JP4738292B2

JP4738292B2 - 多層膜の透過率モニター

Info

Publication number: JP4738292B2
Application number: JP2006246541A
Authority: JP
Inventors: 秀晴大上; 武彦長家
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd; Optorun Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd; Optorun Co Ltd
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP2008069378A

Description

本発明は、気相成膜装置の成膜室内に帯状樹脂フィルムを巻き出す第一ロールと巻き出された帯状樹脂フィルムを巻き取る第二ロールを備え、第一ロールと第二ロール間の搬送路中に設けられた成膜領域において正転搬送される帯状樹脂フィルム面に薄膜ａを成膜すると共に逆転搬送される帯状樹脂フィルムの薄膜ａ上に薄膜ｂを成膜し、帯状樹脂フィルムの正転搬送および逆転搬送を必要回数繰り返して２種以上の成膜材料から成る多層膜を形成するロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法に係り、特に、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法に適用されて上記多層膜の透過率を高精度で監視できる透過率モニターの改良に関するものである。

透明多層膜の膜厚測定では分光干渉法による非接触測定が既に実用化され、各種薄膜の膜厚測定に使用されている。この分光干渉法による非接触膜厚測定では、透明膜等の膜に光を照射し、膜表面からの反射光と膜を通過し膜と基板境界面で反射し戻ってくる光を分光器で捕らえ、光の位相差により生ずる干渉を測定する。上記位相差は、膜厚が変わって両者の光学距離が変わることで変化するので、膜の屈折率が分かれば膜厚を算出できる。

また、多層膜の膜厚測定方法として、マトリクス法と呼ばれる光学シミュレーションを用い、カーブフィット法を利用して多層膜の膜厚を算出する方法が広く知られ、実用化されている。このカーブフィット法は、多層膜の膜厚初期値における反射率、透過率についてマトリクス法により理論値を算出し、実測された測定値との誤差が最小になるように初期値を変更して実測の反射率、透過率にカーブフィットする最適な膜厚を算出するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、基板上に形成された単層または多層膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、基板上に光を照射して反射光または透過光を測定する測定手段と、測定手段による測定値に基づいて基板上に形成された単層または多層膜の膜厚を算出する演算手段と、反射光または透過光の測定時に基板を下面から支える多数の支柱を備えた測定ステージ手段を備え、基板上に形成された膜、特に液晶表示装置用基板上のＩＴＯ膜、ＰＳ（フォトスペーサー）膜からなる２層膜の高精度な膜厚測定を、短時間で非破壊方式により計測可能な装置が提案されている。

ところで、最近、多層薄膜で構成された吸収型多層膜ＮＤフィルターが多く用いられるようになってきている。ＮＤ（Neutral Density Filter）フィルターには、入射光を反射して減衰させる反射型ＮＤフィルターと、入射光を吸収して減衰させる吸収型ＮＤフィルターが知られている。そして、反射光が問題となるレンズ光学系にＮＤフィルターを組み込む場合には吸収型ＮＤフィルターが一般に用いられ、この吸収型ＮＤフィルターには、基板自体に吸収物質を混ぜ（色ガラスＮＤフィルター）あるいは吸収物質を塗布するタイプと、基板自体に吸収はなくその表面に形成された薄膜に吸収があるタイプが存在する。また、後者の場合は、薄膜表面の反射を防ぐため上記薄膜を多層膜で構成し、透過光を減衰させる機能と共に反射防止の効果を持たせることも行われている。

また、小型で薄型のデジタルカメラに用いられる吸収型多層膜ＮＤフィルターは、組込みスペースが狭いことから基板自体を薄くする必要があるため、樹脂フィルムが最適な基板とされている。そして、上記薄膜が多層膜で構成された吸収型多層膜ＮＤフィルターとして、特許文献３には酸化物誘電体膜と金属膜から成るＮＤフィルターが開示されている。

ところで、気相成膜装置の成膜室内に帯状樹脂フィルムを巻き出す第一ロールと巻き出された帯状樹脂フィルムを巻き取る第二ロールを備え、第一ロールと第二ロール間の搬送路中に設けられた成膜領域において正転搬送される帯状樹脂フィルム面に薄膜ａを成膜すると共に逆転搬送される帯状樹脂フィルムの薄膜ａ上に薄膜ｂを成膜し、帯状樹脂フィルムの正転搬送および逆転搬送を必要回数繰り返して２種以上の成膜材料から成る多層膜を形成するロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法により吸収型多層膜ＮＤフィルターを製造する場合、一般的なバッチ方式の気相成膜方法に較べて各層の成膜時間が極端に長くなるため、長時間に亘って成膜条件を一定に維持することは難しかった。また、吸収型多層膜ＮＤフィルターは、吸収膜である金属膜の膜厚が僅か１０ｎｍ程度であり、例え０．数ｎｍの膜厚誤差によっても透過率が大きく変化してしまう。このため、成膜時間が極端に長くなるロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法により吸収型多層膜ＮＤフィルターを製造する場合、成膜される多層膜の膜厚制御について高い精度でこれを行う必要があった。

この場合、成膜される多層膜の膜厚若しくは透過率を監視する光学モニターを気相成膜装置に組み込んで膜厚制御を行う方法が採られるが、経時的にモニタリング精度が低下する問題が存在した。
特開平７−４９２２号公報特開２００５−２２１３６６号公報特開２００６−１７８３９５号公報

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法に適用されて多層膜の透過率を低コストでしかも高い精度で継続的に監視可能な透過率モニターを提供することにある。

そこで、本発明者等は、樹脂フィルムの少なくとも片面に２種類の成膜材料から成る吸収型多層膜が設けられた吸収型多層膜ＮＤフィルターをロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法で製造する場合に適用されて、継続的に各層の膜厚を正確に制御できると共に簡易な構造で低コストの透過率モニターを検討した。

そして、以下の表１に示す膜構造の平均透過率１２．５％の吸収型多層膜ＮＤフィルターは、図１のグラフ図に示すような分光透過特性を有する。吸収膜である金属膜は、その膜厚が僅か７ｎｍしかなく、例え０．数ｎｍの膜厚誤差によっても透過率は大きく変化してしまう。従って、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜方法では、金属膜の膜厚(透過率)を正確に監視するには膜厚(透過率)モニターが必要となる。

ところで、表１に示す膜構造の吸収型多層膜ＮＤフィルターについて、バッチ方式の気相成膜装置に取り付けられた膜厚モニターによりその成膜中の透過率変化（片面５層分）を測定すると、図２のグラフ図に示すような変化になる。

しかし、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜装置に膜厚モニターを取り付けた場合、成膜室内において成膜基板である樹脂フィルム自体が移動してしまうため、バッチ方式の気相成膜装置のように成膜中における光量変化を測定することができない。このため、成膜後の単層あるいは多層膜の光量を測定するしかなく、成膜直後における多層膜の透過光量を測定しなければならない。

表１に示す膜構造の吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいて、各層の成膜後における波長５３２ｎｍの透過率を表２に示す。光学モニターのフィルム透過率測定投光部から光がフィルムを透過してフィルム透過率測定受光部に直接入射したときの透過率が１００％になる。成膜スタート時の透過率は、理論透過率と同等になるようにゲイン調整することもある。基板のＰＥＴフィルムは厚さ５０μｍ〜１００μｍもあるので、干渉を考慮しなくてよい。ＰＥＴフィルムのＡ面成膜後、フィルムを裏返してＰＥＴフィルムのＢ面成膜を行うとき、Ａ面成膜時と同じ透過率にゲイン調整してスタートすることができる。このようにして、波長５３２ｎｍにおける透過率１２．３％（＝３５．１％×３５．１％）のＮＤフィルターが完成する。

そして、各層の成膜後に、それぞれ目標の透過率になるように成膜条件（例えば、スパッタリング電力、フィルム搬送速度等）を調整すれば、目標とする吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光光学特性を得ることができる。

しかし、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜は、上述したようにバッチ方式の気相成膜に較べて各層の成膜時間が極端に長くなるため、成膜中における成膜室等の熱膨張に起因する位置ズレ等により光学モニターにおける光源光量の時間変動が問題になることを見出した。すなわち、成膜室等が熱膨張した場合、成膜室内を搬送される樹脂フィルムと光学モニターの光源との相対距離が変化し、あるいは、光源からの光を樹脂フィルム面近傍まで導く光ファイバと樹脂フィルムとの相対距離が変化する等して樹脂フィルムへ照射される光源光量が微妙に変動する現象が確認される。

そこで、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜中に光学モニターにおける光源光量の時間変化を測定し、測定された光源光量の変化に基づき得られた多層膜の透過率を補正すると共に目標透過率とのズレ分を考慮して成膜条件を制御したところ、膜厚制御を継続的に高精度で行うことができ、この結果、優れた光学特性を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの安定生産が可能となることを見出した。本発明はこのような技術的検討と発見に基づき完成されている。

すなわち、請求項１に係る発明は、
気相成膜装置の成膜室内に帯状樹脂フィルムを巻き出す第一ロールと巻き出された帯状樹脂フィルムを巻き取る第二ロールを備え、第一ロールと第二ロール間の搬送路中に設けられた成膜領域において第一ロールから巻き出された上記帯状樹脂フィルムの少なくとも片面に薄膜ａを成膜しながら第二ロールにより回収した後、各ロールの回転方向を反転させかつ上記成膜領域において第二ロールから巻き出された帯状樹脂フィルムの上記薄膜ａ上に異種の薄膜ｂを成膜しながら第一ロールにより回収し、以下、必要に応じて上記工程を繰り返すと共に必要に応じ成膜材料を変更して帯状樹脂フィルム上に２種以上の成膜材料から成る多層膜を形成する気相成膜方法に適用される多層膜の透過率モニターを前提とし、
白色光源と、光源からの光を３光路に分配し少なくともその２光路を構成する２本の第一、第二光ファイバが上記成膜室内に導入される第一分岐光ファイバと、成膜室内に導入された第一光ファイバの先端が上記成膜領域から第二ロール側へ搬送される帯状樹脂フィルム面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルムを介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルムを透過した白色光が入射される第一受光ファイバと、成膜室内に導入された第二光ファイバの先端が上記成膜領域から第一ロール側へ搬送される帯状樹脂フィルム面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルムを介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルムを透過した白色光が入射される第二受光ファイバと、上記第一受光ファイバおよび第二受光ファイバの各端部と上記光源からの光を直接導光する残り１本の第三光ファイバ端部が上記成膜室外においてそれぞれ接続される測定光切替器と、測定光切替器内に設けられかつ測定光切替器に接続された第一受光ファイバ、第二受光ファイバおよび第三光ファイバから出射される白色光を順次一定の時間間隔ごと通過させて対応する３つの受光部へそれぞれ入射させる光切替用回転マスクと、上記各受光部を含む３光路を一つに統合する第二分岐光ファイバと、統合された光ファイバ端部より入射される白色光から特定波長の単色光を分離する分光器と、分離された単色光が入射されてその光量を測定する光量測定器とを具備し、上記第一分岐光ファイバが、分岐前の部分がファイバをランダムに束ねた光ファイバにより構成され、かつ、分岐後の第一、第二および第三光ファイバが上記ファイバ束を少なくとも２本分配した光ファイバで構成され、第一受光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき正転搬送時に成膜された単一若しくは多層膜の透過率を測定し、第二受光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき逆転搬送時に成膜された多層膜の透過率を測定すると共に、上記第三光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき光源光量を測定し、かつ、測定された光源光量に基づき上記各透過率を補正することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１記載の発明に係る多層膜の透過率モニターを前提とし、
白色光源と第一分岐光ファイバ間に拡散板が配置されていることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２記載の発明に係る多層膜の透過率モニターを前提とし、
上記透過率測定値の安定性が±０．０５％／１０時間以内であることを特徴とするものである。

本発明に係る透過率モニターによれば、
白色光源と、光源からの光を３光路に分配し少なくともその２光路を構成する２本の第一、第二光ファイバが上記成膜室内に導入される第一分岐光ファイバと、成膜室内に導入された第一光ファイバの先端が上記成膜領域から第二ロール側へ搬送される帯状樹脂フィルム面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルムを介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルムを透過した白色光が入射される第一受光ファイバと、成膜室内に導入された第二光ファイバの先端が上記成膜領域から第一ロール側へ搬送される帯状樹脂フィルム面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルムを介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルムを透過した白色光が入射される第二受光ファイバと、上記第一受光ファイバおよび第二受光ファイバの各端部と上記光源からの光を直接導光する残り１本の第三光ファイバ端部が上記成膜室外においてそれぞれ接続される測定光切替器と、測定光切替器内に設けられかつ測定光切替器に接続された第一受光ファイバ、第二受光ファイバおよび第三光ファイバから出射される白色光を順次一定の時間間隔ごと通過させて対応する３つの受光部へそれぞれ入射させる光切替用回転マスクと、上記各受光部を含む３光路を一つに統合する第二分岐光ファイバと、統合された光ファイバ端部より入射される白色光から特定波長の単色光を分離する分光器と、分離された単色光が入射されてその光量を測定する光量測定器とを具備し、上記第一分岐光ファイバが、分岐前の部分がファイバをランダムに束ねた光ファイバにより構成され、かつ、分岐後の第一、第二および第三光ファイバが上記ファイバ束を少なくとも２本分配した光ファイバで構成され、
第一受光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき正転搬送時に成膜された単一若しくは多層膜の透過率を測定し、第二受光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき逆転搬送時に成膜された多層膜の透過率を測定すると共に、上記第三光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき光源光量を測定し、かつ、測定された光源光量に基づき上記各透過率を補正している。

従って、成膜時間が極端に長くなるロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法に適用されても光源光量の時間変動に起因した測定誤差が回避されるため、形成された多層膜の透過率について簡易な構造で低コストにも拘らず、高い精度でもって継続的に監視することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、気相成膜（スパッタリング）装置は、図３に示すように成膜室（真空チャンバ）１と、この真空チャンバ１内に収容され帯状樹脂フィルム１００を巻き出す第一ロール（巻き出しロール）５および巻き出された帯状樹脂フィルム１００を巻き取る第二ロール（巻き取りロール）６と、巻き出しロール５と巻き取りロール６間の搬送路中に設けられ上記帯状樹脂フィルム１００が巻き付けられる水冷キャンロール２と、このキャンロール２の外周面に沿って設けられかつＳｉスパッタリングターゲット９とＮｉスパッタリングターゲット１０がそれぞれ配置される成膜領域１０１とでその主要部が構成されている。

また、この気相成膜（スパッタリング）装置に組み込まれた透過率モニターは、図３に示すように白色（ハロゲン）光源１１と、この光源１１からの光路を３光路に分配しその２光路を構成する２本の第一光ファイバ１２１と第二光ファイバ１２２が上記真空チャンバ１内に導入される第一分岐光ファイバ１２と、上記第一光ファイバ１２１の先端（投光部）１４が上記成膜領域１０１から第二ロール（巻き取りロール）６側へ搬送される帯状樹脂フィルム１００面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルム１００を介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルム１００を透過した白色光が先端（受光部）１６に入射される第一受光ファイバ２０１と、上記第二光ファイバ１２２の先端（投光部）１３が上記成膜領域１０１から第一ロール（巻き出しロール）５側へ搬送される帯状樹脂フィルム１００面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルム１００を介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルム１００を透過した白色光が先端（受光部）１５に入射される第二受光ファイバ２０２と、上記第一受光ファイバ２０１の端部（出射部）２０および第二受光ファイバ２０２の端部（出射部）１９と残り１本の第三光ファイバ１２３の端部（出射部）１８が上記真空チャンバ１外においてそれぞれ接続される測定光切替器１７と、測定光切替器１７内に設けられかつ測定光切替器１７に接続された第一受光ファイバ２０１、第二受光ファイバ２０２および第三光ファイバ１２３から出射される白色光を順次一定の時間間隔ごと通過させて対応する３つの受光部２１、２２、２３へそれぞれ入射させる光切替用回転マスク２４と、上記各受光部２１、２２、２３を含む３光路を一つに統合する第二分岐光ファイバ２６と、統合された第二分岐光ファイバ２６の端部より入射される白色光から特定波長の単色光を分離する分光器２７と、分離された単色光が入射されてその光量を測定する光量測定器２８とでその主要部が構成されている。

そして、この透過率モニターにおいては、第一受光ファイバ２０１と測定光切替器１７を経由した単色光に基づき正転搬送時に成膜された単一若しくは多層膜の透過率を測定し、第二受光ファイバ２０２と測定光切替器１７を経由した単色光に基づき逆転搬送時に成膜された多層膜の透過率を測定すると共に、上記第三光ファイバ１２３と測定光切替器１７を経由した単色光に基づき光源光量を測定し、かつ、測定された光源光量に基づき上記各透過率を補正するようになっている。

従って、成膜時間が極端に長くなるロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法に適用されても光源光量の時間変動に起因した測定誤差が回避されるため、形成された多層膜の透過率について簡易な構造で低コストにも拘らず継続的に高精度の監視が可能となる。

尚、この気相成膜（スパッタリング）装置において、正転搬送とは、帯状樹脂フィルム１００が第一ロール（巻き出しロール）５から第二ロール（巻き取りロール）６側へ搬送されることを意味し、逆転搬送とは、帯状樹脂フィルム１００が第二ロール（巻き取りロール）６から第一ロール（巻き出しロール）５側へ搬送されることを意味している。

以下、本発明に係る気相成膜（スパッタリング）装置と透過率モニターについて更に詳細に説明する。

本発明に係るロールトゥロールプロセス方式の気相成膜、すなわちロールコータは、真空チャンバ１内に巻き出しロール５と巻き取りロール６を具備し、水冷キャンロール２およびフィードロール３、４の駆動によって帯状樹脂フィルム１００は搬送される。そして、上述したように巻き出しロール５から巻き取りロール６へフィルム１００が搬送される方向を正転方向、反対方向を逆転方向とする。尚、巻き出しロール５と巻き取りロール６がフィルムの張力バランスをとっている。

一例として、この実施の形態では、キャンロール２の両側にＳｉスパッタリングターゲット９とＮｉスパッタリングターゲット１０が配置され、正転搬送でＳｉスパッタリングを行い、逆転搬送でＮｉスパッタリングを行う。例示した吸収型多層膜ＮＤフィルターのＳｉとＮｉの膜厚には大きな差があるため、同時に成膜することは極めて困難である。

そして、フィードロール４とフリーロール８の間には、正転搬送時のＳｉスパッタリング時に使用する透過率モニターとしての第一光ファイバ１２１の投光部１４と第一受光ファイバ２０１の受光部１６が配置され、フィードロール３とフリーロール７の間には、逆転搬送時のＮｉスパッタリング時に使用する第二光ファイバ１２２の投光部１３と第二受光ファイバ２０２の受光部１５が配置されている。

安定化電源によって安定化されたハロゲン光源１１には上述したように第一分岐光ファイバ１２が接続されており、光源光量の時間変化を補正するための第三光ファイバ１２３と、正転搬送時モニター用の第一光ファイバ１２１および逆転搬送時モニター用の第二光ファイバ１２２に分岐している。

第一分岐光ファイバ１２のハロゲン光源１１に接続されている端面は、ファイバがランダムに束ねられており、このファイバ束を少なくとも２本に分配したものであることが好ましく、これによってハロゲン光源の位置による強度ムラを最小限に抑えている。更に、第一分岐光ファイバ１２とハロゲン光源１１間に拡散板を配置してもよい。

例示した収型多層膜ＮＤフィルターをロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法すなわちロールコータで成膜する場合、透過率モニターにおける受光システム個々のバラツキの影響を無くすため、上述したように白色（ハロゲン）光源１１からの光路を３光路に分配しその２光路を構成する２本の第一光ファイバ１２１と第二光ファイバ１２２を真空チャンバ１内に導入し、第一光ファイバ１２１から帯状樹脂フィルム１００へ向けて投光された白色光を対応する第一受光ファイバ２０１で受光し測定光切替器１７側へと導光すると共に、第二光ファイバ１２２から帯状樹脂フィルム１００へ向けて投光された白色光を対応する第二受光ファイバ２０２で受光し測定光切替器１７側へと導光し、かつ、第一分岐光ファイバ１２の残り１本の第三光ファイバ１２３を介して白色（ハロゲン）光源１１からの光を上記測定光切替器１７側へ直接導光するようになっている。そして、上記測定光切替器１７内には、図３および図４に示すように開口２５を有する円盤状の光切替用回転マスク２４が取り付けられており、測定光切替器１７に接続された第一受光ファイバ２０１、第二受光ファイバ２０２および第三光ファイバ１２３の各端部（出射部）１８、１９、２０から出射される白色光を、順次一定の時間間隔ごと通過させて対応する３つの受光部２１、２２、２３へそれぞれ入射させるようになっている。尚、測定ノイズを低減させるため、白色（ハロゲン）光源１１からの光をチョッパーでチョッピングしロックインアンプにより信号処理を行う方法を併用してもよい。

上記光切替用回転マスク２４は、例えば５秒毎に１２０度回転するように制御されており、正転搬送時には、図４に示すように０度の位置において上記開口２５が第三光ファイバ１２３の端部（出射部）１８と受光部２１間に配置され、また、１２０度の位置において上記開口２５が第一受光ファイバ２０１の端部（出射部）２０と受光部２３間に配置されるようになっている。このため、図５に示すように第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した白色光が分光器２７に入射されて特定波長の単色光が分離されかつ分離された単色光が光量測定器２８に入射されて光源光量が測定されると共に、第一受光ファイバ２０１と光切替用回転マスク２４を経由した白色光が分光器２７に入射されて同様に特定波長の単色光が分離されかつ分離された単色光が光量測定器２８に入射されて正転搬送時における透過光量が測定されるようになっている。また、逆転搬送時には、図４に示すように０度の位置において上記開口２５が第三光ファイバ１２３の端部（出射部）１８と受光部２１間に配置され、また、２４０度の位置において上記開口２５が第二受光ファイバ２０２の端部（出射部）１９と受光部２２間に配置されるようになっている。このため、図６に示すように第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した白色光が分光器２７に入射されて特定波長の単色光が分離されかつ分離された単色光が光量測定器２８に入射されて光源光量が測定されると共に、第二受光ファイバ２０２と光切替用回転マスク２４を経由した白色光が分光器２７に入射されて同様に特定波長の単色光が分離されかつ分離された単色光が光量測定器２８に入射されて逆転搬送時における透過光量が測定されるようになっている。

そして、正転搬送時において、第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した単色光に基づき透過光量測定前に測定された光源光量がＳ１、第一受光ファイバ２０１と光切替用回転マスク２４を経由した単色光に基づき測定された単一若しくは多層膜の透過光量がＴ１、第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した単色光に基づき透過光量測定後に測定された光源光量がＳ２とした場合、光源光量の時間変動に伴う上記透過光量Ｔ１の補正を行うには、スタート時の光源光量Ｓ０として、
Ｔ１’＝Ｔ１／［（Ｓ１／Ｓ０＋Ｓ２／Ｓ０）／２］
あるいは、
Ｔ１’＝Ｔ１／（Ｓ１／Ｓ０）、Ｔ１’＝Ｔ１／（Ｓ２／Ｓ０）
の関係式から補正値（Ｔ１’）を求め、この補正値（Ｔ１’）に基づき補正した透過率を求めることができる。

同様に、逆転搬送時において、第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した単色光に基づき透過光量測定前に測定された光源光量がＳ１、第二受光ファイバ２０２と光切替用回転マスク２４を経由した単色光に基づき測定された多層膜の透過光量がＴ１、第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した単色光に基づき透過光量測定後に測定された光源光量がＳ２とした場合、光源光量の時間変動に伴う上記透過光量Ｔ１の補正を行うには、スタート時の光源光量Ｓ０として、
Ｔ１’＝Ｔ１／［（Ｓ１／Ｓ０＋Ｓ２／Ｓ０）／２］
あるいは、
Ｔ１’＝Ｔ１／（Ｓ１／Ｓ０）、Ｔ１’＝Ｔ１／（Ｓ２／Ｓ０）
の関係式から補正値（Ｔ１’）を求め、この補正値（Ｔ１’）に基づき補正した透過率を求めることができる。

もちろん、測定時のノイズ等を考慮して測定光量の指定回数の移動平均を利用することも可能である。

このようなモニターシステムを用いて各層成膜直後の透過率を正確に測定し、目標値と比較すると共に、目標値とのズレ分に応じて成膜条件（例えば、スパッタリング電力、フィルム搬送速度等）を調整すれば、目標とする吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光光学特性を得ることができる。

そして、本発明に係る透過率モニターによれば、光源光量を測定しかつ光源光量に基づき多層膜全体の成膜中におけるフィルム透過率を補正しているため、成膜時間が極端に長くなるロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法においても透過率測定値の安定性が約±０．０５％／１０時間以下にすることが可能となる。

一例として、表１に示す吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構成においては、理論解析により光学膜厚モニターの光量誤差が、±１％、±０．２％、±０．１％、±０．０５％のとき、それぞれの吸収型多層膜ＮＤフィルターの透過率誤差は、約±１．３％、約±０．３％、約±０．１５％、約±０．０７％になる。従って、透過率測定値の安定性を約±０．０５％／１０時間以下にすることが可能な本発明に係る透過率モニターを用いて適切にスパッタリング電力等の成膜条件を制御することにより、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法を適用した場合においても、吸収型多層膜ＮＤフィルターの透過率誤差を約±０．０７％以内にすることが可能となる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。

まず、分光透過特性が平均透過率１２．５％の吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構造（前記の表１に示す）を設計した。

成膜には、ロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法、すなわち、透過率モニターが装備された図３のスパッタリングロールコータを用いた。

また、金属吸収膜を成膜するためのターゲットにはＮｉ合金ターゲット［住友金属鉱山（株）社製］を用い、酸化物誘電体膜であるＳｉＯ_２を成膜するためのターゲットにはＳｉターゲット［住友金属鉱山（株）社製］を用いた。上記Ｎｉ合金ターゲットはＡｒガスを導入するＤＣマグネトロンスパッタリングで成膜し、ＳｉターゲットはＡｒガスを導入するデュアルマグネトロンスパッタリングを行い、ＳｉからＳｉＯ_２を成膜するためにインピーダンスモニター（ボンアルデンヌ社製プラズマエミッションモニター）により酸素導入量を制御した。

透過率モニターにおけるモニター波長（単色光）は５３２ｎｍ、光切替用回転マスク２４は５秒毎に１２０度回転し、第三光ファイバ１２３と光切替用回転マスク２４を経由した白色光、第二受光ファイバ２０２と光切替用回転マスク２４を経由した白色光および第一受光ファイバ２０１と光切替用回転マスク２４を経由した白色光が、順次一定の時間間隔ごと分光器２７に入射されるようになっている。

また、帯状樹脂フィルムには、厚さが１００μｍ、長さが５０ｍの易接着層付ＰＥＴフィルム（東洋紡社製）を用いた。

ＳｉＯ_２は帯状樹脂フィルム１００の正転搬送（０ｍから５０ｍへ）時に成膜するため、第一受光ファイバ２０１と光切替用回転マスク２４を経由したモニター波長に基づきその透過率を測定し、Ｎｉは帯状樹脂フィルム１００の逆転搬送（５０ｍから０ｍへ）時に成膜するため、第二受光ファイバ２０２と光切替用回転マスク２４を経由したモニター波長に基づきその透過率を測定した。また、完成されたＮＤフィルターの分光透過特性は、自記分光光度計（日本分光社製Ｖ５７０）を用いて測定した。

最初に、帯状樹脂フィルム１００の搬送速度を固定し、かつ、成膜されるＳｉＯ_２膜とＮｉ膜の透過率が目標設定値になるようにスパッタ電力を調整して、正転搬送（０ｍから５０ｍへ）および逆転搬送（５０ｍから０ｍへ）における５０ｍ間の透過率変化を測定した。その結果を以下の表３に示す。

次に、帯状樹脂フィルム１００の搬送速度を固定し、成膜されるＳｉＯ_２膜とＮｉ膜の透過率が目標設定値になるようにスパッタ電力を調整し、かつ、正転搬送（０ｍから５０ｍへ）および逆転搬送（５０ｍから０ｍへ）における５０ｍ間の透過率変化を測定すると共に、透過率変化を測定する際に目標設定値とのズレ分を考慮して１０ｍ毎に目標設定値になるようにスパッタ電力を再調整した。この結果を表４に示す。

表４に示された結果から明らかなように、例えば、１層目のＳｉＯ_２膜においてはその目標透過率が９４．８％（開始成膜条件であるスパッタ電力は５００３Ｗ）であるのに対し、帯状樹脂フィルム１００を１０ｍ搬送した時点における透過率が９４．７％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５００９Ｗ）、２０ｍ搬送した時点における透過率が９４．８％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０１３Ｗ）、３０ｍ搬送した時点における透過率が９４．７％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０１６Ｗ）、４０ｍ搬送した時点における透過率が９４．８％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０２３Ｗ）、および、５０ｍ搬送した時点における透過率が９４．８％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０２７Ｗ）であり、目標設定値とのズレ分が極めて少ないことが確認される。

同様に、５層目までの目標透過率が３５．１％（開始成膜条件であるスパッタ電力は５００５Ｗ）であるのに対し、帯状樹脂フィルム１００を１０ｍ搬送した時点における透過率が３４．９％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５００９Ｗ）、２０ｍ搬送した時点における透過率が３５．０％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０１５Ｗ）、３０ｍ搬送した時点における透過率が３５．１％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０２１Ｗ）、４０ｍ搬送した時点における透過率が３５．１％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０２４Ｗ）、および、５０ｍ搬送した時点における透過率が３５．１％（監視後の成膜条件であるスパッタ電力は５０３１Ｗ）であり、目標設定値とのズレ分が極めて少ない。

本発明に係る透過率モニターによれば光源光量を測定しかつ光源光量に基づき多層膜全体の成膜中における透過率を補正することができる。このため、この補正値に基づき成膜条件（スパッタリング電力やフィルム搬送速度等）を適正に制御することにより分光透過率の再現性に優れた吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造が可能になる。

尚、帯状樹脂フィルムの材質は限定されるものではなく、具体例として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオレフィン（ＰＯ）およびノルボルネンの樹脂材料から選択された樹脂フィルムの単体、あるいは、上記樹脂材料から選択された樹脂フィルム単体とこの単体の片面または両面を覆うアクリル系有機膜との複合体が挙げられる。また、上記ノルボルネン樹脂材料については、代表的なものとして日本ゼオン社のゼオノア（商品名）やＪＳＲ社のアートン（商品名）等が挙げられる。

また、この実施例に係る透過率モニターでは、ロールコータで成膜したロール全長において透過率測定を行っているので品質管理上の利点もある。更に、分光器のモニター波長を２波長以上にして測定精度を上げることや、フィルム搬送を一時停止させて分光器により可視域の分光透過スペクトルを測定することも可能である。

本発明に係る透過率モニターによれば、成膜時間が極端に長くなるロールトゥロールプロセス方式の気相成膜法に適用されても光源光量の時間変動に起因した測定誤差を回避できるため、形成された多層膜の透過率について簡易な構造で低コストにも拘らず継続的に高い精度で監視することが可能となる。従って、小型で薄型のデジタルカメラに搭載される吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造に用いられる産業上の利用可能性を有している。

平均透過率１２．５％の吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性を示すグラフ図。バッチ方式の気相成膜装置に取り付けられた膜厚モニターにより測定された成膜中における多層膜の透過率変化（片面５層分）を示すグラフ図。本発明に係る透過率モニターが装備されたスパッタリングロールコータの説明図。本発明に係る透過率モニターの測定光切替器内に設けられた光切替用回転マスクの概略正面図。帯状樹脂フィルムの正転搬送時における光切替用回転マスクの動作と測定光量との関係を示すグラフ図。帯状樹脂フィルムの逆転搬送時における光切替用回転マスクの動作と測定光量との関係を示すグラフ図。

符号の説明

１成膜室（真空チャンバ）
２水冷キャンロール
３フィードロール
４フィードロール
５第一ロール（巻き出しロール）
６第二ロール（巻き取りロール）
７フリーロール
８フリーロール
９Ｓｉスパッタリングターゲット
１０Ｎｉスパッタリングターゲット
１１白色（ハロゲン）光源
１２第一分岐光ファイバ
１３第二光ファイバ１２２の先端（投光部）
１４第一光ファイバ１２１の先端（投光部）
１５第二受光ファイバ２０２の先端（受光部）
１６第一受光ファイバ２０1の先端（受光部）
１７測定光切替器
１８第三光ファイバ１２３の端部（出射部）
１９第二受光ファイバ２０２の端部（出射部）
２０第一受光ファイバ２０１の端部（出射部）
２１受光部
２２受光部
２３受光部
２４光切替用回転マスク
２５開口
２６第二分岐光ファイバ
２７分光器
２８光量測定器
１００帯状樹脂フィルム
１０１成膜領域
１２１第一光ファイバ
１２２第二光ファイバ
１２３第三光ファイバ
２０１第一受光ファイバ
２０２第二受光ファイバ

Claims

気相成膜装置の成膜室内に帯状樹脂フィルムを巻き出す第一ロールと巻き出された帯状樹脂フィルムを巻き取る第二ロールを備え、第一ロールと第二ロール間の搬送路中に設けられた成膜領域において第一ロールから巻き出された上記帯状樹脂フィルムの少なくとも片面に薄膜ａを成膜しながら第二ロールにより回収した後、各ロールの回転方向を反転させかつ上記成膜領域において第二ロールから巻き出された帯状樹脂フィルムの上記薄膜ａ上に異種の薄膜ｂを成膜しながら第一ロールにより回収し、以下、必要に応じて上記工程を繰り返すと共に必要に応じ成膜材料を変更して帯状樹脂フィルム上に２種以上の成膜材料から成る多層膜を形成する気相成膜方法に適用される多層膜の透過率モニターにおいて、
白色光源と、光源からの光を３光路に分配し少なくともその２光路を構成する２本の第一、第二光ファイバが上記成膜室内に導入される第一分岐光ファイバと、成膜室内に導入された第一光ファイバの先端が上記成膜領域から第二ロール側へ搬送される帯状樹脂フィルム面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルムを介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルムを透過した白色光が入射される第一受光ファイバと、成膜室内に導入された第二光ファイバの先端が上記成膜領域から第一ロール側へ搬送される帯状樹脂フィルム面の近傍位置に配置されかつ帯状樹脂フィルムを介しその対向側に配置されて帯状樹脂フィルムを透過した白色光が入射される第二受光ファイバと、上記第一受光ファイバおよび第二受光ファイバの各端部と上記光源からの光を直接導光する残り１本の第三光ファイバ端部が上記成膜室外においてそれぞれ接続される測定光切替器と、測定光切替器内に設けられかつ測定光切替器に接続された第一受光ファイバ、第二受光ファイバおよび第三光ファイバから出射される白色光を順次一定の時間間隔ごと通過させて対応する３つの受光部へそれぞれ入射させる光切替用回転マスクと、上記各受光部を含む３光路を一つに統合する第二分岐光ファイバと、統合された光ファイバ端部より入射される白色光から特定波長の単色光を分離する分光器と、分離された単色光が入射されてその光量を測定する光量測定器とを具備し、上記第一分岐光ファイバが、分岐前の部分がファイバをランダムに束ねた光ファイバにより構成され、かつ、分岐後の第一、第二および第三光ファイバが上記ファイバ束を少なくとも２本分配した光ファイバで構成され、第一受光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき正転搬送時に成膜された単一若しくは多層膜の透過率を測定し、第二受光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき逆転搬送時に成膜された多層膜の透過率を測定すると共に、上記第三光ファイバと測定光切替器を経由した単色光に基づき光源光量を測定し、かつ、測定された光源光量に基づき上記各透過率を補正することを特徴とする多層膜の透過率モニター。
白色光源と第一分岐光ファイバ間に拡散板が配置されていることを特徴とする請求項１記載の多層膜の透過率モニター。
上記透過率測定値の安定性が±０．０５％／１０時間以内であることを特徴とする請求項１または２記載の多層膜の透過率モニター。