び圧電定数測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/22 20060101AFI20231205BHJP

   H10N 30/01 20230101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

G01R29/22 E

G01R29/22 Z

H10N30/01

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021026845

(22)【出願日】2021-02-23

(65)【公開番号】P2022128529

(43)【公開日】2022-09-02

【審査請求日】2023-01-18

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】517106327

【氏名又は名称】リードテクノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】早野 修二

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２８９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１０３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０４００９６１９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０２０－０６８３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４２３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１９４８６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ２９／２２

Ｈ１０Ｎ ３０／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハの基板上の下部電極層の上に成膜された圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を測定する圧電定数測定装置であって、
前記基板の下側の面である裏面に接し得る第１電極と、
前記基板と前記第１電極の下方にあってそれらを支持し２次元の水平方向に移動可能なウェハ台と、
前記圧電薄膜に上から接し得る第２電極と、
前記第２電極を上下に移動させ、かつ、該第２電極を介して前記圧電薄膜に荷重を加え得る荷重手段と、
前記荷重を計測する荷重計測手段と、
前記荷重が加えられることによって前記圧電薄膜に発生する電荷を前記第１電極又は／及び前記第２電極を通して入力して該電荷の量を計測する電荷量計測手段と、
前記計測された電荷の量から実験により前記計測された電荷の量に対して予め導出されている引張り応力に応じて前記圧電薄膜に発生した電荷の量を差し引いたものと前記計測された荷重により圧電定数ｄ３３を算出する圧電定数測定制御手段と、
を備える圧電定数測定装置。

【請求項2】

第１電極とウェハ台と第２電極と荷重手段と荷重計測手段と電荷量計測手段と圧電定数測定制御手段とを備える圧電定数測定装置を用いて、ウェハの基板上の下部電極層の上に成膜された圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を測定する圧電定数測定方法であって、
前記ウェハの周縁近傍の前記圧電薄膜の一部を取り除き、
前記ウェハ台により前記基板を支持させ、かつ、前記圧電薄膜の一部が取り除かれた部分の前記下部電極層の周縁近傍に第１電極を接しさせ、
前記荷重手段により、前記第２電極を下に移動させて前記圧電薄膜に接しさせ、かつ、該第２電極を介して前記圧電薄膜に荷重を加え、
前記荷重計測手段により前記荷重を計測し、
前記電荷量計測手段により、前記荷重が加えられることによって前記圧電薄膜に発生する電荷を前記第１電極又は／及び前記第２電極を通して入力して該電荷の量を計測させ、
前記圧電定数測定制御手段により、前記計測された電荷の量と前記計測された荷重により圧電定数ｄ３３を算出する圧電定数測定方法。

【請求項3】

請求項２に記載の圧電定数測定方法において、
前記圧電定数測定制御手段により、前記計測された電荷の量から、実験により前記計測された電荷の量に対して予め導出されている引張り応力に応じて前記圧電薄膜に発生した電荷の量を差し引いて圧電定数ｄ３３を算出する圧電定数測定方法。

【請求項4】

請求項１に記載の圧電定数測定装置において、
前記第２電極の下端面は平らな円形である圧電定数測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハの基板上の下部電極層の上に成膜された圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を測定する圧電定数測定装置及び圧電定数測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電デバイスは、各種センサからアクチュエータ等の幅広い分野に応用されている。圧電デバイスは、圧電定数を測定することで圧電特性の定量的評価が可能である。圧電定数には、加えられる荷重の方向とそれにより発生する電荷の量に応じたｄ３１、ｄ３３などが有る。圧電定数の測定は、様々な圧電定数測定装置によって可能である。例えば、特許文献１には、圧電定数ｄ３３用の圧電定数測定装置に治具を取り付けることでｄ３１が測定できるようにした圧電定数測定装置が開示されている。特許文献２には、複数個のパルス荷重により発生した複数個のパルス状の電荷の量の変化量を計測し、その変化量と計測されたパルス荷重から圧電定数ｄ３３（及びｄ３１）が算出できる圧電定数測定装置が開示されている。

【0003】

近年、圧電デバイスの小型化、低消費電力化の流れから、圧電薄膜（圧電材料の薄膜）を用いた圧電デバイスの開発、商品化が盛んになっている。圧電薄膜は、製造ラインにおいて、シリコンなどのウェハの基板上の下部電極層の上にスパッタ法などにより成膜されるものである。ウェハは、その後、上部電極層の形成などの後続の工程を経てから所定の形状に分割されることで、圧電デバイスの製品となる。

【0004】

圧電薄膜が適正かどうかは、一般的には、製造ラインにおいて抜取り検査で抜取ったウェハから所定形状だけ切出して圧電定数測定装置により圧電定数が測定される。このような抜取り検査は抜取ったウェハがその後に使用できない破壊検査である。それに対して、例えば、特許文献３に示すようなウェハの状態で圧電定数を測定する非破壊検査も提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－０８１３３９号公報

【文献】特許第６２４１９７５号公報

【文献】特開２０１３－２１０３０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献３に示されているものは、ウェハ内での圧電定数のバラツキを測定することができず、また、圧電定数ｄ３１を測定するものである。

【0007】

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェハの状態でその複数箇所で圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を容易に測定できる圧電定数測定装置及び圧電定数測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の圧電定数測定装置は、ウェハの基板上の下部電極層の上に成膜された圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を測定する圧電定数測定装置であって、前記基板の下側の面である裏面に接し得る第１電極と、前記基板と前記第１電極の下方にあってそれらを支持し２次元の水平方向に移動可能なウェハ台と、前記圧電薄膜に上から接し得る第２電極と、前記第２電極を上下に移動させ、かつ、該第２電極を介して前記圧電薄膜に荷重を加え得る荷重手段と、前記荷重を計測する荷重計測手段と、前記荷重が加えられることによって前記圧電薄膜に発生する電荷を前記第１電極又は／及び前記第２電極を通して入力して該電荷の量を計測する電荷量計測手段と、前記計測された電荷の量から実験により前記計測された電荷の量に対して予め導出されている引張り応力に応じて前記圧電薄膜に発生した電荷の量を差し引いたものと前記計測された荷重により圧電定数ｄ３３を算出する圧電定数測定制御手段と、を備える。

【0009】

請求項２に記載の圧電定数測定方法は、第１電極とウェハ台と第２電極と荷重手段と荷重計測手段と電荷量計測手段と圧電定数測定制御手段とを備える圧電定数測定装置を用いて、ウェハの基板上の下部電極層の上に成膜された圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を測定する圧電定数測定方法であって、前記ウェハの周縁近傍の前記圧電薄膜の一部を取り除き、前記ウェハ台により前記基板を支持させ、かつ、前記圧電薄膜の一部が取り除かれた部分の前記下部電極層の周縁近傍に第１電極を接しさせ、前記荷重手段により、前記第２電極を下に移動させて前記圧電薄膜に接しさせ、かつ、該第２電極を介して前記圧電薄膜に荷重を加え、前記荷重計測手段により前記荷重を計測し、前記電荷量計測手段により、前記荷重が加えられることによって前記圧電薄膜に発生する電荷を前記第１電極又は／及び前記第２電極を通して入力して該電荷の量を計測させ、前記圧電定数測定制御手段により、前記計測された電荷の量と前記計測された荷重により圧電定数ｄ３３を算出する。

【0010】

請求項３に記載の圧電定数測定方法は、請求項２に記載の圧電定数測定方法において、前記圧電定数測定制御手段により、前記計測された電荷の量から、実験により前記計測された電荷の量に対して予め導出されている引張り応力に応じて前記圧電薄膜に発生した電荷の量を差し引いて圧電定数ｄ３３を算出する。

【0011】

請求項４に記載の圧電定数測定装置は、請求項１に記載の圧電定数測定装置において、前記第２電極の下端面は平らな円形である。

【発明の効果】

【0012】

本発明の圧電定数測定装置及び圧電定数測定方法によれば、ウェハの状態でその複数箇所で圧電薄膜の圧電定数ｄ３３を容易に測定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る圧電定数測定装置を示すものであって、ウェハ台と第１電極と第２電極と荷重手段と荷重計測手段の一部は断面図で示し、荷重計測手段のその他の一部と電荷量計測手段と圧電定数測定制御手段はブロック図（又は模式図）で示したものである。

【図2】同上の圧電定数測定装置の第１電極の配置の一例（図１とは異なる例）を示す平面図である。

【図3】同上の圧電定数測定装置における圧電薄膜の様子を拡大して示す断面図である。

【図4】同上の圧電定数測定装置における波形の例を示すもので、（ａ）が圧電薄膜に加えられる荷重の波形図であり、（ｂ）が荷重により発生する電荷の量の波形図である。

【図5】同上の圧電定数測定装置の電荷量計測手段の構成例を示す概略図である。

【図6】同上の圧電定数測定装置の圧電定数測定制御手段での処理を説明するグラフあって、圧電薄膜に発生した電荷の量全体に対して引張り応力に応じて発生した電荷の量の関係を示すものである。

【図7】同上の圧電定数測定装置の圧電定数測定制御手段の構成例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明を実施するための形態を、以下説明する。本発明の実施形態に係る圧電定数測定装置１は、ウェハＷＡの基板Ｗ１上の下部電極層Ｗ２の上に成膜された圧電薄膜Ｗ３（例えば、厚み１μｍ～２００μｍ）の圧電定数ｄ３３を測定するものである（図１参照）。圧電薄膜Ｗ３は、製造ラインにおいて、シリコンや金属（例えば、ＳＵＳ、Ｎｉ合金等）などのウェハＷＡの基板Ｗ１上に貴金属又は金属などの下部電極層Ｗ２が形成された後、その上にスパッタ法などにより成膜されるものである。ウェハＷＡは、圧電定数測定装置１による圧電定数ｄ３３の測定後、上部電極層の形成などの後続の工程を経てから所定の形状に分割されることで、圧電デバイスの製品となることが可能である。

【0015】

圧電定数ｄ３３は、圧電薄膜Ｗ３の厚み方向に応力が加えられたときに発生する電荷の量を示すものとすることができる。また、後述する圧電定数ｄ３１は、圧電薄膜Ｗ３の面に沿った方向（すなわち、厚み方向の垂直方向）に応力が加えられたときに発生する電荷の量を示すものとすることができる。

【0016】

ウェハＷＡの状態で圧電薄膜Ｗ３の圧電定数ｄ３３を測定する圧電定数測定装置１は、図１に示すように、ウェハ台２と第１電極３と第２電極４と荷重手段５と荷重計測手段６と電荷量計測手段７と圧電定数測定制御手段８とを備えている。なお、図１において、ウェハＷＡの各部及び第１電極３などは、図示の都合上、厚み方向を拡大して示している。

【0017】

ウェハ台２は、ウェハＷＡがその上に載せられ、それを支持するものである。ウェハ台２は、ウェハＷＡの複数箇所で圧電薄膜Ｗ３の圧電定数ｄ３３を測定するために、２次元の水平方向に移動可能とすることができる。

【0018】

第１電極３は、圧電薄膜Ｗ３の圧電定数ｄ３３を測定するときに、基板Ｗ１の裏面又は下部電極層Ｗ２の周縁近傍に接するものである。第１電極３又はそれと同電位のその他の箇所には、電気導線３Ａが接続されている。第１電極３が基板Ｗ１の裏面に接する場合、ウェハＷＡにおいて基板Ｗ１と下部電極層Ｗ２の間に絶縁層が設けられていないとき、ウェハＷＡの下部電極層Ｗ２から第１電極３まで導電性が保たれる。その場合、第１電極３は、ウェハ台２の直上にそれとほぼ同じ面積で設けられるようにすることができる（図１参照）。

【0019】

第１電極３が下部電極層Ｗ２の周縁近傍に接する場合は、特にウェハＷＡにおいて基板Ｗ１と下部電極層Ｗ２の間に絶縁層が設けられているときに有効である。第１電極３は、図２に示すように、ウェハＷＡの周縁近傍の圧電薄膜Ｗ３の一部が化学的に又は機械的に取り除かれた部分に接するようにして、ウェハ台２から離して設けられるようにすることができる。この場合、圧電薄膜Ｗ３が取り除かれた部分は、通常、圧電デバイスの製品としては用いられない部分である。

【0020】

第２電極４は、圧電薄膜Ｗ３の圧電定数ｄ３３を測定するときに、圧電薄膜Ｗ３に上から接するものである。第２電極４（又はそれと同電位のその他の箇所）には、電気導線４Ａが接続されている。第２電極４は、特に形状が限定されるものではないが、圧電薄膜Ｗ３に安定して接するために、その下端面は平らであるのが好ましく、特に平らな円形であるのが好ましい。また、第２電極４は、ウェハＷＡの複数箇所でｄ３３を測定可能とするために、その下端面は小面積である。

【0021】

荷重手段５は、第２電極４を上下に移動させ、かつ、第２電極４を介して圧電薄膜Ｗ３に荷重を加えるものである。圧電薄膜Ｗ３は、図３に示すように、第２電極４により圧電薄膜Ｗ３が圧縮される向きに荷重（図中、矢印付き一点鎖線で示す）が加えられると、圧電薄膜Ｗ３の厚み方向の圧縮応力（図中、矢印付き実線で示す）が生じ、また、第２電極４の外周近傍に引張り応力（図中、矢印付き破線で示す）が生じる。そうすると、圧電薄膜Ｗ３には、圧縮応力に応じた量の電荷が発生する他、引張り応力に応じた量の電荷が発生する。この引張り応力に応じた量の電荷は、後に詳述する圧電定数測定制御手段８によって処理されるようにすることができる。

【0022】

荷重手段５は、様々な具体的な形態が可能であるが、本実施形態では、第２電極４によって圧電薄膜Ｗ３に静荷重を加え、かつ、この静荷重が加えられている間に複数個のパルス荷重を加えるものとしている。なお、静荷重と複数個のパルス荷重を加えることにより圧電定数を測定する点は、上記特許文献２に開示のものと同様である。

【0023】

パルス荷重（図４（ａ）の波形において線ｂで示す）は、パルス状の荷重である。静荷重（図４（ａ）の波形において線ａで示す）は、複数個のパルス荷重が圧電薄膜Ｗ３に加えられるときに、その基準として一定に保たれている荷重である。静荷重は、例えば、複数個のパルス荷重が圧電薄膜Ｗ３に加えられるときに、０．０１Ｎ～１Ｎ程度にすることができ、また、パルス荷重も、例えば、０．０１Ｎ～１Ｎ程度にすることができる。この静荷重及びパルス荷重は、通常、圧電薄膜Ｗ３の圧電特性が変化しないようストレスが余り大きくならないようにする。また、パルス荷重は、例えば、０．５秒～１．５秒程度の幅とすることができる。

【0024】

本実施形態では、複数個のパルス荷重を加えることによって、図４（ｂ）に示すように、複数個のパルス状の電荷の量の変化が発生する。複数個のパルス荷重は、例えば、３個以上のパルス荷重とする。なお、発生する電荷の量が荷重手段５やその他の部材からの機械的振動及び電気的ノイズの影響を余り受けないように、例えば、第２電極４を導電性樹脂材料等でコーティングしてその圧電薄膜Ｗ３への接触（コンタクト）を安定化したり、除振部材やシールド部材などを荷重手段５などに取り付けたりすることができる。

【0025】

荷重手段５は、詳細には、直動モータ５１と、荷重検出器取付プレート５２と、第２電極取付プレート５３と、を有して構成されるようにすることができる。

【0026】

直動モータ５１は、荷重検出器取付プレート５２、荷重計測手段６の後に詳述する荷重検出器６１を介して第２電極４を直動（直線移動）させることができる。直動モータ５１は、直動部５１ａが支持部５１ｂを基準の位置にして直動するモータであり、支持部５１ｂは、直動部５１ａが上下動するように圧電定数測定装置１のフレーム（図示せず）に固定されている。直動部５１ａは、その下端部が荷重検出器取付プレート５２に固定されている。直動モータ５１は、特に限定されるものではないが、位置制御用のサーボモータなどを用いることができる。

【0027】

荷重検出器取付プレート５２は、荷重検出器６１が下方からの力を検出し得るようにそれが取り付けられるものである。

【0028】

第２電極取付プレート５３は、第２電極４の端部（圧電薄膜Ｗ３に接触し得る端部）が下向きになるようにそれが取り付けられるものである。詳細には、第２電極４の上部には固定部４ａが設けられており、それが第２電極取付プレート５３にねじ込みなどにより固定されている。固定部４ａの上端面は、第２電極取付プレート５３から露出している。第２電極取付プレート５３は、周辺部の上面に荷重検出器取付プレート摺動棒５２Ａ、５２Ａが取り付けられており、また、上方には、荷重検出器保持バネ５２Ｂ、５２Ｂを介して上記の荷重検出器取付プレート５２が位置している。荷重検出器取付プレート５２と第２電極取付プレート５３は、荷重検出器取付プレート摺動棒５２Ａ、５２Ａにガイドされ、また、荷重検出器保持バネ５２Ｂ、５２Ｂに緩衝されて相対的に上下動可能となっている。なお、荷重検出器取付プレート摺動棒５２Ａ、５２Ａの上部には、荷重検出器取付プレート５２と第２電極取付プレート５３の最大の離間を決める頭部５２Ａａ、５２Ａａが設けられている。

【0029】

第２電極４が圧電薄膜Ｗ３に接触するまでは、荷重検出器取付プレート５２と第２電極取付プレート５３は、それらの間の最大の離間を保って荷重検出器６１が第２電極４（固定部４ａ）に接触していない状態で下降する。第２電極４が圧電薄膜Ｗ３に接触してからは、荷重検出器取付プレート５２と第２電極取付プレート５３の間が縮まっていき、荷重検出器６１が第２電極４（固定部４ａ）に接触するようになる（図１参照）。そうすると、第２電極４を介して圧電薄膜Ｗ３に荷重が加えられるとともに、荷重計測手段６の荷重検出器６１による荷重の計測が可能になる。

【0030】

荷重計測手段６は、圧電薄膜Ｗ３に加えられる荷重を計測するものである。本実施形態では、荷重計測手段６は、圧電薄膜Ｗ３に加えられる静荷重及び複数個のパルス荷重を計測するものである。本実施形態では、荷重計測手段６は、荷重を検出する荷重検出器（ロードセル）６１と、検出した荷重に対応する電気信号をデジタルデータ化して圧電定数測定制御手段８に出力することなどを行う荷重計測処理器６２を有する。荷重検出器６１は、荷重手段５の機構に組み込まれており、図１において、符号６１Ａは、荷重検出器６１と荷重計測処理器６２とを接続する電気導線を示している。荷重計測処理器６２は、荷重検出器６１と一体化することも可能である。

【0031】

電荷量計測手段７は、荷重が加えられることによって圧電薄膜Ｗ３に発生する電荷を第１電極３又は／及び第２電極４を通して入力して電荷の量を計測する。例えば、第１電極３をアース電位として第２電極４を通して圧電薄膜Ｗ３に発生する電荷を入力して電荷の量を計測することができる。その場合、電荷量計測手段７は、図５に例示するように、オペアンプ７１の反転入力端子と出力端子の間にコンデンサ７２と高抵抗７３を並列に接続して構成したチャージアンプとＡＤコンバータ７４とを有するものとすることができる。ここでは、オペアンプ７１の非反転入力端子、反転入力端子にそれぞれ電荷量計測手段７の入力端子７ａ、７ｂを接続し、ＡＤコンバータ７４の入力端子、出力端子にそれぞれオペアンプ７１の出力端子、電荷量計測手段７の出力端子７ｃを接続している。入力端子７ａ、７ｂにはそれぞれ、電気導線３Ａ（アース電位）、電気導線４Ａを接続する。電荷量計測手段７は、入力端子７ｂを通って入力された電荷をオペアンプ７１とコンデンサ７２と高抵抗７３を用いたチャージアンプで電圧に変換し、その電圧をＡＤコンバータ７４によりデジタルデータに変換することで、電荷の量を計測し、出力端子７ｃから計測値を出力する。チャージアンプは、図示したものに限らず、種々の回路が可能である。

【0032】

なお、図５に示す電荷量計測手段７では、オペアンプ７１の反転入力端子と出力端子の間にコンデンサ７２及び高抵抗７３と並列に接続スイッチ７５を設けて、接続スイッチ７５の開閉を制御端子７ｄを介して制御されるようにしている。接続スイッチ７５が導通すると、オペアンプ７１の非反転入力端子と反転入力端子の間の電位差がゼロになり、従って、それらに接続される圧電薄膜Ｗ３に発生している電荷の量がゼロになる。制御端子７ｄは、圧電定数測定制御手段８による制御が可能である。そうすることで、圧電薄膜Ｗ３に荷重が加えられる前に、圧電薄膜Ｗ３に発生している電荷の量をゼロにしておくことができる。

【0033】

圧電定数測定制御手段８は、電荷量計測手段７で計測された電荷の量と計測された荷重により圧電定数ｄ３３を算出する。電荷量計測手段７で計測された電荷には、上記のように、圧縮応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷の他、引張り応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷が含まれている。圧縮応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷が、圧電定数ｄ３３の測定の対象となる電荷である。よって、電荷量計測手段７で計測された電荷の量から引張り応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷の量を差し引いて圧電定数ｄ３３を算出するのが極めて好ましい。なお、引張り応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷は、圧電定数ｄ３１の測定の対象となる電荷である。

【0034】

本実施形態では、例えば、複数個のパルス状の電荷の量の変化量と複数個のパルス荷重のうち、第１番目の立ち上りでの変化量ΔＱ_１ｕとパルス荷重ΔＦ_１ｕが計測され（図４（ａ）、（ｂ）参照）、圧電定数ｄ３３_１ｕが算出される。同様にして、第１番目の立ち下りでの変化量ΔＱ_１ｄとパルス荷重ΔＦ_１ｄ、第２番目の立ち上りでの変化量ΔＱ_２ｕとパルス荷重ΔＦ_２ｕ、第２番目の立ち下りでの変化量ΔＱ_２ｄとパルス荷重ΔＦ_２ｄ、第３番目の立ち上りでの変化量ΔＱ_３ｕとパルス荷重ΔＦ_３ｕ、第３番目の立ち下りでの変化量ΔＱ_３ｄとパルス荷重ΔＦ_３ｄ、が計測され（図４（ａ）、（ｂ）参照）、圧電定数ｄ３３_１ｄ、ｄ３３_２ｕ、ｄ３３_２ｄ、ｄ３３_３ｕ、ｄ３３_３ｄ、が算出される。そして、ｄ３３_１ｕ、ｄ３３_１ｄ、ｄ３３_２ｕ、ｄ３３_２ｄ、ｄ３３_３ｕ、ｄ３３_３ｄ、が平均化される。

【0035】

各変化量ΔＱ_１ｕ～ΔＱ_３ｄをΔＱ、各パルス荷重ΔＦ_１ｕ～ΔＦ_３ｄをΔＦ、各圧電定数ｄ３３_１ｕ～ｄ３３_３ｄをｄ３３、と表すと、各圧電定数ｄ３３は、以下の式（１）で算出される。
ｄ３３＝（ΔＱ－ΔＱ^＊）／ΔＦ ・・・（１）
ここで、ΔＱ^＊は、引張り応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷の量である。ΔＱ^＊の値は、ΔＱの値との関係が、例えば、図６に示すように、予め圧電定数測定装置１を用いた実験等により導出されており、ΔＱの値が決まると決まる値である。なお、図６では、ΔＱ^＊がΔＱに対してほぼ比例するとした場合を示している。

【0036】

或いは、各圧電定数のｄ３３は、（１）を変形して、以下の式（１’）で算出されるようにしてもよい。
ｄ３３＝（１－ΔＱ^＊／ΔＱ）（ΔＱ／ΔＦ）
＝Ａ^＊（ΔＱ／ΔＦ） ・・・（１’）
ここで、Ａ^＊は、圧縮応力に応じた量の電荷の割合を示すことになる。

【0037】

また、各変化量ΔＱ_１ｕ～ΔＱ_３ｄを平均化してΔＱとし、各パルス荷重ΔＦ_１ｕ～ΔＦ_３ｄを平均化してΔＦとし、そのΔＱとΔＦを用いて式（１）又は式（１’）で平均化された圧電定数ｄ３３が算出されるようにしてもよい。

【0038】

このようにして、電荷量計測手段７で計測された電荷の量から引張り応力に応じて圧電薄膜Ｗ３に発生した電荷の量を差し引いて圧電定数ｄ３３を算出することができる。

【0039】

圧電定数測定制御手段８は、コンピュータ（パソコン）によって実現されるのが通常である。例えば、図７に示すように、プログラム記憶部８１の中の圧電定数算出用プログラム８１ａに従って、ＣＰＵ８２は、荷重計測手段６で計測された荷重のデジタルデータ及び電荷量計測手段７で計測された電荷の量のデジタルデータを入力部８３を介して入力端子８ａ、８ｂから入力する。そして、データ記憶部８４などを用いて上述した算出方法で圧電定数ｄ３３を算出し、出力部８５を介して出力端子８ｃから外部に出力する。また、圧電定数測定制御手段８は、荷重手段５の直動モータ５１などを制御することができる。

【0040】

以上、本発明の実施形態に係る圧電定数測定装置及び圧電定数測定方法について説明したが、本発明の圧電定数測定装置は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内での様々な設計変更が可能である。

【符号の説明】

【0041】

１ 圧電定数測定装置
２ ウェハ台
３ 第１電極
３Ａ 第１電極の電気導線
４ 第２電極
４ａ 第２電極の固定部
４Ａ 第２電極の電気導線
５ 荷重手段
５１ 直動モータ
５１ａ 直動モータの直動部
５１ｂ 直動モータの支持部
５２ 荷重検出器取付プレート
５２Ａ 荷重検出器取付プレート摺動棒
５２Ａａ 荷重検出器取付プレート摺動棒の頭部
５２Ｂ 荷重検出器保持バネ
５３ 第２電極取付プレート
６ 荷重計測手段
６１ 荷重検出器
６１Ａ 荷重検出器の電気導線
６２ 荷重計測処理器
７ 電荷量計測手段
７ａ、７ｂ 電荷量計測手段の入力端子
７ｃ 電荷量計測手段の出力端子
７ｄ 電荷量計測手段の制御端子
７１ 電荷量計測手段のオペアンプ
７２ 電荷量計測手段のコンデンサ
７３ 電荷量計測手段の高抵抗
７４ 電荷量計測手段のＡＤコンバータ
７５ 電荷量計測手段の接続スイッチ
８ 圧電定数測定制御手段
８ａ、８ｂ 圧電定数測定制御手段の入力端子
８ｃ 圧電定数測定制御手段の出力端子
８１ 圧電定数測定制御手段のプログラム記憶部
８１ａ 圧電定数測定制御手段の圧電定数算出用プログラム
８２ 圧電定数測定制御手段のＣＰＵ
８３ 圧電定数測定制御手段の入力部
８４ 圧電定数測定制御手段のデータ記憶部
８５ 圧電定数測定制御手段の出力部
ＷＡ ウェハ
Ｗ１ 基板
Ｗ２ 下部電極層
Ｗ３ 圧電薄膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】