JP7434100B2 - 測定装置及び成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、測定装置及び成膜装置の製造方法に関する。
蒸着やスパッタリング等によりフィルムの表面に薄膜を成膜し、反射防止等の機能を付与した光学フィルムが知られている。光学フィルムの特性は、薄膜の成膜条件等により変動するため、成膜される薄膜を正確に評価することが求められている。
例えば、特許文献１には、内周面が球状の拡散反射面の集光手段を有し、搬送されるフィルムを評価する光学特性測定装置が記載されている。また特許文献２には、ステージ上に載置された平面基板をｉｎ－ｓｉｔｕで評価できる光学特性測定装置が記載されている。
特開２０００－１９９７３１号公報 特開２００２－２３６０７６号公報
しかしながら、特許文献１及び２に記載の光学特性測定装置は、フィルムの任意の箇所の評価を行うことができず、例えば、フィルムの幅方向に特性のムラがあった場合に、その特性のムラを検知することができない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、搬送フィルムの任意の箇所の光学特性を高精度に測定できる測定装置及び成膜装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
第１の態様にかかる測定装置は、フィルムに光を照射し、前記フィルムで透過又は反射した光を集光する測定部と、前記測定部を前記フィルムの搬送方向と交差する第１方向に移動可能とする移動機構と、を備え、前記測定部は、前記フィルムに光を照射する投光部と、前記フィルムからの光を集光する積分球と、前記積分球で集光した光を受光する受光部と、有する。
上記態様にかかる測定装置において、前記積分球は、前記フィルムと非接触であってもよい。
上記態様にかかる測定装置において、前記積分球の開口面に照射される外光の照度が、１．０Ｌｕｘ以下であってもよい。
上記態様にかかる測定装置は、前記フィルムの光照射面と反対側から前記フィルムを支持する支持体をさらに備え、前記支持体の反射率が１．０％以下であってもよい。
上記態様にかかる測定装置は、前記フィルムの前記第１方向の側方にさらに校正板を備えてもよい。
第２の態様に係る成膜装置は、真空中でフィルムに成膜する成膜部と、前記成膜部で成膜されたフィルムを測定する上記態様に係る測定装置と、前記測定装置の受光部で受光した光を分光する分光器と、前記分光器の測定結果に基づき、前記フィルムに成膜された膜を評価し、前記成膜部に成膜条件をフィードバックする演算部と、を備える。
上記態様にかかる測定装置及び成膜装置によれば、搬送フィルムの任意の箇所の光学特性を高精度に測定できる。
第１実施形態にかかる成膜装置の模式図である。 第１実施形態にかかる測定装置の測定部の拡大図である。 第１実施形態にかかる測定装置の積分球近傍の拡大図である。 第１実施形態にかかる測定装置の測定部の近傍の断面図である。 第１実施形態にかかる測定装置の測定部の近傍の別の例の断面図である。 第１実施形態にかかる測定装置の測定部の近傍の別の例の断面図である。 第１実施形態にかかる測定装置の支持体及び校正板の模式図である。 ロールの反射率の推移を示すグラフである。 第１実施形態にかかる測定装置の支持体の別の例の模式図である。 第１実施形態にかかる測定装置の構成板の側面図である。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
「成膜装置」
図１は、第１実施形態にかかる成膜装置２００の模式図である。成膜装置２００は、測定装置１００と成膜部１１０と分光器１２０と演算部１３０と駆動装置１４０とを有する。成膜装置２００は、例えば、隔壁１５０で区分された真空環境と大気環境とに亘っている。測定装置１００及び成膜部１１０は、真空環境にある。分光器１２０及び演算部１３０は、例えば、大気環境にある。駆動装置１４０は、例えば、真空環境と大気環境に亘っている。
成膜部１１０は、フィルムＦの表面に機能膜を積層する。機能膜は、例えば、複数層の誘電体層が積層された反射防止膜である。成膜部１１０は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等によりフィルムＦの表面に機能膜を積層する。
機能膜が積層されたフィルムＦは、測定装置１００へ搬送される。以下、成膜部１１０から測定装置１００へのフィルムＦの搬送方向をｘ方向、フィルムＦの幅方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向に直交する方向をｚ方向と称する。測定装置１００は、フィルムＦの光学特性を測定する。測定装置１００の詳細は、後述する。
駆動装置１４０は、移動機構２０により測定部１０をｙ方向に動かす。測定部１０がｙ方向に動くことで、測定部１０をフィルムＦの任意の位置に移動させ、任意の位置のフィルムＦの光学特性を測定できる。駆動装置１４０は、例えば、制御部１４１とモーター１４２とからなる。制御部１４１は、モーター１４２を制御する。
フィルムＦの測定結果は、測定部１０から例えば光ファイバを経由して分光器１２０に送られる。分光器１２０は、フィルムＦの透過又は反射光のスペクトルを取得する。取得されたスペクトルは、演算部１３０に送られる。
演算部１３０は、測定部１０で実測したスペクトルから機能膜の光学特性を算出する。
演算部１３０は、算出した光学特性に基づき、成膜部１１０での成膜条件をフィードバックする。算出された光学特性が設計特性と異なる場合は、成膜部１１０での成膜条件を変更する。
「測定装置」
測定装置１００は、例えば、測定部１０と移動機構２０と支持体３０と校正板４０とを備える。測定部１０は、移動機構２０によってｙ方向に移動可能である。支持体３０は、測定部１０と対向する。校正板４０は、支持体３０のｙ方向の側方にある。
図２は、第１実施形態にかかる測定装置１００の測定部１０を拡大した図である。測定部１０は、積分球１１と投光ファイバ１２と受光ファイバ１３とを少なくとも備える。投光ファイバ１２は、光源に接続されている。受光ファイバ１３は、分光器１２０に接続されている。投光ファイバ１２及び受光ファイバ１３は、例えば、それぞれ屈曲できるファイバ１２Ａ，１３Ａと固定部１２Ｂ，１３Ｂとを有する。固定部１２Ｂ、１３Ｂは、積分球１１と例えばねじ止めされる。屈曲しない固定部１２Ｂ，１３Ｂを積分球１１としっかり固定することで、測定部１０が移動しても振動による影響を抑制できる。測定部１０は、フィルムＦに光を照射し、フィルムＦで透過又は反射した光を測定する。
積分球１１の大きさは、特に問わない。積分球１１の直径は、例えば、後述する移動機構２０の動作の妨げにならない限りにおいて、任意に選択することができる。
積分球１１は、移動機構２０に直接固定される場合に限られない。例えば、積分球１１を別途設けた筐体内に設置し、筐体を介して移動機構２０に固定しても良い。
図３は、積分球１１を拡大した図である。積分球１１には、投光部１２Ｃと受光部１３Ｃとが接続されている。投光部１２Ｃは、投光ファイバ１２の一部である。受光部１３Ｃは、受光ファイバ１３の一部である。積分球１１は、内壁に反射率が高く拡散性に優れたコーティングが施されている。積分球１１は、例えば、フィルムＦと非接触であり、フィルムＦを傷つけない。
投光部１２Ｃは、フィルムＦに光を照射する。フィルムＦの光照射面Ｆ１に照射された光は、光照射面Ｆ１で拡散反射される。拡散反射された光は、積分球１１の内壁にあたり、拡散反射を繰り返す。積分球１１は、フィルムＦからの光を集光する。受光部１３Ｃは、積分球１１内で拡散反射を繰り返し、略均一な明るさとなった光を受光する。受光部１３Ｃは、積分球１１で集光した光を受光する。受光した光は、光照射面Ｆ１での正反射成分と拡散反射成分を含む。
投光部１２Ｃは、例えば、集光レンズ１２Ｄを備える。集光レンズ１２ＤとフィルムＦの光照射面Ｆ１との距離ＦＬは、例えば、集光レンズ１２Ｄの焦点距離からずれている。
集光レンズ１２ＤとフィルムＦの光照射面Ｆ１との距離ＦＬは、例えば、集光レンズ１２Ｄの焦点距離より短い。集光レンズ１２ＤとフィルムＦと距離を近づけることで、光照射面Ｆ１の照射スポットサイズが大きくなる。照射スポットサイズは、例えば、５ｍｍφである。照射スポットサイズが大きくなると、光照射面Ｆ１から反射する光の拡散成分が多くても、測定面が平均化され、安定した測定が可能となる。また集光レンズ１２ＤとフィルムＦと距離を近づけることで、投光ファイバ１２をフィルムＦ側に近づけることができ、測定部１０が小型化される。
また図４は、第１実施形態にかかる測定装置１００の測定部１０の近傍の拡大図である。測定部１０は、積分球１１の開口面１１Ａの周囲を囲む遮蔽部材１６を有してもよい。遮蔽部材１６は、外光Ｌが積分球１１内に入るのを遮蔽する。外光Ｌは、測定データの外乱の原因となる。遮蔽部材１６は、例えば、積分球１１の開口面１１Ａに照射される外光Ｌの照度を１．０Ｌｕｘ以下とする。
遮蔽部材１６は、例えば、支持板１６Ａと遮蔽板１６Ｂとを有する。支持板１６Ａは、遮蔽板１６Ｂを支持する。支持板１６Ａは、積分球１１の外面に沿って広がる。遮蔽板１６Ｂは、外光Ｌが積分球１１内に入るのを遮蔽する。遮蔽板１６Ｂは、例えば、積分球１１の外面から起立する。遮蔽板１６Ｂで囲まれる領域の面積は、例えば、フィルムＦに向かうに従い小さくなってもよい。遮蔽板１６Ｂの内径がフィルムＦに向って縮径することで、外光Ｌの積分球１１への入射をより抑制できる。また例えば、遮蔽板１６Ｂの一部は、フィルムＦと一定の距離を保ち、フィルムＦに沿って延在してもよい。
また図５に示すように、積分球１１を囲む筐体１５に遮蔽部材１６を設けてもよい。遮蔽部材１６は、積分球１１に直接設けられていない。例えば、積分球１１を筐体１５に設けた場合には、筐体１５の開口部１５Ａの周囲に遮蔽部材１６を設ける。
積分球１１内に入る外光Ｌを少なくする手段は、遮蔽部材１６に限られない。例えば、隔壁１５０で囲まれる真空環境を全て暗室化してもよい。また例えば、図６に示すように、測定部１０と支持体３０とを囲む囲みＢを設けてもよい。筐体１５の開口面１５Ａに照射される外光の照度は、例えば、１．０Ｌｕｘ以下とすることが好ましく、０．３Ｌｕｘ以下とすることがより好ましい。
移動機構２０は、測定部１０をｙ方向に移動させる。測定部１０は、例えば、フィルムＦの幅方向、第１校正板４１及び第２校正板４２に渡って移動できる。移動機構２０は、例えば、ｙ方向への直動機構である。移動機構２０は、例えば、リニアアクチュエーター、ボールねじである。
図７は、第１実施形態にかかる測定装置１００の支持体３０及び校正板４０の模式図である。支持体３０は、例えば、ロール３１と軸心３２とを有する。ロール３１は、ｙ方向に延び、軸心３２を中心に回転する。フィルムＦは、ロール３１の外表面に沿って搬送される。
ロール３１は、例えば、反射率が１．０％以下であり、好ましくは０．４％未満である。ロール３１の反射率が低いことで、投光ファイバ１２からフィルムＦに照射された光がロール３１の表面で反射することを抑制できる。ロール３１の表面からの反射光は、測定対象のフィルムＦ以外からの反射であり、外光Ｌの一因となる。
またロール３１は、例えば、黒色のゴムロール、金属ロールである。ロール３１は、例えば、金属製のブラックロールが好ましい。金属製のブラックロールは、例えば、アルマイト処理された金属ロール、クロム製の金属ロール、黒メッキ処理された金属ロールである。メッキは、例えば、クロムメッキ、亜鉛メッキ、ニッケルメッキである。
図８は、ロールの反射率の推移を示すグラフである。図８（ａ）は、使用前のゴムロールの反射率であり、図８（ｂ）は、使用後のゴムロールの反射率であり、図８（ｃ）は、使用前の金属製のブラックロールの反射率であり、図８（ｄ）は、使用後の金属製のブラックロールの反射率である。使用後とは、例えば、フィルムＦを４０万メートル搬送後のゴムロール又はブラックロールである。グラフの横軸は、ロール３１のｙ方向の位置であり、縦軸は、ロール３１の周方向の異なる４点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の反射率である。異なる４点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、それぞれロール３１の軸心３２を中心に９０°ずつ、ずれている。
図８に示すように、ゴムロールは使用前の反射率の平均が０．４５％であり、使用後の反射率の平均は１．２２％まで増加する。これに対し、金属製のブラックロールは、使用前の反射率の平均が０．２７％であり、使用後の反射率の平均が０．２９％である。金属製のブラックロールは、反射率の変化が小さく、安定した測定が可能である。また金属製のブラックロールは、成膜屑の残りの付着が少なく、フィルムＦへの悪影響を低減できる。
また軸心３２も、例えば、反射率が１．０％以下とし、好ましくは０．４％未満とする。軸心３２の反射率を低減することで、積分球１１に入射する外光Ｌを低減できる。軸心３２は、例えば、表面を黒色加工した金属とする。
図８では、支持体３０がロール３１を有する例を示したが、支持体はこの例に限られない。例えば、図９は、第１実施形態にかかる測定装置の支持体の別の例の模式図である。図９に示す支持体３５は、フィルムＦの光照射面Ｆ１を、光照射面Ｆ１の反対側の面を支持する。支持体３５は、例えば、反射率が１．０％以下であり、好ましくは０．４％未満である。
校正板４０は、例えば、第１校正板４１と第２校正板４２とを有する（図７参照）。第１校正板４１及び第２校正板４２は、例えば、搬送されるフィルムＦのｙ方向の側方にある。第１校正板４１は、リファレンス測定用の標準反射板である。第２校正板４２は、ダーク測定用である。
第２校正板４２を別途設けることで、フィルムＦの測定環境とほぼ同様の環境でのダーク測定が可能となる。
第１校正板４１及び第２校正板４２を、フィルムＦの側方に設置することで、校正を定期的に行うことが容易になる。例えば、ロールトゥロールで成膜される長尺フィルムの場合、例えば温度等の様々な条件が変化すると校正が乱れる場合があり、定期的な校正が重要である。
図１０は、第１実施形態にかかる測定装置１００の校正板４０の側面図である。第１校正板４１は、測定部１０からの光の照射方向と直交する。測定部１０からの光の照射方向とは、例えば、積分球１５の開口面１５Ａと直交する方向である。第２校正板４２は、測定部１０からの光の照射方向と直交する仮想面に対して傾いている。第２校正板４２を仮想面に対して傾けることで、第２校正板４２での反射光が測定部１０に戻ることを抑制でき、外光Ｌの影響をより低減できる。
上述のように、第１実施形態にかかる測定装置１００によれば、搬送フィルムの任意の箇所の光学特性を高精度に測定できる。また第１実施形態にかかる成膜装置２００によれば、製造途中でもフィルムＦの光学特性を測定でき、その結果を成膜部１１０での成膜条件にフィードバックできる。
また幅の広いフィルムＦの場合、幅方向の場所によって成膜条件がばらつく場合がある。測定部１０がフィルムＦの幅方向に移動できることで、幅方向における成膜条件のバラつきを評価できる。またその評価結果を成膜部１１０にフィードバックすることで、フィルムＦの幅方向の位置毎に成膜条件を変えることも可能であり、より光学特性が均質なフィルムを作製することができる。
１０ 測定部、１１ 積分球、１２ 投光ファイバ、１３ 受光ファイバ、１２Ａ，１３Ａ ファイバ、１２Ｂ，１３Ｂ 固定部、１２Ｃ 投光部、１３Ｃ 受光部、１２Ｄ 集光レンズ、１５ 筐体、１５Ａ 開口面、１６ 遮蔽部材、１６Ａ 支持板、１６Ｂ 遮蔽板、２０ 移動機構、３０，３５ 支持体、３１ ロール、３２ 軸心、４０ 校正板、４１ 第１校正板、４２ 第２校正板、１００ 測定装置、１１０ 測定部、１２０ 分光器、１３０ 演算部、１４０ 駆動装置、１４１ 制御部、１４１ モーター、１５０ 隔壁、２００ 成膜装置

Claims (9)

  1. フィルムに光を照射し、前記フィルムで透過又は反射した光を測定する測定部と、
    前記測定部を前記フィルムの搬送方向と交差する第１方向に移動可能とする移動機構と、
    を備え、
    前記測定部は、前記フィルムに光を照射する投光部と、前記フィルムからの光を集光する積分球と、前記積分球で集光した光を受光する受光部と、を備え、
    前記投光部は、集光レンズを備え、
    前記投光部は、前記積分球に固定され、
    前記集光レンズと前記フィルムの光照射面との距離は、前記集光レンズの焦点距離より短い値である、測定装置。
  2. 前記積分球は、前記フィルムと非接触である、請求項１に記載の測定装置。
  3. 前記積分球の開口面に照射される外光の照度が、１．０Ｌｕｘ以下である、請求項１又は２に記載の測定装置。
  4. 前記フィルムを前記フィルムの光照射面と反対側から支持する金属製のロールと、をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の測定装置。
  5. 前記金属製のロールの反射率が１．０％以下である、請求項４に記載の測定装置。
  6. 真空中でフィルムに成膜する成膜部と、
    前記成膜部で成膜されたフィルムを測定する請求項１～５のいずれか一項に記載の測定装置と、
    前記測定装置の受光部で受光した光を分光する分光器と、
    前記分光器の測定結果に基づき、前記フィルムに成膜された膜を評価し、前記成膜部に成膜条件をフィードバックする演算部と、を備える、成膜装置。
  7. 機能膜を有するフィルムの製造方法であって
    真空中でフィルムに機能膜を成膜する成膜工程と、
    成膜されたフィルムの光学特性を測定する工程と、を少なくとも有し、
    光学特性を測定する工程が、
    前記フィルムに光を照射し、前記フィルムで透過又は反射した光を測定する測定部と、
    前記測定部を前記フィルムの搬送方向と交差する第１方向に移動可能とする移動機構と、
    を有する測定装置によって行われ、
    前記測定装置において、
    前記測定部は、前記フィルムに光を照射する投光部と、前記フィルムからの光を集光する積分球と、前記積分球で集光した光を受光する受光部と、を備え、
    前記投光部は、集光レンズを備え、
    前記投光部は、前記積分球に固定され、
    前記集光レンズと前記フィルムの光照射面との距離は、前記集光レンズの焦点距離よりも短くなるようにされた、
    機能膜を有するフィルムの製造方法。
  8. 前記測定装置が、前記フィルムを前記フィルムの光照射面と反対側から支持する金属製のロールをさらに備える、請求項７に記載の機能膜を有するフィルムの製造方法。
  9. 前記金属製のロールの反射率が１．０％以下である、請求項８に記載の機能膜を有するフィルムの製造方法。
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