JP6892086B1 - 熱物性値測定装置及び熱物性値測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
試料薄膜の表面または裏面に対向して備えられ、開口部を除いて遮光する遮光体と、
前記遮光体を介して前記試料薄膜に繰り返しパルスの加熱光を照射する加熱用レーザと、
前記開口部を通って前記加熱光が照射された前記試料薄膜上の加熱光照射位置から表面の延在方向に沿った沿面方向に予め定めた距離離れた測定位置に測温光を照射する測温用レーザと、
前記測温光の前記試料薄膜での反射光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出した前記反射光の反射光強度に基づいて、前記試料薄膜の前記沿面方向の熱物性値を算出する熱物性値算出部と、
を備え、
前記遮光体に照射する前記加熱光のスポットの直径は、前記試料薄膜上の前記測温光のスポットの直径より大きく、
沿面方向において、前記測温光のスポットの中心は、前記加熱光のスポットに含まれ、
前記開口部を有する前記遮光体を、前記沿面方向に移動させることにより、前記測定位置を前記加熱光照射位置から予め定めた距離離すことを特徴とする。
前記遮光体の前記開口部を、前記加熱光及び前記測温光のスポットの中心からずらすことにより、前記測定位置を前記加熱光照射位置から予め定めた距離離すようにしてもよい。
前記透明基板上の前記遮光薄膜を前記試料薄膜の表面に対向させ、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記透明基板側から照射してもよい。
前記遮光体は、透明基板に前記開口部を除いて、遮光性を有する遮光薄膜を成膜して形成したものであって、
前記透明基板上の前記遮光薄膜を、前記試料基板の前記試料薄膜と反対の面に対向させ、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記透明基板側から照射してもよい。
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記試料薄膜の表面上の前記遮光体の上から照射してもよい。
前記遮光体は、前記試料基板の前記試料薄膜と反対側の裏面に遮光性を有する遮光薄膜を成膜して形成したものであって、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記試料基板の前記裏面上の前記遮光体の上から照射してもよい。
前記加熱光及び測温光はいずれも前記遮光体を介して前記試料薄膜に照射され、
前記加熱光は、少なくとも1の前記開口部を含む領域に照射され、
前記測温光は、集光されて、他の1の前記開口部と沿面方向において同じ位置にある前記測定位置に照射されてもよい。
前記熱物性値算出部は、前記測定位置で反射した前記反射光強度に基づいて、前記沿面方向の前記熱物性値を算出してもよい。
前記加熱光の前記試料薄膜への加熱光照射時刻と、前記測温光の前記試料薄膜への測温光照射時刻を、前記信号発生器の駆動信号により制御し、
前記熱物性値算出部は、前記加熱光照射時刻及び前記測温光照射時刻の時間差に基づいて、熱拡散時間を算出し、前記熱拡散時間に基づいて熱拡散率を含む前記熱物性値を算出してもよい。
試料薄膜の表面又は裏面に対向して備えられ開口部を除いて遮光する遮光体を介して、前記試料薄膜に対して、繰り返しパルスの加熱光を照射する加熱光照射ステップと、
前記開口部を通って前記加熱光が照射された前記試料薄膜上の加熱光照射位置から表面の延在方向に沿った沿面方向に予め定めた距離離れた測定位置に測温光を照射する測温光照射ステップと、
前記測温光の前記試料薄膜での反射光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出した前記反射光の反射光強度に基づいて、前記試料薄膜の前記沿面方向の熱物性値を算出する熱物性値算出ステップと、
を有し、
前記遮光体に照射する前記加熱光のスポットの直径は、前記試料薄膜上の前記測温光のスポットの直径より大きく、
沿面方向において、前記測温光のスポットの中心は、前記加熱光のスポットに含まれ、
前記測温光照射ステップは、前記開口部を有する前記遮光体を、前記沿面方向に移動させることにより、前記測定位置を前記加熱光照射位置から予め定めた距離離すことを特徴とする。
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、実施の形態に係る熱物性値測定装置1の構成を示す図である。本実施の形態では、熱物性値測定装置1は、試料10の表面にパルス光である加熱光を照射して、裏面に照射した連続光である測温光の反射光を検出するサーモリフレクタンス法を用いて、温度応答の測定をする。
本発明の実施の形態2について図面を参照して詳細に説明する。熱物性値測定装置1の構成及び動作は、実施の形態1と同様である。本実施の形態では、試料10と遮光体11の構成が異なる。
本発明の実施の形態3について図面を参照して詳細に説明する。図7は、実施の形態3に係る熱物性値測定装置3の構成を示す図である。本実施の形態では、熱物性値測定装置3は、試料10の表面にパルス光である加熱光を照射して、表面に照射した連続光である測温光の反射光を検出するサーモリフレクタンス法を用いて、温度応答の測定をする。
実施の形態1に示した構成の熱物性値測定装置1において、試料基板101に窒素チタンの試料薄膜102を形成した試料10に加熱光と測温光を照射して得られたサーモリフレクタンス信号を、コンピュータ28が取得し解析した。ここで、遮光体11は、図9に示すように、透明基板111に白金(Pt)の遮光薄膜112が15μmの間隔でスリットを挟んで形成されたワイヤ構造を有している。加熱光のスポットの直径は、ワイヤ構造の周期である15μmの約2倍である約30μmとした。
10…試料
11…遮光体
12…XYステージ
21…関数発生器
22…加熱用レーザ
23…測温用レーザ
24…光変調器
25…レンズ
26…光検出器
27…ADコンバータ
28…コンピュータ
41…信号発生器A
44…信号発生器B
45…光変調器
47…ロックインアンプ
101…試料基板
102…試料薄膜
108,109,110…開口部
111…透明基板
112…遮光薄膜
Claims (16)
- 試料薄膜の表面または裏面に対向して備えられ、開口部を除いて遮光する遮光体と、
前記遮光体を介して前記試料薄膜に繰り返しパルスの加熱光を照射する加熱用レーザと、
前記開口部を通って前記加熱光が照射された前記試料薄膜上の加熱光照射位置から表面の延在方向に沿った沿面方向に予め定めた距離離れた測定位置に測温光を照射する測温用レーザと、
前記測温光の前記試料薄膜での反射光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出した前記反射光の反射光強度に基づいて、前記試料薄膜の前記沿面方向の熱物性値を算出する熱物性値算出部と、
を備え、
前記遮光体に照射する前記加熱光のスポットの直径は、前記試料薄膜上の前記測温光のスポットの直径より大きく、
沿面方向において、前記測温光のスポットの中心は、前記加熱光のスポットに含まれ、
前記開口部を有する前記遮光体を、前記沿面方向に移動させることにより、前記測定位置を前記加熱光照射位置から予め定めた距離離す、
熱物性値測定装置。 - 前記加熱光のスポットの中心と、前記測温光のスポットの中心と、は沿面方向において同じ位置にあり、
前記遮光体の前記開口部を、前記加熱光及び前記測温光のスポットの中心からずらすことにより、前記測定位置を前記加熱光照射位置から予め定めた距離離す、
請求項1に記載の熱物性値測定装置。 - 前記遮光体は、前記加熱光が透過する材料で構成された透明基板に、前記開口部を除いて遮光性を有する遮光薄膜を成膜して形成したものであって、
前記透明基板上の前記遮光薄膜を前記試料薄膜の表面に対向させ、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記透明基板側から照射する、
請求項1又は2に記載の熱物性値測定装置。 - 前記試料薄膜は、試料基板上に成膜された薄膜であって、
前記遮光体は、透明基板に前記開口部を除いて、遮光性を有する遮光薄膜を成膜して形成したものであって、
前記透明基板上の前記遮光薄膜を、前記試料基板の前記試料薄膜と反対の面に対向させ、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記透明基板側から照射する、
請求項1又は2に記載の熱物性値測定装置。 - 前記遮光体は、前記試料薄膜の表面に遮光性を有する遮光薄膜を成膜して形成したものであって、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記試料薄膜の表面上の前記遮光体の上から照射する、
請求項1又は2に記載の熱物性値測定装置。 - 前記試料薄膜は、試料基板上に成膜された薄膜であって、
前記遮光体は、前記試料基板の前記試料薄膜と反対側の裏面に遮光性を有する遮光薄膜を成膜して形成したものであって、
前記加熱用レーザは、前記加熱光を前記試料基板の前記裏面上の前記遮光体の上から照射する、
請求項1又は2に記載の熱物性値測定装置。 - 前記熱物性値算出部は前記反射光強度に基づいて、前記加熱光照射位置から前記測定位置までの前記試料薄膜の熱拡散時間を算出し、前記熱拡散時間に基づいて熱拡散率を含む前記熱物性値を算出する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の熱物性値測定装置。 - 前記測温光は、集光されて、前記試料薄膜の前記遮光体と反対側の面に存する前記測定位置に照射される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱物性値測定装置。 - 前記遮光体は、互いに分離された2以上の前記開口部を有し、
前記加熱光及び測温光はいずれも前記遮光体を介して前記試料薄膜に照射され、
前記加熱光は、少なくとも1の前記開口部を含む領域に照射され、
前記測温光は、集光されて、他の1の前記開口部と沿面方向において同じ位置にある前記測定位置に照射される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱物性値測定装置。 - 前記遮光体を備えた前記試料薄膜を固定したステージを前記沿面方向に平行な2次元方向に移動して、前記測定位置を変更し、
前記熱物性値算出部は、前記測定位置で反射した前記反射光強度に基づいて、前記沿面方向の前記熱物性値を算出する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の熱物性値測定装置。 - 前記加熱光は、パルス幅がナノ秒、ピコ秒又はフェムト秒のオーダーのパルス光である、
請求項1から10のいずれか1項に記載の熱物性値測定装置。 - 前記測温光は、連続光である、
請求項11に記載の熱物性値測定装置。 - 前記測温光は、パルス幅がナノ秒、ピコ秒又はフェムト秒のオーダーのパルス光である、
請求項11に記載の熱物性値測定装置。 - 前記加熱用レーザ及び前記測温用レーザに対して駆動信号を出力する信号発生器を更に備え、
前記加熱光の前記試料薄膜への加熱光照射時刻と、前記測温光の前記試料薄膜への測温光照射時刻を、前記信号発生器の駆動信号により制御し、
前記熱物性値算出部は、前記加熱光照射時刻及び前記測温光照射時刻の時間差に基づいて、熱拡散時間を算出し、前記熱拡散時間に基づいて熱拡散率を含む前記熱物性値を算出する、
請求項13に記載の熱物性値測定装置。 - 前記遮光体は、前記開口部以外に金属材料を成膜した遮光薄膜を有する、
請求項1から14のいずれか1項に記載の熱物性値測定装置。 - 試料薄膜の表面又は裏面に対向して備えられ開口部を除いて遮光する遮光体を介して、前記試料薄膜に対して、繰り返しパルスの加熱光を照射する加熱光照射ステップと、
前記開口部を通って前記加熱光が照射された前記試料薄膜上の加熱光照射位置から表面の延在方向に沿った沿面方向に予め定めた距離離れた測定位置に測温光を照射する測温光照射ステップと、
前記測温光の前記試料薄膜での反射光を検出する光検出ステップと、
前記光検出ステップで検出した前記反射光の反射光強度に基づいて、前記試料薄膜の前記沿面方向の熱物性値を算出する熱物性値算出ステップと、
を有し、
前記遮光体に照射する前記加熱光のスポットの直径は、前記試料薄膜上の前記測温光のスポットの直径より大きく、
沿面方向において、前記測温光のスポットの中心は、前記加熱光のスポットに含まれ、
前記測温光照射ステップは、前記開口部を有する前記遮光体を、前記沿面方向に移動させることにより、前記測定位置を前記加熱光照射位置から予め定めた距離離す、
熱物性値測定方法。
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