JPH11148917A

JPH11148917A - 光走査型二次元濃度分布測定装置の校正方法

Info

Publication number: JPH11148917A
Application number: JP9333587A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nomura; 聡野村; Motoi Nakao; 基中尾; Shuji Takamatsu; 修司高松
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ｐＨ値やｐＩＯＮ値の測定精度を向上させる
ことができる光走査型二次元濃度分布測定装置の校正方
法を提供すること。【解決手段】センサ８のセンサ面７における測定点
（校正する点）を定め、この定めた測定点で、ｐＨ７、
ｐＨ４およびｐＨ９の各緩衝液を用いて光電流とバイア
ス電圧との関係を示すＩＶ曲線を得た後、このＩＶ曲線
を規格化し、この規格化されたＩＶ曲線を解析すること
により、光走査型二次元濃度分布測定装置を校正する。

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、例えば光走査型
ｐＨ画像装置などの光走査型二次元濃度分布測定装置の
校正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記光走査型ｐＨ画像装置として、例え
ば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３
（１９９４）ｐｐＬ３９４−Ｌ３９７に記載してある
ように、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈｔ−Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌ
ｅＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃＳｅｎｓｏｒ）方
式を採用して、ｐＨ感応膜の表面に生ずる電位を測定す
るものがある。このような装置においては、ＥＩＳ（電
解液Ｅ−絶縁体Ｉ−半導体Ｓ）構造に光を走査し、この
光走査によって半導体中において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】そして、本願出願人は、このような光走査
型ｐＨ画像装置関連の技術を、例えば特願平７−３９１
１４号、特願平７−９０３２０号、特願平７−３２９８
３５号などのほか、多数特許出願しているところであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記光走査
型ｐＨ画像装置などＬＡＰＳ法を用いた光走査型二次元
濃度分布測定装置においては、測定値から濃度の算出に
おいて校正方法が標準化されてなく、センサ面上での電
位−濃度勾配（ｍＶ／ｐＩＯＮ）は理論値とよく一致し
ていると仮定したり、また、周囲環境などによるドリフ
トは微小で無視できると仮定するなどしてｐＩＯＮ濃度
を計算していたため、必ずしも精度を十分に保証できる
ものとはいえなかった。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、ｐＨ値やｐＩＯＮ値の測定精度を向上させる
ことができる光走査型二次元濃度分布測定装置の校正方
法（以下、単に校正方法という）を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の校正方法は、半導体基板の一方の面にセ
ンサ面を有し、前記半導体基板に対してプローブ光を照
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、２種類以上のｐＨ値既知の溶液を用いて、
任意の１点以上の測定点において光電流−バイアス電圧
曲線を測定する手順と、得られたそれぞれの曲線の飽和
領域の光電流信号値がある値になるように、それぞれの
光電流−バイアス電圧曲線に適当な倍数を乗じて補正す
る手順と、補正された光電流−バイアス電圧曲線または
補正されてない光電流−バイアス電圧曲線の遷移領域の
或るバイアス電圧を印加したときの２種の溶液間におけ
る光電流値の差をそれぞれの測定点について求めてその
平均値を、用いた２種の溶液のｐＨ値の差で割る手順と
からなる。

【０００７】また、この発明の校正方法は、半導体基板
の一方の面にセンサ面を有し、前記半導体基板に対して
プローブ光を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、２種類以上のｐＨ値既知の
溶液を用いて、任意の１点以上の測定点において光電流
−バイアス電圧曲線を測定する手順と、得られたそれぞ
れの曲線の飽和領域の光電流信号値がある値になるよう
に、それぞれの光電流−バイアス電圧曲線に適当な倍数
を乗じて補正する手順と、補正された光電流−バイアス
電圧曲線または補正されてない光電流−バイアス電圧曲
線の遷移領域の或るバイアス電圧を印加したときの溶液
間における光電流値の差をそれぞれの測定点について求
めて、どちらかの溶液で、遷移領域の或るバイアス電圧
における光電流−バイアス電圧曲線の遷移領域の傾きで
割り、さらに用いた２種の溶液のｐＨ値の差で割る手順
とからなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。まず、この発明の校正方法が適用され
る光走査型二次元濃度分布測定装置について、図１を参
照しながら説明する。

【００１０】図１において、１は測定装置本体で、セン
サ部２とこれにプローブ光３を照射するための光照射部
４とからなる。

【００１１】前記センサ部２は、例えばシリコンなどの
半導体よりなる基板５の一方の面（図示例では上面）に
ＳｉＯ₂層６、Ｓｉ₃Ｎ₄層７を熱酸化、ＣＶＤなどの
手法によって順次形成して水素イオンに応答するように
形成されたセンサ８と、このセンサ８を二次元方向、つ
まり、Ｘ方向（図示例では左右方向）とＹ方向（図示例
では、紙面に垂直な方向）に走査する光透過型ＸＹステ
ージよりなるセンサ走査部９とからなる。１０はこのセ
ンサ走査部９を制御する走査制御装置である。

【００１２】１１はセンサ８のセンサ面（この場合、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄層７）を含み、これに臨むようにして設けられ
るセルで、樹脂材料あるいは他の適宜の材料よりなり、
内部に溶液やゲルなどの試料１２が収容される。

【００１３】そして、１３、１４はセル１１内の試料１
２に接触するようにして設けられる対極、比較電極で、
ポテンショスタット（後述する）に接続されている。ま
た、１５は半導体基板５に設けられる光電流信号取出し
用のオーミック電極で、電流−電圧変換器（後述する）
および演算増幅回路（後述する）を介してポテンショス
タットに接続されている。

【００１４】前記光照射部４は、例えばレーザ光源から
なるとともに、半導体基板５の下面側（センサ面７とは
反対側）に設けられており、インタフェースボード（後
述する）を介してコンピュータ（後述する）の制御信号
によって断続光を発するとともに、センサ走査部９によ
って二次元方向に走査されるセンサ８の半導体基板５に
対して最適なビーム径になるように調整されたプローブ
光３を照射するように構成されている。

【００１５】１６は測定装置本体１を制御するための制
御ボックスであって、半導体基板５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１７、半導体基
板５に形成されたオーミック電極１５から取り出される
光電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器１
８、この電流−電圧変換器１８からの信号が入力される
演算増幅回路１９、この演算増幅回路１９と信号を授受
したり、走査制御装置１０や光照射部４に対する制御信
号を出力するインタフェースボード２０などよりなる。

【００１６】２１は例えば内蔵されたプログラムに基づ
いて各種の制御や演算を行うとともに、画像処理機能を
有する制御・演算部としてのコンピュータ、２２は例え
ばキーボードなどの入力装置、２３はカラーディスプレ
イなどの表示装置、２４は記憶装置である。

【００１７】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、セル１１内に溶液１２を入れ
る。これにより、センサ面７に溶液１２が接する。そし
て、対極１３および比較電極１４を溶液１２に浸漬す
る。

【００１８】上記の状態で、半導体基板５に空乏層が発
生するように、ポテンショスタット１７からの直流電圧
を比較電極１３とオーミック電極１５との間に印加し
て、半導体基板５に所定のバイアス電圧を印加する。こ
の状態で半導体基板５に対してプローブ光３を一定周期
（例えば、５ｋＨｚ）で断続的に照射することによって
半導体基板５に交流光電流を発生させる。このプローブ
光３の断続照射は、コンピュータ２１の制御信号がイン
タフェースボード２０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、半導体基板５の照射点に対向
する点で、センサ面７に接している溶液１２におけるｐ
Ｈ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。

【００１９】さらに、センサ走査部９によって、センサ
８をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、半導体基板５
にはプローブ光３が二次元方向に走査されるようにして
照射され、溶液１２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２３
の画面上にｐＨを表す二次元画像が表示される。

【００２０】なお、上記二次元イオン濃度測定装置にお
いて、比較電極１４を省略し、対極１３を介してバイア
ス電圧を印加してもよい。但し、比較電極１４を設けて
いた場合の方が半導体基板５にバイアス電圧をより安定
に印加することができる。

【００２１】そして、上記光走査型二次元濃度分布測定
装置において、センサ走査部９によってセンサ８をＸ，
Ｙ方向に移動させるのに代えて、光照射部４に光照射部
走査装置を設け、光照射部４をＸ，Ｙ方向に移動させる
ようにしてもよく、また、光照射部４とセンサ部２との
間にプローブ光走査装置を設け、プローブ光３をＸ，Ｙ
方向に移動させるようにしてもよい。

【００２２】さらに、上記光走査型二次元濃度分布測定
装置においては、光照射部４によるプローブ光３を半導
体基板５のセンサ面７とは反対側から照射するようにし
ていたが、これに代えて、センサ面７側から照射するよ
うにしてもよい。そして、光照射部４として、例えば特
願平７−３９１１４号に示すように、半導体基板５に組
み込まれた光照射部を採用してもよい。

【００２３】このように、溶液などにおけるｐＨの二次
元分布を測定し表示する光走査型二次元濃度分布測定装
置については、本願出願人が例えば特願平７−３９１１
２号、特願平７−３９１１４号、特願平７−３２９８３
７号など多数特許出願している。

【００２４】ところで、図２は、上記光走査型二次元濃
度分布測定装置によって得られるＩＶ曲線の一例を示す
もので、半導体基板５と試料（電解質溶液）１２との間
に印加するバイアス電圧を横軸にとり、オーミック電極
１５から取り出される交流光電流値（以下、単に光電流
値という）を縦軸にとったものである。

【００２５】次に、この発明の校正方法について、図３
〜図８をも参照しながら説明する。まず、センサ８の校
正を行い、得られた値を用いてセンサ８の評価を行う例
について説明する。図３は、この発明の校正方法の全体
のフローを概略的に示すもので、この校正方法は、Ｓ
１．センサ８のセンサ面７における測定点（校正する
点）を定めるステップと、Ｓ２．定めた測定点で、ｐＨ
７、ｐＨ４およびｐＨ９の各緩衝液を用いて光電流とバ
イアス電圧との関係を示す曲線（以下、ＩＶ曲線とい
う）を得るステップと、Ｓ３．得られたＩＶ曲線を規格
化するステップと、Ｓ４．規格化されたＩＶ曲線を解析
するステップとからなる。

【００２６】そして、この発明の校正方法を行うに際し
ては、０．１ＭのＫＣｌを含むｐＨ７の緩衝液（以下、
７緩衝液という）、０．１ＭのＫＣｌを含むｐＨ４の緩
衝液（以下、４緩衝液という）、０．１ＭのＫＣｌを含
むｐＨ９の緩衝液（以下、９緩衝液という）を用意し、
０．１ＭのＫＣｌを含む７緩衝液のｐＨ値をガラス電極
を用いて求めてｐＨ７とし、０．１ＭのＫＣｌを含む４
緩衝液のｐＨ値をガラス電極を用いて求めてｐＨ４と
し、０．１ＭのＫＣｌを含む９緩衝液のｐＨ値をガラス
電極を用いて求めてｐＨ９とする。

【００２７】〔ステップＳ１〕センサ８のセンサ面７に
おける少なくとも１つ以上の点をＩＶ特性評価点として
の測定点として定める。この実施の形態では、（０），
（１），（２），（３）の４点である。

【００２８】〔ステップＳ２〕上記定めた測定点
（０），（１），（２），（３）において、７緩衝液、
４緩衝液および９緩衝液を用いて、ＩＶ曲線を得る。す
なわち、

【００２９】７緩衝液によって前記測定点（０），
（１），（２），（３）の全てについて、バイアス電圧
を−３８００ｍＶ〜０ｍＶの範囲で１００ｍＶピッチで
印加し、そのときの光電流値を測定して、ＩＶ特性を得
る。そして、全ての測定点（０），（１），（２），
（３）におけるＩＶ特性をグラフ表示すると、図４
（Ａ）に示すような曲線が得られる。これを７（ｋ）と
する。ここで、ｋは、０，１，２，３であり、この図４
（Ａ）には、曲線７（０），７（１），７（２），７
（３）が一挙に表されている。

【００３０】４緩衝液によって前記測定点（０），
（１），（２），（３）の全てについて、バイアス電圧
を−３８００ｍＶ〜０ｍＶの範囲で１００ｍＶピッチで
印加し、そのときの光電流値を測定して、ＩＶ特性を得
る。そして、全ての測定点（０），（１），（２），
（３）におけるＩＶ特性をグラフ表示すると、図５
（Ａ）に示すような曲線が得られる。これを４（ｋ）と
する。ここで、ｋは、０，１，２，３であり、この図５
（Ａ）には、曲線４（０），４（１），４（２），４
（３）が一挙に表されている。

【００３１】９緩衝液によって前記測定点（０），
（１），（２），（３）の全てについて、バイアス電圧
を−３８００ｍＶ〜０ｍＶの範囲で１００ｍＶピッチで
印加し、そのときの光電流値を測定して、ＩＶ特性を得
る。そして、全ての測定点（０），（１），（２），
（３）におけるＩＶ特性をグラフ表示すると、図６
（Ａ）に示すような曲線が得られる。これを９（ｋ）と
する。ここで、ｋは、０，１，２，３であり、この図６
（Ａ）には、曲線９（０），９（１），９（２），９
（３）が一挙に表されている。

【００３２】〔ステップＳ３〕このステップでは、前記
ステップＳ２において得られたＩＶ曲線の規格化を行
う。以下、ＩＶ曲線の規格化について説明する。

【００３３】上記規格化の具体例として、７緩衝液、４
緩衝液および９緩衝液に関して、唯一つの測定点（０）
において得られたＩＶ曲線を例に挙げて説明すると、図
７（Ａ）は、ＩＶ曲線７（０），４（０），９（０）の
生データ、つまり、ステップＳ２における手法を用いて
得られたＩＶ曲線を表している。

【００３４】そして、これらの各曲線７（０），４
（０），９（０）のバイアス電圧が−３８００ｍＶ〜−
２８００ｍＶの範囲内で光電流値全てについてその平均
値を求め、さらに補正係数を求めると、下記表１のよう
になる。

【００３５】

【表１】

【００３６】そして、曲線７（０），４（０），９
（０）のそれぞれに、上記補正係数Ｃ₇（０），Ｃ
₄（０），Ｃ₉（０）を乗じることにより、図７（Ｂ）
に示すような規格化済みのＩＶ曲線７（０）’，４
（０）’，９（０）’を得ることができる。

【００３７】他の曲線７（１）〜７（３），４（１）〜
４（３），９（１）〜９（３）についても、上述のよう
にすることにより、規格化済みのＩＶ曲線７（１）’〜
７（３）’，４（１）’〜４（３）’，９（１）’〜９
（３）’を得ることができる。

【００３８】上述のことを一般化して説明すると、ＩＶ
曲線７（ｋ）に対して、バイアス電圧が−３８００ｍＶ
〜−２８００ｍＶの範囲内で光電流値全てについてその
平均値を求め、それぞれＩ_7ms（ｋ）とする。そして、
これらのＩ_7ms（ｋ）の最大値をＩ_7max（ｋ）として、
下記式（１）で定められる補正係数Ｃ₇（ｋ）を求め
る。Ｃ₇（ｋ）＝Ｉ_7max（ｋ）／Ｉ_7ms（ｋ） ……（１）

【００３９】そして、曲線７（ｋ）の各バイアス電圧に
おける光電流値に上記補正係数Ｃ₇（ｋ）を乗じて補
正された曲線７（ｋ）’を得る。

【００４０】同様に、ＩＶ曲線４（ｋ）に対して、バイ
アス電圧が−３８００ｍＶ〜−２８００ｍＶの範囲内で
光電流値全てについてその平均値を求め、それぞれＩ
_4ms（ｋ）とする。そして、下記式（２）で定められる
補正係数Ｃ₄（ｋ）を求める。Ｃ₄（ｋ）＝Ｉ_7max／Ｉ_4ms（ｋ） ……（２）

【００４１】そして、曲線４（ｋ）の各バイアス電圧に
おける光電流値に上記補正係数Ｃ₄（ｋ）を乗じて補
正された曲線４（ｋ）’を得る。

【００４２】さらに、ＩＶ曲線９（ｋ）に対して、バイ
アス電圧が−３８００ｍＶ〜−２８００ｍＶの範囲内で
光電流値全てについてその平均値を求め、それぞれＩ
_9ms（ｋ）とする。そして、これらのＩ_9ms（ｋ）の最
大値をＩ_9max（ｋ）として、下記式（３）で定められる
補正係数Ｃ₉（ｋ）を求める。Ｃ₉（ｋ）＝Ｉ_9max／Ｉ_9ms（ｋ） ……（３）

【００４３】そして、曲線９（ｋ）の各バイアス電圧に
おける光電流値に補正係数Ｃ₉（ｋ）を乗じて補正さ
れた曲線９（ｋ）’を得る。

【００４４】〔ステップＳ４〕このステップでは、前記
ステップＳ３において得られた規格化済みのＩＶ曲線７
（ｋ）’，４（ｋ）’，９（ｋ）’の解析を行う。

【００４５】この解析の具体例として、７緩衝液、４緩
衝液および９緩衝液に関して、唯一つの測定点（０）に
ついての規格化されたＩＶ曲線７（０）’，４
（０）’，９（０）’を例に挙げて説明すると、規格化
済みのＩＶ曲線７（０）’の遷移領域で、直線近似でき
る部分の下限のバイアス電圧をＶ_7bL（０）、上限のバ
イアス電圧をＶ_7bH（０）とする。次に、ＩＶ曲線７
（０）’の遷移領域で、直線近似できる部分の直線の傾
きをＳ₇（０）とする。

【００４６】同様に、規格化済みのＩＶ曲線４（０）’
の遷移領域で、直線近似できる部分の下限のバイアス電
圧をＶ_4bL（０）、上限のバイアス電位をＶ_4bH（０）
とする。次に、ＩＶ曲線４（０）’の遷移領域で、直線
近似できる部分の直線の傾きをＳ₄（０）とする。

【００４７】そして、規格化済みのＩＶ曲線９（０）’
の遷移領域で、直線近似できる部分の下限のバイアス電
圧をＶ_9bL（０）、上限のバイアス電位をＶ_9bH（０）
とする。次に、ＩＶ曲線９（０）’の遷移領域で、直線
近似できる部分の直線の傾きをＳ₉（０）とする。

【００４８】次に、下限バイアス電圧Ｖ_7bL（０）と上
限バイアス電圧Ｖ_7bH（０）の中間電位を最適バイアス
電位Ｖ_7bとする。そして、この最適バイアス電位Ｖ_7bの
ときの光電流値をＩ_p７（ｋ）とする。また、最適バイ
アス電位Ｖ_7bのときの曲線４（ｋ）’および曲線９
（ｋ）’の光電流値をそれぞれＩ_p４（ｋ），Ｉ_p９
（ｋとする。

【００４９】下記式（４）で与えられるＳｌｏ₇₄（ｋ）
を求める。Ｓｌｏ₇₄（ｋ）＝｜Ｉ_p７（ｋ）−Ｉ_p４（ｋ）｜／（ｐＨ７−ｐＨ４） ……（４）

【００５０】そして、下記式（５）で与えられるＳｅｎ
₇₄（ｋ）を求める。Ｓｅｎ₇₄（ｋ）＝Ｓｌｏ₇₄（ｋ）／Ｓ７（ｋ） ……（５）

【００５１】また、下記式（６）で与えられるＳｌｏ₇₉
（ｋ）を求める。Ｓｌｏ₇₉（ｋ）＝｜Ｉ_p７（ｋ）−Ｉ_p９（ｋ）｜／（ｐＨ７−ｐＨ９） ……（６）

【００５２】そして、下記式（７）で与えられるＳｅｎ
₇₉（ｋ）を求める。Ｓｅｎ₇₉（ｋ）＝Ｓｌｏ₇₉（ｋ）／Ｓ７（ｋ） ……（７）

【００５３】そして、前記Ｓｌｏ₇₄（ｋ），Ｓｌｏ
₇₉（ｋ）のばらつきがそれぞれ５％以内であること、お
よび、Ｓｅｎ₇₄（ｋ），Ｓｅｎ₇₉（ｋ）がそれぞれ４０
〜６０の範囲内に入ることを確認する。これらの条件を
満たさない場合は、このセンサ８は不良品として以後の
検査は行わない。

【００５４】上記の手順を最後まで実施することができ
るセンサのみを以後の測定に用いることができるものと
する。なお、Ｓｌｏ₇₄（ｋ），Ｓｌｏ₇₉（ｋ），Ｓｌｏ
₇₉（ｋ），Ｓｅｎ₇₉（ｋ）は、このセンサ８の初期特性
として記録する。

【００５５】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、種々に変形して実施することができ、上
述の校正よりも簡易な手法をとることもできる。以下、
これについて説明する。

【００５６】そして、酸性方向のｐＨ変化が予想される
ものとすると、校正に用いる試料溶液は、０．１ＭのＫ
Ｃｌを含む７緩衝液と０．１ＭのＫＣｌを含む４緩衝液
である。

【００５７】１．０．１ＭのＫＣｌを含む７緩衝液のｐ
Ｈ値をガラス電極で求めてｐＨ７とする。

【００５８】２．０．１ＭのＫＣｌを含む４緩衝液のｐ
Ｈ値をガラス電極で求めてｐＨ４とする。

【００５９】３．センサ８のセンサ面７における少なく
とも１つ以上の点をＩＶ特性評価点としての測定点とし
て定める。

【００６０】４．７緩衝液によって前記全ての測定点に
ついてバイアス電圧を−４０００ｍＶ〜０ｍＶの範囲で
１００ｍＶピッチで印加し、そのときの光電流値を測定
してＩＶ特性を得る。

【００６１】５．全ての測定点におけるＩＶ特性をグラ
フ表示し、曲線７（ｋ）とする。

【００６２】６．曲線７（ｋ）に対してバイアス電圧−
４０００ｍＶ〜３０００ｍＶの範囲内での光電流値全て
についてその平均値を求め、それぞれＩ_7ms（ｋ）とす
る。

【００６３】７．バイアス電圧をＶ_7bに設定して、測定
領域内全点での光電流値Ｉ₇（ｘ，ｙ）を求める。

【００６４】８．Ｉ₇（ｘ，ｙ）の平均値を求め、これ
をＡｖｅ（７）とする。

【００６５】９．４緩衝液によって前記全ての測定点に
ついてバイアス電圧を−４０００ｍＶ〜０ｍＶの範囲で
１００ｍＶピッチで印加し、そのときの光電流値を測定
してＩＶ特性を得る。

【００６６】１０．全ての測定点におけるＩＶ特性をグ
ラフ表示し、曲線４（ｋ）とする。

【００６７】１１．曲線４（ｋ）に対してバイアス電圧
−４０００ｍＶ〜３０００ｍＶの範囲内での光電流値全
てについてその平均値を求め、それぞれＩ_4ms（ｋ）と
する。

【００６８】１２．下記式（１１）で定められる補正係
数Ｃ₄（ｋ）を求める。Ｃ₄（ｋ）＝Ｉ_7ms（ｋ）／Ｉ_4ms（ｋ） ……（１１）

【００６９】バイアス電圧をＶ_7bに設定して、測定領域
内全点での光電流値Ｉ₇（ｘ，ｙ）を求める。

【００７０】１３．Ｃ₄（ｋ）の平均値を求め、これを
Ｃ₄とする。

【００７１】１４．バイアス電圧をＶ_7bに設定して、測
定領域内全点での光電流値Ｉ₄（ｘ，ｙ）を求める。

【００７２】１５．Ｉ₄（ｘ，ｙ）の平均値を求め、こ
れをＡｖｅ（４）とする。

【００７３】１６．下記式（１２）で表されるＳｌｏ₇₄
を求める。この値をセンサ８の校正係数とする。Ｓｌｏ₇₄＝｜Ａｖｅ（７）−Ａｖｅ（４）×Ｃ₄｜／（｜ｐＨ７−ｐＨ４｜） ……（１２）

【００７４】そして、アルカリ方向のｐＨ変化が予想さ
れる場合は、校正に用いる試料溶液は、０．１ＭのＫＣ
ｌを含む７緩衝液と０．１ＭのＫＣｌを含む９緩衝液で
あり、上記と同様にしてセンサ８の校正係数を求めるこ
とができ、このときの校正係数Ｓｌｏ₇₉は下記式（１
３）で表される。Ｓｌｏ₇₉＝｜Ａｖｅ（７）−Ａｖｅ（９）×Ｃ₉｜／（｜ｐＨ７−ｐＨ９｜） ……（１３）

【００７５】次に、校正で得られた校正係数を実際の測
定に適用して、ｐＨ変化を定量的に求める方法について
説明する。

【００７６】まず、ｐＨ変化を生じさせる前の測定

【００７７】２１．変化を生じさせる前の測定対象のｐ
Ｈをガラス電極などで測定してｐＨ_bとする。

【００７８】２２．校正時に定めたＩＶ特性評価点にお
いてバイアス電圧を−４０００ｍＶ〜０ｍＶの範囲内で
１００ｍＶピッチで印加し、そのときの光電流値を測定
してＩＶ特性を得る。

【００７９】２３．全ての測定点におけるＩＶ特性をグ
ラフ表示し、曲線Ｂ（ｋ）とする。

【００８０】２４．曲線Ｂ（ｋ）に対して、バイアス電
圧−４０００ｍＶ〜−３０００ｍＶの範囲内で光電流値
全てについてその平均値を求め、それぞれＩ_Bms（ｋ）
とする。１

【００８２】２５．下記式（３１）で定められる補正係
数Ｃ_B（ｋ）を求めるＣ_B（ｋ）＝Ｉ_7ms（ｋ）／Ｉ_Bms（ｋ） ……（３１）

【００８２】２６．Ｃ_B（ｋ）の平均を求めてこれをＣ
_Bとする。

【００８３】２７．バイアス電圧をＶ_7bに設定して、測
定領域内全点での光電流値Ｉ_b（ｘ，ｙ）を得る。

【００８４】２８．光電流値Ｉ_b（ｘ，ｙ）の平均値を
求めて、これをＩ_baとする。

【００８５】２９．Ｉ_b’（ｘ，ｙ）＝Ｉ_b（ｘ，ｙ）
×Ｃ_Bとする。

【００８６】次に、ｐＨ変化が生じた後の測定について
説明する。

【００８７】３１．校正時に定めたＩＶ特性評価点にお
いてバイアス電圧を−４０００ｍＶ〜０ｍＶの範囲内で
１００ｍＶピッチで印加し、そのときの光電流値を測定
してＩＶ特性を得る。

【００８８】３２．全ての測定点におけるＩＶ特性をグ
ラフ表示し、曲線Ｓ（ｋ）とする。

【００８９】３３．曲線Ｓ（ｋ）に対して、バイアス電
圧−４０００ｍＶ〜−３０００ｍＶの範囲内で光電流値
全てについてその平均値を求め、それぞれＩ_Sms（ｋ）
とする。

【００９０】３４．下記式（４１）で定められる補正係
数Ｃ_S（ｋ）を求めるＣ_S（ｋ）＝Ｉ_7ms（ｋ）／Ｉ_Sms（ｋ） ……（３１）

【００９１】３５．Ｃ_S（ｋ）の平均を求めて、これを
Ｃ_Sとする。

【００９２】３６．バイアス電圧をＶ_7bに設定して、測
定領域内全点での光電流値Ｉ_S（ｘ，ｙ）を得る。

【００９３】３７．Ｉ_S’（ｘ，ｙ）＝Ｉ_S（ｘ，ｙ）
×Ｃ_Sとする。

【００９４】３８．センサ８のセンサ面７の任意の点
（ｘ，ｙ）におけるｐＨ値ｐＨ（ｘ，ｙ）は、下記式
（３２）で得られる。ｐＨ（ｘ，ｙ）＝｛｜Ｉ_S’（ｘ，ｙ）−Ｉ_b’（ｘ，ｙ）｜｝／Ｓｌｏ₇₄ ＋ｐＨ_b ……（３１）

【００９５】なお、この発明は種々に変形して実施する
ことができるので、以下にその変形の実施の形態を列記
する。

【００９６】測定装置本体１における光走査方法として
は、光透過型ＸＹステージ９を用いるのに代えて、ａ．ハイポトロコイド曲線など極座標を描く走査系を用
いる方法、ｂ．ガルバノミラー、ＡＯ素子などを用いて照射光を走
査する方法、ｃ．ＬＥＤアレイなど複数の光源を用いて照射光を走査
する方法、ｄ．複数のセンサと複数の光源のどちらか一方または双
方を用いて照射光を走査する方法、などを採用すること
ができる。

【００９７】また、規格化する値は、飽和領域での光電
流値に比べ、遮断領域での光電流値が無視出来ないとき
は、飽和領域と遮断領域との差を用いてもよい。

【００９８】上記校正シーケンスの一部または全てがコ
ンピュータ２１の記憶装置２４のみならず、各種の記憶
媒体に記憶させるようにしてもよい。

【００９９】校正シーケンスの一部または全ては、必要
により、記憶媒体からコンピュータ２１に取り出して演
算を行うようにしてもよい。

【０１００】校正シーケンスの一部または全てを、情報
ネットワークなどを通じて外部の演算処理装置に設ける
ようにしてもよい。

【０１０１】さらに、校正対象はｐＨやｐＩＯＮのみな
らず、導電率であってもよい。

【０１０２】

【発明の効果】この発明の校正方法によれば、ｐＨ値や
ｐＩＯＮ値の測定精度を向上させることができる。そし
て、この発明校正方法は、センサ製造時における品質管
理に使用することができ、より品質の安定したセンサを
得るのに大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の校正方法が適用される光走査型二次
元濃度分布測定装置の一例を示す図である。

【図２】前記測定装置によって得られるＩＶ曲線の一例
を示す図である。

【図３】この発明の校正方法の全体のフローを概略的に
示す図である。

【図４】（Ａ）は７緩衝液によって得られるＩＶ曲線の
一例を示す図、（Ｂ）は（Ａ）で示したＩＶ曲線を規格
化したものを示す図である。

【図５】（Ａ）は４緩衝液によって得られるＩＶ曲線の
一例を示す図、（Ｂ）は（Ａ）で示したＩＶ曲線を規格
化したものを示す図である。

【図６】（Ａ）は９緩衝液によって得られるＩＶ曲線の
一例を示す図、（Ｂ）は（Ａ）で示したＩＶ曲線を規格
化したものを示す図である。

【図７】ＩＶ曲線の規格化を説明するための図である。

【図８】規格化済みのＩＶ曲線の解析を説明するための
図である。

【符号の説明】３…プローブ光、５…半導体基板、７…センサ面、１２
…溶液。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の一方の面にセンサ面を有
し、前記半導体基板に対してプローブ光を照射するよう
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、２種類以上のｐＨ値既知の溶液を用いて、任意の１点以
上の測定点において光電流−バイアス電圧曲線を測定す
る手順と、得られたそれぞれの曲線の飽和領域の光電流信号値があ
る値になるように、それぞれの光電流−バイアス電圧曲
線に適当な倍数を乗じて補正する手順と、補正された光電流−バイアス電圧曲線または補正されて
ない光電流−バイアス電圧曲線の遷移領域の或るバイア
ス電圧を印加したときの２種の溶液間における光電流値
の差をそれぞれの測定点について求めてその平均値を、
用いた２種の溶液のｐＨ値の差で割る手順とからなるこ
とを特徴とする光走査型二次元濃度分布測定装置の校正
方法。
【請求項２】半導体基板の一方の面にセンサ面を有
し、前記半導体基板に対してプローブ光を照射するよう
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、２種類以上のｐＨ値既知の溶液を用いて、任意の１点以
上の測定点において光電流−バイアス電圧曲線を測定す
る手順と、得られたそれぞれの曲線の飽和領域の光電流信号値があ
る値になるように、それぞれの光電流−バイアス電圧曲
線に適当な倍数を乗じて補正する手順と、補正された光電流−バイアス電圧曲線または補正されて
ない光電流−バイアス電圧曲線の遷移領域の或るバイア
ス電圧を印加したときの溶液間における光電流値の差を
それぞれの測定点について求めて、どちらかの溶液で、
遷移領域の或るバイアス電圧における光電流−バイアス
電圧曲線の遷移領域の傾きで割り、さらに用いた２種の
溶液のｐＨ値の差で割る手順とからなることを特徴とす
る光走査型二次元濃度分布測定装置の校正方法。