JP4391840B2 - ＺｎＳ膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、処理基板表面に、ホログラム用の透明ＺｎＳ膜を形成するＺｎＳ膜形成方法に関する。

従来、例えばプラスチック製の長尺フィルムである処理基板表面に、ホログラム用の透明ＺｎＳ膜を連続して形成する場合、このフィルムを真空チャンバ内で走行させながら表面にＺｎＳ膜を蒸着する方法が用いられている。ここで、透明ＺｎＳ膜とは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲（以下、「可視光線領域」という）において、処理基板に対する全光透過率の低下量が１０％以下のものであって、色調の変化が概ねないものをいう。

この方法を実施する装置では、真空排気手段を有する真空チャンバ内に、巻回された長尺の処理基板を送り出す送出しロールと、冷却手段を有する冷却ドラムと、ＺｎＳ膜が形成された処理基板を巻取る巻取りロールとから構成される基板走行手段が設けられ、この冷却ドラムに対向して真空チャンバの底部に、蒸着物質であるＺｎＳの収納が可能な蒸発源が設けられている。

そして、蒸発源を作動して蒸着物質であるＺｎＳを昇華させつつ、送出しロールから処理基板を繰り出して処理基板表面にＺｎＳ膜を形成し、このＺｎＳ膜が形成された処理基板を巻取りロールに巻き取ることで、処理基板上に所望の膜厚でＺｎＳ膜を形成する。

ところで、色調、光透過率などＺｎＳ膜の光学特性はその膜厚に依存する。上記装置では、例えば蒸発源での蒸発物質の接触状態が変わると、成膜速度を定める単位時間当たりの蒸発物質の昇華量が増減し、それに伴ってＺｎＳ膜の膜厚が増減する。例えば膜厚が増加すると、ＺｎＳ膜を透過した透過光に、このＺｎＳ膜を透過したものと、ＺｎＳ層と処理基板との界面等で繰り返し反射してきたものとで光路差による干渉が生じ、可視光線領域において光透過率にピークが現れて（透過率が所定範囲を超えて大きく低下する）、色調が変化する（ＺｎＳ膜が着色する）。ＺｎＳ膜の色調が変化すると、ホログラム用としては使用できない場合がある。

このため、冷却ロールと巻取りロールとの間に、処理基板に対し特定波長の光線を照射する照射手段と、基板及び蒸着されたＺｎＳ膜を透過する光量から光透過率を測定する測定手段とを設け、この測定した光透過率が所定値に保持されるように、処理基板の走行速度若しくは蒸発物質の昇華量などを変化させることで成膜速度をフィードバック制御する技術を適用することが考えられる（特許文献１）。
特開平５−１９５２２１号公報（例えば、特許請求の範囲の記載）。

しかしながら、任意の特定波長でのみ光透過率を測定しているものでは、光透過率が増減したことで成膜速度をフィードバック制御する間に、例えばＺｎＳ膜の膜厚が所定以上になって、ＺｎＳ膜の色調が変化しても、この色調の変化を検出できない場合がある。この場合、長尺の処理基板の一部にホログラム用としては使用できない部分が生じることになり、ホログラム用の透明ＺｎＳ膜の品質管理において不十分である。

そこで、本発明は、上記点に鑑み、長尺の処理基板表面全体に亘って、概ね色調の変化がなく、膜厚が略一定に保持されたＺｎＳ膜を形成できるＺｎＳ膜形成方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明のＺｎＳ膜形成方法は、真空チャンバ内で処理基板表面にホログラム用の透明ＺｎＳ膜を形成する方法であって、前記ＺｎＳ膜を成膜する間、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長範囲から選択した第１の特定波長と、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲から選択した第２の特定波長とのそれぞれでＺｎＳ膜の光透過率及び光反射率の少なくとも一方を測定し、前記第２の特定波長での光透過率または光反射率が所定の範囲内の場合は、前記第１の特定波長での光透過率または光反射率が所定範囲内に保持されるように成膜速度を制御し、前記第２の特定波長での光透過率または光反射率が前記所定の範囲外になった場合は、前記第２の特定波長での光透過率または光反射率が前記所定の範囲内に入るように成膜速度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、処理基板表面にＺｎＳ膜を成膜する間、第１の特定波長と第２の特定波長とでＺｎＳ膜の光透過率及び光反射率の少なくとも一方をそれぞれ測定する。そして、ＺｎＳ膜の膜厚の増減に伴って第１の特定波長での光透過率または光反射率が所定範囲を超えて変化した場合、この光透過率または光反射率が所定範囲内に保持されるように成膜速度を制御する。他方で、第２の特定波長での光透過率または光反射率が所定範囲を超えるとＺｎＳ膜の色調が変化したと識別できる。

前記第２の特定波長は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲から選択するのが好ましい。透明ＺｎＳ膜を形成する場合、５００ｎｍ未満または６００ｎｍを超えた波長では、ＺｎＳ膜の膜厚が増加した場合の光透過率の変化量が小さく、色調の変化を判断できない場合がある。

光透過率または光反射率の測定精度を高めるために、前記第１及び第２の各特定波長でのＺｎＳ膜の光透過率及び光反射率の少なくとも一方の測定を複数箇所で行うようにしてもよい。

尚、前記成膜を、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはＣＶＤ法により行うのがよい。

また、前記処理基板を真空チャンバ内で走行させながらまたは所定の位置に保持して前記成膜を行うようにすればよい。

この場合、前記処理基板は、例えばプラスチック或いはガラス製とすればよい。

以上説明したように、本発明によれば、長尺の処理基板表面全体に亘って、概ね色調の変化がなく、膜厚が略一定に保持されたＺｎＳ膜が形成できるという効果を奏する。

図１には、本発明のＺｎＳ膜形成方法を実施する巻取式の真空蒸着装置１が示されており、例えばＰＥＴ製の長尺フィルムである処理基板Ｓの表面に連続してＺｎＳ膜を形成できる。この真空蒸着装置１は真空チャンバ１１を有し、この真空チャンバ１１には、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ等から構成されて真空排気手段１２が設けられ、この真空チャンバ１１内を任意の真空度（例えば１×１０^−６Ｔｏｒｒ）に維持できる。処理基板Ｓとしては、ＰＥＴのほか、ポリプロピレン、ポリエステル、ＰＶＣ等のフィルムまたはガラスであってもよい。

真空チャンバ１１内には基板走行手段２が配置されている。この基板走行手段２は、巻回された長尺の処理基板Ｓを送り出す送出しロール２１と、この処理基板Ｓに蒸着物質が到達したときに冷却して固化させる冷却手段を設けた冷却ドラム２２と、ＺｎＳ膜が形成された処理基板Ｓを巻き取る巻取りロール２３とから構成され、送出しロール２１と冷却ドラム２２との間及び冷却ドラム２２と巻取りロール２３との間には、ガイドロール２４ａ、２４ｂやテンションロール（エキスパンダーロール等）２５ａ、２５ｂが設けられている。

この冷却ドラム２２に対向して真空チャンバ１１の底部には、蒸着物質であるＺｎＳの収納が可能な蒸発源３が設けられている。この蒸発源３は、公知の構造を有する誘導加熱式のものであり、交流電流を流すと交番磁束を発生させる加熱コイル３１を有する。そして、真空排気手段１２によって真空チャンバ１１を所定の真空度に保持した後、蒸発源３の加熱コイル３１に通電して蒸発物質であるＺｎＳを加熱して昇華させつつ、送出しロール２１から処理基板Ｓを繰り出して表面にＺｎＳ膜を形成し、このＺｎＳ膜が形成された処理基板Ｓを巻取りロール２３に巻き取ることで、処理基板Ｓ上に所望の膜厚でＺｎＳ膜を形成する。この場合、ホログラム用としてのＺｎＳ膜は、処理基板ＳであるＰＥＴの全光透過率が８５〜９０％であるとした場合、可視光線領域において、処理基板Ｓに対する全光透過率の低下量が１０％以下のものであって、色調の変化が概ねないものをいう。

ところで、色調、光透過率などＺｎＳ膜の光学特性はその膜厚に依存する。この場合、ＺｎＳ膜の膜厚が増加すると、ＺｎＳ膜を透過した透過光に、このＺｎＳ膜を透過したものとＺｎＳ層と処理基板との界面等で繰り返し反射してきたものとで光路差による干渉が生じ、可視光線領域での光透過率にピークが現れてＺｎＳ膜の色調が変化し、ホログラム用としては使用できない場合がある。ＺｎＳ膜の品質管理においては、成膜（蒸着）に際し、長尺の処理基板Ｓの全体に亘って所定の膜厚でＺｎＳ膜を均一に成膜し、仮に膜厚が増えてＺｎＳ膜の色調が変化した場合、それを識別できるようにしなければならない。

処理基板Ｓ表面に形成したＺｎＳ膜では、３００ｎｍ〜４００ｎｍ（以下、「近紫外光線領域」という）の波長範囲から選択した特定波長においてＺｎＳ膜の膜厚に対する光透過率の変化量が多いことが判った。他方で、４００ｎｍ〜８００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲から選択した特定波長において光透過率が急激に低下してピークが現れ、ＺｎＳ膜の色調が変化することが判った。

尚、３００ｎｍ未満の波長では、ホログラム用として用いる処理基板Ｓでの吸収の影響を受けて光透過率を測定できない場合がある。他方で、４００ｎｍを超えると、ＺｎＳ膜の膜厚の増減に対する光透過率または光反射率の変化量が少なくなって細やかな制御に適さない。また、５００ｎｍ未満または６００ｎｍを超えた波長では、ＺｎＳ膜の膜厚が増加した場合の光透過率の変化量が小さく、色調の変化を判断できない場合がある。

そこで、本実施の形態では、処理基板Ｓ表面にＺｎＳ膜を成膜する間、近紫外線領域から選択した第１の特定波長と可視光線領域から選択した第２の特定波長とにおけるＺｎＳ膜の光透過率をそれぞれ測定する測定手段４を設けた。そして、この測定手段４で測定した第１の特定波長での光透過率が所定範囲内に保持されるように、蒸発源３の加熱コイル３１への通電電流を制御して昇華量を調節すること若しくは基板搬送手段２による基板搬送速度を調節することで成膜速度を制御し、ＺｎＳ膜の膜厚を、長尺の処理基板Ｓの全長に亘って均一になるようにした。他方で、成膜速度を制御する間に第２の特定波長での光透過率が所定範囲を超えると、ＺｎＳ膜の色調が変化したと識別すると共に、第１の特定波長での光透過率に基づいて成膜速度の制御を続行する。この場合、長尺の処理基板ＳへのＺｎＳ膜の形成が終了した後、処理基板のいずれの部分の色調が変化したかを特定する識別手段（図示せず）を設けてもよい。

図１及び図２に示すように、測定手段４は、冷却ドラム２２の下流側に設けられ、ＺｎＳ膜を形成した処理基板Ｓを挟んで相互に対向するように配置された近紫外光線用及び可視光線用の各照射部４１ａ、４１ｂと、透過光量を検出する近紫外光線用及び可視光線用の各検出部４２ａ、４２ｂとを有する。そして、各検出部４２ａ、４２ｂで検出した光量に基づいて、各照射部４１ａ、４１ｂ及び各検出部４２ａ、４２ｂの作動を制御する制御部４３で光透過率がそれぞれ測定される。近紫外光線用及び可視光線用の各照射部４１ａ、４１ｂは、重水素ハロゲン、ハロゲン及びキセノンランプなどの光源４４にそれぞれ接続され、例えば図示しないモノクロメータを介して近紫外光線領域及び可視光線領域で任意の特定波長の光線を照射部４１ａ、４１ｂを介して処理基板Ｓに照射できる。

次に、本発明の方法を用いた真空蒸着装置１の作動を説明する。加熱コイル３１に通電して蒸発源３に収納したＺｎＳを昇華させた後、繰出しロール２１から処理基板Ｓを繰り出して処理基板Ｓ表面にＺｎＳを蒸着し、巻取りロール２３にＺｎＳ膜が形成された処理基板Ｓを巻取る。この場合、処理基板Ｓ自体の全光透過率を１００％にキャリブレーションし、ＺｎＳ成膜時の目標全光透過率を９０％以上（このときのＺｎＳ膜の膜厚は５０ｎｍ以下になる）とし、それに応じて加熱コイル３１への通電電流を設定する。また、第１の特定波長を３８０ｎｍ、第２の特定波長を５６０ｎｍに設定する。

ＺｎＳ膜を成膜する間、冷却ドラム２２下流側に設けた測定手段４によって第１及び第２の特定波長の光線を照射して光透過率をそれぞれ測定する。第１の特定波長での光透過率が所定範囲（８０〜９０％）を外れると蒸発源でのＺｎＳの昇華量が変動したと判別し、加熱コイル３１への通電電流または基板搬送手段２による基板搬送速度を調節して成膜速度を制御する。

次いで、第２特定波長での光透過率が所定範囲（１００〜９０％）を外れると、膜厚の増加によって可視光線領域での光透過率にピークが現れてＺｎＳ膜の色調が変化したと判別し、それを識別する、。このとき、基板走行手段３は停止せずに、第１の特定波長での光透過率に基づいて加熱コイル３１への通電電流の制御による昇華量の調節若しくは基板搬送速度の調節を続行しつつ、ＺｎＳを蒸着する。このように、２波長を使用して成膜量を制御することで概ね１５〜４０ｎｍのＺｎＳ膜が成膜できる。

尚、本発明の実施形態では、光透過式の測定手段４を用いたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば透明でない処理基板Ｓ表面にＺｎＳ膜を形成する場合には、反射光線を利用して上記と同様の制御を行うことができる。

また、第１及び第２の各特定波長におけるＺｎＳ膜の光透過率または光反射率の測定を複数箇所で行って測定制御を高めるようにしてもよく、この場合、処理基板Ｓの走行方向に対して直角方向に走査できるように測定手段４を構成し、若しくは直角方向の複数箇所に測定手段４を配置するようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、処理基板Ｓを真空チャンバ１１内を走行させながら成膜するものについて説明したが、これに限定されるものではなく、真空チャンバ１１内の所定位置に処理基板Ｓを保持してＺｎＳ膜を成膜する場合にも適用できる。この場合、真空チャンバ１１の上部に近紫外光線用及び可視光線用の各照射部４１ａ、４１ｂを設けると共に、その底部に、透過光量を検出する近紫外光線用及び可視光線用の各検出部４２ａ、４２ｂを設けて真空チャンバ１１内に保持した処理基板Ｓの光透過率を測定できるようにすればよい。

本発明の実施形態では、蒸着法によりＺｎＳ膜を形成するものについて説明したが、成膜方法はこれに限定されるものではなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはＣＶＤ法により行うこともでき、各成膜方法に応じて成膜速度が適宜制御される。

本実施例では、厚さ２３μｍのＰＥＴ製処理基板Ｓ（透過率８８％）を使用し、基板走行手段２を介してこの処理基板Ｓに所定の張力を加えつつ２００ｍ／ｍｉｎの基板走行速度で処理基板Ｓを走行させた。この場合、真空チャンバ１１内の圧力を２×１０^−５に設定し、蒸発源３の出力を１２０ＫＷとしＺｎＳを昇華させた。測定手段４での第１の特定波長を３８０ｎｍ、第２の特定波長を５６０ｎｍとした。

図３（ａ）乃至図３（ｄ）は、ホログラム用として処理基板Ｓ表面に形成されるＺｎＳ膜の膜厚を変化させたときの第１及び第２の各特定波長に対する光透過率（この場合、光透過率は処理基板Ｓ自体の全光透過率を１００％にキャリブレーションした後の処理基板Ｓを含むものである）を示す。これによれば、ＺｎＳ膜の膜厚が２０ｎｍである場合、第１の特定波長における光透過率は約８５％であり、第２の特定波長における光透過率は約９５％であった。また、可視光線領域ではピーク（色調の変化）は見られなかった（図３（ａ）参照）。

次に、ＺｎＳ膜の膜厚が４０ｎｍである場合、第１の特定波長における光透過率は７３％であった。これに対し、第２の特定波長における光透過率は約７８％に低下した（図３（ｂ）参照）。このとき、ＺｎＳ膜に極微小な色調の変化（薄青色）が見られた。第１の特定波長の光透過率は、４０ｎｍまでは膜厚に相関して変化したが、第２の特定波長の光透過率は、４０ｎｍ付近でＺｎＳ膜に極微小な色調変化が発生する時点で急激に変化した。

次に、ＺｎＳ膜の膜厚が８０ｎｍである場合、第１の特定波長における光透過率は９３％となり、第２の特定波長における光透過率は約７９％となった。この場合、可視光領域にピークが出現し、色調の変化（黄青）が見られた（図３（ｃ）参照）。また、第１の特定波長での光透過率は、ＺｎＳ膜内の干渉の影響を受けて上昇したが、第２の特定波長での透過率は殆ど変化しなかった。

次に、ＺｎＳ膜の膜厚が１３０ｎｍである場合、第１の特定波長における光透過率は６６％となり、第２の特定波長における光透過率は約９８％となった。この場合、可視光領域にピークが出現し、色調の変化（黄色）が見られた（図３（ｄ）参照）。また、第１の特定波長での光透過率は下降し、第２の特定波長での透過率は上昇した。

これにより、色調の変化が発生する場合、可視領域である５００〜６００ｎｍの範囲で急激に変化することが確認された。このため、この範囲の波長で光透過率をモニターすることによりＺｎＳ膜が着色したことを確実に識別することができる。また、特定の波長によってはＺｎＳ膜内で干渉の影響を受けて透過率が振動し、１波長では成膜速度を正確に検知できない場合がある。このため、異なる２波長を用いて測定することにより、２波長の関係および変化率から成膜速度を検知し制御することが可能となる。

具体的には、４０ｎｍ以下では第１の特定波長で膜厚の管理が可能である。さらに、色調の変化に対応して大きく変化する第２の特定波長をモニターすることで色調の変化を検出することができる。このため、第１及び第２の各特定波長での光透過率をモニターし、第２の特定波長での光透過率が大きく変化するまでは、即ち、第２の特定波長での光透過率が所定の範囲内の場合は、第１の特定波長での光透過率を用いて、蒸発物質の昇華量や基板搬送速度などを変化させることで成膜速度をフィードバック制御すること、即ち、第１の特定波長での光透過率が所定範囲内に保持されるように成膜速度を制御することができる。

さらに、第２の特定波長での光透過率が大きく変化した場合、即ち、第２の特定波長での光透過率が所定の範囲外になった場合は、第２の特定波長の光透過率を用いて、蒸発物質の昇華量や基板搬送速度を変化させることで成膜速度をフィードバック制御すること、即ち、第２の特定波長での光透過率が所定の範囲内に入るように成膜速度を制御することができる。このため、ＺｎＳ膜の膜厚、色調を一定に保持できる。このとき、制御の方法を切り替えることも可能である。

また、ＺｎＳ膜の仕様が多少の色調の変化を許容する場合、４０ｎｍ以上の範囲でも第１の特定波長を使用して蒸発物質の昇華量や基板搬送速度などのフィードバック制御をすることが可能である。各波長の光透過率の目標値を基準データとし、その変化の挙動にあわせて蒸発物質の昇華量や基板搬送速度を変化させて成膜速度をフィードバック制御することができる。このため、ＺｎＳ膜内の干渉による透過率の振動が発生する場合でも、２つの特定波長で光透過率をモニターすることで、成膜速度をフィードバック制御することができる。これらにより、ＺｎＳ膜の膜厚、色調を一定に保持できる。

本発明のＺｎＳ膜形成方法を実施する装置を概略的に説明する図。 図１に示す装置に設けた測定手段を説明する図。 （ａ）乃至（ｄ）は、ＺｎＳ膜の膜厚を変化させた場合の波長に対する光透過率の変化を説明するグラフ

符号の説明

１ 真空蒸着装置
１１ 真空チャンバ
２ 基板走行手段
３ 蒸発源
４ 透過式測定手段

Claims (6)

1. 真空チャンバ内で処理基板表面にホログラム用の透明ＺｎＳ膜を形成する方法であって、
   前記ＺｎＳ膜を成膜する間、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長範囲から選択した第１の特定波長と、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲から選択した第２の特定波長とのそれぞれでＺｎＳ膜の光透過率及び光反射率の少なくとも一方を測定し、
   前記第２の特定波長での光透過率または光反射率が所定の範囲内の場合は、前記第１の特定波長での光透過率または光反射率が所定範囲内に保持されるように成膜速度を制御し、
   前記第２の特定波長での光透過率または光反射率が前記所定の範囲外になった場合は、前記第２の特定波長での光透過率または光反射率が前記所定の範囲内に入るように成膜速度を制御することを特徴とするＺｎＳ膜形成方法。
2. 前記第２の特定波長を５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲から選択することを特徴とする請求項１記載のＺｎＳ膜形成方法。
3. 前記第１及び第２の各特定波長でのＺｎＳ膜の光透過率及び光反射率の少なくとも一方のそれぞれの測定を複数箇所で行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＺｎＳ膜形成方法。
4. 前記成膜を、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはＣＶＤ法により行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＺｎＳ膜形成方法。
5. 前記処理基板を真空チャンバ内で走行させながらまたは所定の位置に保持して前記成膜を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のいずれかに記載のＺｎＳ膜形成方法。
6. 前記処理基板は、プラスチック或いはガラス製であることを特徴としたことを請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＺｎＳ膜形成方法。

Images