JPS5973709A - 光学膜形成装置における膜厚監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、シート状の長尺の基体の表面上に光学膜を
形成したのちにこの基体を案内部材によって案内しなが
ら光を投光器から基体に投射し基体を透過しまたはこれ
で反射されたのちに受光器に到着した光のや性に基いて
光学膜の膜厚を監視する装置に関する。

このような装置は従来知られていて、例えば第１図に示
されるように構成される。この図においてシート状の長
尺の基体ｉｏｕ真空檀ｉｉの中で巻出しローラｌコから
巻出されいくつかの巻出し側偏向ローラ１３で偏向され
案内されたのちに冷却筒ｌダに接触しながらこれの下側
を進行し、次いでいくつかの巻取シ側偏向四−ラ１５で
偏向され案内されたのちに巻取シローラ／ｌ、に巻取ら
ｎる。冷却筒／弘の下方には１個または多くの蒸発源／
７ａ、／７ｂが配置され、蒸発源／７ａ。

／７ｂの中で加熱された蒸着物Ａ、Ｂがこれから蒸発し
て真空雰囲気内を飛行し基体１０の表面上に膜状に沈積
して光学膜を形、成する。膜厚麩祝装置としては光学モ
ニタ／ｇが使用されこれは投光器および受光器を有する
。光の反射を利用する場合には一般に投光器／？ａおよ
び受光器２０ａが投受光器として一体に形成され、これ
から発射された光線が案内部材を構成するコつの巻取シ
側偏向ローラｌＳａと／Ｓｂの間の区域で基体１０に投
射され基体ＩＯで反射されたのちに投受光器へ戻る。光
の透過を利用する場合には通常投光器／９ｂと受光器コ
θｂが相離して配置され、投光器／９ｂからの光線が例
えば反射鏡二ノで反射されたのちに基体ＩＯを透過して
受光器コＯｂに達する。受光器コＯｆ１．２０ｂで受取
った光の特性によって光学膜の膜厚が監視できるが、そ
の詳細については例えば％開昭３２−’１９９３３号公
報に述べられているので説明を省略する。

上述した構成によｎ、ば尚業者によく知られているよう
に原理的にｒｉ膜厚の監視が確実に高１精度で達成され
る。しかしながら実際には、偏向ローラ１５ａと１５ｂ
の間の区域で基体ＩＯが充分に引き張られるとしても、
第２図に示されるように基体ＩＯは破線１０Ｄで示され
るように設計上の位置から例えば角度りだけよじれ、或
いは振動する。これによって例えば光の反射を利用する
際に、原理的には投受光器／？ａ、、２０ａから投射さ
れる光線すなわち基体への入射光重の光路に沿って戻る
べき反射光Ｒが実際には入射光重の光路から横へ偏る。

従ってよしｎ、角度すなわち偏向角度りが大きければ反
射光Ｒｔ′ｉ投受光器／９ａ、２０ａに全く到着せず、
またよじれ角度すなわち偏向角度りが小さくてもこれは
もちろん一定ではなく変動するから投受光器への反射光
の到着量が変動して、膜厚の監視が困難または不可能に
なる。光の透過を利用する際にも明らかに同様のことが
起る。

上述した従来の欠点は、案内部材を構成するコつの巻取
シ側偏向ローラＩＳａと１５ｔ）の間の区域で基体１０
に光を投射する代シに案内部材１５ａまたけｌｓｂに接
触する基体部分に光を投射するようにすれば、この基体
部分がよしｎ、たシ振動したりすることｒｉないから除
去できるように思われる。

しかし、なからこのようにしたとすると、この基体部分
ｌ″ｔ２つの案内部材の間の区域のように平面に広がる
ことなく案内部材ｉｓに沿ってわん曲しているから（第
３図）光を発散される作用を有し、従って入射光路工Ｕ
に゛沿って基体部分に投射される入射光重は基体部分で
反射されたのちにＲｕで示されるように発散する。故に
反射光ＲＦｉ受光器２０（第１図）に＃丘とんど到着せ
ず従って膜厚蓋ａは達成できない。案内部材を透明体で
形成して光の透過を利用するようにし、た場合にも同様
のことが言える。

よってこの発明は、従来の装νＣにおいて案内部材の間
の基体部分に光を投射した場合に生じる前述した欠点並
びに案内部材に接触する基体部分に光を投射した場合に
生じる同じく前述した別の欠点を共に除去することを目
的とする。

この目的の達成のためこの発明による膜舟監視装散は、
案内部材の少くとも１つを円筒状ローラとして形成し、
この円筒状ローラに接触する基体の部分に光を投射する
ようにし、投光器から前記基体部分を経て受光器に達す
る光路に、前記円筒状ローラの［１１］線に平行な線状
焦点を有する線状集光用光学系を配置したξとを特徴と
する。

望まし、くけ、（１）投光器と受光器が投受光器さして
一体に形成されている場合に、円筒状ローラの軸線を線
状焦点とする線状集光用光学系が使用され（２）または
投光器から前記基体部分までの光路に、円筒状ローラの
線状焦点に光を収束プせるように線状集光用光学系が配
置され、オた（３）線状集光用光学系として柱状集光レ
ンズが使用される。

ここにおいてｍ秋集光用光学系とは、いわゆるかまぼこ
形レンズ（円筒レンズ）のような柱状集光レンズまたは
半円筒状凹面鏡のように１つの特定力向に適当な長さだ
け延長しその間で形状および特性がこの特定方向に不変
であって従って特定方向に直交する各平面での焦点が船
足方向に延長する１つの共通な直線の上に位置している
ような集光用光学系を指シ１、この直線が線状焦点と呼
ばれる。

以下、納ダ図かＩ−第ココ図、を参照しながらこの発明
の実施例について詳説する。

第を図に示される実施例では、第１図の従来の装置にお
いて案内部材（巻取シ側偏向ローラ）ｉｓのうちの少く
とも１個例えば／ｌｂか円筒状ローラとして形成され、
投受光器／９ａ、、２０ａは円筒状ローラ１５ｂの軸線
コｌに直角に交差りかつ基体ＩＯとこのローラ１５ｂと
の接触個所１０ａを通過する直線２コに沿って光を投射
するようにかつこの直線２２に沿って戻って来る光を受
光するように配置される。さらに前記直線ココ上にＶｉ
ａ状焦点焦点−ラ軸線コ／に一致するようにかまほこ形
集光レンズ（円筒レンズ）２３が配置される。

この実施例についてζらに第５図および第６図を参照し
て説明すると、投受光器から投射される光は前記直線２
２に沿う平行光束Ｉａとして円面レンズコ３に到着し、
このレンズ２３によってローラ軸線Ｊ／へ向って収束ゴ
るような光束よりになる。しかるに円筒状ローラ１５ｂ
の表面従ってこｎに接触する基体部分／（７ａの監視面
（光学膜が被着形成された面、ローラに接触しない力の
面）コグは明らかにローラ軸線、２／へ向って収束する
前記光束Ｉｂのすべての光線に対して直交するから、光
束１．ｂのすべての光ｋ（入射光）工ニ監視面２ｑで反
射されて入射光と全く同じ径路を逆行する反射光Ｒにな
る。かくシ、て入射光束Ｉｂと全く同じ径路を逆行する
反射光束Ｒｂが生じ、これが円筒レンズ２３の作用で入
射光束工ａと同じ径路で逆行する平行反射光束Ｒａにな
シ投受光器へ向う。このよう処して膜厚の監視が確実に
達成される。なお、第Ｓ図において、入射光束工ａの断
面が円である楊会に入射光束および反射光束が円筒レン
ズ２３を通過する範Ｉ２１ＪＦｉ平行破糾コ５で示すよ
うに円形であるが反射が行なわれる範囲に平行破線２６
で示すようＶＣｆｇ円形になる。また収束する入射光束
よりはロー９ｆｍＩ線２／のうちの２７で示される範囲
に向って進行する。ざら［第Ａ図においてＦＬｒｉレン
ズ２３の焦点距離をかす。

第弘は）の実施例において、光を透過埒せる真空Ｎｌｌ
の監視窓コクかこの第、ダ図に示されているような場所
に設けられていなくて例えは第１図に示されるような場
所に存する場合には、第７図に示すように例えば２枚の
平面反射鏡２ｇａ、２．ｇｂが適当な位置に配置される
。この第７図において投受光器’　９　ａｓ　Ｊ　Ｏａ
および円筒レンズコ３は反射鏡２ｇ　ａ　、　２ｇ　ｂ
によるそｎらの鏡像ｌりａ’、２（７ａ’および、２３
′が第４図の／ｑａ。

２０および２３と同じ要件を充すように配置される。

第４図から第７図に示したように或いは以下においてさ
らに例示されるように円筒ローラに接触する基体部分で
の反射を利用する際に１基体ｉ。

が金属箔またに不透明フィルム−４ような不透明体であ
る場合には円筒状ローラとして公知のもの例えばその表
面を研磨したのちにＮｉをメッキして鏡面したものが使
用できる。しかしながら基体ＩＯが透明°プラスチック
のように透明体である場合には、第３図に極めて図解的
に示されるように入射光重は基体ＩＯの監視面２ｑで反
射されて反射光Ｒになる以外に基体ＩＯおよびこｊ、と
円筒状ローラ１５ｂと間の微細な空気間隙または真空間
隙２９を通過し、て円筒状ローラ１５ｂの表面３０でＲ
ｆで示されるように反射され、この反射光Ｒｆが間隙コ
？および基体１０を通過してＲｇで示すように進行し或
いは監視面コクで再反射されてＲｈのように進行する。

よって投受光器には膜厚監視に必要な反射光Ｒ以外にＲ
ｇなどで示されるようなローラ面反射光が入射してこｊ
、が監視を妨害するおそれがある。よってローラ面反射
を防止する対策が必要になる。

その対策の１つとし７て第９図に示されるように円筒状
ローラ／Ｓｂの表面３０の所要＆！囲に反射防止処理ま
たＩＪメッキ、酸化処理などによる黒色化処理が３１で
示さｎ、るように施されてもよい。

黒色化処理した場合にｒｉ第１Ｏ図に略示されるように
入射光重のうちで表面３０の処理範囲３／に到着した部
分子ｉＳで示されるように散乱反射され或いは吸収され
て投受光器には入射しない。

別の対策として、円筒状ローラｌＳｂを第１／図に図示
されるようにガラス、セラミックまたは樹脂などの透明
体で形成してもよく、或いは第１２図に示すように円筒
状ローフ／Ｓ　ｂの所要範囲すなわち光が投射される範
囲３コが透明体で作られてもよい。さらに第１３図のよ
うに円筒状ローラｉｓｂのうちの回吸範囲３３が間隙に
なるようにこのローラ／３ｂが同軸線の２つの部分／！
；ｂ　（１）およびｔ　ｓ　ｂ　（２）によって構成さ
ｊてもよい。

これらの場合には第１ｑ図に極めて図解、的に示はれる
ように、入射光重のうちで基体ＩＯおよび間隔コ９を通
過する部分Ｐは円筒状ローラ／ｊｂの透明体の部分３コ
または間隙３３の中へ進み従ってローラ表面３０で反射
されることがない。

第１５図は投光器／？ａと受光器２（７ａが相離して配
靜される実施例を示す。この場合に円筒レンズ２３＃−
ｉその線状焦点が円筒状ローラ／ｊｂを円筒鏡と見なし
た場合の線状焦点３ｑに一致するように人躬光路工ｕＫ
配置される。この場合に投光器／９ａからの円形断面（
平行破線３５で示す）の光束工ａｒｉ円筒レンズ、２３
を通過するときに半開き角αで線状焦点３ダに向って収
束する入射光束よりＫなシ、基体ＩＯの部分１０ａの監
視面において反射角βで反射され、１ｌｌｉ線、２／お
よび線状焦点３ｔを通る平面３６に平行に楕円断面（平
行破線３り）の光束Ｒａとして受光器コＯａへ向う。

入射光束よりの半開き角αけ約／θ０以下であることが
望せしい。

ＷＩＡ図の実施例は監視面コｑが拡散反射する場合に利
用され、これにおいては円筒レンズ２３はこれを通過し
た入射光束よりが第３図のようにローラ軸線コ／に向っ
て収束する代シにこれに平行な監視面２を上の直線３ｇ
に向って監視面、２１Ｉに直交する光軸で収束する。拡
散反射光のかなシの部分がはは入射光束Ｉａ　、　Ｉｂ
と同じ径路を逆に進行して投受光器へ戻る。

第１７図の実施例では線状集光用光学系としてｎｉｔ述
した円筒レンズの代シに部分円筒四面鋭３９か使用され
る。こねは紀／ざＭに示されるような形状を有し１、第
７７図に示されるようにその中心時・；１１紐が円筒状
ローラ／ＳｂをＰ」筒鋭と見なした場合の線状焦点３弘
に一致する２ように配か″される。

凹面鏡３９に形成された通し窓ｑＯを辿って入射する光
束工ａは監視面コμで反射されて凹面鋏３９に１ｂ角に
入射し同じ径路を通って逆行しその隙に監視面２グでぜ
Ｊび反射される。辿し窓グθに形成された遮光部ｑ／汀
大入射光監視面２ｑ″′Ｃ″１回だけ反射されたのちに
直接受光器へ向うことがないように阻止するために設け
られる。

第１７図のように配置される凹面鏡３９を線状焦点３ｔ
の廿わりで回転できるようにすることもできる。こ１に
よればｍ７９１ｇに示されるように凹面鏡３９の回転位
置に応じて監視ｒ］１１３ｔへの入射角β（こｔｔｔｉ
反射角に等しい）が変化できる。

この場合に凹面鏡３りは入射光束工ａから外ｎ７’（と
ころに位置し比較的小型であって通し窓ダＯを有しない
。

か、２０図Ｖｉ第１１図またけ第１３図に示されるよう
な透過性の円筒状ローラ１５ｂを使用して基体１０を透
過した光の特性によって膜辱を監視する例を示す。この
実施例では円筒状ローラ／Ｓｂを円筒レンズと見なした
ときの線状態）３，３１ｔが別の円筒レンズ２３の線状
焦点と一致するようになっている。投光器／９ｂからの
入射光束Ｉａｔｊ円筒レンズである円筒状ローラ１５ｂ
および基体１０を透過して、円筒ローラｉｓｂの軸線コ
／からこれの焦点距離ＦＬ（１）だけ離ｎ−た線状焦点
Ｊ４’に向って収束し、この線状焦点３グを通過して発
散する光束はこの線状焦点３ｑから焦点距＄２＋！　Ｆ
Ｌ　（２）だけ離れている円筒レンズコ３によって平行
な通過光束ＴａＫなシ、受光器２０ｂへ向う。公知のよ
うに円筒状ローラ１５ｂの焦点距離ＰＬ　（１１け、ロ
ーラの半径をＲその屈折率をｎとすればｎＲ／［コ（ｎ
−／））与えらｊ１０−ラの屈折率が約ｉ、ｓとすれば
約へＳＲになる。

この発明の効果を確認するため、第１図に示されるよう
な装置を使用し７、厚さｑ０μｍ１幅７３ｗｎ、長さ２
ＳθＭのアルミニウム箔からなる基体／θを毎分３Ｍの
速ざで送シこｎ、に対して２個の蒸発源／７ａ、／７ｂ
から蒸着物質としてＯｒおよび（！ｒ２０３を蒸発させ
て光学的選択吸収膜を形成する作業において、／、８μ
ｍ　の波、長の光を使用して第１図に示すような従来の
膜厚監視装置、と第４図から第６図に示すようなこの発
明による膜厚監視装置とＫついて比較試験を行なった。

この発明の賜金に円筒状ローラ１５ｂの直径は／／コ門
で、円筒レンズ２３としては幅５７Ｗｒ１１、焦点距離
ｇ６調のものが使用された。光学モニタの記録器に示さ
れた出力（ｐ）の時間（Ｔ）豹変化は、従来の装置およ
びこの発明による装置でそれぞれ第２１図および第、１
．２図に示す通シであつ’＊　（ただし第２／ンと第２
ａ図で出力（ｐ）と時間（Ｔ）の単位は異っている）。

こｎ、ら図において、Ｆは蒸着作業開始時点、Ｇは蒸着
作業終了時点を有し、また鎖線ＵＶｉ蒸着作業をしない
ときの正しい出力水準、鎖線Ｖけ蒸着作業中の正しい出
力水準を示す。これら図面を比較すれば、この発明の有
効性は明らかである。

上述したことから明らかなように、この発明によれば、
案内部材に接触する基体部分に光を投射して膜厚監視を
行なうようにしたから従来のような基体のよしわ、また
は振動に基因する欠点は完全に除去され、ざらに線状集
光用光学系を利用しこれと円筒状ローラとして形成され
た案内部材の光学的や性との組介せによって案内部側に
接触する基体部分に光を投射し、たときにとｎを透過し
またけこれで反射された光が収束するようにしたから常
に確実に受光器に光が入射し、て膜厚監視が確実に達成
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学膜形成装置における膜厚監視装置の
図解図、第ユ図Ｆ′ｉ第１図の装置の監視光投射場所を
示す部分斜視図、第３図は単に案内部材に光を投射した
ときの状態を略示する説明図、第を図はこの発明による
膜厚監視装Ｖ４のｖ、／実施例を略示する第１図に相当
する部分図解図、第Ｓ図は第９図の実施例の拡大部分斜
視図、第６図は第５駁に対応する立面図、第７図ｆ′ｉ
第を図の実施例の変型を示す第を図と同様の図、第３図
は基体が透明体である場曾の光路を示す説明図、第７図
は円筒状ローラの変型を示す斜視図、第１０図は第９図
の変型における光路を、示す説明図、第１／図、第７２
図および第７３図は円筒状ローラの各種変型をそｎそれ
示す斜視図、第１＋図は第１／図、第１２図および第７
３図の変型における光路を示す説明図、第ｉｓ図はこの
発明の第コ実施例の図解図、第１６図は第３実施例の図
解図、組７７図は第を実施例の図解図、第ｔｇ鳴は第１
７図の実施例に使用される凹面鏡の斜視図、第７９図は
第１７図の実施例の変型を示す図、第一１．０図は第５
実施例の図解図、第２１図は第１図の装置による従来の
装置を用いた実験結果を示すグラフ、第２．２図は、第
μ図の実施例による実験結果を示す第２７図に対応する
グラフである。 図面において、ＩＯは基体、／Ｓは案内部材、１ｓｂｕ
円筒状ローラとして形成された案内部材、／９ａと１ｑ
ｂｎ投光器、２０ａとＪｏｂ？−１：受光器、コ３は線
状集光用光学系の例である円筒レンズ、３９は線状集光
用光学系の例である部分円筒凹面鏡を示す。 第２図 第８図 第９図 第１０図 第１７図 第１９園

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　シート状の長尺の基体の表面上に光学膜を形成した
   のちにこの基体を案内部材によって案内しながら光を投
   光器から基体、に投射し基体を透過し１．たけこれで反
   射されたのちに受光器に到着した光の特性に基いて光学
   膜の膜厚を監視する装動において、案内部材の少くとも
   １つを円筒状ローラとして形成し、この円筒状ローラに
   接触する基体の部分に光を投射するよう圧し、投光器か
   ら前記基体部分を経て受光器に達する光路に、前記円筒
   状−−ラの軸線に平行な線状焦点を有する線状集光用光
   学系を配置したことを特徴とする光学膜形成装置におけ
   る膜厚監視装置。 コ、投光器と受光器が投受光器として一体に形成されて
   いる場合に、円筒状ローラの軸線を線状焦点とするね状
   集光用光学系を使用する特許請求の範囲第１項に記載の
   膜厚監視装置。 ３　投光器から前記基体部分までの光路に、円筒状ロー
   ラの線状焦点に光を収束させるように＃状集光用光学系
   を配置した特許請求の範囲第１項に記載の膜厚監視装置
   。 ｌＡ線状集光用光学系として柱状集光レンズを使用する
   特許請求の範囲第７項、第２項、第３項のいずｊか１項
   に記載の膜厚監視装置。