JPS60500184A - 基体上に付着した層の体積を自動的に非接触で測定する装置 - Google Patents

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】 発明の名称 基体上に付着した層の体積を自動的に非接触で測定する装置 発明の背景 １、発明の分野 本発明は、基体上に付着した層の体積を、非接触で、自動的に測定する装置に係 る。これは、ハイフリットマイクロ電子技術によって電子回路用として形成され た付着層に適用するものである。

本発明の装置では、体積の等偏量を測定することができ、又、厚みも測定するこ とができ、従って、厚みだけを測定する場合よりも豊富な情報が得られる。測定 した“厚み”は、ここでは、“′位相幾何学厚み”と称することができる。

２、公知技術の説明 一般に、例えばハイブリット回路は、導電性材料、リニア抵抗材料又は非リニア 抵抗材料、誘電もしくは絶縁り料より成る種々の―を電気絶縁基体上に付着する ことによって形成されることによって形成されることが知られている。

基体上に抵抗性インクを付着することによって抵抗値を得る場合について考える と、付着層の厚みを正確に制御することが必要である。というのは、付着層の厚 みが、次のような一般の関係式に基ついて最終的な抵抗値を決定するからである 。

但し、Ｒは抵抗値であり、 ρは材料の抵抗率であり、 Ｌは抵抗の長さであり、 Ｓは抵抗の断面積である。

抵抗の断面が長方形であるとすれば、次のように書き表わすこ但し、ｐは抵抗の 巾であり、 ｅは抵抗の厚みである。

それ故、Ｌ／Ａ＝Ｎ　（方形の数）とすれば、次のように書き表わすことかでき る。

スを修正しているが、このようなやり方では基本的に少なくとも３つの問題があ る。

１、　付着層を形成するや否や厚みを測定することが必要であり、即ち、この技 術で使用されている用語によれば、然るべき値を越えるこ゛とによって多数の基 体を無駄にするおそれをなくすために、操作手順の終了（約６０分ないし９０分 後）を待たすに、“？Ｗつた”状態もしくは生”の状態で測定を行なうことが必 要である。

２、　当業者に明らかなように、厚みと言う語は非常にば（ぜんとしたものであ るが、甚しく不的確というものでもない。実際上、付着層の形状は、平行六面体 ではなく、上記の関係式（１）シが適用できない。というのは、これは抵抗素子 の断面積のみを考慮するものであり、この断面の形状については考慮していない からである。さて、シルクスクリーン印刷のハイブリッド回路を製造している全 ての業者は、厚みのみに圧目して測定しているために、関係式（２）を使用して いる。第１図から明らかなように、これは錯覚であり、この厚み“ｅ”の測定値 と、ベーキング後に得られる抵抗値との間には綿密な相関関係を得ることができ す、従って、自己修正機能を果たし、ひいては、実際上自動であるようなシルク スクリーン印刷システムは製造できない。抵抗の［１］とそれらの長さとに基づ いて、色々な断面形状を得ることかでさるが、これらは表面張力と重力とのバラ ンスによって得られる。従って、抵抗２の場合、即ち巾βＩが小さい場合（１！ 、　（ｌ　ａｍ）　、抵抗３の場合、或いはβ、がβ２より大きく、は＼２朋よ り大きい抵抗４の場合に、“ｅ”についての測定１ｎ報を与えることができる。

３、　現在使用されている厚み１ｆｉｌｌ定方法では、断面厚めも平均厚みも測 定できない。

現在知られている解決策は、シルクスクリーン印刷された付着層又は別の方法で 作られた付着層の厚メをｄｊｌｌ定するという問題に対しては適当でない。現在 、色々なｆｆ１ｌｌ定方法が利用できるが、いずれも制約かあり、このような状 態から、本発明の利点が産め出されたことが明らかであろう。

蛍光ＲＸによる測定は、接触せずに効果的に行なわれるが、これは、層を形成し ている原子の性質に関係したもので、現在のところ、小さな値（１平方当たり数 オーム）から非Ａ４こ高い値（１平方当たり数十メガオーム）までの抵抗性イン クに関する限り、それらの組成を木質的に変えられる。更に、この１ｊｌｌ定に は、５秒ないし３０秒の時間を要する。

β線の後方散乱による測定も、付着した材料の組成によって直接左右されるので 、上記と同し問題がある。−最ｃこ、基体を形成する原子と付着層を形成する原 子は原子番号か２０％異なることが必要とされ、これにより、誘電材料及び絶縁 材料についての測４ 定か行なえなくなる。

渦電流によって測定を行なう場合には、非磁性金属上に非非電性のイ」着層を設 けるか、或いは、導電性の低い基体上に導電性の付着層を設けることか必要であ る。これらの制約により、王として、シルクスクリーン印刷機をサーホ制御する 目的で湿式測定を行なおうとする時には、この測定法をハイブリットマイクロ電 子装置に一般に適用できない。

磁気誘導は、磁性基体上に設けられた非導電性付着層のみに関連したものである から、これは一般に使用できない。

酸化物及び窒化物の厚み測定に一般、に使用される楕円光測定法及び分光光度測 定法は、ハイブリットマイクロ電子装置に使用される形式の付着層には全く適用 されない。

ホール効果に基づいてマイクロ抵抗をθり定したり又は電気量を測定したりする 方法は、金属には適用されるが、セラミック材料には適用されず、“湿った”状 態での測定には適していない。

プロフィロメータ（粗面計）は、ハイブリッドマイクロ電子装置に広く利用され るでいるが、湿式測定を行なえないと共に、測定場所が非常に限定される。とい うのは、所与の平面内の成る部分にしか適用できず、体積全体に適用でさないか らである。更に、これら計器は作動速度が低く、自動測定系統に組み込むことが 困難である。

光学式の断面顕微鏡もハイブリｙＦマイクロ電子装置６ヱく利用されていて、接 触せすに測定を行なえるようにするが、これには多数の欠点がある。これら顕微 鏡は、光学的な集束を必要とし、これによって、自動機構が複雑化されると共に 、その視野が非隼に限定され、巾が１ｍ１程度の部分であってもその全体を表示 するように構成することは不可能である。

本発明の目的は、単純な厚めはもはや・り１１定セす、体積に等価な位相幾何学 厚みを測定する自動非接触測定原理を提供することによって上記のあらゆる欠点 を解消することである。上記の関係式＋１１では、Ｒが断面積に反比例するが、 第１の近似として関係式Ｖ＝ｓ、ＸＬ（断面“Ｓ゛はいかなる形状のものでもよ い）を許よって決定されるから、これは比較的正確で且つ一定であり、従って、 Ｒ＝ｆ（１／Ｖ）　ｉ４）となる。

ここ数十年間は、ノズルの出口に生しるガス圧力の変化に基づいて厚みを測定す る方法か知られており、この方法では、測定される面にノズルを近すげる程、ノ ズル出口の圧力が増大する。この方法は、精密な機械に広く利用されており、０ ．１マイクロメ一タ代の精度で、液柱から読みを得ることができる。

然し乍ら、この非接触の測定原理には、次のような多数の欠点がある。

１、　ガスの噴射力によって、゛夜体層力・変形するために湿式測定には適用で きない。

２、　付着層の１部分についてしか厚みを測定できない。

３、　基体に対して差の測定を容易に行なえない。

４、液柱の高さの差についての判定があまり確実でなく、液柱の増倍係数が１０ ０００にも達するので容易に自動化できない。

５、　この方法を実施する装置は、感度曲線の最大感度領域に自動的に位置する ように作動できない。液柱の動き−ｆ　（ノズル／距離を測定すべき面（２と称 している））。

発明の概要 本発明の目的は、体積に等価な位相幾何学厚み−（ｅｖ　）と称する−を非接触 で測定する方法及び装置を捉藁するこ止りこよってこれら・の欠点を、解消する ことで、ある。

このため、本発明□は、基体上に形成された付着層のｅｖを測定する方法であっ て、 裸の基体上で抵抗の付近に定圧力のガスを噴射して、測定液柱における液体レベ ルのゼロ点を設定し、付着層の表面上に再びガスを噴射して、この余分な厚みに よる圧力の増加を測定し、液柱からの読めによって付着層の厚みを決定するとい う段階より成る方法を提供する。

本発明の特徴は、測定すべき付着層と同様の形状をした噴射を用いる点にある。

この重要な特徴により、体積の等偏量を測定することができる。付着層の表面に 対するガスの流れは、その形状によって直接左右され、これにより、その区分の 凹凸を？、Ｎｊ４な圧力測定によって完全に積分することができる。上記形状の 噴射は電気食刻或いは他の方法に上って形成される。

又、本発明は、上記方法を実施した装置であって、最尤測定感度で自動的に測定 を行なうご共に、湿式測定に適した噴出圧力を与えるような装置も提供する。

図面の簡単な説明 本発明の他の特ｉＴｈ及び効果は、添付図面を参照した実施例の詳細な説明より 明らかとなろう。

第１図１よ、色々な形状の付着層が設けられた基体を示す斜視図、第２図は、位 相幾何学厚みを測定する本発明による装置の概略図、 第３図は、厚み測定曲線を示すグラフ、第４図は、液柱のレベルを検出する装置 を詳細に示す図、そして 第５図は、位相幾何学厚みの測定曲線を液柱の高さの関数として示したグラフで ある。

全ての図面において同し素子は同じ参照番号で示しである。

好ましい実施例の説明 第１図には、基体が“１”で示されており、この基体上には、秒１えば抵抗性材 料で形成された多数の層、例えば３個の層−２，３，４で示す−が付着される。

本発明の１つの特徴によれば、厚みｅｖの測定は、乾燥及びヘーキングの前の湿 った状態において行なわれる。５．６及び７で示された噴射器は、それらの形状 により、これら噴射が抵抗の形状と同様で然もその境界内に含まれ、空気の流れ が単位長さ当たりの流れ抵抗値に直接関係しているから、付着層の全ての厚み変 化を積分することができる。従って、噴射器５は、付着層２が方形断面の場合は 方形断面を存するが、抵抗によって形成された方形内に円が内接する場合には円 形断面を有し、この場合も良好な結果を与える。噴射器６及び７は、抵抗３及び ４の形状が長方形であるから長方形断面を有し、第２図から明らかなように、基 体１は支持体８にのせられ、この支持体は吸引又は他の方法によって基体を保持 する。支持体８と一体的な移動テーブル９は、例えば空気モータ１０により、横 方向Ｘ及び縮方向２に移動することができる。Ｘ方向又は２方向の移動はコンピ ュータ１１によって制御され、このコンピュータは、ステップカウンタ即ち増分 カウンタ１２及び種々のターミナル】３を用いて位相幾何学厚めの種々の測定段 階を制御し、測定値を記録させ、Ｊす定値を印字さセ、そしてシルクスクリーン 印刷機又は付着層を形成した装置を直接制御する。第３図は、インクのシルクス クリーン印刷を行なってハイブリ・７トモジユールを形成するのに用いられる装 置の使用例８ を示している。瞬時変化のない特定の傾向を示す曲線をプロｙ　）することによ り、その機械についての修正を予想したり或いは機械を停止したりできることに 注目されたい。実照には、選択された測定の頻度により、例えば何分で製品が裕 度を逸するかを知ることができ、このような測定によって製造収率を改善できる という効果が容易に明らかとなろう。

コンピューター１は、１５において液柱１４のレベルを測定する位相幾何学厚み センサに接続される。このレベル検出は、圧力センサ、ホトダイオードスケーラ 、ＣＣＤバー等の色々なセンサによって行なうことができる。

これらセンサは、全て、液柱１４の正確な高さを直接的もしくは間接的に測定す るように働く。

本発明の非常に重要な特徴によれば、液柱のレベルが一定に保持され、基体１の 位置がテーブル９によって変えられる。この構成は次のような効果を発揮する。

ａ、　レベル検出装置が簡華なものでよくなり、例えば第４図に示すように２個 のグイオートでよくなる。

２個の発行ダイオード２１及び２２は互いに接続されて、電圧■ｅが供給され、 ２個の光検出ダイオード２３及び２４が液柱１４の位置に基いて電流を発生し、 この電流は抵抗器２５に流れる間に出力電圧■、を決定する。それ故、液柱１４ のレベルがこの手段によって容易に検出される。

ｂ、　液柱の高さをｈとし、付着層の位相幾何学厚みをｅｖとすれば、曲線ｈ＝ ｆ（ｅ、）の最も感度が良く且つリニアな部分が使用される。

第５図は、色々な形態の噴射に対して実験で得られた曲線を示している。リニア 度１％の領域が一例として示されており、第２図に１６で示された導入噴射の直 径−こ孔は圧力Ｐ２を決定するーと、第２図に２０で示された放出噴射の断面積 とるこ基つぃて、このリニア領域から非常に急激に移行が生しることが観察され る。

従って、空気圧力の厚み測定Ｍ’ｌｌを用いる場合に、もしこれが自動的に最大 リニア度の領域へもっていか（１，なければ、このような装置を使用することは 困難であることになる。

液柱は基準体として使用されるので、ｅｖの測定値は、Ｚ軸の方向に行なわれる テーブル９の移動増分の数から導出される。

本装置は、次のように作動する。

コンピュータ１１は、付着層２が適当な形状の噴射２ｏに対向するようにテーブ ル９をＸ又はｘｙ力方向動かすのに必要なデータを形成する。低圧力Ｐ２のもと で噴射される空気は、形の整った噴射２０となり、次いでコンピュータ１１は、 ｚ軸に沿ってテーブル９を持ち上げる情報を発生ずる。テーブル９は、いわゆる 基準距離ｚ　ｒｅｆまで基体１に接近する。この距離は、前記したように液柱１ ４に対するレベルセンサにまって測定される。この高さｚ　ｒｅｆは、ｅｖの最 大測定感度乙こ相当する。光検出ダイオード２３又は２４によって発生される基 ＄電圧Ｖ　ｒｅｆはＶ、に等しい。コンピュータ１１で受信されるこの信号Ｖ、 は、付着層２がもはや噴射２０の下に来ないようにチーフル９のＸ方向の横移動 を制御する。付着層のすく近くにある裸の基体領域が、ｚ　ｒｅｆと位相幾何学 厚みｅｖとの和に等しい距離２の位置、即ち２−ｚｒｅｆ＋ｅｖ、において噴射 の下にもっていかれる。２はｚ　ｒｅｆより大きいから、放出噴射の圧力が低下 するために、液柱１４のレベルが下がる。ダイオード２１及び２２によって放射 される光は、もはや液体によって通過が阻止されないので、コンピュータ］１は 信号Ｖ　ｒｅｆとは異なった信号を受け、それ故、パルスの形態のエラー信号を テーブル９のモータ１ｏへ発生して、再ひＶ　ｒｅｆが得られるようにする。そ れ故、チーフルは、液体１４か再ひタイオード２１を覆うまで、換言すれば、再 び基準圧力Ｐ　ｒｅｆが得られるまで、基体ｌを噴射２ｏに向けて持ち上げる。

次いで、裸の基体領域と噴射との距離が再びｚ　ｒｅｆに等しくなったことを確 かめる。かくて、基体１はｅｖに等しい距離だけ高さが動かされ、換言すれば、 形の整った噴射２ｏによって付着層２の体積が積分される。それ故、コンピュー タ１１は、２つのｆｌ＋定操作の各々においてテーブル９の移動増分の数をカウ ンタ１２１こよってカウントするだけでよく、両者の差によって、ｅｖに相当す る増分の数が得られる。標準的なステップ・ハイ・ステップのテーブルは０１ミ クロンの増分で移動できることを考慮して、コンピュータは、増分の数に０．１ を乗算して、ｅｖを決定する。

本発明の方法は、基体１を固定保持し、噴射２ｏ及びその支持体１つを動かずよ うにしても、本発明の範囲から逸脱することな〈実施できる。

導電性及び抵抗性付着層の形成中にシルクスクリーン印刷機に位相幾何学厚みｆ ｆ１ｌｌ定装置を使用したが、リニアな後退量が、へ−キング後に測定した抵抗 値の逆数１／Ｒと結合され、位相幾何学厚みｅｖに０，９８より大きい相関関数 が与えられる。本発明以外の厚みｆｆ１ｌ＋定方法では、このような相関関数を 得ることができない。

非常に高精度の電子秤（０，０５ｍｇ精度）及び数個の抵抗を含む基体を使用す ることによって付着ペーストの重量を測定する方法だけは、この係数を得ること ができ、ｅ、の測定値が体積ひいては質量ｍに等価であることが実際上確認され る。というのは、これら２つの測定量、即ち体積Ｖ及び質量ｍは、比重ｄのみに よて、ｍ＝Ｖｄと言う式に基づいて分離されるからである。

液体タンクを一定レベルに保つこと乙こついて装置を試験した。

これはキャパシタのプラスナックコーティングに関するも・のであったが、この 装置は液体のレベルを検出し、キャパシタのコーティング操作によって液体が徐 々に消費される時に液体を含むタンクの持ち上げを制御することができた。

本発明を幾つかの実施例について説明したが、本発明は当業者が容易になし得る あらゆる変更を網羅し、上記した手段のあらゆる技術的等動物、及び本発明の範 囲内で実施されるそれらの組合せを包含するものとする。本発明は、請求の範囲 で規定する。

鳥嘗（トシシにＴてミし 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示　ＰＣＴ／ＦＲ８３１００２４６３、補正をする者 事件との関係　出願人 氏　名（名称）アンテルファス　ケーンズ５、補正命令の日付　昭和５９年１０ 月２３日７、補正の内容　別紙の３１？！す 国　際　調　査　報　告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　ガス噴射器と、基体上に付着した層の表面との間の距離に怒じるガス圧力 を測定することによって上記付着層の体積に等価な位相幾何学厚みを測定する方 法であって、特に、噴射からみた付着層の寸法に対して適当な断面形状をした噴 射器もしくは放射ノズルを使用することによって、付着層の各点における全厚み 変動を積分した測定値を特に得るような方法において、上記付着層の上のいわゆ る基準距離に配置した噴射器によって一定の低い圧力で最初にガスを噴射して、 それに対応する圧力が液柱で表示されるように、し、 噴射器と基体との間の距離を変えずに、噴射器を裸の基体領域に対向配置させて 、同じ圧力で再びガスを噴射し、噴射器と表面との間の測定距離が、最大感度範 囲に対応する上記基準距離に再び等しくなるように基体又は噴射器を移動し、そ して、 測定すべき付着層の位相幾何学厚みｅｖに直接関係した上記基体又は噴射器の移 動量を検出することを特徴とする方法。 １２、上記ガス噴射器の断面形状は、上記付着層の形状と同様であってその境界 内に包含されるものであり、付着層の全厚み変動を積分すると共に、付着された 材料の体積に関する正確な情報が得られる請求の範囲第１項に記載の方法を実施 する測定装置。 ３、　上記基準距離は、これに関連した上記基進圧力が、（Ｐ　ｒｅｆ　）　＝ ｆ　（ｅｖ　）という関係式、又は液柱の液体高さくｈ）　＝ｒ　（ｅｖ　）と いう関係式の最大感度及び直線性に対応するように、決定される請求の範囲第１ 項に記載の測定方法。 ４、　平坦又は平坦でない基体上に付着した層の位相幾何学的厚みを測定する請 求の範囲第２項に記載したような装置であって、加圧ガスを噴射する形状にされ たノズルもしくは噴射器を支持しているセンサを更に備え、上記加圧ガスの圧力 はブラー型装置によって一定に保たれると共に、付着層の形状を変えることな１ ＜湿式測定を行なえるに充分な程低いものであるような測定装置において、 液柱によって指示された放出ガスの圧力を電気信号に変換し、噴射器の端と測定 すべき表面との間の第１のいわゆる基準距離に対応する圧力のための第１信号と 、噴射器と裸の基体表面との間の第２距離に対応するガス圧力のための第２信号 とを発生する手段と、 上記基準信号と上記第２信号とを比較し、この第２信号が上記基準信号と異なる 時にエラー信号を供給する制御手段と、上記エラー信号によって作動されて基体 もしくは噴射器の垂直方向移動を制御すると共に、エラー信号がない時には−こ れは裸の基体面にガスを噴射した時に第２の距離が上記基準距離に等しくなった ことを指示する一作動を停止する手段と、裸の基体面にガスを噴射する間に付着 層の位相幾何学厚みに等しい距離だけ基体又は噴射器が動くように、基体又は噴 射器の移動を検出する手段とを具備したことを特徴とする装置。 ５、　上記変換手段は、上記液柱の各側で互いに対向配置された２つの光学組立 体で形成され、その各々は、発光ダイオードと、光検出ダイオードとを備え、光 検出ダイオードは、可視光線を受光した時は電気信号を発生するが、光線が液体 を含む柱を透過するようなレヘルに液体が達した時には電気信号を発生しない請 求の範囲第１項に記載の装置。 ６、上記基準距離は、これに関連した液体のレヘルが、２つの１４ れにより光線の片方か液体で遮断されるものとして決定され、上記基準距離とは 異なる上記第２の距離に対応する液体の第２の高さは、液体のレヘルが上記２つ の光線間に含まれる間隔に入らないような高さである請求の範囲第５項に記載の 装置。 ７、　上記比較手段は、上記第２の電気信号が上記基準信号と異なる時に生しる エラー信号を表わすいわゆる制御パルスを発注するコンピュータである請求の範 囲第４項ないし６項のいずれかに記載の装置。 ８、　上記基体は垂直方向に移動できるテーブルにしっかりと取り付けられ、一 方く上記噴射器は固定保持され、上記移動手段は、制御パルスを受け取るたびに １つの増分だけテーブルを持ち上げるように上記コンピュータによって駆動され るモータを備え、上記検出手段は、上記テーブルが移動した距離−これは付着層 の位相幾何学厚みに等しい−を測定するように受信制御パルスの数をカウントす るカウンタを備えている請求の範囲第７項に記載の装置。 ９１．非常に短安応答時間で且つプログラム可能な感度で圧力変化に追従する固 体圧力センサを上記液柱に代って備えた請求の範囲第１項に記載の方法を実施す る測定装置。 １０、ハイブリッドマイクロ電子装置用の基体にシルクスクリーン印刷によって 付着された抵抗性ペーストに対して請求の範囲第、１項及び３項のいずれかに記 載のプロセスを利用する方法であって、ヘーキングを行なう前の湿った状態で上 記抵抗性ペーストの厚み測定を行ない、これにより、自動シルクスクリーン印刷 機に装置を組み込めるようにすると共に、印刷機を実時間で調整できるようにし たことを特徴とする方法。