JPH05203413A

JPH05203413A - 非接触変位測定方法、非接触変位測定装置及び非接触膜厚測定装置

Info

Publication number: JPH05203413A
Application number: JP1372492A
Authority: JP
Inventors: Juichi Kishida; 寿一岸田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】光散乱体であっても正確な非接触変位測定方
法、正確な非接触変位測定装置、及び光散乱体上の光反
射体の膜厚、または光反射体上の光散乱体の膜厚を測定
し得る非接触膜厚測定装置を得ること。また、湿潤した
皮膜の乾燥後の膜厚を、湿潤した状態で測定し得る非接
触膜厚測定装置を得ることにある。【構成】従来の非接触変位測定ヘッド１０内部で、駆動
回路によりレーザ素子を励起し、光学系（図示せず）を
通して測定装置外部の測定体２０にレーザビーム１２を
照射し、反射光を位置センサで受光、増幅した後、位置
センサの受光位置を信号処理回路で測定対象の変位に換
算し、表示部に表示していたが、本発明では、メモリ回
路と補正演算回路を付加し、信号処理回路で求められた
測定体２０の変位の補正演算を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的方法にて測定器
からの変位を測定する方法と装置、及び変位差から測定
対象の皮膜の膜厚を測定する装置に関し、特に、表面の
光学的散乱によって、正確な測定値を得られないセラミ
ック基板の非接触変位測定方法と、非接触変位測定装
置、及びセラミック基板上に形成した皮膜の非接触膜厚
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、非接触変位測定方法と非接触変
位測定装置及び非接触膜厚測定装置例を図９乃至図１５
を用いて説明する。

【０００３】図９は、従来の非接触変位測定装置の構成
を表すブロック図で、駆動回路によりレーザ素子を励起
し、光学系（図示せず）を通して測定装置外部の測定体
２０にレーザビーム１２を照射し、反射光を位置センサ
で受光、増幅した後、位置センサの受光位置を信号処理
回路で測定対象の変位に換算し、表示部に表示する。

【０００４】図１０は、非接触変位測定原理を示した図
で、光源である半導体レーザ素子11から出射したレーザ
ビーム１２は、変位Ａにある測定体２０により反射し、
位置センサ１３のａ部に入射する。一方、測定体が変位
Ｂにあるときには、位置センサ１３のｂ部に入射する。
すなわち、変位ＡとＢの差は、位置センサ１３の入射光
位置ａとｂの差となって測定される。図１０に示した原
理の非接触変位測定装置を用いて、段差の大きさを求め
るためには、（ｂ−ａ）から（Ｂ−Ａ）を換算すれば良
い。しかし、光の散乱体上に形成した光反射体の膜厚を
測定する場合には以下記載する困難がある。

【０００５】図１１に示すように、非接触変位測定ヘッ
ド１０と光散乱体２１の距離をＬとし、光散乱体２１の
変位と光散乱体２１上に形成した光反射体２２の変位の
差ｔ（光反射体２２の膜厚）との関係を求めると、図１
２に示すグラフのように変位差ｔは一定ではなく、距離
Ｌに依存する。つまり、光反射体２２の膜厚は一意的に
は求まらない。

【０００６】図１３と図１４は、光反射体２２と光散乱
体２１に入射する非接触変位測定装置のレーザビームの
拡がりを比較して説明した図で、図１３は光反射体２２
の変位を測定する場合の入射光の状態と、位置センサ１
３上の光強度分布を示した図である。図１３でレーザビ
ーム１２は、光反射体２２の表面で反射し位置センサ１
３の１点に鋭いピークとなって表れる。これに対して、
図１４に示した光散乱体２１に入射したレーザビーム１
２は光散乱体２１の表面だけではなく内部で散乱反射
し、位置センサ１３上に幅広くピークの低い強度分布を
示す。この、位置センサ１３上の反射光強度分布の拡が
りが図１２の変位差ｔのＬ依存性の原因であることを図
１５を用いて説明する。

【０００７】図１５は、Ｌが（ａ）小さいとき、（ｂ）
中程度のとき、（ｃ）大きいときについて、光散乱体と
光反射体とを比較して、位置センサ１３に入射してくる
反射光の強度を比較した図である。図１３，図１４では
触れなかったが、位置センサ１３は有限な大きさを持つ
ため、光散乱体からの幅広い反射光を受光した場合、図
１５(ｂ)，（ｃ）に示したように反射光の強度分布の一
部が位置センサ１３の検出範囲を外れてしまう。通常用
いられる位置センサ１３では、反射光の強度分布の重心
位置ｗを反射光の位置とするため、図１５（ａ）のよう
にＬが小さいときには、真の反射位置ｓである表面から
の反射光よりも光散乱体２１の内部反射光の強度が強
く、あたかも深い位置からの反射光であると誤認識す
る。また、逆に図１５（ｃ）のようにＬが大きいときに
は、位置センサ１３の検出部から反射光の強度分布が大
部分外れ、あたかも近い位置からの反射光と誤認識す
る。一方光反射体では、ｓとｗの位置は常に等しく、誤
認識はない。この差が変位差ｔのＬ依存性の原因であ
る。

【０００８】従来の非接触変位測定装置を用いた光散乱
体上に形成した光反射体の膜厚補正方法として、特許公
開平成３−９３２６０があり、反射光の強度変化により
光反射体と光散乱体の判別方法を与えているため有効で
あるが、上述した変位差ｔのＬ依存性については記述さ
れていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、光散乱体では真の変位が得られないという問題点が
あった。本発明の第１の目的は、上述した問題点をなく
し、光散乱体であっても正確な非接触変位測定方法を得
ることにあり、第２の目的は、光散乱体であっても正確
な非接触変位測定装置を得ることにあり、第３の目的
は、光散乱体上の光反射体の膜厚、または光反射体上の
光散乱体の膜厚を測定し得る非接触膜厚測定装置を得る
ことにあり、そしてまた第４の目的は、湿潤した皮膜の
乾燥後の膜厚を、湿潤した状態で測定し得る非接触膜厚
測定装置を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、測定体の一
部に形成した光散乱体の光散乱による非接触変位測定値
の誤差を、測定体の他の一部に形成した反射体の変位の
関数で補正することにより達成することができる以下、
本発明の目的達成手段について具体的に説明する。

【００１１】まず、上記第１の目的は、（１）光を測定
体に照射し、反射光を位置センサで受光し、前記位置セ
ンサの受光位置で、前記測定体の変位を測定する方法を
用い、前記測定体の一部は光散乱体であって、他の一部
は光反射体である非接触変位測定方法において、前記光
散乱体の変位の誤差を、前記光反射体の変位の関数で補
正することを特徴とする非接触変位測定方法により、ま
た（２）光散乱体がセラミック、印刷ペースト、プラス
チックまたはガラスであることを特徴とする前記（１）
記載の非接触変位測定方法により、そしてまた（３）光
反射体が、印刷ペースト、レジストまたはインクである
ことを特徴とする前記（１）記載の非接触変位測定方法
により、達成される。

【００１２】また、上記第２の目的は、（４）光を測定
体に照射し、反射光を位置センサで受光し、前記位置セ
ンサの受光位置で、前記測定体の変位を測定する方法を
用い、前記測定体の一部は光散乱体であって、他の一部
は光反射体である非接触変位測定装置において、前記光
散乱体の変位の誤差を、前記光反射体の変位の関数で補
正することを特徴とする非接触変位測定装置により、ま
た（５）光散乱体がセラミック、印刷ペースト、プラス
チックまたはガラスであることを特徴とする前記（４）
記載の非接触変位測定装置により、そしてまた（６）光
反射体が、印刷ペースト、レジストまたはインクである
ことを特徴とする前記（４）記載の非接触変位測定装置
により、達成される。

【００１３】また、上記第３の目的は、（７）光を測定
体に照射し、反射光を位置センサで受光し、前記位置セ
ンサの受光位置で、前記測定体の変位を測定する方法を
用い、前記測定体の一部は光散乱体であって、他の一部
は光反射体であって、前記光散乱体の変位の誤差を、前
記光反射体の変位の関数で補正する非接触変位測定方法
によって、前記光散乱体の膜厚を測定することを特徴と
する非接触膜厚測定装置により、また（８）光散乱体が
セラミック、印刷ペースト、プラスチックまたはガラス
であることを特徴とする前記（７）記載の非接触膜厚測
定装置により、また（９）光反射体が、印刷ペースト、
レジストまたはインクであることを特徴とする前記
（７）記載の非接触膜厚測定装置により、また（１０）
光を測定体に照射し、反射光を位置センサで受光し、前
記位置センサの受光位置で、前記測定体の変位を測定す
る方法を用い、前記測定体の一部は光散乱体であって、
他の一部は光反射体であって、前記光散乱体の変位の誤
差を、前記光反射体の変位の関数で補正する非接触変位
測定方法によって、前記光反射体の膜厚を測定すること
を特徴とする非接触膜厚測定装置により、また（１１）
光散乱体がセラミック、印刷ペースト、プラスチックま
たはガラスであることを特徴とする前記（１０）記載の
非接触膜厚測定装置により、そしてまた（１２）光反射
体が、印刷ペースト、レジストまたはインクであること
を特徴とする前記（１０）記載の非接触膜厚測定装置に
より、達成される。

【００１４】そしてまた、上記第４の目的は、（１３）
光を測定体に照射し、反射光を位置センサで受光し、前
記位置センサの受光位置で、前記測定体の変位を測定す
る方法を用い、湿潤状態にある皮膜の膜厚と、前記湿潤
状態にある皮膜の乾燥後の膜厚との関係を、予め調べて
おくことにより、前記湿潤状態にある皮膜の非接触膜厚
測定後、前記湿潤状態にある皮膜の乾燥後の膜厚を表示
することを特徴とする非接触膜厚測定装置により、また
（１４）湿潤状態にある皮膜が、印刷ペースト、レジス
トまたはインクであることを特徴とする前記（１３）記
載の非接触膜厚測定装置により、達成される。

【００１５】

【作用】本発明による、非接触変位測定方法、非接触変
位測定装置、及び非接触膜厚測定装置によれば、測定体
の一部に形成した光散乱体の光散乱により非接触変位測
定値の誤差を、測定体の他の一部に形成した光反射体の
変位の関数で補正することで、誤差を含まない非接触変
位測定方法、非接触変位測定装置、非接触膜厚測定装置
とすることができる。

【００１６】本発明による非接触膜厚測定装置によれ
ば、湿潤した皮膜の乾燥後の膜厚を、乾燥する前に得る
ことができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図１乃至図８を用いて
説明する。

【００１８】ここで、図１は、本発明による非接触変位
測定装置のブロック図、図２及び図５は、本発明による
非接触膜厚測定装置の測定方法を示した図、図３及び図
６は、本発明による非接触膜厚測定装置の測定手順を示
した図、図４及び図７は、光反射体の変位と補正値の関
係を示した図、図８は、印刷ペーストの乾燥前膜厚と乾
燥後膜厚の関係を示した図である。

【００１９】実施例１．図１を従来の非接触変位測定装
置のブロック図である図９と比較すると、非接触変位測
定ヘッド１０内部に、メモリ回路と補正演算回路を内臓
しているため、信号処理回路で求められた測定体２０の
変位の補正演算が後述する方法で可能とすることができ
る。ここで、メモリ回路と補正演算回路については、非
接触変位測定ヘッド１０の外部に設置したパーソナルコ
ンピュータ等を使用しても構わない。

【００２０】図２は、セラミック基板である光散乱体２
１に形成した印刷ペーストからなる光反射体２２の膜厚
を非接触変位測定ヘッド１０を用いて測定する方法を説
明した図で、図３に示す測定手順に沿って、光反射体２
２の変位と光散乱体２１の補正しない変位をメモリ回路
に取り込んだ後、まず単純に変位差を計算する。次に、
事前にデータとして取り込んでおいた図４に示す光反射
体２２の変位と補正量の関係を用いて補正量を演算し、
変位差を補正する。この手順によって光反射体２２の膜
厚を得ることができる。尚、このように、光反射体２２
の変位Ｌを用いて変位差ｔを補正可能なのはｔがＬに比
べ十分小さいためである。また、図２で光散乱体の変位
測定位置が２ヵ所あるのは、非接触変位測定ヘッド１０
と測定体２０との傾きによる誤差をなくすためである。

【００２１】実施例２．図５は、セラミック基板である
光散乱体２１上に、導体層である光反射体２２を形成し
た後、更にガラス層からなる光散乱体２１’を形成し、
上層の光散乱体２１’の膜厚を非接触変位測定ヘッド１
０を用いて測定する方法を説明した図である。本実施例
では、図６に示す測定手順に沿って、光反射体２２の変
位をまず測定した後、事前にデータとして取り込んでお
いた図７に示す光反射体２２の変位に対応する光散乱体
２１’の変位補正量の関係を用いて補正量を演算する。
次に、光散乱体２１’の変位を測定し、その変位を補正
した後、光反射体２２と光散乱体２１’の変位差を演算
する。この手順によって上層の光散乱体２１’の膜厚を
得ることができる。

【００２２】本実施例において導体層、ガラス層はとも
に印刷ペーストであるが、印刷ペーストは含有する金属
成分、ガラス成分の多少によって、光反射体とみなすこ
とができたり、光散乱体とみなすことができたりする特
徴のためである。

【００２３】実施例３．図８は、印刷ペーストの乾燥前
と乾燥後の膜厚の関係を示した図である。ここで、乾燥
後の膜厚が乾燥前に比べ減少しているのは、溶剤成分が
揮発したためである。非接触変位測定装置の大きな特徴
として、乾燥前の印刷ペーストのように湿潤した状態で
も変位測定が可能であることが挙げられるが、図８の関
係を上述した補正演算の替りにメモリに取り込んでおく
ことによって、乾燥前の印刷ペーストの膜厚測定によっ
て、乾燥後の印刷ペーストの膜厚を得ることが可能であ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明による非接触変位測定方法、及び
非接触変位測定装置に依れば、光散乱体の変位の測定誤
差を、光反射体の変位との関係を用いて補正することが
可能となり、正確な変位を得ることができる。

【００２５】また、本発明の非接触膜厚測定装置に依れ
ば、光散乱体の変位の測定誤差を、光反射体の変位との
関係を用いて補正することが可能となり、正確な膜厚を
得ることができる。

【００２６】そしてまた、本発明の非接触膜厚測定装置
に依れば、乾燥前と乾燥後の膜厚の関係を予め装置内に
記録しておくことができるので、湿潤した皮膜の乾燥後
の膜厚を、湿潤した状態で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非接触変位測定装置のブロック図
である。

【図２】本発明による非接触膜厚測定装置の測定方法を
示した図である。

【図３】本発明による非接触膜厚測定装置の測定手順を
示した図である。

【図４】光反射体の変位と補正値の関係を示した図であ
る。

【図５】本発明による非接触膜厚測定装置の測定方法を
示した図である。

【図６】本発明による非接触膜厚測定装置の測定手順を
示した図である。

【図７】光反射体の変位と補正値の関係を示した図であ
る。

【図８】印刷ペーストの乾燥前膜厚と乾燥後膜厚の関係
を示した図である。

【図９】従来の非接触変位測定装置のブロック図であ
る。

【図１０】非接触変位測定原理を説明する図である。

【図１１】記号を定義する図である。

【図１２】変位差の距離依存性を説明する図である。

【図１３】光反射体に入射したレーザビームの拡がりと
光強度分布を説明する図である。

【図１４】光散乱体に入射したレーザビームの拡がりと
光強度分布を説明する図である。

【図１５】変位差の距離依存性の原因を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０…非接触変位測定ヘッド、１１…半導体レーザ素
子、１２…レーザビーム、１３…位置センサ、２０…測
定体、２１，２１’…光散乱体、２２…光反射体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を測定体に照射し、反射光を位置センサ
で受光し、前記位置センサの受光位置で、前記測定体の
変位を測定する方法を用い、前記測定体の一部は光散乱
体であって、他の一部は光反射体である非接触変位測定
方法において、前記光散乱体の変位の誤差を、前記光反
射体の変位の関数で補正することを特徴とする非接触変
位測定方法。
【請求項２】光散乱体がセラミック、印刷ペースト、プ
ラスチックまたはガラスであることを特徴とする請求項
１の非接触変位測定方法。
【請求項３】光反射体が、印刷ペースト、レジストまた
はインクであることを特徴とする請求項１の非接触変位
測定方法。
【請求項４】光を測定体に照射し、反射光を位置センサ
で受光し、前記位置センサの受光位置で、前記測定体の
変位を測定する方法を用い、前記測定体の一部は光散乱
体であって、他の一部は光反射体である非接触変位測定
装置において、前記光散乱体の変位の誤差を、前記光反
射体の変位の関数で補正することを特徴とする非接触変
位測定装置。
【請求項５】光散乱体がセラミック、印刷ペースト、プ
ラスチックまたはガラスであることを特徴とする請求項
４の非接触変位測定装置。
【請求項６】光反射体が、印刷ペースト、レジストまた
はインクであることを特徴とする請求項４の非接触変位
測定装置。
【請求項７】光を測定体に照射し、反射光を位置センサ
で受光し、前記位置センサの受光位置で、前記測定体の
変位を測定する方法を用い、前記測定体の一部は光散乱
体であって、他の一部は光反射体であって、前記光散乱
体の変位の誤差を、前記光反射体の変位の関数で補正す
る非接触変位測定方法によって、前記光散乱体の膜厚を
測定することを特徴とする非接触膜厚測定装置。
【請求項８】光散乱体がセラミック、印刷ペースト、プ
ラスチックまたはガラスであることを特徴とする請求項
７の非接触膜厚測定装置。
【請求項９】光反射体が、印刷ペースト、レジストまた
はインクであることを特徴とする請求項７の非接触膜厚
測定装置。
【請求項１０】光を測定体に照射し、反射光を位置セン
サで受光し、前記位置センサの受光位置で、前記測定体
の変位を測定する方法を用い、前記測定体の一部は光散
乱体であって、他の一部は光反射体であって、前記光散
乱体の変位の誤差を、前記光反射体の変位の関数で補正
する非接触変位測定方法によって、前記光反射体の膜厚
を測定することを特徴とする非接触膜厚測定装置。
【請求項１１】光散乱体がセラミック、印刷ペースト、
プラスチックまたはガラスであることを特徴とする請求
項１０の非接触膜厚測定装置。
【請求項１２】光反射体が、印刷ペースト、レジストま
たはインクであることを特徴とする請求項１０の非接触
膜厚測定装置。
【請求項１３】光を測定体に照射し、反射光を位置セン
サで受光し、前記位置センサの受光位置で、前記測定体
の変位を測定する方法を用い、湿潤状態にある皮膜の膜
厚と、前記湿潤状態にある皮膜の乾燥後の膜厚との関係
を、予め調べておくことにより、前記湿潤状態にある皮
膜の非接触膜厚測定後、前記湿潤状態にある皮膜の乾燥
後の膜厚を表示することを特徴とする非接触膜厚測定装
置。
【請求項１４】湿潤状態にある皮膜が、印刷ペースト、
レジストまたはインクであることを特徴とする請求項１
３の非接触膜厚測定装置。