JP2004151032A

JP2004151032A - 膜厚測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2004151032A
Application number: JP2002318812A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hata; 秦　　直己; Kenta Hayashi; 林　　謙太; Masahiko Soeda; 添田　　正彦
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】光拡散透過膜から受光部までの距離が変化する場合でも、該光拡散透過膜の膜厚を高精度で測定できるようにする。
【解決手段】投光部１０から光拡散透過膜Ｍに光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている膜厚測定用受光部１２により測定し、測定された透過光量を膜厚に変換して該光拡散透過膜Ｍの膜厚を測定する際、前記受光部１２により透過光量を測定する際に、前記投光手部１０に配置した変位測定用受光部３２により前記光拡散透過膜Ｍからの反射光量を測定すると共に、前記光拡散透過膜Ｍから前記膜厚測定用受光部１２までの受光距離を、測定された反射光量に基づいて演算により測定し、測定された受光距離に基づいて、変換される前記膜厚を補正する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、膜厚測定方法及び装置、特に透明基体上に塗布された光を拡散すると共に透過する性質を有する光拡散透過膜の厚さを、非破壊・非接触で測定する際に適用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】
膜厚の測定方法には、膜や膜が塗布されている基体の材質、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、様々なものが存在する。
【０００３】
近年のコーティング技術の発達と、製品に対する要求品質の高まりに伴い、膜厚測定に要求される精度もますます高くなっており、対象によっては１μｍ以内、時には数ｎｍと非常に高測定精度が要求されるようになっている。又、工場内の製造ラインで、塗布直後のウェット状態の膜を非破壊・非接触で測定し、その膜厚を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から、非破壊・非接触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になってきている。
【０００４】
具体的な測定方法としては、光の干渉や透過を利用するもの、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あるが、特に測定対象が光を透過する膜で且つ基体がガラス等の透明体の場合には、光を利用する方法が適していることが多い。
【０００５】
ところで、例えば透明基体上にコーティングされた透明材料からなる膜中に光を拡散させる粒子が多数存在するために、膜表面に対して垂直に平行光を照射したとしても拡散光として透過する性質を有する膜がある。このような光拡散透過膜が測定対象である場合は、上述したような光の干渉を利用する測定方法は適用不可能である。即ち、この方法は、膜表面の反射光と膜裏面の反射光の干渉を利用するものであるが、このような膜では膜裏面の反射光を事実上検出することが不可能であるため計測不能である。
【０００６】
一方、光の透過を利用する測定方法は、図１０（Ａ）に測定時のイメージを示すように、ガラス等の透明基体Ｓ上にコーティングされている膜Ｍの厚さを、上方に配した投光部１０から照射した光を、照射方向に当る下方に配した受光部１２で検出することにより、照射光量が一定であるとすると、同図（Ｂ）に示すように膜厚が大きくなる（厚くなる）ほど透過光量が小さくなる関係を利用し、実測される透過光量を膜厚に換算することにより膜厚を測定するものである。この方法は、原理的には、前記光拡散粒子が膜Ｍ中に存在するか否かに関係なく、光を透過する膜であれば測定可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光透過を利用する膜厚測定方法は、透明膜の厚さ測定ではほとんど問題にならないが、前記図１０（Ａ）に相当する図１１を用いて説明すると、同図（Ａ）に示すように、膜Ｍから受光部１２までの距離が短い場合には、受光部における単位面積当たりの入射光量（矢印の数で示す）は多いが、同図（Ｂ）に示すように同距離が長い場合には入射光量が少なくなるため、同じ膜厚であっても受光面全体に対する入射光量が異なることから、両者では異なる膜厚として換算されることになる。
【０００８】
従って、塗布ライン等において透明基体に塗布されている光拡散透過膜の膜厚を測定する際、塗布後にその基体が撓んだり、該基体の搬送精度にばらつきがある場合等のように、測定箇所に位置する膜から受光部までの受光距離が測定毎にばらつく環境の下では、膜厚の測定精度が低くなってしまうという問題がある。
【０００９】
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、投光部から光拡散透過膜に光照射した際の透過光量を、照射方向に配された受光部で測定し、該透過光量に基づいて膜厚を測定する際、光拡散透過膜から受光部までの受光距離が変化する場合でも、膜厚を高精度で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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている第１受光手段により測定し、測定された透過光量を膜厚に変換して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、前記第１受光手段により透過光量を測定する際に、前記投光手段側に配置した第２受光手段により前記光拡散透過膜からの反射光量を測定すると共に、前記光拡散透過膜から前記第１受光手段までの受光距離を、測定された反射光量に基づいて演算により測定し、測定された受光距離に基づいて、変換される前記膜厚を補正することにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、又、投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている第１受光手段により測定し、測定された透過光量を膜厚に変換して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、前記第１受光手段により透過光量を測定する際に、前記光拡散透過膜からの反射光量を測定する前記投光手段側に配置した第２受光手段と、前記光拡散透過膜から前記第１受光手段までの受光距離を、測定される該光拡散透過膜からの反射光量に基づいて演算により測定する距離測定手段と、測定された受光距離に基づいて、変換される前記膜厚を補正する補正手段と、を備えたこことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は、本発明に係る一実施形態の膜厚測定装置の全体を示す概略斜視図、図２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。
【００１４】
本実施形態の膜厚測定装置は、検査対象物（ワーク）Ｗを収容するバッファ２０と、該バッファ２０から対象物Ｗを取り出したり収納したりするためのロボット２２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の上方に配された投光部ヘッド（支持体）２６と、該ヘッド２６を矢印で示すＸＹ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、上記ヘッド２６に取り付けられている投光部（投光手段）から光を対象物Ｗに照射したときに測定される透過光量を膜厚に変換する計算処理により膜厚測定等を行うデータ処理部３０とを備えている。
【００１５】
又、前記投光部ヘッド２６の下部には、図中右下に測定部を抽出し、長丸で囲んで拡大して示すように、検査対象物Ｗの上方に配された投光部１０と、対象物Ｗが有する光拡散透過膜Ｍから膜厚測定用受光部（第１受光手段）１２までの受光距離を測定するための変位測定用受光部（第２受光手段）３２が取り付けられている。これら２つの受光部は実質的に同一の光量検出機能を有している。又、投光部１０による照射方向に位置する対象物Ｗの下方には、前記膜厚測定用受光部１２が受光部ヘッド（支持体）３４に取り付けられ、前記投光部ヘッド２６と同期してＸＹ方向に移能可能になっている。
【００１６】
本実施形態における膜厚測定の特徴を、要部を拡大した図３（Ａ）に示す。検査対象物Ｗは、ガラス板からなる透明基体Ｓの上面に光拡散透過膜Ｍが塗布されているものである。この光拡散透過膜Ｍは、樹脂等からなる透明基材に光を拡散する微粒子を混合して形成した絶縁膜で、光の拡散性と透過性とを併せ持っており、その膜厚としては、例えば１０〜５０μｍを挙げることができる。又、樹脂としては、例えばポリエチレンを、拡散粒子としては、例えば酸化チタンを、それぞれ挙げることができる。
【００１７】
本実施形態では、前記検査対象物Ｗを光拡散透過膜Ｍが上方に位置するように配置し、その上方から光源である投光部１０により光を照射し、その際の透過光量を膜厚測定用受光部（受光素子を有するセンサ）１２により測定すると共に、反射光量を変位測定用受光部３２により測定することにより、前記データ処理部３０において、測定された反射光量に基づいて上記光拡散透過膜Ｍから該受光部１２までの受光距離を演算により測定している。
【００１８】
この受光距離の測定について詳述する。実際の測定に先立って、前記投光部１０からの光照射時に、前記光拡散透過膜Ｍの表面からの反射光を前記変位測定用受光部３２により測定し、図３（Ｂ）に示すような反射光量と変位測定用受光部３２から光拡散透過膜Ｍまでの距離との関係を予め作成しておく。そして、実際の測定時に前記変位測定用受光部３２により反射光量を測定し、それを上記関係に適用することにより、該変位測定用受光部３２と光拡散透過膜Ｍまでの距離に変換して測定する。
【００１９】
この両者間の距離が求まれば、元々投光部１０と変位測定用受光部３２とは所定の位置関係で設置可能であることから、投光部１０から光拡散透過膜Ｍまでの距離は決定可能である。又、投光部１０と膜厚測定用受光部１２の間の距離が一定であることから、上記のように投光部１０と光拡散透過膜Ｍの間の距離が測定（決定）されることにより、前記受光距離が測定される。
【００２０】
又、本実施形態では、上記のように変位測定用受光部３２により測定された反射光量から受光距離を求め、該受光距離に基づいて、上記膜厚測定用受光部１２により測定された透過光量（受光量）を、後述する方法で補正した後、膜厚に変換する演算を、前記データ処理部３０において実行し、結果として正確な膜厚を測定することができるようになっている。以上のように、本実施形態では、前記データ処理部３０が、距離測定手段と補正手段の機能を併せ持っている。
【００２１】
次に、本実施形態の作用を、図４に示すフローチャートに従って説明する。
【００２２】
前記図１に示した本実施形態の測定装置において、以下のようにワーク（検査対象物）Ｗに形成されている光拡散透過膜Ｍの膜厚測定を行う。即ち、手前側のバッファ２０からロボット（ローダ）２２が検査対象物Ｗを取り出すと、ステージ２４がローダ側に動き、ロボット２２が検査対象物Ｗを該ステージ２４の所定位置に載置する（ステップ１）。この検査対象物Ｗはステージ２４に載ったまま、検査する位置に移動し（ステップ２）、その後所定の測定点（位置）に投光部１０と膜厚測定用受光部１２を移動して両者の光軸上に該測定点を一致させる（ステップ３）。
【００２３】
次いで、その位置で投光部１０により光を照射し、変位測定用受光部３２によりその際の反射光量を測定し、前述した関係に適用して、光拡散透過膜Ｍと膜厚測定用受光部１２との相対位置（受光距離）を測定すると共に、該受光部１２により光拡散透過膜Ｍを透過した光量（透過光量、受光量）を測定し、測定された前記距離に基づいて透過光量を補正し、補正後の透過光量を膜厚に換算する。但し、ここでは、図５にイメージを示すように、測定された受光距離については、変位測定用受光部３２により測定された反射光量に基づいて予め設定してある基準距離（位置）からの変位Ｚを求め、該変位量を基に実測された透過光量である受光量を補正している（ステップ４）。
【００２４】
図６（Ａ）に、横軸に取った光拡散透過膜Ｍと膜厚測定用受光部１２との間の受光距離について、予め設定してある基準距離からの変化量（変位量）に対する該受光部１２による受光変化量を縦軸に示すように、両者の関係を予め求めておき、上記のように変化量はマイナス方向にＺであった（基準距離よりＺだけ短い）とすると、受光変化量はΔＸである。そこで、実測された透過光量がＸであった場合には、透過光量をＸ−ΔＸに補正し、補正後の値を同図（Ｂ）に示す基準距離における膜厚と透過光量との関係を表わす検量線に適用して膜厚Ｔに換算し、これを同位置における光拡散透過膜Ｍの膜厚とする。
【００２５】
前記ステップ３、４による膜厚測定処理を、予め設定してある所定の測定点の全てについて終了したら（ステップ５）、検査対象物Ｗをバッファ２０へ排出する（ステップ６）。
【００２６】
以上詳述した本実施形態によれば、透明基体上に塗布された光拡散粒子を多量に含む絶縁膜等からなる光拡散透過膜Ｍについて、光の透過を利用して膜厚を測定する際、測定された光拡散透過膜Ｍから膜厚測定用受光部１２までの受光距離に基づいて透過光量を補正するようにしたので、基体の撓みやラインでの搬送精度のばらつき（基体の厚さ方向の位置決め精度のばらつき）に起因して該膜Ｍから上記受光部１２までの距離が変動する場合でも、測定精度の低下を防止することが可能となる。
【００２７】
なお、受光距離を測定する方法としては、投光部１０又は膜厚測定用受光部１２に対する所定位置にレーザ変位計等の変位計を設置し、直接的に光拡散透過膜Ｍまでの距離を測定することも考えられる。ところが、この場合には膜厚測定点と受光距離測定点を一致させようとすると、変位計と投光部１０又は膜厚測定用受光部１２が物理的に干渉するため、同一位置で両者を測定することができない。そのため、ワークにうねりや凹凸があったり、ワークが傾いていたりする場合には、膜厚を距離により補正する際に誤差が生じ易いことから、測定精度が低くなるおそれがある。
【００２８】
又、両測定点を同一にする方法としては、測定部を移動させることも考えられるが、この場合はワークが停止していることが前提となるため、ワークが常に移動状態にあるインラインの測定には適用できない。
【００２９】
これに対して、本実施形態によれば、膜厚測定時に膜厚測定点に投光部１０から照射した光の反射光を前記変位測定用受光部３２により受光し、その光量に基づいて前記受光距離を測定するようにしたので、常に光拡散透過膜Ｍの膜厚測定点と同一位置について膜厚測定用受光部３２からの変位を測定することができるため、インライン等のようにワークを搬送しながら膜厚測定する場合でも、ワークのばたつき等による膜厚測定値の変動を精度よく補正することができることから、前記補正による膜厚測定を高精度に行うことができる。
【００３０】
従って、本実施形態の膜厚測定装置は、基材の撓みが大きく且つラインでの搬送精度がばらつき易い大型ガラス基板からなる基体上に塗布された光拡散透過膜の膜厚測定に特に有効である。
【００３１】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３２】
例えば、前記実施形態では、変位測定用受光部３２により測定される反射光量を前記図３（Ｂ）に示した関係に適用し、図５に示したように基準位置（距離）からの変位Ｚを求め、該変位Ｚにより実測された透過光量を補正し、膜厚Ｔに変換する場合を示したが、これに限定されず、変位の絶対値を知る必要がなければ、図７（Ａ）に示すように、変位測定用受光部３２により測定される受光量（反射光量）の値を直接受光変化量ΔＸに変換できるようにし、同図（Ｂ）に示すように前記図６（Ｂ）の場合と同様に膜厚を測定するようにしてもよい。
【００３３】
又、図８に示すように投光部１０と膜厚測定用受光部１２との位置関係を図３（Ａ）の場合と逆にしてもよい。
【００３４】
又、対象とする光拡散透過膜Ｍが、膜表面で正反射される光の割合が多い場合には、図９（Ａ）・（Ｂ）に表面側と裏面側にそれぞれ適用する場合のイメージを示すように、投光部１０の照射光軸を膜表面に対して傾斜させると共に、変位測定用受光部３２をその受光軸が反射角に一致するように配置するようにしてもよい。この場合の膜厚は、入射角等を考慮して求めることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、投光部から光拡散透過膜に光照射した際の透過光量を、照射方向に配された受光部で測定し、該透過光量に基づいて膜厚を測定する際、光拡散透過膜から受光部までの距離が変化する場合でも膜厚を高精度で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膜厚測定装置を示す概略斜視図と要部拡大図
【図２】上記膜厚測定装置を構成する各部の関係を示すブロック図
【図３】上記膜厚測定装置による測定状態のイメージ及び反射光量と距離の関係を示す説明図
【図４】実施形態の作用を示すフローチャート
【図５】反射光受光部−膜間距離と反射光量の関係を示す線図
【図６】光拡散透過膜−受光部間距離による透過光量の補正方法を説明する線図
【図７】光拡散透過膜−受光部間距離による他の補正方法を説明する線図
【図８】本発明の変形例を示す要部拡大正面図
【図９】本発明の他の変形例を示す要部拡大正面図
【図１０】光の透過を利用した膜厚測定の原理を示す説明図
【図１１】光の透過を利用して光拡散透過膜の膜厚を測定する場合の問題点を示す説明図
【符号の説明】
１０…投光部
１２…（膜厚測定用）受光部
２０…バッファ
２２…ロボット
２４…ステージ
２６…投光部ヘッド
２８…制御部
３０…データ処理部
３２…変位測定用受光部
３４…受光部ヘッド
Ｗ…検査対象物
Ｓ…透明基体
Ｍ…光拡散透過膜

Claims

投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている第１受光手段により測定し、測定された透過光量を膜厚に変換して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記第１受光手段により透過光量を測定する際に、前記投光手段側に配置した第２受光手段により前記光拡散透過膜からの反射光量を測定すると共に、
前記光拡散透過膜から前記第１受光手段までの受光距離を、測定された反射光量に基づいて演算により測定し、
測定された受光距離に基づいて、変換される前記膜厚を補正することを特徴とする膜厚測定方法。
前記受光距離を、測定された前記反射光量と予め作成されている前記光拡散透過膜までの距離との関係から求めることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
前記膜厚の補正を、測定された受光距離により測定された透過光量を補正し、補正後の透過光量を膜厚に変換することにより行なうことを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
前記測定された受光距離による透過光量の補正を、予め求めてある受光距離の基準距離からの変化量と、前記第１受光手段の受光変化量との関係に基づいて行うことを特徴とする請求項３に記載の膜厚測定方法。
投光手段から光拡散透過膜に光を照射した際の透過光量を、照射方向に配されている第１受光手段により測定し、測定された透過光量を膜厚に変換して該光拡散透過膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
前記第１受光手段により透過光量を測定する際に、前記光拡散透過膜からの反射光量を測定する前記投光手段側に配置した第２受光手段と、
前記光拡散透過膜から前記第１受光手段までの受光距離を、測定される該光拡散透過膜からの反射光量に基づいて演算により測定する距離測定手段と、
測定された受光距離に基づいて、変換される前記膜厚を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
前記受光距離を、測定された前記反射光量と予め作成されている前記光拡散透過膜までの距離との関係から求めることを特徴とする請求項５に記載の膜厚測定装置。
前記膜厚の補正を、測定された受光距離により測定された透過光量を補正し、補正後の透過光量を膜厚に変換することにより行なうことを特徴とする請求項５に記載の膜厚測定装置。
前記測定された受光距離による透過光量の補正を、予め求めてある受光距離の基準距離からの変化量と、前記第１受光手段の受光変化量との関係に基づいて行うことを特徴とする請求項７に記載の膜厚測定装置。
前記第２受光手段が、前記投光手段を支持する支持体に一体的に取付けられていることを特徴とする請求項５に記載の膜厚測定装置。
第２受光手段が、前記投光手段に対して、前記光拡散透過膜からの正反射光を受光可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の膜厚測定装置。