JP2016125121A - 多層光学膜の膜厚制御方法、多層光学膜の製造方法および多層光学膜のスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層光学膜を成膜する際、各々の光学膜に対して、基材の長さ方向及び幅方向の膜厚を目標値に近づける膜厚制御方法の提供。
【解決手段】光学膜各々の膜厚の組み合わせが割り振られた多層光学膜の理論上の光学特性値群を回帰分析して得られた、光学膜の膜厚と多層光学膜の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備する工程、製造パラメータの変更量と光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備する工程、成膜された多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値を測定し実測値を求める工程、実測値を回帰式に当てはめ推定膜厚偏差量を幅方向の複数箇所について算出する工程、推定膜厚偏差量をモデル式に当てはめ光学膜各々の膜厚偏差量を各々０に近付けるのに必要な幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出する工程、調整量に基づいて製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更する工程を含む多層光学膜の膜厚の制御方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、多層光学膜の膜厚制御方法、多層光学膜の製造方法および多層光学膜のスパッタ装置に関する。

多層光学膜は複数の光学膜が積層された膜である。多層光学膜は基材に複数の光学膜を順次成膜して製造される。多層光学膜を成膜する際、常に各光学膜を目標の厚さで成膜できるとは限らない。そのため各光学膜の製造パラメータを適宜調整しながら成膜を行なう必要がある。そこで、既に成膜の完了した多層光学膜の光学特性を利用して製造パラメータを調整する手法が特許文献１（WO 2011/046050）に開示されている。

特許文献１では、長尺フィルム上に第１透明層（高屈折率層）、第２透明層（低屈折率層）、透明導電層の３つの層を順次成膜している。成膜済の多層光学膜の分光反射率を測定し、目標の分光反射率との差が小さくなるように、第２透明層のスパッタ条件を制御する。それにより第２透明層の膜厚を変更して、多層光学膜の分光反射率の変化を見る。第２透明層の膜厚を変更する理由は第２透明層の膜厚の調整が最も容易であるからとされている。

多層光学膜が３層程度であれば、特定の１層のみの膜厚を変更して、実際の分光反射率と目標の分光反射率の差を小さくすることが可能かもしれない。その場合でも、もし他の２層の膜厚が目標の膜厚と異なっていることが原因で実際の分光反射率と目標の分光反射率の差が生じていたとすると、本来変更すべきでない層の膜厚を変更することになり、適切な調整にはならない。さらに多層光学膜の層数が多くなると、特定の１層の膜厚を変更するだけで実際の分光反射率と目標の分光反射率の差を小さくすることは現実的でなくなる。従って特定の層の膜厚のみを変更するという特許文献１の手法には限界がある。

多層光学膜を形成する基材の幅が広くなると、各光学膜の幅方向の膜厚のばらつきも無視できなくなる。しかし本願発明者の知る限り、幅方向の膜厚のばらつきをどのようにして低減するか詳細に記載した文献はない。しかし現実には光学膜の幅方向の膜厚のばらつきが量産上の大きな問題となっている。

ＷＯ ２０１１／０４６０５０号公報

本発明の目的は、多層光学膜を成膜する際、各々の光学膜に対して、基材の長さ方向（基材の走行方向）および幅方向（走行方向に直交する方向）の膜厚を目標値に近づけることが可能な膜厚制御方法を実現することである。そして更に当該制御方法を用いた多層光学膜の製造方法、および当該制御方法を用いたスパッタ装置を実現することである。

本願発明者は回帰分析を駆使して各々の光学膜の膜厚偏差を推定する方法、およびそれを応用して幅方向の膜厚のばらつきを低減する方法を考え、本発明の多層光学膜の膜厚制御方法、多層光学膜の製造方法および多層光学膜のスパッタ装置を完成した。

［多層光学膜の膜厚制御方法］
（１）本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は、複数の光学膜が積層されてなる多層光学膜を成膜装置を用いて成膜する際に、光学膜各々の膜厚を制御する膜厚制御方法である。本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は次のステップを含む。
・光学膜各々の膜厚の組み合わせが所定範囲内で網羅的に割り振られた多層光学膜の理論上の光学特性値群を回帰分析して得られる、光学膜各々の膜厚と多層光学膜の理論上の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備するステップ。
・成膜装置について、光学膜各々の成膜に用いる製造パラメータの変更量と当該光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備するステップ。
・成膜された多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値を測定し、その実測値を求めるステップ。
・実測値を回帰式に当てはめて、光学膜各々の基準膜厚からの推定膜厚偏差量を幅方向の複数箇所について算出するステップ。
・推定膜厚偏差量をモデル式に当てはめて、光学膜各々の幅方向の複数箇所の膜厚偏差量をそれぞれ０に近付けるために必要な幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出するステップ。
・調整量に基づいて製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更するステップ。

（２）本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は、光学膜各々の製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更することにより、あるタイムラグをおいて、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加する場合、膜厚の変化した光学膜に対応する回帰式を用いて計算された特性値の予測値と、実測値の差が、回帰式により計算された想定範囲内であることを確認するステップを含む。

（３）本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は、多層光学膜の光学特性値として、多層光学膜の反射光の明度または色座標あるいはその両者を用いる。

（４）本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は多層光学膜を成膜する際にスパッタ法を用いる。

（５）本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は多層光学膜を成膜する際に変更する製造パラメータとしてプラズマ発光強度を用いる。

（６）本発明の多層光学膜の膜厚制御方法において、多層光学膜は透明導電膜、光触媒膜、ガスバリア膜、光干渉膜のいずれかである。

［多層光学膜の製造方法］
（７）本発明の多層光学膜の製造方法は、複数の光学膜が積層されてなる多層光学膜を成膜装置を用いて成膜する方法であって、次のステップを含む。
・光学膜各々の膜厚の組み合わせが所定範囲内で網羅的に割り振られた多層光学膜の理論上の光学特性値群を回帰分析して得られる、光学膜各々の膜厚と多層光学膜の理論上の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備するステップ。
・成膜装置について、光学膜各々の成膜に用いる製造パラメータの変更量と当該光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備するステップ。
・主面を有する基材を準備するステップ。
・基材の主面上に複数の光学膜を順次成膜し多層光学膜を形成するステップ。
・成膜された多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値を測定し、その実測値を求めるステップ。
・幅方向の複数箇所の実測値が多層光学膜の光学特性値の目標値に基づく所定の管理範囲内にあるか否かを判断するステップ。
・幅方向の複数箇所の実測値が管理範囲内にない場合、幅方向の複数箇所の実測値を回帰式に当てはめて、光学膜各々の基準膜厚からの推定膜厚偏差量を幅方向の複数箇所について算出するステップ。
・幅方向の複数箇所の推定膜厚偏差量をモデル式に当てはめて、光学膜各々の幅方向の複数箇所の膜厚偏差量をそれぞれ０に近付けるために必要な幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出するステップ。
・調整量に基づいて製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更するステップ。

（８）本発明の多層光学膜の製造方法は、光学膜各々の製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更することにより、あるタイムラグをおいて膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加する場合、膜厚の変化した光学膜に対応する回帰式を用いて計算された特性値の幅方向の複数箇所の予測値と幅方向の複数箇所の実測値の差が、回帰式により計算された想定範囲内であることを確認するステップを含む。

（９）本発明の多層光学膜の製造方法において、基材は高分子フィルム、ガラスフィルム、ガラス板、プラスチック板、金属コイル、金属板のいずれかである。

（１０）本発明の多層光学膜の製造方法において、成膜装置はスパッタ装置、蒸着装置、ＣＶＤ装置のいずれかである。

（１１）本発明の多層光学膜の製造方法において、多層光学膜は透明導電膜、光触媒膜、ガスバリア膜、光干渉膜のいずれかである。光干渉膜として例えば反射防止膜や増反射膜などが挙げられる。

［多層光学膜のスパッタ装置］
（１２）本発明の多層光学膜のスパッタ装置は、長尺フィルムに多層光学膜を成膜する装置であって次のものを含む。
・真空槽。
・真空槽にスパッタガスを供給するスパッタガス供給装置。
・真空槽内に備えられ、その中心軸回りに自転する成膜ロール。
・成膜ロールと対向する複数のターゲット。
・複数のターゲットに電圧を印加する複数の電源。
・多層光学膜の反射スペクトルを幅方向の複数箇所について測定する分光反射率計。
・上記の多層光学膜の膜厚制御方法を用いて、多層光学膜を構成する光学膜各々の膜厚偏差を推定する分析装置。
・分析装置の推定に基づいて、光学膜各々の幅方向の複数箇所の膜厚偏差が０に近付くように、光学膜各々の製造パラメータを変更する制御装置。

（１３）本発明の多層光学膜のスパッタ装置は、真空槽に反応性ガスを幅方向の複数箇所に分割して供給する反応性ガス供給装置を備える。

（１４）本発明の多層光学膜のスパッタ装置は、長尺フィルムを供給するフィルム供給機構と、長尺フィルムを収納するフィルム収納機構を備える。

（１５）本発明の多層光学膜のスパッタ装置はプラズマ発光強度の測定器を備え、制御装置はプラズマ発光強度を幅方向の複数箇所に分割して制御する。

本発明により多層光学膜を成膜する際、各々の光学膜に対して、基材の長さ方向（基材の走行方向）および幅方向（走行方向に直交する方向）の膜厚を目標値に近づけることが可能な膜厚制御方法が実現された。そして更に当該制御方法を用いた多層光学膜の製造方法、および当該制御方法を用いたスパッタ装置が実現された。

多層光学膜の模式図 多層光学膜の成膜装置の模式図 多層光学膜の膜厚制御方法のフローチャート１ 製造パラメータと光学膜の膜厚のグラフの一例 多層光学膜の膜厚制御方法のフローチャート２ 多層光学膜のスパッタ装置の全体構成図 多層光学膜のスパッタ装置のうち幅方向の分割処理に関連する部分の図

［多層光学膜］
図１に本発明が適用される多層光学膜の一例を模式的に示す。多層光学膜６の層数は限定されないが図１は５層の場合である。図１（ａ）は多層光学膜６を積層するための基材７である。基材７の材質として、ガラス板、ガラスフィルム、プラスチック板、高分子（プラスチック）フィルム、金属コイル、金属板などが挙げられる。基材７の材質、厚さ、形状（枚葉あるいは長尺フィルムなど）などは限定されない。

図１（ｂ）は基材７に第１光学膜1を成膜した状態を示す。第１光学膜1として、例えば透明導電膜、光触媒膜、ガスバリア膜、光干渉膜などが挙げられる。第１光学膜1の成膜方法として、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などが挙げられる。

図１（ｃ）は第１光学膜1の上に第２光学膜２を成膜した状態を示す。図１（ｄ）は第２光学膜２の上に第３光学膜３を成膜した状態を示す。図１（ｅ）は第３光学膜３の上に第４光学膜４を成膜した状態を示す。図１（ｆ）は第４光学膜４の上に第５光学膜５を成膜した状態を示す。第１光学膜1〜第５光学膜５の材質、機能、厚さ、成膜方法などは多層光学膜６の用途等に応じて適宜設計変更することが可能である。

図１（ｇ）は多層光学膜６および基材７の平面図である。図の横方向が長さ方向（MD : Machine Direction）（基材７の走行方向）、縦方向が幅方向（TD : Transverse Direction）（走行方向に直交する方向）である。多層光学膜６を構成する各光学膜1〜５の膜厚は長さ方向だけでなく幅(TD)方向にもばらつきが生じるが、本発明の多層光学膜の膜厚制御方法によれば幅(TD)方向のばらつきも低減することができる。

図２は多層光学膜６の成膜装置の一例の模式図である。基材７は５つの成膜室４１〜成膜室４５を順に搬送される。成膜室４１にて第１光学膜1が成膜され、成膜室４２にて第２光学膜２が成膜され、成膜室４３にて第３光学膜３が成膜され、成膜室４４にて第４光学膜４が成膜され、成膜室４５にて第５光学膜5が成膜される。各光学膜の間に異物などが侵入しないように、成膜室４１〜成膜室４５は全体として一つの真空槽４０に入っていることが望ましい。

多層光学膜を成膜するとき、各々の光学膜の膜厚を、それぞれの目標とする膜厚（以下「基準膜厚」という）と完全に一致させることは実際上難しい。従って実際の膜厚と基準膜厚の差（以下「膜厚偏差」という）がある程度生じることは避けられない。更に膜厚偏差は各々の光学膜の幅方向にも生じる。

実際の膜厚が基準膜厚と異なる結果、実際の多層光学膜の光学特性値は目標とする光学特性値（以下「基準光学特性値」という）と多少のズレが生じる。そのため多層光学膜の光学特性値には管理範囲が決められている。本発明の多層光学膜の膜厚制御方法においては、各々の光学膜の膜厚が、多層光学膜の光学特性値の管理範囲から導き出せる膜厚操作量の許容範囲に入るように制御することもできるし、より精密に、各々の光学膜の膜厚の変動が、可能な限り誤差範囲に収まるように制御することもできる。

ここで「誤差範囲」とは次の意味である。例えば後述のスパッタ装置の場合、光学膜の膜厚は、例えばガス流量の影響を受ける。しかしガス流量計の設定を一定にしておいても、実際のガス流量は設定値の近傍で変動する。光学膜の膜厚はガス流量の変動に対応して変動する。このような膜厚の変動は、ガス流量だけでなく、カソード電圧、ターゲット残量、成膜ロールとターゲットの距離、成膜ロールの回転速度、フィルム基材の走行速度など多数の製造パラメータの変動により発生する。誤差範囲とは、製造パラメータの設定を一定にしておいても避けられない膜厚の変動範囲を意味する。これらの原因による膜厚の変動は各々の成膜装置について調査されており、当該成膜装置固有の誤差とされている。

［多層光学膜の膜厚制御方法］
多層光学膜の膜厚制御方法の一例を図３のフローチャートを参照しながら説明する。この例では、多層光学膜がn層（2≦n）の光学膜（光学膜1〜光学膜n）である。本例の多層光学膜の制御方法は次の工程を含む。次の工程（１）〜（４）は、フローチャートの「回帰式を準備」のステップに相当する。

（１）光学膜1〜光学膜nが基準膜厚ds1〜dsnであるときの多層光学膜の理論上の光学特性値（基準光学特性値）を計算する。

（２）光学膜1〜光学膜nの膜厚が基準膜厚ds1〜dsnから、網羅的に所定量Δd1〜Δdn変化したときの、多層光学膜の理論上の光学特性値群X1〜Xjを計算する。所定量Δd1〜Δdnの大きさは、各光学膜の膜厚の偏差が光学特性値に与える影響の大きさを考慮して決める。そのため所定量Δd1〜Δdnは同じ値とは限らず、また、基準膜厚ds1〜dsnに対して同じ変化率とも限らない。

（３）所定量Δd1〜Δdnと光学特性値X1〜Xjの回帰係数および誤差項を求める。光学特性値X1〜Xjは任意であるが、例えば、明度Y、色座標a*、色座標b*である。この場合光学特性値はj=3個となり、X1＝明度Y、X2＝色座標a*、X3＝色座標b*となる。

（４）光学特性値X1〜Xjを、
(Δd1)、(Δd1)²、...、(Δd1)^ｋのそれぞれに回帰係数を掛けた項の和S1と、
(Δd2)、(Δd2)^２、...、(Δd2)^ｋのそれぞれに回帰係数を掛けた項の和S2と、
以下同様にして、
(Δdn)、(Δdn)^２、...、(Δdn)^ｋのそれぞれに回帰係数を掛けた項の和Sn
の総和(S1+S2+...+Sn)+誤差項で表わして、光学特性値X1〜Xjのk次の回帰式を作成する。次数kについては、k＝1,2,3...と増加させたときの回帰分析の結果を考慮し必要最小限の次数とする。

以上の工程により、光学膜各々の膜厚と多層光学膜の理論上の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備する。次の工程（５）はフローチャートの「モデル式を準備」のステップに相当する。

（５）所定の成膜装置について、光学膜各々の成膜に用いる製造パラメータの変更量と光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備する。図４に製造パラメータと光学膜の膜厚のグラフの一例を示す。X軸は製造パラメータ、例えば、プラズマ発光強度である。Y軸は光学膜の膜厚である。丸印は測定値、直線は測定値を結ぶ直線である。測定値を結ぶ直線は例えば最小二乗法により求める。このグラフからY=aX+b（a,bは定数）という関係が求まる。これが製造パラメータの変更量と光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式の一例である。

製造パラメータの変更量と光学膜の膜厚の変化量の関係は単純な一次式になるとは限らず複雑な多項式となることもある。あるいは、式で表わすことが難しく、製造パラメータの変更量と光学膜の膜厚の変化量の関係を数表で表現しておき、必要に応じて補間法を用いて関係を算出することもある。本明細書ではこれらを一括して「モデル式」ということにする。フローチャートでは「回帰式を準備」のステップと「モデル式を準備」のステップを合わせて「準備ステップ」という。ここから成膜を開始する。

（６）成膜された多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値の実測値Xr1〜Xrj（rはrealの意味）を求める。

（７）光学特性値の幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjが管理範囲内かどうか判定する。幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjが管理範囲内であれば成膜を継続する。

（８）幅方向の複数箇所の光学特性値の実測値Xr1〜Xrjが管理範囲外ならば、幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjを回帰式に当てはめて、光学膜1〜光学膜nの幅方向の複数箇所の推定膜厚偏差量Rd1〜Rdnを推定する。

（９）モデル式（例えばY=aX+b）を用いて、光学膜各々の幅方向の複数箇所の膜厚偏差量Rd1〜Rdnをそれぞれ０に近付けるために必要な幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出する。

（１０）製造パラメータの算出された調整量に基づいて幅方向の複数箇所に分割して製造パラメータを変更する。製造パラメータを変更した後上記（６）に戻り、光学特性値の監視を継続する。

図２に示す成膜方法によりn層の多層光学膜を成膜すると次の現象が生じることがある。光学膜1〜光学膜nの製造パラメータを変更すると、まず光学膜nの膜厚だけが変化した多層光学膜の光学特性値の実測値Xr1〜Xrjが得られる（このとき光学膜n以外の光学膜は膜厚が変化していない）。次にあるタイムラグをおいて、光学膜n、光学膜n-1の膜厚が変化した多層光学膜の光学特性値の実測値Xr1〜Xrjが得られる（このとき光学膜n、光学膜n-1以外の光学膜は膜厚が変化していない）。以下同様にして、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加し、それに対応する多層光学膜の実測値Xr1〜Xrjが得られる。最後に光学膜n、光学膜n-1、...、光学膜1（全ての光学膜）の膜厚が変化した多層光学膜の光学特性値の実測値が得られる。

このような場合、本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は図５のフローチャートに示す次のステップを含む。なお図５のフローチャートの準備ステップは図３のフローチャートの準備ステップと同じであるため説明を省略する。また、製造パラメータを変更する前の各ステップについては図２と共通するため説明を省略する。

（１）光学膜nの膜厚のみが変化した多層光学膜に対して光学特性値の幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjを求める。回帰式の和Snを用いて計算された予測値X1〜Xjと幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjの差が回帰式により計算された想定範囲内であることを確認する。これによって光学膜nの製造パラメータの変更が適切であったことを確認できる。

予測値X1〜Xjと幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjの差が回帰式により計算された想定範囲外の場合は、回帰式を用いて幅方向の複数箇所の推定膜厚偏差量を推定し、モデル式を用いて幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出し、製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更する。

ここで「回帰式により計算された想定範囲」とは、回帰式の和Snを用いて計算された予測値X1〜Xjを中心値とし、用いられた成膜装置で通常発生する誤差による光学特性値のばらつきを前記の中心値にプラスマイナスして求めた光学特性値の範囲を言う。なお以下の「回帰式により計算された想定範囲」は、「回帰式の和」をそれぞれに合わせて変更する。例えば次の（２）では回帰式の和をSn＋S(n-1)とする。

（２）光学膜n、光学膜(n-1)の膜厚が変化した多層光学膜に対して光学特性値の幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjを求め、回帰式の和Sn＋S(n-1)を用いて計算された予測値X1〜Xjと幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjの差が回帰式により計算された想定範囲内であることを確認する。これによって光学膜n-1の製造パラメータの変更が適切であったことを確認できる。

予測値X1〜Xjと幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjの差が回帰式により計算された想定範囲外の場合は、回帰式を用いて幅方向の複数箇所の推定膜厚偏差量を推定し、モデル式を用いて幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出し、製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更する。

（３）以下同様にして光学膜1層ごとに当該光学膜の製造パラメータの変更が適切であったことの確認を進める。最後に光学膜n、光学膜(n-1)、...、光学膜1（全光学膜）の膜厚が変化した多層光学膜に対して光学特性値の幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjを求め、回帰式の和Sn＋S(n-1)＋...＋S1を用いて計算された予測値X1〜Xjと幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjの差が回帰式により計算された想定範囲内であることを確認する。これによって光学膜1の製造パラメータの変更が適切であったことを確認できる。全光学膜の製造パラメータの変更が適切であれば成膜を継続する。

予測値X1〜Xjと幅方向の複数箇所の実測値Xr1〜Xrjの差が回帰式により計算された想定範囲外の場合は、回帰式を用いて幅方向の複数箇所の推定膜厚偏差量を推定し、モデル式を用いて幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出し、幅方向の複数箇所に分割して製造パラメータを変更する。

図５のフローチャートの多層光学膜の膜厚制御方法によれば、幅方向の複数箇所の製造パラメータの変更が適切かどうかを光学膜が１層変化する毎に確認することができるため、製造パラメータの調整量の適否のフィードバックが早くなる。これは量産ラインにおいて大きなメリットとなる。

本発明の多層光学膜の膜厚制御方法においては、成膜する際に用いる管理範囲を、光学特性の規格から導き出される本来の管理範囲より狭くすることもできる。その場合、光学特性値の実測値が、本来の管理範囲内であっても目標値から遠ざかる傾向を示したとき、実測値を目標値に戻すように制御することができる。

本発明の多層光学膜の膜厚制御方法において、成膜する際に用いる管理範囲を、光学特性の規格から導き出される本来の管理範囲より狭くすることにより、多層光学膜の光学特性値が基準光学特性値を中心とする狭い範囲に分布する多層光学膜を得ることができる。すなわち本発明の多層光学膜の膜厚制御方法を用いることにより工程能力を高くすることができる。これにより特性のばらつきの少ない高品質の多層光学膜を得ることができる。

［多層光学膜の製造方法］
本発明の多層光学膜の製造方法は、複数の光学膜の膜厚の組み合わせが所定範囲内で網羅的に割り振られた多層光学膜の理論上の光学特性値群を回帰分析して得られた、光学膜各々の膜厚と多層光学膜の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備するステップを含む。上記の回帰式を準備するステップの内容は［多層光学膜の膜厚制御方法］において述べたため繰り返さない。このステップは成膜前の準備ステップであり、基材および多層光学膜の材質が変わらなければ、成膜開始前に一度実施すればよい。

本発明の多層光学膜の製造方法は、所定の成膜装置について、光学膜各々の成膜に用いる製造パラメータの変更量と光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備するステップを含む。製造パラメータ変更量と光学膜の膜厚変化量の関係のモデル式は例えば図４のように実験的に求められる。例えばスパッタ装置の場合、例えば、プラズマ発光強度と各光学膜の膜厚の関係が実験的に求められる。このステップも成膜前の準備ステップであり、成膜装置、固定された成膜条件（例えば成膜ロールの温度、基材の走行速度など）、基材および多層光学膜の材質が変わらなければ、成膜開始前に一度実施すればよい。

以後は多層光学膜を成膜するステップである。ここには主面を有する基材を準備するステップが含まれる。ここで基材の材質として高分子フィルム、ガラスフィルム、ガラス板、プラスチック板、金属コイル、金属板などが挙げられる。基材の材質、厚さ、形状（枚葉あるいは長尺フィルムなど）などは限定されない。

本発明の多層光学膜の製造方法は、基材の主面上に複数の光学膜を順次成膜し多層光学膜を形成するステップを含む。ここで多層光学膜としては透明導電膜、光触媒膜、ガスバリア膜、光干渉膜などが挙げられる。成膜方法としてスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などが挙げられる。多層光学膜の材質、種類、厚さ、成膜方法などは限定されない。

本発明の多層光学膜の製造方法は、成膜された多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値を測定し、その幅方向の複数箇所の実測値を求めるステップを含む。更に幅方向の複数箇所の実測値が、多層光学膜の目標とする光学特性値の目標値に基づく所定の管理範囲内にあるか否かを判断するステップを含む。更に幅方向の複数箇所の実測値が管理範囲内にない場合、実測値を回帰式に当てはめて、光学膜各々の基準膜厚からの推定膜厚偏差量を幅方向の複数箇所について算出するステップを含む。

更に幅方向の複数箇所の推定膜厚偏差量をモデル式に当てはめて、光学膜各々の幅方向の複数箇所の膜厚偏差量をそれぞれ０に近付けるために必要な幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量を算出するステップを含む。更に調整量に基づいて製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更するステップを含む。光学膜の膜厚制御に関する詳細は［多層光学膜の膜厚制御方法］欄で述べたため繰り返さない。

［多層光学膜のスパッタ装置］
図６は本発明のスパッタ装置の一例の全体構成図である。スパッタ装置１０は、長尺フィルム１１に多層光学膜を成膜する装置であり、本発明の多層光学膜の膜厚制御方法を用いて制御される。図６において、細線は電気配線あるいはガス配管を示し、破線は分光反射率（反射スペクトル）、プラズマ発光強度、カソード電圧、ガス流量などの信号線を示す。なお図６は長尺フィルム１１に多層光学膜を成膜中の図である。

スパッタ装置１０は、真空槽１２内に、長尺フィルム１１の供給ロール１３、長尺フィルム１１の走行をガイドするガイドロール１４、長尺フィルム１１を１周弱巻き付ける円筒形の成膜ロール１５、長尺フィルム１１を収納する収納ロール１６を備える。成膜ロール１５はキャンロールともいわれる。成膜ロール１５はその中心軸回りに自転する。成膜中は成膜ロール１５が自転し、長尺フィルム１１は成膜ロール１５の自転に同期して走行する。

成膜ロール１５の周囲には、成膜ロール１５に対向するように、ターゲット１７が設置されている。ターゲット１７は成膜ロール１５と所定の距離を隔てて配置されている。成膜ロール１５の中心軸とターゲット１７は平行である。図６ではターゲット１７が５本であるが、ターゲット１７の本数に制限はない。ターゲット１７の外側（成膜ロール１５の反対側）には、ターゲット１７に密着してカソード１８が設置されている。ターゲット１７とカソード１８は、機械的、電気的に結合されている。

各カソード１８にスパッタ電源２０が接続されている。カソード１８とターゲット１７は同じ電位であるため、スパッタ電源２０がターゲット１７に接続されていることになる。スパッタ電源２０が直流（DC，パルスDC）あるいはMF（Middle Frequency）領域の交流（MF-AC）の場合は必要がないが、RF（Radio Frequency）領域の交流（RF-AC）の場合は、カソード１８とスパッタ電源２０の間にマッチングボックス（図示しない）を挿入して、スパッタ電源２０側から見たターゲット１７のインピーダンスを調整し、ターゲット１７からの反射電力（無効電力）を最小にする。

各ターゲット１７が必要とするスパッタガスあるいは反応性ガスの種類、圧力、供給量が異なることがある。そのため、各ターゲット１７を分離するように真空槽１２を隔壁２４で仕切り分割槽２５とする。各分割槽２５に、ガス供給装置２６（GAS）から配管２７が接続され、反応性ガス（例えば酸素）が所定の流量で供給される。反応性ガスの流量は流量計２８（マスフローコントローラ：MFC）で制御される。

図示は省略するが、１つの分割槽２５に複数のターゲット１７を設置してもよい。この場合、同一のガス雰囲気で異なる材料のスパッタを行なうことができる。また、当該分割槽２５の材料のスパッタ速度が、他の分割槽２５の材料のスパッタ速度より遅いとき、長尺フィルム１１の走行速度を維持するため、当該分割槽２５で同一材料の複数のターゲット１７を用いてスパッタすることもできる。

成膜ロール１５の自転に同期して走行する長尺フィルム１１の表面に、ターゲット１７と対向する位置でスパッタ膜が付着し、光学膜となる。図６では成膜ロール１５が１本であるが、成膜ロール１５は２本以上あってもよい（図示しない）。

長尺フィルム１１として、一般的に、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの単独重合体や共重合体からなる透明フィルムが用いられる。長尺フィルム１１は、単層フィルムでもよく、光学機能を有する偏光フィルムなどの積層フィルムでもよい。積層フィルムとしては、特に限定されないが、例えば偏光層と少なくとも１層の保護層を含む偏光板や、上記偏光板に更に位相差フィルムを含む積層体が挙げられる。長尺フィルム１１の厚さは限定されないが、通常、６μｍ〜２５０μｍ程度である。

スパッタ装置１０では、アルゴンガスなどのスパッタガス中で、成膜ロール１５をアノード電位とし、ターゲット１７をカソード電位として、成膜ロール１５とターゲット１７の間にスパッタ電圧が印加される。これにより長尺フィルム１１とターゲット１７の間にスパッタガスのプラズマが発生する。プラズマ中のスパッタガスイオンが電気的に加速されてターゲット１７に衝突し、ターゲット１７の構成物質を叩き出す。叩き出されたターゲット１７の構成物質は長尺フィルム１１上に堆積しスパッタ膜となる。

スパッタ装置１０では、成膜前の長尺フィルム１１を供給ロール１３から連続的に引き出し、成膜ロール１５に１周弱巻き付け、成膜ロール１５を一定速度で回転させて長尺フィルム１１を成膜ロール１５に同期させて送り、長尺フィルム１１を収納ロール１６に巻き取る。

スパッタ装置１０では、ターゲット１７が５本であるから、供給ロール１３に近い側から、第１光学膜、第２光学膜、第３光学膜、第４光学膜、第５光学膜が、長尺フィルム１１に順次成膜される。従ってそれぞれの光学膜の成膜の間にはタイムラグがある。隣り合う光学膜の成膜のタイムラグは、成膜ロール１５が１回転する時間の約1/5である。

スパッタ装置１０は、長尺フィルム１１に形成された多層光学膜の反射スペクトルを測定する分光反射率計２９を備える。図示しないが成膜ロール１５が２本以上ある場合、各成膜ロール１５の間に分光反射率計２９を設置してもよい。

スパッタ装置１０で製造される多層光学膜は５層である。分光反射率計２９により測定された多層光学膜の反射スペクトルから、分析装置３０でその光学特性値の実測値、例えば、明度Y、色座標a*、色座標b*が幅方向の複数箇所について求められる。なお明度Y、色座標a*、色座標b*は一例であり、他の表色系の座標系も用いられる。

分析装置３０には、光学特性値Y、a*、b*の回帰式が記憶されている。分析装置３０では、光学特性値Y、a*、b*の幅方向の複数箇所の実測値を回帰式に当てはめて、第１光学膜〜第５光学膜の幅方向の複数箇所の膜厚偏差Rd1〜Rd5が推定される。推定された幅方向の複数箇所の膜厚偏差Rd1〜Rd5は、分析装置３０から制御装置３１に転送される。

制御装置３１には、このスパッタ装置１０について実験的に求められた第１光学膜〜第５光学膜の製造パラメータ（例えばプラズマ発光強度）の変更量と、第１光学膜〜第５光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式が記憶されている。制御装置３１により、幅方向の複数箇所の膜厚偏差Rd1〜Rd5が０に近付くように、第１光学膜〜第５光学膜を成膜する際の幅方向の複数箇所の製造パラメータが変更される。

図７に示すように、スパッタ装置１０では、長尺フィルム１１の幅方向に例えば４個（一般的には複数個）に分割されたガス噴出管３４から反応性ガスが供給される。ガス供給の分割数に制限はない。各ガス噴出管３４のガス供給量は、ガス噴出管３４ごとに流量計２８（MFCマスフローコントローラ）により個別に制御される。

スパッタ装置１０は、長尺フィルム１１の主面に形成された多層光学膜の、幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の反射スペクトルを測定する分光反射率計２９を備える。反射スペクトルが４箇所で測定されるのは、ガス供給が４個に分割されていることと対応する。このようにガス供給の分割数と、反射スペクトルの測定箇所数は対応することが望ましい。

図７のように、分光反射率計２９は幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）に対応するように４台（一般的には複数台）備えられてもよいし、図示しないが、幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）から反射光を光ファイバーなどで１台の分光反射率計２９に取り入れて、時分割で順次測定してもよい。

分光反射率計２９により測定された幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の多層光学膜の反射スペクトルから、分析装置３０で幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の実測特性値、例えば、Y、a*、b*が計算される。分析装置３０には、特性値Y、a*、b*の回帰式が記憶されている。分析装置３０では、特性値Y、a*、b*の幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の実測特性値を回帰式に当てはめて、光学膜１〜光学膜５の幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の膜厚偏差を推定する。推定された幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の膜厚偏差のデータは、分析装置３０から制御装置３１に転送される。

制御装置３１には、光学膜１〜光学膜５を成膜する際の製造パラメータ（例えば反応性ガスのプラズマ発光強度）と、光学膜１〜光学膜５の膜厚の関係を示すモデル式が記憶されている。制御装置３１により、幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の膜厚偏差が各々０に近付くように、光学膜１〜光学膜５を成膜する際の幅方向の４箇所（一般的には複数箇所）の製造パラメータが変更される。

本発明のスパッタ装置１０において、長尺フィルム１１に多層光学膜を成膜するには次のようにする。成膜前の長尺フィルム１１を供給ロール１３から連続的に引き出し、成膜ロール１５に一周弱巻き付け、成膜ロール１５を一定速度で回転させて長尺フィルム１１を成膜ロール１５に同期させて送り、長尺フィルム１１を収納ロール１６に巻き取る。

成膜ロール１５に巻き付けられた長尺フィルム１１に、各ターゲット１７の対向位置で、各ターゲット１７の材質に対応するスパッタ膜が成膜される。図６のスパッタ装置１０では、ターゲット１７が５本であるから、供給ロール１３に近い側から、光学膜１〜光学膜５が長尺フィルム１１上に順次成膜され積層される。従ってそれぞれの光学膜の成膜の間にはタイムラグがある。隣り合う光学膜の成膜のタイムラグは、成膜ロール１５が一回転する時間の約1/5である。

プラズマ発光強度は、各ターゲット１７について、幅方向の複数箇所に分割してプラズマ発光強度測定器３２により測定される。プラズマ発光強度の目標値を幅方向の複数箇所に分割して変更することにより、光学膜の膜厚は幅方向の複数箇所に分割されて変化する。反応性ガスの流量は、流量計２８（MFC）を用いてターゲット毎に、かつ幅方向の複数箇所に分割して制御される。

スパッタ装置１０を用いて長尺フィルム１１に複数の光学膜を連続的に順次成膜すると次の現象が生じる。図６のスパッタ装置１０では、５層の光学膜を長尺フィルム１１に積層するため、成膜ロール１５の周囲に５個のターゲット１７を配置し、長尺フィルム１１が成膜ロール１５を一周する間に５層の光学膜を順次成膜する。

この場合、第１光学膜〜第５光学膜を成膜する製造パラメータを同時に変更しても、まず第５光学膜（最後に成膜された光学膜）の膜厚だけが変化した多層光学膜が得られる。このとき第４光学膜〜第１光学膜はまだ膜厚が変化していない。

次にあるタイムラグ（成膜ロールが１回転する時間のほぼ1/5）をおいて、第５光学膜と第４光学膜の膜厚の変化した多層光学膜が得られる。このとき第３光学膜〜第１光学膜はまだ膜厚が変化していない。

同様にして、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加し、同時に膜厚の変化していない光学膜が１層ずつ減少する。最後に、成膜ロール１５がほぼ１回転した後に、第５光学膜〜第１光学膜（全光学膜）の膜厚が変化した多層光学膜が得られる。

つまり、あるタイムラグ（成膜ロール１５が１回転する時間のほぼ1/5）をおいて、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加し、膜厚の変化していない光学膜が１層ずつ減少する。そのため、全光学膜が膜厚の変化した多層光学膜が得られるまでに、相当なタイムラグ（成膜ロール１５が概ね１回転する時間）が必要である。

このような場合、図５のフローチャートに示す膜厚制御方法に従って、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加するごとに幅方向の複数箇所の実測特性値を求め、製造パラメータの幅方向の複数箇所に分割して行なわれた変更の適否を１層ずつ判断する方法を用いれば、幅方向の複数箇所の製造パラメータの調整量の適否のフィードバックを早くすることができる。

本発明のスパッタ装置１０においては、上述の通り、本発明の膜厚制御方法が人間の介在を必要とせず自動的に実行される。それにより多層光学膜の成膜工程の自動運転が、光学特性値を管理範囲に自動的に維持した状態で実施できる。本発明の膜厚制御方法を用いれば、同様の自動運転はスパッタ装置に限定されず、真空蒸着装置やＣＶＤ装置などの各種の成膜装置でも可能となる。

本発明の多層光学膜の膜厚制御方法および本発明の多層光学膜の製造方法は、多層ITO（Indium Tin Oxideインジウムスズ酸化物）膜、多層光触媒膜、多層ガスバリア（遮断）膜、多層反射防止（AR：Anti Reflection）膜などの成膜に応用できる。本発明の多層光学膜の膜厚制御方法は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などを用いた成膜法に応用できる。本発明のスパッタ装置は多層光学膜の成膜に用いられる。

１ 第１光学膜
２ 第２光学膜
３ 第３光学膜
４ 第４光学膜
５ 第５光学膜
６ 多層光学膜
７ 基材
１０ スパッタ装置
１１ 長尺フィルム
１２ 真空槽
１３ 供給ロール
１４ ガイドロール
１５ 成膜ロール
１６ 収納ロール
１７ ターゲット
１８ カソード
２０ スパッタ電源
２４ 隔壁
２５ 分割槽
２６ ガス供給装置
２７ 配管
２８ 流量計
２９ 分光反射率計
３０ 分析装置
３１ 制御装置
３２ プラズマ発光強度測定器
３３ カソード電圧計
４０ 真空槽
４１〜４５ 成膜室

Claims (15)

1. 複数の光学膜が積層されてなる多層光学膜を成膜装置を用いて成膜する際に前記光学膜各々の膜厚を制御する膜厚制御方法であって、
   前記光学膜各々の膜厚の組み合わせが所定範囲内で網羅的に割り振られた前記多層光学膜の理論上の光学特性値群を回帰分析して得られる、前記光学膜各々の膜厚と前記多層光学膜の理論上の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備するステップと、
   前記成膜装置について、前記光学膜各々の成膜に用いる製造パラメータの変更量と当該光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備するステップと、
   成膜された前記多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値を測定し、その実測値を求めるステップと、
   前記実測値を前記回帰式に当てはめて、前記光学膜各々の基準膜厚からの推定膜厚偏差量を幅方向の複数箇所について算出するステップと、
   前記推定膜厚偏差量を前記モデル式に当てはめて、前記光学膜各々の前記膜厚偏差量をそれぞれ０に近付けるために必要な幅方向の複数箇所の前記製造パラメータの調整量を算出するステップと、
   前記調整量に基づいて前記製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更するステップとを含む多層光学膜の膜厚制御方法。
2. 前記光学膜各々の製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更することにより、あるタイムラグをおいて、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加する場合、
   前記膜厚の変化した光学膜に対応する前記回帰式を用いて計算された特性値の予測値と、前記実測値の差が、前記回帰式により計算された想定範囲内であることを確認するステップを含む請求項１に記載の多層光学膜の膜厚制御方法。
3. 前記多層光学膜の前記光学特性値として、前記多層光学膜の反射光の明度または色座標あるいはその両者を用いる請求項１または２に記載の多層光学膜の膜厚制御方法。
4. 前記多層光学膜を成膜する際にスパッタ法を用いる請求項１〜３のいずれかに記載の多層光学膜の膜厚制御方法。
5. 前記多層光学膜を成膜する際に変更する製造パラメータとしてプラズマ発光強度を用いる請求項４に記載の多層光学膜の膜厚制御方法。
6. 前記多層光学膜が透明導電膜、光触媒膜、ガスバリア膜、光干渉膜のいずれかである請求項１〜５のいずれかに記載の多層光学膜の膜厚制御方法。
7. 複数の光学膜が積層されてなる多層光学膜を成膜装置を用いて成膜する多層光学膜の製造方法であって、
   前記光学膜各々の膜厚の組み合わせが所定範囲内で網羅的に割り振られた多層光学膜の理論上の光学特性値群を回帰分析して得られる、前記光学膜各々の膜厚と前記多層光学膜の理論上の光学特性値との関係を表わす回帰式を準備するステップと、
   前記成膜装置について、前記光学膜各々の成膜に用いる製造パラメータの変更量と当該光学膜の膜厚の変化量の関係を表わすモデル式を準備するステップと、
   主面を有する基材を準備するステップと、
   前記基材の主面上に前記複数の光学膜を順次成膜し多層光学膜を形成するステップと、
   成膜された前記多層光学膜の幅方向の複数箇所の光学特性値を測定し、その実測値を求めるステップと、
   前記実測値が、前記多層光学膜の光学特性値の目標値に基づく所定の管理範囲内にあるか否かを判断するステップと、
   前記実測値が前記管理範囲内にない場合、前記実測値を前記回帰式に当てはめて、前記光学膜各々の基準膜厚からの推定膜厚偏差量を幅方向の複数箇所について算出するステップと、
   前記推定膜厚偏差量を前記モデル式に当てはめて、前記光学膜各々の前記膜厚偏差量をそれぞれ０に近付けるために必要な幅方向の複数箇所の前記製造パラメータの調整量を算出するステップと、
   前記調整量に基づいて前記製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更するステップとを含む多層光学膜の製造方法。
8. 前記光学膜各々の製造パラメータを幅方向の複数箇所に分割して変更することにより、あるタイムラグをおいて、膜厚の変化した光学膜が１層ずつ増加する場合、
   前記膜厚の変化した光学膜に対応する前記回帰式を用いて計算された特性値の幅方向の複数箇所の予測値と、幅方向の複数箇所の前記実測値の差が、前記回帰式により計算された想定範囲内であることを確認するステップを含む請求項７に記載の多層光学膜の製造方法。
9. 前記基材が高分子フィルム、ガラスフィルム、ガラス板、プラスチック板、金属コイル、金属板のいずれかである請求項７または８に記載の多層光学膜の製造方法。
10. 前記成膜装置がスパッタ装置、蒸着装置、ＣＶＤ装置のいずれかである請求項７〜９のいずれかに記載の多層光学膜の製造方法。
11. 前記多層光学膜が透明導電膜、光触媒膜、ガスバリア膜、光干渉膜のいずれかである請求項７〜１０のいずれかに記載の多層光学膜の製造方法。
12. 長尺フィルムに多層光学膜を成膜する多層光学膜のスパッタ装置であって、
    真空槽と、
    前記真空槽にスパッタガスを供給するスパッタガス供給装置と、
    前記真空槽内に備えられ、その中心軸回りに自転する成膜ロールと、
    前記成膜ロールと対向する複数のターゲットと、
    前記複数のターゲットに電圧を印加する複数の電源と、
    前記多層光学膜の反射スペクトルを幅方向の複数箇所について測定する分光反射率計と、
    請求項１〜７のいずれかに記載の多層光学膜の膜厚制御方法を用いて、前記多層光学膜を構成する光学膜各々の膜厚偏差を推定する分析装置と、
    前記分析装置の推定に基づいて、前記光学膜各々の幅方向の複数箇所の膜厚偏差が０に近付くように、前記光学膜各々の幅方向の複数箇所の製造パラメータを変更する制御装置を備えた多層光学膜のスパッタ装置。
13. 前記真空槽に反応性ガスを幅方向の複数箇所に分割して供給する反応性ガス供給装置を備えた請求項１２に記載の多層光学膜のスパッタ装置。
14. 前記長尺フィルムを供給するフィルム供給機構と、前記長尺フィルムを収納するフィルム収納機構を備えた請求項１２または１３に記載の多層光学膜のスパッタ装置。
15. プラズマ発光強度の測定器を備え、前記制御装置は前記プラズマ発光強度を幅方向の複数箇所に分割して制御する請求項１２〜１５のいずれかに記載の多層光学膜のスパッタ装置。

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