KR102235915B1 - 측정 장치 및 성막 장치 - Google Patents

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데츠야 무라야마
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 반송 필름의 임의의 개소의 광학 특성을 고정밀도로 측정할 수 있는 측정 장치 및 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단] 이 측정 장치는 필름에 광을 조사하고, 상기 필름에서 투과 또는 반사된 광을 집광하는 측정부와, 상기 측정부를 상기 필름의 반송 방향과 교차하는 제1 방향으로 이동 가능하게 하는 이동 기구를 구비하고, 상기 측정부는, 상기 필름에 광을 조사하는 투광부와, 상기 필름으로부터의 광을 집광하는 적분구와, 상기 적분구에서 집광된 광을 수광하는 수광부를 갖는다.

Description

측정 장치 및 성막 장치{MEASURING APPARATUS AND FILM FORMATION EQUIPMENT}
본 발명은 측정 장치 및 성막 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
증착이나 스퍼터링 등에 의해 필름의 표면에 박막을 성막하고, 반사 방지 등의 기능을 부여한 광학 필름이 알려져 있다. 광학 필름의 특성은 박막의 성막 조건 등에 의해 변동하기 때문에, 성막되는 박막을 정확하게 평가할 것이 요구되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 내주면이 구상인 확산 반사면의 집광 수단을 갖고, 반송되는 필름을 평가하는 광학 특성 측정 장치가 기재되어 있다. 또한 특허문헌 2에는, 스테이지 상에 적치된 평면 기판을 인시투(in-situ)로 평가할 수 있는 광학 특성 측정 장치가 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2000-199731호 공보 일본 특허 공개 제2002-236076호 공보
그러나, 특허문헌 1 및 2에 기재된 광학 특성 측정 장치는 필름의 임의의 개소의 평가를 행할 수 없어, 예를 들어 필름의 폭 방향으로 특성의 불균일이 있는 경우에, 그 특성의 불균일을 검지할 수 없다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 반송 필름의 임의의 개소의 광학 특성을 고정밀도로 측정할 수 있는 측정 장치 및 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 이하의 수단을 제공한다.
제1 양태에 관한 측정 장치는, 필름에 광을 조사하고, 상기 필름에서 투과 또는 반사된 광을 집광하는 측정부와, 상기 측정부를 상기 필름의 반송 방향과 교차하는 제1 방향으로 이동 가능하게 하는 이동 기구를 구비하고, 상기 측정부는, 상기 필름에 광을 조사하는 투광부와, 상기 필름으로부터의 광을 집광하는 적분구와, 상기 적분구에서 집광된 광을 수광하는 수광부를 갖는다.
상기 양태에 관한 측정 장치에 있어서, 상기 적분구는 상기 필름과 비접촉이어도 된다.
상기 양태에 관한 측정 장치에 있어서, 상기 적분구의 개구면에 조사되는 외광의 조도가 1.0Lux 이하여도 된다.
상기 양태에 관한 측정 장치는, 상기 필름의 광 조사면과 반대측으로부터 상기 필름을 지지하는 지지체를 더 구비하고, 상기 지지체의 반사율이 1.0％ 이하여도 된다.
상기 양태에 관한 측정 장치는, 상기 필름의 상기 제1 방향의 측방에 교정판을 더 구비해도 된다.
제2 양태에 관한 성막 장치는, 진공 중에서 필름에 성막하는 성막부와, 상기 성막부에서 성막된 필름을 측정하는 상기 양태에 관한 측정 장치와, 상기 측정 장치의 수광부에서 수광한 광을 분광하는 분광기와, 상기 분광기의 측정 결과에 기초하여 상기 필름에 성막된 막을 평가하고, 상기 성막부에 성막 조건을 피드백하는 연산부를 구비한다.
상기 양태에 관한 측정 장치 및 성막 장치에 의하면, 반송 필름의 임의의 개소의 광학 특성을 고정밀도로 측정할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 성막 장치의 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 측정부의 확대도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 적분구 근방의 확대도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 측정부의 근방의 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 측정부의 근방의 다른 예의 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 측정부의 근방의 다른 예의 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 지지체 및 교정판의 모식도이다.
도 8은 롤의 반사율의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 지지체의 다른 예의 모식도이다.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 교정판의 측면도이다.
이하, 본 실시 형태에 대하여 도면을 적절히 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용하는 도면은 특징을 이해하기 쉽게 하기 위해서 편의상 특징이 되는 부분을 확대해서 나타내고 있는 경우가 있고, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제와는 상이한 경우가 있다. 이하의 설명에 있어서 예시되는 재료, 치수 등은 일례이며, 본 발명은 그들에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위에서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
「성막 장치」
도 1은 제1 실시 형태에 관한 성막 장치(200)의 모식도이다. 성막 장치(200)는, 측정 장치(100)와 성막부(110)와 분광기(120)와 연산부(130)와 구동 장치(140)를 갖는다. 성막 장치(200)는 예를 들어 격벽(150)으로 구분된 진공 환경과 대기 환경에 걸쳐 있다. 측정 장치(100) 및 성막부(110)는 진공 환경에 있다. 분광기(120) 및 연산부(130)는 예를 들어 대기 환경에 있다. 구동 장치(140)는 예를 들어 진공 환경과 대기 환경에 걸쳐 있다.
성막부(110)는 필름 F의 표면에 기능막을 적층한다. 기능막은 예를 들어 복수층의 유전체층이 적층된 반사 방지막이다. 성막부(110)는 예를 들어 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 필름 F의 표면에 기능막을 적층한다.
기능막이 적층된 필름 F는 측정 장치(100)로 반송된다. 이하, 성막부(110)로부터 측정 장치(100)로의 필름 F의 반송 방향을 x 방향, 필름 F의 폭 방향을 y 방향, x 방향 및 y 방향에 직교하는 방향을 z 방향이라고 칭한다. 측정 장치(100)는 필름 F의 광학 특성을 측정한다. 측정 장치(100)의 상세는 후술한다.
구동 장치(140)는, 이동 기구(20)에 의해 측정부(10)를 y 방향으로 움직이게 한다. 측정부(10)가 y 방향으로 움직임으로써 측정부(10)를 필름 F의 임의의 위치로 이동시켜, 임의의 위치의 필름 F의 광학 특성을 측정할 수 있다. 구동 장치(140)는 예를 들어 제어부(141)와 모터(142)를 포함한다. 제어부(141)는 모터(142)를 제어한다.
필름 F의 측정 결과는, 측정부(10)로부터 예를 들어 광 파이버를 경유하여 분광기(120)로 보내진다. 분광기(120)는 필름 F의 투과 또는 반사광의 스펙트럼을 취득한다. 취득된 스펙트럼은 연산부(130)로 보내진다.
연산부(130)는 측정부(10)에서 실측한 스펙트럼으로부터 기능막의 광학 특성을 산출한다. 연산부(130)는 산출한 광학 특성에 기초하여, 성막부(110)에서의 성막 조건을 피드백한다. 산출된 광학 특성이 설계 특성과 다른 경우는, 성막부(110)에서의 성막 조건을 변경한다.
「측정 장치」
측정 장치(100)는, 예를 들어 측정부(10)와 이동 기구(20)와 지지체(30)와 교정판(40)을 구비한다. 측정부(10)는 이동 기구(20)에 의해 y 방향으로 이동 가능하다. 지지체(30)는 측정부(10)와 대향한다. 교정판(40)은 지지체(30)의 y 방향의 측방에 있다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치(100)의 측정부(10)를 확대한 도면이다. 측정부(10)는 적분구(11)와 투광 파이버(12)와 수광 파이버(13)를 적어도 구비한다. 투광 파이버(12)는 광원에 접속되어 있다. 수광 파이버(13)는 분광기(120)에 접속되어 있다. 투광 파이버(12) 및 수광 파이버(13)는, 예를 들어 각각 굴곡할 수 있는 파이버(12A, 13A)와 고정부(12B, 13B)를 갖는다. 고정부(12B, 13B)는 적분구(11)와 예를 들어 나사 고정된다. 굴곡되지 않는 고정부(12B, 13B)를 적분구(11)와 확실히 고정함으로써, 측정부(10)가 이동해도 진동에 의한 영향을 억제할 수 있다. 측정부(10)는 필름 F에 광을 조사하고, 필름 F에서 투과 또는 반사된 광을 측정한다.
적분구(11)의 크기는 특별히 상관없다. 적분구(11)의 직경은, 예를 들어 후술하는 이동 기구(20)의 동작에 방해가 되지 않는 한에 있어서 임의로 선택할 수 있다.
적분구(11)는 이동 기구(20)에 직접 고정되는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 적분구(11)를 별도 마련한 하우징 내에 설치하고, 하우징을 통하여 이동 기구(20)에 고정해도 된다.
도 3은 적분구(11)를 확대한 도면이다. 적분구(11)에는 투광부(12C)와 수광부(13C)가 접속되어 있다. 투광부(12C)는 투광 파이버(12)의 일부이다. 수광부(13C)는 수광 파이버(13)의 일부이다. 적분구(11)는 내벽에 반사율이 높고 확산성이 우수한 코팅이 실시되어 있다. 적분구(11)는 예를 들어 필름 F와 비접촉이며, 필름 F를 손상시키지 않는다.
투광부(12C)는 필름 F에 광을 조사한다. 필름 F의 광 조사면 F1에 조사된 광은, 광 조사면 F1에서 확산 반사된다. 확산 반사된 광은 적분구(11)의 내벽에 닿고, 확산 반사를 반복한다. 적분구(11)는 필름 F로부터의 광을 집광한다. 수광부(13C)는 적분구(11) 내에서 확산 반사를 반복하여, 대략 균일한 밝기가 된 광을 수광한다. 수광부(13C)는 적분구(11)에서 집광한 광을 수광한다. 수광한 광은 광 조사면 F1에서의 정반사 성분과 확산 반사 성분을 포함한다.
투광부(12C)는 예를 들어 집광 렌즈(12D)를 구비한다. 집광 렌즈(12D)와 필름 F의 광 조사면 F1과의 거리 FL은, 예를 들어 집광 렌즈(12D)의 초점 거리로부터 벗어나 있다. 집광 렌즈(12D)와 필름 F의 광 조사면 F1과의 거리 FL은, 예를 들어 집광 렌즈(12D)의 초점 거리보다 짧다. 집광 렌즈(12D)와 필름 F의 거리를 접근시킴으로써 광 조사면 F1의 조사 스폿 사이즈가 커진다. 조사 스폿 사이즈는 예를 들어 5㎜φ이다. 조사 스폿 사이즈가 커지면, 광 조사면 F1로부터 반사되는 광의 확산 성분이 많아도 측정면이 평균화되어, 안정적인 측정이 가능해진다. 또한 집광 렌즈(12D)와 필름 F의 거리를 접근시킴으로써 투광 파이버(12)를 필름 F측에 접근시킬 수 있어, 측정부(10)가 소형화된다.
또한, 도 4는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치(100)의 측정부(10) 근방의 확대도이다. 측정부(10)는 적분구(11)의 개구면(11A)의 주위를 둘러싸는 차폐 부재(16)를 갖고 있어도 된다. 차폐 부재(16)는, 외광 L이 적분구(11) 내에 들어가는 것을 차폐한다. 외광 L은 측정 데이터의 외란의 원인이 된다. 차폐 부재(16)는, 예를 들어 적분구(11)의 개구면(11A)에 조사되는 외광 L의 조도를 1.0Lux 이하로 한다.
차폐 부재(16)는 예를 들어 지지판(16A)과 차폐판(16B)을 갖는다. 지지판(16A)은 차폐판(16B)을 지지한다. 지지판(16A)은 적분구(11)의 외면을 따라 펼쳐진다. 차폐판(16B)은 외광 L이 적분구(11) 내에 들어가는 것을 차폐한다. 차폐판(16B)은 예를 들어 적분구(11)의 외면으로부터 기립한다. 차폐판(16B)으로 둘러싸이는 영역의 면적은, 예를 들어 필름 F로 향함에 따라 작아져도 된다. 차폐판(16B)의 내경이 필름 F를 향하여 축경됨으로써, 외광 L의 적분구(11)로의 입사를 보다 억제할 수 있다. 또한 예를 들어 차폐판(16B)의 일부는 필름 F와 일정한 거리를 유지하여, 필름 F를 따라 연장되어도 된다.
또한 도 5에 도시하는 바와 같이, 적분구(11)를 둘러싸는 하우징(15)에 차폐 부재(16)를 마련해도 된다. 차폐 부재(16)는 적분구(11)에 직접 마련되어 있지 않다. 예를 들어 적분구(11)를 하우징(15)에 마련한 경우에는, 하우징(15)의 개구부(15A) 주위에 차폐 부재(16)를 마련한다.
적분구(11) 내에 들어가는 외광 L을 적게 하는 수단은 차폐 부재(16)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 격벽(150)으로 둘러싸이는 진공 환경을 모두 암실화해도 된다. 또한 예를 들어 도 6에 도시하는 바와 같이, 측정부(10)와 지지체(30)를 둘러싸는 포위 B를 마련해도 된다. 하우징(15)의 개구면(15A)에 조사되는 외광의 조도는 예를 들어 1.0Lux 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.3Lux 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
이동 기구(20)는 측정부(10)를 y 방향으로 이동시킨다. 측정부(10)는 예를 들어 필름 F의 폭 방향, 제1 교정판(41) 및 제2 교정판(42)에 걸쳐 이동할 수 있다. 이동 기구(20)는 예를 들어 y 방향으로의 직동 기구이다. 이동 기구(20)는 예를 들어 리니어 액추에이터, 볼 나사이다.
도 7은, 제1 실시 형태에 관한 측정 장치(100)의 지지체(30) 및 교정판(40)의 모식도이다. 지지체(30)는 예를 들어 롤(31)과 축심(32)을 갖는다. 롤(31)은 y 방향으로 연장되고, 축심(32)을 중심으로 회전한다. 필름 F는 롤(31)의 외표면을 따라 반송된다.
롤(31)은 예를 들어 반사율이 1.0％ 이하이며, 바람직하게는 0.4％ 미만이다. 롤(31)의 반사율이 낮음으로써, 투광 파이버(12)로부터 필름 F에 조사된 광이 롤(31)의 표면에서 반사되는 것을 억제할 수 있다. 롤(31)의 표면으로부터의 반사광은 측정 대상인 필름 F 이외로부터의 반사이며, 외광 L의 하나의 요인이 된다.
또한 롤(31)은 예를 들어 흑색의 고무 롤, 금속 롤이다. 롤(31)은 예를 들어 금속제의 블랙 롤이 바람직하다. 금속제의 블랙 롤은, 예를 들어 알루마이트 처리된 금속 롤, 크롬제의 금속 롤, 흑색 도금 처리된 금속 롤이다. 도금은 예를 들어 크롬 도금, 아연 도금, 니켈 도금이다.
도 8은 롤의 반사율의 추이를 나타내는 그래프이다. 도 8의 (a)는 사용 전의 고무 롤의 반사율이며, 도 8의 (b)는 사용 후의 고무 롤의 반사율이며, 도 8의 (c)는 사용 전의 금속제의 블랙 롤의 반사율이며, 도 8의 (d)는 사용 후의 금속제의 블랙 롤의 반사율이다. 사용 후라 함은, 예를 들어 필름 F를 40만미터 반송한 후의 고무 롤 또는 블랙 롤이다. 그래프의 횡축은 롤(31)의 y 방향의 위치이며, 종축은 롤(31)의 둘레 방향의 다른 4점(A, B, C, D)의 반사율이다. 다른 4점(A, B, C, D)은 각각 롤(31)의 축심(32)을 중심으로 90°씩 벗어나 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 고무 롤은 사용 전의 반사율의 평균이 0.45이며, 사용 후의 반사율의 평균은 1.22까지 증가한다. 이에 반하여, 금속제의 블랙 롤은 사용 전의 반사율의 평균이 0.27이며, 사용 후의 반사율의 평균이 0.29이다. 금속제의 블랙 롤은 반사율의 변화가 작아 안정적인 측정이 가능하다. 또한 금속제의 블랙 롤은 성막 부스러기의 잔여물 부착이 적어, 필름 F에 대한 악영향을 저감시킬 수 있다.
또한 축심(32)도 예를 들어 반사율을 1.0％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.4％ 미만으로 한다. 축심(32)의 반사율을 저감시킴으로써, 적분구(11)에 입사되는 외광 L을 저감시킬 수 있다. 축심(32)은 예를 들어 표면을 흑색 가공한 금속으로 한다.
도 8에서는 지지체(30)가 롤(31)을 갖는 예를 나타냈지만, 지지체는 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 9는 제1 실시 형태에 관한 측정 장치의 지지체의 다른 예의 모식도이다. 도 9에 도시하는 지지체(35)는 필름 F의 광 조사면 F1을, 광 조사면 F1의 반대측의 면을 지지한다. 지지체(35)는 예를 들어 반사율이 1.0％ 이하이고, 바람직하게는 0.4％ 미만이다.
교정판(40)은 예를 들어 제1 교정판(41)과 제2 교정판(42)을 갖는다(도 7 참조). 제1 교정판(41) 및 제2 교정판(42)은 예를 들어 반송되는 필름 F의 y 방향의 측방에 있다. 제1 교정판(41)은 레퍼런스 측정용의 표준 반사판이다. 제2 교정판(42)은 다크 측정용이다.
제2 교정판(42)을 별도 마련함으로써, 필름 F의 측정 환경과 거의 마찬가지 환경에서의 다크 측정이 가능해진다.
제1 교정판(41) 및 제2 교정판(42)을 필름 F의 측방에 설치함으로써, 교정을 정기적으로 행하는 것이 용이해진다. 예를 들어, 롤 투 롤로 성막되는 긴 필름의 경우, 예를 들어 온도 등의 다양한 조건이 변화되면 교정이 흐트러지는 경우가 있어 정기적인 교정이 중요하다.
도 10은, 제1 실시 형태에 관한 측정 장치(100)의 교정판(40)의 측면도이다. 제1 교정판(41)은 측정부(10)로부터의 광의 조사 방향과 직교한다. 측정부(10)로부터의 광의 조사 방향이란, 예를 들어 적분구(11)의 개구면(11A)과 직교하는 방향이다. 제2 교정판(42)은, 측정부(10)로부터의 광의 조사 방향과 직교하는 가상면에 대하여 기울어져 있다. 제2 교정판(42)을 가상면에 대하여 기울임으로써, 제2 교정판(42)에서의 반사광이 측정부(10)로 돌아오는 것을 억제할 수 있어 외광 L의 영향을 보다 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 실시 형태에 관한 측정 장치(100)에 의하면, 반송 필름의 임의의 개소의 광학 특성을 고정밀도로 측정할 수 있다. 또한 제1 실시 형태에 관한 성막 장치(200)에 의하면, 제조 도중에도 필름 F의 광학 특성을 측정할 수 있으며, 그 결과를 성막부(110)에서의 성막 조건에 피드백할 수 있다.
또한 폭이 넓은 필름 F의 경우, 폭 방향의 장소에 따라 성막 조건이 변동되는 경우가 있다. 측정부(10)가 필름 F의 폭 방향으로 이동할 수 있음으로써, 폭 방향에 있어서의 성막 조건의 변동을 평가할 수 있다. 또한 그 평가 결과를 성막부(110)에 피드백함으로써, 필름 F의 폭 방향의 위치마다 성막 조건을 바꾸는 것도 가능하고, 보다 광학 특성이 균질한 필름을 제작할 수 있다.
10: 측정부
11: 적분구
12: 투광 파이버
13: 수광 파이버
12A, 13A: 파이버
12B, 13B: 고정부
12C: 투광부
13C: 수광부
12D: 집광 렌즈
15: 하우징
15A: 개구면
16: 차폐 부재
16A: 지지판
16B: 차폐판
20: 이동 기구
30, 35: 지지체
31: 롤
32: 축심
40: 교정판
41: 제1 교정판
42: 제2 교정판
100: 측정 장치
110: 성막부
120: 분광기
130: 연산부
140: 구동 장치
141: 제어부
142: 모터
150: 격벽
200: 성막 장치

Claims (8)

  1. 필름에 광을 조사하고, 상기 필름에서 투과 또는 반사된 광을 측정하는 측정부와,
    상기 측정부를 상기 필름의 반송 방향과 교차하는 제1 방향으로 이동 가능하게 하는 이동 기구와,
    상기 필름을 상기 필름의 광 조사면과 반대측으로부터 지지하는 금속제의 롤을 구비하며,
    상기 측정부는, 상기 필름에 광을 조사하는 투광부와, 상기 필름으로부터의 광을 집광하는 적분구와, 상기 적분구에서 집광된 광을 수광하는 수광부를 갖는, 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적분구는 상기 필름과 비접촉인, 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적분구의 개구면에 조사되는 외광의 조도가 1.0Lux 이하인, 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속제의 롤의 반사율이 1.0％ 이하인, 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투광부는 집광 렌즈를 구비하며,
    상기 집광 렌즈와 상기 필름의 상기 광 조사면과의 거리는 상기 집광 렌즈의 초점 거리로부터 벗어나 있는, 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 측정부는 상기 적분구의 개구면의 주위를 둘러싸는 차폐 부재를 더 구비하는, 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 필름의 상기 제1 방향의 측방에 교정판을 더 구비하는, 측정 장치.
  8. 진공 중에서 필름에 성막하는 성막부와,
    상기 성막부에서 성막된 필름을 측정하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 측정 장치와,
    상기 측정 장치의 수광부에서 수광한 광을 분광하는 분광기와,
    상기 분광기의 측정 결과에 기초하여 상기 필름에 성막된 막을 평가하고, 상기 성막부에 성막 조건을 피드백하는 연산부를 구비하는, 성막 장치.
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