(57)【要約】  【課題】不純物準位の深い測定対象物であっても、その抵抗率を充分なＳ／Ｎで測定するための技術を提供する。  【解決手段】測定対象物１００に励起光が照射されることで、そこから不純物準位に存在するキャリアを励起する（価電子帯に遷移させる）ことができる。このように、測定対象物１００の温度および励振コイル１１が照射する電磁波の周期とは無関係にキャリアの励起が実現されるため、それらを不純物準位に応じて変化させなくても、そのキャリアに起因する渦電流を測定領域に発生させることができる。そして、こうして発生した渦電流を検出コイル１３が検出し、その検出結果に基づいて測定対象物１００の抵抗率を適切に特定することができる。そのため、本抵抗測定装置１であれば、不純物準位の深い測定対象物１００であっても、適切にキャリアの励起が実現できるため、その抵抗率を充分なＳ／Ｎで測定できる。【選択図】図１
2007212341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物における所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起するのに適した波長の光である励起光を、測定対象物における測定領域に照射する光照射手段と、
測定対象物における測定領域に電磁波を照射する電磁波照射手段と、
該電磁波照射手段により照射された電磁波が前記測定領域に発生させる渦電流を、該測定領域から離れた位置で検出する渦電流検出手段と、
該渦電流検出手段により検出される渦電流に基づいて、測定対象物の抵抗率を特定する抵抗特定手段と、を備えている
ことを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項２】
前記光照射手段は、前記励起光を出力可能な光源として発光ダイオードまたは半導体レーザを有しており、この光源から出力される励起光を前記測定領域に照射する、ように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗測定装置。
【請求項３】
前記光照射手段は、光源としてのランプと、この光源から出力される光から前記励起光に相当する波長の光を分光する分光器と、を有し、該分光器により分光される光を前記励起光として前記測定領域に照射する、ように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗測定装置。
【請求項４】
前記電磁波照射手段は、交流信号を受けて電磁波を発生する励振コイルと、該励振コイルに所定周期の交流信号を印加して該励振コイルを駆動するコイル駆動部と、を有し、前記励振コイルが発生した電磁波を前記測定領域に照射して、
前記抵抗特定手段は、前記渦電流検出手段により検出される渦電流のうち、前記コイル駆動部が前記励振コイルに印加する交流信号と同期したタイミングで検出される渦電流に基づいて、測定対処物の抵抗率を特定する、ように構成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の抵抗測定装置。
【請求項５】
測定対象物における所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起するのに適した波長の光である励起光を出力する光源について、該光源から出力される励起光を測定対象物における測定領域に照射させると共に、
測定対象物における測定領域に電磁波を照射させて、
該照射させた電磁波が前記測定領域に発生させる渦電流を、該測定領域から離れた位置で検出して、
該検出される渦電流に基づいて、測定対象物の抵抗率を特定する
ことを特徴とする抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の抵抗率を非接触にて測定するための抵抗測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の抵抗率を非接触にて測定するには、例えば、励振コイルにより測定対象物表面に電磁波を照射し、その表面に発生する渦電流を、検知コイルにより検出した結果に基づいて抵抗率（比抵抗）を特定する、という方法が採用されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０７−９８２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した方法においては、半導体を測定対象物とした場合に、充分なＳ／Ｎ（信号対雑音比）で測定結果を得ることができなかった。
それは、上記方法による抵抗率が、半導体の不純物準位から励起される（価電子帯に遷移する）キャリアに基づいて発生する渦電流で決まるため、そのような不純物準位からキャリアを励起するのに適した温度環境で、適切な周期（周波数）の電磁波を照射しなければならないからである。
【０００４】
ここで、不純物準位から価電子帯にキャリアを遷移させるには、不純物準位の深さ（不純物準位から価電子帯までのエネルギー）に応じて照射する電磁波の周期を長くする，または，測定対象物の温度を高くする必要がある。
【０００５】
例えば、測定対象物としてシリコンを考えると、室温（２３度）でキャリアを励起するには０．４ｅＶのエネルギーを要するが（図６参照；J.A.Cooper,Jr. Phys.stat.sol.(a) 162,305(1997)）、この場合、電磁波の周期としては１ｍｓ（周波数に換算すると１ｋＨ）程度まで長くする必要があるこのような電磁波は、ノイズの影響を受けやすくなるため、安定した渦電流を発生させて適切な抵抗率の測定を実現するという観点からは望ましくない。この電磁波の周期を充分に短くするためには、温度を１００度以上とすれば、電磁波の周期を０．１ｍｓ〜０．１μｓ（周波数に換算して１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）と充分に短くすることができるとはいえ、そのように温度を高くすることは現実的とはいえない。
【０００６】
つまり、上述した方法においては、抵抗率を測定可能な測定対象物が限られており、不純物準位の深い半導体などの抵抗率を、充分なＳ／Ｎで測定することができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に対してなされたものであり、その目的は、不純物準位の深い測定対象物であっても、その抵抗率を充分なＳ／Ｎで測定するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため請求項１に記載の抵抗測定装置は、光照射手段によって、測定対象物における所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起するのに適した波長の光である励起光を、測定対象物における測定領域に照射する。また、電磁波照射手段によって、測定対象物における測定領域に電磁波を照射する。そして、渦電流検出手段が、電磁波照射手段により照射された電磁波が前記測定領域に発生させる渦電流を、該測定領域から離れた位置で検出すると、抵抗特定手段が、こうして検出される渦電流に基づいて、測定対象物の抵抗率を特定する。
【０００９】
このように構成された抵抗測定装置であれば、測定対象物の測定領域に励起光が照射されることで、その測定領域から所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起する（価電子帯に遷移させる）ことができる。そのため、この励起光の波長を、半導体における不純物準位に存在するキャリアを励起するのに適したものとしておけば、そのような半導体を測定対象物とした場合でも、不純物準位からキャリアを励起することができる。
【００１０】
このように、測定対象物の温度，および，電磁波照射手段が照射する電磁波の周期とは無関係にキャリアの励起が実現されるため、測定対象物の温度および電磁波の周期を不純物準位に応じて変化させなくても、そのキャリアに起因する渦電流を測定領域に発生させることができる。そして、こうして発生した渦電流を渦電流検出手段が検出し、その検出結果に基づいて測定対象物の抵抗率を適切に特定することができる。
【００１１】
そのため、本抵抗測定装置であれば、不純物準位の深い測定対象物であっても、適切にキャリアの励起が実現できるため、その抵抗率を充分なＳ／Ｎで測定することができる。
なお、上述した渦電流検出手段は、測定領域に発生した渦電流を離れた位置で検出することができれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、測定領域に近接させた状態で、この測定領域に発生する渦電流によって誘導電流が発生するコイルを有する構成とすることが考えられる。
【００１２】
また、上述した抵抗特定手段は、検出された渦電流に基づいて抵抗率を特定する手段であり、その抵抗率を特定するための具体的な構成については特に限定されない。例えば、電磁波照射手段により照射される電磁波，および，渦電流検出手段により検出される渦電流それぞれのパラメータ（電力値，電圧値，電流値など）を対比し、その対比結果に応じた値（データテーブルに登録された値や、数式により算出される値）を抵抗率として特定するように構成することが考えられる。
【００１３】
また、上述した光照射手段は、所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起するのに適した波長の励起光を照射できれば、その具体的な構成は特に限定されない。
例えば、請求項２に記載のように、前記励起光を出力可能な光源として発光ダイオードまたは半導体レーザを有し、この光源から出力される励起光を前記測定領域に照射する、ように構成することが考えられる。
【００１４】
また、請求項３に記載のように、光源としてのランプと、この光源から出力される光から前記励起光に相当する波長の光を分光する分光器と、を有し、該分光器により分光される光を前記励起光として前記測定領域に照射する、ように構成することが考えられる。
【００１５】
これらのような構成とすれば、励起光として適切な波長の光を、測定領域に照射することができる。
また、上述した電磁波照射手段は、電磁波を照射することができれば、その具体的な構成は特に限定されない。
【００１６】
例えば、交流信号を受けて電磁波を発生する励振コイルと、該励振コイルに所定周期の交流信号を印加して該励振コイルを駆動するコイル駆動部と、を有し、前記励振コイルが発生した電磁波を前記測定領域に照射する、といった構成が考えられる。
【００１７】
この構成において、コイル駆動部は、励振コイルに交流信号を印加するが、交流信号は信号レベルが低くなるタイミングがあり、そのタイミングで測定領域に発生する渦電流の信号レベルも小さくなる。このように小さな信号レベルの渦電流は、ノイズの影響を受けやすいため、そのような渦電流に基づいて抵抗率を特定したとしても、その値が不適切なものになりやすい。
【００１８】
そこで、請求項４に記載の抵抗測定装置のように、抵抗特定手段が、前記渦電流検出手段により検出される渦電流のうち、前記コイル駆動部が前記励振コイルに印加する交流信号と同期したタイミングで検出される渦電流に基づいて、測定対象物の抵抗率を特定する、ように構成するとよい。
【００１９】
このように構成すれば、励振コイルに印加される交流信号と同期したタイミングで、測定対象物の抵抗率が特定される。そのため、そのタイミングが、交流信号の信号レベルが所定レベル以上となるタイミングとなるように同期をとっておけば、抵抗率を特定するときにおける渦電流の信号レベルを充分に大きくしておくことができる。このような大きな信号レベルの渦電流であれば、信号レベルが小さい場合と比べてノイズの影響を受けにくいため、そのような渦電流に基づいて抵抗率を特定した場合に、その値が不適切なものになりにくくすることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の抵抗測定方法は、測定対象物における所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起するのに適した波長の光である励起光を出力する光源について、該光源から出力される励起光を測定対象物における測定領域に照射させると共に、測定対象物における測定領域に電磁波を照射させて、該照射させた電磁波が前記測定領域に発生させる渦電流を、該測定領域から離れた位置で検出して、該検出される渦電流に基づいて、測定対象物の抵抗率を特定する。
【００２１】
このような方法により抵抗率を特定すれば、請求項１から４のいずれかに記載の抵抗測定装置により得られるのと同様の作用，効果を得ることができる。
また、この抵抗測定方法においては、励振コイルに所定周期の交流信号を印加することで、この励振コイルから発生する電磁波を測定領域に照射する場合であれば、励振コイルに印加する交流信号と同期したタイミングで検出される渦電流に基づいて、測定対処物の抵抗率を特定するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
抵抗測定装置１は、図１に示すように、測定対象物１００の上側に配置される検出プローブ１０、検出プローブ１０に対して測定対象物１００を挟んだ位置（図１における測定対象物１００の下側）に配置された光照射部２０、抵抗測定装置１の動作を制御する制御部３０、各種情報を表示するための表示部４０、ユーザの操作を受けつけるための操作部５０などで構成され、測定対象物１００の抵抗率（比抵抗）を非接触にて測定するための装置である。なお、本実施形態においては、光の透過性が高い半導体物質（例えば、ＳｉＣ）を測定対象物１００として、その抵抗率を測定する場合を例示する。
【００２３】
検出プローブ１０は、励振コイル１１および検出コイル１３と、これらを覆うシールドケース１５と、各コイルを駆動する駆動回路１７と、これら構成要素を収容するハウジング１９と、からなる。
【００２４】
これらのうち、励振コイル１１は、制御部３０から指令を受けて電磁波を発生し（図３参照）、これを測定対象物１００における測定領域に電磁波を照射する。また、検出コイル１３は、励振コイル１１により照射された電磁波が測定領域に発生させる渦電流を検出し、その検出結果（電力値，電流値，電圧値など）を示す検出信号を駆動回路１７を介して制御部３０に出力する。
【００２５】
光照射部２０は、制御部３０からの指令を受けて発光する光源であるランプ２１と、このランプ２１から出力される光から所定の波長成分を分光する分光器２３と、分光器２３にて分光された光を収束させて測定領域に照射する光反射板２５と、制御部３０からの指令を受けてランプ２１を駆動する駆動回路２９からなる。なお、分光器２３は、上述した半導体物質における不純物準位に存在するキャリアを励起（価電子帯に遷移）させるのに適した波長を分光し、こうして分光した光（以降、「励起光」という）を測定対象物１００の測定領域に照射する。
【００２６】
制御部３０は、後述する処理を実行することにより、ランプ２１および励振コイル１１を駆動し、検出コイル１３からの検出信号に基づいて測定対象物１００の抵抗率を特定した後、その抵抗率を表示部４０に表示させる。
（２）制御部３０による測定処理
以下に、制御部３０により実行される測定処理の処理手順を図２に基づいて説明する。この測定処理は、操作部５０により抵抗率の測定を行うための操作が行われた際に起動する。
【００２７】
この測定処理が起動すると、まず、ランプ２１を駆動するための駆動信号がランプ２１に供給される（ｓ１１０）。ここでは、ランプ２１の点灯を指令するための指令信号が光照射部２０に出力され、この指令信号を受けた光照射部２０が駆動回路２９を介してランプ２１を点灯させる。こうして、ランプ２１が点灯すると、分光器２３，光反射板２５を経た励起光が、測定対象物１００の測定領域に照射する。これにより、測定対象物１００の測定領域において、不純物準位のキャリアが励起されることとなる。
【００２８】
次に、ランプ２１による光の出力状態が安定するのに必要な待機時間を経て、励振コイル１１を駆動するための駆動信号が励振コイル１１に供給される（ｓ１２０）。ここでは、励振コイル１１の駆動を指令するための指令信号が出力され、この指令信号を受けた検出プローブ１０が駆動回路１７を介して励振コイル１１に電磁波を発生させる。このとき、駆動回路１７は、交流の駆動信号を励振コイル１１に印加することで、励振コイル１１に電磁波を発生させる。この電磁波が測定対象物１００の測定領域に照射することにより、その測定領域表面に渦電流が発生することとなる。
【００２９】
次に、検出コイル１３から出力される検出信号に基づいて、この検出信号で示されるパラメータ（電力値，電流値，電圧値など）を一定時間収集する処理が行われる（ｓ１３０）。ここでは、検出コイル１３から出力される検出信号で示されるパラメータが、ｓ１２０にて励振コイル１１に供給されている駆動信号と同期させたタイミングで順次特定され、それらパラメータが一定時間収集されるように構成されている。なお、本実施形態では、駆動信号の信号レベルが所定レベル以上（本実施形態ではＨレベル）になってから、所定の待機時間Δｔ１が経過したときのパラメータそれぞれが順次取得されるように同期がとられている（図３参照）。
【００３０】
次に、ｓ１３０にて収集された各パラメータに基づき、測定対象物１００の抵抗率が特定される（ｓ１４０）。本実施形態においては、検出信号，つまり渦電流を示すパラメータに対応する抵抗率が登録されたデータテーブルとして、あらかじめ測定対象物１００に関する各種パラメータに基づいて作成されたものが用意されている（内蔵メモリに記憶されている）。そのため、このｓ１４０では、ｓ１３０にて収集された各パラメータから求められる代表値（例えば、平均値）について、この代表値に対応する抵抗率として上記データテーブルに登録されている抵抗率が、測定対象物１００の抵抗率として特定される。
【００３１】
なお、ここでは、データテーブルに基づいて抵抗率を特定するように構成されたものを例示したが、渦電流を示すパラメータに対応する抵抗率を特定するための数式を求めておき、上記代表値に対応する抵抗率をその数式で算出することで抵抗率を特定するように構成してもよい。
【００３２】
そして、ｓ１４０にて特定された抵抗率が、表示部４０に表示される（ｓ１５０）。
（３）作用，効果
このように構成された抵抗測定装置１であれば、測定対象物１００の測定領域に励起光が照射されることで、その測定領域から所定のエネルギー準位に存在するキャリアを励起する（価電子帯に遷移させる）ことができる。ここで、励起光の波長は、半導体における不純物準位に存在するキャリアを励起するのに適したものであるため、そのような半導体において不純物準位からキャリアを励起することができる。
【００３３】
このように、測定対象物１００の温度，および，励振コイル１１が照射する電磁波とは無関係にキャリアの励起が実現されるため、測定対象物１００の温度および電磁波の周期を不純物準位に応じて変化させなくても、そのキャリアに起因する渦電流を測定領域に発生させることができる。そして、こうして発生した渦電流を検出コイル１３が検出し、その検出結果に基づいて測定対象物１００の抵抗率を適切に特定することができる。
【００３４】
そのため、本抵抗測定装置１であれば、不純物準位の深い測定対象物１００であっても、適切にキャリアの励起が実現できるため、その抵抗率を充分なＳ／Ｎで測定できる。
また、上記実施形態では、ランプ２１から出力された光を分光器２３に通すことで、その波長を、半導体における不純物準位に存在するキャリアを励起するのに適したものとして、測定対象物１００に照射することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、検出コイル１３から出力される検出信号で示されるパラメータが、励振コイル１１に印加される駆動信号と同期したタイミングで収集され（同図ｓ１３０）、それらパラメータに基づいて抵抗率が特定される（同図ｓ１４０）。
【００３６】
このように、パラメータを収集するタイミングが、駆動信号の信号レベルが所定レベル以上となるタイミングとなるように同期がとられているため、パラメータが収集されるときにおける検出信号，つまり渦電流の信号レベルを充分に大きくしておくことができる。このような大きな信号レベルの渦電流であれば、信号レベルが小さい場合と比べてノイズの影響を受けにくいため、そのような渦電流に基づいて収集されたパラメータに基づいて抵抗率を特定することにより、その値がノイズの影響を受けた不適切なものとなることを防止できる。
（４）変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、光照射部２０のランプ２１が、測定対象物１００の下面（図１における下側）から励起光を照射するように構成されたものを例示した。しかし、ランプ２１による励起光の照射は、どのような方向から実現してもよい。
【００３８】
具体的な例としては、例えば、図４（ａ）に示すように、光反射板２５を測定対象物１００の側面（図１における左側）に配置し、この側面から励起光が測定領域に向けて照射されるように構成することが考えられる。また、図４（ｂ）に示すように、分光器２３を通った励起光を、検出プローブ１０内部から測定領域に照射されるように光路２７を設けた構成とすることも考えられる。
【００３９】
また、上記実施形態においては、測定対象物１００に励起光を照射するための光源としてランプ２１を採用した構成を例示した。しかし、上記光源としては、ランプ２１以外の構成を採用することもできる。例えば、励起光に相当する波長の光を出力可能な発光ダイオードまたは半導体レーザを光源とし、この光源から出力される光を測定対象物１００の測定領域に照射するような構成とすることが考えられる。
【００４０】
このように、発光ダイオードや半導体レーザを採用した場合には、渦電流（検出コイル１３から出力される検出信号）で示されるパラメータを取得するタイミングだけでなく、光源により励起光を出力させるタイミングについても、励振コイル１１に印加される駆動信号と同期させるように構成するとよい。
【００４１】
具体的にいうと、図５に示すように、光源による励起光（光源への通電）が、駆動信号の信号レベルが所定レベル以上（例えば、Ｈレベル）になる所定時間Δｔ２前に出力を開始し、駆動信号の信号レベルが所定レベル以下（例えば、Ｌレベル）になって所定時間Δｔ３が経過した後に終了するように同期をとることが考えられる。
（５）本発明との対応関係
以上説明した実施形態において、光照射部２０が本発明における光照射手段であり、励振コイル１１および駆動回路１７が本発明における電磁波照射手段であり、検出コイル１３が本発明における渦電流検出手段であり、制御部３０および図２のｓ１４０が本発明における抵抗特定手段であり、駆動回路１７が本発明におけるコイル駆動部である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】抵抗率測定装置の構成を示すブロック図
【図２】測定処理の処理手順を示すフローチャート
【図３】励振コイルに印加される駆動信号，および，パラメータを特定するタイミングを示すタイミングチャート
【図４】別の実施形態における抵抗率測定装置の構成を示すブロック図
【図５】励振コイルに印加される駆動信号，パラメータを特定するタイミング，および，光源から励起光を出力させるタイミングを示すタイミングチャート
【図６】シリコンを測定対象物とした場合における温度とキャリアを励起するために必要なエネルギーとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００４３】
１…抵抗測定装置、１０…検出プローブ、１１…励振コイル、１３…検出コイル、１５…シールドケース、１７…駆動回路、１９…ハウジング、２０…光照射部、２１…ランプ、２３…分光器、２５…光反射板、２７…光路、２９…駆動回路、３０…制御部、４０…表示部、５０…操作部。
【図１】
2007212341.tif 000003
【図２】
2007212341.tif 000004
【図３】
2007212341.tif 000005
【図４】
2007212341.tif 000006
【図５】
2007212341.tif 000007
【図６】
2007212341.tif 000008