JPS601562B2 - 膜厚測定法 - Google Patents
膜厚測定法Info
- Publication number
- JPS601562B2 JPS601562B2 JP7439179A JP7439179A JPS601562B2 JP S601562 B2 JPS601562 B2 JP S601562B2 JP 7439179 A JP7439179 A JP 7439179A JP 7439179 A JP7439179 A JP 7439179A JP S601562 B2 JPS601562 B2 JP S601562B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- sample
- film thickness
- measured
- sealed container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、非接触法による膜の厚さの測定法に関し、
更に詳しくはオプトアコーステイツク効果において試料
内に起こる温度の定常波により誘起される密封容器内の
圧力波の振幅を入射電磁波の２つの異なる変調周波数に
おいて測定し、その振幅の比から膜厚を測定する非接触
法による膜厚測定法に関するものである。
更に詳しくはオプトアコーステイツク効果において試料
内に起こる温度の定常波により誘起される密封容器内の
圧力波の振幅を入射電磁波の２つの異なる変調周波数に
おいて測定し、その振幅の比から膜厚を測定する非接触
法による膜厚測定法に関するものである。
オプトアコースティック効果とは、気体で満たされた密
封容器内に設置された物質に、この物質が吸収する電磁
波に変調を加えて照射すると、密封容器内に電磁波変調
周波数と同じ周波数の圧力波が生じる現象をいう。
封容器内に設置された物質に、この物質が吸収する電磁
波に変調を加えて照射すると、密封容器内に電磁波変調
周波数と同じ周波数の圧力波が生じる現象をいう。
従来の膜厚測定法には、触針法、くり返し反射法、偏光
解析法、電気抵抗法、電気容量法、超音波法、うず電流
法等が知られている。
解析法、電気抵抗法、電気容量法、超音波法、うず電流
法等が知られている。
しかし触針法の場合には対象物質が堅い物質に限られ、
くり返し反射法の場合には破壊検査であり、偏光解析法
では一義的に膜厚を求められないし、また不透明物質に
は適応できず、さらに他の電磁気的測定法では物質の電
磁気的性質により適用範囲が制限される等の欠点を有し
ている。さらにオプトアコーステイツク効果を用いる非
接触法による膜厚測定法も従来から知られているが、こ
の方法では被測定層と入射電磁波を効率よく吸収する薄
い吸収層とからなる２重層を試料とし、この試料を気体
（以下バックグラウンドガスと称する）の封入された密
封容器内に被測定層がバックグラウンドガスに接し、か
つ密封容器の壁面の一部を構成するように段直し、この
試料に変調された電磁波を照射してその時に発生する圧
力波の振幅と、吸収層のみで同様に測定された圧力波の
振幅の比をとり、この比の対数値の電磁波の変調周波数
に対する勾配より膜厚を求める。
くり返し反射法の場合には破壊検査であり、偏光解析法
では一義的に膜厚を求められないし、また不透明物質に
は適応できず、さらに他の電磁気的測定法では物質の電
磁気的性質により適用範囲が制限される等の欠点を有し
ている。さらにオプトアコーステイツク効果を用いる非
接触法による膜厚測定法も従来から知られているが、こ
の方法では被測定層と入射電磁波を効率よく吸収する薄
い吸収層とからなる２重層を試料とし、この試料を気体
（以下バックグラウンドガスと称する）の封入された密
封容器内に被測定層がバックグラウンドガスに接し、か
つ密封容器の壁面の一部を構成するように段直し、この
試料に変調された電磁波を照射してその時に発生する圧
力波の振幅と、吸収層のみで同様に測定された圧力波の
振幅の比をとり、この比の対数値の電磁波の変調周波数
に対する勾配より膜厚を求める。
この方法によれば、試料表面の温度変動の振幅と圧力波
の振幅が比例していることから、試料表面の温度を直接
測定する必要はなく、従って非接触で膜厚を測定するこ
とができるが、次に述べる欠点を有する。すなわち、膜
厚を求めるのに吸収層のみの場合と、吸収層および被測
定層とからなる２重層の２回について、圧力波の周波数
依存性を測定しなければならず、時間と労力を要する。
この発明は上記欠点を除去し、広い範囲の物質の膜に対
して正確かつ迅速に膜厚を測定することができる膜厚測
定法を提供することを目的とする。
の振幅が比例していることから、試料表面の温度を直接
測定する必要はなく、従って非接触で膜厚を測定するこ
とができるが、次に述べる欠点を有する。すなわち、膜
厚を求めるのに吸収層のみの場合と、吸収層および被測
定層とからなる２重層の２回について、圧力波の周波数
依存性を測定しなければならず、時間と労力を要する。
この発明は上記欠点を除去し、広い範囲の物質の膜に対
して正確かつ迅速に膜厚を測定することができる膜厚測
定法を提供することを目的とする。
この発明に係る膜厚測定法は、被測定層と入射電磁波に
対し適当な吸収係数と厚さを有する薄い吸収層とからな
る２重層を試料とし、この試料をバックグラウンドガス
を封入した密封容器に被測定層がバックグラウンドガス
に接し、かつ密封容器の壁面の一部を構成するように設
置し、この試料に変調された電磁波を照射してその時に
発生する圧力波の振幅を、変調周波数を変化させて２つ
の変調周波数において測定し、２つの振幅の比より膜厚
を求めることを特徴とする。
対し適当な吸収係数と厚さを有する薄い吸収層とからな
る２重層を試料とし、この試料をバックグラウンドガス
を封入した密封容器に被測定層がバックグラウンドガス
に接し、かつ密封容器の壁面の一部を構成するように設
置し、この試料に変調された電磁波を照射してその時に
発生する圧力波の振幅を、変調周波数を変化させて２つ
の変調周波数において測定し、２つの振幅の比より膜厚
を求めることを特徴とする。
従って、本測定法は非接触式であり試料を破壊すること
は全くなく、また試料の透明度あるいは電磁気的性質等
に依存せず、従来の膜厚測定法に比し極めて広い適用範
囲を有する膜厚測定法である。
は全くなく、また試料の透明度あるいは電磁気的性質等
に依存せず、従来の膜厚測定法に比し極めて広い適用範
囲を有する膜厚測定法である。
以下この発明の実施例を図に基づいて説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示すもので、１は試料、
２は密封容器で、その一壁面に電磁波入射窓３が形成さ
れ、他の壁面に音圧検出素子としてマイクロホン５が気
密性を保つように装着されている。
２は密封容器で、その一壁面に電磁波入射窓３が形成さ
れ、他の壁面に音圧検出素子としてマイクロホン５が気
密性を保つように装着されている。
６は光源（例えばキセノンランプ、タングステンランプ
、あるいは各種のレーザ）、７は電磁波の変調（変調周
波数は１０〜２０００Ｈｚ）を行うためのチョツパ、８
はマイクロホン５の出力を増幅する増幅器、９は前記チ
ョッパ７からの参照信号７１と増幅器８の出力を受け、
信号の振幅と位相を測定する、いわゆる〇ツクインアン
プで、このアンプ９には図示されていないがレコーダが
接続されている。
、あるいは各種のレーザ）、７は電磁波の変調（変調周
波数は１０〜２０００Ｈｚ）を行うためのチョツパ、８
はマイクロホン５の出力を増幅する増幅器、９は前記チ
ョッパ７からの参照信号７１と増幅器８の出力を受け、
信号の振幅と位相を測定する、いわゆる〇ツクインアン
プで、このアンプ９には図示されていないがレコーダが
接続されている。
なお、４は入射窓３部の気密性を保つための○リングで
ある。また密封容器２にはバックグラウンドガスが封入
されている。前記試料１は第２図に示すように被測定層
ｌａと吸収層ｌｂとからなり、第１図または第３図に示
すようにその被測定層ｌａがバックグラウンドガスと接
し、かつ容器２の壁面の一部を構成するように、例えば
接着テープによる貼付等によって入射窓３に取付けるか
、あるいは第４図に示すように入射窓３と対向する壁面
に取付ける。吸収層ｌｂは変調された電磁波ビームを吸
収して発熱し、被測定層ｌａの吸収層ｌｂと接する面に
周期的な温度変化を起こさせる役割を持つ。この吸収層
１ｂ‘ま、例えばカーボンブラックバインダー樹脂から
なる溶液の塗布等により形成される。次に上記測定装置
の動作について説明する。変調された電磁波ビーム６１
を試料１に照射すると吸収層ｌｂに電磁波が吸収され、
そのエネルギーは吸収層ｌｂ内で熱エネルギーに変換さ
れて吸収層ｌｂの周期的な温度変化を引き起こす。被測
定層ｌａと吸収層ｌｂが接しているため、被測定層ｌａ
の吸収層ｌｂ側の表面温度もやはり同周期、同位相で変
化する。この温度の波動は被測定層ｌａ内を伝播し、反
対側の表面でバックグラウンドガスを加熱し、密封容器
２内に圧力波を生じさせる。この圧力波の振幅（以下音
圧と称する）をマイクロホン５で測定する。このように
測定される音圧Ｑは、次の関係を満足する。Ｑ二Ｑ〇の
一入ｅＸｐ｛−（季浄さ）２Ｘ｝‐‐‐‐‐‐（１）た
だしＱｏは測定装置固有の定数、也は変調角周波数、Ｑ
ｓは被測定値ｌａの熱拡散率、入は吸収層ｌｂの光学吸
収係数および熱拡散係数の大きさによって決る定数であ
り、さらに×は被測定層ｌａの厚さである。
ある。また密封容器２にはバックグラウンドガスが封入
されている。前記試料１は第２図に示すように被測定層
ｌａと吸収層ｌｂとからなり、第１図または第３図に示
すようにその被測定層ｌａがバックグラウンドガスと接
し、かつ容器２の壁面の一部を構成するように、例えば
接着テープによる貼付等によって入射窓３に取付けるか
、あるいは第４図に示すように入射窓３と対向する壁面
に取付ける。吸収層ｌｂは変調された電磁波ビームを吸
収して発熱し、被測定層ｌａの吸収層ｌｂと接する面に
周期的な温度変化を起こさせる役割を持つ。この吸収層
１ｂ‘ま、例えばカーボンブラックバインダー樹脂から
なる溶液の塗布等により形成される。次に上記測定装置
の動作について説明する。変調された電磁波ビーム６１
を試料１に照射すると吸収層ｌｂに電磁波が吸収され、
そのエネルギーは吸収層ｌｂ内で熱エネルギーに変換さ
れて吸収層ｌｂの周期的な温度変化を引き起こす。被測
定層ｌａと吸収層ｌｂが接しているため、被測定層ｌａ
の吸収層ｌｂ側の表面温度もやはり同周期、同位相で変
化する。この温度の波動は被測定層ｌａ内を伝播し、反
対側の表面でバックグラウンドガスを加熱し、密封容器
２内に圧力波を生じさせる。この圧力波の振幅（以下音
圧と称する）をマイクロホン５で測定する。このように
測定される音圧Ｑは、次の関係を満足する。Ｑ二Ｑ〇の
一入ｅＸｐ｛−（季浄さ）２Ｘ｝‐‐‐‐‐‐（１）た
だしＱｏは測定装置固有の定数、也は変調角周波数、Ｑ
ｓは被測定値ｌａの熱拡散率、入は吸収層ｌｂの光学吸
収係数および熱拡散係数の大きさによって決る定数であ
り、さらに×は被測定層ｌａの厚さである。
定数入および被測定層ｌａの熱拡散率Ｑｓが既知であれ
ば、適当な２つの変調角周波数の，，の２での音圧Ｑ，
，Ｑ２を測定することにより次の関係から被測定層の厚
さ×を求めることができる。ＱＩ＝（２÷）入ｅＸｐ｛
−（巻芋〆ｘ｝岬（２Ｑ２ のＩ次に定数入を求める方
法を述べる。
ば、適当な２つの変調角周波数の，，の２での音圧Ｑ，
，Ｑ２を測定することにより次の関係から被測定層の厚
さ×を求めることができる。ＱＩ＝（２÷）入ｅＸｐ｛
−（巻芋〆ｘ｝岬（２Ｑ２ のＩ次に定数入を求める方
法を述べる。
試料１が吸収層ｌｂのみからなる場合、音圧Ｑは次式に
より与えられる。Ｑ：Ｑ〇の一入 ……
………【３１従って、変調角周波数のの関数としてＱを
測定し、ｌｏｇＱとｌｏｇのの関係の煩きから定数入を
求めることができる。
より与えられる。Ｑ：Ｑ〇の一入 ……
………【３１従って、変調角周波数のの関数としてＱを
測定し、ｌｏｇＱとｌｏｇのの関係の煩きから定数入を
求めることができる。
‘２｝式を用いて×を求める便宜上、入が１であるよう
な吸収層ｌｂを得ることは有効である。実際に入が１で
あるような吸収層ｌｂが得られることを次に示す。すな
わち、カーボンブラック３５％を、バインダー樹脂ポリ
ビニールブチラール６５％と共にエチルアルコール適量
に溶解し、５時間以上ボールミルで擬拝した塗料を電磁
波入射窓３に塗布し、膜厚がそれぞれ５山肌、１０ム机
、１３ムのおよび３０〆机の吸収層を得た。これらの吸
収層の各々に対し、Ｑの電磁波変調角周波数の依存性を
測定した結果を第５図に示す。第５図に示されるように
、ｌｏｇのとｌｏｇＱの関係はすべて直線関係となり、
その傾きから定数入を算出することができる。このよう
にして求めた定数入の値は吸収層の厚さが５山肌の時１
であり、５〃の以上の吸収層に対してはすべて１より大
きい値が得られた。従ってこ）で用いた塗料の場合には
膜厚を５Ａ机とする吸収層については定数入が１になる
ことが実験的に確認された。次に本発明による高分子フ
ィルムの測定結果について述べる。
な吸収層ｌｂを得ることは有効である。実際に入が１で
あるような吸収層ｌｂが得られることを次に示す。すな
わち、カーボンブラック３５％を、バインダー樹脂ポリ
ビニールブチラール６５％と共にエチルアルコール適量
に溶解し、５時間以上ボールミルで擬拝した塗料を電磁
波入射窓３に塗布し、膜厚がそれぞれ５山肌、１０ム机
、１３ムのおよび３０〆机の吸収層を得た。これらの吸
収層の各々に対し、Ｑの電磁波変調角周波数の依存性を
測定した結果を第５図に示す。第５図に示されるように
、ｌｏｇのとｌｏｇＱの関係はすべて直線関係となり、
その傾きから定数入を算出することができる。このよう
にして求めた定数入の値は吸収層の厚さが５山肌の時１
であり、５〃の以上の吸収層に対してはすべて１より大
きい値が得られた。従ってこ）で用いた塗料の場合には
膜厚を５Ａ机とする吸収層については定数入が１になる
ことが実験的に確認された。次に本発明による高分子フ
ィルムの測定結果について述べる。
すなわち、カーボンとバインダー樹脂ポリビニルプチラ
ールからなる前述の塗料を、予めうず電流法により膜厚
を求められた厚さ６ｒ仇のポリ塩化ビニル樹脂に塗布し
、カーボンーブチラール樹脂層を吸収層ｌｂ、ポリ塩化
ビニル樹脂層を被測定層ｌａとした２重層の試料を作製
し、これを第４図に示すように設置し、光源にキセノン
ランプを用いて白色光を入射し、変調角周波数の，＝１
００００、■２ ＝１６００での音圧の比Ｑ，／Ｑ２を
求めたところ４．８×１０‐２になった。なお、吸収層
ｌｂの厚さは５山肌であった。この値と、別に求めたポ
リ塩化ビニル樹脂の熱拡散率の値１．０７×１０‐３の
・ｓｅ〆１、および入＝１を用いて‘２｝式より膜厚を
求めると６．０仏のとなり、うず電流法により求めた値
と非常によい一致が見られた。この高分子フィルムの膜
厚測定の例においては、吸収層としてカーボンを樹脂に
分散させたフィルムを用いたが、たとえば金属等の基板
上に存在する薄い皮膜の厚さ等を測定する場合には、基
板そのものを吸収層として用いればよい。
ールからなる前述の塗料を、予めうず電流法により膜厚
を求められた厚さ６ｒ仇のポリ塩化ビニル樹脂に塗布し
、カーボンーブチラール樹脂層を吸収層ｌｂ、ポリ塩化
ビニル樹脂層を被測定層ｌａとした２重層の試料を作製
し、これを第４図に示すように設置し、光源にキセノン
ランプを用いて白色光を入射し、変調角周波数の，＝１
００００、■２ ＝１６００での音圧の比Ｑ，／Ｑ２を
求めたところ４．８×１０‐２になった。なお、吸収層
ｌｂの厚さは５山肌であった。この値と、別に求めたポ
リ塩化ビニル樹脂の熱拡散率の値１．０７×１０‐３の
・ｓｅ〆１、および入＝１を用いて‘２｝式より膜厚を
求めると６．０仏のとなり、うず電流法により求めた値
と非常によい一致が見られた。この高分子フィルムの膜
厚測定の例においては、吸収層としてカーボンを樹脂に
分散させたフィルムを用いたが、たとえば金属等の基板
上に存在する薄い皮膜の厚さ等を測定する場合には、基
板そのものを吸収層として用いればよい。
また、この発明によれば、従来測定することが困難であ
った油膜の厚さの測定等、固体上の液体状皮膜の厚さに
ついても測定することができる。以上のように本発明は
従来の各種膜厚測定法に比し、非接触かつ非破壊検査で
あること、および適用範囲が著しく広いこと等の利点が
ある。
った油膜の厚さの測定等、固体上の液体状皮膜の厚さに
ついても測定することができる。以上のように本発明は
従来の各種膜厚測定法に比し、非接触かつ非破壊検査で
あること、および適用範囲が著しく広いこと等の利点が
ある。
第１図〜第５図はこの発明の一実施例を示すもので、第
１図は測定系のブロック図、第２図は試料の一構成例を
示す側面図、第３図及び第４図は密封容器への試料取付
状態を説明するための断面図、第５図は音圧と変調角周
波数との関係を示す特性図である。 １・…・・試料、ｌａ・・・…被測定層、ｌｂ・・…・
吸収層、２・・・・・・密封容器、３・…・・電磁波入
射窓、４・・・・・・０リング、５・・・・・・マイク
ロホン、６・・・・・・光源、７・・・・・・チョッバ
、８・・・…増幅器、９・・・…ロックィンアンプ。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図
１図は測定系のブロック図、第２図は試料の一構成例を
示す側面図、第３図及び第４図は密封容器への試料取付
状態を説明するための断面図、第５図は音圧と変調角周
波数との関係を示す特性図である。 １・…・・試料、ｌａ・・・…被測定層、ｌｂ・・…・
吸収層、２・・・・・・密封容器、３・…・・電磁波入
射窓、４・・・・・・０リング、５・・・・・・マイク
ロホン、６・・・・・・光源、７・・・・・・チョッバ
、８・・・…増幅器、９・・・…ロックィンアンプ。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- １ 被測定層と入射電磁波を効率よく吸収する吸収層と
からなる２重層を試料とし、この試料を所要の気体を封
入した密封容器に上記被測定層が上記気体に接し、かつ
上記密封容器の壁面の一部を構成するように設置し、上
記試料に互いに異なる変調周波数の電磁波をそれぞれ照
射して、発生する各々の圧力波の振幅の比から膜厚を求
めるようにしたことを特徴とする膜厚測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7439179A JPS601562B2 (ja) | 1979-06-12 | 1979-06-12 | 膜厚測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7439179A JPS601562B2 (ja) | 1979-06-12 | 1979-06-12 | 膜厚測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55166006A JPS55166006A (en) | 1980-12-24 |
| JPS601562B2 true JPS601562B2 (ja) | 1985-01-16 |
Family
ID=13545825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7439179A Expired JPS601562B2 (ja) | 1979-06-12 | 1979-06-12 | 膜厚測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601562B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0545234U (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-18 | 株式会社ユニシアジエツクス | 軸受構造 |
-
1979
- 1979-06-12 JP JP7439179A patent/JPS601562B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0545234U (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-18 | 株式会社ユニシアジエツクス | 軸受構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55166006A (en) | 1980-12-24 |
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