JP2003114102A - 膜厚測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性基体上に塗布された絶縁膜が光を通さ
ない場合でも、その膜厚を非破壊・非接触で正確に測定
できるようにする。 【解決手段】 導電性基体Ｓの表面に絶縁膜Ｍが塗布さ
れている検査対象物Ｗについて該絶縁膜Ｍの膜厚を測定
する際、前記絶縁膜Ｍから離れた所定位置に配された渦
電流式変位計１２により、前記導電性基体Ｓの表面まで
の距離を測定し、同じく所定位置に配された距離計１４
により、前記絶縁膜Ｍの表面までの距離を測定し、測定
された前記導電性基体Ｓの表面までの距離と前記絶縁膜
Ｍの表面までの距離との差に基づいて、該絶縁膜Ｍの膜
厚を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚測定方法及び
装置、導電性基体上に塗布された絶縁膜の膜厚を非破壊
・非接触で測定する際に適応して好適な膜厚測定方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コーティング技術の発達に伴い、膜や膜
が塗布（被着）される基体の種類も多岐に亘るようにな
り、品質に対する要求もますます高いものとなっている
ため、要求される精度で膜厚を測定するためには、様々
な測定方式の中から最適なものを選択する必要がある。

【０００３】又、工場内の塗布工程ラインで、塗布直後
のウエット状態の膜を非破壊・非接触で測定し、塗布工
程にフィードバックすることは、コーティング品質の安
定とロスの低減に繋がるため、塗布工程では非破壊・非
接触で且つインライン測定が可能な測定時間の短い測定
方法を採用することが大変重要である。

【０００４】膜厚の測定方法には、膜や、膜が塗布され
た基体の材質やそのサイズ、膜厚の測定レンジ、測定環
境、測定時間等の違いにより、さまざまな物が存在す
る。その中には接触式の膜厚測定方法もあるが、この方
法によっては塗布直後の膜を測定できないことから、上
記インライン測定には非接触の測定方法が要求されるこ
とになる。このような非接触の膜厚測定方法には、光の
干渉や吸収を利用するもの、Ｘ線やβ線を利用するも
の、あるいは変位計を利用するもの等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光の干
渉や吸収を利用する測定方法は、測定対象の膜が光を透
過することが必須であることから、不透明な膜の厚さを
測定することができず、測定レンジも光の波長によって
は数μｍ以下に制限されるという問題がある。

【０００６】又、前記Ｘ線やβ線による測定方法は、金
属メッキの膜厚測定に多用されているが、被金属の膜厚
あるいは金属膜でも基体の材質との組み合わせによって
は測定できない場合が多い。又、測定ヘッドが大きいう
えに、測定時間も数十秒必要であるため、インライン測
定には適さず、測定レンジについても、光同様数μｍ以
下であることが殆どで、非常に薄い膜厚しか測定できな
い。

【０００７】更に、前記変位計を利用する方法として
は、塗布前と後の表面変位の差を求めるものや、塗布後
に膜の一部を剥離して周囲との段差を測定するものがあ
るが、前者には変位計とワーク（検査対象物）との間の
距離を測定するため、ワーク及び変位計自体の上下動の
影響を受け易いという問題があり、後者には基体表面が
露出している部分がない膜の場合は非破壊検査では測定
が不可能であるという問題がある。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、導電性基体上に塗布された絶縁膜が
光を通さない場合であっても、その膜厚を非破壊・非接
触で正確に測定することができる膜厚測定方法及び装置
を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、導電性基体の
表面に絶縁膜が塗布されている検査対象物について該絶
縁膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、前記絶縁
膜から離れた所定位置に配された渦電流式変位計によ
り、前記導電性基体の表面までの距離を測定し、同じく
所定位置に配された距離計により、前記絶縁膜の表面ま
での距離を測定し、測定された前記導電性基体の表面ま
での距離と前記絶縁膜の表面までの距離との差に基づい
て、該絶縁膜の膜厚を算出することにより、前記課題を
解決したものである。

【００１０】本発明は、又、導電性基体の表面に絶縁膜
が塗布されている検査対象物に対峙させて該絶縁膜の膜
厚を測定する測定部を備えた膜厚測定装置であって、前
記測定部には、前記導電性基体の表面までの距離を測定
する渦電流式変位計と、前記絶縁膜の表面までの距離を
測定する距離計とが取付けられているとともに、測定さ
れた前記導電性基体の表面までの距離と前記絶縁膜の表
面までの距離との差に基づいて、該絶縁膜の膜厚を算出
する演算手段を備えたことにより、同様に前記課題を解
決したものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明に係る一実施形態の膜厚測
定装置が備えている測定部と、検査対象物との関係を拡
大して示す概略正面図である。

【００１３】本実施形態では、上記測定部１０が、支持
部１０Ａの下端に渦電流式変位計１２と距離計１４が取
付けられた構成になっており、測定時には図示するよう
に検査対象物Ｗに対して渦電流式変位計１２、距離計１
４が所定の位置関係が得られるように該測定部１０を対
峙させる。

【００１４】ここで測定する検査対象物Ｗは、鉄板等の
導電性基体Ｓの表面に絶縁膜Ｍが塗布されているもので
ある。上記渦電流式変位計１２は、絶縁膜Ｍの影響を受
けずに導電性基体Ｓの表面位置を測定できる機能を有し
ている。又、前記距離計１４は、絶縁膜Ｍの表面位置を
測定できる機能を有しており、具体的にはレーザ変位
計、レーザフォーカス変位計、エアマイクロメータ等を
利用できる。

【００１５】本実施形態では、図示したように、検査対
象物Ｗの絶縁膜Ｍに対して間隔をおいて所定位置に配さ
れた上記渦電流式変位計１２により導電性基体Ｓの表面
（上面）位置、即ち該変位計１２から基体Ｓの表面まで
の距離（図中、白抜き両方向矢印で示す）を、又距離計
１４により絶縁膜Ｍの表面までの距離（同じく、白抜き
両方向矢印で示す）を、それぞれ測定するとともに、図
示しない演算部で両距離の測定値の差を算出し、それを
該絶縁膜Ｍの膜厚とする。

【００１６】上記測定部１０により絶縁膜Ｍの膜厚を測
定する場合は、数μｍ以下の高い精度が必要とされない
場合は、上記図１の方法であっても、渦電流式変位計１
２と距離計１４との間が数ミリ程度離れていることは許
容できる。ところが、更に高い精度が要求される場合に
は、渦電流式変位計１２による測定点と距離計１４によ
る測定点が同一であることが望ましく、この場合には両
者１２，１４の物理的な干渉が問題となる。そこで、上
記渦電流式変位計１２と距離計１４の測定点を同一にす
るときには、図２（Ａ）に示すように膜厚測定ポイント
を距離計１４により測定した後、高精度な平行移動機構
により同図（Ｂ）に示すように測定部１０を平行移動し
て渦電流式変位計１２を同ポイントに一致させた後、こ
れにより同一位置を測定するようにすればよい。

【００１７】次に、膜の表面位置を測定する距離計１４
として、渦電流式変位計１２より測定レンジが大きく、
且つ基体Ｓの撓みや搬送精度のばらつきにより上下動す
る場合であっても、膜Ｍの表面を測定可能なほど測定レ
ンジの大きいものを使用する場合について説明する。

【００１８】図３に渦電流式変位計１２と距離計１４の
測定レンジを、それぞれ両方向矢印の長さで示すよう
に、基体Ｓの撓みや搬送精度のばらつきにより、絶縁膜
Ｍの位置が渦電流式変位計１２の測定レンジから外れる
同図（Ａ）の場合には、Ｚ軸方向（上下方向）移動機構
により、測定レンジが狭い渦電流式変位計１２により基
体Ｓの表面を測定可能な、同図（Ｂ）に示す高さ位置ま
で測定部１０を下降（場合によっては上昇）させる。そ
の後、渦電流式変位形１２と距離計１４によりそれぞれ
測定し、両者の測定距離の差から同様に絶縁膜Ｍの膜厚
を算出する。ただし、この場合も同一位置の膜厚を測定
したい場合には、図３（Ａ）に相当する図４（Ａ）から
同図（Ｂ）の状態にし、渦電流式変位計１２により測定
した後、同図（Ｃ）に示す状態に平行移動して、距離計
１４により同一位置を測定するようにしても良い。

【００１９】次に、図５に示すように、膜表面を測定可
能な距離計として、測定レンジの異なる第1、第２距離
計（図では距離計１、２で示す）１４Ａ、１４Ｂの二種
類を使用し、一方を測定部１０の高さ位置決め用、他方
を膜厚測定用に使用する場合を説明する。この場合、測
定レンジが大きな第２距離計１４Ｂは測定精度に劣るた
めに位置決め用とし、第１距離計１４Ａは膜厚測定用と
して使い分けることにより、同図（Ａ）に示すように第
２変位計１４Ｂにより膜Ｍの表面位置（表面までの距
離）測定し、その測定値から測定部１０全体を下降（上
昇）させて、同図（Ｂ）に示すような、渦電流式変位計
１２で基体Ｓの表面位置を測定可能な状態にする。その
後、第１距離計１４Ａを使用し、膜Ｍの表面位置（表面
までの距離）を測定するとともに、渦電流式変位計１２
により、導電性基体Ｓの表面位置（表面までの距離）を
測定する。このように距離計を基体Ｓの撓や搬送精度の
ばらつきの測定用と、膜厚測定用とに使い分けることに
より、膜厚の測定精度を向上することができる。

【００２０】以上のように第１と第２の距離計１４Ａ、
１４Ｂを併用する場合も、前記図４に示した場合のよう
に同一位置の測定を行うこともできる。即ち、図５
（Ａ）に相当する図６（Ａ）に示すように、第２距離計
１４Ｂにより検査対象物Ｗまでのおおよその距離を測定
し、その結果から同図（Ｂ）に示すように適切な位置に
全体を下降させて所定位置の絶縁膜Ｍの表面までの距離
を第１距離計１４Ａにより測定し、その後全体を平行移
動させて同図（Ｃ）に示すように渦電流式変位計１２に
より同一位置の基体Ｓの表面までの距離を測定する。

【００２１】通常、測定レンジ及び測定精度は、渦電流
式変位計１２及び膜表面測定用の距離計１４の能力に依
存する。市販されている渦電流式変位計と膜表面を測定
可能な距離計（変位計）との組み合わせでは、測定レン
ジが０〜数１００μｍ乃至数ｍｍ、測定精度は０．１μ
ｍ〜１μｍ以上となる。光やＸ線、β線を利用する方式
では数μｍ以下の膜を数１０ｎｍ以下の精度で測定する
場合に好適である。

【００２２】これに対して、上述した本実施形態の方法
は、厚さ１０μｍ以上の膜を測定するときに有効である
上に、光の干渉や吸収を利用した方式では測定不可能
な、不透明な膜であっても測定可能である。更に、導電
性基体上に塗布された絶縁膜の膜厚を、非破壊・非接触
で測定可能であり、しかも測定時間は数秒以内ですむ
（Ｘ線やβ線と変位計とを併用する方式では、これらの
条件を満たすことは難しい）。又、図３、４や図５、６
に示した測定方法の場合は、測定部１０を上下に移動す
る機構を有しているため、基体の撓みや搬送精度のばら
つきに影響されない膜厚測定が可能であることから、基
体の撓みや搬送精度のばらつきが大きくなり易い大型基
板や剛性の低い基体上の膜の膜厚測定に特に有効であ
る。

【００２３】

【実施例】図７は、本発明に係る実施形態の更に具体的
な実施例である膜厚測定装置の全体を示す概略斜視図、
図８は該装置を構成する各部の関係の概要を示すブロッ
ク図である。

【００２４】本実施例の膜厚測定装置は、検査対象物Ｗ
を収容するバッファ２０と、該バッファ２０から測定対
象物Ｗを取り出したり収納したりするためのロボット２
２と、該ロボット２２により取り出された検査対象物Ｗ
を所定の位置に載置するステージ２４と、対象物Ｗの上
方に配置することができる測定ヘッド２６と、該ヘッド
２６を矢印で示すＸＹＺそれぞれの方向に移動させる移
動機構と、装置全体の動作を制御する制御部２８と、前
記ヘッド２６に取付けられている測定部（後述する）に
よる測定値から計算により膜厚測定の処理を行うデータ
処理部（演算手段）３０とを備えている。

【００２５】前記測定ヘッド２６の下部には、図中右下
に先端拡大図として、長丸で囲んで示すように、ヘッド
回転機構により測定ヘッド２６の軸を中心に回転可能に
測定部１０が取付けられ、該測定部１０の支持部１０Ａ
には渦電流式変位計１２と第１、第２の距離計１４Ａ、
１４Ｂが、同軸を中心に点対称の配置で取付けられてい
る。そのため、この測定部１０は、矢印で示す方向に１
２０度回転させる毎に異なる変位計（距離計）が同一位
置に一致するようになっている。従って、この膜厚測定
装置では、測定部１０を回転させることにより、前記図
６で平行移動した場合と同様に渦電流式変位計１２と第
１距離計１４Ａにより同一位置を測定できるとともに、
第２距離計１４Ｂによっても同一位置を測定することが
できるようになっている。

【００２６】次に、本実施例の作用を、図９のフローチ
ャートに従って説明する。なお、本実施例が適用される
検査対象物Ｗとしては、鉄板上にレジスト膜を塗布（被
着）したものを挙げることができる。

【００２７】まず、図７の手前側のバッファ２０からロ
ボット２２により検査対象物（ワーク）Ｗを取り出す
と、前記ステージ２４がローダ側に動き、所定位置に達
したところでロボット２２が該ステージ２４上に検査対
象物Ｗを載置する（ステップ１）。検査対象物Ｗを測定
する位置に搬送（移動）し、次いで測定点に測定ヘッド
２６を移動する（ステップ２、３）。

【００２８】次いで、第２距離計（変位計２）１４Ｂに
より測定ヘッド、即ち測定部１０と絶縁膜Ｍの表面との
間の距離を測定し（ステップ４）、Z軸移動機構によ
り、渦電流式変位計１２−絶縁膜Ｍの表面間距離を、事
前に設定しておいた測定レンジ内の距離になるように調
整する（ステップ５、６）。その後、第１距離計（変位
計１）１４Ａにより、測定部（測定ヘッド）−絶縁膜Ｍ
間の距離を測定し（ステップ７）、次いでヘッド回転機
構により第１距離計１４Ａによる測定位置に渦電流式変
位計１２を移動し、測定部−鉄板表面間の距離を測定し
（ステップ８、９）、第１距離計１４Ａによる測定値と
渦電流式変位計１２Ａの測定値との差より膜厚を求める
（ステップ１０）。全ての測定点について測定が終了し
た後、検査対象物Ｗはステージ２４によりローダ側に搬
送され、ロボット２２により再びバッファ２０に戻され
る（ステップ１１，１２）。

【００２９】以上説明した本実施例によれば、測定部１
０を回転するだけで前記図６の場合と同様に高精度で膜
厚を測定できるという効果が得られる。

【００３０】以上、本発明について具体的に説明にした
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々指示変更可
能である。

【００３１】例えば、膜厚測定装置の具体的な構成は、
前記実施形態に示したものに限定されない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、導
電性基体上に塗布された絶縁膜が光を通さない場合であ
っても、その膜厚を非破壊・非接触で正確に測定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態の特徴を示す要部正面
図

【図２】前記実施形態に平行移動機構を付加した変形例
を示す要部正面図

【図３】前記実施形態に上下移動機構を付加した変形例
を示す要部正面図

【図４】前記実施形態に平行と上下の両移動機構を付加
した変形例を示す要部正面図

【図５】前記実施形態に上下移動機構と、測定レンジの
大きい第２距離計を付加した変形例を示す要部正面図

【図６】前記実施形態に平行と上下の両移動機構ととも
に、測定レンジの大きい第２距離計を付加した変形例を
示す要部正面図

【図７】本発明に係る膜厚測定装置の実施例を示す概略
斜視図

【図８】上記膜厚測定装置を構成する各部の関係の概要
を示すブロック図

【図９】実施例の作用を示すフローチャート

【符号の説明】

１０…測定部 １０Ａ…支持部 １２…渦電流式変位計 １４…距離計 １４Ａ…第１距離計 １４Ｂ…第２距離計 ２０…バッファ ２２…ロボット ２４…ステージ ２６…測定ヘッド ２８…制御部 ３０…データ処理部 Ｗ…検査対象物 Ｓ…導電性基体 Ｍ…絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 添田 正彦 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA16 AA22 BC05 DA01 DA05 DC08 DD08 GA08 KA01 KA03 4M106 AA01 BA05 BA20 CA48 DH03 DJ04 DJ05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性基体の表面に絶縁膜が塗布されてい
   る検査対象物について該絶縁膜の膜厚を測定する膜厚測
   定方法であって、 前記絶縁膜から離れた所定位置に配された渦電流式変位
   計により、前記導電性基体の表面までの距離を測定し、 同じく所定位置に配された距離計により、前記絶縁膜の
   表面までの距離を測定し、 測定された前記導電性基体の表面までの距離と前記絶縁
   膜の表面までの距離との差に基づいて、該絶縁膜の膜厚
   を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
2. 【請求項２】導電性基体の表面に絶縁膜が塗布されてい
   る検査対象物に対峙させて該絶縁膜の膜厚を測定する測
   定部を備えた膜厚測定装置であって、 前記測定部には、前記導電性基体の表面までの距離を測
   定する渦電流式変位計と、前記絶縁膜の表面までの距離
   を測定する距離計とが取付けられているとともに、 測定された前記導電性基体の表面までの距離と前記絶縁
   膜の表面までの距離との差に基づいて、該絶縁膜の膜厚
   を算出する演算手段を備えたことを特徴とする膜厚測定
   装置。
3. 【請求項３】前記測定部には、更に、前記渦電流式変位
   計の測定レンジより大きな測定レンジを有する第２距離
   計が取付けられていることを特徴とする請求項２に記載
   の膜厚測定装置。