JP2013044551A

JP2013044551A - 抵抗値と変位を測定する複合測定装置

Info

Publication number: JP2013044551A
Application number: JP2011180470A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Omura; 文彦大村
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: JP5779449B2

Abstract

【課題】一台で高抵抗薄膜の抵抗値と表面凹凸を正確に測定できる測定装置を提供する。
【解決手段】載置板１２をポリアセタール樹脂で構成し、裏面にガード電極５２を配置する。載置板１２上に配置した基板２３の表面に、円環電極４３と円盤電極４４とを接触させ、円盤電極４４を電流計４７を介してガード電極５２に接続し、ガード電極５２を接地させて、円環電極４３と円盤電極４４の間に電圧を印加し、電流計４７の検出結果から基板２３表面の高抵抗薄膜の抵抗値が測定される。ポリアセタール樹脂の抵抗値は高く、表面は平坦なので、基板２３の表面に触針を接触させながら移動させて、触針６３の変位を測定して基板２３の表面の凹凸も正確に測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜の表面形状の測定及び抵抗測定の技術に関する。

従来技術より、基板の表面凹凸測定と、基板の抵抗測定は、それぞれ専用の測定装置が用いられており、先ず、いずれか一方の測定装置の載置台に基板を載せて測定し、次いで、基板を他の測定装置の載置台上に移動させて測定する。このように、抵抗値と表面の変位を別々の装置で測定していたため、基板の載置台間の移動や、治具の交換が必要となり、特に、測定対象である基板が大型である場合、設置面積が大きくなるという問題があった。

一台の載置台で、基板の表面形状測定と、低抵抗測定とを行おうとすると、抵抗を正確に測定するため、テフロン（登録商標）等の高抵抗の載置板上に基板を配置すると、載置板の平坦が悪いため、表面凹凸を求めるための変位測定の精度が悪いという問題がある。
他方、表面形状測定をするための基板を載置するチャックは絶縁性が低く、このチャック上では高抵抗薄膜の抵抗値の測定精度が悪化する。

特開平０５−０４５３８９号公報特開２００９ー１３３７３０号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板の表面形状測定及び抵抗測定を正確に行うことのできる測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、測定対象の基板が表面に水平に配置される載置板と、前記載置板の上方に配置され、前記載置板上の基板の表面にプローブを接触させ、前記プローブに電圧を印加して電流を検出する抵抗測定装置と、前記載置板の上方に配置され、前記載置板上の基板の表面に触針の先端を接触させ、接触させた状態で前記触針を移動させ、前記触針の上下方向の変位量を検出する表面形状測定装置と、前記抵抗測定装置と前記表面形状測定装置とを、載置板上で、前記載置板と平行に移動させる移動装置と、前記プローブと前記触針とを、上下方向にそれぞれ移動させる第一、第二の昇降装置と、を有し、前記プローブと前記触針は前記基板表面と接触と離間が可能に構成され、前記プローブは、第一、第二の電極を有し、前記載置板の裏面には、載置板と接触してガード電極が配置され、電源が電位差を形成できる第一、第二の端子のうち、前記第一の端子には、前記第一の電極が接続され、前記第二の端子には、ガード電極が接続され、前記第二の電極は、電流計を介して前記第二の端子に接続された複合測定装置である。
また、本発明は、前記載置板は、ポリアセタール樹脂で構成された複合測定装置である。

本発明によれば、載置板を厚み方向に流れた電流は電流計を流れないから、正確な抵抗測定をすることができる。
本発明の載置板は樹脂製であり、表面を平坦に加工されているから、基板表面の段差、凹凸や、うねりを正確に測定することができる。
また、測定に際して治具等の取り替えを必要とせず、測定が簡単である。

（ａ）：本発明の測定装置を鉛直上方から見た図（ｂ）：本発明の測定装置を側面から見た図（ａ）：抵抗測定装置の回路図（ｂ）：円環電極と円盤電極とが基板表面に接触した状態を説明するための図表面形状測定装置による測定手順を説明するための図

図１（ａ）、（ｂ）の符号２は、本発明の複合測定装置を示している。
図１（ａ）は、複合測定装置２を鉛直上方から見た図を示し、同図（ｂ）は、複合測定装置２を側面から見た図を示している。

この複合測定装置２は、載置台１１を有しており、載置台１１の表面上には離間して二本のレール１３が平行に水平面内に位置するように配置されている。
レール１３上には、細長の取付板１５が、その長手方向がレール１３と垂直にされて水平面内に位置するように配置されている。

レール１３の側面には、レール１３が延びる方向に沿って電磁石が複数個並べられた第一の固定磁石部１４が配置されており、取付板１５には、電磁石と近接する位置に、永久磁石から成る第一の移動磁石部１６が配置され、第一の固定磁石部１４と第一の移動磁石部１６とで第一のリニアモータ１７が構成されている。

載置台１１の外側には、制御装置１９と電源２１とが配置されており、第一のリニアモータ１７は制御装置１９によって制御されており、第一の固定磁石部１４の所望位置に電磁石が形成されて、第一の移動磁石部１６との間の電磁気力によって、第一の移動磁石部１６に力が加わり、第一の移動磁石部１６が固定された取付板１５が、レール１３に沿って所望方向に移動するようになっている。

取付板１５の側面にも、第二のリニアモータ２７の第二の固定磁石部２２が水平面内に位置するように設けられており、取付板１５には、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とが、第二の固定磁石部２２に沿って移動可能に設けられている。

抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０には、永久磁石から成る第二の移動磁石部４２が設けられ、第二の固定磁石部２２と第二の移動磁石部４２との間に形成される電磁気力によって、第二の移動磁石部４２に力が加わり、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とが、第二の固定磁石部２２に沿って、所望方向に移動できるように構成されている。

載置台１１の表面のレール１３の間の部分には、樹脂の板で構成された載置板１２が表面が水平に配置され、載置板１２の表面である載置面は凹凸やうねりの無い平坦な面に成形されている。
載置台１１の載置板１２を乗せる部分はアルミニウム板５６であり、載置板１２表面の平坦度、平行度が向上するようにされている。

載置板１２と、載置板１２が配置された載置台１１のアルミニウム板５６の部分には、厚み方向を貫通する吸引口(不図示)が設けられている。吸引口は真空ポンプ２９に接続されており、載置板１２上に基板を配置して、真空ポンプ２９を動作させると、吸引口内が真空排気され、大気圧によって基板が載置板１２に押圧され、基板のうねりが解消され、その結果、基板の表面が平坦にされ、基板の表面が水平になるようにされている。

図１の符号２３は、載置台１１の載置板１２上に配置された基板を示している。
表面形状測定装置６０は、先端が下方に向けられた触針６３と、触針６３を測定対象物に所望圧力で接触させると共に、触針６３の鉛直上下方向の移動量を測定する変位計６５とを有している。
抵抗測定装置４０は、プローブ４１と、測定回路５３を有している。測定回路５３には、プローブ４１に電圧を印加するプローブ電源４５と、電流を測定する電流計４７が含まれる。

プローブ４１は、円環状の平板の導電体から成る円環電極４３と、円環電極４３の円環形状の内側に配置された円板状の円盤電極４４とを有している。円環電極４３の内周と外周と円盤電極４４の外周は円形であり、円環電極４３の幅は一定であり、円環電極４３の中心と円盤電極４４の中心とは一致するように同一平面内に配置されている。プローブ４１が移動するときであっても円盤電極４４の外周と、円環電極４３の内周との間は一定の距離を維持するように、円環電極４３と円盤電極４４は互いに固定されている。

測定回路５３を図２(ａ)に示す。
プローブ電源４５は、正電圧端子４６と負電圧端子４８とを有している。
正電圧端子４６は、円環電極４３に接続され、円盤電極４４は、電流計４７を介して負電圧端子４８に接続されている。
載置板１２の裏面に配置されたアルミニウム板５６がガード電極５２とされて負電圧端子４８に接続されている。

測定対象の基板２３は、ガラス等の絶縁物質から成る支持板２４の表面に、酸化物半導体等の高抵抗層２５が形成されており、プローブ４１の円盤電極４４の片面と円環電極４３の円盤電極４４と同じ側の片面とを基板２３の高抵抗層２５に接触させ、円環電極４３と円盤電極４４の間に電圧を印加すると、高抵抗層２５を流れる電流は、電流計４７にも流れる。

他方、負電圧端子４８を接地電位に接続しても、円環電極４３とガード電極５２との間に流れる電流は電流計４７を流れないので、基板２３の厚み方向に流れた電流は電流計４７の測定結果には影響を与えず、基板２３の厚み方向を流れるリーク電流による測定誤差は生じない。

図２(ｂ)は、円盤電極４４と円環電極４３とが、基板２３表面に接触した状態を説明するための図面であり、円環電極４３の内周の直径と外周の直径と、円盤電極４４の直径とは、予め制御装置１９に入力されており、電流計４７によって測定された電流値と印加電圧値が制御装置１９に送信されると、制御装置１９は、入力された電流値と印加電圧値と、円環電極４３と円盤電極４４に関する記憶内容とから、基板２３表面の高抵抗層２５の薄膜拡がり方向の抵抗値を算出し、制御装置１９内に配置された記憶装置１０に記憶する。また、制御装置１９の表示パネル９にも表示する。

抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを、第一、第二のリニアモータ１７、２７から成る移動装置２０によって、載置板１２上に配置された基板２３表面上の所望の位置の真上に配置することができる。

また、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０は、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０を、上下方向に移動させる第一、第二の昇降装置４９、６７をそれぞれ有しており、プローブ４１と触針６３とが基板２３の所望位置上で上下に移動できるように構成されている。

次に、表面形状測定装置６０について説明する。
表面形状測定装置６０の触針６３は、基板２３表面上の始点と終点の間を、基板２３の表面と接触しながら移動して、始点と終点の間の凹凸、段差やうねりを測定することができる。

測定するときは、先ず、基板２３を真空吸着してうねりを解消した後、プローブ４１と触針６３とを上方に移動させ、プローブ４１と触針６３とを基板２３表面から離間させた状態で、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを基板２３の始点の真上に移動させる。

そして、第二の昇降装置６７を動作させ、始点上に表面形状測定装置６０を配置し、第二の昇降装置６７によって、触針６３を下方に移動させ、触針６３の先端を始点に接触させる。
表面形状測定装置６０の内部には、移動軸が設けられており、触針６３は移動軸によって数センチメートル程度、終点に向かって直線及び回転移動される。触針６３の先端は、始点から終点に到達するまでの間、基板２３の表面に接触している。

移動の間、触針６３は基板２３表面との接触が維持され、基板２３表面の凹凸に従って上下移動しており、触針６３の上下移動は、変位計６５によって検出され、その値を示す信号とが、所定周期で制御装置１９に送信される。

制御装置１９は、入力された信号から、触針６３の上下方向の移動量である変位量を求め、その変位量を検出したときの時刻と触針６３の位置とを変位量と共に記憶すると共に、求めた変位量を触針６３の位置と関連付けて制御装置１９の表示パネル９に表示する。
例えば、始点と触針６３の間の距離を横軸にし、触針６３の上下方向の位置の変位量を縦軸にすると、始点と終点の間の基板２３表面の高さの変化が分かる。

この基板２３の表面の測定すべき抵抗測定位置と表面形状測定位置とが制御装置１９にそれぞれ複数個入力されており、先ず、第一、第二の昇降装置４９、６７は、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０を上方に移動させ、プローブ４１と触針６３を基板２３の表面から離間させた状態で、移動装置２０によって、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを、測定すべき第一の抵抗測定位置に移動させる。

第一の昇降装置４９は、第一の抵抗測定位置で、プローブ４１を降下させ、プローブ４１を基板２３表面の高抵抗層２５に接触させる。
その状態で、抵抗測定装置４０は、ガード電極５２を接地電位に置き、円環電極４３と円盤電極４４との間に電圧を印加して電流計４７に流れる電流を測定し、測定値を抵抗測定装置４０から制御装置１９に出力し、制御装置１９は、抵抗値を求めてその値を位置と関連付けて記憶した後、第一の昇降装置４９によってプローブ４１を基板２３表面の高抵抗層２５から離間させる。

次に、移動装置２０によって、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを、基板２３の表面から離間させた状態で測定すべき第二の抵抗測定位置に移動させ、第一の抵抗測定位置と同様に抵抗値の測定を行う。
その後、第一の抵抗測定位置と同様に、基板２３の表面の制御装置１９に入力された残りの測定すべき抵抗測定位置で抵抗値の測定を行う。

制御装置１９に入力された測定すべき抵抗測定位置での抵抗測定が全て終了したら、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを、プローブ４１と触針６３を基板２３の表面から離間させた状態で、移動装置２０によって、測定すべき第一の表面形状測定位置に移動させる。

次いで、第二の昇降装置６７は、触針６３を降下させ、触針６３を基板２３表面の始点となる位置に接触させ、終点まで接触させながら移動装置２０によって移動させる。表面形状測定装置６０は、始点から終点まで移動する間に、基板２３表面の上下方向の変位を示す信号を、基板２３表面上の位置と対応付けて制御装置１９に出力し、制御装置１９は変位量を基板２３上の位置と共に記憶し、触針６３を基板２３表面から離間させる。

次に、移動装置２０は、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを、基板２３の表面から離間させた状態で第二の表面形状測定位置に移動させ、第一の表面形状測定位置と同様に変位量の測定を行う。
その後、第一の表面形状測定位置と同様に、基板２３の表面の制御装置１９に入力された残りの測定すべき表面形状測定位置で変位量の測定を行う。

なお、ここでは測定すべき抵抗測定位置で抵抗値の測定を全て終了した後、測定すべき表面形状測定位置で変位量を全て測定したが、先に全ての測定すべき表面形状測定位置で変位量の測定が終了した後で、測定すべき抵抗測定位置で抵抗値の測定をしても良い。

抵抗測定装置４０によって測定する酸化物半導体薄膜の抵抗値は、１．００×１０⁴〜９．９９×１０¹⁵Ω程度であり、抵抗測定装置４０には、低抵抗用プローブ５１が設けられており、低抵抗用プローブ５１を接触させて、基板表面の薄膜に電流を流し、１．００×１０^-3〜５．００×１０⁶Ω程度の低抵抗を測定することができる。

このように、制御装置１９に記憶された測定点を測定すると、真空吸着が解除されて載置台１１上から基板２３が移動され、測定対象の別の基板２３が載置台１１に配置され、真空吸着した状態で、抵抗値と変位量の測定が行われる。

以上説明したように、本発明では、大型の基板２３を移動させずに、抵抗値と変位量を測定することが出来るので測定が容易であるし、また、省スペースにもなる。
また、本発明の載置板１２である板は、ポリアセタール樹脂である、デルリン(デュポン株式会社の登録商標：ポリトリアセタール樹脂)や、ジュラコン(ポリプラスチック株式会社の登録商標)、テナック(旭化成株式会社の登録商標)や、フッ素樹脂等の高抵抗樹脂を成型して用いると、ガード電極５２に流れる電流が減少し、測定精度が向上する。

また、これらの樹脂は表面を平坦にできるので、変位量測定の測定精度が向上する。ここでは載置板１２はデルリン製であり、平坦度は１００μｍである。載置板１２が配置されたアルミニウム板５６の平坦度も１００μｍである。

上記実施例では、抵抗測定装置４０と表面形状測定装置６０とを上下に移動させることで、プローブ４１と触針６３を上下方向に移動させたが、プローブ４１を移動させてもよいし、触針６３と変位計６５とを一緒に移動させてもよい。

なお、ガード電極５２はアルミニウム板５６に限定されるものではなく、例えば載置板１２の裏面に形成した金属薄膜や金属製フィルムでもよく、その場合、少なくとも、載置板１２の裏面のうち、円環電極４３の外周で取り囲まれる表面の領域の真裏の領域には、載置板１２の裏面と面接触して配置されていればよいが、載置板１２の裏面には、うねりが無く、平坦性が高い板を配置することが望ましい。

ここでは、ガード電極５２は、少なくとも、載置板１２と同じ形状、同じ大きさであるか、又は、載置板１２よりも大きなアルミニウム板５６で構成され、載置板１２の裏面全部と面接触しており、基板２３の表面のどの位置にプローブ４１が接触しても、載置板１２内を厚み方向に流れた電流が、円盤電極４４や円環電極４３に流入しないようにされている。

上記実施例では、プローブ電源４５の負電圧端子４８を接地させ、負電圧端子４８と円盤電極４４の間の接続に電流計４７を挿入したが、円環電極４３と円盤電極４４のうち、いずれか一方の電極を、電流計４７を介してガード電極５２に接続し、他方の電極とガード電極５２との間に電圧を印加するようにすれば、ガード電極５２に流れる電流は、電流計４７には流れない。

要するに、本発明では、円環電極４３と円盤電極４４のうち、いずれか一方を第一の電極とし、他方を第二の電極として、第二の電極を、電流計を介してガード電極５２に接続し、ガード電極５２と第一の電極の間に印加した電圧値と電流計の読みが分かって抵抗値が求められればよい。
なお、円環電極４３と円盤電極４４は、金属が薄板状に形成されて構成されている。

２……測定装置
１２……載置板
２０……移動装置
２３……基板
４０……抵抗測定装置
４１……プローブ
４３……円環電極
４４……円盤電極
４５……プローブ電源
４７……電流計
４９……第一の昇降装置
５２……ガード電極
６０……表面形状測定装置
６３……触針
６７……第二の昇降装置

Claims

測定対象の基板が表面に水平に配置される載置板と、
前記載置板の上方に配置され、前記載置板上の基板の表面にプローブを接触させ、前記プローブに電圧を印加して電流を検出する抵抗測定装置と、
前記載置板の上方に配置され、前記載置板上の基板の表面に触針の先端を接触させ、接触させた状態で前記触針を移動させ、前記触針の上下方向の変位量を検出する表面形状測定装置と、
前記抵抗測定装置と前記表面形状測定装置とを、載置板上で、前記載置板と平行に移動させる移動装置と、
前記プローブと前記触針とを、上下方向にそれぞれ移動させる第一、第二の昇降装置と、を有し、前記プローブと前記触針は前記基板表面と接触と離間が可能に構成され、
前記プローブは、第一、第二の電極を有し、
前記載置板の裏面には、載置板と接触してガード電極が配置され、
電源が電位差を形成できる第一、第二の端子のうち、
前記第一の端子には、前記第一の電極が接続され、
前記第二の端子には、ガード電極が接続され、
前記第二の電極は、電流計を介して前記第二の端子に接続された複合測定装置。
前記載置板は、ポリアセタール樹脂で構成された請求項１記載の複合測定装置。