JP4107382B2

JP4107382B2 - Conductive thin film conductivity measuring device

Info

Publication number: JP4107382B2
Application number: JP2002339127A
Authority: JP
Inventors: 雅顕谷中; 紀孝伊橋; 啓卜部; 朋永岡部
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Toppan Inc
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Toppan Inc
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP2004170345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガラスや高分子フィルム等の表面に、電気抵抗の低い金属薄膜あるいは金属酸化物薄膜を付着させることによって構成される導電薄膜を対象に、導電異方性や傷の方向性といった導電性を非接触で測定する導電性測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスまたは高分子フィルムなどの表面に電気抵抗の低い金属薄膜または金属酸化物薄膜を付着することによって構成される導電薄膜は、電気・電子分野で広く使用されている。その具体例として、液晶ディスプレーやＥＬディスプレーといったフラットパネルディスプレー、太陽電池などの透明電極、あるいは透明電磁波シールド材などが挙げられる。
【０００３】
この種の導電薄膜は、一般的には、二探針または四探針式の接触式表面抵抗測定法によって電気抵抗の測定がなされている。しかしながら、この接触式表面抵抗測定法は、測定時に導電薄膜の表面に傷をつける場合があり、これによって導電薄膜の導電性能の劣化をもたらしてしまうという恐れがある。
【０００４】
表面に傷をつけることなく電気抵抗を測定するための技術としては、電磁誘導コイルと導電薄膜との間の電磁誘導現象を利用する渦電流測定法が知られている。しかしながら、この渦電流測定法は、成膜プロセス中に何らかの理由により導電薄膜に傷が生じている場合には、導電性の劣化自体を検出することは可能であるが、抵抗の面内異方性、すなわち傷の方向による抵抗の違いを測定することは原理上不可能である。
【０００５】
このことは、導電薄膜に生じた傷の形態によっては無視できない事態となる。すなわち、導電薄膜中には、しばしば一方向に伸びるクラック状の傷が発生する。この場合、傷に平行な方向では抵抗の増加はほとんどみられない。しかしながら、傷に垂直な方向では非常に高い抵抗値となり、劣化が促進されてしまう恐れがある。そのため、傷の方向性を正しく検出する必要があるが、渦電流測定法では、上述したように傷の方向による抵抗の違いを測定することができないために、傷の方向性を正しく検出することができない。
【０００６】
電気的な面内異方性については、上述した四探針式の表面抵抗測定法でもある程度は測定可能である。しかしながら、四探針式の表面抵抗測定法では、傷の長さとプローブ間隔の関係によっては測定結果が大きく影響を受けてしまう場合がある。また、測定角度を変化させながら測定する毎に導電薄膜に接触する必要があり測定に膨大な時間を要する。更には、接触式であるが故に、試料である導電薄膜に傷をつける恐れがあるといった不都合が生じてしまう。
【０００７】
一方、非接触で、かつ電気的な手法で導電薄膜の面内異方性を検出する方法として、特許文献１に記載されているような電磁波を用いた方法が知られている。この方法は、一方向繊維強化複合材料中の繊維の配向ムラを評価するために考案されたものである。この方法の基本的な測定原理について以下に説明する。
【０００８】
すなわち、特許文献１で開示された方法では、直線偏波の電磁波を、試料である導電薄膜に対して垂直入射させ、透過波を入射波の偏波面に平行な成分である主偏波成分と、これに直交する成分である交差偏波成分に分離する。そして交差偏波成分の強度を測定する事により、試料である導電薄膜の電気的な主軸の傾きや異方性の強さを検知することが出来る。
【０００９】
この方法の具体的な利用例として、特許文献１では、短繊維一方向プリプレグ製造過程における繊維方向の乱れの検出に用いる例が開示されている。これは、入射波の偏波面を所定の繊維方向に対して直角になるように調整し、プリプレグ面上を走査すれば、繊維が所定方向に整列していれば交差偏波成分の強度は０（零）となるが、もし繊維の配向に乱れが生じると交差波成分の出力が検出されるというものである．
【００１０】
【特許文献１】
特公平２−３６８９８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような特許文献１で開示された方法では、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、特許文献１で開示された方法では、予め配向状態が決まっている試料について、その状態からの乱れを検出するには好適である。しかしながら、導電薄膜にしばしば発生するクラック状の傷は、未知の方向に発生する。したがって、入射波の偏波方向を、予め傷の方向に対して垂直に設置することはできず、現実的には、乱れを検出することができないという問題がある。
【００１３】
また、特許文献１において評価対象とされている繊維強化複合材料の厚みは数ｍｍ程度であり、このような繊維強化複合材料の導電性の測定に用いられる電磁波の周波数帯域は、3〜30（GHz）の範囲である。これは、10〜100（mm）の範囲の波長に相当する。
【００１４】
しかしながら、多くの導電薄膜は、その厚みが、サブミクロン程度である。これは、上述したように10〜100（mm）の範囲の波長よりも更に５〜６桁も小さいオーダである。すなわち、厚みがサブミクロンオーダの導電薄膜の導電性の測定に、その厚みよりも５〜６桁も大きい波長の電磁波を用いて測定しても精度良い測定結果を得ることはできないことは明らかである。
【００１５】
このように、導電薄膜の導電異方性、および導電薄膜に存在する傷の方向性の測定とを、非接触でかつ高精度で行うことができる装置の実現が望まれている。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、導電薄膜の導電異方性と、導電薄膜に存在する傷の方向性とを、非接触で電気的な測定方法を用いることによって、測定時に導電薄膜を傷つけることなく、かつ高精度で測定することが可能な導電薄膜の導電性測定装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１８】
すなわち、請求項１の発明は、導電薄膜の導電性を非接触で測定する測定装置において、電磁波を所定の偏波角度に偏波し、偏波された電磁波を入射波として、導電薄膜の膜面に対する垂直方向から導電薄膜に、１００ＧＨｚ（１００ギガヘルツ）以上、３ＴＨｚ（３テラヘルツ）以下の周波数で入射させ、入射波が導電薄膜を透過してなる透過波のうち、入射波が入射した方向における成分の強度と、偏波角度との相関関係に基づいて、導電薄膜の導電異方性、および導電薄膜に存在する傷の方向性を測定する。
【００１９】
請求項２の発明は、導電薄膜の導電性を非接触で測定する測定装置において、電磁波を所定の偏波角度に偏波し、偏波された電磁波を入射波として、導電薄膜の膜面に対する垂直方向から導電薄膜に、１００ＧＨｚ（１００ギガヘルツ）以上、３ＴＨｚ（３テラヘルツ）以下の周波数で入射させ、入射波が導電薄膜を透過してなる透過波のうち、偏波角度の方向における成分の強度と、偏波角度との相関関係に基づいて、導電薄膜の導電異方性、および導電薄膜に存在する傷の方向性を測定する。
【００２０】
請求項３の発明は、導電薄膜の導電性を非接触で測定する導電性測定装置において、電磁波発振手段と、第１の偏波手段と、入射用ホーンアンテナと、受波用ホーンアンテナと、第２の偏波手段と、分波手段と、測定手段とを備えている。
【００２１】
そして、電磁波発振手段は、電磁波を発振し、第１の偏波手段は、自己が備えている偏波面の方向を調節することによって、電磁波発振手段によって発振された電磁波を、この偏波面によって所定の偏波角度に偏波し、入射用ホーンアンテナは、導電薄膜の膜面に対して直交する軸上に配置され、第１の偏波手段によって偏波された電磁波を入力波として導電薄膜の膜面に対する垂直方向から導電薄膜に対して、１００ＧＨｚ（１００ギガヘルツ）以上、３ＴＨｚ（３テラヘルツ）以下の周波数で入射させる。
【００２２】
また、受波用ホーンアンテナは、導電薄膜を挟んで入射用ホーンアンテナと対向するように軸上に配置され、入射波が導電薄膜を透過してなる透過波を受波し、第２の偏波手段は、自己が備えている偏波面の方向を、偏波角度を補償するように調節することによって、受波用ホーンアンテナによって受波された透過波を、この偏波面によって偏波し、分波手段は、第２の偏波手段から出力された透過波を、入射波の入射方向の成分である主偏波成分と、偏波角度の方向の成分である交差偏波成分とに分波し、測定手段は、分波手段によって分波された主偏波成分の強度と、偏波角度との相関関係に基づいて、導電薄膜の導電異方性、および導電薄膜に存在する傷の方向性を測定する。
【００２４】
従って、以上に示すような本発明の導電薄膜の導電性測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、導電薄膜の導電異方性と、導電薄膜に存在する傷の方向性とを、非接触で電気的な方法を用いることによって、測定時に導電薄膜を傷つけることなく、かつ高精度で測定すること可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
本発明の実施の形態を図１から図６を用いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係る導電性測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【００２８】
すなわち、本発明の実施の形態に係る導電性測定装置は、導電薄膜の導電性を非接触で測定する装置であって、電磁波発振器１０と、矩形導波管１２と、矩形円形変換導波管１４と、偏波面回転装置１６と、一対の円錐形のホーンアンテナ１８（＃ａ，＃ｂ）と、偏波面回転装置２０と、偏分波器２２とを備えている。
【００２９】
電磁波発振器１０は、電磁波Ａを発振し、発振した電磁波Ａを矩形導波管１２側に出力する。
【００３０】
矩形導波管１２は、電磁波発振器１０から出力された電磁波Ａを、ＴＥ_１０モードに変換して、矩形円形変換導波管１４へと伝搬する。
【００３１】
矩形円形変換導波管１４は、矩形導波管１２からＴＥ_１０モードで伝搬された電磁波Ａを、ＴＥ_１１モードに変換して、偏波面回転装置１６へと伝搬する。
【００３２】
偏波面回転装置１６は、例えば、回転可能な半波長誘電体板を内蔵した円形導波管からなる図示しない偏波面を備えている。そして、この偏波面を規定角度だけ回転させることによって、矩形円形変換導波管１４から伝搬されたＴＥ_１１モードの電磁波Ａの偏波角度を偏波し、この偏波された電磁波を入射電磁波Ｂとしてホーンアンテナ１８（＃ａ）側へと出力する。また、偏波面回転装置１６は、偏波面を高速で規定角度だけ回転させることができるような構成としているので、偏波面の回転動作が律速となって測定処理の効率を妨げることがないようにしている。
【００３３】
一対のホーンアンテナ１８（＃ａ，＃ｂ）の間には、試験体である導電薄膜２５が配置されるようにしている。そして、偏波面回転装置１６側に配置されたホーンアンテナ１８（＃ａ）は、導電薄膜２５の膜面に対して直交する軸Ｇ上に配置され、偏波面回転装置１６から出力された入射電磁波Ｂを、導電薄膜２５の一方の膜面（図１中に示す導電薄膜２５の左側の面）に対する垂直方向から、導電薄膜２５に入射させる。なお、入射電磁波Ｂの周波数は、30（GHz）（30ギガヘルツ）以上3（THz）（3テラヘルツ）以下、好ましくは100（GHz）（100ギガヘルツ）以上の短波長を用いる。その理由は、図２に示すように、この周波数域の電磁波は、非常に薄い導電薄膜の測定に対して充分な検出感度を得ることができるからである。なお、図２は、10（mm）の傷が導電薄膜中に一本存在した時の検出感度について、電磁波の周波数に対してプロットしたものである。縦軸は30（GHz）での感度を１としたときの相対値として表している。また、長さ10（mm）の傷は、ＩＴＯ薄膜に発生する傷としては典型的な長さである。
【００３４】
一方、偏波面回転装置２０側に配置されたホーンアンテナ１８（＃ｂ）は、軸Ｇ上に、導電薄膜２５を挟んでホーンアンテナ１８（＃ａ）と対向するように配置している。そして、入射電磁波Ｂが導電薄膜２５を透過し、導電薄膜２５に入射電磁波Ｂが入射した膜面（図１中に示す導電薄膜２５の左側の面）とは逆の膜面（図１中に示す導電薄膜２５の右側の面）から出射されてなる透過電磁波Ｅを受波し、受波した透過電磁波Ｅを偏波面回転装置２０へと出力する。
【００３５】
偏波面回転装置２０もまた、偏波面回転装置１６と同様に図示しない偏波面を備えており、この偏波面を、偏波面回転装置１６によって偏波された入射偏波角度を補償するような角度に回転させることによって、ホーンアンテナ１８（＃ｂ）から出力された透過電磁波Ｅの偏波角度を偏波し、この偏波された透過電磁波Ｆを偏分波器２２へと出力する。偏波面回転装置２０もまた、偏波面回転装置１６と同様に、偏波面を高速で規定角度だけ回転させることができるような構成としているので、偏波面の回転動作が律速となって測定処理の効率を妨げることがないようにしている。
【００３６】
偏分波器２２は、偏波面回転装置２０から出力された透過電磁波Ｆを、入射電磁波Ｂの入射方向の成分である主偏波成分Ｆ_ｐと、入射電磁波Ｂの偏波角度の方向の成分である交差偏波成分Ｆ_ｃとに分波した後、各偏波成分の強度を測定する。この一連の測定を、偏波面回転装置１６の偏波面を回転させることによって実現される偏波角度を変化させながら繰り返すことによって、透過電磁波Ｆの主偏波成分Ｆ_ｐおよび交差偏波成分Ｆ_ｃの偏波角度（0〜180(deg)）に対応する強度変化を取得する。
【００３７】
次に、以上のように構成した本発明の実施の形態に係る導電性測定装置の作用について、導電薄膜２５としてＰＥＴフィルム上に形成したＩＴＯ薄膜を試験体とし、この試験体に対して周波数35（GHz）のミリ波を入射電磁波Ｂとして測定した場合を例に図３のフローチャートを用いて説明する。傷による導電異方性の検出時における測定結果を示すために、長さ10（mm）のクラック状の傷を人工的に１本および３本備え、図４の平面図に示すように、傷が３本ある場合には、各傷が平行でかつ1（mm）間隔で形成された試験体を用いた測定も行った。
【００３８】
まず、電磁波発振器１０から矩形導波管１２に向けて電磁波Ａが出力される（Ｓ１）。電磁波Ａは、矩形導波管１２においてＴＥ_１０モードに変換された後に矩形円形変換導波管１４へと伝搬される。そして、矩形円形変換導波管１４では、矩形導波管１２からＴＥ_１０モードで伝搬された電磁波Ａが、ＴＥ_１１モードに変換された後に偏波面回転装置１６へと伝搬される（Ｓ２）。
【００３９】
偏波面回転装置１６では、偏波面が規定角度だけ回転されることによって、矩形円形変換導波管１４側から伝搬されたＴＥ_１１モードの電磁波Ａが所定の偏波角度で偏波される（Ｓ３）。そして、この偏波された電磁波が、入射電磁波Ｂとしてホーンアンテナ１８（＃ａ）へと出力される。
【００４０】
ホーンアンテナ１８（＃ａ）は、導電薄膜２５の膜面に対して直交する軸Ｇ上に配置されている。偏波面回転装置１６から出力された入射電磁波Ｂは、このようなホーンアンテナ１８（＃ａ）によって、導電薄膜２５の一方の膜面（図１中に示す導電薄膜２５における左側の面）に対して垂直入射される（Ｓ４）。なお、入射電磁波Ｂの周波数は、上述したように35（GHz）（35ギガヘルツ）のミリ波である。
【００４１】
このようにして導電薄膜２５に入射された入射電磁波Ｂのうちの透過成分は、透過電磁波Ｅとして、導電薄膜２５に入射電磁波Ｂが入射した膜面（図１中に示す導電薄膜２５の左側の面）とは逆の膜面（図１中に示す導電薄膜２５の右側の面）から出射される（Ｓ５）。そして、ホーンアンテナ１８（＃ｂ）によって受波され、更にホーンアンテナ１８（＃ｂ）から偏波面回転装置２０へと出力される。
【００４２】
偏波面回転装置２０では、偏波面回転装置１６によって偏波された入射偏波角度を補償するような角度に偏波面が回転される（Ｓ６）。これによって、ホーンアンテナ１８（＃ｂ）から出力された透過電磁波Ｅの偏波角度が偏波される。そして、この偏波された透過電磁波Ｆが、偏分波器２２へと出力され、偏分波器２２において入射電磁波Ｂの入射方向の成分である主偏波成分Ｆ_ｐと、入射電磁波Ｂの偏波角度の方向成分である交差偏波成分Ｆ_ｃとに分波され（Ｓ７）た後、各偏波成分の強度が測定される（Ｓ８）。
【００４３】
ステップＳ３からステップＳ８までからなる一連の測定が、入射電磁波Ｂに対する偏波角度を変化させながら繰り返す（Ｓ９）ことによって、透過電磁波Ｆの主偏波成分Ｆ_ｐおよび交差偏波成分Ｆ_ｃの偏波角度（0〜180(deg)）に対する強度変化が取得される。偏波面回転装置１６および偏波面回転装置２０は、偏波面の角度を高速で回転させる構成としているため、上記一連の測定は、最短で0.25秒以内で完了される。
【００４４】
上述したようにして偏分波器２２によって取得された結果を、図５および図６に示す。
【００４５】
図５は、偏波面回転角度、すなわち偏波角度に対する主偏波成分Ｆ_ｐの強度を、また図６は、偏波面回転角度、すなわち偏波角度に対する交差偏波成分Ｆ_ｃの強度をそれぞれ示している。図５および図６ともに、強度は、試験体を用いない場合で得られた強度で規格化し、偏波角度は、傷の方向との相対角度で示している。
【００４６】
図５および図６に示すように、主偏波成分Ｆ_ｐおよび交差偏波成分Ｆ_ｃの何れにおいても、傷がある場合には、傷がない場合には全く見られなかった強度の異方性が明瞭に表される。このため、傷があることを容易に把握することが可能となる。
【００４７】
さらに、図６に示すように交差偏波成分Ｆ_ｃの場合、その強度は、角度が傷に対して平行な場合（0(deg),180(deg)）と垂直な場合（90(deg)）に急激に弱くなり、傷の方向に非常に敏感になっている。したがって、傷の方向を特定するためには、図５に示すような主偏波成分Ｆ_ｐの強度よりも、図６に示すような交差偏波成分Ｆ_ｃの強度に基づいて判断するのが有効であることがわかる。
【００４８】
上述したように、本発明の実施の形態に係る導電性測定装置においては、上記のような作用により、図５および図６に示すような、偏波角度に対する主偏波成分Ｆ_ｐおよび交差偏波成分Ｆ_ｃの強度を精度良く測定することができる。なお、測定中に、各ホーンアンテナ１８（＃ａ，＃ｂ）と導電薄膜２５との配置距離が若干変化しても、交差偏波成分Ｆ_ｃの強度は原理的に影響を受けにくいことから、インラインで測定を行った場合でも、パスライン変動による影響を受けにくく、実験条件の変動により測定結果の受ける影響は少ないという長所を有している。従来技術で説明した渦電流方式では、測定中における試験体とセンサであるコイルとの距離が変動すると、測定結果が大きく変動してしまうために、試験体とセンサとの間の距離を一定に保つ機構が必要であったが、本発明の実施の形態に係る導電性測定装置では、このような機構は不要となり、装置の複雑化をもたらすことなく実現できるものである。
【００４９】
また、本発明の実施の形態に係る導電性測定装置においては、偏波角度を変化させて測定を行う場合、試験体である導電薄膜２５は一切動かす必要はなく、偏波面回転装置１６および偏波面回転装置２０に備えられた各偏波面を高速で回転させることによって行っているので、短時間に測定を完了することができる。更に、試験体である導電薄膜２５に対して非接触な状態で測定するために、測定時に試験体を傷つけることはない。
【００５０】
更に、本発明の実施の形態に係る導電性測定装置では、図５や図６に示すような結果が得られるので、試験体である導電薄膜２５に傷が存在する場合には、傷が存在していることを容易に判定することができるのみならず、図６に示すような偏波角度に対する交差偏波成分Ｆ_ｃの強度についての測定結果に基づいて、その傷の方向性をも容易にかつ精度良く測定することができる。
【００５１】
なお、上記実施の形態では、試験体として、クラック状の傷を有するＩＴＯ薄膜を用いた場合を例に説明したが、勿論これに限定されるものではない。他の導電薄膜に対する実施例としては、例えばフラットパネルディスプレーなどで用いられる透明導電薄膜が挙げられる。
【００５２】
この場合、導電薄膜は、マトリクス駆動の電極として用いられるために、エッチングなどにより電気的に孤立した細長い短冊状要素の列に加工される場合が多い。したがって、長手方向のみに導電性を持つことになるが、本発明は、このような場合でも、透過電磁波Ｅの交差偏波成分Ｆ_ｃの強度の、偏波角度に対する相関関係を測定し、この相関関係を正常品のものと比較することにより、エッチングなどの加工工程が適切に行われたかどうかを確認する事に適用することも可能である。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導電薄膜の導電異方性と、導電薄膜に存在する傷の方向性とを、非接触で電気的な測定方法を用いることによって、測定時に導電薄膜を傷つけることなく、かつ高精度で測定することが可能な導電薄膜の導電性測定装置を実現することができる。このことは、電気・電子分野で広く使われている導電薄膜を生産管理する上で非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る導電性測定装置の構成例を示す機能ブロック図
【図２】電磁波の波長と、測定感度との相関関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る導電性測定装置の動作を示すフローチャート
【図４】クラック状の傷が３本形成された試験体の平面図
【図５】偏波面回転角度に対する主偏波成分強度の測定結果の一例を示す図
【図６】偏波面回転角度に対する交差偏波成分強度の測定結果の一例を示す図
【符号の説明】
Ａ…電磁波
Ｂ…入射電磁波
Ｅ，Ｆ…透過電磁波
Ｆ_ｐ…主偏波成分
Ｆ_ｃ…交差偏波成分
１０…電磁波発振器
１２…矩形導波管
１４…矩形円形変換導波管
１６，２０…偏波面回転装置
１８…ホーンアンテナ
２２…偏分波器
２５…導電薄膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is directed to a conductive thin film formed by adhering a metal thin film or a metal oxide thin film having a low electrical resistance to the surface of, for example, glass or a polymer film. The present invention relates to a conductivity measuring device that measures conductivity in a non-contact manner.
[0002]
[Prior art]
A conductive thin film formed by attaching a metal thin film or a metal oxide thin film having a low electric resistance to a surface such as glass or a polymer film is widely used in the electric / electronic field. Specific examples thereof include a flat panel display such as a liquid crystal display or an EL display, a transparent electrode such as a solar cell, or a transparent electromagnetic wave shielding material.
[0003]
In general, this type of conductive thin film is measured for electric resistance by a two-probe or four-probe type contact surface resistance measurement method. However, this contact-type surface resistance measurement method may damage the surface of the conductive thin film during measurement, which may lead to deterioration of the conductive performance of the conductive thin film.
[0004]
As a technique for measuring electric resistance without damaging the surface, an eddy current measurement method using an electromagnetic induction phenomenon between an electromagnetic induction coil and a conductive thin film is known. However, this eddy current measurement method can detect the deterioration of the conductivity itself when the conductive thin film is scratched for some reason during the film formation process. In principle, it is impossible to measure the difference in resistance depending on the nature of the wound, ie the direction of the wound.
[0005]
This is a situation that cannot be ignored depending on the form of scratches on the conductive thin film. That is, in the conductive thin film, crack-like scratches that often extend in one direction occur. In this case, there is almost no increase in resistance in the direction parallel to the scratch. However, the resistance value is very high in the direction perpendicular to the scratches, and deterioration may be accelerated. Therefore, it is necessary to detect the direction of the wound correctly. However, since the eddy current measurement method cannot measure the difference in resistance depending on the direction of the wound as described above, the direction of the wound must be detected correctly. I can't.
[0006]
The electrical in-plane anisotropy can be measured to some extent by the above-described four-probe type surface resistance measurement method. However, in the four-probe surface resistance measurement method, the measurement result may be greatly affected by the relationship between the length of the scratch and the probe interval. In addition, every time measurement is performed while changing the measurement angle, it is necessary to contact the conductive thin film, and the measurement takes an enormous amount of time. Furthermore, because of the contact type, there is a problem that the conductive thin film as a sample may be damaged.
[0007]
On the other hand, as a method for detecting in-plane anisotropy of a conductive thin film by a non-contact and electrical method, a method using electromagnetic waves as described in Patent Document 1 is known. This method is devised for evaluating the uneven orientation of fibers in a unidirectional fiber reinforced composite material. The basic measurement principle of this method will be described below.
[0008]
That is, in the method disclosed in Patent Document 1, a linearly polarized electromagnetic wave is perpendicularly incident on a conductive thin film that is a sample, and a transmitted wave is converted into a main polarization component that is a component parallel to the polarization plane of the incident wave. Then, it is separated into cross polarization components which are components orthogonal to this. By measuring the intensity of the cross polarization component, the inclination of the electrical principal axis and the strength of anisotropy of the conductive thin film as the sample can be detected.
[0009]
As a specific application example of this method, Patent Document 1 discloses an example used for detecting a disturbance in a fiber direction in a short fiber unidirectional prepreg manufacturing process. This is because if the polarization plane of the incident wave is adjusted to be perpendicular to the predetermined fiber direction and the prepreg surface is scanned, the intensity of the cross polarization component is 0 if the fibers are aligned in the predetermined direction. However, if the fiber orientation is disturbed, the output of the cross wave component is detected.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 2-36898 [0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method disclosed in Patent Document 1 has the following problems.
[0012]
That is, the method disclosed in Patent Document 1 is suitable for detecting disturbance from a sample whose alignment state has been determined in advance. However, crack-like scratches that often occur in conductive thin films occur in unknown directions. Therefore, the polarization direction of the incident wave cannot be set in advance perpendicular to the direction of the scratch, and there is a problem that the disturbance cannot be actually detected.
[0013]
Moreover, the thickness of the fiber reinforced composite material to be evaluated in Patent Document 1 is about several millimeters, and the frequency band of electromagnetic waves used for measuring the conductivity of such a fiber reinforced composite material is 3 to 30 ( GHz). This corresponds to a wavelength in the range of 10 to 100 (mm).
[0014]
However, many conductive thin films have a thickness on the order of submicrons. As described above, this is on the order of 5 to 6 orders of magnitude smaller than the wavelength in the range of 10 to 100 (mm). That is, it is clear that accurate measurement results cannot be obtained even when measuring the conductivity of a conductive thin film with a thickness of the order of submicron using an electromagnetic wave having a wavelength 5 to 6 digits larger than the thickness. is there.
[0015]
As described above, it is desired to realize an apparatus capable of performing non-contact and high-accuracy measurement of conductive anisotropy of a conductive thin film and measurement of directionality of scratches existing in the conductive thin film.
[0016]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by using a non-contact electrical measurement method for the conductive anisotropy of the conductive thin film and the directionality of the scratches existing in the conductive thin film, An object of the present invention is to provide a conductive thin film conductivity measuring device capable of measuring with high accuracy without damaging the conductive thin film during measurement.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0018]
That is, the invention of claim 1 is a measuring apparatus for measuring the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner, wherein the electromagnetic wave is polarized at a predetermined polarization angle, and the polarized electromagnetic wave is used as an incident wave to form a film of the conductive thin film. In the direction in which the incident wave is incident among the transmitted waves that are incident on the conductive thin film from the direction perpendicular to the surface at a frequency of 100 GHz (100 gigahertz) or more and 3 THz (3 terahertz) or less and the incident wave is transmitted through the conductive thin film. Based on the correlation between the intensity of the component and the polarization angle, the conductive anisotropy of the conductive thin film and the directionality of the scratch present on the conductive thin film are measured.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a measuring apparatus for measuring the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner, wherein the electromagnetic wave is polarized at a predetermined polarization angle, and the polarized electromagnetic wave is used as an incident wave with respect to the film surface of the conductive thin film. The intensity of the component in the direction of the polarization angle of the transmitted wave that is incident on the conductive thin film from the vertical direction at a frequency of 100 GHz (100 GHz) or more and 3 THz (3 terahertz) or less and the incident wave is transmitted through the conductive thin film. Based on the correlation between the polarization angle and the polarization angle, the conductive anisotropy of the conductive thin film and the directionality of the scratches present in the conductive thin film are measured.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a conductivity measuring device for measuring the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner, an electromagnetic wave oscillation means, a first polarization means, an incident horn antenna, a receiving horn antenna, Second polarization means, demultiplexing means, and measurement means are provided.
[0021]
The electromagnetic wave oscillating means oscillates the electromagnetic wave, and the first polarization means adjusts the direction of the polarization plane included in the electromagnetic wave oscillating means so that the electromagnetic wave oscillated by the electromagnetic wave oscillating means is predetermined by the polarization plane. The incident horn antenna is disposed on an axis perpendicular to the film surface of the conductive thin film, and the electromagnetic wave polarized by the first polarization means is used as an input wave for the conductive thin film. Incident light is incident on the conductive thin film from a direction perpendicular to the film surface at a frequency of 100 GHz (100 gigahertz) or more and 3 THz (3 terahertz) or less .
[0022]
The receiving horn antenna is disposed on the axis so as to face the incident horn antenna with the conductive thin film interposed therebetween, and receives the transmitted wave formed by the incident wave passing through the conductive thin film, and receives the second polarization. The wave means adjusts the direction of the polarization plane provided by itself so as to compensate for the polarization angle, so that the transmitted wave received by the receiving horn antenna is polarized by this polarization plane, The demultiplexing unit demultiplexes the transmitted wave output from the second polarization unit into a main polarization component that is a component in the incident direction of the incident wave and a cross polarization component that is a component in the direction of the polarization angle. The measuring means measures the conductive anisotropy of the conductive thin film and the scratches existing in the conductive thin film based on the correlation between the intensity of the main polarization component demultiplexed by the demultiplexing means and the polarization angle. Measure directionality.
[0024]
Therefore, in the conductive thin film conductivity measuring apparatus of the present invention as described above, by taking the above-described means, the conductive anisotropy of the conductive thin film and the directionality of the scratches existing in the conductive thin film are obtained. By using a non-contact electric method, it is possible to measure with high accuracy without damaging the conductive thin film during measurement.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0027]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration example of a conductivity measuring device according to an embodiment of the present invention.
[0028]
That is, the conductivity measuring device according to the embodiment of the present invention is a device that measures the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner, and includes an electromagnetic wave oscillator 10, a rectangular waveguide 12, and a rectangular circular conversion waveguide. 14, a polarization plane rotating device 16, a pair of conical horn antennas 18 (#a, #b), a polarization plane rotating device 20, and a polarization demultiplexer 22.
[0029]
The electromagnetic wave oscillator 10 oscillates the electromagnetic wave A and outputs the oscillated electromagnetic wave A to the rectangular waveguide 12 side.
[0030]
The rectangular waveguide 12 converts the electromagnetic wave A output from the electromagnetic wave oscillator 10 into a TE ₁₀ mode and propagates it to the rectangular circular conversion waveguide 14.
[0031]
The rectangular-circular conversion waveguide 14 converts the electromagnetic wave A propagated from the rectangular waveguide 12 in the TE ₁₀ mode into the TE ₁₁ mode and propagates it to the polarization plane rotating device 16.
[0032]
The polarization plane rotating device 16 includes a polarization plane (not shown) made of a circular waveguide containing a rotatable half-wave dielectric plate, for example. Then, by rotating the plane of polarization by a specified angle, the polarization angle of the TE ₁₁ mode electromagnetic wave A propagated from the rectangular circular conversion waveguide 14 is polarized, and the polarized electromagnetic wave is converted into the incident electromagnetic wave B. Is output to the horn antenna 18 (#a) side. Further, since the polarization plane rotating device 16 is configured to rotate the polarization plane at a predetermined angle at a high speed, the rotation operation of the polarization plane is rate-limiting so as not to hinder the efficiency of the measurement process. ing.
[0033]
Between the pair of horn antennas 18 (#a, #b), a conductive thin film 25 as a test body is arranged. The horn antenna 18 (#a) disposed on the polarization plane rotating device 16 side is disposed on the axis G orthogonal to the film surface of the conductive thin film 25 and is incident on the electromagnetic wave output from the polarization plane rotating device 16. B is incident on the conductive thin film 25 from a direction perpendicular to one film surface of the conductive thin film 25 (the left surface of the conductive thin film 25 shown in FIG. 1). The incident electromagnetic wave B has a frequency of 30 (GHz) (30 GHz) or more and 3 (THz) (3 terahertz) or less, preferably 100 (GHz) (100 GHz) or more. The reason for this is that, as shown in FIG. 2, electromagnetic waves in this frequency range can obtain sufficient detection sensitivity for measurement of a very thin conductive thin film. Note that FIG. 2 is a plot of the detection sensitivity when one flaw of 10 mm is present in the conductive thin film against the frequency of the electromagnetic wave. The vertical axis represents the relative value when the sensitivity at 30 (GHz) is 1. Further, a scratch having a length of 10 (mm) is a typical length as a scratch generated on an ITO thin film.
[0034]
On the other hand, the horn antenna 18 (#b) disposed on the polarization plane rotating device 20 side is disposed on the axis G so as to face the horn antenna 18 (#a) with the conductive thin film 25 interposed therebetween. And the incident electromagnetic wave B permeate | transmits the conductive thin film 25, and the film surface opposite to the film surface (surface on the left side of the conductive thin film 25 shown in FIG. 1) on which the incident electromagnetic wave B entered the conductive thin film 25 (in FIG. 1) The transmitted electromagnetic wave E emitted from the right-hand surface of the conductive thin film 25 shown in the figure is received, and the received transmitted electromagnetic wave E is output to the polarization plane rotating device 20.
[0035]
Similarly to the polarization plane rotating device 16, the polarization plane rotating device 20 also has a polarization plane (not shown), and this polarization plane is an angle that compensates for the incident polarization angle polarized by the polarization plane rotating device 16. , The polarization angle of the transmitted electromagnetic wave E output from the horn antenna 18 (#b) is polarized, and the polarized transmitted electromagnetic wave F is output to the demultiplexer 22. Similarly to the polarization plane rotation device 16, the polarization plane rotation device 20 is also configured to be able to rotate the polarization plane at a predetermined angle at a high speed. The efficiency is not disturbed.
[0036]
The polarization demultiplexer 22 converts the transmitted electromagnetic wave F output from the polarization plane rotating device 20 into a main polarization component F _p that is a component in the incident direction of the incident electromagnetic wave B and a component in the direction of the polarization angle of the incident electromagnetic wave B. after the cross-polarization component F _c demultiplexed is, measuring the intensity of each polarized component. This series of measurements, by repeating while changing the polarization angle to be achieved by rotating the polarization plane of the polarization plane rotation device 16, the main polarized wave component of the transmitted radiation F F _p and cross-polarization components F _c The intensity change corresponding to the polarization angle (0 to 180 (deg)) is acquired.
[0037]
Next, regarding the operation of the conductivity measuring apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above, an ITO thin film formed on a PET film as the conductive thin film 25 is used as a test body, and the frequency is 35 with respect to this test body. A case where a millimeter wave of (GHz) is measured as the incident electromagnetic wave B will be described with reference to the flowchart of FIG. In order to show the measurement results when detecting the conductive anisotropy due to scratches, one and three crack-like scratches having a length of 10 (mm) are artificially provided. As shown in the plan view of FIG. When there are three, measurement was also performed using a test specimen in which each scratch was parallel and formed at 1 (mm) intervals.
[0038]
First, the electromagnetic wave A is output from the electromagnetic wave oscillator 10 toward the rectangular waveguide 12 (S1). The electromagnetic wave A is propagated to the rectangular circular conversion waveguide 14 after being converted into the TE ₁₀ mode in the rectangular waveguide 12. In the rectangular circular conversion waveguide 14, the electromagnetic wave A propagated from the rectangular waveguide 12 in the TE ₁₀ mode is propagated to the polarization plane rotating device 16 after being converted to the TE ₁₁ mode (S2).
[0039]
In the polarization plane rotating device 16, the TE ₁₁ mode electromagnetic wave A propagated from the rectangular-circular conversion waveguide 14 side is polarized at a predetermined polarization angle by rotating the polarization plane by a specified angle (S3). ). The polarized electromagnetic wave is output as incident electromagnetic wave B to horn antenna 18 (#a).
[0040]
The horn antenna 18 (#a) is disposed on an axis G orthogonal to the film surface of the conductive thin film 25. The incident electromagnetic wave B output from the polarization plane rotating device 16 is applied to one film surface of the conductive thin film 25 (the left surface in the conductive thin film 25 shown in FIG. 1) by such a horn antenna 18 (#a). (S4). The frequency of the incident electromagnetic wave B is a 35 (GHz) (35 GHz) millimeter wave as described above.
[0041]
The transmission component of the incident electromagnetic wave B incident on the conductive thin film 25 in this way is the transmitted electromagnetic wave E as the transmitted electromagnetic wave E, the film surface on which the incident electromagnetic wave B is incident on the conductive thin film 25 (on the left side of the conductive thin film 25 shown in FIG. The light is emitted from a film surface opposite to the surface (the surface on the right side of the conductive thin film 25 shown in FIG. 1) (S5). And it is received by the horn antenna 18 (#b), and further output from the horn antenna 18 (#b) to the polarization plane rotating device 20.
[0042]
In the polarization plane rotating device 20, the polarization plane is rotated to an angle that compensates for the incident polarization angle polarized by the polarization plane rotating device 16 (S6). As a result, the polarization angle of the transmitted electromagnetic wave E output from the horn antenna 18 (#b) is polarized. Then, this polarized transmitted electromagnetic wave F is output to the demultiplexer 22, where the main polarized wave component F _p that is a component in the incident direction of the incident electromagnetic wave B and the incident electromagnetic wave B after was being cross-polarized component F _c and demultiplexed a direction component of the polarization angle (S7), the intensity of each polarized component is measured (S8).
[0043]
Series of measurements consisting of steps S3 to S8 is, by repeating while changing the polarization angle with respect to the incident electromagnetic wave B (S9), the polarization of the main polarized wave component F _p and cross-polarization components F _c of transmitted radiation F The intensity change with respect to the wave angle (0 to 180 (deg)) is acquired. Since the polarization plane rotation device 16 and the polarization plane rotation device 20 are configured to rotate the angle of the polarization plane at a high speed, the series of measurements can be completed within a minimum of 0.25 seconds.
[0044]
The results obtained by the demultiplexer 22 as described above are shown in FIGS.
[0045]
FIG. 5 shows the polarization plane rotation angle, ie, the intensity of the main polarization component F _p with respect to the polarization angle, and FIG. 6 shows the polarization plane rotation angle, ie, the intensity of the cross polarization component F _{c with} respect to the polarization angle. ing. In both FIG. 5 and FIG. 6, the intensity is normalized by the intensity obtained when the test specimen is not used, and the polarization angle is shown as a relative angle to the direction of the scratch.
[0046]
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, in both the main polarization component F _p and the cross polarization component F _c , when there is a flaw, the intensity anisotropy that was not seen at all when there was no flaw Sex is clearly expressed. For this reason, it becomes possible to grasp easily that there is a crack.
[0047]
Furthermore, as shown in FIG. 6, in the case of the cross polarization component F _c , the intensity is 90 ° (90 (deg)) when the angle is parallel to the scratch (0 (deg), 180 (deg)). ) Suddenly weakens and becomes very sensitive to the direction of the wound. Therefore, in order to specify the direction of the scratch, it is determined based on the intensity of the cross polarization component F _c as shown in FIG. 6 rather than the intensity of the main polarization component F _p as shown in FIG. It turns out that it is effective.
[0048]
As described above, in the conductivity measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the main polarization component F _p and the cross polarization with respect to the polarization angle as shown in FIGS. the intensity of the wave components F _c can be accurately measured. Incidentally, during the measurement, the horn antenna 18 (# a, # b) be located a distance slightly change between the conductive thin film 25, the intensity of the cross-polarization component F _c is the fact that less susceptible to theoretically affect Even when the measurement is performed in-line, there is an advantage that it is not easily affected by fluctuations in the pass line, and the measurement results are less affected by fluctuations in experimental conditions. In the eddy current method described in the prior art, if the distance between the test object and the sensor coil during measurement changes, the measurement result will fluctuate greatly. Therefore, the distance between the test object and the sensor is kept constant. Although a mechanism for maintaining was necessary, the conductivity measuring apparatus according to the embodiment of the present invention does not require such a mechanism and can be realized without complicating the apparatus.
[0049]
Further, in the conductivity measuring device according to the embodiment of the present invention, when the measurement is performed by changing the polarization angle, it is not necessary to move the conductive thin film 25 as the test body at all, and the polarization plane rotating device 16 and the polarization rotating device 16 are not affected. Since each polarization plane provided in the wavefront rotating device 20 is rotated at high speed, the measurement can be completed in a short time. Further, since the measurement is performed in a non-contact state with respect to the conductive thin film 25 as the test body, the test body is not damaged during the measurement.
[0050]
Furthermore, in the conductivity measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the results as shown in FIG. 5 and FIG. 6 are obtained, so if there is a scratch on the conductive thin film 25 as the test specimen, the scratch exists. to not only can readily determine that has, based on the measurement result of the intensity of the cross-polarization component F _c for the polarization angle as shown in FIG. 6, easy orientation of the wound And can be measured with high accuracy.
[0051]
In the above-described embodiment, the case where an ITO thin film having crack-like scratches is used as a test body has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Examples of other conductive thin films include transparent conductive thin films used in flat panel displays, for example.
[0052]
In this case, since the conductive thin film is used as an electrode for driving a matrix, it is often processed into a row of elongated strip-shaped elements that are electrically isolated by etching or the like. Therefore, although it has conductivity only in the longitudinal direction, the present invention measures the correlation of the intensity of the cross polarization component F _c of the transmitted electromagnetic wave E with respect to the polarization angle even in such a case. By comparing the correlation with that of a normal product, it can be applied to confirm whether a processing step such as etching has been performed appropriately.
[0053]
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this structure. Within the scope of the invented technical idea of the scope of claims, a person skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and the technical scope of the present invention also relates to these changes and modifications. It is understood that it belongs to.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the conductive anisotropy of the conductive thin film and the directionality of the scratches existing in the conductive thin film are measured at the time of measurement by using a non-contact electric measurement method. It is possible to realize a conductive thin film conductivity measuring apparatus capable of measuring with high accuracy without damaging the film. This is very effective in producing and managing conductive thin films widely used in the electric / electronic field.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration example of a conductivity measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a correlation between the wavelength of electromagnetic waves and measurement sensitivity. FIG. 4 is a plan view of a test body in which three crack-like scratches are formed. FIG. 5 is a measurement result of the main polarization component intensity with respect to the polarization plane rotation angle. Fig. 6 shows an example. Fig. 6 shows an example of the measurement result of cross polarization component intensity with respect to the polarization plane rotation angle.
A ... electromagnetic wave B ... incident electromagnetic wave E, F ... transmitted electromagnetic wave _Fp ... main polarization component _Fc ... cross polarization component 10 ... electromagnetic wave oscillator 12 ... rectangular waveguide 14 ... rectangular circular conversion waveguides 16, 20 ... polarized Wavefront rotator 18 ... Horn antenna 22 ... Demultiplexer 25 ... Conductive thin film

Claims

In a measuring device that measures the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner,
Polarize electromagnetic waves at a predetermined polarization angle,
The polarized electromagnetic wave as an incident wave is incident on the conductive thin film from a direction perpendicular to the film surface of the conductive thin film at a frequency of 100 GHz (100 GHz) or more and 3 THz (3 terahertz) or less .
Based on the correlation between the intensity of the component in the direction in which the incident wave is incident and the polarization angle among the transmitted waves formed by the incident wave passing through the conductive thin film, the conductive anisotropy of the conductive thin film And a conductivity measuring device for measuring the direction of a flaw existing in the conductive thin film.

In a measuring device that measures the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner,
Polarize electromagnetic waves at a predetermined polarization angle,
The polarized electromagnetic wave as an incident wave is incident on the conductive thin film from a direction perpendicular to the film surface of the conductive thin film at a frequency of 100 GHz (100 GHz) or more and 3 THz (3 terahertz) or less .
Based on the correlation between the intensity of the component in the direction of the polarization angle and the polarization angle among the transmitted waves formed by the incident wave passing through the conductive thin film, the conductive anisotropy of the conductive thin film, And a conductivity measuring device for measuring the direction of a flaw existing in the conductive thin film.

In a conductivity measuring device that measures the conductivity of a conductive thin film in a non-contact manner,
Electromagnetic wave oscillation means for oscillating electromagnetic waves;
By adjusting the direction of the polarization plane provided by the self, the first polarization means for polarizing the electromagnetic wave oscillated by the electromagnetic wave oscillation means to a predetermined polarization angle by the polarization plane;
An electromagnetic wave disposed on an axis orthogonal to the film surface of the conductive thin film and polarized by the first polarization means as an input wave from the direction perpendicular to the film surface of the conductive thin film to the conductive thin film An incident horn antenna that is incident at a frequency of 100 GHz (100 gigahertz) or more and 3 THz (3 terahertz) or less ;
A receiving horn antenna disposed on the axis so as to face the incident horn antenna across the conductive thin film, and receiving a transmitted wave formed by the incident wave passing through the conductive thin film;
By adjusting the direction of the polarization plane provided by itself so as to compensate for the polarization angle, the transmitted wave received by the receiving horn antenna is polarized by the polarization plane. Polarization means;
The transmitted wave output from the second polarization means is demultiplexed into a main polarization component that is a component in the incident direction of the incident wave and a cross polarization component that is a component in the direction of the polarization angle. Demultiplexing means;
Based on the correlation between the intensity of the main polarization component demultiplexed by the demultiplexing means and the polarization angle, the conductive anisotropy of the conductive thin film and the directionality of the scratches present on the conductive thin film are determined. A conductivity measuring device comprising a measuring means for measuring.