JP4464543B2

JP4464543B2 - 膜厚測定方法および膜厚測定装置

Info

Publication number: JP4464543B2
Application number: JP2000241563A
Authority: JP
Inventors: 直樹松浦; 繁生鎌田; 清司伊関; 浩藤田
Original assignee: Rigaku Corp; Toyobo Co Ltd
Current assignee: Rigaku Corp; Toyobo Co Ltd
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002054916A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層体からなる帯状試料を長手方向に走行させながら、そのうちの１層の厚さを連続的に求める膜厚測定方法および膜厚測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、長手方向に走行する帯状の高分子フィルム表面に蒸着を施して薄膜を形成させて積層フィルムを製造することが行われており、該薄膜の厚さを制御すべく、その測定を製造と同時に行う技術がいくつか提案されている（例えば、特開平１−２０８４６５号公報）。かかる技術は、電子線やＸ線を蒸着後のフィルムに照射して特性Ｘ線を発生させ、その強度から表面に形成された薄膜の厚さを連続的に求め、この結果を元に該薄膜の厚さを制御しようとするものである。
【０００３】
上記の如き手法では、正確な膜厚を測定するためには、あらかじめ蒸着前のフィルムの特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）強度を測定しておき、蒸着後のフィルムの特性Ｘ線強度からこれを差し引く必要があり、特に、該フィルム中に、蒸着される物質の成分元素と同一の元素が含まれている場合は、この操作が極めて重要となる。
【０００４】
ところで、上記蒸着に際し、フィルムはロール状に巻かれた状態で供給されるが、厳密にいえばフィルムはロール巻き毎に異なり、さらにいえば１本のロール巻であっても大抵は異なる複数のフィルムをつないで巻いたものである。従って、フィルム中の上記元素の存在量は、ロールが変われば勿論、１本のロールにおいても、継ぎ目がくる度に不連続に変化する。ところが、従来提案されている上記のような膜厚測定方法のほとんどは、正確な薄膜の厚さを求めるため、フィルムが変わるたびに、蒸着前のフィルムのみから発生する特性Ｘ線の強度を測定しておかなければならず、その間、蒸着すなわち薄膜形成が中断されるといった無駄が生じていた。
【０００５】
上記の問題を解決し得る技術として、特開平４−３５４８７２号公報には、薄膜形成後のフィルムの特性Ｘ線強度のみならず、薄膜形成前のフィルムの特性Ｘ線強度も測定し、両強度から薄膜の厚さを連続的に求める方法が提案されている。しかし、かかる方法によって薄膜形成前後の特性Ｘ線強度を測定するには、Ｘ線照射装置と、発生した特性Ｘ線を検出する検出装置が夫々複数必要となるため、装置が大掛かりなものとなり、コストも増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、積層体を長手方向に複数接続した帯状試料が、長手方向に走行する際に、該帯状試料の１層の厚さを、接続部の前後で連続的且つ正確に求め得る、簡便な膜厚測定方法および膜厚測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の膜厚測定方法とは、少なくともａ層とｂ層を有する積層体からなる帯状試料を、長手方向に走行させながら、該帯状試料にＸ線を照射し、発生する蛍光Ｘ線強度を測定することによりａ層の厚さを連続的に求める膜厚測定方法において、
予め求めておいたｂ層の、ａ層の成分元素と同一の元素に由来する蛍光Ｘ線強度と前記帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度との差からａ層の厚さを求めるに際し、ｂ層の前記元素の存在量に不連続な変化が生ずる場合に、その変化前後での帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度の差、および変化前のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を用いて、前記変化後のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求め、これにより変化後のａ層の厚さを求めるところに要旨を有するものである。
【０００８】
上記膜厚測定方法は、上記帯状試料が２層であり、上記ｂ層が長手方向に接続された複数のフィルム、上記ａ層が該フィルムに形成された蒸着膜であり、上記ｂ層における成分元素の存在量の不連続な変化が接続部を挟んで発生するものである場合にも好ましく用いられるものである。
【０００９】
なお、上記膜厚測定方法において、上記変化後のｂ層の上記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求めるにあたり、上記ｂ層から発生する蛍光Ｘ線の、該ｂ層以外の層による吸収量をも加味することが好ましい。
【００１０】
また、上記目的を達成し得た本発明の膜厚測定装置とは、少なくともａ層とｂ層を有する積層体からなり、長手方向に走行する帯状試料にＸ線を照射するＸ線源と、該試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を検出する検出手段と、該検出結果からａ層の厚さを連続的に求める演算手段とを備えた膜厚測定装置において、
前記演算手段が更に以下の機能、すなわち、予め求めておいたｂ層の、ａ層の成分元素と同一の元素に由来する蛍光Ｘ線の強度と前記帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線の強度との差からａ層の厚さを求めるに際し、ｂ層の前記元素の存在量に不連続な変化が生ずる場合に、その変化前後での帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度の差、および変化前のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を用いて、前記変化後のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求め、これにより変化後のａ層の厚さを算出する機能を有するものであるところに要旨を有するものである。
【００１１】
上記膜厚測定装置は、上記帯状試料が２層であり、上記ｂ層が長手方向に接続された複数のフィルム、上記ａ層が該フィルムに形成された蒸着膜であり、上記ｂ層における成分元素の存在量の不連続な変化が接続部を挟んで発生するものである場合にも好ましく用いられるものである。
【００１２】
なお、上記膜厚測定装置において、上記変化後のｂ層の上記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求めるにあたり、上記演算手段が、上記ｂ層から発生した蛍光Ｘ線の、該ｂ層以外の層による吸収量をも加味するものである場合も好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態および実施例】
以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の実施形態はいずれも本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１４】
図１は本発明の膜厚測定方法に用いる装置を概略的に示したものである。この装置は、少なくとも層１ａと層１ｂを有する積層体（図示例では、２層構造の積層体を示している）からなる帯状試料１が長手方向Ｌに走行する際に、Ｘ線管などのＸ線源２からＸ線３を照射し、発生する蛍光Ｘ線の強度をＸ線検出器などの検出手段５で測定して層１ａの厚さを演算手段６で連続的に求める膜厚測定装置である。
【００１５】
演算手段６は、予め測定しておいた層１ｂの、層１ａの成分元素と同一の元素に由来する蛍光Ｘ線４Ａｂの強度と、帯状試料１（１Ａ＋１Ｂ）の前記元素に由来する蛍光Ｘ線４Ａとの差を用いて、層１ａの厚さを求め得るものである。そして、さらに演算手段６は、層１ｂの前記元素の存在量に不連続な変化が生ずる場合には、その変化前後での帯状試料１の前記元素に由来する蛍光Ｘ線４Ａ，４Ｂの差と、変化前の層１ｂの蛍光Ｘ線４Ａｂの強度を用いて、変化後の層１ｂの前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度４Ｂｂを求め、これにより変化後の層１ａの厚さを求め得るものである（以下、符号Ａは上記元素の存在量の不連続な変化が生ずる場合の変化前の状態を、符号Ｂは変化後の状態を夫々示す）。
【００１６】
以下、より具体的な態様で本発明を説明する。
【００１７】
上記帯状試料１は２層１ａ，１ｂからなり、上記層１ｂは、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の厚さ１２μｍ程度のフィルムであり、上記厚さを求める層１ａは、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃の如きフィルム１ｂ上に形成された厚さ２００Å程度の蒸着膜である。そして、層１ａの成分元素と同一の元素であって、層１ｂが含む元素とは、フィルム１ｂ中に含まれるＳｉ，Ａｌなどのことである。
【００１８】
また、フィルム１ｂは複数のフィルムを長手方向に、継ぎ目７を介して接続したものであり、フィルム１ｂにおける成分元素Ｓｉ，Ａｌの存在量の不連続な変化は、該継ぎ目７を挟んで発生するものである。フィルム１ｂは図示しない左方側の送り出しロールから供給され、走行しながらその表面に蒸着膜１ａが形成されて製品となる。かかる製品である帯状試料１は、品質管理のために図１における長手方向Ｌに走行させながら蒸着膜１ａの厚さを求め、図示しない右方において巻き取られる。なお、上記フィルム１ｂの継ぎ目７には、供給側の１本のロール内に存在する継ぎ目の場合と、供給側のロールが切換わった際のフィルム１ｂの継ぎ目の場合とがある。
【００１９】
この装置の演算手段６は、上記変化後のフィルム１Ｂｂの上記元素に由来する蛍光Ｘ線４Ｂｂの強度を算出するにあたり、フィルム１Ｂｂから発生する蛍光Ｘ線の蒸着膜による吸収量をも加味するものである。
【００２０】
本実施形態においては、かかる装置を用いて、演算手段６により、以下の手順で蒸着膜１ａの厚さを求める。まず、蒸着膜１ａ形成前のフィルム１Ａｂのみから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｉ_Abiを、成分元素Ｓｉ，Ａｌ毎に、すなわちＳｉ−Ｋα線，Ａｌ−Ｋα線の強度を測定して記憶しておく。なお、Ｉ_Abiの添字ｉは成分元素ｉについての数値であることを意味する。かかる強度を測定、記憶しておくのは、フィルム１Ａｂ上に蒸着膜１Ａａを形成して帯状試料１Ａとした後は、帯状試料１Ａから発生する蛍光Ｘ線４Ａの強度しか測定できず、蒸着膜１Ａａから発生する蛍光Ｘ線４Ａａの強度と、フィルム１Ａｂから発生する蛍光Ｘ線４Ａｂの強度は夫々単独で測定できないからである。なお、図１においては理解を容易にするために、蛍光Ｘ線４Ａａ，４Ａｂを分けて図示している。
【００２１】
次に、蒸着膜１Ａａ形成後の帯状試料１Ａから発生する蛍光Ｘ線４Ａの強度Ｉ_Aiを測定する。
【００２２】
ここで、蒸着膜１Ａａ形成後のフィルム１Ａｂから発生する蛍光Ｘ線４Ａｂは、厚さＴ_Aaiの該蒸着膜１Ａａに一部吸収される。この場合、蒸着膜１Ａａを透過した蛍光Ｘ線４Ａｂの強度^SＩ_Abi（添字Ｓは蒸着膜による吸収量を加味したことを意味する）と、蒸着膜１Ａａ形成前のフィルム１Ａｂから発生する蛍光Ｘ線４Ａｂの強度Ｉ_Abiとは下式（１）の関係がある。ここで、α_iは成分元素ｉの吸収係数である。
^SＩ_Abi ＝ｅｘｐ（−α_iＴ_Aai） × Ｉ_Abi ・・・（１）
【００２３】
蒸着膜１Ａａのみから発生する蛍光Ｘ線４Ａａの強度Ｉ_Aaiは、下式（２）に示すように、帯状試料１Ａ全体から発生する蛍光Ｘ線４Ａの強度Ｉ_Aiから、上記蒸着膜１Ａａを透過した蛍光Ｘ線４Ａｂの強度^SＩ_Abiを引くことによって得られる。
Ｉ_Aai ＝Ｉ_Ai − ^SＩ_Abi
＝Ｉ_Ai − ｅｘｐ（−α_iＴ_Aai） × Ｉ_Abi ・・・（２）
【００２４】
なお、蒸着膜１Ａａが非常に薄い場合は、α_iＴ_Aai＝０として、蒸着膜１Ａａによる上記蛍光Ｘ線の吸収量を無視することもできる。そして、予め成分元素Ｓｉ，Ａｌ毎の、蒸着膜１Ａａから発生する蛍光Ｘ線強度Ｉ_Aaiと蒸着膜１Ａａの厚さＴ_Aaiとの関係を示す検量線を作成、記憶しておき、これに上式（２）により算出した蛍光Ｘ線強度Ｉ_Aaiを代入することにより、成分ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃毎の蒸着膜１Ａａの厚さＴ_Aaiを求める。これらの厚さＴ_Aaiの総計が蒸着膜１Ａａ全体の厚さＴ_Aaとなる。以上のような測定および演算を、走行する帯状試料１Ａに対して連続的に行う。
【００２５】
本実施形態において、フィルム１ｂの継ぎ目７、すなわち、フィルム１Ａｂとフィルム１Ｂｂの接続部が、本装置の検出手段５の検出位置にくるタイミング（時期）は、外部から演算装置６に伝達される。これ以後の帯状試料１Ｂにおいて、Ｓｉ，Ａｌの存在量が上記継ぎ目７を挟んでフィルム１Ａｂから１Ｂｂにわたって不連続に変化する場合、該帯状試料１Ｂから発生する蛍光Ｘ線４Ｂの強度Ｉ_Bi、蒸着膜１Ｂａから発生する蛍光Ｘ線４Ｂａの強度Ｉ_Bai、フィルム１Ｂｂから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｉ_Bbiおよびフィルム１Ｂｂから発生する蛍光Ｘ線のうち、蒸着膜１Ｂａに一部吸収された後の透過蛍光Ｘ線４Ｂｂの強度^SＩ_Bbiにも、上式（１），（２）と同様、下式（３），（４）の関係が成立する。なお、Ｔ_Baiは、蒸着膜１Ｂａの厚さである。
^SＩ_Bbi ＝ｅｘｐ（−α_iＴ_Bai） × Ｉ_Bbi ・・・（３）
Ｉ_Bai ＝Ｉ_Bi − ^SＩ_Bbi
＝Ｉ_Bi − ｅｘｐ（−α_iＴ_Bai） × Ｉ_Bbi ・・・（４）
【００２６】
なお、本実施形態においては、上式（４）に示すように、フィルム１Ｂｂから発生する蛍光Ｘ線の強度として、蒸着膜１Ｂａに一部吸収された後の強度^SＩ_Bbiを採用する。
【００２７】
ここで、上記継ぎ目７を挟んで、上記元素の存在量に不連続な変化が生じた場合であっても、蒸着膜１Ａａと１Ｂａの厚さは、継ぎ目７の直前と直後ではほとんど変化しないと考えられる。この場合、Ｔ_Aai＝Ｔ_Baiであるので、下式（５），（６）が成立する。
^SＩ_Bbi ＝ｅｘｐ（−α_iＴ_Aai） × Ｉ_Bbi ・・・（５）
Ｉ_Bai ＝Ｉ_Bi − ^SＩ_Bbi
＝Ｉ_Bi − ｅｘｐ（−α_iＴ_Aai） × Ｉ_Bbi ・・・（６）
【００２８】
また、上記元素の存在量の不連続な変化の前後での帯状試料１から発生した蛍光Ｘ線強度の差、すなわち、該変化後に帯状試料１Ｂから発生した蛍光Ｘ線４Ｂの強度Ｉ_Biと、該変化前に帯状試料１Ａから発生した蛍光Ｘ線４Ａの強度Ｉ_Aiとの差は、下式（７）で表される。
Ｉ_Bi − Ｉ_Ai ＝Ｉ_Bai ＋ ^SＩ_Bbi − （Ｉ_Aai ＋ ^SＩ_Abi）・・・（７）
【００２９】
ここで、上記継ぎ目７を挟んで、上記元素の存在量に不連続な変化が生じた場合であっても、蒸着膜１Ａａと１Ｂａから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｉ_aiは、継ぎ目７の直前と直後ではほとんど変化しないと考えられ、この場合、Ｉ_Bai ＝Ｉ_Aai であるので、下式（８）が成立する。
Ｉ_Bi − Ｉ_Ai ＝ ^SＩ_Bbi − ^SＩ_Abi ・・・（８）
【００３０】
かかる上式（８）と、上式（５）および（１）から、下式（９）が導かれる。
Ｉ_Bbi ＝Ｉ_Abi＋（Ｉ_Bi − Ｉ_Ai）／ｅｘｐ（−α_iＴ_Aai）・・・（９）
【００３１】
上式（９）の右辺の各数値は全て既知であるので、左辺の蛍光Ｘ線強度Ｉ_Bbiを計算し得る。
【００３２】
上記の蛍光Ｘ線強度Ｉ_Bbiを、上記元素の存在量の不連続な変化後のフィルム１Ｂｂから発生する蛍光Ｘ線４Ｂｂの強度として用いることで、上式（５）によって、フィルム１Ｂｂから発生した蛍光Ｘ線４Ｂｂのうち、蒸着膜１Ｂａによって一部吸収されたものを除いた強度^SＩ_Bbiを計算し得る。
【００３３】
フィルム１ｂにおいて、継ぎ目７を挟んで上記元素の存在量に不連続な変化が発生しても、上述の通り、継ぎ目７の付近では蒸着材料の蒸着量、すなわち蒸着膜１ａの厚さはほとんど変化せず、このため蒸着膜１ａから発生する蛍光Ｘ線の強度もほとんど変化しないと考えられる。しかし、継ぎ目７から遠ざかり、蒸着が長時間にわたることで、蒸着材料の蒸着量、すなわち蒸着膜１Ｂａの厚さは、継ぎ目７付近での上記変化前の蒸着膜１Ａａの厚さから変化する場合もあり得る。
【００３４】
従って、このような場合、上記変化後の帯状試料１Ｂから発生する蛍光Ｘ線Ｉ_Bi強度を測定し、上式（５）により求めた上記蛍光Ｘ線の強度^SＩ_Bbiを用いて、上式（６）により上記変化後の蒸着膜１Ｂａから発生する蛍光Ｘ線の強度Ｉ_Baiを計算し得る。そして、これらの強度を蛍光Ｘ線の成分元素毎の強度と蒸着膜の厚さとの関係を表す前記検量線に当てはめ、成分ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃毎の蒸着膜１Ｂａの厚さＴ_Baiを求める。これら成分毎の厚さの総計が蒸着膜１Ｂａ全体の厚さＴ_Baとなる。そして、上記変化後の帯状試料１Ｂから発生する蛍光Ｘ線Ｉ_Bi強度測定と、その後の演算を、走行する帯状試料1Ｂに対して連続的に行うことで、蒸着膜１Ｂａの厚さを正確に測定することができる。
【００３５】
再度、フィルム１ｂの継ぎ目７がきて、フィルム１Ｂｂが次に接続されたフィルム１Ｃｂ（図示しない）に変わり、該継ぎ目７を挟んでフィルム１Ｂｂから1Ｃｂにわたって上記成分元素Ｓｉ，Ａｌの存在量が不連続に変化する場合にも、上記と同様に、かかる変化直前・直後に測定した帯状試料１から発生する蛍光Ｘ線４Ｂ，４Ｃの強度Ｉ_Bi，Ｉ_Ciを用いて、変化直後のフィルム１Ｃｂから発生した蛍光Ｘ線４Ｃｂのうち、蒸着膜１Ｃａによって一部吸収されたものを除いた強度^SＩ_Cbiを計算し、蒸着膜１Ｃａの厚さＴ_Cai，Ｔ_Caを求め得る。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、本発明の膜厚測定方法および膜厚測定装置によれば、積層体を長手方向に複数接続した帯状試料が、長手方向に走行する際に、該帯状試料の１層の厚さを、接続部の前後にわたって連続的且つ正確に求め得る。また、本発明の膜厚測定装置は単一のＸ線源とＸ線検出手段とを備えるのみで上記の効果を得ることができる点で、従来よりも簡便な装置となる。特に、本発明の膜厚測定方法および膜厚測定装置を、帯状フィルムの表面に蒸着膜を形成させる蒸着装置に用いれば、薄膜形成を中断することなく、迅速且つ正確に蒸着膜の厚さを測定し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である膜厚測定方法に用いる装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１帯状試料
１ａ層（蒸着膜）
１ｂ層（フィルム）
２Ｘ線源
３Ｘ線
４蛍光Ｘ線
５検出手段
６演算手段

Claims

少なくともａ層とｂ層を有する積層体からなる帯状試料を長手方向に走行させながら、該帯状試料にＸ線を照射し、発生する蛍光Ｘ線の強度を測定することによりａ層の厚さを連続的に求める膜厚測定方法において、
予め求めておいたｂ層の、ａ層の成分元素と同一の元素に由来する蛍光Ｘ線の強度と前記帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線の強度との差からａ層の厚さを求めるに際し、ｂ層の前記元素の存在量に不連続な変化が生ずる場合に、その変化前後における帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度の差、および変化前のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を用いて、前記変化後のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求め、これにより変化後のａ層の厚さを求めることを特徴とする膜厚測定方法。
前記帯状試料が２層であり、前記ｂ層が長手方向に接続された複数のフィルム、前記ａ層が該フィルムに形成された蒸着膜であり、前記ｂ層における成分元素の存在量の不連続な変化が接続部を挟んで発生するものである請求項１に記載の膜厚測定方法。
前記変化後のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求めるにあたり、前記ｂ層から発生する蛍光Ｘ線の該ｂ層以外の層による吸収量をも加味する請求項１または２に記載の膜厚測定方法。
少なくともａ層とｂ層を有する積層体からなり、長手方向に走行する帯状試料にＸ線を照射するＸ線源と、該試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を検出する検出手段と、該検出結果からａ層の厚さを連続的に求める演算手段とを備えた膜厚測定装置において、
前記演算手段が更に以下の機能を備えたものであることを特徴とする膜厚測定装置。
予め求めておいたｂ層の、ａ層の成分元素と同一の元素に由来する蛍光Ｘ線の強度と前記帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線の強度との差からａ層の厚さを求めるに際し、ｂ層の前記元素の存在量に不連続な変化が生ずる場合に、その変化前後での帯状試料の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度の差、および変化前のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を用いて、前記変化後のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求め、これにより変化後のａ層の厚さを算出する機能。
前記帯状試料が２層であり、前記ｂ層が長手方向に接続された複数のフィルム、前記ａ層が該フィルムに形成された蒸着膜であり、前記ｂ層における成分元素の存在量の不連続な変化が接続部を挟んで発生するものである請求項４に記載の膜厚測定装置。
前記変化後のｂ層の前記元素に由来する蛍光Ｘ線強度を求めるにあたり、前記演算手段が、前記ｂ層から発生した蛍光Ｘ線の該ｂ層以外の層による吸収量をも加味するものである請求項４または５に記載の膜厚測定装置。