專利名稱：監(jiān)測薄膜厚度的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測基材上薄膜厚度的方法，特別是監(jiān)測涂敷在基材上的透明涂層，例如在玻璃上的涂層的方法。
涂敷到玻璃板的，特別是新形成的玻璃帶的涂層的厚度以及折射率的控制是重要的。正如本專業(yè)所熟悉的，為了多種目的，一種或多種涂層被涂敷到玻璃板上。這些涂層常常很薄，例如小于100納諾米，這樣厚度的薄膜的測量存在許多困難，特別是希望在大面積的玻璃上進行快速而連續(xù)的測量以及在沿玻璃帶或板和橫跨玻璃帶或板測定厚度的變化的場合下。
在控制由所涂敷的玻璃板制成的窗用玻璃的質(zhì)量方面，這些涂層的厚度是很重要的要素。玻璃窗的物理和光學(xué)性質(zhì)與涂層厚度有密切關(guān)系。涂層的幾何厚度和折射率在涂覆板的干涉性質(zhì)中起主要作用。
如果人們證實樣品厚度的測量值超出允許值，那么當(dāng)時所涂敷的玻璃板就報廢。當(dāng)時所涂敷的玻璃板是否已經(jīng)接受進一步涂敷或已制成窗用玻璃板是一個特殊的問題。
所以，希望在工業(yè)生產(chǎn)線中涂層沉積后盡可能快地監(jiān)測涂層的厚度。
英國專利說明書BG-2069130(RCA)描述了一種通過把多色光照射在樣品上，接著照射在有已知厚度涂層的對比樣品上，同時改變比較涂層的厚度一直到反射光譜一致來監(jiān)測涂層的光學(xué)厚度的方法。該方法適用于150-3000納諾米的涂層光學(xué)厚度。該方法還需要準(zhǔn)確地校準(zhǔn)比較涂層。
GB2069130描述的這一方法不能對薄于約75納諾米(給出接近2的涂層折射率)的幾何厚度進行對比。另外，所描述的方法不涉及到涂層厚度的連續(xù)控制，在這里測量值落在閾值以外，也不可能用所描述的設(shè)備監(jiān)測涂層厚度的均勻性。而且，GB2069130所描述的設(shè)備直接隨涂層定位也是困難的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種監(jiān)測涂敷到板形基材上透明涂層的厚度和均勻性的方法，該方法包括把多色光照射在涂層上多處并測量從它們反射的光強度，其中至少在兩個分離的監(jiān)測波長下測量每處的反射光的強度，并處理所述的測量值產(chǎn)生電信號，該電信號可與一個或多個預(yù)定的閾值比較并與其他處產(chǎn)生的這種電信號比較，得到涂層的厚度是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示。
本發(fā)明還提供一種監(jiān)測涂敷在基材上的透明涂層的厚度和厚度均勻性的設(shè)備，該設(shè)備包括(ⅰ)用于把多色光照射在涂層上多處的光源;
(ⅱ)至少在兩個分離的監(jiān)測波長下測量從所述的涂層每處反射的光強度的設(shè)備;以及(ⅲ)處理該測量值產(chǎn)生電信號的設(shè)備，該電信號可與一個或多個預(yù)定的閾值比較并與在其他處產(chǎn)生的這種電信號比較，得到涂層的厚度是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示。
按照本發(fā)明的方法和設(shè)備能在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)很容易地監(jiān)測涂層的厚度、厚度均勻性和可選擇地監(jiān)測折射率。本發(fā)明還能以簡單的方式在涂層形成后迅速進行這一監(jiān)測。
所謂“分離”的監(jiān)測波長，我們指的是彼此分開至少50納諾米的波長。兩個分離的監(jiān)測長最好都在可見光譜范圍內(nèi)，即在380-780納謀米范圍內(nèi)。最優(yōu)選的分離監(jiān)測波長在400-480納諾米(蘭色)和580-750納諾米(紅色)范圍內(nèi)。這是由于發(fā)現(xiàn)對于許多商業(yè)涂層來說，在這兩個分離的監(jiān)測波長下得到的測量值之間的差值隨涂層厚度顯著變化。
已知光從已涂敷的基材的反射率尤其與反射光的波長、涂層厚度和基材、涂層和空氣的折射率有關(guān)。直接從兩個分離的監(jiān)測波長的反射率測量值導(dǎo)出能夠計算涂層厚度的所有必要參數(shù)是復(fù)雜的，實際上，例如從載有已知厚度的涂層的樣品的反射率測量值確定允許值更為方便。
反射光測量值的輸出最好送到微處理機，在那里處理這些信號(正如下面進一步說明的那樣)，產(chǎn)生涂層厚度的顯示。在取決于涂層的光學(xué)厚度的某些波長下，發(fā)生造成該光學(xué)厚度的反射光譜特征的干涉。對于具有給定厚度的給定涂層來說，發(fā)生相長干涉的主波長通常在可見光譜內(nèi)，正是這個主波長決定已涂敷的基材的外觀。
我們發(fā)現(xiàn)，對于很小的厚度和接近主波長的分離監(jiān)測波長，在兩個波長下的反射率之間的差值正比于涂層的光學(xué)厚度，因此在涂層的折數(shù)率不變的場合下正比于涂層的幾何厚度。
但是，在不同波長下的反射率之間的準(zhǔn)確關(guān)系是復(fù)雜的。本發(fā)明包括確定每類涂層的允許極限值，而不是測量絕對厚度。這些允許極限值用試湊法確定。
當(dāng)在兩個分離的監(jiān)測波長下的測量值不足以提供涂層厚度的準(zhǔn)確顯示時，例如分離的監(jiān)測波長未靠近主波長時，應(yīng)該在至少三個波長下取測量值，第三個分離的監(jiān)測波長最好是在480-580納諾米(灰色)范圍內(nèi)。然后可從所取的三個測量值中，選取最適合的測量值對，產(chǎn)生涂層厚度的顯示。三個測量值的平均值提供有關(guān)光反射率的更準(zhǔn)確的信息，該信息可在某些最佳實施例中用作折射率的顯示。
在反射率隨厚度變化靠近最大值的地方，反射率隨涂層厚度變化很小，以致該反射率更直接取決于折射率，正如菲涅耳方程預(yù)測的那樣。通過適當(dāng)?shù)男?zhǔn)，人們因此可以很容易測定涂層的折射率。
在基材上的涂層厚度均勻性通過在涂層某一處產(chǎn)生的電信號與在另一處產(chǎn)生的電信號之間的比較來顯示。這些位置的相對間隔決定如此產(chǎn)生的均勻性數(shù)據(jù)的可靠性。視已涂敷的基材想要的質(zhì)量及其最終的用途而定，我們建議在多處監(jiān)測涂層的厚度，多處彼此之間的間隔不超過200納諾米，更優(yōu)選地不超過100納諾米，例如間隔不超過50納諾米，理想地不超過10納諾米，最理想地超過5納諾米。
進行這一監(jiān)測的適用設(shè)備以某種方式操作，借以通過用于每一分離的監(jiān)測波長的不同的光敏元件測量反射光的強度。這些光敏元件可為例如裝在光電二極管陣列中的光敏二極管。電荷耦合器件(CCD)，尤其線性彩色CCD像機是優(yōu)選使用的。也可使用至少兩臺單色CCD線性像機，每一臺都裝有適合的濾光器。然而對三種波長敏感的彩色像機的使用有這一優(yōu)點，即三個信號更容易比較，因為它們用相同的設(shè)備在相同條件下得到。而且，當(dāng)這樣的像機對“原”色蘭、綠和紅色敏感時，從像機的輸出信號更真正清晰，表示已涂敷的基材在人眼前呈現(xiàn)的形象。該像機可裝有紅外濾光器，以防止它暴露在高溫環(huán)境中產(chǎn)生過熱，并且視光源的性質(zhì)而定可裝有校正白光平衡的寬頻帶濾光器。
基材一般呈剛性透明板的形式。基材的折射率可小于或大于涂層的折射率?；囊话闶峭该鞑牧先绮ＡВ凵渎室话銥?.52(鈉玻璃)，但本發(fā)明的方法同樣可用于監(jiān)測在其他基材如塑料上的涂層厚度。
涂層可用各種方法涂敷到基材上，包括陰極真空濺散(在環(huán)境溫度下進行)、熱解(在高溫下進行)和CVD(化學(xué)氣相淀積)。為了各種目的可使用本技術(shù)領(lǐng)域中各種涂層材料。涂層材料通常選自金屬、金屬氧化物、金屬氮化物及其混合物。涂層材料的例子包括金屬如銀和硅，氧化物如氧化鋁(折射率約1.7)、氧化錫(當(dāng)用熱解法沉積時折射率約1.9)、氧化鋯(當(dāng)用CVD法沉積時折射率約2.0)和氧化硅(當(dāng)用CVD法沉積時折射率約1.4)和氮化物如氮化鈦、氮化硅和氮化鋁。光透射應(yīng)是非散射的，優(yōu)選的是至少10%，最優(yōu)選的是至少20%。
多色光源可僅僅是兩種或兩種以上對其進行測量的波長的光源，但單純使用白光光源更方便。優(yōu)選的是，基本上在基材的整個寬度范圍進行測量。所以理想的是，該光源是一長形光源，長度至少等于涂層的寬度。
該設(shè)備可安裝在移動的經(jīng)涂敷的玻璃帶上方，它包括使從安裝的長形光源產(chǎn)生的狹縫形式的光在經(jīng)涂敷的玻璃帶掠過時橫跨經(jīng)涂敷的玻璃帶的整個寬度照射。該光源可有熱致發(fā)光熒光管。最好是控制來自光源的照度，也就是照射在涂層上的多色光的強度，實現(xiàn)該控制的設(shè)備可包括至少一個光電探測器。借助于光電探測器，通過測量分布在基材整個寬度上許多選擇的點上的照度來校準(zhǔn)光源(例如分布在通常寬為3.2米的玻璃帶整個寬度上的一打點)。測量的照度被存儲。在涂敷過程中，測量所選點的照度。如果與存儲值有偏差出現(xiàn)，按出現(xiàn)的偏差成比例的修正量可自動地對它進行補償。
如像探照燈之類的對溫度不敏感的替代光源可用來代替熒光管，例如聚光燈。
例如，使用三個按照燈、三個光電探測器組成的光源，對于這一控制來說足夠了。
為了提供更加均勻的照度，可在光源和涂層之間設(shè)置毛玻璃濾光器。
對于在傳送帶上的在線涂敷，應(yīng)該在玻璃涂敷工位的下游端附近，在涂敷步驟后立即取反射光強度的測量值。
可通過測量未涂敷的基材的反射并把涂層厚度的指示值設(shè)定為零來實現(xiàn)像機的校準(zhǔn)。
借助于所用的校準(zhǔn)和預(yù)定的閾值，我們發(fā)現(xiàn)本發(fā)明能很容易在制造過程中監(jiān)測涂層的厚度和均勻性。該方法可在涂料沉積后實時地即刻給出信息。如果人們預(yù)先確定了極限值，當(dāng)這些極限值被超過時可以產(chǎn)生警告信號和/或可以觸發(fā)一個反饋環(huán)路來調(diào)整涂敷條件以便修正錯誤。
可通過測量具有在想要的制造公差的兩端處的已知涂層厚度的樣品的反射光強度有效地獲得閾值。
因此，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，它提供了將透明涂層涂敷在板形基材上的方法，該方法包括以下步驟(a)將涂層涂敷在基材上;
(b)監(jiān)測涂層的厚度和厚度均勻性，辦法是將多色光照射在涂層多處，至少在兩個分離的監(jiān)測波長下在所述的每一照射處測量由該涂層反射的光強度，處理所述的測量值產(chǎn)生電信號，與一個或多個預(yù)定的閾值比較并與其他照射處產(chǎn)生的這種電信號比較，得到涂層厚度是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示;
(c)如果必要的話，根據(jù)所述的電信號調(diào)整涂敷條件。
已知測量薄涂層的厚度是困難的，令人吃驚的是，人們可在制造過程中通過簡單地分析在不同波長下產(chǎn)生的兩種電信號，特別是在涂敷過程后即刻的熱環(huán)境中監(jiān)測厚度而又不妨礙制造。
在基材上有兩層或多層按順序沉積的薄涂層的場合，在每一涂敷步驟后和/或所有的涂層沉積立即實施本發(fā)明的方法是可能的。
在它的制造過程中在一定時間間隔下取經(jīng)涂敷的基材樣品并在生產(chǎn)線以外，例如在實驗室用本發(fā)明的方法檢測這些樣品也是可能的。
本發(fā)明特別適用于在移動的基材上進行量的場合，例如基材是玻璃，而且在沿連續(xù)生產(chǎn)涂敷玻璃板的生產(chǎn)線的位置上，在移動的玻璃帶或移動的玻璃板上進行測量的場合，如像在陰極真空濺散設(shè)備中或在用“浮動”法生產(chǎn)的玻璃帶的退火爐中。這一方法特別適用于用熱解法形成的涂層，可在玻璃溫度約為150℃下進行測量，最好在離玻璃涂敷工位下游端20米內(nèi)進行測量。例如，可當(dāng)玻璃在約500至600℃下時進行測量。光源和像機最好安裝在退火爐的拱頂壁上，拱頂壁的狹縫使玻璃帶暴露在光源和像機下。為了進一步使光源和像機不受從退火爐中逸出的熱量(包括通過拱頂壁的狹縫的熱量)的影響，光源和/或像機可封在例如用冷空氣、空氣流或水冷卻的致冷空間內(nèi)。
按照電信號調(diào)整涂料在基材上的涂敷可根據(jù)所用的涂敷工藝通過各種方法來實現(xiàn)，例如通過改變涂敷材料在涂敷工位的供料速度、通過改變移動噴頭的速度和/或通過改變涂敷工位的環(huán)境條件，如溫度，以便按所希望的方式影響涂敷工藝。
雖然正如上述，本發(fā)明的方法可包括根據(jù)所述的電信號調(diào)整涂敷參數(shù)的附加步驟，但這不是必需的。用電信號把經(jīng)涂敷的基材樣品例如按不同的用途規(guī)定的不同質(zhì)量分成幾批也是可能的。而且，電信號還可用于決定經(jīng)涂敷的基材后加工的特性。
現(xiàn)在參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，單純是作為例子，附圖中

圖1A示意地表示適用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的設(shè)備的配置的側(cè)視圖;
圖1B是沿圖1A中“1”方向所取的視圖;
圖1C示意地表示適用于圖1A和1B所示設(shè)備的電路布置圖;
圖2表示不同折射率的氧化鋁涂層主取射波長與65-105納諾米涂層厚度之間的關(guān)系;
圖3表示不同折射率的氧化鋁涂層折射率與65-105納諾米涂層厚度之間的關(guān)系。
參見圖1A、1B和1C，位于退火爐內(nèi)緊接涂料涂敷到玻璃帶10之后的就是橫跨退火爐延伸的燈光箱12。燈光箱設(shè)在拱頂壁14上方例如約50厘米處，也就是說在玻璃帶10上方約1米處。玻璃帶10支撐在傳送輥13上。從燈光箱出來的光束入射在玻璃帶10的上涂敷面11，與該面接近成直角(為了清楚在圖1A中被夸張)，反射光束射到沿帶寬居中布置在玻璃帶10上方大約3-4米處的CCD線性彩色像機20。該燈光箱12裝有用20000赫芝電源驅(qū)動的熱致發(fā)光熒光管16。確保光源照度沿?zé)艄庀溟L度盡可能均勻是重要的。為了有助于達到這一目的，一塊毛玻璃窗18蓋在燈光箱12的光出口上。作為一替代方法，可用三個按照燈代替熱致發(fā)光熒光管16照射毛玻璃窗18。
可用橫跨玻璃帶10寬度分布在基材整個寬度上的許多選擇點的光電探測器19來控制從燈光箱12出來的照度。光源12可通過測量它在每一光電探測器19的照度進行校準(zhǔn)。測得的照度被儲存在微處理機24的存儲器內(nèi)。在涂敷過程中，測量所選點的照度。如果出現(xiàn)偏離儲存值的偏差，通過微處理機24自動產(chǎn)生對與偏差成比例的修正值，由與觀測已測出偏差的光電探測器19的相鄰區(qū)域的CCD像機20的象素得到的電信號加給該微處理機。在用探照燈來代替熒光管16的場合，由微處理機產(chǎn)生的修正可直接施加到光源12上。
玻璃帶10沿箭頭A的方向移動，掠過涂敷工位的往復(fù)運動的噴頭22?？刂圃O(shè)備28調(diào)節(jié)涂料通過噴頭22的流量和/或噴頭的往復(fù)運動速度。從像機20得到的測量值送到微處理機24，在那里進行必要的計算，正如參見圖1C更詳細說明的那樣。顯示設(shè)備26顯示微處理機24可按程度計算的涂層厚度或諸如此類的其他參數(shù)。微處理機24和控制設(shè)備28之間的連接使涂層厚度的自動控制成為可能。
適用的像機是PULMNIX公司的TL-2600RGBColourLineCanCamera.該像機裝有50毫米焦距的物鏡和紅外濾光器，以減少對像機熱損害的危險。從燈光箱12出來的光束寬度大于玻璃帶10的寬度，以確保該像機接收來自經(jīng)涂敷的玻璃帶整個寬度的反射光，考慮到燈光箱和玻璃之間的距離和玻璃與像機物鏡之間的距離。
TL-2600RGBColourLineCanCamera20由3線864個活動象素構(gòu)成，對于約3.2米的帶寬，它有約4毫米的分辨率，對于本用途來說是足夠高的分辨率。每一個象素都是一個有14×14微米大小的微觀光電探測器。光學(xué)通頻帶濾光器置于三線象素每一線的前面，分別對應(yīng)于紅光、綠光和蘭光波長。一個紅外截止濾光器和2個光學(xué)通頻帶濾光器置于像機20的物鏡前面，它們的頻率特性供均衡調(diào)整在紅光、綠光和蘭光波長下的照度用。
具體參見圖1C，積累在每一象素上的電荷的積分時間是可調(diào)的。因此，考慮到在反射10%光線的層與反射50%光線的層之間射在像機20上的光線水平有重大差別這一事實，對于每類涂層可調(diào)整記錄靈敏度。這一調(diào)整決定像機20在線路30上的輸出的信號平。從時鐘信號發(fā)生器29沿線路31向像機20提供同步脈沖，該脈沖控制電荷從每一象素向相鄰象素的轉(zhuǎn)移。積分時間必須大于像機20的象素數(shù)目乘以兩個同步脈沖的間隔時間T。在本情況中，為了計及“黑”象素，積分時間大于2700×T。
由像機產(chǎn)生的電信號表示已涂敷的表面對三種顏色紅、綠和蘭(分別大約580-700納諾米、515納諾米和420-450納諾米)的反射率。這些信號在這里稱為“〔R〕”、“〔G〕”和“〔B〕”，它們被送入微處理機24，在那里它們被用來推斷涂層的厚度和可選擇地推斷折射率。
由象素的三線產(chǎn)生的、且幅度與每一象素記錄的光量成比例地模擬電信號〔R〕、〔G〕和〔B〕通過象素多路傳輸首先是三線中每一線的第一象素的〔R〕、〔G〕和〔B〕信號，然后是三線中每一線的第二象素的〔R〕、〔G〕和〔B〕信號等等。這些多路傳輸?shù)男盘柋凰偷?位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32，也從時鐘信號發(fā)生器29沿線路33向該轉(zhuǎn)換器提供同步脈沖。來自時鐘信號發(fā)生器29的同步脈沖還送到彩色識別信號發(fā)生器42。然后來自模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32的數(shù)字信號輸出通過線34，同時來自信號發(fā)生器42來的3位彩色識別信號通過線43都送到微處理機24用于數(shù)據(jù)處理。
微處理機24進行信號處理并控制系統(tǒng)的參數(shù)。對每種顏色逐個象素進行計算。得到的數(shù)值可以作圖。
微處理機24計算信號〔R〕、〔G〕和〔B〕的平均值，即(〔R〕+〔G〕+〔B〕)/3，表示涂層的反射率。微處理機24還計算兩個信號之間的差值，即〔R〕-〔B〕、〔R〕-〔G〕或〔G〕-〔B〕表示在不變的折射率下涂層的厚度。
微處理機24還能使〔R〕、〔G〕和〔B〕曲線平滑，也就是說，如果希望的話，在每一〔R〕、〔G〕和〔B〕波長下通過計算可調(diào)整的一定數(shù)目的相同顏色的象素如3或5個相鄰象素的平均值，建立平滑的反射曲線。如果希望的話，這就減少了一個象素和相鄰象素之間例如由于熱空氣在風(fēng)道中運動(它改變3層的照射條件)或由于灰塵等造成的局部信號值的差別。
如果希望的話，微處理機24可按程序產(chǎn)生反饋環(huán)路指令信號，通過線36送到控制設(shè)備28，以調(diào)整涂敷沉積工藝的各種參數(shù)。
也可能對每一〔R〕、〔G〕和〔B〕信號計算并運用修正系數(shù)，以便使它們對應(yīng)于歸一化的比色值(三原色CIE坐標(biāo)系或Hunter坐標(biāo)系，L，a，b)。在這種情況下，還有必要考慮基材(透明玻璃、古銅色玻璃、灰色玻璃等)及其厚度。在這種情況下，測量值不再是相對值，而是絕對值。
為了以圖形的形式顯示經(jīng)處理的數(shù)據(jù)信號，來自微處理機24的經(jīng)處理的信號可通過線37送到顯示屏26a和/或通過線39送到打印機或繪圖機26b。
用在本身由實驗室設(shè)備控制的參考對比樣所取的測量值來確定對應(yīng)于可接受的制造公差的上下限。這些極限值也可顯示在顯示屏26a和/或來自打印機或繪圖機26b的打印圖上，例如以兩條水平工藝品虛線表示。這就很容易使操作人員看出厚度(和折射率，如果有這一數(shù)據(jù)的話)是否超過公差極限值，以及這種超限發(fā)生在玻璃基材寬度的哪一區(qū)域。
該設(shè)備可通過測量未涂敷的玻璃帶的反射并把涂層厚度的指示值設(shè)定為零進行校準(zhǔn)。在玻璃帶整個寬度上任何不均勻的照射、由于像機光學(xué)系統(tǒng)的缺陷產(chǎn)生的任何誤差和像機20象素靈敏度的任何差異都可通過參照涂層涂敷前的玻璃而得到補償。這一校準(zhǔn)導(dǎo)致把修正系數(shù)用于每一象素的信號值，以便得到3條平坦的特性曲線。這一校準(zhǔn)可在緊臨涂層沉積開始前進行，并且應(yīng)在每一沉積涂層的操作前進行。
例如，這樣確定校準(zhǔn)系數(shù)，以致對于所選的像機20，未涂敷的玻璃的輸出信號放大后都處于可能的輸出范圍的中心，也就是在最大幅度的50%處。但是，隨著涂層類型不同，即根據(jù)光反射程度不同，對于未涂敷的玻璃的這一50%的選擇可能變化。
對于三種顏色中每一個的每一象素來說，于是人們可儲存這一系數(shù)以便運用于這一象素所提供的信號值，以致此數(shù)值對應(yīng)著所選的50%。然后將這一系數(shù)運用于來自此象素的所有后續(xù)信號。
為了減小由玻璃帶在傳送機上的起伏(來自不必均勻的不同點光原反射)引起的誤差或由退火爐內(nèi)部熱空氣的擾動(在退火爐內(nèi)部空氣的折射率的波動)引起的誤差，考慮整組〔R〕、〔G〕和〔B〕值的可調(diào)整的一定數(shù)目的采集并計算對應(yīng)于玻璃提前量的平均值。
對應(yīng)于大約6米長的玻璃帶，最好取大約90個讀數(shù)的平均值。這一平均值與預(yù)定的上下限值比較，能使操作人員看出在橫跨玻璃帶寬度的任何一點上是否超過公差。
功能參數(shù)(積分時間、在進行平均前的給定系列數(shù)據(jù)的采集數(shù)目、校準(zhǔn)系數(shù)等)的輸入及功能和想要的輸出的選擇都可借助與微處理機24配套的鍵盤41來進行。
微處理機24將所需的像機指令信號通過線44送到時鐘信號發(fā)生器29，從那里通過線31送到像機20。
實施例1一種含鋁化合物的溶液通過往復(fù)運動的噴頭噴涂在移動的處于超過550℃的溫度下的熱玻璃帶上。這一氧化鋁底涂層的目的在于，當(dāng)涂敷氧化錫“面涂層”時，底涂層的光學(xué)厚度足以減少由于面涂層引起的反射可見光干涉效應(yīng)。為了達到這一目的，氧化鋁涂層的厚度范圍是很窄的。視隨后涂敷的SnO2層的厚度而定，氧化鋁涂層的厚度在75-100納諾米范圍內(nèi)，公差例如為±3納諾米，而折射率在1.68與1.73±0.01之間。
對于這一預(yù)期的厚度和折射率的涂層，主反射波長在480-575納諾米范圍內(nèi)，即在蘭色至黃色的范圍內(nèi)。隨著厚度增加，反射色從蘭色(厚度為75-80納諾米)向淺黃色(厚度為100納諾米)變化。這一點示于圖2，圖中針對具有從1.60變到1.72的折射率的涂層畫出主反射波長λD對涂層厚度t的關(guān)系曲線。我們已發(fā)現(xiàn)，在目標(biāo)厚度下，從紅色像機象素(主要對580-700納諾米敏感)得到的反射率信號從蘭色像機象素(主要對420-450納諾米敏感)得到的反射率信號之間的差值是涂層厚度的顯示，即t＝f(〔R〕-〔B〕)涂層的折射率與玻璃的組成，溫度和環(huán)境溫度有一些關(guān)系。在涂層厚度為75-80納諾米時，反射率隨厚度的變化接近最大值，所以厚度的變化只引起反射率很小的變化。但是，反射率隨涂層的折射率ηC顯著變化，所以人們可建立反射率和折射率之間的關(guān)系。這一關(guān)系示于圖3，圖中針對折射率從1.60變到1.71的涂層畫出在三個分離的監(jiān)測波長下測得的平均反射率R對涂層厚度t關(guān)系曲線。因此ηC＝f{(〔R〕+〔G〕+〔B〕)/3｝所以，總之在三個分離的監(jiān)測波長下產(chǎn)生的信號的平均值提供了正比于涂層的折射率的信息，而在蘭色和紅色波長下產(chǎn)生的信號之間的差值給出了正比于涂層厚度的信息。
當(dāng)顯示涂層厚度的信息產(chǎn)生的電信號落在預(yù)定的閾值范圍之外時，微處理機可按程序產(chǎn)生警告信號和/或在這種條件下自動調(diào)節(jié)涂敷工藝，例如改變噴頭的往復(fù)運動速度。同樣，當(dāng)顯示涂層的折射率的信息產(chǎn)生的電信號落在預(yù)定的閾值范圍之外時，微處理機可按程序產(chǎn)生警告信號和/或在這種條件下自動調(diào)節(jié)涂敷工藝，例如改變涂敷工位的溫度。
實施例2
在由乙酰丙酮鹽熱解生成防陽光吸收涂層，涂層含有62%CoO、26%Fe2O3和12%Cr2O3，厚度在40-50納諾米之間的情況下，主反射色是黃色。由蘭色和紅色波長下產(chǎn)生的電信號之間的差值得到涂層光厚度的顯示。但是，在這種情況下，發(fā)現(xiàn)一旦涂層材料的組成固定時折射率幾乎不變，以致幾何厚度很容易控制。
實施例3在熱解生成的微吸收防陽光涂層，涂層含TiO2，厚度約50納諾米±3納諾米的情況下，主反射色為灰蘭色。在紅色和蘭色波長下產(chǎn)生的信號之間的差值能監(jiān)測這一涂層的光學(xué)厚度。
實施例4在含SiO2或SiOx的底涂層，厚度約為90納諾米的情況下，主反射色為灰色。這樣的涂層可用化學(xué)氣相淀積法，也可用濺散法特別是射頻濺散法制備。隨著涂層厚度的變化，反射的顏色向淺蘭色或淺黃色變化，但是這些變化用肉眼難以檢測出來。這這一實施例中，最好是比較在綠色和蘭色波長下產(chǎn)生的信號來監(jiān)測這一涂層的外觀。
實施例5在面涂層含SnO2，厚度約300納諾米的情況下，涂敷在厚度為75納諾米的氧化鋁的底涂層上并如實例1中所示涂敷。無主反射色。如果涂層太薄，可得到玫瑰紫反射色。如果涂層太厚，可得到暗綠色。在綠色和紅色波長下得到的信號之間的差值可監(jiān)測這一涂層。若涂層的厚度明顯變化，在綠色和蘭色波長下(或在紅色和蘭色波長下)得到的信號之間的差值能區(qū)分兩種綠色(或有關(guān)的兩種紅色)的干涉級，例如第3和第4干涉級。
實例6玻璃基材上有用化學(xué)氣相淀積法沉積的25納諾米厚金屬硅層。正常的顏色是金屬灰色。當(dāng)涂厚度太大時，顏色變黃(然后變紅)。光反射率為50%左右。光透射率約為33%。
涂層的厚度可通過計算〔R〕和〔B〕信號之間的差值來監(jiān)測。
實施例7用磁控管沉積法生產(chǎn)多層涂敷的基材玻璃/TiN/SnO2(光透射率TL＝35%)。用本發(fā)明的設(shè)備，通過從玻璃側(cè)反射，檢驗該產(chǎn)品。反射的顏色是蘭色。在不變的TiN層厚度下，在蘭色和綠色波長下的信號之間的差值可用來控制上層SnO2層的厚度及厚度的均勻性，以便確保從玻璃側(cè)觀看時產(chǎn)品均勻的外觀。TiN涂層的厚度可按照本發(fā)明預(yù)先控制，用設(shè)置在沉積設(shè)備中TiN沉積后和SnO2沉積前的像機。
實施例8用磁控管沉積法生產(chǎn)高度反射的多層涂敷的基材玻璃/不銹鋼/TiN(光透射率TL＝8%)。用本發(fā)明的設(shè)備，通過從玻璃側(cè)的反射，檢驗該產(chǎn)品。反射的顏色是金屬銀色和光亮的。在不變的不銹鋼層厚度下，在蘭色和紅色波長下的信號之間的差值可用來控制上層TiN層的厚度和厚度均勻性，以確保從玻璃側(cè)看時產(chǎn)品的均勻外觀。不銹鋼涂層的厚度可按照本發(fā)明預(yù)先控制，用設(shè)置在沉積設(shè)備中不銹鋼沉積后和TiN沉積前的像機。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測涂敷在板形基材上的透明涂層的厚度和厚度均勻性的方法，所述的方法包括把多色光照射在涂層上多處，并測量從它們反射的光強度，其中至少在兩個分離的監(jiān)測波長下測量每處的反射光的強度，并處理所述的測量值以產(chǎn)生電信號，該信號可與一個或多個預(yù)定的閾值比較并與其他處產(chǎn)生的這種電信號比較，得到涂層的厚度是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的至少兩個分離的監(jiān)測波長都在400-750納諾米范圍內(nèi)并且至少間隔50納諾米。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中第一個分離的監(jiān)測波長在400-480納諾米(蘭色)范圍內(nèi)，而第二個分離的監(jiān)測波長在580-750納諾米(紅色)范圍內(nèi)。
4.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中在兩個波長下取測量值。
5.按照權(quán)利要求1-3中任何一項的方法，其中在三個波長下取測量值。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述的三個測量值被處理以便產(chǎn)生涂層折射率的電信號顯示。
7.按照權(quán)利要求5或6的方法，其中第一個分離的監(jiān)測波長在400-480納諾米(蘭色)范圍內(nèi)，第二個分離的監(jiān)測波長在580-750納諾米(紅色)范圍內(nèi)和第三個分離的監(jiān)測波長在480-580納諾米(灰色)范圍內(nèi)。
8.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中用不同的光敏元件對每一分離的監(jiān)測波長測量反射光的強度。
9.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中用電荷耦合器件CCD測量反射光。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中電荷耦合器件是線性CCD彩色像機。
11.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中所述的多處間距不超過50納諾米。
12.按照權(quán)利權(quán)利11的方法，其中所述的多處間距不超過10納諾米。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述的多處間距不超過5納諾米。
14.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中基本上在基材的整個寬度上取測量值。
15.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中控制照射在涂層上的多色光的強度。
16.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中所述的測量值被處理以便計算在兩個所述的分離監(jiān)測波長下反射光強度之間的差值。
17.一種把透明涂層涂敷在板形基材上的方法，所述的方法包括以下步驟(a)將涂料涂敷在基材上;(b)監(jiān)測涂層的厚度和厚度均勻性，方法是把多色光照射在涂層上多處，至少在兩個分離的監(jiān)測波長下在所述的每一照射處測量由它反射的光強度，處理所述的測量值以產(chǎn)生電信號，該信號與一個或多個預(yù)定的閾值比較并與其他處產(chǎn)生的這種電信號比較，得到涂層厚度是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示，(c)如果必要的話，根據(jù)所述的電信號調(diào)節(jié)涂敷參數(shù)。
18.按照前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中在移動的基材上進行測量。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其中基材是玻璃，測量是在沿連續(xù)生產(chǎn)涂敷的玻璃帶或板的生產(chǎn)線的位置上，對移動的玻璃帶或板進行的。
20.按照權(quán)利要求18或19的方法，其中在退火爐內(nèi)，在“浮動”法制得的玻璃帶上進行測量。
21.按照權(quán)利要求18-20中任何一項的方法，其中用熱解法形成涂層，在離玻璃涂敷工位下游端20米內(nèi)，優(yōu)選的是10米內(nèi)取測量值。
22.一種監(jiān)測涂敷在基材上的透明涂層的厚度和厚度均勻性的設(shè)備，所述的設(shè)備包括(ⅰ)用于把多色光照射在涂層上多處的光源;(ⅱ)至少在兩個分離的監(jiān)測波長下測量從所述的涂層每一處反射的光強度的設(shè)備;(ⅲ)處理所述的測量值以產(chǎn)生電信號的設(shè)備，所述的電信號與一個或多個預(yù)定的閾值比較并與在其他處產(chǎn)生的這種電信號比較，得到涂層的厚度是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示。
23.按照權(quán)利要求22的設(shè)備，其中測量從所述的涂層反射的光強度的所述設(shè)備包括線性CCD彩色像機。
24.按照權(quán)利要求22或23的設(shè)備，其中處理測量值的所述設(shè)備包括微處理機。
25.按照權(quán)利要求22-24中任何一項的設(shè)備，其中所述的光源是長度至少等于涂層寬度的長形光源。
26.按照權(quán)利要求22-25中任何一項的設(shè)備，其中還包括控制照射在涂層上的多色光強度的設(shè)備，所述的設(shè)備包括至少一個光電探測器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測涂敷在板形基材上的透明涂層的厚度和均勻性的方法。該方法包括將多色光在多處照射在涂層上和測量從所述的涂層反射的光強度。在每一處，至少在兩個分離的監(jiān)測波長下測量反射光的強度，并處理所述的測量值以產(chǎn)生電信號，該信號可與一個或多個預(yù)定的閾值比較，并與其他處產(chǎn)生的電信號比較，得到該涂層的厚度和均勻性是否在預(yù)定的允許值范圍內(nèi)的顯示。監(jiān)測結(jié)果可用來調(diào)整涂覆工藝。
文檔編號C03C17/32GK1085655SQ9311769
公開日1994年4月20日 申請日期1993年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月15日
發(fā)明者M·漢諾逖奧, G·列納德, R·特努 申請人:格拉沃貝爾公司