JP2000146533A

JP2000146533A - 透光体の厚み測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP2000146533A
Application number: JP10322627A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kusunoki; 一彦楠; Yoshiaki Yamade; 善章山出; Tadahisa Arahori; 忠久荒堀
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】非破壊的に、且つ、容易な取扱いで透光体の
各透光層の厚みを測定する。【解決手段】光源２から２００ｎｍを中心とする波長
の光を出射し、石英坩堝１の直胴部に照射する。石英坩
堝１を透過した光は干渉フィルタ５により２００ｎｍの
光が選択的に受光され、光電子倍増管６で光強度が検出
されて演算装置７に入力される。演算装置７では光強度
が入力されて透過率算出部７ａで透過率が求められラン
ベルト応用式に代入される。石英坩堝１の総厚み，石英
坩堝１の有泡層１２ｂの厚みｔ₃が検出され、その他の
パラメータ値がランベルト応用式に代入され、石英坩堝
１の合成石英ガラス層１１の厚みｔ₁が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の透光層を有
する複層ガラス材のような透光体について各透光層の厚
さを測定する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のガラス層を有する複層ガラス材は
透光体であり、例えばレンズ，プリズムなどの光学ガラ
ス，自動車用の窓ガラス，半導体基板材料である単結晶
シリコンのインゴットを製造するための石英坩堝などに
使用されている。

【０００３】複層ガラス材の各層の厚みを測定するため
には以下の方法が用いられている。ガラス層毎に不純物
元素の含有量が異なるガラス材では、ガラス材を表面か
ら厚み方向に順次切り出し、夫々のガラス片について不
純物元素の含有量を検出する。この含有量が変化した位
置がガラス層界面であり、これにより各ガラス層の厚み
が測定できる。しかしながら、この方法は破壊試験であ
り、手間がかかり、例えば製品の出荷検査等のような日
常の品質確認に用いることができないという問題があっ
た。

【０００４】また、不純物元素の種類及び含有量によ
り、二つのガラス層の着色の程度が異なるガラス材で
は、ガラス材の端部のようなガラス層の界面（貼り合わ
せ界面）が露出された領域で色相の差を検出することに
より、非破壊的に各層の厚みを測定することができる。
しかしながら、ガラス材の総厚みが端部とその他の領域
とで同一であるとは限らず、また、たとえ総厚みが同一
であったとしても、測定すべきガラス層の厚みがガラス
材全体で均一であるとは限らないという問題があった。

【０００５】さらに、ガラス層上に形成された金属酸化
物層の厚みを蛍光Ｘ線を照射して測定する方法が特開平
４−223210号公報にて提案されている。この方法によ
り、厚みは非破壊的に測定されるが、取扱いに制限が多
いＸ線を用いる必要があった。また、特開平８−208376
号公報には、レーザ光をガラス層に照射し、反射光の位
置により一層側の透明層の厚みを測定する方法が提案さ
れている。しかしながら、この方法では、２層ともが透
明ガラス層である場合に夫々の厚みを測定することはで
きなかった。このように、ガラス材の各層の厚みを非破
壊的に測定することは困難であり、各層の厚みをガラス
材の位置毎に測定することはさらに困難である。

【０００６】また、透過した光の減衰率を測定すること
により、透光体の厚みを検出する装置及び方法が提案さ
れている。例えば、特開昭57−57206 号公報，特開昭58
−73804 号公報，特開昭60−98303 号公報，特開昭61−
151406号公報及び特開平１−206236号公報などには、単
層又は実質的に単層である透光体の厚みを測定する方法
が開示されている。例えば、測定すべき透光体の赤外線
吸収、光の散乱などによる透過光の減衰率を測定し、同
透光材の減衰率と厚みとの検量線に基づいて透光体の厚
みを求めることができる。しかしながら、この方法では
複層の透光体の各層についての厚みを求めることはでき
ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、単結晶シリ
コンのインゴットの製造装置である石英坩堝は２層構造
を有している。インゴット製造時に石英坩堝にはシリコ
ン融液が装填され、石英坩堝の内表面が溶融してシリコ
ン融液中に溶け出すので、インゴットの品質を向上させ
るために、内側にはシリコンの純度は高いがハイコスト
である合成石英ガラスが用いられる。そして、外側には
安価であるが純度が低い溶融石英ガラスが用いられてい
る。

【０００８】このような石英坩堝は、通常、回転溶融法
により製造されるが、内側の合成石英ガラスの厚みは坩
堝の位置によりばらつきがある。内側の合成石英ガラス
の厚みが薄すぎる場合は、外側の溶融石英ガラスが内面
側に露出し、インゴット製造時に不純物元素がシリコン
融液に溶け出すためにインゴットの品質が低下する。こ
のために、石英坩堝の内側の合成石英ガラス層の厚みを
所定厚さ以上に保つことが重要であるが、上述したよう
に、複層ガラス材の各層の厚みを非破壊的に測定するこ
とは困難であり、ガラス材の位置による厚み、即ち、石
英坩堝の位置による合成石英ガラス層の厚みを測定する
ことはさらに困難であるという問題があった。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、透光体を透過した所定波長光の透過率を検出
することにより、非破壊的に、且つ、容易な取扱いで透
光体の各層の厚みを測定できる透光体の厚み測定装置及
び測定方法を提供することを目的とする。また、測定対
象物がガラス材、特に石英坩堝である場合に、非破壊的
に、且つ、容易な取扱いで透光体の各層の厚みを測定で
きる透光体の厚み測定装置及び測定方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る透光体の
厚み測定装置は、複数の透光層を有する透光体の各層の
積層方向の厚みを測定する装置において、エネルギー光
を出射する光源と、前記透光体を積層方向に透過した前
記エネルギー光の所定波長光を受光する光検出器と、該
光検出器で検出された光強度に基づいて前記透光層の厚
みを演算する演算部とを備えることを特徴とする。

【００１１】また、第４発明に係る透光体の厚み測定方
法は、複数の透光層を有する透光体の各層の積層方向の
厚みを測定する方法において、エネルギー光を前記透光
体に入射せしめる過程と、前記透光体を積層方向に透過
した前記エネルギー光の所定波長光を受光して受光強度
を検出する過程と、該受光強度に基づいて各層の厚みを
演算する過程とを有することを特徴とする。

【００１２】図１０は、石英ガラスの透過光の波長に対
する透過特性を示すグラフであり、縦軸は透過率を、横
軸は透過光の波長を示している。グラフ中、合成石英ガ
ラスを実線で示し、溶融石英ガラスを破線で示してい
る。合成石英ガラスと溶融石英ガラスとは、紫外線領域
での透過率に明らかな違いが生じている。例えば石英坩
堝に対して紫外線領域の波長光を用いたときに、内層側
の合成石英ガラス層では溶融石英ガラス層に比べて高い
透過率で透過し、外層側の溶融石英ガラス層では減衰が
起きるので、全体の透過率は溶融石英ガラス層の厚みに
強く支配される。

【００１３】従って、透光層間で透過率が大きく異なる
波長の光を透光体に透過せしめ、光検出器で検出された
受光強度から透光体全体の透過率を求めることにより、
各透光層の厚みを測定できる。なお石英ガラスには限ら
ず、透光層間で所定波長光の透過率が大きく異なる透光
性物質の組合せであれば、例えば有機高分子（樹脂）で
あっても本発明を適用できる。

【００１４】第２発明に係る透光体の厚み測定装置は、
第１発明において、各透光層の前記所定波長光に対する
減衰特性が予め求められており、前記演算部は、前記光
検出器で検出された光強度により前記透光体の透過率を
求める手段と、求めた透過率と各透光層の前記減衰特性
とに基づいて、各透光層の厚みを算出する算出手段とを
備えることを特徴とする。

【００１５】第２発明にあっては、透過率と被透過材の
厚みとの関係を表すLambert-Beerの法則を表す（１）式
に表面反射率を考慮した（２）式（以下、ランベルトの
応用式と呼ぶ）を用いて各透光層の厚みを演算する。Ｔ＝（１−Ｒ）²×ｅｘｐ（−αｔ） …（１）Ｔ＝（１−Ｒ）×Ｚ×ｅｘｐ（−α₁ｔ₁−α₂ｔ₂−α₃ｔ₃）…（２）ここで、Ｔは測定対象の石英坩堝の全体の透過率、Ｒは
合成石英ガラス層の内表面の反射率、Ｚは溶融石英ガラ
ス層の外表面の影響による減衰率、α₁，α₂，α₃及
びｔ₁，ｔ₂，ｔ₃は、積層された石英ガラス層夫々の
減衰率及び厚みである。

【００１６】従って、透光体を構成する層数以上の数の
異なる波長を用い、各波長に対して透光体全体での透過
率Ｔと、表面の反射率，減衰率を含めた各透光層の減衰
特性とを上記（２）式に代入することにより、各透光層
の厚みを求めることができる。例えば、積層数が３以上
の場合でも、（２）式の連立方程式を解くことにより各
透光層の厚みを求めることができる。

【００１７】第３発明に係る透光体の厚み測定装置は、
第１発明において、一の透光層の厚みに対する前記所定
波長光の透過特性が予め求められており、前記演算部
は、前記光検出器で検出された光強度により前記透光体
の透過率を求める手段と、求めた前記透過率と一の透光
層の前記透過特性とを用いて他の透光層の厚みを算出す
る算出手段とを備えることを特徴とする。

【００１８】第３発明にあっては、例えば２層の透光層
を有する透光体の場合に、第１の透光層の透過率が略10
0 ％であり、第２の透光層の透過率がこれとは大きく異
なるような波長の光を用いるので、第２の透光層の検量
線により第２の透光層の厚みが求まる。第１の透光層の
厚みは、透光体の総厚みから減算することにより求ま
る。

【００１９】第５発明に係る透光体の厚み測定方法は、
第４発明において、前記透光体は、内層側の合成石英ガ
ラス層と外層側の溶融石英ガラス層とを有する石英坩堝
であることを特徴とする。

【００２０】第５発明にあっては、合成石英ガラス層と
溶融石英ガラス層とで透過光量の波長依存性に違いがあ
り、これを利用して各層の厚みを測定している。合成石
英ガラスは含まれる不純物元素が極めて少なく、溶融石
英ガラスは不純物元素の含有量が多いので、両者の間で
光の吸収特性、特に短波長側での吸収特性に大きな違い
がある。上述した図１０に示す如く、合成石英ガラス層
が略100 ％透過し、溶融石英ガラス層の透過率が低いよ
うな、例えば１５０ｎｍ〜２３０ｎｍの波長光を用いる
ことにより、各石英ガラス層の厚みを測定できる。

【００２１】第６発明に係る透光体の厚み測定方法は、
第４発明において、前記透光体は、内層側の合成石英ガ
ラス層と、外層側の、泡含有領域を含む溶融石英ガラス
層とを有する石英坩堝であり、前記石英坩堝の泡含有領
域の厚みと各透光層の前記所定波長光に対する減衰特性
とが予め求められており、前記各層の厚みを演算する過
程は、検出された受光強度により前記透光体の透過率を
求める過程と、求めた透過率、前記石英坩堝の泡含有領
域の厚み及び各透光層の前記減衰特性に基づいて、前記
合成石英ガラス層の厚みを算出する手段とを備えること
を特徴とする。

【００２２】第６発明にあっては、溶融石英ガラス層を
泡の含有量が多い泡含有層と少ない層との２層に分けて
夫々の厚みを求め、上述した式（２）に代入することに
より、合成石英ガラス層の厚みを求める。従って、検出
された透過率に与える泡の影響を除くことができる。

【００２３】第７発明に係る透光体の厚み測定方法は、
第４発明において、前記透光体は、内層側の合成石英ガ
ラス層と外層側の溶融石英ガラス層とを有する石英坩堝
であり、溶融石英ガラスの厚みに対する前記所定波長光
の透過検量線と合成石英ガラスの厚みに対する前記所定
波長光の透過検量線とが予め求められており、前記各層
の厚みを演算する過程は、検出された受光強度により前
記透光体の透過率を求める手段と、求めた透過率と溶融
石英ガラスの前記透過検量線とに基づいて、前記合成石
英ガラス層の見かけの厚みを算出する第１算出手段と、
求めた透過率と合成石英ガラスの前記透過検量線と前記
合成石英ガラス層の見かけの厚みとに基づいて前記合成
石英ガラス層の厚みを算出する第２算出手段とを備える
ことを特徴とする。

【００２４】第７発明にあっては、所定波長領域で透過
率が低い溶融石英ガラスの透過検量線により、合成石英
ガラス層の見かけの厚みを求め、所定波長領域で略100
％透過する合成石英ガラスの透過検量線により合成石英
ガラスの減衰率を求めて合成石英ガラス層の正確な厚み
を求めることができる。合成石英ガラス層の厚みが特に
大きく、合成石英ガラス層における透過光の減衰率が高
い場合は、前記第１算出手段及び第２算出手段を繰り返
し用いる。これにより、測定精度をさらに向上できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。実施の形態１．図１は、本発明の測定装置の構成を示す
模式的断面図である。図中、１は厚み測定対象の石英坩
堝を部分的に示している。石英坩堝１は内層側に合成石
英ガラス層１１を、外層側に溶融石英ガラス層１２を有
している。光源２は出力３０Ｗの重水素ランプであり、
石英坩堝１の内周側に配置されている。光源２は電源２
２に接続され、ランプハウス２１内に保持されて照射対
象物への方向と異なる側に光が漏れないようになってい
る。光源２の前方には合成石英ガラスと蛍石とを組み合
わせたレンズ３が配され、さらに前方には絞り４が配さ
れている。レンズ３により光源から出射された光は平行
光となり、絞り４によりレンズ３の外周部からの光を遮
断して、石英坩堝１の必要面積のみに照射される。な
お、石英坩堝１に照射する光は必ずしも平行光にする必
要はなく、集束又は発散させても良いが、平行光とする
ことにより石英坩堝１の深さ方向の透過率の重みが均一
になる。また、絞り４はここでは直径５ｍｍのものを用
いている。

【００２６】図２は測定対象の石英坩堝の層構成を示す
拡大断面図であり、図１の領域Ａを拡大して示してい
る。石英坩堝１の溶融石英ガラス層１２の外表面１２ｆ
は粗く、合成石英ガラス層１１の内表面１１ｆは平滑で
ある。溶融石英ガラス層１２は、外層側で溶融石英の泡
を含有している厚みｔ₃の有泡層１２ｂと、内層側で泡
を含有していない厚みｔ₂の無泡層１２ａとを有してい
る。また、厚みｔ₁の合成石英ガラス層１１は泡を含有
していない無泡層である。

【００２７】石英坩堝１の外周側で、石英坩堝１を挟ん
で光源２と対向する位置に光検出器たる光電子増倍管６
が配されている。光電子増倍管６はハウジング６１内に
保持され、石英坩堝１を透過した光が干渉フィルタ５を
通って光電子増倍管６で受光される。干渉フィルタ５
は、所定範囲の波長光のみを選択的に透過するものであ
り、本実施の形態では２００ｎｍを中心波長とするもの
を用いている。光電子増倍管６は電源６２に接続されて
おり、光電子増倍管６で検出された光強度は電気信号に
変換され、図示しないＡ／Ｄコンバータで演算装置７に
取り込まれるようになっている。演算装置７は入力され
た光強度に基づいて透過率を算出し、算出された透過率
を用いて溶融石英ガラス層１２及び合成石英ガラス層１
１夫々の厚みを求める。

【００２８】図３は本実施の形態の演算装置の構成を示
すブロック図である。光電子増倍管６で検出された光強
度は透過率算出部７ａに入力され、透過率が算出され
る。石英坩堝１の透過率は、測定対象物を置かない状態
で測定された透過率との比を求めることにより得られ
る。求めた透過率は合成石英ガラス層の厚み算出部７ｃ
に与えられる。厚み算出部７ｃでは以下に示すランベル
トの応用式に基づいて合成石英ガラス層の厚みを求める
ようになっている。Ｔ＝（１−Ｒ）²×Ｚ×ｅｘｐ（−α₁ｔ₁−α₂ｔ₂
−α₃ｔ₃）ここで、Ｔは石英坩堝１の全体の透過率、Ｒは合成石英
ガラス層１１の内表面１１ｆの反射率、Ｚは溶融石英ガ
ラス層１２の外表面１２ｆの影響による減衰率、α₁，
α₂，α₃及びｔ₁，ｔ₂，ｔ₃は、合成石英ガラス層
１１，無泡層１２ａ，有泡層１２ｂ夫々の減衰率及び厚
みである。

【００２９】メモリ部７ｂには、上述したランベルト応
用式のパラメータ値が格納されている。石英坩堝１の総
厚み（ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃）及び、石英坩堝１の有泡層１
２ｂの厚みｔ₃は、本工程とは別工程にて測定され、測
定対象が変わる都度、測定されてメモリ部７ｂに入力さ
れる。石英坩堝１の総厚みは超音波厚み計で測定した。
石英坩堝１の有泡層１２ｂの厚みｔ₃は、簡易型の共焦
点顕微鏡を用いて坩堝内周面から泡が少ない厚み（ｔ₁
＋ｔ₂）を測定し、総厚みｔ₃から減算して求めた。

【００３０】また、内表面１１ｆの反射率Ｒ、外表面１
２ｆの減衰率Ｚ、及び合成石英ガラス層１１，無泡層１
２ａ，有泡層１２ｂ夫々の減衰率α₁，α₂，α₃は、
測定対象物と同じ構成の石英坩堝からパラメータ用サン
プルを作成して以下のように求め、予めメモリ部７ｂに
入力しておく。パラメータ用サンプルとして、石英坩堝
の合成石英ガラス層、並びに溶融石英ガラス層の無泡
層，有泡層及び外表面部分を夫々２ｍｍ厚さに切り出
し、外表面以外の面を鏡面研磨する。各サンプルの表面
の反射率は、反射率計を用いて測定した結果、4.5 ％で
あった。溶融石英ガラス層の外表面の反射率について
は、有泡層と外表面との透過率の差を求め、これを見か
けの反射率とした。各サンプルに２００ｎｍの光を照射
して透過率を夫々測定する。各サンプルの減衰率は、こ
うして得られた透過率と反射率とを用いて求めた。

【００３１】以上の如き構成の測定装置を用いて石英坩
堝１の合成石英ガラス層１１の厚みｔ₁を求める方法を
説明する。測定対象の石英坩堝１は、外径５６０ｍｍ，
高さ３６０ｍｍ，厚み１０ｍｍ〜１２ｍｍであり、直胴
部，底部及び直胴部と底部との境界部分との厚みを測定
する。まず、光源２から２００ｎｍを中心とする波長の
光を出射し、石英坩堝１の直胴部に照射する。石英坩堝
１を透過した光は干渉フィルタ５により２００ｎｍの光
が選択的に受光され、光電子増倍管６で光強度が検出さ
れて演算装置７に入力される。

【００３２】図４は、実施の形態１の演算装置７の手順
を示すフローチャートである。演算装置７に与えられた
光強度は透過率算出部７ａに入力され、石英坩堝１の全
体の透過率が求められ（ステップＳ１１）、ランベルト
応用式に代入される。測定対象の石英坩堝１の総厚み
（ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃）が検出され、メモリ部７ｃに入力
される（ステップＳ１２）。石英坩堝１の有泡層１２ｂ
の厚みｔ₃が検出され、メモリ部７ｃに入力される（ス
テップＳ１３）。メモリ部７ｂに記憶されたパラメータ
値がランベルト応用式に代入され、石英坩堝１の合成石
英ガラス層１１の厚みｔ₁が算出される（ステップＳ１
４）。

【００３３】同様に、石英坩堝１の他の２箇所につい
て、合成石英ガラス層１１の厚みｔ₁を測定した。結果
を表１に示す。また、測定結果の精度を調べるために破
壊検査を行なった。破壊検査は、測定対象の石英坩堝１
を内周側から厚み方向にスライスして薬液に溶解し、Ｉ
ＣＰ−ＭＳ法によりこれらの成分分析を行ない、不純物
（Ａｌ）の分布に基づいて合成石英ガラス層１１の厚み
ｔ₁を求めた。その結果も表１に示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から判るように、石英坩堝１の３箇所
について本実施の形態の測定結果は、ＩＣＰ−ＭＳ法に
よる破壊検査の結果とほぼ同じ値を示している。従っ
て、本実施の形態の測定方法により、石英坩堝１の合成
石英ガラス層１１の厚みｔ₁を高精度に測定できると言
える。

【００３６】なお、上述した測定対象の石英坩堝１は、
合成石英ガラス層１１と溶融石英ガラス層１２との２層
積層構造を有しているが、本発明方法は２層構造に限ら
ず、３層以上が積層された透明体であっても測定可能で
ある。この場合は、層数に応じた複数の波長の光を透光
体に透過せしめ、夫々の波長光について透過率を検出す
る。そして、複数の透過率をランベルトの応用式に代入
して連立方程式を解くことにより、上述と同様にして各
層の厚みを算出することができる。

【００３７】実施の形態２．実施の形態２で用いる測定
装置は、所定波長の光強度を検出するために図１と同様
の構成を有しており、その説明を省略する。検出された
光強度は演算装置７に与えられる。図５は、実施の形態
２の演算装置の構成を示すブロック図である。光電子増
倍管６で検出された光強度は透過率算出部７ａに入力さ
れ、透過率が算出される。石英坩堝１の透過率は、測定
対象物を置かない状態で測定された透過率との比を求め
ることにより得られる。求めた透過率は、一次厚み算出
部７ｅ（第１の算出手段）に与えられる。メモリ部７ｄ
には、石英坩堝１の総厚み，溶融石英検量線，及び合成
石英検量線のデータが記憶されている。石英坩堝１の総
厚みは本工程とは別工程にて測定され、測定対象が変わ
る都度、測定されてメモリ部７ｄに入力される。石英坩
堝１の総厚みは超音波厚み計で測定した。

【００３８】溶融石英検量線及び合成石英検量線は、溶
融石英ガラス坩堝及び合成石英ガラス材を用いて測定さ
れ、メモリ部７ｄに予め入力される。溶融石英検量線を
作成する際には、まず溶融石英ガラス坩堝の内表面側を
削って厚みが異なる検量サンプルを作成する。厚みが５
〜９ｍｍの夫々のサンプルに２００ｎｍの光を照射し、
透過率を測定した。図６は溶融石英ガラス坩堝の厚みに
対する２００ｎｍ波長光の透過率の検量線を示すグラフ
である。縦軸は透過率を、横軸は溶融石英ガラス坩堝の
厚みを示している。この検量線は坩堝の外表面の減衰の
影響を含んでおり、これにより石英坩堝１の外表面の減
衰の影響を差引することができる。

【００３９】また、合成石英検量線を作成する際には、
まず合成石英ガラス材を削って厚みが１〜５ｍｍに異な
る検量サンプルを作成する。サンプルの両面を鏡面に研
磨して表面の反射の影響を除き、２００ｎｍの光を照射
して透過率を測定した。図７は合成石英ガラス材の厚み
に対する２００ｎｍ波長光の透過率の検量線を示すグラ
フである。縦軸は内部透過率を、横軸は合成石英ガラス
材の厚みを示している。内部透過率とは表面の反射の影
響を除いた透過率のことである。

【００４０】図５に示すように、合成石英ガラス層１１
の一次厚みを算出する一次厚み算出部７ｅには、石英坩
堝１の透過率、石英坩堝１の総厚み及び溶融石英検量線
が入力される。また、合成石英ガラス層１１の二次厚み
を算出する二次厚み算出部７ｆ（第２算出手段）には、
石英坩堝１の透過率、合成石英ガラス層１１の一次厚
み、及び合成石英検量線が入力されるようになってい
る。なお、二次厚みとは一次厚みよりも高精度に算出さ
れた値であり、高次の厚みほど、透過光の反射及び減衰
等の影響を考慮して算出されている。

【００４１】以上の如き構成の測定装置を用いて石英坩
堝１の合成石英ガラス層１１の厚みを求める方法を説明
する。測定対象の石英坩堝１は、外径５６０ｍｍ，高さ
３６０ｍｍ，厚み１０ｍｍ〜１２ｍｍであり、直胴部，
底部及び直胴部と底部との境界部分との厚みを測定す
る。まず、光源２から２００ｎｍを中心とする波長の光
を出射し、石英坩堝１の直胴部に照射する。石英坩堝１
を透過した光は干渉フィルタ５により２００ｎｍの光が
選択的に受光され、光電子増倍管６で光強度が検出され
て演算装置７に入力される。

【００４２】図８は、実施の形態２の演算装置７の手順
を示すフローチャートである。演算装置７に与えられた
光強度は透過率算出部７ａに入力され、石英坩堝１の全
体の透過率が求められ（ステップＳ２１）、一次厚み算
出部７ｅに代入される。石英坩堝１の総厚みが検出さ
れ、メモリ部７ｃに入力される（ステップＳ２２）。検
出された透過率を溶融石英検量線にプロットして溶融石
英ガラス層１２の一次厚みを算出する（ステップＳ２
３）。算出された一次厚みを総厚みから減算し、合成石
英ガラス層１１の一次厚みを算出する（ステップＳ２
４）。

【００４３】次に、合成ガラス層１１の減衰の影響を考
慮するために、合成石英検量線に合成石英ガラス層１１
の一次厚みをプロットして合成ガラス層１１の減衰率を
求める。石英坩堝１の全体の透過率を合成ガラス層１１
の減衰率で割って２次透過率を求め、再度溶融石英検量
線にプロットすることにより、溶融石英ガラス層１２の
二次厚みを求める（ステップＳ２５）。算出された二次
厚みを総厚みから減算し、合成石英ガラス層１１の二次
厚みを算出する（ステップＳ２６）。

【００４４】同様に、石英坩堝１の他の２箇所について
合成石英ガラス層１１の二次厚みを測定した。結果を表
２に示す。また結果の精度を調べるために、上述したＩ
ＣＰ−ＭＳ法によりこれらの成分分析を行ない、合成石
英ガラス層１１の厚みを求めた。その結果も表２に示し
た。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２から判るように、石英坩堝１の３箇所
について本実施の形態２の測定結果は、ＩＣＰ−ＭＳ法
による破壊検査の結果とほぼ同じ値を示している。従っ
て、本実施の形態２の測定方法により、石英坩堝１の合
成石英ガラス層１１の厚みを高精度に測定できると言え
る。

【００４７】なお、本実施の形態２では合成石英ガラス
層１１の厚みを二次厚みまで測定する場合を説明してい
るが、目的によっては一次厚みを測定結果としても十分
である。また、一次厚みと二次厚みとの差はほとんどの
石英坩堝で１ｍｍ程度であった。同様の方法で三次の厚
みを求めると0.3 ｍｍ以下の差しか生じなかった。さら
に高次の厚みを求めても、これ以上の差を生じることは
なかった。これにより、合成石英ガラス層１１の厚み
は、二次又は三次厚みをもって高精度に測定できたと言
える。勿論、三次，四次…と測定を繰り返す、即ち、前
記第１及び第２算出手段７ｅ，７ｆを繰り返し用いるこ
とにより、測定精度は向上する。

【００４８】石英坩堝１の表面の反射，散乱の影響、及
び実施の形態１にて説明した有泡層（図２参照）の影響
をなくすために、石英坩堝１を透過し易い３００ｎｍ程
度の光を基準光として透過光強度を検出し、２００ｎｍ
の透過光強度を規格化しても良い。この場合の測定装置
は、２００ｎｍ及び３００ｎｍの波長光を含む光を石英
坩堝１に透過せしめ、干渉フィルタ５にて２００ｎｍの
光強度と３００ｎｍの光強度とを切り換えて検出し、透
過率を規格化して演算処理するように構成する。この規
格化により、例えば石英坩堝１の泡層の厚みに固体差が
生じる場合でもこれを差引することができる。

【００４９】実施の形態３．上述した実施の形態１及び
実施の形態２は、石英坩堝の各ガラス層の厚みを測定す
る場合を説明しているが、本発明は石英坩堝に限るもの
ではない。本実施の形態３では、光学ガラスBK7 と光学
ガラス LaSFN9 とを圧着して構成された複層ガラス材の
厚みを測定する方法を説明する。

【００５０】図９は、光学ガラスBK7 及び光学ガラス L
aSFN9 夫々の内部透過率の波長依存性を示すグラフであ
る。縦軸は内部透過率を示し、横軸は波長を示してい
る。夫々のガラスは５ｍｍの厚みで測定した。グラフ
中、実線は光学ガラスBK7 を示し、破線は光学ガラス L
aSFN9 を示している。グラフから、両ガラスは短波長の
領域で内部透過率を大きく異ならせていることが判る。
これにより、３７０ｎｍ程度の波長光を透過せしめた場
合に、光学ガラス LaSFN9 の透過特性が複層ガラス材全
体の透過率を決定する。

【００５１】複層ガラス材は、光学ガラスBK7 及び光学
ガラス LaSFN9 を板状に削作した後、重ねて500 ℃程度
の熱間プレスで一体化せしめ、厚みを変えない程度に表
面を鏡面に研磨した。厚み測定の精度を確認するため
に、微小な黒鉛粒子を層間に部分的に付着させた後、熱
間圧着した。このような複層ガラス材の総厚みを異なら
せて３種類を作成した。複層ガラス材Ａ，Ｂ，Ｃは、総
厚みが夫々3.8 ｍｍ，4.2 ｍｍ，11.8ｍｍである。これ
らの複層ガラス材Ａ，Ｂ，ＣのBK7 光学ガラス層及び L
aSFN9 光学ガラス層の厚みを、図１及び図３に示す装置
を用い、実施の形態１と同様の方法にて測定した。な
お、この複層ガラス材に、実施の形態１で説明したよう
な泡が含有されていない場合は、ランベルトの応用式の
減衰率α及び厚みｔは２層についてのみで良い。また、
干渉フィルタ５（図１参照）は中心波長が３７０ｎｍの
ものを用いている。

【００５２】

【表３】

【００５３】結果を表３に示す。黒鉛マーカー法により
測定した結果も合わせて示した。表３から判るように、
各複層ガラス材のBK7 光学ガラス層の厚み及び LaSFN9
光学ガラス層の厚みは、黒鉛マーカー法による測定結果
とほぼ同じ値を示している。従って、本実施の形態３の
測定方法により、石英坩堝１の合成石英ガラス層１１の
厚みを高精度に測定できると言える。

【００５４】なお、実施の形態３では複層ガラス材の各
層の厚みを、実施の形態１と同様の演算装置を用いて求
める場合を説明したが、これに限るものではない。例え
ば実施の形態２で説明したような、各ガラス層について
厚みに対する透過検量線を用いて各ガラス層の厚みを求
めることもできる。

【００５５】また、上述した実施の形態１〜３では石英
ガラス及び光学ガラスの厚みを測定する場合を説明して
いるが、これに限るものではない。透光性を有してお
り、積層された透光層が、或る波長で透過率に大きな差
異を生じるものであれば、例えば有機高分子（樹脂）な
どであっても測定でき、測定装置にあってはその波長の
みを受光できる光検出器を備えていれば良い。

【００５６】さらに、上述した実施の形態１〜３では、
光源２を石英坩堝１の内周側に、光電子増倍管６を外周
側に配した場合を説明しているが、これに限るものでは
なく、光源２を外周側に、光電子増倍管６を内周側に配
しても同様の効果を得る。さらに、光源２と光電子増倍
管６とを石英坩堝１の同側に配しても良い。この場合
は、透過光を反射せしめて光電子増倍管６に導入する反
射板のようなものを配設する。

【００５７】さらにまた、本発明装置は、光源側装置及
び受光側装置の夫々をアームに固定して、該アームを測
定対象の石英坩堝の表面に追随させるように構成してあ
っても良い。これにより、石英坩堝の所望の箇所につい
て、合成石英ガラス層の厚みを非破壊的に測定できるの
で、石英坩堝の品質確認が可能になる。

【００５８】さらにまた、本発明装置は、受光器として
分光器，フィルタ，光電子増倍管及びシリコンフォトダ
イオード等を組合せても良い。光路にはレンズ，反射
鏡，プリズム，スリットのような光学部材を配しても良
い。さらに外部からの迷光の影響を除くためのフィル
タ、外部の光を遮断する暗箱などで受光器を覆っても良
い。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、積層
された透光層間で透過率が互いに大きく異なる波長の光
について透過率を検出するので、非破壊的に、且つ、容
易な取扱いで各層の厚みを算出できる。また、石英坩堝
を測定対象物とする際に、各層の素材の減衰特性及び表
面の反射を予め求めておき、これを差し引くので高精度
に厚みを測定できる。さらに、溶融石英ガラス層の有泡
層の減衰特性を考慮するので、さらに高精度に厚みを測
定できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定装置の構成を示す模式的断面図で
ある。

【図２】測定対象の石英坩堝の層構成を示す拡大断面図
である。

【図３】実施の形態１の演算装置の構成を示すブロック
図である。

【図４】実施の形態１の演算装置の手順を示すフローチ
ャートである。

【図５】実施の形態２の演算装置の構成を示すブロック
図である。

【図６】溶融石英ガラス坩堝の厚みに対する２００ｎｍ
波長光の透過率の検量線を示すグラフである。

【図７】合成石英ガラス材の厚みに対する２００ｎｍ波
長光の透過率の検量線を示すグラフである。

【図８】実施の形態２の演算装置の手順を示すフローチ
ャートである。

【図９】光学ガラスBK7 及び光学ガラス LaSFN9 夫々の
内部透過率の波長依存性を示すグラフである。

【図１０】石英ガラスの透過率の波長依存性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１石英坩堝２光源４絞り５干渉フィルタ６光電子増倍管７演算装置１１合成石英ガラス層１１ｆ内表面１２溶融石英ガラス層１２ａ無泡層１２ｂ有泡層１２ｆ外表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒堀忠久兵庫県尼崎市扶桑町１番８号住友金属工業株式会社エレクトロニクス技術研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB08 BB22 CC00 FF00 FF46 FF61 FF63 HH03 HH13 HH15 JJ01 JJ09 JJ17 LL04 LL22 LL30 PP24 QQ03 QQ17 QQ23 QQ25 4G077 AA02 AB10 BA04 CF10 EG02 JB01 PD02 PD05 PD08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の透光層を有する透光体の各層の積
層方向の厚みを測定する装置において、エネルギー光を出射する光源と、前記透光体を積層方向
に透過した前記エネルギー光の所定波長光を受光する光
検出器と、該光検出器で検出された光強度に基づいて前
記透光層の厚みを演算する演算部とを備えることを特徴
とする透光体の厚み測定装置。
【請求項２】各透光層の前記所定波長光に対する減衰
特性が予め求められており、前記演算部は、前記光検出
器で検出された光強度により前記透光体の透過率を求め
る手段と、求めた透過率と各透光層の前記減衰特性とに
基づいて、各透光層の厚みを算出する算出手段とを備え
る請求項１記載の透光体の厚み測定装置。
【請求項３】一の透光層の厚みに対する前記所定波長
光の透過特性が予め求められており、前記演算部は、前
記光検出器で検出された光強度により前記透光体の透過
率を求める手段と、求めた前記透過率と一の透光層の前
記透過特性とを用いて他の透光層の厚みを算出する算出
手段とを備える請求項１記載の透光体の厚み測定装置。
【請求項４】複数の透光層を有する透光体の各層の積
層方向の厚みを測定する方法において、エネルギー光を前記透光体に入射せしめる過程と、前記
透光体を積層方向に透過した前記エネルギー光の所定波
長光を受光して受光強度を検出する過程と、該受光強度
に基づいて各層の厚みを演算する過程とを有することを
特徴とする透光体の厚み測定方法。
【請求項５】前記透光体は、内層側の合成石英ガラス
層と外層側の溶融石英ガラス層とを有する石英坩堝であ
る請求項４記載の透光体の厚み測定方法。
【請求項６】前記透光体は、内層側の合成石英ガラス
層と、外層側の、泡含有領域を含む溶融石英ガラス層と
を有する石英坩堝であり、前記石英坩堝の泡含有領域の
厚みと各透光層の前記所定波長光に対する減衰特性とが
予め求められており、前記各層の厚みを演算する過程
は、検出された受光強度により前記透光体の透過率を求
める過程と、求めた透過率、前記石英坩堝の泡含有領域
の厚み及び各透光層の前記減衰特性に基づいて、前記合
成石英ガラス層の厚みを算出する手段とを備える請求項
４記載の透光体の厚み測定方法。
【請求項７】前記透光体は、内層側の合成石英ガラス
層と外層側の溶融石英ガラス層とを有する石英坩堝であ
り、溶融石英ガラスの厚みに対する前記所定波長光の透
過検量線と合成石英ガラスの厚みに対する前記所定波長
光の透過検量線とが予め求められており、前記各層の厚
みを演算する過程は、検出された受光強度により前記透
光体の透過率を求める手段と、求めた透過率と溶融石英
ガラスの前記透過検量線とに基づいて、前記合成石英ガ
ラス層の見かけの厚みを算出する第１算出手段と、求め
た透過率と合成石英ガラスの前記透過検量線と前記合成
石英ガラス層の見かけの厚みとに基づいて前記合成石英
ガラス層の厚みを算出する第２算出手段とを備える請求
項４記載の透光体の厚み測定方法。