KR102339893B1 - 광학 필름의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

필름 기재 상에 다층 광학 박막을 형성하는 광학 필름의 제조의 예비 성막에 있어서, 복수의 스퍼터실에 동시에 통전함으로써, 필름 기재 상에 2 이상의 이종 재료의 박막의 적층체를 성막하고, 스퍼터 장치 내에 형성된 광학 측정부 (80) 에서 얻어진 광학 특성으로부터, 복수의 박막의 막 두께를 산출한다. 광학 측정부에서 얻어지는 광학 특성 또는 광학 특성으로부터 산출되는 복수의 박막의 막 두께가 소정 범위 내가 될 때까지, 막 두께의 측정과 박막의 성막 조건의 조정이 반복 실시된다.

Description

광학 필름의 제조 방법
본 발명은, 필름 기재 상에 다층 광학 박막을 구비하는 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
반사 방지 필름, 투명 도전 필름, 전자파 차폐 필름, 일사 조정 필름 등의 기능성 광학 필름은, 필름 기재 상에, 굴절률이 상이한 복수의 광학 박막의 적층체 (다층 광학 박막) 를 구비한다. 광학 박막의 재료로는, 산화실리콘이나 금속 산화물 등의 각종 산화물이나, 각종 금속 재료를 들 수 있다.
필름 기재 상에 대한 다층 광학 박막의 형성에는 스퍼터법이 널리 사용되고 있다. 필름 기재의 반송 경로를 따라 복수의 타깃을 배치 가능한 롤 투 롤 방식의 스퍼터 장치를 사용함으로써, 1 패스로 필름 기재 상에 다층 광학 박막을 형성할 수 있기 때문에, 광학 필름의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
다층 광학 박막은, 다중 반사 간섭을 이용하여, 광의 반사·투과 특성을 조정하여, 원하는 광학 특성을 실현하고 있다. 이들 특성을 발휘하기 위해서는, 다층막을 구성하는 각각의 광학 박막의 막질 (특히 굴절률) 이나 막 두께를 소정 범위 내로 조정할 필요가 있다. 특히, 반사 방지 필름 등의 디스플레이용 광학 필름에서는, 광학 박막의 막질이나 막 두께에 고도의 균일이 요구된다. 그 때문에, 다층 광학 박막의 제조에 있어서는, 각각의 광학 박막의 막질이나 막 두께가 일정해지도록, 성막 조건을 엄격하게 관리하여, 폭 방향이나 길이 방향에서의 막질이나 막 두께의 변동을 억제할 필요가 있다.
박막의 막질이나 막 두께를 일정하게 유지하는 방법으로서, 스퍼터 방전의 플라즈마 발광 강도를 검지하여, 가스 도입량에 피드백하는 방법 (플라즈마 이미션 모니터 (PEM) 제어) 가 알려져 있다. 예를 들어, 금속 타깃과 산소 등의 산화성 가스를 사용한 반응성 스퍼터에서는, 발광 강도의 제어치 (세트 포인트 ; SP) 를 소정 범위로 설정하고, 발광 강도가 이 범위 내가 되도록 산소 도입량을 조정함으로써, 산화물 박막의 막질 및 막 두께를 일정하게 유지할 수 있다.
PEM 제어에 의한 가스 도입량의 제어와, 인 라인에서의 박막의 광학 특성의 측정 결과에 기초하는 제어를 조합함으로써, 광학 박막의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 스퍼터에 의한 광학 박막의 형성에 있어서, 플라즈마 발광 강도가 설정 범위 내가 되도록 산소 유량을 제어하는 것 (PEM 제어) 에 더하여, 광학 박막을 성막 후의 분광 반사율을 인 라인으로 측정하고, 분광 반사율이 소정 범위 내가 되도록 PEM 의 발광 강도의 설정 범위를 변경하면서 연속 성막을 실시하고 있다.
PEM 제어와 인 라인에서의 광학 측정에 기초하는 제어를 조합함으로써, 성막 도중에 타깃의 에로션 등에 수반하는 약간의 환경 변화가 발생한 경우에도, 이것에 대응하도록 성막 조건을 미세 조정할 수 있기 때문에, 길이 방향 및 폭 방향의 광학 특성의 균일성이 우수한 광학 박막이 얻어진다.
제품을 취득하기 위해서 실시되는 본 성막에서는, 상기와 같은 제어를 응용함으로써, 광학 특성의 균일성을 유지할 수 있다. 한편, 목표로 하는 광학 특성을 갖는 다층 광학 박막을 형성하기 위해서는, 본 성막 개시시의 성막 초기 조건의 설정이 중요해진다. 롤 투 롤 방식의 스퍼터에 의한 광학 박막의 성막에 있어서는, 본 성막의 조건 설정 등을 목적으로 하여, 본 성막의 개시 전에 예비 성막이 실시되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 2 에는, 고굴절률 투명 박막과 금속 도전체 박막을 교호 적층한 다층 광학 박막이 개시되어 있고, 본 성막 개시 전의 예비 성막에 있어서, 각 층의 단층의 박막을 형성하여, 성막 속도의 산출이나 롤 온도의 조정을 실시한 것이 기재되어 있다.
WO2011/046050호 팜플렛 일본 공개특허공보 2001-249221호
다층 광학 박막의 예비 성막에 있어서, 단층의 박막의 성막 조건을 순차적으로 조정하는 방법은, 박막의 적층수의 증대에 수반하여 조정 횟수가 증대한다. 그 때문에, 예비 성막에 필요로 하는 시간이 길어져, 재료 로스의 증가나 생산성 저하의 원인이 된다. 특히, 폭 방향의 막 두께를 균일화하기 위해서 폭 방향의 복수 지점에서 성막 조건을 조정하는 경우에는, 조정해야 할 파라미터가 많기 때문에, 초기 조건의 설정에 다대한 시간을 필요로 한다. 또한, 예비 성막에 있어서의 조정 정밀도가 낮은 경우에는, 본 성막에서의 성막 조건의 미세 조정에 시간을 필요로 하기 때문에, 추가적인 재료 로스의 증가나 생산성 저하를 초래하는 경우가 있다. 이와 같은 과제를 감안하여, 본 발명은, 다층 광학 박막의 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정을 효율화하여, 다층 광학 박막을 구비하는 광학 필름의 생산성 및 광학 특성의 균일성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 필름 기재 상에, 복수의 박막으로 이루어지는 다층 광학 박막을 구비하는 광학 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 광학 필름으로는, 복수의 산화물 박막으로 이루어지는 다층 광학 박막 (반사 방지층) 을 구비하는 반사 방지 필름 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 필름 기재의 반송 방향을 따라 복수의 스퍼터실을 구비하는 스퍼터 성막 장치 내에서, 필름 기재를 연속적으로 반송하면서, 필름 기재 상에 복수의 박막으로 이루어지는 다층 광학 박막의 형성 (본 성막) 이 실시된다. 본 성막 전에 실시되는 예비 성막에 있어서, 복수의 스퍼터실에 동시에 통전을 실시하여, 필름 기재 상에, 굴절률이 상이한 2 이상의 박막을 형성한다. 필름 기재 상에 복수의 박막이 형성된 적층체의 광학 특성을 인 라인으로 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여, 각각의 박막의 막 두께를 산출한다. 막 두께 산출 결과에 기초하여, 각각의 박막의 성막 조건을 조정한다. 광학 측정부에서 얻어지는 광학 특성 또는 광학 특성으로부터 산출되는 복수의 박막의 막 두께가 소정 범위 내가 될 때까지, 성막 조건의 조정이 실시되는 것이 바람직하다.
조정 스텝에서는, 광학 측정부에 의해, 필름 기재 상에 복수의 박막이 형성된 적층체의 반사 스펙트럼의 측정이 실시되고, 반사 스펙트럼으로부터, 복수의 박막의 막 두께가 산출되는 것이 바람직하다. 이 경우, 복수의 박막의 막 두께의 측정치가 소정 범위 내가 되거나, 혹은 광학 측정부에서의 측정에 의해 얻어지는 반사 스펙트럼과 목표로 하는 반사 스펙트럼의 차가 소정 범위 내가 될 때까지, 성막 조건의 조정이 실시되는 것이 바람직하다.
조정 스텝에 있어서의 광학 측정은, 필름 기재의 폭 방향의 복수 지점에서 실시되는 것이 바람직하고, 폭 방향의 복수 지점에서의 측정 결과에 기초하여, 성막 조건의 조정을 실시하여, 박막의 폭 방향의 막 두께 분포를 저감시키는 것이 바람직하다.
일 실시형태에서는, 다층 광학 박막을 구성하는 복수의 박막의 적어도 1 개는, 2 이상의 스퍼터실에서 성막된 복수의 서브 박막의 적층막이다. 1 개의 적층막을 구성하는 복수의 서브 박막은, 상이한 조정 스텝으로, 성막 조건의 조정이 실시되는 것이 바람직하다. 예비 성막에서는, 복수회 실시되는 조정 스텝에 있어서의 필름 기재의 반송 속도가 동일한 것이 바람직하다.
예비 성막에 사용되는 필름 기재는, 본 성막에 사용되는 필름 기재와 동일해도 되고 상이해도 된다. 예를 들어, 이면 반사를 저감시켜 막 두께의 측정 정밀도 및 성막 조건의 조정 정밀도를 높이기 위해서, 예비 성막에서는, 광 흡수성의 필름 기재 등이 이용되어도 된다. 예비 성막 또는 본 성막의 적어도 어느 일방에 있어서, 필름 기재로서, 투명 필름의 박막 비형성면측에, 접착층을 개재하여 광 흡수성 부재가 박리 가능하게 첩착된 적층체가 이용되어도 된다. 생산 효율을 향상시키기 위해서는, 예비 성막과 본 성막에서 동일한 필름 기재가 사용되는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 예비 성막 후, 스퍼터실의 통전을 계속한 상태에서, 본 성막을 연속해서 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에서는, 다층 광학 박막의 성막 조건을 결정하기 위한 예비 성막에 있어서, 필름 기재 상에 복수의 박막으로 이루어지는 적층체가 형성되고, 인 라인 광학 측정에 의해, 이들 복수의 박막의 각각의 막 두께를 측정하면서, 성막 조건의 조정이 실시된다. 1 회의 조정 스텝으로 복수의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되기 때문에, 예비 성막에 있어서의 조정 스텝의 횟수를 저감시켜, 예비 성막에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
도 1 은 반사 방지 필름의 적층 구성예를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2 는 다층 광학 박막의 제조에 사용되는 스퍼터 성막 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은 스퍼터실 내의 구성 개념도이다.
도 4 는 종래 기술의 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정 방법의 개요를 나타내는 도면이다.
도 5 는 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은 본 발명의 제조 방법의 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정 방법의 개요를 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 제조 방법의 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정 방법의 개요를 나타내는 도면이다.
도 8 은 제 1 조정 스텝 S151 에 의한 성막 조건 조정 전후의, 폭 방향 23 개 지점의 반사 스펙트럼이다.
도 9 는 제 2 조정 스텝 S152 에 의한 성막 조건 조정 전후의, 폭 방향 23 개 지점의 반사 스펙트럼이다.
도 10 은 제 3 조정 스텝 S153 에 의한 성막 조건 조정 전후의, 폭 방향 23 개 지점의 반사 스펙트럼이다.
도 11 은 제 4 조정 스텝 S154 에 의한 성막 조건 조정 전후의, 폭 방향 23 개 지점의 반사 스펙트럼이다.
도 12 는 스텝 S151 ∼ S154 에 의해 성막 조건을 조정 후, 본 성막과 동일한 기재 반송 속도로 성막을 실시한 반사 방지 필름의 폭 방향 23 개 지점의 반사 스펙트럼이다.
본 발명은, 필름 기재 상에, 굴절률이 상이한 복수의 광학 박막의 적층체로 이루어지는 다층 광학 박막을 구비하는 광학 필름의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 필름 기재 상에 대한 다층 광학 박막의 형성 방법, 및 다층 광학 박막의 성막 조건을 조정하기 위한 예비 성막 방법에 관한 것이다.
[광학 필름]
필름 기재 상에 다층 광학 박막을 구비하는 광학 필름의 일례로서, 반사 방지 필름을 들 수 있다. 반사 방지 필름은, 투명 필름이나 편광판 등의 필름 기재 상에, 다층 광학 박막으로 이루어지는 반사 방지층을 구비한다. 반사 방지 필름에서는, 입사광과 반사광의 역전된 위상이 서로 상쇄하도록, 반사 방지층을 구성하는 박막의 광학 막 두께 (굴절률과 두께의 곱) 를 설정함으로써, 가시광의 광대역의 파장 범위에 있어서, 반사율을 작게 할 수 있다.
도 1 은, 반사 방지 필름의 적층 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1 의 반사 방지 필름 (100) 은, 필름 기재 (20) 상에, 밀착성 향상층 (30) 을 개재하여, 다층 광학 박막으로 이루어지는 반사 방지층 (50) 을 구비한다. 도 1 에서는, 4 층의 박막 (51, 52, 53, 54) 의 적층체로 이루어지는 반사 방지층 (50) 이 도시되어 있다.
필름 기재 (20) 로는, 투명 필름이나 편광판 등이 사용된다. 투명 필름을 구성하는 수지 재료로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 등의 폴리에스테르류 ; 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 폴리머 ; 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 폴리머 ; 폴리스티렌이나 아크릴로니트릴·스티렌 공중합체 등의 스티렌계 폴리머 ; 폴리노르보르넨 등의 고리형 폴리올레핀 ; 폴리카보네이트 등을 들 수 있다. 필름 기재 (20) 의 두께는, 5 ∼ 300 ㎛ 정도이다. 필름 기재 (20) 의 반사 방지층 (50) 형성면측에는, 하드 코트층이나 안티글레어층 등이 형성되어 있어도 된다.
필름 기재 (20) 와 반사 방지층 (50) 사이에 밀착성 향상층 (30) 을 형성함으로써, 유기 재료인 필름 기재와 무기 재료인 반사 방지층의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 밀착성 향상층 (30) 의 막 두께는, 예를 들어 1 ∼ 30 ㎚ 정도이다. 다층 광학 박막 중에서 필름 기재 (20) 에 접하여 형성되는 박막에, 밀착성 향상층으로서의 기능을 갖게 해도 된다. 예를 들어, 필름 기재 (20) 상에, 밀착성 향상층 (30) 으로서 화학량론 조성보다 산소량이 적은 산화물층을 형성하는 것에 의해, 고투명성과 반사 방지층에 대한 밀착성을 양립할 수 있다. 밀착성 향상층 (30) 의 산소량은, 화학량론 조성의 60 ∼ 95 ％ 정도가 바람직하다. 예를 들어, 밀착성 향상층 (30) 으로서 산화실리콘 (SiOx) 층을 형성하는 경우, x 는 1.2 ∼ 1.9 정도가 바람직하다.
반사 방지층 (50) 을 구성하는 박막의 재료로는, 금속의 산화물, 질화물, 불화물 등을 들 수 있다. 예를 들어, 파장 550 ㎚ 에 있어서의 굴절률이 1.6 이하인 저굴절률 재료로서, 산화규소, 불화마그네슘 등을 들 수 있다. 파장 550 ㎚ 에 있어서의 굴절률이 1.9 이상인 고굴절 재료로서, 산화티탄, 산화니오브, 산화지르코늄, 주석 도프 산화인듐 (ITO), 안티몬 도프 산화주석 (ATO) 등을 들 수 있다. 저굴절률층과 고굴절률층에 더하여, 굴절률 1.50 ∼ 1.85 정도의 중굴절률층으로서, 예를 들어, 산화티탄이나, 상기 저굴절률 재료와 고굴절 재료의 혼합물로 이루어지는 박막을 형성해도 된다.
반사 방지층 (50) 의 적층 구성으로는, 필름 기재 (20) 측으로부터, 광학 막 두께 240 ㎚ ∼ 260 ㎚ 정도의 고굴절률층과, 광학 막 두께 120 ㎚ ∼ 140 ㎚ 정도의 저굴절률층의 2 층 구성 ; 광학 막 두께 170 ㎚ ∼ 180 ㎚ 정도의 중굴절률층과, 광학 막 두께 60 ㎚ ∼ 70 ㎚ 정도의 고굴절률층과, 광학 막 두께 135 ㎚ ∼ 145 ㎚ 정도의 저굴절률층의 3 층 구성 ; 광학 막 두께 25 ㎚ ∼ 55 ㎚ 정도의 고굴절률층과, 광학 막 두께 35 ㎚ ∼ 70 ㎚ 정도의 저굴절률층과, 광학 막 두께 60 ㎚ ∼ 250 ㎚ 정도의 고굴절률층과, 광학 막 두께 100 ㎚ ∼ 180 ㎚ 정도의 저굴절률층의 4 층 구성 ; 광학 막 두께 15 ㎚ ∼ 30 ㎚ 정도의 저굴절률층과, 광학 막 두께 20 ㎚ ∼ 40 ㎚ 정도의 고굴절률층과, 광학 막 두께 20 ㎚ ∼ 40 ㎚ 정도의 저굴절률층과, 광학 막 두께 240 ㎚ ∼ 290 ㎚ 정도의 고굴절률층과, 광학 막 두께 100 ㎚ ∼ 200 ㎚ 정도의 저굴절률층의 5 층 구성 등을 들 수 있다. 반사 방지층을 구성하는 박막의 굴절률이나 막 두께의 범위는 상기 예시에 한정되지 않는다. 또한, 반사 방지층 (50) 은, 6 층 이상의 박막의 적층체여도 된다. 공기 계면에서의 반사를 저감시키기 위해서, 반사 방지층의 최표면층으로서 형성되는 박막 (54) 은, 저굴절률층인 것이 바람직하다.
본 발명의 대상이 되는 광학 필름은, 반사 방지 필름에 한정되지 않고, 필름 기재 상에 다층 광학 박막을 구비하는 것이면 된다. 예를 들어, 전자파 차폐 필름이나 일사 조정 필름은, 전자파나 적외선 등을 반사하는 금속 박막과, 금속 산화물 박막을 적층함으로써, 특정 파장의 전자파에 대한 차폐성과 가시광의 투과성을 양립하고 있다. 투명 도전 필름은, 투명 필름 기재 상에, 1 이상의 유전체 박막과 ITO 등으로 이루어지는 투명 전극층을 적층함으로써, 유전체 박막이 광학 조정층으로서의 역할을 하여, 투과 가시광이나 반사 가시광의 색상을 뉴트럴화할 수 있다.
상기와 같이, 필름 기재 상에 다층 광학 박막을 구비하는 기능성 광학 필름은, 다층 광학 박막에 의한 다중 반사 간섭을 이용하여, 광의 반사·투과 특성을 조정하고 있다. 그 때문에, 소기의 특성을 갖는 광학 필름을 얻기 위해서는, 다층 광학 박막을 구성하는 각각의 광학 박막의 (광학) 막 두께를 적절히 제어할 필요가 있다. 광학 필름의 면 내에서, 광학 박막의 막 두께에 분포가 있으면, 반사율이나 투과율에 불균일이 발생하여, 이들 색 얼룩으로서 시인된다. 특히, 반사 방지 필름 등의 디스플레이용 광학 필름에서는, 반사광 특성이 디스플레이의 화질이나 시인성을 좌우하기 때문에, 광학 박막의 막 두께의 엄밀한 제어가 요구된다.
[성막 장치]
필름 기재 상에 대한 다층 광학 박막의 형성에는, 롤 투 롤 방식의 스퍼터 성막 장치가 사용된다. 롤 투 롤 방식에서는, 필름 기재의 반송 방향을 따라 복수의 스퍼터 타깃이 배치된 스퍼터 장치 내에서, 필름 기재를 연속적으로 반송하면서 성막이 실시된다. 그 때문에, 필름 기재의 권출부터 권취까지의 1 패스로, 복수의 박막을 형성할 수 있다.
도 2 는, 스퍼터 성막 장치의 구성예를 나타내는 개념도이다. 도 2 의 성막 장치는, 권출실 (210) 내의 권출 롤 (211) 로부터 필름 기재를 권출하여, 성막실 (220) 내의 성막 롤 (221, 222) 상에 공급하고, 박막이 형성된 필름 기재 (광학 필름 (100)) 를, 권취실 (290) 내의 권취 롤 (291) 에 의해 권취한다.
성막실 (220) 은, 진공 펌프와 접속되고, 소정의 진공도로 조정 가능하다. 성막실 (220) 내에는, 제 1 성막 롤 (221) 및 제 2 성막 롤 (222) 이 형성되어 있다. 제 1 성막 롤 (221) 의 둘레 방향을 따라, 격벽으로 단락 지어진 스퍼터실 (1 ∼ 5) 이 형성되어 있고, 제 2 성막 롤 (222) 의 둘레 방향을 따라, 격벽으로 단락 지어진 스퍼터실 (6 ∼ 10) 이 형성되어 있다. 각 스퍼터실 (1 ∼ 10) 내에는 캐소드 (251 ∼ 260) 가 형성되어 있고, 각각의 캐소드에는, 성막 롤에 대면하도록, 타깃이 배치된다.
제 2 성막 롤 (222) 과 권취 롤 (291) 사이에는, 광학 필름의 반사율이나 투과율 등의 광학 특성을 측정하기 위한 광학 측정부 (280) 가 형성되어 있어, 필름 기재 상에 광학 박막이 형성된 적층체의 투과율이나 반사율 등의 광학 특성을 측정 가능하게 하고 있다. 광학 측정부 (280) 는, 본 성막에 있어서의 제품의 광학 특성의 모니터에 사용되는 것 외에, 예비 성막에 있어서의 막 두께 측정 등에도 사용된다. 막 두께의 측정에는 반사 광학계가 적합하다.
광 검출부 (283) 에서 검출된 반사광은, 수광 소자에 의해 전기 신호로 변환되고, 필요에 따라 연산부 (273) 에서 연산이 실시된다. 연산부에서는, 검출된 반사광의 스펙트럼의 산출이나, 특정한 표색계 (예를 들어, XYZ 표색계, L*a*b* 표 색계, Yab 표색계) 로의 변환, 막 두께의 산출 등이 실시된다.
광학 측정부 (280) 는, 필름의 폭 방향의 복수 지점의 광학 특성을 측정할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 폭 방향의 복수 지점의 광학 특성을 측정하는 방법으로는, 폭 방향으로 복수의 광 검출부를 형성하는 방법이나, 광 검출부를 구비하는 측정 헤드를 폭 방향으로 이동 가능하게 구성하는 방법 등을 들 수 있다.
＜스퍼터실＞
스퍼터실에 있어서의 스퍼터 방식으로는, 2 극 스퍼터 방식, 3 극 스퍼터 방식, 마그네트론 스퍼터 방식 등을 들 수 있다. 성막 레이트가 높은 점에서, 마그네트론 스퍼터법이 바람직하다. 그 중에서도, 유전체 박막의 형성에는 듀얼 마그네트론 스퍼터법이 적합하다. 타깃에 전압을 인가하기 위한 전원은 직류 및 교류의 어느 것이어도 된다. 성막 레이트가 높은 점에서, 직류 전원을 사용하는 것이 바람직하다.
산화물 박막의 스퍼터 성막은, 산화물 타깃을 사용하는 방법, 및 금속 타깃을 사용한 반응성 스퍼터의 어느 것으로도 실시할 수 있다. 산화실리콘 등의 유전체 박막의 성막에는, 고레이트에서의 성막이 가능한 점에서, 금속 타깃을 사용한 반응성 스퍼터가 적합하다. 반응성 스퍼터에서는, 아르곤 등의 불활성 가스 및 산소 등의 반응성 가스를 스퍼터실 내에 도입하고, 금속 영역과 산화물 영역의 중간의 천이 영역이 되도록 반응성 가스의 도입량을 제어함으로써, 고레이트로 산화물 박막을 성막할 수 있다.
반응성 스퍼터에서는, 플라즈마 이미션 모니터 (PEM) 제어에 의해, 산소 등의 반응성 가스 도입량을 제어하는 것이 바람직하다. PEM 제어에서는, 스퍼터 성막의 플라즈마 발광 강도를 검지하고, 발광 강도가 소정의 제어치 (세트 포인트 ; SP) 가 되도록, 반응성 가스 도입량의 조정이 실시된다. 플라즈마 발광 강도가 일정해지도록 가스 도입량을 자동 조정함으로써, 천이 영역을 유지하여 고레이트에서의 성막이 가능해지는 것에 더하여, 성막 레이트를 일정하게 유지할 수 있다. 단, 장시간 연속해서 성막을 실시하면, 타깃의 에로션 등의 영향에 의해, 플라즈마 발광 강도가 동일해도, 성막 레이트가 변화한다. 그 때문에, 본 성막과 같이 장시간의 연속 성막을 실시하는 경우에는, 인 라인에서의 광학 특성의 측정 결과 등에 기초하여, PEM 의 SP 를 적절히 조정하는 것이 바람직하다.
도 3 은, 스퍼터실 내의 구성 개념도이다. 스퍼터실 내의 캐소드 상에는, 1 쌍의 타깃 (251a, 251b) 이 설치되어 있다. 스퍼터실에는 아르곤 등의 불활성 가스, 및 산소 등의 반응성 가스를 공유하기 위한 가스 도입관 (310, 320) 이 접속되어 있다. 반응성 가스 도입관 (310) 은, 도중에 분기하고 있고, 각 분기관에 매스 플로우 컨트롤러 (311 ∼ 314) 가 형성되어 있다. 불활성 가스 도입관 (320) 도, 도중에 분기하고 있고, 각 분기관에 매스 플로우 컨트롤러 (321 ∼ 324) 가 형성되어 있다.
각각의 매스 플로우 컨트롤러는, 제어부 (370) 에 접속되어 있고, 스퍼터실 내에 도입되는 가스의 유량을 제어한다. 당해 구성에 의해, 폭 방향의 복수 지점에서, 가스 도입량을 개별적으로 조정하는 것이 가능하게 되어 있다. 분기관은, 매스 플로우 컨트롤러보다 하류측에서 더욱 분기하고 있고, 타깃의 주변에, 폭 방향을 따라 나란히 형성된 가스 분출 노즐 (319, 329) 로부터, 스퍼터실 내에 가스가 도입된다. 또한, 도 3 에서는, 가스 분출 노즐 (319 및 329) 로부터, 반응성 가스 및 불활성 가스를 개별적으로 스퍼터실 내에 도입하는 형태가 나타나 있지만, 반응성 가스와 불활성 가스를 사전에 혼합하여, 동일한 가스 분출 노즐로부터 스퍼터실 내에 도입해도 된다.
스퍼터실 내의 타깃 근방에는, 스퍼터 방전의 플라즈마 발광 강도를 검지하기 위한 PEM (341 ∼ 344) 이, 폭 방향을 따라 복수 형성되어 있다. PEM (341 ∼ 344) 은, 제어부 (370) 에 접속되어 있다.
각 스퍼터실 내의 스퍼터 성막의 상태를 제어하기 위해서, PEM 에 의해 플라즈마 발광 강도를 항상 모니터링하여, 소정 범위로 설정한 발광 강도의 제어치 (세트 포인트 ; SP) 에 기초하여, 스퍼터실 내로의 가스 도입량이 피드백 제어된다. 폭 방향으로 복수 형성된 PEM 은, 각각 독립적으로 세트 포인트를 설정 가능하고, PEM 에 대응하는 폭 방향의 위치에 도입되는 가스 유량의 밸런스를 조정함으로써, 폭 방향으로 균일한 막 두께를 갖는 박막을 형성할 수 있다.
[광학 필름의 제조 방법]
본 발명에서는, 상기와 같이, 권취 롤의 상류측에 광학 측정부를 구비하는 롤 투 롤 스퍼터 장치를 사용하여, 필름 기재 상에 다층 광학 박막의 형성이 실시된다. 본 발명의 제조 방법은, 필름 기재 상에 형성하는 박막의 성막 조건을 설정하기 위한 예비 성막 공정과, 예비 성막 공정에서 설정된 성막 조건에 기초하여, 필름 기재 상에 다층 광학 박막을 형성하여 광학 필름을 얻는 본 성막 공정을 갖는다.
예비 성막 공정에서는, 서브 공정으로서, 적어도 1 회의 조정 스텝이 실시된다. 1 회의 조정 스텝에서는, 통전을 실시하는 스퍼터실의 방전의 유무를 유지한다. 1 회의 조정 스텝을 종료 후, 통전을 실시하는 스퍼터실을 변경하여 다음의 조정 스텝이 실시된다. 본 발명에 있어서는, 예비 성막에 있어서의 적어도 1 회의 조정 스텝에 있어서, 2 이상의 스퍼터실에 동시에 통전을 실시하여, 필름 기재 상에 2 이상의 이종 재료의 박막이 스퍼터 성막된다. 2 이상의 박막이 스퍼터 성막된 필름 기재는, 권취 롤 (291) 로 권취되기 전에, 광학 측정부 (280) 에서 광학 특성의 측정이 실시된다. 광학 측정 결과에 기초하여, 2 이상의 박막의 막 두께의 산출이 실시되고, 그 산출 결과에 기초하여, 2 이상의 스퍼터 성막실에 있어서의 성막 조건의 조정이 실시된다.
이와 같이, 조정 스텝에서는, 필름 기재를 반송하면서 스퍼터 성막을 실시하고, 성막을 계속한 상태에서, 광학 측정, 막 두께 산출, 및 성막 조건의 조정을 반복함으로써, 막 두께가 설정 범위 내로 조정된다. 모든 스퍼터실에 대하여 이 조정 스텝을 실시하여, 본 성막을 위한 스퍼터 성막 조건을 설정한 후에, 본 성막이 실시된다.
이하에서는, 도 1 에 나타내는 반사 방지 필름 (100) 의 제조예를 참조하여, 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 설정 방법을 보다 상세하게 설명한다. 도 1 의 반사 방지 필름 (100) 은, 롤 투 롤 스퍼터에 의해, 필름 기재 (20) 상에, 막 두께 3.5 ㎚ 의 SiOx 밀착성 향상층 (30) (x ＜ 2), 막 두께 12 ㎚ 의 Nb2O5 고굴절률층 (51), 막 두께 28 ㎚ 의 SiO2 저굴절률층 (52), 막 두께 102 ㎚ 의 Nb2O5 고굴절률층 (53), 및 막 두께 84 ㎚ 의 SiO2 저굴절률층 (54) 을 순서대로 성막함으로써 얻어진다.
먼저, 이 반사 방지 필름의 제조 방법에 있어서의 본 성막 공정에 대하여 설명한다. 스퍼터실 (1) 에서는, Si 타깃을 사용하여, 아르곤 및 산소를 도입하면서, SiOx 밀착성 향상층 (30) 이 성막된다. 스퍼터실 (2) 에서는, Nb 타깃을 사용하여, 아르곤 및 산소를 도입하면서, Nb2O5 층 (51) 이 성막된다. 스퍼터실 (3) 에서는, Si 타깃을 사용하여, 아르곤 및 산소를 도입하면서, SiO2 층 (52) 이 성막된다. 스퍼터실 (4 ∼ 7) 에서는, Nb 타깃을 사용하여, 아르곤 및 산소를 도입하면서, Nb2O5 층 (53) 이 성막된다. Nb2O5 층 (53) 은, SiO2 층 (52) 및 Nb2O5 층 (51) 에 비하여 막 두께가 크기 때문에, 본 실시형태에서는, 스퍼터실 (4 ∼ 7) 에서, 4 개의 서브 박막 (53a, 53b, 53c, 53d) 이 성막된다. 즉, Nb2O5 층 (53) 은, 4 개의 스퍼터실에서 성막된 서브 박막 (53a, 53b, 53c 및 53d) 의 적층막이다. 동일하게, SiO2 층 (54) 은, 서브 박막 (54a, 54b, 54c) 의 적층막이고, 3 개의 스퍼터실 (8 ∼ 10) 에서 성막이 실시된다.
본 성막 전에 실시되는 예비 성막 공정에서는, 반사 방지층 (50) 을 구성하는 4 개의 박막 (51 ∼ 54) 의 성막 조건 (스퍼터실 (2 ∼ 10) 의 성막 조건) 을 조정한다. 스퍼터실 (1) 에서 성막되는 밀착성 향상층 (30) 은, 성막 조건의 조정을 반드시 실시할 필요는 없다. 그 때문에, 예비 성막에서는 반드시 밀착성 향상층을 성막할 필요는 없다. 본 실시형태에 있어서의 박막의 층 구성과, 각 서브 박막의 성막에 사용하는 스퍼터실의 관계의 일람을 표 1 에 나타낸다. 표 1 중의 박막의 번호는, 도 1 의 부호에 대응하고 있고, 표 1 의 스퍼터실의 번호는 도 2 의 부호에 대응하고 있다.
Figure 112018122400956-pct00001
＜종래의 예비 성막 방법＞
먼저, 단층의 박막을 형성하여, 막 두께 및 성막 조건의 조정을 실시하는 종래의 예비 성막 방법에 대하여 설명한다. 도 4 는, 종래 기술의 예비 성막에 있어서의 막 두께 조정 방법의 각 조정 스텝에서의 스퍼터실의 상태 (통전 유무) 를 나타내고 있다. 도 4A 의 예비 성막 공정은, 스텝 S611 ∼ S615 의 5 개의 서브 스텝으로 이루어진다. 조정 스텝 S611 ∼ S614 에서는, 단층의 박막의 형성 및 성막 조건의 조정이 실시되고, 스텝 S615 에서는, 필요에 따라 모든 박막의 성막 조건의 조정이 실시된다.
제 1 조정 스텝 S611 에서는, 필름 기재를 속도 v611 로 연속적으로 반송하면서, 스퍼터실 (2) 만을 통전하여, 필름 기재 상에 산화니오브층 (51) 을 스퍼터 성막한다. 광학 측정부에서의 측정 결과에 기초하여, 필름 기재 상에 산화니오브층 (51) 이 성막된 적층체에 있어서의 산화니오브층의 막 두께가 산출된다. 예를 들어, 광학 측정부에 있어서 반사 스펙트럼의 측정이 실시되고, 반사율의 피크 파장에 기초하여 산화니오브층 (51) 의 광학 막 두께가 산출된다. 반사 스펙트럼에 기초하는 막 두께의 산출은, 광학 막 두께가 nd 인 박막이, 파장 λ = 2 nd/m 에 반사율의 피크를 갖는 것을 이용하고 있다 (m 은 1 이상의 정수, n 은 굴절률, d 는 물리 막 두께이다).
본 성막과 동일한 반송 속도 (V) 로 필름 기재를 반송하여, 막 두께 12 ㎚ 의 산화니오브 박막 (굴절률 n = 2.33, 광학 막 두께 28 ㎚) 을 성막해도, 파장 56 ㎚ 보다 장파장에는 반사율의 피크가 나타나지 않는다. 그 때문에, 조정 스텝 S611 에 있어서, 산화니오브 박막의 막 두께를 구하기 위해서는, 가시광 영역에 산화니오브 박막의 반사 피크 파장이 나타나도록, 본 성막에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 (V) 의 1/8 정도 또는 그 이하의 반송 속도 v611 로 필름 기재를 반송하여, 성막 두께를 크게 할 필요가 있다.
제 1 조정 스텝에 있어서의 반송 속도 v611 이 본 성막에 있어서의 반송 속도 (V) 의 1/8 인 경우, 성막 조건이 적절하면, 산화니오브 박막은 약 224 ㎚ 의 광학 막 두께를 갖기 때문에, 파장 448 ㎚ 부근에 반사율의 피크 파장이 관측된다. 광학 측정부에서 측정되는 반사율의 피크 파장이 이 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 타깃에 인가하는 전압이나, 스퍼터실 내에 도입하는 산소량 등을 변경함으로써, 성막 조건의 조정이 실시된다. 광학 측정, 막 두께 산출 (반사율 피크 파장의 확인), 및 성막 조건의 조정을 반복하여, 폭 방향 전체의 막 두께가 설정 범위 내 (예를 들어, 반사율 피크 파장이, 설정치의 ±15 ㎚ 이내) 가 되면, 제 1 조정 스텝 S611 을 종료하고, 스퍼터실의 통전을 오프로 한다.
제 2 조정 스텝 S612 에서는, 필름 기재를 속도 v612 로 연속적으로 반송하면서, 스퍼터실 (3) 을 통전하여, 산화실리콘층 (52) 을 스퍼터 성막하고, 광학 측정, 막 두께 산출, 및 성막 조건의 조정을, 폭 방향 전체의 막 두께가 설정 범위 내가 될 때까지 반복한다. 산화실리콘층 (52) 과 산화니오브층 (51) 은 광학 막 두께가 상이하다. 그 때문에, 제 2 조정 스텝 S612 에서는, 산화실리콘층이 가시광 영역에 반사율 피크를 갖도록, 제 1 조정 스텝과는 상이한 반송 속도 v612 로 필름 기재를 반송하면서, 산화실리콘층의 성막 조건의 조정이 실시된다.
제 2 조정 스텝 S612 의 종료 후, 스퍼터실 (3) 의 통전을 오프로 하여, 스퍼터실 (5, 6, 7, 8) 을 통전하여, 제 3 조정 스텝 S613 이 실시된다. 조정 스텝 S613 에서는, 반송 속도 v613 으로 필름 기재를 반송하면서, 산화니오브층 (53) 의 막 두께가 설정 범위 내가 될 때까지, 서브 박막 (53a, 53b, 53c, 53d) 의 성막 조건의 조정이 실시된다.
반사 피크 파장의 측정만으로는, 서브 박막 (53a, 53b, 53c, 53d) 의 개별적인 막 두께를 산출할 수 없다. 그 때문에, 제 3 조정 스텝 S613 에서는, 스퍼터실 (4 ∼ 7) 의 성막 조건을 동시에 조정하여, 4 개의 서브 박막의 합계 막 두께가 설정 범위 내가 되도록 조건 조정이 실시된다. 혹은, 도 4B 의 조정 스텝 S623 과 같이, 스퍼터실 (4 ∼ 7) 의 어느 1 개의 성막 조건을 조정하고, 다른 3 개의 스퍼터실은 일정 조건으로 성막을 계속함으로써, 합계 막 두께가 설정 범위 내가 되도록 조정이 실시된다.
그 후, 스퍼터실 (4 ∼ 7) 의 통전을 오프로 하여, 스퍼터실 (8 ∼ 10) 을 통전하여, 제 4 조정 스텝 S614 가 실시된다. 조정 스텝 S614 에서는, 반송 속도 v614 로 필름 기재를 반송하면서, 산화실리콘층 (54) 의 막 두께가 설정 범위 내가 될 때까지, 서브 박막 (54a, 54b, 54c) 의 성막 조건의 조정이 실시된다.
상기와 같이, 조정 스텝 S611 ∼ 614 에서는, 단일의 재료로 이루어지는 박막 (51 ∼ 54) 의 각각에 대하여, 성막 조건의 조정이 실시된다. 그 후, 스텝 S615 에서는, 스퍼터실 (1 ∼ 10) 모두를 통전하고, 본 성막에 있어서의 반송 속도 (V) 와 동일한 반송 속도 v615 로 필름 기재를 반송하여, 필름 기재 상에 다층 광학 박막으로 이루어지는 반사 방지층을 형성한다. 광학 측정부에서 반사 스펙트럼을 측정하고, 스펙트럼 형상 (반사 보텀 파장) 이나 색상에 설정치로부터의 어긋남이 있는 경우에는, 추가로 성막 조건의 조정을 실시하고, 원하는 반사 방지층의 스펙트럼이 얻어지는 것을 확인한 후, 제품을 얻기 위한 본 성막을 실시한다.
도 4A 및 도 4B 에 나타내는 형태에서는, 4 회의 조정 스텝의 각각에서 단층의 박막의 성막 조건을 조정 후, 5 번째의 조정 스텝에서 다층 광학 박막의 성막 조건의 조정이 실시된다. 이 방법에서는, 단층의 박막이 가시광 영역에 반사 스펙트럼의 피크 파장을 갖도록, 예비 성막의 조정 스텝에 있어서의 필름 기재의 반송 속도를 작게 할 필요가 있다. 또한, 성막 조건의 조정 대상이 되는 단층의 박막의 광학 막 두께가 조정 스텝에 따라 상이하기 때문에, 조정 스텝 별로 필름 기재의 반송 속도를 변경할 필요가 있다.
도 4A 에 있어서의 스텝 S613 및 S614 (그리고 도 4B 에 있어서의 스텝 S623 및 S624) 에서는, 복수의 서브 박막의 합계 막 두께에 기초하는 성막 조건의 조정이 실시되는 것만으로, 각각의 서브 박막의 막 두께의 개별 조정은 실시되지 않는다. 그 때문에, 폭 방향의 막 두께를 균일화하기 위한 조건 설정에 다대한 시간을 필요로 하는 경우가 있다. 나아가, 복수의 서브 박막의 합계 막 두께가 폭 방향으로 균일해도, 각각의 서브 박막은 폭 방향으로 막 두께 분포를 가지고 있는 경우가 있다. 서브 박막이 폭 방향으로 막 두께 분포를 가지고 있으면, 성막 환경의 약간의 변화에서 기인하여 폭 방향의 막 두께 분포가 커지는 경우가 있다. 그 때문에, 모든 스퍼터실을 통전하여 성막을 실시했을 때에, 막 두께의 어긋남의 보정이 곤란해져, 조정 스텝 S615 (또는 S625) 에서의 조건 조정에 시간을 필요로 하거나, 본 성막에 있어서 폭 방향의 막 두께 분포가 커져, 품질이 규격 외인 불량품이 발생하는 원인이 될 수 있다.
도 4C 에 나타내는 바와 같이, 조정 스텝 S631 ∼ S639 에서, 1 개의 서브 박막 별로 막 두께가 소정 범위 내가 되도록 성막 조건을 조정하면, 서브 박막의 막 두께의 불균일의 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 도 4C 에 나타내는 형태에서는 조정 스텝 수가 증대한다. 또한, 가시광 영역에 반사 피크 파장을 갖도록 서브 박막의 막 두께를 설정하기 위해서는, 도 4A, 4B 에 나타내는 바와 같이 복수의 서브 박막을 단층의 박막으로서 형성하는 경우보다, 필름 기재의 반송 속도 v631 ∼ v639 를 더욱 작게 할 필요가 있다. 그 때문에, 예비 성막에 필요로 하는 시간이 더욱 길어져, 생산성 저하의 요인이 된다.
＜본 발명의 예비 성막 방법＞
상기와 같이, 종래의 예비 성막에서는, 단층의 박막의 반사 스펙트럼의 피크 (보텀) 파장에 기초하여 막 두께의 조정이 실시된다. 이에 반하여, 본 발명에서는, 필름 기재 상에 2 이상의 이종 재료의 박막의 적층체를 스퍼터 성막하고, 광학 측정 결과에 기초하여, 복수의 박막의 막 두께의 산출이 실시된다. 이 산출 결과에 기초하여, 1 회의 조정 스텝으로 복수의 박막의 성막 조건의 조정이 실시된다.
이종 재료란, 구체적으로는 굴절률이 상이한 재료이고, 바람직하게는 상이한 타깃 재료로부터 형성된 막이다. 예를 들어, Nb 타깃을 사용하여 성막된 산화니오브 (굴절률 2.33) 와, Si 타깃을 사용하여 성막된 산화실리콘 (굴절률 1.46) 은, 이종 재료이다.
도 5 는, 본 발명의 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정 방법 (조정 스텝) 의 일례의 플로우 차트이다. 이 실시형태에서는, m 층의 광학 박막 (m 은 2 이상의 정수) 이 형성된 필름 기재의 인 라인의 반사 스펙트럼과 목표로 하는 반사 스펙트럼의 차가 소정의 범위 내가 되도록, 각 층의 성막 조건의 조정이 실시된다. 구체적으로는, 인 라인의 반사 스펙트럼의 측정 결과에 기초하여, m 층으로 이루어지는 광학 박막의 각각의 박막의 막 두께 di (i 는 1 ∼ m 의 정수) 를 산출하고, 성막 조건의 조정에 의해 막 두께 di 를 변화시켜, 인 라인의 반사 스펙트럼을 목표로 하는 반사 스펙트럼에 가깝게 한다.
반사 스펙트럼에 기초하여 복수의 박막의 막 두께를 산출하는 방법으로는, 커브 피팅법이나 푸리에 변환법 등의 공지된 수법을 채용할 수 있다. 나노미터 오더의 박막을 포함하는 다층 광학 박막의 막 두께 측정에는, 커브 피팅법이 적합하다.
커브 피팅법에서는, 광학 계산 모델로부터 구해지는 반사 스펙트럼 R(λ)cal 과, 인 라인 측정으로 얻어진 실측의 반사 스펙트럼 R(λ) 의 상이를 평가 함수 F(R, Rcal) 로서 구하고, 광학 계산에 있어서의 막 두께의 조합을 변화시켜 반복 계산을 실시하여, 평가 함수가 최소가 되는 막 두께의 조합 (d1, d2, …, dm) 을 막 두께의 산출치 (측정치) 로서 출력한다.
광학 계산 모델에 의해 다층 광학 박막의 반사 스펙트럼 R(λ)cal 을 구하는 방법으로는, 박막의 각각의 계면에 대하여 박막 간섭의 공식을 반복 적용하여, 다중 반사한 물결을 모두 서로 더하는 방법 ; 및 맥스웰 방정식의 경계 조건을 고려하여 전송 행렬에 의해 반사 스펙트럼을 계산하는 방법, 등이 알려져 있다. 본 발명에서는 어느 계산 방법으로 반사 스펙트럼을 구해도 된다.
일반적으로, 다층 광학 박막의 광학 계산 모델에서는, 필름 기재 (20) 와 다층 광학 박막의 계면에서의 반사, 및 다층 광학 박막의 표면 (공기 계면) 에 있어서의 반사는 계산시에 고려되지만, 필름 기재의 이면측 (박막 비형성면측) 의 공기 계면에서의 반사는 고려되어 있지 않다. 그 때문에, 필름 기재 (20) 가 트리아세틸셀룰로오스나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 투명 필름인 경우에는, 다층 광학 박막의 광학 계산에 의해 구해진 반사율에, 필름 기재의 이면 반사광 성분을 서로 더할 필요가 있다. 이면 반사광 성분 Rb 는, 하기 식으로 나타낸다.
Figure 112018122400956-pct00002
상기 식에 있어서, Tff 는 기재 이면에 있어서의 투과율, Ti 는 기재의 내부 투과율, R0 은 기재 이면과 공기의 계면에 있어서의 반사율, Rremen 은 기재와 다층 광학 박막의 계면에 있어서의 반사율이다.
각 층의 성막 조건의 조정에 있어서, 먼저, 광학 계산 모델에 의해 목표 반사 스펙트럼 R(λ)int 를 구한다 (S10, S11). 목표 반사 스펙트럼의 산출에 있어서는, m 층의 박막 각각의 막 두께의 설정치 Di 및 굴절률 n(λ)i 를 사용한다. 재료가 이미 알려진 것이면, 굴절률 n(λ) 는 이미 알려진 것이기 때문에, 각각의 박막에 대하여, 데이터베이스에 격납된 n(λ)i 를 판독하면 된다. 또한, 막 두께의 설정치 Di 로부터 목표 스펙트럼 R(λ)int 를 산출하는 대신에, 이미 알려진 R(λ)int 로부터 광학 계산에 의해 막 두께의 설정치 Di 를 산출해도 된다.
(반사 스펙트럼으로부터의 막 두께 산출)
인 라인 측정으로 얻어진 실측의 반사 스펙트럼이, 광학 계산 모델에 의해 얻어진 목표 스펙트럼에 가까워지도록, 각 층의 성막 조건의 조정이 실시된다. 복수의 박막의 각각에 대하여, 막 두께의 측정치와 목표치의 차이를 평가함으로써, 복수의 박막의 성막 조건을 효율적으로 조정할 수 있다. 여기서의 막 두께의 측정치란, 인 라인 측정으로 얻어진 실측의 반사 스펙트럼으로부터, 각 층의 막 두께를 광학 계산 모델로부터 산출한 값을 가리킨다.
먼저, 각 층 임의의 막 두께로부터 광학 계산에 의해 산출한 초기 계산 스펙트럼을 설정한다. 본 실시형태에서는, 각 층의 설정 막 두께 Di 로부터 산출한 목표 반사 스펙트럼 R(λ)int 를, 초기 계산 스펙트럼으로서 사용한다 (S12).
인 라인 측정으로 얻어진 실측의 반사 스펙트럼 R(λ) 와 광학 계산에 의한 반사 스펙트럼 R(λ)cal 의 상이를 평가 함수 F(R, Rcal) 로서 산출한다 (S23). 평가 함수는, 예를 들어, 실측 스펙트럼 R(λ) 와 광학 계산에 의한 계산 스펙트럼 R(λ)cal 의 거리로서 산출된다. 2 개의 스펙트럼 사이의 거리는, 평가 파장 범위를 M 개의 파장 영역으로 단락 지어, 각 파장 영역 λk (k 는 1 ∼ M 의 정수) 에 있어서의, 실측 스펙트럼의 반사율 R(λk) 와 광학 계산에 의한 계산 스펙트럼의 반사율 R(λk)cal 의 차의 2 승 합을 구함으로써 산출할 수 있다.
또한, 인 라인의 광학 측정 환경이나 그 밖의 요인에서 기인하여, 반사율의 실측치와 계산치 사이에 차이가 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 평가 함수의 산출에 있어서, 하기의 식과 같이, R(λ) 와 R(λ)cal 의 단순 차로부터 소정의 보정 함수 β(λ) 를 빼서 2 승 합을 사용해도 된다.
Figure 112018122400956-pct00003
광학 계산시에, 보정 함수를 고려하여 반사 스펙트럼 R(λ)cal 을 구해도 된다. 또한, 평가 함수는 상기에 한정되지 않고, 2 개의 스펙트럼의 상이의 대소를 판단할 수 있는 것이면 되고, 스펙트럼의 형상 등에 따라, 반복 계산에 의한 수속 속도가 커서 계산 시간을 단축 가능한 함수를 채용하면 된다.
광학 계산에 의한 반사 스펙트럼 R(λ)cal 과 실측의 반사 스펙트럼에 기초하여 평가 함수를 산출 후, 막 두께 di,cal 을 변경하고 (S26), 변경 후의 막 두께 di,cal 에 기초하여, 반사 스펙트럼 R(λ)cal 의 재계산을 실시한다 (S27). 재계산 후의 반사 스펙트럼 R(λ)cal 과 실측의 반사 스펙트럼 R(λ) 에 기초하여, 평가 함수 F(R, Rcal) 를 산출하고, 전회 (s - 1 회째) 와 이번회 (s 회째) 의 평가 함수를 대비한다. 평가 함수의 변화량을 기준으로, 막 두께 di , cal 의 변경량 Δdi 를 정하여, 막 두께 di , cal 을 변경하고 (S26), 변경 후의 막 두께 di , cal 에 기초하여, 반사 스펙트럼 R(λ)cal 의 재계산을 실시한다 (S27). 이것을 반복하여, 평가 함수 F(R, Rcal) 이 수속하였다고 판정되면, 계산을 종료한다.
또한, 막 두께의 산출 방법은 상기에 한정되지 않고, 범용의 광학 시뮬레이션 프로그램이나 막 두께 계산 프로그램을 사용하여, 막 두께를 산출해도 된다.
(성막 조건의 조정)
인 라인 측정의 반사 스펙트럼에 기초하여 산출된 박막의 막 두께 di , cal 을 제 i 층의 막 두께의 측정치 di 로서 출력한다 (S30). 각 층의 막 두께의 측정치 di 와, 목표 반사 스펙트럼 R(λ)int 에 대응하는 각 층의 막 두께 Di 의 차를 산출하고 (S31), 그 차가 허용 범위 내이면, 제 i 층의 성막 조건 (PEM 의 세트 포인트, 전압 등) 을 본 성막용의 성막 조건으로서 기억하고 (S40), 조정을 종료한다. 조정 종료의 판단 기준으로서 막 두께의 차를 사용하는 대신에, 인 라인 측정으로 얻어진 실측의 반사 스펙트럼 R(λ) 와 목표 스펙트럼 R(λ)int 의 차이를 판단 기준으로 해도 된다. 반사 스펙트럼의 차이는, 예를 들어 전술한 평가 함수에 기초하여 평가하면 된다.
설정 막 두께 Di 와 막 두께 di 의 차 (또는 반사 스펙트럼의 차이) 가 범위 외인 경우에는, 성막 조건을 변경함으로써, 막 두께를 조정한다. 성막 조건 변경 후의 각 층의 막 두께의 차 (또는 반사 스펙트럼의 차이) 가 허용 범위 내가 될 때까지, 조정을 반복 실시한다. 폭 방향의 막 두께의 편차를 없애기 위해서는, 폭 방향의 복수 지점에 있어서의 반사 스펙트럼의 측정 결과로부터 구해지는 막 두께 분포를 감안하여, 폭 방향의 복수 지점에서 성막 조건을 조정하면 된다.
이들 성막 조건의 조정은 오퍼레이터가 수동으로 실시해도 되고, 자동 조정에 의해 성막 조건의 조정을 실시해도 된다. 예를 들어, 폭 방향을 따라 복수 형성된 플라즈마 이미션 모니터 (341 ∼ 344) 에 있어서의 발광 강도가 소정 범위 내가 되도록 반응성 가스 도입량을 조정하는 PEM 제어를 채용하는 경우에는, 측정치와 설정치 (목표치) 의 차이가 작아지도록, PEM 의 제어치 (세트 포인트 ; SP) 를 변경함으로써 성막 조건의 조정이 실시된다.
이와 같이, 본 발명의 방법에서는, 다층 박막을 구성하는 복수의 박막의 막 두께를 개별적으로 산출함으로써, 1 회의 조정 스텝으로, 복수의 박막의 성막 조건을 동시에 조정할 수 있기 때문에, 예비 성막에 있어서의 조정 스텝 수를 저감시킬 수 있다. 조정 스텝 수를 저감시킴으로써, 성막 조건의 조정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 것에 더하여, 조정 스텝의 전환에 필요로 하는 시간도 단축할 수 있다. 특히, 스퍼터 성막에서는, 통전 개시 직후에는 방전이 불안정해지기 쉽고, 방전이 안정될 때까지는 막 두께의 측정이나 성막 조건의 조정을 기다릴 필요가 있다. 조정 스텝 수의 저감에 수반하여, 예비 성막시의 각 스퍼터실에 있어서의 통전의 온·오프의 횟수도 감소하기 때문에, 조정 스텝 수의 저감은, 예비 성막 시간의 단축에 크게 공헌한다. 또한, 본 발명의 방법에서는, 반사 스펙트럼 등의 광학 측정 데이터를 이용하여, 실측의 스펙트럼이나 막 두께가 목표치에 가까워지도록 성막 조건의 조정이 실시되기 때문에, 광학 특성의 편차의 저감이 용이하다.
＜조정 스텝의 구체예＞
도 6 은, 본 발명에 있어서의 예비 성막의 실시형태를 설명하기 위한 도면으로, 조정 스텝에 있어서의 각 스퍼터실의 상태를 나타내고 있다. 도 6A 에 나타내는 형태에서는, 1 회의 조정 스텝 S101 에서, 모든 스퍼터실에 통전을 실시하여, 반사 방지층을 구성하는 4 층의 박막의 모든 성막 조건의 조정이 실시된다. 조정 스텝 S101 에서는, 필름 기재를 속도 v101 로 연속적으로 반송하면서, 스퍼터실 (1 ∼ 10) 의 모두를 통전하여, 필름 기재 상에, 밀착성 향상층 (30), 산화니오브층 (51), 산화실리콘층 (52), 산화니오브층 (53), 및 산화실리콘층 (54) 의 5 개의 막이 성막된다. 광학 측정부에서, 필름 기재 상에, 다층 광학 박막이 성막된 적층체의 반사 스펙트럼을 측정하고, 반사율의 스펙트럼에 기초하여, 반사 방지층 (50) 을 구성하는 4 층의 박막 (51 ∼ 54) 의 각각의 막 두께가 산출된다.
반사 스펙트럼으로부터 산출된 박막 (51, 52, 53, 54) 의 막 두께를, 막 두께의 설정치와 대비하여, 막 두께의 차이가 발생해 있는 박막에 대응하는 스퍼터실의 성막 조건을 조정함으로써, 1 회의 조정 스텝으로 모든 박막의 성막 조건을 조정할 수 있다. 이 때, 폭 방향의 복수 지점에서 반사 스펙트럼을 측정하고, 막 두께 분포에 따라 폭 방향의 복수 지점에서 PEM 의 SP 의 조정을 실시함으로써, 폭 방향의 막 두께 분포를 저감시켜, 균일성을 향상시킬 수 있다.
조정 스텝 S101 에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 v101 은, 본 성막에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 (V) 와 동일해도 되고 상이해도 된다. 양자가 상이한 경우에는, 반송 속도비 (V/v101) 에 따라, 조정 스텝에 있어서의 막 두께의 설정치를 정하면 된다.
성막 조건의 조정이 완료한 후, 제품 취득을 위한 본 성막을 실시한다. 예비 성막의 조정 스텝 S101 에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 v101 과 본 성막에 있어서의 반송 속도 (V) 가 상이한 경우에는, 성막 조건의 조정 완료 후, 필름 기재의 반송 속도를 변경하여, 본 성막을 개시하면 된다. 반송 속도를 변경 후에, 광학 필름 (반사 방지 필름) 의 반사 스펙트럼을 확인하고, 필요에 따라 성막 조건의 미세 조정을 실시한 후에 본 성막 (제품 취득) 을 개시해도 된다.
도 6A 에 나타내는 실시형태에서는, 예비 성막시에, 스퍼터실 (1) 에 통전하여, 밀착성 향상층을 형성하고 있지만, 도 6B 에 나타내는 실시형태와 같이, 예비 성막에서는, 밀착성 향상층을 형성하지 않아도 되다. 또한, 도 6C 에 나타내는 실시형태와 같이, 예비 성막의 조정 스텝 S121 ∼ S126 에서는 밀착성 향상층을 형성하지 않고, 조정 스텝에서의 성막 조건 조정 후, 본 성막 개시 전의 스텝 S127 에서는 밀착성 향상층을 형성해도 된다.
예비 성막에 사용되는 필름 기재는, 본 성막에 사용하는 필름 기재와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 예비 성막과 본 성막에서 동일한 필름 기재가 사용되는 경우, 스퍼터실의 통전을 유지한 채로, 예비 성막에 이어서 본 성막을 실시할 수 있기 때문에, 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 예비 성막과 본 성막에서 상이한 필름 기재를 사용하는 경우에는, 조정 스텝 S101 에서 성막 조건을 조정한 후, 본 성막용의 필름 기재로 전환하여 통전을 재개하여, 본 성막을 실시하면 된다.
도 6B 는, 예비 성막의 다른 실시형태에 관한 도면이다. 도 6B 에 나타내는 형태에서는, 1 개의 조정 스텝 별로 통전하는 스퍼터실의 수를 증가시켜, 새롭게 통전을 개시한 스퍼터실의 성막 조건을 조정함으로써, 모든 스퍼터실의 성막 조건을 개별적으로 설정한다.
먼저, 조정 스텝 S111 에서는, 스퍼터실 (2, 3, 4) 을 통전하고, 스퍼터실 (2) 에서의 산화니오브층 (51) 의 성막 조건, 스퍼터실 (3) 에서의 산화실리콘층 (52) 의 성막 조건, 및 스퍼터실 (4) 에서의 산화니오브층 (53a) 의 성막 조건의 조정을 실시한다. 산화니오브층 (51) 과 산화니오브층 (53a) 은 굴절률이 동일하지만, 양자 사이에 상이한 굴절률을 갖는 산화실리콘층 (52) 이 성막되기 때문에, 인 라인의 반사 스펙트럼 측정 결과에 기초하여, 이들 3 개의 박막의 막 두께를 개별적으로 산출할 수 있다.
반사 스펙트럼으로부터 산출된 박막 (51, 52, 및 53a) 의 막 두께를, 막 두께의 설정치와 대비하여, 막 두께의 어긋남이 발생해 있는 박막에 대응하는 스퍼터실의 성막 조건을 조정한다. 박막 (51, 52 및 53a) 중의 복수의 박막의 막 두께가 설정치로부터 벗어나 있는 경우에는, 이들에 대응하는 복수의 스퍼터실의 성막 조건을 동시에 조정해도 되고, 1 개의 스퍼터실의 성막 조건을 설정 완료 후에, 다른 스퍼터실의 성막 조건을 조정해도 된다. 조정 스텝 S111 에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 v111 은, 본 성막에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 (V) 와 동일해도 되고 상이해도 된다.
산화니오브층 (51) 의 광학 막 두께 (2.33 × 12 = 28 ㎚), 산화실리콘층 (52) 의 광학 막 두께 (1.46 × 28 = 41 ㎚), 및 산화니오브 서브 박막 (53a) 의 광학 막 두께 (2.33 × 102/4 = 59 ㎚) 의 합계는 128 ㎚ 이기 때문에, 가시광 반사 스펙트럼의 피크 파장으로부터는, 단층막 및 적층막의 어느 막 두께도 산출할 수 없다.
이에 반하여, 스펙트럼의 파형 (파장에 대한 반사율의 함수) 으로부터 막 두께를 산출하면, 측정 파장 영역 (가시광 영역) 에 피크 파장이나 보텀 파장이 존재하지 않는 경우에도, 복수의 박막의 막 두께를 개별적으로 산출할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 방법에서는, 조정 스텝 S111 에 있어서, 본 성막에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 (V) 와 동일한 반송 속도 v111 로 필름 기재를 반송해도 된다. 조정 스텝 S111 에 있어서의 반송 속도 v111 이 본 성막에 있어서의 반송 속도 (V) 와 상이한 경우에도, 반사 스펙트럼의 피크 파장 등을 고려할 필요가 없기 때문에, 본 발명의 방법에서는, 예비 성막에 있어서의 기재 반송 속도의 선택의 자유도가 높다.
조정 스텝 S111 에서 스퍼터실 (2, 3, 4) 의 성막 조건을 조정 후, 조정 스텝 S112 에서는, 이들 스퍼터실의 통전을 유지한 채로, 스퍼터실 (5) 의 통전을 개시한다. 조정 스텝 S112 에서는, 새롭게 통전을 개시한 스퍼터실 (5) 에 있어서의 산화니오브층 (53b) 의 성막 조건의 조정이 실시된다.
인 라인의 반사 스펙트럼 측정에 의해, 산화니오브층 (51), 산화실리콘층 (52), 및 산화니오브층 (서브 박막 (53a) 과 서브 박막 (53b) 의 적층막) 의 막 두께가 산출된다. 반사 스펙트럼에 기초하는 막 두께 측정에서는, 산화니오브층의 막 두께 (서브 박막 (53a, 53b) 의 합계 막 두께) 가 산출되고, 서브 박막 (53b) 의 막 두께를 개별적으로 구할 수 없다. 한편, 상기의 조정 스텝 S111 에서 산화니오브층 (51), 산화실리콘층 (52) 및 산화니오브 서브 박막 (53a) 은, 막 두께가 설정치가 되도록 성막 조건의 조정이 실시되어 있기 때문에, 이들 박막의 막 두께는 이미 알려진 것이다. 산화니오브 서브 박막 (53a) 의 막 두께가 이미 알려진 것이기 때문에, 산화니오브층의 막 두께와 서브 박막 (53a) 의 막 두께의 차로부터, 산화니오브 서브 박막 (53b) 의 막 두께를 산출할 수 있다.
이와 같이, 상기의 조정 스텝에서 성막 조건의 조정을 실시한 박막의 성막 조건을 고정시켜, 새롭게 성막을 개시한 박막의 막 두께 측정과 성막 조건의 조정을 실시함으로써, 복수의 서브 박막 (53a, 53b) 의 성막 조건을 개별적으로 조정하여, 적층막의 합계 막 두께뿐만 아니라, 개개의 서브 박막에 대해서도, 폭 방향의 막 두께를 균일화할 수 있다.
조정 스텝 S112 에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 v112 는, 상기의 조정 스텝 S111 에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 v111 과 동일해도 되고 상이해도 된다. 상기의 조정 스텝에 있어서의 막 두께의 값을 그대로 이용할 수 있는 것, 및 반송 속도의 변경에 수반하는 성막 환경의 변화를 억제할 수 있는 것으로부터, 조정 스텝 S111 및 S112 에 있어서의 필름 기재의 반송 속도 v111 과 v112 는 동일한 것이 바람직하다. 조정 스텝 S112 후에 실시되는 조정 스텝 S113 ∼ S116 에 있어서의 반송 속도 v113 ∼ v116 도, v111 및 v112 와 동일한 것이 바람직하다.
조정 스텝 S113 에서는, 스퍼터실 (2 ∼ 5) 의 통전을 유지한 채로, 새롭게 스퍼터실 (6) 의 통전을 개시하고, 산화니오브층 (53c) 의 성막 조건의 조정이 실시된다.
조정 스텝 S114 에서는, 스퍼터실 (2 ∼ 6) 의 통전을 유지한 채로, 새롭게 스퍼터실 (7, 8) 의 통전을 개시하고, 산화니오브층 (53d) 및 산화실리콘층 (54a) 의 성막 조건의 조정이 실시된다. 그 후, 조정 스텝 S115 및 S116 에서는, 각각 스퍼터실 (9) 및 스퍼터실 (10) 의 통전을 개시하고, 산화실리콘층 (서브 박막) (54b 및 54c) 의 성막 조건의 조정이 실시된다.
상기와 같이, 본 실시형태에서는, 6 회의 조정 스텝으로, 9 개의 스퍼터실의 성막 조건을 개별적으로 조정할 수 있다. 각 서브 박막의 막 두께를 개별적으로 조정함으로써, 막 두께의 균일성이 우수한 다층 광학 박막의 성막이 가능해진다. 종래 기술에 있어서, 9 개의 스퍼터실의 성막 조건을 개별적으로 조정하기 위해서는, 도 4C 에 나타낸 바와 같이 스퍼터실의 수와 동일한 9 회의 조정 스텝을 필요로 한다. 이에 반하여, 본 발명의 방법에서는, 1 회의 조정 스텝으로 복수의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되기 때문에, 예비 성막에 있어서의 조정 스텝의 횟수를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 예비 성막에 있어서의 어느 1 개의 조정 스텝에 있어서 복수의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되면 되고, 모든 조정 스텝에 있어서 복수의 박막의 성막 조건을 조정하는 것은 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 도 6B 의 스텝 S112, S113, S115 와 같이, 1 개의 박막의 막 두께를 조정하는 스텝이 포함되어 있어도 된다.
모든 스퍼터실의 성막 조건을 조정 후, 스텝 S117 에서는, 본 성막과 동일한 반송 속도 (V) 로 필름 기재를 반송하고, 반사광의 스펙트럼 형상이나 색상의 설정치 (설계치) 로부터의 어긋남의 유무를 확인한다. 설정치와 측정치 사이에 어긋남이 있는 경우에는, 추가로 성막 조건의 조정을 실시하고, 원하는 반사 방지층의 스펙트럼이 얻어지는 것을 확인한 후, 밀착성 향상층을 성막하기 위한 스퍼터실 (1) 에 통전하여, 제품을 얻기 위한 본 성막을 실시한다.
도 6B 에 나타내는 실시형태에서는, 상기의 조정 스텝에서 성막 조건을 조정 후의 스퍼터실의 통전을 유지한 채로, 다음의 조정 스텝에서 성막 조건 조정 대상의 스퍼터실의 통전을 개시하고 있다. 다른 실시형태에서는, 성막 조건을 조정 후의 스퍼터실의 통전을 오프로 하여, 성막 조건 조정 대상의 스퍼터실만을 통전한 상태로 조정 스텝이 실시된다.
예를 들어, 도 6C 에 나타내는 실시형태에서는, 최초의 조정 스텝 S121 에 있어서, 조정 대상인 스퍼터실 (2 ∼ 4) 에 통전을 실시하여, 이들 스퍼터실의 성막 조건을 조정한다. 다음의 조정 스텝 S122 에서는, 스퍼터실 (2 ∼ 4) 의 통전을 오프로 하여, 스퍼터실 (5) 만을 통전하여 성막 조건의 조정을 실시한다. 그 후의 조정 스텝 S123 에서는, 스퍼터실 (6) 만을 통전하여 성막 조건의 조정을 실시한다. 조정 스텝 S124 에서는, 스퍼터실 (7, 8) 을 통전하여 성막 조건의 조정을 실시하고, 조정 스텝 S125 및 S126 에서는, 각각 스퍼터실 (9 및 10) 을 통전하여, 성막 조건의 조정을 실시한다.
이와 같이, 6 회의 조정 스텝에 의해, 9 개의 스퍼터실의 성막 조건을 개별적으로 조정 후, 스텝 S127 에서는, 본 성막과 동일한 반송 속도 (V) 로 필름 기재를 반송하고, 스퍼터실 (1 ∼ 10) 에 통전하여, 반사광의 스펙트럼 형상이나 색상의 설정치 (설계치) 로부터의 어긋남의 유무를 확인한다. 설정치와 측정치 사이에 어긋남이 있는 경우에는, 추가로 성막 조건의 조정을 실시하고, 원하는 반사 방지층의 스펙트럼이 얻어지는 것을 확인한 후, 제품을 얻기 위한 본 성막을 실시한다.
이 실시형태에서는, 조정 스텝 S121 ∼ S126 에 있어서, 성막 조건 (막 두께) 의 조정 대상이 아닌 스퍼터실에는 통전을 실시하지 않기 때문에, 예비 성막에 있어서의 타깃 재료의 소비량을 저감시킬 수 있다. 한편, 도 6B 에 나타내는 실시형태와 같이, 상기의 조정 스텝에서 성막 조건을 조정 후의 스퍼터실의 통전을 유지한 채로, 다음의 조정 스텝을 실시하면, 스퍼터 방전의 안정 상태를 유지할 수 있다. 또한, 도 6B 에 나타내는 실시형태의 스텝 S117 은, 그 전의 조정 스텝 S116 과 연속해서 실시되기 때문에, 방전 상태나 가스 농도의 분포가 안정적이다. 그 때문에, 막 두께의 어긋남이 잘 발생하지 않아, 최종의 성막 조건 조정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있기 때문에, 생산 효율의 향상으로 연결된다.
도 6B 및 도 6C 에서는, 상류측의 스퍼터실로부터 순서대로 통전을 개시하여, 스퍼터 조건의 조정을 실시하고 있지만, 조정 순서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6D 에 나타내는 실시형태의 조정 스텝 S131 ∼ S136 과 같이, 하류측의 스퍼터실로부터 순서대로 성막 조건의 조정을 실시해도 된다.
도 6B, 도 6C 및 도 6D 에 나타내는 실시형태에서는, 6 회의 조정 스텝에 의해, 9 개의 스퍼터실의 성막 조건을 개별적으로 조정하고 있지만, 조정 스텝 수를 더욱 감소시키는 것도 가능하다. 구체적으로는, 조정 스텝의 수는, 1 개의 박막에 포함되는 서브 박막수의 최대치까지 감소 가능하다. 도 1 (표 1) 에 나타내는 반사 방지 필름 (100) 의 실시형태에서는, 산화니오브층 (53) 이 4 개의 서브 박막을 포함하고 있고, 이것이 1 개의 박막에 포함되는 서브 박막수의 최대치이다. 그 때문에, 이 반사 방지 필름을 제조하기 위한 예비 성막에 있어서의 조정 스텝 수를 4 까지 저감시키는 것이 가능하다.
도 7A 는, 4 회의 조정 스텝에 의해, 9 개의 스퍼터실의 성막 조건을 개별적으로 조정하는 실시형태의 일례를 나타내고 있다. 이 실시형태에서는, 4 회의 조정 스텝 S141 ∼ 144 의 각각을, 4 개의 서브 박막 (53a, 53b, 53c, 53d) 을 성막하기 위한 스퍼터실 (7 ∼ 10) 의 성막 조건의 조정에 할당하고 있다. 이와 같이, 조정 스텝 S141 ∼ S144 를, 가장 많은 서브 박막을 포함하는 산화니오브층 (53) 의 각 서브 박막의 성막 조건의 조정에 할당함으로써, 조정 스텝 수를 저감시킬 수 있다.
산화니오브층 (53) 이외의 박막을 성막하기 위한 스퍼터실의 성막 조건의 조정은, 적절히 할당할 수 있다. 도 7A 에 나타내는 실시형태에서는, 최초의 조정 스텝 S141 에서, 4 개의 스퍼터실 (2, 3, 4, 8) 의 성막 조건을 조정하는 데에 반하여, 도 7B 에 나타내는 실시형태에서는, 최초의 조정 스텝 S151 에서, 3 개의 스퍼터실 (2, 3, 4) 의 성막 조건을 조정하고 있어, 1 회의 조정 스텝으로 조정하는 스퍼터실의 수를 감소시키고 있다. 이와 같이, 조정 대상의 스퍼터실을, 복수의 조정 스텝으로 분산시킴으로써, 1 회의 조정 스텝에 있어서의 조정 대상의 스퍼터실의 수를 감소시키면, 조정의 번잡함을 경감시킬 수 있다.
도 7A 및 도 7B 의 실시형태에서는, 최초의 조정 스텝에서, 스퍼터실 (2) 및 스퍼터실 (3) 에 있어서의 산화니오브층 (51) 및 산화실리콘층 (52) 의 성막 조건을 조정하는 데에 반하여, 도 7C 에 나타내는 실시형태와 같이, 상이한 2 개의 조정 스텝에서, 산화니오브층 (51) 의 성막 조건의 조정과 산화실리콘층 (52) 의 성막 조건의 조정을 실시해도 된다.
상기와 같이, 본 발명에 있어서는, 반사 스펙트럼의 파형 (파장에 대한 반사율의 함수) 에 기초하여 복수의 박막의 막 두께를 산출하고, 이것에 기초하여 복수의 스퍼터실의 성막 조건을 조정한다. 그 때문에, 반사 스펙트럼의 피크 파장에 기초하여 단층의 박막의 막 두께를 산출하는 경우에 비하여, 예비 성막에 있어서의 조정 스텝의 횟수를 저감시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 반사 스펙트럼의 파형에 기초하여 예비 성막 공정에 있어서의 성막 조건의 조정이 실시되기 때문에, 보다 치밀한 조정이 가능해져, 막 두께 분포가 적은 다층 광학 박막을 형성할 수 있다.
본 성막에서는, 예비 성막으로 얻어진 성막 조건을 초기 조건으로 하여 성막을 실시하고, 광학 측정부에서 반사 스펙트럼을 측정하면서, 필요에 따라 성막 조건의 재조정을 실시한다. 예비 성막으로, 각각의 서브 박막의 막 두께가 균일해지도록 성막 조건을 조정해 두면, 반사율에 폭 방향의 분포가 발생한 경우에도, 성막 조건의 조정이 용이하다. 그 때문에, 반사율이나 반사광 색상의 균일성이 우수한 고품질의 반사 방지 필름이 얻어진다.
반사 방지 필름의 대표적인 용도로는, 편광판의 표면에 반사 방지층을 구비하는 반사 방지층이 형성된 편광판을 들 수 있다. 편광판은, 편광자의 양면에 투명 필름이 적층된 구성을 갖고, 반사 방지층이 형성된 편광판은, 편광자의 시인측에 적층되는 투명 필름의 표면에 반사 방지층을 구비한다.
이와 같은 반사 방지층이 형성된 편광판의 제작 방법으로는, 편광자의 표면에 투명 필름이 적층된 편광판의 표면에 반사 방지층을 형성하는 방법, 및 표면에 반사 방지층이 형성된 투명 필름을 편광자와 적층하여 편광판을 형성하는 방법을 들 수 있다.
＜예비 성막에 사용하는 기재 필름＞
편광판은 단체의 투명 필름에 비하면 고가이기 때문에, 예비 성막의 필름 기재로서 편광판을 사용하면, 예비 성막시의 기재의 로스에 의한 비용 상승이 현저해진다. 그 때문에, 본 성막에 있어서 편광판의 표면에 반사 방지층을 형성하는 경우에는, 다른 필름 기재를 사용하여 예비 성막을 실시하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 생산성 향상의 관점에서는, 예비 성막과 본 성막에서 동일한 필름 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 제조 비용 저감 및 생산성 향상의 관점에서는, 투명 필름 상에 반사 방지층을 형성함으로써 반사 방지 필름을 제작하고, 반사 방지 필름과 편광판을 첩합하여 반사 방지층이 형성된 편광판을 제작하는 방법이 바람직하다. 또한, 편광판 상에 스퍼터 성막을 실시하면, 고온 환경이나 고출력의 플라즈마에 대한 노출에 의해 편광자가 열화할 우려가 있다. 그 때문에, 편광자의 열화를 억제한다는 관점에 있어서도, 예비 성막 및 본 성막의 양방에 있어서, 투명 필름 기재 상에 스퍼터 성막을 실시하는 것이 바람직하다.
한편, 투명 필름 기재를 사용하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 반사 스펙트럼의 측정에 있어서 이면 반사광 성분 Rb 를 고려할 필요가 있다. 일반적으로, 반사 방지 필름은, 반사 방지층 형성면의 가시광 반사율이 1 ％ 이하가 되도록 설계되는 데에 반하여, 투명 필름의 이면측 (투명 필름과 공기의 계면) 에서의 가시광 반사율은 4 ％ 정도이다. 그 때문에, 인 라인 광학 측정으로 검출되는 반사광의 대부분이 이면으로부터의 반사광이 되어, 박막 형성면에 있어서의 반사 스펙트럼을 정확하게 평가하는 것이 곤란해진다. 이에 수반하여, 예비 성막시의 박막의 막 두께 측정 정밀도가 저하하여, 성막 조건을 적절히 조정할 수 없게 되는 경우가 있다.
그 때문에, 투명 필름 상에 박막을 형성하는 경우에는, 예비 성막 및 본 성막의 어느 것에 있어서도, 이면 반사의 영향을 배제할 수 있도록, 필름 기재를 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 필름의 이면측 (박막 비형성면측) 에, 가시광을 산란하는 광 산란성 부재나, 가시광을 흡수하는 광 흡수성 부재를 적층함으로써, 이면 반사를 저감시킬 수 있다.
광 흡수성 부재로는, 가시광 투과율이 40 ％ 이하인 것이 바람직하고, 예를 들어 흑색의 필름 등을 들 수 있다. 광 산란성 부재로는, 예를 들어 헤이즈가 40 ％ 이상인 확산 점착제층 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 투명 필름의 이면측에, 접착층을 개재하여 광 흡수성 필름을 박리 가능하게 첩착함으로써, 이면 반사의 영향을 배제하는 것이 바람직하다.
가시광 투과율이 40 ％ 이하인 광 흡수성 필름을 첩착함으로써, 이면 반사율을 1 ％ 미만으로 할 수 있다. 광 흡수성 필름의 재료로는, 폴리에스테르류, 셀룰로오스계 폴리머, 아크릴계 폴리머, 스티렌계 폴리머, 아미드계 폴리머, 폴리올레핀, 고리형 폴리올레핀, 폴리카보네이트 등이 사용된다. 이들 수지 재료에 카본 블랙 등의 흑색 안료를 첨가하거나, 베이스 필름의 표면에 흑색 잉크 등에 의한 착색층을 형성함으로써, 광 흡수성 필름이 얻어진다. 스퍼터 성막시의 필름 기재의 핸들링성 등의 관점에서, 광 흡수성 필름의 두께는, 5 ㎛ ∼ 200 ㎛ 가 바람직하고, 10 ㎛ ∼ 130 ㎛ 가 보다 바람직하고, 15 ㎛ ∼ 110 ㎛ 가 더욱 바람직하다.
투명 필름의 이면측에 광 흡수성 필름을 박리 가능하게 첩착하기 위해서는, 점착제를 개재하여 양자를 첩합하는 것이 바람직하다. 점착제로는, 예를 들어, 아크릴계 점착제, 고무계 점착제, 실리콘계 점착제 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 아크릴계 폴리머를 주성분으로 하는 아크릴계 점착제가 바람직하게 사용된다.
투명 필름의 이면에 가시광 투과율이 작은 광 흡수성 필름을 첩합한 적층 필름 기재를 사용함으로써, 이면 반사광 성분 Rb 의 영향을 무시할 수 있게 되어, 반사 스펙트럼의 측정, 및 거기에 기초하는 막 두께의 산출을 실시할 수 있기 때문에, 예비 성막에 있어서의 성막 조건의 조정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 예비 성막 및 본 성막의 양방에 있어서, 이 적층 필름 기재를 사용함으로써, 필름 기재를 교환하지 않고, 예비 성막과 본 성막을 연속해서 실시할 수 있기 때문에, 반사 방지 필름 등의 광학 필름의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 성막에 의해 얻어진 반사 방지 필름 (반사 방지층이 형성된 투명 필름과 광 흡수성 필름의 적층체) 으로부터, 광 흡수성 필름을 박리 제거하고, 투명 필름과 편광자를 첩합함으로써, 반사 방지층이 형성된 편광판이 얻어진다.
실시예
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
두께 100 ㎛, 가시광 투과율 0.01 ％, 굴절률 1.65 의 흑색 PET 필름 (1300 mm 폭) 을 롤 투 롤 스퍼터 장치의 권출 롤에 세트하고, 도 7B 에 나타내는 조정 스텝 S151 ∼ S154 를 실시하여, 반사 방지층의 성막 조건의 조정을 실시하였다. 조정 스텝 S151 ∼ S154 에 있어서의 기재의 반송 속도는, 0.7 m/분으로 하였다.
산화실리콘의 성막에는 Si 타깃을 이용하고, 산화니오브의 성막에는 Nb 타깃을 사용하였다. 어느 박막도, 스퍼터실 내에 아르곤 및 산소를 도입하면서, 폭 방향 4 개 지점에서 PEM 제어를 실시하여, 성막을 실시하였다.
인 라인의 반사 스펙트럼의 측정은, 폭 방향의 23 개 지점에서 실시하고, 얻어진 반사 스펙트럼에 기초하여, 폭 방향 23 개 지점의 막 두께를 산출하고, 막 두께가 폭 방향으로 균일해지도록, 플라즈마 발광 강도의 설정치 (SP) 를 변경하였다. 폭 방향의 막 두께 분포가 허용 범위가 될 때까지, 막 두께의 산출과 SP 의 변경을 반복하였다. 조정 스텝 S151 ∼ S154 의 성막 조건 조정 전후의 폭 방향 23 개 지점의 반사 스펙트럼을, 도 8 ∼ 11 에 나타낸다. 도 8 ∼ 11 에 있어서, 좌측이 조정 전의 반사 스펙트럼, 우측이 조정 후의 반사 스펙트럼이다.
최초의 조정 스텝 S151 (도 8) 에서는, 반사 스펙트럼에 피크 파장이 나타나지 않는다. 그 때문에, 반사율의 피크 파장에 기초하여 성막 조건을 조정하는 방법에서는, 변경하여 반사율의 피크가 나타나도록 기재의 반송 속도를 변경할 필요가 있다. 이에 반하여, 본 실시예에서는, 반사 스펙트럼의 파형에 기초하여 막 두께를 측정하고, 이것에 기초하여 성막 조건을 조정하기 때문에, 스펙트럼에 피크가 나타나지 않는 경우에도, 기재의 반송 속도를 변경하지 않고, 폭 방향의 반사 스펙트럼의 편차를 대폭 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
스텝 S152 (도 9) 에서는, 성막 조건 조정 전부터, 폭 방향의 23 개 지점 모두의 반사 스펙트럼에 있어서 파장 480 ㎚ 부근에 반사율의 극소가 확인되었다. 반사율의 피크 파장에 기초하여 성막 조건을 조정하는 방법에서는, 극소의 피크 파장이 정렬되어 있는 경우에는 더 이상의 조건 조정이 실시되지 않는다. 이에 반하여, 반사 스펙트럼의 파형에 기초하여 막 두께를 측정하는 본 실시예에서는, 성막 조건의 조정에 의해, 극소 피크 파장 (480 ㎚ 부근) 을 대체로 유지한 채로, 파장 500 ㎚ 보다 장파장의 반사율의 폭 방향의 편차를 저감시키고 있다. 스텝 S153 (도 10) 및 스텝 S154 (도 11) 에 있어서도, 피크 파장에 기초하는 조정보다, 보다 치밀한 성막 조건의 조정에 의해, 반사 스펙트럼의 파형을 근사시키고 있는 것을 알 수 있다.
도 12 는, 예비 성막의 조정 스텝 S154 에서 성막 조건의 조정 (도 11) 을 실시한 후에, 기재의 반송 속도를 본 성막과 동일한 기재 반송 속도 (1.4 m/분) 로 변경하여, 폭 방향 23 개 지점에서 측정한 반사 스펙트럼이다. 폭 방향의 반사 스펙트럼의 편차가 거의 없고, 반사광 특성의 균일성이 높아, 고품질의 반사 방지층이 얻어져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 조정 스텝에서의 각 스퍼터실의 성막 조건의 조정을 종료 후, 반송 속도를 변경하는 것만으로, 성막 조건의 조정을 실시하지 않고 연속해서 성막을 실시하고 있음에도 불구하고, 목적으로 하는 반사 스펙트럼이 얻어져 있다. 이 결과로부터, 본 발명의 제조 방법에서는, 예비 성막에 있어서의 조정 스텝의 횟수를 저감시켜, 반사 방지 필름의 생산성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
20 필름 기재
30 밀착성 향상층
50 다층 광학 박막 (반사 방지층)
51, 52, 53, 54 박막
100 반사 방지 필름
1 ∼ 10 스퍼터실
221, 222 성막 롤
251 ∼ 260 캐소드
290 광학 측정부
310 반응성 가스 도입관
320 불활성 가스 도입관
311 ∼ 314 매스 플로우 컨트롤러
319, 329 가스 분출 노즐
341 ∼ 344 플라즈마 이미션 모니터 (PEM)

Claims (14)

  1. 필름 기재의 반송 방향을 따라 복수의 스퍼터실을 구비하는 스퍼터 성막 장치 내에서, 필름 기재를 연속적으로 반송하면서, 필름 기재 상에 복수의 박막으로 이루어지는 다층 광학 박막을 형성하는, 광학 필름의 제조 방법으로서,
    상기 스퍼터 성막 장치는, 필름 기재 상에 박막이 형성된 적층체의 광학 특성을 측정하기 위한 광학 측정부를 구비하고,
    상기 다층 광학 박막을 구성하는 복수의 박막의 적어도 1 개는, 2 이상의 스퍼터실에서 성막된 복수의 서브 박막의 적층막이고,
    상기 스퍼터 성막 장치 내에서 필름 기재 상에 박막을 형성하면서 성막 조건의 조정을 실시하는 예비 성막을 실시 후에, 필름 기재 상에 상기 다층 광학 박막을 형성하는 본 성막이 실시되고,
    상기 예비 성막에서는, 필름 기재 상에 적어도 1 층의 박막을 형성하면서, 상기 광학 측정부에서 얻어진 광학 특성으로부터 박막의 막 두께를 산출하고, 막 두께의 산출 결과에 기초하여 성막 조건의 조정을 실시하는 조정 스텝이 적어도 2 회 실시되고,
    상기 복수의 서브 박막은, 상이한 조정 스텝으로, 성막 조건의 조정이 실시되고,
    상기 조정 스텝 중의 적어도 1 회에 있어서,
    복수의 스퍼터실에 동시에 통전함으로써, 필름 기재 상에 2 이상의 이종 재료의 박막의 적층체가 성막되고,
    상기 광학 측정부에서 얻어진 광학 특성으로부터, 복수의 박막의 막 두께를 산출하고, 광학 측정부에서 얻어지는 광학 특성 또는 광학 특성으로부터 산출되는 복수의 박막의 막 두께가 소정 범위 내가 될 때까지, 각각의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되는, 광학 필름의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 스텝에 있어서, 상기 광학 측정부에 의해, 필름 기재 상에 박막이 형성된 적층체의 반사 스펙트럼의 측정이 실시되고,
    상기 조정 스텝 중의 적어도 1 회에 있어서, 반사 스펙트럼으로부터, 복수의 박막의 막 두께가 산출되는, 광학 필름의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 스텝에 있어서, 상기 반사 스펙트럼으로부터 산출되는 복수의 박막의 막 두께의 측정치에 기초하여, 각각의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되고,
    복수의 박막의 막 두께의 측정치가, 소정 범위 내가 될 때까지, 각각의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되는, 광학 필름의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 스텝에 있어서, 상기 반사 스펙트럼으로부터 산출되는 복수의 박막의 막 두께의 측정치에 기초하여, 각각의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되고,
    상기 광학 측정부에서의 측정에 의해 얻어지는 반사 스펙트럼과, 목표로 하는 반사 스펙트럼의 차가 소정 범위 내가 될 때까지, 각각의 박막의 성막 조건의 조정이 실시되는, 광학 필름의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 성막에 있어서,
    복수의 조정 스텝에 있어서의 필름 기재의 반송 속도가 동일한, 광학 필름의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 스텝에 있어서, 상기 광학 측정부에 의해, 폭 방향의 복수 지점의 광학 특성의 측정이 실시되고, 얻어진 광학 특성으로부터, 폭 방향의 복수 지점에 있어서의 박막의 막 두께가 산출되고,
    폭 방향의 복수 지점에서 성막 조건의 조정이 실시됨으로써, 박막의 폭 방향의 막 두께 분포를 저감시키는, 광학 필름의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터 성막 장치는, 스퍼터실 내에, 스퍼터 성막의 플라즈마 발광 강도를 검지하는 플라즈마 이미션 모니터를 구비하고,
    플라즈마 이미션 모니터로 검출되는 플라즈마 발광 강도가 설정 범위 내가 되도록, 스퍼터실에 도입되는 가스 유량이 조정되는, 광학 필름의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스퍼터 성막 장치는, 스퍼터실 내에, 폭 방향을 따라 복수 지점에 상기 플라즈마 이미션 모니터를 구비하고,
    복수의 플라즈마 이미션 모니터는, 각각 독립적으로 플라즈마 발광 강도의 설정치를 설정 가능하고,
    각각의 플라즈마 이미션 모니터로 검출되는 발광 강도가 설정 범위 내가 되도록, 대응하는 폭 방향의 위치에 도입되는 가스 유량의 조정이 실시되는, 광학 필름의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라즈마 이미션 모니터의 플라즈마 발광 강도의 설정치를 변경함으로써, 상기 조정 스텝에 있어서의 성막 조건의 조정이 실시되는, 광학 필름의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 성막 또는 상기 본 성막의 적어도 어느 일방에 있어서, 필름 기재로서, 투명 필름의 박막 비형성면측에, 접착층을 개재하여 광 흡수성 부재가 박리 가능하게 첩착된 적층체가 사용되는, 광학 필름의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 성막과 상기 본 성막에서 동일한 필름 기재가 사용되는, 광학 필름의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 예비 성막 후, 스퍼터실의 통전을 계속한 상태에서, 상기 본 성막이 연속해서 실시되는, 광학 필름의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 광학 박막이, 복수의 산화물 박막으로 이루어지는 반사 방지층인, 광학 필름의 제조 방법.
  14. 삭제
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