渦電流式膜厚計
【課題】渦電流式膜厚計を用いて、半導体基板上又は液晶ディスプレイ用のガラス基板上に形成された導電性薄膜の成膜状態を検査しようとした場合、被測定物が熱を持ち、その熱によって検出コイルの温度が上昇して測定誤差が生じることがあった。検出コイルの温度が上昇することによって、検出コイルの抵抗値が大きくなり、ブリッジのバランスが崩れて出力電圧が余分に発生し、測定対象物の膜厚が正しく計れないというものであった。
【解決手段】被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を遮蔽板を用いて検出コイルに到達するのを防止することにより熱の影響によるインピ−ダンスの変化が生じないようにする。または、被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を、積極的に検出コイル及び参照コイルに導いて熱の影響によるインピ−ダンスの変化を後段のブリッジにて相殺する。これらの手段により、被測定物が高温でも膜厚が正しく計れるようになった。
【解決手段】被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を遮蔽板を用いて検出コイルに到達するのを防止することにより熱の影響によるインピ−ダンスの変化が生じないようにする。または、被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を、積極的に検出コイル及び参照コイルに導いて熱の影響によるインピ−ダンスの変化を後段のブリッジにて相殺する。これらの手段により、被測定物が高温でも膜厚が正しく計れるようになった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属薄膜等の導電性の被膜の厚さを非接触で測定する渦電流式膜厚計に関し、詳しくは検出コイルが被測定物から受ける熱の対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上、又は液晶ディスプレイ用のガラス基板上に形成された導電性薄膜の成膜状態を非破壊で検査する導電膜検査装置として渦電流式膜厚計が用いられている。
【０００３】
渦電流式膜厚計は、導体を交番磁界中に置くと、その導体内に磁界を打ち消す方向に渦電流が流れ、この渦電流の大きさや分布が、導体の形状、導電率、内部欠陥などにより変化することを利用して被膜の電気抵抗値を測定するという原理に基いた計測装置である。これは、渦電流により発生する磁界が相互誘導作用により検出コイルのインピ−ダンスを変化させるので、このインピ−ダンスの変化を電圧値や位相の変化として検出することにより、被検査物である導体の状態を知る方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、膜厚測定装置について、図９〜１１を使用して説明する。図９に膜厚測定装置９１の概略全体構成を示す。図９に示すように、膜厚測定装置９１は、例えば、駆動系（移動機構）３によって駆動される基板ステ−ジ９３ａ上に支持されたシリコンウエハ等の基板５０の上方に配置される測定部９２を有している。
【０００５】
この駆動系９３は、コンピュ−タ９４からの命令によって動作するように構成され、基板ステ−ジ９３ａを上下及び水平方向に移動させることにより、測定部９２と基板５０との相対的な位置を変えるようになっている。
【０００６】
測定部９２は、例えば、プラスチック等の絶縁材料からなる支持部９２ａが設けられ、この支持部９２ａに、渦電流コイルセンサ（以下「渦電流センサ」という）２０と，レ−ザ変位センサ（以下「レ−ザセンサ」という）３０が取り付けられている。
【０００７】
ここで、渦電流センサ２０は、基板５０の近傍に配置され、基板５０上に形成された導電膜（測定対象膜）５１に近接するようになっている。
【０００８】
この渦電流センサ２０は絶縁材料からなる本体部２内に、後述する検出コイル３と参照コイル４が埋め込まれて構成されている（図１１）。更に、検出コイル３と参照コイル４はインダクタンスメ−タ９５に接続されている。
【０００９】
また、レ−ザセンサ３０は、渦電流センサの上方の所定の位置に取り付けられている。
【００１０】
このレ−ザセンサ３０は、レ−ザセンサコントロ−ラ９６によって制御されるもので、基板５０上の導電膜５１上の所定の位置を照射することにより導電膜５１表面までの距離を高精度に測定するものである。
【００１１】
さらに、これらインダクタンスメ−タ５とレ−ザセンサコントロ−ラ６はコンピュ−タ９４に接続され、コンピュ−タ９４においてデ−タ解析を行なうようになっている。
【００１２】
図１０は、渦電流センサ２０の構成を示す回路図、図１１は、渦電流センサ２０の検出コイル３と参照コイル４の相対的な位置関係を説明する図である。検出コイル３が基板５０上の導電膜５１に近接している。
【００１３】
図１０に示すように、渦電流センサ２０はＭａｘｗｅｌｌブリッジと呼ばれるブリッジ回路（以下、ブリッジとする）１０を持っている。渦電流センサ２０の検出コイル３と参照コイル４が直列に接続されている様子を示している。検出コイル３のみ、基板５０と相互に影響することを太い矢印で示している。
【００１４】
渦電流センサ２０は、ブリッジ１０に交流電圧源２６より印加した交流電圧（ＶD）によって発生するコイルの両端の電圧において、検出コイル３の両端には基板５０と相互の影響により発生する電圧が含まれることから、検出コイル３と参照コイル４の端子間電圧の差分（ＶS）をブリッジ１０によって得て、測定回路２７を経てコンピュ−タ９４ヘ送り、予め記憶しておいたデ−タと照合することにより、膜厚を得るというものである。
【００１５】
膜厚を得る為の具体的な方法を図１２〜１３を用いて詳細に説明する。
【００１６】
渦電流式膜厚計２０の構成例を図１２に示す。検出コイル（ピックアップコイル）３が測定対象の導電膜５１に０．３ｍｍ程度に近接して配置され、参照コイル４は検出コイル３から数ｍｍ程度の所に配置され、図１３のようなブリッジ型回路を形成し、交流電圧が印加されて発生する電圧から膜厚を知ることが出来る。
【００１７】
R1、L1が検出及び参照コイルの抵抗、自己インダクタンスで、導電膜５１に誘起された渦電流による検出コイルのインピーダンスの変化を成分ごとに、Re、 Leとおくと下記となる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
ここで、I1の経路のインピーダンスをZ1としてI1とdI1/dtは下記と書ける。
【００２０】
【表２】
【００２１】
これらを用いてVxを書き変えると、下記となる。
【００２２】
【表３】
【００２３】
これからVxの振幅│Vx│は下記と書ける。
【００２４】
【表４】
【００２５】
したがって、式（１）からは交流電圧信号Vxの測定において位相検波時の参照信号の位相設定によって、Re, Leが独立に測定できることが分かる。
【００２６】
導電膜５１での渦電流による検出コイルのインピーダンスの変化は、図１４のように導電膜５１の薄膜を一つのループと見なしてRe, Leを考えると分かりやすい。相互インダクタンスをMCL、仮想ループの抵抗、自己インダクタンスをRL, LLとすると検出コイルのインピーダンスZCは下記となる。
【００２７】
【表５】
【００２８】
RLが導電膜５１のシート抵抗に比例して変化すると、Re, Leが変化し、（１）式の出力電圧が変化する。よって、シート抵抗とVxの関係が存在し、導電膜５１の材料に応じた「膜厚とシート抵抗の関係」を用いれば、Vxの測定結果から導電膜５１の膜厚が求まる。
【００２９】
なお、検出コイル３と参照コイル４は図１１のように、絶縁体で出来た本体部２の下端と中にそれぞれ接着、固定されている。渦電流センサ２０は上方から支持され導電膜５１には接触しない。
【００３０】
また、従来、前記検出コイルが周囲の温度変化等の影響を受け測定値にドリフトが発生することがあるが、ＣＰＵを用いて予めメモリ装置に記憶された設計上の膜厚値を参照して補正処理を行なう装置があった（例えば、特許文献２参照）。
【００３１】
さらに、前記検出コイルと前記参照コイルを直列接続し前記ブリッジ回路でインダクタンス成分の変化量を測定する方法が開示されている。また、インダクタンス成分のドリフト現象に対して測定値を補正する方法が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
【００３２】
【特許文献１】特開平５−１４９９２７号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−３４３２０５号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開２００２−１４８０１０号公報（第３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
半導体基板上、又は液晶ディスプレイ用のガラス基板上に形成された導電性薄膜の成膜状態を検査しようとした場合、被測定物が熱を持ち、その熱によって前記検出コイルの温度が上昇して測定誤差が生じることがあった。前記検出コイルの温度が上昇することによって、前記検出コイルの抵抗値が大きくなり、前記ブリッジ回路の出力のバランスが崩れて出力電圧を余分に発生し、前記被測定物の膜厚が正しく計れないというものであった。この場合、センサである前記検出コイル部分が前記被測定物と近接して、局所的に加熱されるため、特許文献２や特許文献３に開示されたような方法で周囲環境から予めメモリ装置に記憶された設計上の膜厚値を参照して補正処理を行なっても補正しきれなかった。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、前記課題を解決するため、渦電流式膜厚計の前記本体部に熱をコイルに対し遮蔽、又は導く手段を設けることにより、前記ブリッジ回路が前記検出コイル及び前記参照コイルの両方で生じる熱の影響又はその対策より副次的に生じる影響を相殺し、誤差の少ない計測を可能とするものである。
【００３５】
本発明の第１の手段は、直接原因である被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を遮蔽板（以下、熱シ−ルドとする）を用いて前記検出コイルに到達するのを防止することにより熱の影響によるインピ−ダンスの変化が生じないようにするものである。
【００３６】
また、本発明の第２の手段は、直接原因である前記被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を、積極的に前記検出コイル及び前記参照コイルに導いて熱の影響によるインピ−ダンスの変化を後段の前記ブリッジ回路にて相殺するものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第１の手段によれば、前記熱シ−ルドにより、前記被測定物からの熱による前記検出コイルの温度上昇が抑えられる。従って前記検出コイルの温度による抵抗値の変化も押さえられ、前記被測定物が高温でも正しい膜厚測定が可能になる。
また、前記熱シ−ルドにスリットを設けたので、前記熱シ−ルドでの渦電流の前記ブリッジ回路出力への影響は小さくなった。
また、前記参照コイル近くにも前記熱シ−ルドと同じ形状のダミ−を置くので、前記熱シ−ルドの前記ブリッジ回路出力への影響は相殺される。
【００３８】
本発明の第２の手段によれば、前記被測定物からの熱による前記検出コイル及び前記参照コイルの温度上昇は、前記ブリッジ回路により相殺される。前記被測定物が高温でも正しい膜厚測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
まず、本発明の第１の手段につき説明する。
【００４１】
図１に本発明の実施の形態の渦電流式センサの斜視図を示す。また、図２に、縦断面図を示す。検出コイル３と参照コイル４が絶縁体で出来た本体部２の下端と中にそれぞれ接着、固定されている。
【００４２】
さらに、検出コイル３の下方には、熱シ−ルド５が接着固定されている。熱シ−ルド５は、導電性材料（金属）からなる厚膜を有し、スリット５ｂによって分割された切片５ａの集合体である。
【００４３】
また、参照コイル４の下方には、ダミ−６が接着固定されている。ダミ−５は、導電性材料（金属）からなる厚膜を有し、スリット６ｂによって分割された切片６ａの集合体である。
【００４４】
図１及び図２のように、検出コイル３と基板５０の間に金属の膜（熱シールド）５を入れ、基板５０からの熱流入を防ぐ。熱シールド５へ流入した熱は本体部２０上方の図示しない熱浴に逃がすように熱伝達経路を設けておく。
【００４５】
金属の膜（熱シールド）５があるとそこに渦電流が誘起されるため、本来の導電膜５１の膜厚が正しく測れず、また検出感度が低下するので、そこでの渦電流の影響を小さくするために、渦電流の経路の径を小さくする。即ち、例えば図１及び図２のようなスリット５bを入れる。
【００４６】
また、熱シールド５での渦電流の影響をなくすために、図１及び図２のように参照コイル４の下にも熱シールド５と同じ形状、厚さの金属膜（ダミー）６を置く。それにより、熱シールド５の影響が相殺されてブリッジ１０出力に現れない。つまり、熱シールド５による検出コイル３のインピーダンス変化が、ダミー６による参照コイル４のインピーダンス変化と同じになり、両コイルのインピーダンスの差が起源のブリッジ１０出力は０のままである。よって、ブリッジ１０出力には、基板５０の導電膜５１のシート抵抗の情報のみが現れ、正しい測定が可能になる。
【００４７】
熱シールド５により、基板５０からの熱による検出コイル３の温度上昇が抑えられるので、検出コイル３の抵抗値の温度による変化が抑えられ、余分なブリッジ１０出力がなくなり、高温の導電膜５１でも正しい膜厚測定が可能になる。
【００４８】
また、熱シールド５にスリット５ｂがあるので、熱シールド５での渦電流のブリッジ１０出力への影響が小さい。さらに、参照コイル４の近くにも熱シールド５と同じ形状のダミー６を置くので、熱シールド５のブリッジ１０出力への影響は相殺される。
【００４９】
以上の効果を具体的に示すため、計算モデルにより見積もりを行なった。
図１及び２の構成に関する例を述べる。熱シールド５による感度低下を簡略化したモデル（図１４）で見積もった。
【００５０】
まず、スリット５ｂがない熱シールド５による感度低下を見積もった。検出コイル３と参照コイル４のインピーダンス変化を計算しブリッジ１０の出力を求めた。
【００５１】
熱シールド５による感度低下の計算方法は、検出コイル３の下に同心円の５つの仮想ループを置き、ここでは導電膜５１と熱シールド５に見立てた（図４参照）。簡単化して導電膜５１と熱シールド５は同じ高さにあるとしている（０．３ｍｍ程度異なっても計算結果に大きい影響はない）。半径０．５， １．０， １．５， ２．０， ２．５ ｍｍの５つのループ（幅０．５ｍｍ）を仮定し、導電膜５１を３つ目のループ、熱シールド５をその他のループに対応させた。
【００５２】
導電膜５１はCu 厚さ１μｍ相当のシート抵抗とし、熱シールド５はCu １００μｍ相当とした。検出コイル３はソレノイドで長さ１．７１ ｍｍ、外径２．４ ｍｍ、内径０．４ ｍｍ。１層につき１０巻き、６層、合計６０巻き、コイル下端から導電膜５１までの距離h＝０．３ ｍｍ、コイルの自己インダクタンスLC = １．７５ x10 -6 H、コイルの抵抗RC = ０．６６Ωとした。導電膜５１に見立てた３つ目のループがないときのインピーダンス変化も計算し、それをダミー６による参照コイル４のインピーダンス変化とし、それら値を用いて式（1）（表３参照）からブリッジ１０の出力を計算した（両コイルのRの差をRe、Lの差をLeとして計算）。
【００５３】
熱シールド５とダミー６がある場合、ブリッジ１０に5ＭＨｚ、振幅1Vの交流電圧を印加したときのブリッジ１０出力振幅は、２．４０ｍＶとなった（図４参照）。
【００５４】
一方、上記３つ目のループだけが存在するとき、即ち熱シールド５とダミー６がない場合には、出力振幅は５．１６ｍＶとなった（図３参照）。つまり、スリット５ｂ、６ｂがない熱シールド５とダミー６があると、膜厚計の感度がおよそ半分になると言える。
【００５５】
次に熱シールド５にスリット５ｂを入れた場合を簡略化したモデル（図１４）で考える。熱シールド５のループの寸法を変えて、検出コイル３のＲ、Ｌの変化を調べることにする。ループサイズを変えたときの、「検出コイル３のR、Lの変化量Re, Le」を図１４のモデルを用いて比べた。大きいシ−ルドによる検出コイル３のＲとＬの変化量を図５に示す。小さいシ−ルドによる検出コイル３のＲとＬの変化量を図６に示す。
【００５６】
図５はループ半径１．５ ｍｍ、幅０．５ ｍｍで、図６はル−プ半径０．１５ ｍｍ、幅０．０５ ｍｍである。式（２）、（３）（表５参照）に値を入れプロットした結果である。１ＭＨｚと１０ＭＨｚの場合を示した。RLはループの抵抗、コイルは前述のソレノイドで、ループの自己インダクタンスLL、コイルとの相互インダクタンスMCLは図中に示した。上記の半径が１／１０のループでは幅も１／１０なので、熱シールド５の厚さが同じなら（シート抵抗が同じなら）RLは同じである。熱シールド５が厚さ１μｍの銅の場合のRLを図中に矢印で示した。ループ径を小さくするとRe, Leは大幅に小さくなることが分かる。
【００５７】
熱シールド５は熱を逃がすために厚いものを想定しており、例えばCuが１００μｍとすると、1/ RLは２５０程度である。また、各周波数でReとωLeの大きい方同士を比較すると（ブリッジ１０出力への寄与が大きい方を比較）、１ＭＨｚ、１０ＭＨｚの何れにおいても３桁大きさが異なることが分かる。図中のReとωLeによるブリッジ１０出力分を図５、６の右の縦軸にVxとして示した。1/ RLが２５０の領域で、大きさが一桁小さいコイルでは、このVxも３桁小さいことが分かる。熱シールド５全体の面積を一致させるには、ループ径１／１０のものが１００個必要なので上記から （１／１０００）かける１００＝１／１０で、ブリッジ１０出力への寄与は大きいループに比べ１／１０になる。よって、感度の低下分も１／１０程度になると考えられる。
【００５８】
大きいループの熱シールド５による感度低下分が約５０％なので、小さいループではその１／１０で、感度低下分は数％程度と見積もることができる。ループを小さくすれば（その分、数が増えても）コイルへの影響は小さくなる。低温実験で使用するコイルフォイルやCuの核断熱消磁冷却での銅線の束やバルク部品へのスリットと同様で渦電流の影響が小さくなる。
【００５９】
よって、図１の構成で感度低下が少ないまま基板５０からの熱の影響を防ぎ、熱シールド５の導電性をキャンセルし、導電膜５１の膜厚を正しく測定できる。
【００６０】
また、熱シールド５と、参照コイル４下のダミー６を熱的に接続し（小さい熱抵抗でつなぐ）、検出系上方の図示しない熱浴との間に熱抵抗を設けると、検出コイル３と参照コイル４の温度差がより小さくなり、基板５０からの熱の影響をよりキャンセルすることができる。尚、前記熱抵抗は、取りつけ、取り外しが容易なジャンパ線状にして調整可能にしても良い。
【００６１】
以上が、本発明の第１の手段についての解説である。
【００６２】
次に、本発明の第２の手段につき、説明する。
【００６３】
図７は本発明の実施の形態の渦電流センサ−７１の斜視図を示す。また、図８は、縦断面図である。尚、使用するブリッジ回路は図１０である。
【００６４】
本発明の第１の手段とは異なり、検出コイル７３及び参照コイル７４に基板５０からの熱を積極的に取り込んで熱の影響をブリッジ回路１０（図１０）によってキャンセルするものである。
【００６５】
検出コイル７３及び参照コイル７４には平面コイルを用いる。平面コイルは、平面上に渦巻き状に巻いたコイルである。参照コイル７４は、本体部７２の窪んだ位置（凹部）７２ａに取り付け、基板５０からの熱輻射、空気の対流による熱流入がある。平面コイルでは、導電膜５１からの距離が大きくなると、導電膜５１のコイルインピーダンスへの影響は急速に小さくなる。一方、基板５０からの熱によるコイルの温度上昇はそれほど急速には小さくならない。
【００６６】
そのため、図７及び図８の配置により検出コイル７３と参照コイル７４は同程度の温度になって熱の影響をキャンセルし、導電膜５１からの距離の違いによって各コイルのインピーダンス変化分が異なり、基板５０の導電膜５１の膜厚情報がブリッジ１０（図１０）に出力される。
【００６７】
よって、ブリッジ出力１０には、基板５０の導電膜５１のシート抵抗の情報のみが現れ、正しい測定が可能になる。
【００６８】
以上が、本発明の第２の手段についての解説である。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて、種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、第１の手段において、熱シ−ルド５とダミ−６を接続することにより、検出コイル３と参照コイル４との温度差を小さくする。これにより、基板５０の導電膜５１に発生した渦電流による「検出コイル３のインピ−ダンスの変化」のみを捉えるようにしても良い。
【００７１】
また、第１の手段において、熱シ−ルド５とダミ−６をさらに図示しない熱浴(熱をそこに逃がすための熱容量の大きい物体)との間を接続し、各接続部において、熱抵抗を設定可能に形成しても良い。熱抵抗値を適宜設定することにより、検出コイル３と参照コイル４との温度差を小さくする。これにより、基板５０の導電膜５１に発生した渦電流による「検出コイル３のインピ−ダンスの変化」のみを捉えるようにしても良い。
【００７２】
また、第２の手段において、参照コイル７４は、本体部７２の窪んだ位置（凹部）７２ａに取り付け、基板５０からの熱輻射、空気の対流による熱流入があるようにしたが、本体部７２に設けた貫通孔（穴）や段差に取り付けても良い。検出コイル７３よりも導電膜５１から離れ、且つ、基板５０からの熱輻射、空気の対流による熱流入に曝されるように参照コイル７４を取り付けられれば、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の手段の渦電流式センサ１の斜視図である。 検出コイル３と参照コイル４が、本体部２の下端と中に固定されている。 検出コイル３の下方には、熱シ−ルド５が固定されている。また、参照コイル４の下方には、ダミ−６が固定されている。
【図２】本発明の第1の手段の渦電流式センサ１の断面図である。 検出コイル３と測定対象である導電膜５１の間に熱シ−ルドが固定された状態になる。
【図３】本発明の第１の手段の計算モデル（熱シ−ルドのない場合）である。 検出コイル３には、実線で示される導電膜５１に相当する３番のル−プの影響が出る。一方、参照コイル４には、何も影響がない。
【図４】本発明の第１の手段の計算モデル（熱シ−ルドのある場合）である。 検出コイルには、実線で示される導電膜５１に相当する３番目のル−プの他に、熱シ−ルド５に相当する１、２、４、５番目のル−プの影響が出る。一方、参照コイルには、ダミ−６に相当する１、２、４、５番目のル−プの影響が出る。
【図５】本発明の第１の手段による感度低下の計算結果のグラフ（熱シ−ルドにスリットのない場合）である。
【図６】本発明の第１の手段による感度低下の計算結果のグラフ（熱シ−ルドにスリットのある場合）である。図５に比べて大幅にＲｅ、Ｌｅが大幅に小さくなっているのが分かる。これにより、スリットの有効性が確かめられた。
【図７】本発明の第２の手段の実施の形態の渦電流式センサ７１の斜視図である。 検出コイル７３は、本体部７２の下端に固定されている。一方、参照コイル７４は、凹部７２ａに取り付けられている。これにより、基板５０からの熱は、参照コイル７４と検出コイル７３の両方に届く。また、検出コイル７３には導電膜５１の影響が及ぶが、参照コイル７４には導電膜５１の影響は及ばないようになる。
【図８】本発明の第２の手段の実施の形態の渦電流式センサ７１の断面図である。
【図９】渦電流式膜厚測定装置９１の概略全体構成図である。 駆動系（移動機構）９３によって駆動される基板ステ−ジ９３ａ上に支持されたシリコンウエハ等の基板５０の上方に配置される測定部９２を有している。駆動系９３は、コンピュ−タ９４からの命令によって動作するように構成され、基板ステ−ジ９３ａを上下及び水平方向に移動させることにより、測定部９２と基板５０との相対的な位置を変えるようになっている。
【図１０】渦電流式膜厚計（渦電流センサ）２０の回路図である。 ブリッジ１０によって、参照コイル４と検出コイル３の出力の差分を得て測定回路２７で受けるように構成されている。
【図１１】渦電流センサ２０の検出コイル３と参照コイル４の相対的な位置関係を説明する図である。検出コイル３は、基板５０の導電膜５１に近い本体部２の下端にある。一方、参照コイル、基板５０の導電膜５１から離れている。
【図１２】渦電流式センサ２０の斜視図である。 計算モデルの基となる渦電流式センサ２０の構成品の配置を示す図である。測定対象である導電膜５１、検出コイル３、参照コイル４の配置の概略位置を示す。
【図１３】渦電流式センサの回路図である。 参照コイル４にＬ1、Ｒ1が対応する。検出コイル３に、Ｌ2、Ｒ2が対応する。
【図１４】渦電流式センサ２０の計算モデルである。 検出コイル３と導電膜５１の関係を計算モデル化した。導電膜５１に相当するのがル−プである。検出コイル３と導電膜５１が互いに受ける影響が相互インダクタンスＭCLである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・渦電流センサ−（渦電流式膜厚計）、２・・・本体部、３・・・検出コイル、４・・・参照コイル、５・・・熱シ−ルド、５ａ・・・切片、５ｂ・・・スリット、６・・・ダミ−、６ａ・・・切片、６ｂ・・・スリット、
１０・・・インダクタンスブリッジ（ブリッジ）、１４・・・基準抵抗、１５・・・基準抵抗、
２０・・・渦電流センサ−（渦電流式膜厚計）、２１・・・並列接続点、２２・・・並列接続点、２３・・・接続中点、２４・・・接続中点、２６・・・交流電圧源、２７・・・測定回路
３０・・・レ−ザ変位センサ−、
５０・・・基板、５１・・・導電膜、
７１・・・渦電流センサ−（渦電流式膜厚計）、７２・・・本体部、７２ａ・・・凹部、７３・・・平面コイル（検出コイル）、７４・・・平面コイル（参照コイル）
９１・・・膜厚測定装置、９２・・・測定部、９２ａ・・・支持部、９３・・・駆動系（移動機構）、９３ａ・・・基板ステ−ジ、９４・・・コンピュ−タ、９５・・・インダクタンスメ−タ、９６・・・レ−ザセンサコントロ−ラ、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属薄膜等の導電性の被膜の厚さを非接触で測定する渦電流式膜厚計に関し、詳しくは検出コイルが被測定物から受ける熱の対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上、又は液晶ディスプレイ用のガラス基板上に形成された導電性薄膜の成膜状態を非破壊で検査する導電膜検査装置として渦電流式膜厚計が用いられている。
【０００３】
渦電流式膜厚計は、導体を交番磁界中に置くと、その導体内に磁界を打ち消す方向に渦電流が流れ、この渦電流の大きさや分布が、導体の形状、導電率、内部欠陥などにより変化することを利用して被膜の電気抵抗値を測定するという原理に基いた計測装置である。これは、渦電流により発生する磁界が相互誘導作用により検出コイルのインピ−ダンスを変化させるので、このインピ−ダンスの変化を電圧値や位相の変化として検出することにより、被検査物である導体の状態を知る方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、膜厚測定装置について、図９〜１１を使用して説明する。図９に膜厚測定装置９１の概略全体構成を示す。図９に示すように、膜厚測定装置９１は、例えば、駆動系（移動機構）３によって駆動される基板ステ−ジ９３ａ上に支持されたシリコンウエハ等の基板５０の上方に配置される測定部９２を有している。
【０００５】
この駆動系９３は、コンピュ−タ９４からの命令によって動作するように構成され、基板ステ−ジ９３ａを上下及び水平方向に移動させることにより、測定部９２と基板５０との相対的な位置を変えるようになっている。
【０００６】
測定部９２は、例えば、プラスチック等の絶縁材料からなる支持部９２ａが設けられ、この支持部９２ａに、渦電流コイルセンサ（以下「渦電流センサ」という）２０と，レ−ザ変位センサ（以下「レ−ザセンサ」という）３０が取り付けられている。
【０００７】
ここで、渦電流センサ２０は、基板５０の近傍に配置され、基板５０上に形成された導電膜（測定対象膜）５１に近接するようになっている。
【０００８】
この渦電流センサ２０は絶縁材料からなる本体部２内に、後述する検出コイル３と参照コイル４が埋め込まれて構成されている（図１１）。更に、検出コイル３と参照コイル４はインダクタンスメ−タ９５に接続されている。
【０００９】
また、レ−ザセンサ３０は、渦電流センサの上方の所定の位置に取り付けられている。
【００１０】
このレ−ザセンサ３０は、レ−ザセンサコントロ−ラ９６によって制御されるもので、基板５０上の導電膜５１上の所定の位置を照射することにより導電膜５１表面までの距離を高精度に測定するものである。
【００１１】
さらに、これらインダクタンスメ−タ５とレ−ザセンサコントロ−ラ６はコンピュ−タ９４に接続され、コンピュ−タ９４においてデ−タ解析を行なうようになっている。
【００１２】
図１０は、渦電流センサ２０の構成を示す回路図、図１１は、渦電流センサ２０の検出コイル３と参照コイル４の相対的な位置関係を説明する図である。検出コイル３が基板５０上の導電膜５１に近接している。
【００１３】
図１０に示すように、渦電流センサ２０はＭａｘｗｅｌｌブリッジと呼ばれるブリッジ回路（以下、ブリッジとする）１０を持っている。渦電流センサ２０の検出コイル３と参照コイル４が直列に接続されている様子を示している。検出コイル３のみ、基板５０と相互に影響することを太い矢印で示している。
【００１４】
渦電流センサ２０は、ブリッジ１０に交流電圧源２６より印加した交流電圧（ＶD）によって発生するコイルの両端の電圧において、検出コイル３の両端には基板５０と相互の影響により発生する電圧が含まれることから、検出コイル３と参照コイル４の端子間電圧の差分（ＶS）をブリッジ１０によって得て、測定回路２７を経てコンピュ−タ９４ヘ送り、予め記憶しておいたデ−タと照合することにより、膜厚を得るというものである。
【００１５】
膜厚を得る為の具体的な方法を図１２〜１３を用いて詳細に説明する。
【００１６】
渦電流式膜厚計２０の構成例を図１２に示す。検出コイル（ピックアップコイル）３が測定対象の導電膜５１に０．３ｍｍ程度に近接して配置され、参照コイル４は検出コイル３から数ｍｍ程度の所に配置され、図１３のようなブリッジ型回路を形成し、交流電圧が印加されて発生する電圧から膜厚を知ることが出来る。
【００１７】
R1、L1が検出及び参照コイルの抵抗、自己インダクタンスで、導電膜５１に誘起された渦電流による検出コイルのインピーダンスの変化を成分ごとに、Re、 Leとおくと下記となる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
ここで、I1の経路のインピーダンスをZ1としてI1とdI1/dtは下記と書ける。
【００２０】
【表２】
【００２１】
これらを用いてVxを書き変えると、下記となる。
【００２２】
【表３】
【００２３】
これからVxの振幅│Vx│は下記と書ける。
【００２４】
【表４】
【００２５】
したがって、式（１）からは交流電圧信号Vxの測定において位相検波時の参照信号の位相設定によって、Re, Leが独立に測定できることが分かる。
【００２６】
導電膜５１での渦電流による検出コイルのインピーダンスの変化は、図１４のように導電膜５１の薄膜を一つのループと見なしてRe, Leを考えると分かりやすい。相互インダクタンスをMCL、仮想ループの抵抗、自己インダクタンスをRL, LLとすると検出コイルのインピーダンスZCは下記となる。
【００２７】
【表５】
【００２８】
RLが導電膜５１のシート抵抗に比例して変化すると、Re, Leが変化し、（１）式の出力電圧が変化する。よって、シート抵抗とVxの関係が存在し、導電膜５１の材料に応じた「膜厚とシート抵抗の関係」を用いれば、Vxの測定結果から導電膜５１の膜厚が求まる。
【００２９】
なお、検出コイル３と参照コイル４は図１１のように、絶縁体で出来た本体部２の下端と中にそれぞれ接着、固定されている。渦電流センサ２０は上方から支持され導電膜５１には接触しない。
【００３０】
また、従来、前記検出コイルが周囲の温度変化等の影響を受け測定値にドリフトが発生することがあるが、ＣＰＵを用いて予めメモリ装置に記憶された設計上の膜厚値を参照して補正処理を行なう装置があった（例えば、特許文献２参照）。
【００３１】
さらに、前記検出コイルと前記参照コイルを直列接続し前記ブリッジ回路でインダクタンス成分の変化量を測定する方法が開示されている。また、インダクタンス成分のドリフト現象に対して測定値を補正する方法が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
【００３２】
【特許文献１】特開平５−１４９９２７号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−３４３２０５号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開２００２−１４８０１０号公報（第３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
半導体基板上、又は液晶ディスプレイ用のガラス基板上に形成された導電性薄膜の成膜状態を検査しようとした場合、被測定物が熱を持ち、その熱によって前記検出コイルの温度が上昇して測定誤差が生じることがあった。前記検出コイルの温度が上昇することによって、前記検出コイルの抵抗値が大きくなり、前記ブリッジ回路の出力のバランスが崩れて出力電圧を余分に発生し、前記被測定物の膜厚が正しく計れないというものであった。この場合、センサである前記検出コイル部分が前記被測定物と近接して、局所的に加熱されるため、特許文献２や特許文献３に開示されたような方法で周囲環境から予めメモリ装置に記憶された設計上の膜厚値を参照して補正処理を行なっても補正しきれなかった。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、前記課題を解決するため、渦電流式膜厚計の前記本体部に熱をコイルに対し遮蔽、又は導く手段を設けることにより、前記ブリッジ回路が前記検出コイル及び前記参照コイルの両方で生じる熱の影響又はその対策より副次的に生じる影響を相殺し、誤差の少ない計測を可能とするものである。
【００３５】
本発明の第１の手段は、直接原因である被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を遮蔽板（以下、熱シ−ルドとする）を用いて前記検出コイルに到達するのを防止することにより熱の影響によるインピ−ダンスの変化が生じないようにするものである。
【００３６】
また、本発明の第２の手段は、直接原因である前記被測定物からの熱（輻射熱、空気の熱対流）を、積極的に前記検出コイル及び前記参照コイルに導いて熱の影響によるインピ−ダンスの変化を後段の前記ブリッジ回路にて相殺するものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第１の手段によれば、前記熱シ−ルドにより、前記被測定物からの熱による前記検出コイルの温度上昇が抑えられる。従って前記検出コイルの温度による抵抗値の変化も押さえられ、前記被測定物が高温でも正しい膜厚測定が可能になる。
また、前記熱シ−ルドにスリットを設けたので、前記熱シ−ルドでの渦電流の前記ブリッジ回路出力への影響は小さくなった。
また、前記参照コイル近くにも前記熱シ−ルドと同じ形状のダミ−を置くので、前記熱シ−ルドの前記ブリッジ回路出力への影響は相殺される。
【００３８】
本発明の第２の手段によれば、前記被測定物からの熱による前記検出コイル及び前記参照コイルの温度上昇は、前記ブリッジ回路により相殺される。前記被測定物が高温でも正しい膜厚測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
まず、本発明の第１の手段につき説明する。
【００４１】
図１に本発明の実施の形態の渦電流式センサの斜視図を示す。また、図２に、縦断面図を示す。検出コイル３と参照コイル４が絶縁体で出来た本体部２の下端と中にそれぞれ接着、固定されている。
【００４２】
さらに、検出コイル３の下方には、熱シ−ルド５が接着固定されている。熱シ−ルド５は、導電性材料（金属）からなる厚膜を有し、スリット５ｂによって分割された切片５ａの集合体である。
【００４３】
また、参照コイル４の下方には、ダミ−６が接着固定されている。ダミ−５は、導電性材料（金属）からなる厚膜を有し、スリット６ｂによって分割された切片６ａの集合体である。
【００４４】
図１及び図２のように、検出コイル３と基板５０の間に金属の膜（熱シールド）５を入れ、基板５０からの熱流入を防ぐ。熱シールド５へ流入した熱は本体部２０上方の図示しない熱浴に逃がすように熱伝達経路を設けておく。
【００４５】
金属の膜（熱シールド）５があるとそこに渦電流が誘起されるため、本来の導電膜５１の膜厚が正しく測れず、また検出感度が低下するので、そこでの渦電流の影響を小さくするために、渦電流の経路の径を小さくする。即ち、例えば図１及び図２のようなスリット５bを入れる。
【００４６】
また、熱シールド５での渦電流の影響をなくすために、図１及び図２のように参照コイル４の下にも熱シールド５と同じ形状、厚さの金属膜（ダミー）６を置く。それにより、熱シールド５の影響が相殺されてブリッジ１０出力に現れない。つまり、熱シールド５による検出コイル３のインピーダンス変化が、ダミー６による参照コイル４のインピーダンス変化と同じになり、両コイルのインピーダンスの差が起源のブリッジ１０出力は０のままである。よって、ブリッジ１０出力には、基板５０の導電膜５１のシート抵抗の情報のみが現れ、正しい測定が可能になる。
【００４７】
熱シールド５により、基板５０からの熱による検出コイル３の温度上昇が抑えられるので、検出コイル３の抵抗値の温度による変化が抑えられ、余分なブリッジ１０出力がなくなり、高温の導電膜５１でも正しい膜厚測定が可能になる。
【００４８】
また、熱シールド５にスリット５ｂがあるので、熱シールド５での渦電流のブリッジ１０出力への影響が小さい。さらに、参照コイル４の近くにも熱シールド５と同じ形状のダミー６を置くので、熱シールド５のブリッジ１０出力への影響は相殺される。
【００４９】
以上の効果を具体的に示すため、計算モデルにより見積もりを行なった。
図１及び２の構成に関する例を述べる。熱シールド５による感度低下を簡略化したモデル（図１４）で見積もった。
【００５０】
まず、スリット５ｂがない熱シールド５による感度低下を見積もった。検出コイル３と参照コイル４のインピーダンス変化を計算しブリッジ１０の出力を求めた。
【００５１】
熱シールド５による感度低下の計算方法は、検出コイル３の下に同心円の５つの仮想ループを置き、ここでは導電膜５１と熱シールド５に見立てた（図４参照）。簡単化して導電膜５１と熱シールド５は同じ高さにあるとしている（０．３ｍｍ程度異なっても計算結果に大きい影響はない）。半径０．５， １．０， １．５， ２．０， ２．５ ｍｍの５つのループ（幅０．５ｍｍ）を仮定し、導電膜５１を３つ目のループ、熱シールド５をその他のループに対応させた。
【００５２】
導電膜５１はCu 厚さ１μｍ相当のシート抵抗とし、熱シールド５はCu １００μｍ相当とした。検出コイル３はソレノイドで長さ１．７１ ｍｍ、外径２．４ ｍｍ、内径０．４ ｍｍ。１層につき１０巻き、６層、合計６０巻き、コイル下端から導電膜５１までの距離h＝０．３ ｍｍ、コイルの自己インダクタンスLC = １．７５ x10 -6 H、コイルの抵抗RC = ０．６６Ωとした。導電膜５１に見立てた３つ目のループがないときのインピーダンス変化も計算し、それをダミー６による参照コイル４のインピーダンス変化とし、それら値を用いて式（1）（表３参照）からブリッジ１０の出力を計算した（両コイルのRの差をRe、Lの差をLeとして計算）。
【００５３】
熱シールド５とダミー６がある場合、ブリッジ１０に5ＭＨｚ、振幅1Vの交流電圧を印加したときのブリッジ１０出力振幅は、２．４０ｍＶとなった（図４参照）。
【００５４】
一方、上記３つ目のループだけが存在するとき、即ち熱シールド５とダミー６がない場合には、出力振幅は５．１６ｍＶとなった（図３参照）。つまり、スリット５ｂ、６ｂがない熱シールド５とダミー６があると、膜厚計の感度がおよそ半分になると言える。
【００５５】
次に熱シールド５にスリット５ｂを入れた場合を簡略化したモデル（図１４）で考える。熱シールド５のループの寸法を変えて、検出コイル３のＲ、Ｌの変化を調べることにする。ループサイズを変えたときの、「検出コイル３のR、Lの変化量Re, Le」を図１４のモデルを用いて比べた。大きいシ−ルドによる検出コイル３のＲとＬの変化量を図５に示す。小さいシ−ルドによる検出コイル３のＲとＬの変化量を図６に示す。
【００５６】
図５はループ半径１．５ ｍｍ、幅０．５ ｍｍで、図６はル−プ半径０．１５ ｍｍ、幅０．０５ ｍｍである。式（２）、（３）（表５参照）に値を入れプロットした結果である。１ＭＨｚと１０ＭＨｚの場合を示した。RLはループの抵抗、コイルは前述のソレノイドで、ループの自己インダクタンスLL、コイルとの相互インダクタンスMCLは図中に示した。上記の半径が１／１０のループでは幅も１／１０なので、熱シールド５の厚さが同じなら（シート抵抗が同じなら）RLは同じである。熱シールド５が厚さ１μｍの銅の場合のRLを図中に矢印で示した。ループ径を小さくするとRe, Leは大幅に小さくなることが分かる。
【００５７】
熱シールド５は熱を逃がすために厚いものを想定しており、例えばCuが１００μｍとすると、1/ RLは２５０程度である。また、各周波数でReとωLeの大きい方同士を比較すると（ブリッジ１０出力への寄与が大きい方を比較）、１ＭＨｚ、１０ＭＨｚの何れにおいても３桁大きさが異なることが分かる。図中のReとωLeによるブリッジ１０出力分を図５、６の右の縦軸にVxとして示した。1/ RLが２５０の領域で、大きさが一桁小さいコイルでは、このVxも３桁小さいことが分かる。熱シールド５全体の面積を一致させるには、ループ径１／１０のものが１００個必要なので上記から （１／１０００）かける１００＝１／１０で、ブリッジ１０出力への寄与は大きいループに比べ１／１０になる。よって、感度の低下分も１／１０程度になると考えられる。
【００５８】
大きいループの熱シールド５による感度低下分が約５０％なので、小さいループではその１／１０で、感度低下分は数％程度と見積もることができる。ループを小さくすれば（その分、数が増えても）コイルへの影響は小さくなる。低温実験で使用するコイルフォイルやCuの核断熱消磁冷却での銅線の束やバルク部品へのスリットと同様で渦電流の影響が小さくなる。
【００５９】
よって、図１の構成で感度低下が少ないまま基板５０からの熱の影響を防ぎ、熱シールド５の導電性をキャンセルし、導電膜５１の膜厚を正しく測定できる。
【００６０】
また、熱シールド５と、参照コイル４下のダミー６を熱的に接続し（小さい熱抵抗でつなぐ）、検出系上方の図示しない熱浴との間に熱抵抗を設けると、検出コイル３と参照コイル４の温度差がより小さくなり、基板５０からの熱の影響をよりキャンセルすることができる。尚、前記熱抵抗は、取りつけ、取り外しが容易なジャンパ線状にして調整可能にしても良い。
【００６１】
以上が、本発明の第１の手段についての解説である。
【００６２】
次に、本発明の第２の手段につき、説明する。
【００６３】
図７は本発明の実施の形態の渦電流センサ−７１の斜視図を示す。また、図８は、縦断面図である。尚、使用するブリッジ回路は図１０である。
【００６４】
本発明の第１の手段とは異なり、検出コイル７３及び参照コイル７４に基板５０からの熱を積極的に取り込んで熱の影響をブリッジ回路１０（図１０）によってキャンセルするものである。
【００６５】
検出コイル７３及び参照コイル７４には平面コイルを用いる。平面コイルは、平面上に渦巻き状に巻いたコイルである。参照コイル７４は、本体部７２の窪んだ位置（凹部）７２ａに取り付け、基板５０からの熱輻射、空気の対流による熱流入がある。平面コイルでは、導電膜５１からの距離が大きくなると、導電膜５１のコイルインピーダンスへの影響は急速に小さくなる。一方、基板５０からの熱によるコイルの温度上昇はそれほど急速には小さくならない。
【００６６】
そのため、図７及び図８の配置により検出コイル７３と参照コイル７４は同程度の温度になって熱の影響をキャンセルし、導電膜５１からの距離の違いによって各コイルのインピーダンス変化分が異なり、基板５０の導電膜５１の膜厚情報がブリッジ１０（図１０）に出力される。
【００６７】
よって、ブリッジ出力１０には、基板５０の導電膜５１のシート抵抗の情報のみが現れ、正しい測定が可能になる。
【００６８】
以上が、本発明の第２の手段についての解説である。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて、種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、第１の手段において、熱シ−ルド５とダミ−６を接続することにより、検出コイル３と参照コイル４との温度差を小さくする。これにより、基板５０の導電膜５１に発生した渦電流による「検出コイル３のインピ−ダンスの変化」のみを捉えるようにしても良い。
【００７１】
また、第１の手段において、熱シ−ルド５とダミ−６をさらに図示しない熱浴(熱をそこに逃がすための熱容量の大きい物体)との間を接続し、各接続部において、熱抵抗を設定可能に形成しても良い。熱抵抗値を適宜設定することにより、検出コイル３と参照コイル４との温度差を小さくする。これにより、基板５０の導電膜５１に発生した渦電流による「検出コイル３のインピ−ダンスの変化」のみを捉えるようにしても良い。
【００７２】
また、第２の手段において、参照コイル７４は、本体部７２の窪んだ位置（凹部）７２ａに取り付け、基板５０からの熱輻射、空気の対流による熱流入があるようにしたが、本体部７２に設けた貫通孔（穴）や段差に取り付けても良い。検出コイル７３よりも導電膜５１から離れ、且つ、基板５０からの熱輻射、空気の対流による熱流入に曝されるように参照コイル７４を取り付けられれば、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の手段の渦電流式センサ１の斜視図である。 検出コイル３と参照コイル４が、本体部２の下端と中に固定されている。 検出コイル３の下方には、熱シ−ルド５が固定されている。また、参照コイル４の下方には、ダミ−６が固定されている。
【図２】本発明の第1の手段の渦電流式センサ１の断面図である。 検出コイル３と測定対象である導電膜５１の間に熱シ−ルドが固定された状態になる。
【図３】本発明の第１の手段の計算モデル（熱シ−ルドのない場合）である。 検出コイル３には、実線で示される導電膜５１に相当する３番のル−プの影響が出る。一方、参照コイル４には、何も影響がない。
【図４】本発明の第１の手段の計算モデル（熱シ−ルドのある場合）である。 検出コイルには、実線で示される導電膜５１に相当する３番目のル−プの他に、熱シ−ルド５に相当する１、２、４、５番目のル−プの影響が出る。一方、参照コイルには、ダミ−６に相当する１、２、４、５番目のル−プの影響が出る。
【図５】本発明の第１の手段による感度低下の計算結果のグラフ（熱シ−ルドにスリットのない場合）である。
【図６】本発明の第１の手段による感度低下の計算結果のグラフ（熱シ−ルドにスリットのある場合）である。図５に比べて大幅にＲｅ、Ｌｅが大幅に小さくなっているのが分かる。これにより、スリットの有効性が確かめられた。
【図７】本発明の第２の手段の実施の形態の渦電流式センサ７１の斜視図である。 検出コイル７３は、本体部７２の下端に固定されている。一方、参照コイル７４は、凹部７２ａに取り付けられている。これにより、基板５０からの熱は、参照コイル７４と検出コイル７３の両方に届く。また、検出コイル７３には導電膜５１の影響が及ぶが、参照コイル７４には導電膜５１の影響は及ばないようになる。
【図８】本発明の第２の手段の実施の形態の渦電流式センサ７１の断面図である。
【図９】渦電流式膜厚測定装置９１の概略全体構成図である。 駆動系（移動機構）９３によって駆動される基板ステ−ジ９３ａ上に支持されたシリコンウエハ等の基板５０の上方に配置される測定部９２を有している。駆動系９３は、コンピュ−タ９４からの命令によって動作するように構成され、基板ステ−ジ９３ａを上下及び水平方向に移動させることにより、測定部９２と基板５０との相対的な位置を変えるようになっている。
【図１０】渦電流式膜厚計（渦電流センサ）２０の回路図である。 ブリッジ１０によって、参照コイル４と検出コイル３の出力の差分を得て測定回路２７で受けるように構成されている。
【図１１】渦電流センサ２０の検出コイル３と参照コイル４の相対的な位置関係を説明する図である。検出コイル３は、基板５０の導電膜５１に近い本体部２の下端にある。一方、参照コイル、基板５０の導電膜５１から離れている。
【図１２】渦電流式センサ２０の斜視図である。 計算モデルの基となる渦電流式センサ２０の構成品の配置を示す図である。測定対象である導電膜５１、検出コイル３、参照コイル４の配置の概略位置を示す。
【図１３】渦電流式センサの回路図である。 参照コイル４にＬ1、Ｒ1が対応する。検出コイル３に、Ｌ2、Ｒ2が対応する。
【図１４】渦電流式センサ２０の計算モデルである。 検出コイル３と導電膜５１の関係を計算モデル化した。導電膜５１に相当するのがル−プである。検出コイル３と導電膜５１が互いに受ける影響が相互インダクタンスＭCLである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・渦電流センサ−（渦電流式膜厚計）、２・・・本体部、３・・・検出コイル、４・・・参照コイル、５・・・熱シ−ルド、５ａ・・・切片、５ｂ・・・スリット、６・・・ダミ−、６ａ・・・切片、６ｂ・・・スリット、
１０・・・インダクタンスブリッジ（ブリッジ）、１４・・・基準抵抗、１５・・・基準抵抗、
２０・・・渦電流センサ−（渦電流式膜厚計）、２１・・・並列接続点、２２・・・並列接続点、２３・・・接続中点、２４・・・接続中点、２６・・・交流電圧源、２７・・・測定回路
３０・・・レ−ザ変位センサ−、
５０・・・基板、５１・・・導電膜、
７１・・・渦電流センサ−（渦電流式膜厚計）、７２・・・本体部、７２ａ・・・凹部、７３・・・平面コイル（検出コイル）、７４・・・平面コイル（参照コイル）
９１・・・膜厚測定装置、９２・・・測定部、９２ａ・・・支持部、９３・・・駆動系（移動機構）、９３ａ・・・基板ステ−ジ、９４・・・コンピュ−タ、９５・・・インダクタンスメ−タ、９６・・・レ−ザセンサコントロ−ラ、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照コイルと検出コイルが直列に接続された回路と、２個の基準抵抗が直列に接続されたインダクタンスブリッジを用い、測定対象物の表面に形成された導電膜の近傍の所定の位置に配置可能に構成され、前記参照コイルよりも前記基準コイルを前記導電膜に近接した位置に配置可能であり、前記導電膜に対して所定の渦電流を発生させ且つ当該渦電流による磁界を検出する渦電流コイルセンサであって、前記測定対象物からの熱をコイルに対し遮蔽するか、又は前記熱を前記コイルに対し導くかのいずれかの手段を有することを特徴とする渦電流式膜厚計。
【請求項２】
前記手段として、前記測定対象物から前記熱を遮蔽するために前記検出コイルと前記測定対象物の間に熱シ−ルドを有することを特徴とする請求項１に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項３】
前記熱シ−ルドが、前記導電膜に発生する前記渦電流による磁界の検出ができるように、前記熱シ−ルドに発生する渦電流の径を小さくするためのスリットを有することを特徴とする請求項２に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項４】
前記参照コイルの近傍に前記熱シ−ルドに対応するダミ−を有することを特徴とする請求項２または３に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項５】
前記熱シ−ルドに接続して前記熱シ−ルドの熱を逃がす熱浴を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項６】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−が導電性の材料からなる厚膜を有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項７】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−の厚膜の導電性の材料が、銅、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、錫、鉛、金、銀のいずれかであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項８】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−の厚膜の導電性の材料が同じ材料であることを特徴とする請求項７に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項９】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−の厚膜の導電性の材料が異なる材料であることを特徴とする請求項７に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１０】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−を接続し、前記参照コイルと前記検出コイルの温度差を小さくすることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１１】
前記熱シ−ルド及び前記ダミ−を接続し、さらに熱浴に接続するのに、前記熱シ−ルド及び前記ダミ−と熱浴の間に熱抵抗を挿入したことを特徴とする請求項２乃至１０のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１２】
前記熱シ−ルド及び前記ダミ−を接続し、さらに熱浴に接続するのに、前記熱シ−ルド及び前記ダミ−と前記熱浴の間に前記熱抵抗を挿入し、前記熱抵抗の値が設定可能であることを特徴とする請求項１１に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１３】
前記手段として、前記測定対象物からの前記熱を前記参照コイルに導く構造を有することを特徴とする請求項１に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１４】
前記構造が、前記渦電流コイルセンサの本体部に形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１５】
前記構造が、前記本体部に形成された凹部、貫通孔、段差のいずれかであることを特徴とする請求項１４に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１】
参照コイルと検出コイルが直列に接続された回路と、２個の基準抵抗が直列に接続されたインダクタンスブリッジを用い、測定対象物の表面に形成された導電膜の近傍の所定の位置に配置可能に構成され、前記参照コイルよりも前記基準コイルを前記導電膜に近接した位置に配置可能であり、前記導電膜に対して所定の渦電流を発生させ且つ当該渦電流による磁界を検出する渦電流コイルセンサであって、前記測定対象物からの熱をコイルに対し遮蔽するか、又は前記熱を前記コイルに対し導くかのいずれかの手段を有することを特徴とする渦電流式膜厚計。
【請求項２】
前記手段として、前記測定対象物から前記熱を遮蔽するために前記検出コイルと前記測定対象物の間に熱シ−ルドを有することを特徴とする請求項１に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項３】
前記熱シ−ルドが、前記導電膜に発生する前記渦電流による磁界の検出ができるように、前記熱シ−ルドに発生する渦電流の径を小さくするためのスリットを有することを特徴とする請求項２に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項４】
前記参照コイルの近傍に前記熱シ−ルドに対応するダミ−を有することを特徴とする請求項２または３に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項５】
前記熱シ−ルドに接続して前記熱シ−ルドの熱を逃がす熱浴を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項６】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−が導電性の材料からなる厚膜を有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項７】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−の厚膜の導電性の材料が、銅、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、錫、鉛、金、銀のいずれかであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項８】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−の厚膜の導電性の材料が同じ材料であることを特徴とする請求項７に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項９】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−の厚膜の導電性の材料が異なる材料であることを特徴とする請求項７に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１０】
前記熱シ−ルドと前記ダミ−を接続し、前記参照コイルと前記検出コイルの温度差を小さくすることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１１】
前記熱シ−ルド及び前記ダミ−を接続し、さらに熱浴に接続するのに、前記熱シ−ルド及び前記ダミ−と熱浴の間に熱抵抗を挿入したことを特徴とする請求項２乃至１０のいずれかに記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１２】
前記熱シ−ルド及び前記ダミ−を接続し、さらに熱浴に接続するのに、前記熱シ−ルド及び前記ダミ−と前記熱浴の間に前記熱抵抗を挿入し、前記熱抵抗の値が設定可能であることを特徴とする請求項１１に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１３】
前記手段として、前記測定対象物からの前記熱を前記参照コイルに導く構造を有することを特徴とする請求項１に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１４】
前記構造が、前記渦電流コイルセンサの本体部に形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の渦電流式膜厚計。
【請求項１５】
前記構造が、前記本体部に形成された凹部、貫通孔、段差のいずれかであることを特徴とする請求項１４に記載の渦電流式膜厚計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２８５８０４（Ｐ２００７−２８５８０４Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１１８４１（Ｐ２００６−１１１８４１）
【出願日】平成１８年４月１４日（２００６．４．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１４日（２００６．４．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]