CN101033935A - 膜厚测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜厚测量装置，通过简单的构成，对长带状或长大形的检查试样容易、且准确地进行膜厚的测量。该膜厚测量装置用于对于在聚酯薄膜(11)上形成导电性薄膜的检查试样测量该导电性薄膜的膜厚。其包括：检查头(10)，在辊式检查部(2)中，面对上述聚酯薄膜(11)的表面，在相隔设定的间隙的状态下被保持；以及隔离膜(14)，在介于上述聚酯薄膜(11)的导电性薄膜和上述检查头(10)之间的状态下，被设置在辊式检查部(2)的外周上，同时直接或者间接地接触上述导电性薄膜，并将该导电膜和上述检查头(10)之间的间隔保持为设定的间隔。

Description

膜厚测量装置

技术领域

本发明涉及一种膜厚测量装置，通过使检查头相对于检查试样的表面保持设定间隔地进行扫描而测量膜厚。

背景技术

作为对在薄料状材料的表面形成导电性薄膜的薄膜膜厚进行测量的单元，通常都是使用如专利文献1所记载的装置。专利文献1为非接触式电阻率测量装置。如图2所示，该非接触式电阻率测量装置包括：磁心42，形成为C字形，其两端部以朝向半导体晶片41的两侧面的方式配置；励磁线圈43，用于励磁该磁心42；检测用线圈44，被设置在磁心42的一侧端部；恒流发生装置45；以及运算机46。根据该构成，半导体晶片41从C字形的磁心42的两端部之间通过，从而测量电阻率。此时，磁心42的两端部在与半导体晶片41的表面保持有微小间隙的状态下，沿半导体晶片41的表面正确地扫描。

通过该构成，在上述的非接触式电阻率测量装置中测量电阻率，但是如果预先知晓电阻率(ρ)和薄料电阻(ρs)，则可以通过关系算式〔t＝ρ/ρs〕测量膜厚。即，可以测量薄料状材料表面的导电性薄膜的膜厚。

专利文献1：日本特开平01-92666号公报

但是，上述非接触式电阻率测量装置无法对应宽幅的检查试样或者长的检查试样。

对此，只能在检查试样的一面使上述磁心42和检测用线圈44等进行扫描，在这种情况下，难以调整与检查试样表面的导电性薄膜之间的间隙，从而导致需要体积比较庞大的装置。

发明内容

鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种膜厚测量装置，该膜厚测量装置可通过简单的结构对长带状或长大形的检查试样容易且准确地进行膜厚的测量。

为了解决上述问题，本发明第一方面涉及的膜厚测量装置用于对在基材上形成有导电性薄膜的检查试样测量该导电性薄膜的膜厚，包括：检查头，相对于上述检查试样的表面，以相隔设定的间隔的状态下被保持；以及隔离膜，介于上述检查试样的导电性薄膜和上述检查头之间的同时，通过直接或者间接地接触上述导电性薄膜，从而将该导电性薄膜和上述检查头10之间的间隙保持为上述设定的间隔。

根据上述结构，上述隔离膜直接或者间接地接触上述导电性薄膜，并将该导电膜和上述检查头10之间的间隔保持为上述设定的间隔，从而可以通过该检查头对上述导电性薄膜的膜厚进行测量。

根据本发明第二方面涉及的膜厚测量装置，还包括在内部安装有一个或多个上述检查头、并将上述隔离膜粘贴于外侧表面的旋转辊。

根据上述结构，通过使旋转辊接触上述检查试样的表面并使其旋转，可以对整个上述检查试样的导电性薄膜的膜厚进行测量。

根据本发明第三方面涉及的膜厚测量装置，上述旋转辊通过连接一个或多个内置有上述检查头的厚壁的圆盘状的测量单元而构成。

根据上述结构，只相互连接与检查试样的宽度对应的个数的厚壁圆盘状的测量单元而构成上述旋转辊。

根据本发明第四方面涉及的膜厚测量装置，通过集电环连接上述旋转辊内的上述检查头和外部装置。

根据上述结构，虽然上述检查头也与旋转辊一同旋转，但是，该检查头输出的检测信号通过集电环向外部装置可靠地输出。

根据本发明第五方面涉及的膜厚测量装置，还包括在内部安装有一个或多个上述检查头、并将上述隔离膜粘贴于上述检查试样侧的表面的平板状主体。

根据上述结构，通过使上述平板状主体的隔离膜接触上述检查试样，从而对上述检查试样的表面的导电性薄膜的膜厚进行测量。当上述平板状主体的大小大于上述检查试样的大小时，使上述平板状主体在移动的同时接触上述检查试样，从而对上述导电性薄膜的膜厚进行测量。

根据本发明第六方面涉及的膜厚测量装置，上述基材是长带状的合成树脂薄料或者是长大的硬质板材。

根据上述结构，在由长带状的合成树脂薄料或者长大的硬质的板材构成的上述基材的表面上，使辊状的膜厚测量装置旋转的同时、或者使平板状的膜厚测量装置接触的同时，对整个检查试样的薄膜的膜厚进行测量。

如上详述，根据本发明的膜厚测量装置，可以达到如下的效果。

(1)上述隔离膜直接或间接地接触上述导电性薄膜，将该导电性薄膜和上述检查头之间的间隔保持为上述设定的间隔，并通过该检查头对上述导电性薄膜的膜厚进行测量，所以，可以容易且准确地对上述导电性薄膜的膜厚进行测量。

(2)通过使旋转辊接触上述检查试验的表面并使其旋转，可以简单地测量整个上述检查试样的导电性薄膜的膜厚，所以即使是宽幅的薄膜时，也可以在短时间内容易、且准确地测量整个膜厚。

(3)只有多个与检查试样的宽度对应的个数的厚壁圆盘状的测定单元相互连接而构成上述旋转辊，所以，通过将旋转辊抵接检查试样，并从该检查试样的一端到另一端仅旋转一次，或者将上述检查试样抵接上述旋转辊，并从该检查试样的一端到另一端仅移动一次，就可以容易地测量上述检查试样的导电性薄膜的膜厚。

(4)虽然上述检查头也与旋转辊共同地旋转，但是，由于该检查头中的检测信号通过集电环向外部装置可靠地输出，因此可以在旋转辊式的膜厚测量装置中准确地测量膜厚。

(5)通过使上述平板状主体的隔离膜接触上述检查试样，对上述检查试样的表面的导电性薄膜的膜厚进行测量，所以，可以准确地测量上述导电性薄膜的膜厚。当上述平板状主体的大小大于上述检查试样的大小时，使上述平板状主体在移动的同时接触上述检查试样，从而可以正确地测量宽幅的上述导电性薄膜的膜厚。

(6)在由长带状的合成树脂薄料或者长大的硬质的板材构成的上述基材的表面上，使辊状的膜厚测量装置旋转的同时，或者使平板状的膜厚测量装置接触的同时，对整个检查试样的薄膜的膜厚进行测量，所以，可以在短时间内有效地测量长形或者长大形的检查试样的膜厚。

附图说明

图1是表示本发明涉及的膜厚测量装置的辊式检查部的立体图；

图2是表示现有的非接触式电阻率测量装置的概略结构图；

图3是表示本发明涉及的膜厚测量装置的辊式检查部的详图；

图4是表示本发明涉及的膜厚测量装置的辊式检查部和聚酯薄膜接触状态的概略侧视图；

图5是表示本发明涉及的膜厚测量装置的辊式检查部和聚酯薄膜接触状态的概略侧视图；

图6是表示本发明涉及的膜厚测量装置的电路示例的电路图；

图7是表示本发明涉及的膜厚测量装置的电路示例的电路图；

图8是表示检查头与聚酯薄膜的导电性薄膜之间的间隔变化、和传感器输出电压的减少率之间关系的曲线图；

图9是表示本发明涉及的膜厚测量装置的使用例的示意图；

图10是表示本发明涉及的变形例的立体图；以及

图11是表示本发明涉及的变形例的立体图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施例涉及的膜厚测量装置进行说明。

本实施例涉及的膜厚测量装置用于对在基材的表面上形成有导电性薄膜的检查试样测量该导电性薄膜的膜厚。在此，作为基材，以长带状的合成树脂薄料为例进行说明。并且，作为该合成树脂薄料，使用聚酯薄膜。作为该聚酯薄膜表面的导电性薄膜，使用Cu蒸镀膜。

本实施例的膜厚测量装置为旋转辊式的装置。如图1所示，该膜厚测量装置1包括辊式检查部2、控制部3(参照图9)。

如图1、图3～图5所示，辊式检查部2主要包括主体部4、旋转轴5。主体部4主要包括测量单元6、电源单元7、连接部8。

测量单元6是内置有检查头10等的单元。测量单元6的整体形成为厚壁的圆盘状，只相互连接与作为检查试样的聚酯薄膜11的宽度对应的个数。在此，通过连接五个测量单元6构成辊。此外，作为测量单元6的个数，根据希望检查的间隔而有所不同。在这种情况下，将后述的间隔调整板12插入各测量单元6之间，调整测量单元6的间隔，从而设定与聚酯薄膜11的宽度相符合的测量单元6的个数。

测量单元6主要包括厚壁的圆盘状的框体部6A、该框体部6A内收容的测量设备(除检查头10以外未图示)。

框体部6A是构成测量单元6外壳的部件。互相连接有多个该框体部6A。各框体部6A通过连接棒或者螺纹棒等连接工具(未图示)而互相连接。各框体部6A之间适当地设置有间隔调整板12，用于适当地调整聚酯薄膜11上的测量位置。当希望扩大测量位置的间隔时，则增加间隔调整板12的厚度或者个数，当希望将测量位置的间隔调窄时，则减少间隔调整板12的厚度或者个数。而且，当调整聚酯薄膜11的全长方向的测量位置时，通过改变框体部6A的直径、或者改变检查头10的个数，都可以调整聚酯薄膜11的全长方向的测量位置。在框体部6A的外周面上，其全周粘贴有后述的隔离膜14。

框体部6A内的检查设备是一种用于测量聚酯薄膜11的导电性薄膜膜厚的装置。该检查设备包括检查头10和其周边设备(未图示)等。检查头10在被安装在框体部6A内的状态下，被准确定位设置。具体而言，在检查头10被安装于框体部6A内的状态下，按照相对于框体部6A外周面的隔离膜14的外侧表面而设定的间隔，准确定位设置检查头10。这是为了在上述隔离膜14的外侧表面和上述聚酯薄膜11抵接时，准确地把握该聚酯薄膜11的导电性薄膜的位置。即，若正确地知道了检查头10和上述隔离膜14的外侧表面之间的距离S1(参照图5)，则通过确定该隔离膜14的外侧表面和上述聚酯薄膜11的导电性薄膜之间的间隔，就可以确定上述检查头10和导电性薄膜之间的距离。此外，对于上述隔离膜14的外侧表面和上述聚酯薄膜11的导电性薄膜之间的间隔，当上述隔离膜14的外侧表面直接与上述聚酯薄膜11的导电性薄膜抵接时为“0”，当上述隔离膜14的外侧表面与上述聚酯薄膜11的另一面抵靠时，则为“上述聚酯薄膜11的膜厚S2”。因此，正确地定位设置检查头10，以便形成相对于主体部4的隔离膜14的外侧表面而设定的间隔。

此外，上述隔离膜14是一种介于聚酯薄膜11的导电性薄膜和检查头10之间、并通过直接或者间接地接触上述导电性薄膜而将该导电性薄膜和上述检查头10之间的间隔保持为设定间隔的膜。上述导电性薄膜直接或间接地接触该隔离膜14，从而将这些检查头10和导电性薄膜正确地调整为设定的间隔。

与上述现有技术同样，检查头10也是由磁心(core)、励磁线圈、检测用线圈等构成的。在此，在测量单元6的框体部6A内仅内置一个检查头10，但是，若在框体部6A内的空间有多余的空间，也可以设置2个以上。并且，也可以将配置位置适当设置在圆周方向和轴方向上。也可以是，例如，如果是2个，则在圆周方向上错开180°等间隔地配置；如果是3个时，在圆周方向上错开120°，等间隔地配置。而且，也可以空出一定间隔地沿轴方向并排设置。也可以沿轴方向和圆周方向分别错开地配置。而且，在测量单元6的框体部6A内，还适当地配置有用于调整漂移的舌簧接点开关或者磁体等。

该测量单元6为5个，根据需要，使间隔调整板12介于其间，并通过连接工具相互连接，从而与电源单元7及连接部8一起固定为一体。

电源单元7是用于向各测量单元6提供电源的部件。各测量单元6通过互相连接实现电连接，并从电源单元7接受电源的供给。电源单元7直接与5个连接的测量单元6的一端部连接，从一端部的测量单元6到另一端部的测量单元6全部提供电源。而且，同样，检测信号也通过连接的各测量单元6连接至外部的控制部3。该电路的一个示例如图6及图7所示。在此，由于连接有5个测量单元6，所以，并列连接5个具有由线圈组成的传感器16的读出放大器17。正确定位设置各传感器16，以便使与上述隔离膜14的外侧表面之间的距离为设定值。各读出放大器17互相电连接并为其提供电源，同时，向外部输出检测信号。

并且，各读出放大器17通过外部装置和集电环(未图示)连接。该集电环是一种将辊检查部2内的检查头10和外部装置在允许相互旋转的状态下进行电连接的装置。通过该集电环，向外部装置可靠地输出通过检查头的传感器16及读出放大器17检测出的检测信号。

作为集电环可以使用公知的装置。在此，作为一个示例，使用其中一种集电环。如图7所示，该集电环主要包括高频振荡器19、绝缘变压器20、自动电压调整器21、V/F转换器22、光电转换元件(未图示)、光纤旋转接头(未图示)。由此，由于绝缘变压器20和光纤旋转接头允许旋转，所以电连接辊式检查部2和外部装置。

在电源单元7中，用于与旋转轴5连接的连接部7A设置为一体。该连接部7A包括轴插入部7B和凸缘部7C。轴插入部7B是用于插入旋转轴5并相互固定的筒部。凸缘部7C是连接于5个被连接的测量单元6的一端部的测量单元6的部件。

连接部8是用于连接旋转轴5的部件。该连接部8与上述电源单元7的连接部7A一样，包括轴插入部8A和凸缘部8B。轴插入部8A是用于插入旋转轴5并相互固定的筒部。凸缘部8B是连接于5个连接的测量单元6的另一端部的测量单元6的部件。凸缘部8B形成为与测量单元6的大小相同的圆盘状，并可旋转地支撑另一端部的测量单元6。而且，通过该连接部8和上述电源单元7的连接部7A，可旋转地支撑全部5个连接的测量单元6。

旋转轴5是用于可旋转地支撑主体部4的轴。该旋转轴5分别固定于主体部4两侧的连接部7A、连接部8，并且，通过外部装置的支撑臂(未图示)可旋转地支撑旋转轴5。在旋转轴5内配置有信号线24等。

控制部3是用于处理由辊式检查部2检测的检测信号、并计算导电性薄膜的膜厚的处理部。在该控制部3中进行如下所述的处理。

首先，对导电性薄膜的膜厚测量原理进行说明。

该膜厚测量的原理是，通过电磁感应作用，利用发生于导电性薄膜表面的涡电流测量电阻率，根据与预先知晓的导电性薄膜的薄料电阻之比，测量导电性薄膜的膜厚。

若在线圈上施加高频电压，则由该线圈产生根据高频周期而变化的磁场。若将导电性薄膜放置于该磁场中，则在该导电性薄膜的表面发生涡电流。涡电流是在放置于随时间变化的磁场中的导电性薄膜内部因电磁感应而产生的涡状电流。电流沿磁通方向涡状地流过垂直的面内，并产生焦耳热，从而引起电磁能量的热损失。通过利用该电磁感应作用，可以测量导电性薄膜的电阻率/薄料电阻。

通过高频振荡器19在检查头10上施加数MHz的高频，因此，在各检查头10的间隙处产生根据高频而变化的磁场。所以，当将粘贴有导电性薄膜的聚酯薄膜11放入该检查头10的间隙处时，根据高频电感耦合，在导电性薄膜上产生涡电流。产生的涡电流通过变为焦耳热而消失。即，在导电性薄膜内，高频功率的一部分以转换为焦耳热的方式被吸收。而且，导电性薄膜内的高频功率的吸收、导电率(电阻率的倒数)及试样的形状(厚度)由于持有正相关，所以，可通过利用该正相关来测量导电性薄膜的“电阻率/薄料电阻”。

在上述导电性薄膜中消耗的高频功率通过下式求得：

P＝E×I＝E(Ie+Io).......(1)

其中，

P＝高频功率

E＝高频电压

I＝高频电流

Io＝无导电性薄膜时的高频电流

Ie＝因放入导电性薄膜而增加的高频电流

因在间隙处放入导电性薄膜而增加的高频功率为：

Pe＝E×Ie......(2)

若试样的导电率＝σ，导电性薄膜的膜厚＝t，线圈耦合系数＝k，则：

Pe＝E×Ie＝K×E²×σ×t......(3)

由上式：

Ie＝K×E×σ×t＝K×E×(t/ρ)......(4)

因此，电阻率为：

ρ＝K×(E/Ie)×t(Ω-cm)......(5)

其中，电阻率(ρ)、薄料电阻(ρs)和膜厚(t)的关系为：

t＝ρ/ρs＝K×(E/Ie)/ρs......(6)

因此，使用预先已知电阻率(ρ)的导电性薄膜，只要测量薄料电阻(ρs)，则可以通过上述算式(6)，计算出导电性薄膜的膜厚t。

根据以上原理，构成了控制部3的处理部。

具体的尺寸的例子如下所示。聚酯薄膜11的厚度为100μm～120μm，聚酯薄膜的宽度为700～1000mm，作为导电性薄膜可以使用Cu蒸镀膜，该Cu蒸镀膜的厚度为1μm，移动速度为1000mm/分(16mm/秒)，电阻率约为0.1Ω-cm，聚酯薄膜的宽度方向的测量位置为5点。

导电性薄膜和检查头10之间的间隔根据如图8所示的曲线图而设定。图8是表示上述间隔变化和传感器输出电压的减少率之间关系的曲线图。在“0”～“600”μm之间的间隔的减少率中，若间隔接近“0”，则会导致接触的问题，若过于远离，则传感器的输出电压过小。因此，在此，将间隔设定在300μm±50μm的范围内。根据在此设定的范围调整隔离膜14的膜厚。

例如如图9所示，使用如上所述设定的膜厚测量装置1。图9是测量Cu蒸镀膜的膜厚的装置，其中，该Cu蒸镀膜被蒸镀在卷绕于辊上的长带状的聚酯薄膜11的一侧面上。

图中的26是卷绕上述聚酯薄膜11的输送辊。27是在聚酯薄膜11的表面蒸镀Cu蒸镀膜的蒸镀装置。28是卷绕被蒸镀的聚酯薄膜11的卷绕辊。膜厚测量装置1被设置在蒸镀装置27的下游侧。膜厚测量装置1的辊式检查部2在蒸镀装置27的下游侧，如图5所示，检查部2以与聚酯薄膜11接触的方式配置。控制部3根据辊式检查部2输出的检测信号，计算出Cu蒸镀膜的膜厚，并向蒸镀装置27输出用于校正偏离设定值的偏移量的控制信号。在蒸镀装置27中，根据来自控制部3的控制信号调整蒸镀膜的膜厚。

此时，辊式检查部2在旋转的同时，常与聚酯薄膜11接触，从而测量聚酯薄膜11的全面的Cu蒸镀膜的膜厚。即，5个检查头10在聚酯薄膜11的横向的5个位置上，以辊式检查部2圆周的长度的间隔，测量聚酯薄膜11的全面的Cu蒸镀膜的膜厚。

而且，此时，通过隔离膜14将检查头10和聚酯薄膜11的Cu蒸镀膜的间隔可靠地维持在300μm±50的范围内，所以，在聚酯薄膜11的整个面上可以简单而可靠地测量Cu蒸镀膜。

如上所述，隔离膜14直接或者间接地接触聚酯薄膜11的导电性薄膜，并将该导电性薄膜和上述检查头10的间隔保持为上述设定的间隔，通过该检查头10测量上述导电性薄膜的膜厚，所以能够容易且可靠地测量上述导电性薄膜的膜厚。

通过使旋转辊式的辊式检查部2接触聚酯薄膜11的表面并旋转，从而能够容易地测量上述整个聚酯薄膜11的导电性薄膜的膜厚，因此，可以在短时间内容易且可靠地对宽薄膜的整个膜厚进行测量。

厚壁圆盘状的测量单元6只互相连接与聚酯薄膜11的宽度对应的个数，并构成上述旋转辊式的辊式检查部2，所以，通过将辊式检查部2抵靠聚酯薄膜11，从该聚酯薄膜11的一端到另一端仅旋转一次，或者将聚酯薄膜11抵靠上述辊式检查部2，从该聚酯薄膜11的一端到另一端仅移动一次，就可以容易地测量上述聚酯薄膜11的导电性薄膜的膜厚。

而且，虽然检查头10与辊式检查部2共同旋转，但是通过集电环向外部装置可靠地输出该检查头10中的检测信号，因此，可以使用旋转辊式的膜厚测量装置1准确地测量膜厚。

变形例

在上述实施例中，是以在作为基材的聚酯薄膜11的正反面中的一侧面上形成Cu蒸镀膜的实施例为例进行了说明。但是，例如像层叠薄料，本发明也可以适用于在内部的中间层上形成导电性薄膜的情况。此时，可以发挥与上述的实施例相同的作用、达到相同的效果。

在上述实施例中，作为膜厚测量装置1，使用圆形状的辊，但是也可以使用多面体状的辊。

而且，在上述实施例中，作为检测试样使用了柔软的带状的合成树脂，但是本发明并不只限于此，也可以适用于玻璃基板等长而大的硬质板材。在这种情况下，如图10所示，在板材31的表面转动辊式检查部2，从而扫描整个板材31。当为特长带状的板材时，按照该板材的宽度构成辊式检查部2，从特长板材的一端向另一端扫描一次。这种情况也可以与上述的实施例发挥相同的作用、达到相同的效果。

而且，在上述的实施例中，使用圆形状的辊作为膜厚测量装置1。但是如图11所示，也可以使用平板状的装置。在该平板状的膜厚测量装置32的内部安装有一个或者多个检查头(未图示)，在检查试样33侧的表面(下侧面)粘贴有隔离膜。该膜厚测量装置32比检查试样33大。而且，膜厚测量装置32从检查试样33的上侧面与其只接触一次，并测量整个检查试样33的导电性薄膜的膜厚。由此，可以容易且准确地测量检查试样33的全面的导电性薄膜的膜厚。

而且，在上述的实施例中，使用圆形状的辊作为膜厚测量装置1，但是当膜厚测量装置1的直径远远大于检查试样时，也可以不是圆形状的辊，也可以是作为该辊的一部分而形成圆弧状。这种情况也可以与前述的实施例发挥相同的作用、达到相同的效果。

附图标记

1膜厚测量装置                    2辊式检查部

3控制部                          4主体部

5旋转轴                          6测量单元

7电源单元                        8连接部

10检查头                         11聚酯薄膜

12间隔调整板                     14隔离膜

16传感器                         17读出放大器

19高频振荡器                     20绝缘变压器

21自动电压调整器                 22V/F转换器

24信号线                         26输送辊

27蒸镀装置                       28卷绕辊

31板材                           32膜厚测量装置

33检查试样

Claims (6)

1.一种膜厚测量装置，对于在基材上形成导电性薄膜的检查试样，测量该导电性薄膜的膜厚，其特征在于，包括：

检查头，相对于所述检查试样的表面，在相隔设定的间隔的状态下保持所述检查头；以及

隔离膜，介于所述检查试样的导电性薄膜和所述检查头之间，同时，通过与所述导电性薄膜直接或者间接地接触，而将该导电性薄膜和所述检查头之间的间隔保持为设定的间隔。

2.根据权利要求1所述的膜厚测量装置，其特征在于，包括在内部安装有一个或多个所述检查头、并将所述隔离膜粘贴于外侧表面的旋转辊。

3.根据权利要求2所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述旋转辊通过连接一个或多个内置所述检查头的厚壁的圆盘状的测量单元而构成。

4.根据权利要求2所述的膜厚测量装置，其特征在于，通过集电环连接所述旋转辊内的所述检查头和外部装置。

5.根据权利要求1所述的膜厚测量装置，其特征在于，包括在内部安装有一个或多个所述检查头、并将所述隔离膜粘贴于所述检查试样侧的表面的平板状主体。

6.根据权利要求1所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述基材是长带状的合成树脂薄料、或者长大形的硬质板材。

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