(57)【要約】【課題】スキャンする機械装置を要することなく帯電電荷量の分布、例えば二次元分布を測定することができる小型の表面電位センサを提供する。【解決手段】半導体基板２０の表面部上に複数のセンサ電極４を二次元配置し、各センサ電極４と対応してその電位を保持する複数の電位保持手段（コンデンサ）Ｃ１と、該各電位保持手段Ｃ１の電位を検出する電位検出手段（信号増幅器）１０とを設け、更に、該電位検出手段１０・上記複数の電位保持手段Ｃ１、Ｃ１、・・・間に、該電位保持手段Ｃ１、Ｃ１、・・・を所定の順序で電位検出手段１０に接続して電位検出させるスキャナ６を設ける。【選択図】        図１
2004239808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面部上に、帯電物体からの電界で電荷が誘導されるセンサ電極を複数配設し、
上記各センサ電極の電位を所定の順序で検出する電位検出手段を設けた
ことを特徴とする表面電位センサ。
【請求項２】
半導体基板の表面部上に配設された、帯電物体からの電界で電荷が誘導される複数のセンサ電極と、
上記半導体基板に上記各センサ電極と対応して設けられた該センサ電極の電位を保持する複数の電位保持手段と、
上記電位保持手段に保持された電位を検出する一つの電位検出手段と、
上記複数の電位保持手段と上記電位検出手段との間に介在し、該電位保持手段を所定の順序で上記電位検出手段に接続して電位検出させるスキャナと、
を有することを特徴とする表面電位センサ。
【請求項３】
前記複数のセンサ電極が一方向に配設された
ことを特徴とする請求項１又は２記載の表面電位センサ。
【請求項４】
前記複数のセンサ電極が一方向及びこれと直角方向の二次元に配設された
ことを特徴とする表面電位センサ。
【請求項５】
前記各電位保持手段に蓄積された電荷を一斉になくすリセット手段を有する
ことを特徴とする請求項２、３又は４記載の表面電位センサ。
【請求項６】
前記電位検出手段が、正電位を検出する正電位検出部と、負電位を検出する正電位検出部とからなる
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の表面電位センサ。
【請求項７】
複数のセンサ電極各々が、互いに近接して配置された一対の正のセンサ電極部と負のセンサ電極部により構成され、
上記電位保持手段が、正のセンサ電極部の電位を保持する正電位保持部と負のセンサ電極部の電位を保持する正電位保持部からなる
ことを特徴とする請求項６記載の表面電位センサ。
【請求項８】
各センサ電極又は各センサ電極部を囲繞してこれを他のセンサ電極又はセンサ電極部から静電分離するガード電極を形成した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の表面電位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面電位センサ、特に、帯電電荷量の分布、例えば二次元或いは一次元の分布を検出する表面電位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電物体の表面電位を測定する表面電位測定計として、種々のものがあり、圧電音叉を使用したもの等が、静電気学会誌，１０，４（１９８６）２１３−２１６「振動型表面電位センサ」等により紹介されている。
そして、一般的な表面電位測定計は、帯電物体から検出電極に誘導される電荷を、高インピーダンス増幅器によって検出するもので、図８はその基本的構成を
示すものである。
【０００３】
同図において、ａは被検出帯電物体、ｂはセンサ電極で、被検出帯電物体による電界によって誘導される電荷を帯びる。Ｃ１は該センサ電極ｂの電荷を蓄積するコンデンサで、センサ電極ｂの帯電電荷量が多くなる程電位の絶対値が高くなる。ＡｍｐはオペレーショナルアンプＯＰＡを用いた増幅回路で、上記コンデンサＣ１の電圧を増幅し、増幅したものを上記被検出帯電物体ａの帯電量を示す信号として出力する。Ｒ１、Ｒ２は帰還回路を構成する抵抗である。
この図８に示す表面電位測定計においては、センサ電極ｂの前面に振動子（音又）や回転電極（回転セクター）を設け、センサ電極ｂへの電界を物理的な方法で周期的に遮断又は変化させることによって帯電電荷量を交流の出力信号として取り出すようにするのが普通である。
【０００４】
図９はフィードバック（正帰還）型表面電位計の基本的構成を示すものである。この表面電位計は、センサ電極ｂを取り囲むガード電極ｇに増幅器Ａｍｐの出力信号をフィードバックし、増幅器Ａｍｐの出力電圧を０にすることで帯電電位を計測するようにしたもので、振動容量型センサに比べて微小面積の帯電電位を測定することができるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図８に示す方式の表面電位計には、帯電電荷量を交流の出力信号として取り出すようにするために、センサ電極ｂが受ける電界強度を周期的に変化させる振動子又は回転セクター等の機械的な構造体を必要とするので、表面電位計のサイズを小型化することが難しいという欠点があった。
その結果、微小領域の表面電位測定を困難にするという欠点があり、更には、絶縁物体の表面のように不均一に帯電が発生している物体の帯電量分布を測定することができないという問題もあった。
【０００６】
次に、図９に示したフィードバック型表面電位計には、フィードバックされる電圧が帯電物体の帯電電圧と同じになるため、測定器側に高圧電源が必要となり、測定器本体の小型化が難しいという問題があった。
また、センサ電極の周囲に高圧が印加されるガード電極が必要となるため、センサ本体の小型化が難しいという問題があり、これも表面電位計の小型化を阻む要因になっていた。
【０００７】
上述した従来の各表面電位計は、均一に帯電している比較的大きな面積（数ｃｍ２以上）の帯電体であれば、帯電電位を正確に計測することが可能であるが、上述したように小型化が難しいので、半導体のパッケージ表面のような１ｃｍ２以下の小面積の絶縁物に不均一に帯電している電荷（静電気）を正確に測定することは困難であった。
【０００８】
更に、従来の表面電位計は、一般にセンサ電極が単体であるため、帯電電荷量の分布、例えば一次元分布或いは二次元分布を測定する場合、センサ電極自体を帯電物体表面でスキャンさせて測定する必要があった。このため、スキャンに必要な機械装置が大型になり、半導体の製造装置内に組み込んで工程管理に使用するような用途を実現することは不可能に近かった。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたものであり、センサ電極で被検出帯電物体をスキャンする機械装置を要することなく帯電電荷量の分布、例えば一次元分布或いは二次元分布等を測定することができる小型の表面電位センサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の表面電位センサは、半導体基板の表面部上に、帯電物体からの電界で電荷が誘導されるセンサ電極を複数配設し、該各センサ電極の電位を所定の順序で検出する電位検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１の表面電位センサによれば、半導体基板の表面部上に、センサ電極が複数配設されているので、複数のセンサ電極を帯電物体の電荷量の分布に応じて帯電させることができる。
そして、その複数のセンサ電極の電位を電位検出手段によって所定の順序で検出するので、その電位検出手段の検出出力の変化から帯電物体の電荷量の分布を検出することができる。
そして、半導体基板を母体として表面電位センサを形成するので、半導体製造技術を駆使して表面電位センサを製造することができ、極めて小型の表面電位センサを容易に提供することができる。
【００１２】
請求項２の表面電位センサは、半導体基板の表面部上に配設された複数のセンサ電極と、上記半導体基板に上記各センサ電極と対応して設けられた該センサ電極の電位を保持する複数の電位保持手段と、該電位保持手段に保持された電位を検出する一つの電位検出手段と、該電位検出手段・上記複数の電位保持手段間に介在し、該電位保持手段を所定の順序で上記電位検出手段に接続して電位検出させるスキャナを有することを特徴とする。
【００１３】
従って、請求項２の表面電位センサによれば、半導体基板の表面部上に、センサ電極が複数配設されているので、複数のセンサ電極を帯電物体の電荷量の分布に応じて帯電させることができる。
そして、その複数のセンサ電極の電位を保持する電位保持手段の電位をスキャナによって所定の順序で一つの電位検出手段に伝達して電位検出をさせるので、その電位検出手段の検出出力の変化から帯電物体の電荷量の分布を検出することができる。
そして、半導体基板を母体として表面電位センサを形成するので、半導体製造技術を駆使して表面電位センサを製造することができ、極めて小型の表面電位センサを容易に提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、基本的には、半導体基板の表面部上に、帯電物体からの電界で電荷が誘導されるセンサ電極を複数配設し、該各センサ電極の電位を所定の順序で検出する電位検出手段を設けたものであるが、各センサ電極に対応して電位保持手段、例えばコンデンサを設け、各センサ電極の帯電電荷による電位を該電位保持手段により保持させるようにすると良い。
そして、その各電位保持手段と、電位検出手段との間に、スキャナを介在させ、各電位保持手段の出力をそのスキャナにより所定の順序で電位検出手段に伝達してその電位検出手段の検出出力から帯電電荷量の分布を検出するようにすると良い。
【００１５】
センサ電極の配設の典型例として、一次元配設（一方向に配設）と、二次元配設（一方向とそれと直角の方向との二方向への配設）とが挙げられる。本発明はそのいずれにも対応できる。
前記各電位保持手段は測定する前毎に蓄積された電荷を消滅させリセットさせるために、各各電位保持手段の蓄積電荷を一斉になくすリセット手段を設けるようにすることが好ましい。残留電荷による誤差が生じないようにすることができるからである。
【００１６】
また、被検出帯電物体が正の電荷を帯電したり、負の帯電したりする場合には、正の電荷についても、負の正電荷についても検出するようにすることが好ましい。その場合には、前記電位検出手段を、正電位を検出する正電位検出部と、負電位を検出する正電位検出部とにより構成するようにするようにすると良い。
その場合において、更に、複数のセンサ電極各々を、互いに近接して配置された一対の正のセンサ電極部と負のセンサ電極部により構成することとし、電位保持手段を、正のセンサ電極部の電位を保持する正電位保持部と、負のセンサ電極部の電位を保持する負電位保持部によって構成することとすることもできる。
【００１７】
尚、各センサ電極又は各センサ電極部の隣接するもの相互間で静電的影響が生じて精確な帯電電荷量の分布を検出することが阻まれる可能性がある。
しかし、それは、各センサ電極又はセンサ電極部を囲繞して他のセンサ電極又はセンサ電極部から静電分離する基準電位にされるガード電極を形成することによって防止することができる。
また、各センサ電極又は各センサ電極部よりも上の層にもガード電極（上ガード電極）を設け、各センサ電極又は各センサ電極部が斜め方向からの電界による影響を受けないようにするようにすると良い。上ガード電極により、各センサ電極に対する斜め方向の電界を遮断することにより、センサ電極が被検出帯電物体の該センサ電極と対応する部分からの電界のみを受けるようにすることができ、延いては、帯電物体の電荷量の分布を高解像度でより精度良く検出することが可能になる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明を二次元表面電位センサに適用した第１の実施例２ａを示すもので、図１（Ａ）は二次元表面電位センサの概略構成を示すブロック図、図１（Ｂ）は一つのセンサ電極から電位検出手段である信号増幅器に至る信号検出経路を示す回路図、図２（Ａ）、（Ｂ）は表面電位センサの具体的構造を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面断面図である。
【００１９】
先ず、図１（Ａ）を参照して表面電位センサの概略構成を説明する。図面において、４、４、・・・はセンサ電極で、Ｘ方向〔図１（Ａ）における横方向〕とＹ方向〔図１（Ａ）における縦方向〕に二次元配設されている。６はスキャナで、Ｘ方向のスキャニングを行うＸスキャナ６ｘと、Ｙ方向のスキャニングを行うＹスキャナ６ｙからなる。８は該スキャナ６（６ｘ、６ｙ）を制御するスキャナ制御回路である。尚、本表面電位センサ２ａは図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようにセンサ電極を囲繞するガード電極を有するが、図１では便宜上該ガード電極の図示を省略した。
【００２０】
１０は各センサ電極４の電位をスキャナ６を介して受けてその信号を増幅する信号増幅回路（電位検出手段）で、その増幅した信号は被検出帯電物体の帯電電荷量を示すものとして信号処理回路１２へ送出される。
【００２１】
次に、図１（Ｂ）を参照して表面電位センサの一つのセンサ電極から電位検出手段である信号増幅器に至る信号検出回路の説明をする。Ｃ１は各センサ電極４に対応して設けられた電位保持手段たるコンデンサで、センサ電極４と基準電位（アース電位）との間に接続され、その間の電圧を受ける。従って、該コンデンサＣ１はセンサ電極４と同じ電位になり、その電位を保持する。
【００２２】
Ｑｙ１はＹスキャナ６ｙの一部を成すＭＯＳトランジスタで、そのゲートにはＹ選択線Ｙ１（Ｙ選択線はＹ１、Ｙ２、・・Ｙｍと、ｍ本ある）が接続されている。Ｑｘ１はＸスキャナ６ｘの一部を成すＭＯＳトランジスタで、そのゲートにはＸ選択線Ｘ１（Ｘ選択線はＸ１、Ｘ２、・・・Ｘｎとｎ本ある）が接続されている。ＭＯＳトランジスタＱｙ１とＱｘ１とは直列に接続され、この直列回路が上記センサ電極４とコンデンサＣ１との接続点と、上記信号増幅器１０の入力端子との間に接続されている。
【００２３】
このように、各センサ電極４には、それぞれそれに対応して、ゲートが一つのＹ選択線に接続されたＭＯＳトランジスタＱｙとゲートが一つのＸ選択線に接続されたＭＯＳトランジスタＱｘとの直列回路が設けられている。そして、その両方のＭＯＳトランジスタＱｙ、Ｑｘがオンしたとき上記コンデンサＣ１の電位が信号増幅器１０に伝達され、該信号増幅器１０により増幅されるようにされている。
【００２４】
従って、スキャナ６（６ｘ、６ｙ）により各センサ電極４、４、・・・に対してその帯電電荷量を検出するためのＸ及びＹ方向の二次元スキャニングができるのである。
具体的には、先ず、Ｘ選択線Ｘ１〜Ｘｎ及びＹ選択線Ｙ１〜Ｙｍの全部に選択信号を送り、更に、リセット線Ｒｅｓｅｔに信号を送ってリセットトランジスタＱｒをオンさせ、全コンデンサＣ１に蓄積された電荷をディスチャージする。残留電荷を廃棄し、誤差をなくすためである。
次に、スキャニングを開始する。
Ｙ選択線Ｙ１〜Ｙｍのうち、Ｙ１のみに選択信号を送り、その状態で先ずＸ選択線Ｘ１に選択信号を供給する。すると、Ｙ選択線Ｙ１とＸ選択線Ｘ１の両方に対応する一つのセンサ電極４の電位を保持するコンデンサＣ１の電位がトランジスタＱｙ１及びＱｘ１を介して信号増幅器１０に読み出される。
【００２５】
次に、Ｘ選択線Ｘ２（図面には現れない。）に選択信号を供給すると、Ｙ選択線Ｙ１とＸ選択線Ｘ２に対応するセンサ電極４を保持するコンデンサＣ１の電位がトランジスタＱｙ１及びＱｘ２（図面に現れない。）を介して信号増幅器１０に読み出される。このようにして、Ｙ選択線Ｙ１により選択された行のセンサ電極４を順次スキャニングする。
そして、その行の最後の列、即ち、Ｘ選択線Ｘｍ（図面に現れない。）により選択された列のセンサ電極４の帯電電荷量の読み出しが完了すると、次のＹ選択線Ｙ２（図面に現れない）について、Ｙ選択線Ｙ１について行ったと同様のスキャニングを行う。このようにして、Ｘ方向におけるスキャニングをＹ選択線Ｙを順次切り換えて繰り返し、最後のＹ選択線Ｙｍに対するスキャニングを終えると、二次元帯電電荷量の分布の検出が終わることになる。
【００２６】
次に、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して表面電位センサ２ａの構造について説明する。
図において、２０は半導体基板であり、該半導体基板２０及びその表面上に、本表面電位センサ２ａの全部乃至主要部が形成されている。２２は半導体基板２０表面部に選択的に形成された基準電位取り出し領域で、該領域２２から後述する各シールド電極（３０）及びガード電極（３２）にスルーホールによる導電経路が形成され、基準電位（アース）が付与されるようになっている。２４、２４、・・・は各センサ電極４、４、・・・に対応して設けられた電位保持手段たるコンデンサＣ１の電極（コンデンサ電極）で、薄い絶縁膜２６を介して上記半導体基板２０の表面上に形成され、該コンデンサ電極２４と、半導体基板２０との間に電位保持手段たるコンデンサＣ１が構成される。従って、その薄い絶縁膜２６は誘電体として機能することになる。
【００２７】
２８、２８、・・・は中継配線膜で、上記コンデンサ電極２４、２４、・・・よりも上層である。該中継配線膜２８は、後述するセンサ電極（４）とコンデンサ電極２４と、前述のスキャナ６（６ｘ、６ｙ）を成すトランジスタＱｙとの間の電気的接続の中継をする。
３０は各隣接センサ電極（４・４、４・４、・・・）間を下側から静電シールド（静電的分離）するシールド電極で、上記中継配線膜２８、２８、・・・よりは上層であり、センサ電極配設領域内において、センサ電極（４）とそれに対応する中継配線膜２８との間のスルーホールによる各電気的接続部分を除き、略全面的に形成されている。そして、該シールド電極３０はスルーホールによって上記基準電領域２２に電気的に接続されている。
【００２８】
３２はガード電極で、センサ電極４、４、・・・と同層で、上記シールド電極３０よりも上層である。センサ電極４、４、・・・は前述したように、Ｘ及びＹ方向に二次元配設されているが、更に、図２（Ｂ）に示すように該各隣接センサ電極４・４間を遮断するように格子状にガード電極３２を配設している。該ガード電極３２はスルーホールによって上記シールド電極３０に、延いては上記基準電位取り出し領域２２に電気的に接続されている。このようにすることにより、ガード電極３２は上記シールド電極３０と共に、隣接センサ電極４・４相互間の静電的影響が生じるのを確実に阻み、各センサ電極４がそれぞれ静電的に独立し、被検出帯電物体以外のものから静電的影響を受けないように機能する。
【００２９】
３４は上記センサ電極４、４、・・・及び上記ガード電極３２を覆って保護する表面保護絶縁膜である。
このような本表面電位センサ２ａによれば、半導体基板２を母体として形成するので、半導体製造技術を駆使して表面電位センサを製造することができ、極めて小型の表面電位センサを容易に提供することができる。
【００３０】
図３は帯電物体ａからのセンサ電極４の距離と、センサ電極４に誘導される電荷量との関係を、帯電物体への電圧（耐電電圧）が１０００Ｖ、３０００Ｖ及び５０００Ｖの場合について示した曲線図である。
そして、本発明表面電位センサ２ａにおけるように、半導体基板２に表面電位センサを形成した場合においては、被検出帯電物体ａと、センサ電極４との距離を例えば約１ｃｍ程度と極めて小さくすることができ、そして、その距離が１ｃｍ程度だと、図３から明らかなように１０００Ｖ、３０００Ｖ、５０００Ｖという帯電電圧の違いによる検出誘電電荷量の違いがはっきりし、充分に精確な帯電電荷量の測定が可能である。
依って、表面電位センサ２ａは帯電電荷量の分布を検出できる実用性の高い表面検出計と言える。
【００３１】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は本発明表面電位センサの斜め電界遮蔽ガード電極を設けた変形例２ｂを説明するためのもので、（Ａ）はその変形例２ｂの断面図、（Ｂ）は斜め電界遮蔽ガード電極を設けない場合の問題点を示す断面図、（Ｃ）は斜め電界遮蔽ガード電極による斜め電界遮蔽効果を説明する断面図である。
【００３２】
本変形例２ｂは、センサ電極４、４、・・・及びガード電極３２上を層間絶縁膜３６で覆い、該層間絶縁膜３６上に上ガード電極３８を形成し、該ガード電極３８上を表面保護絶縁膜３４で覆ってなるものであり、このように上ガード電極３８を有する点でのみ上記実施例２ａと異なる。
該上ガード電極３８は、各センサ電極４、４、・・・と対応した位置に該センサ電極４と相似した所定の大きさのアパーチャー４０、４０、・・・を有する。本例では、その各アパーチャー４０はセンサ電極４よりも稍小さくされている。
【００３３】
このように、アパーチャー４０、４０、・・・を形成した上ガード電極３８を形成するのは、帯電物体からの斜め方向の電界がセンサ電極４に達するのを防止すべく斜め方向電界を遮断するためである。
即ち、もし上ガード電極３８を設けない場合には、各センサ電極４には図４（Ｂ）に示すように、斜め方向の電界が達し、延いては、被検出帯電物体の帯電電荷量の分布を精確に検出することが妨げられ、解像度を高くすることが難しくなる。
【００３４】
帯電電荷量の分布を精確に検出するには、各センサ電極４には被検出帯電物体のそのセンサ電極４と対応する部分からの電界のみが達し、センサ電極４表面に対して垂直な向きから或る程度以上傾いた角度の斜めの電界が侵入しないようにするのが好ましいのである。
そこで、図４（Ａ）に示すように、アパーチャー４０、４０、・・・のある上ガード電極３８を設けると、図４（Ｃ）に示すように、各センサ電極４へ向かう斜め方向の電界をその上ガード電極３８により遮蔽することができるのである。依って、より精確な帯電電荷量分布の検出が可能となるのである。
【００３５】
図５は本発明表面電位センサの信号増幅器の変形例１１を示す回路図である。
本信号増幅器１１は正負両極性増幅機能を持つ。このように、信号増幅器に正負両極性増幅器のを持たせるのは次の理由による。
即ち、被検出帯電物体は例えば正電荷が帯電する場合もあれば、負電荷が帯電する場合もある。また、被検出物体の或る部分には正電荷が、他の部分には負電荷が帯電する場合もある。
そこで、そのような場合において、正電荷であっても負電荷であっても帯電電荷量の分布を精確に検出できるようにするために、図５に示すように、正電荷帯電電荷量検出専用の正信号増幅部１１ｐと、負信号増幅部１１ｎを設け、その正信号増幅部１１ｐと負信号増幅部１１ｎによって信号増幅部１１を構成することとするのである。
【００３６】
この場合、正信号増幅部１１ｐから出力信号が発生したときは、そのセンサ電極４（と対応する帯電物体の被検出部分）は正に帯電しており、その出力信号は正の帯電量の絶対値を示すことになる。
逆に、負正信号増幅部１１ｎから出力信号が発生したときは、そのセンサ電極４（と対応する帯電物体の被検出部分）は負に帯電しており、その出力信号は負の帯電量の絶対値を示すことになる。従って、正信号増幅部１１ｐと負正信号増幅部１１ｎの何れから出力が成されたかによって電荷の極性を判定することができ、その出力の絶対値から電荷量を判定することができる。
【００３７】
図６は本発明表面電位センサのセンサ電極の変形例を示す回路図である。本変形例も正電荷であっても負電荷であっても帯電電荷量の分布を精確に検出できるようにするためのものであり、正負両極性増幅機能を持つ信号増幅器１１を用いる点では、図５の変形例１１と同様である。
しかし、本変形例においては、各センサ電極４を、互いに近接する正電荷検出専用センサ電極部４ｐと負電荷検出専用センサ電極部４ｎに同じ形状及び同じ大きさになるように２分割し、正電荷検出専用センサ電極部４ｐの電位を正信号増幅部１１ｐにより、負電荷検出専用センサ電極部４ｎの電位を負信号増幅部１１ｎにより検出するようにしたものである。
【００３８】
本変形例においては、帯電電荷が正であろうが、負であろうがセンサ電極部４ｐと４ｎには同じ量の電荷が帯電し、それに応じた電位になる（Ｃ１ｐは正電荷検出専用センサ電極部４ｐの電位保持用コンデンサ、Ｃ１ｎは負電荷検出専用センサ電極部４ｎの電位保持用コンデンサ）が、帯電物体の帯電電荷が正の場合には、正信号増幅部１１ｐからのみ出力信号が発生し、帯電電荷が負の場合には、正信号増幅部１１ｐからのみ出力信号が発生する。従って、どの増幅部から出力信号が発生するかで、帯電電荷の極性を検出することができ、発生する出力信号の大きさから帯電量の絶対値を検出することができるのである。
尚、この図６に示す変形例において、ガード電極３２を設ける場合には、各センサ電極部４ｐ、４ｎを単位としてそれを囲繞するように形成しても良いし、一対のセンサ電極部４ｐ、４ｎからなるセンサ電極４を単位としてそれを囲繞するように形成しても良い。
【００３９】
図７は本発明を一次元表面電位センサに適用した実施例２ｃの構成の概要を示す回路ブロック図である。
本実施例においては、センサ電極４、４、・・・を一方向、例えば縦方向（Ｙ方向）に配設し、スキャナ６を図１（Ａ）に示す例えばＹスキャナ６Ｙと同様のもので構成する。即ち、横方向（Ｘ方向）のスキャニングを要しないので、図１に示す実施例２ａにおけるＭＯＳトランジスタＱＸ１〜ＱＸｎに相当するものは要しない。
このように、本発明は一次元表面電位センサにも適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の表面電位センサによれば、半導体基板の表面部上に、センサ電極が複数配設されているので、複数のセンサ電極を帯電物体の電荷量の分布に応じて帯電させることができる。
そして、その複数のセンサ電極の電位を電位検出手段によって所定の順序で検出するので、その電位検出手段の検出出力の変化から帯電物体の電荷量の分布を検出することができる。
そして、半導体基板を母体として表面電位センサを形成するので、半導体製造技術を駆使して表面電位センサを製造することができ、極めて小型の表面電位センサを容易に提供することができる。
【００４１】
請求項２の表面電位センサによれば、半導体基板の表面部上に、センサ電極が複数配設されているので、複数のセンサ電極を帯電物体の電荷量の分布に応じて帯電させることができる。
そして、その複数のセンサ電極の電位を保持する電位保持手段の電位をスキャナによって所定の順序で一つの電位検出手段に伝達して電位検出をさせるので、その電位検出手段の検出出力の変化から帯電物体の電荷量の分布を検出することができる。
そして、半導体基板を母体として表面電位センサを形成するので、半導体製造技術を駆使して表面電位センサを製造することができ、極めて小型の表面電位センサを容易に提供することができる。
【００４２】
請求項３の表面電位センサによれば、前記複数のセンサ電極が一方向に配設されているので、一次元の帯電電荷量の分布を検出することができる。
請求項４の表面電位センサによれば、前記複数のセンサ電極が二次元に配設されているので、二次元の帯電電荷量の分布を検出することができる。
【００４３】
請求項５の表面電位センサによれば、前記各電位保持手段に蓄積された電荷を一斉になくすリセット手段を有するので、測定前に残留している電荷による誤差が生じないようにすることができる。
請求項６の表面電位センサによれば、前記電位検出手段が、正電位を検出する正電位検出部と、負電位を検出する正電位検出部とからなるので、正電位検出部により正電荷の帯電量を、負電位検出部により負電荷の帯電量を検出することができ、帯電電荷の極性を、いずれの検出部から出力信号が発生したかによって検出することができ、その帯電電荷量を出力信号の大きさによって検出することができる。即ち、帯電電荷の極性と、電荷量の両方を検出することができる。
【００４４】
請求項７の表面電位センサによれば、請求項６記載の表面電位センサにおいて、複数のセンサ電極各々が、互いに近接して配置された一対の正のセンサ電極部と負のセンサ電極部により構成され、上記電位保持手段が、正のセンサ電極部の電位を検出する正電位検出部と、負のセンサ電極部の電位を検出する負電位検出部からなるので、正電位検出部により正電荷の帯電量を、負電位検出部により負電荷の帯電量を検出することができる。
従って、帯電電荷の極性を、いずれの検出部から出力信号が発生したかによって検出することができ、その帯電電荷量を出力信号の大きさによって検出することができる。即ち、帯電電荷の極性と、電荷量の両方を検出することができる。
【００４５】
請求項８の表面電位センサによれば、各センサ電極又は各センサ電極部を囲繞して他のセンサ電極又はセンサ電極部から静電分離する基準電位にされるガード電極を形成したので、隣接センサ電極間又は各センサ電極部間で互いに静電的影響が生じ、分布の解像度が低下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明表面電位センサの第１の実施例２ａを示すもので、（Ａ）は二次元表面電位センサの概略構成を示すブロック図、（Ｂ）は一つのセンサ電極から電位検出手段である信号増幅器に至る信号検出経路を示す回路図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は上記第１の実施例２ａの具体的構造を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図３】帯電物体ａからのセンサ電極４の距離と、センサ電極４に誘導される電荷量との関係を、帯電物体の帯電電圧が１０００Ｖ、３０００Ｖ及び５０００Ｖの場合について示した曲線図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明表面電位センサの斜め電界遮蔽ガード電極を設けた変形例２ｂを説明するためのもので、（Ａ）はその変形例２ｂの断面図、（Ｂ）は斜め電界遮蔽ガード電極を設けない場合の問題点を示す断面図、（Ｃ）は斜め電界遮蔽ガード電極による斜め電界遮蔽効果を説明する断面図である。
【図５】本発明表面電位センサの信号増幅器の変形例を示す回路図である。
【図６】本発明表面電位センサのセンサ電極の変形例を示す回路図である。
【図７】本発明を一次元表面電位センサに適用した実施例２ｃの構成の概要を示す回路ブロック図である。
【図８】従来例の一つである、帯電物体から検出電極に誘導される電荷を高インピーダンス増幅器によって検出する従来例の表面電位測定計の基本的構成を示す構成図である。
【図９】従来例の別の一つである、フィードバック（正帰還）型表面電位計の基本的構成を示す構成図である。
【符号の説明】
２ａ、２ｂ、２ｃ・・・表面電位センサ、４・・・センサ電極、４ｐ・・・正用センサ電極部、４ｎ・・・負用センサ電極部、６（６ｘ、６ｙ）・・・スキャナ、８・・・スキャナ制御回路、１０・・・信号増幅器（電位検出手段）、１１・・・信号増幅器（電位検出手段）、１１ｐ・・・正信号増幅部、１１ｎ・・・負信号増幅部、２０・・・半導体基板、２２・・・基準電位取り出し領域、２４・・・コンデンサ電極、３０・・・シールド電極、３２・・・ガード電極、３４・・・表面保護絶縁膜、３８・・・上ガード電極、４０・・・アパーチャー、Ｃ１・・・コンデンサ（電位保持手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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