(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱物性値を測定する熱物性値測定装置及び熱物性値測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の熱物性を評価するとき、薄膜の膜厚方向に熱が拡散する時間は薄膜の熱拡散率と膜厚に依存するため、試料表面の温度変化をより高速に測定する必要がある。このような薄膜の熱物性値を測定する方法として、薄膜試料の表面をパルスレーザにより加熱し、測温用のレーザ光を照射したときの薄膜表面での反射光に基づいて熱物性値を算出するサーモリフレクタンス法と呼ばれる方法がある（例えば、特許文献１）。【０００３】
サーモリフレクタンス法では、薄膜表面又は裏面の温度変化を測定するために、測温用のレーザ光を薄膜に照射し、その反射率変化を検出する。薄膜の温度変化が数℃以内と小さい場合は、温度上昇量は反射率の変化量に比例すると考えられるため、反射率変化に基づいて試料表面の温度変化を検出することができる。【０００４】
加熱光および測温光としてパルス幅がナノ秒又はそれ以下のオーダーのパルス光を用いることで、数ｎｍ〜数１０μｍの膜厚をもつ薄膜試料の、加熱光の照射位置を起点とした温度履歴曲線を取得することができる。温度履歴曲線を熱伝導方程式により解析することで、試料の熱拡散率、界面熱抵抗を含む熱物性値を算出することができる（例えば、特許文献２）。【０００５】
ここで、測温光と加熱光の光路差が変化すると、これらの相対的な照射位置が変化することになるため、正確に測定できる時間の範囲に制約が生じていた。これに対し、特許文献２に記載の方法は、加熱用レーザと測温用レーザの駆動信号を信号発生器により電気的に制御することにより、加熱光と測温光の試料への到達時間を制御することができ、より広範囲の時間の測定が可能になり測定対象範囲を広げることができると説明されている。【０００６】
温度履歴曲線の解析方法については、特許文献１において、薄膜の表面に垂直の方向へ１次元的に伝達する熱流を仮定し、解析モデルを構築し、熱物性値を求めている。これにより、多層薄膜及び傾斜機能材料の膜厚方向の熱応答解析を正確に行うことができると説明されている。【０００７】
一方、薄膜の沿面方向の熱物性の評価もサーモリフレクタンス法を用いて行われている（例えば、特許文献３）。沿面方向の温度変化の測定において、加熱光と測温光の照射位置を高精度で特定する必要がある。特許文献３に記載の熱物性値測定装置は、加熱光の試料表面に対する照射位置を固定しつつ、試料を固定したＸＹステージを移動することで、測温光の試料表面に対する照射位置を走査している。これにより、沿面方向の熱拡散率を得ることができ、かつ加熱位置を中心とした熱の拡散のイメージを得ることができると説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２５２１５５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２６２８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４５１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３に記載されたような沿面方向の熱物性の評価において、薄膜に加熱光を照射して熱を印加したとき、熱は沿面方向のみならず、照射面である薄膜表面に垂直の方向に裏面に向かって拡散する。また、薄板状の試料と比較して、薄膜試料は加熱光による損傷の可能性が高いため、加熱光の出力に制限がある。よって、沿面方向に一定距離離れた測定位置における薄膜表面の温度上昇は、距離が大きくなるにつれ極わずかになると予想される。その場合、十分なＳ／Ｎ（Signal-to-Noise）比の信号が検出できない可能性があるため、正確な評価が困難であるという課題があった。【００１０】
温度上昇がわずかであるとき、測温光を照射する測定位置を加熱光の照射領域からわずかに変位させた位置にする必要がある。しかし、加熱光は空間的な強度分布を有する。よって、加熱光の照射領域と非照射領域を厳密に区別することは困難であった。また、測温光の、加熱光に対する相対的な変位量を精度よく計測するためには複雑な機構が必要であり容易に計測することが困難であった。【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、薄膜の沿面方向の熱物性値を正確かつ容易に測定することができる熱物性値測定装置及び熱物性値測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る熱物性値測定装置は、
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。
【００１３】
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ようにしてもよい。
【００１４】
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してもよい。【００１５】
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してもよい。【００１６】
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してもよい。【００１７】
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してもよい。【００１８】
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してもよい。【００１９】
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てもよい。【００２０】
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てもよい。【００２１】
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してもよい。【００２２】
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もよい。【００２３】
前記測温光は、連続光でもよい。【００２４】
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もよい。【００２５】
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してもよい。【００２６】
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してもよい。【００２７】
また、本発明の第２の観点に係る熱物性値測定方法は、
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。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、遮光体に設けられた開口部を通って加熱光が照射されることにより、加熱光照射位置から測温光照射位置までの距離を正確に特定することができるため、試料薄膜の沿面方向の熱物性値を正確かつ容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱物性値測定装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】実施の形態１における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図２Ｂ】実施の形態１における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図２Ｃ】実施の形態１における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図３】加熱光、温度変化、測温光の反射光及びサーモリフレクタンス信号のタイミングを示したタイミングチャートである。
【図４】サーモリフレクタンス信号を示す図である。
【図５】規格化したサーモリフレクタンス信号を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態２における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図６Ｂ】実施の形態２における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図６Ｃ】実施の形態２における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る熱物性値測定装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態３における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図９】実施例における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図１０】実施例における測定位置の変位量に対する信号強度が最大となった時間を示したグラフである。
【図１１】本発明の他の例に係る熱物性値測定装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の他の例における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【図１３】本発明の他の例における試料及び遮光体に照射する加熱光及び測温光を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（実施の形態１）
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。
【００３１】
熱物性値測定装置１は、図１に示すように、任意関数の信号を出力する関数発生器（ＦＧ：Function Generator）２１と、試料１０を加熱する加熱光を出力する加熱用レーザ２２と、温度を検出するための測温光を出力する測温用レーザ２３と、を備える。また、熱物性値測定装置１は、測温光を集光するレンズ２５と、試料１０及び遮光体１１を移動させるＸＹステージ１２と、集光した測温光の試料１０での反射光を検出する光検出器２６と、を備える。更に、熱物性値測定装置１は、光検出器２６の検出信号をアナログ／デジタル変換するＡＤコンバータ（Analog to Digital Converter）２７と、ＡＤコンバータ２７の出力信号に基づいて熱物性値を算出するコンピュータ２８と、を備える。
【００３２】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、試料１０及び試料１０に対向して配置する遮光体１１と、これらに照射する加熱光及び測温光を表した図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、測温光が照射される位置が互いに異なる。試料１０は、試料基板１０１と、試料基板１０１に成膜した試料薄膜１０２から構成される。試料基板１０１は、加熱光又は測温光が透過する材料からなる。試料薄膜１０２は、熱物性値を測定する測定対象の任意の材料からなる。なお、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃにおいて、試料１０及び遮光体１１の表面及び裏面が延在する沿面方向をｘ方向及びｙ方向と呼び、沿面方向に垂直の膜厚方向をｚ方向と呼ぶ。
【００３３】
遮光体１１は、開口部１１０を除いて遮光する機能を有する。遮光体１１は、透明基板１１１と、透明基板１１１に遮光性を有する任意の物質を成膜した遮光薄膜１１２からなり、遮光薄膜１１２は例えば白金等の金属材料の薄膜である。透明基板１１１は加熱光及び測温光が透過する材料からなる。開口部１１０は、例えば、予め定めた幅を有するスリットである。遮光体１１は、従来の任意の方法で生成される。例えば、金属蒸着法にて透明基板１１１に金属薄膜を生成した後に、フォトリソグラフィによりパターニングし、開口部１１０をエッチングする方法で、遮光体１１を生成してもよい。開口部１１０は、予め定めた形状及び大きさを有し、加熱光のスポットの円より十分に小さい。遮光薄膜１１２は試料薄膜１０２に接触させて配置してもよい。
【００３４】
試料１０及び遮光体１１に照射する加熱光及び測温光は、スポットの中心が沿面方向において同じ位置にある。測温光はレンズ２５で十分に集光されて試料基板１０１に照射される。遮光体１１に照射する加熱光のスポットの直径は、試料基板１０１に照射する測温光のスポットの直径より十分に大きい。加熱光及び測温光のスポットの中心が沿面方向における同じ位置にある状態を保ったまま、ＸＹステージ１２を２次元方向に駆動させることにより、試料１０及び遮光体１１の位置がｘ方向又はｙ方向に移動する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃはｘ方向に移動させた場合を示している。
【００３５】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、試料１０及び遮光体１１を、加熱光のスポットの半径以下の距離を移動させても、加熱光は開口部１１０を通過して照射されるため、試料薄膜１０２における加熱光の照射位置は変わらない。一方、測温光の照射位置は、移動距離だけ照射位置が変化する。このため、試料１０及び遮光体１１を移動させることで、加熱光の照射位置と測温光の照射位置の間の距離を変化させることができる。なお、測温光のスポットの直径は、加熱光の照射位置と測温光の照射位置の間の距離の変化を判別できる程度に十分に小さくする必要がある。例えば、測温光の試料薄膜１０２におけるスポットは、レンズ２５により直径３μｍの円より小さい大きさに集光させる。
【００３６】
熱物性値測定装置１の関数発生器２１は、加熱用レーザ２２に対して、ナノ秒オーダーのパルス光を出力させるための電気信号を出力する。本実施の形態では、加熱用レーザ２２が出力するパルス光のパルス幅は１ｎｓ程度であり、繰り返し周期は２０μｓである。繰り返し周期に対応して、関数発生器２１が出力する信号は５０ｋＨｚの振動数を有する。関数発生器２１から加熱用レーザ２２に入力される電気信号は、１周期の時間間隔の中で発生時間の制御が可能であり、関数発生器２１の設定パネル又は外部接続するコンピュータ２８で設定可能である。加熱用レーザ２２に入力される電気信号の発生のタイミングは、ＡＤコンバータ２７に出力され、ＡＤ（Analog to Digital）変換のタイミング制御に用いられる。
【００３７】
加熱用レーザ２２は、関数発生器２１から入力される電気信号により、パルス幅１ｎｓのパルス光を出力するファイバレーザである。加熱用レーザ２２から出力された加熱光は、透明基板１１１の遮光薄膜１１２と反対側の面に照射される。測温用レーザ２３から出力された測温光は、レンズ２５で集光されて試料薄膜１０２の遮光体１１と反対側の面に照射される。
【００３８】
ここで、試料１０及び遮光体１１は一体となってＸＹステージ１２に固定されている。ＸＹステージ１２を動かすことにより、試料１０及び遮光体１１に対する測温光の照射位置を変える。測温光の照射位置は、ＣＣＤ顕微鏡等で観察することにより、正確に設定する。
【００３９】
光検出器２６は、測温光の反射光を受光して電気信号に変換する検出器であり、例えば、フォトダイオードである。ＡＤコンバータ２７は、光検出器２６が光電変換した検出信号をアナログ／デジタル変換する。コンピュータ２８は、ＡＤコンバータ２７から出力されるデジタル信号を解析し、熱物性値を計算する処理を実行する。つまり、コンピュータ２８は熱物性値算出部として機能する。
【００４０】
以上のように構成された熱物性値測定装置１の動作について説明する。本実施の形態に係る熱物性値測定装置１は、図２Ａ−Ｃに示すように、遮光体１１を介して、試料１０の試料薄膜１０２の表面に加熱光を照射して、試料薄膜１０２の裏面に測温光を照射する表面加熱／裏面測温（ＦＲ：Front heating / Rear detection）配置で測定を行う。
【００４１】
関数発生器２１の出力Ａと出力Ｂの端子それぞれから、繰り返し周期２０μｓの電気信号が出力される。出力Ｂの出力シグナルは出力Ａの出力シグナルに対して一定の遅延を有しており、ＡＤコンバータ２７に対して出力される。関数発生器２１の出力Ａから出力した電気信号により、加熱用レーザ２２は、パルス幅１ｎｓ、繰り返し周期２０μｓの加熱光を出力する。
【００４２】
加熱用レーザ２２から出力された加熱光は、透明基板１１１を透過して遮光薄膜１１２に向かって照射する。そして、遮光薄膜１１２の開口部１１０を通過した加熱光のみが試料薄膜１０２の表面を照射する。つまり、加熱光の照射領域の中心は、開口部１１０の中心である。加熱光は遮光薄膜１１２の開口部１１０を通過することにより、試料薄膜１０２での照射領域が小さくなる。試料薄膜１０２における加熱光の照射領域の温度は瞬間的に上昇し、その後、試料薄膜１０２の内部へ熱が拡散していく。
【００４３】
一方、測温用レーザ２３は連続光である測温光を出力する。測温光は、レンズ２５で集光された後、試料基板１０１を透過して試料薄膜１０２の裏面を照射する。測温光の反射率は、温度変化に比例するため、熱物性値測定装置１は、測温光の反射率の変化から試料薄膜１０２の裏面温度の変化を観測する。加熱光の１パルスによる温度変化は０．１℃程度である。
【００４４】
ここで、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、遮光薄膜１１２を照射する加熱光のスポットの中心と、試料薄膜１０２を照射する測温光のスポットの中心は、沿面方向において同じ位置にある。加熱光及び測温光のスポットの中心が沿面方向において同じ位置にある状態を保ったまま、ＸＹステージ１２を駆動することで、試料１０及び遮光体１１を移動させる。なお、ここでは、ＸＹステージをｘ方向にのみ駆動する場合を説明する。
【００４５】
例えば、図２Ａに示すように、加熱光及び測温光のスポットの中心が開口部の中心に一致しているとき、試料薄膜１０２の表面における加熱光の照射領域の中心と裏面上の測温位置がｘ１であり、ｘ方向に同じであるため、観測する熱の伝搬方向は白矢印の膜厚方向のみである。
【００４６】
次に、図２Ｂに示すように、ＸＹステージ１２をｘ方向に（ｘ２−ｘ１）の距離を移動させたとき、試料薄膜１０２の表面における加熱光の照射領域の中心と裏面上の測温位置は、ｘ方向にずれている。加熱光の照射領域の中心と測温位置のｘ方向における距離は、（ｘ２−ｘ１）である。よって、観測する熱の伝搬方向は、白矢印で示したように、膜厚方向の成分と沿面方向の成分を合成した合成方向である。
【００４７】
更に、図２Ｃに示すように、ＸＹステージ１２をｘ方向に（ｘ３−ｘ２）の距離を移動させたとき、試料薄膜１０２の表面における加熱光の照射領域の中心と裏面上の測温位置は、ｘ方向にずれている。加熱光の照射領域の中心と測温位置のｘ方向における距離は、（ｘ３−ｘ１）である。よって、観測する熱の伝搬方向は、白矢印で示したように、膜厚方向の成分と沿面方向の成分を合成した合成方向である。ここで、膜厚方向の成分は、図２Ａの測温位置がｘ１であるときの測定で求められるため、合成方向の測定から沿面方向の成分を求めることができる。
【００４８】
このようにして、測温位置をｘ１，ｘ２，ｘ３と変化させることができる。なお、本実施の形態ではＸＹステージ１２を用いてｘ方向にのみ移動する場合について説明するが、３次元方向に移動可能なステージを用いてもよい。実施の形態２，３についても同様である。
【００４９】
測温光の反射光は、光検出器２６に入射され電気信号に変換される。光検出器２６が出力する検出信号はＡＤコンバータ２７に入力される。ＡＤコンバータ２７が出力したサーモリフレクタンス信号は、温度応答信号としてコンピュータ２８に送信される。コンピュータ２８は、受信したサーモリフレクタンス信号を解析することにより、試料薄膜１０２の熱物性値を算出することができる。
【００５０】
パルス光による加熱に対する温度応答について図３を用いて説明する。図３は、加熱光、温度変化、測温光の反射光及びサーモリフレクタンス信号のタイミングを示したタイミングチャートである。図３の（ａ）に示すような、パルス光の加熱光が試料薄膜１０２の表面に照射されると、図３の（ｂ）に示すように、パルス光と同一の繰り返し周期で試料薄膜１０２の表面の温度が変化する。一方、連続光である測温光は、試料薄膜１０２の裏面で、温度変化に比例した反射率で反射されるため、図３の（ｃ）に示すように反射光の強度が変化する。
【００５１】
反射光を光検出器２６で電気信号に変換し、ＡＤコンバータ２７でＡＤ変換したサーモリフレクタンス信号を、図３の（ｄ）に示す。このようにして得られる温度応答信号であるサーモリフレクタンス信号は、ＡＤコンバータ２７からコンピュータ２８に送信される。コンピュータ２８は、受信したサーモリフレクタンス信号を用いて解析することにより、試料薄膜１０２の熱物性値を算出することができる。
【００５２】
サーモリフレクタンス法により観測された信号は時間応答信号である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示したｘ方向の座標がｘ１，ｘ２，ｘ３である位置におけるサーモリフレクタンス信号を図４に示す。信号強度の立ち上がりの時間が最も早いのはｘ１であり、最大となるときの信号強度もｘ１が最も大きい。
【００５３】
図５は、図４に示したサーモリフレクタンス信号の測定位置依存性をよりわかりやすくするために、加熱光の１周期（２０μｓ）分に相当する時間範囲内において、信号強度の最小値を各時間における信号強度から減算し、その後最大値で除算することで規格化した値を示す図である。
【００５４】
ｘ３の測定点におけるサーモリフレクタンス信号は、約１３０ｎｓのピーク強度が相対的に減少する一方、比較的遅い時間の約３０００ｎｓに最大となる。各信号は、試料薄膜１０２の沿面方向の熱拡散による温度変化を示している。コンピュータ２８は、これらのサーモリフレクタンス信号を熱拡散方程式に基づく理論式を用いて解析することにより、加熱光照射位置から各測定位置までの熱拡散時間を求め、熱拡散時間に基づいて熱拡散率を含む熱物性値を算出することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態において、熱物性値測定装置１は、加熱用レーザ２２から出力されるパルス光である加熱光を試料１０に照射し、測温用レーザ２３から出力される連続光である測温光を試料１０に照射する。そして、測温光の試料薄膜１０２における反射光の検出信号をＡＤ変換することにより得られたサーモリフレクタンス信号をコンピュータ２８が解析する。試料薄膜１０２の、試料基板１０１と反対側の表面に対向して、開口部１１０を有する遮光薄膜１１２が備えられている。加熱光のスポットの中心と反射光のスポットの中心が沿面方向において同じ位置にある状態で、試料１０及び遮光体１１が沿面方向に移動する。加熱光は、遮光薄膜１１２の開口部１１０を通って照射され、測温光は、加熱光の照射位置から予め定めた距離離れた測定位置に照射される。これにより、各測定位置における反射光の検出信号に基づいて温度変化を取得することができるため、試料薄膜１０２の沿面方向の熱物性値を正確かつ容易に測定することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
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。
【００５７】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、本実施の形態に係る試料１０及び試料１０に対向して配置する遮光体１１と、これらに照射する加熱光及び測温光を表した図である。試料１０及び遮光体１１のそれぞれの構成は実施の形態１と同様であるが、試料１０の試料基板１０１の、試料薄膜１０２と反対側の裏面に、遮光体１１の遮光薄膜１１２が対向している点が実施の形態１と異なる。
【００５８】
すなわち、試料基板１０１の裏面と、遮光薄膜１１２の透明基板１１１と反対側の面と、が互いに対向している。試料基板１０１と遮光薄膜１１２は互いに接触させて配置してもよい。
【００５９】
加熱用レーザ２２から出力された加熱光は、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、透明基板１１１の、遮光薄膜１１２と反対側の面に向かって照射する。加熱光のスポットの中心は、測温光のスポットの中心と沿面方向において同じ位置にある。加熱光は遮光薄膜１１２の開口部１１０を通過することにより照射径が小さくなり、その後試料基板１０１を透過し、試料薄膜１０２の裏面を照射する。試料薄膜１０２での照射領域の温度は瞬間的に上昇し、その後、試料薄膜１０２の内部へ熱が拡散していく。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃにおいては、熱は白矢印の方向に伝搬する。
【００６０】
測温用レーザ２３から出力された測温光は、レンズ２５で十分に集光された後、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、試料薄膜１０２の試料基板１０１と反対側の表面を照射する。測温光の反射率は、温度変化に比例するため、熱物性値測定装置１は、測温光の反射率の変化から試料薄膜１０２の表面温度の変化を観測する。加熱光の１パルスによる温度変化は０．１℃程度である。
【００６１】
遮光薄膜１１２に照射する加熱光のスポットの直径は、試料薄膜１０２に照射する測温光のスポットの直径より十分に大きい。加熱光及び測温光はスポットの中心が沿面方向において同じ位置にある状態で、ＸＹステージを駆動させることにより試料１０及び遮光体１１の位置がｘ方向又はｙ方向に移動する。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃはｘ方向に移動させた場合を示している。
【００６２】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、試料１０及び遮光体１１を、加熱光のスポットの半径以下の距離を移動させても、加熱光は開口部１１０を通過して照射されるため、試料薄膜１０２における加熱光の照射位置は変わらない。一方、測温光の照射位置は、移動距離だけ変化する。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃにおいては、測温光の照射位置は、ｘ１、ｘ２、ｘ３と変化している。
【００６３】
つまり、試料１０及び遮光体１１を一体として移動させることで、加熱光の照射位置と測温光の照射位置の間の距離を変化させることができる。なお、測温光のスポットの直径は、加熱光の照射位置と測温光の照射位置の間の距離の変化を判別できる程度に十分に小さくする必要がある。例えば、測温光の試料薄膜１０２におけるスポットは、レンズ２５により直径３μｍの円より小さい大きさに集光させる。
【００６４】
測温光の反射光は、光検出器２６に入射され電気信号に変換され、ＡＤコンバータ２７でデジタル信号に変換される。ＡＤコンバータ２７から出力されるサーモリフレクタンス信号は、温度応答信号としてコンピュータ２８に送信される。コンピュータ２８は、受信したサーモリフレクタンス信号を解析することにより、試料薄膜１０２の熱物性値を算出する。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態において、試料１０の試料基板１０１の、試料薄膜１０２と反対側の面に対向して、開口部１１０を有する遮光薄膜１１２が備えられ、加熱光は、遮光薄膜１１２の開口部１１０を通って照射される。加熱光のスポットの中心と反射光のスポットの中心が沿面方向において同じ位置にある状態で、試料１０及び遮光体１１が沿面方向に移動する。加熱光は、遮光薄膜１１２の開口部１１０を通って照射され、測温光は、加熱光の照射位置から予め定めた距離離れた測定位置に照射される。これにより、試料薄膜１０２上の各測定位置に直接測温光を照射し、測定光の反射光の検出信号に基づいて温度変化を取得することができるため、試料薄膜１０２の沿面方向の熱物性値を正確かつ容易に測定することができる。
【００６６】
（実施の形態３）
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。
【００６７】
本実施の形態に係る熱物性値測定装置３は、実施の形態１と同様の、関数発生器２１と、加熱用レーザ２２と、測温用レーザ２３と、レンズ２５と、ＸＹステージ１２と、光検出器２６と、ＡＤコンバータ２７と、コンピュータ２８と、を備える。本実施の形態は、図７に示すように、試料１０に照射する測温光の照射方向が実施の形態１と異なる。
【００６８】
図８は、試料１０及び試料１０に対向して配置する遮光体１１と、これらに照射する加熱光及び測温光を表した図である。試料１０は、実施の形態１と同様の構成を有し、試料基板１０１及び試料薄膜１０２からなる。なお、実施の形態１では、試料基板１０１は加熱光又は測温光を透過する材料からなるとしたが、本実施の形態では、加熱光又は測温光を透過しない材料で構成してもよい。
【００６９】
遮光体１１は、２以上の開口部を有し、開口部を除いて遮光する機能を有する。本実施の形態では、２つの開口部１０８，１０９を有する場合について説明する。遮光体１１は、透明基板１１１に遮光性を有する任意の物質を成膜した遮光薄膜１１２からなり、遮光薄膜１１２は、例えば白金等の金属薄膜である。透明基板１１１は加熱光及び測温光が透過する材料からなる。遮光体１１の製造方法は実施の形態１と同様である。それぞれの開口部１０８，１０９は、予め定めた形状及び大きさを有する。図８において、開口部１０８，１０９の中心のｘ座標は、それぞれｘ１，ｘ２である。遮光薄膜１１２は試料薄膜１０２に接触させて配置してもよい。
【００７０】
加熱用レーザ２２は、関数発生器２１から入力される電気信号により、パルス幅１ｎｓのパルス光を出力するファイバレーザである。加熱用レーザ２２から出力された加熱光は、透明基板１１１の遮光薄膜１１２と反対側の面に照射される。測温用レーザ２３から出力された測温光は、レンズ２５で集光されて、透明基板１１１の遮光薄膜１１２と反対側の面に照射される。つまり、加熱光及び測温光の照射方向は同じである。なお、レンズ２５は、測温光を直径３μｍの円より小さい大きさに集光させる。
【００７１】
ここで、図８に示すように、遮光薄膜１１２を照射する加熱光のスポットの直径は、遮光薄膜１１２を照射する測温光のスポットの直径より十分に大きい。加熱光は、２つの開口部１０８，１０９の両方を通過することができる。加熱光のスポットの中心と測温光のスポットの中心は、沿面方向において同じ位置でもよい。
【００７２】
以上のように構成された熱物性値測定装置３の動作について説明する。本実施の形態に係る熱物性値測定装置３は、加熱光と測温光の両方が、遮光体１１を介して試料１０の試料薄膜１０２の表面に照射される表面加熱／表面測温（ＦＦ：Front heating / Front detection）配置で測定を行う。
【００７３】
関数発生器２１の出力Ａの端子から、繰り返し周期２０μｓの電気信号が出力される。出力Ｂの出力シグナルは出力Ａの出力シグナルに対して一定の遅延を有しており、ＡＤコンバータ２７に対して出力される。関数発生器２１の出力Ａから出力された電気信号により、加熱用レーザ２２は、パルス幅１ｎｓ、繰り返し周期２０μｓの加熱光を出力する。
【００７４】
加熱用レーザ２２から出力された加熱光は、透明基板１１１の、遮光薄膜１１２と反対側の面に向かって照射する。加熱光の遮光薄膜１１２を照射するスポットの中心は開口部１０８の中心である。加熱光は、スポットの直径が十分に大きいため、開口部１０８，１０９を通過して試料薄膜１０２の表面を照射する。つまり、図８において、加熱光の試料薄膜１０２における照射領域は、ｘ座標がｘ１とｘ２の位置を中心とする領域である。試料薄膜１０２の照射領域の温度は瞬間的に上昇し、その後、試料薄膜１０２の内部へ熱が拡散していく。
【００７５】
一方、測温用レーザから出力された測温光は、レンズ２５で十分に集光されているため、開口部１０８のみを通過して、試料薄膜１０２の表面を照射する。試料薄膜１０２での測温光の反射光強度の時間変化は、開口部１０８を通過した加熱光による位置ｘ２の温度変化、及び、開口部１０９を通過した加熱光による温度上昇の後、白矢印で示したように熱が拡散することによる位置ｘ２の温度変化、の和として表される。
【００７６】
開口部１０８を通過した加熱光による位置ｘ２の温度変化は、試料薄膜１０２の膜厚方向への熱拡散による試料表面の温度変化であり、遮光体１１を設置せずに試料薄膜１０２を直接加熱した場合の測定により求めることができる。よって、開口部１０９を通過した加熱光による温度上昇の後、熱が拡散することによる位置ｘ２の温度変化は、図８に示した遮光体１１を備えた構成による測温光の反射率の変化と、遮光体１１を設置せずに測定した測温光の反射率の変化と、の差から計算することができる。
【００７７】
このようにして得られた、開口部１０９を通過した加熱光による位置ｘ２の温度応答信号が、本実施の形態におけるサーモリフレクタンス信号である。コンピュータ２８は、得られたサーモリフレクタンス信号を解析することにより、試料薄膜１０２の沿面方向の熱拡散率を含む熱物性値を算出することができる。
【００７８】
なお、図８では、２つの開口部１０８，１０９を有する構成について説明したが、更に１以上の開口部が沿面方向に離れて備えられてもよい。この場合、加熱光と測温光のスポットの中心を一致させた状態で、試料１０及び遮光体１１を固定したＸＹステージ１２を移動させて、加熱光と測温光のスポットの中心を他の開口部の中心に合わせることにより、他の位置のサーモリフレクタンス信号を取得できる。得られたサーモリフレクタンス信号に基づいて、沿面方向の熱物性値を更に詳細に知ることができる。
【００７９】
また、図８では、加熱光と測温光のスポットの中心をｘ２の位置で一致させた場合について示しているが、加熱光のスポットの中心をｘ１にして測温光のスポットの中心をｘ２にしてもよい。このとき、加熱光はｘ２の位置の開口部１０８も通過することができる。つまり、加熱光のスポットの中心はｘ１でもｘ２でもよい。言い換えると、本実施の形態では、遮光薄膜１１２が２以上の開口部を有し、加熱光が、少なくとも１の開口部１０９を含む領域に照射され、測温光は、集光されて、他の１の開口部１０８と沿面方向において同じ位置にある測定位置に照射される。このとき、試料薄膜１０２には加熱光と測温光がともに照射される領域と、加熱光と測温光のいずれか一方が照射される領域が同時に存在してもよい。
【００８０】
また、図７、８では、試料１０の試料薄膜１０２に遮光薄膜１１２が対向しているとしたが、実施の形態２と同様に、試料基板１０１の、試料薄膜１０２と反対側の面に遮光薄膜１１２が対向してもよい。この場合、加熱光及び測温光は、遮光薄膜１１２の開口部１１０を通って試料基板１０１を透過して試料薄膜１０２に照射される。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態において、熱物性値測定装置３は、加熱光及び測温光を、遮光薄膜１１２の試料薄膜１０２と反対側の面に照射させる。遮光薄膜１１２は開口部１０８，１０９を含む２以上の開口部を有する。加熱光は、開口部１０８，１０９の両方を通過させて試料薄膜１０２を加熱し、測温光は、開口部１０８のみを通過させて試料薄膜１０２で反射させる。得られた測温光の反射光に基づい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が解析する。これにより、前面加熱前面測温の構成においても、試料薄膜１０２の沿面方向の熱物性値を正確に測定することができる。
【００８２】
（実施例）
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。
【００８３】
本実施例では、加熱光は１本の遮光薄膜に隣接する２本の線状の開口部を通って試料薄膜１０２に照射される。この２本の線状に加熱された領域の内側部分では、膜厚方向および沿面方向へそれぞれ１次元的に熱が拡散するとみなせる。特に、試料基板１０１の熱拡散率が試料薄膜１０２より小さい場合、沿面方法への１次元熱伝導の近似がよく成立する。また、線状加熱を行った場合、点状に加熱したときの３次元的な熱拡散と比較して、加熱位置と測温位置の距離の増加による温度の下降が緩やかになるため、より信号を検出しやすくなるという特徴がある。
【００８４】
測温光を照射する位置を、１５μｍの１区間の間で変化させて測定した結果を図１０に示す。横軸の変位量は、開口部１１０であるスリットの中心を０μｍとした値である。縦軸は、図５に示すような規格化したサーモリフレクタンス信号の信号強度が最大となった時間である。図９に示したように、変位量を変えたときに、信号強度が最大になる時間は、ワイヤ構造の周期の半分に相当する変位量８μｍの測定点を中心に対称形である。
【００８５】
これは、測温光照射位置から最も近い開口部１１０を通った加熱光に由来する熱伝達による温度上昇が検出されていると解釈できる。なお、信号強度が最大になる時間が最大になる、変位量８μｍの測定点での実際の最大信号強度は最小である。言い換えると、変位量８μｍの測定点において、信号強度が最大になる時間が最大であり、かつ、最大信号強度が最小であることから、加熱光及び測温光が、遮光体１１の、予め定められた距離離れた位置に照射されていることが保証される。また、遮光体１１が３つ以上の開口部１１０を備え、それぞれの開口部１１０を加熱光が通過する場合は、３つ目以降の開口部１１０の影響は、従来行われてきた膜厚方向の１次元熱拡散と同様の解析手法によって取り扱うことができる。
【００８６】
このように、予め定めたテンプレートの遮光体１１を対向させた試料１０を用いて、一部を遮光した加熱光で加熱するサーモリフレクタンス法による信号検出を行うことで、試料薄膜１０２の沿面方向の熱拡散についての知見を得ることができる。例えば、試料薄膜１０２が面内異方性を有する場合、スリット状の開口部１１０を有する遮光体１１を試料薄膜１０２に対して設置する際に、設置の向きを回転させて測定することで任意の方向の熱拡散率を容易に測定することができる。
【００８７】
また、同一のテンプレートの遮光体１１を用いて測定を行うことで、測定対象の試料薄膜１０２の沿面方向の熱拡散時間の、標準試料の沿面方向の熱拡散時間に対する大小関係を明らかにすることができる。また、各測定点でのサーモリフレクタンス信号の時間変化に基づいて理論計算を行い、熱拡散率を含む熱物性値を取得することができる。
【００８８】
このように本発明は、開口部を除いて遮光する遮光体を備えた試料薄膜に対して、遮光体の開口部を通って繰り返しパルスの加熱光が照射され、試料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が照射され、測温光の試料薄膜での反射光の反射光強度に基づいて、試料薄膜の沿面方向の熱物性値を算出することとした。これにより、試料薄膜の沿面方向の熱物性値を正確かつ容易に測定することが可能になる。
【００８９】
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【００９０】
例えば、上記実施の形態において、測温光は連続光であるとしたが、パルス光であってもよい。測温光がパルス光である熱物性値測定装置４の構成を図１１に示す。熱物性値測定装置４において、信号発生器Ａ（ＳＧ：Signal Generator）４１が発生する電気信号により加熱用レーザ２２及び測温用レーザ２３はパルス駆動され、ナノ秒オーダーのパルス光を出力する。パルス光の加熱光は、信号発生器Ｂ（ＳＧ）４４が発生する電気信号に基づいて光変調器４５で強度変調されて、試料１１に照射される。一方、パルス光の測温光は、レンズ２５で集光されて試料１１に照射される。測温光の反射光を検出する光検出器２６の出力のうち光変調器４５の変調周波数の成分がロックインアンプ４７で増幅されて、サーモリフレクタンス信号としてコンピュータ２８に出力される。これにより、熱物性値測定装置４は、雑音を低減させたサーモリフレクタンス信号に基づいて、より正確な熱物性値を測定することができる。
【００９１】
また、上記実施の形態において、加熱光はナノ秒オーダーのパルス光であるとしたが、ピコ秒オーダー又はフェムト秒オーダーのパルス光を用いてもよい。加熱光がピコ秒オーダーのパルス光の場合には、測温光もピコ秒オーダーのパルス光である。また、加熱光がフェムト秒オーダーのパルス光の場合には、測温光もフェムト秒オーダーのパルス光である。このとき、信号発生器Ａ４１の駆動信号により、測温光の試料薄膜１０２への測温光照射時刻は、加熱光の試料薄膜１０２への加熱光照射時刻より遅延するように制御される。熱物性値測定装置４は、加熱光照射時刻及び測温光照射時刻の時間差に基づいて、熱拡散時間を算出する。これにより、より短い時間領域での熱拡散についての知見を得ることができる。
【００９２】
また、上記実施の形態において、遮光体１１は、透明基板１１１に遮光薄膜１１２を成膜して形成するとしたが、図１２に示すように、試料１０の試料薄膜１０２の表面に遮光性のある材料を直接成膜して遮光薄膜１１２を形成してもよい。あるいは、図１３に示すように試料１０の試料基板１０１の試料薄膜１０２と反対側の面に遮光性のある材料を直接成膜して遮光薄膜１１２を形成してもよい。
【００９３】
また、上記実施の形態において、熱物性値測定装置１，３，４は、試料基板１０１に成膜した試料薄膜１０２を有する試料１０について測定を行うとしたが、試料基板１０１を有さない自立膜である試料薄膜１０２について測定を行うことも可能である。
【００９４】
また、上記実施の形態において、試料薄膜１０２に直接又は試料基板１０１を介して試料薄膜１０２に加熱光を照射するとしたが、試料薄膜１０２の表面又は裏面に、光の吸収又は反射を高めるための薄膜を更に備えてもよい。ここでの薄膜は遮光薄膜１１２とは別の薄膜である。
【００９５】
本出願は、２０１９年６月２０日に出願された、日本国特許出願特願２０１９−１１４４３９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１９−１１４４３９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００９６】
１，３，４…熱物性値測定装置
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
【要約】
熱物性値測定装置（１）において、開口部を除いて遮光する遮光体（１１）が、試料（１０）の試料薄膜の表面に対向して備えられている。加熱用レーザ（２２）から出力される繰り返しパルスの加熱光は、遮光体（１１）を介して試料薄膜に照射される。測温用レーザ（２３）から出力される連続光の測温光は、試料薄膜上の加熱光照射位置から予め定めた距離離れた測定位置に照射される。光検出器（２６）が測温光の試料薄膜での反射光を検出し、ＡＤコンバータ（２７）でデジタル変換したサーモリフレクタンス信号を、コンピュータ（２８）が取得する。コンピュータ（２８）は取得したサーモリフレクタンス信号に基づいて、試料（１０）の試料薄膜の沿面方向の熱物性値を算出する。【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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