JP6948873B2 - 測定器を較正する方法、及び、ケース - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、測定器を較正する方法、及び、ケースに関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、円盤状の被加工物を処理する処理システムが用いられている。処理システムは、被加工物を搬送するための搬送装置、及び、被加工物を処理するための処理装置を有している。処理装置は、一般的に、チャンバ本体、及び、当該チャンバ本体内に設けられた載置台を有している。載置台は、その上に載置された被加工物を支持するよう構成されている。搬送装置は、載置台上に被加工物を搬送するよう構成されている。
処理装置における被加工物の処理においては、載置台上における被加工物の位置が重要である。したがって、載置台上における被加工物の位置が所定位置からずれている場合には、搬送装置を調整する必要がある。
搬送装置を調整する技術としては、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載された技術では、被加工物と同様の円盤形状を有し、静電容量測定のための電極を有する測定器が利用されている。特許文献１に記載された技術では、測定器が搬送装置によって載置台上に搬送される。載置台上における電極の位置に依存する静電容量の測定値が取得され、当該測定値に基づいて被加工物の搬送位置を修正するよう搬送装置が調整される。
特開２０１７−３５５７号公報
上述のような静電容量の測定値を取得する測定器には、高精度な測定性能が求められている。高精度の測定性能を実現するためには、測定器を較正する必要がある。また、測定器を簡便に較正可能とすることが求められる。
一態様においては、ケースを用いて測定器を較正する方法が提供される。測定器は、ベース基板と、複数のセンサ電極と、高周波発振器と、演算部とを有する。ベース基板は、円盤状をなす。複数のセンサ電極は、ベース基板に設けられている。高周波発振器は、複数のセンサ電極に高周波信号を与えるように設けられている。演算部は、複数のセンサ電極における電位に応じた複数の検出値から、複数の関数を用いて、複数のセンサ電極それぞれの静電容量を表す複数の測定値をそれぞれ算出するように構成されている。ケースは、ケース本体と、規制部と、複数の第１の基準面とを有する。ケース本体は、測定器をその中に収容するよう構成されている。規制部は、ケース本体内に収容された測定器の並進移動を規制する。複数の第１の基準面は、複数のセンサ電極にそれぞれ対面可能であるようにケース本体内に設けられている。該方法は、複数の検出値である複数の第１の検出値を取得する工程と、複数の関数における係数を較正する工程とを有する。複数の第１の検出値は、規制部によって測定器の並進移動が規制され、複数のセンサ電極に複数の第１の基準面がそれぞれ対面しており、複数のセンサ電極に高周波信号が与えられている状態で、取得される。係数を較正する工程では、複数の第１の検出値から算出される複数の測定値である複数の第１の測定値が第１の所定値となるように複数の関数における係数を較正する。
一態様に係る測定器を較正する方法では、ケース本体内において規制部によって測定器の並進移動が規制されるので、センサ電極と第１の基準面との間の相対的位置関係を容易に固定できる。センサ電極と第１の基準面との間の相対的な位置関係が固定されている場合、センサ電極による測定値は本来一定の値をとる。そこで、センサ電極と第１の基準面との間の相対的位置関係が固定された状態において、センサ電極による第１の測定値が第１の所定値となるように関数の係数を較正することにより、測定器を簡便に較正できる。
一実施形態では、測定器は、複数のガード電極と、複数の可変インピーダンス回路とを更に有する。複数のガード電極は、複数のセンサ電極をそれぞれ囲むように設けられている。複数の可変インピーダンス回路は、複数のセンサ電極と高周波発振器との間で接続されている。高周波発振器は複数のガード電極に高周波信号を更に与えるように設けられている。複数の検出値の各々は、複数のセンサ電極のうち一つのセンサ電極の電位と複数のガード電極のうち該一つのセンサ電極を囲む一つのガード電極の電位との間の電位差に応じた値である。該方法は、高周波信号が複数のセンサ電極及び複数のガード電極に与えられており、且つ、ケース本体内において複数のセンサ電極及び複数のガード電極の前方に複数の検出値がゼロとなるべき空間が設けられている状態で、複数の検出値がゼロになるように複数の可変インピーダンス回路のインピーダンスを調整する工程を更に含む。この構成によれば、測定値がゼロとなるべき状態において、センサ電極の電位と当該センサ電極を囲むガード電極の電位との間の電位差をゼロとすることにより、より高精度に較正を行うことができる。
一実施形態では、複数のセンサ電極は、ベース基板のエッジに沿って設けられている。複数の第１の基準面は、複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に配列されている。
一実施形態では、複数のセンサ電極は、ベース基板の底面に沿って周方向に配列されている。複数の第１の基準面は、複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に配列されている。
一実施形態では、ケースは、複数の第１の基準面とは異なる複数の第２の基準面を更に有する。複数の第２の基準面は、該複数の第２の基準面がそれぞれ複数のセンサ電極と対面しているときの該複数のセンサ電極それぞれの静電容量が、複数の第１の基準面がそれぞれ複数のセンサ電極と対面しているときの該複数のセンサ電極それぞれの静電容量と異なるように、設けられている。該方法は、規制部によって測定器の並進移動が規制され、複数のセンサ電極に複数の第２の基準面がそれぞれ対面しており、複数のセンサ電極に高周波信号が与えられている状態で、複数の検出値である複数の第２の検出値を取得する工程を更に含む。複数の関数における係数を較正する工程において、複数の第１の測定値がそれぞれ第１の所定値となり、複数の第２の検出値から算出される複数の測定値である複数の第２の測定値が第２の所定値となるように、複数の関数における係数が較正される。第１の基準面と異なる第２の基準面を更に用いて関数の係数を較正するので、より高精度に較正を行うことができる。
一実施形態では、複数のセンサ電極は、ベース基板のエッジに沿って設けられている。複数の第１の基準面及び複数の第２の基準面は、複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に沿って交互に配列されている。この構成によれば、ケース本体に収容された測定器を回転させることで、第１の基準面又は第２の基準面に容易にセンサ電極を対面させることができる。
一実施形態では、複数のセンサ電極は、ベース基板の底面に沿って周方向に配列されている。複数の第１の基準面及び複数の第２の基準面は、複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に沿って交互に配列されている。この構成によれば、第１の基準面又は第２の基準面に容易にセンサ電極を対面させることができる。
一実施形態では、ケースは、ケース本体内を排気装置に接続する排気ポートを更に有する。該方法は、ケース本体内の空間を排気する工程を更に含む。この構成では、ケース本体内を真空引きした状態で、測定器の較正を行うことができる。
一実施形態では、測定器は、バッテリー、及び、該バッテリーに接続された給電端子を更に備える。ケースは、給電のためのコネクタを更に備える。ケース本体内に測定器が収容されている状態で、給電端子とコネクタが電気的に接続される。この構成によれば、測定器の較正時に測定器のバッテリーに給電することができる。
別の一態様においては、測定器の較正に用いられるケースが提供される。該測定器は、略円盤形状を有し、且つ、複数のセンサ電極を有する。測定器は、複数のセンサ電極それぞれの静電容量を表す複数の測定値を取得するよう構成されている。ケースは、ケース本体と、規制部と、複数の第１の基準面とを有する。ケース本体は、測定器をその中に収容するよう構成されている。規制部は、ケース本体内に収容された測定器の並進移動を規制するよう設けられている。複数の第１の基準面は、複数のセンサ電極にそれぞれ対面可能であるようにケース本体内に設けられている。
一態様に係るケースでは、ケース本体内における測定器の並進移動が規制されているので、複数の第１の基準面のそれぞれと複数のセンサ電極のそれぞれと間の距離を所定の距離に固定することができる。このように、基準面とセンサ電極との距離が固定されることによって、測定器の較正を簡便に行うことが可能となる。
一実施形態では、複数の第１の基準面は、周方向に配列されている。この構成では、複数のセンサ電極が周方向に配列された測定器に対応することができる。
一実施形態では、複数の第１の基準面とは異なる複数の第２の基準面を更に有する。複数の第２の基準面は、複数のセンサ電極にそれぞれ対面可能であるようにケース本体内に設けられている。複数の第１の基準面とケース本体内において測定器が配置される領域の中心軸線との間の距離は、複数の第２の基準面と該中心軸線との間の距離と異なっている。複数の第１の基準面と複数の第２の基準面とは周方向に沿って交互に配列されている。この構成によれば、第１の基準面又は第２の基準面に容易にセンサ電極を対面させることができる。
以上説明したように、静電容量を取得する測定器の較正を簡便に行うことが可能となる。
処理システムを例示する図である。 アライナを例示する斜視図である。 プラズマ処理装置の一例を示す図である。 測定器を上面側から見て示す平面図である。 測定器を底面側から見て示す平面図である。 第１センサの一例を示す斜視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ってとった断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ってとった断面図である。 図５の第２センサの拡大図である。 測定器の回路基板の構成を例示する図である。 測定器の回路基板の構成の詳細を例示する図である。 分解されたケースを例示する断面図である。 ケースの構成を模式的に示す平面図である。 測定器の較正方法の一例を示すフローチャートである。 較正方法を説明するためのグラフである。 較正方法を説明するためのグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
まず、円盤状の被加工物を処理するための処理装置、及び、当該処理装置に被処理体を搬送するための搬送装置を有する処理システムについて説明する。図１は、処理システムを例示する図である。処理システム１は、台２ａ〜２ｄ、容器４ａ〜４ｄ、ローダモジュールＬＭ、アライナＡＮ、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６、トランスファーモジュールＴＦ、及び、制御部ＭＣを備えている。なお、台２ａ〜２ｄの個数、容器４ａ〜４ｄの個数、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２の個数、及び、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６の個数は限定されるものではなく、一以上の任意の個数であり得る。
台２ａ〜２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。容器４ａ〜４ｄはそれぞれ、台２ａ〜２ｄ上に搭載されている。容器４ａ〜４ｄの各々は、例えば、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）と称される容器である。容器４ａ〜４ｄのそれぞれは、被加工物Ｗを収容するように構成されている。被加工物Ｗは、ウエハのように略円盤形状を有する。
ローダモジュールＬＭは、大気圧状態の搬送空間をその内部に画成するチャンバ壁を有している。この搬送空間内には搬送装置ＴＵ１が設けられている。搬送装置ＴＵ１は、例えば、多関節ロボットであり、制御部ＭＣによって制御される。搬送装置ＴＵ１は、容器４ａ〜４ｄとアライナＡＮとの間、アライナＡＮとロードロックモジュールＬＬ１〜ＬＬ２の間、ロードロックモジュールＬＬ１〜ＬＬ２と容器４ａ〜４ｄの間で被加工物Ｗを搬送するように構成されている。
アライナＡＮは、ローダモジュールＬＭと接続されている。アライナＡＮは、被加工物Ｗの位置の調整（位置の較正）を行うように構成されている。図２は、アライナを例示する斜視図である。アライナＡＮは、支持台６Ｔ、駆動装置６Ｄ、及び、センサ６Ｓを有している。支持台６Ｔは、鉛直方向に延びる軸線中心に回転可能な台であり、その上に被加工物Ｗを支持するように構成されている。支持台６Ｔは、駆動装置６Ｄによって回転される。駆動装置６Ｄは、制御部ＭＣによって制御される。駆動装置６Ｄからの動力により支持台６Ｔが回転すると、当該支持台６Ｔ上に載置された被加工物Ｗも回転するようになっている。
センサ６Ｓは、光学センサであり、被加工物Ｗが回転されている間、被加工物Ｗのエッジを検出する。センサ６Ｓは、エッジの検出結果から、基準角度位置に対する被加工物ＷのノッチＷＮ（或いは、別のマーカー）の角度位置のずれ量、及び、基準位置に対する被加工物Ｗの中心位置のずれ量を検出する。センサ６Ｓは、ノッチＷＮの角度位置のずれ量及び被加工物Ｗの中心位置のずれ量を制御部ＭＣに出力する。制御部ＭＣは、ノッチＷＮの角度位置のずれ量に基づき、ノッチＷＮの角度位置を基準角度位置に補正するための支持台６Ｔの回転量を算出する。制御部ＭＣは、この回転量の分だけ支持台６Ｔを回転させるよう、駆動装置６Ｄを制御する。これにより、ノッチＷＮの角度位置を基準角度位置に補正することができる。また、制御部ＭＣは、搬送装置ＴＵ１のエンドエフェクタ（ｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒ）上の所定位置に被加工物Ｗの中心位置が一致するよう、アライナＡＮから被加工物Ｗを受け取る際の搬送装置ＴＵ１のエンドエフェクタの位置を、被加工物Ｗの中心位置のずれ量に基づき、制御する。
図１に戻り、ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々は、ローダモジュールＬＭとトランスファーモジュールＴＦとの間に設けられている。ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々は、予備減圧室を提供している。
トランスファーモジュールＴＦは、ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２にゲートバルブを介して接続されている。トランスファーモジュールＴＦは、減圧可能な減圧室を提供している。この減圧室には、搬送装置ＴＵ２が設けられている。搬送装置ＴＵ２は、例えば、多関節ロボットであり、制御部ＭＣによって制御される。搬送装置ＴＵ２は、ロードロックモジュールＬＬ１〜ＬＬ２とプロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６との間、及び、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち任意の二つのプロセスモジュール間において、被加工物Ｗを搬送するように構成されている。
プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６は、トランスファーモジュールＴＦにゲートバルブを介して接続されている。プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６の各々は、被加工物Ｗに対してプラズマ処理といった専用の処理を行うよう構成された処理装置である。
この処理システム１において被加工物Ｗの処理が行われる際の一連の動作は以下の通り例示される。ローダモジュールＬＭの搬送装置ＴＵ１が、容器４ａ〜４ｄの何れかから被加工物Ｗを取り出し、当該被加工物ＷをアライナＡＮに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１は、その位置が調整された被加工物ＷをアライナＡＮから取り出して、当該被加工物ＷをロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、一方のロードロックモジュールが、予備減圧室の圧力を所定の圧力に減圧する。次いで、トランスファーモジュールＴＦの搬送装置ＴＵ２が、一方のロードロックモジュールから被加工物Ｗを取り出し、当該被加工物ＷをプロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち何れかに搬送する。そして、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち一以上のプロセスモジュールが被加工物Ｗを処理する。そして、搬送装置ＴＵ２が、処理後の被加工物ＷをプロセスモジュールからロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１が被加工物Ｗを一方のロードロックモジュールから容器４ａ〜４ｄの何れかに搬送する。
この処理システム１は、上述したように制御部ＭＣを備えている。制御部ＭＣは、プロセッサ、メモリといった記憶装置、表示装置、入出力装置、通信装置等を備えるコンピュータであり得る。上述した処理システム１の一連の動作は、記憶装置に記憶されたプログラムに従った制御部ＭＣによる処理システム１の各部の制御により、実現されるようになっている。
図３は、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ６の何れかとして採用され得るプラズマ処理装置の一例を示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１０は、略円筒形状のチャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、例えば、アルミニウムから形成されており、その内壁面には、陽極酸化処理が施され得る。このチャンバ本体１２は保安接地されている。
チャンバ本体１２の底部上には、略円筒形状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、チャンバ本体１２内に設けられており、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。また、チャンバ本体１２によって提供されるチャンバＳ内には、ステージＳＴが設けられている。ステージＳＴは、支持部１４によって支持されている。
ステージＳＴは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。
第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有しており、略円盤形状を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被加工物Ｗを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、被加工物Ｗを保持することができる。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、フォーカスリングＦＲが設けられている。このフォーカスリングＦＲは、被加工物Ｗのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むように設けられている。フォーカスリングＦＲは、第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２を有している（図３参照）。第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２は環状板形状を有している。第２部分Ｐ２は、第１部分Ｐ１上に設けられている。第２部分Ｐ２の内縁Ｐ２ｉは第１部分Ｐ１の内縁Ｐ１ｉの直径よりも大きい直径を有している。被加工物Ｗは、そのエッジ領域が、フォーカスリングＦＲの第１部分Ｐ１上に位置するように、静電チャックＥＳＣ上に載置される。このフォーカスリングＦＲは、シリコン、炭化ケイ素、酸化シリコンといった種々の材料のうち何れかから形成され得る。
第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、チャンバ本体１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持された被加工物Ｗの温度が制御される。
ステージＳＴには、当該ステージＳＴを貫通する複数（例えば、三つ）の貫通孔２５が形成されている。これら、複数の貫通孔２５には、複数本（例えば、３本）のリフトピン２５ａがそれぞれ挿入されている。なお、図３においては、一本のリフトピン２５ａが挿入された一つの貫通孔２５が描かれている。
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、ステージＳＴの上方において、当該ステージＳＴと対向配置されている。上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４はチャンバＳに面しており、当該天板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この天板３４は、シリコン又は石英から形成され得る。或いは、天板３４は、アルミニウム製の母材の表面に酸化イットリウムといった耐プラズマ性の膜を形成することによって構成され得る。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この支持体３６は、水冷構造を有し得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数種のガス用の複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
また、プラズマ処理装置１０では、チャンバ本体１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
チャンバ本体１２の底部側、且つ、支持部１４とチャンバ本体１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート４８には、その板厚方向に貫通する複数の孔が形成されている。この排気プレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ本体１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ本体１２の側壁には被加工物Ｗの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源であり、例えば、２７〜１００ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。
第２の高周波電源６４は、被加工物Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波を発生する電源であり、例えば、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
このプラズマ処理装置１０では、複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスがチャンバＳに供給される。また、チャンバＳの圧力が排気装置５０によって所定の圧力に設定される。さらに、第１の高周波電源６２からの第１の高周波によってチャンバＳ内のガスが励起される。これにより、プラズマが生成される。そして、発生した活性種によって被加工物Ｗが処理される。なお、必要に応じて、第２の高周波電源６４の第２の高周波に基づくバイアスにより、被加工物Ｗにイオンが引き込まれてもよい。
以下、測定器について説明する。図４は、測定器を上面側から見て示す平面図である。図５は、測定器を底面側から見て示す平面図である。図４及び図５に示す測定器１００は、ベース基板１０２を備えている。ベース基板１０２は、例えば、シリコンから形成されており、被加工物Ｗの形状と同様の形状、即ち略円盤形状を有している。ベース基板１０２の直径は、被加工物Ｗの直径と同様の直径であり、例えば、３００ｍｍである。測定器１００の形状及び寸法は、このベース基板１０２の形状及び寸法によって規定される。したがって、測定器１００は、被加工物Ｗの形状と同様の形状を有し、且つ、被加工物Ｗの寸法と同様の寸法を有する。また、ベース基板１０２のエッジには、ノッチ１０２Ｎ（或いは、別のマーカー）が形成されている。
ベース基板１０２には、静電容量測定用の複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃが設けられている。なお、測定器１００に設けられる第１センサの個数は、三個以上の任意の個数であり得る。複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃは、ベース基板１０２のエッジに沿って、例えば当該エッジの全周において等間隔に、配列されている。具体的には、複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃの各々は、ベース基板の上面側のエッジに沿うように設けられている。複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃの各々の前側端面１０４ｆは、ベース基板１０２の側面に沿っている。
また、ベース基板１０２には、静電容量測定用の複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃが設けられている。なお、測定器１００に設けられる第２センサの個数は、三個以上の任意の個数であり得る。複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃは、ベース基板１０２のエッジに沿って、例えば当該エッジの全周において等間隔に、配列されている。具体的には、複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々は、ベース基板の底面側のエッジに沿うように設けられている。複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々のセンサ電極１６１は、ベース基板１０２の底面に沿っている。また、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃと第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃとは、周方向において６０°間隔で交互に配列されている。
ベース基板１０２の上面の中央には、回路基板１０６が設けられている。回路基板１０６と複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃとの間には、互いを電気的に接続するための配線群１０８Ａ〜１０８Ｃが設けられている。また、回路基板１０６と複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃとの間には、互いを電気的に接続するための配線群２０８Ａ〜２０８Ｃが設けられている。回路基板１０６、配線群１０８Ａ〜１０８Ｃ、及び配線群２０８Ａ〜２０８Ｃは、カバー１０３によって覆われている。カバー１０３には、複数の開口１０３ａが設けられている。開口１０３ａの位置は、回路基板１０６に配置された後述する給電コネクタ１７７ａ等の位置に一致している。
以下、第１センサについて詳細に説明する。図６は、センサの一例を示す斜視図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ってとった断面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ってとった断面図である。図６〜図８に示す第１センサ１０４は、測定器１００の複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃとして利用されるセンサであり、一例では、チップ状の部品として構成されている。なお、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を適宜参照する。Ｘ方向は、第１センサ１０４の前方向を示しており、Ｙ方向は、Ｘ方向に直交する一方向であって第１センサ１０４の幅方向を示しており、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向であって第１センサ１０４の上方向を示している。
図６〜図８に示すように、第１センサ１０４は、前側端面１０４ｆ、上面１０４ｔ、下面１０４ｂ、一対の側面１０４ｓ、及び、後側端面１０４ｒを有している。前側端面１０４ｆは、Ｘ方向において第１センサ１０４の前側表面を構成している。第１センサ１０４は、前側端面１０４ｆが中心軸線ＡＸ１００に対して放射方向に向くように、測定器１００のベース基板１０２に搭載される（図４参照）。また、第１センサ１０４がベース基板１０２に搭載されている状態では、前側端面１０４ｆは、ベース基板１０２のエッジに沿って延在する。したがって、測定器１００が静電チャックＥＳＣ上に配置されるときに、前側端面１０４ｆは、フォーカスリングＦＲの内縁に対面する。
後側端面１０４ｒは、Ｘ方向において第１センサ１０４の後側表面を構成している。第１センサ１０４がベース基板１０２に搭載されている状態では、後側端面１０４ｒは、前側端面１０４ｆよりも中心軸線ＡＸ１００の近くに位置する。上面１０４ｔはＺ方向において第１センサ１０４の上側表面を構成しており、下面１０４ｂはＺ方向において第１センサ１０４の下側表面を構成している。また、一対の側面１０４ｓは、Ｙ方向において第１センサ１０４の表面を構成している。
第１センサ１０４は、センサ電極１４３を有している。第１センサ１０４は、電極１４１及びガード電極１４２を更に有していてもよい。電極１４１は、導体から形成されている。電極１４１は、第１部分１４１ａを有している。図６及び図７に示すように、第１部分１４１ａは、Ｘ方向及びＹ方向に延在している。
ガード電極１４２は、導体から形成されている。ガード電極１４２は、第２部分１４２ａを有している。第２部分１４２ａは、第１部分１４１ａの上で延在している。第１センサ１０４内において、ガード電極１４２は、電極１４１から絶縁されている。図６及び図７に示すように、第２部分１４２ａは、第１部分１４１ａの上で、Ｘ方向及びＹ方向に延在している。
センサ電極１４３は、導体から形成されたセンサ電極である。センサ電極１４３は、電極１４１の第１部分１４１ａ及びガード電極１４２の第２部分１４２ａの上に設けられている。センサ電極１４３は、第１センサ１０４内において電極１４１及びガード電極１４２から絶縁されている。センサ電極１４３は、前面１４３ｆを有している。この前面１４３ｆは、第１部分１４１ａ及び第２部分１４２ａに交差する方向に延びている。また、前面１４３ｆは、第１センサ１０４の前側端面１０４ｆに沿って延在している。一実施形態では、前面１４３ｆは、第１センサ１０４の前側端面１０４ｆの一部を構成している。或いは、第１センサ１０４は、センサ電極１４３の前面１４３ｆの前側に当該前面１４３ｆを覆う絶縁膜を有していてもよい。
図６〜図８に示すように、電極１４１及びガード電極１４２は、センサ電極１４３の前面１４３ｆが配置されている領域の側（Ｘ方向）で開口し、且つ、センサ電極１４３の周囲を囲むように延在していてもよい。即ち、電極１４１及びガード電極１４２は、センサ電極１４３の上方、後方、及び、側方において、当該センサ電極１４３を囲むように延在していてもよい。
また、第１センサ１０４の前側端面１０４ｆは、所定の曲率を有する曲面であり得る。この場合に、前側端面１０４ｆは、当該前側端面の任意の位置で一定の曲率を有しており、当該前側端面１０４ｆの曲率は、測定器１００の中心軸線ＡＸ１００と当該前側端面１０４ｆとの間の距離の逆数であり得る。この第１センサ１０４は、前側端面１０４ｆの曲率中心が中心軸線ＡＸ１００に一致するように、ベース基板１０２に搭載される。
また、第１センサ１０４は、基板部１４４、絶縁領域１４６〜１４８、パッド１５１〜１５３、及び、ヴィア配線１５４を更に有し得る。基板部１４４は、本体部１４４ｍ及び表層部１４４ｆを有している。本体部１４４ｍは、例えばシリコンから形成されている。表層部１４４ｆは、本体部１４４ｍの表面を覆っている。表層部１４４ｆは、絶縁材料から形成されている。表層部１４４ｆは、例えば、シリコンの熱酸化膜である。
ガード電極１４２の第２部分１４２ａは、基板部１４４の下方において延在しており、基板部１４４とガード電極１４２との間には、絶縁領域１４６が設けられている。絶縁領域１４６は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、又は、ポリイミドから形成されている。
電極１４１の第１部分１４１ａは、基板部１４４及びガード電極１４２の第２部分１４２ａの下方において延在している。電極１４１とガード電極１４２との間には絶縁領域１４７が設けられている。絶縁領域１４７は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、又は、ポリイミドから形成されている。
絶縁領域１４８は、第１センサ１０４の上面１０４ｔを構成している。絶縁領域１４８は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、又は、ポリイミドから形成されている。この絶縁領域１４８には、パッド１５１〜１５３が形成されている。パッド１５３は、導体から形成されており、センサ電極１４３に接続されている。具体的には、絶縁領域１４６、ガード電極１４２、絶縁領域１４７、及び、電極１４１を貫通するヴィア配線１５４によって、センサ電極１４３とパッド１５３が互いに接続されている。ヴィア配線１５４の周囲には絶縁体が設けられており、当該ヴィア配線１５４は電極１４１及びガード電極１４２から絶縁されている。パッド１５３は、ベース基板１０２内に設けられた配線１８３を介して回路基板１０６に接続されている。パッド１５１及びパッド１５２も同様に導体から形成されている。パッド１５１及びパッド１５２はそれぞれ、対応のヴィア配線を介して、電極１４１、ガード電極１４２に接続されている。また、パッド１５１及びパッド１５２は、ベース基板１０２に設けられた対応の配線を介して回路基板１０６に接続される。
以下、第２センサについて詳細に説明する。図９は、図５の部分拡大図であり、一つの第２センサを示す。センサ電極１６１のエッジは部分的に円弧形状をなしている。即ち、センサ電極１６１は、中心軸線ＡＸ１００を中心とした異なる半径を有する二つの円弧１６１ａ，１６１ｂによって規定される平面形状を有している。複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃそれぞれのセンサ電極１６１における径方向外側の円弧１６１ｂは、共通する円上で延在する。また、複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃそれぞれのセンサ電極１６１における径方向内側の円弧１６１ａは、他の共通する円上で延在する。センサ電極１６１のエッジの一部の曲率は、静電チャックＥＳＣのエッジの曲率に一致している。一実施形態では、センサ電極１６１における径方向外側のエッジを形成する円弧１６１ｂの曲率が、静電チャックＥＳＣのエッジの曲率に一致している。なお、円弧１６１ｂの曲率中心、即ち、円弧１６１ｂがその上で延在する円の中心は、中心軸線ＡＸ１００を共有している。
一実施形態では、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々は、センサ電極１６１を囲むガード電極１６２を更に含んでいる。ガード電極１６２は、枠状をなしており、センサ電極１６１をその全周にわたって囲んでいる。ガード電極１６２とセンサ電極１６１は、それらの間に絶縁領域１６４が介在するよう、互いに離間している。また、一実施形態では、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々は、ガード電極１６２の外側で当該ガード電極１６２を囲む電極１６３を更に含んでいる。電極１６３は、枠状をなしており、ガード電極１６２をその全周にわたって囲んでいる。ガード電極１６２と電極１６３は、それらの間に絶縁領域１６５が介在するよう互いに離間している。
以下、回路基板１０６の構成について説明する。図１０は、測定器の回路基板の構成を例示する図である。図１０に示すように、回路基板１０６は、高周波発振器１７１、複数のＣ／Ｖ変換回路１７２Ａ〜１７２Ｃ、複数のＣ／Ｖ変換回路２７２Ａ〜２７２Ｃ、Ａ／Ｄ変換器１７３、プロセッサ（演算部）１７４、記憶装置１７５、通信装置１７６、及び、電源１７７を有している。
複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃの各々は、複数の配線群１０８Ａ〜１０８Ｃのうち対応の配線群を介して回路基板１０６に接続されている。また、複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃの各々は、対応の配線群に含まれる幾つかの配線を介して、複数のＣ／Ｖ変換回路１７２Ａ〜１７２Ｃのうち対応のＣ／Ｖ変換回路に接続されている。複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々は、複数の配線群２０８Ａ〜２０８Ｃのうち対応の配線群を介して回路基板１０６に接続されている。また、複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々は、対応の配線群に含まれる幾つかの配線を介して、複数のＣ／Ｖ変換回路２７２Ａ〜２７２Ｃのうち対応のＣ／Ｖ変換回路に接続されている。以下、複数の第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃの各々と同構成の一つの第１センサ１０４、複数の配線群１０８Ａ〜１０８Ｃの各々と同構成の一つの配線群１０８、複数のＣ／Ｖ変換回路１７２Ａ〜１７２Ｃの各々と同構成の一つのＣ／Ｖ変換回路１７２、複数の第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々と同構成の一つの第２センサ１０５、複数の配線群２０８Ａ〜２０８Ｃの各々と同構成の一つの配線群２０８、及び、複数のＣ／Ｖ変換回路２７２Ａ〜２７２Ｃの各々と同構成のＣ／Ｖ変換回路２７２について説明する。
配線群１０８は、配線１８１〜１８３を含んでいる。配線１８１の一端は、電極１４１に接続されたパッド１５１に接続されている。この配線１８１は、回路基板１０６のグランドＧＣに接続されたグランド電位線ＧＬに接続されている。なお、配線１８１は、グランド電位線ＧＬにスイッチＳＷＧを介して接続されていてもよい。また、配線１８２の一端は、ガード電極１４２に接続されたパッド１５２に接続されており、配線１８２の他端はＣ／Ｖ変換回路１７２に接続されている。また、配線１８３の一端は、センサ電極１４３に接続されたパッド１５３に接続されており、配線１８３の他端はＣ／Ｖ変換回路１７２に接続されている。
配線群２０８は、配線２８１〜２８３を含んでいる。配線２８１の一端は、電極１６３に接続されている。この配線２８１は、回路基板１０６のグランドＧＣに接続されたグランド電位線ＧＬに接続されている。なお、配線２８１は、グランド電位線ＧＬにスイッチＳＷＧを介して接続されていてもよい。また、配線２８２の一端は、ガード電極１６２に接続されており、配線２８２の他端はＣ／Ｖ変換回路２７２に接続されている。また、配線２８３の一端は、センサ電極１６１に接続されており、配線２８３の他端はＣ／Ｖ変換回路２７２に接続されている。
高周波発振器１７１は、バッテリーといった電源１７７に接続されており、当該電源１７７からの電力を受けて高周波信号を発生するよう構成されている。なお、電源１７７は、プロセッサ１７４、記憶装置１７５、及び、通信装置１７６にも接続されている。高周波発振器１７１は、複数の出力線を有している。高周波発振器１７１は、発生した高周波信号を複数の出力線を介して、配線１８２及び配線１８３、並びに、配線２８２及び配線２８３に与えるようになっている。したがって、高周波発振器１７１は、第１センサ１０４のガード電極１４２及びセンサ電極１４３に電気的に接続されており、当該高周波発振器１７１からの高周波信号は、ガード電極１４２及びセンサ電極１４３に与えられるようになっている。また、高周波発振器１７１は、第２センサ１０５のセンサ電極１６１及びガード電極１６２に電気的に接続されており、当該高周波発振器１７１からの高周波信号は、センサ電極１６１及びガード電極１６２に与えられるようになっている。
Ｃ／Ｖ変換回路１７２の入力には配線１８２及び配線１８３が接続されている。即ち、Ｃ／Ｖ変換回路１７２の入力には、第１センサ１０４のガード電極１４２及びセンサ電極１４３が接続されている。また、Ｃ／Ｖ変換回路２７２の入力には、センサ電極１６１及びガード電極１６２がそれぞれ接続されている。Ｃ／Ｖ変換回路１７２及びＣ／Ｖ変換回路２７２は、その入力における電位差に応じた振幅を有する電圧信号を生成し、当該電圧信号を出力するよう構成されている。なお、Ｃ／Ｖ変換回路１７２に接続されたセンサ電極の静電容量が大きいほど、当該Ｃ／Ｖ変換回路１７２が出力する電圧信号の電圧の大きさは大きくなる。同様に、Ｃ／Ｖ変換回路２７２に接続されたセンサ電極の静電容量が大きいほど、当該Ｃ／Ｖ変換回路２７２が出力する電圧信号の電圧の大きさは大きくなる。
高周波発振器１７１と配線１８２及び配線１８３とＣ／Ｖ変換回路１７２との接続について、より詳細に説明する。図１１は、高周波発振器１７１と配線１８２及び配線１８３とＣ／Ｖ変換回路１７２との接続を示す回路図である。図１１に示すように、高周波発振器１７１と配線１８２との間には、抵抗１７１ａが接続されている。高周波発振器１７１と配線１８３との間には、可変抵抗１７１ｂ及び可変コンデンサ１７１ｃを含む可変インピーダンス回路１７１ｄが接続されている。Ｃ／Ｖ変換回路１７２は、その一部にオペアンプ及び抵抗を含む増幅回路１７２ａを有している。増幅回路１７２ａでは、オペアンプの反転入力に配線１８３が入力されており、オペアンプの非反転入力に配線１８２が入力されている。また、オペアンプの反転入力と出力とは抵抗を介して接続されている。増幅回路１７２ａは、Ｃ／Ｖ変換回路１７２に入力されたセンサ電極１４３からの信号とガード電極１４２からの信号との電位差を増幅させる。
高周波発振器１７１と配線２８２及び配線２８３とＣ／Ｖ変換回路２７２とは、高周波発振器１７１と配線１８２及び配線１８３とＣ／Ｖ変換回路１７２と同様に接続されている。すなわち、高周波発振器１７１と配線２８２との間には、抵抗が接続されている。高周波発振器１７１と配線２８３との間には、可変抵抗及び可変コンデンサを含む可変インピーダンス回路が接続されている。Ｃ／Ｖ変換回路２７２は、その一部にオペアンプ及び抵抗を含む増幅回路を有している。増幅回路では、オペアンプの反転入力に配線２８３が入力されており、オペアンプの非反転入力に配線２８２が入力されている。また、オペアンプの反転入力と出力とは抵抗を介して接続されている。
Ａ／Ｄ変換器１７３の入力には、Ｃ／Ｖ変換回路１７２及びＣ／Ｖ変換回路２７２の出力が接続している。また、Ａ／Ｄ変換器１７３は、プロセッサ１７４に接続している。Ａ／Ｄ変換器１７３は、プロセッサ１７４からの制御信号によって制御され、Ｃ／Ｖ変換回路１７２の出力信号（電圧信号）及びＣ／Ｖ変換回路２７２の出力信号（電圧信号）を、デジタル値に変換し、検出値としてプロセッサ１７４に出力する。
プロセッサ１７４には記憶装置１７５が接続されている。記憶装置１７５は、揮発性メモリといった記憶装置であり、後述する測定データを記憶するよう構成されている。また、プロセッサ１７４には、別の記憶装置１７８が接続されている。記憶装置１７８は、不揮発性メモリといった記憶装置であり、プロセッサ１７４によって読み込まれて実行されるプログラムが記憶されている。
通信装置１７６は、任意の無線通信規格に準拠した通信装置である。例えば、通信装置１７６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に準拠している。通信装置１７６は、記憶装置１７５に記憶されている測定データを無線送信するように構成されている。
プロセッサ１７４は、上述したプログラムを実行することにより、測定器１００の各部を制御するように構成されている。例えば、プロセッサ１７４は、ガード電極１４２、センサ電極１４３、センサ電極１６１、及び、ガード電極１６２に対する高周波発振器１７１からの高周波信号の供給、記憶装置１７５に対する電源１７７からの電力供給、通信装置１７６に対する電源１７７からの電力供給等を制御するようになっている。さらに、プロセッサ１７４は、上述したプログラムを実行することにより、Ａ／Ｄ変換器１７３から入力された検出値に基づいて、第１センサ１０４の測定値及び第２センサ１０５の測定値を取得する。一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１７３から出力された検出値をＸとした場合、プロセッサ１７４では、測定値が（ａ・Ｘ＋ｂ）に比例した値となるように、検出値に基づいて測定値を取得している。ここで、ａ及びｂは回路状態等によって変化する定数である。プロセッサ１７４は、例えば、測定値が（ａ・Ｘ＋ｂ）に比例した値となるような所定の演算式（関数）を有していてよい。
以上説明した測定器１００では、測定器１００がフォーカスリングＦＲによって囲まれた領域に配置されている状態において、複数のセンサ電極１４３及びガード電極１４２はフォーカスリングＦＲの内縁と対面する。これらセンサ電極１４３の信号とガード電極１４２の信号との電位差に基づいて生成される測定値は、複数のセンサ電極１４３それぞれとフォーカスリングとの間の距離を反映する静電容量を表している。なお、静電容量Ｃは、Ｃ＝εＳ／ｄで表される。εはセンサ電極１４３の前面１４３ｆとフォーカスリングＦＲの内縁との間の媒質の誘電率であり、Ｓはセンサ電極１４３の前面１４３ｆの面積であり、ｄはセンサ電極１４３の前面１４３ｆとフォーカスリングＦＲの内縁との間の距離と見なすことができる。したがって、測定器１００によれば、被加工物Ｗを模した当該測定器１００とフォーカスリングＦＲとの相対的な位置関係を反映する測定データが得られる。例えば、測定器１００によって取得される複数の測定値は、センサ電極１４３の前面１４３ｆとフォーカスリングＦＲの内縁との間の距離が大きくなるほど、小さくなる。
また、測定器１００が静電チャックＥＳＣに載置されている状態では、複数のセンサ電極１６１は静電チャックＥＳＣと対面する。一つのセンサ電極１６１について考えると、センサ電極１６１が静電チャックＥＳＣに対して径方向の外側にずれた場合、センサ電極１６１によって測定される静電容量は、所定の搬送位置に測定器１００が搬送された場合の静電容量に比べて小さくなる。また、センサ電極１６１が静電チャックＥＳＣに対して径方向の内側にずれた場合、センサ電極１６１によって測定される静電容量は、所定の搬送位置に測定器１００が搬送された場合の静電容量に比べて大きくなる。したがって、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々のセンサ電極１６１の静電容量を表す測定値を用いてデータテーブルを参照することによって、静電チャックＥＳＣの各径方向における各センサ電極１６１のずれ量を求めることができる。そして、各径方向における第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃの各々のセンサ電極１６１のずれ量から、測定器１００の搬送位置の誤差を求めることができる。
続いて、測定器１００の較正に用いるケースについて説明する。図１２は、蓋体とケース本体とに分解されたケースを示す断面図である。ケース３００は、ケース本体３０１と、基準サンプル３１０と、規制部３３０と、蓋体３４０とを有している。ケース本体３０１は、測定器１００をその中に収容するよう構成されている。一実施形態では、ケース本体３０１は、上方に測定器１００が配置される底部３０２と、底部３０２の周縁を囲む周壁３０３とを有する。底部３０２は、例えば測定器１００と同様に平面視において円形状であってもよい。また、底部３０２は、平面視において例えば八角形等の多角形状であってもよい。周壁３０３の上端には、周壁３０３に沿って底部３０２を囲む溝３０３ａが形成されている。溝３０３ａには、Ｏリング３０３ｂが配置されている。
基準サンプル３１０は、底板３１１と側板３１５とを有している。底板３１１は、平板状をなしており、底部３０２の上面に載置されている。側板３１５は、略環状をなしており、底板３１１の周囲を囲むように配置されている。測定器１００は、ケース本体３０１内において、側板３１５の内側且つ底板３１１の上面に配置される。測定器１００が底板３１１に載置された状態では、センサ電極１６１が底板３１１の上面の一部に対面可能となっている。また、測定器１００が底板３１１に載置された状態では、センサ電極１４３が側板３１５の内周面の一部に対面可能となっている。底板３１１及び側板３１５は、例えばアルミニウム等の金属材料によって形成され得る。
図１３は、基準サンプル３１０を詳細に示す平面図である。底板３１１は、略円板状をなしている。底板３１１における測定器１００が配置される領域の中心軸線ＡＸ３００と底板３１１の外縁との間の距離は、周方向において所定の間隔ごとに異なっている。測定器１００が配置された状態では、測定器１００の中心軸線ＡＸ１００と底板３１１の中心軸線ＡＸ３００とが一致する。以下、便宜上、中心軸線ＡＸ３００と底板３１１の外縁との間の距離を底板３１１の「半径」と表現する。一実施形態では、中心軸線ＡＸ３００の方向において、３つのセンサ電極１６１のそれぞれと底板３１１とが互いに重複する面積の大きさを３種類に変化可能としている。例えば、底板３１１は、所定の半径を有する部分と、当該部分とは異なる半径を有する部分とが交互に配列されていてよい。図示例の底板３１１の半径は、４０°ごとに異なっている。より具体的には、第１の半径３１２ａ、第２の半径３１２ｂ及び第３の半径３１２ｃを有する部分が、周方向に沿って左回りに順番に配列されている。
一例として、第１の半径３１２ａは測定器１００の半径よりも小さい。例えば、第１の半径３１２ａは、中心軸線ＡＸ１００とセンサ電極１６１の円弧１６１ａとの間の距離よりも小さい。すなわち、底板３１１において、第１の半径３１２ａを有する部分の上面３１３ａは、測定器１００が底板３１１に載置された状態でセンサ電極１６１に対面し得ない。上面３１３ａとセンサ電極１６１との周方向の位置が一致している状態であっても、センサ電極１６１の信号に応じるＣ／Ｖ変換回路２７２の出力信号（電圧信号）は理想的にはゼロとなる。第２の半径３１２ｂは測定器１００の半径に等しい。底板３１１において、第２の半径３１２ｂを有する部分は、測定器１００が底板３１１に載置された状態でセンサ電極１６１に対面可能な上面（第１の基準面）３１３ｂを有する。第３の半径３１２ｃは測定器１００の半径よりも大きい。底板３１１において、第３の半径３１２ｃを有する部分は、測定器１００が底板３１１に載置された状態でセンサ電極１６１に対面可能な上面（第２の基準面）３１３ｃを有する。
側板３１５は、略円環状をなしている。中心軸線ＡＸ３００と側板３１５の内周面３１６との間の距離は、周方向において所定の間隔ごとに異なっている。以下、便宜上、中心軸線と内周面との間の距離を側板３１５の「半径」と表現する。一実施形態では、３つのセンサ電極１４３のそれぞれと内周面３１６との間の距離の大きさを３種類に変化可能としている。例えば、側板３１５は、所定の半径を有する部分と、当該部分とは異なる半径を有する部分とが交互に配列されていてよい。図示例の側板３１５の半径は、４０°ごとに異なっている。より具体的には、第１の半径３１７ａ、第２の半径３１７ｂ及び第３の半径３１７ｃを有する部分が、周方向に沿って左回りに順番に配列されている。第１の半径３１７ａは第２の半径３１７ｂよりも大きい。第２の半径３１７ｂは第３の半径３１７ｃよりも大きい。
側板３１５において、第１の半径３１７ａを有する部分の内周面３１６ａは、測定器１００が底板３１１に載置された状態でセンサ電極１４３に対面し得る。しかし、内周面３１６ａとセンサ電極１４３との間の距離が大きいため、センサ電極１４３の信号に応じるＣ／Ｖ変換回路１７２の出力信号は理想的にはゼロとなる。側板３１５において、第２の半径３１７ｂを有する部分は、測定器１００が底板３１１に載置された状態でセンサ電極１４３に対面可能な内周面（第１の基準面）３１６ｂを有する。側板３１５において、第３の半径３１７ｃを有する部分は、測定器１００が底板３１１に載置された状態でセンサ電極１４３に対面可能な内周面（第２の基準面）３１６ｃを有する。
一例では、測定器１００の半径は１５０．０ｍｍであり、底板３１１において、第１の半径３１２ａは１４８．０ｍｍであり、第２の半径３１２ｂは１５０．０ｍｍであり、第３の半径３１２ｃは１５０．５ｍｍである。また、側板３１５において、第１の半径３１７ａは１５４．０ｍｍであり、第２の半径３１７ｂは１５１．０ｍｍであり、第３の半径３１７ｃは１５０．０ｍｍである。
周方向において、上面３１３ａ〜３１３ｃの位置と内周面３１６ａ〜３１６ｃの位置とは、センサ電極１６１の位置とセンサ電極１４３の位置とのずれと同様にずれている。一実施形態では、上面３１３ａの周方向の中心位置は、内周面３１６ａの周方向の中心位置に対して６０°ずれている。上面３１３ｂの周方向の中心位置は、内周面３１６ｂの周方向の中心位置に対して６０°ずれている。上面３１３ｃの周方向の中心位置は、内周面３１６ｃの周方向の中心位置に対して６０°ずれている。
規制部３３０は、ケース本体３０１内に収容された測定器１００の並進移動を規制する。測定器１００は、規制部３３０によって並進移動が規制された状態であっても、回転移動することができる。一実施形態では、複数の規制部３３０は、底部３０２上において中心軸線ＡＸ３００を中心とする円周上に配置されている。中心軸線ＡＸ３００と複数の規制部３３０との間の距離は、測定器１００の半径と等しい。一例として、規制部３３０は、測定器１００のエッジに当接可能なピンを有している。規制部３３０は、底板３１１と側板３１５との間に配置されている。周方向において、規制部３３０は、側板３１５の半径が切り替わる位置に配置されている。規制部３３０は、例えば３個から９個配置されてよい。図示例では、９個の規制部３３０を例示している。なお、例えば規制部３３０を３個のみ配置する場合には、内周面３１６ｂと内周面３１６ｃとの境界に規制部３３０が配置されてもよい。
蓋体３４０は、ケース本体３０１の開口を覆い、ケース３００の内部空間を密閉し得る。蓋体３４０は、平面視において底部３０２と同形状の外形を有する天井部３４１と、天井部３４１の周縁を囲む周壁３４３とを有する。周壁３４３と周壁３０３とが接触するように配置された状態において、Ｏリング３０３ｂの作用によってケース３００内が密閉され得る。天井部３４１の中央には、窓３４２が設けられている。窓３４２は、ガラス等の透明な材料によって形成されている。すなわち、使用者は、密閉されたケース３００内の状態を窓３４２から視認することができる。また、天井部３４１には、給電コネクタ３４４が設けられている。給電コネクタ３４４は、天井部３４１を貫通している。給電コネクタ３４４はケース３００の外側において外部の電源３４４ａに接続され得る。また、給電コネクタ３４４はケース３００の内側において開口１０３ａを介して測定器１００の給電コネクタ（給電端子）１７７ａに接続され得る。給電コネクタ１７７ａは、例えば回路基板１０６の電源１７７に接続されている。周壁３４３には、排気ポート３４３ａが形成されている。排気ポート３４３ａは、ケース３００の内側空間に接続されている。また、排気ポート３４３ａは、バルブ３４３ｂ及び圧力計３４３ｃを介して真空ポンプ３４３ｄに接続され得る。
続いて、ケース３００を用いた測定器の較正方法について説明する。図１４は、較正方法を説明するためのフローチャートである。図１５は、第１センサの較正方法を説明するためのグラフである。図１６は、第２センサの較正方法を説明するためのグラフである。図１５の（ａ）は、センサ電極１４３と側板３１５の内周面との間の距離を変えて取得された第１センサ１０４の測定値を示す。図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）を部分的に拡大したグラフである。図１５の（ａ）及び図１５の（ｂ）では、第１センサ１０４Ａ、第１センサ１０４Ｂ及び第１センサ１０４Ｃの測定値が、それぞれ「ｃｈ．０１」、「ｃｈ．０２」及び「ｃｈ．０３」によって示されている。また、計算によって求められる第１センサの静電容量が「計算値」として示されている。なお、第１センサ１０４が内周面３１６ａに対面した状態、すなわち距離が４ｍｍの状態では、静電容量は理想的にはゼロであってよい。
図１６の（ａ）は、測定器１００のエッジと底板３１１のエッジとの間の距離を変えて取得された第２センサ１０５の測定値を示す。図１６の（ｂ）は、図１６の（ａ）を部分的に拡大したグラフである。図１６の（ａ）及び図１６の（ｂ）では、第２センサ１０５Ａ、第２センサ１０５Ｂ及び第２センサ１０５Ｃの測定値が、それぞれ「ｃｈ．０４」、「ｃｈ．０５」及び「ｃｈ．０６」によって示されている。また、計算によって求められる第２センサの静電容量が「計算値」として示されている。測定器１００のエッジと底板３１１のエッジとの間の距離は、測定器１００のエッジと底板３１１のエッジとが一致している状態をゼロとしている。また、測定器１００のエッジが底板３１１のエッジの内側に移動した状態をプラスとし、測定器１００のエッジが底板３１１のエッジの外側に移動した状態をマイナスとしている。すなわち、距離がマイナスであるほど、センサ電極１６１と底板３１１との対面する面積は小さい。なお、距離が−２ｍｍの状態とは、周方向において第２センサ１０５が上面３１３ａの位置にある場合であり、センサ電極１６１と底板３１１とは中心軸線ＡＸ３００の方向において互いに重複していない。
図１４に示すように、測定器１００の較正方法では、まず、測定器１００を較正モードに設定する（ステップＳＴ１）。測定器１００は、第１センサ１０４及び第２センサ１０５の較正を行う較正モードの他に、測定器１００の搬送位置の誤差を求める測定モード等を有していてよい。
続いて、測定器１００をケース３００内に収納する（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２では、第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃのそれぞれが、内周面に対面するように配置される。この状態では、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃのそれぞれが、周方向において上面３１３ａの位置に一致する。すなわち、センサ電極１６１と底板３１１とは対面していない。
続いて、ケース３００内を真空引きする（ステップＳＴ３）。ステップＳＴ３では、まず蓋体３４０によってケース３００内が密閉される。そして、排気ポートを介さえた真空ポンプによってケース３００内を真空引きする。
続いて、ゼロ点調整を行う（ステップＳＴ４）。すなわち、Ｃ／Ｖ変換回路に入力されるセンサ電極の信号とガード電極の信号との電位差がゼロになるように可変インピーダンス回路が調整される。ステップＳＴ２では、センサ電極１４３が内周面３１６ａに対面し、センサ電極１６１が底部３０２の上面に対面するように、測定器１００が配置されている。この状態では、センサ電極１４３と内周面３１６ａとの間の距離が大きく、センサ電極１４３の前方に検出値がゼロとなるべき空間が設けられている。すなわち、Ｃ／Ｖ変換回路１７２から出力される電圧信号は、理想的にはゼロとなる。また、センサ電極１６１の前方（下方）に検出値がゼロとなるべき空間が設けられている。すなわち、センサ電極１６１に対して上面３１３ａが影響を及ぼさないので、Ｃ／Ｖ変換回路２７２から出力される電圧信号は理想的にはゼロとなる。ステップＳＴ４では、Ｃ／Ｖ変換回路１７２から出力される電圧信号がゼロになるように、プロセッサ１７４によって、可変インピーダンス回路１７１ｄにおける可変抵抗１７１ｂの抵抗値及び可変コンデンサ１７１ｃの容量が調整される。また、Ｃ／Ｖ変換回路２７２から出力される電圧信号がゼロになるように、可変インピーダンス回路１７１ｄにおける可変抵抗１７１ｂの抵抗値及び可変コンデンサ１７１ｃの容量が調整される。
続いて、測定器１００の位置を変更する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ５では、規制部３３０によって測定器１００の並進移動が規制された状態で、測定器１００を回転移動させる。これによって、第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃのそれぞれが、内周面（第１の基準面）に対面するようにする。一例として、測定器１００は、平面視において左回りに４０°回転される。この状態では、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃのそれぞれが、上面（第１の基準面）に対面している。また、当該上面の周縁は、測定器１００のエッジに揃っている。
続いて、ケース３００内を真空引きする（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ６では、まず蓋体３４０によってケース３００内が密閉される。そして、排気ポートを介さえた真空ポンプによってケース３００内を真空引きする。
続いて、傾き補正を行う（ステップＳＴ７）。ステップＳＴ７において、センサ電極１４３が内周面に対面し、センサ電極１６１が上面に対面するように、測定器１００が配置されている。この状態では、第１センサ１０４と内周面との間の距離は１ｍｍである。そのため、距離が１ｍｍのときの計算値による静電容量（第１の所定値）（図１５参照）となるように、第１センサ１０４の測定値（第１の測定値）が補正される。また、測定器１００（第２センサ１０５）のエッジと底板３１１の周縁との間の距離は０ｍｍである。そのため、距離が０ｍｍのときの計算値による静電容量（第１の所定値）（図１６参照）となるように、第２センサ１０５による測定値（第１の測定値）が補正される。
上述のとおり、プロセッサ１７４では、Ａ／Ｄ変換器１７３から出力された検出値をＸとした場合、測定値が（ａ・Ｘ＋ｂ）に比例した値となるように、測定値を取得している。定数ａが変化することによって、図１５及び図１６に示すグラフでは、距離と測定値との関係を表す曲線の曲率が変化する。また、定数ｂが変化することによって、図１５及び図１６に示すグラフでは、距離と測定値との関係を表す曲線が上下にシフトする。一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１７３から出力される検出値Ｘのそれぞれが、計算値による静電容量を示す測定値に変換されるように、Ｃ／Ｖ変換回路１７２Ａ〜１７２Ｃ及びＣ／Ｖ変換回路２７２Ａ〜２７２Ｃのそれぞれに対応して定数ａ，ｂが調整される。
続いて、測定器１００の較正の結果を確認する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ８では、第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃのそれぞれが、内周面３１６ｃに対面し、且つ、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃのそれぞれが、上面３１３ｃに対面している状態で、計算値による静電容量（第２の所定値）と同じ値が取得されることを確認する。すなわち、ステップＳＴ８では、第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃのそれぞれが、内周面３１６ｃに対面し、且つ、第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃのそれぞれが、上面３１３ｃに対面するように測定器１００が回転移動され、ケース３００内が真空引きされる。当該状態で、測定器１００による測定を実行し、第１センサ１０４Ａ〜１０４Ｃ及び第２センサ１０５Ａ〜１０５Ｃによって取得される測定値（第２の測定値）を確認する。取得される測定値と計算値による値とにずれがない場合、較正は終了する。一方、取得される測定値と計算値による値とにずれがある場合には、第１の測定値及び第２の測定値を用いて再び定数ａ，ｂが較正される。
以上説明した測定器の較正方法では、ケース本体３０１内において規制部３３０によって測定器１００の並進移動が規制されるので、センサ電極１４３と内周面３１６ｂとの間の相対的位置関係、及び、センサ電極１６１と上面３１３ｂとの間の相対的位置関係を容易に固定できる。センサ電極と基準面との間の相対的な位置関係が固定されている場合、センサ電極１４３，１６１による測定値は本来一定の値をとる。そこで、相対的位置関係が固定された状態において、センサ電極１４３，１６１による測定値が所定値となるように関数の係数を較正することにより、測定器１００を簡便に較正できる。
また、測定値がゼロとなるべき状態において、センサ電極１４３の電位と当該センサ電極１４３を囲むガード電極１４２の電位との間の電位差をゼロとする。また、測定値がゼロとなるべき状態において、センサ電極１６１の電位と当該センサ電極１６１を囲むガード電極１６２の電位との間の電位差をゼロとする。これにより高精度に較正を行うことができる。
複数の内周面３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃ及び複数の上面３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃは、周方向に配列されている。そのため、測定器１００を平面内で回転移動させるだけで、センサ電極１４３及びセンサ電極１６１に対面する基準面を変更することが可能である。
また、該方法では、センサ電極１６１及びセンサ電極１４３が上面３１３ｃ及び内周面３１６ｃにそれぞれ対面した状態において、Ａ／Ｄ変換器の検出値を測定値に変換する関数の係数を更に較正するので、より高精度に較正を行うことができる。
また、一実施形態では、規制部３３０によって規制された測定器１００を回転させることで、容易にセンサ電極１４３，１６１に対面する基準面を変更することができる。
また、ケース３００は、排気ポート３４３ａを有するので、ケース３００内を真空引きした状態で、測定器１００の較正を行うことができる。
一実施形態では、ケース本体３０１内に測定器１００が収容されている状態で、給電コネクタ１７７ａと給電コネクタ３４４が電気的に接続される。この構成によれば、測定器１００の較正時に測定器１００の電源１７７に給電することができる。
以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
例えば、カバー１０３における開口１０３ａの位置に対応するように、測定器１００の状態を知らせるＬＥＤ等の光源が回路基板１０６に配置されていてもよい。この場合、開口１０３ａ及び窓３４２を介して光源が視認できるので、使用者に較正が終了したことを通知してもよい。
１００…測定器、１０２…ベース基板、１０６…回路基板、１４２…ガード電極、１４３…センサ電極、１６１…センサ電極、１６２…ガード電極、１７１…高周波発振器、１７４…プロセッサ（演算部）、３００…ケース、３０１…ケース本体、３１３ｂ…上面（第１の基準面）、３１３ｃ…上面（第２の基準面）、３１６ｂ…内周面（第１の基準面）、３１６ｃ…内周面（第２の基準面）、３３０…規制部。

Claims (13)

  1. ケースを用いて測定器を較正する方法であって、
    前記測定器は、
    円盤状のベース基板と、
    前記ベース基板に設けられた複数のセンサ電極と、
    前記複数のセンサ電極に高周波信号を与えるように設けられた高周波発振器と、
    前記複数のセンサ電極における電位に応じた複数の検出値から、複数の関数を用いて、前記複数のセンサ電極それぞれの静電容量を表す複数の測定値をそれぞれ算出するように構成された演算部と、を有し、
    前記ケースは、
    前記測定器をその中に収容するよう構成されたケース本体と、
    前記ケース本体内に収容された前記測定器の並進移動を規制するよう設けられた規制部と、
    前記複数のセンサ電極にそれぞれ対面可能であるように前記ケース本体内に設けられた複数の第１の基準面と、
    を有し、
    該方法は、
    前記規制部によって前記測定器の並進移動が規制され、前記複数のセンサ電極に前記複数の第１の基準面がそれぞれ対面しており、前記複数のセンサ電極に前記高周波信号が与えられている状態で、前記複数の検出値である複数の第１の検出値を取得する工程と、
    前記複数の関数における係数を較正する工程であり、前記複数の第１の検出値から算出される前記複数の測定値である複数の第１の測定値が第１の所定値となるように前記複数の関数における係数を較正する、該工程と、を含む方法。
  2. 前記測定器は、
    前記複数のセンサ電極をそれぞれ囲むように設けられた複数のガード電極と、
    前記複数のセンサ電極と前記高周波発振器との間で接続された複数の可変インピーダンス回路と、
    を更に有し、
    前記高周波発振器は前記複数のガード電極に前記高周波信号を更に与えるように設けられており、
    前記複数の検出値の各々は、前記複数のセンサ電極のうち一つのセンサ電極の電位と前記複数のガード電極のうち該一つのセンサ電極を囲む一つのガード電極の電位との間の電位差に応じた値であり、
    該方法は、前記高周波信号が前記複数のセンサ電極及び前記複数のガード電極に与えられており、且つ、前記ケース本体内において前記複数のセンサ電極の前方に前記複数の検出値がゼロとなるべき空間が設けられている状態で、前記複数の検出値がゼロになるように前記複数の可変インピーダンス回路のインピーダンスを調整する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記複数のセンサ電極は、前記ベース基板のエッジに沿って設けられており、
    前記複数の第１の基準面は、前記複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に配列されている、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記複数のセンサ電極は、前記ベース基板の底面に沿って周方向に配列されており、
    前記複数の第１の基準面は、前記複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に配列されている、請求項１又は２に記載の方法。
  5. 前記ケースは、前記複数の第１の基準面とは異なる複数の第２の基準面を更に有し、
    前記複数の第２の基準面は、該複数の第２の基準面がそれぞれ前記複数のセンサ電極と対面しているときの該複数のセンサ電極それぞれの静電容量が、前記複数の第１の基準面がそれぞれ前記複数のセンサ電極と対面しているときの該複数のセンサ電極それぞれの静電容量と異なるように、設けられており、
    該方法は、前記規制部によって前記測定器の並進移動が規制され、前記複数のセンサ電極に前記複数の第２の基準面がそれぞれ対面しており、前記複数のセンサ電極に前記高周波信号が与えられている状態で、前記複数の検出値である複数の第２の検出値を取得する工程を更に含み、
    前記複数の関数における係数を較正する前記工程において、前記複数の第１の測定値がそれぞれ前記第１の所定値となり、前記複数の第２の検出値から算出される前記複数の測定値である複数の第２の測定値が第２の所定値となるように、前記複数の関数における前記係数が較正される、請求項１又は２に記載の方法。
  6. 前記複数のセンサ電極は、前記ベース基板のエッジに沿って設けられており、
    前記複数の第１の基準面及び前記複数の第２の基準面は、前記複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に沿って交互に配列されている、請求項５に記載の方法。
  7. 前記複数のセンサ電極は、前記ベース基板の底面に沿って周方向に配列されており、
    前記複数の第１の基準面及び前記複数の第２の基準面は、前記複数のセンサ電極に対面可能であるように周方向に沿って交互に配列されている、請求項５に記載の方法。
  8. 前記ケースは、前記ケース本体内を排気装置に接続する排気ポートを更に有し、
    前記ケース本体内の空間を排気する工程を更に含む、
    請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記測定器は、バッテリー、及び、該バッテリーに接続された給電端子を更に備え、
    前記ケースは、給電のためのコネクタを更に備え、
    前記ケース本体内に前記測定器が収容されている状態で、前記給電端子と前記コネクタが電気的に接続される、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
  10. 測定器の較正に用いられるケースであって、該測定器は、略円盤形状を有し、且つ、複数のセンサ電極を有し、複数のセンサ電極それぞれの静電容量を表す複数の測定値を取得するよう構成されており、
    前記測定器をその中に収容するよう構成されたケース本体と、
    前記ケース本体内に収容された前記測定器の並進移動を規制するよう設けられた規制部と、
    前記複数のセンサ電極にそれぞれ対面可能であるように前記ケース本体内に設けられた複数の第１の基準面と、を備える、ケース。
  11. 前記複数の第１の基準面は、周方向に配列されている、請求項１０に記載のケース。
  12. 前記複数の第１の基準面とは異なる複数の第２の基準面を更に有し、
    前記複数の第２の基準面は、前記複数のセンサ電極にそれぞれ対面可能であるように前記ケース本体内に設けられており、
    前記複数の第１の基準面と前記ケース本体内において前記測定器が配置される領域の中心軸線との間の距離は、前記複数の第２の基準面と該中心軸線との間の距離と異なっており、
    前記複数の第１の基準面と前記複数の第２の基準面とは周方向に沿って交互に配列されている、請求項１０又は１１に記載のケース。
  13. 前記ケースは、前記ケース本体内の空間に接続された排気ポートを更に有する、請求項１０〜１２の何れか一項に記載のケース。
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