JP2000241127A - 膜厚測定方法及び巻取式真空成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルム基材上に形成された薄膜の膜厚を算出
する、紫外から赤外光の透過率、吸収率、反射率を測定
する膜厚測定方法において、フィルム基材の透過率が２
０％以下の波長範囲を含む測定波長範囲の薄膜面の反射
率を測定し、薄膜の膜厚を算出することを特徴とする膜
厚測定方法を提供する。 【解決手段】請求項１においては、フィルム基材上に形
成された薄膜の膜厚を算出する、紫外から赤外光の透過
率、吸収率、反射率を測定する光学式膜厚計において、
フィルム基材の透過率が２０％以下の波長範囲を含む測
定波長範囲の薄膜面の反射率を測定し、薄膜の膜厚を算
出することを特徴とする光学的膜厚測定方法を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】フィルム基材上に形成された
薄膜の膜厚を測定する方法に係わり、特に光学的な膜厚
測定方法に関する。更には、真空成膜装置に係わり、特
にフィルム基材を走行させながら成膜する巻取式の真空
成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜の膜厚を測定する有力な手段
として薄膜の膜厚に依存して透過率や吸収率、反射率が
変化することを利用した、光学式膜厚測定方法がある。
これは、薄膜を形成する物質の特性吸収域や光の干渉作
用による透過率や吸収率、反射率の変化が、膜厚に依存
することを利用したものである。

【０００３】特に屈折率の異なる物質の薄膜を交互に積
層した光学多層薄膜の形成には、光の干渉作用による反
射率変化が顕著に起こり光学式膜厚測定方法は膜厚制御
にも優れた最適な膜厚測定方法である。

【０００４】一方、近年フィルム基材上に光学多層薄膜
を形成した光学機能性フィルムの開発が盛ん行われてい
る。

【０００５】光学機能性は、カラーシフト、反射防止、
帯域フィルター等の機能が主に上げられる。

【０００６】これら光学機能性フィルムは、巻出ロール
から巻取ロールに巻取間に設けられた成膜部を有する巻
取式真空成膜装置を用いて、フィルム基材上に屈折率の
異なる物質の薄膜を交互に形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光学機能フィルムは、
巻取式真空成膜装置によりフィルム基材上に光学機能層
となる光学多層薄膜を形成するが、フィルムの全般に渡
り、特性の安定、品質の信頼性、収率良く光学機能層を
形成するためには、交互に成膜する各層の膜厚を精密に
制御することが重要である。

【０００８】このため精度の良い膜厚測定方法により、
フィルムの長さ方向に長時間に渡り膜厚を制御しながら
成膜することが要求される。

【０００９】この上、光学機能性フィルムは埃、キズ等
を極端に嫌うため、薄膜形成面の反対面に離型性の保護
フィルムを貼り合わせて成膜することもあり、保護フィ
ルムを張り合わせると薄膜形成面の反対面の保護フィル
ムと媒体（成膜時は真空）の反射が一定せず、反射率に
よる安定な膜厚制御がより困難となる。

【００１０】特に反射防止フィルムは、薄膜表面の反射
が低く、特性上、近紫外〜近赤外域における反射率が極
端に低いため、光学的膜厚測定法でも測定感度が低いの
で膜厚制御が難しく、保護フィルムを張り合わせた場合
は制御性が無いという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする手段】本発明は、上記課題に
鑑み発明されたものであり、その解決しようとする手段
は、請求項１においては、フィルム基材上に形成された
薄膜の膜厚を算出する方法であり、紫外から赤外光の透
過率、吸収率、反射率を測定する膜厚測定方法におい
て、フィルム基材の透過率が２０％以下の波長範囲を含
む測定波長範囲の薄膜面の反射率を測定し、薄膜の膜厚
を算出することを特徴とする膜厚測定方法を提供するも
のである。

【００１２】請求項２においては、フィルム基材の透過
率が１０％以下の波長範囲を含む測定波長範囲の薄膜面
の反射率を測定することを特徴とする請求項１記載の膜
厚測定方法を提供するものである。

【００１３】請求項３においては、フィルム基材上に形
成された薄膜の膜厚を算出する方法であり、紫外から赤
外光から選ばれた複数の測定波長の透過率、吸収率、反
射率を測定する膜厚測定方法において、フィルム基材の
透過率が２０％以下となる波長範囲から選ばれた少なく
とも一つの測定波長の薄膜面の反射率を測定し、薄膜の
膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法を提供す
るものである。

【００１４】請求項４においては、フィルム基材の透過
率が１０％以下の波長から選ばれた少なくとも一つの含
む測定波長の薄膜面の反射率を測定することを特徴とす
る請求項３記載の膜厚測定方法を提供するものである。

【００１５】請求項５においては、測定波長が４５０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４何れか記載
の膜厚測定方法を提供するものである。

【００１６】請求項６においては、測定波長が４００ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４何れか記載
の膜厚測定方法を提供するものである。

【００１７】請求項７においては、上記の膜厚測定方法
の反射率測定手段が、光源部、測光部、膜厚演算部から
なることを特徴とする請求項１〜６記載の膜厚測定方法
を提供するものである。

【００１８】請求項８においては、上記の膜厚測定方法
の反射率測定手段の測光部を、特にフィルム基材の幅方
向に複数点設置することを特徴とする請求項７記載の膜
厚測定方法を提供するものである。

【００１９】請求項９においては、巻取ロールで巻取ら
れる間に成膜ドラム上で薄膜を成膜する巻取式真空成膜
装置において、成膜ドラムから巻取ロール間のフィルム
走行路上に、請求項１〜８記載の膜厚測定方法を具備す
ることを特徴とする巻取式真空成膜装置を提供するもの
である。

【００２０】請求項１０においては、上記の巻取式真空
成膜装置において、本発明の光学的膜厚測定方法の膜厚
演算部の結果を基に薄膜を所望の膜厚に制御する膜厚制
御部を具備していることを特徴とする請求項９記載の巻
取式真空成膜装置を提供するものである。

【００２１】請求項１１においては、上記の膜厚制御方
法が薄膜の成膜速度を制御することを特徴とする請求項
１０記載の巻取式真空成膜装置を提供するものである。

【００２２】請求項１２においては、上記の膜厚制御方
法がフィルム基材の走行速度を制御することを特徴とす
る請求項１０または１１記載の巻取式真空成膜装置を提
供するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】光学式膜厚計の紫外から赤外光の
測定波長範囲で、少なくともフィルム基材の透過率が２
０％以下、好ましくは１０％以下の波長範囲を含む測定
波長範囲で薄膜面の反射率を測定し薄膜の膜厚を算出す
る。

【００２４】或いは、紫外から赤外光から選ばれた複数
の測定波長のうち、少なくとも一つの測定波長で、フィ
ルム基材の透過率が２０％以下、好ましくは１０％以下
となる波長範囲を用い、薄膜面の反射率を測定し、薄膜
の膜厚を算出する。上記のフィルム基材の透過率が２０
％以下、好ましくは１０％以下となる波長範囲として波
長が４５０ｎｍ以下より好ましくは４００ｎｍ以下の短
波長を利用し、反射率測定手段は、光源部、投受光用光
ファイバー、測光部、膜厚演算部で構成する。

【００２５】この様な光学式膜厚測定方法からなる膜厚
測定手段を 巻取ロールで巻取られる間に成膜ドラム上
で薄膜を成膜する巻取式真空成膜装置の、成膜ドラムか
ら巻取ロール間のフィルム走行路上に設置し、膜厚演算
部の結果を基に薄膜を所望の膜厚に制御するため、膜厚
制御部から、薄膜の成膜速度やフィルム基材の走行速度
にフィードバックし膜厚を精密に制御する。

【００２６】光学機能性フィルムのフィルム基材は、一
般にポリエチレンテレフタレート(以下ＰＥＴと記す)、
アクリル、トリアセチルセルロース(以下ＴＡＣと記
す)、ポリカーボネート(ＰＣ)等の透明プラスチックフ
ィルムが用いられる。これら透明プラスチックフィルム
は近紫外〜近赤外の波長範囲で透過率は約９０％以上の
無色透明なフィルムである。

【００２７】これ以外の波長範囲ではＣ＝Ｃ結合による
π電子軌道の遷移による紫外域の吸収やＣ−Ｃ結合やＣ
＝Ｃ結合他の化学結合の伸縮振動に伴う赤外域の吸収が
ある他、紫外線吸収剤、可塑剤等の添加剤による吸収が
ある。これらの吸収ある波長範囲では、透過率が２０％
以下、特に１０％以下では、図１に示すように表面反射
が反射率の主成分となる。

【００２８】本発明による光学的膜厚測定方法の測定波
長の反射率の主成分は表面反射であり、形成する薄膜の
膜厚に依存して変化する反射率を精度良く測定すること
が可能となる。

【００２９】測定波長は、光学機能性にも左右される
が、カラーシフトや反射防止機能に代表される最も応用
が進む可視光の用途を考慮すると、最も波長域の近接し
薄膜の膜厚の薄い段階から光の干渉による変化の大きく
測定精度の高い近紫外域の４５０ｎｍ以下、より好まし
くは４００ｎｍ以下が透明プラスチックフィルムの測定
波長域として好適である。

【００３０】本発明による光学式膜厚測定法によれば、
形成する薄膜の膜厚に依存した反射率の変化を表面反射
の主成分となるため、成膜時の膜厚のモニタリングは好
適である。

【００３１】成膜装置の巻取式真空成膜装置に本発明の
光学的膜厚測定方法から成る膜厚測定手段を成膜後巻き
取られる間のフィルム基材の走行経路上に設け、測定結
果から膜厚を膜厚を算出し、所望の膜厚となるよう膜厚
制御すれば、特性の安定した品質の信頼性の高い光学機
能性フィルムを、収率良く形成することが可能となる。

【００３２】このような光学的膜厚測定手段からなる膜
厚測定部をフィルムの幅方向に複数設置することにより
幅方向の均一性を測定でき、膜厚演算部、膜厚制御部に
よりフィードバックすることによりフィルムの全般に渡
り、特性の安定と品質の信頼性の高い光学機能性フィル
ムを形成することが可能となる。

【００３３】

【実施例】(実施例１)本発明の詳細を示す実施例を示
す。

【００３４】フィルム基材にＴＡＣフィルムを用い、そ
の分光透過率と分光反射率を図２に示す。

【００３５】４１０ｎｍより短波長側ではＴＡＣフィル
ムの吸収による透過率の低下が顕著で、反射率は３８０
ｎｍ以下で４％強で安定する。

【００３６】上記ＴＡＣフィルム上に、図３に示す巻取
式真空成膜装置で光学機能性フィルムを形成する際に用
いられる高屈折率物質のＴｉＯ２を成膜する。

【００３７】巻取系と成膜系を仕切板１０で仕切られた
真空容器１を排気システム２で排気した後、巻出ロール
３から巻出されたフィルム基材４をガイドロール５を介
して搬送し、成膜ドラム６上で成膜部７にてＴｉＯ２の
薄膜を形成する。

【００３８】薄膜を形成したフィルムはガイドロール５
を介して巻取ロールに巻き取られる間に設けられた光学
的膜厚測定部８で反射率を測定された後で、巻取ロール
に巻き取られる。

【００３９】測定は、光源１２から投受光用の光ファイ
バー１１で導かれた測定光を光学的膜厚測定部８で成膜
面に照射し、反射光を光学的膜厚測光部８から再び投受
光用の光ファイバー１１を介して膜厚演算部１３に送
り、反射光から膜厚を算出する。

【００４０】膜厚の算出結果を膜厚制御部１４に送り、
膜厚制御部から巻取速度や成膜部での成膜速度を制御し
所望の膜厚となるよう制御する。

【００４１】上記巻取式真空成膜装置の成膜部は、真空
蒸着法、スパッタリング法、プラズマアシスト蒸着法、
イオンアシスト蒸着法、プラズマＣＶＤ法などの真空成
膜法が使用でき、特に制約されるものではない。

【００４２】また、成膜物質も本実施例ではＴｉＯ２を
成膜に選んだが、ＺｒＯ２、ＩＴＯ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、
Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３等の屈折率２．０以上の高屈折
率物質やこれを含む混合物や、光機能性を発現するため
の光学多層薄膜を構成するＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の無
機化合物の他、フッ素系やアクリル、ポリエステル等の
有機化合物も成膜物質に含まれる。

【００４３】上記の巻取式成膜装置はフィルムの搬送方
向を反対にすることも可能であり、巻取ロール９から巻
出して巻出しロール３で巻取る間に上記と同様の測定が
できる。

【００４４】また形成する薄膜も複数の成膜源を設ける
ことにより、多層薄膜を形成することも可能である。

【００４５】光学的膜厚測定部の詳細を図４に示す。測
光部は投受光用の光ファイバー２１がファイバー固定治
具２２にフィルム基材に垂直に測定光を照射するように
固定されている。測定光の入射面は薄膜形成面であり、
反射光は投受光用の光ファイバー２１に入射する。

【００４６】本実施例では、測定光は膜厚演算部に設け
られた光学フィルターにより特定波長の反射光のみを用
いて膜厚を算出する。本実施例では、図１を満足する測
定波長を図２から３７０ｎｍに決定した。

【００４７】ＴＡＣとＴｉＯ２の測定波長における屈折
率、成膜目的膜厚、基準反射率設定、反射率の結果を表
１にまとめた。基準反射率設定は、薄膜の膜厚増減に伴
う反射率の変化を高感度で測定するために、実際の反射
率を拡大する。この際、予め基準反射率としてフィルム
基材の反射率を任意の値に設定し、設定に対しての反射
率変化を測定する。

【００４８】図５に反射率の変化のチャートを示す。

【００４９】(実施例２)実施例１と同様のＴＡＣフィル
ムの成膜面の反対のフィルム裏面に保護フィルムとして
離型可能な微粘着ＰＥＴを貼り合わせ、同様の装置で成
膜しながら反射率を測定した。

【００５０】基準反射率設定は実施例１と同様の条件と
し、ＴｉＯ２の測定波長における屈折率、成膜目的膜
厚、基準反射率設定、反射率の結果を表１にまとめた。
また反射率の変化のチャートを図６に示す。

【００５１】実施例１と実施例２の結果は全く同じであ
り、表面の反射率のみを測定することにより、フィルム
基材の状態に関わらず再現性の高い膜厚測定が可能であ
る。

【００５２】(比較例)実施例１と実施例２と同様の条件
で、測定波長を透過率の高い５５０ｎｍとしてＴｉＯ２
を成膜した。結果を表１に示し、反射率の変化のチャー
トを図７と図８に示す。５５０ｎｍでは透過率が高いた
め、裏面の保護フィルムの有無によって反射率のレベル
が異なる他、保護フィルムを貼り合わせることによる反
射率の不安定な変動を拾い、安定な測定が出来ない。

【表１】

【００５３】

【発明の効果】本発明の光学的膜厚測定方法によれば、
透過率が２０％以下、より好ましくは１０％以下の波長
を測定波長に利用することで測定波長の反射率の主成分
は表面反射であり、いかなる場合においても、形成する
薄膜の膜厚に依存して変化する反射率を精度良く測定で
きる。

【００５４】また、巻取式真空成膜装置に設置すること
により、光機能の特性が安定した、品質の信頼性の高い
光学機能性フィルムを、収率良く形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面反射の説明を表す概略断面図であ
る。

【図２】ＴＡＣフィルムの透過率と反射率を表す分光ス
ペクトルである。

【図３】本実施例における巻取式真空成膜装置の概略断
面図である。

【図４】本実施例における膜厚測定部を説明する側面図
である。

【図５】実施例１の反射率の変化を示すチャート図であ
る。

【図６】実施例２の反射率の変化を示すチャート図であ
る。

【図７】比較例の反射率の変化を示すチャート図であ
る。

【図８】比較例の反射率の変化を示すチャート図であ
る。

【符号の説明】

１：真空容器 ２：排気システム ３：巻出ロール
４：フィルム基材 ５：ガイドロール ６：ドラム
７：成膜部 ８：光学的膜厚測定部 ９：巻取ロール １０：仕切板 １１：光ファイバー １２：光源 １
３：膜厚演算部 １４：膜厚制御部 ２１：光ファイバ
ー ２２：ファイバー固定治具

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルム基材上に形成された薄膜の膜厚を
   算出する方法であり、紫外から赤外光の透過率、吸収
   率、反射率を測定する膜厚測定方法において、フィルム
   基材の透過率が２０％以下の波長範囲を含む測定波長範
   囲の薄膜面の反射率を測定し、薄膜の膜厚を算出するこ
   とを特徴とする膜厚測定方法。
2. 【請求項２】フィルム基材の透過率が１０％以下の波長
   範囲を含む測定波長範囲の薄膜面の反射率を測定するこ
   とを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
3. 【請求項３】フィルム基材上に形成された薄膜の膜厚を
   算出する方法であり、紫外から赤外光から選ばれた複数
   の測定波長の透過率、吸収率、反射率を測定する膜厚測
   定方法において、フィルム基材の透過率が２０％以下と
   なる波長範囲から選ばれた少なくとも一つの測定波長の
   薄膜面の反射率を測定し、薄膜の膜厚を算出することを
   特徴とする膜厚測定方法。
4. 【請求項４】フィルム基材の透過率が１０％以下の波長
   範囲から選ばれた少なくとも一つの測定波長の薄膜面の
   反射率を測定することを特徴とする請求項３記載の膜厚
   測定方法。
5. 【請求項５】測定波長が４５０ｎｍ以下であることを特
   徴とする請求項１〜４何れか記載の膜厚測定方法。
6. 【請求項６】測定波長が４００ｎｍ以下であることを特
   徴とする請求項１〜４何れか記載の膜厚測定方法。
7. 【請求項７】上記の膜厚測定方法の反射率測定手段が、
   光源部、測光部、膜厚演算部からなることを特徴とする
   請求項１〜６記載の膜厚測定方法。
8. 【請求項８】上記の膜厚測定方法の反射率測定手段の測
   光部を、特にフィルム基材の幅方向に複数点設置するこ
   とを特徴とする請求項７記載の膜厚測定方法。
9. 【請求項９】巻取ロールで巻取られる間に成膜ドラム上
   で薄膜を成膜する巻取式真空成膜装置において、成膜ド
   ラムから巻取ロール間のフィルム走行路上に、請求項１
   〜８記載の膜厚測定方法を具備することを特徴とする巻
   取式真空成膜装置。
10. 【請求項１０】本発明の光学的膜厚測定方法の膜厚演算
    部の結果を基に薄膜を所望の膜厚に制御する膜厚制御部
    を具備していることを特徴とする請求項９記載の巻取式
    真空成膜装置。
11. 【請求項１１】膜厚制御方法が薄膜の成膜速度を制御す
    ることを特徴とする請求項１０記載の巻取式真空成膜装
    置。
12. 【請求項１２】膜厚制御方法がフィルム基材の走行速度
    を制御することを特徴とする請求項１０または１１記載
    の巻取式真空成膜装置。