基板測定装置
【課題】基板を平坦化しつつ支持するとともに測定部を基板に容易に近接させて高精度な測定を実現する。
【解決手段】基板測定装置では、第１多孔質部材２１１から基板９の上面９１上の対象領域９１１の周囲に向けて第１流体が噴出され、基板９を挟んで第１多孔質部材２１１と対向する第２多孔質部材２２１から基板９の下面９２に向けて第２流体が噴出される。これにより、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間において基板９を平坦化しつつ支持することができる。また、測定部移動機構４により測定電極３１を第１多孔質部材２１１に対して上下方向に相対的に移動することにより、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な所望の位置（測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が０．３μｍとなる位置）まで測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度なＣ−Ｖ特性の測定を実現することができる。
【解決手段】基板測定装置では、第１多孔質部材２１１から基板９の上面９１上の対象領域９１１の周囲に向けて第１流体が噴出され、基板９を挟んで第１多孔質部材２１１と対向する第２多孔質部材２２１から基板９の下面９２に向けて第２流体が噴出される。これにより、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間において基板９を平坦化しつつ支持することができる。また、測定部移動機構４により測定電極３１を第１多孔質部材２１１に対して上下方向に相対的に移動することにより、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な所望の位置（測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が０．３μｍとなる位置）まで測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度なＣ−Ｖ特性の測定を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の対象領域における所定の特性を測定する基板測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子や平面表示装置等の製造において、半導体基板や平面表示装置用のガラス基板等の各種基板に対して様々な測定が行われており、例えば、特許文献１および特許文献２では、試料台上に載置された半導体基板上に測定用電極をギャップを隔てて保持した状態で行われる非接触式のＣ−Ｖ測定（容量−電圧測定）により半導体基板のＣ−Ｖ特性（容量−電圧特性）を測定する装置が開示されている。このような装置では、測定精度を向上するために、測定用電極が半導体基板に極近接した状態（例えば、測定用電極と半導体基板との間の距離が１μｍ以下となる状態）にて保持される。
【０００３】
また、特許文献３では、ステージ状の背面電極上に載置された半導体基板上に電極であるセンサチップをギャップを隔てて保持し、センサチップの下方の測定点に光を照射しつつ測定を行うことにより、半導体基板のドーピングプロファイルや表面光電圧を測定する装置が開示されている。特許文献３の装置では、エアベアリングに空気が供給されることにより、センサチップを保持するエアベアリングアセンブリが半導体基板の上方約２ｍｍの位置から半導体基板に向けて押し下げられ、センサチップの周囲に設けられたオリフィスから半導体基板に向けて流れる空気によりエアベアリングアセンブリと半導体基板との間に形成された空気フィルムにより支持されて半導体基板の上方約２０μｍの位置に浮遊する。その後、オリフィスからの空気の流出を停止することによりエアベアリングアセンブリは更に下降するが、オリフィスよりも外側にてセンサチップの周囲に設けられた多孔性リングから半導体基板に向けて流れる空気により維持される空気フィルムにより、エアベアリングアセンブリは半導体基板の上方約２μｍの位置に浮遊し、この状態で上記測定が行われる。
【０００４】
一方、特許文献４では、回転テーブル上に載置された光ディスクの原盤上に微小な間隙を介して対向する電子ビーム照射ヘッドから原盤に対して電子ビームを照射することにより原盤に対する情報の記録を行う装置が開示されている。特許文献４の装置は、多孔性の金属により形成されたリング状の通気体から原盤の上面に向けて圧縮気体を噴出することにより原盤に対して非接触で浮上する浮上パッドを備え、電子ビーム照射ヘッドは浮上パッドに搭載されている。これにより、原盤の厚さムラや回転ぶれ等の影響を緩和し、電子ビーム照射ヘッドと原盤との間の隙間を維持することが図られている。特許文献４の装置では、浮上パッドの通気体の内側にリング状の吸引溝が設けられており、吸引溝から空気を吸引することにより、浮上パッドを原盤の上方約５μｍの位置に位置させている。
【特許文献１】特開平４−１３２２３６号公報
【特許文献２】特許第２７０９３５１号公報
【特許文献３】特表２００１−５０５３６９号公報
【特許文献４】特開２００３−３１６０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、成膜やアニール等の様々な処理が行われた基板は通常、僅かな反りや傾き等を有しており、完全には平坦な形状とはなっていない。このため、特許文献１および特許文献２のように、測定用電極と基板との間の距離がいずれの位置であっても一定であるものとして測定を行う装置では測定精度の向上に限界がある。
【０００６】
これに対し、特許文献４の装置では、電子ビーム照射ヘッドを原盤上にて浮上させることによりビーム照射ヘッドと原盤との距離が一定に保たれるが、ビーム照射ヘッドを原盤にさらに近接させようとすると、浮上パッドからの圧縮気体の噴出または空気の吸引を制御して浮上パッド全体を下方に移動する必要があり、ビーム照射ヘッドの高精度な位置制御が困難である。
【０００７】
特許文献３の装置でも同様に、センサチップと半導体基板との間の距離を調整する際には、エアベアリングアセンブリに対する空気の供給量を調整してエアベアリングアセンブリ全体を昇降させる必要があり、センサチップの位置制御が複雑化してしまう。また、特許文献３の装置では、センサチップの位置決めの際に、エアベアリングに供給する空気量を制御することによりエアベアリングアセンブリを半導体基板の上方約２０μｍの位置まで下降させた後、空気の供給量を再度制御してエアベアリングアセンブリを半導体基板にさらに近接させるため、センサチップの位置決めを迅速に行うことが困難である。さらには、特許文献３の装置では、センサチップと半導体基板との間の距離が２μｍとされるが、センサチップと半導体基板との間の空気フィルムによる抵抗によりセンサチップの下降が阻まれるため、空気の供給量の制御のみでは、センサチップと半導体基板とを接触させることなくこれ以上近接させることは困難であり、測定精度の向上に限界がある。
【０００８】
一方、特許文献１ないし特許文献４の装置では、基板の上方に設けられた電極やビーム照射ヘッドは基板に非接触とされるが、基板の下面は試料台等とほぼ全面に亘って接触するため、下面にパーティクルが付着したり傷が付いてしまうおそれがある。また、基板の大型化に伴って試料台も大型化する必要があるが、大型の試料台では、基板が載置される上面を精度良く形成することが困難であり、試料台の製造に要するコストが増大してしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板を平坦化しつつ支持するとともに測定部を基板に容易に近接させて高精度な測定を実現することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、基板の対象領域における所定の特性を測定する基板測定装置であって、基板の一方の主面上の対象領域の周囲に向けて、第１多孔質部材から第１流体を噴出する第１流体噴出部と、前記第１流体噴出部に対向して配置され、前記基板の他方の主面に向けて第２多孔質部材から第２流体を噴出することにより、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材との間にて前記基板を非接触にて支持する第２流体噴出部と、前記基板の外縁部に当接して前記基板の前記一方の主面に平行な方向への移動を制限する移動制限部と、前記基板の前記一方の主面に沿って前記第１流体噴出部を前記基板に対して相対的に移動することにより前記対象領域を変更する対象領域変更機構と、前記第１流体噴出部に取り付けられて前記基板の前記対象領域に対向する測定部と、前記測定部が前記対象領域の所定の特性を測定する際に、前記測定部を前記基板の前記一方の主面に向かう方向に前記第１流体噴出部に対して相対的に移動して前記一方の主面に非接触にて近接させる測定部移動機構とを備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板測定装置であって、前記測定部移動機構により、前記測定部の先端と前記基板の前記一方の主面との間の距離が５μｍ未満となるまで、前記測定部が前記一方の主面に近接する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板測定装置であって、前記第２流体噴出部が、前記基板の前記他方の主面の一部に向けて前記第２流体を噴出し、前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の基板測定装置であって、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材とが同形状であり、かつ、前記基板に垂直な方向において重なっている。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板測定装置であって、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が半導体基板であり、前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、前記基板測定装置が、前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電圧を印加する電圧印加部と、前記測定電極と前記第２多孔質部材との間の合成容量を取得する容量測定部と、前記測定電極に印加される印加電圧を変更しつつ前記容量測定部からの出力に基づいて前記対象領域における印加電圧と合成容量との関係を求める演算部と、前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構とをさらに備え、前記関係が取得される際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の基板測定装置であって、前記基板が前記一方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、前記測定部が、前記基板の前記対象領域に光を入射させる光源部と、前記光源部からの光の前記対象領域からの反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づいて前記対象領域における前記絶縁膜の厚さを求める膜厚演算部とを備える。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板測定装置であって、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が前記他方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、前記基板測定装置が、前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、前記第２流体噴出部に取り付けられた補助電極と、前記補助電極を前記基板の前記他方の主面に向かう方向に前記第２流体噴出部に対して相対的に移動する補助電極移動機構と、前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記補助電極からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部とをさらに備え、前記表面電位が求められる際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が移動して前記補助電極の先端が前記基板の前記他方の主面において前記基板の基板本体に接触することにより前記基板本体に電気的に接続され、前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が前記他方の主面から離間される。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板測定装置であって、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が半導体基板であり、前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、前記基板測定装置が、前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記第２多孔質部材からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部と、前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構とをさらに備え、前記表面電位が求められる際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部からの出力を演算処理する演算部をさらに備え、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が半導体基板であり、前記測定部からの出力に基づいて前記演算部により前記対象領域における前記基板の電気特性が取得される。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記第１多孔質部材が、前記対象領域の周囲を囲む環状である。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の基板測定装置であって、前記第１多孔質部材が、円環状である。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の基板測定装置であって、前記第１流体噴出部が、前記第１多孔質部材の前記基板とは反対側において前記第１多孔質部材の内側の空間を閉塞する閉塞部を備える。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部と前記対象領域との間の空間が、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とされる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記基板の前記外縁部近傍において前記基板を補助的に支持する補助支持部をさらに備える。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部移動機構が、前記第１流体噴出部に固定された案内部と前記測定部に設けられた移動部との間の間隙に向けて支持用流体を噴出することにより、前記案内部と前記移動部とを非接触状態としつつ前記測定部を案内する直動案内機構を備える。
【００２５】
請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部移動機構が、前記測定部の移動方向に伸縮することにより前記測定部を移動する圧電素子を備える。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、基板を平坦化しつつ支持するとともに測定部を基板に容易に近接させて高精度な測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板測定装置１の構成を示す平面図である。また、図２は、基板測定装置１を図１中のＡ−Ａの位置にて切断した縦断面図である。基板測定装置１は、表面に絶縁膜が形成された円板状の半導体基板９（以下、「基板９」という。）のＣ−Ｖ特性（すなわち、容量−電圧特性）を測定する装置である。
【００２８】
図１および図２に示すように、基板測定装置１は、基板９を支持する基板支持機構２、および、基板支持機構２の後述する第１流体噴出部２１に取り付けられて基板９に対向する測定部３を備える。以下の説明では、図２に示す基板９の一方の主面９１（図２中の上側の主面であり、以下、「上面９１」という。）上において、測定部３と対向してＣ−Ｖ特性の測定対象となる領域を、「対象領域９１１」という。
【００２９】
図２に示すように、基板支持機構２は、基板９の上方に配置される第１流体噴出部２１、および、基板９の下方において基板９を挟んで第１流体噴出部２１に対向して配置される第２流体噴出部２２を備え、第１流体噴出部２１は、図１に示すように、平面視において円形である。以下の説明では、図２に示す基板９の第２流体噴出部２２側の主面９２（すなわち、上面９１とは反対側の他方の主面）を、「下面９２」という。
【００３０】
第１流体噴出部２１は、基板９の上面９１上の対象領域９１１の周囲を囲む円環状であるとともに対象領域９１１の周囲（すなわち、上面９１の一部）に向けて流体を噴出する第１多孔質部材２１１を備える。第１多孔質部材２１１の内周縁および外周縁の中心は一致している。
【００３１】
また、第１流体噴出部２１は、第１多孔質部材２１１の上側において第１多孔質部材２１１を支持する第１支持ブロック２１２をさらに備え、第１支持ブロック２１２は、第１多孔質部材２１１の内側の空間（すなわち、第１多孔質部材２１１の内周縁よりも内側の空間）を第１多孔質部材２１１の基板９とは反対側において閉塞する閉塞部となっている。
【００３２】
第２流体噴出部２２は、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１と対向するとともに基板９の下面９２の一部に向けて流体を噴出する第２多孔質部材２２１を備える。第２多孔質部材２２１は、平面視において第１多孔質部材２１１と同形状（すなわち、内周縁および外周縁の中心が一致する円環状）であり、かつ、基板９に垂直な方向において第１多孔質部材２１１と重なる。
【００３３】
また、第２流体噴出部２２は、第２多孔質部材２２１の下側において第２多孔質部材２２１を支持する第２支持ブロック２２２をさらに備え、第２支持ブロック２２２は、第２多孔質部材２２１の内側の空間（すなわち、第２多孔質部材２２１の内周縁よりも内側の空間）を第２多孔質部材２２１の基板９とは反対側において閉塞する閉塞部となっている。平面視において、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１の面積は、基板９の面積に比べて小さい。
【００３４】
第１多孔質部材２１１は多孔質セラミック等により形成され、第２多孔質部材２２１は、導電性多孔質セラミックや多孔質ステンレス材料等の導電性を有する多孔質材料により形成される。第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１のそれぞれの空孔率は、好ましくは、１％以上１０％以下（より好ましくは、３％以上５％以下）とされる。また、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１の内径は、好ましくは、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とされ、両多孔質部材の外径は、好ましくは、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とされる。ただし、両多孔質部材の外径と内径との差は、１０ｍｍ以上とされる。
【００３５】
第１多孔質部材２１１の内部には、略円環状の流路（図示省略）が形成されており、当該流路は、第１支持ブロック２１２の内部に形成された第１供給流路２１４を介して図示省略の第１流体供給装置に接続されている。第１流体噴出部２１では、第１流体供給装置から第１供給流路２１４を介して第１多孔質部材２１１の流路に流体（以下の説明では、「第１流体」という。）が供給されることにより、第１多孔質部材２１１の下面全体から基板９の上面９１に向けて第１流体が均一に噴出する。また、第１供給流路２１４は、後述するエアベアリング４２の多孔質部材により形成された案内部４２１（図４参照）にも接続されている。
【００３６】
第２多孔質部材２２１の内部には、第１多孔質部材２１１と同様に略円環状の流路（図示省略）が形成されており、当該流路は、第２支持ブロック２２２の内部に形成された第２供給流路２２４、および、第２流体噴出部２２の外部に設けられた切替機構２２５を介して図示省略の第２流体供給装置および真空ポンプに接続されている。第２流体噴出部２２では、切替機構２２５により第２供給流路２２４と第２流体供給装置が接続されることにより、第２多孔質部材２２１の流路に対する流体（以下の説明では、「第２流体」という。）の供給が行われ、第２多孔質部材２２１の上面全体から基板９の下面９２に向けて第２流体が均一に噴出する。また、切替機構２２５により第２供給流路２２４と真空ポンプが接続されることにより、第２多孔質部材２２１を介する第２多孔質部材２２１の周囲の流体の吸引が行われる。このように、基板測定装置１では、切替機構２２５により、第２多孔質部材２２１に対する第２流体の供給、および、第２多孔質部材２２１を介する流体の吸引が切り替えられる。
【００３７】
基板支持機構２では、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１、および、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１から基板９に向けて第１流体および第２流体を噴出することにより、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間にて非接触にて支持される。本実施の形態では、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１から噴出される第１流体および第２流体は気体（例えば、窒素（Ｎ２）ガス）であり、第１多孔質部材２１１と基板９の上面９１との間の距離（すなわち、基板９に垂直な方向に関する距離）は、５μｍ以上３０μｍ以下とされる。また、第２多孔質部材２２１と基板９の下面９２との間の距離も、５μｍ以上３０μｍ以下とされる。なお、第１流体および第２流体は同一の流体でもよく、種類が異なる流体でもよい。
【００３８】
ところで、基板９は、成膜やアニール等の様々な処理が行われることにより、僅かな反りや傾きを有しており、完全には平坦な形状とはなっていない。基板支持機構２では、基板９の第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間の部位が、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１から噴出される第１流体および第２流体により、上下両側から（すなわち、上面９１および下面９２から）押圧されて平坦化される。
【００３９】
基板支持機構２は、図１および図２に示すように、基板９の周囲に配置される円環状のガイド部２３を備え、ガイド部２３は、基板９の外縁部９３において、基板９の外周面に全周に亘って当接または対向し、基板９の上面９１および下面９２に平行な方向への移動を制限する円環状の移動制限部２３１を備える。ガイド部２３は、また、図２に示すように、基板９の外縁部９３近傍において、複数の支持ピン２３３を基板９の下面９２に当接させることにより、基板９を補助的に支持する補助支持部２３２を備える。本実施の形態では、３つ以上の支持ピン２３３が等角度ピッチにて配列されている。
【００４０】
基板支持機構２は、また、図１に示すように、基板９の中心を通るとともに基板９に垂直な中心軸を中心として、基板９をガイド部２３と共に回転する基板回転機構２４を備える。基板回転機構２４は、第１モータ２４１、第１モータ２４１の回転軸に取り付けられたプーリ２４２、並びに、プーリ２４２の外周面およびガイド部２３の外周面に当接する環状のベルト２４３を備える。基板回転機構２４では、第１モータ２４１によりプーリ２４２が図１中の時計回りに回転することにより、ベルト２４３を介してガイド部２３が基板９と共に図１中の時計回りに回転される。
【００４１】
図３は、基板測定装置１を図１中のＢ−Ｂの位置にて切断した縦断面図である。図１および図３に示すように、基板測定装置１の基板支持機構２は、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２を基板９の上面９１および下面９２に沿って図１中の左右方向に移動する噴出部移動機構２５を備える。図１に示すように、噴出部移動機構２５は、第２モータ２５１、第２モータ２５１に接続されるボールねじ２５２、ボールねじ２５２に螺合するナット２５３、および、ナット２５３に固定されるとともに第１流体噴出部２１を保持する第１アーム２５４を備え、図３に示すように、ナット２５３に固定されるとともに第２流体噴出部２２を保持する第２アーム２５５を備える。第１流体噴出部２１の第１支持ブロック２１２および第２流体噴出部２２の第２支持ブロック２２２はそれぞれ、第１アーム２５４および第２アーム２５５に固定される。
【００４２】
図１に示す噴出部移動機構２５では、第２モータ２５１によりボールねじ２５２が回転することにより、ナット２５３がボールねじ２５２に沿って移動し、これにより、第１アーム２５４および第１流体噴出部２１が、ボールねじ２５２に平行に設けられたスライダ２５６に沿って基板９に対して相対的に移動する。また、図３に示す第２アーム２５５および第２流体噴出部２２も、第１流体噴出部２１と共に、スライダ２５６に沿って基板９に対して相対的に移動する。
【００４３】
図１に示す基板測定装置１では、基板回転機構２４により、基板９が中心軸を中心として回転するとともに、噴出部移動機構２５により、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２（図２参照）が基板９の上面９１および下面９２（図２参照）に沿って移動することにより、第１流体噴出部２１に取り付けられた測定部３が基板９に対して相対的に移動する。
【００４４】
図２に示すように、測定部３の先端に設けられた測定電極３１は、円環状の第１多孔質部材２１１の内側の空間を介して基板９の上面９１に向けられているため、基板９の上面９１において測定部３が対向する対象領域９１１は、平面視における第１多孔質部材２１１の内側の円形の領域に含まれる。基板測定装置１では、第１流体噴出部２１の基板９に対する相対移動により、基板９の上面９１において対象領域９１１が変更される。すなわち、基板支持機構２では、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５が、基板９の上面９１に沿って第１流体噴出部２１を基板に対して相対的に移動することにより対象領域９１１を変更する対象領域変更機構となっている。
【００４５】
図４は、図２に示す基板測定装置１の測定部３近傍の部位を拡大して示す縦断面図であり、基板測定装置１のＣ−Ｖ測定（すなわち、容量−電圧測定）に係る他の構成も併せて示している。図４では、図示の都合上、第１供給流路２１４および第２供給流路２２４の図示を省略している（図６、図７および図９においても同様）。
【００４６】
図４に示すように、基板測定装置１は、測定部３を基板９の上面９１に垂直な方向に第１流体噴出部２１に対して相対的に移動する測定部移動機構４を備え、測定部移動機構４は、基板９の上面９１に垂直な上下方向（すなわち、測定部３の移動方向）に伸縮することにより測定部３の測定電極３１を移動する圧電素子４１、および、測定部３を移動方向に案内する直動案内機構であるエアベアリング４２を備える。エアベアリング４２は、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１の内周面に固定された円筒状の案内部４２１を備え、案内部４２１の内側には、測定電極３１が先端に固定された円柱状の電極保持部３２が、案内部４２１に対向する移動部として案内部４２１と非接触にて配置される。
【００４７】
基板測定装置１では、上述の第１供給流路２１４（図２参照）を介して多孔質部材により形成された案内部４２１へと第１流体が供給され、案内部４２１と測定部３に設けられた電極保持部３２との間の間隙に向けて第１流体が支持用流体として噴出することにより、測定部３の電極保持部３２が案内部４２１と非接触状態にて支持される。そして、圧電素子４１が伸縮することにより、測定電極３１がエアベアリング４２に案内されつつ基板９の上面９１に垂直な移動方向に移動する。
【００４８】
基板測定装置１は、また、対象領域９１１に対向する測定電極３１に接続されて測定電極３１に交流電圧を印加する電圧印加部５１、測定電極３１および第２多孔質部材２２１に接続されて測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量を取得する容量測定部である容量メータ５２、電圧印加部５１から測定電極３１に印加される電圧を変更しつつ容量メータ５２からの出力に基づいて対象領域９１１における印加電圧と合成容量との関係（すなわち、Ｃ−Ｖ特性）を求める特性演算部５３、並びに、測定部移動機構４の圧電素子４１による測定電極３１の移動を制御する移動制御部５４を備える。
【００４９】
次に、基板測定装置１による対象領域９１１のＣ−Ｖ特性の測定について説明する。図５は、Ｃ−Ｖ特性の測定の流れを示す図である。図４に示す基板測定装置１では、まず、第１流体噴出部２１に第１流体（窒素）が供給されて第１多孔質部材２１１の下面から基板９の上面９１に向けて第１流体が噴出される。また、第１流体の噴出と並行して、切替機構２２５により第２流体供給装置と第２供給流路２２４（図２参照）とが接続されることにより、第２流体噴出部２２に第２流体（窒素）が供給されて第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２に向けて第２流体が噴出される。これにより、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ１１）。
【００５０】
第１多孔質部材２１１の下面と基板９との上面９１との間の距離、および、第２流体噴出部２２の上面と基板９の下面９２との間の距離は、上述のように５μｍ以上３０μｍ以下とされる。また、第１多孔質部材２１１の内側の空間および第２多孔質部材２２１の内側の空間が、不活性ガス雰囲気とされる。一方、第１流体噴出部２１に供給された第１流体は、エアベアリング４２の案内部４２１の内周面からも噴出し、測定部３の電極保持部３２が案内部４２１に非接触にて支持される。
【００５１】
続いて、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５（図２および図３参照）により、第２流体噴出部２２が第１流体噴出部２１と共に基板９に対して相対的に移動し、基板９の上面９１の対象領域９１１が、第１流体噴出部２１に取り付けられた測定部３の測定電極３１の下方に位置して測定電極３１に対向する（ステップＳ１２）。上述のように、第１多孔質部材２１１の内側の空間は不活性ガス雰囲気とされるため、測定部３の測定電極３１と対象領域９１１との間の空間も不活性ガス雰囲気とされる。なお、第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１の内側の空間が、エアベアリング４２の案内部４２１および測定部３の電極保持部３２によりほぼ閉塞されているため、第１支持ブロック２１２により第１多孔質部材２１１の内側の空間が閉塞されていない場合であっても、第１多孔質部材２１１および案内部４２１から噴出される窒素ガスにより、測定電極３１と対象領域９１１との間の空間は不活性ガス雰囲気とされる。
【００５２】
次に、切替機構２２５により第２供給流路２２４（図２参照）が真空ポンプに接続されることにより、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１を介する吸引が行われ、基板９の下面９２が第２多孔質部材２２１に吸着される（ステップＳ１３）。これにより、基板９の下面９２と第２多孔質部材２２１とが接触し、電気的に接続される。
【００５３】
基板９が第２多孔質部材２２１に吸着されると、測定部３の測定電極３１に電圧印加部５１から電圧が印加され、この状態で測定電極３１の移動方向の位置決めが行われる（ステップＳ１４）。以下、測定電極３１の位置決め時に測定電極３１に印加される電圧を「位置決め時電圧」と呼び、位置決め時電圧は、電圧が多少変動した場合であっても測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量の値がほとんど変動しない範囲内の値とされる。
【００５４】
測定電極３１の位置決めは、以下の手順にて行われる。測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離の目標値が、例えば、０．３μｍと設定されているとすると、測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が０．３μｍであって測定電極３１に位置決め時電圧が付与された際の測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量が理論計算により求められて移動制御部５４に予め記憶される。そして、測定電極３１に位置決め時電圧が印加された状態で移動制御部５４により圧電素子４１が制御され、測定電極３１が電極保持部３２と共に基板９の上面９１に向かう方向に移動し、基板９の上面９１に非接触にて近接する。
【００５５】
基板測定装置１では、測定電極３１の移動と並行して容量メータ５２からの出力である合成容量（以下、「測定合成容量」という。）が移動制御部５４へと送られ、移動制御部５４に予め記憶されている合成容量の理論値（以下、「目標合成容量」という。）と比較される。そして、測定合成容量が目標合成容量に等しくなるまで測定電極３１が基板９の上面９１へと近づけられることにより、測定電極３１と対象領域９１１との間の距離が０．３μｍとされ、測定電極３１の位置決めが終了する。
【００５６】
測定電極３１の位置決めが終了すると、電圧印加部５１により測定電極３１に印加される印加電圧が所定の範囲内で漸次増大または漸次減少されるとともに容量メータ５２により測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量が継続的に取得される。容量メータ５２からの出力は特性演算部５３に送られ、特性演算部５３にて対象領域９１１における印加電圧と合成容量との関係（すなわち、Ｃ−Ｖ特性）が求められる（ステップＳ１５）。
【００５７】
特性演算部５３では、ステップＳ１５にて得られたＣ−Ｖ特性に対し、特開平４−１３２２３６号公報および特許第２７０９３５１号公報に記載の方法にて測定電極３１と基板９との間のギャップの静電容量成分を差し引き、また、絶縁膜内の電荷に起因する電圧、および、測定電極３１と基板９の基板本体との間の仕事関数の差による影響を補正することにより、測定電極が基板９の上面９１に接するタイプの接触式基板測定装置により取得されるＣ−Ｖ特性とほぼ同等のＣ−Ｖ特性が求められる。
【００５８】
対象領域９１１のＣ−Ｖ特性が求められると、圧電素子４１の収縮により測定電極３１が基板９の上面９１から離れる方向に移動する（ステップＳ１６）。続いて、切替機構２２５により第２流体供給装置と第２供給流路２２４とが接続されることにより、第２流体噴出部２２に第２流体が供給されて第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２にむけて第２流体が噴出される。これにより、第２多孔質部材２２１が基板９から離間し、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ１７）。
【００５９】
次の測定点がある場合には、ステップＳ１２に戻り、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５により、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２が基板９に対して相対的に移動して対象領域９１１が変更される（ステップＳ１８，Ｓ１２）。そして、上記と同様に、第２多孔質部材２２１による基板９の吸着、測定電極３１の位置決め、および、Ｃ−Ｖ特性の取得が行われた後（ステップＳ１３〜Ｓ１５）、測定電極３１が基板９から離れる方向に移動し、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間にて基板９が非接触にて保持される（ステップＳ１６，Ｓ１７）。このように、基板測定装置１では、複数の測定点に対してＣ−Ｖ特性の取得が順次行われる。
【００６０】
以上に説明したように、基板測定装置１の基板支持機構２では、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１から、基板９の上面９１上の対象領域９１１の周囲に向けて第１流体が噴出され、基板９を挟んで第１流体噴出部２１と対向する第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１から、基板９の下面９２に向けて第２流体が噴出される。これにより、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２との間において基板９を平坦化しつつ（すなわち、対象領域９１１を平坦化しつつ）支持することができる。
【００６１】
また、基板９と第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１との間の距離を、オートフォーカス機構等の他の機構を設けることなく、簡素な構造で一定に維持することができる。その結果、測定部３の測定電極３１を基板９に近接した位置（本実施の形態では、測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が５μｍ〜３０μｍとなる位置）に容易かつ迅速に位置させることができるため、フォーカス調整等に要する作業時間を削減することができ、測定の高速化が実現される。
【００６２】
ところで、基板測定装置１では、測定電極３１と基板９の上面９１との間の第１流体（窒素ガス）層の抵抗により、第１流体の噴出量の制御のみでは、第１多孔質部材２１１と基板９とを接触させることなく第１多孔質部材２１１をこれ以上基板９の上面に近接させることは困難である。そこで、平面視における面積が第１多孔質部材２１１に比べて小さいため基板９の上面９１との間の窒素ガス層の抵抗が小さい測定電極３１を、上述のように測定部移動機構４により第１多孔質部材２１１に対して相対的に移動することにより、第１多孔質部材２１１の下面から基板９へ向けて突出させ、さらに基板９に近接した位置（本実施の形態では、測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が０．３μｍとなる位置）まで容易かつ迅速に移動することができる。
【００６３】
このように基板測定装置１では、窒素ガス層の抵抗により流体制御のみでは非接触の状態を維持しつつ近接させることが困難な範囲（すなわち、測定部３の先端の測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が５μｍ未満となる範囲）まで、測定電極３１が基板９の上面９１に近接することにより、Ｃ−Ｖ特性の高精度な測定を実現することができる。したがって、基板測定装置１の構造は、測定部の先端と基板の上面との間の距離が５μｍ未満となる範囲まで測定部を基板の上面に近接させる必要がある装置に特に適している。
【００６４】
基板の下面全体を吸着保持する従来の基板保持装置の場合、当該基板保持装置のステージに接触する基板の下面全体にパーティクルが付着したり傷が付いてしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態に係る基板測定装置１の基板支持機構２では、第２多孔質部材２２１がＣ−Ｖ特性の測定時を除き基板９に対して非接触とされるため、基板９の下面９２に対するパーティクルの付着や下面９２の損傷を抑制することができる。
【００６５】
基板測定装置１では、第１流体噴出部２１が基板回転機構２４および噴出部移動機構２５により基板９の上面９１に対して相対移動することにより、Ｃ−Ｖ特性の測定対象となる対象領域９１１が変更される。このとき、第１流体噴出部２１が基板９に接触することなく迅速に相対移動することにより、対象領域９１１の変更を迅速に行うことができる。その結果、基板９上の複数の測定点におけるＣ−Ｖ特性の測定を迅速に行うことができる。
【００６６】
また、基板測定装置１では、第２流体噴出部２２が、第２多孔質部材２２１から基板９の下面９２の一部に向けて第２流体を噴出し、第１流体噴出部２１と共に基板９に対して相対移動する構造とされることにより、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１を小型化することができる。さらには、Ｃ−Ｖ特性の測定時にのみ、導電性を有する第２多孔質部材２２１により基板９を吸着することにより、基板９の下面９２側の電極の設置を簡素な構造にて実現することができる。
【００６７】
上述の従来の基板保持装置の場合、基板が大型化すると基板を保持するステージも大型化する必要がある。しかしながら、大型ステージの上面を精度良く形成することは困難であり、高精度な大型ステージの製造には多大なコストが必要となる。これに対して、本実施の形態に係る基板測定装置１の基板支持機構２では、第２多孔質部材２２１を小型化することができるため、比較的大型の基板を支持する場合であっても、従来の基板保持装置のステージに比べて、製造コストを低減しつつ第２多孔質部材２２１の上面（すなわち、基板９の下面９２に対向する面）を高精度に形成することができる。その結果、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間における基板９の平坦化をより高精度に実現することができる。また、基板９の下面９２と第２多孔質部材２２１との間の所望の接触面積を確保することができる。
【００６８】
基板測定装置１では、第２多孔質部材２２１が、第１多孔質部材２１１と同形状とされ、中心軸方向において第２多孔質部材２２１が第１多孔質部材２１１に重ねて配置される。これにより、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１において、基板９の平坦化に寄与しない部分が省かれ、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１を共に小型化することができる。
【００６９】
第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１が対象領域９１１の周囲を囲む環状とされることにより、対象領域９１１の周囲において基板９に対する押圧力の均一性を向上することができ、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２との間において基板９をより平坦化することができる。また、第１多孔質部材２１１が円環状とされることにより、対象領域９１１の周囲において基板９に対する押圧力の均一性をより向上することができ、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２との間において基板９をさらに平坦化することができる。その結果、基板測定装置１において、基板９のＣ−Ｖ特性の測定をより高精度に行うことができる。
【００７０】
また、第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１が円環状とされることにより、第１多孔質部材２１１を容易に形成することもできる。第２流体噴出部２２においても同様に、第２多孔質部材２２１が円環状とされることにより、対象領域９１１をより平坦化することができるとともに第２多孔質部材２２１を容易に形成することができる。
【００７１】
第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１の内側の空間が第１支持ブロック２１２により閉塞されることにより、Ｃ−Ｖ特性の測定時に浮遊パーティクル等が対象領域９１１に付着することが防止されるとともに、対象領域９１１上の空間を測定に適した雰囲気とすることが容易に実現される。また、上述のように、第１流体が窒素ガスとされて第１多孔質部材２１１の内側の空間が不活性ガス雰囲気とされることにより、より高精度なＣ−Ｖ特性の測定が可能とされる。
【００７２】
基板測定装置１では、第１多孔質部材２１１と基板９の上面９１との間の距離、および、第２多孔質部材２２１と基板９の下面９２との間の距離が５μｍ以上とされることにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の移動時に、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１が基板９と接触することを確実に防止することができる。また、上記距離が３０μｍ以下とされることにより、基板９の第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間の部位を十分に平坦化することができる。
【００７３】
また、基板支持機構２では、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２から噴出される第１流体および第２流体が気体とされることにより、基板支持機構２の構造を簡素化することができる。さらには、基板９を補助的に支持する補助支持部２３２が設けられることにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２のみにより基板９を支持する場合に比べて、基板９をより安定して支持することができる。
【００７４】
基板測定装置１の測定部移動機構４では、測定部３の測定電極３１を移動方向に案内する直動案内機構としてエアベアリング４２が利用されることにより、測定電極３１の移動方向への移動を高精度に行うことができる。また、測定電極３１の移動時における電極保持部３２と案内部４２１との摩擦が防止され、摩擦により生じるパーティクル等による基板９の汚染が防止される。さらには、測定部移動機構４において圧電素子４１により測定電極３１を移動することにより、測定電極３１の移動方向への移動がより高精度に行われる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板測定装置について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る基板測定装置１ａの一部を示す縦断面図であり、第１の実施の形態に係る基板測定装置１の図４に対応する。図６に示すように、基板測定装置１ａでは、図１ないし図４に示す基板測定装置１の各構成に加えて、測定部３が、エリプソメータを構成する光源部３３、受光部３４および膜厚演算部３５を備える。その他の構成は、図１ないし図４に示す基板測定装置１と同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。なお、図６では、図示の都合上、電圧印加部５１、容量メータ５２、特性演算部５３および移動制御部５４の図示を省略している。
【００７６】
光源部３３は、図示省略の半導体レーザ（ＬＤ）および電磁シャッタを備え、電磁シャッタが開口している状態では、半導体レーザからの光が、第１流体噴出部２１に形成された貫通孔を通過して基板９の対象領域９１１に斜めに（すなわち、基板９の上面９１に対して傾斜して）入射する。光源部３３からの光の対象領域９１１からの反射光は、第１流体噴出部２１に形成されたもう１つの貫通孔を介して受光部３４へと入射して受光される。
【００７７】
受光部３４は、図示省略のフォトニック結晶により形成された１／４波長板アレイ（以下、「λ／４板アレイ」という。）および偏光子アレイ、並びに、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を備える。λ／４板アレイでは、結晶軸が互いに異なる複数の領域がストライプ状に配列されており、偏光子アレイにおいても同様に、結晶軸が互いに異なる複数の領域がストライプ状に配列されている。偏光子アレイは、ストライプ状の複数の領域の配列方向が、λ／４板アレイのストライプ状の複数の領域の配列方向に垂直となるように配置される。
【００７８】
基板測定装置１ａでは、光源部３３および受光部３４が支持部材３３１，３４１をそれぞれ介して電極保持部３２に固定されており、測定部移動機構４の圧電素子４１により、測定電極３１および電極保持部３２と共に基板９の上面９１に垂直な上下方向（すなわち、測定電極３１の移動方向）に移動する。
【００７９】
基板測定装置１ａによる対象領域９１１のＣ−Ｖ特性の測定は、第１の実施の形態とほぼ同様であるが、図５に示すステップＳ１４とステップＳ１６との間において、光源部３３、受光部３４および膜厚演算部３５により対象領域９１１における絶縁膜の厚さが求められる点が異なる。
【００８０】
基板測定装置１ａでは、測定部移動機構４により光源部３３および受光部３４が上下方向に移動されることによりフォーカス調整が行われた後、光源部３３の半導体レーザから出射された光が基板９上の対象領域９１１に入射し、対象領域９１１にて反射された反射光が、受光部３４のλ／４板アレイおよび偏光子アレイを介してＣＣＤに入射する。そして、ＣＣＤにより、様々な結晶軸を有するλ／４板と偏光子の組み合わせを透過した光の強度（すなわち、反射光の偏光状態を示すデータ）が取得されて膜厚演算部３５に出力され、膜厚演算部３５において偏光解析法により当該出力に基づいて対象領域９１１における絶縁膜の厚さが求められる。膜厚演算部３５により求められた絶縁膜の厚さは特性演算部５３（図４参照）に送られ、特性演算部５３によりＣ−Ｖ特性が求められる際に利用される。
【００８１】
第２の実施の形態に係る基板測定装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３の測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度なＣ−Ｖ特性の測定を実現することができる。また、Ｃ−Ｖ特性の測定の高速化も実現される。
【００８２】
基板測定装置１ａでは、特に、測定部３に設けられたエリプソメータ（すなわち、光源部３３、受光部３４および膜厚演算部３５）により、対象領域９１１における絶縁膜の厚さが高精度に求められることにより、Ｃ−Ｖ特性の測定をより高精度に行うことができる。また、測定電極３１を移動する測定部移動機構４をエリプソメータのフォーカス調整に利用することにより、基板測定装置１ａの構造が簡素化される。なお、基板測定装置１ａでは、エリプソメータに代えて、光干渉法による膜厚測定を行う構成が測定部３に設けられてもよい。
【００８３】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る基板測定装置について説明する。図７は、第３の実施の形態に係る基板測定装置１ｂの一部を示す縦断面図であり、第１の実施の形態に係る基板測定装置１の図４に対応する。基板測定装置１ｂは、上面９１に絶縁膜が形成された基板９の対象領域９１１の表面電位を、交流法の１つである振動容量法にて測定する装置である。
【００８４】
基板測定装置１ｂでは、図４に示す基板測定装置１の電圧印加部５１、容量メータ５２および特性演算部５３に代えて、図７に示すように、測定部３の測定電極３１に電位を付与する電位付与部５５、様々な電気的信号を処理する回路やデバイスの集合である処理部５７、および、対象領域９１１の表面電位を求める表面電位演算部５６が設けられ、処理部５７は測定電極３１および導電性を有する第２多孔質部材２２１に接続される。その他の構成は、図１ないし図４に示す基板測定装置１と同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。
【００８５】
図８は、基板測定装置１ｂによる表面電位測定の流れを示す図である。表面電位の測定が行われる際には、第１の実施の形態と同様に、第１流体噴出部２１に第１流体が供給されて第１多孔質部材２１１の下面から基板９の上面９１に向けて第１流体が噴出される。また、第１流体の噴出と並行して、切替機構２２５により第２流体供給装置と第２供給流路２２４（図２参照）とが接続されることにより、第２流体噴出部２２に第２流体が供給されて第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２にむけて第２流体が噴出される。これにより、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ２１）。
【００８６】
続いて、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５（図２および図３参照）により、第２流体噴出部２２が第１流体噴出部２１と共に基板９に対して相対的に移動し、基板９の上面９１の対象領域９１１が、第１流体噴出部２１に取り付けられた測定部３の測定電極３１の下方に位置して測定電極３１に対向する（ステップＳ２２）。
【００８７】
次に、切替機構２２５により第２供給流路２２４が真空ポンプに接続されることにより、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１を介する吸引が行われ、基板９の下面９２が第２多孔質部材２２１に吸着される（ステップＳ２３）。これにより、基板９の下面９２と第２多孔質部材２２１とが電気的に接続される。
【００８８】
基板９が第２多孔質部材２２１に吸着されると、測定部移動機構４の圧電素子４１により測定電極３１が基板９の上面９１に向けて移動し、測定電極３１が第１多孔質部材２１１の下面よりも基板９の上面９１に近い所望の位置に位置する（ステップＳ２４）。そして、圧電素子４１により基板９に向かう上下方向（すなわち、振動方向）における測定電極３１の振動が開始されるとともに、第２多孔質部材２２１から処理部５７へと出力される微小な電流（測定電極３１の振動により測定電極３１と基板９との間の静電容量が変化することに起因して発生する交流電流であり、以下、「変位電流」という。）が所定の値となるように、電位付与部５５から測定電極３１に付与される電位（以下、「電極電位」という。）が制御され、当該電極電位が表面電位演算部５６により取得される。基板測定装置１ｂでは、圧電素子４１が、測定電極３１を対象領域９１１に向かう上下方向に振動する振動部となっている。なお、圧電素子４１とは別に測定電極３１を上下方向に振動する振動部が設けられてもよい。
【００８９】
電極電位の取得が完了すると、変位電流の指定値の変更および電極電位の取得が複数回繰り返され、これにより、測定電極３１を振動させた際の変位電流と電極電位との関係（すなわち、複数の組み合わせ）が取得され、当該関係に基づいて表面電位演算部５６により基板９の対象領域９１１における表面電位が求められる（ステップＳ２５）。
【００９０】
対象領域９１１の表面電位が求められると、測定電極３１が基板９の上面９１から離れる方向に移動する（ステップＳ２６）。続いて、第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２にむけて第２流体が噴出されて第２多孔質部材２２１が基板９から離間し、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ２７）。
【００９１】
次の測定点がある場合には、ステップＳ２２に戻り、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２が基板９に対して相対的に移動して対象領域９１１が変更される（ステップＳ２８，Ｓ２２）。そして、上記と同様に、第２多孔質部材２２１による基板９の吸着、測定電極３１の移動、および、表面電位の取得が行われた後（ステップＳ２３〜Ｓ２５）、測定電極３１が基板９から離れる方向に移動して基板９が非接触にて保持される（ステップＳ２６，Ｓ２７）。このように、基板測定装置１ｂでは、複数の測定点に対して表面電位の取得が順次行われる。
【００９２】
第３の実施の形態に係る基板測定装置１ｂでは、第１の実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３の測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度な表面電位の測定を実現することができるとともに表面電位の測定の高速化も実現される。また、表面電位の測定時にのみ、導電性を有する第２多孔質部材２２１により基板９を吸着することにより、基板９の下面９２との導通を簡素な構造にて実現することができる。さらには、第２多孔質部材２２１が表面電位の測定時を除き基板９に対して非接触とされるため、基板９の下面９２に対するパーティクルの付着や下面９２の損傷を抑制することができるとともに対象領域９１１の変更を迅速に行って基板９上の複数の測定点における表面電位の測定を迅速に行うことができる。
【００９３】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る基板測定装置について説明する。図９は、第４の実施の形態に係る基板測定装置１ｃの一部を示す縦断面図であり、第１の実施の形態に係る基板測定装置１の図４に対応する。基板測定装置１ｃは、上面９１および下面９２に絶縁膜が形成された基板９の上面９１の対象領域９１１の表面電位を、第３の実施の形態に係る基板測定装置１ｂと同様の振動容量法にて測定する装置である。
【００９４】
基板測定装置１ｃでは、図７に示す基板測定装置１ｂの切替機構２２５が省略され、図９に示す第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１は第２流体供給装置のみと接続される。また、基板９の下面９２に対向する先端が尖った針状の補助電極６１、および、補助電極６１を基板９の下面９２に向かう方向に第２流体噴出部２２に対して相対的に移動する補助電極移動機構であるエアシリンダ６２が第２流体噴出部２２に取り付けられる。その他の構成は、図７に示す基板測定装置１ｂと同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。
【００９５】
基板測定装置１ｃによる表面電位測定の流れは、図８に示す流れとほぼ同様であるが、ステップＳ２３における第２多孔質部材２２１による基板９の吸着に代えて、エアシリンダ６２により補助電極６１が基板９の下面９２に向かって移動され、補助電極６１の先端が基板９の下面９２において絶縁膜を貫いて基板本体に接触することにより基板本体に電気的に接続される。また、ステップＳ２５では、表面電位演算部５６により、測定電極３１を振動させた際の測定電極３１の電極電位と補助電極６１からの変位電流との関係に基づいて対象領域９１１における表面電位が求められる。そして、ステップＳ２７における第２多孔質部材２２１の基板９からの離間に代えて、エアシリンダ６２により補助電極６１が移動されて基板９の下面９２から離間する。
【００９６】
第４の実施の形態に係る基板測定装置１ｃでは、第１の実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３の測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度な表面電位の測定を実現することができる。また、表面電位の測定の高速化も実現される。
【００９７】
基板測定装置１ｃでは、特に、基板９の下面９２に絶縁膜が形成されている場合であっても、補助電極６１により基板９の基板本体との導通を確実に得ることができ、より高精度な表面電位の測定を実現することができる。また、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の基板９に対する相対移動の際、および、表面電位が求められる際に、基板９が常に第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間に非接触にて保持され、表面電位の測定時における基板９の下面９２に対する接触も、針状の補助電極６１の先端のみと小さいため、基板９の下面９２に対するパーティクルの付着等をより確実に抑制することができる。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００９９】
例えば、上記実施の形態に係る基板測定装置では、測定部３が取り付けられた第１流体噴出部２１は、必ずしも、基板９の重力方向における上側に配置される必要はなく、第１流体噴出部２１が基板９の下側に配置され、第２流体噴出部２２が基板９の上側に配置されてもよい。
【０１００】
また、基板測定装置では、第１流体噴出部２１の第１支持ブロック２１２に排気装置が接続され、第１多孔質部材２１１の内側の空間（すなわち、対象領域９１１上の空間）が減圧雰囲気（真空雰囲気を含む。）とされてもよい。真空雰囲気とされる場合、第１多孔質部材２１１の内側の空間には、第１多孔質部材２１１や案内部４２１等から第１流体が流入するため、当該空間は弱真空雰囲気となる。
【０１０１】
基板測定装置の測定部移動機構４では、圧電素子４１に代えて測定電極３１を移動方向に移動する他の機構が設けられてもよく、また、エアベアリング４２に代えて他の案内機構が設けられてもよい。また、第４の実施の形態に係る基板測定装置１ｃでは、補助電極移動機構として、エアシリンダ６２に代えて、例えば、モータとカムとを組み合わせた機構のように他の機構が設けられてもよい。
【０１０２】
基板測定装置の基板支持機構２では、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２とは必ずしも接続されている必要はなく、第２流体噴出部２２を移動する移動機構が、第１流体噴出部２１を移動する移動機構とは独立して設けられ、両移動機構が同期して駆動されてもよい。また、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２に磁石が組み込まれ、移動機構により第１流体噴出部２１が移動される際に、第２流体噴出部２２が磁力により第１流体噴出部２１に追従して移動する構造とされてもよい。
【０１０３】
また、基板支持機構２では、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の位置が固定され、基板が水平方向（すなわち、基板９の上面９１および下面９２に平行な方向）に移動されることにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の基板に対する相対的な移動が実現されてもよい。これにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の相対移動に係る構造を簡素化することができる。一方、上述の基板処理装置のように、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２を移動する構造とすることにより、装置のフットスタンプを小型化することができる。
【０１０４】
基板支持機構２の補助支持部２３２は、移動制限部２３１とは個別に設けられてもよい。また、基板支持機構２から補助支持部２３２が省略され、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２のみにより基板９が支持されてもよい。
【０１０５】
移動制限部２３１は、必ずしも基板９の外周面の全周に亘って当接または対向する必要はなく、例えば、基板９の外周面上の互いに離間する３点（あるいは、４点以上）にて当該外周面に当接または対向してもよい。また、移動制限部２３１は、基板９の外縁部９３に当接するのであれば、必ずしも基板９の外周面に当接する必要はなく、例えば、基板９の下面９２の外周縁近傍の部位に当接し、基板９の重量による基板９の下面９２と移動制限部との摩擦により基板９の移動が制限されてもよい。この場合、基板支持機構２の補助支持部２３２が移動制限部の役割を兼ねてもよい。
【０１０６】
第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１の形状は、内周縁の中心と外周縁の中心とがずれている円環状（すなわち、内側の空間が偏心した円環状）とされてもよい。また、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１は、必ずしも円環状とされる必要はなく、他の外形を有する環状（例えば、矩形枠状）とされてもよく、環状以外の他の形状とされてもよい。例えば、平面視において対象領域９１１を間に挟むＵ字型の第１多孔質部材２１１により、対象領域９１１の周囲に第１流体が噴出されてもよい。また、第１多孔質部材２１１は、対象領域９１１を間に挟んで対向する平行な２つのバー状の多孔質部材とされてもよい。
【０１０７】
基板支持機構２では、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１とは必ずしも同形状とされる必要はなく、例えば、平面視において第２流体噴出部２２が第１流体噴出部２１よりも大きくされてもよい。また、支持対象となる基板が比較的小さい場合等、第２多孔質部材の上面（すなわち、基板側の面）が高精度に形成できる場合には、第２多孔質部材が基板の下面と同形状とされ、当該第２多孔質部材から基板の下面全体に向けて第２流体が均一に噴出されてもよい。この場合、噴出部移動機構２５により、第１流体噴出部２１のみが基板に対して相対移動される。
【０１０８】
第１の実施の形態に係る基板測定装置１では、上面９１および下面９２に絶縁膜が形成されていない半導体基板（いわゆる、ベアウエハ）に対してＣ−Ｖ特性の測定が行われてもよい。第３および第４の実施の形態に係る基板測定装置においても同様に、上面９１に絶縁膜が形成されていない半導体基板に対して表面電位の測定が行われてもよい。
【０１０９】
第１ないし第３の実施の形態に係る基板測定装置では、第２多孔質部材２２１は、半導電性を有する多孔質材料により形成されてもよい。第３および第４の実施の形態に係る基板測定装置では、測定電極３１から処理部５７へと出力される微小な電流を変位電流とし、当該変位電流と測定電極３１の電極電位とに基づいて対象領域９１１における表面電位が求められてもよい。また、第３および第４の実施の形態に係る基板測定装置に、第２の実施の形態に係る基板測定装置１ａに設けられたエリプソメータが設けられ、サンプル基板の評価において膜厚変化と表面電位変化との関係を求める場合等に利用されてもよい。
【０１１０】
上記実施の形態に係る基板測定装置では、必ずしも対象領域９１１におけるＣ−Ｖ特性や表面電位が測定される必要はなく、対象領域９１１における基板９の他の様々な電気特性が測定部３からの出力に基づいて演算部により取得されてもよい。この場合であっても、上記実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度な電気特性の測定を実現することができる。また、電気特性の測定の高速化も実現される。さらには、基板測定装置は、対象領域９１１における電気特性以外の他の所定の特性の測定（例えば、対象領域９１１の欠陥検査）に利用されてもよい。
【０１１１】
基板測定装置では、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１から噴出される第１流体および第２流体は、必ずしも気体には限定されず、基板９の特性の測定に影響がない場合には、例えば、純水等の比較的低粘度の液体とされてもよい。
【０１１２】
基板測定装置は、半導体基板以外にも、例えば、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面表示装置用のガラス基板の特性測定に利用されてもよく、また、それ以外の他の基板（例えば、有機半導体の薄膜が形成された（あるいは、形成される予定の）プラスチック基板や太陽電池に利用されるプラスチックフィルム基板）の特性測定に利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板測定装置の平面図である。
【図２】基板測定装置の縦断面図である。
【図３】基板測定装置の縦断面図である。
【図４】測定部近傍の部位を拡大して示す縦断面図である。
【図５】Ｃ−Ｖ特性の測定の流れを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る基板測定装置の一部を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る基板測定装置の一部を示す縦断面図である。
【図８】表面電位測定の流れを示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る基板測定装置の一部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１ａ〜１ｃ 基板測定装置
３ 測定部
４ 測定部移動機構
９ 基板
２１ 第１流体噴出部
２２ 第２流体噴出部
２４ 基板回転機構
２５ 噴出部移動機構
３１ 測定電極
３２ 電極保持部
３３ 光源部
３４ 受光部
３５ 膜厚演算部
４１ 圧電素子
４２ エアベアリング
５１ 電圧印加部
５２ 容量メータ
５３ 特性演算部
５５ 電位付与部
５６ 表面電位演算部
６１ 補助電極
６２ エアシリンダ
９１ 上面
９２ 下面
９３ 外縁部
２１１ 第１多孔質部材
２１２ 第１支持ブロック
２２１ 第２多孔質部材
２２５ 切替機構
２３１ 移動制限部
２３２ 補助支持部
４２１ 案内部
９１１ 対象領域
Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２８ ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の対象領域における所定の特性を測定する基板測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子や平面表示装置等の製造において、半導体基板や平面表示装置用のガラス基板等の各種基板に対して様々な測定が行われており、例えば、特許文献１および特許文献２では、試料台上に載置された半導体基板上に測定用電極をギャップを隔てて保持した状態で行われる非接触式のＣ−Ｖ測定（容量−電圧測定）により半導体基板のＣ−Ｖ特性（容量−電圧特性）を測定する装置が開示されている。このような装置では、測定精度を向上するために、測定用電極が半導体基板に極近接した状態（例えば、測定用電極と半導体基板との間の距離が１μｍ以下となる状態）にて保持される。
【０００３】
また、特許文献３では、ステージ状の背面電極上に載置された半導体基板上に電極であるセンサチップをギャップを隔てて保持し、センサチップの下方の測定点に光を照射しつつ測定を行うことにより、半導体基板のドーピングプロファイルや表面光電圧を測定する装置が開示されている。特許文献３の装置では、エアベアリングに空気が供給されることにより、センサチップを保持するエアベアリングアセンブリが半導体基板の上方約２ｍｍの位置から半導体基板に向けて押し下げられ、センサチップの周囲に設けられたオリフィスから半導体基板に向けて流れる空気によりエアベアリングアセンブリと半導体基板との間に形成された空気フィルムにより支持されて半導体基板の上方約２０μｍの位置に浮遊する。その後、オリフィスからの空気の流出を停止することによりエアベアリングアセンブリは更に下降するが、オリフィスよりも外側にてセンサチップの周囲に設けられた多孔性リングから半導体基板に向けて流れる空気により維持される空気フィルムにより、エアベアリングアセンブリは半導体基板の上方約２μｍの位置に浮遊し、この状態で上記測定が行われる。
【０００４】
一方、特許文献４では、回転テーブル上に載置された光ディスクの原盤上に微小な間隙を介して対向する電子ビーム照射ヘッドから原盤に対して電子ビームを照射することにより原盤に対する情報の記録を行う装置が開示されている。特許文献４の装置は、多孔性の金属により形成されたリング状の通気体から原盤の上面に向けて圧縮気体を噴出することにより原盤に対して非接触で浮上する浮上パッドを備え、電子ビーム照射ヘッドは浮上パッドに搭載されている。これにより、原盤の厚さムラや回転ぶれ等の影響を緩和し、電子ビーム照射ヘッドと原盤との間の隙間を維持することが図られている。特許文献４の装置では、浮上パッドの通気体の内側にリング状の吸引溝が設けられており、吸引溝から空気を吸引することにより、浮上パッドを原盤の上方約５μｍの位置に位置させている。
【特許文献１】特開平４−１３２２３６号公報
【特許文献２】特許第２７０９３５１号公報
【特許文献３】特表２００１−５０５３６９号公報
【特許文献４】特開２００３−３１６０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、成膜やアニール等の様々な処理が行われた基板は通常、僅かな反りや傾き等を有しており、完全には平坦な形状とはなっていない。このため、特許文献１および特許文献２のように、測定用電極と基板との間の距離がいずれの位置であっても一定であるものとして測定を行う装置では測定精度の向上に限界がある。
【０００６】
これに対し、特許文献４の装置では、電子ビーム照射ヘッドを原盤上にて浮上させることによりビーム照射ヘッドと原盤との距離が一定に保たれるが、ビーム照射ヘッドを原盤にさらに近接させようとすると、浮上パッドからの圧縮気体の噴出または空気の吸引を制御して浮上パッド全体を下方に移動する必要があり、ビーム照射ヘッドの高精度な位置制御が困難である。
【０００７】
特許文献３の装置でも同様に、センサチップと半導体基板との間の距離を調整する際には、エアベアリングアセンブリに対する空気の供給量を調整してエアベアリングアセンブリ全体を昇降させる必要があり、センサチップの位置制御が複雑化してしまう。また、特許文献３の装置では、センサチップの位置決めの際に、エアベアリングに供給する空気量を制御することによりエアベアリングアセンブリを半導体基板の上方約２０μｍの位置まで下降させた後、空気の供給量を再度制御してエアベアリングアセンブリを半導体基板にさらに近接させるため、センサチップの位置決めを迅速に行うことが困難である。さらには、特許文献３の装置では、センサチップと半導体基板との間の距離が２μｍとされるが、センサチップと半導体基板との間の空気フィルムによる抵抗によりセンサチップの下降が阻まれるため、空気の供給量の制御のみでは、センサチップと半導体基板とを接触させることなくこれ以上近接させることは困難であり、測定精度の向上に限界がある。
【０００８】
一方、特許文献１ないし特許文献４の装置では、基板の上方に設けられた電極やビーム照射ヘッドは基板に非接触とされるが、基板の下面は試料台等とほぼ全面に亘って接触するため、下面にパーティクルが付着したり傷が付いてしまうおそれがある。また、基板の大型化に伴って試料台も大型化する必要があるが、大型の試料台では、基板が載置される上面を精度良く形成することが困難であり、試料台の製造に要するコストが増大してしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板を平坦化しつつ支持するとともに測定部を基板に容易に近接させて高精度な測定を実現することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、基板の対象領域における所定の特性を測定する基板測定装置であって、基板の一方の主面上の対象領域の周囲に向けて、第１多孔質部材から第１流体を噴出する第１流体噴出部と、前記第１流体噴出部に対向して配置され、前記基板の他方の主面に向けて第２多孔質部材から第２流体を噴出することにより、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材との間にて前記基板を非接触にて支持する第２流体噴出部と、前記基板の外縁部に当接して前記基板の前記一方の主面に平行な方向への移動を制限する移動制限部と、前記基板の前記一方の主面に沿って前記第１流体噴出部を前記基板に対して相対的に移動することにより前記対象領域を変更する対象領域変更機構と、前記第１流体噴出部に取り付けられて前記基板の前記対象領域に対向する測定部と、前記測定部が前記対象領域の所定の特性を測定する際に、前記測定部を前記基板の前記一方の主面に向かう方向に前記第１流体噴出部に対して相対的に移動して前記一方の主面に非接触にて近接させる測定部移動機構とを備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板測定装置であって、前記測定部移動機構により、前記測定部の先端と前記基板の前記一方の主面との間の距離が５μｍ未満となるまで、前記測定部が前記一方の主面に近接する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板測定装置であって、前記第２流体噴出部が、前記基板の前記他方の主面の一部に向けて前記第２流体を噴出し、前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の基板測定装置であって、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材とが同形状であり、かつ、前記基板に垂直な方向において重なっている。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板測定装置であって、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が半導体基板であり、前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、前記基板測定装置が、前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電圧を印加する電圧印加部と、前記測定電極と前記第２多孔質部材との間の合成容量を取得する容量測定部と、前記測定電極に印加される印加電圧を変更しつつ前記容量測定部からの出力に基づいて前記対象領域における印加電圧と合成容量との関係を求める演算部と、前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構とをさらに備え、前記関係が取得される際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の基板測定装置であって、前記基板が前記一方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、前記測定部が、前記基板の前記対象領域に光を入射させる光源部と、前記光源部からの光の前記対象領域からの反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づいて前記対象領域における前記絶縁膜の厚さを求める膜厚演算部とを備える。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板測定装置であって、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が前記他方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、前記基板測定装置が、前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、前記第２流体噴出部に取り付けられた補助電極と、前記補助電極を前記基板の前記他方の主面に向かう方向に前記第２流体噴出部に対して相対的に移動する補助電極移動機構と、前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記補助電極からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部とをさらに備え、前記表面電位が求められる際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が移動して前記補助電極の先端が前記基板の前記他方の主面において前記基板の基板本体に接触することにより前記基板本体に電気的に接続され、前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が前記他方の主面から離間される。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項３または４に記載の基板測定装置であって、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が半導体基板であり、前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、前記基板測定装置が、前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記第２多孔質部材からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部と、前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構とをさらに備え、前記表面電位が求められる際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部からの出力を演算処理する演算部をさらに備え、前記第１流体および前記第２流体が気体であり、前記基板が半導体基板であり、前記測定部からの出力に基づいて前記演算部により前記対象領域における前記基板の電気特性が取得される。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記第１多孔質部材が、前記対象領域の周囲を囲む環状である。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の基板測定装置であって、前記第１多孔質部材が、円環状である。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の基板測定装置であって、前記第１流体噴出部が、前記第１多孔質部材の前記基板とは反対側において前記第１多孔質部材の内側の空間を閉塞する閉塞部を備える。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部と前記対象領域との間の空間が、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とされる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記基板の前記外縁部近傍において前記基板を補助的に支持する補助支持部をさらに備える。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部移動機構が、前記第１流体噴出部に固定された案内部と前記測定部に設けられた移動部との間の間隙に向けて支持用流体を噴出することにより、前記案内部と前記移動部とを非接触状態としつつ前記測定部を案内する直動案内機構を備える。
【００２５】
請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれかに記載の基板測定装置であって、前記測定部移動機構が、前記測定部の移動方向に伸縮することにより前記測定部を移動する圧電素子を備える。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、基板を平坦化しつつ支持するとともに測定部を基板に容易に近接させて高精度な測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板測定装置１の構成を示す平面図である。また、図２は、基板測定装置１を図１中のＡ−Ａの位置にて切断した縦断面図である。基板測定装置１は、表面に絶縁膜が形成された円板状の半導体基板９（以下、「基板９」という。）のＣ−Ｖ特性（すなわち、容量−電圧特性）を測定する装置である。
【００２８】
図１および図２に示すように、基板測定装置１は、基板９を支持する基板支持機構２、および、基板支持機構２の後述する第１流体噴出部２１に取り付けられて基板９に対向する測定部３を備える。以下の説明では、図２に示す基板９の一方の主面９１（図２中の上側の主面であり、以下、「上面９１」という。）上において、測定部３と対向してＣ−Ｖ特性の測定対象となる領域を、「対象領域９１１」という。
【００２９】
図２に示すように、基板支持機構２は、基板９の上方に配置される第１流体噴出部２１、および、基板９の下方において基板９を挟んで第１流体噴出部２１に対向して配置される第２流体噴出部２２を備え、第１流体噴出部２１は、図１に示すように、平面視において円形である。以下の説明では、図２に示す基板９の第２流体噴出部２２側の主面９２（すなわち、上面９１とは反対側の他方の主面）を、「下面９２」という。
【００３０】
第１流体噴出部２１は、基板９の上面９１上の対象領域９１１の周囲を囲む円環状であるとともに対象領域９１１の周囲（すなわち、上面９１の一部）に向けて流体を噴出する第１多孔質部材２１１を備える。第１多孔質部材２１１の内周縁および外周縁の中心は一致している。
【００３１】
また、第１流体噴出部２１は、第１多孔質部材２１１の上側において第１多孔質部材２１１を支持する第１支持ブロック２１２をさらに備え、第１支持ブロック２１２は、第１多孔質部材２１１の内側の空間（すなわち、第１多孔質部材２１１の内周縁よりも内側の空間）を第１多孔質部材２１１の基板９とは反対側において閉塞する閉塞部となっている。
【００３２】
第２流体噴出部２２は、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１と対向するとともに基板９の下面９２の一部に向けて流体を噴出する第２多孔質部材２２１を備える。第２多孔質部材２２１は、平面視において第１多孔質部材２１１と同形状（すなわち、内周縁および外周縁の中心が一致する円環状）であり、かつ、基板９に垂直な方向において第１多孔質部材２１１と重なる。
【００３３】
また、第２流体噴出部２２は、第２多孔質部材２２１の下側において第２多孔質部材２２１を支持する第２支持ブロック２２２をさらに備え、第２支持ブロック２２２は、第２多孔質部材２２１の内側の空間（すなわち、第２多孔質部材２２１の内周縁よりも内側の空間）を第２多孔質部材２２１の基板９とは反対側において閉塞する閉塞部となっている。平面視において、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１の面積は、基板９の面積に比べて小さい。
【００３４】
第１多孔質部材２１１は多孔質セラミック等により形成され、第２多孔質部材２２１は、導電性多孔質セラミックや多孔質ステンレス材料等の導電性を有する多孔質材料により形成される。第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１のそれぞれの空孔率は、好ましくは、１％以上１０％以下（より好ましくは、３％以上５％以下）とされる。また、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１の内径は、好ましくは、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とされ、両多孔質部材の外径は、好ましくは、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とされる。ただし、両多孔質部材の外径と内径との差は、１０ｍｍ以上とされる。
【００３５】
第１多孔質部材２１１の内部には、略円環状の流路（図示省略）が形成されており、当該流路は、第１支持ブロック２１２の内部に形成された第１供給流路２１４を介して図示省略の第１流体供給装置に接続されている。第１流体噴出部２１では、第１流体供給装置から第１供給流路２１４を介して第１多孔質部材２１１の流路に流体（以下の説明では、「第１流体」という。）が供給されることにより、第１多孔質部材２１１の下面全体から基板９の上面９１に向けて第１流体が均一に噴出する。また、第１供給流路２１４は、後述するエアベアリング４２の多孔質部材により形成された案内部４２１（図４参照）にも接続されている。
【００３６】
第２多孔質部材２２１の内部には、第１多孔質部材２１１と同様に略円環状の流路（図示省略）が形成されており、当該流路は、第２支持ブロック２２２の内部に形成された第２供給流路２２４、および、第２流体噴出部２２の外部に設けられた切替機構２２５を介して図示省略の第２流体供給装置および真空ポンプに接続されている。第２流体噴出部２２では、切替機構２２５により第２供給流路２２４と第２流体供給装置が接続されることにより、第２多孔質部材２２１の流路に対する流体（以下の説明では、「第２流体」という。）の供給が行われ、第２多孔質部材２２１の上面全体から基板９の下面９２に向けて第２流体が均一に噴出する。また、切替機構２２５により第２供給流路２２４と真空ポンプが接続されることにより、第２多孔質部材２２１を介する第２多孔質部材２２１の周囲の流体の吸引が行われる。このように、基板測定装置１では、切替機構２２５により、第２多孔質部材２２１に対する第２流体の供給、および、第２多孔質部材２２１を介する流体の吸引が切り替えられる。
【００３７】
基板支持機構２では、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１、および、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１から基板９に向けて第１流体および第２流体を噴出することにより、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間にて非接触にて支持される。本実施の形態では、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１から噴出される第１流体および第２流体は気体（例えば、窒素（Ｎ２）ガス）であり、第１多孔質部材２１１と基板９の上面９１との間の距離（すなわち、基板９に垂直な方向に関する距離）は、５μｍ以上３０μｍ以下とされる。また、第２多孔質部材２２１と基板９の下面９２との間の距離も、５μｍ以上３０μｍ以下とされる。なお、第１流体および第２流体は同一の流体でもよく、種類が異なる流体でもよい。
【００３８】
ところで、基板９は、成膜やアニール等の様々な処理が行われることにより、僅かな反りや傾きを有しており、完全には平坦な形状とはなっていない。基板支持機構２では、基板９の第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間の部位が、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１から噴出される第１流体および第２流体により、上下両側から（すなわち、上面９１および下面９２から）押圧されて平坦化される。
【００３９】
基板支持機構２は、図１および図２に示すように、基板９の周囲に配置される円環状のガイド部２３を備え、ガイド部２３は、基板９の外縁部９３において、基板９の外周面に全周に亘って当接または対向し、基板９の上面９１および下面９２に平行な方向への移動を制限する円環状の移動制限部２３１を備える。ガイド部２３は、また、図２に示すように、基板９の外縁部９３近傍において、複数の支持ピン２３３を基板９の下面９２に当接させることにより、基板９を補助的に支持する補助支持部２３２を備える。本実施の形態では、３つ以上の支持ピン２３３が等角度ピッチにて配列されている。
【００４０】
基板支持機構２は、また、図１に示すように、基板９の中心を通るとともに基板９に垂直な中心軸を中心として、基板９をガイド部２３と共に回転する基板回転機構２４を備える。基板回転機構２４は、第１モータ２４１、第１モータ２４１の回転軸に取り付けられたプーリ２４２、並びに、プーリ２４２の外周面およびガイド部２３の外周面に当接する環状のベルト２４３を備える。基板回転機構２４では、第１モータ２４１によりプーリ２４２が図１中の時計回りに回転することにより、ベルト２４３を介してガイド部２３が基板９と共に図１中の時計回りに回転される。
【００４１】
図３は、基板測定装置１を図１中のＢ−Ｂの位置にて切断した縦断面図である。図１および図３に示すように、基板測定装置１の基板支持機構２は、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２を基板９の上面９１および下面９２に沿って図１中の左右方向に移動する噴出部移動機構２５を備える。図１に示すように、噴出部移動機構２５は、第２モータ２５１、第２モータ２５１に接続されるボールねじ２５２、ボールねじ２５２に螺合するナット２５３、および、ナット２５３に固定されるとともに第１流体噴出部２１を保持する第１アーム２５４を備え、図３に示すように、ナット２５３に固定されるとともに第２流体噴出部２２を保持する第２アーム２５５を備える。第１流体噴出部２１の第１支持ブロック２１２および第２流体噴出部２２の第２支持ブロック２２２はそれぞれ、第１アーム２５４および第２アーム２５５に固定される。
【００４２】
図１に示す噴出部移動機構２５では、第２モータ２５１によりボールねじ２５２が回転することにより、ナット２５３がボールねじ２５２に沿って移動し、これにより、第１アーム２５４および第１流体噴出部２１が、ボールねじ２５２に平行に設けられたスライダ２５６に沿って基板９に対して相対的に移動する。また、図３に示す第２アーム２５５および第２流体噴出部２２も、第１流体噴出部２１と共に、スライダ２５６に沿って基板９に対して相対的に移動する。
【００４３】
図１に示す基板測定装置１では、基板回転機構２４により、基板９が中心軸を中心として回転するとともに、噴出部移動機構２５により、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２（図２参照）が基板９の上面９１および下面９２（図２参照）に沿って移動することにより、第１流体噴出部２１に取り付けられた測定部３が基板９に対して相対的に移動する。
【００４４】
図２に示すように、測定部３の先端に設けられた測定電極３１は、円環状の第１多孔質部材２１１の内側の空間を介して基板９の上面９１に向けられているため、基板９の上面９１において測定部３が対向する対象領域９１１は、平面視における第１多孔質部材２１１の内側の円形の領域に含まれる。基板測定装置１では、第１流体噴出部２１の基板９に対する相対移動により、基板９の上面９１において対象領域９１１が変更される。すなわち、基板支持機構２では、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５が、基板９の上面９１に沿って第１流体噴出部２１を基板に対して相対的に移動することにより対象領域９１１を変更する対象領域変更機構となっている。
【００４５】
図４は、図２に示す基板測定装置１の測定部３近傍の部位を拡大して示す縦断面図であり、基板測定装置１のＣ−Ｖ測定（すなわち、容量−電圧測定）に係る他の構成も併せて示している。図４では、図示の都合上、第１供給流路２１４および第２供給流路２２４の図示を省略している（図６、図７および図９においても同様）。
【００４６】
図４に示すように、基板測定装置１は、測定部３を基板９の上面９１に垂直な方向に第１流体噴出部２１に対して相対的に移動する測定部移動機構４を備え、測定部移動機構４は、基板９の上面９１に垂直な上下方向（すなわち、測定部３の移動方向）に伸縮することにより測定部３の測定電極３１を移動する圧電素子４１、および、測定部３を移動方向に案内する直動案内機構であるエアベアリング４２を備える。エアベアリング４２は、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１の内周面に固定された円筒状の案内部４２１を備え、案内部４２１の内側には、測定電極３１が先端に固定された円柱状の電極保持部３２が、案内部４２１に対向する移動部として案内部４２１と非接触にて配置される。
【００４７】
基板測定装置１では、上述の第１供給流路２１４（図２参照）を介して多孔質部材により形成された案内部４２１へと第１流体が供給され、案内部４２１と測定部３に設けられた電極保持部３２との間の間隙に向けて第１流体が支持用流体として噴出することにより、測定部３の電極保持部３２が案内部４２１と非接触状態にて支持される。そして、圧電素子４１が伸縮することにより、測定電極３１がエアベアリング４２に案内されつつ基板９の上面９１に垂直な移動方向に移動する。
【００４８】
基板測定装置１は、また、対象領域９１１に対向する測定電極３１に接続されて測定電極３１に交流電圧を印加する電圧印加部５１、測定電極３１および第２多孔質部材２２１に接続されて測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量を取得する容量測定部である容量メータ５２、電圧印加部５１から測定電極３１に印加される電圧を変更しつつ容量メータ５２からの出力に基づいて対象領域９１１における印加電圧と合成容量との関係（すなわち、Ｃ−Ｖ特性）を求める特性演算部５３、並びに、測定部移動機構４の圧電素子４１による測定電極３１の移動を制御する移動制御部５４を備える。
【００４９】
次に、基板測定装置１による対象領域９１１のＣ−Ｖ特性の測定について説明する。図５は、Ｃ−Ｖ特性の測定の流れを示す図である。図４に示す基板測定装置１では、まず、第１流体噴出部２１に第１流体（窒素）が供給されて第１多孔質部材２１１の下面から基板９の上面９１に向けて第１流体が噴出される。また、第１流体の噴出と並行して、切替機構２２５により第２流体供給装置と第２供給流路２２４（図２参照）とが接続されることにより、第２流体噴出部２２に第２流体（窒素）が供給されて第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２に向けて第２流体が噴出される。これにより、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ１１）。
【００５０】
第１多孔質部材２１１の下面と基板９との上面９１との間の距離、および、第２流体噴出部２２の上面と基板９の下面９２との間の距離は、上述のように５μｍ以上３０μｍ以下とされる。また、第１多孔質部材２１１の内側の空間および第２多孔質部材２２１の内側の空間が、不活性ガス雰囲気とされる。一方、第１流体噴出部２１に供給された第１流体は、エアベアリング４２の案内部４２１の内周面からも噴出し、測定部３の電極保持部３２が案内部４２１に非接触にて支持される。
【００５１】
続いて、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５（図２および図３参照）により、第２流体噴出部２２が第１流体噴出部２１と共に基板９に対して相対的に移動し、基板９の上面９１の対象領域９１１が、第１流体噴出部２１に取り付けられた測定部３の測定電極３１の下方に位置して測定電極３１に対向する（ステップＳ１２）。上述のように、第１多孔質部材２１１の内側の空間は不活性ガス雰囲気とされるため、測定部３の測定電極３１と対象領域９１１との間の空間も不活性ガス雰囲気とされる。なお、第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１の内側の空間が、エアベアリング４２の案内部４２１および測定部３の電極保持部３２によりほぼ閉塞されているため、第１支持ブロック２１２により第１多孔質部材２１１の内側の空間が閉塞されていない場合であっても、第１多孔質部材２１１および案内部４２１から噴出される窒素ガスにより、測定電極３１と対象領域９１１との間の空間は不活性ガス雰囲気とされる。
【００５２】
次に、切替機構２２５により第２供給流路２２４（図２参照）が真空ポンプに接続されることにより、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１を介する吸引が行われ、基板９の下面９２が第２多孔質部材２２１に吸着される（ステップＳ１３）。これにより、基板９の下面９２と第２多孔質部材２２１とが接触し、電気的に接続される。
【００５３】
基板９が第２多孔質部材２２１に吸着されると、測定部３の測定電極３１に電圧印加部５１から電圧が印加され、この状態で測定電極３１の移動方向の位置決めが行われる（ステップＳ１４）。以下、測定電極３１の位置決め時に測定電極３１に印加される電圧を「位置決め時電圧」と呼び、位置決め時電圧は、電圧が多少変動した場合であっても測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量の値がほとんど変動しない範囲内の値とされる。
【００５４】
測定電極３１の位置決めは、以下の手順にて行われる。測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離の目標値が、例えば、０．３μｍと設定されているとすると、測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が０．３μｍであって測定電極３１に位置決め時電圧が付与された際の測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量が理論計算により求められて移動制御部５４に予め記憶される。そして、測定電極３１に位置決め時電圧が印加された状態で移動制御部５４により圧電素子４１が制御され、測定電極３１が電極保持部３２と共に基板９の上面９１に向かう方向に移動し、基板９の上面９１に非接触にて近接する。
【００５５】
基板測定装置１では、測定電極３１の移動と並行して容量メータ５２からの出力である合成容量（以下、「測定合成容量」という。）が移動制御部５４へと送られ、移動制御部５４に予め記憶されている合成容量の理論値（以下、「目標合成容量」という。）と比較される。そして、測定合成容量が目標合成容量に等しくなるまで測定電極３１が基板９の上面９１へと近づけられることにより、測定電極３１と対象領域９１１との間の距離が０．３μｍとされ、測定電極３１の位置決めが終了する。
【００５６】
測定電極３１の位置決めが終了すると、電圧印加部５１により測定電極３１に印加される印加電圧が所定の範囲内で漸次増大または漸次減少されるとともに容量メータ５２により測定電極３１と第２多孔質部材２２１との間の合成容量が継続的に取得される。容量メータ５２からの出力は特性演算部５３に送られ、特性演算部５３にて対象領域９１１における印加電圧と合成容量との関係（すなわち、Ｃ−Ｖ特性）が求められる（ステップＳ１５）。
【００５７】
特性演算部５３では、ステップＳ１５にて得られたＣ−Ｖ特性に対し、特開平４−１３２２３６号公報および特許第２７０９３５１号公報に記載の方法にて測定電極３１と基板９との間のギャップの静電容量成分を差し引き、また、絶縁膜内の電荷に起因する電圧、および、測定電極３１と基板９の基板本体との間の仕事関数の差による影響を補正することにより、測定電極が基板９の上面９１に接するタイプの接触式基板測定装置により取得されるＣ−Ｖ特性とほぼ同等のＣ−Ｖ特性が求められる。
【００５８】
対象領域９１１のＣ−Ｖ特性が求められると、圧電素子４１の収縮により測定電極３１が基板９の上面９１から離れる方向に移動する（ステップＳ１６）。続いて、切替機構２２５により第２流体供給装置と第２供給流路２２４とが接続されることにより、第２流体噴出部２２に第２流体が供給されて第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２にむけて第２流体が噴出される。これにより、第２多孔質部材２２１が基板９から離間し、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ１７）。
【００５９】
次の測定点がある場合には、ステップＳ１２に戻り、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５により、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２が基板９に対して相対的に移動して対象領域９１１が変更される（ステップＳ１８，Ｓ１２）。そして、上記と同様に、第２多孔質部材２２１による基板９の吸着、測定電極３１の位置決め、および、Ｃ−Ｖ特性の取得が行われた後（ステップＳ１３〜Ｓ１５）、測定電極３１が基板９から離れる方向に移動し、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間にて基板９が非接触にて保持される（ステップＳ１６，Ｓ１７）。このように、基板測定装置１では、複数の測定点に対してＣ−Ｖ特性の取得が順次行われる。
【００６０】
以上に説明したように、基板測定装置１の基板支持機構２では、第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１から、基板９の上面９１上の対象領域９１１の周囲に向けて第１流体が噴出され、基板９を挟んで第１流体噴出部２１と対向する第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１から、基板９の下面９２に向けて第２流体が噴出される。これにより、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２との間において基板９を平坦化しつつ（すなわち、対象領域９１１を平坦化しつつ）支持することができる。
【００６１】
また、基板９と第１流体噴出部２１の第１多孔質部材２１１との間の距離を、オートフォーカス機構等の他の機構を設けることなく、簡素な構造で一定に維持することができる。その結果、測定部３の測定電極３１を基板９に近接した位置（本実施の形態では、測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が５μｍ〜３０μｍとなる位置）に容易かつ迅速に位置させることができるため、フォーカス調整等に要する作業時間を削減することができ、測定の高速化が実現される。
【００６２】
ところで、基板測定装置１では、測定電極３１と基板９の上面９１との間の第１流体（窒素ガス）層の抵抗により、第１流体の噴出量の制御のみでは、第１多孔質部材２１１と基板９とを接触させることなく第１多孔質部材２１１をこれ以上基板９の上面に近接させることは困難である。そこで、平面視における面積が第１多孔質部材２１１に比べて小さいため基板９の上面９１との間の窒素ガス層の抵抗が小さい測定電極３１を、上述のように測定部移動機構４により第１多孔質部材２１１に対して相対的に移動することにより、第１多孔質部材２１１の下面から基板９へ向けて突出させ、さらに基板９に近接した位置（本実施の形態では、測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が０．３μｍとなる位置）まで容易かつ迅速に移動することができる。
【００６３】
このように基板測定装置１では、窒素ガス層の抵抗により流体制御のみでは非接触の状態を維持しつつ近接させることが困難な範囲（すなわち、測定部３の先端の測定電極３１と基板９の上面９１との間の距離が５μｍ未満となる範囲）まで、測定電極３１が基板９の上面９１に近接することにより、Ｃ−Ｖ特性の高精度な測定を実現することができる。したがって、基板測定装置１の構造は、測定部の先端と基板の上面との間の距離が５μｍ未満となる範囲まで測定部を基板の上面に近接させる必要がある装置に特に適している。
【００６４】
基板の下面全体を吸着保持する従来の基板保持装置の場合、当該基板保持装置のステージに接触する基板の下面全体にパーティクルが付着したり傷が付いてしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態に係る基板測定装置１の基板支持機構２では、第２多孔質部材２２１がＣ−Ｖ特性の測定時を除き基板９に対して非接触とされるため、基板９の下面９２に対するパーティクルの付着や下面９２の損傷を抑制することができる。
【００６５】
基板測定装置１では、第１流体噴出部２１が基板回転機構２４および噴出部移動機構２５により基板９の上面９１に対して相対移動することにより、Ｃ−Ｖ特性の測定対象となる対象領域９１１が変更される。このとき、第１流体噴出部２１が基板９に接触することなく迅速に相対移動することにより、対象領域９１１の変更を迅速に行うことができる。その結果、基板９上の複数の測定点におけるＣ−Ｖ特性の測定を迅速に行うことができる。
【００６６】
また、基板測定装置１では、第２流体噴出部２２が、第２多孔質部材２２１から基板９の下面９２の一部に向けて第２流体を噴出し、第１流体噴出部２１と共に基板９に対して相対移動する構造とされることにより、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１を小型化することができる。さらには、Ｃ−Ｖ特性の測定時にのみ、導電性を有する第２多孔質部材２２１により基板９を吸着することにより、基板９の下面９２側の電極の設置を簡素な構造にて実現することができる。
【００６７】
上述の従来の基板保持装置の場合、基板が大型化すると基板を保持するステージも大型化する必要がある。しかしながら、大型ステージの上面を精度良く形成することは困難であり、高精度な大型ステージの製造には多大なコストが必要となる。これに対して、本実施の形態に係る基板測定装置１の基板支持機構２では、第２多孔質部材２２１を小型化することができるため、比較的大型の基板を支持する場合であっても、従来の基板保持装置のステージに比べて、製造コストを低減しつつ第２多孔質部材２２１の上面（すなわち、基板９の下面９２に対向する面）を高精度に形成することができる。その結果、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間における基板９の平坦化をより高精度に実現することができる。また、基板９の下面９２と第２多孔質部材２２１との間の所望の接触面積を確保することができる。
【００６８】
基板測定装置１では、第２多孔質部材２２１が、第１多孔質部材２１１と同形状とされ、中心軸方向において第２多孔質部材２２１が第１多孔質部材２１１に重ねて配置される。これにより、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１において、基板９の平坦化に寄与しない部分が省かれ、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１を共に小型化することができる。
【００６９】
第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１が対象領域９１１の周囲を囲む環状とされることにより、対象領域９１１の周囲において基板９に対する押圧力の均一性を向上することができ、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２との間において基板９をより平坦化することができる。また、第１多孔質部材２１１が円環状とされることにより、対象領域９１１の周囲において基板９に対する押圧力の均一性をより向上することができ、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２との間において基板９をさらに平坦化することができる。その結果、基板測定装置１において、基板９のＣ−Ｖ特性の測定をより高精度に行うことができる。
【００７０】
また、第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１が円環状とされることにより、第１多孔質部材２１１を容易に形成することもできる。第２流体噴出部２２においても同様に、第２多孔質部材２２１が円環状とされることにより、対象領域９１１をより平坦化することができるとともに第２多孔質部材２２１を容易に形成することができる。
【００７１】
第１流体噴出部２１では、第１多孔質部材２１１の内側の空間が第１支持ブロック２１２により閉塞されることにより、Ｃ−Ｖ特性の測定時に浮遊パーティクル等が対象領域９１１に付着することが防止されるとともに、対象領域９１１上の空間を測定に適した雰囲気とすることが容易に実現される。また、上述のように、第１流体が窒素ガスとされて第１多孔質部材２１１の内側の空間が不活性ガス雰囲気とされることにより、より高精度なＣ−Ｖ特性の測定が可能とされる。
【００７２】
基板測定装置１では、第１多孔質部材２１１と基板９の上面９１との間の距離、および、第２多孔質部材２２１と基板９の下面９２との間の距離が５μｍ以上とされることにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の移動時に、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１が基板９と接触することを確実に防止することができる。また、上記距離が３０μｍ以下とされることにより、基板９の第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間の部位を十分に平坦化することができる。
【００７３】
また、基板支持機構２では、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２から噴出される第１流体および第２流体が気体とされることにより、基板支持機構２の構造を簡素化することができる。さらには、基板９を補助的に支持する補助支持部２３２が設けられることにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２のみにより基板９を支持する場合に比べて、基板９をより安定して支持することができる。
【００７４】
基板測定装置１の測定部移動機構４では、測定部３の測定電極３１を移動方向に案内する直動案内機構としてエアベアリング４２が利用されることにより、測定電極３１の移動方向への移動を高精度に行うことができる。また、測定電極３１の移動時における電極保持部３２と案内部４２１との摩擦が防止され、摩擦により生じるパーティクル等による基板９の汚染が防止される。さらには、測定部移動機構４において圧電素子４１により測定電極３１を移動することにより、測定電極３１の移動方向への移動がより高精度に行われる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板測定装置について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る基板測定装置１ａの一部を示す縦断面図であり、第１の実施の形態に係る基板測定装置１の図４に対応する。図６に示すように、基板測定装置１ａでは、図１ないし図４に示す基板測定装置１の各構成に加えて、測定部３が、エリプソメータを構成する光源部３３、受光部３４および膜厚演算部３５を備える。その他の構成は、図１ないし図４に示す基板測定装置１と同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。なお、図６では、図示の都合上、電圧印加部５１、容量メータ５２、特性演算部５３および移動制御部５４の図示を省略している。
【００７６】
光源部３３は、図示省略の半導体レーザ（ＬＤ）および電磁シャッタを備え、電磁シャッタが開口している状態では、半導体レーザからの光が、第１流体噴出部２１に形成された貫通孔を通過して基板９の対象領域９１１に斜めに（すなわち、基板９の上面９１に対して傾斜して）入射する。光源部３３からの光の対象領域９１１からの反射光は、第１流体噴出部２１に形成されたもう１つの貫通孔を介して受光部３４へと入射して受光される。
【００７７】
受光部３４は、図示省略のフォトニック結晶により形成された１／４波長板アレイ（以下、「λ／４板アレイ」という。）および偏光子アレイ、並びに、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を備える。λ／４板アレイでは、結晶軸が互いに異なる複数の領域がストライプ状に配列されており、偏光子アレイにおいても同様に、結晶軸が互いに異なる複数の領域がストライプ状に配列されている。偏光子アレイは、ストライプ状の複数の領域の配列方向が、λ／４板アレイのストライプ状の複数の領域の配列方向に垂直となるように配置される。
【００７８】
基板測定装置１ａでは、光源部３３および受光部３４が支持部材３３１，３４１をそれぞれ介して電極保持部３２に固定されており、測定部移動機構４の圧電素子４１により、測定電極３１および電極保持部３２と共に基板９の上面９１に垂直な上下方向（すなわち、測定電極３１の移動方向）に移動する。
【００７９】
基板測定装置１ａによる対象領域９１１のＣ−Ｖ特性の測定は、第１の実施の形態とほぼ同様であるが、図５に示すステップＳ１４とステップＳ１６との間において、光源部３３、受光部３４および膜厚演算部３５により対象領域９１１における絶縁膜の厚さが求められる点が異なる。
【００８０】
基板測定装置１ａでは、測定部移動機構４により光源部３３および受光部３４が上下方向に移動されることによりフォーカス調整が行われた後、光源部３３の半導体レーザから出射された光が基板９上の対象領域９１１に入射し、対象領域９１１にて反射された反射光が、受光部３４のλ／４板アレイおよび偏光子アレイを介してＣＣＤに入射する。そして、ＣＣＤにより、様々な結晶軸を有するλ／４板と偏光子の組み合わせを透過した光の強度（すなわち、反射光の偏光状態を示すデータ）が取得されて膜厚演算部３５に出力され、膜厚演算部３５において偏光解析法により当該出力に基づいて対象領域９１１における絶縁膜の厚さが求められる。膜厚演算部３５により求められた絶縁膜の厚さは特性演算部５３（図４参照）に送られ、特性演算部５３によりＣ−Ｖ特性が求められる際に利用される。
【００８１】
第２の実施の形態に係る基板測定装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３の測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度なＣ−Ｖ特性の測定を実現することができる。また、Ｃ−Ｖ特性の測定の高速化も実現される。
【００８２】
基板測定装置１ａでは、特に、測定部３に設けられたエリプソメータ（すなわち、光源部３３、受光部３４および膜厚演算部３５）により、対象領域９１１における絶縁膜の厚さが高精度に求められることにより、Ｃ−Ｖ特性の測定をより高精度に行うことができる。また、測定電極３１を移動する測定部移動機構４をエリプソメータのフォーカス調整に利用することにより、基板測定装置１ａの構造が簡素化される。なお、基板測定装置１ａでは、エリプソメータに代えて、光干渉法による膜厚測定を行う構成が測定部３に設けられてもよい。
【００８３】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る基板測定装置について説明する。図７は、第３の実施の形態に係る基板測定装置１ｂの一部を示す縦断面図であり、第１の実施の形態に係る基板測定装置１の図４に対応する。基板測定装置１ｂは、上面９１に絶縁膜が形成された基板９の対象領域９１１の表面電位を、交流法の１つである振動容量法にて測定する装置である。
【００８４】
基板測定装置１ｂでは、図４に示す基板測定装置１の電圧印加部５１、容量メータ５２および特性演算部５３に代えて、図７に示すように、測定部３の測定電極３１に電位を付与する電位付与部５５、様々な電気的信号を処理する回路やデバイスの集合である処理部５７、および、対象領域９１１の表面電位を求める表面電位演算部５６が設けられ、処理部５７は測定電極３１および導電性を有する第２多孔質部材２２１に接続される。その他の構成は、図１ないし図４に示す基板測定装置１と同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。
【００８５】
図８は、基板測定装置１ｂによる表面電位測定の流れを示す図である。表面電位の測定が行われる際には、第１の実施の形態と同様に、第１流体噴出部２１に第１流体が供給されて第１多孔質部材２１１の下面から基板９の上面９１に向けて第１流体が噴出される。また、第１流体の噴出と並行して、切替機構２２５により第２流体供給装置と第２供給流路２２４（図２参照）とが接続されることにより、第２流体噴出部２２に第２流体が供給されて第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２にむけて第２流体が噴出される。これにより、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ２１）。
【００８６】
続いて、基板回転機構２４および噴出部移動機構２５（図２および図３参照）により、第２流体噴出部２２が第１流体噴出部２１と共に基板９に対して相対的に移動し、基板９の上面９１の対象領域９１１が、第１流体噴出部２１に取り付けられた測定部３の測定電極３１の下方に位置して測定電極３１に対向する（ステップＳ２２）。
【００８７】
次に、切替機構２２５により第２供給流路２２４が真空ポンプに接続されることにより、第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１を介する吸引が行われ、基板９の下面９２が第２多孔質部材２２１に吸着される（ステップＳ２３）。これにより、基板９の下面９２と第２多孔質部材２２１とが電気的に接続される。
【００８８】
基板９が第２多孔質部材２２１に吸着されると、測定部移動機構４の圧電素子４１により測定電極３１が基板９の上面９１に向けて移動し、測定電極３１が第１多孔質部材２１１の下面よりも基板９の上面９１に近い所望の位置に位置する（ステップＳ２４）。そして、圧電素子４１により基板９に向かう上下方向（すなわち、振動方向）における測定電極３１の振動が開始されるとともに、第２多孔質部材２２１から処理部５７へと出力される微小な電流（測定電極３１の振動により測定電極３１と基板９との間の静電容量が変化することに起因して発生する交流電流であり、以下、「変位電流」という。）が所定の値となるように、電位付与部５５から測定電極３１に付与される電位（以下、「電極電位」という。）が制御され、当該電極電位が表面電位演算部５６により取得される。基板測定装置１ｂでは、圧電素子４１が、測定電極３１を対象領域９１１に向かう上下方向に振動する振動部となっている。なお、圧電素子４１とは別に測定電極３１を上下方向に振動する振動部が設けられてもよい。
【００８９】
電極電位の取得が完了すると、変位電流の指定値の変更および電極電位の取得が複数回繰り返され、これにより、測定電極３１を振動させた際の変位電流と電極電位との関係（すなわち、複数の組み合わせ）が取得され、当該関係に基づいて表面電位演算部５６により基板９の対象領域９１１における表面電位が求められる（ステップＳ２５）。
【００９０】
対象領域９１１の表面電位が求められると、測定電極３１が基板９の上面９１から離れる方向に移動する（ステップＳ２６）。続いて、第２多孔質部材２２１の上面から基板９の下面９２にむけて第２流体が噴出されて第２多孔質部材２２１が基板９から離間し、基板９が第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間で非接触にて保持される（ステップＳ２７）。
【００９１】
次の測定点がある場合には、ステップＳ２２に戻り、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２が基板９に対して相対的に移動して対象領域９１１が変更される（ステップＳ２８，Ｓ２２）。そして、上記と同様に、第２多孔質部材２２１による基板９の吸着、測定電極３１の移動、および、表面電位の取得が行われた後（ステップＳ２３〜Ｓ２５）、測定電極３１が基板９から離れる方向に移動して基板９が非接触にて保持される（ステップＳ２６，Ｓ２７）。このように、基板測定装置１ｂでは、複数の測定点に対して表面電位の取得が順次行われる。
【００９２】
第３の実施の形態に係る基板測定装置１ｂでは、第１の実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３の測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度な表面電位の測定を実現することができるとともに表面電位の測定の高速化も実現される。また、表面電位の測定時にのみ、導電性を有する第２多孔質部材２２１により基板９を吸着することにより、基板９の下面９２との導通を簡素な構造にて実現することができる。さらには、第２多孔質部材２２１が表面電位の測定時を除き基板９に対して非接触とされるため、基板９の下面９２に対するパーティクルの付着や下面９２の損傷を抑制することができるとともに対象領域９１１の変更を迅速に行って基板９上の複数の測定点における表面電位の測定を迅速に行うことができる。
【００９３】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る基板測定装置について説明する。図９は、第４の実施の形態に係る基板測定装置１ｃの一部を示す縦断面図であり、第１の実施の形態に係る基板測定装置１の図４に対応する。基板測定装置１ｃは、上面９１および下面９２に絶縁膜が形成された基板９の上面９１の対象領域９１１の表面電位を、第３の実施の形態に係る基板測定装置１ｂと同様の振動容量法にて測定する装置である。
【００９４】
基板測定装置１ｃでは、図７に示す基板測定装置１ｂの切替機構２２５が省略され、図９に示す第２流体噴出部２２の第２多孔質部材２２１は第２流体供給装置のみと接続される。また、基板９の下面９２に対向する先端が尖った針状の補助電極６１、および、補助電極６１を基板９の下面９２に向かう方向に第２流体噴出部２２に対して相対的に移動する補助電極移動機構であるエアシリンダ６２が第２流体噴出部２２に取り付けられる。その他の構成は、図７に示す基板測定装置１ｂと同様であり、以下の説明において対応する構成に同符号を付す。
【００９５】
基板測定装置１ｃによる表面電位測定の流れは、図８に示す流れとほぼ同様であるが、ステップＳ２３における第２多孔質部材２２１による基板９の吸着に代えて、エアシリンダ６２により補助電極６１が基板９の下面９２に向かって移動され、補助電極６１の先端が基板９の下面９２において絶縁膜を貫いて基板本体に接触することにより基板本体に電気的に接続される。また、ステップＳ２５では、表面電位演算部５６により、測定電極３１を振動させた際の測定電極３１の電極電位と補助電極６１からの変位電流との関係に基づいて対象領域９１１における表面電位が求められる。そして、ステップＳ２７における第２多孔質部材２２１の基板９からの離間に代えて、エアシリンダ６２により補助電極６１が移動されて基板９の下面９２から離間する。
【００９６】
第４の実施の形態に係る基板測定装置１ｃでは、第１の実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３の測定電極３１を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度な表面電位の測定を実現することができる。また、表面電位の測定の高速化も実現される。
【００９７】
基板測定装置１ｃでは、特に、基板９の下面９２に絶縁膜が形成されている場合であっても、補助電極６１により基板９の基板本体との導通を確実に得ることができ、より高精度な表面電位の測定を実現することができる。また、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の基板９に対する相対移動の際、および、表面電位が求められる際に、基板９が常に第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１との間に非接触にて保持され、表面電位の測定時における基板９の下面９２に対する接触も、針状の補助電極６１の先端のみと小さいため、基板９の下面９２に対するパーティクルの付着等をより確実に抑制することができる。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００９９】
例えば、上記実施の形態に係る基板測定装置では、測定部３が取り付けられた第１流体噴出部２１は、必ずしも、基板９の重力方向における上側に配置される必要はなく、第１流体噴出部２１が基板９の下側に配置され、第２流体噴出部２２が基板９の上側に配置されてもよい。
【０１００】
また、基板測定装置では、第１流体噴出部２１の第１支持ブロック２１２に排気装置が接続され、第１多孔質部材２１１の内側の空間（すなわち、対象領域９１１上の空間）が減圧雰囲気（真空雰囲気を含む。）とされてもよい。真空雰囲気とされる場合、第１多孔質部材２１１の内側の空間には、第１多孔質部材２１１や案内部４２１等から第１流体が流入するため、当該空間は弱真空雰囲気となる。
【０１０１】
基板測定装置の測定部移動機構４では、圧電素子４１に代えて測定電極３１を移動方向に移動する他の機構が設けられてもよく、また、エアベアリング４２に代えて他の案内機構が設けられてもよい。また、第４の実施の形態に係る基板測定装置１ｃでは、補助電極移動機構として、エアシリンダ６２に代えて、例えば、モータとカムとを組み合わせた機構のように他の機構が設けられてもよい。
【０１０２】
基板測定装置の基板支持機構２では、第１流体噴出部２１と第２流体噴出部２２とは必ずしも接続されている必要はなく、第２流体噴出部２２を移動する移動機構が、第１流体噴出部２１を移動する移動機構とは独立して設けられ、両移動機構が同期して駆動されてもよい。また、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２に磁石が組み込まれ、移動機構により第１流体噴出部２１が移動される際に、第２流体噴出部２２が磁力により第１流体噴出部２１に追従して移動する構造とされてもよい。
【０１０３】
また、基板支持機構２では、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の位置が固定され、基板が水平方向（すなわち、基板９の上面９１および下面９２に平行な方向）に移動されることにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の基板に対する相対的な移動が実現されてもよい。これにより、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２の相対移動に係る構造を簡素化することができる。一方、上述の基板処理装置のように、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２を移動する構造とすることにより、装置のフットスタンプを小型化することができる。
【０１０４】
基板支持機構２の補助支持部２３２は、移動制限部２３１とは個別に設けられてもよい。また、基板支持機構２から補助支持部２３２が省略され、第１流体噴出部２１および第２流体噴出部２２のみにより基板９が支持されてもよい。
【０１０５】
移動制限部２３１は、必ずしも基板９の外周面の全周に亘って当接または対向する必要はなく、例えば、基板９の外周面上の互いに離間する３点（あるいは、４点以上）にて当該外周面に当接または対向してもよい。また、移動制限部２３１は、基板９の外縁部９３に当接するのであれば、必ずしも基板９の外周面に当接する必要はなく、例えば、基板９の下面９２の外周縁近傍の部位に当接し、基板９の重量による基板９の下面９２と移動制限部との摩擦により基板９の移動が制限されてもよい。この場合、基板支持機構２の補助支持部２３２が移動制限部の役割を兼ねてもよい。
【０１０６】
第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１の形状は、内周縁の中心と外周縁の中心とがずれている円環状（すなわち、内側の空間が偏心した円環状）とされてもよい。また、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１は、必ずしも円環状とされる必要はなく、他の外形を有する環状（例えば、矩形枠状）とされてもよく、環状以外の他の形状とされてもよい。例えば、平面視において対象領域９１１を間に挟むＵ字型の第１多孔質部材２１１により、対象領域９１１の周囲に第１流体が噴出されてもよい。また、第１多孔質部材２１１は、対象領域９１１を間に挟んで対向する平行な２つのバー状の多孔質部材とされてもよい。
【０１０７】
基板支持機構２では、第１多孔質部材２１１と第２多孔質部材２２１とは必ずしも同形状とされる必要はなく、例えば、平面視において第２流体噴出部２２が第１流体噴出部２１よりも大きくされてもよい。また、支持対象となる基板が比較的小さい場合等、第２多孔質部材の上面（すなわち、基板側の面）が高精度に形成できる場合には、第２多孔質部材が基板の下面と同形状とされ、当該第２多孔質部材から基板の下面全体に向けて第２流体が均一に噴出されてもよい。この場合、噴出部移動機構２５により、第１流体噴出部２１のみが基板に対して相対移動される。
【０１０８】
第１の実施の形態に係る基板測定装置１では、上面９１および下面９２に絶縁膜が形成されていない半導体基板（いわゆる、ベアウエハ）に対してＣ−Ｖ特性の測定が行われてもよい。第３および第４の実施の形態に係る基板測定装置においても同様に、上面９１に絶縁膜が形成されていない半導体基板に対して表面電位の測定が行われてもよい。
【０１０９】
第１ないし第３の実施の形態に係る基板測定装置では、第２多孔質部材２２１は、半導電性を有する多孔質材料により形成されてもよい。第３および第４の実施の形態に係る基板測定装置では、測定電極３１から処理部５７へと出力される微小な電流を変位電流とし、当該変位電流と測定電極３１の電極電位とに基づいて対象領域９１１における表面電位が求められてもよい。また、第３および第４の実施の形態に係る基板測定装置に、第２の実施の形態に係る基板測定装置１ａに設けられたエリプソメータが設けられ、サンプル基板の評価において膜厚変化と表面電位変化との関係を求める場合等に利用されてもよい。
【０１１０】
上記実施の形態に係る基板測定装置では、必ずしも対象領域９１１におけるＣ−Ｖ特性や表面電位が測定される必要はなく、対象領域９１１における基板９の他の様々な電気特性が測定部３からの出力に基づいて演算部により取得されてもよい。この場合であっても、上記実施の形態と同様に、基板９を平坦化しつつ支持するとともに、第１流体の制御のみでは近接させることが困難な位置まで測定部３を基板９に容易かつ迅速に近接させることができ、これにより、高精度な電気特性の測定を実現することができる。また、電気特性の測定の高速化も実現される。さらには、基板測定装置は、対象領域９１１における電気特性以外の他の所定の特性の測定（例えば、対象領域９１１の欠陥検査）に利用されてもよい。
【０１１１】
基板測定装置では、第１多孔質部材２１１および第２多孔質部材２２１から噴出される第１流体および第２流体は、必ずしも気体には限定されず、基板９の特性の測定に影響がない場合には、例えば、純水等の比較的低粘度の液体とされてもよい。
【０１１２】
基板測定装置は、半導体基板以外にも、例えば、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面表示装置用のガラス基板の特性測定に利用されてもよく、また、それ以外の他の基板（例えば、有機半導体の薄膜が形成された（あるいは、形成される予定の）プラスチック基板や太陽電池に利用されるプラスチックフィルム基板）の特性測定に利用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板測定装置の平面図である。
【図２】基板測定装置の縦断面図である。
【図３】基板測定装置の縦断面図である。
【図４】測定部近傍の部位を拡大して示す縦断面図である。
【図５】Ｃ−Ｖ特性の測定の流れを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る基板測定装置の一部を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る基板測定装置の一部を示す縦断面図である。
【図８】表面電位測定の流れを示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る基板測定装置の一部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１ａ〜１ｃ 基板測定装置
３ 測定部
４ 測定部移動機構
９ 基板
２１ 第１流体噴出部
２２ 第２流体噴出部
２４ 基板回転機構
２５ 噴出部移動機構
３１ 測定電極
３２ 電極保持部
３３ 光源部
３４ 受光部
３５ 膜厚演算部
４１ 圧電素子
４２ エアベアリング
５１ 電圧印加部
５２ 容量メータ
５３ 特性演算部
５５ 電位付与部
５６ 表面電位演算部
６１ 補助電極
６２ エアシリンダ
９１ 上面
９２ 下面
９３ 外縁部
２１１ 第１多孔質部材
２１２ 第１支持ブロック
２２１ 第２多孔質部材
２２５ 切替機構
２３１ 移動制限部
２３２ 補助支持部
４２１ 案内部
９１１ 対象領域
Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２８ ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の対象領域における所定の特性を測定する基板測定装置であって、
基板の一方の主面上の対象領域の周囲に向けて、第１多孔質部材から第１流体を噴出する第１流体噴出部と、
前記第１流体噴出部に対向して配置され、前記基板の他方の主面に向けて第２多孔質部材から第２流体を噴出することにより、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材との間にて前記基板を非接触にて支持する第２流体噴出部と、
前記基板の外縁部に当接して前記基板の前記一方の主面に平行な方向への移動を制限する移動制限部と、
前記基板の前記一方の主面に沿って前記第１流体噴出部を前記基板に対して相対的に移動することにより前記対象領域を変更する対象領域変更機構と、
前記第１流体噴出部に取り付けられて前記基板の前記対象領域に対向する測定部と、
前記測定部が前記対象領域の所定の特性を測定する際に、前記測定部を前記基板の前記一方の主面に向かう方向に前記第１流体噴出部に対して相対的に移動して前記一方の主面に非接触にて近接させる測定部移動機構と、
を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板測定装置であって、
前記測定部移動機構により、前記測定部の先端と前記基板の前記一方の主面との間の距離が５μｍ未満となるまで、前記測定部が前記一方の主面に近接することを特徴とする基板測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板測定装置であって、
前記第２流体噴出部が、前記基板の前記他方の主面の一部に向けて前記第２流体を噴出し、前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動することを特徴とする基板測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板測定装置であって、
前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材とが同形状であり、かつ、前記基板に垂直な方向において重なっていることを特徴とする基板測定装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が半導体基板であり、
前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、
前記基板測定装置が、
前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電圧を印加する電圧印加部と、
前記測定電極と前記第２多孔質部材との間の合成容量を取得する容量測定部と、
前記測定電極に印加される印加電圧を変更しつつ前記容量測定部からの出力に基づいて前記対象領域における印加電圧と合成容量との関係を求める演算部と、
前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構と、
をさらに備え、
前記関係が取得される際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、
前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われることを特徴とする基板測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板測定装置であって、
前記基板が前記一方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、
前記測定部が、
前記基板の前記対象領域に光を入射させる光源部と、
前記光源部からの光の前記対象領域からの反射光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づいて前記対象領域における前記絶縁膜の厚さを求める膜厚演算部と、
を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が前記他方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、
前記基板測定装置が、
前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、
前記第２流体噴出部に取り付けられた補助電極と、
前記補助電極を前記基板の前記他方の主面に向かう方向に前記第２流体噴出部に対して相対的に移動する補助電極移動機構と、
前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、
前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記補助電極からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部と、
をさらに備え、
前記表面電位が求められる際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が移動して前記補助電極の先端が前記基板の前記他方の主面において前記基板の基板本体に接触することにより前記基板本体に電気的に接続され、
前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が前記他方の主面から離間されることを特徴とする基板測定装置。
【請求項８】
請求項３または４に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が半導体基板であり、
前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、
前記基板測定装置が、
前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、
前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、
前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記第２多孔質部材からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部と、
前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構と、
をさらに備え、
前記表面電位が求められる際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、
前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われることを特徴とする基板測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部からの出力を演算処理する演算部をさらに備え、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が半導体基板であり、
前記測定部からの出力に基づいて前記演算部により前記対象領域における前記基板の電気特性が取得されることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記第１多孔質部材が、前記対象領域の周囲を囲む環状であることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板測定装置であって、
前記第１多孔質部材が、円環状であることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体噴出部が、前記第１多孔質部材の前記基板とは反対側において前記第１多孔質部材の内側の空間を閉塞する閉塞部を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部と前記対象領域との間の空間が、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とされることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記基板の前記外縁部近傍において前記基板を補助的に支持する補助支持部をさらに備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部移動機構が、前記第１流体噴出部に固定された案内部と前記測定部に設けられた移動部との間の間隙に向けて支持用流体を噴出することにより、前記案内部と前記移動部とを非接触状態としつつ前記測定部を案内する直動案内機構を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部移動機構が、前記測定部の移動方向に伸縮することにより前記測定部を移動する圧電素子を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１】
基板の対象領域における所定の特性を測定する基板測定装置であって、
基板の一方の主面上の対象領域の周囲に向けて、第１多孔質部材から第１流体を噴出する第１流体噴出部と、
前記第１流体噴出部に対向して配置され、前記基板の他方の主面に向けて第２多孔質部材から第２流体を噴出することにより、前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材との間にて前記基板を非接触にて支持する第２流体噴出部と、
前記基板の外縁部に当接して前記基板の前記一方の主面に平行な方向への移動を制限する移動制限部と、
前記基板の前記一方の主面に沿って前記第１流体噴出部を前記基板に対して相対的に移動することにより前記対象領域を変更する対象領域変更機構と、
前記第１流体噴出部に取り付けられて前記基板の前記対象領域に対向する測定部と、
前記測定部が前記対象領域の所定の特性を測定する際に、前記測定部を前記基板の前記一方の主面に向かう方向に前記第１流体噴出部に対して相対的に移動して前記一方の主面に非接触にて近接させる測定部移動機構と、
を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板測定装置であって、
前記測定部移動機構により、前記測定部の先端と前記基板の前記一方の主面との間の距離が５μｍ未満となるまで、前記測定部が前記一方の主面に近接することを特徴とする基板測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板測定装置であって、
前記第２流体噴出部が、前記基板の前記他方の主面の一部に向けて前記第２流体を噴出し、前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動することを特徴とする基板測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板測定装置であって、
前記第１多孔質部材と前記第２多孔質部材とが同形状であり、かつ、前記基板に垂直な方向において重なっていることを特徴とする基板測定装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が半導体基板であり、
前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、
前記基板測定装置が、
前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電圧を印加する電圧印加部と、
前記測定電極と前記第２多孔質部材との間の合成容量を取得する容量測定部と、
前記測定電極に印加される印加電圧を変更しつつ前記容量測定部からの出力に基づいて前記対象領域における印加電圧と合成容量との関係を求める演算部と、
前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構と、
をさらに備え、
前記関係が取得される際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、
前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われることを特徴とする基板測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基板測定装置であって、
前記基板が前記一方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、
前記測定部が、
前記基板の前記対象領域に光を入射させる光源部と、
前記光源部からの光の前記対象領域からの反射光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づいて前記対象領域における前記絶縁膜の厚さを求める膜厚演算部と、
を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が前記他方の主面に絶縁膜が形成された半導体基板であり、
前記基板測定装置が、
前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、
前記第２流体噴出部に取り付けられた補助電極と、
前記補助電極を前記基板の前記他方の主面に向かう方向に前記第２流体噴出部に対して相対的に移動する補助電極移動機構と、
前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、
前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記補助電極からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部と、
をさらに備え、
前記表面電位が求められる際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が移動して前記補助電極の先端が前記基板の前記他方の主面において前記基板の基板本体に接触することにより前記基板本体に電気的に接続され、
前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記補助電極移動機構により前記補助電極が前記他方の主面から離間されることを特徴とする基板測定装置。
【請求項８】
請求項３または４に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が半導体基板であり、
前記第２多孔質部材が導電性または半導電性を有する材料により形成されており、
前記基板測定装置が、
前記測定部の前記対象領域に対向する測定電極に電位を付与する電位付与部と、
前記測定電極を前記対象領域に向かう振動方向に振動させる振動部と、
前記測定電極を振動させた際の前記測定電極の電極電位と前記測定電極または前記第２多孔質部材からの変位電流とに基づいて前記対象領域の表面電位を求める演算部と、
前記第２流体噴出部の前記第２多孔質部材に対する前記第２流体の供給、および、前記第２多孔質部材を介する流体の吸引を切り替える切替機構と、
をさらに備え、
前記表面電位が求められる際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材を介する吸引が行われることにより前記基板の前記他方の主面が前記第２多孔質部材に吸着されて電気的に接続され、
前記対象領域変更機構により前記第２流体噴出部が前記第１流体噴出部と共に前記基板に対して相対的に移動する際に、前記切替機構により前記第２多孔質部材からの前記第２流体の噴出が行われることを特徴とする基板測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部からの出力を演算処理する演算部をさらに備え、
前記第１流体および前記第２流体が気体であり、
前記基板が半導体基板であり、
前記測定部からの出力に基づいて前記演算部により前記対象領域における前記基板の電気特性が取得されることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記第１多孔質部材が、前記対象領域の周囲を囲む環状であることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基板測定装置であって、
前記第１多孔質部材が、円環状であることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の基板測定装置であって、
前記第１流体噴出部が、前記第１多孔質部材の前記基板とは反対側において前記第１多孔質部材の内側の空間を閉塞する閉塞部を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部と前記対象領域との間の空間が、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とされることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記基板の前記外縁部近傍において前記基板を補助的に支持する補助支持部をさらに備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部移動機構が、前記第１流体噴出部に固定された案内部と前記測定部に設けられた移動部との間の間隙に向けて支持用流体を噴出することにより、前記案内部と前記移動部とを非接触状態としつつ前記測定部を案内する直動案内機構を備えることを特徴とする基板測定装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の基板測定装置であって、
前記測定部移動機構が、前記測定部の移動方向に伸縮することにより前記測定部を移動する圧電素子を備えることを特徴とする基板測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１６２７９（Ｐ２０１０−１６２７９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７６７０１（Ｐ２００８−１７６７０１）
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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