[其他]衬底上薄膜的特性监测设备

说明书

本发明是关于敷在衬底表面的薄膜用的监测设备，特别是关于光学法测定敷在玻璃板表面上薄膜的特性用的设备。

薄膜一般是敷在玻璃上来吸收或反射阳光的照射的。薄膜厚度测定仪在工业和研究部门具有多种用途。市面上出售有各种这类用途用的装置。例如，表面轮廓监测器用测头跟踪薄膜表面测定薄膜蚀刻到衬底处步长的大小。直接接触会使表面变形或损伤，因而在许多情况下都希望有一种非接触式的测定方法。根据薄膜表面反射光进行测定的方法即采用了这类非接触式探头。

用光学测定薄膜厚度主要有两种不同的方法。第一种方法叫做椭圆对称法，这种方法测定和比较某给定波长的反射系数以及垂直和平行于入射平面的偏振入射角，需要进行大量计算，而且只有当凭直觉知道薄膜的厚度是在某一有限范围（通常在0至3000埃左右）内时才能得出明确的结果。第二种光学测定法是基于波长和/或与反射率有关的入射角，这可在薄膜中作为周知的干涉色观察出来。虽然这种方法的原理很简单，但基于这个原理的仪器并不便宜。而且最简单的仪器甚至不能提供薄膜厚度的直接读数。

美国专利2，655，073公开了上述现有技术第二种方法所使用的是用反射法测定透明或半透明板材厚度的光学厚度测定仪。这种测定仪将光从样品板材上反射到一个可转动的平反射器上。平反射器具有当反射光束同相时能形成干涉条纹的平行表面，且在从样品反射回来的光路中转动到光束同相形成用以显示在一镜面上的条纹时的角度。反射器的转角即为板材厚度的量度。该专利还介绍了光楔的应用，用光楔在反射光束同相时形成干涉条纹，这时光楔厚度就与样品厚度一致。

根据本发明，本发明提供的是一种衬底上薄膜的特选特性测定设备，该设备包括：一扫描头，安装得使其可沿距衬底表面一段距离通常为线性的路径运动;一光源，附在所述扫描头上;一导光装置，用以引导所述光源的光束使其照射到衬底表面;一集光装置，附在所述扫描头上，用以将衬底表面反射回来的所述光束的至少一部分收集起来;该薄膜特性测定设备的特征在于还包括输出信号发生装置和薄膜特性测定装置。输出信号发生装置根据所述收集到的光产生表示所述光束的至少两种不同特性的输出信号;薄膜特性测定装置则根据所述输出信号测定在衬底表面上形成的薄膜的至少一种特性。

更详细地说，本发明涉及一种用以扫描和监测诸如b＊值、薄膜边反射率和涂薄层厚度之类的玻璃条板的特性的在线反射率监测器。扫描头系安装得使其可以横切玻璃条板的移动路径运动。扫描头包括一遮光光源和一积分球。遮光光源用以防止系统免受环境光的影响。积分球有一个滤光的检测器，用以产生表示从玻璃条板外部表面反射回来的光的“Y”值和“Z”值的信号。“Y”信号和“Z”信号输入到一个电子计算机中，由该计算机计算出b＊值和涂敷层厚度。有一个三通道装置描出b＊值、涂敷层厚度和反射率的曲线。输入数据和计算出的数据进一步传送到更大型的电子计算机中，由该计算机计算出统计数据并驱动在远处的其它输出装置。

附图中：

图1是本发明的在线反射率监测系统的方框图;

图2是图1中所示的扫描头经放大的方框图;

图3是应用本发明得出的典型b＊值的曲线图;

图4是应用本发明得出的典型反射率值的曲线图;

图5则是应用本发明得出的典型涂敷层厚度值的曲线图;

图1显示了本发明在线反射率监测系统的方框图。图中，按周知的浮法制成的玻璃条板11之类的衬底表示是朝读者的方向移动，从图中可以看到玻璃条板11的前沿11a，和朝上的外部表面11b，较薄的薄膜涂敷层即敷在外部表面11b上。玻璃条板11在一对彼此相隔一段距离的竖向延伸的支柱12之间通过。支柱12之间延伸有通常是水平的导轨13，导轨13上装有一个扫描头14。扫描头14可藉任何周知的动力装置（图中未示出）沿导轨13从玻璃条板11的一侧到另一侧来回加驱动。

如下面即将谈到的那样，扫描头14沿输出线15和16分别给一对光学监测器17和18发出一对电信号。各光学监测器17和18可以是美国加利福尼亚州圣莫尼卡市埃迪公司制造的LM-101型光学监测器。各光学监测器17和18分别沿线路19和20给微处理机21发出模拟输出信号。微处理机21将模拟电信号转换成数字值，并用该数字值计算有关玻璃板11的b＊值和涂敷层厚度的特性信号信息。微处理机21所产生的特性信号数据或信息信号可沿线路22传送到三通道条形记录纸记录器23之类的输出装置上，由该记录器描出b＊值、涂敷层厚度和反射率对在玻璃条板11的表面11b上进行测量的位置的关系曲线。