軟化點(diǎn)測定裝置及熱傳導(dǎo)測定裝置制造方法
【專利摘要】提供一種軟化點(diǎn)測定裝置及熱傳導(dǎo)測定裝置，以在使用具有發(fā)熱部的懸臂來對樣品局部加熱以測定樣品的軟化點(diǎn)或熱傳導(dǎo)時，通過僅在探針與樣品的接觸部進(jìn)行熱交換，不給測定點(diǎn)的周邊部帶來熱影響，而可以進(jìn)行僅在接觸部的軟化點(diǎn)測定及熱傳導(dǎo)測定。在以探測顯微鏡為基礎(chǔ)的局部的軟化點(diǎn)測定裝置及熱傳導(dǎo)測定裝置中，通過使探針和樣品面的環(huán)境為1/100氣壓（103Pa）以下、或者將探針側(cè)面由絕熱材料涂敷至熱逃逸為1/100以下的厚度，降低來自探針側(cè)面的熱逃逸，僅在大約探針與樣品面的接觸部進(jìn)行熱交換。
【專利說明】軟化點(diǎn)測定裝置及熱傳導(dǎo)測定裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明用于掃描型探測顯微鏡等，具體涉及在懸臂具有發(fā)熱部，通過局部地加熱與樣品的接觸部，檢測懸臂的彎曲量來測定樣品的軟化點(diǎn)(?；蛉埸c(diǎn))的掃描型探測顯微鏡。另外，涉及通過從懸臂的發(fā)熱部的電阻值變化檢測懸臂的溫度變化，經(jīng)由與樣品的接觸部來測定樣品面的熱傳導(dǎo)的掃描型探測顯微鏡。

【背景技術(shù)】
[0002]以往的局部地加熱樣品面來測定樣品的?；蛉劢獾溶浕c(diǎn)的裝置，由:具有發(fā)熱部的探測器(probe);加熱該發(fā)熱部的功能；向探測器包括的位置檢測用的反射鏡照射光的光源；檢測來自光源的碰到反射鏡而反射的反射光并轉(zhuǎn)換為電信號的檢測器；以及將該檢測器的輸出信號作為上述探測器的彎曲位移信號的電路構(gòu)成。若探測器前端與樣品面接觸，并加熱發(fā)熱部，則與樣品面的接觸部被加熱，根據(jù)樣品材質(zhì)若到達(dá)?；蛉劢獾溶浕c(diǎn)的溫度，則探測器會陷入樣品面，將其檢測作為探測器的彎曲位移信號，從而進(jìn)行軟化點(diǎn)的測定(專利文獻(xiàn)I)。
[0003]另外，以往的測定樣品的熱傳導(dǎo)的裝置，由:具有發(fā)熱部的探測器；測定發(fā)熱部的電阻的功能；探測器具有反射鏡向反射鏡照射光的光源；檢測來自光源的碰到反射鏡而反射的反射光并轉(zhuǎn)換為電信號的檢測器；以及將該檢測器的輸出信號作為上述探測器的彎曲位移信號的電路構(gòu)成。若加熱探測器的發(fā)熱部，檢測電阻值，探測器前端與樣品面接觸并在樣品面上掃描，則根據(jù)樣品面內(nèi)的熱傳導(dǎo)分布從探測器向樣品的熱流入會變化，發(fā)熱部的溫度會變化，電阻值也會變化，通過檢測電阻值，進(jìn)行樣品面內(nèi)的熱傳導(dǎo)的分布等測定(專利文獻(xiàn)I)。
[0004]另外，探測器使用的是鉬線等，但線的直徑為6 μ m、探測器前端的曲率半徑為5μπι等，比較粗，無法實(shí)現(xiàn)納米級別等的分辨能力。正在從鉬線等手工操作的制造，開發(fā)由半導(dǎo)體加工的硅(Si)制的懸臂，以代替線探測器。
[0005]因此，以局部加熱或局部的熱傳導(dǎo)測定等為目的，利用硅制的懸臂的場合在增多。
[0006]局部加熱用的硅制懸臂，在發(fā)熱部制造有摻雜劑電阻。使摻雜劑部發(fā)熱，局部地加熱樣品面，并測定樣品的軟化點(diǎn)。制造探針前端由半導(dǎo)體加工經(jīng)蝕刻而尖銳化的懸臂(專利文獻(xiàn)2) ο
[0007]另外，熱傳導(dǎo)測定用的硅制懸臂，在懸臂前端構(gòu)成有金屬薄膜的圖案布線。而且，該懸臂通過將其前端包括的探針，在加熱到一定溫度的狀態(tài)下，與樣品面接觸并掃描，來將向樣品面的熱流入的程度作為金屬薄膜圖案的電阻變化，進(jìn)行熱傳導(dǎo)分布等測定。金屬薄膜圖案的懸臂同樣由半導(dǎo)體加工制造(專利文獻(xiàn)3)。
[0008]硅制懸臂使用半導(dǎo)體加工，探針前端被尖銳化至1nmR等，制造為用于局部的加熱或局部的熱傳導(dǎo)的測定，在納米【技術(shù)領(lǐng)域】也被用于熱分析。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特表平11-509003
[0010]專利文獻(xiàn)2:US_20060254345[0011 ] 專利文獻(xiàn)3:日本特開平7-325092


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]然而，得知即便將硅制懸臂通過半導(dǎo)體加工將探針前端尖銳化至IOnmR左右，難以通過對樣品局部的加熱來進(jìn)行軟化點(diǎn)測定或局部的熱傳導(dǎo)測定。
[0013]在進(jìn)行局部加熱時，加熱發(fā)熱部，通過對探針的熱傳導(dǎo)來加熱與樣品的接觸部。探針的前端具有IOnmR的曲率半徑，且探針側(cè)面為錐(pyramid)形來形成面。因此，該探針側(cè)面也會被加熱，發(fā)熱部的熱量從探針向樣品接觸部傳遞，并且產(chǎn)生來自探針側(cè)面的經(jīng)由空氣的熱逃逸，還會給探針接觸部的周邊帶來熱影響。
[0014]在軟化點(diǎn)的測定中，在希望比較鄰近的測定點(diǎn)的特性時，因在最初的測定點(diǎn)的加熱動作，會給周邊部的樣品面帶來熱過程(熱履歷)，在下個測定點(diǎn)會成為受到熱過程之后的軟化點(diǎn)測定，不能準(zhǔn)確進(jìn)行物理性質(zhì)比較。若考慮熱量經(jīng)由空氣擴(kuò)散，則盡管探針前端的形狀被尖銳化，由于被加熱的探針導(dǎo)致的熱影響，實(shí)質(zhì)上與更粗直徑的探測器產(chǎn)生相同的效果。
[0015]另外，在測定熱傳導(dǎo)時，邊檢測加熱的發(fā)熱部的電阻邊使探針在樣品面掃描，但該電阻的檢測范圍不只是探針與樣品面的接觸部，還達(dá)到由于來自探針側(cè)面的上述散熱受到熱影響的范圍。因此，無法準(zhǔn)確測定熱傳導(dǎo)。另外，若在樣品面內(nèi)有高低差，則由于探針側(cè)面部接近高低差的凹凸，產(chǎn)生與上述相同的散熱，盡管材質(zhì)方面相同但表觀上熱傳導(dǎo)不同，無法準(zhǔn)確測定熱傳導(dǎo)分布。
[0016]因此，本發(fā)明的目的在于提供具有探針，利用具有發(fā)熱部的懸臂來對樣品進(jìn)行局部加熱，不會給樣品的測定點(diǎn)以外的周邊部帶來熱影響的軟化點(diǎn)測定方法及其測定裝置。另外，提供同樣具有探針及發(fā)熱部，測定發(fā)熱部的電阻變化，去除與樣品的接觸部以外的熱逃逸，僅對接觸部的熱傳導(dǎo)準(zhǔn)確進(jìn)行的熱傳導(dǎo)的測定方法及測定裝置。另外，提供不限于局部加熱或局部熱傳導(dǎo)測定，熱量的交換僅在探針與樣品面的接觸部，在平面方向?yàn)楦叻直婺芰Γ诖怪狈较虿皇艿桨纪共畹葘?dǎo)致的形狀影響的高靈敏度的裝置。
[0017]本發(fā)明為解決上述問題，提供以下的方案。
[0018]在本發(fā)明中，關(guān)于局部加熱，掃描型探測顯微鏡包括:在前端具有探針，并具有發(fā)熱部的懸臂；向發(fā)熱部施加電壓的電壓施加單元；檢測該懸臂的位移的位移檢測單元；以及使樣品移動的樣品移動單元，通過加熱發(fā)熱部來加熱探針，局部地加熱與樣品的接觸部，檢測懸臂的彎曲量，來測定樣品的軟化點(diǎn)，其中，通過采用沒有來自探針側(cè)面的熱量逃逸的裝置結(jié)構(gòu)，僅在探針與樣品面的接觸部進(jìn)行熱交換。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，不會給成為測定對象的局部以外的部分帶來熱影響，可以進(jìn)行高靈敏度的局部加熱。
[0019]另外，關(guān)于局部的熱傳導(dǎo)測定，掃描型探測顯微鏡包括:在前端具有探針，并具有發(fā)熱部的懸臂；向發(fā)熱部施加電壓的電壓施加單元；發(fā)熱部的電流檢測單元；檢測該懸臂的位移的位移檢測單元；以及使樣品移動的樣品移動單元，測定發(fā)熱部的電阻變化，通過檢測懸臂的溫度變化作為電阻值的變化，經(jīng)由與樣品的接觸部來測定樣品面的熱傳導(dǎo)，其中，通過采用沒有來自探針側(cè)面的熱量逃逸的裝置結(jié)構(gòu)，僅在探針與樣品面的接觸部進(jìn)行熱交換。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，不會給成為測定對象的局部以外的部分帶來熱影響，可以進(jìn)行高靈敏度的局部的熱導(dǎo)率的測定。
[0020]關(guān)于上述局部加熱及局部的熱傳導(dǎo)測定，沒有來自探針側(cè)面的熱逃逸的具體結(jié)構(gòu)之一為，在上述基本的掃描型探測顯微鏡加上真空容器及真空排氣單元，通過提高探針和樣品面被置于的環(huán)境的真空度，來排除熱量的傳遞介質(zhì)。據(jù)此，去除來自探針側(cè)面的熱量逃逸，熱交換僅在探針與樣品面的接觸部。真空度優(yōu)選為在1/100氣壓(13Pa)以下，據(jù)此，可以使來自探針側(cè)面部的熱逃逸為不到1%，僅在探針與樣品面的接觸部的熱交換為99%以上。
[0021]另外，作為同樣的其他結(jié)構(gòu)，用絕熱材料覆蓋探針側(cè)面部，特別是S12或Si3N4在半導(dǎo)體加工中也可以作為隔熱涂膜材料使用，通過控制其膜厚可以使來自本申請的探針的側(cè)面的熱逃逸為不到I %，僅在探針與樣品面的接觸部的熱交換為99%以上。
[0022](發(fā)明效果)
[0023]在本發(fā)明中，在局部加熱中，通過降低來自探針側(cè)面的熱量逃逸，可以僅在探針與樣品面的接觸部進(jìn)行熱交換。據(jù)此，抑制熱量向測定點(diǎn)周邊部的傳導(dǎo)，各點(diǎn)彼此之間的熱量引起的影響消失，可以進(jìn)行在亞微米級別鄰近的測定點(diǎn)的軟化點(diǎn)測定。
[0024]另外，在熱傳導(dǎo)的測定中，僅在探針與樣品面的接觸部進(jìn)行熱交換，盡可能降低來自探針側(cè)面的經(jīng)由空氣的熱逃逸，結(jié)果，可以抑制進(jìn)入由于該測定得到的物理性質(zhì)信號的噪聲為不到1%。據(jù)此，避免根據(jù)樣品表面的凹凸差的形狀影響，提高熱傳導(dǎo)的測定精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是使用本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的掃描型探測顯微鏡的軟化點(diǎn)測定裝置的概略圖。
[0026]圖2是發(fā)熱部為摻雜劑電阻型的懸臂的例子。
[0027]圖3是發(fā)熱部為金屬薄膜圖案型的懸臂的例子。
[0028]圖4是測定?；蛉埸c(diǎn)等軟化點(diǎn)的步驟的圖，(a)是表示加熱初始，(b)是表示加熱中的熱膨脹時，(C)是表示軟化時的圖。
[0029]圖5是大氣中的軟化曲線的實(shí)測例。
[0030]圖6是關(guān)于大氣中的探針/樣品間的熱量的移動的說明圖，(a)是表示加熱初始，(b)是表示加熱中的熱膨脹時，(C)是表示軟化時的圖。
[0031]圖7是本發(fā)明的在真空中的軟化曲線的實(shí)測例。
[0032]圖8是關(guān)于本發(fā)明的在真空中的探針/樣品間的熱量的移動的說明圖，(a)是表示加熱初始，(b)是表示加熱中的熱膨脹時，(C)是表示軟化時的圖。
[0033]圖9是大氣中的局部加熱的實(shí)測例，(a)是5 μ m間距的9處的局部加熱后的表面形狀圖像，(b)是9處的軟化曲線的實(shí)測曲線，(c)是1.5μπι間距的9處的局部加熱后的表面形狀圖像，(d)是9處的軟化曲線的實(shí)測曲線的實(shí)測結(jié)果。
[0034]圖10是本發(fā)明的在真空中的局部加熱的實(shí)測例，(a)是0.5 μ m間距的9處的局部加熱后的表面形狀圖像，(b)是9處的軟化曲線的實(shí)測曲線的實(shí)測結(jié)果。
[0035]圖11是使用本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的掃描型探測顯微鏡的熱傳導(dǎo)測定裝置的概略圖。
[0036]圖12是在大氣和真空中比較懸臂的發(fā)熱部的電阻變化的實(shí)測例，(a)是取決于探針和樣品間的距離的大氣和真空的比較曲線，(b)是表示在大氣中的熱量逃逸的圖，(C)是表示沒有在真空中的熱逃逸的圖，(d)是表示其它類型的懸臂的在大氣中的熱逃逸的圖，(e)是表示其它類型的懸臂的沒有在真空中的熱逃逸的圖。
[0037]圖13是測定凹凸樣品時的、在大氣中的熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)測例，(a)是表示表面形狀圖像，(b)是表示熱傳導(dǎo)圖像，(C)是表示熱逃逸的圖。
[0038]圖14是測定本發(fā)明的凹凸樣品時的、在真空中的熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)測例，(a)是表示表面形狀圖像，(b)是表示熱傳導(dǎo)圖像，(C)是表示熱逃逸的圖。
[0039]圖15是測定凹凸樣品時的、其他類型的懸臂在大氣中的熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)測例，(a)是表示表面形狀圖像，(b)是表示熱傳導(dǎo)圖像，(C)是表示熱逃逸的圖。
[0040]圖16是測定本發(fā)明的凹凸樣品時的、其他類型的懸臂在真空中的熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)測例，(a)是表示表面形狀圖像，(b)是表示熱傳導(dǎo)圖像，(C)是表示熱逃逸的圖。
[0041]圖17是在本發(fā)明的探針側(cè)面進(jìn)行隔熱涂敷的說明圖，(a)是表示隔熱涂敷前的狀態(tài)的圖，(B)是表示隔熱涂敷后的狀態(tài)的圖。
[0042]圖18是測定薄膜樣品時的、在大氣中的熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)測例，(a)是表示表面形狀圖像，(b)是表示熱傳導(dǎo)圖像，(C)是表示熱逃逸的圖。
[0043]圖19是測定本發(fā)明的薄膜樣品時的、在真空中的熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)測例，(a)是表示表面形狀圖像，(b)是表示熱傳導(dǎo)圖像，(C)是表示熱逃逸的圖。
[0044]圖20是對本發(fā)明的薄膜樣品在真空中進(jìn)行熱傳導(dǎo)測定的說明圖。
[0045]附圖標(biāo)記說明
[0046]I 懸臂
[0047]2 探針
[0048]3懸臂安裝部
[0049]4 樣品
[0050]10發(fā)熱部
[0051]11真空容器
[0052]12真空排氣單元
[0053]15電流引入線
[0054]16電壓施加單元
[0055]17電流檢測單元
[0056]173隔熱涂層
[0057]183吸附水
[0058]201加熱冷卻臺

【具體實(shí)施方式】
[0059]下面，參照附圖，說明使用本發(fā)明的掃描型探測顯微鏡的軟化點(diǎn)測定裝置及熱傳導(dǎo)測定裝置的基本結(jié)構(gòu)和測定原理。另外，附圖是以本發(fā)明的說明所需的結(jié)構(gòu)為中心進(jìn)行記載的，與本發(fā)明的實(shí)施無關(guān)的掃描型探測顯微鏡的構(gòu)成要素的部分省略。
[0060]在本發(fā)明中，掃描型探測顯微鏡包括:在前端具有探針，并具有發(fā)熱部的懸臂；向發(fā)熱部施加電壓的電壓施加單元；檢測該懸臂的位移的位移檢測單元；使樣品移動的樣品移動單元；使樣品移動的樣品移動單元；以及真空容器及真空排氣單元，通過加熱發(fā)熱部來加熱探針，局部地加熱與樣品的接觸部，檢測懸臂的彎曲量，來測定樣品的軟化點(diǎn)，其中，優(yōu)選的是通過使探針和樣品面的環(huán)境為1/100氣壓(IO3Pa)以下，使來自探針側(cè)面的熱量逃逸為不到I %，僅在探針與樣品面的接觸部的熱交換為99%以上。
[0061]另外，通過用絕熱材料覆蓋使用的懸臂的探針側(cè)面，來防止來自上述探針側(cè)面的熱逃逸。據(jù)此，得到與提高上述真空度時相同的效果。
[0062]下面，使用附圖來具體說明各結(jié)構(gòu)。
[0063](實(shí)施例1)
[0064]參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是使用掃描型探測顯微鏡的軟化點(diǎn)測定裝置的概略圖。懸臂I在前端具有探針2及發(fā)熱部10，安裝在懸臂安裝臺3。樣品4設(shè)置在樣品臺5上，樣品臺5設(shè)置在樣品移動單元6。樣品移動單元6可以進(jìn)行上下方向的動作和平面(水平)方向的動作。通過在上下方向動作，可以將探針2壓在樣品表面或使其離開。在平面方向的動作中，通過使探針2與樣品面接觸位置相對移動，可以掃描樣品表面。樣品移動單元6設(shè)置在真空容器11內(nèi)。在真空容器11的頂部有透明的窗口 13，確保真空氣密性，用真空排氣單元12使真空容器內(nèi)為真空。真空度可以由真空計(jì)14確認(rèn)。在真空容器外有激光源7，激光8通過窗口 13并照射至懸臂1，激光8的反射光通過窗口 13，到達(dá)位移檢測單元9。探針2的上下方向的位移量，由到達(dá)位移檢測單元9的位置來檢測。另外，在真空容器11，確保真空氣密性、電絕緣性地安裝電流引入線15，通過利用電壓施加單元16，對懸臂I的發(fā)熱部10施加電壓，流過電流，可以加熱探針2。接下來，以圖2和圖3說明具有發(fā)熱部的懸臂的例子。
[0065]在圖2中，懸臂臂部21形成槽狀，僅在探針2側(cè)的一部分形成摻雜劑電阻發(fā)熱部22。由于摻雜劑電阻發(fā)熱部22是低摻雜、電力上的高電阻，懸臂臂部21是高摻雜、電力上的低電阻，因此當(dāng)電流從懸臂臂部的一方經(jīng)由摻雜劑電阻發(fā)熱部22流向懸臂臂部的另一方時，摻雜劑電阻發(fā)熱部被加熱。探針2被摻雜劑電阻發(fā)熱部22經(jīng)熱傳導(dǎo)加熱。
[0066]在圖3中，在懸臂臂部31蒸鍍金屬薄膜圖案32。由于金屬薄膜圖案在懸臂臂部較寬，電阻較小難以發(fā)熱，寬度越向探針2的前端越細(xì)，電阻較大容易發(fā)熱，因此探針2的前端側(cè)被加熱。說明了 2個具有發(fā)熱部的懸臂的例子，但即使是摻雜劑電阻發(fā)熱或金屬薄膜電阻加熱以外的方式，只要是在懸臂具有發(fā)熱部的懸臂就都可以同樣使用。接下來，用圖4說明測定軟化點(diǎn)的概念。
[0067]圖4(a)中，在使探針2與樣品4接觸的狀態(tài)下，用位移檢測單元9檢測激光8的反射光的位置，識別反射光的位置41。圖4(b)中，若利用發(fā)熱部10加熱探針2，則樣品4被探針2加熱，產(chǎn)生熱膨脹40，變?yōu)榉瓷涔獾奈恢?2。該狀態(tài)是樣品熱膨脹，將探針向上方抬起。圖4(c)中，若進(jìn)一步提高加熱溫度，則樣品4到達(dá)?；蛉埸c(diǎn)等軟化點(diǎn)，變得柔軟，探針2陷入樣品4，變?yōu)榉瓷涔獾奈恢?3。即，若提高加熱溫度，則探針的位移進(jìn)行的行動是，一點(diǎn)點(diǎn)向上方移動并熱膨脹，直到樣品軟化之前達(dá)到最大位移，樣品在軟化時刻急劇下降。接下來，在圖5以后說明自動測定達(dá)到圖4所說明的軟化點(diǎn)時的曲線的結(jié)果。是使用樣品為PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯，熔點(diǎn):235°C )時的結(jié)果。
[0068]圖5是大氣中的實(shí)測曲線的例子，圖6是大氣中的示意圖。
[0069]圖5中，橫軸表不對懸臂的發(fā)熱部的施加電壓,處于隨著電壓增大加熱溫度升高的關(guān)系。例如，施加6V將探針加熱到235°C。另外，縱軸是探針的上下方向的位移量。實(shí)測曲線是在探針與樣品面接觸的狀態(tài)下進(jìn)行加熱。另外，基線表示探針不與樣品面接觸的情況下加熱時的懸臂單體的熱所引起的翹曲等特性，是基線(base line，原點(diǎn))的意義。
[0070]圖6(a)中，在使探針2與樣品4接觸的狀態(tài)下，若開始發(fā)熱部10的加熱，則探針2被加熱，熱量從探針2經(jīng)由與樣品4的接觸部向樣品側(cè)移動。此處，由于探針2為錐形，因此熱量也會從探針2的側(cè)面61經(jīng)由空氣向樣品4移動。圖6(b)中，樣品側(cè)在探針接觸部以外的接觸部的周邊也有熱流入，樣品的熱膨脹62也會達(dá)到探針接觸部周邊。該狀態(tài)相當(dāng)于在圖5的實(shí)測曲線向上方急劇上升的曲線部分。圖6(c)中，若樣品被加熱到達(dá)到軟化63的溫度，則探針2陷入樣品，曲線急劇下降。從實(shí)測曲線引出基線的部分，是樣品受到熱影響而膨脹的部分。
[0071]對于上述狀況，接下來說明以本發(fā)明所涉及的在真空中進(jìn)行時的有效性。
[0072]圖7是在真空中的實(shí)測曲線的例子，圖8是真空中的示意圖。圖7的實(shí)測曲線與圖5顯然不同。在圖5的大氣中的例子中，實(shí)測曲線相對基線急劇上升，可知對樣品的熱影響較大，熱膨脹較大。另一方面，在圖7的真空中的例子中，實(shí)測曲線與基線以平行的形態(tài)變化，在達(dá)到軟化時探針陷入，沒有劇烈的行動。
[0073]圖8 (a)中，在真空中，發(fā)熱部10被加熱，探針2也被加熱，但處于沒有來自探針2的側(cè)面的熱逃逸的理想狀態(tài)。從探針2向樣品4的熱傳遞僅在探針接觸部進(jìn)行。因此，圖8(b)中，熱量僅施加在探針2的接觸部的正下方，僅有該部分熱膨脹?？芍c大氣中比較，不管怎樣是較小的結(jié)果。圖8(c)中，達(dá)到軟化82。觀察實(shí)測曲線，由于其以與基線平行的形態(tài)推移，熱量僅進(jìn)入探針接觸部正下方，僅有接觸部的熱膨脹，因此以平行的形態(tài)自然達(dá)到軟化點(diǎn)。在真空中，可知僅在探針接觸部進(jìn)行熱量的交換，可以進(jìn)行局部的熱測定。接下來，用【專利附圖】

【附圖說明】進(jìn)行多個測定時，實(shí)測可以何種程度接近測定點(diǎn)的例子。
[0074]圖9是在大氣中使3X3個測定點(diǎn)的間距變化后進(jìn)行測定的例子。圖9(a)中，測定5μπι間距的、3X3共9處軟化點(diǎn)。樣品同樣使用PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯，熔點(diǎn):235°C)。圖9(b)中，9條軟化曲線一致，即前I次的加熱會給接觸部周邊帶來熱過程，但若離開5μπι，則成為未受到熱過程的樣品面上的軟化曲線，曲線相同。接下來，圖9(c)中，測定1.5μπι間距的、3X3共9處軟化點(diǎn)。圖9(d)中，9條軟化曲線不一致，即可以解釋為由于測定點(diǎn)過近，之前的加熱動作會給樣品帶來熱過程，因此即使進(jìn)行相同的加熱動作，也會成為受到熱過程的樣品面的軟化曲線。接下來說明本發(fā)明的著眼點(diǎn)，在真空中的例子。
[0075]圖10(a)中，測定0.5μπι間距的、3X3共9處軟化點(diǎn)。圖10 (b)中，9條軟化曲線一致。可知在真空中，難以給與樣品的接觸部的周邊帶來熱影響。同時，可以進(jìn)行在平面方向?yàn)楦叻直婺芰Φ木植考訜峄蚓植繜釡y定。接下來說明真空度。
[0076]在圖6 (a)的圖中，在大氣中，熱量從探針2的側(cè)面61經(jīng)由空氣逃逸，到達(dá)樣品面。若置于真空環(huán)境，則在圖8(a)的圖中，可以去除來自探針2的側(cè)面61的熱逃逸，可以抑制對樣品面的熱影響。
[0077]來自探針2的側(cè)面的熱逃逸取決于空氣的稀薄度。在本發(fā)明中，真空為1/100氣壓(13Pa)以下。若為該真空度，則可以使來自探針的側(cè)面的熱逃逸為不到1%。探針與樣品接觸部的熱量的交換為99%，探針接觸部處于支配性地位。
[0078](實(shí)施例2)
[0079]參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖11是使用掃描型探測顯微鏡的熱傳導(dǎo)測定裝置的概略圖。省略與第一實(shí)施例重復(fù)之處。圖11中，除了電壓施加單元16，還設(shè)有電流檢測單元17。在向懸臂的發(fā)熱部施加電壓的同時，可以進(jìn)行電流檢測。通過檢測電流，可以檢測發(fā)熱部10的電阻變化，可以檢測發(fā)熱部的溫度變化。若在懸臂I的發(fā)熱部10施加一定的電壓，在將探針加熱的狀態(tài)下使其與樣品接觸并掃描樣品面，則根據(jù)樣品面的熱傳導(dǎo)分布，向樣品移動的熱量會變化，熱量的變化成為發(fā)熱部的電阻變化，且成為溫度變化，成為根據(jù)熱傳導(dǎo)變化的量。用于熱傳導(dǎo)測定的懸臂也可以是圖2及圖3的類型。圖2的摻雜劑電阻也根據(jù)溫度變化，圖3的金屬薄膜圖案的電阻也根據(jù)溫度變化。只要發(fā)熱部的電阻變化取決于溫度，則具有發(fā)熱部的懸臂是哪種類型皆可。
[0080]在熱傳導(dǎo)測定中，本發(fā)明的真空中的有效性是顯然的。用圖12說明在真空的有效性。在圖12(a)中，是懸臂的發(fā)熱部的電阻根據(jù)探針與樣品間的距離而變化，即受到熱影響的結(jié)果。對懸臂的發(fā)熱部施加固定電壓，置于加熱的狀態(tài)。檢測此時的根據(jù)溫度的電阻值。接下來，若接近樣品面，則在與樣品面之間有熱傳遞量，懸臂的發(fā)熱部的溫度下降，現(xiàn)出電阻變化的形態(tài)。在大氣中，若從樣品面離開300μπι，則向樣品面的熱傳遞消失，無法觀察到電阻變化，但隨著從200 μ m逐漸接近，電阻連續(xù)地緩慢減小，即發(fā)熱部的溫度下降?？芍驑悠返臒醾鬟f根據(jù)樣品與探針間的距離，經(jīng)由空氣有熱傳遞。另一方面，與真空中相同，若使探針和樣品間接近，則觀察不到取決于距離，僅在探針與樣品接觸時觀察到電阻減少，即溫度下降。
[0081]在圖12(b)中表示大氣中，發(fā)熱部是摻雜劑電阻型的懸臂，熱量經(jīng)由空氣從探針前端以及側(cè)面逃逸的狀態(tài)下，若探針接近樣品面則熱傳遞量會變化。在圖12(c)中表示真空中，由于沒有經(jīng)由空氣的熱逃逸，因此為僅在接觸時觀察到電阻變化的曲線。
[0082]在圖12(d)中表示大氣中，發(fā)熱部是金屬薄膜圖案型的懸臂，熱量經(jīng)由空氣從探針前端以及側(cè)面逃逸的狀態(tài)下，若探針接近樣品面則熱傳遞量會變化。在圖12(e)中表示真空中，由于沒有經(jīng)由空氣的熱逃逸，因此為僅在接觸時觀察到電阻變化的曲線。
[0083]接下來，用【專利附圖】

【附圖說明】測定凹凸樣品的熱傳導(dǎo)圖像的例子。
[0084]圖13是在大氣中測定表面形狀圖像和熱傳導(dǎo)圖像的例子。圖13(a)是表面形狀圖像，是暗的部分131 (正方形部分)高度較低、凹下，亮的部分132高度較高、凸起的樣品。表面形狀圖像中亮的部分暗的部分都為相同材質(zhì)。圖13(b)是熱傳導(dǎo)圖像。在熱傳導(dǎo)圖像中，若材質(zhì)相同，則為相同顏色，但示出了對應(yīng)于形狀的明暗。圖13(c)中考察其原因。發(fā)熱部10被加熱時，探針2被加熱，熱量從前端122和側(cè)面121經(jīng)由空氣逃逸。當(dāng)探針2掃描底面124時，由于發(fā)熱部10與上表面123的距離較近，因此來自側(cè)面121的熱逃逸較大，發(fā)熱部10的溫度下降，因此會誤測定為在底面124中熱傳導(dǎo)較好。接下來，當(dāng)探針2掃描上表面123時，由于發(fā)熱部10與上表面123的距離離開，因此來自側(cè)面121的熱逃逸較小，與掃描底面124時相比發(fā)熱部10的溫度提高，因此會誤測定為在上表面123中熱傳導(dǎo)較差。上表面123與底面124是相同材質(zhì),但在熱傳導(dǎo)的信號中高度信息會混合。
[0085]圖14是在真空中測定表面形狀圖像和熱傳導(dǎo)圖像的例子。圖14(a)是表面形狀圖像，是暗的部分131 (正方形部分)高度較低、凹下，亮的部分132高度較高、凸起的樣品。表面形狀圖像中亮的部分暗的部分都為相同材質(zhì)。圖14(b)是熱傳導(dǎo)圖像。在熱傳導(dǎo)圖像中，由于材質(zhì)相同，因此為相同顏色。如果是真空中的測定，則可以正確測定熱傳導(dǎo)圖像。圖14(c)中考察原因。發(fā)熱部10被加熱時，探針2被加熱，但由于沒有空氣因此沒有從探針的側(cè)面121的熱逃逸，僅為從前端122向樣品4的熱傳導(dǎo)量。在探針2掃描底面124時，掃描上表面123時，與樣品4的熱傳遞量僅來自前端122。因此，底面124與上表面123為相同材質(zhì)，熱傳導(dǎo)特性也相同，在熱傳導(dǎo)圖像中為相同的熱傳導(dǎo)，可以正確測定。接下來，說明發(fā)熱部是金屬薄膜圖案型的懸臂的實(shí)測例。
[0086]圖15是在大氣中測定表面形狀圖像和熱傳導(dǎo)圖像的例子。圖15(a)是表面形狀圖像，是暗的部分131 (正方形部分)高度較低、凹下，亮的部分132高度較高、凸起的樣品。表面形狀圖像中亮的部分暗的部分都為相同材質(zhì)。圖15(b)是熱傳導(dǎo)圖像。在熱傳導(dǎo)圖像中，若材質(zhì)相同，則為相同顏色，但示出了對應(yīng)于形狀的明暗。圖15(c)中考察原因。發(fā)熱部10被加熱時，探針2被加熱，熱量從前端122和側(cè)面121經(jīng)由空氣逃逸。當(dāng)探針2掃描底面124時，由于發(fā)熱部10與上表面123的距離較近，因此來自側(cè)面121的熱逃逸較大，發(fā)熱部10的溫度下降，因此會誤測定為在底面124中熱傳導(dǎo)較好。接下來，當(dāng)探針2掃描上表面123時，由于發(fā)熱部10與上表面123的距離離開，因此來自側(cè)面121的熱逃逸較小，與掃描底面124時相比發(fā)熱部10的溫度提高，因此會誤測定為在上表面123中熱傳導(dǎo)較差。上表面123與底面124是相同材質(zhì),但在熱傳導(dǎo)的信號中高度信息會混合。
[0087]圖16是在真空中測定表面形狀圖像和熱傳導(dǎo)圖像的例子。圖16(a)是表面形狀圖像，是暗的部分131 (正方形部分)高度較低、凹下，亮的部分132高度較高、凸起的樣品。表面形狀圖像中亮的部分暗的部分都為相同材質(zhì)。圖16(b)是熱傳導(dǎo)圖像。在熱傳導(dǎo)圖像中，由于材質(zhì)相同，因此為相同顏色。如果是真空中的測定，則可以正確測定熱傳導(dǎo)圖像。圖16(c)中考察原因。發(fā)熱部10被加熱時，探針2被加熱，但由于沒有空氣因此沒有從探針的側(cè)面121的熱逃逸，僅為從前端122向樣品4的熱傳導(dǎo)量。在探針2掃描底面124時，掃描上表面123時，與樣品4的熱傳遞量僅來自前端122。因此，底面124與上表面123為相同材質(zhì)，熱傳導(dǎo)特性也相同，在熱傳導(dǎo)圖像中為相同的熱傳導(dǎo)，可以正確測定。接下來說明真空度。
[0088]在圖13(c)的圖中，在大氣中，熱量從探針2的側(cè)面121經(jīng)由空氣逃逸，到達(dá)樣品面。若置于真空環(huán)境，則在圖14(c)的圖中，可以去除來自探針2的側(cè)面121的熱逃逸，可以抑制對樣品面的熱影響。來自探針2的側(cè)面的熱逃逸取決于空氣的稀薄度。
[0089]在本發(fā)明中，真空為1/100氣壓(IO3Pa)以下。若為該真空度，則可以使來自探針的側(cè)面的熱逃逸為不到1%。因此，探針與樣品接觸部的熱交換為99%，探針接觸部處于支配性地位。
[0090]另外，在大氣中的測定中，樣品有凹凸的情況下，若用具有發(fā)熱部的懸臂進(jìn)行掃描，則盡管材質(zhì)相同，但在熱傳導(dǎo)圖像會混入凹凸的高度信息，這一缺點(diǎn)是很明顯的。另一方面，在真空中的測定中，由于僅在探針前端和樣品的接觸部進(jìn)行熱交換，因此可以高精度地測定熱傳導(dǎo)圖像。
[0091](實(shí)施例3)
[0092]上述的實(shí)施例中，說明了在軟化點(diǎn)測定及熱傳導(dǎo)測定時，通過置于真空來使探針和樣品面的周圍空間的空氣稀薄，去除經(jīng)由空氣的熱傳導(dǎo)，使熱交換僅在探針接觸部來去除來自探針側(cè)面的熱逃逸的實(shí)施例。
[0093]另一方面，為了如上述那樣減小來自探針側(cè)面部的熱逃逸，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的第三實(shí)施例作為除了置于真空以外的例子。圖17是為了抑制來自探針側(cè)面的熱逃逸而進(jìn)行隔熱涂敷的例子。圖17(a)表示隔熱涂敷前的狀態(tài)，探針2例如為Si材質(zhì)，探針側(cè)面被普通自然氧化膜171 (SiO2)覆蓋，其厚度是2.4nm左右。若利用發(fā)熱部10加熱探針2，則產(chǎn)生從探針經(jīng)由探針側(cè)面進(jìn)一步經(jīng)由自然氧化膜向空氣的熱逃逸172。此時，自然氧化膜171的熱導(dǎo)率成為熱阻，決定向空氣的熱逃逸量。圖17(b)表示在探針側(cè)面實(shí)施隔熱涂層173，探針前端不涂敷的狀態(tài)。例如，利用半導(dǎo)體加工涂敷材質(zhì)為Si02、240nm左右的厚度時，隔熱涂層部分的熱阻與涂敷前的僅有自然氧化膜的厚度比較變大至100倍，熱量難以傳遞，可以抑制向空氣的熱逃逸量。涂敷前是相當(dāng)于自然氧化膜的厚度為2.4nm的熱傳導(dǎo)，若向空氣的熱逃逸量為“100”;在涂敷后由相同材質(zhì)的SiO2形成240nm的隔熱涂層，則在材質(zhì)相同的情況下熱傳導(dǎo)的電阻與厚度成比例，因此向空氣的熱逃逸量成為1/100、可以設(shè)為“I”。另外，由于探針前端沒有隔熱涂層，因此可以使熱量僅在探針接觸部交換。
[0094]若代替抽至真空，使用被隔熱涂敷的懸臂來進(jìn)行實(shí)施例1所示的軟化點(diǎn)測定，則具有不給探針接觸部的周邊帶來熱過程的同樣優(yōu)點(diǎn)。另外，若進(jìn)行實(shí)施例2所示的熱傳導(dǎo)測定，則可以進(jìn)行不受到樣品的凹凸等高度影響的熱傳導(dǎo)測定。
[0095]在本發(fā)明中，通過實(shí)施隔熱涂敷，增加探針側(cè)面的熱傳遞的電阻，通過使熱傳導(dǎo)的電阻為100倍，使向空氣的熱逃逸量不到1/100。據(jù)此，可以使來自探針的側(cè)面的熱逃逸為不到隔熱涂敷前的1%。探針與樣品接觸部的熱交換為99%，在軟化點(diǎn)測定及熱傳導(dǎo)測定中，探針接觸部處于支配性地位。
[0096]在本實(shí)施例中，說明了通過代替抽至真空，而在探針側(cè)面進(jìn)行隔熱涂敷，由此抑制來自探針側(cè)面的熱量，可以僅在探針接觸部進(jìn)行熱交換，與提高真空度具有相同的效果。
[0097]以后，繼續(xù)說明提聞?wù)婵斩鹊膶?shí)施例。
[0098](實(shí)施例4)
[0099]作為第四實(shí)施例，以下說明關(guān)于薄膜的熱傳導(dǎo)測定，以往在大氣中吸附水對于樣品表面的影響和本發(fā)明申請所的真空環(huán)境下的測定的效果。
[0100]圖18是在Si基板上LB膜以島狀存在的樣品在大氣中的表面形狀和測定熱傳導(dǎo)圖像的實(shí)例。圖18(a)是表面形狀圖像，暗的部分是Si基板181，亮的部分是LB膜182。LB膜是膜厚為I至2nm的超薄膜，但在圖18(b)中，作為熱傳導(dǎo)圖像Si上和LB膜上檢測到顏色不同(熱傳導(dǎo)性的差異)。該結(jié)果是，與Si表面相比，LB膜上顯示得更亮，Si表面的熱傳導(dǎo)較好。
[0101]與之相對，在本發(fā)明申請的真空中(1/100氣壓(IO3Pa)以下)的測定中，如圖19所示，結(jié)果產(chǎn)生不同。具體而言，結(jié)果為如圖19 (a)所示盡管表面形狀圖像中Si基板181和LB膜182的亮度沒有差異，但如圖19(b)所示熱傳導(dǎo)圖像的亮度不同。這可以說明如下。
[0102]如圖18(c)所示，在大氣中Si基板181上是親水性的，被吸附水183覆蓋，但LB膜182上是疏水的，不存在吸附水。利用該吸附水,探針2與Si基板181上的吸附水183接觸時有向平面方向的熱逃逸184，發(fā)熱部10溫度下降。另一方面，若探針2移動到LB膜182上則沒有了經(jīng)由吸附水的熱逃逸184，發(fā)熱部10的溫度上升。作為結(jié)果，在大氣中，Si基板181上比LB膜182上的熱傳導(dǎo)更好。
[0103]然而，在真空環(huán)境下，如圖19(c)所示，Si基板181上的吸附水脫離。因此，在利用探針2的該Si基板181上的測定中，沒有熱量向吸附水的擴(kuò)散、即所謂的熱逃逸，得到以真正的Si表面的熱傳導(dǎo)為基準(zhǔn)的熱傳導(dǎo)圖像。與之相對,與在相同環(huán)境下的LB膜182表面的熱傳導(dǎo)圖像的相對比較中，與大氣中的結(jié)果不同。
[0104]因此，以往是對比的原材料的熱容近似的材料彼此，在該原材料表面的親水性、疏水性相關(guān)的特性下，向該表面的吸附水導(dǎo)致的熱傳導(dǎo)處于支配性作用的I至2nm左右的超薄膜的熱傳導(dǎo)測定時，對比的原材料彼此的熱傳導(dǎo)的順序會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。在本發(fā)明中，可知通過為預(yù)定的真空度，使表面的吸附水蒸發(fā)，且防止經(jīng)由空氣的來自探針側(cè)面的熱逃逸，通過探針與樣品面本來的面接觸，可以正確測定熱傳導(dǎo)。
[0105](實(shí)施例5)
[0106]可知在真空中，探針與樣品僅在接觸部進(jìn)行熱量的交換。圖20是使樣品側(cè)的溫度變化來測定熱傳導(dǎo)的實(shí)施例。代替圖11的樣品臺5，將加熱冷卻臺201設(shè)置在樣品移動單元6。加熱冷卻臺201在內(nèi)部內(nèi)置有加熱器和溫度傳感器，可加熱至期望的溫度。另外，可以通過與未圖示的冷卻單元的熱傳導(dǎo)來冷卻，邊冷卻邊加熱，在負(fù)的任意溫度進(jìn)行溫度控制。在加熱冷卻臺201上設(shè)置具有薄膜203的基板202，基板202被加熱冷卻臺201控制在任意的溫度。例如，將加熱冷卻臺加熱至100°C。接下來，在懸臂的發(fā)熱部10施加一定的電壓，例如加熱至50°C的狀態(tài)，發(fā)熱部10具有響應(yīng)加熱溫度的電阻。
[0107]首先，若使探針2直接與加熱冷卻臺201的上表面接觸，則由于加熱冷卻臺201為100°C，而發(fā)熱部10為50°C，因此熱量僅從探針接觸部向探針2移動，使發(fā)熱部10的溫度上升，發(fā)熱部的溫度也上升，發(fā)熱部的電阻變大?？梢詮碾娮璧淖兓瘻y定發(fā)熱部的溫度如上所述，記發(fā)熱部的溫度上升為A。接下來，使探針2與基板202上接觸，同樣，可以測定發(fā)熱部10的溫度上升量為B。然后，使探針2與薄膜203上接觸，同樣，可以測定發(fā)熱部10的溫度上升量為C。利用B與A之差，可以測定基板202自身的熱傳導(dǎo)的比例，另外利用C與B之差，可以測定薄膜203單體的熱傳導(dǎo)的比例?？梢詼y定熱傳導(dǎo)的程度，即若溫度上升量較小，則熱傳導(dǎo)較差，因此熱傳遞量較少；反之，若溫度上升量較大，則熱傳導(dǎo)良好，因此熱傳遞量較大。由于來自加熱冷卻臺的熱量，在真空中沒有經(jīng)由空氣的熱傳導(dǎo)，熱量僅從探針2的接觸部向探針2及發(fā)熱部10移動，因此可以測定僅在接觸部的熱傳導(dǎo)的特性。
[0108]另外，若使加熱冷卻臺201的溫度為500°C等高溫，就可以測定高溫狀態(tài)的薄膜的熱傳導(dǎo)。另外，若將加熱冷卻臺冷卻至-100°C等，就可以測定冷卻狀態(tài)下的薄膜的熱傳導(dǎo)。可以準(zhǔn)確測定薄膜的熱傳導(dǎo)的溫度依存。
[0109]另外，取代抽至真空，也可以將實(shí)施例3所示的在探針側(cè)面施加隔熱涂層173的懸臂與加熱冷卻臺201在大氣中組合。由于來自加熱冷卻臺的熱量因隔熱涂層而難以傳遞，因此熱量的交換僅在探針接觸部，具有與抽至真空相同的效果。
[0110]另外，優(yōu)選的是通過抽至真空使樣品表面的吸附水蒸發(fā)，測定樣品面本來的熱傳導(dǎo)特性，但如果是大氣中，則也可以用加熱冷卻臺201將樣品例如加熱至100°C以上，使用實(shí)施例3所示的在探針側(cè)面施加隔熱涂層173的懸臂。由于來自加熱冷卻臺的熱量因探針側(cè)面的隔熱涂層而難以傳遞，熱量的交換僅在探針接觸部，并且由于加熱至100°C以上，樣品面的吸附水蒸發(fā)，因此即使在大氣中也可以測定沒有吸附水的影響的熱傳導(dǎo)。
【權(quán)利要求】
1.一種軟化點(diǎn)測定裝置，以探測顯微鏡為基礎(chǔ)，該探測顯微鏡包括:在前端具備探針，其附近具有發(fā)熱部的懸臂；向發(fā)熱部施加電壓的電壓施加單元；檢測該懸臂的位移的位移檢測單元；使樣品移動的樣品移動單元；以及用于將所述探針及所述樣品載放在內(nèi)部的容器，通過加熱所述發(fā)熱部來加熱所述探針，局部地加熱與樣品的接觸部，通過檢測懸臂的彎曲量來測定所述樣品的軟化點(diǎn)，其特征在于，還包括覆蓋所述探針的側(cè)面的絕熱材料，與不使用該絕熱材料時相比，來自所述探針側(cè)面的熱逃逸為熱量的1/100以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟化點(diǎn)測定裝置，其中，所述絕熱材料的厚度為至少在大氣中在探針側(cè)面的表面形成的自然氧化膜的大致100倍的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟化點(diǎn)測定裝置，其中，所述絕熱材料是S12膜，至少涂敷大約240nm的厚度。
4.一種熱傳導(dǎo)測定裝置，以探測顯微鏡為基礎(chǔ)，該探測顯微鏡包括:在前端具備探針，其附近具有發(fā)熱部的懸臂；向發(fā)熱部施加電壓的電壓施加單元；檢測該懸臂的位移的位移檢測單元；使樣品移動的樣品移動單元；以及用于將所述探針及所述樣品載放在內(nèi)部的容器，測定所述發(fā)熱部的電阻變化，通過檢測懸臂的溫度變化作為電阻值的變化，經(jīng)由與樣品的接觸部測定樣品面的熱傳導(dǎo)，其特征在于，還包括覆蓋所述探針的側(cè)面的絕熱材料，與不使用該絕熱材料時相比，來自所述探針側(cè)面的熱逃逸為熱量的1/100以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱傳導(dǎo)測定裝置，其中，所述絕熱材料的厚度為至少在大氣中在探針側(cè)面的表面形成的自然氧化膜的大致100倍的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱傳導(dǎo)測定裝置，其中，所述絕熱材料是S12膜，至少涂敷大約240nm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的熱傳導(dǎo)測定裝置，其中，還包括樣品的加熱冷卻單元。
【文檔編號】G01N25/04GK104048988SQ201410217170
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2009年8月12日
【發(fā)明者】安藤和德, 巖佐真行, 繁野雅次, 百田洋海, 渡邊和俊 申請人:日本株式會社日立高新技術(shù)科學(xué)