JP2001027627A

JP2001027627A - 光走査型二次元濃度分布測定装置

Info

Publication number: JP2001027627A
Application number: JP11200692A
Authority: JP
Inventors: Shuji Takamatsu; 修司高松; Satoshi Nomura; 聡野村; Motoi Nakao; 基中尾
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】複数あるセンサカセットから一つのセンサカ
セットを特定できるようにしたり、センサカセットのセ
ンサカセット部への装着時において生ずる位置ずれを補
正することにより、コストアップさせることなく所望の
測定を行うことができる光走査型二次元濃度分布測定装
置を提供すること。【解決手段】測定装置本体内に設けられたセンサカセ
ット受け部１４に対して、半導体基板２７の上面にセン
サ面２９を有するセンサ２６を組み込んだセンサカセッ
ト３を着脱自在にセットし、このセットされたセンサカ
セット３の半導体基板２７に対して光６８を二次元的に
走査しながら照射するように構成された光走査型二次元
濃度分布測定装置において、前記センサカセット３にお
ける半導体基板２７の結晶欠陥の分布状況を予め記録し
ておき、センサカセット３のセンサカセット受け部１４
への装着時において生ずる位置ずれを、前記記録された
分布状況に基づいて補正するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶液などの試料
におけるイオン濃度などを二次元的に測定することがで
きる光走査型二次元濃度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液体中あるいは物質中にしみこん
だ液体中に溶存している物質（イオンなど）の濃度を二
次元的に計測する装置の研究・開発が行われ、この二次
元分布の計測を行う手法の一つに、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈ
ｔ−ＡｄｄｒｅｓｓａｂｌｅＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒ
ｉｃＳｅｎｓｏｒ）センサからなる電気化学画像計測
装置がある。このような装置は、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ
Ｌ３９４−Ｌ３９７に記載してあるように、イオンなど
に感応するセンサ面を形成した半導体基板を適宜の光で
スキャンし、このスキャンによって、半導体基板中に誘
発された光電流を取り出すことにより測定を行うことが
できる。

【０００３】前記装置のセンサ部を直接計測したい対象
物質に挿入したり接触させることによって溶存物質の濃
度分布を測定する。得られたデータはコンピュータ処理
により、二次元または三次元の濃度分布画像として出力
される。ある時間での濃度分布のみならず、その変化の
様子をリアルタイムに追跡することができる。リアルタ
イムに得られた画像を、目視、ＣＣＤカメラなどによっ
て得られた電磁波画像と容易に比較できる。

【０００４】そして、この出願の出願人は、上記光走査
型二次元濃度分布測定装置およびこれに関連した技術を
主題とする発明を、特願平７−３９１１４号（特開平８
−２１３５８０号）を始めとして数多く特許出願してい
るところである。

【０００５】ところで、上記光走査型二次元濃度分布測
定装置は、その全体構造は実験室レベルのものであり、
例えば、半導体基板の上面にセンサ面を有してなるセン
サは、これを保持する受け部と一体的な構造であり、セ
ンサを必要に応じて交換することはできなかった。ま
た、信号取り出し部においてはリード線を単に接続する
方式を採用していたので、接触抵抗の大きさが安定せ
ず、安定した信号を得られないことがあり、測定に支障
を来すことがあった。

【０００６】上述の課題を解決するものとして、本願出
願人は、平成９年７月１０日付けで、「光走査型二次元
濃度分布測定装置」を特許出願している。図１〜図６
は、前記特許出願に係る光走査型二次元濃度分布測定装
置の構成を概略的に示すものである。

【０００７】まず、図１において、１は測定装置本体
で、そのケース２の前面にはセンサカセット３（その構
成については後で詳しく説明する）を出し入れするため
のカセット挿抜口４が開設され、このカセット挿抜口４
は、センサカセット３を保持したオペレータ（測定員）
の手が入る程度の大きさを有し、これを開閉するための
扉５が設けられている。この扉５は、後述するように、
レーザ光を用いるところからこれが外部に漏洩しないよ
うに構成されるとともに、ボタン６を操作することによ
り例えば上下方向に移動してカセット挿抜口４を開また
は閉状態にするように構成されている。そして、７ａは
ケース２の上部からその下方を、ケース２内の所定の位
置にセットされたセンサカセット３に臨むようにして設
けられた光学顕微鏡であり、７ｂはビデオカメラなどの
観察画像入力装置である。

【０００８】８は前記測定装置本体１を制御するととも
に、これから送られてくる信号を処理し、その結果を表
示したり、記録する制御・画像処理装置で、例えば画像
処理機能を有するコンピュータである。このコンピュー
タ８は、制御や各種の演算などの処理を行うとともにデ
ータや処理結果を記憶する本体装置９、例えばカラーデ
ィスレイよりなる表示装置１０、入力キーボード１１、
マウス１２などよりなり、測定装置本体１とは信号ケー
ブル１３によって接続されている。

【０００９】前記測定装置本体１の構成について、図２
〜図６を参照しながら説明する。図２は、この発明の光
走査型二次元濃度分布測定装置の要部を示す斜視図で、
この図２において、１４はセンサカセット３を着脱自在
にセットすることができるセンサカセット受け部、１５
はこのセンサカセット受け部１４にセットされたセンサ
カセット３の信号取り出し用電極（後述する）に対して
接離自在に設けられるコンタクトプローブ部である。こ
れらセンサカセット受け部１４およびコンタクトプロー
ブ部１５は、測定装置本体１内に設けられる。

【００１０】まず、センサカセット３の構成について説
明すると、図２〜図４において、１６，１７は平面視が
方形のセンサホルダ、ホルダカバーで、これらの間に後
述するオーミックコンタクト３０、センサ２６およびパ
ッキン３３をこの順に重ねた順で挟持される（図３参
照）。

【００１１】そして、センサホルダ１６、ホルダカバー
１７はいずれも適宜厚さの絶縁材料、例えば合成樹脂よ
りなり、それらの平面視の外形寸法は互いに等しく、４
つのコーナーには斜めにカットされた部分１８，１９を
有するが、対応する一つのコーナー１８ａ，１９ａは、
他のコーナー１８，１９とは異なる形状に形成して、セ
ンサカセット３がセンサカセット受け部１４に対して誤
ってセットされるのを防止できるようにしてあるととも
に、それぞれの中央には同サイズの方形の貫通孔２０，
２１が設けられている。この貫通孔２０，２１は、後述
するセンサ２６よりやや小さい。

【００１２】そして、センサホルダ１６の貫通孔２０の
上端部周囲には、オーミックコンタクト３０、センサ２
６およびパッキン３３を保持するための座グリ面２０ａ
が形成され、ホルダカバー１７の貫通孔２１の下端側の
周囲には前記座グリ面２０ａに対応するようにして突平
面２１ａが形成されている（図３参照）。

【００１３】また、センサホルダ１６には、貫通孔２０
の外側にねじ２２を螺着するための４つのねじ孔２３が
等配置的に形成されるとともに、一方、ホルダカバー１
７には、前記ねじ孔２３に対応する位置にねじ２２を挿
通させるための孔２４が開設されているとともに、貫通
孔２１の一辺側に２つの溝２５が適宜の間隔をおいて並
設されている。

【００１４】２６は平面視が方形のセンサで、外形が座
グリ面２０ａおよび突平面２１ａの形状および寸法にほ
ぼ合致するように形成されている。このセンサ２６は、
図６に示すように、測定分解能より小さい厚みを有する
（例えば１００μｍ以下）シリコン基板２７の上面にＳ
ｉＯ₂層２８、センサ面としてのＳｉ₃Ｎ₄層２９を熱
酸化、ＣＶＤなどの手法によって順次形成してなるもの
で、水素イオンに応答するように形成されている。

【００１５】３０はセンサ２６のシリコン基板２７に当
接するように設けられる電流信号取出し用の平面視方形
のオーミックコンタクトで、外形が貫通孔２０，２１の
形状および寸法にほぼ合致し、中央に座グリ面２０ａ、
突平面２１ａの形状および寸法に合致する孔３２を有す
るとともに、その周囲の適宜箇所から作用極となる突片
３２を備えている。このオーミックコンタクト３０は、
適宜厚の銀または白金などの金属板を例えば抜き加工に
よって形成される。。そして、突片３２は、短冊状部分
を両端を互いに異なる方向に互いに平行になるように曲
げてなるもので、すなわち、オーミックコンタクト３０
に連なり、これの上方に直角に折曲された部分３２ａ
と、この部分３２ａに連なり、これから水平に折曲され
た部分３２ｂと、これに連なり、これの上方に直角に折
曲された部分３２ｃとからなる。

【００１６】３３は平面視が方形の例えばシリコンゴム
よりなるパッキンで、外形が座グリ面２０ａ、突平面２
１ａの形状にほぼ合致し、中央に貫通孔２０，２１の形
状および寸法に合致する孔３４を有している。

【００１７】そして、図２〜図４において、３５，３６
は対極、参照極で、ホルダカバー１７の貫通孔２１の一
辺側に形成された２つの溝２５に装着できるようにコ字
状に形成されている。すなわち、対極３５、参照極３６
はともにオーミックコンタクト３０と同様の素材、すな
わち、適宜厚の銀または白金などの金属板よりなり、短
冊状に形成したプレートの両端を同方向に平行となるよ
うに折曲されている。そして、対極３５，３６は、その
一方の折り曲げ部３５ａ，３６ａを貫通孔２１を形成す
る内壁の一部に沿うようにし、水平部３５ｂ，３６ｂを
溝２５の上面に当接させ、さらに、他方の折り曲げ部３
５ｃ，３６ｃをホルダカバー１７の外面に沿うようにし
て溝２５にそれぞれ装着される。なお、折り曲げ部３５
ｃ，３６ｃの外面には、後述するコンタクトプローブと
の接触抵抗を低減するために、例えば金めっきが施され
ている。さらに、試料と接触する部分３６ａはバイアス
電圧の安定印加のために塩化銀などがコートされてい
る。

【００１８】３７は前記対極３５、参照極３６を、溝２
５に装着した状態でこれらを固定するための電極押さえ
で、合成樹脂など絶縁性素材よりなり、溝２５に嵌合
し、対極３５、参照極３６を強固に固定できるように構
成されている。

【００１９】上記センサカセット３を組み立てるには、
センサホルダ１６の座グリ面２０ａに、オーミックコン
タクト３０、センサ２６およびパッキン３３をこの順に
重ねた後、ホルダカバー１７をセンサホルダ１６の上面
から被せてねじ２２で締めつけることによりセンサ２６
が水密に保持される。そして、対極３５、参照極３６を
ホルダカバー１７に形成された溝２５に装着し、電極押
さえ３７で対極３５、参照極３６を固定する。これによ
って、センサ２６の上面にセル３８を有するセンサカセ
ット３が形成される（図２および図３参照）。

【００２０】次に、上記構成のセンサカセット３を保持
するためのセンサカセット受け部１４の構成について、
図２、図５および図６を参照しながら説明すると、セン
サカセット受け部１４は、図５に示すように、ＸＹステ
ージ３９の一部として形成されている。そして、このＸ
Ｙステージ３９には、コンタクトプローブ部１５および
これを水平方向に直線的に前進また後退するように移動
させる移動機構４４（後述する）が搭載されており、走
査制御装置４０（図６参照）からの信号によって制御さ
れ、二次元方向に移動できるように構成されている。な
お、図６においては、ＸＹステージ３９のうちのセンサ
カセット受け部１４のみ示している。

【００２１】そして、センサカセット受け部１４には、
図２に示すように、その上面にセンサカセット３を装着
保持させるため、センサカセット３の外形よりやや大き
く、所定の深さの凹部４１が形成されているとともに、
センサホルダ１６およびホルダカバー１７にそれぞれ形
成された誤セット防止部１８ａ，１９ａに対応する誤セ
ット防止部４２が形成されている。そして、凹部４１の
ほぼ中央には、センサ２６の全面に対応する大きさの貫
通孔４３が形成されている。

【００２２】次に、コンタクトプローブ部１５およびこ
れを水平方向に直線的に往復動させるプローブ駆動機構
４４の構成について、図２、図５および図６を参照しな
がら説明する。図５および図６において、４５は合成樹
脂など絶縁性素材よりなるコンタクトプローブカートリ
ッジで、センサカセット３に設けられた対極３５、参照
極３６および作用極３２の接触部３５ｃ，３６ｃ，３２
ｃとそれぞれ適宜の接触圧でもって接触できるように取
り付けられたコンタクトプローブ４６，４７，４８と、
これらに接続され、それぞれに対応するレセプタクルを
有するコネクタ４９とからなる。

【００２３】５０はコネクタ４９に挿抜自在に接続され
るプラグで、このプラグ５０にはケーブル５１，５２，
５３が接続され、これらのケーブル５１，５２，５３の
他端側は、後述する制御ボックス６９（図６参照）に接
続される。より詳しくは、対極３５、参照極３６にそれ
ぞれ対応するケーブル５１，５２は、制御ボックス６８
におけるポテンショスタット７０に接続され、オーミッ
クコンタクト３０に連なる作用極３２に対応するケーブ
ル５３は、制御ボックス６９における電流−電圧変換器
７１および演算増幅回路７２を介してポテンショスタッ
ト７０に接続される。

【００２４】前記コンタクトプローブカートリッジ４５
を含むコンタクトプローブ部１５は、図６に示すよう
に、一対のガイド部材５４に沿って矢印Ａ，Ｂ方向に直
線的に往復動するスライドベース５５に例えばねじ止め
によって固定されている。

【００２５】そして、スライドベース５５を直線的に前
進または後退させる移動機構４４は、図５に示すよう
に、例えばステッピングモータ５６の出力軸５７と、ス
ライドベース５５との間に回転運動を直線運動に変換す
る運動変換機構５８を設けている。すなわち、この運動
変換機構５８は、例えば前記出力軸５７に固着されるク
ランク用円盤５９と、この円盤５９の偏心した位置に立
設されるピン６０と、この偏心ピン６０とスライドベー
ス５５の立設部材６１に設けられたブラケット６２に立
設されたピン６３との間を連結する連杆６４とから構成
されている。

【００２６】そして、図５に示す状態において、例えば
測定装置本体１に設けられた測定開始スイッチ６５ａを
操作してステッピングモータ５６を所定方向に回転させ
ると、その回転運動が運動変換機構５８を介して直線運
動に変換され、スライドベース５５を矢印Ａ方向に直線
的に移動させる。これによって、スライドベース５５上
に設けられているコンタクトプローブカートリッジ４５
がセンサカセット受け部１４方向に移動し、コンタクト
プローブカートリッジ４５に設けられたコンタクトプロ
ーブ４６，４７，４８がセンサカセット受け部１４にセ
ットされているセンサカセット３側の対極３５、参照極
３６、作用極３２の接触部３５ｃ，３６ｃ，３２ｃにそ
れぞれ所定の接触圧をもって当接し、その状態を維持す
る。つまり、測定可能状態となり、測定を開始する。

【００２７】また、前記測定可能状態において、測定装
置本体１に設けられた測定終了スイッチ６５ｂを操作し
てステッピングモータ５６を前記所定方向と逆方向に回
転させると、スライドベース５５が矢印Ｂ方向に移動
し、コンタクトプローブ４６，４７，４８が接触部３５
ｃ，３６ｃ，３２ｃから離れ、図５に示す解除状態に復
帰する。なお、６６ａ、６６ｂはそれぞれ、上記測定可
能状態または解除状態をそれぞれ維持するためのスライ
ドベース５５の位置検出装置である。上記動作は、測定
スタート／ストップに応じて、コンピュータ８によって
自動制御するようにしてあってもよい。

【００２８】そして、図６において、６７はセンサカセ
ット受け部１４にセットされたセンサカセット３のセン
サ２６のシリコン基板２７に対してレーザ光６８を照射
するためのレーザ光源で、ＸＹステージ３９の下方に設
けられており、後述するインタフェースボード７２を介
してコンピュータ８の制御信号によって断続光を発する
とともに、ＸＹステージ３９によって二次元方向に走査
されるセンサ２６のシリコン基板２７に対して最適なビ
ーム径になるように調整されたレーザ光６８を照射する
ものである。

【００２９】６９は測定装置本体１に設けられる制御ボ
ックスであって、シリコン基板２７に適宜のバイアス電
圧を印加するためのポテンショスタット７０、シリコン
基板２７に形成されたオーミックコンタクト３０に連な
る作用極３２から取り出される電流信号を電圧信号に変
換する電流−電圧変換器７１、この電流−電圧変換器７
１からの信号が入力される演算増幅回路７２、この演算
増幅回路７２と信号を授受したり、走査制御装置４０や
レーザ光源６７に対する制御信号を出力するインタフェ
ースボード７３などよりなる。

【００３０】上記構成の光走査型二次元濃度分布測定装
置を用いて、溶液の水素イオン濃度（ｐＨ）を測定する
場合について説明すると、図２および図３に示すように
組み立てられたセンサカセット３のセル３８内に溶液を
入れる。これにより、センサ２６のセンサ面２９に溶液
が接するとともに、溶液が対極３５および参照極３６と
接触する。

【００３１】次に、測定装置本体１のカセット挿抜口４
の扉５を開いて、上記溶液を収容したセンサカセット３
を測定装置本体１内のセンサカセット受け部１４にセッ
トする。これらの操作はオペレータ（測定員）が手動で
行う。この場合、センサカセット３の外周にセンサカセ
ット受け部１４に対する誤セット防止部１８ａ，１９ａ
が形成してあるので、カセット挿抜口４に挿入する前に
予めセンサカセット３の向きを確認することができる。

【００３２】上述のようにしてセンサカセット受け部１
４にセンサカセット３をセットした後、カセット挿抜口
４の扉５を閉じる。この状態においては、測定装置本体
１内は、図５に示すような状態、すなわち、コンタクト
プローブ４６，４７，４８がセンサカセット３の対極３
５、参照極３６、作用極３２の接触部３５ｃ，３６ｃ，
３２ｃから離れた解除状態である。そこで、ボタン６５
ａを操作することにより、スライドベース５５が矢印Ａ
方向に所定距離だけ移動し、コンタクトプローブ４６，
４７，４８がセンサカセット３の対極３５、参照極３
６、作用極３２の接触部３５ｃ，３６ｃ，３２ｃと所定
の接触圧をもってそれぞれ当接し、測定可能状態とな
る。

【００３３】前記状態において、シリコン基板２７に空
乏層が発生するように、ポテンショスタット７０からの
直流電圧を参照極３６とオーミックコンタクト３２との
間に印加して、シリコン基板２７に所定のバイアス電圧
を印加する。この状態でシリコン基板２７に対してレー
ザ光６８を一定周期（例えば、５ｋＨｚ）で断続的に照
射することによってシリコン基板２７に交流光電流を発
生させる。このレーザ光６８の断続照射は、コンピュー
タ８の制御信号がインタフェースボード７３を介して入
力されることによって行われる。前記光電流は、シリコ
ン基板２７の照射点に対向する点で、センサ２６に接し
ている溶液におけるｐＨを反映した値であり、その値を
測定することにより、この部分でのｐＨ値を知ることが
できる。

【００３４】そして、走査制御装置４０によって、ＸＹ
テーブル３９をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、シ
リコン基板２７にはレーザ光６８が二次元方向に走査さ
れるようにして照射され、溶液における位置信号（Ｘ，
Ｙ）と、その場所で観測された交流光電流値により、表
示装置１０の画面上にｐＨを表す二次元画像が表示され
る。

【００３５】上述のように、この発明の光走査型二次元
濃度分布測定装置においては、測定部を、測定装置本体
１側のセンサカセット受け部１４およびコンタクトプロ
ーブ部１５と、測定装置本体１に対して着脱自在なセン
サカセット３とから構成しており、センサ２６がセンサ
カセット３に組み込まれているので、センサ２６を測定
装置本体１に対して容易に脱着することができる。そし
て、センサ２６を保持するセンサカセット３の構造が簡
単であるため、センサ２６に故障が生じた場合にもその
点検や交換を容易に行えるとともに、センサ回りの部品
を再利用することが可能になり、所謂環境に優しい構成
となっている。

【００３６】そして、信号の取り出しを、センサカセッ
ト３に対して接離自在なコンタクトプローブ部１５によ
って行うようにしているので、信号を安定して取り出す
ことができ、安定な測定を行うことができる。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
走査型二次元濃度分布測定装置においては、測定装置本
体１に設けられたセンサカセット受け部１４に対してセ
ンサカセット３を着脱するものであり、センサカセット
受け部１４にはセンサカセット３を載置したとき、多少
のスペース的余裕があるため、測定の都度、センサカセ
ット受け部１４に対してセンサカセット３を脱着した場
合、センサカセット３のセット位置が多少ずれる。つま
り、センサ２６の位置がずれる。このように、センサ２
６の位置がずれると、測定データに悪影響が及ぼされる
こととなる。

【００３８】上記センサカセット受け部１４に対するセ
ンサカセット３のセット位置のずれを可及的に小さくす
る手段として、センサカセット３およびセンサカセット
受け部１４の加工精度を上げたり、走査装置の機械精度
を分解能以上にすることが考えられるが、このような手
法では、コストアップとなるとともに、画像処理がうま
く行かなくなることがあった。

【００３９】また、上記センサカセット３は、通常、複
数個用意し、それらのうちの一つを選んでセンサカセッ
ト受け部１４に設けるようにしているが、この場合、セ
ンサカセット３の特定を簡単かつ確実に行う必要があ
る。

【００４０】ところで、前記シリコン基板２７として
は、現在のところ、ＣＺ法によるシリコンウェーハが使
われている。ところが、ＣＺ法により単結晶シリコンの
インゴットをシリコン融液から引き上げる際、微妙な温
度差などによって、結晶の成長速度などが変わり、その
ため各種の結晶欠陥が生ずる。ここでいう結晶欠陥と
は、無転位成長におけるもののことである。シリコン中
に混入される酸素、炭素や添加不純物は、インゴット成
長条件（対流による融液温度勾配、種結晶回転速度、る
つぼ回転速度など）によって偏析し、それによって欠陥
が生じることが分かっている。その一つがストライエー
ション（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）と呼ばれる種結晶から三
次元的な同心円状にむらを生じさせる特異な結晶欠陥で
ある。

【００４１】上述のように、センサ２６を形成するため
のシリコン基板２７には、その製造工程において生ずる
結晶欠陥の存在が避けられないが、本願出願人は、この
結晶欠陥を検査する装置として、平成１０年１０月３０
日付けにて、「半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置」を
特許出願している（特願平１０−３１０５４９号）。以
下、この結晶欠陥検査装置を用いて結晶欠陥を検査する
方法について、簡単に説明する。

【００４２】上記結晶欠陥検査装置は、実質的には、図
１〜図６に示した光走査型二次元濃度分布測定装置と変
わるところはない。そして、結晶欠陥を検査する方法
は、次の通りである。まず、前記測定のときと同様に、
センサカセット受け部１４にセンサカセット３をセット
し、コンタクトプローブ４６，４７，４８をセンサカセ
ット３の対極３５、参照極３６、作用極３２の接触部３
５ｃ，３６ｃ，３２ｃと所定の接触圧をもってそれぞれ
当接させる。

【００４３】そして、センサカセット３のセル３８内に
電解質溶液を入れ、これに対極３５および参照極３６を
浸す。この状態で、シリコン基板２７に空乏層が発生す
るように、ポテンショスタット７０からの直流電圧を参
照極３６とオーミックコンタクト３２との間に印加し、
シリコン基板２７とセンサ２６のセンサ面２９との界面
の半導体層を反転状態にし、シリコン基板２７に最大幅
の空乏層を生じさせる。すなわち、例えば、シリコン基
板２７がｎ型シリコン基板であれば、シリコン基板２７
側に十分大きな正方向のバイアス電圧を印加して、前記
界面の半導体層を反転状態にするのである。

【００４４】前記半導体層を反転状態にした状態で、コ
ンピュータ８からの制御信号をインタフェースボード７
３を介してレーザ光源６７に入力し、レーザ光源６７か
ら、バンドギャップ（１．１ｅＶ）以上のエネルギーを
もつ変調レーザ光６８を一定周期（例えば１０ｋＨｚ）
でシリコン基板２７に断続的に照射する。このとき、シ
リコン基板２７の裏面側（図示例では下面側）において
生成された光キャリアは、シリコン基板２７の表面側
（上面側）の絶縁膜界面の空乏層まで拡散しなければ、
信号である交流光電流は流れない。

【００４５】そして、シリコン基板２７中に酸素や添加
不純物などに起因する結晶欠陥が存在すると、この結晶
欠陥で前記発生した光キャリアが消滅する。信号である
交流光電流は、空乏層に到達した光キャリアの数に比例
するので、交流光電流の二次元像を測定することで結晶
欠陥を検出することができる。

【００４６】そこで、コンピュータ８からの制御信号を
インタフェースボード７３を介して走査制御装置４０に
入力して、ＸＹステージ３９をＸ，Ｙ方向に移動させる
ことにより、レーザ光６８がシリコン基板２７に対して
その二次元方向に走査されるように照射され、これによ
って光電流が発生する。この光電流は、オーミックコン
タクト３０から取り出され、この取り出された光電流値
は、制御ボックス６９の電流−電圧変換器７１において
電圧値に変換される。そして、この電圧値は適宜同期整
流され、振幅が抽出される。

【００４７】そして、前記ＸＹステージ３９のＸ，Ｙ方
向の走査に関して、各々のポジションに対応する、ある
時間での電圧振幅値を順次、コンピュータ８に取り込
む。例えば１２ビットでデータを取り込むのであれば、
信号電圧０〜１Ｖを０〜４０９６までの値に当てはめ
る。そして、設定された個数（画素数）のデータをコン
ピュータ８のＲＡＭ領域に蓄積する。全てのデータが取
り込まれると、そのデータ配列のままＲＯＭに取り込
み、ファイルとする。

【００４８】前記ファイルをコンピュータ８に格納され
ている画像プログラムを用いて、二次元的にデータを配
列し、さらに、グレイ濃淡表示や多色表示を行う。この
ようにすることにより、表示装置１２の画面上に、図９
（Ａ）に示すような光電流二次元画像を得ることがで
き、この画像におけるパターンがシリコン基板２７にお
ける結晶欠陥の分布状態そのものを示している。

【００４９】前記結晶欠陥の分布は個々のシリコン基板
（シリコンウェーハ）に固有のものであり、上述したｐ
Ｈのような化学濃度分布は、前記結晶欠陥の分布という
バックグラウンドの上に重畳されている。

【００５０】この発明は、上記図１〜図６に示される光
走査型二次元濃度分布測定装置における上述の欠点を改
良するもので、上記バックグラウンドとしての結晶欠陥
の分布を積極的に利用して、複数あるセンサカセットか
ら一つのセンサカセットを特定できるようにしたり、セ
ンサカセットのセンサカセット部への装着時において生
ずる位置ずれを補正することにより、コストアップさせ
ることなく所望の測定を行うことができる光走査型二次
元濃度分布測定装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００５１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、この発明では、測定装置本体内に設けられたセンサ
カセット受け部に対して、半導体基板の上面にセンサ面
を有するセンサを組み込んだセンサカセットをセット着
脱自在にセットし、このセットされたセンサカセットの
半導体基板に対して光を二次元的に走査しながら照射す
るように構成された光走査型二次元濃度分布測定装置に
おいて、前記センサカセットにおける半導体基板の結晶
欠陥の分布状況を予め記録しておき、センサカセットの
センサカセット受け部への装着時において生ずる位置ず
れを、前記記録された分布状況に基づいて補正するよう
にしている（請求項１）。

【００５２】また、この発明では、測定装置本体内に設
けられたセンサカセット受け部に対して、半導体基板の
上面にセンサ面を有するセンサを組み込んだ複数のセン
サカセットのうち、その一つを択一的に着脱自在にセッ
トし、このセットされたセンサカセットの半導体基板に
対して光を二次元的に走査しながら照射するように構成
された光走査型二次元濃度分布測定装置において、前記
複数のセンサカセットにおける半導体基板の結晶欠陥の
分布状況を予め記録しておき、センサカセットのセンサ
カセット受け部への装着時、前記記録された分布状況に
基づいてセンサカセットの同定を行うようにしている
（請求項２）。

【００５３】上述のように、センサを形成するためのシ
リコン基板においては、固有の結晶欠陥の分布をバック
グラウンドとして有しているので、これを予め欠陥パタ
ーンとして記録しておき、測定の都度、それに用いられ
るセンサカセットにおける前記バックグラウンドを、前
記記録されている欠陥パターンと比較することにより、
センサカセットのセンサカセット受け部に対する位置ず
れを補正することができる。

【００５４】また、複数のセンサカセットから特定の一
つを識別する場合においても、前記欠陥パターンを用い
ることにより、簡単にセンサカセットを同定することが
できる。

【００５５】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図７〜
図９をも参照しながら説明する。今、センサカセット３
が、図８に示すように、ｎ個（３ａ〜３ｎ）あるものと
する。既に説明したように、各センサカセット３におけ
るシリコン基板２７の結晶欠陥の分布（バックグラウン
ド）は固有のものである。そこで、上記段落００４２〜
００４８に記載してある結晶欠陥検査方法によって、予
め、各センサカセット３のバックグラウンドを測定し
（ステップＳ１）、そのデータをセンサカセット３の欠
陥パターンとして、コンピュータ８の本体装置９に対し
て着脱自在のメモリカード９ａ（図８参照）に記録する
（ステップＳ２）。前記欠陥パターンとして、例えば図
９（Ａ）に示すようなものがあり、同心円状の結晶欠陥
（ストライエーション）８１が見える。

【００５６】前記センサカセット３ａ〜３ｎのうちの一
つ、例えばセンサカセット３ｂを用いて、大腸菌の代謝
物の像（例えばｐＨ分布）を測定するものとする。セン
サカセット３ｂのセンサ面２９に適宜のゲルを載置し、
その上に大腸菌を載せ成長させる。例えば、大腸菌の植
菌後１２時間経過すると、大腸菌から代謝物が放出さ
れ、前記ゲルにおけるｐＨが変化する。このときのｐＨ
分布を、前記段落００３０〜００３４に記載した測定方
法により測定する（ステップＳ３）。このサンプル測定
によって、図９（Ｂ）に示すような画像が得られ、表示
装置１０の画面上に表示される。この図９（Ｂ）におい
て、符号８２は前記代謝物の像（ｐＨ分布）で、これ
は、前記結晶欠陥８１の画像上に重畳されていることが
わかる。

【００５７】前記測定によって得られた画像には、結晶
欠陥８１の画像が含まれているので、この結晶欠陥画像
を、前記表示装置１０の画面上において、コンピュータ
８の本体装置９内のメモリに記録されている欠陥パター
ンと比較することにより、前記測定に用いられたセンサ
カセットが、符号３ａで示されるものであることが特定
できる（ステップＳ４）。

【００５８】そこで、前記特定されたセンサカセット３
ａの欠陥パターンを、前記サンプル測定によって得られ
た画像、つまり、図９（Ｂ）に示す画像に重ね合わせる
（ステップＳ５）。そして、前記サンプル測定によって
得られた画像データから前記欠陥パターンのデータを引
き算することにより、バックグラウンド補正が行われ、
つまり、欠陥パターンの除去が行われ（ステップＳ
６）、図９（Ｃ）に示すように、結晶欠陥像が除去され
た大腸菌の代謝物のｐＨ分布像８２のみが見えるように
なる。

【００５９】ところで、前記段落００５７において、セ
ンサカセット３ｂを同定した後、何らかの都合で、その
センサカセット３ｂをセンサカセット受け部１４から一
旦外し、その後再び、前記センサカセット３ｂをセンサ
カセット受け部１４に装着することがある。このよう
に、測定に用いるセンサカセット３をセンサカセット受
け部１４に対して装着しなおした場合、センサカセット
受け部１４にはセンサカセット３との間に多少の余裕
（ガタ）があるため、再度セットしなおした場合、セン
サカセット３のセット位置が元の位置（同定時の位置）
と異なることがある。つまり、位置ずれが生ずる。この
ような場合、前記サンプル測定によって得られた画像、
つまり、図９（Ｂ）に示す画像を前記メモリに記録され
ている欠陥パターンとすり合わせを行うことにより、位
置ずれ補正を行うことができ（ステップＳ７）、これに
より、図９（Ｃ）に示すように、結晶欠陥像が除去され
た大腸菌の代謝物のｐＨ分布像８２のみが見えるように
なる。

【００６０】なお、図９（Ｄ）は上記位置ずれ補正を行
わなかった場合における大腸菌の代謝物のｐＨ分布像を
示す図である。

【００６１】上述のセンサカセット３の同定手順やセン
サカセット３の位置ずれ補正の手順は、コンピュータ８
内のＲＯＭに組み込んであってもよく、また、コンピュ
ータ８の装置本体９に適宜脱着されるメモリカードなど
適宜の記録媒体に組み込んであってもよい。

【００６２】上述のように、この発明の光走査型二次元
濃度分布測定装置においては、センサ面２９が形成され
るセンサカセット３におけるシリコン基板２７のバック
グラウンドとしての結晶欠陥の分布を積極的に利用し
て、複数あるセンサカセットから一つのセンサカセット
を特定できるようになるとともに、センサカセットのセ
ンサカセット部への装着時において生ずる位置ずれを巧
みに補正することができる。

【００６３】したがって、センサ面２９に適当なマーカ
を構成しなくても所望のセンサカセット３の同定や位置
ずれの補正を行うことができる。そして、センサカセッ
ト３およびセンサカセット受け部１４の加工精度を必要
以上に上げたり、走査装置の機械精度を分解能以上にす
る必要がないので、コストダウンが図れるとともに、所
望の精度で画像処理を行うことができる。

【００６４】上述の実施の形態においては、ｐＨの測定
を例示しているが、この発明の光走査型二次元濃度分布
測定装置は、これに限られるものではなく、他のイオン
濃度測定や導電率などの測定にも使用することができ
る。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の光走査
型二次元濃度分布測定装置においては、バックグラウン
ドとしての結晶欠陥の分布を積極的に利用して、複数あ
るセンサカセットから一つのセンサカセットを特定でき
るようにしたり、センサカセットのセンサカセット部へ
の装着時において生ずる位置ずれを補正を確実にしかも
簡単に行うことができる。したがって、所望の精度高い
測定を安価に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置の
外観を示す斜視図である。

【図２】前記装置において用いるセンサカセットおよび
センサカセット受け部の構成のの一例を示す斜視図であ
る。

【図３】前記センサカセットの縦断面図である。

【図４】前記センサカセットの分解斜視図である。

【図５】測定装置本体側に設けられる主要構成部の一例
を示す平面図である。

【図６】前記光走査型二次元濃度分布測定装置の構成を
概略的に示すブロック図である。

【図７】前記光走査型二次元濃度分布測定装置の動作説
明のためのフローシートである。

【図８】前記光走査型二次元濃度分布測定装置の動作説
明図である。。

【図９】バックグラウンドを除去を説明するための図
で、（Ａ）は結晶欠陥の一例を示す図、（Ｂ）は結晶欠
陥にサンプル像が重畳している状態を示す図、（Ｃ）は
バックグラウンドを除去したサンプル像を示す図、
（Ｄ）はバックグラウンドの除去を失敗した例を示す図
である。

【符号の説明】

１…測定装置本体、３…センサカセット、１４…センサ
カセット受け部、２６…センサ、２７…半導体基板、２
９…センサ面、６８…光、８１…結晶欠陥。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定装置本体内に設けられたセンサカセ
ット受け部に対して、半導体基板の上面にセンサ面を有
するセンサを組み込んだセンサカセットをセット着脱自
在にセットし、このセットされたセンサカセットの半導
体基板に対して光を二次元的に走査しながら照射するよ
うに構成された光走査型二次元濃度分布測定装置におい
て、前記センサカセットにおける半導体基板の結晶欠陥
の分布状況を予め記録しておき、センサカセットのセン
サカセット受け部への装着時において生ずる位置ずれ
を、前記記録された分布状況に基づいて補正するように
したことを特徴とする光走査型二次元濃度分布測定装
置。
【請求項２】測定装置本体内に設けられたセンサカセ
ット受け部に対して、半導体基板の上面にセンサ面を有
するセンサを組み込んだ複数のセンサカセットのうち、
その一つを択一的に着脱自在にセットし、このセットさ
れたセンサカセットの半導体基板に対して光を二次元的
に走査しながら照射するように構成された光走査型二次
元濃度分布測定装置において、前記複数のセンサカセッ
トにおける半導体基板の結晶欠陥の分布状況を予め記録
しておき、センサカセットのセンサカセット受け部への
装着時、前記記録された分布状況に基づいてセンサカセ
ットの同定を行うようにしたことを特徴とする光走査型
二次元濃度分布測定装置。