JP2004012435A - 膜厚測定方法および膜厚測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】非破壊、非接触かつ高精度に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法を提供する。同時に、そのような膜厚測定方法を実施できる膜厚測定装置を提供する。
【解決手段】順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なう。
【選択図】 図１
【解決手段】順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なう。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法と、該膜厚測定方法を実施するための膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、膜厚の測定方法には、膜材質や基材の材質、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、様々ものが存在する。
例としては、光の干渉や吸収を利用したもの、Ｘ線やβ線を利用したもの、あるいは、変位計を利用したもの等がある。
コーティングの技術の発達に伴ない、膜や基材の種類も多岐にわたるようになり、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】
また、工場ラインで、基材に塗布した直後のウェット状態の膜を、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つながることがある。
そのため、非破壊、非接触かつインライン測定可能で、測定時間の短い測定方法を採用することは大変重要である。
【０００４】
コーティング膜を非接触に、膜厚を測定する方法としては、一般に、▲１▼光の干渉や吸収を利用したもの、▲２▼Ｘ線やβ線を用いたもの、▲３▼変位計を利用したもの、▲４▼静電容量センサを利用したものものが知られている。
▲１▼光の干渉や吸収を利用したものは、測定対象の膜が光を通過することが必須であり、不透明な膜の厚さを測定することはできない。
測定レンジも、光の波長により数μｍ以下に制限される。
▲２▼Ｘ線やβ線を用いたものは、金属めっき膜厚の測定に多く用いられるが、非金属の膜厚あるいは金属膜でも基材の材質との組み合せによっては測定不可能な場合が多い。
また、センサヘッドが大きく、測定時間も数１０秒必要なため、インラインには適さない。
測定レンジについても、光同様数μｍ以下であることがほとんどである。
▲３▼変位計を利用したものは、塗布前後の表面の変位の差を求めるものや、塗布後に、膜の一部を剥離し周囲との段差を測定する方法である。
そのため、インラインの非破壊検査に使用することは難しい。
また、変位計とワークとの間の距離を測定するため、ワークおよび変位計自身の上下動の影響を受け易いという問題がある。
【０００５】
近年、各種ディスプレイ製品が各種機器の表示部として、益々多量に用いられるようになってきたが、これら製品の作製においては、導体上に配設された、絶縁体膜の膜厚を正確に測定したい場合が多々ある。
特に、製造工程中、インラインで測定したい場合がある。
図４（ａ）に示すように、膜が絶縁体４２２で、基材が導体４２１の場合、絶縁体膜４２２表面の変位が測定可能な変位センサ（例：レーザー変位計）４１２と、膜に影響されずにセンサと基材である導体４２１間の距離が測定可能な変位センサ（例：渦電流式変位計）４１１を利用すれば、絶縁膜４２２膜厚測定が可能であるが、絶縁膜の表面状態により、センサと絶縁膜の距離を精度良く測定することが困難であったり、また、基材の導体４２１の材質によりセンサと基材である導体４２１間の距離も同様に測定困難なため、このような変位計を２種類使用する方式は、適用不能であることが多い。
尚、図４（ａ）中、Ｇ１、Ｇ２はギャップを表す。
【０００６】
導体上に塗布された絶縁体膜であれば、▲４▼静電容量センサを利用したものものも膜厚測定に使用可能である。
ここで、従来知られている、静電容量センサを用いた導電体上の絶縁体膜の膜厚測定について、簡単に説明しておく。
静電容量センサによる膜厚測定の模式図を図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す。
しかし、絶縁体膜表面とセンサ間あるいは、基材である導体とセンサ間の距離が、絶縁体膜の膜厚測定時に毎回一定でないと、静電容量センサの測定を正しく絶縁体膜の膜厚に換算できない。
そのため、図４（ｂ）による絶縁体膜４２２の膜厚測定は、測定対象物（以下、ワークとも言う）の上下位置決め精度のばらつきおよび基材のたわみに弱い。
また、高い測定精度を求めると測定レンジの狭いセンサを使用する必要がある。
そのため、上下位置のばらつきおよびたわみの量によっては、精度が得られないばかりか、測定範囲から外れ、最悪の場合には、センサとワークが接触することもありえる。
図４（ｃ）による測定方法は、絶縁体膜４２２の膜表面とセンサ４１４間あるいは基材である導体４２１とセンサ４１５間の距離のばらつきによる測定値のばらつきはないものの、ワーク４２０下側は、基材である導体４２１が露出している必要がある。
ワーク下側露出面が導体でない、図４（ｄ）のような場合、絶縁体膜の厚さによっては測定レンジからはずれてしまい、この方法では計測不能となる。
また、絶縁体基材４２３の厚みのばらつきの影響も受け、図４（ｂ）や図４（ｃ）の測定方法に比べて測定精度が低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触かつ高精度に測定するには、種々問題があり、その対応が求められていた。
本発明は、これに対応するもので、非破壊、非接触かつ高精度に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法を提供しようとするものである。
同時に、そのような膜厚測定方法を実施できる膜厚測定装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜厚測定方法は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法であって、順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なうことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の膜厚測定装置は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定装置であって、絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計と、それと導体表面間の静電容量を測定する（即ち、それと導体表面間にある絶縁体膜と空気層をあわせた静電容量を測定する）静電容量センサと、絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構と、絶縁体膜の表面もしくは導体の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データベースとを備え、 変位計により、絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定し、位置制御機構により、絶縁体膜の表面もしくは導体の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量を測定し、（即ち、それと導体表面間にある絶縁体膜と空気層をあわせた静電容量を測定し、）更に、静電容量センサ出力−膜厚関係データベースを用い、測定された静電容量の値から、絶縁体膜の膜厚を導出するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
本発明の膜厚測定方法は、このような構成にすることにより、非破壊、非接触かつ高精度に、且つ、短時間に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法の提供を可能にしている。
即ち、非破壊、非接触で、基材のたわみや、測定時における基材の厚さ方向の位置決め精度のばらつきに影響されない膜厚測定を行なうことを可能としている。
具体的には、順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を精度良く測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう、（即ち、それと導体表面間にある絶縁体膜と空気層をあわせた静電容量を測定する）静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なうことにより、これを達成している。
特に、基材のたわみや搬送精度のばらつきが大きくなる大型基板や剛性の低い基材上の絶縁膜の膜厚測定に有効である。
また、光学的な方法では測定不可能な、不透明な膜が測定可能となる。
尚、本発明では、短時間（数秒以内）での測定が可能であるが、Ｘ線、β線では、これらの条件を満たすのは難しい。
また、測定レンジは、絶縁体膜の誘電率に左右され、０〜数１００μｍ更に数ｍｍとなり、測定精度は０． １μｍ〜１μｍとなる。
本発明の膜厚測定方法は、厚さ１０μｍ以上の膜を測定するときに有効である。
【００１１】
本発明の膜厚測定装置は、このような構成にすることにより、非破壊、非接触かつ高精度に、且つ、短時間で、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定装置の提供を可能にしている。
詳しくは、センサ部を上下に駆動する機構を有することにより、基材のたわ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となり、基材のたわみや搬送精度のばらつきが大きくなる大型基板や剛性の低い基材上の絶縁膜の膜厚測定に適用可能である。
勿論、光学的な方法では測定不可能な、不透明な膜が測定可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態例を、図に基づいて説明する。
図１は本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第１の例、第２の例のフローを示した処理フロー図で、図２（ａ）は本発明の膜厚測定装置の実施の形態の１例の概略図で、図２（ｂ）はセンサヘッドの先端の拡大断面図で、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ０部を拡大して示した図で、図３（ａ）は第１の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図で、図３（ｂ）は第２の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図で、図５はレーザを用いた変位計を説明するための図で、図６は渦電流変位計を説明するための図で、図７は静電容量センサの原理を説明するための図である。図２、図５〜図７において、１０は制御部、２０はデータ処理部、３０はセンサヘッド、３１は静電容量センサ、３２はレーザ変位センサ、４０はステージ、４１は架台、４３はグランド、４５はバッファ、５０はロボット、６０はヘッド指示部、６１は支持部、６１ａはレール、７０は静電容量センサ出力−膜厚関係データベース、８０は検査対象物、８１は基材（ガラス基板）、８２は導体、８３は絶縁体膜、９０はディスプレイ、５００は変位計、５１０は半導体レーザ駆動回路、５２０は半導体レーザ（発光素子）、５３０は透光レンズ、５４０はレーザ光、５４５は反射光、５５０は受光レンズ、５６０は光位置検出素子（光センサー部）、５７０、５７５は信号増幅回路、５８０は試料、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２は試料面、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２は光位置検出素子（光センサー部）の光到達位置、６１０は高周波発振回路、６２０はコイル、６３０は高周波磁界、６４０は渦電流、６８０は検出体（導体）、７１０は静電容量センサ、７２０は導体、Ｇ０はギャップである。
また、図３中、ＳＯ１１、ＳＯ２１は静電容量センサの出力における空気層の寄与分、ＳＯ１２、ＳＯ２２は静電容量センサの出力における絶縁膜の寄与分である。
【００１３】
はじめに、本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第１の例を図１に基づいて説明する。
図１において、Ｓ１０〜Ｓ１７は処理ステップを示す。
第１の例の膜厚測定方法は、図１において、処理ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１７の順に処理を行ない、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法である。
先ず、絶縁体膜の表面位置を測定可能なレーザ変位計により、絶縁体膜の表面位置を測定する。（Ｓ１０〜Ｓ１１）
ここでは、この処理ステップを表面位置測定ステップと言う。
【００１４】
レーザを用いた変位計（変位センサとも言う）としては、例えば、図５に示す三角測量式レーザ変位計が挙げられるが、この変位計５００の変位測定原理を簡単に説明しておく。
この変位計５００においては、透光レンズ５３０を介して試料５８０に照射された反射光が、試料５８０の面が基準位置Ｄ０にあるとき受光レンズ５５０を介して光位置検出素子５６０の基準の位置Ｓ０に到達するようになっており、且つ、試料５８０の面が基準位置Ｄ０からずれたＤ１位置にあるとき、これにともない、試料面Ｄ１からの反射光は、光位置検出素子５６０の基準の位置Ｓ０から所定の距離だけずれた位置Ｓ１へ到達するようになっており、同様に、試料５８０の面が基準位置Ｄ０からずれたＤ２位置にあるとき、これにともない、試料面Ｄ２からの反射光は、光位置検出素子５６０の基準の位置Ｓ０から所定の距離だけずれた位置Ｓ２へ到達するようになっている。
即ち、光位置検出素子における光到達位置と試料面の位置とが対応がとれるようになっている。
このため、光位置検出素子における光到達位置を検出することにより、試料面の位置を検出ができるものである。
【００１５】
次いで、測定された絶縁体表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう。（Ｓ１２）
ここでは、この処理ステップを静電容量測定ステップと言う。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を、予めもとめておいた静電容量センサ出力−膜厚の関係データから、膜厚に換算し（Ｓ１３）、絶縁体膜の膜厚を求める。（Ｓ１７）
ここでは、この処理ステップ（Ｓ１３）を膜厚換算ステップと言う。
【００１６】
静電容量センサの測定とその出力の膜厚換算の仕方について、図７、図３に基づいて簡単に説明しておく。
図７に示す導体７２０と静電容量センサ７１０間の距離（ギャップとも言う）、静電容量、両者の対向面積、空気の誘電率を、それぞれＧ０、Ｃ、Ｓ、εとすると、
Ｃ＝ε＊Ｓ／Ｇ０
となり、面積が一定とすれは、距離Ｇ０は、静電容量Ｃに反比例することとなる。
リニアライザ（例えば、高精度演算回路）により、この距離Ｇ０の値に比例する電圧を出力とすることができる。
ここで、出力が上記Ｇ０の値に比例する静電容量センサを用いるとすると、図７に示す静電容量センサ７１０と導体７２０との間に、厚さｔの絶縁体膜をおき、静電容量センサ７１０と絶縁体膜との距離を一定にすると、静電容量センサ７１０の出力は、絶縁体膜の厚さｔに比例して増え、静電容量センサ７１０の出力は、図３（ａ）のように変化することとなるが、予め、このような関係の、静電容量センサ出力−膜厚の関係データを、試料等の実測により求めておく。
尚、導体７２０と静電容量センサ７１０間の静電容量は、絶縁体膜の静電容量と導体７２０と静電容量センサ７１０間の大気の静電容量との和になり、絶縁体膜の静電容量は膜厚により静電容量が異なる。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を絶縁体の膜厚に換算する。
【００１７】
次に、本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第２の例を図１に基づいて説明する。
第２の例の膜厚測定方法は、図１において、処理ステップＳ１０、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の順に処理を行ない、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法である。
先ず、導体の表面位置を測定可能な渦電流変位計により、導体の表面位置を測定する。（Ｓ１０〜Ｓ１４）
ここでは、この処理ステップを表面位置測定ステップと言う。
【００１８】
渦電流変位計（変位センサとも言う）の測定原理を以下、簡単に説明する。
図６に示すように、高周波発振回路６１０により高周波電流を流し、コイル６２０に高周波磁界６３０を発生させ、検出体（導体）６８０をコイル近くに置いた場合、発振状態が変化するが、渦電流変位計は、この磁界内の検出体（導体）６８０による発振状態の変化を利用たものである。
例えば、発振の振幅の変化と位相の変化を検出することにより、距離とほぼ比例した値が得られる。
そして、デジタル処理で、検出体（導体）６８０の材質に合せ、高精度リニアライズ補正を行ない、距離に比例した出力を得る。
これに限定はされない。
【００１９】
次いで、測定された導体表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう。（Ｓ１５）
ここでは、この処理ステップを静電容量測定ステップと言う。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を、予めもとめておいた静電容量センサ出力−膜厚の関係データから、膜厚に換算し（Ｓ１６）、絶縁体膜の膜厚を求める。（Ｓ１７）
ここでは、この処理ステップ（Ｓ１６）を膜厚換算ステップと言う。
第２の例の場合、静電容量センサ出力−膜厚の関係は、図３（ｂ）のように変化することとなるが、予め、このような関係の、静電容量センサ出力−膜厚の関係データを、試料等の実測により求めておく。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を絶縁体の膜厚に換算する。
【００２０】
次に、本発明の膜厚測定装置の実施の形態の第１の例を、図２に基づいて説明する。
第１の例は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定するための膜厚測定装置で、図１に示す第１の例の膜厚測定方法（処理ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１７）を実施するための膜厚測定装置である。
そして、絶縁体膜の表面位置を測定可能するためのレーザ変位計３２と、それと導体表面間との静電容量を測定する静電容量センサ３１と、絶縁体膜の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構と、絶縁体膜の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０とを備えており、変位センサ３２により、絶縁体膜（図２（ｃ）の８３に相当）の表面の位置を測定し、位置制御機構により、絶縁体膜８３の表面と静電容量センサ（図２の３１）との距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサ３１が絶縁体膜８３の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサ３１にて、導体と静電容量センサ間の静電容量を測定し、更に、静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０の静電容量センサ出力−膜厚関係データから、測定された静電容量の値から、絶縁体膜８３の膜厚を導出するものである。
【００２１】
尚、絶縁体膜の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構は、ヘッド支持部６０に支持され、図２のＺ方向にセンサヘッド３０を制御して移動させるもので、図２では、はっきりとは図示してはいないが、センサヘッドのＺ方向駆動部と、この動作を管理する制御部１０等からなる。
また、第１の例の膜厚測定装置においては、ヘッド支持部６０は、センサヘッド３０とともに、支持部６１に沿いＸ方向に制御されて移動でき、支持部６１は、ヘッド支持部６０、センサヘッド３０とともに、レール６１ａに沿いＹ方向に制御されて移動できる。
結局、第１の例の膜厚測定装置においては、センサヘッド３０は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動できるものである。
【００２２】
静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０は、静電容量センサ出力−膜厚関係データを蓄積したもので、本例においては、図３（ａ）に示すような特性のデータを用いる。
データ処理部２０は、静電容量センサ３０の出力値を得て、これを静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０の静電容量センサ出力−膜厚関係データから絶縁体膜８３の厚さに換算する処理を行なうものである。
ロボット５０はバッファ４５と架台４１との間での検査対象物８０の受け渡しを行なうものである。
架台４１は、その上に検査対象物８０を載せ、Ｙ方向制御移動ステージ４０のＹ方向移動により、Ｙ方向に制御して移動できるものである。
バッファ４５は、検査対象物８０を、ステージ４０の架台４１上に置く際、あるいは、架台４１から取り出す際の、検査対象物８０の一時置き場となるものである。
ディスプレイ９０は、検査結果や条件を表示するためのものである。
制御部１０は、各部を関連付けて制御するものである。
尚、ここでは図示していないが、本例では、パソコン等の入力装置を配設しており、これにより、予め、測定条件等を決めておく。
尚、第１の例においては、検査対象物８０の端部に導体８２が露出している箇所に導体のコンタクトピンなどを接触させ、導体のグランド４３をとっているが、接地方法はこれに限定されない。
【００２３】
ここで、第１の例の膜厚測定装置の動作の１例を、簡単に、説明しておく。
先ず、ステージ４０を所定の位置にして、バッファ４５からステージ４０の架台４１上に検査対象物８０を、ロボット５０を用いて載置する。
次いで、架台４１を検査時の位置に移動する。
次いで、膜厚測定の位置に、ヘッド支持部６０とともにセンサヘッド３０をＸ、Ｙ移動させる。
次いで、センサヘッドをＺ方向所定の位置にして、レーザ変位計３２により、絶縁体膜８３の表面位置を検出し、静電容量センサ３１の測定面が絶縁体膜８３の表面位置から決められた所定の距離Ｌ０となるＺ方向位置にセンサヘッド位置を調整する。
次いで、静電容量センサ３１にて、導体８２と静電容量センサ３１間（図２（ｃ）の点線矢印間）の静電容量の測定を行なう。
次いで、あらかじめ用意していた、前記絶縁体膜８３の表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値Ｌ０における、静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算して、絶縁体膜８３の膜厚を得る。
同様に、必要な測定点における測定を終えた後、センサヘッド３０をＺ方向所定の位置に戻し、架台４１を所定の位置まで移動し、測定済の検査対象物８０を、ロボット５０を用いて、架台４１からバッファ４５へと移動する。
尚、絶縁体膜８３の測定原理や、静電容量センサ出力−膜厚関係データを用いた静電容量センサの出力の膜厚への換算方法については、先に述べたので、ここでは、説明を省く。
【００２４】
次に、本発明の膜厚測定装置の実施の形態の第２の例を挙げる。
第２の例は、第１の例と同様、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定するための膜厚測定装置で、図１に示す第２の例の膜厚測定方法（処理ステップＳ１０、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）を実施するための膜厚測定装置である。
第２の例は、図２に示す第１の例の膜厚測定装置において、レーザ変位計３２に代え、渦電流変位計を用いたもので、且つ、図３（ｂ）に示す特性の静電容量センサ出力−膜厚関係データを蓄積したデータベース用いるもので、他の各部については、第１の例と同じである。
第２の例の場合は、レーザ変位計３２の絶縁体膜８３の表面位置測定に代え、導体８２の表面位置測定を行い、静電容量センサ３１と導体８２の表面間の距離を、所定の距離にして、静電容量センサ３１と導体８２の表面間の静電容量を測定する。
そして、静電容量センサ３１と導体８２の表面間の静電容量の測定出力を基に、図３（ｂ）に示す特性の静電容量センサ出力−膜厚関係データから出力を膜厚へ換算する。
上記膜厚測定動作以外は、基本的に第１の例と同様で、ここでは、説明を省く。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、非破壊、非接触かつ高精度に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法の提供を可能とした。
同時に、そのような膜厚測定方法を実施できる膜厚測定装置の提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第１の例、第２の例のフローを示した処理フロー図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の膜厚測定装置の実施の形態の１例の概略図で、図２（ｂ）はセンサヘッドの先端の拡大断面図で、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ０部を拡大して示した図である。
【図３】図３（ａ）は第１の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図で、図３（ｂ）は第２の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図である。
【図４】各種膜厚測定方法を示した図である。
【図５】レーザを用いた変位計を説明するための図である。
【図６】渦電流変位計を説明するための図である。
【図７】静電容量センサの原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 制御部
２０ データ処理部
３０ センサヘッド
３１ 静電容量センサ
３２ レーザ変位センサ
４０ ステージ
４１ 架台
４３ グランド
４５ バッファ
５０ ロボット
６０ ヘッド支持部
６１ 支持部
６１ａ レール
７０ 静電容量センサ出力−膜厚関係データベース
８０ 検査対象物
８１ 基材（ガラス基板）
８２ 導体
８３ 絶縁体膜
９０ ディスプレイ
４１０ センサヘッド
４１１ 変位センサ
４１２ 変位センサ
４１３〜４１５ 静電容量センサ
４２０、４２０Ａ 検査対象物
４２１ 導体
４２２ 絶縁体膜
４２３ 絶縁体基材
５００ 変位計
５１０ 半導体レーザ駆動回路
５２０ 半導体レーザ（発光素子）
５３０ 透光レンズ
５４０ レーザ光
５４５ 反射光
５５０ 受光レンズ
５６０ 光位置検出素子（光センサー部）
５７０、５７５ 信号増幅回路
５８０ 試料
Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２ 試料面
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２ 光位置検出素子（光センサー部）の光到達位置
６１０ 高周波発振回路
６２０ コイル
６３０ 高周波磁界
６４０ 渦電流
６８０ 検出体（導体）
７１０ 静電容量センサ
７２０ 導体
Ｇ０ ギャップ
ＳＯ１１、ＳＯ２１ 静電容量センサの出力における空気層の寄与分
ＳＯ１２、ＳＯ２２ 静電容量センサの出力における絶縁膜の寄与分
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法と、該膜厚測定方法を実施するための膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、膜厚の測定方法には、膜材質や基材の材質、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、様々ものが存在する。
例としては、光の干渉や吸収を利用したもの、Ｘ線やβ線を利用したもの、あるいは、変位計を利用したもの等がある。
コーティングの技術の発達に伴ない、膜や基材の種類も多岐にわたるようになり、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】
また、工場ラインで、基材に塗布した直後のウェット状態の膜を、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つながることがある。
そのため、非破壊、非接触かつインライン測定可能で、測定時間の短い測定方法を採用することは大変重要である。
【０００４】
コーティング膜を非接触に、膜厚を測定する方法としては、一般に、▲１▼光の干渉や吸収を利用したもの、▲２▼Ｘ線やβ線を用いたもの、▲３▼変位計を利用したもの、▲４▼静電容量センサを利用したものものが知られている。
▲１▼光の干渉や吸収を利用したものは、測定対象の膜が光を通過することが必須であり、不透明な膜の厚さを測定することはできない。
測定レンジも、光の波長により数μｍ以下に制限される。
▲２▼Ｘ線やβ線を用いたものは、金属めっき膜厚の測定に多く用いられるが、非金属の膜厚あるいは金属膜でも基材の材質との組み合せによっては測定不可能な場合が多い。
また、センサヘッドが大きく、測定時間も数１０秒必要なため、インラインには適さない。
測定レンジについても、光同様数μｍ以下であることがほとんどである。
▲３▼変位計を利用したものは、塗布前後の表面の変位の差を求めるものや、塗布後に、膜の一部を剥離し周囲との段差を測定する方法である。
そのため、インラインの非破壊検査に使用することは難しい。
また、変位計とワークとの間の距離を測定するため、ワークおよび変位計自身の上下動の影響を受け易いという問題がある。
【０００５】
近年、各種ディスプレイ製品が各種機器の表示部として、益々多量に用いられるようになってきたが、これら製品の作製においては、導体上に配設された、絶縁体膜の膜厚を正確に測定したい場合が多々ある。
特に、製造工程中、インラインで測定したい場合がある。
図４（ａ）に示すように、膜が絶縁体４２２で、基材が導体４２１の場合、絶縁体膜４２２表面の変位が測定可能な変位センサ（例：レーザー変位計）４１２と、膜に影響されずにセンサと基材である導体４２１間の距離が測定可能な変位センサ（例：渦電流式変位計）４１１を利用すれば、絶縁膜４２２膜厚測定が可能であるが、絶縁膜の表面状態により、センサと絶縁膜の距離を精度良く測定することが困難であったり、また、基材の導体４２１の材質によりセンサと基材である導体４２１間の距離も同様に測定困難なため、このような変位計を２種類使用する方式は、適用不能であることが多い。
尚、図４（ａ）中、Ｇ１、Ｇ２はギャップを表す。
【０００６】
導体上に塗布された絶縁体膜であれば、▲４▼静電容量センサを利用したものものも膜厚測定に使用可能である。
ここで、従来知られている、静電容量センサを用いた導電体上の絶縁体膜の膜厚測定について、簡単に説明しておく。
静電容量センサによる膜厚測定の模式図を図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す。
しかし、絶縁体膜表面とセンサ間あるいは、基材である導体とセンサ間の距離が、絶縁体膜の膜厚測定時に毎回一定でないと、静電容量センサの測定を正しく絶縁体膜の膜厚に換算できない。
そのため、図４（ｂ）による絶縁体膜４２２の膜厚測定は、測定対象物（以下、ワークとも言う）の上下位置決め精度のばらつきおよび基材のたわみに弱い。
また、高い測定精度を求めると測定レンジの狭いセンサを使用する必要がある。
そのため、上下位置のばらつきおよびたわみの量によっては、精度が得られないばかりか、測定範囲から外れ、最悪の場合には、センサとワークが接触することもありえる。
図４（ｃ）による測定方法は、絶縁体膜４２２の膜表面とセンサ４１４間あるいは基材である導体４２１とセンサ４１５間の距離のばらつきによる測定値のばらつきはないものの、ワーク４２０下側は、基材である導体４２１が露出している必要がある。
ワーク下側露出面が導体でない、図４（ｄ）のような場合、絶縁体膜の厚さによっては測定レンジからはずれてしまい、この方法では計測不能となる。
また、絶縁体基材４２３の厚みのばらつきの影響も受け、図４（ｂ）や図４（ｃ）の測定方法に比べて測定精度が低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触かつ高精度に測定するには、種々問題があり、その対応が求められていた。
本発明は、これに対応するもので、非破壊、非接触かつ高精度に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法を提供しようとするものである。
同時に、そのような膜厚測定方法を実施できる膜厚測定装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜厚測定方法は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法であって、順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なうことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の膜厚測定装置は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定装置であって、絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計と、それと導体表面間の静電容量を測定する（即ち、それと導体表面間にある絶縁体膜と空気層をあわせた静電容量を測定する）静電容量センサと、絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構と、絶縁体膜の表面もしくは導体の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データベースとを備え、 変位計により、絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定し、位置制御機構により、絶縁体膜の表面もしくは導体の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量を測定し、（即ち、それと導体表面間にある絶縁体膜と空気層をあわせた静電容量を測定し、）更に、静電容量センサ出力−膜厚関係データベースを用い、測定された静電容量の値から、絶縁体膜の膜厚を導出するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
本発明の膜厚測定方法は、このような構成にすることにより、非破壊、非接触かつ高精度に、且つ、短時間に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法の提供を可能にしている。
即ち、非破壊、非接触で、基材のたわみや、測定時における基材の厚さ方向の位置決め精度のばらつきに影響されない膜厚測定を行なうことを可能としている。
具体的には、順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を精度良く測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう、（即ち、それと導体表面間にある絶縁体膜と空気層をあわせた静電容量を測定する）静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なうことにより、これを達成している。
特に、基材のたわみや搬送精度のばらつきが大きくなる大型基板や剛性の低い基材上の絶縁膜の膜厚測定に有効である。
また、光学的な方法では測定不可能な、不透明な膜が測定可能となる。
尚、本発明では、短時間（数秒以内）での測定が可能であるが、Ｘ線、β線では、これらの条件を満たすのは難しい。
また、測定レンジは、絶縁体膜の誘電率に左右され、０〜数１００μｍ更に数ｍｍとなり、測定精度は０． １μｍ〜１μｍとなる。
本発明の膜厚測定方法は、厚さ１０μｍ以上の膜を測定するときに有効である。
【００１１】
本発明の膜厚測定装置は、このような構成にすることにより、非破壊、非接触かつ高精度に、且つ、短時間で、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定装置の提供を可能にしている。
詳しくは、センサ部を上下に駆動する機構を有することにより、基材のたわ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となり、基材のたわみや搬送精度のばらつきが大きくなる大型基板や剛性の低い基材上の絶縁膜の膜厚測定に適用可能である。
勿論、光学的な方法では測定不可能な、不透明な膜が測定可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態例を、図に基づいて説明する。
図１は本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第１の例、第２の例のフローを示した処理フロー図で、図２（ａ）は本発明の膜厚測定装置の実施の形態の１例の概略図で、図２（ｂ）はセンサヘッドの先端の拡大断面図で、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ０部を拡大して示した図で、図３（ａ）は第１の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図で、図３（ｂ）は第２の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図で、図５はレーザを用いた変位計を説明するための図で、図６は渦電流変位計を説明するための図で、図７は静電容量センサの原理を説明するための図である。図２、図５〜図７において、１０は制御部、２０はデータ処理部、３０はセンサヘッド、３１は静電容量センサ、３２はレーザ変位センサ、４０はステージ、４１は架台、４３はグランド、４５はバッファ、５０はロボット、６０はヘッド指示部、６１は支持部、６１ａはレール、７０は静電容量センサ出力−膜厚関係データベース、８０は検査対象物、８１は基材（ガラス基板）、８２は導体、８３は絶縁体膜、９０はディスプレイ、５００は変位計、５１０は半導体レーザ駆動回路、５２０は半導体レーザ（発光素子）、５３０は透光レンズ、５４０はレーザ光、５４５は反射光、５５０は受光レンズ、５６０は光位置検出素子（光センサー部）、５７０、５７５は信号増幅回路、５８０は試料、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２は試料面、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２は光位置検出素子（光センサー部）の光到達位置、６１０は高周波発振回路、６２０はコイル、６３０は高周波磁界、６４０は渦電流、６８０は検出体（導体）、７１０は静電容量センサ、７２０は導体、Ｇ０はギャップである。
また、図３中、ＳＯ１１、ＳＯ２１は静電容量センサの出力における空気層の寄与分、ＳＯ１２、ＳＯ２２は静電容量センサの出力における絶縁膜の寄与分である。
【００１３】
はじめに、本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第１の例を図１に基づいて説明する。
図１において、Ｓ１０〜Ｓ１７は処理ステップを示す。
第１の例の膜厚測定方法は、図１において、処理ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１７の順に処理を行ない、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法である。
先ず、絶縁体膜の表面位置を測定可能なレーザ変位計により、絶縁体膜の表面位置を測定する。（Ｓ１０〜Ｓ１１）
ここでは、この処理ステップを表面位置測定ステップと言う。
【００１４】
レーザを用いた変位計（変位センサとも言う）としては、例えば、図５に示す三角測量式レーザ変位計が挙げられるが、この変位計５００の変位測定原理を簡単に説明しておく。
この変位計５００においては、透光レンズ５３０を介して試料５８０に照射された反射光が、試料５８０の面が基準位置Ｄ０にあるとき受光レンズ５５０を介して光位置検出素子５６０の基準の位置Ｓ０に到達するようになっており、且つ、試料５８０の面が基準位置Ｄ０からずれたＤ１位置にあるとき、これにともない、試料面Ｄ１からの反射光は、光位置検出素子５６０の基準の位置Ｓ０から所定の距離だけずれた位置Ｓ１へ到達するようになっており、同様に、試料５８０の面が基準位置Ｄ０からずれたＤ２位置にあるとき、これにともない、試料面Ｄ２からの反射光は、光位置検出素子５６０の基準の位置Ｓ０から所定の距離だけずれた位置Ｓ２へ到達するようになっている。
即ち、光位置検出素子における光到達位置と試料面の位置とが対応がとれるようになっている。
このため、光位置検出素子における光到達位置を検出することにより、試料面の位置を検出ができるものである。
【００１５】
次いで、測定された絶縁体表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう。（Ｓ１２）
ここでは、この処理ステップを静電容量測定ステップと言う。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を、予めもとめておいた静電容量センサ出力−膜厚の関係データから、膜厚に換算し（Ｓ１３）、絶縁体膜の膜厚を求める。（Ｓ１７）
ここでは、この処理ステップ（Ｓ１３）を膜厚換算ステップと言う。
【００１６】
静電容量センサの測定とその出力の膜厚換算の仕方について、図７、図３に基づいて簡単に説明しておく。
図７に示す導体７２０と静電容量センサ７１０間の距離（ギャップとも言う）、静電容量、両者の対向面積、空気の誘電率を、それぞれＧ０、Ｃ、Ｓ、εとすると、
Ｃ＝ε＊Ｓ／Ｇ０
となり、面積が一定とすれは、距離Ｇ０は、静電容量Ｃに反比例することとなる。
リニアライザ（例えば、高精度演算回路）により、この距離Ｇ０の値に比例する電圧を出力とすることができる。
ここで、出力が上記Ｇ０の値に比例する静電容量センサを用いるとすると、図７に示す静電容量センサ７１０と導体７２０との間に、厚さｔの絶縁体膜をおき、静電容量センサ７１０と絶縁体膜との距離を一定にすると、静電容量センサ７１０の出力は、絶縁体膜の厚さｔに比例して増え、静電容量センサ７１０の出力は、図３（ａ）のように変化することとなるが、予め、このような関係の、静電容量センサ出力−膜厚の関係データを、試料等の実測により求めておく。
尚、導体７２０と静電容量センサ７１０間の静電容量は、絶縁体膜の静電容量と導体７２０と静電容量センサ７１０間の大気の静電容量との和になり、絶縁体膜の静電容量は膜厚により静電容量が異なる。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を絶縁体の膜厚に換算する。
【００１７】
次に、本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第２の例を図１に基づいて説明する。
第２の例の膜厚測定方法は、図１において、処理ステップＳ１０、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の順に処理を行ない、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法である。
先ず、導体の表面位置を測定可能な渦電流変位計により、導体の表面位置を測定する。（Ｓ１０〜Ｓ１４）
ここでは、この処理ステップを表面位置測定ステップと言う。
【００１８】
渦電流変位計（変位センサとも言う）の測定原理を以下、簡単に説明する。
図６に示すように、高周波発振回路６１０により高周波電流を流し、コイル６２０に高周波磁界６３０を発生させ、検出体（導体）６８０をコイル近くに置いた場合、発振状態が変化するが、渦電流変位計は、この磁界内の検出体（導体）６８０による発振状態の変化を利用たものである。
例えば、発振の振幅の変化と位相の変化を検出することにより、距離とほぼ比例した値が得られる。
そして、デジタル処理で、検出体（導体）６８０の材質に合せ、高精度リニアライズ補正を行ない、距離に比例した出力を得る。
これに限定はされない。
【００１９】
次いで、測定された導体表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう。（Ｓ１５）
ここでは、この処理ステップを静電容量測定ステップと言う。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を、予めもとめておいた静電容量センサ出力−膜厚の関係データから、膜厚に換算し（Ｓ１６）、絶縁体膜の膜厚を求める。（Ｓ１７）
ここでは、この処理ステップ（Ｓ１６）を膜厚換算ステップと言う。
第２の例の場合、静電容量センサ出力−膜厚の関係は、図３（ｂ）のように変化することとなるが、予め、このような関係の、静電容量センサ出力−膜厚の関係データを、試料等の実測により求めておく。
そして、測定により得られた静電容量センサ出力を絶縁体の膜厚に換算する。
【００２０】
次に、本発明の膜厚測定装置の実施の形態の第１の例を、図２に基づいて説明する。
第１の例は、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定するための膜厚測定装置で、図１に示す第１の例の膜厚測定方法（処理ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１７）を実施するための膜厚測定装置である。
そして、絶縁体膜の表面位置を測定可能するためのレーザ変位計３２と、それと導体表面間との静電容量を測定する静電容量センサ３１と、絶縁体膜の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構と、絶縁体膜の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０とを備えており、変位センサ３２により、絶縁体膜（図２（ｃ）の８３に相当）の表面の位置を測定し、位置制御機構により、絶縁体膜８３の表面と静電容量センサ（図２の３１）との距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサ３１が絶縁体膜８３の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサ３１にて、導体と静電容量センサ間の静電容量を測定し、更に、静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０の静電容量センサ出力−膜厚関係データから、測定された静電容量の値から、絶縁体膜８３の膜厚を導出するものである。
【００２１】
尚、絶縁体膜の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構は、ヘッド支持部６０に支持され、図２のＺ方向にセンサヘッド３０を制御して移動させるもので、図２では、はっきりとは図示してはいないが、センサヘッドのＺ方向駆動部と、この動作を管理する制御部１０等からなる。
また、第１の例の膜厚測定装置においては、ヘッド支持部６０は、センサヘッド３０とともに、支持部６１に沿いＸ方向に制御されて移動でき、支持部６１は、ヘッド支持部６０、センサヘッド３０とともに、レール６１ａに沿いＹ方向に制御されて移動できる。
結局、第１の例の膜厚測定装置においては、センサヘッド３０は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動できるものである。
【００２２】
静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０は、静電容量センサ出力−膜厚関係データを蓄積したもので、本例においては、図３（ａ）に示すような特性のデータを用いる。
データ処理部２０は、静電容量センサ３０の出力値を得て、これを静電容量センサ出力−膜厚関係データベース７０の静電容量センサ出力−膜厚関係データから絶縁体膜８３の厚さに換算する処理を行なうものである。
ロボット５０はバッファ４５と架台４１との間での検査対象物８０の受け渡しを行なうものである。
架台４１は、その上に検査対象物８０を載せ、Ｙ方向制御移動ステージ４０のＹ方向移動により、Ｙ方向に制御して移動できるものである。
バッファ４５は、検査対象物８０を、ステージ４０の架台４１上に置く際、あるいは、架台４１から取り出す際の、検査対象物８０の一時置き場となるものである。
ディスプレイ９０は、検査結果や条件を表示するためのものである。
制御部１０は、各部を関連付けて制御するものである。
尚、ここでは図示していないが、本例では、パソコン等の入力装置を配設しており、これにより、予め、測定条件等を決めておく。
尚、第１の例においては、検査対象物８０の端部に導体８２が露出している箇所に導体のコンタクトピンなどを接触させ、導体のグランド４３をとっているが、接地方法はこれに限定されない。
【００２３】
ここで、第１の例の膜厚測定装置の動作の１例を、簡単に、説明しておく。
先ず、ステージ４０を所定の位置にして、バッファ４５からステージ４０の架台４１上に検査対象物８０を、ロボット５０を用いて載置する。
次いで、架台４１を検査時の位置に移動する。
次いで、膜厚測定の位置に、ヘッド支持部６０とともにセンサヘッド３０をＸ、Ｙ移動させる。
次いで、センサヘッドをＺ方向所定の位置にして、レーザ変位計３２により、絶縁体膜８３の表面位置を検出し、静電容量センサ３１の測定面が絶縁体膜８３の表面位置から決められた所定の距離Ｌ０となるＺ方向位置にセンサヘッド位置を調整する。
次いで、静電容量センサ３１にて、導体８２と静電容量センサ３１間（図２（ｃ）の点線矢印間）の静電容量の測定を行なう。
次いで、あらかじめ用意していた、前記絶縁体膜８３の表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値Ｌ０における、静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算して、絶縁体膜８３の膜厚を得る。
同様に、必要な測定点における測定を終えた後、センサヘッド３０をＺ方向所定の位置に戻し、架台４１を所定の位置まで移動し、測定済の検査対象物８０を、ロボット５０を用いて、架台４１からバッファ４５へと移動する。
尚、絶縁体膜８３の測定原理や、静電容量センサ出力−膜厚関係データを用いた静電容量センサの出力の膜厚への換算方法については、先に述べたので、ここでは、説明を省く。
【００２４】
次に、本発明の膜厚測定装置の実施の形態の第２の例を挙げる。
第２の例は、第１の例と同様、導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定するための膜厚測定装置で、図１に示す第２の例の膜厚測定方法（処理ステップＳ１０、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）を実施するための膜厚測定装置である。
第２の例は、図２に示す第１の例の膜厚測定装置において、レーザ変位計３２に代え、渦電流変位計を用いたもので、且つ、図３（ｂ）に示す特性の静電容量センサ出力−膜厚関係データを蓄積したデータベース用いるもので、他の各部については、第１の例と同じである。
第２の例の場合は、レーザ変位計３２の絶縁体膜８３の表面位置測定に代え、導体８２の表面位置測定を行い、静電容量センサ３１と導体８２の表面間の距離を、所定の距離にして、静電容量センサ３１と導体８２の表面間の静電容量を測定する。
そして、静電容量センサ３１と導体８２の表面間の静電容量の測定出力を基に、図３（ｂ）に示す特性の静電容量センサ出力−膜厚関係データから出力を膜厚へ換算する。
上記膜厚測定動作以外は、基本的に第１の例と同様で、ここでは、説明を省く。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、非破壊、非接触かつ高精度に、導体上に塗布された絶縁体膜の膜厚を測定できる膜厚測定方法の提供を可能とした。
同時に、そのような膜厚測定方法を実施できる膜厚測定装置の提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜厚測定方法の実施の形態の第１の例、第２の例のフローを示した処理フロー図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の膜厚測定装置の実施の形態の１例の概略図で、図２（ｂ）はセンサヘッドの先端の拡大断面図で、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ０部を拡大して示した図である。
【図３】図３（ａ）は第１の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図で、図３（ｂ）は第２の例の膜厚測定方法の場合の静電容量センサ出力と膜厚の関係データを示した図である。
【図４】各種膜厚測定方法を示した図である。
【図５】レーザを用いた変位計を説明するための図である。
【図６】渦電流変位計を説明するための図である。
【図７】静電容量センサの原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 制御部
２０ データ処理部
３０ センサヘッド
３１ 静電容量センサ
３２ レーザ変位センサ
４０ ステージ
４１ 架台
４３ グランド
４５ バッファ
５０ ロボット
６０ ヘッド支持部
６１ 支持部
６１ａ レール
７０ 静電容量センサ出力−膜厚関係データベース
８０ 検査対象物
８１ 基材（ガラス基板）
８２ 導体
８３ 絶縁体膜
９０ ディスプレイ
４１０ センサヘッド
４１１ 変位センサ
４１２ 変位センサ
４１３〜４１５ 静電容量センサ
４２０、４２０Ａ 検査対象物
４２１ 導体
４２２ 絶縁体膜
４２３ 絶縁体基材
５００ 変位計
５１０ 半導体レーザ駆動回路
５２０ 半導体レーザ（発光素子）
５３０ 透光レンズ
５４０ レーザ光
５４５ 反射光
５５０ 受光レンズ
５６０ 光位置検出素子（光センサー部）
５７０、５７５ 信号増幅回路
５８０ 試料
Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２ 試料面
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２ 光位置検出素子（光センサー部）の光到達位置
６１０ 高周波発振回路
６２０ コイル
６３０ 高周波磁界
６４０ 渦電流
６８０ 検出体（導体）
７１０ 静電容量センサ
７２０ 導体
Ｇ０ ギャップ
ＳＯ１１、ＳＯ２１ 静電容量センサの出力における空気層の寄与分
ＳＯ１２、ＳＯ２２ 静電容量センサの出力における絶縁膜の寄与分
Claims (2)
- 導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定方法であって、順に、（ａ）絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計を使用して、変位計により絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定する表面位置測定ステップと、（ｂ）測定された表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量の測定を行なう静電容量測定ステップと、（ｃ）あらかじめ用意していた、前記測定した表面と静電容量センサとの距離が所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データにより、静電容量センサの出力を膜厚に換算する膜厚換算ステップとを行なうことを特徴とする膜厚測定方法。
- 導体上に配設された絶縁体膜の膜厚を、非破壊、非接触で測定する膜厚測定装置であって、絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置を測定可能な変位計と、それと導体表面間の静電容量を測定する静電容量センサと、絶縁体膜の表面位置もしくは導体の表面位置からの静電容量センサ位置を制御する位置制御機構と、絶縁体膜の表面もしくは導体の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値における静電容量センサの出力と膜厚との関係を表す、静電容量センサ出力−膜厚関係データベースとを備え、 変位計により、絶縁体膜の表面の位置もしくは導体の表面の位置を測定し、位置制御機構により、絶縁体膜の表面もしくは導体の表面と静電容量センサとの距離が、所定の一定値になり、且つ、静電容量センサが絶縁体膜の表面よりはなれるように調整して、静電容量センサにて、導体と静電容量センサ間の静電容量を測定し、更に、静電容量センサ出力−膜厚関係データベースを用い、測定された静電容量の値から、絶縁体膜の膜厚を導出するものであることを特徴とする膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002170656A JP2004012435A (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 膜厚測定方法および膜厚測定装置 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2004012435A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007302929A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆層の厚み計量機構およびそれを用いた被覆層形成装置 |
-
2002
- 2002-06-11 JP JP2002170656A patent/JP2004012435A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007302929A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆層の厚み計量機構およびそれを用いた被覆層形成装置 |
| US7946247B2 (en) | 2006-05-10 | 2011-05-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Coating layer thickness measurement mechanism and coating layer forming apparatus using the same |
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