JP2014066619A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜装置において、成膜工程中に、膜厚を直接精度よく測定する。
【解決手段】成膜装置は、巻出し部２、成膜部３、膜厚測定部４および巻取り部５を有する。巻出し部２は、巻出しロール１１を含み、巻出しロール１１からフィルム基材８が巻き出される。成膜部３は、巻出しロール１１から巻き出されたフィルム基材８の表面に膜を成膜する。膜厚測定部４は、フィルム基材８の表面に成膜された膜にポンプ光およびプローブ光を照射し、照射されたプローブ光が反射された反射光の強度を測定し、測定された強度に基づいて、膜の膜厚を測定する。巻取り部５は、巻取りロール１４を含み、膜厚測定部４により膜厚が測定されたフィルム基材８を巻取りロール１４に巻き取る。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置および成膜方法に関し、特に、ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に成膜された膜の膜厚を測定する成膜装置および成膜方法に関する。
フィルム基材を巻出しロールから巻き出し、搬送されているフィルム基材の表面に膜を成膜し、膜が成膜されたフィルム基材を巻取りロールに巻き取る、いわゆるロール・トゥ・ロール方式の成膜装置がある。このようなロール・トゥ・ロール方式の成膜装置では、例えばプラスティックまたは無機質等の長尺のフィルムまたはシートからなるフィルム基材が、真空チャンバ内で巻出しロールから巻き出されて搬送される。フィルム基材が真空チャンバ内で搬送されている状態で、例えばスパッタリング法または真空蒸着法などにより、成膜源から原料を供給し、フィルム基材の表面に、例えば機能性薄膜などの膜を、フィルム基材の搬送方向に沿って連続して成膜する。膜が成膜されたフィルム基材は、再び巻取りロールに巻き取られる。
このようなロール・トゥ・ロール方式のものも含め、成膜装置には、例えば真空チャンバ内に、フィルム基材などの基材の表面に成膜される膜の膜厚を測定するための膜厚モニタが設けられている。
膜厚モニタとして、水晶振動子を用いたものが知られている。例えば基材の表面に蒸着材料を蒸着する際に、基材の付近に配置された水晶振動子の表面に蒸着材料が付着すると、水晶振動子の重量が増加することで、水晶振動子の共振周波数が低くなる。したがって、水晶振動子の共振周波数を測定することで、蒸着量を算出することができ、水晶振動子の共振周波数の時間変化を測定することで、蒸着レートを算出することができる。
特開２０１０−７７４６９号公報（特許文献１）には、真空蒸着設備に設けられ、検出素子としての水晶振動子を備えた検出ヘッドが検出器支持部材により保持されている、膜厚モニタの技術が記載されている。
また、水晶振動子以外の膜厚モニタとして、エリプソメータが知られている。エリプソメータは、例えば直線偏光からなる光を膜に入射し、入射された光が膜により反射された反射光の偏光状態の変化を測定することで、膜の膜厚を算出する。
特開２００８−２４９９０号公報（特許文献２）には、ロール・トゥ・ロール方式の薄膜形成装置に設けられたエリプソメータを用いた膜厚モニタの技術が記載されている。
特開２０１０−７７４６９号公報 特開２００８−２４９９０号公報
上記特許文献１に記載された水晶振動子からなるセンサを用いた膜厚モニタの技術は、基材の表面に成膜された膜の膜厚を直接測定するものではない。したがって、予め、センサによる測定値と、膜厚測定の対象物（測定対象物）である膜の実際の膜厚との比較（較正）を行って補正係数を取得し、膜を成膜する際には、センサによる測定値を、予め取得した補正係数を用いて補正することで膜厚を算出しなくてはならない。
しかし、上記補正係数は、真空チャンバ内でセンサが設置される位置、真空チャンバ内における温度分布、または、成膜処理のフローなどの成膜工程により変化する。そのため、例えば成膜条件を変更した場合にも、上記補正係数が変化するため、補正係数を取得して補正をし直さなければならず、測定対象物である膜の膜厚を精度よく測定することは容易ではない。
また、蒸着材料が水晶振動子に付着する量が増加するのに伴って、水晶振動子の共振周波数が低下し、測定値における誤差が大きくなることがある。そのため、水晶振動子の共振周波数が予め決められた下限値よりも低くなったときに、水晶振動子を交換しなくてはならない。
水晶振動子を交換する際は、成膜工程を停止し、内部の温度が例えば数百℃程度になるように加熱されていた真空チャンバを、その内部の温度が常温に低下するまで冷却した後、真空チャンバを大気開放して水晶振動子の交換作業を行う。そして、水晶振動子の交換作業が終了した後、真空チャンバを真空排気し、真空チャンバ内の温度が数百℃程度になるように再び加熱した後、成膜工程を再開する。このため、水晶振動子の交換作業によって成膜工程が停止する時間が長くなり、生産性が低下する。
一方、上記特許文献２に記載されたエリプソメータを用いた膜厚モニタの技術によれば、膜厚を直接測定することができる。
しかしながら、エリプソメータを用いた技術では、通常、成膜工程が終了した後（オフラインで）、膜が成膜された基材のうち一部について、抜き取りにより膜厚を測定することが多い。オフラインで膜厚を測定する場合、膜厚の測定対象物である膜が成膜された時点と、その膜厚の測定結果に基づいて成膜条件へフィードバックする時点との間に、タイムラグ（時間差）が発生してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜装置において、成膜工程中に、膜厚を直接精度よく測定できる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
代表的な実施の形態による成膜装置は、ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜装置である。成膜装置は、巻出し部、成膜部、膜厚測定部および巻取り部を有する。巻出し部は、フィルム基材が巻かれた巻出しロールを含み、巻出しロールからフィルム基材が巻き出される。成膜部は、巻出しロールから巻き出されたフィルム基材の表面に膜を成膜する。膜厚測定部は、成膜部によりフィルム基材の表面に成膜された膜にポンプ光およびプローブ光を照射し、照射されたプローブ光が膜により反射された反射光の強度を測定し、測定された強度に基づいて、膜の膜厚を測定する。巻取り部は、巻取りロールを含み、膜厚測定部により膜厚が測定されたフィルム基材を巻取りロールに巻き取る。
また、代表的な実施の形態による成膜方法は、ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜方法である。まず、フィルム基材が巻かれた巻出しロールからフィルム基材を巻き出す。次いで、巻出しロールから巻き出されたフィルム基材の表面に膜を成膜する。次いで、フィルム基材の表面に成膜された膜にポンプ光およびプローブ光を照射し、照射されたプローブ光が膜により反射された反射光の強度を測定し、測定された強度に基づいて、膜の膜厚を測定する。その後、膜厚が測定されたフィルム基材を巻取りロールに巻き取る。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
代表的な実施の形態によれば、ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜装置において、成膜工程中に、膜厚を直接精度よく測定できる。
実施の形態１の成膜装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部の構成を示す図である。 反射光の強度の時間依存性を示すデータである。 反射光の強度の周波数依存性を示すデータである。 実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の変形例の構成を示す斜視図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。
（実施の形態１）
＜成膜装置＞
初めに、実施の形態１の成膜装置の構造について説明する。本実施の形態１の成膜装置は、フィルム基材を巻出しロールから巻き出し、搬送されているフィルム基材の表面に膜を成膜し、膜が成膜されたフィルム基材を巻取りロールに巻き取る、いわゆるロール・トゥ・ロール方式の成膜装置である。フィルム基材としては、例えばプラスティックまたは無機質等の長尺のフィルムまたはシートからなるフィルム基材が用いられる。
図１は、実施の形態１の成膜装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、成膜装置は、真空チャンバ（成膜室）１、巻出し部２、成膜部３、膜厚測定部４、巻取り部５、搬送部６、および制御部７を有する。
真空チャンバ（成膜室）１は、気密に設けられており、真空チャンバ１の内部でフィルム基材８の表面に膜が成膜される。真空チャンバ１のチャンバ壁（壁部）１ａには、ポンプ光およびプローブ光としてのレーザ光９が透過可能なレーザ透過窓（窓部）１０が設けられている。
巻出し部２は、巻出しロール１１、ガイドロール１２およびロードセルロール１３を含む。巻出しロール１１には、フィルム基材８が巻かれており、搬送部６により例えば後述する巻取りロール１４が回転駆動されることで、巻出しロール１１からガイドロール１２およびロードセルロール１３を介してフィルム基材８が巻き出される。ガイドロール１２は、フィルム基材８が巻き出される際に、フィルム基材８を案内する。ロードセルロール１３は、フィルム基材８が巻き出される際に、フィルム基材８に加えられる張力を調整する。
成膜部３は、成膜ロール１５および成膜源１６を含む。巻出しロール１１からガイドロール１２およびロードセルロール１３を介して巻き出されたフィルム基材８は、成膜ロール１５の表面上を通過する。また、フィルム基材８が成膜ロール１５の表面上を通過する際に、例えばスパッタリング法または真空蒸着法などにより、成膜源１６から原料を供給することで、フィルム基材８の表面に膜を成膜する。図１に示すように、例えば２つの成膜源１６が、成膜ロール１５を挟んで対向するように、設けられていてもよい。
なお、成膜部３が、例えば塗布法などにより大気中でフィルム基材８の表面に膜を形成するものである場合には、真空チャンバ１が設けられていなくてもよい。つまり、本実施の形態１の成膜装置は、真空チャンバ内でフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜装置に限られない。したがって、本実施の形態１の成膜装置は、気密に設けられた成膜室を有しておらず、大気中でフィルム基材を搬送し、大気中でフィルム基材の表面に膜を成膜するものでもよい。
膜厚測定部４は、成膜部３によりフィルム基材８の表面に成膜された膜の膜厚を、成膜工程中に（インラインで）測定する。膜厚測定部４の詳細な構成については、後述する。
巻取り部５は、ロードセルロール１７、１８、１９、巻取りロール１４および回転駆動部２０を含む。回転駆動部２０は、巻取りロール１４に接続されており、回転駆動部２０により巻取りロール１４が回転駆動されることで、成膜部３により表面に膜が成膜されたフィルム基材８は、ロードセルロール１７、１８、１９を介して巻取りロール１４に巻き取られる。また、成膜部３により表面に膜が成膜されたフィルム基材８は、膜厚測定部４により、成膜工程中に（インラインで）膜厚が測定されるため、膜厚測定部４により膜厚が測定された後、巻取りロール１４に巻き取られる。
搬送部６は、搬送駆動部２１を含み、巻出しロール１１から巻き出されたフィルム基材８を、巻取りロール１４に搬送する。図１に示すように、搬送駆動部２１を、例えば巻取りロール１４を回転する回転駆動部２０と兼用することができる。また、例えばロードセルロール１３および成膜ロール１５を回転駆動する回転駆動部（図示は省略）を設け、この回転駆動部により、ロードセルロール１３および成膜ロール１５を回転駆動することで、フィルム基材８を搬送することもできる。
制御部７は、成膜源制御機構２２、搬送部制御機構２３および制御機構２４を含む。成膜源制御機構２２は、成膜源１６を制御することで、成膜源１６が供給する原料の供給量を調整する。図１に示す例では、複数の成膜源１６の各々に対応して、複数の成膜源制御機構２２が設けられている。搬送部制御機構２３は、回転駆動部２０および搬送駆動部２１を制御することで、フィルム基材８が巻取りロール１４に巻き取られる速度、および、フィルム基材８が搬送される速度を制御する。制御機構２４は、成膜源制御機構２２および搬送部制御機構２３を制御することで、成膜部３がフィルム基材８の表面に膜を成膜する成膜速度を制御する。
＜膜厚測定部＞
次に、本実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部について説明する。図２は、実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部の構成を示す図である。なお、図２では、理解を簡単にするために、真空チャンバのチャンバ壁の一部を切り取って図示しており、フィルム基材の一部を切り取って図示している。
図２に示すように、膜厚測定部４は、照射測定部２５および算出部２６を含む。照射測定部２５は、ポンプ光照射部２７、プローブ光照射部２８、強度測定部２９および遅延時間発生部３０を含み、いわゆるポンププローブ法により膜厚を測定する。ポンプ光照射部２７は、フィルム基材８の表面に成膜された膜８ａに、パルスレーザ光からなるポンプ光を、真空チャンバ（成膜室）１の外部からレーザ透過窓１０を透過させて照射する。プローブ光照射部２８は、膜８ａのうちポンプ光が照射された領域に、パルスレーザ光からなるプローブ光を、真空チャンバ１の外部からレーザ透過窓１０を透過させて照射する。すなわち、プローブ光照射部２８は、ポンプ光が照射された膜８ａに、プローブ光を照射する。
強度測定部２９は、照射されたプローブ光が反射された反射光の強度を測定する。具体的には、強度測定部２９は、例えばプローブ光と反射光との差分を測定することで、反射光の強度を測定する。遅延時間発生部３０は、ポンプ光の光路長とプローブ光の光路長との間の差（光路長差）を発生させることで、膜８ａにポンプ光が照射されるタイミング（時点、時刻）と、膜８ａにプローブ光が照射されるタイミング（時点、時刻）との間の遅延時間を発生させる。すなわち、遅延時間発生部３０は、ポンプ光とプローブ光との間の光路長差を発生させることで、ポンプ光とプローブ光との間の遅延時間を発生させる。
なお、ポンプ光とプローブ光との間の遅延時間というときは、ポンプ光が照射されるタイミングよりもプローブ光が照射されるタイミングの方が遅延するものとする。
前述した図１に示したように、搬送部６によりロードセルロール１８とロードセルロール１９との間でフィルム基材８に加えられる張力を調整することで、フィルム基材８が一定の位置を安定して通るように搬送する。そして、フィルム基材８が一定の位置を安定して通るように搬送されている状態で、照射測定部２５は、ポンプ光およびプローブ光を、真空チャンバ１の外部からレーザ透過窓１０を透過させて、その一定の位置における膜８ａに照射する。
なお、レーザ透過窓１０の位置は、図１に示す位置には限定されない。膜８ａにポンプ光およびプローブ光が照射される位置において、フィルム基材８に加えられている張力が安定していて、その位置にポンプ光およびプローブ光が照射されるために適切な位置にレーザ透過窓１０が設置できるのであれば、レーザ透過窓１０の位置は、どこでもよい。
また、前述したように、成膜装置は、真空チャンバを有しておらず、大気中でフィルム基材を搬送し、大気中でフィルム基材の表面に膜を成膜するものでもよい。したがって、膜厚測定部は、フィルム基材の表面に成膜された膜に大気中でポンプ光を照射し、膜のうちポンプ光が照射された領域に大気中でプローブ光を照射し、照射されたプローブ光が反射された反射光の強度を測定することで、膜の膜厚を測定するものでもよい。
図２に示す照射測定部２５には、レーザ３１、集光レンズ３２、例えばＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶からなる非線形光学結晶素子３３、コリメートレンズ３４およびダイクロイックミラー（波長分離ミラー）３５の各光学素子が設けられている。また、図２に示す照射測定部２５には、光路長変更ミラー３６、ミラー３７、音響光学変調素子（Acousto-Optic Modulator：ＡＯＭ）３８、ダイクロイックミラー（波長分離ミラー）３９および集光レンズ４０の各光学素子が設けられている。さらに、図２に示す照射測定部２５には、ハーフミラー４１、ミラー４２ａ、ミラー４２ｂ、受光器４３、偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）４４、例えば四分の一波長板からなる偏光板４５およびミラー４６の各光学素子または受光器が設けられている。
レーザ３１は、ポンプ光およびプローブ光となるパルスレーザ光を出射する。レーザ３１が出射するパルスレーザ光の出力については、特に限定されないが、例えば数Ｗ程度とすることができる。また、レーザ３１が出射するパルスレーザ光のパルス幅については、特に限定されないが、例えば数百ｆｓ程度とすることができる。さらに、レーザ３１が出射するパルスレーザ光の繰り返し周波数については、特に限定されないが、例えば８０ＭＨｚ程度とすることができる。
以下では、レーザ３１として、例えばファイバレーザ、半導体レーザまたはＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザを用いて波長λが１０６４ｎｍであるパルスレーザ光を出射する場合を例として、説明する。しかし、レーザ３１として、上記のレーザに代え、チタンサファイアレーザなど各種のレーザを用いることができる。
また、以下では、パルスレーザ光を単にレーザ光ということがある。
レーザ３１から出射された波長λが１０６４ｎｍであるレーザ光は、前後に集光レンズ３２およびコリメートレンズ３４が配置された非線形光学結晶素子３３に入射される。非線形光学結晶素子３３は、非線形光学結晶素子３３に入射された光の波長を、非線形光学効果を用いて変換する。非線形光学結晶素子３３に入射された波長λが１０６４ｎｍであるレーザ光は、その一部が波長変換される。そのため、非線形光学結晶素子３３を透過したレーザ光は、波長λが１０６４ｎｍである基本波と、波長λが５３２ｎｍである第２高調波（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）とに分けられる。本実施の形態１では、基本波がポンプ光として用いられ、第２高調波がプローブ光として用いられる。すなわち、非線形光学結晶素子３３を透過したレーザ光は、波長λが１０６４ｎｍであるポンプ光と、波長λが５３２ｎｍであるプローブ光とからなる。
ポンプ光とプローブ光とからなるレーザ光は、ダイクロイックミラー３５に入射される。ダイクロイックミラー３５は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する。本実施の形態１では、ダイクロイックミラー３５として、例えば波長λが１０６４ｎｍである光を反射し、その他の波長の光を透過するものを用いることができる。このとき、非線形光学結晶素子３３を透過したレーザ光がダイクロイックミラー３５に入射されると、レーザ光のうち、波長λが１０６４ｎｍであるポンプ光４７は、ダイクロイックミラー３５により反射される。また、レーザ光のうち、波長λが５３２ｎｍであるプローブ光４８は、ダイクロイックミラー３５を透過する。
ダイクロイックミラー３５により反射されたポンプ光４７は、光路長変更ミラー３６に入射される。光路長変更ミラー３６は、ポンプ光４７の光路上に移動可能に設けられており、光路長変更ミラー制御機構３６ａにより光路長変更ミラー３６を移動させることで、ポンプ光４７の光路長を変更することができる。そして、光路長変更ミラー制御機構３６ａにより光路長変更ミラー３６を移動させ、ポンプ光４７の光路長を調整し、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の光路差を発生させることで、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間を発生させる。つまり、光路長変更ミラー３６および光路長変更ミラー制御機構３６ａは、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間を発生させる遅延時間発生部３０として動作する。
なお、本実施の形態１では、光路長変更ミラー３６が、ポンプ光４７の光路上に設けられているが、光路長変更ミラー３６は、ポンプ光４７の光路上に代え、プローブ光４８の光路上に移動可能に設けられていてもよい。このような場合でも、光路長変更ミラー３６を移動させ、プローブ光４８の光路長を調整し、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の光路差を発生させることで、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間を発生させることができる。
また、光路長変更ミラー３６に代え、例えばパルスレーザ光からなるプローブ光を発生させるレーザを、パルスレーザ光からなるポンプ光を発生させるレーザ３１とは別に設けることができる。そして、そのレーザがパルスレーザ光からなるプローブ光を発生させるタイミングを、レーザ３１がパルスレーザ光からなるポンプ光を発生させるタイミングよりも遅延させることで、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間を発生させることができる。
光路長変更ミラー３６により反射されたポンプ光４７は、ミラー３７により反射され、ミラー３７により反射されたポンプ光４７は、ＡＯＭ３８に入射される。ＡＯＭ３８は、ＡＯＭ３８に入射されたポンプ光４７を、非線形光学効果を用いて変調する。例えば、発振器４９により発生した、例えば１ＭＨｚの周波数を有する信号が、ＡＯＭ３８に送られる。そして、ＡＯＭ３８に入射され、繰り返し周波数が例えば８０ＭＨｚであるポンプ光４７は、ＡＯＭ３８により、例えば１ＭＨｚの周波数で振幅変調（強度変調）される。
ＡＯＭ３８により変調されたポンプ光４７は、ダイクロイックミラー（波長分離ミラー）３９に入射される。ダイクロイックミラー３９として、ダイクロイックミラー３５とは異なり、例えば波長λが５３２ｎｍである光を反射し、その他の波長の光を透過するものを用いることができる。このときダイクロイックミラー３９に入射され、波長λが１０６４ｎｍであるポンプ光４７は、ダイクロイックミラー３９を透過する。
ダイクロイックミラー３９を透過したポンプ光４７は、真空チャンバ１の外部からレーザ透過窓１０を透過し、真空チャンバ１の内部に配置されたフィルム基材８の表面に成膜された膜８ａに照射される。本実施の形態１では、ダイクロイックミラー３９とレーザ透過窓１０との間であって、ポンプ光４７の光路上には、集光レンズ４０が設けられており、集光レンズ４０を透過したポンプ光４７は、膜８ａの表面において集光された状態で、膜８ａに照射される。
したがって、レーザ３１、ダイクロイックミラー３５、ＡＯＭ３８、ダイクロイックミラー３９および集光レンズ４０は、フィルム基材８の表面に成膜された膜８ａにポンプ光４７を照射するポンプ光照射部２７として動作する。
膜８ａのうちポンプ光４７が照射された領域では、ポンプ光４７により膜８ａ中の材料（物質）が励起され、例えば超音波振動が発生することで、膜８ａの誘電率が時間に伴って変化する。
前述したように、ポンプ光４７がパルスレーザ光からなるとき、ポンプ光４７は、例えば１２．５ｎｓの繰り返し周期ごとに、例えば１００ｆｓ程度のパルス幅を有するパルス光として照射される。そして、膜８ａのうちポンプ光４７が照射された領域では、例えば１２．５ｎｓの繰り返し周期ごとに、超音波振動が発生し、発生した超音波振動は、例えば数十〜数百ｐｓ程度の時間で減衰する。
また、ポンプ光４７の繰り返し周波数が例えば８０ＭＨｚであり、膜８ａのうちポンプ光４７が照射される領域の直径が例えば５０μｍであって、フィルム基材８の搬送速度が例えば１ｍ／ｓであるとき、膜８ａのうち同一の点には、例えば４０００回照射される。したがって、フィルム基材８が搬送されている状態でも、搬送方向に沿って、連続的に励起することができる。
ポンプ光４７は、一定の繰り返し周期で膜８ａ中の材料（物質）を励起することができるものであればよく、パルスレーザ光に限られない。したがって、ポンプ光４７として、レーザ光以外の例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）光などの各種の光を用いることができる。あるいは、ポンプ光４７として、パルス光以外の例えば連続光などの各種の光を用いることができる。
一方、ダイクロイックミラー３５を透過したプローブ光４８は、ハーフミラー４１に入射される。ハーフミラー４１に入射されたプローブ光４８のうち一部は、ハーフミラー４１により反射され、さらにミラー４２ａおよびミラー４２ｂで反射された後、基準光５０として受光器４３に入射される。
また、ハーフミラー４１に入射されたプローブ光４８のうち残りの部分は、ハーフミラー４１を透過し、ハーフミラー４１を透過したプローブ光４８は、ＰＢＳ４４に入射される。ＰＢＳ４４は、入射された光について、偏光面が互いに直交する２つの偏光成分のうち、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分を反射させることで、この２つの偏光成分を分離する。ここでは、ＰＢＳ４４に入射された光のうち一部が、ＰＢＳ４４を透過する。
ＰＢＳ４４を透過したプローブ光４８は、偏光板４５を透過し、ミラー４６で反射された後、ダイクロイックミラー３９に入射され、波長λが５３２ｎｍであるプローブ光４８は、ダイクロイックミラー３９により反射される。
ダイクロイックミラー３９により反射されたプローブ光４８の光路は、ポンプ光４７の光路と共通の光路ＯＰ１となる。そして、ダイクロイックミラー３９により反射されたプローブ光４８は、真空チャンバ１の外部からレーザ透過窓１０を透過し、真空チャンバ１の内部でフィルム基材８の表面に成膜された膜８ａのうち、ポンプ光４７が照射された領域に照射される。本実施の形態１では、前述したように集光レンズ４０が設けられており、集光レンズ４０を透過したプローブ光４８は、膜８ａの表面において集光された状態で、膜８ａに照射される。また、膜８ａに照射されたプローブ光４８は、膜８ａにより反射される。
したがって、レーザ３１、非線形光学結晶素子３３、ダイクロイックミラー３５、ＰＢＳ４４、ダイクロイックミラー３９および集光レンズ４０は、フィルム基材８の表面に成膜された膜８ａにプローブ光４８を照射するプローブ光照射部２８として動作する。プローブ光照射部２８は、フィルム基材８の表面に成膜された膜８ａのうち、ポンプ光４７が照射された領域にプローブ光４８を照射する。すなわち、プローブ光照射部２８は、ポンプ光４７が照射された膜８ａに、プローブ光４８を照射する。また、プローブ光照射部２８は、プローブ光４８を、ポンプ光４７の光路と共通の光路ＯＰ１を通して、膜８ａに照射する。
プローブ光４８が照射されるタイミングは、ポンプ光４７が照射されるタイミングよりも遅延している。また、前述したように、膜８ａのうちポンプ光４７が照射された領域では、ポンプ光４７により膜８ａ中の材料（物質）が励起され、例えば超音波振動が発生することで、膜８ａの誘電率が時間に伴って変化している。したがって、プローブ光４８が膜８ａにより反射される反射率、すなわち反射光５１の強度は、時間に伴って変化する。すなわち、プローブ光４８（基準光５０）と反射光５１とは、振幅および位相が異なり、プローブ光４８（基準光５０）と反射光５１との間の振幅差および位相差は、時間に伴って変化する。
プローブ光４８は、反射光５１の強度を精度よく測定するため、好適には、パルスレーザ光である。しかし、プローブ光４８として、レーザ光以外の例えばＬＥＤ光などの各種の光を用いることができる。あるいは、プローブ光４８として、パルス光以外の例えば連続光などの各種の光を用いることができる。
膜８ａにより反射された反射光５１は、レーザ透過窓１０を透過し、真空チャンバ１の外部に導かれる。真空チャンバ１の外部に導かれた反射光５１は、集光レンズ４０を通った後、ダイクロイックミラー３９に入射される。ダイクロイックミラー３９に入射された反射光５１は、ダイクロイックミラー３９により反射される。ダイクロイックミラー３９により反射された反射光５１は、ミラー４６で反射された後、ＰＢＳ４４に入射される。ＰＢＳ４４に入射された反射光５１のうち、一部は、ＰＢＳ４４に反射され、受光器４３に入射される。
前述したように、受光器４３に入射された基準光５０（プローブ光４８）と反射光５１とは、振幅および位相が異なる。受光器４３は、この基準光５０と反射光５１との差分を取り出し、取り出した差分を信号として出力する。受光器４３により出力された信号は、ロックインアンプ５２に入力される。ロックインアンプ５２は、受光器４３から入力された信号のうち、例えば前述した発振器４９により発生した信号と同期した成分を抽出することで、反射光５１の強度を測定する。つまり、受光器４３およびロックインアンプ５２は、基準光５０（プローブ光４８）と反射光５１との差分を測定することで、反射光５１の強度を測定する強度測定部２９として動作する。
このようにして受光器４３およびロックインアンプ５２により測定された反射光５１の強度の測定値は、ロックインアンプ５２からパーソナルコンピュータ５３に送られる。
前述したように、遅延時間発生部３０は、ポンプ光４７とプローブ光４８との光路長差を発生させることで、ポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間を発生させる。そして、膜厚測定部４は、遅延時間発生部３０により発生させる遅延時間を変更しながら、ポンプ光照射部２７によるポンプ光４７の照射、プローブ光照射部２８によるプローブ光４８の照射、および、強度測定部２９による反射光５１の強度の測定を繰り返す。パーソナルコンピュータ５３は、各遅延時間に対応した、反射光５１の強度の測定値を含むデータを取得する。パーソナルコンピュータ５３は、このようにして取得したデータを例えば重ね合わせることで、すなわち、取得したデータに基づいて、反射光５１の強度の時間依存性を示すデータを得る。
図３は、反射光の強度の時間依存性を示すデータである。図３において、横軸は、ポンプ光とプローブ光との間の光路長差によって発生させた、ポンプ光とプローブ光との間の遅延時間に対応した時間を示し、縦軸は、反射光の強度に対応した強度を示している。図３に示すように、反射光の強度の時間依存性を示すデータは、振動波形を含む。
パーソナルコンピュータ５３（図２参照）は、このような振動波形を含むデータに対して、例えばフーリエ変換を施すことで、振動波形に含まれる周波数成分を抽出し、反射光の強度の周波数依存性を示すデータ、すなわち、反射光の強度の周波数スペクトルを得る。
図４は、反射光の強度の周波数依存性を示すデータである。図４において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、反射光の強度に対応した強度を示している。図４に示すデータ、すなわち周波数スペクトルでは、膜８ａが振動する振動周波数ｆ１に対応したピークＰＫ１が検出され、ピークＰＫ１以外にも、フィルム基材８が振動する振動周波数ｆ２に対応したピークＰＫ２が検出される。
ここで、膜の弾性定数をＣ（Ｎｍ−２）とし、膜の密度をρ（ｋｇｍ−３）とし、膜の膜厚をｄ（ｍ）とし、膜の振動周波数をｆ（Ｈｚ）とするとき、振動周波数ｆと膜厚ｄとの関係は、下記式（１）
Ｃ＝ρ×（２ｄ×ｆ）２ （１）
で表される。上記式（１）を用いて膜の膜厚ｄを算出するためには、膜の振動周波数ｆを測定するだけでなく、膜の弾性定数Ｃおよび密度ρを予め求めておく必要がある。
本実施の形態１では、フィルム基材８の表面内で、膜８ａの弾性定数Ｃおよび密度ρの変動は少ないと考えられる。そのため、図４において、膜８ａの振動周波数に対応したピークが検出されると予測される周波数の付近で検出されるピークのみを、膜８ａの振動に対応するものと判断することができる。このようにして、膜８ａの振動周波数ｆを決定することができ、上記式（１）を用いて膜８ａの膜厚ｄを算出することができる。
つまり、パーソナルコンピュータ５３は、遅延時間を変更しながら、強度測定部２９により測定された反射光５１の強度の測定値を取得し、取得した測定値に基づいて、膜厚を算出する算出部２６として動作する。
このような構成により、本実施の形態１の成膜装置では、搬送部６により巻出しロール１１から巻き出されたフィルム基材８が成膜ロール１５の表面を通過する際に、フィルム基材８の表面に成膜部３により膜８ａが成膜される。フィルム基材８の表面に成膜された膜８ａには、膜厚測定部４によりポンプ光４７およびプローブ光４８が照射され、照射されたプローブ光４８が膜８ａにより反射された反射光５１の強度が測定され、測定された強度に基づいて、膜８ａの膜厚が測定される。また、膜厚測定部４により膜８ａの膜厚が測定されたフィルム基材８は、搬送部６により巻取りロール１４に巻き取られる。
膜厚測定部４の照射測定部２５および算出部２６により測定された膜厚のデータは、制御部７の制御機構２４に送られる。そして、送られたデータに基づいて、制御機構２４が成膜源制御機構２２および搬送部制御機構２３を制御することで、制御部７は、成膜部３がフィルム基材８の表面に膜８ａを成膜する成膜速度を制御する。つまり、膜厚測定部４により測定された膜厚のデータは、成膜源制御機構２２および搬送部制御機構２３にフィードバックされる。
フィルム基材８の搬送速度が例えば１ｍ／ｓであり、膜厚を測定するための時間が２〜３秒であるとき、この時間の間にフィルム基材８は２〜３ｍ搬送される。したがって、膜厚のデータは、フィルム基材８の搬送方向に沿って、２〜３ｍの範囲における平均値として測定される。
なお、図示は省略するが、レーザ光から作業者を保護するために、ポンプ光、プローブ光および反射光の光路を覆うように、各々の光を透過させない材質からなるカバーを設け、ポンプ光、プローブ光および反射光を外部に対して遮光することは、いうまでもない。
＜可動ミラー部＞
本実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部は、以下に説明するような可動ミラー部を備えていてもよい。可動ミラー部を備えることにより、フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、膜の膜厚を測定することができる。
図５および図６は、実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の構成を示す斜視図である。図５および図６は、ポンプ光およびプローブ光が膜に照射される照射位置が互いに異なる場合について示す図である。なお、図５では、理解を簡単にするために、真空チャンバのチャンバ壁の一部を切り取って図示しており、フィルム基材の一部を切り取って図示しており、レーザ透過窓を取り外した状態を図示している。さらに、図５および図６では、理解を簡単にするために、ポンプ光の光路およびプローブ光の光路を共通の光路ＯＰ１により示している。
図５に示すように、可動ミラー部６０は、回転板６１、レーザ側ミラー６２、真空チャンバ側ミラー６３および走査部６４を含む。可動ミラー部６０は、真空チャンバ１の外部に設けられている。
回転板６１は、方向ＤＲ１１に沿って延伸する軸ＡＸ１を中心として回転可能に設けられている。軸ＡＸ１が延伸する方向ＤＲ１１は、フィルム基材８の表面に交差する方向であり、好適には、フィルム基材８の表面に垂直な方向である。
レーザ側ミラー６２は、回転板６１上であって軸ＡＸ１上に、回転板６１と一体で回転可能に設けられている。すなわち、レーザ側ミラー６２は、軸ＡＸ１上に、軸ＡＸ１を中心として回転可能に設けられている。
ポンプ光４７およびプローブ光４８は、それぞれ照射測定部２５のポンプ光照射部２７およびプローブ光照射部２８により、方向ＤＲ１１に沿って、レーザ側ミラー６２に照射される。そして、レーザ側ミラー６２は、ポンプ光照射部２７により方向ＤＲ１１から照射されたポンプ光４７、および、プローブ光照射部２８により方向ＤＲ１１から照射されたプローブ光４８を、方向ＤＲ１１と異なる方向ＤＲ１２に反射する。
なお、図５および図６では、ポンプ光４７およびプローブ光４８は、軸ＡＸ１に沿ってレーザ側ミラー６２に照射される場合について、示している。
真空チャンバ側ミラー６３は、回転板６１上であって軸ＡＸ１から離れた位置に、回転板６１と一体で回転可能に設けられている。すなわち、真空チャンバ側ミラー６３は、軸ＡＸ１を中心として、レーザ側ミラー６２に対応して回転移動可能に設けられている。真空チャンバ側ミラー６３は、レーザ側ミラー６２により方向ＤＲ１２に反射されたポンプ光４７およびプローブ光４８を、方向ＤＲ１２と異なる方向ＤＲ１３に反射して膜８ａに照射する。
走査部６４は、回転板６１を回転駆動することで、軸ＡＸ１を中心としてレーザ側ミラー６２を回転させる。また、走査部６４は、回転板６１を回転駆動することで、軸ＡＸ１を中心とし、レーザ側ミラー６２に対応して真空チャンバ側ミラー６３を回転移動させる。このようにして、走査部６４は、真空チャンバ側ミラー６３をレーザ側ミラー６２に対応して回転移動させることで、ポンプ光４７およびプローブ光４８が膜８ａに照射される照射位置を、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ１に沿って走査する。
真空チャンバ１のチャンバ壁１ａには、複数のレーザ透過窓１０として、レーザ透過窓１０ａ、レーザ透過窓１０ｂおよびレーザ透過窓１０ｃが設けられている。複数のレーザ透過窓１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、ポンプ光４７およびプローブ光４８が膜８ａに照射される照射位置が、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ１に沿って、互いに異なる複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３に走査できるように、設けられている。複数の小さなレーザ透過窓が設けられる場合、真空チャンバにおけるリークの発生を抑制することができる。
図５および図６に示すように、走査部６４は、真空チャンバ側ミラー６３を回転移動させ、ポンプ光４７およびプローブ光４８を、真空チャンバ１の外部から複数のレーザ透過窓１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれかを透過させて照射する。これにより、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ１に沿った複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の間で走査する。そして、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査しながら、算出部２６（図２参照）により膜厚を算出することで、複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。
軸ＡＸ１が延伸する方向ＤＲ１１は、好適には、フィルム基材８の表面に垂直な方向であり、このとき、複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の各々において、ポンプ光４７およびプローブ光４８の入射角度、光路長を等しくすることができる。しかし、軸ＡＸ１が延伸する方向ＤＲ１１は、フィルム基材８の表面に交差する方向であればよく、フィルム基材８の表面に垂直な方向に限られない。
なお、図５および図６において、レーザ透過窓１０は３つ設けられているが、複数設けられていればよく、３つに限定されない。あるいは、複数の小さなレーザ透過窓に代え、その複数のレーザ透過窓をまとめた１つの大きなレーザ透過窓が設けられてもよい。複数の小さなレーザ透過窓が設けられる場合、真空チャンバにおけるリークの発生を抑制することができる。また、１つの大きなレーザ透過窓が設けられる場合、真空チャンバの部品の点数を少なくすることができる。
＜可動ミラー部を用いた膜厚測定方法＞
このような可動ミラー部を用いることにより、例えば以下のような２つの方法により、複数の位置の各々において、膜厚を測定することができる。
なお、以下の説明において、ポンプ光４７が照射される位置とプローブ光４８が照射される位置とが同一である場合には、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置とは、その同一の位置を示す。また、ポンプ光４７が照射される位置とプローブ光４８が照射される位置とが例えば微小距離離れている場合には、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置とは、ポンプ光４７が照射される位置とプローブ光４８が照射される位置との２つの位置からなる組み合わせを示す。
第１の方法としては、まず、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置をある位置ＭＰ１１（図６参照）に決定する。そして、光路長変更ミラー３６（図２参照）によりポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間を変更しながら反射光５１（図２参照）の強度の測定を繰り返すことで、位置ＭＰ１１における膜８ａの膜厚を算出する。
次いで、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を別の位置ＭＰ１２（図５参照）に決定する。そして、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更しながら反射光５１の強度の測定を繰り返すことで、位置ＭＰ１２における膜８ａの膜厚を算出する。
このようにして、走査部６４により照射位置を走査しながら、算出部２６による膜厚の算出を繰り返すことで、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ１に沿った複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。つまり、走査部６４により照射位置を走査しながら、膜厚測定部４による膜厚の測定を繰り返すことで、複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。
または、第２の方法としては、光路長変更ミラー３６によりポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間をある時間に決定する。そして、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ１に沿った複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の間で走査しながら、その遅延時間における反射光５１の強度を測定する。
次いで、光路長変更ミラー３６により遅延時間を別の時間に決定する。そして、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査しながら、その遅延時間における反射光５１の強度を測定する。
このようにして、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更しながら反射光５１の強度の測定を繰り返すことで、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ１に沿った複数の位置ＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。
走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査するための時間が、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更するための時間よりも長いときは、上記第１の方法を行うことで、測定時間を短縮することができる。一方、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査するための時間が、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更するための時間よりも短いときは、上記第２の方法を行うことで、測定時間を短縮することができる。
なお、図示は省略するが、レーザ光から作業者を保護するために、可動ミラー部についても、全体をカバーなどで遮光することは、いうまでもない。
また、本実施の形態１の成膜装置における膜厚測定部が、可動ミラー部を備えず、フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って単一の位置において、膜の膜厚を測定するものであってもよい。
＜成膜工程中における膜厚測定について＞
上記特許文献１に記載された水晶振動子からなるセンサを用いた膜厚モニタの技術は、基材の表面に成膜された膜の膜厚を直接測定するものではない。したがって、予め、センサによる測定値と、膜厚測定の対象物（測定対象物）である膜の実際の膜厚との比較（較正）を行って補正係数を取得し、膜を成膜する際には、センサによる測定値を、予め取得した補正係数を用いて補正することで膜厚を算出しなくてはならない。このような補正係数は、ツーリングファクターとも呼ばれている。
しかし、上記補正係数（ツーリングファクター）は、真空チャンバ内でセンサが設置される位置、真空チャンバ内における温度分布、または、成膜工程のフローなどの成膜条件により変化する。そのため、例えば成膜条件を変更した場合にも、上記補正係数が変化するため、補正係数を取得して補正をし直さなければならず、測定対象物である膜の膜厚を精度よく測定することは容易ではない。
また、上記水晶振動子からなるセンサを用いた膜厚モニタの技術によれば、膜厚を直接測定するものではないため、基材の表面内で、膜の膜厚分布を直接測定することができない。
さらに、蒸着材料が水晶振動子に付着する量が増加するのに伴って、水晶振動子の共振周波数が低下し、測定値における誤差が大きくなることがある。そのため、水晶振動子の共振周波数が予め決められた下限値よりも低くなったときに、水晶振動子を交換しなくてはならない。
水晶振動子を交換する際は、成膜工程を停止し、内部の温度が例えば数百℃程度になるように加熱されていた真空チャンバを、その内部の温度が常温に低下するまで冷却した後、真空チャンバを大気開放して水晶振動子の交換作業を行う。そして、水晶振動子の交換作業が終了した後、真空チャンバを真空排気し、真空チャンバ内の温度が数百℃程度になるように再び加熱した後、成膜工程を再開する。このため、水晶振動子の交換作業によって成膜工程が停止する時間が長くなり、ロール・トゥ・ロール方式による成膜工程において、タクトタイムが増加し、生産性が低下する。
水晶振動子の交換作業を行う間隔は、成膜源のメンテナンス作業を行う間隔よりも短い。そこで、成膜源のメンテナンス作業に合わせて水晶振動子の交換作業を行えるようにするために、真空チャンバ内に複数の水晶振動子を用意し、必要に応じて交換する交換機構が設けられる場合もある。しかし、このような交換機構が設けられる場合でも、水晶振動子の交換作業によって成膜工程が停止する時間が発生するため、タクトタイムが増加し、生産性が低下する。
一方、上記特許文献２記載のエリプソメータを用いた膜厚モニタの技術によれば、膜厚を直接測定することができる。また、上記エリプソメータを用いた技術では、水晶振動子を使用しないため、水晶振動子の交換作業によって成膜作業が停止することはない。
しかしながら、エリプソメータを用いた技術では、通常、成膜工程が終了した後（オフラインで）、膜が成膜された基材のうち一部について、抜き取りによりオフラインで膜厚を測定することが多い。オフラインで膜厚を測定する場合、膜厚の測定対象物である膜が成膜される時点と、その膜厚の測定結果に基づいて成膜条件へフィードバックする時点との間に、タイムラグ（時間差）が発生してしまう。また、膜が成膜された基材の全てについてオフラインで膜厚を測定する場合、測定に要する時間が増加し、膜が成膜される時点と、成膜条件へフィードバックする時点との間のタイムラグ（時間差）がさらに長くなる。すなわち、基材の一部について抜き取りにより検査を行う場合でも、基材の全てについて検査を行う場合でも、ロール・トゥ・ロール方式による成膜工程において、タクトタイムが増加し、生産性が低下する。
また、エリプソメータを用いた技術では、例えば直線偏光からなる光が、膜の表面、すなわち、基材の表面に斜めに入射される。そのため、平面視において、光を入射する入射部と、反射光を検出する検出部とを、膜のうち光が入射される領域を挟んで対向するように配置する必要があり、膜厚測定部の設置面積が大きくなってしまう。
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
一方、本実施の形態１の成膜装置は、ロール・トゥ・ロール方式を用いてフィルム基材の表面に膜を成膜する成膜装置であって、成膜工程中に、膜厚測定部によりポンププローブ法を用いて膜厚を測定する。膜厚測定部は、フィルム基材の表面に成膜された膜にポンプ光およびプローブ光を照射し、照射されたプローブ光が反射された反射光の強度を測定し、測定された強度に基づいて、膜の膜厚を測定する。
本実施の形態１によれば、成膜工程中に（インラインで）、膜厚を直接測定することができる。そのため、水晶振動子からなるセンサを用いた膜厚モニタの技術と異なり、成膜条件を変更した場合に、センサによる測定値を予め取得した補正係数を用いて補正する必要がない。これにより、測定対象物である膜の膜厚を直接精度よく測定することができるので、膜厚変化の有無について、および、成膜源の状態の変化について、正確にモニタリングすることができる。
また、本実施の形態１によれば、成膜工程中に（インラインで）、膜厚を直接測定することができるので、フィルム基材の表面内で、膜の膜厚分布を直接測定することができる。例えば前述した可動ミラー部を設けることで、フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、膜の膜厚を測定することができる。これにより、フィルム基材の表面内で、直接精度よく膜厚の分布を測定することができ、膜厚分布の変化の有無について、および、各成膜源の状態の変化について、さらに正確にモニタリングすることができる。
さらに、本実施の形態１によれば、水晶振動子を用いていないため、水晶振動子の交換作業を行う必要がない。このため、水晶振動子の交換作業によって成膜工程が停止する時間が長くなることがなく、水晶振動子からなるセンサを用いた膜厚モニタの技術に比べ、ロール・トゥ・ロール方式による成膜工程において、タクトタイムを低減し、生産性を向上させることができる。
また、前述したように、真空チャンバ内に複数の水晶振動子を用意し、必要に応じて交換する交換機構が設けられる場合でも、水晶振動子の交換作業によって成膜作業が停止する時間が発生する。そのため、本実施の形態１によれば、複数の水晶振動子を交換する交換機構が設けられる場合に比べても、ロール・トゥ・ロール方式による成膜工程において、タクトタイムを低減し、生産性を向上させることができる。
一方、本実施の形態１によれば、膜を成膜した後、巻取りロールにフィルム基材を巻き取る前に、フィルム基材を搬送しながら、膜厚を測定する。そのため、成膜工程が終了した後（オフラインで）、抜き取りにより膜厚を測定する場合に比べ、膜が成膜される時点と、膜厚の測定結果に基づいて成膜条件へフィードバックする時点との間に、タイムラグ（時間差）が発生しない。また、膜が成膜されたフィルム基材の全てについて膜厚を測定する場合でも、膜厚測定に要する時間が増加すること、および、膜が成膜される時点と、成膜条件へフィードバックする時点との間のタイムラグ（時間差）が長くなることを、防止または抑制することができる。したがって、本実施の形態１によれば、ロール・トゥ・ロール方式による成膜工程において、膜が成膜されたフィルム基材の全てについて膜厚を測定しつつ、タクトタイムを低減し、生産性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態１によれば、エリプソメータを用いた場合のように、平面視において、光を入射する入射部と、反射光を検出する検出部とを、膜のうち光が入射される領域を挟んで対向するように配置する必要がない。そのため、エリプソメータを用いた技術に比べ、膜厚測定部の設置面積を小さくすることができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の成膜装置について説明する。実施の形態１の成膜装置では、可動ミラー部における真空チャンバ側ミラーは、レーザ側ミラーを中心として回転移動可能に設けられていた。それに対して、本実施の形態２の成膜装置では、可動ミラー部における真空チャンバ側ミラーが複数設けられており、その複数の真空チャンバ側ミラーが、フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って、互いに異なる位置に設けられている。したがって、本実施の形態２の成膜装置のうち、可動ミラー部以外の各部分については、実施の形態１の成膜装置における各部分と同一であり、その説明を省略する。
＜可動ミラー部＞
図７は、実施の形態２の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の構成を示す斜視図である。なお、図７では、理解を簡単にするために、真空チャンバのチャンバ壁の一部を切り取って図示しており、フィルム基材の一部を切り取って図示しており、レーザ透過窓を取り外した状態を図示している。また、図７では、ポンプ光の光路およびプローブ光の光路を共通の光路ＯＰ１により示している。
図７に示すように、可動ミラー部６０ａは、レーザ側ミラー６２ａ、複数の真空チャンバ側ミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび走査部６４を含む。可動ミラー部６０ａは、真空チャンバ１の外部に設けられている。
レーザ側ミラー６２ａは、方向ＤＲ２１に沿って延伸する軸ＡＸ２上に、軸ＡＸ２を中心として回転可能に設けられている。軸ＡＸ２が延伸する方向ＤＲ２１は、フィルム基材８の表面に交差する方向であり、好適には、フィルム基材８の表面に垂直な方向である。
レーザ側ミラー６２ａとして、ポリゴンミラーまたはガルバノミラーなどを用いることができる。図７では、レーザ側ミラー６２ａとして、ポリゴンミラーを用いた例について示している。
ポンプ光４７およびプローブ光４８は、それぞれ照射測定部２５のポンプ光照射部２７およびプローブ光照射部２８により、方向ＤＲ２２に沿って、レーザ側ミラー６２ａに照射される。そして、レーザ側ミラー６２ａは、ポンプ光照射部２７により方向ＤＲ２２から照射されたポンプ光４７、および、プローブ光照射部２８により方向ＤＲ２２から照射されたプローブ光４８を、方向ＤＲ２２と異なる方向ＤＲ２３に反射する。
複数の真空チャンバ側ミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、軸ＡＸ２に交差する面を面ＰＬＮ１とするとき、面ＰＬＮ１の面内で、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に平行な方向に沿って、互いに異なる位置に設けられている。面ＰＬＮ１は、軸ＡＸ２に交差する面であるが、好適には、軸ＡＸ２に垂直な面（フィルム基材８の表面に平行な面）である。複数の真空チャンバ側ミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃの各々は、レーザ側ミラー６２ａにより反射されたポンプ光４７およびプローブ光４８が照射されたときに、照射されたポンプ光４７およびプローブ光４８を、方向ＤＲ２３と異なる方向ＤＲ２４に反射して膜８ａに照射する。
走査部６４は、レーザ側ミラー６２ａを回転駆動することで、ポンプ光４７およびプローブ光４８が膜８ａに照射される照射位置を、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿って、複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の間で走査する。
真空チャンバ１のチャンバ壁１ａには、実施の形態１と同様に、複数のレーザ透過窓１０として、レーザ透過窓１０ｄ、レーザ透過窓１０ｅおよびレーザ透過窓１０ｆが設けられている。複数のレーザ透過窓１０ｄ、１０ｅ、１０ｆは、ポンプ光４７およびプローブ光４８が膜８ａに照射される照射位置が、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿って、互いに異なる複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３に走査できるように、設けられている。複数の小さなレーザ透過窓が設けられる場合、真空チャンバにおけるリークの発生を抑制することができる。
図７に示すように、走査部６４は、レーザ側ミラー６２ａを回転させ、ポンプ光４７およびプローブ光４８を、真空チャンバ１の外部から複数のレーザ透過窓１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのいずれかを透過させて照射する。このとき、プローブ光４８は、複数の真空チャンバ側ミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃのうち、ポンプ光４７を反射した真空チャンバ側ミラーと同一の真空チャンバ側ミラーにより反射される。これにより、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿った複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の間で走査する。そして、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査しながら、算出部２６（図２参照）により膜厚を算出することで、複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。
なお、図７において、真空チャンバ側ミラーは、３つ設けられているが、複数設けられていればよく、３つに限定されない。あるいは、複数の真空チャンバ側ミラーに代え、その複数の小さな真空チャンバ側ミラーをまとめた１つの大きな真空チャンバ側ミラーが設けられていてもよい。一方、図７において、レーザ透過窓１０は３つ設けられているが、複数設けられていればよく、３つに限定されない。あるいは、複数の小さなレーザ透過窓に代え、その複数の小さなレーザ透過窓をまとめた１つの大きなレーザ透過窓が設けられてもよい。
＜可動ミラー部の変形例＞
次に、可動ミラー部の変形例について説明する。図８は、実施の形態２の成膜装置における膜厚測定部に備えられた可動ミラー部の変形例の構成を示す斜視図である。なお、図８では、理解を簡単にするために、真空チャンバのチャンバ壁の一部を切り取って図示しており、フィルム基材の一部を切り取って図示しており、レーザ透過窓を取り外した状態を図示している。また、図８では、ポンプ光の光路およびプローブ光の光路を共通の光路ＯＰ１により示している。
また、図８に示す可動ミラー部６０ｂのうち、真空チャンバ側ミラー６３ｄおよびレーザ透過窓１０ｇ以外の部分については、図７に示す可動ミラー部６０ａにおける各部分と同一であり、その説明を省略する。
図８に示す真空チャンバ側ミラー６３ｄは、図７に示す複数の小さな真空チャンバ側ミラー６３ａ、６３ｂ、６３ｃをまとめた１つの大きな真空チャンバ側ミラーである。すなわち、図８に示す真空チャンバ側ミラー６３ｄは、前述したように、軸ＡＸ２に交差する面を面ＰＬＮ１とするとき、面ＰＬＮ１の面内で、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿って延伸しており、一体として設けられている。前述したように、面ＰＬＮ１は、軸ＡＸ２に交差する面であるが、好適には、軸ＡＸ２に垂直な面（フィルム基材８の表面に平行な面）である。真空チャンバ側ミラー６３ｄは、レーザ側ミラー６２ａにより反射されたポンプ光４７およびプローブ光４８を、方向ＤＲ２３と異なる方向ＤＲ２４に反射して膜８ａに照射する。
図８に示すレーザ透過窓１０ｇは、図７に示す複数の小さなレーザ透過窓１０ｄ、１０ｅ、１０ｆをまとめた１つの大きなレーザ透過窓である。図８に示すレーザ透過窓１０ｇは、ポンプ光４７およびプローブ光４８が膜８ａに照射される照射位置が、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿って、互いに異なる複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３に走査できるように、一体として設けられている。１つの大きなレーザ透過窓が設けられる場合、真空チャンバの部品の点数を少なくすることができる。
＜可動ミラー部を用いた膜厚測定方法＞
本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、このような可動ミラー部を用いることにより、例えば以下のような２つの方法により、複数の位置の各々において、膜厚を測定することができる。
なお、以下の説明において、ポンプ光４７が照射される位置とプローブ光４８が照射される位置とが同一である場合には、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置とは、その同一の位置を示す。また、ポンプ光４７が照射される位置とプローブ光４８が照射される位置とが例えば微小距離離れている場合には、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置とは、ポンプ光４７が照射される位置とプローブ光４８が照射される位置との２つの位置からなる組み合わせを示す。
第１の方法としては、まず、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置をある位置ＭＰ２１に決定する。そして、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更しながら反射光５１の強度の測定を繰り返すことで、位置ＭＰ２１における膜８ａの膜厚を算出する。
次いで、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を別の位置ＭＰ２２に決定する。そして、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更しながら反射光５１の強度の測定を繰り返すことで、位置ＭＰ２２における膜８ａの膜厚を算出する。
このようにして、走査部６４により照射位置を走査しながら、算出部２６による膜厚の算出を繰り返すことで、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿った複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。つまり、走査部６４により照射位置を走査しながら、膜厚測定部４による膜厚の測定を繰り返すことで、複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。
または、第２の方法としては、光路長変更ミラー３６によりポンプ光４７とプローブ光４８との間の遅延時間をある時間に決定する。そして、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿った複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の間で走査しながら、その遅延時間における反射光５１の強度を測定する。
次いで、光路長変更ミラー３６により遅延時間を別の時間に決定する。そして、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査しながら、その遅延時間における反射光５１の強度を測定する。
このようにして、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更しながら反射光５１の強度の測定を繰り返すことで、フィルム基材８の搬送方向ＴＲＤに交差する方向ＣＲＤ２に沿った複数の位置ＭＰ２１、ＭＰ２２、ＭＰ２３の各々において、膜８ａの膜厚を測定する。
走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査するための時間が、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更するための時間よりも長いときは、上記第１の方法を行うことで、測定時間を短縮することができる。一方、走査部６４によりポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査するための時間が、光路長変更ミラー３６により遅延時間を変更するための時間よりも短いときは、上記第２の方法を行うことで、測定時間を短縮することができる。
また、例えばレーザ側ミラー６２ａとしてポリゴンミラーを用いるときは、ポリゴンミラーを高速で回転させることで、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査するための時間を、遅延時間を変更するための時間よりも短くすることができる。また、レーザ側ミラー６２ａとしてガルバノミラーを用いるときは、ガルバノミラーを高速で振動させることで、ポンプ光４７およびプローブ光４８の照射位置を走査するための時間を、遅延時間を変更するための時間よりも短くすることができる。これらの場合には、前述した第２の方法を行うことで、測定時間を短縮することができる。
なお、図示は省略するが、レーザ光から作業者を保護するために、可動ミラー部についても、全体をカバーなどで遮光することは、いうまでもない。
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態２の成膜装置も、実施の形態１の成膜装置と同様に、成膜工程中に（インラインで）、膜の膜厚を直接精度よく測定することができるので、膜厚変化の有無について、および、成膜源の状態の変化について、正確にモニタリングすることができる。
また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、可動ミラー部を設けることで、フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、膜の膜厚を測定することができる。これにより、基材の表面内で、直接精度よく膜厚の分布を測定することができ、膜厚分布の変化の有無について、および、各成膜源の状態の変化について、さらに正確にモニタリングすることができる。
また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、水晶振動子からなるセンサを用いた膜厚モニタの技術に比べ、ロール・トゥ・ロール方式による成膜工程において、タクトタイムを低減し、生産性を向上させることができる。
一方、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、膜が成膜されたフィルム基材の全てについて膜厚を測定しつつ、タクトタイムを低減し、生産性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態２の成膜装置では、可動ミラー部において、真空チャンバ側ミラーを回転移動させる必要がない。また、本実施の形態２では、可動ミラー部において、レーザ側ミラーとしてポリゴンミラーまたはガルバノミラーを用いるときは、走査部によりポンプ光およびプローブ光の照射位置を走査するための時間を短くすることができる。そのため、実施の形態１の成膜装置に比べ、膜厚の測定時間をさらに短縮することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、成膜装置および成膜方法に適用して有効である。
１ 真空チャンバ（成膜室）
１ａ チャンバ壁（壁部）
２ 巻出し部
３ 成膜部
４ 膜厚測定部
５ 巻取り部
６ 搬送部
７ 制御部
８ フィルム基材
８ａ 膜
９ レーザ光
１０、１０ａ〜１０ｇ レーザ透過窓（窓部）
１１ 巻出しロール
１２ ガイドロール
１３、１７〜１９ ロードセルロール
１４ 巻取りロール
１５ 成膜ロール
１６ 成膜源
２０ 回転駆動部
２１ 搬送駆動部
２２ 成膜源制御機構
２３ 搬送部制御機構
２４ 制御機構
２５ 照射測定部
２６ 算出部
２７ ポンプ光照射部
２８ プローブ光照射部
２９ 強度測定部
３０ 遅延時間発生部
３１ レーザ
３２、４０ 集光レンズ
３３ 非線形光学結晶素子
３４ コリメートレンズ
３５、３９ ダイクロイックミラー（波長分離ミラー）
３６ 光路長変更ミラー
３６ａ 光路長変更ミラー制御機構
３７、４２ａ、４２ｂ、４６ ミラー
３８ 音響光学変調素子（ＡＯＭ）
４１ ハーフミラー
４３ 受光器
４４ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
４５ 偏光板
４７ ポンプ光
４８ プローブ光
４９ 発振器
５０ 基準光
５１ 反射光
５２ ロックインアンプ
５３ パーソナルコンピュータ
６０、６０ａ、６０ｂ 可動ミラー部
６１ 回転板
６２、６２ａ レーザ側ミラー
６３、６３ａ〜６３ｄ 真空チャンバ側ミラー
６４ 走査部
ＡＸ１、ＡＸ２ 軸
ＣＲＤ１、ＣＲＤ２、ＤＲ１１〜ＤＲ１３、ＤＲ２１〜ＤＲ２４ 方向
ＭＰ１１〜ＭＰ１３、ＭＰ２１〜ＭＰ２３ 位置
ＯＰ１ 光路
ＰＬＮ１ 面
ＴＲＤ 搬送方向

Claims (14)

  1. フィルム基材が巻かれた第１ロールを含み、前記第１ロールから前記フィルム基材が巻き出される巻出し部と、
    前記第１ロールから巻き出された前記フィルム基材の表面に膜を成膜する成膜部と、
    前記成膜部により前記フィルム基材の前記表面に成膜された前記膜にポンプ光およびプローブ光を照射し、照射された前記プローブ光が前記膜により反射された反射光の強度を測定し、測定された前記強度に基づいて、前記膜の膜厚を測定する膜厚測定部と、
    第２ロールを含み、前記膜厚測定部により前記膜厚が測定された前記フィルム基材を前記第２ロールに巻き取る巻取り部と、
    を有する、成膜装置。
  2. 請求項１記載の成膜装置において、
    前記膜厚測定部は、
    前記膜に前記ポンプ光を照射するポンプ光照射部と、
    前記ポンプ光が照射された前記膜に、前記プローブ光を照射するプローブ光照射部と、
    照射された前記プローブ光が前記膜により反射された前記反射光の強度を測定する強度測定部と、
    前記ポンプ光と前記プローブ光との間の遅延時間を発生させる遅延時間発生部と、
    前記膜厚を算出する算出部と、
    を含み、
    前記膜厚測定部は、前記遅延時間発生部により発生させる前記遅延時間を変更しながら、前記ポンプ光照射部による前記ポンプ光の照射と、前記プローブ光照射部による前記プローブ光の照射と、前記強度測定部による前記反射光の強度の測定とを繰り返し、前記強度測定部により測定された前記強度に基づいて、前記算出部により前記膜厚を算出することで、前記膜厚を測定する、成膜装置。
  3. 請求項２記載の成膜装置において、
    前記プローブ光照射部は、前記プローブ光を、前記ポンプ光の光路と共通の光路を通して、前記膜に照射し、
    前記膜厚測定部は、
    前記フィルム基材の前記表面に交差する第１方向に沿って延伸する第１軸上に、前記第１軸を中心として回転可能に設けられ、前記共通の光路を通して照射された前記ポンプ光および前記プローブ光を反射する第１ミラーと、
    前記第１軸を中心として前記第１ミラーに対応して回転移動可能に設けられ、前記第１ミラーにより反射された前記ポンプ光および前記プローブ光を反射して前記膜に照射する第２ミラーと、
    前記第２ミラーを前記第１ミラーに対応して回転移動させることで、前記ポンプ光および前記プローブ光が前記膜に照射される照射位置を、前記表面内で、前記フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って走査する走査部と、
    を含み、
    前記走査部により前記照射位置を走査しながら、前記膜厚測定部による前記膜厚の測定を繰り返すことで、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、前記膜厚を測定する、成膜装置。
  4. 請求項２記載の成膜装置において、
    前記プローブ光照射部は、前記プローブ光を、前記ポンプ光の光路と共通の光路を通して、前記膜に照射し、
    前記膜厚測定部は、
    前記フィルム基材の前記表面に交差する第１方向に沿って延伸する第１軸上に、前記第１軸を中心として回転可能に設けられ、前記共通の光路を通して照射された前記ポンプ光および前記プローブ光を反射する第１ミラーと、
    前記第１軸に交差する第１面内で、前記フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って、互いに異なる位置に設けられ、前記第１ミラーにより反射された前記ポンプ光および前記プローブ光が照射されたときに、照射された前記ポンプ光および前記プローブ光を反射して前記膜に照射する複数の第２ミラーと、
    前記第１ミラーを回転させることで、前記ポンプ光および前記プローブ光が前記膜に照射される照射位置を、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿って走査する走査部と、
    を含み、
    前記走査部により前記照射位置を走査しながら、前記膜厚測定部による前記膜厚の測定を繰り返すことで、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、前記膜厚を測定する、成膜装置。
  5. 請求項２記載の成膜装置において、
    前記プローブ光照射部は、前記プローブ光を、前記ポンプ光の光路と共通の光路を通して、前記膜に照射し、
    前記膜厚測定部は、
    前記フィルム基材の前記表面に交差する第１方向に沿って延伸する第１軸上に、前記第１軸を中心として回転可能に設けられ、前記共通の光路を通して照射された前記ポンプ光および前記プローブ光を反射する第１ミラーと、
    前記第１軸に交差する第１面内で、前記フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って延伸するように設けられ、前記第１ミラーにより反射された前記ポンプ光および前記プローブ光を反射して前記膜に照射する第２ミラーと、
    前記第１ミラーを回転させることで、前記ポンプ光および前記プローブ光が前記膜に照射される照射位置を、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿って走査する走査部と、
    を含み、
    前記走査部により前記照射位置を走査しながら、前記膜厚測定部による前記膜厚の測定を繰り返すことで、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、前記膜厚を測定する、成膜装置。
  6. 請求項１記載の成膜装置において、
    気密に設けられた成膜室と、
    前記成膜室の壁部に設けられ、前記ポンプ光および前記プローブ光が透過可能な窓部と、
    を含み、
    前記第１ロールは、前記成膜室の内部に設けられており、
    前記成膜部は、前記成膜室の内部で、前記表面に前記膜を成膜し、
    前記膜厚測定部は、前記ポンプ光および前記プローブ光を、前記成膜室の外部から前記窓部を透過させて照射し、前記窓部を透過して前記成膜室の外部に導かれた前記反射光の強度を測定し、測定された前記強度に基づいて、前記膜厚を測定し、
    前記第２ロールは、前記成膜室の内部に設けられている、成膜装置。
  7. 請求項１記載の成膜装置において、
    前記ポンプ光はパルスレーザ光からなり、
    前記プローブ光はパルスレーザ光からなる、成膜装置。
  8. （ａ）フィルム基材が巻かれた第１ロールから前記フィルム基材を巻き出す工程、
    （ｂ）前記第１ロールから巻き出された前記フィルム基材の表面に膜を成膜する工程、
    （ｃ）前記フィルム基材の前記表面に成膜された前記膜にポンプ光およびプローブ光を照射し、照射された前記プローブ光が前記膜により反射された反射光の強度を測定し、測定された前記強度に基づいて、前記膜の膜厚を測定する工程、
    （ｄ）前記膜厚が測定された前記フィルム基材を第２ロールに巻き取る工程、
    を有する、成膜方法。
  9. 請求項８記載の成膜方法であって、
    前記（ｃ）工程は、
    （ｃ１）ポンプ光照射部により、前記膜に前記ポンプ光を照射する工程、
    （ｃ２）前記ポンプ光が照射された前記膜に、プローブ光照射部により、前記プローブ光を照射する工程、
    （ｃ３）照射された前記プローブ光が前記膜により反射された前記反射光の強度を、強度測定部により測定する工程、
    を含み、
    前記（ｃ）工程において、前記ポンプ光と前記プローブ光との間の遅延時間を変更しながら、前記（ｃ１）工程と、前記（ｃ２）工程と、前記（ｃ３）工程とを繰り返し、前記強度測定部により測定された前記強度に基づいて、前記膜厚を算出することで、前記膜厚を測定する、成膜方法。
  10. 請求項９記載の成膜方法であって、
    前記（ｃ１）工程において、前記ポンプ光照射部により照射された前記ポンプ光を、前記フィルム基材の前記表面に交差する第１方向に沿って延伸する第１軸上に、前記第１軸を中心として回転可能に設けられた第１ミラーにより反射し、前記第１ミラーにより反射された前記ポンプ光を、前記第１軸を中心として前記第１ミラーに対応して回転移動可能に設けられた第２ミラーにより反射して前記膜に照射し、
    前記（ｃ２）工程において、前記プローブ光照射部により、前記ポンプ光の光路と共通の光路を通して照射された前記プローブ光を、前記第１ミラーにより反射し、前記第１ミラーにより反射された前記プローブ光を、前記第２ミラーにより反射して前記膜に照射し、
    走査部により前記第２ミラーを前記第１ミラーに対応して回転移動させ、前記ポンプ光および前記プローブ光が前記膜に照射される照射位置を、前記表面内で、前記フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って走査しながら、前記（ｃ）工程を繰り返すことで、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、前記膜厚を測定する、成膜方法。
  11. 請求項９記載の成膜方法であって、
    前記（ｃ１）工程において、前記ポンプ光照射部により照射された前記ポンプ光を、前記フィルム基材の前記表面に交差する第１方向に沿って延伸する第１軸上に、前記第１軸を中心として回転可能に設けられた第１ミラーにより反射し、前記第１ミラーにより反射された前記ポンプ光を、前記第１軸に交差する第１面内で、前記フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って、互いに異なる位置に設けられた複数の第２ミラーのうちいずれかの第２ミラーにより反射して前記膜に照射し、
    前記（ｃ２）工程において、前記プローブ光照射部により、前記ポンプ光の光路と共通の光路を通して照射された前記プローブ光を、前記第１ミラーにより反射し、前記第１ミラーにより反射された前記プローブ光を、前記複数の第２ミラーのうち前記ポンプ光を反射した第２ミラーと同一の第２ミラーにより反射して前記膜に照射し、
    走査部により前記第１ミラーを回転させ、前記ポンプ光および前記プローブ光が前記膜に照射される照射位置を、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿って走査しながら、前記（ｃ）工程を繰り返すことで、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、前記膜厚を測定する、成膜方法。
  12. 請求項９記載の成膜方法であって、
    前記（ｃ１）工程において、前記ポンプ光照射部により照射された前記ポンプ光を、前記フィルム基材の前記表面に交差する第１方向に沿って延伸する第１軸上に、前記第１軸を中心として回転可能に設けられた第１ミラーにより反射し、前記第１ミラーにより反射された前記ポンプ光を、前記第１軸に交差する第１面内で、前記フィルム基材の搬送方向に交差する方向に沿って延伸するように設けられた第２ミラーにより反射して前記膜に照射し、
    前記（ｃ２）工程において、前記プローブ光照射部により、前記ポンプ光の光路と共通の光路を通して照射された前記プローブ光を、前記第１ミラーにより反射し、前記第１ミラーにより反射された前記プローブ光を、前記第２ミラーにより反射して前記膜に照射し、
    走査部により前記第１ミラーを回転させ、前記ポンプ光および前記プローブ光が前記膜に照射される照射位置を、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿って走査しながら、前記（ｃ）工程を繰り返すことで、前記表面内で、前記搬送方向に交差する方向に沿った複数の位置の各々において、前記膜厚を測定する、成膜方法。
  13. 請求項８記載の成膜方法であって、
    前記（ａ）工程において、気密に設けられた成膜室の内部に設けられた前記第１ロールから前記フィルム基材を巻き出し、
    前記（ｂ）工程において、前記成膜室の内部で、前記表面に前記膜を成膜し、
    前記（ｃ）工程において、前記ポンプ光および前記プローブ光を、前記成膜室の外部から、前記成膜室の壁部に設けられ、前記ポンプ光および前記プローブ光が透過可能な窓部を透過させて照射し、前記窓部を透過して前記成膜室の外部に導かれた前記反射光の強度を測定し、測定された前記強度に基づいて、前記膜厚を測定し、
    前記（ｄ）工程において、前記フィルム基材を、前記成膜室の内部に設けられた前記第２ロールに巻き取る、成膜方法。
  14. 請求項８記載の成膜方法であって、
    前記ポンプ光はパルスレーザ光からなり、
    前記プローブ光はパルスレーザ光からなる、成膜方法。
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