JPH02296104A

JPH02296104A - 膜厚測定装置

Info

Publication number: JPH02296104A
Application number: JP11596989A
Authority: JP
Inventors: Masao Saito; 雅雄斎藤; Katsumi Ohira; 克己大平; Yusuke Tsukahara; 祐輔塚原; Noritaka Nakaso; 教尊中曽
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1990-12-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、基盤上に形成された薄膜、例えば、メツキ
、コーティング、塗装等により形成された薄膜の膜厚を
超音波により測定する膜厚測定装置に関する。

（従来の技術）超音波顕微鏡を用いて膜厚を測定する１つの方法として
、特開昭６１−２０８０３号公報に開示された方法が知
られている。この方法は、基盤上の膜に対して、基盤、
膜、超音波伝達媒体から成る組合せ体特有の入射角θに
て超音波を照射した場合、超音波の周波数と膜厚との積
が上記組合せ体特有の値Ｃとなった時に超音波の反射率
が極めて小さくなるという現象を利用している。この方
法によれば、広帯域の平面波超音波パルスを被検体に斜
めに入射し、その反射波スペクトルを求め、この反射波
スペクトルの反射強度極小部の周波数ｆを求める。そし
て、周波数ｆと、上記値Ｃから、膜厚ｄ−Ｃ／ｆを算出
している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記特開昭６１−２０８０３号公報に開
示された方法において、上記反射波スペクトルから反射
強度極小部の周波数を自動的に求めることは非常に困難
であり、膜厚測定を敏速に行なうことが困難となってい
た。

そこで、この発明は、上記の点に鑑み成されたもので、
その目的は、反射強度極小部の周波数を容易に求めるこ
とができ、膜厚測定の自動化および敏速化が可能な膜厚
ｎ１定装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するため、この発明の測定装置は、超音波伝達媒体を
通して上記被検体の膜表面に所定の入射角にて超音波を
照射する超音波照射手段と、上記膜表面で反射した超音
波を受信する受信手段と、上記受信手段によって受信さ
れた超音波から被検体の反射波スペクトルを形成するス
ペクトル形成手段と、反射波スペクトルに反射強を極小
部が生じない基準基盤の反射波スペクトルを上記スペク
トル形成手段によって形成された反射波スペクトルから
減算し相対スペクトルを形成する減算手段と、上記相対
スペクトル上の反射強度極小部の周波数を検出する検出
手段と、上記検出された周波数から上記被検体の膜厚を
算出する算出手段と、を備えている。

上記構成の測定装置によれば、被検体から得られた反射
波スペクトルから基準基盤、例えば、厚い銅板の反射波
スペクトルを減算している。被検体の反射波スペクトル
を５Ｔ（ｆ）、基準基盤の反射波スペクトル、つまり、
基準スペクトルをＳＲ（ｆ）とすると、減算により得ら
れる新しいスペクトルは、ＳＮ　　（ｆ）−８Ｔ　　（
ｆ）　　　５Ｒ（ｆ）となる。この新しいスペクトラム
つまり、相対スペクトルＳＮ　　（ｆ）は、被検体の反
射波スペクトラムエ　（ｆ）と異なり、反射強度極小部
を強、凋した状態で示す。そのため、反射強度極小部の
周波数を容易に、つまり、自動的に検出することが可能
となる。

（実施例）以下、図面を参照しながらこの発明の実施例について詳
細に説明する。

第１図に示すように、この発明の一実施例に係る膜厚測
定装置は、超音波伝達媒体としての水１０を収容した水
槽１２を備え、この水槽の底には、測定装置によって／
１ｌｌｊ定される被検体１４および基準基盤１６が配設
されている。被検体１４は、例えば、４２合金から成る
基盤１８と、基盤上に形成された金の薄膜２０とを有し
ている。また、基準基盤１６は、後述する反射強度極小
部を示さない２！準スペクトルを得るために使用され、
例えば、厚い銅板で形成されている。

膜厚／ＪＦＪ定装置は、水１０に接触した状態で被検体
１４の上方に位置した第１および第２のトランスデユー
サ２２．２４を備えている。これらのトランスデユーサ
２２．２４は、姿勢制御装置２６により、被検体１４に
対する角度を調整可能に、かつ、水面に沿って移動可能
に支持されている。

第１のトランスデユーサ２２には、パルス発信機２８、
クロック発生機３０が順に接続されている。そして、パ
ルス発信機２８は、クロック発生機３０により発生され
たクロックに応じて高周波パルスを発信し第１のトラン
スデユーサ２２に印加する。それにより、第１のトラン
スデユーサ２２は広帯域の毛面波超音波を発信し、この
平面波超音波は水１０を介して被検体１４の薄膜２０に
入射角θにて照射される。このように、第１のトランス
デユーサ２２、パルス発信機２８およびクロック発生機
３０は、この発明における超音波照射手段を構成してい
る。

受信手段としての第２のトランスデユーサ２４には、増
幅器３２、ゲート３４、スペクトラムアナライザー３６
、コントローラ３８が順に接続されている。また、ゲー
ト３４は遅延回路４０を介してクロック発生機３０に接
続されている。そして、第２のトランスデユーサ２４は
、第１のトランスデユーサ２２から発信され被検体１４
の薄膜２０で反射した超音波を受信し、この反射超音波
を電気信号に変換する。そして、この電気信号は、増幅
器３２によって増幅される。一方、遅延回路４０は、ク
ロック発生器３０から発生されたクロックを所定時間だ
け発生タイミングを遅らせてゲート３４に送り、この遅
延された発生タイミングに応じて所定の時間幅だけゲー
トを開放する。それにより、ゲート３４゛は、増幅器３
２によって増幅された電気信号から所望の反射波の波形
だけを取り出してスペクトラムアナライザ３６へ送る。

そして、スペクトラムアナライザ３６は入力された波形
のスペクトルを形成する。なお、後述するように、スペ
クトラムアナライザ３６には、予め、基準基盤１６から
得られた基準スペクトルが入力されている。そして、コ
ントローラ３８は、被検体１４の反射波スペクトルから
基準スペクトルを差し引く命令をスペクトラムアナライ
ザー３６に出力するとともに、スペクトラムアナライザ
ーの最小値検索機能を機能させて、上記減算によって得
られた新しい反射波スペクトル上の反射強度極小部の周
波数を検出させる。コントローラ３８は、検出された周
波数から薄膜２ｏの膜厚ｄを算出し、デイスプレー４２
に表示する。

このように、スペクトラムアナライザー３６は、この発
明におけるスペクトル形成手段、減算手段および検出手
段を構成している。また、コントローラ３８は、この発
明における算出手段を構成している。

次に、以上のように構成された膜厚測定装置を用いて被
検体１４の膜厚を測定する方法を説明する。

まず、被検体１４の膜厚測定に先立ち、被検体と同一の
物質で形成された基盤および薄膜を有する試料を用意す
る。そして、この試料の薄膜に種々の入射角にて超音波
を照射することにより、反射波スペクトルに反射強度極
小部が現れる時の入射角θを求める。続いて、試料の薄
膜・の膜厚を種々変化させて種々の反射波スペクトルを
形成し、これらの反射波スペクトルから反射波極小部に
おける周波数ｆを変数とする膜厚ｄの関数ｄ−Ｃ／ｆを
求める。ここで、Ｃは、薄膜および基盤の弾性的定数と
、超音波伝達媒体としての水１０の音速および密度と、
によって決まる定数である。そして、入射角θおよび膜
厚ｄの関数は、予め、コントローラ３８に記憶される。

その後、膜厚測定装置による被検体１４の測定が開始さ
れる。第２図は、膜厚測定の動作を示すフローチャート
であり、この図を参照しながら説明する。

まず、コントローラ３８からスペクトラムアナライザー
３６に初期化信号が入力され、スペクトラムアナライザ
ーの初期化が行なわれる。次に、姿勢制御装置２６によ
り第１および第２のトランスデユーサ２２．２４が基準
基盤１６の上方に移動され、第１のトランスデユーサか
ら基準基盤の表面に超音波が照射される。そして、スペ
クトラムアナライザー３６は、第２のトランスデユーサ
２４で受信した反射超音波に基づき基準基盤の反射波ス
ペクトル、つまり、基準スペクトル５Ｒ（ｆ）を形成す
る。第３図に示すように、基準スペクトルＳＲ（ｆ）は
反射強度極小部を持たない。

この基クスベクトルＳＲ（ｆ）は、スペクトラムアナラ
イザー３６のチャンネル２に記憶される。

続いて、第１および第２のトランスデユーサ２２．２４
は、姿勢制御装置２６によって被検体１４の上方に移動
される。また、第１のトランスデユーサ２２は、薄膜２
０に対する超音波の入射角が上記θとなるように、また
、第２のトランスデユーサ２４は、薄膜２０で反射した
超音波を受信できるように、それぞれ姿勢制御装置２６
によって角度２１整される。この状態で、第１のトラン
スデユーサ２２から被検体１４の薄膜２０に超音波を照
射し、その反射超音波からスペクトラムアナライザー３
６により第４図に示すような被検体１４の反射波スペク
トルＳＴ　　（ｆ）を形成する。

得られた反射波スペクトルＳＴ　　（ｆ）はスペクトラ
ムアナライザー３６のチャンネル１に記憶される。

スペクトラムアナライザー３６は、コントローラ３８か
らの減算指令に応じて、反射波スペクトルｓ−ｒ　　（
ｆ）から基準スペクトルＳＲ（ｆ）を減算し、第５図に
示すような新しいスペクトル、つまり、相対スペクトル
ＳＮ　　（ｆ）を形成する。得られた相対スペクトルｓ
Ｎ　（ｆ）はスペクトラムアナライザー３６のチャンネ
ル１に記憶される。

第５図から分かるように、相対スペクトル５Ｎ（ｆ）は
反射波スペクトルＳＴ　　（ｆ）に比較して、反射強度
極小部を強調して示すことができる。

続いて、スペクトラムアナライザー３６は、コントロー
ラ３８からの指令に応じて、最小値検索機能により相対
スペクトルｓＮ　（ｆ）上の反射強度極小部の周波数ｆ
を検出する。そして、コントローラ３８は、検出された
周波数Ｃおよび予め記憶されている関数ｄ−Ｃ／ｆから
被検体１４の薄膜２０の膜厚ｄを算出する。算出された
膜厚ｄは、デイスプレー４２に表示される。

以上の行程により被検体１４の膜厚測定が終了し、以後
、膜厚測定装置は新な被検体の測定に備える。

以上のように構成された膜厚測定装置によれば、スペク
トラムアナライザー３６により被検体の反射波スペクト
ル５−ｒ（ｆ）から基準スペクトルＳｌ（（ｆ）を差し
引いて相対スペクトルＳＮ　（ｆ）を形成している。そ
して、相対スペクトル５ＮＣｆ＞は、反射波スペクトル
ＳＴ　　（ｆ）に比較して、反射強度極小部を強調して
示すことができるため、この反射強度極小部の周波数を
容易にかつ自動的に検出することが可能となる。その結
果、膜厚の１ｌＦＩ定を敏速に行なうことができる。

なお、この発明は上述した実施例に限定されることなく
、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、こ
の発明の膜厚測定装置によって化１定可能な被検体は上
記実施例に限らず、被検体の基盤は鉄、ニッケル合金等
の金属、あるいはセラミックス等でもよく、また、薄膜
は、金属メツキ層の他、蒸着膜、ペンキ塗装膜、印刷イ
ンキ膜等でもよい。更に、超音波伝達媒体として、水の
他に、アルコール、水銀、液体ヘリウム等を用いてもよ
い。

［発明の効果］以上のように構成された本発明の膜厚測定装置によれば
、反射強度極小部の周波数を自動的に検出することがで
き、その結果、被検体の膜厚を容易にかつ敏速に４１１
１定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る膜厚、ｌ１ｌｊ定
装置を概略的に示す側面図、第２図は、上記測定装置の
動作を示すフローチャート、第３図は基準基盤の反りＪ
、ｊ波スペクトルを示す図、第４図は、被検体の反射波
スペクトルを示す図、第５図は、相対スペクトルを示す
図である。１４・・・被検体、１６・・・基準基盤、１８・・・基
盤、２０・・・薄膜、２２・・・第１のトランスデユー
サ、２４・・・第２のトランスデユーサ、３６・・・ス
ペクトラムアナライザー　３８・・・コントローラ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図周波数（ＭＨｚ）周波数（ＭＨｚ）

Claims

【特許請求の範囲】基盤と基盤上に形成された膜とを有する被検体の膜厚を
測定する膜厚測定装置において、超音波伝達媒体を通して上記被検体の膜表面に所定の入
射角にて超音波を照射する超音波照射手段と、上記膜表面で反射した超音波を受信する受信手段と、上記受信手段によって受信された超音波から上記被検体
の反射波スペクトルを形成するスペクトル形成手段と、反射波スペクトルに反射強度極小部が生じない基準基盤
の反射波スペクトルを上記スペクトル形成手段によって
形成された反射スペクトルから減算し相対スペクトルを
形成する減算手段と、上記相対スペクトル上の反射強度
極小部の周波数を検出する検出手段と、上記検出された周波数から上記被検体の膜厚を算出する
算出手段と、を備えていることを特徴とする膜厚測定装
置。