(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶発振子および光学測定法による、コーティング層の特性を測定するための、コーティング装置の上に配置される装置であって、
円筒状スリーブ（１４）と、
前記円筒状スリーブの一方の端部に置いた、発光器（１５）及び受光器（１６）と、
前記発光器から光ビームが試験ガラスに照射され、前記受光器は試験ガラスからの反射光を受光し、
前記円筒状スリーブの他方の端部に置いた、複数の試験ガラスが配置される、開口部が設けられた外側リング（３０）と、
該外側リングにより囲まれた、複数の水晶共振子が配置される、複数の開口を有している内側ディスク（３１）と、
前記内側ディスク（３１）および外側リング（３０）とは、互いに独立して回転できるようになっており、
前記外側リング（３０）と内側ディスク（３１）とを覆うように配置されたダイヤフラムディスク（２１）と
を有し、
前記ダイヤフラムディスク（２１）には、前記外側リング（３０）に設けられた前記開口部と、内側ディスク（３１）の前記開部に対応する位置にそれぞれ１つの貫通孔（２２、２３）があることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記試験ガラスは、それぞれ個別のガラスが外側リング（３０）の、それぞれに対応する開口部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記試験ガラスが、前記開口部に対応するように配置された外側リング（３０）に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記発光器は１つの前記試験ガラス（４７）上に光ビーム（４４）を照射し、前記受光器（１６）は前記試験ガラス（４７）から反射された光を受けるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
コーティング速度を測定するための水晶共振子が設けられ、該水晶共振子の水晶が前記内側ディスク（３１）に配置されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記内側ディスク（３１）は、シャフト（３６）を介して前記内側ディスク（３１）に直接連結された電気ギヤードモータ（６１）により回転されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記外側リング（３０）は、電気ギヤードモータ（６０）、駆動ギヤ（６６）及びブッシュ（８３）を備えたシャフト（６５）により回転されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項８】
外側リング（３０）と関連する前記ブッシュ（８３）は、内側ディスク（３１）に関連するシャフト（６３）を囲むように構成されている請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
外側リング（３０）及び内側ディスク（３１）は交換可能な部材として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記外側リング（３０）及び内側ディスク（３１）の各々が関連する２つのセンサを有しており、これらの２つのセンサは、外側リング又は内側ディスクの、ゼロ位置および現在位置を確認し、その検出を行うことを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
前記外側リング（３０）には、１２個の試験ガラスを有する試験ガラスリングが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記内側ディスク（３１）には、４個の水晶共振子が取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部に記載の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板、例えば光学レンズおよびガラスをコーティングするとき、例えばコーティングの終了時点を決定するために、コーティング層の種々の特性を知ることが重要である。特に、ビームスプリッタ、色変換フィルタ、冷光ミラーおよびレーザミラー等の高品位光学物体の製造に使用される多層コーティングの場合には、コーティングの品質および再現性を確保するため高精度測定デバイスを必要とする。薄層の品質を定める物理的特性として、本質的に、透過、反射、吸収、散乱、熱的安定性および耐湿性並びに耐摩耗性および接着性がある。
【０００３】
厚さを測定しかつコーティング速度すなわち単位時間当りにコーティングされる物質量を測定するための水晶発振子は既知であり、該水晶発振子の水晶は基板と同様にコーティングされている（ドイツ国特許ＤＥ ３１ ２０ ４４３ Ｃ２参照）。その質量は水晶のコーティングにより変化し、これが水晶発振子の周波数に影響を与える。従って、水晶発振子の周波数変化から蒸着層の厚さを測定でき、一方単位時間当りの周波数変化からコーティング速度を測定できる。
【０００４】
コーティング速度は水晶発振子により比較的正確に測定できるが、層の絶対厚さの測定は必然的に不正確になるため、この目的のためには、他の測定方法例えば光学的測定方法が好ましい。光学的測定方法の場合には、コーティングされた薄層は光ビームで照射され、反射ビームが照射ビームと比較される。放射された光ビームに対する照射ビームの比に基いて、特に、層の厚さを測定できる。かくして、試験ガラス上で（エピタキシャル的に）成長した層の透過を測定するため、コーティング中に分光光度計が使用される（ドイツ国特許ＤＥ ４３ １４ ２５１Ａ１参照）。ハロゲンランプの白色光は、光導管を用いて、イメージング光学素子を備えた真空リードスルー（vacuum lead-through）に導かれ、かつイメージング光学素子を介して試験ガラス上にイメージングされる。イメージング光学素子を備えた第２真空リードスルーは、透過された光をモノクロメータまたは連続検出器を備えたラインフィルタ上にイメージングする。
【０００５】
検出器および試験ガラスを備えた光源並びに水晶共振子の補助により層の成長を光学的に測定する方法も知られている（ドイツ国特許ＤＥ ３７ ４２ ２０４Ａ１）。
【０００６】
また、光源により、特定波長の光ビームを膜厚制御基板上に放射し、さらに検出器上に反射させる方法も知られている（ドイツ国特許ＤＥ ６９３ ０９ ５０５Ｔ２参照。該ドイツ国特許は、欧州特許ＥＰ ０ ５５２ ６４８ Ｂ１に相当する）。膜厚制御基板から反射される光量は、膜厚制御基板上に形成された薄膜の屈折率および厚さに関連して変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、水晶発振子および他の光学的方法による層の特性の測定を行なう装置を提供することに付随する問題を解決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この問題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴部により解決される。
【０００９】
従って本発明は、基板上にコーティングされる薄層の特性を測定するデバイスのための装置に関する。本発明の装置は２つの交換マガジンを有し、これらのうちの一方のマガジンは水晶共振子用マガジン、他方のマガジンは試験ガラス用マガジンである。水晶共振子用交換マガジンはディスクの形状を有し、かつ試験ガラス用環状マガジンにより包囲されている。両マガジンは互いに独立して回転される。マガジンの各位置は、センサおよび評価デバイスの補助により再現される。従って、多層コーティングを行なうことができる。
【００１０】
本発明により得られる１つの長所は、薄層のエピタキシャル成長中のオンラインプロセス制御またはスイッチオフ状態での正確な測定に適用して、試験ガラス上または基板自体上の反射または透過を測定できることである。
【００１１】
本発明の他の長所は、幾つかの試験ガラスおよび幾つかの水晶共振子を設けかつ特定位置に移動できることである。さらなる特徴は、試験ガラスおよび水晶共振子を容易に交換できることである。幾つかの個々の試験ガラスの代わりに試験ガラスリングを使用する場合には、この試験ガラスリングの異なる位置に、反復的にかつ再現可能に位置決めすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す本発明の一例示実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１にはコーティング装置１が示されており、このコーティング装置１はハウジング２を有し、このハウジング２内には２つの電子ビーム蒸発器３、４およびプラズマ源５が配置されている。電子ビーム源（図示せず）から放射される電子ビーム６、７は、電子ビーム蒸発器３、４で蒸発させるべき物質に衝突するように、磁界により曲げられる。
【００１４】
蒸発された物質は上方に移動して、基板ホルダ８〜１０および５５上に配置された基板をコーティングする。これらの基板ホルダ８〜１０および５５は、特殊装置１１、１２により取り付けられている。基板ホルダ８〜１０および５５の中心には、蒸着層の特性を決定するデバイスのための装置１３の下端部が配置される。このことは、基板と同時に、装置１３の下方領域もコーティングされることを意味する。この領域がある位置と基板の位置とは同一でないので、装置上に蒸着された層厚から基板上の層厚の結論を得るには、換算係数を求めなくてはならない。
【００１５】
図２には、装置１３が取り出された状態で再び示されている。装置１３は、円筒状スリーブ１４、発光器１５、受光器１６、４つのセンサ（図２には示されていない）のための４つの増幅器１７〜２０、およびダイアフラムディスク２１とを有している。
【００１６】
図３には、ダイアフラムディスク２１を下から見たところが再び示されている。ダイアフラムディスク２１は２つの貫通孔２２、２３を有し、貫通孔２２がガラス板を露出させかつ貫通孔２３が水晶共振子を露出させるものであることは理解されよう。図３には、ガラス板および水晶共振子は示されていない。
【００１７】
図４には、装置１３が、側方から見た斜視図として再び示されている。ダイアフラムディスク２１が２つの貫通孔２２、２３を有していること、円筒状スリーブ１４、発光器１５、受光器１６並びに増幅器１７〜２０が設けられていることも再び示されている。さらに、２つの測定スライドデバイス２４、２５が示されており、各測定スライドデバイスは、光導管のｘ−ｙ調節を行なうための２つの調節ねじを有している（図４には、各１つの調節ねじ２６、２７のみが示されている）。冷却水の流入および流出を行なうための給排水連結部が参照番号２８、２９により示されている。試験ガラスは、基板と実質的に同じ温度（最大３００℃）を有する。水晶共振子に対する試験ガラスの高度の隔絶が達成される。
【００１８】
図５には、ダイアフラムディスク２１を取り外した状態の装置１３を下方から見たところが示されている。１２個の円形開口が設けられた外側リング３０並びに該外側リング３０により囲まれた内側ディスク３１が示されており、該内側ディスク３１は４つの円形開口を有している。
【００１９】
外側リング３０の開口内には試験ガラスが配置され、内側ディスク３１の開口内には水晶共振子が配置される。個々の試験ガラスに代えて閉じた環状体の試験ガラスを配置することもでき、該閉じた環状体の試験ガラスについては後で説明する。従って、外側リング３０は光学測定法を遂行するための試験ガラスを有している。外側リング３０および内側ディスク３１は、互いに独立して回転できる。かくして、４つの水晶共振子の各々をダイアフラムディスク２１の貫通孔２３に位置決めでき、かつ１２個の試験ガラスの各々を貫通孔２２に位置決めできる。回転機構の構造は、図７〜図１０を参照してさらに詳細に後述する。
【００２０】
図６には、発光器１５および受光器１６が、図２に比べて拡大された断面図で示されている。光導ファイバ（図６には示されていない）から出た光ビームが参照番号４４で示されている。光導ファイバは上方開口を通って入り、両要素３３、３４の間で該要素に対して平行に延び、かつブシュ３７の下端部に終端する。光ビーム４４は、レンズ４２を介して、外側リング３０の凹部の１つに配置された試験ガラス４７上の薄層４６上に照射される。光ビーム４４は、ここから光ビーム４５として反射され、レンズ４３を通って受入れブシュ３８内に配置された光導管に到達し、該光導管は光ビームをさらに評価デバイス（図示せず）に導く。
【００２１】
図７には、図４による装置１３が示されているが、この図面では発光器１５および受光器１６は取り外されている。
【００２２】
円筒状スリーブ１４内には２つの電気ギヤードモータ６０、６１が配置されており、一方の電気ギヤードモータ６１は、フリーホイールを備えたニードル（ローラ）ベアリングおよびシャフト６３の受入れブシュ６２を介して、４つの水晶共振子を備えた水晶共振子用内側ディスク３１を回転させる。他方の電気ギヤードモータ６０は、シャフト６５、駆動ギヤ６６およびブシュ８３を介して、試験ガラス６７を備えたリング３０を回転させる。ブシュ８３およびリング３０は中空シャフトの一部である。参照番号６８は、４つの位置センサ（図７には、これらのうちの２つの位置センサ７１、７３が示されている）の真空側プラグを示す。該プラグ６８は、センサ７１、７３と増幅器１７〜２０との接続を確立する。
【００２３】
図８には、図７の下部が拡大されて示されている。センサ７１、７３とは別の他の２つのセンサ７０、７７が示されている。センサ７１、７３は試験ガラスの現在位置およびゼロ位置を検出し、センサ７０、７７は水晶共振子の現在位置およびゼロ位置を検出すべく機能する。センサ７０は、保護用として機能する赤外線センサである。
【００２４】
図８から理解されようが、試験ガラスおよび水晶共振子は一平面内に配置される。これにより、内側ディスク３１と、試験ガラスを備えた外側リング３０との陰のない配置が達成される。評価回路（図示せず）に関連するセンサ７１、７３；７０、７７を使用することにより、試験ガラスおよび水晶共振子の個々の位置を限定することができる。かくして、特定位置にある試験ガラスの多層コーティングを行なうことができる。特定位置での試験ガラスのこの多数回使用により、試験ガラス用リング３０の交換過程を中断する必要がなくなるため、処理時間の長さに関する長所が必然的に得られる
【００２５】
参照番号５０で示す六角ナットの下には５枚の板ばね７５が配置されており、該板ばね７５は、この下に配置されるセラミックディスク上に一定圧力を加える。ナット５０の上には他のナット５１が配置され、該ナット５１はこの上の接触ナット５２に対面する。内側ディスク３１の駆動シャフトが参照番号６３で示され、試験ガラスが参照番号７８で示されている。光ビームは試験ガラス７８上で反射される。
【００２６】
図９には、試験ガラスを交換する方法が示されている。この目的のため、ねじ付きピンが緩められ、かつ１つのディスク８１（この部材は図８には示されていない）が離脱しかつ持上げられるまで回転される。これにより、ボア９１〜１０２内の試験ガラスは交換できる状態となっている。次に、前記ディスク８１が再び配置され、整合するまで回転される。ここで、３つのねじ付きピン（図９には１つのねじ付きピンが示されている）が締め付けられる。外側リング３０の駆動スリーブ８８の部品が参照番号８２、８３で示されている。この駆動スリーブ８８の上方にはセンサホルダ８４が配置されており、センサ７１、７３（図９には示されていない）はナット８５、８６によりセンサホルダに連結される。
【００２７】
外側リングの変形形態として、外側リングに内側管状部品および外側管状部品を設け、内側部品の高さを外側部品の高さより高くすることができる。次に、両管状部品の間に、試験ガラスの受入れリングが配置される。この受入れリングは、周方向に等間隔に配置された幾つかの円形カットアウトを有している。次に、この受入れリング上に試験ガラスリングが配置される。すなわち、個々の円形試験ガラスは使用されず、閉じた環状体のリング状の試験ガラスが使用される。次に、このリング状の試験ガラス上に、接触リングも取り付けられる。
【００２８】
図１０には、水晶共振子を交換する方法が示されている。２つのシリンダねじ（これらのうち１つのシリンダねじ１０３のみが示されている）が緩められる。ここで、水晶共振子ホルダとして機能する内側ディスク３１が引き出されて、水晶が取り外され、新しい水晶が取り付けられる。次に、内側ディスク３１が、ねじにより基礎本体１０４に連結される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を用いたコーティング装置を示す図面である。
【図２】本発明の装置を示す側面図である。
【図３】本発明の装置の下面を示す図面である。
【図４】本発明の装置を示す斜視図である。
【図５】ダイアフラムを取り外した状態の装置の下面を示す図面である。
【図６】発光器および受光器を示す拡大図である。
【図７】図４の装置の下方領域を示す断面図である。
【図８】図７の装置の一部を示す拡大図である。
【図９】試験ガラスの交換方法を説明するための、図４の装置の分解図である。
【図１０】水晶共振子の交換を説明するための、図９による装置の一部を示す分解図である。
【符号の説明】
１  コーティング装置
１３  装置
１５  発光器
１６  受光器
３０  リング
６４  水晶共振子マガジン
６７  試験ガラス
【図１】
0005038579.tif 000002
【図２】
0005038579.tif 000003
【図３】
0005038579.tif 000004
【図４】
0005038579.tif 000005
【図５】
0005038579.tif 000006
【図６】
0005038579.tif 000007
【図７】
0005038579.tif 000008
【図８】
0005038579.tif 000009
【図９】
0005038579.tif 000010
【図１０】
0005038579.tif 000011