JPS61501053A - 厚さの連続的測定装置 - 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 厚さの連□続的測定装置 この発明は、評価回路の入力端子と接続され電界を発生する２つの電極を備えた 基準ゾンデの上の堆積厚さを測定することによって基礎材料の上に被覆装置によ って生じた物質堆積層の厚さを連続的に測定する装置であって、前記基準ゾンデ は、基礎材料の近くの被覆装置において絞り孔としての役割りをなす少くとも１ つの人口を備えたハウジング内に設けられ、交流電圧が印加される形式のものに 関する。

西ドイツ特許出願公開第３１２０４４３号公報から知られたこのような装置では 、水晶共振子測定ヘッドが使用され、この場合には電界を発生する２つの電極が 水晶共振子の２つの面に設けられ、交流電圧が印加された場合には、水晶共振子 が励起されて振動し評価回路の発振回路の周波数を決定するように交番電界か起 生される。水晶共振子の共振周波数は、被覆の過程において変化する層の厚さに 依存し、従って、被覆時における周波数の変化を評価することによって被覆厚さ を測定することができる。厚さの測定を成る程度正確にするため、評価可能な周 波数変化が僅少なパーセントの変化に縮小されている。さらに、公知の装置は、 水晶の被覆か増加するに伴って感度が著しく低減するため、数マイクロメータの 範囲の層厚さ、または１秒間に数マイクロメータの速度には適しない。このため 、水晶共振子の技術において不可避な疲れ現象を回避するため、水晶交換装置が 使用される。

西ドイツ特許出願公告第２９２３０６６号公報から知られている装置の場合には 、渦電流方式によって導電材料上の非導電層の厚さを測定するため、被覆処理の 終了後にサーチコイルの装着が行われる。従って。

被覆処理の過程を監視するセとは不可能である。

西ドイツ特許出願公告第１０１７３７２号公報において、同様に渦電流効果およ び誘導方式を使用した厚さ測定装置が記載されている。この厚さ測定装置はサー チコイルを使用しており、このサーチコイルは。

サーチコイルの負荷期間中、減衰可能な振動回路に接続される。サーチコイルは 、このコイルの周波数で振動する振動回路と接続され１発振器の動作周波数に依 存して、大きさに差異はあるか１層物質に浸透する渦電流を発生する。発振器の 周波数を変化させる場合。

高周波電流の誘導は、低周波数の場合より少い浸透深さで行われる。この理由か ら１発振器の負荷は１周波数の減少に伴って発振器の振動が最終的になくなるま で高くなり、その場合に生しる周波数か被覆厚さの量に相当する。

本発明の基本的な目的は、広い厚さの範囲に亘って正確な測定を連続的に行なう ことが可能な前頭に述べた形式の装置を提供することにある。

この目的は１本発明によれば、基準ゾンデは電界を発生する２つの電極の電界内 に設けられて被評価信号を引き出す固定した測定電極を備え、電界を発生する２ つの電極は互に１８０°の位相差をもつ交流電圧が印加され、この交流電圧の振 幅は、電界を発生する双方の電極によって測定電極に生じる電流が互に補償され るように、少くとも測定開始時に評価回路の電界発生電極の駆動部によって調整 可能であるようにすることによって達成される。

逆相の交流電圧が印加された電極によって、平衡状態において完全に相殺する電 流が、　７１１１１定電極に生じる。測定電極上の物質の堆積による電界の影響 が生じた場合には、測定電極に測定信号が発生し、この信号は１測定Ｗ　ｇ６上 の堆積厚さ測定用として接続された評価回路において１層の厚さについて評価さ れる。

本発明の好適な実施例において、電界発生電極はリング状に形成され、　１ｆｌ ｌｌ定電極は、縦軸と直角に２つのリング状電極の間に設けられる。このように して、被覆材料が、電界発生電極の中の開口部を通して、　１１１＋１定電匪の 一方の側に到達する。

測定電極はでラミック（磁器）円板の両側に設けられ、基礎上としてニノナルか らなる接着、層を備えた金の層かみ構成することか好ましい。離間するため、磁 器円板の両側、即ち磁器リングと磁器円板との間に。

信号賃と関連する金属リングが設けられている。

その他の好適な実施１様は、実施聾様項に示されている。

本発明の実施例が図に示されている。第１図は本装置のす準ゾンデの軸方向の断 面図、第２図は基準ゾンデを部分的に示す斜視図、第３図は磁器円板に設けられ た測定電極および磁器リングに設けられた電界発生電極を示す斜視図、第４図は 基準ゾンデに接続される評価回路の結線図である。

第１図に、はぼ円筒形の基準ゾンデ５０か示されており、この基準ゾンデは、β の厚さを測るために彼測定基礎祠料自体には設けられずに９基礎材料を被覆する のに使用される粒子流に同様に曝された基準装置の役割をなし、その場合、基準 ゾンデ５０において測定された粕の厚さを評価する際に、基礎材料と基準ゾンデ との異なる位置か計算によって考慮される。

第１図に示された基準ゾンデ５０は、はぼ円筒形の金属ハウジング１を備え、そ の端部はフランジ部２および３に移行している。金属ハウジング１は例えば約２ ０關の直径および同じく約２０ｍｍの軸方向の長さを有している。

フランジ部２３よびフランジ部３に夫々人口４および５が設けられている。金属 ハウジ〉グ１によって包囲さねた空間部は、磁器円板６によって２つの内部空間 ７および８に分割され、これらの内部空間は入口４および５を通して近づくこと ができる。

磁器円板６は、その中央部分において両側が円板状の金属層によって覆われてお り、この金属層は、接着層としてのニッケル上に設けられた例えば０１８ｍの厚 さの金の層からなっている。これらの２つの金属層は２両側の１剣定電極９を形 成し、第３図に示すように、磁器円板６の切込み部１１に埋め込まれた金属被覆 層からなる橋絡部１０によって互に電気的に接続されている。

１ｆｌｌｌ定電極９は、第１図に示された導線１２に接続され、導線１２は橋絡 部ｌＯの孔１３に納められ、そこで測定電極９と電導的に接続されている。第４ 図に示すように、導線１２の他方の端部は、狭帯域増幅器３７の入力端子と接続 されている。

第１図および第２図に示すように、磁器円板６は。

アースと電気的に接続された上部金属リング１４および下部金属リング１５に接 している。これらの金属リング１４、１５は、一方では磁器部材間の仕切りブロ ックとして、他方ではスペーサリングとしての役割をなしてぃ上部金属リング１ ４は上部磁器リング１６を支持しており、上部磁器リングの形状は、第３図にお いて知見することかできる。第１リング状電極１７が上部磁器リング１６の内周 面に沿って形成゛されて該電極１７に交流電圧か導線１８を介して印加され、従 って電極１７は、蒸気流またはその他の粒子流が入口４を通り測定部としての内 部空間７に進入する場合に、基準部としての役割をする内部空間８の領域におけ る電界発生電極として作用することができる。

導線工８は、切込み部１９内に埋め込まれた端子部材２０を介して、電極１７と 接続される。上部磁器リング１６は、その上側が、磁器または金属からなるスペ ーサリング２１に接しているため、電極１７とフランジ部３との間の短絡を心配 する必要はない。

第１図において磁ａ：円板６の上部に構成された基準部と同様に、磁器円板６の 下方に測定部が構成されている。下部金属リング１５は、下部磁器リング２２に 接しており、下部磁器リング２２は、その内周面に沿って第２リング状電極２３ を備えている。第２リング状電極は、′＠３図に見られるように磁器リング２２ の切込み部２５に埋め込まれた端子部材２４と電気的に接続されている。第２リ ング状電極２３は、第１図および第４図に示されている導線２６を介して交流電 圧か印加され、この交流電圧は、第１リング状電極１７の交流電圧に対して１８ ０°の位相差を有し、この電圧は、第４図に示される回路によって、特に測定開 始時に測定電極９の場所において電位が零になるように調整される。

金属または磁器からなるスペーサリング２８は１弾性止め輪２７によって下部磁 器リング２２に押圧されている。

物質の堆積量は、特に蒸着厚さの連続測定を行なう場合、第１図に全体が示され 第２図および第３図に部分的に示された基準ゾンデ５０が第４図に示すように電 気的に接続される。その場合９機械的には１、例えば内部空間７は蒸気流などに 曝されて測定部としての役割をなし、他方、内部空間８は、基準部としての役割 をなして蒸気流などの陰になるように、金属ハウジング１が配置される。

第１リング状電極１７に交流電圧を供給し、第２リング状電極２３に逆Ｆ目の交 流電圧を供給するため、これらの電極は導線１８および２Ｇによって増幅器２９ および３ｏの幅安定発振器３１を通って直接給電されるが、増幅器３０は、１８ ０’の位相差をもち振幅が可変な電圧が供給される。従って１発振器３１の出力 電圧は、１８０°の位相差を生じる移相器３２を介し、さらに分圧計３３および 抵抗３４を介して増幅器３０の入力端子に達する。これにより増幅器３０の入力 電圧か分丁計３３によって手動で調整しｉ）るたけでなく２移１［］器３２の出 力電圧は、″Ｓ点補正回路３５および抵抗３６を介して増幅器３０の入力端子に 接続される。測定電極９上における導電性または非導電性の層の堆積による平衡 の喪失によって、測定電極９の上で電位か再び零になるように、第２リング状毛 極２３上の電圧か２零点補正回路３５によって自動的に調整される。そのほか、 零点補正回路３５は、電極装置の機械的変化および電子装置の長時間ドリフトを 補償する役割をする。

測定過程の最初に、測定電極９の内ｆ部空間７に向いた側に物質の堆積がなく、 上述の零点調整が行われている場合には、測定電極９が電位零にあり、従って。

狭帯域増幅器３７の入力端子に接続される導線１２には電流が流れない。しかし ながら、測定電極９の上の物質の堆積による平衡の喪失によって、電流が導線１ ２に発生した場合には１発振器３１の周波数に同調された増幅器３７によって、 入力信号の極めて大きな増幅か行われ、従って、極めて僅少な層の厚さを検出す ることができ、届の厚さが個か０．１μｍである場合、またはここに述べる実施 例において、１ａｎの層厚さの測定上限値まで０．１μｍ変化した場合でも、導 電性の堆積物の場合にはリニアに検出することができる。非導電性の堆積物も同 様に検出することが可能であり、この場合１１層の厚さと測定信号との間の非リ ニアな関係は１校正曲線１例えばマイクロプロセッサによって補正することがで きる。

さらに、′第４図において知見されるように、増幅器３７の出力端子は位相判別 整流器３８と接続され、この位相判別整流器３８は、移相器３９を介して基準信 号が入力され、大きさおよび位相に応じて方向判別出力信号を供給する。

整流器３８の出力信号か積分段４０に供給され、この積分段４０において、大き さか測定電極９上の堆積物の厚さに依存した測定信号を発生するが、この場合、 導電性の物質の場合には層の厚さと測定値との間にリニアな関係が存在する。積 分段４０は、一方では測定値処理段４１と接続され、他方では零点補正回路３５ と接続されている。

基準ゾンデの接続は、被覆か行われるタンクのブッシングまでは半硬式同軸ケー ブルによって行われ、そこから第４図に示す回路までは通常の同軸ケーブルによ って行われる。

国際調査報告 ’ｕ”ｑ”、ＩＥ−、＜　：ｑ　’＝；Ｅ　：：ｉＴ二：’ｊｌＡＴ：０ＮＡＬ 　ＳＺ、’−Ｒ：工　ＲニフＯＲ’：　Ａ１：＞ｖ：：ｐ、ｓ（：＋、：二こ］ Ｉン二　２．？？−：Ｃｌユ、τ：Ｓコ丁　Ｎｏ、　？Ｃτ／フＥ　Ｂ５Ｃ０Ｃ Ｃ，５（Ｓ、：　８６３Q） Ｕ５−Ａｍ　３２７８８４コ　さＩｏｒ、ｅＤ＝−ヨー　ＬＯ１７：Ｌ７２　＞ Ｉｏｎａ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．評価回路の入力端子と接続され電界を発生する２つの電極を備えた基準ゾン デの上の堆積厚さを測定することによって基礎材料の上に被覆装置によって生じ た物質堆積層の厚さを連続的に測定する装置であって，前記基準ゾンデは，基礎 材料の近くの被覆装置において絞り孔としての役割りをなす少くとも１つの入口 を備えたハウジング内に設けられ，交流電圧が印加される形式のものにおいて， 基準ゾンデ（５０）は電界を発生する２つの電極（１７，２３）の電界内に設け られて被評価信号（１２）を引き出す固定した測定電極（９）を備え，電界を発 生する２つの電極（１７，２３）は互に１８０゜の位相差をもつ交流電圧が印加 され，この交流電圧の振幅は，電界を発生する双方の電極（１７，２３）によっ て測定電極（９）に生じる電流が互に補償されるように，少くとも測定開始時に 評価回路（２９ないし４１）の電界発生電極（１７，２３）の駆動部（２９ない し３６）によって調整可能であることを特徴とする厚さを連続的に測定する装置 。
2. ２．電界発生電極（１７，２３）は，リング状に形成されることを特徴とする請 求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．測定電極（９）は，２つのリング状電極（１７，２３）の間に，その縦軸と 直角に設けられることを特徴とする請求の範囲第２項記載の装置。
4. ４．測定電極（９）は磁器円板（６）の両側に設けられることを特徴とする請求 の範囲第３項記載の装置。
5. ５．磁器円板（６）は，両側の中央部に，接着層および薄い導電層を備えること を特徴とする請求の範囲第４項記載の装置。
6. ６．電界発生電極（１７，２３）は，磁器リング（１６，２２）の内周面に沿っ て設けられることを特徴とする請求の範囲第２項ないし第５項のいずれかに記載 の装置。
7. ７．両側の測定電極（９）を支持する磁器円板（６）と，電界発生電極（１７， ２３）を支持する磁器リング（１６，２２）との間に，スペーサリング（１４， １５）が設けられることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか に記載の装置。
8. ８．磁器円板（６），磁気リング（１６，２２）およびスペーサリング（１４， １５）が軸方向に配列して金属ハウジング（１）の中に設けられ，この金属ハウ ジング（１）は，少くとも一方の側に磁器リング（１６，２２）の内部空間（８ ，７）に並置開口する入口（４，５）を備えることを特徴とする請求の範囲第４ 項，第６項，第７項のいずれかに記載の装置。
9. ９．スペーサリング（１４，１５）は導電性の金属からなることを特徴とする請 求の範囲第７項記載の装置。
10. １０．金属ハウジング（１）は円筒形をなし，磁器リング（１６，２２）の軸方 向の外側は，金属ハウジング（１）の内部に向ったフランジ部（３，２）に対し て支えられることを特徴とする請求の範囲第８項または第９項記載の装置。