電気特性測定装置及び電気特性測定方法
【課題】複数の試料を連続的に測定すること、及び、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減することが可能な電気特性測定装置及び電気特性測定方法を提供する。
【解決手段】電気特性測定装置１は、複数の試料保持部３２を有する試料ホルダー３１と、任意の一つの被測定試料４５ａを挟持するための一対の電極３３と、試料ホルダー３１及び一対の電極３３の少なくとも一方を移動させることにより、一対の電極３３が複数の被測定試料のうちの一つと対向する状態から、一対の電極３３が他の被測定試料と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部３７と、任意の一つの被測定試料４５ａを覆う第１内部静電遮蔽部３９と、第１内部静電遮蔽部３９を覆う外部静電遮蔽部７とを備える。
【解決手段】電気特性測定装置１は、複数の試料保持部３２を有する試料ホルダー３１と、任意の一つの被測定試料４５ａを挟持するための一対の電極３３と、試料ホルダー３１及び一対の電極３３の少なくとも一方を移動させることにより、一対の電極３３が複数の被測定試料のうちの一つと対向する状態から、一対の電極３３が他の被測定試料と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部３７と、任意の一つの被測定試料４５ａを覆う第１内部静電遮蔽部３９と、第１内部静電遮蔽部３９を覆う外部静電遮蔽部７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気特性測定装置及び電気特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の物理特性を分析するために、熱電気特性等の試料の電気特性を測定する装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、３個の電極を備える熱電気測定装置が開示されている。この装置によれば、ＭＯＳＦＥＴのような３個の端子を備える試料について、３個の端子を活かして熱電気測定を行うことができる。また、下記特許文献２には、恒温槽部と、恒温槽部内に所望の値の水蒸気雰囲気を導入する手段とを備えた熱電気測定装置が開示されている。この装置によれば、所望の湿度（水蒸気）雰囲気下において試料の熱電気測定を行うことができる。
【特許文献１】特開２００３−７５５０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のような従来の熱電気測定装置では、支持台等の試料ホルダーによって試料を保持している。この状態で、試料に複数の電極を接続し、複数の電極間に電圧を印加することによって、試料の熱電気特性の測定を行っている。
【０００４】
しかしながら、従来の熱電気測定装置では、複数の試料を測定する場合、測定ごとに試料の交換が必要であった。そのため、複数の試料を連続的に測定することができないため、複数の試料を測定する場合、非常に時間と手間がかかるという問題があった。
【０００５】
また、熱電気測定においては、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因して、測定値に誤差が生じる場合がある。しかしながら、従来の熱電気測定装置では、このような外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに対する対策が不十分な場合があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、複数の試料を連続的に測定すること、及び、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減することが可能な電気特性測定装置及び電気特性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】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気特性測定装置は、複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定装置であって、複数の被測定試料をそれぞれ保持するための複数の試料保持部を有する試料ホルダーと、複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料を挟持するための一対の電極と、試料ホルダー及び一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、一対の電極が複数の被測定試料のうちの一つと対向する状態から、一対の電極が他の被測定試料と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部と、一対の電極が任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、任意の一つの被測定試料を覆うように設けられた第１内部静電遮蔽部と、第１内部静電遮蔽部を覆うように設けられた外部静電遮蔽部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電気特性測定装置によれば、被測定試料選択部によって試料ホルダーと一対の電極とを相対的に移動させることにより、一対の電極は、試料ホルダーの複数の試料保持部に保持された複数の被測定試料のうち任意の被測定試料を挟持することが可能となっている。これにより、複数の被測定試料を測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料を連続的に測定することが可能となる。
【０００９】
さらに、本発明の電気特性測定装置によれば、一対の電極に挟持された被測定試料は、第１内部静電遮蔽部と外部静電遮蔽部とによって二重に覆われている。これにより、外部から測定装置内部に侵入する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となる。
【００１０】
また、電気特性測定装置は、一対の電極が被測定試料を挟持するように一対の電極を移動させる電極駆動部をさらに備えることが好ましい。これにより、一対の電極によって容易に被測定試料を挟持することができる。
【００１１】
さらに、第１内部静電遮蔽部は、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料の２つの被挟持面を覆うことが好ましい。これにより、外部から被測定試料の２つの被挟持面に侵入する静電ノイズを低減させることができる。その結果、測定の際に外部から装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差をさらに低減させることが可能となる。
【００１２】
また、電気特性測定装置は、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料の温度を変化させる温度調整部をさらに備えることが好ましい。これにより、被測定試料の温度を変化させることが必要な電気特性測定を行うことが可能となる。
【００１３】
また、電気特性測定装置は、複数の被測定試料のうち、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料以外の被測定試料のいずれかを覆い、かつ、外部静電遮蔽部によって覆われる第２内部静電遮蔽部をさらに備えることが好ましい。これにより、一対の電極が挟持する被測定試料についての電気特性の測定と並行して、第２内部静電遮蔽部に覆われた他の被測定試料について、外部から該被測定試料に静電ノイズが侵入することを防止しながら、測定に先立つ前処理を行うことができる。その結果、複数の被測定試料についてそれぞれ前処理が必要な電気特性の測定を行う場合に、測定に必要な時間を短縮することができる。
【００１４】
また、電気特性測定装置は、外部静電遮蔽部によって覆われ、かつ、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料に流れる電流を測定する電流計をさらに備えることが好ましい。これにより、測定の際に外部から装置内に侵入する静電ノイズによって、電流計の測定値に誤差が生じることを低減させることができる。
【００１５】
さらに、駆動装置は、一対の電極が任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、試料ホルダー及び一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、任意の一つの被測定試料と試料ホルダーとを離間させる離間駆動部をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
これにより、測定前に、離間装置によって被測定試料と試料ホルダーとを離間させることができるため、測定の際に試料ホルダーが被測定試料に対して電気的な影響を与えることを抑制することができる。その結果、試料ホルダーの存在に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００１７】
本発明に係る電気特性測定方法は、複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定方法であって、複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料と一対の電極とを対向させる対向工程と、内部静電遮蔽部と、内部静電遮蔽部を覆う外部静電遮蔽部とによって一つの被測定試料を覆う遮蔽工程と、対向工程の後に、一対の電極によって一つの被測定試料を挟持する挟持工程と、遮蔽工程及び前記挟持工程の後に、内部静電遮蔽部と、外部静電遮蔽部とによって覆われた一つの被測定試料の電気特性を測定する測定工程と、測定工程の後に、一つの被測定試料に代えて、他の被測定試料について対向工程、遮蔽工程、挟持工程、及び、測定工程を行う繰り返し工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の電気特性測定方法によれば、一対の電極が複数の被測定試料のうちの一つを挟持する状態から、一対の電極が他の被測定試料を挟持する状態に変化させることができる。これにより、複数の被測定試料を測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料を連続的に測定することが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の電気特性測定方法によれば、測定の際、被測定試料は内部静電遮蔽部と外部静電遮蔽部とによって二重に覆われている。これにより、測定中に被測定試料に到達する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から被測定試料に到達する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の試料を連続的に測定すること、及び、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減することが可能な電気特性測定装置及び電気特性測定方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、実施の形態に係る電気特性測定装置及び電気特性測定方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る電気特性測定装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、電気特性測定装置１は、本体部３と、計測制御部５と、外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ７と、演算制御部９と、不活性ガス供給源１１と、真空ポンプ１３と、冷却装置１９と、を備えている。
【００２３】
ファラデーケージ７は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）等の金属からなる箱状の部材である。ファラデーケージ７の内部には、本体部３及び計測制御部５が設けられている。ファラデーケージ７は蓋部７ａを有しており、蓋部７ａが閉じられた状態ではファラデーケージ７の内部空間は密閉される。ファラデーケージ７は静電遮蔽部として機能し、ファラデーケージ７の外部から内部に侵入する静電ノイズを低減させる。
【００２４】
演算制御部９は、配線１０を介して本体部３や計測制御部５内の部材に接続されており、本体部３や計測制御部５で行われる動作の制御機能や、各種測定値から目的の電気特性値を求める機能を有する。
【００２５】
不活性ガス供給源１１は、ファラデーケージ７の内部空間に連通する配管１５、三方弁１７、及び、配管１１ａを介してファラデーケージ７に接続されている。真空ポンプ１３は、配管１５、三方弁１７、及び、配管１３ａを介してファラデーケージ７に接続されている。不活性ガス供給源１１及び真空ポンプ１３は、ファラデーケージ７の内部の空気を不活性ガスと置換するために設けられている。このような空気の置換は、ファラデーケージ７の内部空間を密閉した状態において、三方弁１７を配管１３ａ側に接続して真空ポンプ１３によってファラデーケージ７の内部の空気を排気する工程、三方弁１７を配管１１ａ側に接続して不活性ガス供給源１１からファラデーケージ７の内部に不活性ガスを供給する工程、及び、必要によりこれらの工程を交互に複数回繰り返す工程を経ることにより達成させる。ファラデーケージ７の内部の空間を不活性ガスに置換することにより、被測定試料を化学的に安定な状態に保ちながら、電気特性測定装置１による被測定試料の測定を行うことができる。
【００２６】
不活性ガス供給源１１としては、例えば、不活性ガスが充填されたガスボンベを用いることができる。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等の希ガスや、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。なお、真空ポンプ１３によってファラデーケージ７の内部を真空にした状態で、電気特性測定装置１による被測定試料の測定を行ってもよい。この場合、電気特性測定装置１は不活性ガス供給源１１を備えていなくてもよい。また、不活性ガス雰囲気中及び真空中で被測定試料の測定を行う必要がない場合、電気特性測定装置１は、不活性ガス供給源１１及び真空ポンプ１３を備えていなくてもよく、また、ファラデーケージ７は、その内部の空間を密閉していなくてもよい。
【００２７】
冷却装置１９は、被測定試料の冷却を行うための装置である。冷却装置１９は、詳細は後述するように、例えば、被測定試料に近接する循環配管１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを有し、循環配管１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ内に液体窒素を循環させる装置である。
【００２８】
次に、本体部３の詳細について説明する。図２は本体部の平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った本体部の断面図である。図２及び図３には、説明の便宜上、直交座標系２０が示されている。
【００２９】
図２及び図３に示すように、本体部３は、試料ホルダー３１、一対の電極３３、一対の電極駆動部３５、被測定試料選択部３７、第１内部静電遮蔽部（内部静電遮蔽部）としてのファラデーケージ３９、加熱部としてのコイル４１、及び、温度測定部としての熱電対４３を備えている。
【００３０】
試料ホルダー３１は、例えば、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、ＸＹ平面内で広がる円板形状をなしている。試料ホルダー３１は、その外縁に沿って設けられた複数の試料保持部３２を有している。試料保持部３２は、本実施形態では試料ホルダー３１を厚さ方向に貫く孔部である。具体的には、試料保持部３２は、試料ホルダー３１の上面３１ａに設けられた円柱状の第１孔部３２ａと、試料ホルダー３１の下面３１ｂに設けられた円柱状の第２孔部３２ｂと、からなる。第１孔部３２ａと第２孔部３２ｂは、それぞれの円柱形状の中心軸が略一致するようにＺ軸方向に連続しており、第１孔部３２ａの内径は、第２孔部３２ｂの内径よりも大きくなっている。これにより、試料ホルダー３１には、各試料保持部３２に対応して、複数の環状の段差面３１ｓが形成されている。
【００３１】
試料ホルダー３１は、円板状の複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを保持することができる。被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆとしては、例えば、半導体基板や、表面に高分子材料からなる薄膜が形成された円板状の基板等を挙げることができる。複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆは、それらの下面（被測定試料４５ａの場合、下面４５ａｄ）と段差面３１ｓとが接するように、それぞれ試料保持部３２に保持される。被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆの上面（被測定試料４５ａの場合、上面４５ａｕ）及び下面（被測定試料４５ａの場合、下面４５ａｄ）は、各被測定試料が試料ホルダー３１に保持された状態において、露出する。
【００３２】
また、試料ホルダー３１には、試料ホルダー３１のＸＹ平面における中心を通りＺ軸方向に延びる回転軸部３１ｘが設けられている。回転軸部３１ｘには、被測定試料選択部３７が接続されている。被測定試料選択部３７は、回転軸部３１ｘを回転軸として、試料ホルダー３１を回転させることが可能となっている。被測定試料選択部３７としては、例えば、モーターを用いることができる。この場合、このモーターの回転運動が回転軸部３１ｘに伝えられ、試料ホルダー３１はＸＹ平面内において回転する。
【００３３】
試料ホルダー３１を構成する材料としては、金属（例えば、アルミニウム（Ａｌ））等の導電材料や樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁材料を用いることができる。
【００３４】
一対の電極３３は、それぞれ当接部３３ａと支持部３３ｂとからなる。当接部３３ａは、アルミニウム（Ａｌ）等の金属からなり、本実施形態では、ＸＹ平面内で広がる円板状である。当接部３３ａの表面の外径は、第１孔部３２ａの内径よりも小さくなっている。一対の当接部３３ａは、被測定試料の測定の際、被測定試料の上面及び下面に接する（詳細は後述する）。
【００３５】
支持部３３ｂは、ステンレス鋼等の金属からなり、本実施形態では、Ｚ軸方向に延びる棒状の部材である。支持部３３ｂは、当接部３３ａのＸＹ平面内の略中心に固定されており、被測定試料の測定の際、被測定試料を支持する機能を有する（詳細は後述する）。
【００３６】
電極駆動部３５は、一対の電極３３をＺ軸に沿った方向に移動させることが可能なように、支持部３３ｂに接続されている。電極駆動部３５としては、例えば、モーターを用いることができる。この場合、このモーターを回転させることにより、一対の電極３３をＺ軸の正方向及び負方向にそれぞれ移動させることができる。また、電極駆動部３５は、本実施形態の場合、後述のように離間駆動部としても機能する。
【００３７】
次に、ファラデーケージ３９について説明する。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったファラデーケージの断面図であり、図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿ったファラデーケージの断面図である。
【００３８】
図２〜図４に示すように、ファラデーケージ３９は、例えば、中空の扇柱状をなしている。具体的には、ファラデーケージ３９は、ＸＹ平面内で広がりＺ軸方向から見て扇型状の上面３９ｕ並びに下面３９ｄと、上面３９ｕと下面３９ｄの直線部分にそれぞれ接続された平板状の２つの側面３９ｓ１、３９ｓ２と、上面３９ｕと下面３９ｄの円弧部分に接続された円弧面３９ａとからなる。２つの側面３９ｓ１、３９ｓ２には、Ｚ軸と垂直方向に延びる切り欠き部３９ｇが形成されており、切り欠き部３９ｇ内に、試料ホルダー３１の一部が設けられる。そのため、ファラデーケージ３９は、試料ホルダー３１の一部を覆う。そして、図２及び図３に示すように、一対の電極３３と被測定試料４５ａを対向させた状態においては、ファラデーケージ３９は、被測定試料４５ａを覆い、特に、被測定試料４５ａの上面４５ａｕと下面４５ａｄを覆うことになる。
【００３９】
ファラデーケージ３９は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の金属からなる。そのため、ファラデーケージ３９は、内部静電遮蔽部（第１内部静電遮蔽部）として機能し、ファラデーケージ３９の外部から内部に侵入する静電ノイズを低減させる。なお、ファラデーケージ３９を構成する上面３９ｕ、下面３９ｄ、側面３９ｓ１、３９ｓ２、及び、円弧面３９ａは、それぞれ平板状の部材であってもよいし、金網状の部材であってもよい。これらが平板状の部材である場合、中実の部材であってもよく、中空の部材であってもよい。これらが中空の部材である場合、中空部は真空状態であることが好ましい。ファラデーケージ３９の断熱特性が向上し、ファラデーケージ３９が覆う被測定試料の温度制御が容易になるためである。
【００４０】
次に、循環配管１９ａ、１９ｂについて説明する。図６は、図２におけるファラデーケージを省略して示す本体部の平面図である。図３及び図６に示すように、循環配管１９ａは、試料ホルダー３１に対してＺ軸方向の上方に設けられ、循環配管１９ｂは、試料ホルダー３１に対してＺ軸方向の下方に設けられている。そのため、一対の電極３３と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を対向させた状態においては、循環配管１９ａは、その被測定試料に対してＺ軸方向の上方に位置し、循環配管１９ｂは、その被測定試料に対してＺ軸方向の下方に位置する。循環配管１９ａ、１９ｂは、Ｚ軸方向から見ると、試料ホルダー３１の外部から内部に向かって略半径方向に沿って延び、試料ホルダー３１の中心付近で曲がり、試料ホルダー３１の内部から外部に向かって略半径方向に沿って延びている。循環配管１９ａ、１９ｂは、冷却装置１９（図１参照）に接続されており、循環配管１９ａ、１９ｂ内において液体窒素がそれぞれ循環している。これにより、循環配管１９ａ、１９ｂによって被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を冷却することが可能となっている。そのため、冷却装置１９は、それぞれ被測定試料の温度調整部（冷却部）となる。
【００４１】
図７は、図６に対応して循環配管の変形例を示す本体部の平面図である。図７に示すように、循環配管１９ａ、１９ｂは、一対の電極３３と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を対向させた状態において、Ｚ軸方向から見て試料ホルダー３１の中心付近でその被測定試料に沿って曲がっていてもよい。
【００４２】
コイル４１は、図３及び図６に示すように、試料ホルダー３１に対してＺ軸方向の上方に設けられている。そのため、一対の電極３３と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を対向させた状態においては、コイル４１は、その被測定試料に対してＺ軸方向の上方に位置する。コイル４１は、例えば、ＸＹ平面内の仮想的な円の周りに捲回された金属線とすることができる。コイル４１は、電流を供給されると加熱し、被測定試料を加熱することができる。コイル４１は、被測定試料の温度調整部（加熱部）となる。
【００４３】
熱電対４３は、被測定試料の温度を測定するための温度測定部であり、一対の端子４３ａ、４３ｂを有する。後述のように、被測定試料の測定時に、熱電対４３は、測定対象の被測定試料に接触する。また、本体部３は、さらに被測定試料近傍の雰囲気温度を測定するための雰囲気温度測定部（図示せず）を備えていてもよい。雰囲気温度測定部としては、例えば、被測定試料の近傍に離間して設けられた熱電対を用いることができる。本体部３が雰囲気温度測定部を備える場合、本体部３は、熱電対４３を備えていなくてもよい。
【００４４】
図８は、図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った本体部の断面図である。図２及び図８に示すように、本体部３は、一対の電極３４、一対の電極駆動部３６、第２内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ４０、加熱部としてのコイル４２、及び、温度測定部としての熱電対４４をさらに備えている。
【００４５】
一対の電極３４、一対の電極駆動部３６、ファラデーケージ４０、循環配管１９ｃ、１９ｄ、コイル４２、熱電対４４、及び、一対の端子４４ａ、４４ｂは、それぞれ図２における一対の電極３３、一対の電極駆動部３５、被測定試料選択部３７、ファラデーケージ３９、循環配管１９ａ、１９ｂ、コイル４１、熱電対４３、及び、一対の端子４４ａ、４４ｂと同様の構成を有する。また、ファラデーケージ４０を構成する上面４０ｕ、下面４０ｄ、側面４０ｓ１、４０ｓ２、及び、円弧面４０ａは、それぞれ上面３９ｕ、下面３９ｄ、側面３９ｓ１、３９ｓ２、及び、円弧面３９ａと同様の構成を有する。図３に示すように被測定試料４５ａと一対の電極３３とが対向している状態においては、図８に示すように被測定試料４５ｂと一対の電極３４とが対向している。また、被測定試料４５ｂが試料ホルダー３１に保持された状態において、被測定試料４５ｂの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄは露出する。
【００４６】
次に、計測制御部について説明する。図９は、計測制御部、本体部、及び、演算制御部に関する回路構成を示す図である。計測制御部５は、本体部の部材の制御に必要な制御部と、被測定試料の電気特性の測定に必要な計測器を備えている。具体的には、図９に示すように、計測制御部５は、駆動制御部５１、電圧計５３、５９、電流計５５、電源６１、及び、加熱制御部５７、６３を備えている。
【００４７】
駆動制御部５１は、一対の電極駆動部３５、一対の電極駆動部３６、及び、被測定試料選択部３７（図３参照）とそれぞれ電気的に接続されている。駆動制御部５１は、これらの接続された装置の動作を制御する。電圧計５３及び電圧計５９は、一対の端子４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂ（図３、図８参照）にそれぞれ接続されている。電圧計５３及び電圧計５９によって、熱電対４３及び熱電対４４において生じる熱起電力がそれぞれ測定される。電流計５５及び電源６１は、一対の電極３３及び一対の電極３４（図３、図８参照）にそれぞれ接続されている。電流計５５によって、一対の電極３３に挟持された被測定試料に流れる電流値が測定され、電源６１によって、一対の電極３４に挟持された被測定試料に対して電圧が印加される。加熱制御部５７及び加熱制御部６３は、コイル４１及びコイル４２（図３参照）にそれぞれ接続されており、コイル４１及びコイル４２に流れる電流値をそれぞれ制御する。
【００４８】
演算制御部９は、駆動制御部５１、電圧計５３、５９、電流計５５、電源６１、及び、加熱制御部５７、６３にそれぞれ接続されており、駆動制御部５１、加熱制御部５７、６３、及び、電源６１の制御や、電圧計５３、５９及び電流計５５の測定値に基づき、被測定試料の温度や電気特性の演算等を行う。
【００４９】
次に、実施の形態に係る電気特性測定方法について説明する。本実施形態の電気特性測定方法として、電気特性測定装置１によって、半導体基板や、表面に高分子材料からなる薄膜が形成された円板状の基板等を被測定試料として用いた場合の熱刺激電流特性の測定方法について説明する。
【００５０】
図１０は、本実施形態に係る電気特性測定方法を示すフローチャートである。図１０のフローチャートに示すように、本実施形態の熱刺激電流特性の測定方法においては、前処理工程Ｓ１、測定工程Ｓ３、及び、繰り返し工程Ｓ５を行うことができる。
【００５１】
[前処理工程]
前処理工程Ｓ１は、本測定に先立って、被測定試料に対して前処理を行う工程である。図１１は、前処理工程の詳細を示すフローチャートであり、図１２は、前処理工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【００５２】
図１１のフローチャートに示すように、前処理工程Ｓ１においては、前処理対向工程Ｓ１−１、前処理遮蔽工程Ｓ１−３、前処理挟持工程Ｓ１−５、前処理離間工程Ｓ１−７、加熱及び電圧印加工程Ｓ１−９、冷却工程Ｓ１−１１、及び、戻し工程Ｓ１−１３を行うことができる。
【００５３】
前処理対向工程Ｓ１−１では、図１２（ａ）に示すように、被測定試料選択部３７（図８参照）によって試料ホルダー３１を回転させて、任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）と、一対の電極３４とを対向させる。
【００５４】
前処理遮蔽工程Ｓ１−３では、被測定試料４５ａを第２内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ４０と、外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ７とによって覆う。図１２（ａ）に示すように、上述の前処理対向工程Ｓ１−１後において、既に被測定試料４５ａはファラデーケージ４０とファラデーケージ７とによって覆われている。従って、本実施形態においては、前処理対向工程Ｓ１−１と前処理遮蔽工程Ｓ１−３とは、同時に行われる。
【００５５】
続いて、前処理挟持工程Ｓ１−５では、図１２（ｂ）に示すように、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれ被測定試料４５ａに近づけるように動かし、一対の電極３４の当接部３４ａを被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄにそれぞれ接触させる。これにより、被測定試料４５ａは一対の電極３４の支持部３４ｂによって支えられるため、一対の電極３４は被測定試料４５ａを挟持する。被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄは、それぞれ被挟持面となる。
【００５６】
続いて、前処理離間工程Ｓ１−７では、図１２（ｃ）に示すように、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれＺ軸の正方向に動かすことにより、一対の電極３４が被測定試料４５ａを挟持した状態のまま被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる。従って、本実施形態においては、一対の電極駆動部３６は、一対の離間駆動部としての機能も有する。本工程後において、被測定試料４５ａは、コイル４２の内部に位置し、熱電対４４と接触する。
【００５７】
続いて、加熱及び電圧印加工程Ｓ１−９では、図１２（ｃ）に示す状態において、まず加熱制御部６３（図９参照）によってコイル４２に電流を流し、加熱されたコイル４２によって被測定試料４５ａを所定温度まで加熱する。被測定試料４５ａの温度は、熱電対４４によって測定される。これにより、被測定試料４５ａ内部及び外部（表面）に生じている配向分極や不純物及び結晶欠陥等に起因する電荷トラップを消去する。続いて、電源６１（図９参照）によって、一対の電極３４間に電圧を印加することにより、被測定試料４５ａの上面４５ａｕ下面４５ａｄ間に所定の電圧を印加する。これにより、被測定試料４５ａ内に、配向分極や電荷トラップを生じさせる。
【００５８】
続いて、冷却工程Ｓ１−１１では、図１２（ｃ）に示す状態において、冷却装置１９（図１参照）によって循環配管１９ｃと循環配管１９ｄ内にそれぞれ液体窒素を循環させることにより、被測定試料４５を所定の温度まで冷却する。これにより、被測定試料４５ａ内に生じた配向分極や電荷トラップを固定化する。
【００５９】
その後、戻し工程Ｓ１−１３では、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれＺ軸の負方向に動かすことにより、図１２（ｂ）に示す状態にし、さらに、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれ被測定試料４５ａから遠ざけるように動かすことにより、図１２（ａ）に示す状態にする。
【００６０】
[測定工程]
次に、図１０のフローチャートに示す測定工程Ｓ３について説明する。測定工程Ｓ３は、前処理を行った被測定試料の本測定を行う工程である。図１３は、測定工程の詳細を示すフローチャートであり、図１４は、測定工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【００６１】
図１３のフローチャートに示すように、測定工程Ｓ３においては、対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、離間工程Ｓ３−７、測定工程Ｓ３−９、及び、戻し工程Ｓ３−１１を行うことができる。
【００６２】
対向工程Ｓ３−１では、図１４（ａ）に示すように、被測定試料選択部３７（図３参照）によって試料ホルダー３１を回転させて、前処理を行った被測定試料４５ａと、一対の電極３３とを対向させる。
【００６３】
続いて、第１遮蔽工程Ｓ３−３では、被測定試料４５ａを第１内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ３９と、外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ７とによって覆う。図１４（ａ）に示すように、上述の対向工程Ｓ３−１後において、既に被測定試料４５ａはファラデーケージ３９とファラデーケージ７とによって覆われている。従って、本実施形態においては、対向工程Ｓ３−３と遮蔽工程Ｓ３−５とは、同時に行われる。
【００６４】
続く挟持工程Ｓ３−５は、上述の前処理挟持工程Ｓ１−５と同様の工程である。即ち、挟持工程Ｓ３−５では、図１４（ｂ）に示すように、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれ被測定試料４５ａに近づけるように動かし、一対の電極３３の当接部３３ａを被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄにそれぞれ接触させる。これにより、被測定試料４５ａは一対の電極３３の支持部３３ｂによって支えられるため、一対の電極３３は被測定試料４５ａを挟持する。被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄは、それぞれ被挟持面となる。
【００６５】
続く離間工程Ｓ３−７は、上述の前処理離間工程Ｓ１−７と同様の工程である。即ち、離間工程Ｓ３−７では、図１４（ｃ）に示すように、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれＺ軸の正方向に動かすことにより、一対の電極３３が被測定試料４５ａを挟持した状態のまま被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる。本工程後において、被測定試料４５ａは、コイル４１の内部に位置し、熱電対４３と接触する。
【００６６】
続いて、測定工程Ｓ３−９では、被測定試料４５ａの熱刺激電流の測定を行う。具体的には、上述の前処理工程Ｓ１において冷却された被測定試料４５ａの温度を徐々に上げ、その際に生じる脱分極や脱トラップよる熱刺激電流を測定する。熱刺激電流値は、一対の電極３３に接続された電流計５５（図９参照）によって測定される。被測定試料４５ａの温度は、熱電対４３で測定される。被測定試料４５ａの温度は、循環配管１９ａ、１９ｂ内をそれぞれ循環する液体窒素の流量を冷却装置１９（図１参照）で調節したり、コイル４１に流す電流値を加熱制御部５７（図９参照）で調節したりすることによって、制御される。そして、演算制御部９（図９参照）は、電流計５５と熱電対４３の測定値等を基に必要な演算を行い、被測定試料４５ａの熱刺激電流特性が求められる。
【００６７】
続く戻し工程Ｓ３−１１は、上述の戻し工程Ｓ１−１３と同様の工程である。即ち、戻し工程Ｓ３−１１では、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれＺ軸の負方向に動かすことにより、図１４（ｂ）に示す状態にし、さらに、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれ被測定試料４５ａから遠ざけるように動かすことにより、図１４（ａ）に示す状態にする。
【００６８】
さらに、測定工程Ｓ３においては、上述の対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、離間工程Ｓ３−７、測定工程Ｓ３−９、及び、戻し工程Ｓ３−１１と並行して、次測定用前処理工程Ｓ３−１３が必要に応じて行われる
【００６９】
次測定用前処理工程Ｓ３−１３は、一つの被測定試料の本測定を行っている間に、他の被測定試料の前処理を行う工程である。例えば、測定工程Ｓ３において被測定試料４５ａを測定している場合、被測定試料４５ｂは、一対の電極３４と対向する位置に移動している（図３、図６、図８参照）。そのため、被測定試料４５ａの本測定を行っている間に、被測定試料４５ｂの前処理を行うことができる。次測定用前処理工程Ｓ３−１３の具体的な内容は、上述の前処理工程Ｓ１と同様である。なお、次に測定する被測定試料が無い場合には、次測定用前処理工程Ｓ３−１３は省略される。
【００７０】
[繰り返し工程]
繰り返し工程Ｓ５は、一つの被測定試料の測定が終わり、他に測定すべき被測定試料がある場合に、次に測定すべき被測定試料について測定工程Ｓ３を繰り返す工程である。例えば、被測定試料４５ａについて測定工程Ｓ３が終わった場合、被測定試料４５ｂについて測定工程Ｓ３を行うことができる。この場合、例えば測定工程Ｓ３中の対向工程Ｓ３−１では、被測定試料選択部３７（図３参照）によって試料ホルダー３１を回転させて、被測定試料４５ｂと、一対の電極３３とを対向させる（図１４（ａ）参照）。
【００７１】
上述のような本実施形態の電気特性測定装置は、被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を保持するための試料ホルダー３１と、被測定試料４５ａを挟持するための一対の電極３３と、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させるように一対の電極３３被測定試料４５ａを移動させる電極駆動部（離間駆動部）３５とを備えている。
【００７２】
これにより、被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）の測定の際、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させることができる（図１４参照）。その結果、測定の際、試料ホルダー３１が被測定試料４５ａに対して電気的な影響を与えることを抑制することができる。
【００７３】
例えば、試料ホルダーが金属で形成されており、かつ、測定の際に試料ホルダーと被測定試料が接触していると、測定対象である被測定試料内を流れる電流（例えば、熱刺激電流）の一部は、試料ホルダー内を流れてしまい、測定誤差の原因となる場合がある。また、例えば、試料ホルダーが絶縁体で形成されており、かつ、測定の際に試料ホルダーと被測定試料が接触していると、絶縁体からなる試料ホルダーに印加電圧がかかり、試料ホルダーから微量なトラップ電流が放出されるため、測定誤差の原因となる場合がある。それに対して、本実施形態の電気特性測定装置では、測定の際、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させているため、このような試料ホルダー３１の存在に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態の電気特性測定装置１においては、試料ホルダー３１は複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆをそれぞれ保持するための複数の試料保持部３２を有し、一対の電極３３は、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を挟持することが可能である。さらに、電気特性測定装置１は、試料ホルダー３１を移動させることにより、一対の電極３３が、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの一つ（例えば、被測定試料４５ａ）と対向する状態から、一対の電極３３が、他の被測定試料（例えば、被測定試料４５ｂ）と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部３７を備えている（図３参照）。
【００７５】
これにより、被測定試料選択部３７によって試料ホルダー３１と一対の電極３３とを相対的に移動させることにより、一対の電極３３は、試料ホルダー３１の複数の試料保持部３２に保持された複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうち任意の被測定試料を挟持することが可能となっている。その結果、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを連続的に測定することが可能となっている。
【００７６】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、電極駆動部（離間駆動部）３５及び被被測定試料選択部３７によって、一対の電極３３、３４と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）との相対的な位置関係を変更することができる。これらの相対的な位置関係が固定されている場合、被測定試料の大きさが大きい場合、被測定試料の大きさに合わせて電気特性測定装置を再び製造するか、被測定試料を破壊して小さくする必要がある。それに対して、本実施形態の電気特性測定装置１によれば、試料ホルダー３１を被測定試料４５ａの大きさに合わせて製造するだけで、様々な大きさの被測定試料４５ａを非破壊で測定することができる。
【００７７】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、一対の電極３３が被測定試料４５ａを挟持するように一対の電極３３を移動させる電極駆動部３５をさらに備えている。これにより、一対の電極３３によって容易に被測定試料４５ａを挟持することができる。
【００７８】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、被測定試料４５ａを覆うように設けられた内部静電遮蔽部（第１内部静電遮蔽部（ファラデーケージ３９））を備えている（図２、図３、及び、図１４参照）。これにより、測定の際に外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減させることが可能となっている。特に、ファラデーケージ３９は、被測定試料４５ａの２つの被挟持面である上面４５ａｕと下面４５ａｄを覆っている（図３、及び、図１４参照）。これにより、電気特性測定装置１の外部から被測定試料の２つの被挟持面に侵入する静電ノイズを低減させることができため、測定の際に外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を特に低減させることが可能となっている。
【００７９】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、一対の電極３３が任意の一つの被測定試料（被測定試料４５ａ）を挟持した状態において、被測定試料４５ａを覆うように設けられたファラデーケージ３９に加えて、ファラデーケージ３９を覆うように設けられた外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）を備えている（図３、図１４参照）。これにより、一対の電極３３に挟持された被測定試料４５ａは、ファラデーケージ３９とファラデーケージ７とによって二重に覆われる。その結果、外部から電気特性測定装置１内部に侵入する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、被測定試料４５ａの温度を変化させる温度調整部として、コイル４１並びにコイル４２（加熱部）、及び、冷却装置１９（冷却部）を備えている（図１、図２、図３、図１２、及び、図１４参照）。これにより、熱刺激電流特性といった被測定試料４５ａの温度を変化させることが必要な電気特性測定を行うことが可能となっている。
【００８１】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、被測定試料４５ａに流れる電流を測定する電流計５５と、電流計５５及びファラデーケージ３９を覆うように設けられた外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）と備えている（図３、図９、及び、図１４参照）。これにより、測定の際に外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズによって、電流計５５の測定値に誤差が生じることを低減させることが可能となっているため、熱刺激電流特性といった被測定試料４５ａに流れる微小電流を測定する必要のある電気特性の測定が可能となっている。
【００８２】
また、本実施形態の電気特性測定装置は、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうち、一対の電極３３が挟持する任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）以外の被測定試料のいずれか（例えば、被測定試料４５ｂ）を覆い、かつ、ファラデーケージ７によって覆われる第２内部静電遮蔽部（ファラデーケージ４０）を備えている（図２、図１２、及び、図１４参照）。これにより、一対の電極３３が挟持する被測定試料４５ａについての電気特性の測定と並行して、ファラデーケージ４０に覆われた被測定試料４５ｂについて、外部から被測定資料４５ｂに静電ノイズが侵入することを防止しながら、測定に先立つ前処理を行うことができる（図１３参照）。その結果、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆについてそれぞれ前処理が必要な電気特性の測定を行う場合に、測定に必要な時間を短縮することができる。
【００８３】
また、上述のような本実施形態の電気特性測定方法は、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）と一対の電極３３とを対向させる対向工程Ｓ３−１と、内部静電遮蔽部（第１内部静電遮蔽部（ファラデーケージ３９））と、内部静電遮蔽部を覆う外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）とによって一つの被測定試料４５ａを覆う遮蔽工程Ｓ３−３と、対向工程Ｓ３−１の後に、一対の電極３３によって一つの被測定試料４５ａを挟持する挟持工程Ｓ３−５と、遮蔽工程Ｓ３−３及び挟持工程Ｓ３−５の後に、内部静電遮蔽部と、外部静電遮蔽部とによって覆われた一つの被測定試料４５ａの電気特性を測定する測定工程Ｓ３−９と、測定工程Ｓ３−９の後に、一つの被測定試料４５ａに代えて、他の被測定試料４５ｂについて対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、及び、測定工程Ｓ３−９を行う繰り返し工程Ｓ５とを備えている（図１０、図１１、及び、図１３参照）。
【００８４】
これにより、一対の電極３３が複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの一つの被測定試料４５ａを挟持する状態から、一対の電極３３が他の被測定試料４５ｂを挟持する状態に変化させることができる。その結果、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを連続的に測定することが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態の電気特性測定方法によれば、測定の際、被測定試料４５ａはファラデーケージ３９とファラデーケージ７とによって二重に覆われている。これにより、測定中に被測定試料４５ａに到達する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から被測定試料４５ａに到達する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となっている。
【００８６】
また、本実施形態の電気特性測定方法では、測定工程Ｓ３−９の前に、離間工程Ｓ３−７を行っている（図１３参照）。これにより、測定の際、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させることができため、試料ホルダー３１が測定試料４５ａに対して電気的な影響を与えることを抑制することができる。その結果、試料ホルダー３１の存在に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００８７】
本発明は上述の実施形態に限られず、様々な変形態様が可能である。
【００８８】
例えば、上述の実施形態では、試料ホルダー３１は円板形状をなしているが、このような形状に限られない。図１５は、変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の平面図であり、図１６は、変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の断面図である。
【００８９】
図１５及び図１６に示すように、試料ホルダー１３１は、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、Ｘ軸方向を延び方向とする平板状をなしていてもよい。試料ホルダー１３９は、Ｘ軸方向に沿って設けられた複数の試料保持部３２を有している。このような試料ホルダー１３９としては、例えば、ベルトコンベアを挙げることができる。試料ホルダー１３９には、被測定試料選択部１３７が設けられており、被測定試料選択部１３７によって試料ホルダー１３９をＸ軸に沿った方向に移動させることができる。即ち、被測定試料選択部１３７によって試料ホルダー１３９と一対の電極３３との相対位置を変化させることができる。これにより、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうち、任意の一つと電極３３とを対向させることが可能となっている。被測定試料選択部１３７として、例えばモーターを用いることができる。
【００９０】
また、この場合、本体部３は、第１内部静電遮蔽部（内部静電遮蔽部）としてのファラデーケージ１３９と、第２内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ１４０とを備えている。ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０は、上述のファラデーケージ３９及びファラデーケージ４０と同様の材質からなり、同様の機能及び目的を有するが、形状が異なる。ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０は、いずれも中空の直方体形状をなしている。具体的には、ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０、矩形の平板状の上面１３９ｕ、１４０ｕと、矩形の平板状の下面１３９ｄ、１４０ｄと、上面１３９ｕ、１４０ｕ及び平板状の下面１３９ｄ、１４０ｄを接続する４つの側面１３９ａ、１４０ａとを有する。また、ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０は、４つの側面１３９ａ、１４０ａのうちＸ軸と交差する面に切り欠き部１３９ｇ及び１４０ｇをそれぞれ有する。これにより、試料ホルダー１３９をＸ軸に沿った方向に移動させる際、試料ホルダーは、切り欠き部１３９ｇ及び１４０ｇ内を移動することが可能となっている。
【００９１】
また、上述の実施形態では、前処理離間工程Ｓ１−７及び離間工程Ｓ３−７において、一対の電極３３、３４と試料ホルダー３１とを離間しているが（図１１、図１３参照）、前処理離間工程Ｓ１−７及び／又は離間工程Ｓ３−７は省略可能である。前処理離間工程Ｓ１−７を省略した場合、加熱及び電圧印加工程Ｓ１−９は、図１２（ｂ）に示すように、一対の電極３４と試料ホルダー３１とが接触した状態のまま行われる。同様に、離間工程Ｓ３−７を省略した場合、測定工程Ｓ３−９は、図１４（ｂ）に示すように、一対の電極３３と試料ホルダー３１とが接触した状態のまま行われる。
【００９２】
また、上述の実施形態では、被測定試料４５ａの熱刺激電流特性を測定する場合について説明したが、他の電気特性、例えば、誘電率、電気抵抗、及び、移動度等を測定することもでき、これによって残留応力、融点、及び、ガラス転移温度等を測定することができる。この場合、計測制御部５は、測定する電気特性の種類に応じて適切な計測器や電源等を有する。
【００９３】
また、上述の実施形態では、被測定試料４５ａに流れる電流を測定する電流計５５は、外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）内に設けられているが（（図３、図９、及び、図１４参照）、電流計５５は、外部静電遮蔽部の外側に設けられていてもよい。
【００９４】
また、上述の実施形態では、測定試料４５ａの温度を変化させる温度調整部として、コイル４１並びにコイル４２（加熱部）、及び、冷却装置１９（冷却部）を備えているが（図２、図３、図１２、及び、図１４参照）、被測定試料４５ａを加熱する必要が無い場合には、電気特性測定装置１はコイル４１及びコイル４２を備えていなくてもよく、また、被測定試料４５ａを冷却する必要が無い場合には、電気特性測定装置１は、冷却装置１９を備えていなくてもよい。
【００９５】
また、上述の実施形態では、電気特性測定装置１は、第２内部静電遮蔽部としてファラデーケージ４０を備えているが、前処理工程Ｓ１を行う際、被測定試料４５ａを第２内部静電遮蔽部内に設ける必要が無い場合、電気特性測定装置１はファラデーケージ４０を備えていなくてもよい。
【００９６】
また、上述の実施形態では、前処理工程Ｓ１を行う際、被測定試料４５ａをファラデーケージ４０内に設けているが（図２、図１２、及び、図１４参照）、測定工程Ｓ３と同様に、前処理工程Ｓ１もファラデーケージ３９内で行ってもよい。この場合、前処理対向工程Ｓ１−１においては、任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）と、一対の電極３３とを対向させることになり、戻し工程Ｓ１−１３、対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、及び、離間工程Ｓ３−７は省略可能である。
【００９７】
また、上述の実施形態では、前処理対向工程Ｓ１−１及び対向工程Ｓ３−１において、被測定試料選択部３７（図３、図８参照）によって試料ホルダー３１を移動（回転）させて、被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させている。しかし、被測定試料選択部は、試料ホルダー３１と一対の電極３３、３４の少なくとも一方を移動させ、これらの相対位置を変化させることによって、被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させる部材であればよい。例えば、一対の電極３３、３４に対して、これらをＸＹ平面に沿って移動させる部材を設けることができる。この部材のみで被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させる場合、この部材が被測定試料選択部となる。また、この部材と上述の実施形態における被測定試料選択部３７の双方によって被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させる場合、この部材と被測定試料選択部３７の双方が、新たに被測定試料選択部となる。この部材は、一対の電極駆動部３５、３６が兼ねることが可能であるが、一対の電極駆動部３５、３６と別体であってもよい。
【００９８】
また、上述の実施形態では、前処理離間工程Ｓ１−７及び離間工程Ｓ３−７において、一対の電極駆動部３５、３６は、離間駆動部としても機能し、これらによって一対の電極３３、３４をそれぞれＺ軸の正方向に動かすことにより、一対の電極３３、３４が被測定試料４５ａを挟持した状態のまま被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させている。しかし、電極駆動部３５、３６と離間駆動部とを別体とし、電極駆動部３５、３６と離間駆動部とがそれぞれ一対の電極３３、３４に接続されていてもよい。
【００９９】
また、離間駆動部は、一対の電極３３，３４に接続されていなくてもよく、料ホルダー３１と一対の電極３３、３４の少なくとも一方を移動させ、これらの相対位置を変化させることによって、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる部材であればよい。例えば、試料ホルダー３１に対して、これらをＺ軸方向に移動させる部材を設けることができる。この部材のみで被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる場合、この部材が離間駆動部となる。また、この部材と上述の実施形態における一対の電極駆動部３５、３６の双方によって被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる場合、この部材と一対の電極駆動部３５、３６の双方が、離間駆動部となる。この部材は、被測定試料選択部３７が兼ねることが可能であるが、被測定試料選択部３７と別体であってもよい。
【０１００】
また、上述の実施形態では、前処理対向工程Ｓ１−１と前処理遮蔽工程Ｓ１−３は同時に行われ、また、対向工程Ｓ３−１と第１遮蔽工程Ｓ３−３は同時に行われているが、これらを別々に行うこともできる。例えば、ファラデーケージ３９が試料ホルダー３１に対して移動可能となっている場合、対向工程Ｓ３−１の後にファラデーケージ３９を移動させることにより遮蔽工程Ｓ３−３を行うことができる。同様に、ファラデーケージ４０が試料ホルダー３１に対して移動可能となっている場合、前処理対向工程Ｓ１−１の後にファラデーケージ４０を移動させることにより前処理遮蔽工程Ｓ１−３を行うことができる。
【０１０１】
また、上述の実施形態では、前処理挟持工程Ｓ１−５の後に前処理離間工程Ｓ１−７を行い、また、挟持工程Ｓ３−５の後に離間工程Ｓ３−７に行っているが、これらの工程は、逆の順序で行ってもよい。この場合、前処理離間工程Ｓ１−７及び離間工程Ｓ３−７においては、例えば、電極駆動部３５、３６によって一対の電極３３、３４のうち被測定試料４５ａの下方にある電極のみを上方に移動させることにより、被測定試料４５ａの下面４５ａｄを接触させると共に、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させればよい（図１２、図１４参照）。そして、前処理挟持工程Ｓ１−５及び挟持工程Ｓ３−５においては、例えば、電極駆動部３５、３６によってその電極をさらに上方に移動させることにより、被測定試料４５ａの上面４５ａｕと、被測定試料４５ａの上方にある電極とを接触させ、一対の電極３３、３４によって被測定試料４５ａを挟持すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施形態に係る電気特性測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】本体部の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った本体部の断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったファラデーケージの断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿ったファラデーケージの断面図である。
【図６】図２におけるファラデーケージを省略して示す本体部の平面図である。
【図７】図６に対応して循環配管の変形例を示す本体部の平面図である。
【図８】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った本体部の断面図である。
【図９】計測制御部、本体部、及び、演算制御部に関する回路構成を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る電気特性測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】前処理工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１２】前処理工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【図１３】測定工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】測定工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【図１５】変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の平面図である。
【図１６】変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・電気特性測定装置、３・・・本体部、５・・・計測制御部、７・・・外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ、１９・・・温度調停部（冷却部）、３１・・・試料ホルダー、３３・・・一対の電極、３４・・・一対の電極、３５・・・電極駆動部（離間駆動部）、３６・・・電極駆動部（離間駆動部）、３７・・・被測定試料選択部、３９・・・第１内部静電遮蔽部（内部静電遮蔽部、ファラデーケージ）、４０・・・第２内部静電遮蔽部（ファラデーケージ）、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ・・・被測定試料、４５аｕ・・・被測定試料の上面（被挟持面）、４５аｄ・・・被測定試料の下面（被挟持面）、５５・・・電流計、Ｓ３−１・・・対向工程、Ｓ３−３・・・遮蔽工程、Ｓ３−５・・・挟持工程、Ｓ３−７・・・離間工程、Ｓ３−９・・・測定工程、Ｓ５・・・繰り返し工程。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気特性測定装置及び電気特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の物理特性を分析するために、熱電気特性等の試料の電気特性を測定する装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、３個の電極を備える熱電気測定装置が開示されている。この装置によれば、ＭＯＳＦＥＴのような３個の端子を備える試料について、３個の端子を活かして熱電気測定を行うことができる。また、下記特許文献２には、恒温槽部と、恒温槽部内に所望の値の水蒸気雰囲気を導入する手段とを備えた熱電気測定装置が開示されている。この装置によれば、所望の湿度（水蒸気）雰囲気下において試料の熱電気測定を行うことができる。
【特許文献１】特開２００３−７５５０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のような従来の熱電気測定装置では、支持台等の試料ホルダーによって試料を保持している。この状態で、試料に複数の電極を接続し、複数の電極間に電圧を印加することによって、試料の熱電気特性の測定を行っている。
【０００４】
しかしながら、従来の熱電気測定装置では、複数の試料を測定する場合、測定ごとに試料の交換が必要であった。そのため、複数の試料を連続的に測定することができないため、複数の試料を測定する場合、非常に時間と手間がかかるという問題があった。
【０００５】
また、熱電気測定においては、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因して、測定値に誤差が生じる場合がある。しかしながら、従来の熱電気測定装置では、このような外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに対する対策が不十分な場合があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、複数の試料を連続的に測定すること、及び、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減することが可能な電気特性測定装置及び電気特性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】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気特性測定装置は、複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定装置であって、複数の被測定試料をそれぞれ保持するための複数の試料保持部を有する試料ホルダーと、複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料を挟持するための一対の電極と、試料ホルダー及び一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、一対の電極が複数の被測定試料のうちの一つと対向する状態から、一対の電極が他の被測定試料と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部と、一対の電極が任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、任意の一つの被測定試料を覆うように設けられた第１内部静電遮蔽部と、第１内部静電遮蔽部を覆うように設けられた外部静電遮蔽部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電気特性測定装置によれば、被測定試料選択部によって試料ホルダーと一対の電極とを相対的に移動させることにより、一対の電極は、試料ホルダーの複数の試料保持部に保持された複数の被測定試料のうち任意の被測定試料を挟持することが可能となっている。これにより、複数の被測定試料を測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料を連続的に測定することが可能となる。
【０００９】
さらに、本発明の電気特性測定装置によれば、一対の電極に挟持された被測定試料は、第１内部静電遮蔽部と外部静電遮蔽部とによって二重に覆われている。これにより、外部から測定装置内部に侵入する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となる。
【００１０】
また、電気特性測定装置は、一対の電極が被測定試料を挟持するように一対の電極を移動させる電極駆動部をさらに備えることが好ましい。これにより、一対の電極によって容易に被測定試料を挟持することができる。
【００１１】
さらに、第１内部静電遮蔽部は、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料の２つの被挟持面を覆うことが好ましい。これにより、外部から被測定試料の２つの被挟持面に侵入する静電ノイズを低減させることができる。その結果、測定の際に外部から装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差をさらに低減させることが可能となる。
【００１２】
また、電気特性測定装置は、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料の温度を変化させる温度調整部をさらに備えることが好ましい。これにより、被測定試料の温度を変化させることが必要な電気特性測定を行うことが可能となる。
【００１３】
また、電気特性測定装置は、複数の被測定試料のうち、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料以外の被測定試料のいずれかを覆い、かつ、外部静電遮蔽部によって覆われる第２内部静電遮蔽部をさらに備えることが好ましい。これにより、一対の電極が挟持する被測定試料についての電気特性の測定と並行して、第２内部静電遮蔽部に覆われた他の被測定試料について、外部から該被測定試料に静電ノイズが侵入することを防止しながら、測定に先立つ前処理を行うことができる。その結果、複数の被測定試料についてそれぞれ前処理が必要な電気特性の測定を行う場合に、測定に必要な時間を短縮することができる。
【００１４】
また、電気特性測定装置は、外部静電遮蔽部によって覆われ、かつ、一対の電極が挟持する任意の一つの被測定試料に流れる電流を測定する電流計をさらに備えることが好ましい。これにより、測定の際に外部から装置内に侵入する静電ノイズによって、電流計の測定値に誤差が生じることを低減させることができる。
【００１５】
さらに、駆動装置は、一対の電極が任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、試料ホルダー及び一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、任意の一つの被測定試料と試料ホルダーとを離間させる離間駆動部をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
これにより、測定前に、離間装置によって被測定試料と試料ホルダーとを離間させることができるため、測定の際に試料ホルダーが被測定試料に対して電気的な影響を与えることを抑制することができる。その結果、試料ホルダーの存在に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００１７】
本発明に係る電気特性測定方法は、複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定方法であって、複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料と一対の電極とを対向させる対向工程と、内部静電遮蔽部と、内部静電遮蔽部を覆う外部静電遮蔽部とによって一つの被測定試料を覆う遮蔽工程と、対向工程の後に、一対の電極によって一つの被測定試料を挟持する挟持工程と、遮蔽工程及び前記挟持工程の後に、内部静電遮蔽部と、外部静電遮蔽部とによって覆われた一つの被測定試料の電気特性を測定する測定工程と、測定工程の後に、一つの被測定試料に代えて、他の被測定試料について対向工程、遮蔽工程、挟持工程、及び、測定工程を行う繰り返し工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の電気特性測定方法によれば、一対の電極が複数の被測定試料のうちの一つを挟持する状態から、一対の電極が他の被測定試料を挟持する状態に変化させることができる。これにより、複数の被測定試料を測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料を連続的に測定することが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の電気特性測定方法によれば、測定の際、被測定試料は内部静電遮蔽部と外部静電遮蔽部とによって二重に覆われている。これにより、測定中に被測定試料に到達する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から被測定試料に到達する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の試料を連続的に測定すること、及び、外部から測定装置内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減することが可能な電気特性測定装置及び電気特性測定方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、実施の形態に係る電気特性測定装置及び電気特性測定方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る電気特性測定装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、電気特性測定装置１は、本体部３と、計測制御部５と、外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ７と、演算制御部９と、不活性ガス供給源１１と、真空ポンプ１３と、冷却装置１９と、を備えている。
【００２３】
ファラデーケージ７は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や鉄（Ｆｅ）等の金属からなる箱状の部材である。ファラデーケージ７の内部には、本体部３及び計測制御部５が設けられている。ファラデーケージ７は蓋部７ａを有しており、蓋部７ａが閉じられた状態ではファラデーケージ７の内部空間は密閉される。ファラデーケージ７は静電遮蔽部として機能し、ファラデーケージ７の外部から内部に侵入する静電ノイズを低減させる。
【００２４】
演算制御部９は、配線１０を介して本体部３や計測制御部５内の部材に接続されており、本体部３や計測制御部５で行われる動作の制御機能や、各種測定値から目的の電気特性値を求める機能を有する。
【００２５】
不活性ガス供給源１１は、ファラデーケージ７の内部空間に連通する配管１５、三方弁１７、及び、配管１１ａを介してファラデーケージ７に接続されている。真空ポンプ１３は、配管１５、三方弁１７、及び、配管１３ａを介してファラデーケージ７に接続されている。不活性ガス供給源１１及び真空ポンプ１３は、ファラデーケージ７の内部の空気を不活性ガスと置換するために設けられている。このような空気の置換は、ファラデーケージ７の内部空間を密閉した状態において、三方弁１７を配管１３ａ側に接続して真空ポンプ１３によってファラデーケージ７の内部の空気を排気する工程、三方弁１７を配管１１ａ側に接続して不活性ガス供給源１１からファラデーケージ７の内部に不活性ガスを供給する工程、及び、必要によりこれらの工程を交互に複数回繰り返す工程を経ることにより達成させる。ファラデーケージ７の内部の空間を不活性ガスに置換することにより、被測定試料を化学的に安定な状態に保ちながら、電気特性測定装置１による被測定試料の測定を行うことができる。
【００２６】
不活性ガス供給源１１としては、例えば、不活性ガスが充填されたガスボンベを用いることができる。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等の希ガスや、窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。なお、真空ポンプ１３によってファラデーケージ７の内部を真空にした状態で、電気特性測定装置１による被測定試料の測定を行ってもよい。この場合、電気特性測定装置１は不活性ガス供給源１１を備えていなくてもよい。また、不活性ガス雰囲気中及び真空中で被測定試料の測定を行う必要がない場合、電気特性測定装置１は、不活性ガス供給源１１及び真空ポンプ１３を備えていなくてもよく、また、ファラデーケージ７は、その内部の空間を密閉していなくてもよい。
【００２７】
冷却装置１９は、被測定試料の冷却を行うための装置である。冷却装置１９は、詳細は後述するように、例えば、被測定試料に近接する循環配管１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを有し、循環配管１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ内に液体窒素を循環させる装置である。
【００２８】
次に、本体部３の詳細について説明する。図２は本体部の平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った本体部の断面図である。図２及び図３には、説明の便宜上、直交座標系２０が示されている。
【００２９】
図２及び図３に示すように、本体部３は、試料ホルダー３１、一対の電極３３、一対の電極駆動部３５、被測定試料選択部３７、第１内部静電遮蔽部（内部静電遮蔽部）としてのファラデーケージ３９、加熱部としてのコイル４１、及び、温度測定部としての熱電対４３を備えている。
【００３０】
試料ホルダー３１は、例えば、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、ＸＹ平面内で広がる円板形状をなしている。試料ホルダー３１は、その外縁に沿って設けられた複数の試料保持部３２を有している。試料保持部３２は、本実施形態では試料ホルダー３１を厚さ方向に貫く孔部である。具体的には、試料保持部３２は、試料ホルダー３１の上面３１ａに設けられた円柱状の第１孔部３２ａと、試料ホルダー３１の下面３１ｂに設けられた円柱状の第２孔部３２ｂと、からなる。第１孔部３２ａと第２孔部３２ｂは、それぞれの円柱形状の中心軸が略一致するようにＺ軸方向に連続しており、第１孔部３２ａの内径は、第２孔部３２ｂの内径よりも大きくなっている。これにより、試料ホルダー３１には、各試料保持部３２に対応して、複数の環状の段差面３１ｓが形成されている。
【００３１】
試料ホルダー３１は、円板状の複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを保持することができる。被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆとしては、例えば、半導体基板や、表面に高分子材料からなる薄膜が形成された円板状の基板等を挙げることができる。複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆは、それらの下面（被測定試料４５ａの場合、下面４５ａｄ）と段差面３１ｓとが接するように、それぞれ試料保持部３２に保持される。被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆの上面（被測定試料４５ａの場合、上面４５ａｕ）及び下面（被測定試料４５ａの場合、下面４５ａｄ）は、各被測定試料が試料ホルダー３１に保持された状態において、露出する。
【００３２】
また、試料ホルダー３１には、試料ホルダー３１のＸＹ平面における中心を通りＺ軸方向に延びる回転軸部３１ｘが設けられている。回転軸部３１ｘには、被測定試料選択部３７が接続されている。被測定試料選択部３７は、回転軸部３１ｘを回転軸として、試料ホルダー３１を回転させることが可能となっている。被測定試料選択部３７としては、例えば、モーターを用いることができる。この場合、このモーターの回転運動が回転軸部３１ｘに伝えられ、試料ホルダー３１はＸＹ平面内において回転する。
【００３３】
試料ホルダー３１を構成する材料としては、金属（例えば、アルミニウム（Ａｌ））等の導電材料や樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁材料を用いることができる。
【００３４】
一対の電極３３は、それぞれ当接部３３ａと支持部３３ｂとからなる。当接部３３ａは、アルミニウム（Ａｌ）等の金属からなり、本実施形態では、ＸＹ平面内で広がる円板状である。当接部３３ａの表面の外径は、第１孔部３２ａの内径よりも小さくなっている。一対の当接部３３ａは、被測定試料の測定の際、被測定試料の上面及び下面に接する（詳細は後述する）。
【００３５】
支持部３３ｂは、ステンレス鋼等の金属からなり、本実施形態では、Ｚ軸方向に延びる棒状の部材である。支持部３３ｂは、当接部３３ａのＸＹ平面内の略中心に固定されており、被測定試料の測定の際、被測定試料を支持する機能を有する（詳細は後述する）。
【００３６】
電極駆動部３５は、一対の電極３３をＺ軸に沿った方向に移動させることが可能なように、支持部３３ｂに接続されている。電極駆動部３５としては、例えば、モーターを用いることができる。この場合、このモーターを回転させることにより、一対の電極３３をＺ軸の正方向及び負方向にそれぞれ移動させることができる。また、電極駆動部３５は、本実施形態の場合、後述のように離間駆動部としても機能する。
【００３７】
次に、ファラデーケージ３９について説明する。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったファラデーケージの断面図であり、図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿ったファラデーケージの断面図である。
【００３８】
図２〜図４に示すように、ファラデーケージ３９は、例えば、中空の扇柱状をなしている。具体的には、ファラデーケージ３９は、ＸＹ平面内で広がりＺ軸方向から見て扇型状の上面３９ｕ並びに下面３９ｄと、上面３９ｕと下面３９ｄの直線部分にそれぞれ接続された平板状の２つの側面３９ｓ１、３９ｓ２と、上面３９ｕと下面３９ｄの円弧部分に接続された円弧面３９ａとからなる。２つの側面３９ｓ１、３９ｓ２には、Ｚ軸と垂直方向に延びる切り欠き部３９ｇが形成されており、切り欠き部３９ｇ内に、試料ホルダー３１の一部が設けられる。そのため、ファラデーケージ３９は、試料ホルダー３１の一部を覆う。そして、図２及び図３に示すように、一対の電極３３と被測定試料４５ａを対向させた状態においては、ファラデーケージ３９は、被測定試料４５ａを覆い、特に、被測定試料４５ａの上面４５ａｕと下面４５ａｄを覆うことになる。
【００３９】
ファラデーケージ３９は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の金属からなる。そのため、ファラデーケージ３９は、内部静電遮蔽部（第１内部静電遮蔽部）として機能し、ファラデーケージ３９の外部から内部に侵入する静電ノイズを低減させる。なお、ファラデーケージ３９を構成する上面３９ｕ、下面３９ｄ、側面３９ｓ１、３９ｓ２、及び、円弧面３９ａは、それぞれ平板状の部材であってもよいし、金網状の部材であってもよい。これらが平板状の部材である場合、中実の部材であってもよく、中空の部材であってもよい。これらが中空の部材である場合、中空部は真空状態であることが好ましい。ファラデーケージ３９の断熱特性が向上し、ファラデーケージ３９が覆う被測定試料の温度制御が容易になるためである。
【００４０】
次に、循環配管１９ａ、１９ｂについて説明する。図６は、図２におけるファラデーケージを省略して示す本体部の平面図である。図３及び図６に示すように、循環配管１９ａは、試料ホルダー３１に対してＺ軸方向の上方に設けられ、循環配管１９ｂは、試料ホルダー３１に対してＺ軸方向の下方に設けられている。そのため、一対の電極３３と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を対向させた状態においては、循環配管１９ａは、その被測定試料に対してＺ軸方向の上方に位置し、循環配管１９ｂは、その被測定試料に対してＺ軸方向の下方に位置する。循環配管１９ａ、１９ｂは、Ｚ軸方向から見ると、試料ホルダー３１の外部から内部に向かって略半径方向に沿って延び、試料ホルダー３１の中心付近で曲がり、試料ホルダー３１の内部から外部に向かって略半径方向に沿って延びている。循環配管１９ａ、１９ｂは、冷却装置１９（図１参照）に接続されており、循環配管１９ａ、１９ｂ内において液体窒素がそれぞれ循環している。これにより、循環配管１９ａ、１９ｂによって被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を冷却することが可能となっている。そのため、冷却装置１９は、それぞれ被測定試料の温度調整部（冷却部）となる。
【００４１】
図７は、図６に対応して循環配管の変形例を示す本体部の平面図である。図７に示すように、循環配管１９ａ、１９ｂは、一対の電極３３と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を対向させた状態において、Ｚ軸方向から見て試料ホルダー３１の中心付近でその被測定試料に沿って曲がっていてもよい。
【００４２】
コイル４１は、図３及び図６に示すように、試料ホルダー３１に対してＺ軸方向の上方に設けられている。そのため、一対の電極３３と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を対向させた状態においては、コイル４１は、その被測定試料に対してＺ軸方向の上方に位置する。コイル４１は、例えば、ＸＹ平面内の仮想的な円の周りに捲回された金属線とすることができる。コイル４１は、電流を供給されると加熱し、被測定試料を加熱することができる。コイル４１は、被測定試料の温度調整部（加熱部）となる。
【００４３】
熱電対４３は、被測定試料の温度を測定するための温度測定部であり、一対の端子４３ａ、４３ｂを有する。後述のように、被測定試料の測定時に、熱電対４３は、測定対象の被測定試料に接触する。また、本体部３は、さらに被測定試料近傍の雰囲気温度を測定するための雰囲気温度測定部（図示せず）を備えていてもよい。雰囲気温度測定部としては、例えば、被測定試料の近傍に離間して設けられた熱電対を用いることができる。本体部３が雰囲気温度測定部を備える場合、本体部３は、熱電対４３を備えていなくてもよい。
【００４４】
図８は、図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った本体部の断面図である。図２及び図８に示すように、本体部３は、一対の電極３４、一対の電極駆動部３６、第２内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ４０、加熱部としてのコイル４２、及び、温度測定部としての熱電対４４をさらに備えている。
【００４５】
一対の電極３４、一対の電極駆動部３６、ファラデーケージ４０、循環配管１９ｃ、１９ｄ、コイル４２、熱電対４４、及び、一対の端子４４ａ、４４ｂは、それぞれ図２における一対の電極３３、一対の電極駆動部３５、被測定試料選択部３７、ファラデーケージ３９、循環配管１９ａ、１９ｂ、コイル４１、熱電対４３、及び、一対の端子４４ａ、４４ｂと同様の構成を有する。また、ファラデーケージ４０を構成する上面４０ｕ、下面４０ｄ、側面４０ｓ１、４０ｓ２、及び、円弧面４０ａは、それぞれ上面３９ｕ、下面３９ｄ、側面３９ｓ１、３９ｓ２、及び、円弧面３９ａと同様の構成を有する。図３に示すように被測定試料４５ａと一対の電極３３とが対向している状態においては、図８に示すように被測定試料４５ｂと一対の電極３４とが対向している。また、被測定試料４５ｂが試料ホルダー３１に保持された状態において、被測定試料４５ｂの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄは露出する。
【００４６】
次に、計測制御部について説明する。図９は、計測制御部、本体部、及び、演算制御部に関する回路構成を示す図である。計測制御部５は、本体部の部材の制御に必要な制御部と、被測定試料の電気特性の測定に必要な計測器を備えている。具体的には、図９に示すように、計測制御部５は、駆動制御部５１、電圧計５３、５９、電流計５５、電源６１、及び、加熱制御部５７、６３を備えている。
【００４７】
駆動制御部５１は、一対の電極駆動部３５、一対の電極駆動部３６、及び、被測定試料選択部３７（図３参照）とそれぞれ電気的に接続されている。駆動制御部５１は、これらの接続された装置の動作を制御する。電圧計５３及び電圧計５９は、一対の端子４３ａ、４３ｂ及び４４ａ、４４ｂ（図３、図８参照）にそれぞれ接続されている。電圧計５３及び電圧計５９によって、熱電対４３及び熱電対４４において生じる熱起電力がそれぞれ測定される。電流計５５及び電源６１は、一対の電極３３及び一対の電極３４（図３、図８参照）にそれぞれ接続されている。電流計５５によって、一対の電極３３に挟持された被測定試料に流れる電流値が測定され、電源６１によって、一対の電極３４に挟持された被測定試料に対して電圧が印加される。加熱制御部５７及び加熱制御部６３は、コイル４１及びコイル４２（図３参照）にそれぞれ接続されており、コイル４１及びコイル４２に流れる電流値をそれぞれ制御する。
【００４８】
演算制御部９は、駆動制御部５１、電圧計５３、５９、電流計５５、電源６１、及び、加熱制御部５７、６３にそれぞれ接続されており、駆動制御部５１、加熱制御部５７、６３、及び、電源６１の制御や、電圧計５３、５９及び電流計５５の測定値に基づき、被測定試料の温度や電気特性の演算等を行う。
【００４９】
次に、実施の形態に係る電気特性測定方法について説明する。本実施形態の電気特性測定方法として、電気特性測定装置１によって、半導体基板や、表面に高分子材料からなる薄膜が形成された円板状の基板等を被測定試料として用いた場合の熱刺激電流特性の測定方法について説明する。
【００５０】
図１０は、本実施形態に係る電気特性測定方法を示すフローチャートである。図１０のフローチャートに示すように、本実施形態の熱刺激電流特性の測定方法においては、前処理工程Ｓ１、測定工程Ｓ３、及び、繰り返し工程Ｓ５を行うことができる。
【００５１】
[前処理工程]
前処理工程Ｓ１は、本測定に先立って、被測定試料に対して前処理を行う工程である。図１１は、前処理工程の詳細を示すフローチャートであり、図１２は、前処理工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【００５２】
図１１のフローチャートに示すように、前処理工程Ｓ１においては、前処理対向工程Ｓ１−１、前処理遮蔽工程Ｓ１−３、前処理挟持工程Ｓ１−５、前処理離間工程Ｓ１−７、加熱及び電圧印加工程Ｓ１−９、冷却工程Ｓ１−１１、及び、戻し工程Ｓ１−１３を行うことができる。
【００５３】
前処理対向工程Ｓ１−１では、図１２（ａ）に示すように、被測定試料選択部３７（図８参照）によって試料ホルダー３１を回転させて、任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）と、一対の電極３４とを対向させる。
【００５４】
前処理遮蔽工程Ｓ１−３では、被測定試料４５ａを第２内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ４０と、外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ７とによって覆う。図１２（ａ）に示すように、上述の前処理対向工程Ｓ１−１後において、既に被測定試料４５ａはファラデーケージ４０とファラデーケージ７とによって覆われている。従って、本実施形態においては、前処理対向工程Ｓ１−１と前処理遮蔽工程Ｓ１−３とは、同時に行われる。
【００５５】
続いて、前処理挟持工程Ｓ１−５では、図１２（ｂ）に示すように、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれ被測定試料４５ａに近づけるように動かし、一対の電極３４の当接部３４ａを被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄにそれぞれ接触させる。これにより、被測定試料４５ａは一対の電極３４の支持部３４ｂによって支えられるため、一対の電極３４は被測定試料４５ａを挟持する。被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄは、それぞれ被挟持面となる。
【００５６】
続いて、前処理離間工程Ｓ１−７では、図１２（ｃ）に示すように、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれＺ軸の正方向に動かすことにより、一対の電極３４が被測定試料４５ａを挟持した状態のまま被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる。従って、本実施形態においては、一対の電極駆動部３６は、一対の離間駆動部としての機能も有する。本工程後において、被測定試料４５ａは、コイル４２の内部に位置し、熱電対４４と接触する。
【００５７】
続いて、加熱及び電圧印加工程Ｓ１−９では、図１２（ｃ）に示す状態において、まず加熱制御部６３（図９参照）によってコイル４２に電流を流し、加熱されたコイル４２によって被測定試料４５ａを所定温度まで加熱する。被測定試料４５ａの温度は、熱電対４４によって測定される。これにより、被測定試料４５ａ内部及び外部（表面）に生じている配向分極や不純物及び結晶欠陥等に起因する電荷トラップを消去する。続いて、電源６１（図９参照）によって、一対の電極３４間に電圧を印加することにより、被測定試料４５ａの上面４５ａｕ下面４５ａｄ間に所定の電圧を印加する。これにより、被測定試料４５ａ内に、配向分極や電荷トラップを生じさせる。
【００５８】
続いて、冷却工程Ｓ１−１１では、図１２（ｃ）に示す状態において、冷却装置１９（図１参照）によって循環配管１９ｃと循環配管１９ｄ内にそれぞれ液体窒素を循環させることにより、被測定試料４５を所定の温度まで冷却する。これにより、被測定試料４５ａ内に生じた配向分極や電荷トラップを固定化する。
【００５９】
その後、戻し工程Ｓ１−１３では、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれＺ軸の負方向に動かすことにより、図１２（ｂ）に示す状態にし、さらに、一対の電極駆動部３６によって一対の電極３４をそれぞれ被測定試料４５ａから遠ざけるように動かすことにより、図１２（ａ）に示す状態にする。
【００６０】
[測定工程]
次に、図１０のフローチャートに示す測定工程Ｓ３について説明する。測定工程Ｓ３は、前処理を行った被測定試料の本測定を行う工程である。図１３は、測定工程の詳細を示すフローチャートであり、図１４は、測定工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【００６１】
図１３のフローチャートに示すように、測定工程Ｓ３においては、対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、離間工程Ｓ３−７、測定工程Ｓ３−９、及び、戻し工程Ｓ３−１１を行うことができる。
【００６２】
対向工程Ｓ３−１では、図１４（ａ）に示すように、被測定試料選択部３７（図３参照）によって試料ホルダー３１を回転させて、前処理を行った被測定試料４５ａと、一対の電極３３とを対向させる。
【００６３】
続いて、第１遮蔽工程Ｓ３−３では、被測定試料４５ａを第１内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ３９と、外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ７とによって覆う。図１４（ａ）に示すように、上述の対向工程Ｓ３−１後において、既に被測定試料４５ａはファラデーケージ３９とファラデーケージ７とによって覆われている。従って、本実施形態においては、対向工程Ｓ３−３と遮蔽工程Ｓ３−５とは、同時に行われる。
【００６４】
続く挟持工程Ｓ３−５は、上述の前処理挟持工程Ｓ１−５と同様の工程である。即ち、挟持工程Ｓ３−５では、図１４（ｂ）に示すように、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれ被測定試料４５ａに近づけるように動かし、一対の電極３３の当接部３３ａを被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄにそれぞれ接触させる。これにより、被測定試料４５ａは一対の電極３３の支持部３３ｂによって支えられるため、一対の電極３３は被測定試料４５ａを挟持する。被測定試料４５ａの上面４５ａｕ及び下面４５ａｄは、それぞれ被挟持面となる。
【００６５】
続く離間工程Ｓ３−７は、上述の前処理離間工程Ｓ１−７と同様の工程である。即ち、離間工程Ｓ３−７では、図１４（ｃ）に示すように、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれＺ軸の正方向に動かすことにより、一対の電極３３が被測定試料４５ａを挟持した状態のまま被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる。本工程後において、被測定試料４５ａは、コイル４１の内部に位置し、熱電対４３と接触する。
【００６６】
続いて、測定工程Ｓ３−９では、被測定試料４５ａの熱刺激電流の測定を行う。具体的には、上述の前処理工程Ｓ１において冷却された被測定試料４５ａの温度を徐々に上げ、その際に生じる脱分極や脱トラップよる熱刺激電流を測定する。熱刺激電流値は、一対の電極３３に接続された電流計５５（図９参照）によって測定される。被測定試料４５ａの温度は、熱電対４３で測定される。被測定試料４５ａの温度は、循環配管１９ａ、１９ｂ内をそれぞれ循環する液体窒素の流量を冷却装置１９（図１参照）で調節したり、コイル４１に流す電流値を加熱制御部５７（図９参照）で調節したりすることによって、制御される。そして、演算制御部９（図９参照）は、電流計５５と熱電対４３の測定値等を基に必要な演算を行い、被測定試料４５ａの熱刺激電流特性が求められる。
【００６７】
続く戻し工程Ｓ３−１１は、上述の戻し工程Ｓ１−１３と同様の工程である。即ち、戻し工程Ｓ３−１１では、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれＺ軸の負方向に動かすことにより、図１４（ｂ）に示す状態にし、さらに、一対の電極駆動部３５によって一対の電極３３をそれぞれ被測定試料４５ａから遠ざけるように動かすことにより、図１４（ａ）に示す状態にする。
【００６８】
さらに、測定工程Ｓ３においては、上述の対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、離間工程Ｓ３−７、測定工程Ｓ３−９、及び、戻し工程Ｓ３−１１と並行して、次測定用前処理工程Ｓ３−１３が必要に応じて行われる
【００６９】
次測定用前処理工程Ｓ３−１３は、一つの被測定試料の本測定を行っている間に、他の被測定試料の前処理を行う工程である。例えば、測定工程Ｓ３において被測定試料４５ａを測定している場合、被測定試料４５ｂは、一対の電極３４と対向する位置に移動している（図３、図６、図８参照）。そのため、被測定試料４５ａの本測定を行っている間に、被測定試料４５ｂの前処理を行うことができる。次測定用前処理工程Ｓ３−１３の具体的な内容は、上述の前処理工程Ｓ１と同様である。なお、次に測定する被測定試料が無い場合には、次測定用前処理工程Ｓ３−１３は省略される。
【００７０】
[繰り返し工程]
繰り返し工程Ｓ５は、一つの被測定試料の測定が終わり、他に測定すべき被測定試料がある場合に、次に測定すべき被測定試料について測定工程Ｓ３を繰り返す工程である。例えば、被測定試料４５ａについて測定工程Ｓ３が終わった場合、被測定試料４５ｂについて測定工程Ｓ３を行うことができる。この場合、例えば測定工程Ｓ３中の対向工程Ｓ３−１では、被測定試料選択部３７（図３参照）によって試料ホルダー３１を回転させて、被測定試料４５ｂと、一対の電極３３とを対向させる（図１４（ａ）参照）。
【００７１】
上述のような本実施形態の電気特性測定装置は、被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を保持するための試料ホルダー３１と、被測定試料４５ａを挟持するための一対の電極３３と、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させるように一対の電極３３被測定試料４５ａを移動させる電極駆動部（離間駆動部）３５とを備えている。
【００７２】
これにより、被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）の測定の際、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させることができる（図１４参照）。その結果、測定の際、試料ホルダー３１が被測定試料４５ａに対して電気的な影響を与えることを抑制することができる。
【００７３】
例えば、試料ホルダーが金属で形成されており、かつ、測定の際に試料ホルダーと被測定試料が接触していると、測定対象である被測定試料内を流れる電流（例えば、熱刺激電流）の一部は、試料ホルダー内を流れてしまい、測定誤差の原因となる場合がある。また、例えば、試料ホルダーが絶縁体で形成されており、かつ、測定の際に試料ホルダーと被測定試料が接触していると、絶縁体からなる試料ホルダーに印加電圧がかかり、試料ホルダーから微量なトラップ電流が放出されるため、測定誤差の原因となる場合がある。それに対して、本実施形態の電気特性測定装置では、測定の際、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させているため、このような試料ホルダー３１の存在に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態の電気特性測定装置１においては、試料ホルダー３１は複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆをそれぞれ保持するための複数の試料保持部３２を有し、一対の電極３３は、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）を挟持することが可能である。さらに、電気特性測定装置１は、試料ホルダー３１を移動させることにより、一対の電極３３が、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの一つ（例えば、被測定試料４５ａ）と対向する状態から、一対の電極３３が、他の被測定試料（例えば、被測定試料４５ｂ）と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部３７を備えている（図３参照）。
【００７５】
これにより、被測定試料選択部３７によって試料ホルダー３１と一対の電極３３とを相対的に移動させることにより、一対の電極３３は、試料ホルダー３１の複数の試料保持部３２に保持された複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうち任意の被測定試料を挟持することが可能となっている。その結果、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを連続的に測定することが可能となっている。
【００７６】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、電極駆動部（離間駆動部）３５及び被被測定試料選択部３７によって、一対の電極３３、３４と被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）との相対的な位置関係を変更することができる。これらの相対的な位置関係が固定されている場合、被測定試料の大きさが大きい場合、被測定試料の大きさに合わせて電気特性測定装置を再び製造するか、被測定試料を破壊して小さくする必要がある。それに対して、本実施形態の電気特性測定装置１によれば、試料ホルダー３１を被測定試料４５ａの大きさに合わせて製造するだけで、様々な大きさの被測定試料４５ａを非破壊で測定することができる。
【００７７】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、一対の電極３３が被測定試料４５ａを挟持するように一対の電極３３を移動させる電極駆動部３５をさらに備えている。これにより、一対の電極３３によって容易に被測定試料４５ａを挟持することができる。
【００７８】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、被測定試料４５ａを覆うように設けられた内部静電遮蔽部（第１内部静電遮蔽部（ファラデーケージ３９））を備えている（図２、図３、及び、図１４参照）。これにより、測定の際に外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を低減させることが可能となっている。特に、ファラデーケージ３９は、被測定試料４５ａの２つの被挟持面である上面４５ａｕと下面４５ａｄを覆っている（図３、及び、図１４参照）。これにより、電気特性測定装置１の外部から被測定試料の２つの被挟持面に侵入する静電ノイズを低減させることができため、測定の際に外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を特に低減させることが可能となっている。
【００７９】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、一対の電極３３が任意の一つの被測定試料（被測定試料４５ａ）を挟持した状態において、被測定試料４５ａを覆うように設けられたファラデーケージ３９に加えて、ファラデーケージ３９を覆うように設けられた外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）を備えている（図３、図１４参照）。これにより、一対の電極３３に挟持された被測定試料４５ａは、ファラデーケージ３９とファラデーケージ７とによって二重に覆われる。その結果、外部から電気特性測定装置１内部に侵入する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、被測定試料４５ａの温度を変化させる温度調整部として、コイル４１並びにコイル４２（加熱部）、及び、冷却装置１９（冷却部）を備えている（図１、図２、図３、図１２、及び、図１４参照）。これにより、熱刺激電流特性といった被測定試料４５ａの温度を変化させることが必要な電気特性測定を行うことが可能となっている。
【００８１】
また、本実施形態の電気特性測定装置１は、被測定試料４５ａに流れる電流を測定する電流計５５と、電流計５５及びファラデーケージ３９を覆うように設けられた外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）と備えている（図３、図９、及び、図１４参照）。これにより、測定の際に外部から電気特性測定装置１内に侵入する静電ノイズによって、電流計５５の測定値に誤差が生じることを低減させることが可能となっているため、熱刺激電流特性といった被測定試料４５ａに流れる微小電流を測定する必要のある電気特性の測定が可能となっている。
【００８２】
また、本実施形態の電気特性測定装置は、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうち、一対の電極３３が挟持する任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）以外の被測定試料のいずれか（例えば、被測定試料４５ｂ）を覆い、かつ、ファラデーケージ７によって覆われる第２内部静電遮蔽部（ファラデーケージ４０）を備えている（図２、図１２、及び、図１４参照）。これにより、一対の電極３３が挟持する被測定試料４５ａについての電気特性の測定と並行して、ファラデーケージ４０に覆われた被測定試料４５ｂについて、外部から被測定資料４５ｂに静電ノイズが侵入することを防止しながら、測定に先立つ前処理を行うことができる（図１３参照）。その結果、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆについてそれぞれ前処理が必要な電気特性の測定を行う場合に、測定に必要な時間を短縮することができる。
【００８３】
また、上述のような本実施形態の電気特性測定方法は、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）と一対の電極３３とを対向させる対向工程Ｓ３−１と、内部静電遮蔽部（第１内部静電遮蔽部（ファラデーケージ３９））と、内部静電遮蔽部を覆う外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）とによって一つの被測定試料４５ａを覆う遮蔽工程Ｓ３−３と、対向工程Ｓ３−１の後に、一対の電極３３によって一つの被測定試料４５ａを挟持する挟持工程Ｓ３−５と、遮蔽工程Ｓ３−３及び挟持工程Ｓ３−５の後に、内部静電遮蔽部と、外部静電遮蔽部とによって覆われた一つの被測定試料４５ａの電気特性を測定する測定工程Ｓ３−９と、測定工程Ｓ３−９の後に、一つの被測定試料４５ａに代えて、他の被測定試料４５ｂについて対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、及び、測定工程Ｓ３−９を行う繰り返し工程Ｓ５とを備えている（図１０、図１１、及び、図１３参照）。
【００８４】
これにより、一対の電極３３が複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうちの一つの被測定試料４５ａを挟持する状態から、一対の電極３３が他の被測定試料４５ｂを挟持する状態に変化させることができる。その結果、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを測定する場合であっても、１回の測定ごとに被測定試料を交換する作業が不要となるため、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆを連続的に測定することが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態の電気特性測定方法によれば、測定の際、被測定試料４５ａはファラデーケージ３９とファラデーケージ７とによって二重に覆われている。これにより、測定中に被測定試料４５ａに到達する静電ノイズは有効に低減されるため、外部から被測定試料４５ａに到達する静電ノイズに起因する測定誤差を有効に低減することが可能となっている。
【００８６】
また、本実施形態の電気特性測定方法では、測定工程Ｓ３−９の前に、離間工程Ｓ３−７を行っている（図１３参照）。これにより、測定の際、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させることができため、試料ホルダー３１が測定試料４５ａに対して電気的な影響を与えることを抑制することができる。その結果、試料ホルダー３１の存在に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００８７】
本発明は上述の実施形態に限られず、様々な変形態様が可能である。
【００８８】
例えば、上述の実施形態では、試料ホルダー３１は円板形状をなしているが、このような形状に限られない。図１５は、変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の平面図であり、図１６は、変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の断面図である。
【００８９】
図１５及び図１６に示すように、試料ホルダー１３１は、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、Ｘ軸方向を延び方向とする平板状をなしていてもよい。試料ホルダー１３９は、Ｘ軸方向に沿って設けられた複数の試料保持部３２を有している。このような試料ホルダー１３９としては、例えば、ベルトコンベアを挙げることができる。試料ホルダー１３９には、被測定試料選択部１３７が設けられており、被測定試料選択部１３７によって試料ホルダー１３９をＸ軸に沿った方向に移動させることができる。即ち、被測定試料選択部１３７によって試料ホルダー１３９と一対の電極３３との相対位置を変化させることができる。これにより、複数の被測定試料４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆのうち、任意の一つと電極３３とを対向させることが可能となっている。被測定試料選択部１３７として、例えばモーターを用いることができる。
【００９０】
また、この場合、本体部３は、第１内部静電遮蔽部（内部静電遮蔽部）としてのファラデーケージ１３９と、第２内部静電遮蔽部としてのファラデーケージ１４０とを備えている。ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０は、上述のファラデーケージ３９及びファラデーケージ４０と同様の材質からなり、同様の機能及び目的を有するが、形状が異なる。ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０は、いずれも中空の直方体形状をなしている。具体的には、ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０、矩形の平板状の上面１３９ｕ、１４０ｕと、矩形の平板状の下面１３９ｄ、１４０ｄと、上面１３９ｕ、１４０ｕ及び平板状の下面１３９ｄ、１４０ｄを接続する４つの側面１３９ａ、１４０ａとを有する。また、ファラデーケージ１３９及びファラデーケージ１４０は、４つの側面１３９ａ、１４０ａのうちＸ軸と交差する面に切り欠き部１３９ｇ及び１４０ｇをそれぞれ有する。これにより、試料ホルダー１３９をＸ軸に沿った方向に移動させる際、試料ホルダーは、切り欠き部１３９ｇ及び１４０ｇ内を移動することが可能となっている。
【００９１】
また、上述の実施形態では、前処理離間工程Ｓ１−７及び離間工程Ｓ３−７において、一対の電極３３、３４と試料ホルダー３１とを離間しているが（図１１、図１３参照）、前処理離間工程Ｓ１−７及び／又は離間工程Ｓ３−７は省略可能である。前処理離間工程Ｓ１−７を省略した場合、加熱及び電圧印加工程Ｓ１−９は、図１２（ｂ）に示すように、一対の電極３４と試料ホルダー３１とが接触した状態のまま行われる。同様に、離間工程Ｓ３−７を省略した場合、測定工程Ｓ３−９は、図１４（ｂ）に示すように、一対の電極３３と試料ホルダー３１とが接触した状態のまま行われる。
【００９２】
また、上述の実施形態では、被測定試料４５ａの熱刺激電流特性を測定する場合について説明したが、他の電気特性、例えば、誘電率、電気抵抗、及び、移動度等を測定することもでき、これによって残留応力、融点、及び、ガラス転移温度等を測定することができる。この場合、計測制御部５は、測定する電気特性の種類に応じて適切な計測器や電源等を有する。
【００９３】
また、上述の実施形態では、被測定試料４５ａに流れる電流を測定する電流計５５は、外部静電遮蔽部（ファラデーケージ７）内に設けられているが（（図３、図９、及び、図１４参照）、電流計５５は、外部静電遮蔽部の外側に設けられていてもよい。
【００９４】
また、上述の実施形態では、測定試料４５ａの温度を変化させる温度調整部として、コイル４１並びにコイル４２（加熱部）、及び、冷却装置１９（冷却部）を備えているが（図２、図３、図１２、及び、図１４参照）、被測定試料４５ａを加熱する必要が無い場合には、電気特性測定装置１はコイル４１及びコイル４２を備えていなくてもよく、また、被測定試料４５ａを冷却する必要が無い場合には、電気特性測定装置１は、冷却装置１９を備えていなくてもよい。
【００９５】
また、上述の実施形態では、電気特性測定装置１は、第２内部静電遮蔽部としてファラデーケージ４０を備えているが、前処理工程Ｓ１を行う際、被測定試料４５ａを第２内部静電遮蔽部内に設ける必要が無い場合、電気特性測定装置１はファラデーケージ４０を備えていなくてもよい。
【００９６】
また、上述の実施形態では、前処理工程Ｓ１を行う際、被測定試料４５ａをファラデーケージ４０内に設けているが（図２、図１２、及び、図１４参照）、測定工程Ｓ３と同様に、前処理工程Ｓ１もファラデーケージ３９内で行ってもよい。この場合、前処理対向工程Ｓ１−１においては、任意の一つの被測定試料（例えば、被測定試料４５ａ）と、一対の電極３３とを対向させることになり、戻し工程Ｓ１−１３、対向工程Ｓ３−１、遮蔽工程Ｓ３−３、挟持工程Ｓ３−５、及び、離間工程Ｓ３−７は省略可能である。
【００９７】
また、上述の実施形態では、前処理対向工程Ｓ１−１及び対向工程Ｓ３−１において、被測定試料選択部３７（図３、図８参照）によって試料ホルダー３１を移動（回転）させて、被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させている。しかし、被測定試料選択部は、試料ホルダー３１と一対の電極３３、３４の少なくとも一方を移動させ、これらの相対位置を変化させることによって、被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させる部材であればよい。例えば、一対の電極３３、３４に対して、これらをＸＹ平面に沿って移動させる部材を設けることができる。この部材のみで被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させる場合、この部材が被測定試料選択部となる。また、この部材と上述の実施形態における被測定試料選択部３７の双方によって被測定試料４５ａと一対の電極３３、３４とを対向させる場合、この部材と被測定試料選択部３７の双方が、新たに被測定試料選択部となる。この部材は、一対の電極駆動部３５、３６が兼ねることが可能であるが、一対の電極駆動部３５、３６と別体であってもよい。
【００９８】
また、上述の実施形態では、前処理離間工程Ｓ１−７及び離間工程Ｓ３−７において、一対の電極駆動部３５、３６は、離間駆動部としても機能し、これらによって一対の電極３３、３４をそれぞれＺ軸の正方向に動かすことにより、一対の電極３３、３４が被測定試料４５ａを挟持した状態のまま被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させている。しかし、電極駆動部３５、３６と離間駆動部とを別体とし、電極駆動部３５、３６と離間駆動部とがそれぞれ一対の電極３３、３４に接続されていてもよい。
【００９９】
また、離間駆動部は、一対の電極３３，３４に接続されていなくてもよく、料ホルダー３１と一対の電極３３、３４の少なくとも一方を移動させ、これらの相対位置を変化させることによって、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる部材であればよい。例えば、試料ホルダー３１に対して、これらをＺ軸方向に移動させる部材を設けることができる。この部材のみで被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる場合、この部材が離間駆動部となる。また、この部材と上述の実施形態における一対の電極駆動部３５、３６の双方によって被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させる場合、この部材と一対の電極駆動部３５、３６の双方が、離間駆動部となる。この部材は、被測定試料選択部３７が兼ねることが可能であるが、被測定試料選択部３７と別体であってもよい。
【０１００】
また、上述の実施形態では、前処理対向工程Ｓ１−１と前処理遮蔽工程Ｓ１−３は同時に行われ、また、対向工程Ｓ３−１と第１遮蔽工程Ｓ３−３は同時に行われているが、これらを別々に行うこともできる。例えば、ファラデーケージ３９が試料ホルダー３１に対して移動可能となっている場合、対向工程Ｓ３−１の後にファラデーケージ３９を移動させることにより遮蔽工程Ｓ３−３を行うことができる。同様に、ファラデーケージ４０が試料ホルダー３１に対して移動可能となっている場合、前処理対向工程Ｓ１−１の後にファラデーケージ４０を移動させることにより前処理遮蔽工程Ｓ１−３を行うことができる。
【０１０１】
また、上述の実施形態では、前処理挟持工程Ｓ１−５の後に前処理離間工程Ｓ１−７を行い、また、挟持工程Ｓ３−５の後に離間工程Ｓ３−７に行っているが、これらの工程は、逆の順序で行ってもよい。この場合、前処理離間工程Ｓ１−７及び離間工程Ｓ３−７においては、例えば、電極駆動部３５、３６によって一対の電極３３、３４のうち被測定試料４５ａの下方にある電極のみを上方に移動させることにより、被測定試料４５ａの下面４５ａｄを接触させると共に、被測定試料４５ａと試料ホルダー３１とを離間させればよい（図１２、図１４参照）。そして、前処理挟持工程Ｓ１−５及び挟持工程Ｓ３−５においては、例えば、電極駆動部３５、３６によってその電極をさらに上方に移動させることにより、被測定試料４５ａの上面４５ａｕと、被測定試料４５ａの上方にある電極とを接触させ、一対の電極３３、３４によって被測定試料４５ａを挟持すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施形態に係る電気特性測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】本体部の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った本体部の断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったファラデーケージの断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿ったファラデーケージの断面図である。
【図６】図２におけるファラデーケージを省略して示す本体部の平面図である。
【図７】図６に対応して循環配管の変形例を示す本体部の平面図である。
【図８】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った本体部の断面図である。
【図９】計測制御部、本体部、及び、演算制御部に関する回路構成を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る電気特性測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】前処理工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１２】前処理工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【図１３】測定工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】測定工程で行う一連の工程を説明するための本体部の一部の断面図である。
【図１５】変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の平面図である。
【図１６】変形例に係る試料ホルダーを備える本体部の断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・電気特性測定装置、３・・・本体部、５・・・計測制御部、７・・・外部静電遮蔽部としてのファラデーケージ、１９・・・温度調停部（冷却部）、３１・・・試料ホルダー、３３・・・一対の電極、３４・・・一対の電極、３５・・・電極駆動部（離間駆動部）、３６・・・電極駆動部（離間駆動部）、３７・・・被測定試料選択部、３９・・・第１内部静電遮蔽部（内部静電遮蔽部、ファラデーケージ）、４０・・・第２内部静電遮蔽部（ファラデーケージ）、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ・・・被測定試料、４５аｕ・・・被測定試料の上面（被挟持面）、４５аｄ・・・被測定試料の下面（被挟持面）、５５・・・電流計、Ｓ３−１・・・対向工程、Ｓ３−３・・・遮蔽工程、Ｓ３−５・・・挟持工程、Ｓ３−７・・・離間工程、Ｓ３−９・・・測定工程、Ｓ５・・・繰り返し工程。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定装置であって、
前記複数の被測定試料をそれぞれ保持するための複数の試料保持部を有する試料ホルダーと、
前記複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料を挟持するための一対の電極と、
前記試料ホルダー及び前記一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、前記一対の電極が前記複数の被測定試料のうちの一つと対向する状態から、前記一対の電極が他の被測定試料と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部と、
前記一対の電極が前記任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、前記任意の一つの被測定試料を覆うように設けられた第１内部静電遮蔽部と、
前記第１内部静電遮蔽部を覆うように設けられた外部静電遮蔽部と、
を備える、電気特性測定装置。
【請求項２】
前記一対の電極が前記被測定試料を挟持するように前記一対の電極を移動させる電極駆動部をさらに備える請求項１に記載の電気特性測定装置。
【請求項３】
前記第１内部静電遮蔽部は、前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料の２つの被挟持面を覆う、請求項１又は２に記載の電気特性測定装置。
【請求項４】
前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料の温度を変化させる温度調整部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項５】
前記複数の被測定試料のうち、前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料以外の被測定試料のいずれかを覆い、かつ、前記外部静電遮蔽部によって覆われる第２内部静電遮蔽部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項６】
前記外部静電遮蔽部によって覆われ、かつ、前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料に流れる電流を測定する電流計をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項７】
前記一対の電極が前記任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、前記試料ホルダー及び前記一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、前記任意の一つの被測定試料と前記試料ホルダーとを離間させる離間駆動部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項８】
複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定方法であって、
前記複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料と一対の電極とを対向させる対向工程と、
内部静電遮蔽部と、前記内部静電遮蔽部を覆う外部静電遮蔽部とによって前記一つの被測定試料を覆う遮蔽工程と、
前記対向工程の後に、前記一対の電極によって前記一つの被測定試料を挟持する挟持工程と、
前記遮蔽工程及び前記挟持工程の後に、前記内部静電遮蔽部と、前記外部静電遮蔽部とによって覆われた前記一つの被測定試料の電気特性を測定する測定工程と、
前記測定工程の後に、前記一つの被測定試料に代えて、他の被測定試料について前記対向工程、前記遮蔽工程、前記挟持工程、及び、前記測定工程を行う繰り返し工程と、
を備える、電気特性測定方法。
【請求項１】
複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定装置であって、
前記複数の被測定試料をそれぞれ保持するための複数の試料保持部を有する試料ホルダーと、
前記複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料を挟持するための一対の電極と、
前記試料ホルダー及び前記一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、前記一対の電極が前記複数の被測定試料のうちの一つと対向する状態から、前記一対の電極が他の被測定試料と対向する状態に変化させるための被測定試料選択部と、
前記一対の電極が前記任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、前記任意の一つの被測定試料を覆うように設けられた第１内部静電遮蔽部と、
前記第１内部静電遮蔽部を覆うように設けられた外部静電遮蔽部と、
を備える、電気特性測定装置。
【請求項２】
前記一対の電極が前記被測定試料を挟持するように前記一対の電極を移動させる電極駆動部をさらに備える請求項１に記載の電気特性測定装置。
【請求項３】
前記第１内部静電遮蔽部は、前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料の２つの被挟持面を覆う、請求項１又は２に記載の電気特性測定装置。
【請求項４】
前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料の温度を変化させる温度調整部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項５】
前記複数の被測定試料のうち、前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料以外の被測定試料のいずれかを覆い、かつ、前記外部静電遮蔽部によって覆われる第２内部静電遮蔽部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項６】
前記外部静電遮蔽部によって覆われ、かつ、前記一対の電極が挟持する前記任意の一つの被測定試料に流れる電流を測定する電流計をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項７】
前記一対の電極が前記任意の一つの被測定試料を挟持した状態において、前記試料ホルダー及び前記一対の電極の少なくとも一方を移動させることにより、前記任意の一つの被測定試料と前記試料ホルダーとを離間させる離間駆動部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気特性測定装置。
【請求項８】
複数の被測定試料の電気特性を測定する電気特性測定方法であって、
前記複数の被測定試料のうちの任意の一つの被測定試料と一対の電極とを対向させる対向工程と、
内部静電遮蔽部と、前記内部静電遮蔽部を覆う外部静電遮蔽部とによって前記一つの被測定試料を覆う遮蔽工程と、
前記対向工程の後に、前記一対の電極によって前記一つの被測定試料を挟持する挟持工程と、
前記遮蔽工程及び前記挟持工程の後に、前記内部静電遮蔽部と、前記外部静電遮蔽部とによって覆われた前記一つの被測定試料の電気特性を測定する測定工程と、
前記測定工程の後に、前記一つの被測定試料に代えて、他の被測定試料について前記対向工程、前記遮蔽工程、前記挟持工程、及び、前記測定工程を行う繰り返し工程と、
を備える、電気特性測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１１２８３８（Ｐ２０１０−１１２８３８Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８５８１６（Ｐ２００８−２８５８１６）
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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