JPH05272924A - 膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定装置Info
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- JPH05272924A JPH05272924A JP4066934A JP6693492A JPH05272924A JP H05272924 A JPH05272924 A JP H05272924A JP 4066934 A JP4066934 A JP 4066934A JP 6693492 A JP6693492 A JP 6693492A JP H05272924 A JPH05272924 A JP H05272924A
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- thickness
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱処理などの高温雰囲気中にて金属の表面に
形成される酸化膜の厚さを連続的に計測する。 【構成】 互いに異なる３つの波長帯λ1 ，λ2 ，λ3
における各々の分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 の
べき乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係を定めておき、
金属Ｗの各波長帯λ1 ，λ2 ，λ3 の分光放射エネルギ
ーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ 3 を実測して検出し、この検出した分
光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 に基づいて２組の分
光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 の波長λ1 ，λ2 ，
λ3 のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 を求め、２個以上の酸化膜
厚値ｄ1 ，ｄ1'，ｄ2 ，ｄ2'が算出された時に、各組の
酸化膜厚の値ｄ1 とｄ2 ，ｄ1'とｄ2'を比較して一致ま
たは最小誤差の酸化膜厚値を選択し、この値を求める酸
化膜の厚さｄとする。
形成される酸化膜の厚さを連続的に計測する。 【構成】 互いに異なる３つの波長帯λ1 ，λ2 ，λ3
における各々の分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 の
べき乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係を定めておき、
金属Ｗの各波長帯λ1 ，λ2 ，λ3 の分光放射エネルギ
ーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ 3 を実測して検出し、この検出した分
光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 に基づいて２組の分
光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 の波長λ1 ，λ2 ，
λ3 のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 を求め、２個以上の酸化膜
厚値ｄ1 ，ｄ1'，ｄ2 ，ｄ2'が算出された時に、各組の
酸化膜厚の値ｄ1 とｄ2 ，ｄ1'とｄ2'を比較して一致ま
たは最小誤差の酸化膜厚値を選択し、この値を求める酸
化膜の厚さｄとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温雰囲気中に金属表
面に形成される酸化膜の厚さを非接触で連続的に測定す
る膜厚測定装置に関するものである。
面に形成される酸化膜の厚さを非接触で連続的に測定す
る膜厚測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高輝度焼鈍炉などにおける金属の熱処理
工程では、高温雰囲気内にて処理が行われるが、この高
温雰囲気中において、前記金属の表面には酸化膜が形成
されてしまう。そして、この酸化膜が金属の表面に著し
く形成され、許容値を越えてしまう場合は、その金属は
不良品とされていた。
工程では、高温雰囲気内にて処理が行われるが、この高
温雰囲気中において、前記金属の表面には酸化膜が形成
されてしまう。そして、この酸化膜が金属の表面に著し
く形成され、許容値を越えてしまう場合は、その金属は
不良品とされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、上述のような状態での金属表面の酸化膜の測定を行
う計測器、すなわち炉内などの高温雰囲気中で熱処理が
行われている金属の表面に対し連続して測定し、この金
属の表面に形成される酸化膜の厚さを計測する測定装置
がなく、作業者の経験から判断し、操業している。
は、上述のような状態での金属表面の酸化膜の測定を行
う計測器、すなわち炉内などの高温雰囲気中で熱処理が
行われている金属の表面に対し連続して測定し、この金
属の表面に形成される酸化膜の厚さを計測する測定装置
がなく、作業者の経験から判断し、操業している。
【０００４】そこで本発明は、上記問題点を解消するた
めに、熱処理などの高温雰囲気中にて金属の表面に形成
される酸化膜の厚さを連続的に計測することができる膜
厚測定装置を提供することを目的としている。
めに、熱処理などの高温雰囲気中にて金属の表面に形成
される酸化膜の厚さを連続的に計測することができる膜
厚測定装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】次に、上記の目的を達成
するための手段を、実施例に対応する図面を参照して説
明する。この発明の膜厚測定装置１は、互いに異なる二
つの波長帯における各々の分光放射エネルギーの波長の
べき乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係に基づいて、被
測定物体Ｗより実測した分光放射エネルギーＥから前記
酸化膜の厚さｄを求めることを特徴ととしている。ま
た、互いに異なる少なくとも３つ以上の波長帯のうちの
任意の２つの波長帯を１組とし、これら波長帯における
被測定物体Ｗの各々の分光放射エネルギーの波長のべき
乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係に基づいて、前記被
測定物体Ｗより実測した少なくとも２組の分光放射エネ
ルギーによる酸化膜厚値を求め、２個以上の酸化膜厚値
が算出された時に、各組の酸化膜厚の値を比較して一致
若しくは最小誤差の酸化膜厚値を選択する構成になるこ
とを特徴としている。
するための手段を、実施例に対応する図面を参照して説
明する。この発明の膜厚測定装置１は、互いに異なる二
つの波長帯における各々の分光放射エネルギーの波長の
べき乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係に基づいて、被
測定物体Ｗより実測した分光放射エネルギーＥから前記
酸化膜の厚さｄを求めることを特徴ととしている。ま
た、互いに異なる少なくとも３つ以上の波長帯のうちの
任意の２つの波長帯を１組とし、これら波長帯における
被測定物体Ｗの各々の分光放射エネルギーの波長のべき
乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係に基づいて、前記被
測定物体Ｗより実測した少なくとも２組の分光放射エネ
ルギーによる酸化膜厚値を求め、２個以上の酸化膜厚値
が算出された時に、各組の酸化膜厚の値を比較して一致
若しくは最小誤差の酸化膜厚値を選択する構成になるこ
とを特徴としている。
【０００６】
【作用】互いに異なる少なくとも３つ以上の波長帯のう
ちの任意の２つの波長帯を１組とし、これら波長帯にお
ける被測定物体Ｗの各々の分光放射エネルギーの波長の
べき乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係を予め定める。
前記被測定物体Ｗより少なくとも２組の分光放射エネル
ギーを検出し、この検出した各分光放射エネルギーの波
長のべき乗の比を求め、この比と対応する酸化膜厚値を
定めた前記関係から酸化膜厚値ｄを求める。そして、２
個以上の酸化膜厚値が算出された時には、各組の酸化膜
厚の値を比較して一致若しくは最小誤差の酸化膜厚値ｄ
を選択する。
ちの任意の２つの波長帯を１組とし、これら波長帯にお
ける被測定物体Ｗの各々の分光放射エネルギーの波長の
べき乗の比Ｒと酸化膜の厚さｄとの関係を予め定める。
前記被測定物体Ｗより少なくとも２組の分光放射エネル
ギーを検出し、この検出した各分光放射エネルギーの波
長のべき乗の比を求め、この比と対応する酸化膜厚値を
定めた前記関係から酸化膜厚値ｄを求める。そして、２
個以上の酸化膜厚値が算出された時には、各組の酸化膜
厚の値を比較して一致若しくは最小誤差の酸化膜厚値ｄ
を選択する。
【０００７】
【実施例】はじめに、被測定物体である金属の表面に形
成される酸化膜厚の測定の原理、およびこの原理に基づ
く測定の方法について説明する。まず、図２に示すよう
に、金属Ｗに対して光が入射されると、この光は金属Ｗ
の表面に成長した酸化膜Ｏの表面で反射するとともに、
光の一部が酸化膜Ｏを透過して金属Ｗの表面で反射する
ことになり、酸化膜中において光の干渉現象が生じる。
すなわち、金属表面の酸化膜の反射率は、光の干渉現象
として説明することができる。この光の干渉現象は、酸
化膜Ｏの成長とともに、複雑に揺れ動くが、金属と酸化
膜の各々の屈折率および消衰係数によって一義的に決ま
るものである。
成される酸化膜厚の測定の原理、およびこの原理に基づ
く測定の方法について説明する。まず、図２に示すよう
に、金属Ｗに対して光が入射されると、この光は金属Ｗ
の表面に成長した酸化膜Ｏの表面で反射するとともに、
光の一部が酸化膜Ｏを透過して金属Ｗの表面で反射する
ことになり、酸化膜中において光の干渉現象が生じる。
すなわち、金属表面の酸化膜の反射率は、光の干渉現象
として説明することができる。この光の干渉現象は、酸
化膜Ｏの成長とともに、複雑に揺れ動くが、金属と酸化
膜の各々の屈折率および消衰係数によって一義的に決ま
るものである。
【０００８】すなわち、金属表面に形成された酸化膜の
厚さをｄ，同屈折率をｎ2 ，同消衰係数をχ2 、また、
金属の屈折率をｎ3 ，同消衰係数をχ3 としたときの表
面反射率γは、干渉理論により次式で与えられる。
厚さをｄ，同屈折率をｎ2 ，同消衰係数をχ2 、また、
金属の屈折率をｎ3 ，同消衰係数をχ3 としたときの表
面反射率γは、干渉理論により次式で与えられる。
【０００９】
【数１】
【００１０】但し、上記各式における、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，及びηを下記のようにする。な
お、λは波長である。
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，及びηを下記のようにする。な
お、λは波長である。
【００１１】
【数２】
【００１２】一方、放射率εは反射率γから次式で求め
られる。
られる。
【００１３】
【数３】
【００１４】このことから、上記（１），（２）式から
放射率εは、光学定数すなわち屈折率（ｎ2 ，ｎ3 ）お
よび消衰係数（χ2 ，χ3 ）が既知であるとき、酸化膜
の厚さｄと波長λのみの関数となっていることがわか
る。
放射率εは、光学定数すなわち屈折率（ｎ2 ，ｎ3 ）お
よび消衰係数（χ2 ，χ3 ）が既知であるとき、酸化膜
の厚さｄと波長λのみの関数となっていることがわか
る。
【００１５】一方、２つの波長λ1 ，λ2 に対応する分
光放射エネルギーをＥ1 ，Ｅ2 、分光放射率をε1 ，ε
2 とした場合、ウィーンの式より、次式が求められる。
なお、Ｔは温度、Ｃ2 は物理定数（放射の第２定数＝
０．０１４３８８ｍ・Ｋ）である。
光放射エネルギーをＥ1 ，Ｅ2 、分光放射率をε1 ，ε
2 とした場合、ウィーンの式より、次式が求められる。
なお、Ｔは温度、Ｃ2 は物理定数（放射の第２定数＝
０．０１４３８８ｍ・Ｋ）である。
【００１６】
【数４】
【００１７】そして、この（３），（４）式より次式が
得られる。
得られる。
【００１８】
【数５】
【００１９】この（５）式より、Ｒは、温度Ｔに関係な
く分光放射率εのみの関数となっている。従って、波長
λ1 ，λ2 が既知であれば、（５）式の左辺、すなわち
分光放射エネルギーＥの波長λのべき乗の比からＲは測
定可能な値となり、（５）式の右辺、すなわち分光放射
率εの波長λのべき乗の比から膜厚ｄを求めることがで
きる。
く分光放射率εのみの関数となっている。従って、波長
λ1 ，λ2 が既知であれば、（５）式の左辺、すなわち
分光放射エネルギーＥの波長λのべき乗の比からＲは測
定可能な値となり、（５）式の右辺、すなわち分光放射
率εの波長λのべき乗の比から膜厚ｄを求めることがで
きる。
【００２０】さて、以上の関係から分光放射エネルギー
Ｅと波長λのべき乗の比Ｒと、酸化膜の厚さｄの関係を
表す特性グラフを描いてみると、図３に示すようにな
る。なお、この図３を描くための各値、すなわち波長
は、λ1 ＝０．９μｍ，λ2＝１．２μｍの２波長と
し、光学定数は、ｎ2 ＝３，χ2 ＝０．８，ｎ3 ＝６，
χ3 ＝４としたときの計算例を示したものである。
Ｅと波長λのべき乗の比Ｒと、酸化膜の厚さｄの関係を
表す特性グラフを描いてみると、図３に示すようにな
る。なお、この図３を描くための各値、すなわち波長
は、λ1 ＝０．９μｍ，λ2＝１．２μｍの２波長と
し、光学定数は、ｎ2 ＝３，χ2 ＝０．８，ｎ3 ＝６，
χ3 ＝４としたときの計算例を示したものである。
【００２１】この図３に示されるグラフからわかるよう
に、酸化膜厚値ｄがある程度、このグラフではおよそ５
０ｎｍより厚くなると、測定値Ｒと酸化膜厚値ｄは一義
的に決まるが、この値よりも薄い領域（ｄ＜５０ｎｍ）
では測定値Ｒに対し、膜厚ｄが２値を取ってしまう。
（図中ｄ1 ，ｄ1'） そこで、この測定値Ｒと酸化膜厚値ｄとを一義的に決定
するために、前述した１組の２つの波長λ1 ，λ2 の他
に波長λ3 を用い、これら互いに異なる３つの波長にお
ける組合せで、前記の組合せと異なる組合せの２つの波
長、例えばλ1とλ3 の場合の分光放射エネルギーＥと
波長λのべき乗の比Ｒ2 と、酸化膜の厚さｄ2 の関係を
表す特性グラフを描く。本実施例では、λ1 は前記同様
０．９μｍとし、λ3 ＝１．８μｍとして計算し、図４
に示す。そして、測定値Ｒに対し、酸化膜厚ｄが２値を
取ってしまった場合に、この図４と前記図３とを用い、
これら２値のうちの一方の値を選択決定する。
に、酸化膜厚値ｄがある程度、このグラフではおよそ５
０ｎｍより厚くなると、測定値Ｒと酸化膜厚値ｄは一義
的に決まるが、この値よりも薄い領域（ｄ＜５０ｎｍ）
では測定値Ｒに対し、膜厚ｄが２値を取ってしまう。
（図中ｄ1 ，ｄ1'） そこで、この測定値Ｒと酸化膜厚値ｄとを一義的に決定
するために、前述した１組の２つの波長λ1 ，λ2 の他
に波長λ3 を用い、これら互いに異なる３つの波長にお
ける組合せで、前記の組合せと異なる組合せの２つの波
長、例えばλ1とλ3 の場合の分光放射エネルギーＥと
波長λのべき乗の比Ｒ2 と、酸化膜の厚さｄ2 の関係を
表す特性グラフを描く。本実施例では、λ1 は前記同様
０．９μｍとし、λ3 ＝１．８μｍとして計算し、図４
に示す。そして、測定値Ｒに対し、酸化膜厚ｄが２値を
取ってしまった場合に、この図４と前記図３とを用い、
これら２値のうちの一方の値を選択決定する。
【００２２】ここで、例えば実際の酸化膜厚ｄが１０ｎ
ｍであった場合、図３の特性グラフよりＲ1 ＝１．３６
（図中ＸＡ線）が計算値より求められる。そして、この
Ｒ1に対応する膜厚値としてｄ1 ＝１０ｎｍとｄ1'＝５
０ｎｍの２値が得られる。同様に、図４の特性グラフよ
りＲ2 ＝２．４９（図中ＸＢ線）が求められ、これに対
応する膜厚値ｄ2 ＝１０ｎｍとｄ2'＝６０ｎｍの２値が
得られる。
ｍであった場合、図３の特性グラフよりＲ1 ＝１．３６
（図中ＸＡ線）が計算値より求められる。そして、この
Ｒ1に対応する膜厚値としてｄ1 ＝１０ｎｍとｄ1'＝５
０ｎｍの２値が得られる。同様に、図４の特性グラフよ
りＲ2 ＝２．４９（図中ＸＢ線）が求められ、これに対
応する膜厚値ｄ2 ＝１０ｎｍとｄ2'＝６０ｎｍの２値が
得られる。
【００２３】そして、図３，図４より得られたそれぞれ
対応する膜厚の値ｄ1 ，ｄ2 、及びｄ1'，ｄ2'を各々比
較すると、ｄ1 ＝ｄ2 となり、ｄ1'≠ｄ2'となる。これ
により、膜厚の値としてｄ1 若しくはこのｄ1 と等しい
ｄ2 を採用すれば良いことがわかる。
対応する膜厚の値ｄ1 ，ｄ2 、及びｄ1'，ｄ2'を各々比
較すると、ｄ1 ＝ｄ2 となり、ｄ1'≠ｄ2'となる。これ
により、膜厚の値としてｄ1 若しくはこのｄ1 と等しい
ｄ2 を採用すれば良いことがわかる。
【００２４】なお、上記した膜厚値の比較にあたって、
測定誤差や検量線の誤差のために互いに一致する値が得
られない場合には、各値の比較の際に、Δ＝｜ｄ1 −ｄ
2 ｜，Δ’＝｜ｄ1'−ｄ2'｜の演算を行い、Δ＜Δ’の
関係が成立することから、各々の差を取り、差が小さい
ほうを採用し、下記に示す式（６）より膜厚を求めれば
よい。
測定誤差や検量線の誤差のために互いに一致する値が得
られない場合には、各値の比較の際に、Δ＝｜ｄ1 −ｄ
2 ｜，Δ’＝｜ｄ1'−ｄ2'｜の演算を行い、Δ＜Δ’の
関係が成立することから、各々の差を取り、差が小さい
ほうを採用し、下記に示す式（６）より膜厚を求めれば
よい。
【００２５】
【数６】
【００２６】次に、本実施例による膜厚測定装置につい
て説明する。図１は本発明による膜厚測定装置の一実施
例を示すブロック構成図である。この実施例による膜厚
測定装置１は、各々の分光放射エネルギーの波長のべき
乗の比Ｒと金属などの被測定物体の表面に形成される酸
化膜の厚さｄとの関係を示すデータに基づいて、実測し
た分光放射エネルギーから誤差を自動補正して被測定物
体の酸化膜の厚さを計測するもので、筐体本体内に検出
手段２、記憶手段３、演算手段４、照合手段５、決定手
段６、出力手段７が設けられている。なお、記憶手段
３、演算手段４、照合手段５、決定手段６、等はマイク
ロコンピュータ等で構成されている。
て説明する。図１は本発明による膜厚測定装置の一実施
例を示すブロック構成図である。この実施例による膜厚
測定装置１は、各々の分光放射エネルギーの波長のべき
乗の比Ｒと金属などの被測定物体の表面に形成される酸
化膜の厚さｄとの関係を示すデータに基づいて、実測し
た分光放射エネルギーから誤差を自動補正して被測定物
体の酸化膜の厚さを計測するもので、筐体本体内に検出
手段２、記憶手段３、演算手段４、照合手段５、決定手
段６、出力手段７が設けられている。なお、記憶手段
３、演算手段４、照合手段５、決定手段６、等はマイク
ロコンピュータ等で構成されている。
【００２７】検出手段２は、予め定められた透過波長を
もつフィルタを有する回転セクタ２１と、検出素子２２
等から構成され、被測定物体Ｗである例えば鉄、アルミ
ニウム、黄銅などの金属からの互いに異なる波長帯とし
て本実施例では３つの波長帯λ1 ，λ2 ，λ3 における
各分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 を検出してい
る。
もつフィルタを有する回転セクタ２１と、検出素子２２
等から構成され、被測定物体Ｗである例えば鉄、アルミ
ニウム、黄銅などの金属からの互いに異なる波長帯とし
て本実施例では３つの波長帯λ1 ，λ2 ，λ3 における
各分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 を検出してい
る。
【００２８】記憶手段３には、図３および図４に示すよ
うに、予め計算または実測により求められた互いに異な
る前記３つの波長λ1 ，λ2 ，λ3 における各々の分光
放射エネルギーをＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 としたときのこれら
のうちの二組の分光放射エネルギーＥの波長λのべき乗
の比Ｒと酸化膜厚ｄとの関係を示すデータ、あるいはこ
の関係を示すデータを近似する複数の検量線のデータ
（図示せず）が記憶されている。本実施例では、波長λ
1 とλ2 の組合せと、波長λ1 とλ3 の組合せとし、そ
れぞれの比をＲ1 ，Ｒ2 としている。
うに、予め計算または実測により求められた互いに異な
る前記３つの波長λ1 ，λ2 ，λ3 における各々の分光
放射エネルギーをＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 としたときのこれら
のうちの二組の分光放射エネルギーＥの波長λのべき乗
の比Ｒと酸化膜厚ｄとの関係を示すデータ、あるいはこ
の関係を示すデータを近似する複数の検量線のデータ
（図示せず）が記憶されている。本実施例では、波長λ
1 とλ2 の組合せと、波長λ1 とλ3 の組合せとし、そ
れぞれの比をＲ1 ，Ｒ2 としている。
【００２９】演算手段４は、前記検出手段２によって検
出された異なる３つの波長帯λ1 ，λ2 ，λ3 における
分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 に基づいて、これ
ら３つの各データのうちの２組の分光放射エネルギーＥ
の波長λのべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 を演算して照合手段５
に入力している。本実施例では、前記記憶手段３に合わ
せた組合せとしており、波長λ1 とλ2 の組合せと、波
長λ1 とλ3 の組合せにおける演算を行っている。
出された異なる３つの波長帯λ1 ，λ2 ，λ3 における
分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 に基づいて、これ
ら３つの各データのうちの２組の分光放射エネルギーＥ
の波長λのべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 を演算して照合手段５
に入力している。本実施例では、前記記憶手段３に合わ
せた組合せとしており、波長λ1 とλ2 の組合せと、波
長λ1 とλ3 の組合せにおける演算を行っている。
【００３０】照合手段５は、前記記憶手段３に記憶され
たデータに基づいて演算手段４が演算した２組の分光放
射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する
酸化膜厚値ｄ1 ，ｄ2 を読み出して決定手段６に入力し
ている。なお、照合手段５において読み出された２組の
分光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対
応する酸化膜厚値ｄ1 ，ｄ2 が同値の場合には、この酸
化膜厚値を求める値として選択する。
たデータに基づいて演算手段４が演算した２組の分光放
射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する
酸化膜厚値ｄ1 ，ｄ2 を読み出して決定手段６に入力し
ている。なお、照合手段５において読み出された２組の
分光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対
応する酸化膜厚値ｄ1 ，ｄ2 が同値の場合には、この酸
化膜厚値を求める値として選択する。
【００３１】決定手段６は比較手段６１と選択手段６２
を備えて構成されている。比較手段６１は照合手段５が
読み出した各組の分光放射エネルギーの波長のべき乗の
比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する酸化膜厚値ｄが複数存在する場
合に、各々の酸化膜厚値ｄ1 とｄ2 およびｄ1'とｄ2'を
比較し、その比較結果を選択手段６２に入力している。
選択手段は６２比較手段６１の比較結果に基づいて一致
または最小誤差の酸化膜厚値を求める値として選択して
いる。
を備えて構成されている。比較手段６１は照合手段５が
読み出した各組の分光放射エネルギーの波長のべき乗の
比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する酸化膜厚値ｄが複数存在する場
合に、各々の酸化膜厚値ｄ1 とｄ2 およびｄ1'とｄ2'を
比較し、その比較結果を選択手段６２に入力している。
選択手段は６２比較手段６１の比較結果に基づいて一致
または最小誤差の酸化膜厚値を求める値として選択して
いる。
【００３２】出力手段７は、前記決定手段６にて決定さ
れた酸化膜厚値を図示しない表示装置や印刷装置に出力
する。
れた酸化膜厚値を図示しない表示装置や印刷装置に出力
する。
【００３３】次に、上記のように構成された膜厚測定装
置１により被測定物体Ｗの酸化膜厚Ｏを計測する方法を
説明する。なお、この方法において前述した測定の原理
に基づく測定の方法で述べた各数値を用いる。
置１により被測定物体Ｗの酸化膜厚Ｏを計測する方法を
説明する。なお、この方法において前述した測定の原理
に基づく測定の方法で述べた各数値を用いる。
【００３４】まず、予め、図３および図４に示すように
互いに異なる３つの波長λ1 ，λ2，λ3 における各々
の分光放射エネルギーをＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 としたときの
各々の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ
2 と酸化膜厚ｄ1 ，ｄ2 との関係を予め計算または実測
により求めておき、このデータを記憶手段３に記憶させ
る。なお、各波長の組合せはλ1 とλ2 ，λ1 とλ3 の
２組とし、λ1 ＝０．９μｍ，λ2 ＝１．２μｍ，λ3
＝１．８μｍとする。
互いに異なる３つの波長λ1 ，λ2，λ3 における各々
の分光放射エネルギーをＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 としたときの
各々の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ
2 と酸化膜厚ｄ1 ，ｄ2 との関係を予め計算または実測
により求めておき、このデータを記憶手段３に記憶させ
る。なお、各波長の組合せはλ1 とλ2 ，λ1 とλ3 の
２組とし、λ1 ＝０．９μｍ，λ2 ＝１．２μｍ，λ3
＝１．８μｍとする。
【００３５】次に、三つの波長λ1 ，λ2 ，λ3 におけ
る各々の分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 を検出手
段２によって検出する。検出された各々の分光放射エネ
ルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 の値は、演算手段にてこれら分
光放射エネルギーとこれに対応する前記波長を前述した
ように２組に組合せ、各々の分光放射エネルギーの波長
のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 を求める。そして、照合手段５
にて、この求めた各々の分光放射エネルギーの波長のべ
き乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する酸化膜厚値ｄ1 ，ｄ2 を
記憶手段３のデータから読み出す。
る各々の分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 を検出手
段２によって検出する。検出された各々の分光放射エネ
ルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 の値は、演算手段にてこれら分
光放射エネルギーとこれに対応する前記波長を前述した
ように２組に組合せ、各々の分光放射エネルギーの波長
のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 を求める。そして、照合手段５
にて、この求めた各々の分光放射エネルギーの波長のべ
き乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する酸化膜厚値ｄ1 ，ｄ2 を
記憶手段３のデータから読み出す。
【００３６】読みだされた酸化膜厚値ｄが決定手段６の
比較手段６１にて一義的に決まれば、この値を酸化膜厚
と決定し出力手段７に送られる。
比較手段６１にて一義的に決まれば、この値を酸化膜厚
と決定し出力手段７に送られる。
【００３７】一方ここで、記憶手段３から読み出された
酸化膜厚値ｄが、各組の分光放射エネルギーの波長のべ
き乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 毎に複数存在した場合（例えば図３
および図４におけるＸＡ，ＸＢの点の酸化膜厚値ｄ1 ，
ｄ1'，ｄ2 ，ｄ2'）、比較手段６１にてこれら読み出し
た各組の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1，
Ｒ2 に対応する酸化膜厚値ｄ1 とｄ2 およびｄ1'とｄ2'
を各々比較する。そして、比較された酸化膜厚値におい
て、選択手段６２にて一致する酸化膜厚（図ではｄ1 ＝
ｄ2 ＝１０ｎｍ）を酸化膜厚値として選択決定する。
酸化膜厚値ｄが、各組の分光放射エネルギーの波長のべ
き乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 毎に複数存在した場合（例えば図３
および図４におけるＸＡ，ＸＢの点の酸化膜厚値ｄ1 ，
ｄ1'，ｄ2 ，ｄ2'）、比較手段６１にてこれら読み出し
た各組の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1，
Ｒ2 に対応する酸化膜厚値ｄ1 とｄ2 およびｄ1'とｄ2'
を各々比較する。そして、比較された酸化膜厚値におい
て、選択手段６２にて一致する酸化膜厚（図ではｄ1 ＝
ｄ2 ＝１０ｎｍ）を酸化膜厚値として選択決定する。
【００３８】なお、比較手段６１における上述した複数
の酸化膜厚値の比較にあたって、検量線の近似誤差等に
より一致する酸化膜厚値がない場合には、各組の分光放
射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する
酸化膜厚値ｄ1 とｄ2 およびｄ1'とｄ2'を各々比較し
て、選択手段６２にて差演算（Δ＝｜ｄ1 −ｄ2 ｜，
Δ’＝｜ｄ1'−ｄ2'｜）を行い、Δ＜Δ’の関係が成立
することから、各々の差を取り、差が小さいほうを採用
し、前述した式（６）より求まる最小誤差の酸化膜厚値
を選択し決定する。そして、出力手段７にこの酸化膜厚
値が送られる。
の酸化膜厚値の比較にあたって、検量線の近似誤差等に
より一致する酸化膜厚値がない場合には、各組の分光放
射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 に対応する
酸化膜厚値ｄ1 とｄ2 およびｄ1'とｄ2'を各々比較し
て、選択手段６２にて差演算（Δ＝｜ｄ1 −ｄ2 ｜，
Δ’＝｜ｄ1'−ｄ2'｜）を行い、Δ＜Δ’の関係が成立
することから、各々の差を取り、差が小さいほうを採用
し、前述した式（６）より求まる最小誤差の酸化膜厚値
を選択し決定する。そして、出力手段７にこの酸化膜厚
値が送られる。
【００３９】従って、この実施例による膜厚測定装置１
によれば、被測定物体Ｗより検出される分光放射エネル
ギーを、予め記憶された互いに異なる三つの波長λ1 ，
λ2，λ3 の各々の分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ
3 の波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 と酸化膜厚ｄとの関係
と照合して、対応する酸化膜厚を読み出し、読み出され
た酸化膜厚が複数存在する場合、各組の酸化膜厚を比較
し、一致または最小誤差の酸化膜厚を求める値として決
定しているので、酸化膜厚を一義的に決定でき、被測定
物体に形成された酸化膜の厚さの計測を高精度に行うこ
とができる。また、被測定物体である金属などに対し、
非接触でかつ連続して測定が可能となり、許容値内の膜
厚が形成された製品を得ることが可能となる。
によれば、被測定物体Ｗより検出される分光放射エネル
ギーを、予め記憶された互いに異なる三つの波長λ1 ，
λ2，λ3 の各々の分光放射エネルギーＥ1 ，Ｅ2 ，Ｅ
3 の波長のべき乗の比Ｒ1 ，Ｒ2 と酸化膜厚ｄとの関係
と照合して、対応する酸化膜厚を読み出し、読み出され
た酸化膜厚が複数存在する場合、各組の酸化膜厚を比較
し、一致または最小誤差の酸化膜厚を求める値として決
定しているので、酸化膜厚を一義的に決定でき、被測定
物体に形成された酸化膜の厚さの計測を高精度に行うこ
とができる。また、被測定物体である金属などに対し、
非接触でかつ連続して測定が可能となり、許容値内の膜
厚が形成された製品を得ることが可能となる。
【００４０】本実施例では、３つの波長について分光放
射エネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜厚との関係を
定め、１つの波長を共通として２組の波長の各々の分光
放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒと酸化膜厚ｄとの
関係に基づいて被測定物体Ｗに形成される酸化膜の厚さ
の計測を行う例について述べたが、４個以上の波長を用
いて計測を行ってもよい。また、２組以上の分光放射エ
ネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜厚との関係を利用
して測定を行うようにしてもよい。
射エネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜厚との関係を
定め、１つの波長を共通として２組の波長の各々の分光
放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒと酸化膜厚ｄとの
関係に基づいて被測定物体Ｗに形成される酸化膜の厚さ
の計測を行う例について述べたが、４個以上の波長を用
いて計測を行ってもよい。また、２組以上の分光放射エ
ネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜厚との関係を利用
して測定を行うようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明による膜厚測
定装置では、被測定物体より検出される分光放射エネル
ギーを、予め記憶された互いに異なる複数の波長の各々
の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜の厚
さとの関係と照合して対応する酸化膜厚値を読み出し、
読み出された酸化膜厚値が複数存在する場合には、各組
の酸化膜厚値を比較し、一致または最小誤差の酸化膜厚
値を求める値として決定しているので、最終的に酸化膜
の厚さは一義的に決定され、被測定物体に形成される酸
化膜の厚さの測定を高精度に行うことができるという効
果がある。また、被測定物体である金属などに対し、非
接触でかつ連続して測定が可能となるので、高温雰囲気
内でも人手によることなく酸化膜の計測が行え、この酸
化膜が許容値内に形成された製品を容易に、かつ確実に
得ることが可能となり、不良品の発生を抑えることがで
きるという効果がある。
定装置では、被測定物体より検出される分光放射エネル
ギーを、予め記憶された互いに異なる複数の波長の各々
の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜の厚
さとの関係と照合して対応する酸化膜厚値を読み出し、
読み出された酸化膜厚値が複数存在する場合には、各組
の酸化膜厚値を比較し、一致または最小誤差の酸化膜厚
値を求める値として決定しているので、最終的に酸化膜
の厚さは一義的に決定され、被測定物体に形成される酸
化膜の厚さの測定を高精度に行うことができるという効
果がある。また、被測定物体である金属などに対し、非
接触でかつ連続して測定が可能となるので、高温雰囲気
内でも人手によることなく酸化膜の計測が行え、この酸
化膜が許容値内に形成された製品を容易に、かつ確実に
得ることが可能となり、不良品の発生を抑えることがで
きるという効果がある。
【図１】本発明による膜厚測定方法が適用される膜厚測
定装置の一実施例を示すブロック構成図
定装置の一実施例を示すブロック構成図
【図２】同実施例による酸化膜厚の測定原理の説明図
【図３】異なる２つの波長λ1 ，λ2 における各々の分
光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 と酸化膜厚値
ｄ1 との関係を示す特性グラフ
光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ1 と酸化膜厚値
ｄ1 との関係を示す特性グラフ
【図４】異なる２つの波長λ1 ，λ3 における各々の分
光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ2 と酸化膜厚値
ｄ2 との関係を示す特性グラフ
光放射エネルギーの波長のべき乗の比Ｒ2 と酸化膜厚値
ｄ2 との関係を示す特性グラフ
１…膜厚測定装置 ２…検出手段 ３…記憶手段 ４…演算手段 ５…照合手段 ６…決定手段 ７…出力手段 Ｏ…酸化膜 Ｗ…金属（被測定物体）
Claims (2)
- 【請求項１】 互いに異なる二つの波長帯における各々
の分光放射エネルギーの波長のべき乗の比と酸化膜の厚
さとの関係に基づいて、被測定物体より実測した分光放
射エネルギーから前記酸化膜の厚さを求めることを特徴
とする膜厚測定装置。 - 【請求項２】 互いに異なる少なくとも３つ以上の波長
帯のうちの任意の２つの波長帯を１組とし、これら波長
帯における被測定物体の各々の分光放射エネルギーの波
長のべき乗の比と酸化膜の厚さとの関係に基づいて、前
記被測定物体より実測した少なくとも２組の分光放射エ
ネルギーによる酸化膜厚値を求め、２個以上の酸化膜厚
値が算出された時に、各組の酸化膜厚の値を比較して一
致若しくは最小誤差の酸化膜厚値を選択する構成になる
ことを特徴とする膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4066934A JPH05272924A (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 膜厚測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4066934A JPH05272924A (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 膜厚測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05272924A true JPH05272924A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=13330326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4066934A Pending JPH05272924A (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 膜厚測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05272924A (ja) |
-
1992
- 1992-03-25 JP JP4066934A patent/JPH05272924A/ja active Pending
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