JP3904569B2 - コーティングの透過度を測定する測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部に記載の測定装置に関する。

スパッタリングによる基板例えばガラス板のコーティングは、できる限り均一でなければならない。コーティングが基板全体に亘って同じ厚さを有する場合にのみ、コーティングの透過、反射および電気抵抗等の光学的特性が全部位で同一であることが確保される。

これらの光学的特性の測定は、従来コーティングされた基板のサンプルで行われている。基板サンプルは研究所で取出されかつ試験されるが、かなりの時間消費を伴うものである。これは、特に大面積コーティングの特徴である。なぜならば、この場合には多数のサンプルをとって試験しなければならないからである。良好な空間的解像度では、サンプル全体についてスペクトル反射、スペクトル透過および表面抵抗を取得するのに約８０時間の作業を必要とする。

国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ ２００４／００２３３３号明細書

従って本発明は、コーティングの本質的な光学的特性を自動的に取得する問題を解決するものである。

上記問題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴により解決される。

本発明により得られる長所は、特に、コーティングされた板状基板の透過を全表面点で自動的に測定できることである。本発明の一実施形態では、更に、コーティングのスペクトル反射および表面抵抗を自動的に測定できる。一般に、基板として０．５〜０．６ｍｍの厚さをもつ平ガラスが使用され、この場合、ガラス板のサイズは約２．２×２．４ｍである。任意に選択できるガラス板上の測定部位は、５ｍｍより小さい絶対精度かつ１ｍｍより小さい相対精度で接近される。透過Ｔ（λ）、反射Ｒ（λ）および表面抵抗Ｒの同時測定は、１０００回／時間以上の測定速度で行なうことができる。透過Ｔ（λ）および反射Ｒ（λ）のみを測定する場合には、２０００回／時間以上の測定速度が可能である。表面抵抗の測定は、測定範囲が１０ｍΩ〜１０００Ωである４点法に従って行なわれる。ガラス上のコーティングの厚さは、透過Ｔ（λ）および反射Ｒ（λ）の測定値から計算できる。

図面には本発明の一実施形態が示されており、以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１には、基板のコーティングのパラメータまたは特性を測定する装置１が示されている。この装置１は支持板２を有し、この支持板２の中央には垂直スロット３が設けられている。この支持板２の前方にはコーティングされたガラス板４が配置されており、このガラス板４は垂直に対して４°〜１０°の角度をなしてローラ５〜９上に載置される。この例では、ガラス板４の支持板２とは反対側の面に、例えばスパッタリング法により付着されたコーティングが設けられている。ガラス板４と支持板２との間の空間内には、ノズル（図１には示されていない）から空気が流入され、ガラス板４はエアクッション上に置かれる。この点に関する更なる詳細は、特許文献（上記特許文献１参照）に開示されている。

ローラ５〜９は、モータ（図１には示されていない）により同期的に時計回り方向または反時計回り方向に回転される。この回転により、ガラス板４は、静止支持板２に対して左右方向にシフトされる。

また、２つのカラム１０、１１が静止して配置されており、一方のカラム１０は支持板２の前方に、他方のカラム１１は支持板２の後方に配置されている。これらのカラム１０、１１は、垂直方向すなわちｙ方向に移動できる測定器を支持している。１つの測定器１２は反射測定器であり、他の測定器１３は抵抗測定ヘッドである。両測定器１２、１３はキャリジ１４上に固定されている。測定器１２、１３のｙ方向の移動は、キャリジ１４を駆動する、カラム１０に一体化されたベルト駆動装置（図示せず）により行なわれる。測定器１２、１３用の給電線および測定ケーブルは、ドラッグ゛ライン装置１５内で案内される。カラム１０と同様にカラム１１も測定器を支持しているが、測定器は、受光測定器（図１には示されていない）のみであり、光測定器１２と同様にギャップ３の近傍に直接的に配置されている。

ガラス板４は３つのフェーズで搬送される。すなわち最初に、支持板２とガラス板４との間に前記エアクッションが発生される。次にローラ５〜９が回転され、ローラ５〜９とガラス板４の下縁部との間の摩擦力により、ガラス板４がｘ方向に移動される。ガラス板４が特定の測定位置に到達したならば空気が遮断され、これによりエアクッションが再び消失される。

測定プロセス中、抵抗測定ヘッド１３はコーティングに接触している。次の測定プロセスを遂行するため、抵抗測定ヘッド１３はコーティングから離れる方向に移動されなくてはならない。従って、幾つかの測定を連続的に行なう場合には、抵抗測定ヘッド１３はｚ方向の前後運動を行なう。

図２は、支持板２の縁部１６の方向から見た図面である。ガラス板１４の前方に反射測定器１２が配置されているところが理解されよう。ガラス板４の後方には、透過測定器１７が配置されている。透過測定器１７は、反射測定器１２内に収容された光源の、ガラス板４の層の反射および吸収損により低減された強度を検出する。従って、透過測定器１７は、サンプルを透過した光の強度を捉える。反射測定器１２および透過測定器１４はｙ方向に同期して移動する。これにより、反射測定器１２内の光源が、ガラス板４のコーティング並びに透過測定器１７を照射する。この透過測定器１７は、透過測定器１７のセンサにより反射された光線がサンプルに戻らないように、支持板２に対して僅かに傾斜している。支持板２およびガラス板４は、ガラス板４が右方に下降しないようにするため、左方に向かって極く僅かに傾斜している。

抵抗測定ヘッド１３は、反射測定器１２と同じキャリジ１４に固定されている。両測定器は、ｘ方向に互いに特定距離を隔てているが、ｙ方向には同期的に移動される。反射測定器１２として、例えば、モデル「Zeiss Corona D vis」が使用できる。

図３は、図２の本質的構成要素を上から見たものである。反射測定器１２および透過測定器１７はギャップ３のレベルで互いに対向して配置されている。これにより、光線は、反射測定器１２から透過測定器１７へと支持板２により妨げられることなく支持板２を横切ることができる。反射測定器１２内に配置された白色光源は、反射測定並びに透過測定のための光を供給する。透過測定器１７として、例えば、モデル「Zeiss Corona TV vis」が使用できる。

図４には抵抗測定ヘッド１３の端部１８が示され、スプリング支持された４つのピン１９、２０、２１、２２が示されている。これらの４つのピン１９〜２２を使用して、ガラス板のコーティングについてのいわゆる４点測定を行なうことができる。ピン１９〜２２はスプリング上に支持されており、各瞬間に４つの全てのピン１９〜２２がコーティング上に同じ力を付与する圧力点を有している。抵抗測定ヘッド１３自体はスプリング支持されており、抵抗測定ヘッド１３の調節可能なばね力は、ピン１９〜２２の４つのばね力の合計より極くわずかに大きい。

ピン１９〜２２により加えられる圧力によりガラス板４が曲げられることは、このガラス板４が載置される支持板２により防止される。

光学測定器の測定光軸と抵抗測定部位との間の距離は、測定光軸の部位が既知であれば抵抗測定部位を知ることができ、これとは逆に、抵抗測定部位の部位が既知であれば測定光軸を知ることができる特徴値である。

図５には、再び４点測定法の原理（この原理自体は既知である）が示されている。コーティング２５上に置かれるばね付勢された４つのピンを使用して、コーティング２５の抵抗が測定される。幅ｄがピン１９〜２２同士の距離ｓより非常に大きくかつ厚さｔが前記距離ｓより非常に小さいカットアウトについては、表面抵抗は次式に従って計算できる。

ｓの慣用値は、例えばｓ＝１．０ｍｍである。上式は、ｄ＞１０ｓおよび１０ｔ＜ｓが満たされる場合に適用される（このことは、ｔ≦１００μｍの層厚についてこの式を適用できることを意味する）。この適用可能範囲は、ナノメートル範囲の薄層の測定には全体として充分なものである。

ガラス板４がｘ方向に移動できかつ測定器１２、１３、１７がｙ方向に移動できるという事実は、コーティングされたガラス板４上のあらゆる点の透過、反射および抵抗の決定を可能にする。この場合、透過および反射は測定曲線Ｔ＝ｆ（λ）またはＲ＝ｆ（λ）の形態で入手でき、この測定曲線はデータにより困難ではあるが処理できるに過ぎない。

しかしながら、これにより簡単な処理が可能になり、例えば標準色度図座標が直交座標系で示される標準色度図ＣＩＥ １９３１では、各測定曲線に色度図の色位置が割当てられる。測定された反射および透過曲線には、その後に、使用される光源のスペクトル曲線および人の目の視感度曲線（いわゆるＶ_λ曲線）を掛ければよい。Ｔ（λ）スペクトル曲線およびＲ（λ）スペクトル曲線を処理する他のオプションとして、極大波長および極小波長を決定する方法がある。この波長はコーティングの屈折率を介して層厚にリンクされる。すなわち、極大波長および極小波長のシフトは層厚の変化に比例する。

これにより、ガラス板４の全表面に亘って、非常に短時間に光学的および電気的測定値が得られ、コーティング２５の均一性を決定することが可能になる。この均一性は、例えば、ガラス板４のサイズに一致するフレーム内にカラーフィールドを表すことにより光学的に示すことができる。

コーティング方法自体は、コーティングの決定された均一性分布に基づいて調整できる。例えば、ガラス板の右上コーナのコーティングが非常に薄いと決定した場合には、例えばスパッタリング法で電圧を上昇させる等の適当な処置を行なって、次のパス中にこのコーナをより強くコーティングする。

ガラス板および測定器が取付けられた支持板を示す斜視図である。 図１の部分拡大図である。 図２の装置の平面図である。 抵抗測定ヘッドの端面図である。 ４点抵抗測定法の構成を示す図面である。

符号の説明

１ 測定装置
２ 支持板
３ 垂直スロット（ギャップ）
４ コーティングされたガラス板
１２ 反射測定器
１３ 抵抗測定ヘッド
１４ キャリジ
１７ 透過測定器
１９〜２２ ピン

Claims (10)

1. コーティングの透過度合いを測定するための測定装置であって、
   コーティングされた平板状の基板（４）を支持するための静止している支持体（２）と、
   前記支持体（２）にはＹ方向に設けた連続した隙間（３）を有しており、
   前記平板状の基板（４）をＸ方向に移動可能とするための手段と、
   前記支持体（２）の一方の側に配置された発光器（１２）と、
   前記支持体（２）の他方の側に配置された受光器（１７）と、を有し、
   前記発光器（１２）と前記受光器（１７）とは、前記発光器（１２）からの光が前記隙間（３）を通して受光器（１７）に投射されるように配置されており、
   前記発光器（１２）と前記受光器（１７）とがＹ方向に同期して移動可能とするための手段をさらに有することを特徴とするコーティングの測定装置。
2. 前記発光器（１２）が基板（４）の前方に配置され、前記受光器（１７）は基板（４）の後方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. データ記憶装置が設けられており、該データ記憶装置には関連した座標と共に測定された光学的な値が記憶されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記発光器（１２）は基板のコーティングにより反射される光を受ける受光器を有していることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
5. 前記発光器（１２）から特定距離を隔てて抵抗測定器（１３）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
6. 前記抵抗測定器（１３）は４点抵抗測定器であることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
7. 前記４点抵抗測定器はＺ方向に移動できることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
8. データ記憶装置が設けられており、該データ記憶装置には関連した座標と共に測定された抵抗値が記憶されることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
9. 平板状の基板（４）を移動可能とするための手段として、搬送装置（５〜９）が設けられており、該搬送装置は搬送装置上に基板（４）の側縁部が載置されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
10. 前記発光器（１２）がハウジング内に配置されており、該ハウジング内には、コーティングの反射を測定できる受光器も配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。

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