JPH10318953A

JPH10318953A - 交流加熱による熱拡散率の測定方法およびこれに用いる測定サンプルの構造

Info

Publication number: JPH10318953A
Application number: JP12362397A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Yamanaka; 良亮山中; Masafumi Satomura; 雅史里村; Ichiro Yamazaki; 一郎山嵜
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性を有する薄膜材料の厚み方向の熱拡散
率を測定する。【解決手段】測定サンプル６は、導電性を有する薄膜
材料１とは異なる導電体２上に絶縁物３、薄膜材料１が
順に積層され、導電体２の表面中央に絶縁物３の存在し
ない接続領域７が形成された構造とする。接続領域７を
介して薄膜材料１と導電体２とが電気的に接続され熱電
対を成し、測定サンプル６を種々の周波数で交流加熱を
行い、薄膜材料１と導電体２間にそれぞれの熱電能の差
により発生した電位差による信号と、交流加熱周波数の
信号との位相差により、薄膜材料１の厚み方向の熱拡散
率を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性薄膜材料の
厚み方向の熱拡散率の測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜材料の熱拡散率の測定方法として
は、大きく分けて定常法と非定常法がある。非定常法に
よる熱拡散率の測定方法の特徴は、試料内に熱的非平衡
状態を強制的に作り、その緩和に伴って起こる試料の温
度変化を測定することによって熱拡散率を求めるもので
あり、定常法に比べて測定時間が大幅に短いなどの利点
がある。

【０００３】従来の薄膜材料の厚み方向の熱拡散率の測
定方法の代表的なものが、特開平３−１５６３５１号公
報に示されている。図７に示すように、被測定試料板７
１は、大きさが１５ｍｍ×１５ｍｍ×９８μｍの難導電
性物質のサファイア板であり、この両面に交流熱源７２
として５００Åの膜厚の金薄膜、抵抗式温度計７３とし
て８００Åの膜厚の金薄膜をスパッタにより作成する。
この試料板７１は加熱冷却用セルに設置され、交流熱源
７２に交流電流発生器７４から交流電流を流すことによ
りジュール熱を発生させ、被測定試料板７１を交流加熱
する。一方、抵抗式温度計７３にも直流電源７５により
一定の直流電流を流し、その抵抗値の温度依存性によっ
て変化する電圧をロックイン増幅器７７で増幅し、温度
変化の交流成分である交流温度波を測定する。また、同
期整流回路であるロックイン増幅器７７に交流電流発生
器７４からの参照交流波の信号を入力することにより、
この参照交流波と交流温度波との位相差を測定する。こ
の位相差は次式で表される。

【０００４】Δθ＝√（ω／２α）・ｄ＋β ここで、αは熱拡散率、ｄは被測定試料板の膜厚、Δθ
は被測定試料板７１の熱拡散率による位相差であり、ω
は交流温度波の角周波数であり、βは装置定数である。

【０００５】したがって、交流熱源の周波数を変化させ
てそれぞれ位相差を測定し、上記の式を用いて被測定試
料板７１の熱拡散率を求めることができる。

【０００６】また、特開平６−２７３３６１号公報にお
ける測定方法は、基本的に上記の方法と同様であるが、
図８に示すように薄膜試料８０の両面に、交流加熱用金
属膜抵抗８１と、温度センサ用金属膜抵抗８２を蒸着
し、それぞれの金属膜の薄膜試料８０とは反対側に一方
が薄膜試料８０と同一材料からなる媒質８３，８４を密
着させている。そして、交流加熱用金属膜抵抗８１にオ
ッシレータ８５、パワー増幅器８６からなる交流電源か
ら交流電力を流して薄膜試料８０を加熱し、温度センサ
用金属膜抵抗８２の交流温度信号をロックイン増幅器８
７に入力して、パソコン８８によりロックイン増幅器８
７からの種々の周波数の交流温度信号と交流電力との位
相差の特性曲線を求め、その勾配から熱拡散率を算出す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような薄膜材料
の熱拡散率の測定方法では、薄膜材料上に交流加熱用ヒ
ータあるいは温度測定用センサとして金属膜を直接形成
している。このため、導電性を有する薄膜材料に対して
金属膜を形成しても、交流加熱用ヒータあるいは温度測
定用センサとしての機能を果たさず、この方法を適用す
ることができない。また、導電性を有する薄膜材料上に
交流加熱用ヒータあるいは温度測定用センサを設置する
ため、それぞれ薄膜材料との間に絶縁物等を挿入した場
合、上記の薄膜材料の熱拡散率の測定方法における算出
式等は使用できないものとなる。

【０００８】そこで、本発明は、上記に鑑み、導電性を
有する薄膜材料に対して交流加熱により熱拡散率を測定
することができる測定方法を提供することを目的とす
る。また、この測定方法に適した測定サンプルの構造を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、導電性を有する薄膜材料をこれとは異なる導電体
上に積層して測定サンプルを形成し、前記薄膜材料と導
電体とによって熱電対を成し、前記測定サンプルを種々
の周波数で交流加熱を行い、前記薄膜材料と導電体間に
それぞれの熱電能（ゼーベック係数）の差により発生し
た電位差による信号と、前記交流加熱周波数の信号との
位相差により、前記薄膜材料の厚み方向の熱拡散率を算
出するものである。すなわち、薄膜材料と異種導電体に
より作成した熱電対の測定サンプルが出力する電位差の
応答曲線を利用した交流加熱による熱拡散率の測定方法
である。

【００１０】ここで、薄膜材料がサンプル面積に対して
非常に薄く、薄膜材料が無限平板であると考えると、薄
膜材料の厚み方向に次式の１次元の熱拡散方程式が成立
する。

【００１１】

【数１】

【００１２】この測定サンプルに対して、例えば光源か
ら光を薄膜材料の導電体とは接していない表面側に断続
的に照射する交流加熱Ｑｅ^iωtを行ったとき、境界条件
は、

【００１３】

【数２】

【００１４】となる。ただし、ｗは薄膜材料の膜厚、α
は薄膜材料の熱拡散率，λは熱伝導率、ｋは波数（熱拡
散長の逆数：ｋ＝√（ω／２α））であり、添え字のｓ
は導電体に対するものを表している。

【００１５】以上の条件より、測定サンプル中の薄膜材
料と導電体との接合面での温度は次式で表される。

【００１６】

【数３】

【００１７】このとき、薄膜材料の膜厚ｗが波数ｋの逆
数より大きい場合（ｗ＞１／ｋ）、例えば薄膜材料の膜
厚が適当に大きいか、あるいは周波数が高ければ、
（３）式は次式のように表すことができる。

【００１８】

【数４】

【００１９】（４）式より、交流加熱Ｑｅ^iωtとの位相
差は次式となる。

【００２０】Δθ＝ｋｗ＋π／４＝√（πｆ／α）・ｗ＋π／４＝√（π／α）・ｗ・√ｆ＋π／４ …（５）（５）式よりわかるように、位相差は√ｆの１次関数式
で表される。また、薄膜材料と導電体との接合面で発生
する電位差は（３）式で表される温度式に追従した形で
変動する。したがって、この電位差と交流加熱との位相
差が周波数の関数になることから、周波数をパラメータ
として位相差を測定することにより、波数ｋが求まり、
縦軸に位相差、横軸に√ｆをとりプロットすれば、直線
が得られ、この直線の傾きから薄膜材料の熱拡散率を算
出することができる。

【００２１】そして、この測定に用いられる測定サンプ
ルは、導電体上に、絶縁体、前記導電体とは異なる導電
性薄膜材料が順に積層され、前記導電体の表面中央に前
記絶縁体の存在しない接続領域が形成され、この接続領
域を介して前記薄膜材料と導電体とが電気的に接続され
たものである。このような構造にすることにより、周囲
からの熱の出入り等の外乱の影響を受けにくくなり、出
力される電位差が精度のよいものとなる。

【００２２】ここで、より精度の高い熱拡散率の測定を
行うために、絶縁体が、ＣＶＤ、蒸着、スパッタリン
グ、レーザーアブレーションのうちのいずれか１つの方
法、あるいは導電体の表面酸化により形成される。ま
た、絶縁体を薄膜材料の熱拡散率と同等の熱拡散率を有
する材料とする。さらに、電位差信号を取り出すための
リード線が薄膜材料および導電体にそれぞれ接続され、
各接続位置は接続領域に対応する位置とされ、電流が１
次元的に流れるようにする。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１に本発明の交流加熱による熱拡散
率の測定方法に用いる測定サンプルの断面図、図２にこ
の測定方法に用いる測定装置の概略構成図を示す。

【００２４】図中、１は被測定物である導電性を有する
薄膜材料、２は薄膜材料１とは異種の材料からなる導電
体、３は絶縁物（絶縁体）、４，５はリード線を示し、
測定サンプル６は、導電体２上に絶縁物３、薄膜材料１
が順に積層され、導電体２の表面中央に絶縁物３の存在
しない接続領域７が形成され、この接続領域７を介して
薄膜材料１と導電体２とが電気的に接続された構造とな
っている。そして、測定装置は、光源１０、チョッパ１
１を駆動するためのモータ１２、チョッパ１１の通過を
検出するフォトセンサ１３、ロックインアンプ１４、デ
ータ処理用のパソコン１５、測定チャンバ１６からな
る。測定サンプル６が交流加熱を行う光に対して垂直で
あることと、測定サンプル６周辺に輻射や自然対流等の
熱的要因が存在しなければ問題はないものとし、測定装
置のその他の部材については、ここでの記載は省略す
る。

【００２５】まず、測定サンプル６の形状および作成方
法について説明を行う。測定サンプル６の形状について
は、薄膜材料１の膜厚の均一性が保たれるものであれば
特に問題はない。一般の蒸着あるいはＰＣＶＤ、スパッ
タリング、レーザーアブレーション等による成膜方法に
より薄膜材料１を形成する場合、上記のように薄膜の均
一性を考慮して１５ｍｍ角程度のサンプル面積が妥当で
ある。

【００２６】そして、この面積を有する導電体２上に絶
縁物３を形成する。この場合、導電体２と絶縁物３の間
に微少な空気層等が形成されることが考えられるが、こ
のような空気層が存在すると実質的に測定サンプルが４
層構造もしくは絶縁物３と薄膜材料１との間も考えると
５層構造のようになり、上記（３）式が成立しなくな
る。このため、測定サンプル６を作成する場合、導電体
２上に蒸着あるいはＰＣＶＤ、スパッタリング、レーザ
ーアブレーション等による成膜方法により絶縁物３を形
成すれば、空気層ができず、測定サンプル６を１次元熱
拡散モデルで作成することができ、精度の良い測定を行
うことができる。

【００２７】これらの成膜手法により絶縁物３を形成す
る際、導電体２のほぼ中央の一部分には絶縁物３の成膜
を行わず、この部分を接続領域７とし、ここで薄膜材料
１と導電体２とを接触させるようにする。そのため、マ
スクにより１ｍｍ角の領域をマスキングし、絶縁物３を
成膜させる。この絶縁物３を形成した後、同様の成膜方
法により薄膜材料１を形成する。これによって、薄膜材
料１は絶縁物３の上に積層されるが、中央の接続領域７
において薄膜材料１と導電体２との接合面が存在し、両
者は電気的に接続されて熱電対が形成される。

【００２８】なお、薄膜材料１としては、Ｂｉ、Ｂｉ₂
Ｔｅ₃、Ｓｂ等があり、導電体２としては、導電性のあ
る材料であれば何でもよいが、半導体分野等で絶縁物と
してＳｉＯ₂の形成技術が確立されているＳｉが最も適
している。

【００２９】上記の方法により測定サンプル６を作成し
た後、この熱電対の電位差を取り出してロックインアン
プ１４に信号を出力するリード線４，５を設置する。こ
こで設置位置について、測定サンプル６において、薄膜
材料１の膜厚が測定サンプル６の面積に対して非常に薄
く、薄膜材料１が無限平板と考えられるため、薄膜材料
１の厚み方向に１次元の熱拡散方程式が成立する。ま
た、より１次元性を保つため薄膜材料１のほぼ中央の一
部分において導電体２に接触させて熱電対を作成してい
るので、最も熱拡散の１次元性を保てる位置は、測定サ
ンプル６の中央部、つまり薄膜材料１と導電体２の接合
面の中心ということになる。以上のことは理論的にも明
らかなことであるため、リード線４，５の設置位置とし
ては、接合面の中心を通る垂直線上の位置が最適位置で
あることがいえる。したがって、薄膜材料１と導電体２
との電気的接触位置と同じ位置関係でリード線４，５を
設置することにより、１次元的に電流が流れるようにな
り、より一層１次元熱拡散モデルに近づけることができ
る。

【００３０】リード線４，５としては、直径２０μｍの
金線を使用し、接続方法としては銀ペースト等により接
着するものとする。ここで、金線を使用したのは、金の
熱電能（ゼーベック係数）が非常に小さいためである。
また、リード線５と薄膜材料１およびリード線４と導電
体２とがそれぞれ接触することになり、複数の接触部が
存在するが、薄膜材料１と導電体２のそれぞれが同じ物
質と接触することになるため、リード線４，５との接触
によって生じる電位差は打ち消され、薄膜材料１と導電
体２の接合面により発生する電位差の測定に関してリー
ド線４，５の影響は生じない。

【００３１】また、測定サンプル６とリード線４，５の
接触において、あらかじめリード線４，５の設置位置に
金、白金、銀等の金属膜スポット１７を作成しておくこ
とにより、リード線４，５の接触状態は均一となり、各
測定サンプル６に対しての設置位置の誤差が非常に小さ
くなり、安定した測定が行える。ただし、金属膜スポッ
ト１７の膜厚については、できるだけ薄く、面積も小さ
い方が測定精度は向上する。

【００３２】このように、ほぼ中央の一部分で薄膜材料
１と導電体２との接合面を形成した測定サンプル６を使
用することにより、接触部分の面積を限りなく小さくす
ることが可能となり、測定サンプル６の端部等からの熱
による外乱等の影響が非常に小さくなり、精度の高い薄
膜材料１の熱拡散率の測定が可能となる。

【００３３】次に、交流加熱による熱拡散率の測定方法
について説明を行う。上記のように作成した測定サンプ
ル６を測定チャンバ１６内に設置する。このとき、交流
加熱を行うための光に対して測定サンプル６は垂直にな
るように、図示しない治具によって固定する。この測定
チャンバ１６内部は測定サンプル６周辺からの自然対流
や輻射等の熱的外乱が考えられるため、測定チャンバ１
６は真空チャンバとし、内壁を黒色とすることが望まし
い。

【００３４】測定サンプル６を測定チャンバ１６内に設
置後、測定チャンバ１６内の真空引きを行い、真空状態
とする。その後、光源１０とモータ１２に通電して、交
流加熱を行う。光源１０についてはハロゲンランプを使
用するが、この他にＮ₂レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等を使用してもよい。これらの場合、チョッパ
１１等によりカットしなくても、パルスジェネレータ
（図示していない）により断続光を発生させることがで
きる。本発明では、各出力の絶対値を必要とするもので
はなく、光源１０からの交流加熱と測定サンプル６の電
位差との位相差のみにより熱拡散率を算出するものであ
るため、光の強度については問題としない。

【００３５】光源１０より発せられた光は測定サンプル
６に達する前にチョッパ１１により定期的にカットさ
れ、断続光となる。ここで、交流加熱の周波数が決定さ
れるが、これはモータ１２とチョッパ１１の形状により
決定される。この相互関係については、フォトセンサ１
３により検出される周波数と一致していれば問題はない
ため、ここでの詳細な相互関係については省略する。

【００３６】断続光を作成するにあたって、上記のもの
以外に電気的固体シャッタを使用しても同様な断続光が
得られる。電気的固体シャッタについて、最も一般的な
ものとして液晶があげられる。すなわち、モータ１２と
チョッパ１１の代わりに液晶とその駆動制御回路を設
け、液晶に通電することにより光を遮るようにすれば、
光をチョップすることになり、断続光を形成することが
できる。

【００３７】周波数については、ｗ＞１／ｋの条件下で
測定サンプル６の接合面の温度に関する（４）式を誘導
し、（５）式で表される位相差より熱拡散率を算出する
ため、ｗ＞１／ｋの条件を満たさなければならない。し
かし、薄膜材料１の膜厚を変更できない場合は、周波数
の変更により条件を満たす必要がある。このような場合
の条件式は、 √ｆ＞（√（π／α）・ｗ）^-1 となる。

【００３８】上記の条件を満たした光が測定サンプル６
に照射される。この光により測定サンプル６に交流加熱
が行われ、薄膜材料１および導電体２のそれぞれの熱電
能により電位差が発生する。ここで発生した交流的電位
差の信号をリード線４，５を介してロックインアンプ１
４に供給する。これと同時にフォトセンサ１３により検
出された交流加熱の周波数の信号をロックインアンプ１
４に供給し、測定サンプル６より発生した交流的電位差
と交流加熱の周波数との位相差を検出して、パソコン１
５に取り込む。その後、モータ１２の回転数を変更して
交流加熱の周波数を変更し、同様の測定を行う。パソコ
ン１５に入力された測定データは、周波数の平方根に対
する位相差の傾きが薄膜材料１の熱拡散率となっている
ため、パソコン１５においてこれらのデータに基づいて
演算を行い、薄膜材料１の熱拡散率を算出する。

【００３９】（第２実施形態）本実施形態では、第１実
施形態で示した測定装置を使用し、測定サンプル６の絶
縁物３に薄膜材料１の熱拡散率と同等の熱拡散率を有す
る材料を使用したものである。その他の構成は上記第１
実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。

【００４０】すなわち、測定サンプル６の形状は図１に
示すものと同様であるが、測定サンプル６の面積と薄膜
材料１の膜厚の関係において、薄膜材料１が測定サンプ
ル６の面積に対して非常に薄く、薄膜材料１を無限平板
と考え、薄膜材料１の厚み方向に１次元の熱拡散方程式
が成立するものとしているため、薄膜材料１と絶縁物３
との接触部分Ａにおける熱拡散の変化がこの方法での測
定誤差を引き起こす要因となる場合がある。

【００４１】そこで、薄膜材料１の熱拡散率とほぼ同等
な熱拡散率を有する物質を絶縁物３として使用すること
により、上記したような接触部分Ａでの１次元の熱拡散
に対する微妙な影響を大幅に削減することができる。

【００４２】測定サンプル６の形状として、面積につい
ては第１実施形態に示したものとする。ここで、絶縁物
３の熱拡散率と膜厚の関係が重要となる。図３は薄膜材
料１に対する絶縁物３の膜厚の比率と熱拡散率誤差との
関係を示し、薄膜材料１の熱拡散率からの絶縁物３の熱
拡散率の誤差をパラメータとして示している。熱拡散率
誤差とは、絶縁物３を挟まず導電体２と接触している部
分の薄膜材料１の熱拡散率からの絶縁物３を挟んでいる
部分の熱拡散率のずれのことである。ただし、図３で
は、薄膜材料１にＢｉ（熱拡散率６．４６ｍｍ²／ｓ）
を使用したものである。この図３に示すような関係を利
用することにより、例えば薄膜材料１の熱拡散率と１０
％の熱拡散率のずれを持つ絶縁物３を使用しても、絶縁
物３の膜厚を薄膜材料１の膜厚の１／１０にすることに
より、接触部分Ａの熱拡散率誤差を１％程度に納めるこ
とができ、非常に精度の高い熱拡散率の測定を行うこと
ができる。

【００４３】また、薄膜材料１の熱拡散率が全く予想で
きない場合等については、第１実施形態で示した測定装
置で測定を行った後、絶縁物３を選定して本実施形態の
測定サンプル６を作成し、測定を行えば問題なく熱拡散
率の測定を行うことができる。

【００４４】（第３実施形態）本実施形態では、導電体
２にシリコンウエハを使用し、このシリコンウエハの表
面酸化により作成したＳｉＯ₂層を絶縁物３として使用
したものである。シリコンウエハの厚みは特に問題では
ないが、６００μｍの厚みを有するものとし、その他の
構成については上記第１実施形態と同じである。

【００４５】一般にシリコンウエハの表面酸化方法に
は、ドライ酸化とウエット酸化があり、ドライ酸化は高
温に保持された石英炉芯管内に高純度の酸素を導入して
行われ、ウエット酸化は酸素ガスと水素ガスを同時に石
英炉芯管内に導入し、燃焼によって生じる水蒸気を用い
る方法が一般的である。図４は酸化炉を示したものであ
る。ここで、２０は酸化ガス注入口、２１は電気ヒー
タ、２２は均熱管、２３はボート、２４はシリコンウエ
ハ、２５は炉芯管である。シリコンウエハの表面熱酸化
過程については周知であるため詳細な説明は省略する。

【００４６】上記のドライ酸化方法では、図５に示すよ
うに酸化時間によってシリコンウエハの熱表面酸化膜の
制御を行うことができる。図５からもわかるように、数
十Åの表面酸化膜の形成が可能となる。このように導電
体２としてシリコンウエハを使用し、その表面酸化によ
り絶縁物３を形成することにより、一般の蒸着あるいは
ＰＣＶＤ、スパッタリング、レーザーアブレーション等
の成膜方法を使用するより比較的容易に非常に均一な膜
厚の絶縁物３を薄く形成することができる。

【００４７】図６は、薄膜材料１にＢｉ、導電体２にシ
リコンウエハ、絶縁物３にＳｉＯ₂を使用して測定サン
プル６を作成した場合の接触部ＡにおけるＢｉの膜厚に
対するＳｉＯ₂の膜厚の比率と熱拡散率誤差との関係を
示したものである。この図より、例えばＢｉの膜厚を１
０μｍとした場合、熱拡散率誤差を５％以下にするため
にはＳｉＯ₂膜厚は３．６μｍ程度、また熱拡散率誤差
を１％以下にするためにはＳｉＯ₂膜厚は０．５μｍ程
度にすれば、非常に精度の高い熱拡散率の測定が可能と
なる。

【００４８】このように、薄膜材料１の熱拡散率が１０
ｍｍ²／ｓ以下のような非常に熱拡散率の悪い物質の測
定において、導電体２にシリコンウエハを使用して絶縁
物３にＳｉＯ₂（熱拡散率５．２５ｍｍ²／ｓ）を形成す
ることにより、非常に精度の高い熱拡散率の測定が可能
となり、また導電体２と絶縁物３との間では異物が全く
混入しない完全な接触が得られ、導電体２と絶縁物３の
接触状態が非常によいものとなり、測定誤差等も低減で
きる。

【００４９】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、交流加熱として、光を照射する代わりに薄膜材料上
に金属膜を形成してジュール熱により加熱してもよく、
また薄膜材料側から加熱するだけでなく、導電体側から
加熱してもよい。薄膜材料が透光性の場合には光が透過
してしまい発熱しないおそれがあり、この場合に有用で
ある。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、導電性を有する薄膜材料とこれとは異種の導電
体を接触させ熱電対を形成した測定サンプルを用い、交
流加熱により発生する電位差を利用することにより、い
ままで測定が不可能であった導電性を有する薄膜材料の
厚み方向の熱拡散率の測定が可能となる。特に、薄膜材
料の熱電能（ゼーベック係数）の絶対値が高いものほど
得られる起電力が高くなり、精度の良い熱拡散率の測定
を行うことができる。

【００５１】そして、測定サンプルとして、薄膜材料と
導電体との間に絶縁物を挿入し、中央部を除いて薄膜材
料と導電体を電気的に絶縁することにより、薄膜材料と
導電体が接触する領域では測定サンプルの端部等からの
熱の出入りによる外乱の影響を非常に受けにくく、良好
な熱拡散の特性が得られ、そこから出力される電位差は
非常に精度の良いものとなる。

【００５２】また、絶縁物の形成において、一般的な成
膜技術によって作成することにより、導電体と絶縁物間
または薄膜材料と絶縁物間に空気層等の異物の混入がな
くなり、測定サンプルを理想的な１次元熱拡散モデルで
作成することができ、精度の高い熱拡散率の測定が可能
となる。また、導電体の表面酸化により絶縁物を形成し
ても、同様に異物が全く混入しない完全な接触が得ら
れ、精度の高い熱拡散率の測定が可能となる。さらに、
絶縁物に薄膜材料の熱拡散率と同等の熱拡散率を有する
物質を使用することにより、より１次元の熱拡散モデル
に近づけることができ、より精度の高い熱拡散率の測定
が可能となる。

【００５３】また、導電体にシリコンウエハを使用し、
特に表面酸化によってＳｉＯ₂の絶縁物を形成すること
により、酸化処理の条件が確立しているため絶縁物膜厚
の制御が行いやすく、絶縁物と導電体との接触状態も非
常に良く、より精度の高い熱拡散率の測定が可能とな
る。また、絶縁物形成用の物質を別途必要としないた
め、材料面において安価となる。

【００５４】また、電位差信号を取り出すためのリード
線の薄膜材料および導電体に対する接続位置が薄膜材料
と導電体との接続領域に対応する位置とされているの
で、電流が１次元的に流れるようになり、より一層１次
元熱拡散モデルに近づけることができ、非常に精度の高
い熱拡散率の測定が実現できる。しかも、リード線を金
属膜を介して接続することにより、各リード線の測定サ
ンプルに対しての接続位置のずれが小さくなり、安定し
た熱拡散率の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の交流加熱による熱拡散率の測定方法に
用いる測定サンプルの断面図

【図２】同じく測定装置の概略構成図

【図３】薄膜材料の膜厚と絶縁物の膜厚の比率に対する
熱拡散率誤差を示す図

【図４】シリコンウエハ酸化炉の構成図

【図５】ドライ酸化の酸化時間と酸化膜厚の関係を示す
図

【図６】薄膜材料にＢｉ、導電体にシリコンウエハ、絶
縁物にＳｉＯ₂を用いた測定サンプルにおける薄膜材料
の膜厚と絶縁物の膜厚の比率に対する熱拡散率誤差を示
す図

【図７】従来の熱拡散率の測定方法に用いる装置のブロ
ック図

【図８】従来の熱拡散率の測定方法に用いる他の装置の
ブロック図

【符号の説明】

１薄膜材料２導電体３絶縁物４，５リード線６測定サンプル７接続領域１０光源１１チョッパ１２モータ１３フォトセンサ１４ロックインアンプ１５パソコン１６測定チャンバ１７金属膜スポット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性を有する薄膜材料をこれとは異な
る導電体上に積層して測定サンプルを形成し、前記薄膜
材料と導電体とによって熱電対を成し、前記測定サンプ
ルを種々の周波数で交流加熱を行い、前記薄膜材料と導
電体間にそれぞれの熱電能の差により発生した電位差に
よる信号と、前記交流加熱周波数の信号との位相差によ
り、前記薄膜材料の厚み方向の熱拡散率を算出すること
を特徴とする交流加熱による熱拡散率の測定方法。
【請求項２】光源から光を薄膜材料の導電体とは接し
ていない表面側に断続的に照射することにより加熱を行
うことを特徴とする請求項１記載の交流加熱による熱拡
散率の測定方法。
【請求項３】導電体上に、絶縁体、前記導電体とは異
なる導電性薄膜材料が順に積層され、前記導電体の表面
中央に前記絶縁体の存在しない接続領域が形成され、こ
の接続領域を介して前記薄膜材料と導電体とが電気的に
接続されたことを特徴とする測定サンプルの構造。
【請求項４】絶縁体がＣＶＤ、蒸着、スパッタリン
グ、レーザーアブレーションのうちのいずれか１つの方
法により形成されたことを特徴とする請求項３記載の測
定サンプルの構造。
【請求項５】絶縁体が導電体の表面酸化により形成さ
れたことを特徴とする請求項３記載の測定サンプルの構
造。
【請求項６】絶縁体が薄膜材料の熱拡散率と同等の熱
拡散率を有する材料からなることを特徴とする請求項
３、４または５記載の測定サンプルの構造。
【請求項７】導電体にシリコンウエハが用いられたこ
とを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の測
定サンプルの構造。
【請求項８】電位差信号を取り出すためのリード線が
薄膜材料および導電体にそれぞれ接続され、各接続位置
は接続領域に対応する位置とされ、電流が１次元的に流
れるようにされたことを特徴とする請求項３ないし７の
いずれかに記載の測定サンプルの構造。
【請求項９】リード線が金属膜を介して接続されたこ
とを特徴とする請求項８記載の測定サンプルの構造。