SE515115C2 - Metod och anordning att anbringa och övervaka tunna filmer och deras tjocklek på ett skivformat substrat - Google Patents

Description

25 30 35 515 115 2 I brittiska patentbeskrivningen GB 2069130 (RCA) beskrives ett sätt för att övervaka en beläggnings optiska tjocklek genom att rikta polykromatiskt ljus mot provet och efter hand mot ett kontrollprov med en beläggning av känd tjocklek och variera tjockleken på den jämförande beläggningen till dess det reflekterade spektrat överensstämmer. Detta sätt är lämpligt för optiska beläggningstjocklekar på 150 nm till 3000 nm. Sättet kräver även noggrann kalibrering av den jämförande beläggningen.

Sättet som beskrives i GB 2069130 medger ej reglering och kontroll av geometriska tjocklekar tunnare än omkring 75 nm (under förutsättning av ett beläggningsbrytningsindex när- mande sig 2). Dessutom avser det beskrivna sättet ej konti- nuerlig reglering av beläggningstjocklekar där de mätta vär- dena faller utanför tröskelvärdena, ej heller är det möjligt att med den beskivna anordningen övervaka beläggningens enhetlighet i tjocklek. Vidare är placeringen av den anord- ning som beskrives i GB 2 069 130 omedelbart efter beläggning svår.

Enligt uppfinningen avses ett sätt att övervaka tjockleken och enhetligheten i tjocklek hos en transparent beläggning, anbringad på ett substrat i skivform, omfattande att man riktar polykromatiskt ljus mot beläggningen vid ett fler- tal ställen och mäter det därifrån reflekterade ljuset, där vid varje ställe det reflekterade ljusets intensitet mätes vid åtminstone två fristående övervakningsvåglängder och mät- ningarna behandlas för att alstra en elektrisk signal, som kan jämföras med en eller flera förutbestämda tröskelvärden och med sådana elektriska signaler, som alstras vid andra ställen för att ge indikationer beträffande huruvida belägg- ningens tjocklek ligger inom förutbestämda toleransvärden.

Uppfinningen avser även en anordning för att övervaka tjock- leken och enhetligheten i tjockleken till en transparent beläggning anbringad på ett substrat omfattande: (i) en ljuskälla för att rikta polykromatiskt ljus mot ett flertal ställen på beläggningen; 10 15 20 25 30 35 5158115 3 (ii) anordning för att mäta ljusintensiteten, som reflekteras från beläggningen vid varje ställe vid åtminstone två fristående övervakningsvåglängder; (iii) anordning för att behandla mätningarna för att alstra en elektrisk signal, som kan jämföras med en eller flera förutbestämda tröskelvärden och med sådana elektriska signaler som alstrats vid andra ställen för att ge en in- dikation på huruvida beläggningens tjocklek ligger inom förutbestämda toleransvärden.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen medger lätt över- vakning av tjockleken, tjocklekens enhetlighet och valfritt brytningsindex i en beläggning med förutdefinierade tolerans- värden. Uppfinningen medger även på ett enkelt sätt att denna övervakning äger rum snabbt efter bildning av beläggningen.

Med "fristående" övervakningsvåglängder avser vi våglängder som är skilda från varandra med åtminstone 50 nm. De två fri- stående övervakningsvåglängderna ligger företrädesvis inom det synliga spektrat, dvs inom området 380 nm till 780 nm. De mest föredragna fristående övervakningsvåglängderna ligger inom området 400 till 480 nm (blått) och i området 580 till 750 nm (rött). Detta är så pga av upptäckten att för många kommersiella beläggningar varierar skillnaden mellan mät- ningarna tagna vid dessa två fristående övervakningsvåg- längder signifikant med beläggningstjocklek.

Ljusets reflektivitet från ett belagt substrat är känd att bero bland annat på det reflekterade ljusets våglängd, be- läggningstjockleken och substratets brytningsindex, på be- läggningen och på luft. Det är invecklat att härleda alla de nödvändiga parametrarna för att möjliggöra att beläggnings- tjockleken beräknas direkt från mätningen av reflektivitet vid två fristående övervakningsvåglängder, i praktiken är det mer lämpligt att bestämma toleransvärden, t ex från reflek- tivitetsmätningar från prov som uppbär beläggningar med känd tjocklek.

Utvärdet på de reflekterade ljusmätningarna matas företrädes- 10 15 20 25 30 35 5'15 115 4 vis till en mikroprocessor, där signalerna behandlas, såsom förklaras ytterligare nedan för att alstra en indikering be- träffande beläggningstjocklek. Vid vissa våglängder beroende på beläggningens optiska tjocklek uppträder interferens vilket resulterar i ett reflekterat spektrum kännetecknande för den optiska tjockleken. För en given beläggning med en given tjocklek föreligger vanligen en dominerande våglängd inom det synliga spektrat vid vilken konstruktiv interfe- rens uppträder och det är denna dominerande våglängd, som bestämmer det belagda substratets synliga utseende.

Vi har funnit att för små tjocklekar och fristående över- vakningsvåglängder nära den för den dominerande våglängden, är skillnaden mellan reflektiviteten vid två våglängder pro- portionell till beläggningens optiska tjocklek och sålunda där brytningsindex hos beläggningen är konstant mot belägg- ningens geometriska tjocklek.

Det exakta förhållandet mellan reflektiviteterna vid olika våglängder är emellertid komplicerat. Hellre än att mäta tjocklek i absoluta tal innefattar föreliggande uppfinning därför upprättandet av toleransgränser för varje slag av be- läggning. Dessa toleransgränser bestämmes genom försök.

Då mätning av två fristående övervakningsvåglängder är otill- räcklig för att åstadkomma en noggrann indikering av belägg- ningstjocklek, t ex där de fristående övervakningsvåglängder- na ej ligger nära den dominerande våglängden, bör mätningarna tagas vid åtminstone tre våglängder, varvid den tredje fri- stående övervakningsvåglängden företrädesvis ligger i området 480 till 580 nm (grönt). Av de tre tagna mätningarna, kan sedan det mest lämpliga paret mätningar väljas för att alstra en indikering beträffande beläggningstjocklek. Medeltalet av de tre mätningarna ger mer exakt information på ljusreflek- tivitet, vilket kan användas i vissa föredragna utförings- former som en indikering på brytningsindex.

Där variationen i reflektivitet med tjocklek ligger nära ett maximum, varierar reflektivitet mycket litet med beläggnings- 10 15 20 25 30 35 515 115 5 tjocklek, så att reflektiviteten då mer direkt beror på bryt- ningsindex så som förutses av Fresnels ekvationer. Medelst rätt kalibrering kan man därför lätt bestämma beläggningens brytningsindex.

Enhetlighet i beläggningens tjocklek på substratet indikeras genom jämförelse mellan den elektriska signalen som har alstrats vid ett ställe på beläggningen och sådana signaler alstrade på andra ställen. Det relativa avståndet mellan dessa ställen bestämmer pålitligheten i enhetlighetsdata, som så alstras. Beroende på det belagda substratets önskade kvalitet och dess avsedda slutanvändning, föredrar vi att övervaka beläggningens tjocklek vid ett flertal ställen, som är åtskilda med ej mer än 200 mm, mest att föredraga ej mer än 100 mm, såsom ställen åtskilda med ej mer 50 mm, idealiskt ej mer än 10 mm, högst idealiskt ej mer än 5 mm.

En lämplig anordning för att utföra övervakningen skulle arbeta på ett sätt, där det reflekterade ljusets intensitet mätes genom olika ljuskänsliga element för varje fristående övervakningsvåglängd. De fotokänsliga elementen kan vara fotokänsliga dioder, t ex anordnade i en fotodiod-gruppering.

En anordning för stegvis laddningsförflyttning i halvledare s.k "charge coupled device" (CCD), särskilt en linjär färg CCD-kamera användes företrädesvis. Alternativt kan man an- vända åtminstone två monokromatiska CCD-linjära kameror, var och en utrustad med ett lämpligt filter. Användning av en färgkamera, som är känslig för tre våglängder har emellertid den fördelen att de tre signalerna lättare är jämförbara pga att de har erhållits under samma förhållanden med samma anordning. Då en sådan kamera vidare är känslig för de "pri- mära" färgerna blått, grönt och rött är utsignalerna från kameran en mera sann rättvis representation av hur det belag- da substratet kommer att framträda för det mänskliga ögat.

Kameran kan vara försedd med ett infrarött filter för att förhindra överhettning om den exponeras för en omgivning vid förhöjd temperatur och beroende på ljuskällans natur, med ett bredbandfilter för att korrigera den vita ljusbalansen. 10 15 20 25 30 35 5015 '115 '''' '_ s Substratet är vanligen i form av en styv genomskinlig skiva.

Brytningsindex för substratet kan vara mindre eller större än beläggningens. Substratet är vanligen ett glasaktigt material såsom glas, med ett brytningsindex representativt på 1,52 (soda-glas) men sättet enligt föreliggande uppfinning är lika tillämpbart på övervakning av beläggningstjocklekar på andra sådana substratmaterial, såsom plastmaterial.

Beläggningen kan anbringas på substratet genom ett olika antal sätt inbegripande katodförstoftning under vakuum (ut- förd vid omgivande temperatur), hydrolys (utförd vid förhöjda temperaturer) och CVD (kemisk ångavsättning, chemical vapour deposition). Olika beläggningsmaterial användes inom tekniken för ett antal olika ändamål. Beläggningsmaterial väljes vanligen från metaller, metalloxider, metallnitrider och blandningar därav. Exempel på beläggningsmaterial innefattar metaller såsom silver och kisel, och oxider såsom aluminium- oxid (brytningsindex omkring 1,7), tennoxid (brytningsindex omkring 1,9 vid avsättning genom pyrolys), zirkoniumoxid (brytningsindex omkring 2,0 vid avsättning genom CVD) och kiseldioxid (brytningsindex omkring 1,4, vid avsättning genom CVD) och nitrider som titannitrid, kiselnitrid och aluminium- nitrid. Ljusgenomsläppning bör vara icke-diffus och är före- trädesvis åtminstone 10%, mer att föredraga åtminstone 20%.

Den polykromatiska ljuskällan kan helt enkelt vara en källa för de två eller flera våglängderna för vilka mätningar skall göras, men det är mera lämpligt att helt enkelt använda en vit ljuskälla. Företrädesvis tages mätningarna över i huvud- sak hela substratets bredd. Därför är ljuskällan idealt en i längd utsträckt ljuskälla med en längd lika med åtminstone beläggningens bredd.

Arrangemanget kan vara placerat ovanför ett sig rörande belagt glasband och omfattar att rikta ljuset i form av en slits från en i längd utsträckt ljuskälla placerad tvärs över det belagda glasbandets bredd då det senare passerar. Ljus- källan kan omfatta TL-fluorescerande rör. Företrädesvis regleras belysningen från ljuskällan, dvs det polykromatiska 10 15 20 25 30 35 515 115 7 ljusets intensitet riktad mot beläggningen, och anordningen för att uppnå sådan reglering kan innefatta åtminstone en fotodetektor. Med hjälp av fotodetektorer kan ljuskällan kalibreras genom att mäta belysningen i ett antal valda punkter fördelade över substratets bredd (t ex vid ett dussin punkter fördelade över glasbandets bredd, som representativt är 3,2 m brett). De mätta belysningsnivåerna lagras. Under beläggningsförfarandet mätes belysningen i de valda punkter- na. Om en variation från de lagrade värdena inträffar kan en korrektion i proportion till variationen automatiskt an- bringas för att kompensera denna.

En alternativ ljuskälla som är mindre känslig för temperatur kan användas istället för de flurescerande rören, såsom ljus- projektorer, t ex spot-lampor.

Med en ljuskälla bestående av tre ljusprojektorer skulle t ex tre fotodetektoter vara tillräckliga för denna reglering.

För att åstadkomma mer enhetlig belysning kan ett isglasfil- ter inskjutas mellan ljuskällan och beläggningen.

För kontinuerlig beläggning på en transportör bör mätningarna av det reflekterade ljusets intensitet tas omedelbart efter beläggningssteget, nära glasbeläggningsstationens nedströms- ände.

Kalibrering av kameran kan uppnås genom att mäta reflektionen från ett obelagt substrat och ställa indikeringen på belägg- ningstjocklek på noll.

Med en avpassad kalibrering och förutbestämda tröskelvärden har vi funnit att uppfinningen medger lätt övervakning av be- läggningens tjocklek och enhetlighet under tillverkningen.

Sättet kan ge information i realtid, omedelbart efter avsätt- ningen av beläggningen. Om man definierar gränserna i förväg kan ett alarm funktionera då dessa gränser har överskridits och/eller en reaktionsslinga kan utlösas för att justera be- läggningsförhållandena för att korrigera felet. 10 15 20 25 30 35 515 115 = 'I 8 Tröskelvärdena kan med fördel erhållas genom att mäta det reflekterade ljusets intensitet från prov som har kända be- läggningstjocklekar, vid ytterligheterna för de önskade tillverkningstoleranserna.

Sålunda enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen avses ett sätt för att anbringa en transparent beläggning på ett substrat i skivform, omfattande åtgärdena att: (a) anbringa beläggningsmaterial på substratet; (b) övervaka tjockleken och enhetligheten i belägg- ningens tjocklek genom att rikta polykromatiskt ljus mot ett flertal ställen på beläggningen, mäta ljusets intensitet som reflekteras därifrån vid var och en av ställena vid åt- minstone två fristående övervakande våglängder och behandla mätningarna för att alstra en elektrisk signal, som jämföres med en eller flera förutbestämda tröskelvärden och med sådana elektriska signaler som alstras på andra ställen för att ge en indikation om huruvida beläggningens tjocklek ligger inom förutbestämda toleransvärden; (c) justera beläggningsparametrarna i motsvarighet till den elektriska signalen, om så erfordras.

Med förutsättningen att det är svårt att mäta tjockleken på tunna beläggningar är det överraskande att man kan vara i stånd att övervaka tjockleken under loppet av tillverkningen, utan att störa tillverkningen genom den enkla analysen av två elektriska signaler, härledda vid olika våglängder och särs- kilt i den varma omgivningen omedelbart efter ett belägg- ningsförfarande.

Där ett substrat är försett med en eller flera tunna belägg- ningar på detsamma, avsatta i följd efter varandra, är det möjligt att genomföra sättet enligt föreliggande uppfinning omedelbart efter varje beläggningssteg och/eller efter det att alla beläggningarna avsatts.

Det är även möjligt att utföra provtagning av ett belagt substrat med regelbundna mellanrum under dess tillverkning 10 15 20 25 30 35 515 115 9 och att inspektera dessa prov genom sättet enligt uppfin- ningen utanför produktionslinjen, t ex i ett laboratorium.

Uppfinningen är särskilt användbar där mätningarna göres på ett sig rörande substrat, såsom t ex där substratet är glas och mätningarna göres på ett sig rörande glasband eller sig rörande glasskiva vid ett ställe utmed produktionslinjen för kontinuerlig produktion av belagda glasskivor, såsom i en katodförstoftningsanordning under vakuum, eller inom kyl- kanalen på ett glasband erhållet genom "float"-processen.

Detta sätt är särskilt tillämpbart på beläggningar bildade genom pyrolys, varvid mätningar kan göras då glaset är om- kring 150°C. Mätningarna utföres företrädesvis inom 20 m från nedströmsänden på glasbeläggningsstationen. Mätningarna kan t ex göras då glaset är omkring 500°C till 600°C. Ljuskällan och kameran monteras företrädesvis ovanför kylkanalens valv- vägg, varvid en springa i valvväggen möjliggör exponering av glasbandet för ljuskällan och kameran. För att vidare skydda ljuskällan och kameran från den värme som utstrålar från kyl- kanalen, inbegripande genom springan i dess valvvägg, kan ljuskällan och/eller kameran vara inneslutna inom ett kylt utrymme, kylt t ex genom statisk kall luft eller genom en luftström eller genom vatten.

Justeringen av beläggningsmaterialets anbringande på substra- tet i motsvarighet till den elektriska signalen kan uppnås genom ett antal olika sätt enligt det beläggningsförfarande som användes, t ex genom att ändra beläggningsmaterialets matningshastighet i beläggníngsstationen, genom att ändra hastigheten på det sig rörande duschhuvudet och/eller genom att ändra omgivningens förhållande, såsom temperatur, i be- läggningsstationen för att så påverka beläggningsförfarandet på det önskade sättet.

Under det att såsom beskrivits ovan, sättet enligt uppfinnin- gen kan inbegripa det ytterligare steget att justera belägg- ningsparametrarna i motsvarighet till den elektriska sig- nalen, är detta ej väsentligt. Det är även möjligt att an- vända den elektriska signalen för att sortera belagda sub- 10 15 20 25 30 35 515 115 10 stratprov i satser med olika kvalitet, avsedda t ex för olika slutanvändningar. Den elektriska signalen kan vidare användas för att bestämma arten av efterföljande behandling för det belagda substratet.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i ytterligare detalj, endast som exempel med hänvisning till de bifogade ritningar- na där: figur 1A schematiskt visar ett arrangemang, sett från en sida av en anordning lämplig för att utföra ett sätt enligt upp- finningen, Figur 1B är en vy tagen i riktning "I" i figur 1A, Figur 1C schematiskt visar ett kretsarrangemang lämpligt att användas med anordningen visad i figurerna 1A och 1B, Figur 2 visar förhållandet mellan förhärskande reflekterad våglängd och beläggningstjocklek mellan 65 och 105 nm, för aluminiumoxidbeläggningar med olika brytningsindex; och Figur 3 visar slutligen förhållandet mellan reflektivitet och beläggningstjocklek mellan 65 och 105 nm för aluminiumoxid- beläggningar med olika brytningsindex.

Med hänvisning till figurerna 1A, 1B och 1C finns i en kyl- kanal omedelbart efter beläggningens anbringande på ett glas- band 10 en ljuslåda 12, som sträcker sig tvärs över kylkana- len. Ljuslådan är anordnad på avstånd t ex omkring 50 cm ovanför valvväggen 14, dvs omkring 1 m ovanför glasbandet 10.

Glasbandet 10 uppbäres på transportrullar 13. En ljusstråle från ljuslådan infaller på glasbandets 10 övre belagda yta 11 i en vinkel nära vinkelrätt mot den ytan (överdrivet i figur 1A för klarhets skull) och den reflekterade strålen går till en CCD-linjär färgkamera 20, centralt belägen i förhållande till bandets bredd, omkring 3-4 m ovanför glasbandet 10.

Ljuslådan 12 innehåller TL (fluorescerande) rör 16 driven av en 20000 Hz-matning. Det är viktigt att säkerställa att ljus- källans lysförmåga är så jämn som möjligt utmed ljuslådans längd. För att hjälpa till med detta täcker ett isglasfönster 18 ljusutträdet från ljuslådan 12. Som ett alternativ kan de TL-fluorescerande rören 16 ersättas av tre ljusprojektorer för att lysa upp isglasfönstret 18. 10 15 20 25 30 35 5115 115 11 Belysningen från ljuslådan 12 kan regleras medelst 14 foto- detektorer 19 placerade vid ett antal utvalda punkter för- delade över substratets bredd tvärs över glasbandets 10 bredd. Ljuskällan 12 kan kalibreras genom att mäta belys- ningen därifrån vid var och en av fotodetektorerna 19. De mätta belysningsnivåerna lagras i en mikroprocessors 24 minne. Under beläggningsförfarandet mätes belysningen i de valda punkterna. Om en variation från de lagrade värdena in- träffar alstras en korrektion i proportion till variationen automatiskt av mikroprocessorn 24 och anbringas på de elek- triska signalerna lämnade av CCD-kamerans 20 bildelement, som överblickar zonen intill den fotodetektorn 19, som har upp- täckt variationen. Där ljusprojektorer användes istället för de fluorescerande rören 16, kan den av mikroprocessorn alstrade korrektionen anbringas direkt på ljuskällan 12.

Glasbandet 10 rör sig i pilens A riktning, förbi ett fram och återgående duschhuvud 22 i beläggningsstationen. Regleranord- ning 28 justerar materialets flödeshastighet genom duschhuvu- det 22 och/eller den fram och återgående hastigheten på duschhuvudet. Mätningarna från kameran 20 går till mikro- processorn 24, där de nödvändiga beräkningarna utföres såsom förklarats mera i detalj med hänvisning till figur 1C. En in- dikeringsanordning 26 visar en indikation på beläggningens tjocklek eller vilka andra parametrar som mikroprocessorn 24 kan vara programmerad för att beräkna. En anslutning mellan mikroprocessorn 24 och regleranordningen 28 möjliggör auto- matisk reglering av beläggningstjockleken.

En lämplig kamera är TL-2600 RGB Coluor Line Scan Camera från PULNIX. Kameran är utrustad med ett objektiv med 50 mm bränn- vidd och ett infrarött filter för att minska risken för värmeskada på kameran. Ljusstrålens bredd från ljuslådan 12 är bredare än glasbandets 10 bredd för att säkerställa att kameran mottager reflekterat ljus från hela bredden på det belagda glasbandet, med hänsyn tagen till avståndet mellan ljuslådan och glaset och mellan glaset och kameraobjektivet. 10 15 20 25 30 35 515 115 12 TL-2600 RGB Colour Line Scan kameran 20 består av 3 linjer med 864 aktiva bindelement, vilket för en bandbredd av om- kring 3,2 m ger en upplösning av omkring 4 mm, en tillräck- lig upplösning för föreliggande ändamål. Varje bildelement är en mikroskopisk fotodetektor, med en storlek av 14 x 14 pm.

Ett optiskt genomsläppområdesfilter är placerat framför var och en av de tre linjernas bildelement, svarande resp. mot de rörda, gröna och blåa våglängderna. Ett infrarött strypfilter och två optiska genomsläppområdesfilter placeras framför objektivet till kameran 20, vars svarssignalkurvor medger för utjämning justering av belysningsnivån vid de röda, gröna och blåa våglängderna.

Med hänvisning särskilt till figur lC är integreringstiden för de elektriska laddningarna, som samlar sig på varje bild- element justerbara. Infångningens känslighet för varje typ av beläggning kan därvid justeras, för att ta hänsyn till det faktum att det finns en signifikant skillnad i nivån på det ljus som faller på kameran 20 mellan ett skikt som reflek- terar 10% av ljuset och ett skikt som reflekterar 5% av ljuset. Denna justering bestämmer signalernas nivå, som utgör utgång från kamera 20 på ledning 30. Kamera 20 matas med en synkroniserande puls från klocksignalgeneratorn 29 ut- med ledning 31, vilken utlöser överföringen av laddning från varje bildelement till det närliggande bildelementet. In- tegrationstiden måste vara större än antalet bildelement i kameran 20 multiplicerat med tiden T, som åtskiljer 2 syn- kroniseringspulser. I föreliggande fall, för att ta hänsyn till "svarta" bildelement är integrationstiden större än 2700 X T.

De elektriska signalerna som alstras av kameran representerar den belagda ytans reflektivitet med avseende på de tre fär- gerna rött, grönt och blått (resp. ca 580-700 nm, 515 nm och 420-450 nm). Dessa signaler, här betecknade som "[R]", "[G]" och "[B]" ledes till mikroprocessorn 24, där de användes för att härleda tjockleken och valfritt beläggningens brytnings- index. 10 15 20 25 30 35 u 0 u. , ,. O. .u _« _ _. n I I 4 ' I h I .zrfl-I- '.:_,:_._.. . .ss | III 1 1 U 1' f 1 :I n' f . '_,' u. n u» , . 13 De analoga elektriska signalerna [R], [G] och [B], som resul- terar från de tre bildelementlinjerna vid amplituder propor- tionella mot ljusmängden som uppfångas av varje bildelement multipliceras för bildelement: [R], [G] och [B]-signalerna I för det första bildelementet i var och en av de tre linjerna, sedan samma för det andra bildelementet i var och en av de tre linjerna osv. Dessa multiplicerade signaler sändes mot en 8-bit analog-till-digital-omvandlare 32, som även matas med en synkroniseringspuls från klocksignalgeneratorn 29 utmed ledning 33. Synkroniseringspulsen från klocksignalgeneratorn 29 matas även till färgidentífieringsgeneratorn 42. De digi- tala utsignalerna från analog-bild-digital-omvandlaren 32 sändes sedan via ledning 34 samtidigt med en 3-bit färg- p identifieringssignal från signalgeneratorn 42 via ledning 43 till en mikroprocessor 24 för databehandling.

Mikroprocessorn 24 utför en behandling av signalen och hand- har systemets parametrar. Beräkningarna göres bildelement för bildelement för varje färg. De resulterande värdena medger uppteckning av diagram.

Mikroprocessorn 24 beräknar genomsnittet av signalerna [R], [G] och [B], dvs ([R]+[G]+[B])/3 för att indikera beläggnin- gens reflektivitet. Mikroprocessorn 24 beräknar även skillna- den mellan två signaler för att indikera beläggnings tjocklek vid ett konstant brytningsindex, dvs [R]-[B], [R]-[G] eller [G]'[B]- Det är även möjligt för mikroprocessorn 24 att jämna ut [R], [G] och [B]-kurvorna dvs för att fastställa om så önskas "glättade reflektionskurvor vid var och en av [R], [G] och [B]-våglängderna genom att beräkna den genomsnittliga av ett visst, justerbart, antal bildelement av samma färg, såsom 3 eller 5 intilliggande element. Detta minskar, om så önskas, skillnader på lokala signalvärden mellan bildelement och dess granne, beroende t ex på den varma luftens rörelser i kanalen med ändring i belysningsförhållandena för skiktet eller beroende på damm etc. 10 15 20 25 30 35 s 1 s 115 14 Om så önskas kan mikroprocessorn 24 programmeras för att alstra en reaktionsslingestyrsignal, matad till ledning 36 till regleranordningen 28 för att justera parametrarna för beläggningsavsättningsprocessen.

Det är även möjligt att beräkna och anbringa korrektions- koefficienter till var och en av [R], [G] och [B]-signalerna för att de skall motsvara de normaliserade kolorimetriska värdena (trikromatiska CIE-koordinater eller Hunter koordi- nater L,a,b). I detta fall kommer det även att föreligga be- hov att ta hänsyn till substratet (klart glas, bronsglas, grått glas etc) och dess tjocklek. I detta fall kommer mät- ningen ej längre att vara relativ utan absolut.

För att visa de behandlade datasignalerna i grafisk form kan de behandlade signalerna från mikroprocessorn 24 matas via ledning 37 till en bildskärm 26a och/eller via ledning 39 till printer eller kurvskrivare 26b. Över och nedre gränsen svarande mot acceptabla tillverknings- toleranser bestämmes genom att ta mätningar på referens- kontrollprov själva kontrollerade med laboratoriaanordningar.

Dessa gränser kan även visas på bildskärmen 26a och/eller på det tryckta diagrammet från printern eller kurvskrivaren 26b, t ex i form av två horisontella raka prickade linjer. Detta medger för operatören att lätt se om tjockleken (och bryt- ningsindex om detta värde är inbegripet) överskrider tole- ransgränserna och från vilka områden på glassubstratets bredd dessa övervärden kan härledas.

Anordningens kalibrering uppnås genom att mäta reflektioner från ett obelagt glasband, vilket möjliggör indikering av be- läggningstjocklekar att inställas till O. Varje icke enhet- lighet i belysningen över glasbandets bredd, varje fel be- roende på brister i kameraoptiken och varje skillnad i känsligheten för kamerans 20 bildelement kompenseras genom hänvisning till glaset före beläggningens anbringande. Denna kalibrering leder till anbringandet av korrektions-koef- ficienter på signalvärdena från varje bildelement för att 10 15 20 25 30 35 515 -115 15 erhålla 3 släta svarskurvor. Denna kalibrering kan utföras omedelbart före påbörjan av beläggningens avsättning och bör vara utförd före varje körning för avsättning av be- läggningen.

Kalibreringskoefficienterna bestämmes t ex så att utsignaler- na med obelagt glas efter förstärkning alla är belägna vid mitten av det möjliga utgångsområdet för den valda kameran 20, dvs vid 50% av max amplitud. Detta val av 50% för obelagt glas kan emellertid variera som en funktion av beläggningens slag, dvs enligt ljusreflektionens nivå.

För var och en av bildelementen till var och en av de tre färgerna kan man lagra koefficienten för att anbringa den på signalvärdet som detta bildelement ger så att detta värde svarar mot de valda 50%. Denna koefficient anbringas sedan på alla efterföljande signaler från detta bildelement.

I ändamål att minimera felen som uppstår genom bandets vågrörelse över transportrören (reflektioner av ljuskällan från olika punkter som ej nödvändigtvis är enhetliga) eller från turbulensen i den varma luften i det inre av kylkanalen (fluktuationer i brytningsindex för luften i kanalens inre), tas ett visst justerbart antal förvärv av hela uppsättningar värden [R], [G] och [B] i övervägande och de genomsnittliga värdena svarande mot en förflyttning av glaset beräknas.

Företrädesvis tages ett genomsnitt av omkring 90 avläsningar svarande till omkring 60 m längd på glasbandet. Detta genom- snitt genomföres med förinställda övre och nedre gränser, som gör det möjligt för operatören att se om toleranserna över- skrides i någon punkt tvärs över bandets bredd.

Införandet av funktionsparametrarna (integrationstid, antal förvärv av en given serie data innan man verkställer ett genomsnitt, kalibreringskoefficienter etc) och val av funk- tioner och de önskade utgångarna kan man göra med hjälp av ett tangentbord 41 i förening med mikroprocessorn 24. Mikro- 10 15 20 25 30 35 515 115 16 processorn 24 sänder erforderliga kamerakommandosignaler via ledning 44 till klocksignalgeneratorn 29 varifrån de föres vidare till kameran 20 via ledning 31.

Exempel 1 En lösning innehållande aluminiumförening duschas genom ett fram och återgående duschhuvud på ett sig rörande band av varmt glas med en temperatur av mer än 550°C. Ändamålet med denna aluminiumoxid-under-beläggning är att då en "överbe- läggning“ av tennoxid anbringas är underbeläggningens optiska tjocklek tillräcklig för att minska de reflekterade interfe- renseffekterna i synligt ljus beroende på den övre belägg- ningen. För att uppnå detta ändamål är tjockleksgränserna för aluminiumoxidbeläggningen mycket snäva. Beroende på tjock- leken på efteråt anbringade SnO2-skiktet bör aluminiumoxid- beläggningen ha en tjocklek inom området 75-100 nm med en tolerans av t'ex i 3 nm och brytningsindex av mellan 1,68 och 1,73:o,o1. _ För beläggningar av denna avsedda tjocklek och brytningsindex är den dominerande reflekterade våglängden inom området 480 nm till 575 nm, det vill säga inom området blått till gult. Allt eftersom tjockleken ökar skiftar den reflekterade färgen från blått vid en tjocklek av 75-80 nm till lätt gult vid en tjocklek på 100 nm. Detta visas i figur 2, där den dominerande reflekterade våglängden XD är avsatt mot belägg- ningstjockleken t för beläggning med brytningsindex vari- erande från 1,60 till 1,72. Vi har upptäckt att vid måltjock- leken är skillnaden mellan reflektivitetssignalen från den röda kamerans bildelement (känslig till övervägande del för 580-700 nm) och reflektivitetssignalen från den blå kamerans bildelement (övervägande känslig för 420-450 nm) indikerande för beläggningstjockleken, dvs: Ü = f([R]'[B])- Beläggningens brytningsindex beror något på sammansättningen, glasets temperatur och omgivande temperatur. Vid en belägg- 10 15 20 25 30 35 515 '115 17 ningstjocklek av 75-80 nm är reflektivitetens variation med tjocklek nära ett maximum och därför resulterar ändringar i tjocklek i endast mindre ändringar i reflektivitet. Emeller- tid ändrar sig reflektiviteten signifikant med beläggningens brytningsindex nc och där kan man upprätta ett förhållande mellan reflektivitet och brytningsindex. Detta förhållande visas i figur 3, där genomsnittlig reflektivitet R, mätt vid 3 fristående övervakningsvåglängder, är avsatt mot tjockleken t för beläggningar med brytningsindex varierande från 1,60 till 1,71. sålunda UC = f{({R]+[G]'[B])/3} Därför ger sammanfattningsvis medeltalet av signalerna alstrade vid de fristående övervakningsvåglängderna informa- tion som är proportionell mot beläggningens brytningsindex, under det att skillnaden mellan signalerna alstrade vid de blå och röda våglängderna ger information proportionell mot beläggningens tjocklek.

Mikroprocessorn kan vara så programmerad att den ger alarm då den elektriska signalen, som alstras från informationen indi- kerande beläggningens tjocklek faller utanför förutbestämda tröskelvärden och/eller under dessa förhållanden automatiskt justerar beläggningsförfarandet, t ex genom att ändra dusch- huvudets fram och återgående hastighet. På liknande sätt kan mikroprocessorn vara så programmerad att den utlöser ett alarm då den elektriska signalen, alstrad från informationen indikerande beläggningens brytningsindex faller utanför förutbestämda tröskelvärden och/eller under dessa förhållan- den automatiskt justerar beläggningsförfarandet, t ex genom att ändra temperaturen i beläggningsstationen.

Exemgel 2 När det gäller en absorberande anti-solbeläggning framställd genom pyrolys från acetyl-acetonat omfattande 62% C00, 26% Fe203 och 12% Cr2O3 med en tjocklek mellan 40 och 50 nm är den övervägande färgen som reflekteras gul. En indikation på beläggningens optiska tjocklek erhålles från skillnaden 10 15 20 25 30 35 515 1 15 '°~.-" '::ï*'š':'ï..ï 18 mellan de elektriska signalerna alstrade vid blå och röda våglängder. I detta fall finner man emellertid att brytnings- index knappast varierar alls när en gång beläggnings- materialets sammansättning är fixerad så att geometrisk tjocklek lätt regleras.

Exempel 3 När det gäller en lätt absorberande anti-solbeläggning fram- ställd genom hydrolys och omfattande Ti02 med en tjocklek av omkring 50 nmt/-3nm är den övervägande reflekterade färgen gråblå. Skillnaden mellan signalerna vid röd och blå våglängd medger övervakning av denna beläggnings optiska tjocklek.

Exempel 4 Vid en underbeläggning omfattande SiO2 eller Si0x med en tjocklek på omkring 90 nm är den dominerande reflekterade färgen grå. En sådan beläggning kan framställas genom kemisk ångavsättning eller alternativt genom katodförstoftning, särskilt radio-frekvenskatodförstoftning. Den reflekterade färgen tenderar mot ljusblå eller ljusgul med ändringar i be- läggningstjocklek, men dessa ändringar är svåra att upptäcka med det obeväpnade ögat. I detta exempel föredrar man att jämföra signalerna som alstras vid grön och blå våglängd för att övervaka denna beläggnings utseende.

Exempel 5 En övre beläggning omfattande SnO2 med en tjocklek av omkring 300 nm, belagd på en underbeläggning av aluminiumoxid med en tjocklek av 75 nm anbringas såsom antydes i exempel 1. Det finns ej någon övervägande reflekterad färg. Om beläggningen är alltför tunn erhåller man en rosa-violett reflekterad färg. Om beläggningen är för tjock erhåller man en matt grön färg. Skillnaden mellan signalerna vid grön och röd våglängd medger övervakning av denna beläggning. Skillnaderna mellan signalerna vid grön och blå våglängd (eller mellan 10 15 20 25 30 35 515 115 19 signalerna vid röd och blå våglängd) medger differentiering mellan två gröna (eller resp. mellan två röda) interferens- ordningar, t ex mellan den tredje och fjärde interferensord- ningen bör beläggningens tjocklek ändras väsentligt.

Exempel 6 Ett glassubstrat har ett metalliskt kiselskikt, 25 nm tjockt avsatt därpå genom kemisk ångavsättning. Den normala färgen är metalliskt grå. Då beläggningstjockleken är alltför stor blir färgen gul (och sedan tenderar den mot rött). Ljus- reflektionen är av storleksordningen 50% och ljusgenomsläpp- ligheten är omkring 33%.

Beläggningens tjocklek kan övervakas genom att beräkna skill- naden mellan [R] och [B]-signalerna.

Exempel 7 Ett flerskiktsbelagt substratglas/TiN/SnO2 (ljusgenom- släpplighet TL = 35%) framställdes genom magnetronavsättning.

Produkten undersöktes genom reflektion från glassidan, med användning av en anordning enligt uppfinningen. Den reflek- terade färgen är blå. Vid en konstant TiN-skikttjocklek med- ger skillnaden mellan signalerna vid blå och grön våglängd reglering av tjockleken och tjocklekens enhetlighet på det övre Sn02-skiktet för att säkerställa ett enhetligt utseende på produkten, då den betraktas från glassidan. Tjockleken på TiN-beläggningen kan tidigare regleras enligt uppfinningen genom en kamera belägen i avsättningsanordningen efter av- sättningen av TiN och före avsättningen av SnO2.

Exempel 8 Ett högreflekterande flerskiktsbelagt substrat glas/rostfritt stål/TiN (ljusgenomsläpplighet TL = 8%) framställdes genom magnetronavsättning. Produkten undersöktes genom reflektion från glassidan med anordning enligt uppfinningen. Den reflek- terade färgen är metalliskt silver och glänsande. Vid en kon- 515 115 20 stant tjocklek på det rostfria stålskiktet medger mellan sig- nalerna vid blå och röd våglängd reglering av tjockleken och tjocklekens enhetlighet på det övre TiN-skiktet för att säkerställa ett enhetligt utseende på produkten då den be- traktas från glassidan. Tjockleken på det rostfria stål- skiktet kan tidigare regleras, enligt uppfinningen genom en kamera belägen i avsättningsanordningen efter avsättningen av det rostfria stålet och före avsättningen av TiN.

Claims (16)

51 5 1 15 Éï: ~ ïII= 2! Patentkrav

1. Sätt att övervaka tjockleken och enhetligheten i tjocklek hos en transparent beläggning, anbringad på ett substrat i skivform, omfattande att man riktar poly- 5 kromatiskt ljus mot beläggningen simultant med en gemensam ljuskälla på ett flertal ställen i huvudsak över substratets hela bredd och därefter simultant mäter det därifrån reflekterade ljuset, där för varje ställe det reflekterade ljusets intensitet mätes vid åtminstone två fristående övervakningsvåglängder och mätningarna behandlas för att alstra en elektrisk signal, som kan jämföras med en eller flera io förutbestämda tröskelvärden och med sådana elektriska signaler som alstras vid andra ställen för att ge indikationer beträffande huruvida beläggningens tjocklek ligger inom förutbestämda toleransvärden.

2. Sätt enligt patentkravet l, där den första fristående övervakningsvåglängden ligger 15 i området 400-480 nm och den andra fristående övervakningsvåglängden ligger i området 580-750 nm.

3. Sätt enligt något av patentkraven 1 eller 2, där mätningarna företages vid tre våglängder. 2 o

4. Sätt enligt patentkravet 3, där de tre mätningarna behandlas för att alstra en elektrisk signal indikerande beläggningens brytningsindex.

5. Sätt enligt patentkrav 3 eller 4, där den första fiistående övervakningsvåglängden 2 s ligger i området 400-480 nm den andra fristående övervakningsvåglängden ligger i området 580-750 nm och den tredje fristående övervakningsvåglängden ligger i området 480-580 nm.

6. Sätt enligt något av föregående patentkrav, där mätningen av reflekterat ljus 3 o åstadkommes genom att använda en anordning för stegvis laddningsförflyttning i halvledare (CCD), företrädesvis en linjär CCD-färgkamera. 515 1 15 at: :w 22

7. Sätt enligt något av föregående patentkrav där ett flertal ställen är åtskilda med ej mer än 50 mm, företrädesvis ej mer än 10 mm och fördelaktigt med ej mer än 5 mm.

8. Sätt enligt något av föregående patentkrav, där intensiteten på det polykromatiska s ljuset riktat mot beläggningen regleras.

9. Sätt enligt något av föregående patentkrav, där mätningarna behandlas för att beräkna skillnaden mellan det reflekterade ljusets intensitet vid två av de fristående övervakningsvåglängderna. 1 o

10. Sätt att anbringa en transparent beläggning på ett substrat i skivforrn, omfattande åtgärderna att: (a) anbringa beläggningsmaterial på substratet; (b) övervaka tj ockleken och enhetligheten i tj ockleken på beläggningen 15 genom att simultant med en gemensam ljuskälla rikta polykromatiskt ljus vid ett flertal ställen på beläggningen, i huvudsak över substratets hela bredd, därefter simultant mäta intensiteten på reflekterat ljus därifiån vid vart och ett av ställena vid åtminstone två fristående övervakningsvåglängder och behandla mätningarna för att alstra en elektrisk signal, som jämföres med ett eller flera förutbestämda 2 o tröskelvärden och med sådana elektriska signaler alstrade vid andra ställen för att ge en indikation på huruvida beläggningens tjocklek ligger inom förut-bestämda toleransvärden; och (c) justera beläggningspararnetrarna i motsvarighet till den elektriska signalen om så är nödvändigt. 2 5

11. Sätt enligt patentkravet 10, där mätningarna företages inom en kylkanal på ett glasband erhållet genom "floafl-processen.

12. Sätt enligt något av patentkraven 10 till ll, där beläggningen bildas genom so pyrolys och mätningarna tages inom 20 m och företrädesvis inom 10 m från nedströmsänden på glasbeläggningsstationen. 515115 23

13. Anordning för att övervaka tjockleken och enhetligheten i en transparent beläggníngs tjocklek som anbringas på ett substrat, omfattande: (i) en ljuskälla för att rikta polykromatiskt ljus simultant mot ett flertal s ställen på beläggningen; (ii) anordning för att därefter simultant mäta intensiteten på ljus reflekterat från beläggningen vid varje ställe vid åtminstone två fristående övervakningsvåglängder; och (iii) anordning för att behandla mätningarna för att alstra en elektrisk 1o signal som kan jämföras med en eller flera förutbestämda tröskelvärden och med sådana elektriska signaler, som alstras vid andra ställen för att ge en indikation på huruvida beläggningens tjocklek ligger inom bestämda toleransvärden.

14. Anordning enligt patentkravet 13, där anordningen för att mäta ljusets intensitet is reflekterat från beläggningen omfattar en linjär CCD-färgkamera.

15. Anordning enligt patentkravet 14 eller 15, där anordningen för att behandla mätningen omfattar en mikroprocessor. 20

16. Anordning enligt något av patentkraven 13 till 15, där ljuskällan är en i längd utsträckt ljuskälla med en längd lika med åtminstone beläggningens bredd.