JPH0850007A - 膜厚評価方法および装置 - Google Patents

膜厚評価方法および装置

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JPH0850007A
JPH0850007A JP6202709A JP20270994A JPH0850007A JP H0850007 A JPH0850007 A JP H0850007A JP 6202709 A JP6202709 A JP 6202709A JP 20270994 A JP20270994 A JP 20270994A JP H0850007 A JPH0850007 A JP H0850007A
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JP
Japan
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light
film thickness
range
organic film
film
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Withdrawn
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JP6202709A
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English (en)
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Eiichiro Nishihara
英一郎 西原
Soji Yamada
宗嗣 山田
Toshiyuki Kamei
利幸 亀井
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】粗面基板上に形成された有機物膜の膜厚を高精
度で且つ安価に評価できる膜厚評価方法を提供する。 【構成】Raが0.1〜1の粗面基板上に形成され且つ
可視光線を吸収する有機物膜の膜厚の評価方法であっ
て、単色光を有機物膜に垂直に入射し、入射点を基準と
する受光角度(Φ)が35°〜55°の範囲に配置した
検出器で反射光を受光してその吸光度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、膜厚評価方法および装
置に関するものであり、詳しくは、粗面基板上に形成さ
れ且つ可視光線を吸収する有機物膜の膜厚を精度良く測
定するため等に利用される膜厚評価方法および装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】粗面基板上に塗布などの手段で形成され
た有機物膜の膜厚を高い精度で評価・測定する技術は、
産業界の多くの分野で要望されている。例えば、鋼板の
表面に塗料を塗布する工程、アルミニウム板の表面に感
光性樹脂や光導電体を塗布する工程、IC等の上にフォ
トレジストを塗布する工程などの塗布膜の管理工程など
が挙げられる。
【0003】上記の様な有機物膜の膜厚測定方法として
は、従来より多くのものが提案されている。例えば、
(1)赤外線の吸光度から膜厚を求める方法、(2)渦
電流方式膜厚計、(3)放射線(X線、β線等)膜厚
計、(4)静電容量膜厚計、(5)干渉縞方式膜厚計、
(6)蛍光X線法などが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
測定手段は、何れも、平滑基板上の有機物膜を測定対象
としているため、粗面基板上の有機物膜の膜厚測定に応
用した際には十分な精度を得ることが困難である。蛍光
X線法による場合は、ある程度の精度を確保し得るが、
装置構成が大掛かりで且つ価格も高額であり、導入後の
保守にも手間が掛かる等の欠点がある。
【0005】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、その目的は、粗面基板上に形成された有機物膜の
膜厚を高精度で且つ安価に評価できる膜厚評価方法およ
び装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
のために鋭意検討した結果、特定の範囲の表面粗さを有
する基板上の有機物膜については、特定の範囲に反射さ
れた反射光成分を測定することにより、粗面により発生
する散乱光の影響を少なくし得るとの知見を得、本発明
に到達した。
【0007】すなわち、本発明の第1の要旨は、Raが
0.1〜1の粗面基板上に形成され且つ可視光線を吸収
する有機物膜の膜厚評価方法であって、単色光を有機物
膜に垂直に入射し、入射点を基準とする受光角度(Φ)
が35°〜55°の範囲に配置した検出器で反射光を受
光してその吸光度を算出することを特徴とする膜厚評価
方法に存する。
【0008】そして、本発明の第2の要旨は、Raが
0.1〜1の粗面基板上に形成され且つ可視光線を吸収
する有機物膜の膜厚評価装置であって、単色光を有機物
膜に垂直に入射する光照射器と、入射点を基準とする受
光角度(Φ)が35°〜55°の範囲に配置され且つ入
射点を基準とする立体角が0.01〜0.1srの範囲
の反射成分を受光する検出器と、当該検出器からの受光
信号に基づき吸光度を算出して膜厚の評価を行う演算装
置とから成ることを特徴とする膜厚評価装置に存する。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本
発明の理解のために、Lambert−Beerの法則
および当該法則を用いた膜厚測定方法について説明す
る。光の吸収において、単色光の入射光強度をI0 、透
過光強度をI、吸収係数をμ、物質の厚さをdとした場
合、透過光強度はI=I0 exp(−μd)で表され
る。これがLambert−Beerの法則である。
【0010】上記の式から、μd=loge (I0
I)となり、ある波長に対する吸収係数は一定であると
考えられるため、吸光度loge (I0 /I)は、物質
の厚さdに比例する。従って、吸光度loge (I0
I)を測定することにより、物質の厚さdを測定するこ
とが出来る。
【0011】反射性基板(粗面基板)上の有機物膜の場
合、有機物膜側からの入射光は、有機物膜を通過する間
に吸収され、基板で反射され、再度吸収された後、有機
物膜から反射光として出射する。斯かる反射系の場合
も、入射光強度をI0 、反射光強度をIとし、吸光度l
oge (I0 /I)を測定することにより、有機物膜の
膜厚を測定することが出来る。反射系における上記の吸
光度loge (I0 /I)は、反射濃度と呼ばれること
もある。
【0012】Lambert−Beerの法則を用いた
膜厚測定では、光強度の減衰は吸収による場合のみと仮
定している。従って、粗面基板上の有機物膜の厚さを測
定する場合は、光が散乱するため、検出器に到達する光
量が減衰し、その結果、吸光度を正確に測定することが
困難となる。つまり、基板上の有機物膜が同一厚さであ
っても、基板の表面粗さが異なる場合は異なった吸光度
を示す可能性がある。
【0013】ところが、粗面基板から反射する光は、粗
面状態の影響を受けて非常に複雑な散乱パターンを示す
が、本発明者等の知見によれば、特定範囲の表面粗さを
有する基板上の有機物膜については、特定範囲に反射さ
れた反射光成分を測定することにより、粗面により発生
する散乱光の影響を少なくすることが出来る。
【0014】次に、本発明に係る膜厚評価方法について
説明する。本発明の対象となる有機物膜は、Ra(中心
線平均粗さ)が0.1〜1の粗面基板上に形成された有
機物膜である。Raが0.1未満の粗面基板上に形成さ
れた有機物膜は、本発明によらずとも相当の精度でその
膜厚を評価することが出来る。一方、Raが1以上の粗
面基板上に形成された有機物膜は、本発明によっても充
分な精度でその膜厚を評価することが出来ない。本発明
において、好ましい有機物膜は、Raが0.4〜0.7
の粗面基板上に形成された有機物膜である。斯かる有機
物膜の膜厚評価に対し、本発明は、その真価を充分に発
揮し得る。なお、本発明において、Raは、カットオフ
値0.8mm、測定長さ8mmの条件下、JIS B0
601に準拠して測定した値である。
【0015】本発明に係る膜厚評価方法は、原理的に
は、Lambert−Beerの法則に基づく前述の吸
光度loge (I0 /I)を利用している。従って、基
板上に形成された有機物膜は、可視光線を吸収し得るこ
とが必要である。斯かる特性は、無色の有機物の場合
は、基板上に塗布する前の有機物に適当な着色物質を配
合することにより付与することが出来る。
【0016】本発明において、単色光を有機物膜に垂直
に入射し、入射点を基準とする受光角度(Φ)が35°
〜55°の範囲に配置した検出器で反射光を受光し、入
射光強度をI0 、反射光強度をIとし、吸光度(反射濃
度)loge (I0 /I)を算出する。受光角度(Φ)
が上記の範囲外に配置された検出器によって反射光を測
定した場合は、基板の表面粗さの影響を大きく受け、有
機物膜の膜厚を精度良く評価することが出来ない。
【0017】反射光の測定は、入射点を基準とする立体
角の任意の範囲の反射成分について行うことも出来る
が、立体角が0.01〜0.1srの範囲の反射成分に
ついて行うのが好ましい。ここに、立体角は、入射点を
頂点とする錐が入射点を中心とする単位球面から切り取
る面積を意味し、反射面と受光面との距離によって決定
することが出来る。なお、単色光の波長は、通常、有機
物の吸収極大波長に設定される。
【0018】次に、本発明に係る膜厚評価装置について
説明する。本発明に係る膜厚評価装置は、単色光を有機
物膜に垂直に入射する光照射器と、入射点を基準とする
受光角度(Φ)が35°〜55°の範囲に配置され且つ
入射点を基準とする立体角が0.01〜0.1srの範
囲の反射成分を受光する検出器と、当該検出器からの受
光信号に基づき吸光度を算出して膜厚の評価を行う演算
装置とから成る。
【0019】図1は、本発明に係る膜厚評価装置の光学
系の一例の説明図であり、図中、(1)は光照射器、
(11)は光源、(12)は干渉フイルター、(2)は
検出器、(21)は光ファイバー、(22)は光ファイ
バーヘッド、(3)は光電子増倍管、(4)は演算装
置、(5)は試料である。
【0020】図1に示す光学系において、光源(11)
からの出射された光は、干渉フィルター(12)で所定
の波長の単色光とされて試料(5)に入射される。光フ
ァイバー(21)は、光ファイバーヘッド(22)に備
えられ、入射点(a)を基準とする受光角度(Φ)が3
5°〜55°の範囲に配置されている。そして、入射点
(a)を基準とする立体角が0.01〜0.1srの範
囲の反射成分を受光し得る様に、光ファイバーヘッド
(22)の先端部から試料(5)迄の距離が決定されて
いる。
【0021】光ファイバー(21)で受光した反射光
は、光電子増倍管(3)の光電面に導かれ、その出力信
号は、増幅回路および対数変換回路を備えた演算装置
(4)に入力されて信号処理され、吸光度(反射濃度)
loge (I0 /I)が算出される。図1に示した光学
系において、光ファイバー(21)は、仮想円状の等間
隔の位置、すなわち、対向する位置(180°異なる位
置)に2本設けられているが、測定精度を更に高めるた
め、3本またはそれ以上の本数であってもよい。
【0022】本発明に係る膜厚評価方法および装置は、
粗面により発生する散乱光の影響を少なくして精度良く
吸光度(反射濃度)loge (I0 /I)を算出するこ
とが出来る。従って、得られた吸光度(反射濃度)によ
り、粗面基板上に形成される有機物膜の膜厚さを精度良
く管理することが出来る。
【0023】また、本発明に係る膜厚評価方法および装
置は、予め求めた検量線によって有機物膜の膜厚さを測
定することにも利用することが出来る。検量線におい
て、吸光度(反射濃度)と比較する有機物膜の膜厚は、
可能な限り信頼性の高い測定法によって求めた値を使用
する必要がある。本発明においては、有機物膜が塗布さ
れた一定面積の試料の重量を測定し、有機溶剤で有機物
膜を脱膜し、脱膜前後の重量差から計算して求めた重量
膜厚を使用するのが推奨される。
【0024】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。
【0025】実施例1 粗面基板としては、化学エッチングにより種々のRaに
粗面化したのち陽極酸化皮膜処理を施したアルミ基板を
使用した。有機物としては、染料の添加により630n
mに特性吸収を有する様に調整された光感光性有機物を
使用した。アルミ基板の粗面に光感光性有機物を塗布
し、Ra=0.56、0.69、0.76、0.84
(μm)の1水準を有する基板の上に各々5水準の膜厚
の光感光性有機物膜を塗布して試料とした。
【0026】上記の様にして得られた各試料について6
30nmの単色光を入射光として照射し、その反射光か
ら吸光度(反射濃度)を算出した。すなわち、図1に示
す光学系を備えた装置を使用し、受光角度(Φ)を変更
して立体角が0.05srの反射成分を受光して反射濃
度を算出し、重量膜厚と対比させて評価した。その結果
を図2〜4に示す。図2は受光角度が45°の場合、図
3は受光角度が30°の場合、図4は受光角度が60°
の場合の結果である。
【0027】上記の各図に示す結果から明らかな様に、
受光角度が30°又は60°の場合は、何れも、反射濃
度の測定値の分布が広範囲であり、Raの影響を大きく
受けていることが分かる。一方、受光角度45°の場合
は、反射濃度の測定値の分布が狭く、Raの影響が小さ
い。因みに、Raが大きくなる程に反射濃度の値が小さ
くなる。以上の結果から、本発明に従って反射濃度を測
定することにより、光感光性有機物膜の膜厚を精度良く
測定することが出来ることが分かる。
【0028】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、インライ
ン且つ非接触の条件で安価にして高精度かつ高速度で粗
面基板上に形成された有機物膜の膜厚の評価を行うこと
が出来る。従って、リアルタイムで生産ラインのプラン
ト診断を行うことが出来、粗面基板上に有機物膜を形成
した各種の製品を安定的に供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る膜厚評価装置の光学系の一例の説
明図である。
【図2】受光角度が45°の場合の測定結果である。
【図3】受光角度が30°の場合の測定結果である。
【図4】受光角度が60°の場合の測定結果である。
【符号の説明】
1:光照射器 11:光源 12:干渉フイルター 2:検出器 21:光ファイバー 22:光ファイバーヘッド 3:光電子増倍管 4:演算装置 5:試料

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Raが0.1〜1の粗面基板上に形成さ
    れ且つ可視光線を吸収する有機物膜の膜厚評価方法であ
    って、単色光を有機物膜に垂直に入射し、入射点を基準
    とする受光角度(Φ)が35°〜55°の範囲に配置し
    た検出器で反射光を受光してその吸光度を算出すること
    を特徴とする膜厚評価方法。
  2. 【請求項2】 入射点を基準とする立体角が0.01〜
    0.1srの範囲の反射成分を受光する請求項1に記載
    の膜厚評価方法。
  3. 【請求項3】 Raが0.1〜1の粗面基板上に形成さ
    れ且つ可視光線を吸収する有機物膜の膜厚評価装置であ
    って、単色光を有機物膜に垂直に入射する光照射器と、
    入射点を基準とする受光角度(Φ)が35°〜55°の
    範囲に配置され且つ入射点を基準とする立体角が0.0
    1〜0.1srの範囲の反射成分を受光する検出器と、
    当該検出器からの受光信号に基づき吸光度を算出して膜
    厚の評価を行う演算装置とから成ることを特徴とする膜
    厚評価装置。
  4. 【請求項4】 検出器が等間隔で配置された複数の光フ
    ァイバーである請求項3に記載の膜厚評価装置。
JP6202709A 1994-08-04 1994-08-04 膜厚評価方法および装置 Withdrawn JPH0850007A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006091559A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Fuji Xerox Co Ltd 表面層の膜厚測定方法
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