KR20230099647A - 측정기 - Google Patents

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KR20230099647A
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signal electrode
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sensor unit
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다카유키 하타나카
기미히로 요코야마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

예시적 실시형태에 관한 측정기는, 베이스 기판과, 베이스 기판에 마련된 센서 칩과, 베이스 기판에 마련된 회로 기판을 구비한다. 센서 칩은, 베이스 기판의 직경 방향에 교차하는 전면을 갖는 시그널 전극과, 시그널 전극의 후측에 배치되는 가드 전극과, 가드 전극의 후측에 배치되는 제1 그라운드 전극을 포함하는 센서부를 구비한다. 센서 칩은, 센서부의 하면을 따라 뻗어 있는 제2 그라운드 전극을 포함한다. 제2 그라운드 전극과 센서부의 사이는, 절연 재료만으로 채워져 있다.

Description

측정기{MEASUREMENT DEVICE}
본 개시의 예시적 실시형태는, 측정기에 관한 것이다.
일본 공개특허공보 2017-3557호에는, 정전 용량 측정용의 센서 칩을 갖는 측정기가 기재되어 있다. 이 센서 칩은, 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 구비한다. 제1 전극은, 제1 부분을 갖는다. 제2 전극은, 제1 부분 상에서 뻗어 있는 제2 부분을 갖고, 그 센서 칩 내에 있어서 제1 전극으로부터 절연되어 있다. 제3 전극은, 제1 부분 및 제2 부분에 교차하는 방향으로 뻗는 전면(前面)을 갖고, 제1 부분 상 또한 제2 부분 상에 마련되며, 그 센서 칩 내에 있어서 제1 전극 및 제2 전극으로부터 절연되어 있다.
일 예시적 실시형태에 있어서는, 측정기가 제공된다. 측정기는, 원판 형상의 베이스 기판과, 베이스 기판에 마련된 센서 칩과, 베이스 기판에 마련된 회로 기판을 구비한다. 센서 칩은, 베이스 기판의 직경 방향에 교차하는 전면을 갖는 시그널 전극과, 시그널 전극으로부터 이격되어 시그널 전극의 후측에 배치되고, 시그널 전극을 따라 뻗어 있는 가드 전극과, 가드 전극의 후측에 배치되는 제1 그라운드 전극을 포함하는 센서부를 구비한다. 회로 기판은, 시그널 전극 및 가드 전극에 각각 고주파 신호를 부여하도록 마련된 고주파 발진기와, 시그널 전극이 형성하는 정전 용량에 따른 전압 신호를 생성하는 C/V 변환 회로를 구비한다. C/V 변환 회로는, 오피 앰프(op-amp)를 포함하는 증폭 회로를 갖는다. 고주파 발진기는, 시그널 전극에 부여된 고주파 신호를 오피 앰프의 비반전 입력 단자에 입력하도록 비반전 입력 단자에 접속되어 있고, 또한, 시그널 전극에 부여된 고주파 신호를 오피 앰프의 반전 입력 단자에 입력하도록 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 센서 칩은, 센서부의 하면을 따라 뻗어 있는 제2 그라운드 전극을 포함한다. 센서부의 시그널 전극, 가드 전극, 제1 그라운드 전극은, 모두 센서부의 하단(下端)까지 뻗어 있다. 제2 그라운드 전극과 센서부의 사이는, 절연 재료만으로 채워져 있다.
도 1은, 처리 시스템을 예시하는 도이다.
도 2는, 얼라이너를 예시하는 사시도이다.
도 3은, 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는, 일례의 측정기를 상면 측에서 보아 나타내는 평면도이다.
도 5는, 일례의 측정기를 바닥면 측에서 보아 나타내는 평면도이다.
도 6은, 제1 센서의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6의 VII-VII선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은, 도 7의 VIII-VIII선을 따라 취한 단면도이다.
도 9는, 도 7의 IX-IX선을 따라 취한 단면도이다.
도 10은, 도 7의 X-X선을 따라 취한 단면도이다.
도 11은, 도 5의 제2 센서의 확대도이다.
도 12는, 측정기의 회로 기판의 구성을 예시하는 도이다.
도 13은, 측정기의 회로 기판의 구성의 상세를 예시하는 도이다.
이하, 다양한 예시적 실시형태에 대하여 설명한다.
일 예시적 실시형태에 있어서는, 측정기가 제공된다. 측정기는, 원판 형상의 베이스 기판과, 베이스 기판에 마련된 센서 칩과, 베이스 기판에 마련된 회로 기판을 구비한다. 센서 칩은, 베이스 기판의 직경 방향에 교차하는 전면을 갖는 시그널 전극과, 시그널 전극으로부터 이격되어 시그널 전극의 후측에 배치되고, 시그널 전극을 따라 뻗어 있는 가드 전극과, 가드 전극의 후측에 배치되는 제1 그라운드 전극을 포함하는 센서부를 구비한다. 회로 기판은, 시그널 전극 및 가드 전극에 각각 고주파 신호를 부여하도록 마련된 고주파 발진기와, 시그널 전극이 형성하는 정전 용량에 따른 전압 신호를 생성하는 C/V 변환 회로를 구비한다. C/V 변환 회로는, 오피 앰프를 포함하는 증폭 회로를 갖는다. 고주파 발진기는, 시그널 전극에 부여된 고주파 신호를 오피 앰프의 비반전 입력 단자에 입력하도록 비반전 입력 단자에 접속되어 있고, 또한, 시그널 전극에 부여된 고주파 신호를 오피 앰프의 반전 입력 단자에 입력하도록 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 센서 칩은, 센서부의 하면을 따라 뻗어 있는 제2 그라운드 전극을 포함한다. 센서부의 시그널 전극, 가드 전극, 제1 그라운드 전극은, 모두 센서부의 하단까지 뻗어 있다. 제2 그라운드 전극과 센서부의 사이는, 절연 재료만으로 채워져 있다.
상기 실시형태의 측정기에서는, 시그널 전극이, 가드 전극 및 제1 그라운드 전극에 의하여 후방에 대하여 차폐됨과 함께, 제2 그라운드 전극에 의하여 하방에 대하여 차폐되어 있다. 따라서, 이 센서 칩에 의하면, 특정 방향, 즉, 시그널 전극의 전면이 향하고 있는 방향으로 높은 지향성을 갖고 정전 용량을 측정하는 것이 가능해진다. 또, 가드 전극에 대한 ESD가 억제되므로, ESD가 가드 전극을 경유하여 오피 앰프가 파괴되는 것이 억제된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 센서부를 구성하는 가드 전극은, 센서부의 하면을 따라 뻗어 있는 부분을 포함하지 않아도 된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 평면시(平面視)에 있어서, 시그널 전극의 전면과, 가드 전극의 전면과, 제1 그라운드 전극의 전면은, 모두 베이스 기판의 외주(外周)에 의하여 형성되는 곡면에 평행한 곡면으로 되어 있어도 된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 센서 칩은, 센서부의 하면을 따라 뻗어 있으며 제2 그라운드 전극을 포함하는 제1 플렉시블 기판을 구비해도 된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 센서 칩은, 센서부의 상면을 따라 뻗어 있는 제2 플렉시블 기판을 구비해도 된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 시그널 전극의 전면은, 절연성을 갖는 절연 재료에 의하여 피복되어 있어도 된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 시그널 전극의 전면을 피복하는 절연 재료는, 붕규산 유리 또는 석영에 의하여 형성되어 있어도 된다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
일 예시적 실시형태에 관한 측정기는, 반송 시스템(S1)으로서의 기능을 갖는 처리 시스템(1)에 의하여 반송될 수 있다. 먼저, 피가공물을 처리하기 위한 처리 장치, 및, 당해 처리 장치로 피가공물을 반송하기 위한 반송 장치를 갖는 처리 시스템에 대하여 설명한다. 도 1은, 처리 시스템을 예시하는 도이다. 처리 시스템(1)은, 받침대(2a~2d), 용기(4a~4d), 로더 모듈(LM), 얼라이너(AN), 로드록 모듈(LL1, LL2), 프로세스 모듈(PM1~PM6), 트랜스퍼 모듈(TF), 및, 제어부(MC)를 구비하고 있다. 또한, 받침대(2a~2d)의 개수, 용기(4a~4d)의 개수, 로드록 모듈(LL1, LL2)의 개수, 및, 프로세스 모듈(PM1~PM6)의 개수는 한정되는 것은 아니고, 하나 이상의 임의의 개수일 수 있다.
받침대(2a~2d)는, 로더 모듈(LM)의 일 가장자리를 따라 배열되어 있다. 용기(4a~4d)는 각각, 받침대(2a~2d) 상에 탑재되어 있다. 용기(4a~4d) 각각은, 예를 들면, FOUP(Front Opening Unified Pod)라고 칭해지는 용기이다. 용기(4a~4d) 각각은, 피가공물(W)을 수용하도록 구성될 수 있다. 피가공물(W)은, 웨이퍼와 같이 대략 원반 형상을 갖는다.
로더 모듈(LM)은, 대기압 상태의 반송 공간을 그 내부에 구획 형성하는 챔버벽을 갖고 있다. 이 반송 공간 내에는 반송 장치(TU1)가 마련되어 있다. 반송 장치(TU1)는, 예를 들면, 다관절 로봇이며, 제어부(MC)에 의하여 제어된다. 반송 장치(TU1)는, 용기(4a~4d)와 얼라이너(AN)의 사이, 얼라이너(AN)와 로드록 모듈(LL1~LL2)의 사이, 로드록 모듈(LL1~LL2)과 용기(4a~4d)의 사이에서 피가공물(W)을 반송하도록 구성되어 있다.
얼라이너(AN)는, 로더 모듈(LM)과 접속되어 있다. 얼라이너(AN)는, 피가공물(W)의 위치의 조정(위치의 교정)을 행하도록 구성되어 있다. 도 2는, 얼라이너를 예시하는 사시도이다. 얼라이너(AN)는, 지지대(6T), 구동 장치(6D), 및, 센서(6S)를 갖고 있다. 지지대(6T)는, 연직 방향으로 뻗는 축선 중심으로 회전 가능한 받침대이다. 지지대(6T)는, 피가공물(W)을 지지하도록 구성되어 있다. 지지대(6T)는, 구동 장치(6D)에 의하여 회전된다. 구동 장치(6D)는, 제어부(MC)에 의하여 제어된다. 구동 장치(6D)로부터의 동력에 의하여 지지대(6T)가 회전하면, 당해 지지대(6T) 상에 재치된 피가공물(W)도 회전하게 되어 있다.
센서(6S)는, 광학 센서이다. 센서(6S)는, 피가공물(W)이 회전되고 있는 동안, 피가공물(W)의 에지를 검출한다. 센서(6S)는, 에지의 검출 결과로부터, 기준 각도 위치에 대한 피가공물(W)의 노치(WN)(혹은, 다른 마커)의 각도 위치의 어긋남양, 및, 기준 위치에 대한 피가공물(W)의 중심 위치의 어긋남양을 검출한다. 센서(6S)는, 노치(WN)의 각도 위치의 어긋남양 및 피가공물(W)의 중심 위치의 어긋남양을 제어부(MC)에 출력한다. 제어부(MC)는, 노치(WN)의 각도 위치의 어긋남양에 근거하여, 노치(WN)의 각도 위치를 기준 각도 위치로 보정하기 위한 지지대(6T)의 회전량을 산출한다. 제어부(MC)는, 이 회전량의 정도만큼 지지대(6T)를 회전시키도록, 구동 장치(6D)를 제어한다. 이로써, 노치(WN)의 각도 위치를 기준 각도 위치로 보정할 수 있다. 또, 제어부(MC)는, 얼라이너(AN)로부터 피가공물(W)을 전달받을 때의 반송 장치(TU1)의 엔드 이펙터(end effector)의 위치를, 피가공물(W)의 중심 위치의 어긋남양에 근거하여, 제어한다. 이로써, 반송 장치(TU1)의 엔드 이펙터 상의 소정 위치에 피가공물(W)의 중심 위치가 일치한다.
도 1로 되돌아가, 로드록 모듈(LL1) 및 로드록 모듈(LL2) 각각은, 로더 모듈(LM)과 트랜스퍼 모듈(TF)의 사이에 마련되어 있다. 로드록 모듈(LL1) 및 로드록 모듈(LL2) 각각은, 예비 감압실을 제공하고 있다.
트랜스퍼 모듈(TF)은, 로드록 모듈(LL1) 및 로드록 모듈(LL2)에 게이트 밸브를 통하여 기밀하게 접속되어 있다. 트랜스퍼 모듈(TF)은, 감압 가능한 감압실을 제공하고 있다. 이 감압실에는, 반송 장치(TU2)가 마련되어 있다. 반송 장치(TU2)는, 예를 들면, 반송 암(TUa)을 갖는 다관절 로봇이다. 반송 장치(TU2)는, 제어부(MC)에 의하여 제어된다. 반송 장치(TU2)는, 로드록 모듈(LL1~LL2)과 프로세스 모듈(PM1~PM6)의 사이, 및, 프로세스 모듈(PM1~PM6) 중 임의의 2개의 프로세스 모듈 사이에 있어서, 피가공물(W)을 반송하도록 구성되어 있다.
프로세스 모듈(PM1~PM6)은, 트랜스퍼 모듈(TF)에 게이트 밸브를 통하여 기밀하게 접속되어 있다. 프로세스 모듈(PM1~PM6) 각각은, 피가공물(W)에 대하여 플라즈마 처리와 같은 전용의 처리를 행하도록 구성된 처리 장치이다.
이 처리 시스템(1)에 있어서 피가공물(W)의 처리가 행해질 때의 일련의 동작은 이하와 같이 예시된다. 로더 모듈(LM)의 반송 장치(TU1)가, 용기(4a~4d) 중 어느 하나로부터 피가공물(W)을 취출하여, 당해 피가공물(W)을 얼라이너(AN)로 반송한다. 이어서, 반송 장치(TU1)는, 그 위치가 조정된 피가공물(W)을 얼라이너(AN)로부터 취출하여, 당해 피가공물(W)을 로드록 모듈(LL1) 및 로드록 모듈(LL2) 중 일방의 로드록 모듈로 반송한다. 이어서, 일방의 로드록 모듈이, 예비 감압실의 압력을 소정의 압력으로 감압한다. 이어서, 트랜스퍼 모듈(TF)의 반송 장치(TU2)가, 일방의 로드록 모듈로부터 피가공물(W)을 취출하여, 당해 피가공물(W)을 프로세스 모듈(PM1~PM6) 중 어느 하나로 반송한다. 그리고, 프로세스 모듈(PM1~PM6) 중 하나 이상의 프로세스 모듈이 피가공물(W)을 처리한다. 그리고, 반송 장치(TU2)가, 처리 후의 피가공물(W)을 프로세스 모듈로부터 로드록 모듈(LL1) 및 로드록 모듈(LL2) 중 일방의 로드록 모듈로 반송한다. 이어서, 반송 장치(TU1)가 피가공물(W)을 일방의 로드록 모듈로부터 용기(4a~4d) 중 어느 하나로 반송한다.
이 처리 시스템(1)은, 상술한 바와 같이 제어부(MC)를 구비하고 있다. 제어부(MC)는, 프로세서, 메모리와 같은 기억 장치, 표시 장치, 입출력 장치, 통신 장치 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 상술한 처리 시스템(1)의 일련의 동작은, 기억 장치에 기억된 프로그램에 따른 제어부(MC)에 의한 처리 시스템(1)의 각부(各部)의 제어에 의하여, 실현되도록 되어 있다.
도 3은, 프로세스 모듈(PM1~PM6) 중 어느 하나로서 채용될 수 있는 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도이다. 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 대략 원통 형상의 챔버 본체(12)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12)는, 예를 들면, 알루미늄으로 형성되어 있고, 그 내벽면에는, 양극 산화 처리가 실시될 수 있다. 이 챔버 본체(12)는 보안 접지되어 있다.
챔버 본체(12)의 바닥부 상에는, 대략 원통 형상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는, 예를 들면, 절연 재료로 구성되어 있다. 지지부(14)는, 챔버 본체(12) 내에 마련되어 있다. 지지부(14)는, 챔버 본체(12)의 바닥부로부터 상방으로 뻗어 있다. 또, 챔버 본체(12)에 의하여 제공되는 챔버(S) 내에는, 스테이지(ST)가 마련되어 있다. 스테이지(ST)는, 지지부(14)에 의하여 지지되어 있다.
스테이지(ST)는, 하부 전극(LE) 및 정전 척(ESC)을 갖고 있다. 하부 전극(LE)은, 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 금속으로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 이루고 있다. 제2 플레이트(18b)는, 제1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있고, 제1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 플레이트(18b) 상에는, 정전 척(ESC)이 마련되어 있다. 정전 척(ESC)은, 도전막인 전극을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 갖고 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 정전 척(ESC)의 전극에는, 직류 전원(22)이 스위치(23)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척(ESC)은, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의하여 발생한 크론력 등의 정전력에 의하여 피가공물(W)을 흡착한다. 이로써, 정전 척(ESC)은, 피가공물(W)을 지지할 수 있다.
제2 플레이트(18b)의 둘레 가장자리부 상에는, 에지 링(ER)이 마련되어 있다. 이 에지 링(ER)은, 피가공물(W)의 에지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 마련되어 있다. 에지 링(ER)은, 제1 부분(P1) 및 제2 부분(P2)을 갖고 있다(도 7 참조). 제1 부분(P1) 및 제2 부분(P2)은 환상(環狀) 판 형상을 갖고 있다. 제2 부분(P2)은, 제1 부분(P1)보다 외측의 부분이다. 제2 부분(P2)은, 제1 부분(P1)보다 높이 방향으로 큰 두께를 갖고 있다. 제2 부분(P2)의 내측 가장자리(P2i)는 제1 부분(P1)의 내측 가장자리(P1i)의 직경보다 큰 직경을 갖고 있다. 피가공물(W)은, 그 에지 영역이, 에지 링(ER)의 제1 부분(P1) 상에 위치하도록, 정전 척(ESC) 상에 재치된다. 이 에지 링(ER)은, 실리콘, 탄화 규소, 산화 실리콘과 같은 다양한 재료 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
제2 플레이트(18b)의 내부에는, 냉매 유로(24)가 마련되어 있다. 냉매 유로(24)는, 온도 조절 기구를 구성하고 있다. 냉매 유로(24)에는, 챔버 본체(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 통하여 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)에 공급된 냉매는, 배관(26b)을 통하여 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이와 같이, 냉매 유로(24)와 칠러 유닛의 사이에서는, 냉매가 순환된다. 이 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(ESC)에 의하여 지지된 피가공물(W)의 온도가 제어된다.
스테이지(ST)에는, 당해 스테이지(ST)를 관통하는 복수(예를 들면, 3개)의 관통 구멍(25)이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍(25)은, 평면시에 있어서 정전 척(ESC)의 내측에 형성되어 있다. 이들, 각각의 관통 구멍(25)에는, 리프트 핀(25a)이 삽입되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 한 개의 리프트 핀(25a)이 삽입된 하나의 관통 구멍(25)이 그려져 있다. 리프트 핀(25a)은, 관통 구멍(25) 내에 있어서 상하 이동 가능하게 마련되어 있다. 리프트 핀(25a)의 상승에 의하여, 정전 척(ESC) 상에 지지된 피가공물(W)이 상승한다.
스테이지(ST)에는, 평면시에 있어서 정전 척(ESC)보다 외측의 위치에, 당해 스테이지(ST)(하부 전극(LE))를 관통하는 복수(예를 들면, 3개)의 관통 구멍(27)이 형성되어 있다. 이들, 각각의 관통 구멍(27)에는, 리프트 핀(27a)이 삽입되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 한 개의 리프트 핀(27a)이 삽입된 하나의 관통 구멍(27)이 그려져 있다. 리프트 핀(27a)은, 관통 구멍(27) 내에 있어서 상하 이동 가능하게 마련되어 있다. 리프트 핀(27a)의 상승에 의하여, 제2 플레이트(18b) 상에 지지된 에지 링(ER)이 상승한다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에는, 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(ESC)의 상면과 피가공물(W)의 이면의 사이에 공급한다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)는, 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 스테이지(ST)의 상방에 있어서, 당해 스테이지(ST)와 대향 배치되어 있다. 상부 전극(30)은, 절연성 차폐 부재(32)를 통하여, 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(30)은, 천판(天板)(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천판(34)은 챔버(S)에 면(面)하고 있다. 당해 천판(34)에는 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 마련되어 있다. 이 천판(34)은, 실리콘 또는 석영으로 형성될 수 있다. 혹은, 천판(34)은, 알루미늄제의 모재(母材)의 표면에 산화 이트륨과 같은 내(耐)플라즈마성의 막을 형성함으로써 구성될 수 있다.
지지체(36)는, 천판(34)을 착탈 가능하게 지지한다. 지지체(36)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료로 구성될 수 있다. 이 지지체(36)는, 수랭 구조를 가질 수 있다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 이 가스 확산실(36a)로부터는, 가스 토출 구멍(34a)에 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 하방으로 뻗어 있다. 또, 지지체(36)에는, 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 이 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 통하여, 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은, 복수 종의 가스용의 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있고, 유량 제어기군(44)은 매스 플로 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는 각각, 밸브군(42)의 대응 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응 유량 제어기를 통하여, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 챔버 본체(12)의 내벽을 따라 디포지션 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 디포지션 실드(46)는, 지지부(14)의 외주에도 마련되어 있다. 디포지션 실드(46)는, 챔버 본체(12)에 에칭 부생물(디포지트)이 부착되는 것을 방지한다. 디포지션 실드(46)는, 알루미늄재에 산화 이트륨 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.
챔버 본체(12)의 바닥부 측, 또한, 지지부(14)와 챔버 본체(12)의 측벽의 사이에는 배기 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배기 플레이트(48)는, 예를 들면, 알루미늄재에 산화 이트륨 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 배기 플레이트(48)에는, 그 판두께 방향으로 관통하는 복수의 구멍이 형성되어 있다. 이 배기 플레이트(48)의 하방, 또한, 챔버 본체(12)에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통하여 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 압력 조정 밸브 및 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 배기 장치(50)는, 챔버 본체(12) 내의 공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 또, 챔버 본체(12)의 측벽에는 피가공물(W)의 반입출구(12g)가 마련되어 있다. 이 반입출구(12g)는, 게이트 밸브(54)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 고주파 전원(62) 및 제2 고주파 전원(64)을 더 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(62)은, 플라즈마 생성용의 제1 고주파를 발생시키는 전원이다. 제1 고주파 전원(62)은, 예를 들면, 27~100MHz의 주파수를 갖는 고주파를 발생시킨다. 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 통하여 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 정합기(66)는, 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하 측(상부 전극(30) 측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다. 또한, 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있어도 된다.
제2 고주파 전원(64)은, 피가공물(W)에 이온을 끌어 들이기 위한 제2 고주파를 발생시키는 전원이다. 제2 고주파 전원(64)은, 예를 들면, 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수의 고주파를 발생시킨다. 제2 고주파 전원(64)은, 정합기(68)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(68)는, 제2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하 측(하부 전극(LE) 측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 복수의 가스 소스 중 선택된 하나 이상의 가스 소스로부터의 가스가 챔버(S)에 공급된다. 또, 챔버(S)의 압력이 배기 장치(50)에 의하여 소정의 압력으로 설정된다. 또한, 제1 고주파 전원(62)으로부터의 제1 고주파에 의하여 챔버(S) 내의 가스가 여기된다. 이로써, 플라즈마가 생성된다. 그리고, 발생시킨 활성종에 의하여 피가공물(W)이 처리된다. 또한, 필요에 따라, 제2 고주파 전원(64)의 제2 고주파에 근거하는 바이어스에 의하여, 피가공물(W)에 이온이 끌어 들여져도 된다.
이하, 측정기에 대하여 설명한다. 도 4는, 측정기를 상면 측에서 보아 나타내는 평면도이다. 도 5는, 측정기를 바닥면 측에서 보아 나타내는 평면도이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 측정기(100)는, 베이스 기판(102)을 구비하고 있다. 베이스 기판(102)은, 예를 들면, 실리콘으로 형성되어 있고, 피가공물(W)의 형상과 동일한 형상, 즉 대략 원반 형상을 갖고 있다. 베이스 기판(102)의 직경은, 피가공물(W)의 직경과 동일한 크기이며, 예를 들면, 300mm이다. 측정기(100)의 형상 및 치수는, 이 베이스 기판(102)의 형상 및 치수에 의하여 규정된다. 따라서, 측정기(100)는, 피가공물(W)의 형상과 동일한 형상을 갖고, 또한, 피가공물(W)의 치수와 동일한 치수를 갖는다. 또, 베이스 기판(102)의 에지에는, 노치(102N)(혹은, 다른 마커)가 형성되어 있다.
베이스 기판(102)에는, 정전 용량 측정용의 복수의 제1 센서(104A~104C)가 마련되어 있다. 복수의 제1 센서(104A~104C)는, 베이스 기판(102)의 에지를 따라, 예를 들면 당해 에지의 전체 둘레에 있어서, 등간격으로 배열되어 있다. 구체적으로는, 복수의 제1 센서(104A~104C) 각각은, 베이스 기판(102)의 상면 측의 에지를 따르도록 마련되어 있다. 복수의 제1 센서(104A~104C) 각각의 전측 단면(前側端面)은, 베이스 기판(102)의 측면을 따르고 있다.
또, 베이스 기판(102)에는, 정전 용량 측정용의 복수의 제2 센서(105A~105C)가 마련되어 있다. 복수의 제2 센서(105A~105C)는, 베이스 기판(102)의 에지를 따라, 예를 들면 당해 에지의 전체 둘레에 있어서, 등간격으로 배열되어 있다. 구체적으로는, 복수의 제2 센서(105A~105C) 각각은, 베이스 기판의 바닥면 측의 에지를 따르도록 마련되어 있다. 복수의 제2 센서(105A~105C) 각각의 시그널 전극(161)은, 베이스 기판(102)의 바닥면을 따르고 있다. 또, 제2 센서(105A~105C)와 제1 센서(104A~104C)는, 둘레 방향에 있어서 60° 간격으로 번갈아 배열되어 있다.
베이스 기판(102)의 상면의 중앙에는, 회로 기판(106)이 마련되어 있다. 회로 기판(106)과 복수의 제1 센서(104A~104C)의 사이에는, 서로를 전기적으로 접속시키기 위한 배선군(108A~108C)이 마련되어 있다. 또, 회로 기판(106)과 복수의 제2 센서(105A~105C)의 사이에는, 서로를 전기적으로 접속시키기 위한 배선군(208A~208C)이 마련되어 있다. 회로 기판(106), 배선군(108A~108C), 및 배선군(208A~208C)은, 커버(103)에 의하여 덮여 있다.
이하, 제1 센서에 대하여 상세하게 설명한다. 도 6은, 센서의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 7은, 도 6의 VII-VII선을 따라 취한 단면도이다. 도 8은, 도 7의 VIII-VIII선을 따라 취한 제1 센서의 단면도이다. 도 9는, 도 7의 IX-IX선을 따라 취한 제1 센서의 단면도이다. 도 10은, 도 7의 X-X선을 따라 취한 제1 센서의 단면도이다.
제1 센서(센서 칩)(104)는, 측정기(100)의 복수의 제1 센서(104A~104C)로서 이용되는 센서이며, 일례에서는, 칩 형상의 부품으로서 구성되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, XYZ 직교 좌표계를 적절히 참조한다. X방향은, 제1 센서(104)의 전(前)방향을 나타내고 있고, Y방향은, X방향에 직교하는 일 방향으로서 제1 센서(104)의 폭방향을 나타내고 있으며, Z방향은, X방향 및 Y방향에 직교하는 방향으로서 제1 센서(104)의 상방향을 나타내고 있다. 도 7에는, 제1 센서(104)와 함께 에지 링(ER)이 나타나 있다.
제1 센서(104)는, 센서 본체(140)(센서부)와, 제1 플렉시블 기판(146)과, 제2 플렉시블 기판(149)을 포함한다. 센서 본체(140)는, 시그널 전극(141)과, 가드 전극(142)과, 제1 그라운드 전극(143)을 포함한다. 일례에 있어서, 센서 본체(140)는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용하여 제조되는 MEMS 칩이어도 된다. 예를 들면, 시그널 전극(141), 가드 전극(142) 및 제1 그라운드 전극(143)은, 구리, 실리콘 등의 도전성 재료에 의하여 형성될 수 있다.
시그널 전극(141)은, 베이스 기판(101)의 직경 방향에 교차하는 전면(141a)을 갖는다. 즉, 측정기(100)에 있어서, 시그널 전극(141)의 전면(141a)은, 베이스 기판의 직경 방향의 외측에 면하고 있다. 일례에 있어서, 시그널 전극(141)의 전면(141a)은, 측정기(100)의 외주를 따르도록, 곡면으로 되어 있다. 예를 들면, 시그널 전극(141)의 전면(141a)은, 당해 전면(141a)의 임의의 위치에서 일정한 곡률을 갖고 있으며, 당해 곡률은, 측정기(100)의 중심 축선(AX100)과 전면(141a)의 사이의 거리의 역수여도 된다. 센서 본체(140)의 상단(上端)에는, 시그널 전극(141)에 전기적으로 접속된 패드(151)가 마련되어 있다.
가드 전극(142)은, 시그널 전극(141)으로부터 이격되어 시그널 전극(141)의 후측에 배치되어 있다. 또, 가드 전극(142)은, 시그널 전극(141)을 따라 뻗어 있다. 도시예의 가드 전극(142)은, 시그널 전극(141)을 따라 만곡되는 내면부(142a)와, 시그널 전극(141)의 폭방향의 단 가장자리를 둘러싸는 측 가장자리부(142b)를 갖는다. 가드 전극(142)의 내면부(142a)는, 시그널 전극(141)과 동일하게, 곡면으로 되어 있다. 예를 들면, 가드 전극(142)의 내면부(142a)는, 당해 내면부(142a)의 임의의 위치에서 일정한 곡률을 갖고 있으며, 당해 곡률은, 측정기(100)의 중심 축선(AX100)과 내면부(142a)의 사이의 거리의 역수여도 된다. 가드 전극(142)의 측 가장자리부(142b)는, 내면부(142a)의 폭방향의 양단(兩端)으로부터 각각 전방을 향하여 돌출되어 있다. 측 가장자리부(142b)는, 시그널 전극(141)의 폭방향의 단 가장자리로부터 이격되어, 당해 단 가장자리를 따라 형성되어 있다. 센서 본체(140)의 상단에는, 가드 전극(142)에 전기적으로 접속된 패드(152)가 마련되어 있다.
제1 그라운드 전극(143)은, 가드 전극(142)으로부터 이격되어 가드 전극(142)의 후측에 배치되어 있다. 또, 제1 그라운드 전극(143)의 전면(143a)은, 가드 전극(142)을 따라 뻗어 있다. 즉, 제1 그라운드 전극(143)의 전면(143a)은, 가드 전극(142)에 평행한 곡면으로 되어 있다. 예를 들면, 제1 그라운드 전극(143)의 전면(143a)은, 당해 전면(143a)의 임의의 위치에서 일정한 곡률을 갖고 있으며, 당해 곡률은, 측정기(100)의 중심 축선(AX100)과 전면(143a)의 사이의 거리의 역수여도 된다. 또, 제1 그라운드 전극(143)은, 가드 전극(142)의 측 가장자리부(142b)를 둘러싸는 측 가장자리부(143b)를 포함한다. 제1 그라운드 전극(143)의 측 가장자리부(143b)는, 전면(143a)의 폭방향의 양단으로부터 각각 전방을 향하여 돌출되어 있다. 측 가장자리부(143b)는, 가드 전극(142)의 측 가장자리부(142b)로부터 이격되어, 당해 측 가장자리부(142b)를 따라 형성되어 있다. 센서 본체(140)의 상단에는, 제1 그라운드 전극(143)에 전기적으로 접속된 패드(153)가 마련되어 있다.
또, 서로 이격되어 있는 시그널 전극(141)과, 가드 전극(142)과, 제1 그라운드 전극(143) 각각의 사이에는, 전기 절연성을 갖는 절연 재료(145)가 배치되어 있다. 도시한 바와 같이, 절연 재료(145)는, 전면부(145a)와, 제1 중간부(145b)와, 제2 중간부(145c)를 포함한다. 전면부(145a)는, 센서 본체(140)의 전면을 구성하고 있다. 즉, 전면부(145a)는, 시그널 전극(141)의 전면(141a), 가드 전극(142)의 측 가장자리부(142b)의 전부(前部), 및, 제1 그라운드 전극(143)의 측 가장자리부(143b)의 전부를 덮고 있다. 제1 중간부(145b)는, 시그널 전극(141)과 가드 전극(142)의 사이에 배치되어 있다. 도시예에서는, 시그널 전극(141)에 접속된 패드(151)와 가드 전극(142)에 접속된 패드(152)의 사이에도 제1 중간부(145b)가 배치되어 있다. 제2 중간부(145c)는, 가드 전극(142)과 제1 그라운드 전극(143)의 사이에 배치되어 있다. 도시예에서는, 가드 전극(142)에 접속된 패드(152)와 제1 그라운드 전극(143)에 접속된 패드(153)의 사이에도 제2 중간부(145c)가 배치되어 있다. 절연 재료(145)는, 예를 들면 붕규산 유리, 석영 등에 의하여 형성되어 있어도 된다.
이와 같이, 평면시에 있어서, 시그널 전극(141)의 전면(141a)과, 가드 전극(142)의 전면(내면부(142a))과, 제1 그라운드 전극(143)의 전면(143a)은, 모두 베이스 기판(101)의 외주에 의하여 형성되는 곡면에 평행한 곡면으로 되어 있다. 또, 시그널 전극(141), 가드 전극(142) 및 제1 그라운드 전극(143)은, 모두 센서 본체(140)의 상단으로부터 하단에 걸쳐 뻗어 있다. 시그널 전극(141), 가드 전극(142) 및 제1 그라운드 전극(143)은, 센서 본체(140)의 상단으로부터 하단에 걸쳐 뻗어 있는 절연 재료(145)의 개재에 의하여, 서로 이격되어 배치되어 있다.
제1 플렉시블 기판(146)은, 기둥 형상을 이루는 센서 본체(140)의 하면을 따라 뻗어 있다. 예를 들면, 제1 플렉시블 기판(146)은, 전기 절연성을 갖는 접착제, 접착 시트 등의 접착 부재에 의하여 센서 본체(140)의 하면에 고정되어 있다. 이로써, 센서 본체(140)의 하면은, 외부에 대하여 전기적으로 절연된다. 또, 제1 플렉시블 기판(146)은, 센서 본체(140)와 동일한 평면 형상을 갖는 영역과, 해당 영역의 후단(後端)의 중앙으로부터 후방으로 돌출되는 단자 영역(146a)을 포함한다. 일례의 제1 플렉시블 기판(146)은, 기판 본체(147)와, 제2 그라운드 전극(148)을 포함한다. 기판 본체(147)는, 전기 절연성을 갖는 예를 들면 폴리이미드 등에 의하여 형성되어 있다. 제2 그라운드 전극(148)은, 기판 본체(147)보다 한층 작은 판 형상으로 형성되어 있고, 기판 본체(147)에 의하여 피복된다. 즉, 제2 그라운드 전극(148)의 상면, 하면 및 측면은, 모두 기판 본체(147)에 의하여 덮여 있다. 제2 그라운드 전극(148)은, 예를 들면 구리 등의 도전성을 갖는 금속에 의하여 형성되어 있어도 된다.
제2 그라운드 전극(148)은, 센서 본체(140)의 하면을 따라 뻗어 있다. 그 때문에, 제2 그라운드 전극(148)과 센서 본체(140)의 사이는, 전기적 절연성을 갖는 기판 본체(147)만으로 채워져 있게 된다. 단자 영역(146a)에서는, 기판 본체(147)에 개구(147a)가 형성되어 있고, 제2 그라운드 전극(148)의 일부가 패드(148a)로서 노출되어 있다. 또, 단자 영역(146a)에는, 시그널 전극(141) 및 가드 전극(142)에 대응하는 패드(146c) 및 패드(146d)가 각각 형성되어 있다.
제2 플렉시블 기판(149)은, 센서 본체(140)와 동일한 평면 형상을 갖고 있고, 센서 본체(140)의 상면을 따라 뻗어 있다. 일례의 제2 플렉시블 기판(149)은, 전기 절연성을 갖는 예를 들면 폴리이미드 등에 의하여 형성되어 있다. 제2 플렉시블 기판(149)에는, 패드(151~153)에 각각 대응하는 개구(149a)가 형성되어 있고, 이로써, 패드(151~153)는 외부에 노출되어 있다. 제2 플렉시블 기판(149)은, 전기 절연성을 갖는 접착제, 접착 시트 등의 접착 부재에 의하여 센서 본체(140)의 상면에 고정되어 있어도 된다. 이 경우, 센서 본체(140)의 상면은, 외부에 대하여 전기적으로 절연된다.
이 제1 센서(104)를 측정기(100)의 센서로서 이용하는 경우에는, 후술하는 바와 같이 시그널 전극(141)이 배선(181)에 접속되고, 가드 전극(142)이 배선(182)에 접속되며, 제1 그라운드 전극(143)이 배선(183)에 접속된다. 또한, 일례에 있어서는, 시그널 전극(141)의 패드(151)에 접속된 배선은, 패드(146c)를 경유하여 배선(181)에 접속되어도 된다. 또, 가드 전극(142)의 패드(152)에 접속된 배선은, 패드(146d)를 경유하여 배선(182)에 접속되어도 된다. 또, 제1 그라운드 전극(143)의 패드(153)에 접속된 배선은, 제2 그라운드 전극(148)의 패드(148a)를 경유하여 배선(183)에 접속되어도 된다.
이하, 제2 센서에 대하여 상세하게 설명한다. 도 11은, 도 5의 부분 확대도이며, 하나의 제2 센서를 나타낸다. 제2 센서(105)는, 시그널 전극(161)을 갖고 있다. 시그널 전극(161)의 에지는 부분적으로 원호 형상을 이루고 있다. 즉, 시그널 전극(161)은, 중심 축선(AX100)을 중심으로 한 상이한 반경을 갖는 2개의 원호인 내측 가장자리(161a) 및 외측 가장자리(161b)에 의하여 규정되는 평면 형상을 갖고 있다. 복수의 제2 센서(105A~105C) 각각의 시그널 전극(161)에 있어서의 직경 방향 외측의 외측 가장자리(161b)는, 공통되는 원 상에서 뻗어 있다. 또, 복수의 제2 센서(105A~105C) 각각의 시그널 전극(161)에 있어서의 직경 방향 내측의 내측 가장자리(161a)는, 다른 공통되는 원 상에서 뻗어 있다. 시그널 전극(161)의 에지의 일부의 곡률은, 정전 척(ESC)의 에지의 곡률에 일치하고 있다. 일 예시적 실시형태에서는, 시그널 전극(161)에 있어서의 직경 방향 외측의 에지를 형성하는 외측 가장자리(161b)의 곡률이, 정전 척(ESC)의 에지의 곡률에 일치하고 있다. 또한, 외측 가장자리(161b)의 곡률 중심, 즉, 외측 가장자리(161b)가 그 위에서 뻗어 있는 원의 중심은, 중심 축선(AX100)을 공유하고 있다.
일 예시적 실시형태에서는, 제2 센서(105)는, 시그널 전극(161)을 둘러싸는 가드 전극(162)을 더 포함하고 있다. 가드 전극(162)은, 프레임 형상을 이루고 있으며, 시그널 전극(161)을 그 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다. 가드 전극(162)과 시그널 전극(161)은, 그들 사이에 절연 영역(164)이 개재되도록, 서로 이격되어 있다. 또, 일 예시적 실시형태에서는, 제2 센서(105)는, 가드 전극(162)의 외측에서 당해 가드 전극(162)을 둘러싸는 전극(163)을 더 포함하고 있다. 전극(163)은, 프레임 형상을 이루고 있으며, 가드 전극(162)을 그 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다. 가드 전극(162)과 전극(163)은, 그들 사이에 절연 영역(165)이 개재되도록 서로 이격되어 있다.
이하, 회로 기판(106)의 구성에 대하여 설명한다. 도 12는, 측정기의 회로 기판의 구성을 예시하는 도이다. 회로 기판(106)은, 고주파 발진기(171), 복수의 C/V 변환 회로(172A~172C), 복수의 C/V 변환 회로(272A~272C), A/D 변환기(173), 프로세서(174), 기억 장치(175), 통신 장치(176), 및, 전원(177)을 갖고 있다. 일례에 있어서는, 프로세서(174), 기억 장치(175) 등에 의하여 연산 장치가 구성되어 있다. 또, 회로 기판(106)은, 온도 센서(179)를 갖고 있다. 온도 센서(179)는, 검출한 온도에 따른 신호를 프로세서(174)에 출력한다. 예를 들면, 온도 센서(179)는, 측정기(100)의 주위의 환경의 온도를 취득할 수 있다.
복수의 제1 센서(104A~104C) 각각은, 복수의 배선군(108A~108C) 중 대응하는 배선군을 통하여 회로 기판(106)에 접속되어 있다. 또, 복수의 제1 센서(104A~104C) 각각은, 대응하는 배선군에 포함되는 몇 개의 배선을 통하여, 복수의 C/V 변환 회로(172A~172C) 중 대응하는 C/V 변환 회로에 접속되어 있다. 복수의 제2 센서(105A~105C) 각각은, 복수의 배선군(208A~208C) 중 대응하는 배선군을 통하여 회로 기판(106)에 접속되어 있다. 또, 복수의 제2 센서(105A~105C) 각각은, 대응하는 배선군에 포함되는 몇 개의 배선을 통하여, 복수의 C/V 변환 회로(272A~272C) 중 대응하는 C/V 변환 회로에 접속되어 있다. 이하, 제1 센서(104A~104C) 각각과 동일 구성의 하나인 제1 센서(104), 배선군(108A~108C) 각각과 동일 구성의 하나인 배선군(108), C/V 변환 회로(172A~172C) 각각과 동일 구성의 하나인 C/V 변환 회로(172)에 대하여 설명한다. 또, 제2 센서(105A~105C) 각각과 동일 구성의 하나인 제2 센서(105), 배선군(208A~208C) 각각과 동일 구성의 하나인 배선군(208), 및, C/V 변환 회로(272A~272C) 각각과 동일 구성의 하나인 C/V 변환 회로(272)에 대하여 설명한다.
배선군(108)은, 배선(181~183)을 포함하고 있다. 배선(181)의 일단(一端)은, 시그널 전극(141)에 접속된 패드(151)에 전기적으로 접속되어 있고, 배선(181)의 타단(他端)은 C/V 변환 회로(172)에 접속되어 있다. 또, 배선(182)의 일단은, 가드 전극(142)에 접속된 패드(152)에 전기적으로 접속되어 있고, 배선(182)의 타단은 C/V 변환 회로(172)에 접속되어 있다. 또, 배선(183)의 일단은, 제1 그라운드 전극(143) 및 제2 그라운드 전극(148)에 전기적으로 접속된 패드(153)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선(183)은, 회로 기판(106)의 그라운드(G)에 접속된 그라운드 전위선(GL)에 접속되어 있다. 또한, 배선(183)은, 그라운드 전위선(GL)에 스위치(SWG)를 통하여 접속되어 있어도 된다.
배선군(208)은, 배선(281~283)을 포함하고 있다. 배선(281)의 일단은, 시그널 전극(161)에 전기적으로 접속되어 있고, 배선(281)의 타단은 C/V 변환 회로(272)에 접속되어 있다. 또, 배선(282)의 일단은, 가드 전극(162)에 전기적으로 접속되어 있고, 배선(282)의 타단은 C/V 변환 회로(272)에 접속되어 있다. 또, 배선(283)의 일단은, 전극(163)에 접속되어 있다. 이 배선(283)은, 회로 기판(106)의 그라운드(G)에 접속된 그라운드 전위선(GL)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 배선(283)은, 그라운드 전위선(GL)에 스위치(SWG)를 통하여 접속되어 있어도 된다.
고주파 발진기(171)는, 배터리와 같은 전원(177)에 접속되어 있고, 당해 전원(177)으로부터의 전력을 받아 고주파 신호를 발생시키도록 구성되어 있다. 또한, 전원(177)은, 프로세서(174), 기억 장치(175), 및, 통신 장치(176)에도 접속되어 있다. 고주파 발진기(171)는, 복수의 출력선을 갖고 있다. 고주파 발진기(171)는, 발생시킨 고주파 신호를 복수의 출력선을 통하여, 배선(181) 및 배선(182), 및, 배선(281) 및 배선(282)에 부여하도록 되어 있다. 따라서, 고주파 발진기(171)는, 제1 센서(104)의 시그널 전극(141) 및 가드 전극(142)에 전기적으로 접속되어 있고, 당해 고주파 발진기(171)로부터의 고주파 신호는, 시그널 전극(141) 및 가드 전극(142)에 부여되도록 되어 있다. 또, 고주파 발진기(171)는, 제2 센서(105)의 시그널 전극(161) 및 가드 전극(162)에 전기적으로 접속되어 있고, 당해 고주파 발진기(171)로부터의 고주파 신호는, 시그널 전극(161) 및 가드 전극(162)에 부여되도록 되어 있다.
C/V 변환 회로(172)의 입력에는, 패드(151)에 접속된 배선(181), 및, 패드(152)에 접속된 배선(182)이 접속되어 있다. 즉, C/V 변환 회로(172)의 입력에는, 제1 센서(104)의 가드 전극(142) 및 시그널 전극(141)이 접속되어 있다. 또, C/V 변환 회로(272)의 입력에는, 시그널 전극(161) 및 가드 전극(162)이 각각 접속되어 있다. C/V 변환 회로(172) 및 C/V 변환 회로(272)는, 그 입력에 있어서의 전위차에 따른 진폭을 갖는 전압 신호를 생성하고, 당해 전압 신호를 출력하도록 구성되어 있다. C/V 변환 회로(172)는, 대응하는 제1 센서(104)가 형성하는 정전 용량에 따른 전압 신호를 생성한다. 즉, C/V 변환 회로(172)에 접속된 시그널 전극의 정전 용량이 클수록, 당해 C/V 변환 회로(172)가 출력하는 전압 신호의 전압의 크기는 커진다. 동일하게, C/V 변환 회로(272)에 접속된 시그널 전극의 정전 용량이 클수록, 당해 C/V 변환 회로(272)가 출력하는 전압 신호의 전압의 크기는 커진다.
고주파 발진기(171)와 배선(181) 및 배선(182)과 C/V 변환 회로(172)의 접속에 대하여, 보다 상세하게 설명한다. 도 11은, 고주파 발진기(171)와 배선(181) 및 배선(182)과 C/V 변환 회로(172)의 접속을 나타내는 회로도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 고주파 발진기(171)와 배선(182)의 사이에는, 저항(171a)이 접속되어 있다. 고주파 발진기(171)와 배선(181)의 사이에는, 가변 저항(171b) 및 가변 콘덴서(171c)를 포함하는 위상 조정 회로(171d)가 접속되어 있다. C/V 변환 회로(172)는, 그 일부에 오피 앰프 및 저항을 포함하는 증폭 회로(172a)를 갖고 있다. 증폭 회로(172a)에서는, 오피 앰프의 반전 입력에 배선(181)이 입력되어 있고, 오피 앰프의 비반전 입력에 배선(182)이 입력되어 있다. 또, 오피 앰프의 반전 입력과 출력은 저항을 통하여 접속되어 있다. 증폭 회로(172a)는, C/V 변환 회로(172)에 입력된 시그널 전극(141)으로부터의 신호와 가드 전극(142)으로부터의 신호의 전위차를 증폭시킨다.
고주파 발진기(171)와 배선(281) 및 배선(282)과 C/V 변환 회로(272)는, 고주파 발진기(171)와 배선(181) 및 배선(182)과 C/V 변환 회로(172)와 동일하게 접속되어 있다. 즉, 고주파 발진기(171)와 배선(282)의 사이에는, 저항이 접속되어 있다. 고주파 발진기(171)와 배선(281)의 사이에는, 가변 저항 및 가변 콘덴서를 포함하는 가변 임피던스 회로가 접속되어 있다. C/V 변환 회로(272)는, 그 일부에 오피 앰프 및 저항을 포함하는 증폭 회로를 갖고 있다. 증폭 회로에서는, 오피 앰프의 반전 입력에 배선(281)이 입력되어 있고, 오피 앰프의 비반전 입력에 배선(282)이 입력되어 있다. 또, 오피 앰프의 반전 입력과 출력은 저항을 통하여 접속되어 있다.
상기한 바와 같은 회로 구성에 있어서는, 위상 조정 회로(171d)의 가변 저항(171b)의 저항값이 변경됨으로써, 시그널 전극(141)으로부터의 신호의 진폭이 변경될 수 있다. 또, 위상 조정 회로(171d)의 가변 콘덴서(171c)의 정전 용량값이 변경됨으로써, 시그널 전극(141)으로부터의 신호의 위상이 변경될 수 있다. 일 예시적 실시형태에서는, 가변 저항(171b)의 저항값과 가변 콘덴서(171c)의 정전 용량값이 프로세서(174)에 의하여 조정(제어)됨으로써, 위상 조정 회로(171d)의 어드미턴스가 조정되어 있다.
예를 들면, 이른바 제로점 조정으로서, C/V 변환 회로(172)로부터 출력되는 전압 신호가 제로가 되도록, 프로세서(174)에 의하여, 위상 조정 회로(171d)에 있어서의 가변 저항(171b)의 저항값 및 가변 콘덴서(171c)의 용량이 조정되어도 된다. 또, C/V 변환 회로(272)로부터 출력되는 전압 신호가 제로가 되도록, 위상 조정 회로(171d)에 있어서의 가변 저항(171b)의 저항값 및 가변 콘덴서(171c)의 용량이 조정되어도 된다.
A/D 변환기(173)의 입력에는, C/V 변환 회로(172) 및 C/V 변환 회로(272)의 출력이 접속되어 있다. 또, A/D 변환기(173)는, 프로세서(174)에 접속되어 있다. A/D 변환기(173)는, 프로세서(174)로부터의 제어 신호에 의하여 제어되고, C/V 변환 회로(172)의 출력 신호(전압 신호) 및 C/V 변환 회로(272)의 출력 신호(전압 신호)를, 디지털값으로 변환하여, 검출값으로서 프로세서(174)에 출력한다.
프로세서(174)에는 기억 장치(175)가 접속되어 있다. 기억 장치(175)는, 휘발성 메모리와 같은 기억 장치이며, 예를 들면, 측정 데이터를 기억하도록 구성되어 있다. 또, 프로세서(174)에는, 다른 기억 장치(178)가 접속되어 있다. 기억 장치(178)는, 불휘발성 메모리와 같은 기억 장치이며, 예를 들면, 프로세서(174)에 의하여 읽혀져 실행되는 프로그램이 기억되어 있다.
통신 장치(176)는, 임의의 무선 통신 규격에 준거한 통신 장치이다. 예를 들면, 통신 장치(176)는, Bluetooth(등록 상표)에 준거하고 있다. 통신 장치(176)는, 기억 장치(175)에 기억되어 있는 측정 데이터를 무선 송신하도록 구성되어 있다.
프로세서(174)는, 상술한 프로그램을 실행함으로써, 측정기(100)의 각부를 제어하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 프로세서(174)는, 가드 전극(142), 시그널 전극(141), 시그널 전극(161), 및, 가드 전극(162)에 대한 고주파 발진기(171)로부터의 고주파 신호의 공급을 제어한다. 또, 프로세서(174)는, 기억 장치(175)에 대한 전원(177)으로부터의 전력 공급, 통신 장치(176)에 대한 전원(177)으로부터의 전력 공급 등을 제어한다. 또한, 프로세서(174)는, 상술한 프로그램을 실행함으로써, A/D 변환기(173)로부터 입력된 검출값에 근거하여, 제1 센서(104)의 측정값 및 제2 센서(105)의 측정값을 취득한다. 일 실시형태에서는, A/D 변환기(173)로부터 출력된 검출값을 X라고 했을 경우, 프로세서(174)에서는, 측정값이 (a·X+b)에 비례한 값이 되도록, 검출값에 근거하여 측정값을 취득하고 있다. 여기에서, a 및 b는 회로 상태 등에 의하여 변화하는 상수이다. 프로세서(174)는, 예를 들면, 측정값이 (a·X+b)에 비례한 값이 되는 것 같은 소정의 연산식(함수)을 갖고 있어도 된다.
이상 설명한 측정기(100)에서는, 측정기(100)가 에지 링(ER)에 의하여 둘러싸인 영역에 배치되어 있는 상태에 있어서, 복수의 시그널 전극(141) 및 가드 전극(142)은 에지 링(ER)의 내측 가장자리와 대면한다. 이들 시그널 전극(141)의 신호와 가드 전극(142)의 신호의 전위차에 근거하여 생성되는 측정값은, 복수의 시그널 전극(141) 각각과 에지 링(ER)의 사이의 거리를 반영하는 정전 용량을 나타내고 있다. 또한, 정전 용량 C는, C=εS/d로 나타난다. ε은 시그널 전극(141)의 전면(141a)과 에지 링(ER)의 내측 가장자리의 사이의 매질의 유전율이고, S는 시그널 전극(141)의 전면(141a)의 면적이며, d는 시그널 전극(141)의 전면(141a)과 에지 링(ER)의 내측 가장자리의 사이의 거리로 간주할 수 있다.
따라서, 측정기(100)에 의하면, 피가공물(W)을 본뜬 당해 측정기(100)와 에지 링(ER)의 상대적인 위치 관계를 반영하는 측정 데이터가 얻어진다. 예를 들면, 측정기(100)에 의하여 취득되는 복수의 측정값은, 시그널 전극(141)의 전면(141a)과 에지 링(ER)의 내측 가장자리의 사이의 거리가 커질수록, 작아진다. 따라서, 제1 센서(104A~104C) 각각의 시그널 전극(141)의 정전 용량을 나타내는 측정값에 근거하여, 에지 링(ER)의 각 직경 방향에 있어서의 각 시그널 전극(141)의 어긋남양을 구할 수 있다. 그리고, 각 직경 방향에 있어서의 제1 센서(104A~104C) 각각의 시그널 전극(141)의 어긋남양으로부터, 측정기(100)의 반송 위치의 오차를 구할 수 있다.
또, 측정기(100)가 정전 척(ESC)에 재치되어 있는 상태에서는, 복수의 시그널 전극(161) 및 가드 전극(162)은 정전 척(ESC)과 대면한다. 상술한 바와 같이, 정전 용량 C는, C=εS/d로 나타난다. ε은 시그널 전극(161)과 정전 척(ESC)의 사이의 매질의 유전율이고, d는 시그널 전극(161)과 정전 척(ESC)의 사이의 거리이며, S는 평면시에 있어서 시그널 전극(161)과 정전 척(ESC)이 서로 중첩되는 면적으로 간주할 수 있다. 면적 S는, 측정기(100)와 정전 척(ESC)의 상대적인 위치 관계에 의하여 변화한다. 따라서, 측정기(100)에 의하면, 피가공물(W)을 본뜬 당해 측정기(100)와 정전 척(ESC)의 상대적인 위치 관계를 반영하는 측정 데이터가 얻어진다.
일례에서는, 소정의 반송 위치, 즉 정전 척(ESC)의 중심과 측정기(100)의 중심이 일치하는 정전 척(ESC) 상의 위치에 측정기(100)가 반송된 경우, 시그널 전극(161)에 있어서의 외측 가장자리(161b)와 정전 척(ESC)의 에지가 일치해도 된다. 이 경우, 예를 들면, 측정기(100)의 반송 위치가 소정의 반송 위치로부터 어긋남으로써, 시그널 전극(161)이 정전 척(ESC)에 대하여 직경 방향의 외측으로 어긋났을 때에, 면적 S는 작아진다. 즉, 시그널 전극(161)에 의하여 측정되는 정전 용량은, 소정의 반송 위치에 측정기(100)가 반송된 경우의 정전 용량에 비하여 작아진다. 따라서, 제2 센서(105A~105C) 각각의 시그널 전극(161)의 정전 용량을 나타내는 측정값에 근거하여, 정전 척(ESC)의 각 직경 방향에 있어서의 각 시그널 전극(161)의 어긋남양을 구할 수 있다. 그리고, 각 직경 방향에 있어서의 제2 센서(105A~105C) 각각의 시그널 전극(161)의 어긋남양으로부터, 측정기(100)의 반송 위치의 오차를 구할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 측정기(100)는, 원판 형상의 베이스 기판(101)과, 베이스 기판(101)에 마련된 제1 센서(104)와, 베이스 기판(101)에 마련된 회로 기판(106)을 구비한다. 제1 센서(104)는, 시그널 전극(141), 가드 전극(142) 및 제1 그라운드 전극(143)을 포함하는 센서 본체(140)를 구비한다. 시그널 전극(141)은, 베이스 기판(101)의 직경 방향에 교차하는 전면을 갖는다. 가드 전극(142)은, 시그널 전극(141)으로부터 이격되어 시그널 전극(141)의 후측에 배치되고, 시그널 전극(141)을 따라 뻗어 있다. 제1 그라운드 전극(143)은, 가드 전극(142)의 후측에 배치된다. 회로 기판(106)은, 시그널 전극(141) 및 가드 전극(142)에 각각 고주파 신호를 부여하도록 마련된 고주파 발진기(171)와, 시그널 전극(141)이 형성하는 정전 용량에 따른 전압 신호를 생성하는 C/V 변환 회로(172)를 구비한다. C/V 변환 회로(172)는, 오피 앰프를 포함하는 증폭 회로(172a)를 갖는다. 고주파 발진기(171)는, 시그널 전극(141)에 부여된 고주파 신호를 오피 앰프의 비반전 입력 단자에 입력하도록 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 또, 고주파 발진기(171)는, 시그널 전극(141)에 부여된 고주파 신호를 오피 앰프의 반전 입력 단자에 입력하도록 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 제1 센서(104)는, 센서 본체(140)의 하면을 따라 뻗어 있는 제2 그라운드 전극(148)을 포함한다. 센서 본체(140)의 시그널 전극(141), 가드 전극(142), 제1 그라운드 전극(143)은, 모두 센서 본체(140)의 하단까지 뻗어 있다. 제2 그라운드 전극(148)과 센서 본체(140)의 사이는, 절연 재료만으로 채워져 있다.
상기 실시형태의 측정기(100)에서는, 시그널 전극(141)이, 가드 전극(142) 및 제1 그라운드 전극(143)에 의하여 후방에 대하여 차폐됨과 함께, 제2 그라운드 전극(148)에 의하여 하방에 대하여 차폐되어 있다. 따라서, 이 제1 센서(104)에 의하면, 특정 방향, 즉, 시그널 전극(141)의 전면이 향하고 있는 방향으로 높은 지향성을 갖고 정전 용량을 측정하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 센서 본체(140)의 하방에 대한 차폐성을 높이기 위하여, 가드 전극을 센서 본체(140)의 하방에도 배치하는 것이 생각된다. 그러나, 가드 전극이 센서 본체(140)의 하면을 따라 뻗어 있는 경우, 당해 가드 전극을 경유하여 ESD에 의하여 오피 앰프가 파괴될 가능성이 있다. 일 예시적 실시형태에서는, 센서 본체(140)의 하방에 가드 전극이 배치되지 않고, 또, 센서 본체(140)를 구성하는 가드 전극(142)이 센서 본체(140)의 하면을 따라 뻗어 있는 부분을 포함하지 않는다. 즉, 제2 그라운드 전극(148)과 센서 본체(140)의 사이는, 절연 재료만으로 채워져 있으므로, ESD가 가드 전극을 경유하여 오피 앰프가 파괴되는 것이 억제된다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 평면시에 있어서, 시그널 전극(141)의 전면과, 가드 전극(142)의 전면과, 제1 그라운드 전극(143)의 전면은, 모두 베이스 기판(101)의 외주에 의하여 형성되는 곡면에 평행한 곡면으로 되어 있어도 된다. 이 구성에서는, 시그널 전극, 가드 전극 및 제1 그라운드 전극 각각이 에지 링에 대해서도 평행하게 배치된다. 따라서, 에지 링과의 사이의 거리를 양호한 정밀도로 나타내는 측정값을 취득할 수 있다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 제1 센서(104)는, 센서 본체(140)의 하면을 따라 뻗어 있으며 제2 그라운드 전극(148)을 포함하는 절연성을 갖는 제1 플렉시블 기판(146)을 구비해도 된다. 이 구성에서는, 제2 그라운드 전극(148)을 간편하게 센서 본체(140)의 하방에 배치할 수 있다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 제1 센서(104)는, 센서 본체(140)의 상면을 따라 뻗어 있는 절연성을 갖는 제2 플렉시블 기판(149)을 구비해도 된다. 이 구성에서는, 센서 본체(140)의 상면에 있어서의 절연성을 담보할 수 있다.
일 예시적 실시형태에 있어서, 시그널 전극(141)의 전면(141a)은, 전기적 절연성을 갖는 절연 재료(145)에 의하여 피복되어 있다. 이 구성에서는, ESD가 시그널 전극(141)을 경유하여 오피 앰프가 파괴되는 것이 억제된다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있으며, 본 개시의 범위 및 주지로부터 벗어나지 않고 다양한 변경을 이룰 수 있는 것이, 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않고, 실제 범위와 주지는, 첨부된 특허청구범위에 의하여 나타난다.

Claims (7)

  1. 원판 형상의 베이스 기판과, 상기 베이스 기판에 마련된 센서 칩과, 상기 베이스 기판에 마련된 회로 기판을 구비하고,
    상기 센서 칩은,
    상기 베이스 기판의 직경 방향에 교차하는 전면을 갖는 시그널 전극과, 상기 시그널 전극으로부터 이격되어 상기 시그널 전극의 후측에 배치되며, 상기 시그널 전극을 따라 뻗어 있는 가드 전극과, 상기 가드 전극의 후측에 배치되는 제1 그라운드 전극을 포함하는 센서부를 구비하고,
    상기 회로 기판은,
    상기 시그널 전극 및 상기 가드 전극에 각각 고주파 신호를 부여하도록 마련된 고주파 발진기와,
    상기 시그널 전극이 형성하는 정전 용량에 따른 전압 신호를 생성하는 C/V 변환 회로를 구비하며,
    상기 C/V 변환 회로는, 오피 앰프를 포함하는 증폭 회로를 갖고,
    상기 고주파 발진기는, 상기 시그널 전극에 부여된 상기 고주파 신호를 상기 오피 앰프의 비반전 입력 단자에 입력하도록 상기 비반전 입력 단자에 접속되어 있으며, 또한, 상기 시그널 전극에 부여된 상기 고주파 신호를 상기 오피 앰프의 반전 입력 단자에 입력하도록 상기 반전 입력 단자에 접속되어 있고,
    상기 센서 칩은, 상기 센서부의 하면을 따라 뻗어 있는 제2 그라운드 전극을 포함하며,
    상기 센서부의 상기 시그널 전극, 상기 가드 전극, 상기 제1 그라운드 전극은, 모두 상기 센서부의 하단까지 뻗어 있고,
    상기 제2 그라운드 전극과 상기 센서부의 사이는, 절연성을 갖는 재료만으로 채워져 있는, 측정기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부를 구성하는 상기 가드 전극은, 상기 센서부의 상기 하면을 따라 뻗어 있는 부분을 포함하지 않는, 측정기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    평면시에 있어서, 상기 시그널 전극의 전면과, 상기 가드 전극의 전면과, 상기 제1 그라운드 전극의 전면은, 모두 상기 베이스 기판의 외주에 의하여 형성되는 곡면에 평행한 곡면으로 되어 있는, 측정기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 칩은, 상기 센서부의 하면을 따라 뻗어 있으며 상기 제2 그라운드 전극을 포함하는 절연성을 갖는 제1 플렉시블 기판을 구비하는, 측정기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 칩은, 상기 센서부의 상면을 따라 뻗어 있는 절연성을 갖는 제2 플렉시블 기판을 구비하는, 측정기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시그널 전극의 상기 전면은, 절연성을 갖는 절연 재료에 의하여 피복되어 있는, 측정기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 시그널 전극의 상기 전면을 피복하는 상기 절연 재료는, 붕규산 유리 또는 석영에 의하여 형성되어 있는, 측정기.
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