JP2007240393A - 表面電位計および表面電位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に精度の高い表面電位の測定を行うことができる表面電位計を提供する。
【解決手段】表面電位計１は、試料載置部１１、振動電極１２、振動部１３および昇降機構１４を備える。試料載置部１１は導電面１１１を有し、振動電極１２が振動すると導電面１１１から変位電流が取得される。制御部２は、変位電流がコンピュータ３が指定する値となるように電極電位を制御し、さらに変位電流を変更しつつ電極電位を繰り返し取得することにより変位電流と電極電位との関係が取得される。変位電流と電極電位との関係は振動電極１２と試料９との間の距離を変更して複数回行われ、振動電極１２と試料９との間の距離に依存しない電極電位が基準電位として求められ、基準電極に基づいて試料９の表面電位が求められる。これにより、振動電極１２とその周囲の構造との間の浮遊容量の影響を測定から取り除くことができ、容易に精度の高い測定を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料の表面電位を測定する表面電位計および表面電位測定方法に関する。

従来より、複写機の感光ドラムやＩＣを実装した基板の表面電位を測定するために非接触式の表面電位計が使用されており、このような表面電位計の１つとして、交流法と呼ばれる方式のものががある。交流法では、振動する電極を試料に近接させ、振動電極と試料との間の静電容量の変化に起因する振動電極からの電流に基づいて表面電位が求られる。例えば、特許文献１では、振動電極の電位を変化させた際の振動電極からの電流の変化を検出することにより振動電極と試料との間の距離を推測し、振動電極からの電流が０となるときの振動電極の電位を、推測した距離に基づいて補正することにより試料の表面電位が求められる。

なお、表面電位計ではないが構造的に類似する装置として、特許文献２では、電位を与えつつ２つの試料間の距離を振動させて試料からの電流を測定することにより、２つの試料間の仕事関数の差を求める装置が開示されている。
特開平９−２１１０４６号公報 特開平８−１５３７６２号公報

交流法は、非接触にて簡易に表面電位を測定できるという長所を有しており、絶縁膜表面上の帯電電荷も測定できることから、半導体基板のプロセスに起因する帯電や絶縁膜の評価にも応用され始めている。

ところが、従来の表面電位計では、振動電極から電極の変位に係る電流が検出されるが、振動電極の周囲にはカバー等の振動に関連する様々な部品が配置されている。したがって、振動電極の振動により、試料と振動電極との間の静電容量のみならず、周辺部品と振動電極との間の浮遊容量も変化する。さらに、振動電極と試料との間の距離の変化に応じて測定結果の誤差の程度も大きく変化することから、特許文献１のように測定値の校正には煩雑な作業が必要であった。

また、従来の表面電位計は、高電位（例えば、数ｋＶ）に帯電した試料の表面電位の測定が対象となっており、半導体の評価に必要な微少電位の測定には適していない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、表面電位の精度の高い測定を容易に行うことを目的としている。

請求項１に記載の発明は、試料の表面電位を測定する表面電位計であって、板状の試料が載置される導電面を有する試料載置部と、非接触にて前記試料の表面に対向する振動電極と、前記試料に向かう方向に前記振動電極を振動させる振動部と、前記振動電極を振動させた際の前記導電面からの変位電流と前記振動電極の電極電位との関係を取得する制御部と、変位電流と電極電位との関係を変化させる測定条件を変更する測定条件変更手段と、複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との複数の関係から前記試料の表面電位を求める演算部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面電位計であって、前記制御部が、フィードバック制御により、変位電流の値を指定電流値とする電極電位を取得する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の表面電位計であって、変位電流と電極電位との関係が取得される際に、電極電位が直接的に取得される。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の表面電位計であって、前記測定条件変更手段が、前記振動電極と前記試料の表面との間の距離を変更する機構である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の表面電位計であって、前記測定条件変更手段が、前記振動電極の振幅を変更する回路である。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の表面電位計であって、前記演算部が、前記複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との前記複数の関係から、前記複数の測定条件に依存しない前記振動電極の基準電位を求め、前記基準電位に基づいて前記試料の表面電位を求める。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の表面電位計であって、予め設定された値を記憶するメモリをさらに備え、前記演算部が、前記基準電位に対して前記予め設定された値を加算または減算することにより前記試料の表面電位を求める。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の表面電位計であって、前記基準電位が、前記複数の測定条件における電極電位の範囲外である。

請求項９に記載の発明は、試料の表面電位を測定する表面電位測定方法であって、ａ）試料載置部の導電面上に試料を載置し、振動電極を非接触にて前記試料の表面に対向させる工程と、ｂ）前記試料に向かう方向に前記振動電極を振動する工程と、ｃ）前記振動電極を振動させた際の前記導電面からの変位電流と前記振動電極の電極電位との関係を取得する工程と、ｄ）変位電流と電極電位との関係を変化させる測定条件を変更して前記ｃ）工程を繰り返す工程と、ｅ）前記ｃ）工程および前記ｄ）工程により取得された、複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との複数の関係から前記試料の表面電位を求める工程とを備える。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の表面電位測定方法であって、前記ｄ）工程において、前記振動電極と前記試料の表面との間の距離が変更される。

請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の表面電位測定方法であって、前記ｄ）工程において、前記振動電極の振幅が変更される。

請求項１２に記載の発明は、請求項９ないし１１のいずれかに記載の表面電位測定方法であって、前記ｅ）工程において、前記複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との前記複数の関係から、前記複数の測定条件に依存しない前記振動電極の基準電位が求められ、前記基準電位に基づいて前記試料の表面電位が求められる。

本発明によれば、試料載置部の導電面から変位電流を取得することにより、振動電極とその周囲の構造との間の浮遊容量の影響を測定から取り除くことができ、容易に精度の高い測定を行うことができる。

請求項２の発明では、変位電流を指定することにより、試料と振動電極との間の電位差をおよそ所望の大きさとすることができ、測定結果を安定して得ることができる。請求項３の発明では、電極電位を直接的に取得することにより測定精度をさらに向上することができる。

請求項４および１０の発明では、測定条件を機械的に容易に変更することができ、請求項５および１１の発明では、測定条件を電気的に容易に変更することができる。

請求項７の発明では、メモリに記憶されている値を利用して容易に測定精度を向上することができ、請求項８の発明では、簡単な構造で電極電位の範囲外の表面電位を測定することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る表面電位計１の構成を示す図である。表面電位計１は、半導体ウェハ等の半導体基板である板状の試料９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り、試料９を吸着保持する試料載置部１１、試料載置部１１の上方に位置する振動電極１２、振動電極１２に接続された振動部１３、振動電極１２を昇降する昇降機構１４、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制御部２、および、演算部であるコンピュータ３を備える。

試料載置部１１は、試料９の裏面が接触するようにして試料９が載置される導電面１１１を有し、振動電極１２は、非接触にて試料９の表面および導電面１１１に対向する。導電面１１１の面積は振動電極１２の先端の面積よりも十分に大きい。試料載置部１１はＸＹステージとなっており、試料９を水平方向に移動し、試料９の所望の部位を振動電極１２に対向させる。振動電極１２は絶縁部１３１を介してピエゾアクチュエータ（圧電素子）を有する振動部１３に取り付けられ、振動部１３は振動電極１２を試料９に向かう方向に振動させる。振動部１３は昇降機構１４に接続され、昇降機構１４が駆動されることにより、振動電極１２と試料９との間の距離が変更される。振動電極１２の周囲は保護カバーで覆われており、試料載置部１１の周囲もカバー１５１で覆われる。カバー１５１および試料載置部１１は、防振部材１５２により支持される。

制御部２は、試料載置部１１の導電面１１１からの微少な電流を電圧に変換するとともに増幅するプリアンプ２１、プリアンプ２１からの信号をさらに増幅するアンプ２２、振動部１３に振動用の信号を与える発振器２３、発振器２３およびアンプ２２からの信号が入力される同期検波回路２４、および、オペアンプ２５１を含む制御回路２５を備える。導電面１１１からの電流は、振動電極１２の振動により、振動電極１２と試料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るため、以下の説明では、「変位電流」と呼ぶ。

プリアンプ２１では電流値を変換した電圧が約１０の１０乗倍に増幅され、アンプ２２にてさらに約１０の２乗倍に増幅される。これにより、例えば、１０ｆＡ（フェムトアンペア）の電流が約１ｍＶの電圧としてオペアンプ２５１に導かれる。制御回路２５からの電位は振動電極１２に付与される。同期検波回路２４にはアンプ２２からの変位電流を示す電圧および発振器２３からの信号が入力され、変位電流の振幅が変位電流の大きさとして同期検波回路２４から出力され、制御回路２５のオペアンプ２５１の反転入力端子（−）に入力される。

オペアンプ２５１の非反転入力端子（＋）には、コンピュータ３から変位電流の大きさを指定する電流指定電圧が入力され、これにより、同期検波回路２４からの入力電圧が電流指定電圧に等しくなるようにオペアンプ２５１が振動電極１２に電位を与える。すなわち、制御部２によりオペアンプ２５１を利用したフィードバック制御が行われ、導電面１１１からの変位電流の値を指定電流値とする電極電位が取得される。制御回路２５により決定された電位はコンピュータ３により直接的に取得される。

図２は試料９の表面電位が測定される際の表面電位計１の動作の流れを示す図である。まず、試料載置部１１の導電面１１１と試料９の裏面とが接触するようにして試料９が導電面１１１上に載置され（ステップＳ１１）、振動電極１２が非接触にて試料９の表面および導電面１１１に対向する。そして、昇降機構１４により振動電極１２と試料９の表面（または、導電面１１１）との間の距離が所定値に設定される（ステップＳ１２）。

その後、振動部１３により試料９に向かう方向に振動電極１２の振動が開始されるとともに予め設定されている電流指定電圧がコンピュータ３から制御回路２５に入力される（ステップＳ１３）。これにより、導電面１１１からの変位電流の値（すなわち、電流の絶対値の最大値）が電流指定電圧が示す値となるように振動電極１２の電位（以下、「電極電位」という。）がフィードバック制御される。そして、この電極電位がコンピュータ３に入力される（ステップＳ１４）。

電極電位の取得が完了するとステップＳ１３へと戻り、電流指定電圧が変更されて再度電極電位の取得が行われる（ステップＳ１４）。さらに、電流指定電圧の変更および電極電位の取得が複数回繰り返され（ステップＳ１４，Ｓ１５）、これにより、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）が取得される。

振動電極１２と試料９との間の距離が一定に維持された状態で変位電流と電極電位との関係が取得されると、ステップＳ１２へと戻り（ステップＳ１６）、昇降機構１４により振動電極１２と試料９の表面との間の距離が変更され、電流指定電圧の変更および電極電位の取得が複数回繰り返されて変位電流と電極電位との関係が再度取得される（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。そして、振動電極１２と試料９の表面との間の距離の変更、および、変位電流と電極電位との関係の取得が所定回数繰り返されることにより、変位電流と電極電位との複数の関係が取得される（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。

図３は電流指定電圧（すなわち、変位電流）と電極電位との関係を示す図である。四角のドットは、振動電極１２と試料９の表面との間の距離を一定に保って取得された電流指定電圧と電極電位との組み合わせ（離散的な関係）を示し、実線の線８１１は四角のドットから最小二乗法にて求められた直線であり、変位電流と電極電位との連続的な線形の関係を示す。また、三角のドットは、四角のドットの場合よりも振動電極１２と試料９の表面との間の距離を小さくして得られた測定結果を示し、丸のドットは振動電極１２と試料９の表面との間の距離をさらに小さくして得られた測定結果を示す。破線８１２は三角のドットから導かれる直線であり、一点鎖線８１３は丸のドットから導かれる直線である。

図３の各直線８１１〜８１３が示すように、変位電流と電極電位との関係は線形であり、振動電極１２と試料９の表面との間の距離が大きいほど傾きが大きくなる。そして、これらの直線８１１〜８１３は１つの点８１４で交わる。なお、振動電極１２と試料９の表面との間の距離をさらに変化させて他の直線をさらに求めても、この直線が点８１４を通ることが確認されている。点８１４は振動電極１２と試料９の表面との間の距離に依存しないことから、点８１４では振動電極１２と試料９との間の静電容量の変化により変位電流が実際には生じていないと考えられ、点８１４において原則、電極電位（以下、「基準電位Ｖｓ」という。）と試料９の表面電位とが等しいと推定することができる。換言すれば、振動電極１２の形状、回路にて生じるノイズ等の様々な要因により点８１４において変位電流の測定値は０とはならないが、点８１４を求めることにより、変位電流の０からのずれを掃引して基準電位Ｖｓを求めることが実現される。

コンピュータ３では、制御部２の制御により取得された変位電流と電極電位との複数の離散的な関係から、複数の連続的な関係を示す上述の複数の直線８１１〜８１３が求められ（ステップＳ１７）、さらに、複数の直線の交点８１４が求められることにより、基準電位Ｖｓが試料９の表面電位として求められる（ステップＳ１８）。

次に、表面電位計１による測定により精度の高い測定が実現される原理について説明する。通常、振動部１３の角周波数をω、振動電極１２の先端の面積をＳ、振動電極１２と試料９の表面との間の距離をｄ、振動電極１２の振幅幅をΔｄ、空気の誘電率をεとすると、振動電極１２と試料９との間の静電容量Ｃは、数１にて表される。

ここで、試料９の表面電位をＶとすると、変位電流ｉは数２にて表される。ただし、数２中のＣ_０は、数３にて表される。

数２に示すように、変位電流ｉは試料９の表面電位Ｖに比例し、距離ｄにも依存する。測定に際しては、変数となる距離ｄを測定することで理論上、表面電位Ｖを求めることができるが、実際には、様々な誤差要因により上記演算では正確な測定結果を得ることができない。

図４．Ａは図１に示す表面電位計１を簡略化して示す図であり、図４．Ｂは変位電流を検出する制御部２を振動電極１２に接続した比較例に係る表面電位計１００を示す図である。図４．Ａおよび図４．Ｂに示すように、表面電位計１，１００の振動電極１２は接地されたカバー内に納められるため、振動電極１２の周囲では、振動電極１２と試料９との間の静電容量Ｃの他に、振動電極１２とカバーや他の周囲の構造物との間に様々な浮遊容量Ｃｐが生じている。

図５．Ａおよび図５．Ｂは、図４．Ａおよび図４．Ｂの静電容量Ｃおよび浮遊容量Ｃｐと制御部２に対応する電流計との関係を簡略化して示す回路図である。振動電極１２が振動する際には、振動電極１２と試料９との間の静電容量Ｃが変動するのみならず、浮遊容量Ｃｐも変動する。ここで、図５．Ｂに示すように、比較例の表面電位計１００では、振動電極１２から変位電流を検出するため、変位電流には静電容量Ｃおよび浮遊容量Ｃｐの双方の変動に起因する電流が含まれることとなり、数十ｍＶ程度の精度が限界となる。これに対し、図４．Ａに示すように、振動電極１２から電流検出の機能を除去して変位電流を試料載置部１１側から得ることにより、図５．Ａに示すように変位電流は静電容量Ｃの変動にのみ起因するものとなる。その結果、変位電流から浮遊容量Ｃｐに起因する誤差を取り除くことができ、容易に精度の高い測定を行うことが実現される。

なお、表面電位計１では、電極電位を指定して変位電流の値を検出することにより変位電流と電極電位との関係を取得することも可能であるが、この場合、指定した電極電位が試料９の表面電位と大きく異なって測定誤差が大きくなるおそれがあるが、表面電位計１では変位電流の値としてある程度小さい値を指定することにより、電極電位と表面電位との差をおよそ所望の大きさとすることができ、測定結果を安定して得ることができる。

また、表面電位計１では制御部２にて正確な電極電位が直接的に取得されてコンピュータ３へと送られるため、求められる基準電位の精度、および、試料９の表面電位の測定精度を向上することができる。

次に、表面電位計１にて校正作業（いわゆる、ゼロ校正）が行われる場合の表面電位計１の動作について説明する。既述のように、コンピュータ３にて求められる基準電位は原則として試料９の表面電位に等しいが、測定誤差の許容値が小さい場合、試料載置部１１の導電面１１１の状態、振動電極１２や試料９の材料や表面状態等により測定結果が許容値以上の誤差を含む場合がある。このような場合は、予め表面電位計１にて校正作業が行われる。

校正作業では、試料載置部１１に試料９が載置されない状態で、図２のステップＳ１２〜Ｓ１８が実行される。この作業により求められる表面電位は、表面電位計１自体が有する誤差となる。そこで、この表面電位が図１に示すコンピュータ３に設定されてメモリ３１に記憶される。その後、試料９が試料載置部１１に載置されて既述の測定動作が行われ、振動電極１２の基準電位Ｖｓが求められる。さらに、基準電位Ｖｓからメモリ３１に記憶されている値が減算され（メモリ３１に正負を反転した値を記憶しておいてその値と加算されてもよい。）、最終的な表面電位が求められる。

従来の表面電位計では、振動電極と試料との間の距離が測定誤差に複雑に影響を与えるため、振動電極と試料との間の距離を変更する毎に校正を行う煩雑な作業が必要であったが、表面電位計１では浮遊容量の影響を取り除くことができ、かつ、振動電極と試料の表面との間の距離を精密に測定する作業も不要となり、簡単な校正作業で精度の高い測定を行うことが実現される。

図６は、コンピュータ３にて基準電位を求める処理の他の例を示す図であり、図１に示すオペアンプ２５１からの出力電位の範囲外の表面電位を測定する例を示している。図６中の直線８２１，８２２，８２３は、図３の場合と同様に、振動電極１２と試料９との間の距離を変更して求められた変位電流と電極電位との複数の連続的な関係を示すものであり、これらの直線は点８２４にて交差する。表面電位の絶対値が大きい場合であっても、図６に示すように複数の直線の交点を求めることが可能であれば、基準電位Ｖｓ（および表面電位）が測定時の電極電位の範囲外であっても表面電位を求めることが実現される。

また、表面電位計１ではこのような測定が可能であることから、制御回路が複雑化する高電圧発生器を設けることなくオペアンプ２５１が発生可能な電位の範囲内で測定を行うことができ、表面電位計１の構造の簡素化および製造コストの削減も図ることができる。さらに、高電圧を振動電極１２に与えないことにより、表面電位計１の取り扱いも容易となる。

図７は本発明の第２の実施の形態に係る表面電位計１ａを示す図である。表面電位計１ａは図１に示すものから、振動電極１２用の昇降機構１４が省かれ、発振器２３に振幅変更回路２３１が設けられる点で相違する。他の構成要素は図１と同様であり、図７では制御部２の一部およびコンピュータ３の図示を省略している。

表面電位計１ａの動作は、図２のステップＳ１２において振動電極１２と試料９の表面との間の距離の変更に代えて、振幅変更回路２３１により振動電極１２の振幅が変更されるという点で相違し、他の動作は図２と同様である。図８は表面電位計１ａにて取得される電流指定電圧（変位電流）と電極電位との関係を示す図である。図８において丸のドットは、振動電極１２と試料９の表面との間の距離を一定に保って取得された電流指定電圧と電極電位との組み合わせ（離散的な関係）を示し、実線の線８３１は丸のドットから最小二乗法にて求められた直線であり、変位電流と電極電位との連続的な線形の関係を示す。また、三角のドットは、振動電極１２と試料９の表面との間の距離を一定に保ったまま丸のドットの場合よりも振動電極１２の振幅を小さくして得られた測定結果を示し、四角のドットは振動電極１２の振幅をさらに小さくして得られた測定結果を示す。破線８３２は三角のドットから導かれる直線であり、一点鎖線８３３は四角のドットから導かれる直線である。

図８の直線８３１〜８３３が示すように、変位電流と電極電位との関係は線形であり、振動電極１２の振幅が大きいほど傾きが小さくなる。そして、これらの直線８３１〜８３３は１つの点８３４で交わる。点８３４は振動電極１２の振幅に依存しないことから、第１の実施の形態と同様に、点８３４では振動電極１２と試料９との間の静電容量の変化により変位電流が実際には生じていないと考えられ、点８３４の位置における基準電位Ｖｓは、原則、試料９の表面電位に等しいと推定することができる。また、第１の実施の形態と同様に、変位電流から浮遊容量の影響を取り除くことができ、容易に精度の高い測定を行うことができる。さらに、振幅の変更を利用する表面電位計１ａでは、電気的な制御のみで表面電位を測定するとができ、装置構造を簡素化することができる。なお、第１の実施の形態と同様に、試料９が載置されない状態で基準電位を取得してメモリに保存しておき、実際の測定に対する校正が行われてもよい。

以上のように、振動電極１２と試料９の表面との間の距離の変更に代えて、振動電極１２の振幅の変更が行われてもよく、さらには、導電面１１１からの変位電流と電極電位との関係を変化させるのであれば、昇降機構１４や振幅変更回路２３１以外の測定条件変更手段により測定条件が変更されてもよく、複数の測定条件に対応する変位電流と電位との複数の関係を取得することにより、演算部であるコンピュータ３により複数の測定条件に依存しない基準電位Ｖｓを求め、基準電位Ｖｓに基づいて試料９の表面電位を求めることができる。例えば、発振器２３に振動周波数変更回路を設けることによっても、複数の振動周波数における変位電流と電極電位との複数の関係を取得することができ、同様の処理により試料９の表面電位を求めることができる。図８の場合においても図６の場合と同様に、基準電位Ｖｓが、複数の測定条件における電極電位の範囲外とされてもよい。

なお、第１の実施の形態では測定条件である振動電極１２と試料９の表面との間の距離を機械的に容易に変更することができ、第２の実施の形態では測定条件である振動電極１２の振幅を電気的に容易に変更することができるが、このとき、振動電極１２と試料９の表面との間の距離や振動電極１２の振幅の高精度の測定が不要であることから、表面電位の測定作業および校正作業を極めて容易に行うことができる。

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、様々な変形が可能である。

上記実施の形態に係る表面電位計は、微少表面電位の測定が求められる半導体基板の測定に適しているが、測定対象である試料９は半導体基板には限定されず、板状の絶縁物や表面に絶縁膜が形成された導電体であってもよい。半導体基板の場合、通常、裏面に（自然）酸化膜が存在するため、導電面１１１上に絶縁物が載置される場合と同様の状態となっている。上記説明では省略したが、板状の絶縁物である（または絶縁物とみなせる）試料９と導電面１１１との間の静電容量は振動電極１２と試料９との間の静電容量に比べて極めて大きいため、試料９と導電面１１１との間の静電容量が変位電流に与える影響は極めて小さい。

また、試料９と導電面１１１との間の静電容量を大きくするために、導電面１１１の面積は振動電極１２の先端の面積の１００倍以上とされることが好ましいが、導電面１１１は試料９の裏面全体と接触する（または近接する）必要はなく、試料９より小さくてもよい。試料９が導電体や半導体で形成され、かつ、試料９の裏面が導電性や半導電性を有する場合は、試料９と導電面１１１との間の静電容量を考慮する必要がないため、試料９の裏面と導通がとれるのであれば、導電面１１１の面積は小さくてもよく、例えば、接触端子の先端面とされてもよい。

上記実施の形態では、電流指定電圧により変位電流（の大きさ）が指定され、フィードバック制御により指定された変位電流となるように電極電位が制御されるが、電極電位が指定されてそのときの変位電流が取得されてもよい。ただし、この場合であっても指定された電極電位と実際の電極電位との間にずれが生じるおそれがあるため、実際の電極電位を直接的に取得する回路が設けられることが好ましい。

また、基準電位の算出に利用される変位電流と電極電位との関係を示す複数の直線の数は多い方が好ましいが、測定原理上、２つの測定条件下の２つの直線を求めるのみで試料９の表面電位を求めることができる。

表面電位計１，１ａにより測定される試料９の表面電位の測定範囲は、図３や図６に示す範囲には限定されず、例えば、数ｋＶの表面電位の測定に表面電位計１、１ａが利用されてもよい。

また、振動電極１２と試料９の表面との間の距離を機械的に変更する機構は、試料載置部１１を昇降させるように構成してもよい。

表面電位計の構成を示す図である。 表面電位計の動作の流れを示す図である。 電流指定電圧と電極電位との関係を示す図である。 表面電位計を簡略化して示す図である。 比較例に係る表面電位計を簡略化して示す図である。 静電容量および浮遊容量と電流計との接続関係を示す回路図である。 比較例における静電容量および浮遊容量と電流計との接続関係を示す回路図である。 基準電位を求める処理の他の例を示す図である。 他の表面電位計の構成を示す図である。 電流指定電圧と電極電位との関係を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 表面電位計
２ 制御部
３ コンピュータ
９ 試料
１１ 試料載置部
１２ 振動電極
１３ 振動部
１４ 昇降機構
３１ メモリ
１１１ 導電面
２３１ 振幅変更回路
Ｓ１１〜Ｓ１８ ステップ

Claims (12)

1. 試料の表面電位を測定する表面電位計であって、
   板状の試料が載置される導電面を有する試料載置部と、
   非接触にて前記試料の表面に対向する振動電極と、
   前記試料に向かう方向に前記振動電極を振動させる振動部と、
   前記振動電極を振動させた際の前記導電面からの変位電流と前記振動電極の電極電位との関係を取得する制御部と、
   変位電流と電極電位との関係を変化させる測定条件を変更する測定条件変更手段と、
   複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との複数の関係から前記試料の表面電位を求める演算部と、
   を備えることを特徴とする表面電位計。
2. 請求項１に記載の表面電位計であって、
   前記制御部が、フィードバック制御により、変位電流の値を指定電流値とする電極電位を取得することを特徴とする表面電位計。
3. 請求項２に記載の表面電位計であって、
   変位電流と電極電位との関係が取得される際に、電極電位が直接的に取得されることを特徴とする表面電位計。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の表面電位計であって、
   前記測定条件変更手段が、前記振動電極と前記試料の表面との間の距離を変更する機構であることを特徴とする表面電位計。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の表面電位計であって、
   前記測定条件変更手段が、前記振動電極の振幅を変更する回路であることを特徴とする表面電位計。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の表面電位計であって、
   前記演算部が、前記複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との前記複数の関係から、前記複数の測定条件に依存しない前記振動電極の基準電位を求め、前記基準電位に基づいて前記試料の表面電位を求めることを特徴とする表面電位計。
7. 請求項６に記載の表面電位計であって、
   予め設定された値を記憶するメモリをさらに備え、
   前記演算部が、前記基準電位に対して前記予め設定された値を加算または減算することにより前記試料の表面電位を求めることを特徴とする表面電位計。
8. 請求項６または７に記載の表面電位計であって、
   前記基準電位が、前記複数の測定条件における電極電位の範囲外であることを特徴とする表面電位計。
9. 試料の表面電位を測定する表面電位測定方法であって、
   ａ）試料載置部の導電面上に試料を載置し、振動電極を非接触にて前記試料の表面に対向させる工程と、
   ｂ）前記試料に向かう方向に前記振動電極を振動する工程と、
   ｃ）前記振動電極を振動させた際の前記導電面からの変位電流と前記振動電極の電極電位との関係を取得する工程と、
   ｄ）変位電流と電極電位との関係を変化させる測定条件を変更して前記ｃ）工程を繰り返す工程と、
   ｅ）前記ｃ）工程および前記ｄ）工程により取得された、複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との複数の関係から前記試料の表面電位を求める工程と、
   を備えることを特徴とする表面電位測定方法。
10. 請求項９に記載の表面電位測定方法であって、
    前記ｄ）工程において、前記振動電極と前記試料の表面との間の距離が変更されることを特徴とする表面電位測定方法。
11. 請求項９に記載の表面電位測定方法であって、
    前記ｄ）工程において、前記振動電極の振幅が変更されることを特徴とする表面電位測定方法。
12. 請求項９ないし１１のいずれかに記載の表面電位測定方法であって、
    前記ｅ）工程において、前記複数の測定条件に対応する変位電流と電極電位との前記複数の関係から、前記複数の測定条件に依存しない前記振動電極の基準電位が求められ、前記基準電位に基づいて前記試料の表面電位が求められることを特徴とする表面電位測定方法。

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