JP4196136B2

JP4196136B2 - 成膜装置

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Publication number: JP4196136B2
Application number: JP24978098A
Authority: JP
Inventors: 禎治本庄
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: JP2000080185A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成膜装置に係り、とくに透明または半透明のベース上に薄膜を連続的に形成するようにした成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明または半透明のプラスチックフィルムに光学薄膜を形成することが行なわれている。すなわち真空槽内に配されている供給ロールによってプラスチックフィルムを供給し、キャンロールに巻付けながら走行させ、このときにスパッタリング等の方法によってその表面に光学薄膜を形成するものである。そして光学薄膜を形成したプラスチックフィルムは同じく真空槽内に設けられている巻取りロールによって巻取られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプラスチックフィルムに形成される光学薄膜が反射防止膜である場合には、この反射防止膜の反射率を測定する際に求める値は、光学薄膜の表面の反射率のみである。しかるに１つの分光光度計でこの反射率を測定する際に、他の要素が必要になる。すなわち裏面反射、フィルム反射の不安定さ、分光器の散乱光、ブラックロールの反射等であり、これらの値を考慮に入れて表面の反射率を計算しなければならない。
【０００４】
そこで光学薄膜の表面の反射率を求める際に、従来は予め供給されるプラスチックフィルムの光学特性を求めておき、このようなフィルムの光学特性のデータを用いて測定された反射率を修正するようにしていた。ところがプラスチックフィルムの測定値はこのプラスチックフィルムの任意の位置の測定値であって、必ずしもそれが全体を代表するとは限らず、またフィルムの長さ方向に沿って測定値が順次変化することになる。従ってこのような従来の計算によれば、計算された結果に誤差を生ずる。このことは最終的な計算結果のズレにつながる。実際にこのような現象は多々起り得ることで、実測値とのズレは避けて通れないものとなっていた。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、ベースフィルムの表面に形成された薄膜の光学特性をより正確に測定することができるようにした成膜装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の一発明は、透明または半透明のベース上に薄膜を連続的に形成するようにした成膜装置において、
薄膜を形成する前の前記ベースの反射率を測定する第１の測定手段と、
薄膜を形成した後の前記ベースの透過率および吸収率を測定する第２の測定手段と、
薄膜を形成した後の前記ベースの反射率を測定する第３の測定手段と、
を具備し、前記第２の測定手段による測定値と前記第３の測定手段による測定値に対して前記ベースの対応する位置の前記第１の測定手段による測定値を用いて補正を加えて薄膜が形成されたベースの透過率、吸収率および反射率の測定を行なうようにしたことを特徴とする成膜装置に関するものである。
【０００７】
また本願の別の発明は、真空槽と、
前記真空槽内に配されており、ベースフィルムを連続的に供給する供給ロールと、
前記真空槽内において前記供給ロールから供給されたベースフィルム上に薄膜を形成する薄膜形成装置と、
前記真空槽内に配されており、薄膜が形成されたベースフィルムを巻取る巻取りロールと、
前記供給ロールから供給されるベースフィルムの反射率を測定する第１の測定手段と、
前記薄膜形成装置で薄膜が形成されたベースフィルムの透過率および吸収率を測定する第２の測定手段と、
前記薄膜形成装置で薄膜が形成されたベースフィルムの反射率を測定する第３の測定手段と、
を具備し、前記第２の測定手段による測定値と前記第３の測定手段による測定値に対して前記ベースフィルムの対応する位置の前記第１の測定手段による測定値を用いて補正を加えて薄膜が形成されたベースフィルムの透過率、吸収率、および反射率の測定を行なうようにしたことを特徴とする成膜装置に関するものである。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、プラスチックフィルムに光学薄膜を成膜する装置において、成膜前のフィルムの光学特性を成膜中にシステム内において測定し、成膜途中あるいは成膜後の光学特性を成膜の直後にしかもシステム内において測定し、フィルム上の同一点の測定データを演算処理して光学特性を出力するようにしたものである。ここで光学フィルム上にスパッタリングまたは蒸着によって光学薄膜が形成されてよい。またこの光学薄膜は反射防止膜または反射膜であってよい。
【０００９】
このような成膜装置において、測定される光学特性は、反射、透過、吸収の何れかであってよく、出力される光学特性が反射率、透過率、または吸収率であってよい。
【００１０】
とくに光学薄膜の透過率または吸収率の測定は、光ファイバから光を出射してフィルムを透過させ、このフィルムの反対側に設置されているミラーによってこの光を反射し、再びフィルムを透過して元の光ファイバ側に戻し、その戻りの光の強度を測定するようにしてよい。またこのような透過率または吸収率の測定において、フィルムに対してミラーが斜めに配され、斜めに出射する光によって測定が行なわれるようにしてよい。
【００１１】
このような態様によれば、成膜前のフィルムの表面反射率、透過率等の光学特性を成膜しながら同時に測定することによって、キャリブレーションデータをなくすことができる。このことから実測値とキャリブレーションデータとのズレがなくなり、測定精度が向上するようになり、より正確な光学測定が行ない得るようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る成膜装置の全体の概要を示すものであって、この成膜装置は真空槽１０を備えている。真空槽１０はゲートバルブ１１を介して真空ポンプ１２と接続されており、このような真空ポンプ１２によって真空槽１０内の空気の排出を行なうことにより、真空槽１０内を所定の真空度に維持するようにしている。
【００１３】
真空槽１０内には成膜装置を構成するキャンロール１６が配されるとともに、このキャンロール１６の外周面に対向するように複数のカソード１７が固定配置されている。カソード１７の表面にはターゲット１８が取付けられている。またカソード１７の両側にはそれぞれガスチャンバ１９が配されており、これらのガスチャンバ１９がプロセスガス供給パイプ２０と接続されている。
【００１４】
またキャンロール１６の上方であって左右の位置にはそれぞれ供給ロール２３と巻取りロール２４とが配されている。ベースフィルム２５は供給ロール２３から供給されるとともに、測定ロール２６およびガイドロール２７を経由してキャンロール１６に巻付けられ、そしてキャンロール１６からガイドロール２８および測定ロール２９を経て巻取りロール２４に巻取られるようになっている。
【００１５】
このような装置によって、真空スパッタリングによる反応性光学薄膜がベースフィルム２５上に形成されるようにしている。すなわち供給ロール２３からポリエステル等のベースフィルム２５が繰出され、ガイドロール２７によってキャンロール１６に導かれ、ここでベースフィルム２５上に成膜が行なわれ、この後に巻取りロール２４によって巻取られるようになっている。
【００１６】
ここでカソード１７上のターゲット１８をＳｉから構成するとともに、プロセスガス供給パイプ２０を経由してガスチャンバ１９からプロセスガスとして例えばＯ₂ガスを供給すると、ベースフィルム２５上にＳｉＯ₂の成膜が行なわれるようになり、反応性スパッタリングによる光学薄膜の形成が行なわれる。
【００１７】
次にこのような成膜装置における光学特性の測定装置について説明する。測定ロール２６の部分には図２に示すように光源３３と、光ファイバ３４と、この光ファイバ３４が接続されているオプティカルヘッド３５と、このオプティカルヘッド３５から引出される光ファイバ３６と、分光器３７とが設けられ、このような装置によって成膜前のベースフィルム２５の反射率の測定が行なわれるようになっている。
【００１８】
またガイドロール２８と測定ロール２９との間には別の測定装置が配されている。この測定装置は光源４１と、この光源４１からの光を導く光ファイバ４２と、オプティカルヘッド４３と、ベースフィルム２５に対してオプティカルヘッド４３とは反対側に配されているミラー４４と、オプティカルヘッド４３から引出された光ファイバ４５と、分光器４６とから構成されており、成膜を行なった後のベースフィルム２５の透過率の測定を行なうようにしている。
【００１９】
測定ロール２９の部分には光源４９と、この光源４９の光を導く光ファイバ５０と、光ファイバ５０が接続されているオプティカルヘッド５１と、オプティカルヘッド５１から引出された光ファイバ５２と、分光器５３とから成る測定装置が設けられている。この測定装置によって、成膜後のベースフィルムの反射率の測定を行なうようにしている。
【００２０】
上記３つの分光器３７、４６、５３は何れも演算装置５７に接続されるとともに、この演算装置５７にプリンタ５８、モニタ５９とがそれぞれ接続されるようになっている。
【００２１】
次にオプティカルヘッド３５の構成について説明すると、図３に示すようにこのオプティカルヘッド３５はブラケット６３に支持されるとともに、このブラケット６３が支軸６４に取付けられている。そしてオプティカルヘッド３５の先端部がベースフィルム２５が巻付けられた測定ロール２６の外表面に対して微小なギャップを介して対向するようになっている。ここで測定ロール２６はブラックロールから構成されている。
【００２２】
図４はとくにオプティカルヘッド３５の部分を拡大して示したものであって、その一端側に光ファイバ３４、３６がそれぞれ挿入されている。またハウジング６５の先端側の部分にはフォーカスレンズ６６と光学ガラス６７とがそれぞれ取付けられている。
【００２３】
このような装置において、薄膜が形成されたベースフィルム２５の表面のみの反射率を測定する際に、個々のキャリブレーションデータを使用する代りに、前もってその場で測定したデータを最終的な反射率の計算に用いるようにしたものである。すなわち供給ロール２３から供給されるベースフィルム２５であって光学薄膜が形成される前のフィルム２５の反射率が分光器３７によって測定され、任意の位置のデータとして演算装置５７によって保存される。次に所定の成膜方法によって成膜されたベースフィルム２５の光学特性、すなわち透過率および吸収率が分光器４６によって測定され、また薄膜が形成されたベースフィルム２５の反射率が分光器５３によって測定される。そして事前に分光器３７によって測定されたベースフィルム２５の対応する位置のデータを使用して最終的な反射率、透過率、および吸収率の測定がなされる。
【００２４】
より具体的に説明すると、測定ロール２６の部分における測定は、光源３３から出た光が光ファイバ３４を通ってオプティカルヘッド３５内のレンズ６６で集光される。そして集光された光がベースフィルム２５上で焦点の半径が約１ｍｍに絞られる。ベースフィルム２５はブラックロール２６上において約１０ｋｇ程度のテンションを付与された状態で走行されるために、集光された光は乱反射することなくオプティカルヘッド３５に戻ってくる。そして戻ってきた光が光ファイバ３６を通って分光器３７に導かれ、ここで光の強度が電気的な信号に置換えられる。
【００２５】
次に測定ロール２９の手前における測定について説明する。光源４１から出た光が光ファイバ４２を通ってオプティカルヘッド４３から出射される。そしてこの光がベースフィルム２５を透過し、フィルム２５を透過した光がミラー４４で反射され、再びフィルム２５を透過してオプティカルヘッド４３に戻る。そして戻った光は光ファイバ４５を介して分光器４６に導かれ、ここでベースフィルム２５の透過率が検出される。
【００２６】
ここでとくに図５に示すように、オプティカルヘッド４３の光軸がベースフィルム２５に対して斜めになっており、またミラー４４はベースフィルム２５に対して傾斜して配されている。従ってこのような構成によれば、オプティカルヘッド４３から出た光であってベースフィルム２５の下面で反射した光が側方に出射するために、オプティカルヘッド４３に戻ることがない。またミラー４４で反射された光がベースフィルム２５の上面で反射しても、この反射光は側方に出射するために、フィルム２５を透過してオプティカルヘッド４３に入射することがない。すなわちベースフィルム２５の上下の表面における反射の影響を受けることなく透過率の測定が行なわれることになる。
【００２７】
次に測定ロール２９の部分における測定について説明する。光源４９から出た光が光ファイバ５０を通ってオプティカルヘッド５１に導かれ、このオプティカルヘッド５１内の焦点レンズで集光される。そして集光された光がベースフィルム２５上で半径が約１ｍｍ程度に絞られる。ベースフィルム２５はブラックロール２９上で１０ｋｇ位のテンションで張られているために、集光された光は乱反射することなくオプティカルヘッド５１に戻ってくる。そして戻ってきた光が光ファイバ５２によって分光器５３に導かれ、ここで光の強度が電気的な信号に変換されて演算装置５７に導かれる。
【００２８】
分光器３７で成膜を行なう前のベースフィルム２５の反射率が求められる。これに対して分光器４６で成膜を行なった後のベースフィルム２５の透過率および吸収率が検出される。また分光器５３で成膜を行なったベースフィルム２５の反射率が測定される。
【００２９】
演算装置５７は光学薄膜７２（図５参照）が形成されたベースフィルム２５の光学特性を測定する際に、その位置におけるベースフィルム２５の反射率に応じた修正を加える。すなわち分光器３７によって検出されるベースフィルム２５の反射率の値を保持しておくとともに、その測定点が測定ロール２９に至ったときにオプティカルヘッド５１によって反射率の測定を行なう際の補正を加える。すなわち任意の位置で測定された成膜前のベースフィルム２５の反射率を用いてキャリブレーションを行なうようにしているために、成膜後における光学特性、とくに表面反射率、透過率、吸収率の算出を高精度で行なうことができるようになる。また予めベースフィルム２５に関するキャリブレーションデータを用意する必要がなくなる。
【００３０】
今Ｒ_s、Ｒ_b、Ｔ、Ｒをそれぞれ次のように定義する。
【００３１】
Ｒ_s：表面反射率
Ｒ_b：裏面反射率
Ｔ：透過率
Ｒ：反射率（裏面反射を含む反射率）
すると表面のみの反射率Ｒ_sは次式で表わされる。
【００３２】
Ｒ_s＝Ｒ−Ｔ²Ｒ_b／（１−Ｒ_b）²
ここで従来はＲ_bおよびＴをそれぞれキャリブレーションデータとして与えていた。これに対して本実施の形態の装置においては、Ｒ_bおよびＴをその場で測定して表面のみの反射率Ｒ_sの測定にフィードバックをかけることによって、その位置での正確な値を最終的な反射率として求めるようにしたものであって、表面のみの反射率Ｒ_sを求める計算の補助データとして裏面反射率Ｒ_bおよび透過率Ｔのデータを用いるようにしたものである。
【００３３】
以上本発明を図示の一実施の形態につき説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は、反応性スパッタリングによってベースフィルム２５上に光学薄膜を形成するようにしたものであるが、本発明は真空槽内において蒸着の方法によって光学薄膜を形成するようにした装置にも適用することができ、この場合には真空槽１０内の薄膜形成装置を蒸着装置とすればよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、透明または半透明のベース上に薄膜を連続的に形成するようにした成膜装置において、薄膜を形成する前のベースの反射率を測定する第１の測定手段と、薄膜を形成した後のベースの透過率および吸収率を測定する第２の測定手段と、薄膜を形成した後のベースの反射率を測定する第３の測定手段と、を具備し、第２の測定手段による測定値と第３の測定手段による測定値に対してベースの対応する位置の第１の測定手段による測定値を用いて補正を加えて薄膜が形成されたベースの透過率、吸収率および反射率の測定を行なうようにしたものである。
【００３５】
従って第１の測定手段で得られたベースの光学特性の値を利用して薄膜を形成した後の光学特性の測定データを補正することが可能になる。
【００３６】
別の発明は、真空槽と、真空槽内に配されており、ベースフィルムを連続的に供給する供給ロールと、真空槽内において供給ロールから供給されたベースフィルム上に薄膜を形成する薄膜形成装置と、真空槽内に配されており、薄膜が形成されたベースフィルムを巻取る巻取りロールと、供給ロールから供給されるベースフィルムの反射率を測定する第１の測定手段と、薄膜形成装置で薄膜が形成されたベースフィルムの透過率および吸収率を測定する第２の測定手段と、薄膜形成装置で薄膜が形成されたベースフィルムの反射率を測定する第３の測定手段と、を具備し、第２の測定手段による測定値と第３の測定手段による測定値に対してベースフィルムの対応する位置の第１の測定手段による測定値を用いて補正を加えて薄膜が形成されたベースフィルムの透過率、吸収率、および反射率の測定を行なうようにしたものである。
【００３７】
従ってこのような装置によれば、第１の測定手段で測定されたベースフィルムの光学特性の値を基にして第２の測定手段および第３の測定手段で測定された光学特性の値をキャリブレーションすることが可能になり、このときに第１の測定手段による測定位置と第２の測定手段および第３の測定手段による測定位置とを一致させることによって、より高精度な光学特性の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成膜装置の全体の構成を示す正面図である。
【図２】光学特性の測定装置の正面図である。
【図３】反射率の測定を示す拡大正面図である。
【図４】オプティカルヘッドの拡大断面図である。
【図５】透過率の測定を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０‥‥真空槽、１１‥‥ゲートバルブ、１２‥‥真空ポンプ、１６‥‥キャンロール、１７‥‥カソード、１８‥‥ターゲット、１９‥‥ガスチャンバ、２０‥‥プロセスガス供給パイプ、２３‥‥供給ロール、２４‥‥巻取りロール、２５‥‥ベースフィルム、２６‥‥測定ロール（ブラックロール）、２７‥‥ガイドロール、２８‥‥ガイドロール、２９‥‥測定ロール（ブラックロール）、３３‥‥光源、３４‥‥光ファイバ、３５‥‥オプティカルヘッド、３６‥‥光ファイバ、３７‥‥分光器、４１‥‥光源、４２‥‥光ファイバ、４３‥‥オプティカルヘッド、４４‥‥ミラー、４５‥‥光ファイバ、４６‥‥分光器、４９‥‥光源、５０‥‥光ファイバ、５１‥‥オプティカルヘッド、５２‥‥光ファイバ、５３‥‥分光器、５７‥‥演算装置、５８‥‥プリンタ、５９‥‥モニタ、６３‥‥ブラケット、６４‥‥支軸、６５‥‥ハウジング、６６‥‥フォーカスレンズ、６７‥‥保護ガラス、６８‥‥ホルダ、７２‥‥光学薄膜

Claims

透明または半透明のベース上に薄膜を連続的に形成するようにした成膜装置において、
薄膜を形成する前の前記ベースの反射率を測定する第１の測定手段と、
薄膜を形成した後の前記ベースの透過率および吸収率を測定する第２の測定手段と、
薄膜を形成した後の前記ベースの反射率を測定する第３の測定手段と、
を具備し、前記第２の測定手段による測定値と前記第３の測定手段による測定値に対して前記ベースの対応する位置の前記第１の測定手段による測定値を用いて補正を加えて薄膜が形成されたベースの透過率、吸収率および反射率の測定を行なうようにしたことを特徴とする成膜装置。
前記薄膜が反射防止膜であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記薄膜が反射膜であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
薄膜の形成がスパッタリングによって行なわれることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
薄膜の形成が蒸着によって行なわれることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
真空槽と、
前記真空槽内に配されており、ベースフィルムを連続的に供給する供給ロールと、
前記真空槽内において前記供給ロールから供給されたベースフィルム上に薄膜を形成する薄膜形成装置と、
前記真空槽内に配されており、薄膜が形成されたベースフィルムを巻取る巻取りロールと、
前記供給ロールから供給されるベースフィルムの反射率を測定する第１の測定手段と、
前記薄膜形成装置で薄膜が形成されたベースフィルムの透過率および吸収率を測定する第２の測定手段と、
前記薄膜形成装置で薄膜が形成されたベースフィルムの反射率を測定する第３の測定手段と、
を具備し、前記第２の測定手段による測定値と前記第３の測定手段による測定値に対して前記ベースフィルムの対応する位置の前記第１の測定手段による測定値を用いて補正を加えて薄膜が形成されたベースフィルムの透過率、吸収率、および反射率の測定を行なうようにしたことを特徴とする成膜装置。
前記ベースフィルムの表面反射率をＲ _ｓとし、裏面反射率をＲ _ｂとし、透過率をＴとし、裏面反射を含む全反射率をＲとしたときに、
Ｒ _ｓ＝Ｒ−Ｔ ^２Ｒ _ｂ／（１−Ｒ _ｂ） ^２
となるように裏面反射率Ｒ _ｂおよび透過率Ｔをその時に測定し値で補正を加えるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
前記薄膜が反射防止膜であることを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
前記薄膜が反射膜であることを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
前記第２の測定手段が、前記ベースフィルムを透過した後にミラーによって反射され、再びベースフィルムを透過して出射側に戻ったときの光の強度を測定することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
前記ベースフィルムを斜めに光が透過することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。