(57)【要約】  フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材の位置変動があっても、正確な膜厚計測値の得られる膜厚計測装置を提供するために、フィルム上に光を照射する投光部と、フィルムからの反射光を受光する受光部とを有し、該受光部からの出力に基づいて、薄膜の膜厚を計測する膜厚計測装置であって、投光部及び受光部を保持する投受光部保持部材と、投光部及び受光部に対向するフィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材と、を有し、投受光部保持部材をフィルム移送部材に係合させることにより、フィルムの計測面と投光部及び受光部との相対位置関係を維持するようにした膜厚計測装置とする。
2010053028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムの表面に形成された薄膜の膜厚を光学的に計測する膜厚計測装置であって、
前記膜厚計測装置の少なくとも投光部及び受光部を保持する投受光部保持部材と、
前記投光部及び前記受光部に対向する前記フィルムを支持し移動させるフィルム移送部材と、を有し、
前記投受光部保持部材を前記フィルム移送部材に係合させることにより、
前記フィルムの計測面と前記投光部及び前記受光部との相対位置関係を維持するようにしたことを特徴とする膜厚計測装置。
【請求項２】
前記フィルム移送部材はローラであり、前記投光部及び前記受光部は前記ローラに円弧状に巻かれた前記フィルムに対向して配置され、
前記投受光部保持部材は、前記ローラの回転軸に係合されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚計測装置。
【請求項３】
前記フィルム移送部材は載置台であり、前記投光部及び前記受光部は前記載置台に載置された前記フィルムに対向して配置され、
前記投受光部保持部材は、前記載置台に少なくとも３箇所で当接して係合されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚計測装置。
【請求項４】
前記膜厚が、反射分光計測法、光干渉計測法、エリプソメータ計測法のいずれかで計測されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の膜厚計測装置。
【請求項５】
フィルムの表面に薄膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程で成膜された薄膜の膜厚を、少なくとも投光部及び受光部を保持する投受光部保持部材と、前記投光部及び前記受光部に対向する前記フィルムを支持し移動させるフィルム移送部材と、を有し、前記投受光部保持部材を前記フィルム移送部材に係合させた膜厚計測装置を用いて計測する膜厚計測工程と、
前記膜厚計測工程の計測結果が許容範囲内か否かを判断する判断工程と、
前記判断工程で前記計測結果が許容範囲外であると判断された場合に、前記成膜工程の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムの表面に形成された薄膜の膜厚を計測する膜厚計測装置及び、該膜厚計測装置を用いた成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表面に薄膜を成膜したフィルムが各種の機器等に用いられている。例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）には反射防止フィルム、防眩フィルム、位相差フィルム等の光学用フィルムが使用されている。また、磁性体層をフィルム上に形成した磁気テープ等も知られている。【０００３】
このような、薄膜が形成されたフィルムは、製造時に薄膜の膜厚を計測し、成膜品質の確認が行われている。上記のフラットパネルディスプレイに用いられる光学用フィルムに形成された膜厚の計測には、非接触測定が可能な光学式計測方法を用いた膜厚計測装置が一般に用いられている。光学式計測方法には、反射分光計測法、光干渉計測法、エリプソメータ計測法等が知られている。【０００４】
例えば、磁気テープに成膜された磁性体層の膜厚測定に関し、フィルム上に磁性体層が成膜される前後のフィルム上の同一箇所の光の透過具合を測定し、比較演算して、磁性体層の膜厚を算出するオンライン膜厚測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、画像表示装置の性能維持は光学用フィルムを構成している層の膜厚均一性に大きく左右されるため、近年、膜厚の管理がますます重要となっている。【０００７】
しかしながら、これらに成膜される膜は、非常に薄く、かつ光透過率が高いものが多いため、上記特許文献１の方法では、正確な膜厚を計測することは困難である。【０００８】
また、反射分光計測法、光干渉計測法、エリプソメータ計測法等の光学式計測方法を用いて、連続して薄膜の膜厚を計測する場合、被計測物である帯状又はシート状のフィルムの複数の点を計測するには、フィルムを移動させつつ連続的に計測を行うのが一般的である。しかしながら、フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材が位置変動すると、フィルム上の計測部位と光学式計測部の相対位置関係が変化してしまい、計測値に大きな誤差を生じる問題がある。【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材の位置変動があっても、正確な計測値の得られる膜厚計測装置及び、フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材の位置変動があっても、フィルム上に正確な膜厚の薄膜を形成することが可能な成膜方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、下記の構成により達成される。【００１１】
（１）フィルムの表面に形成された薄膜の膜厚を光学的に計測する膜厚計測装置であって、前記膜厚計測装置の少なくとも投光部及び受光部を保持する投受光部保持部材と、前記投光部及び前記受光部に対向する前記フィルムを支持し移動させるフィルム移送部材と、を有し、前記投受光部保持部材を前記フィルム移送部材に係合させることにより、前記フィルムの計測面と前記投光部及び前記受光部との相対位置関係を維持するようにしたことを特徴とする膜厚計測装置。【００１２】
（２）前記フィルム移送部材はローラであり、前記投光部及び前記受光部は前記ローラに円弧状に巻かれた前記フィルムに対向して配置され、前記投受光部保持部材は、前記ローラの回転軸に係合されていることを特徴とする前記（１）に記載の膜厚計測装置。【００１３】
（３）前記フィルム移送部材は載置台であり、前記投光部及び前記受光部は前記載置台に載置された前記フィルムに対向して配置され、前記投受光部保持部材は、前記載置台に少なくとも３箇所で当接して係合されていることを特徴とする前記（１）に記載の膜厚計測装置。【００１４】
（４）前記膜厚が、反射分光計測法、光干渉計測法、エリプソメータ計測法のいずれかで計測されるものであることを特徴とする前記（１）から前記（３）までのいずれかに記載の膜厚計測装置。【００１５】
（５）フィルムの表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程で成膜された薄膜の膜厚を、少なくとも投光部及び受光部を保持する投受光部保持部材と、前記投光部及び前記受光部に対向する前記フィルムを支持し移動させるフィルム移送部材と、を有し、前記投受光部保持部材を前記フィルム移送部材に係合させた膜厚計測装置を用いて計測する膜厚計測工程と、前記膜厚計測工程の計測結果が許容範囲内か否かを判断する判断工程と、前記判断工程で前記計測結果が許容範囲外であると判断された場合に、前記成膜工程の成膜条件を変更する工程と、を有することを特徴とする成膜方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材の位置変動があっても、正確な計測値の得られる膜厚計測装置及び、フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材の位置変動があっても、フィルム上に正確な膜厚の薄膜を形成することが可能な成膜方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る膜厚計測装置と薄膜が形成されたフィルムの搬送の配置例の概略を示す図である。
【図２】搬送ローラ及び膜厚計測装置周辺の構成を示す図である。
【図３】搬送ローラの回転軸が軸受け部内で移動したときの投受光部保持部材と膜厚計測装置の状態を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る膜厚計測装置と薄膜が形成されたフィルムの搬送の配置例の概略を示す図である。
【図５】載置台が移動時に傾いたときの投受光部保持部材と膜厚計測装置の状態を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る膜厚計測装置を用いた成膜システムの概略を示す図である。
【図７】図６に示す成膜システムの動作概略を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る膜厚計測装置と薄膜が形成されたフィルムの搬送の配置例の概略を示す図である。
【００２０】
図１において、帯状のフィルム１は、不図示のロールから引き出され、搬送ローラ２、４、５により図示矢印方向に搬送される。３は成膜装置であり、フィルム１の表面に、例えば反射防止等の薄膜を形成するものである。膜厚計測装置１１は、成膜装置３より下流の搬送ローラ４に対向して配置され、搬送ローラ４上のフィルム１上に形成された薄膜の膜厚を計測する。膜厚計測装置１１は、フィルム１上に光を照射する投光部と、フィルム１からの反射光を受光する受光部が一体的に構成された投受光部１１Ｐを有している。投受光部１１Ｐの前方には、投光部からの光をフィルム１上に導くと共に、フィルム１からの反射光を受光部に導く光学系が配置されている。
【００２１】
受光部からの出力は、データ処理部１２に送られ所定の処理を施すことにより、フィルム１の表面に形成された薄膜の膜厚が求められる。求められた膜厚の値やその他の表示が表示部１３に表示されるようになっている。
【００２２】
図２は、搬送ローラ４及び膜厚計測装置１１周辺の構成を示す図である。図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【００２３】
図２に示す搬送ローラ４の回転軸４ｓは、固定の支持部材２１に支持されている。支持部材２１の回転軸４ｓを受ける軸受け部２１ｎは長溝状に形成されており、搬送ローラ４の回転軸４ｓは、この長溝状の軸受け部２１ｎ内で図示矢印Ｂ方向に移動可能に支持されている。長溝状に形成されているのは、フィルム１が、粘着テープ等で接合されてロールとされている場合に、搬送中に回転軸４ｓを長溝状の軸受け部２１ｎ内で移動させることにより、たるみ等をとるためである。
【００２４】
膜厚計測装置１１は、投受光部保持部材２２に固定保持され、搬送ローラ４上の成膜後のフィルム１の略放線方向に投受光部１１Ｐ及び光学系を向けて配置されている。更に、投受光部保持部材２２には腕部２２ｈが一体的に形成されており、搬送ローラ４の回転軸４ｓに、ベアリング２４を介して係合している。また、投受光部保持部材２２と支持部材２１の間には硬球２３が配置されている。これにより、投受光部保持部材２２は搬送ローラ４の回転軸４ｓの矢印Ｂ方向の揺動に追従し、支持部材２１上で図２（ｂ）の紙面に平行に揺動可能となっている。なお、腕部２２ｈはベアリングを介さず直接的に嵌合していてもよい。
【００２５】
上記のような構成で、搬送される成膜後のフィルム１は、搬送ローラ４上で膜厚計測装置１１により、薄膜の膜厚が計測される。
【００２６】
図３は、搬送ローラ４の回転軸４ｓが軸受け部２１ｎ内で移動したときの投受光部保持部材２２と膜厚計測装置１１の状態を示す図である。
【００２７】
図３の如く、搬送ローラ４の回転軸４ｓが図示角度θだけ傾くと、回転軸４ｓに係合する投受光部保持部材２２も角度θだけ追従して傾くことになる。これにより、搬送ローラ４上のフィルム１と、投受光部保持部材２２に保持された膜厚計測装置１１の投受光部１１ｐ及び光学系との相対位置関係は変化することがなく、正確な膜厚の計測を行うことができるようになる。第１の実施の形態における係合とは、投受光部保持部材２２が、搬送ローラ４の回転軸４ｓの傾きに追従するよう係わり合っているということである。
【００２８】
すなわち、第１の実施の形態においては、搬送ローラ４がフィルム移送部材に相当する。投受光部保持部材２２をフィルム移送部材である搬送ローラ４の回転軸４ｓに係合させることで、搬送ローラ４の位置変動によりフィルム１の計測面に変動があった際に、膜厚計測装置１１の投受光部１１ｐ及び光学系を該変動に追従させ、フィルム１の計測面との相対位置関係を一定に保つことができ、正確な膜厚の計測を連続的に行うことが可能となる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る膜厚計測装置と薄膜が形成されたフィルムの搬送の配置例の概略を示す図である。第２の実施の形態は、膜厚の計測対象がシート状のフィルムの場合を示している。
【００３０】
図４において、表面に薄膜が形成されたフィルム１は、載置台３１上に載置されている。フィルム１は、載置台３１に真空吸着機構等で固定される。載置台３１は不図示のＸＹステージ等の移動機構上に縣架され、図示Ｘ、Ｙ方向に移動可能となされている。
【００３１】
膜厚計測装置１１は、フィルム１に対向して配置され、成膜後のフィルム１の膜厚を計測する。第１の実施の形態と同様に、膜厚計測装置１１は、フィルム１上に光を照射する投光部と、フィルム１からの反射光を受光する受光部が一体的に構成された投受光部を有している。投受光部１１Ｐの前方には、投光部からの光をフィルム１上に導くと共に、フィルム１からの反射光を受光部に導く光学系が配置されている。
【００３２】
受光部からの出力は、データ処理部１２に送られ所定の処理を施すことにより、フィルム１の表面に形成された薄膜の膜厚が求められる。求められた膜厚の値やその他の表示が表示部１３に表示されるようになっている。
【００３３】
膜厚計測装置１１の投受光部を保持する投受光部保持部材３２は、図示の如く、載置台３１のフィルム１を避けた３箇所で硬球３３が当接することで係合している。より詳しくは、延伸部３２ｈの不図示の延長部で、載置台３１と異なる独立した部位で、載置台３１が傾いても３箇所の硬球３３が常に載置台３１に当接できるよう傾き可能に支持されている。また、投受光部保持部材３２は、載置台３１が傾いた際に、３箇所の硬球３３が常に載置台３１の傾きに追従し当接できるよう、不図示の付勢部材により、載置台３１方向に付勢されている。
【００３４】
これにより、膜厚計測装置１１は載置台３１の図示Ｘ、Ｙ方向の移動に際しては移動せず、載置台３１の図示Ｘ、Ｙ方向の移動によりフィルム１の計測位置を移動させることができる。すなわち、膜厚計測装置１１は載置台３１の図示Ｘ、Ｙ方向の移動に際しては移動せず、載置台３１の傾きに対しては追従して傾くことができるようになっている。
【００３５】
図５は、載置台３１が、傾いたときの投受光部保持部材３２と膜厚計測装置１１の状態を示す図である。
【００３６】
図５に示す如く、載置台３１が図示角度θだけ傾くと、硬球３３を介して係合する投受光部保持部材３２も角度θだけ傾くことになる。これにより、載置台３１上のフィルム１と、投受光部保持部材３２に保持された膜厚計測装置１１の投受光部１１ｐ及び光学系との相対位置関係は変化することがなく、正確な膜厚の計測を行うことができるようになる。第２の実施の形態における係合とは、投受光部保持部材３２の３箇所の硬球３３が、常に載置台３１の傾きに追従するよう係わり合っているということである。
【００３７】
すなわち、第２の実施の形態においては、載置台３１がフィルム移送部材に相当する。投受光部保持部材３２をフィルム移送部材である載置台３１に係合させることで、載置台３１の位置変動（フィルム載置面の傾き）によるフィルム１の計測面の変動があった際に、膜厚計測装置１１の投受光部１１ｐ及び光学系を該変動に追従させ、フィルム１の計測面との相対位置関係を一定に保つことができ、正確な膜厚の計測を連続的に行うことが可能となる。
【００３８】
以上説明したように、フィルム１の計測面の変動があった際に、膜厚計測装置の投受光部及び光学系を該変動に追従させ、フィルム１の計測面との相対位置関係を一定に保つことができるため、正確な膜厚の計測を行うことができ、測定部位と計測装置との定位が重要である反射率分光法、光干渉計測法、エリプソメータ計測法等の計測装置に最適なものとなる。
【００３９】
なお上記の実施の形態では投受光部保持部材に膜厚計測装置が１つだけ保持固定されている例で説明したが、これに限るものでなく、複数個配置してもよいのは言うまでもない。
【００４０】
図６は、第１の実施の形態に係る膜厚計測装置を用いた成膜システムの概略を示す図である。
【００４１】
図６に示す膜厚計測装置１１は、不図示であるが上述の図２に示す構成を用いて設置されており、搬送される成膜後のフィルム１は、搬送ローラ４上で膜厚計測装置１１により、薄膜の膜厚が計測されるようになっている。
【００４２】
帯状のフィルム１は、不図示のロールから引き出され、搬送ローラ２、４、５により図示矢印方向に搬送される。３は成膜装置であり、フィルム１の表面に、例えば反射防止等の薄膜を形成するものである。膜厚計測装置１１は、成膜装置３より下流の搬送ローラ４に対向して配置され、搬送ローラ４上のフィルム１上に形成された薄膜の膜厚を計測する。膜厚計測装置１１は、フィルム１上に光を照射する投光部と、フィルム１からの反射光を受光する受光部が一体的に構成された投受光部１１Ｐを有している。投受光部１１Ｐの前方には、投光部からの光をフィルム１上に導くと共に、フィルム１からの反射光を受光部に導く光学系が配置されている。
【００４３】
受光部からの出力は、データ処理部１２に送られ所定の処理を施すことにより、フィルム１の表面に形成された薄膜の膜厚が求められる。求められた膜厚値やその他の動作状態を示す表示が表示部１３に表示されるようになっている。
【００４４】
１４は制御部であり、ＣＰＵ及び制御プログラムを記憶したＲＯＭ及び作業領域としてのＲＡＭ等で構成されている。制御部１４は、データ処理部１２から出力される膜厚が許容範囲内にあるか否かの判断や、成膜装置３の成膜条件の変更、搬送ローラ駆動部１６に接続された駆動モータの回転数（ラインスピード）の変更等、各部を統括的に制御するものである。なお、データ処理部１２は、制御部１４に含まれていてもよい。
【００４５】
１５は入力部であり、膜厚の許容範囲の設定や、成膜装置の成膜の初期条件等を入力する。また、オペレータによる成膜の開始、停止等の命令が入力部１５より入力される。
【００４６】
図７は、図６に示す成膜システムの動作概略を示すフローチャートである。以下、フローチャートに従い説明する。なお、以下の動作は、制御部１４により統括的に制御される。また、成膜装置３がプラズマＣＶＤ成膜装置である場合を例に取って説明する。
【００４７】
まず、搬送ローラ駆動部１６を動作させて、フィルム搬送を開始させると共に、成膜装置３を、初期条件に基づいて成膜を開始させる（ステップＳ１０１）。この初期条件は、オペレータにより予め入力部１５から入力された条件であってもよいし、予めＲＯＭ内に記憶された条件であってもよい。
【００４８】
次いで、膜厚計測装置１１を動作させ、膜厚の計測を、所定のインターバルで行う（ステップＳ１０２）。
【００４９】
次いで、膜厚計測装置１１の受光部からの出力を処理してデータ処理部１２から、順次出力される膜厚値が、許容範囲内にあるか否かの判断を行う（ステップＳ１０３）。この許容範囲は、オペレータにより予め入力部１５から入力された範囲であってもよいし、予めＲＯＭ内に記憶されているテーブル等を参照して得られる数値範囲であってもよい。
【００５０】
膜厚が、許容範囲内に無い場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）は、成膜装置３の成膜条件を変更する（ステップＳ１１１）。この成膜条件の変更は、制御部１４から成膜装置３へ伝達され、例えば、ガスの原料の増減や放電出力の変更等が行われる。ステップＳ１１１による成膜条件の変更後、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１１１で変更された成膜条件で成膜が行われ、同様にステップＳ１０２における膜厚の計測及びステップ１０３における判断の動作が繰り返される。
【００５１】
膜厚が、許容範囲内にある場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）には、成膜条件の変更を行わず、ステップＳ１０２に戻り、同条件で成膜が継続され、同様にステップＳ１０２及びステップ１０３の動作が繰り返される。
【００５２】
上記の動作は、成膜終了まで継続され（ステップＳ１０４）、オペレータによる入力部１５からの停止入力や、予め決められた所定長の成膜の完了で終了する。膜厚が、許容範囲内にあると判断されたフィルムの位置は、例えば動作開始からのローラ回転量等でＲＡＭに記憶され、後に裁断されて利用される。
【００５３】
このように、第１の実施の形態に係る膜厚計測装置を用い、該膜厚計測装置の計測結果を判断し、許容範囲外である場合には、該計測結果に基づいて成膜条件にフィードバックさせ、フィルムの表面に形成される薄膜の成膜条件を変更して、所望の膜厚の薄膜を形成する成膜方法とすることにより、フィルムを支持しつつ移動させるフィルム移送部材に位置変動があっても、厚みばらつきの少ない精度の高い薄膜を連続して形成することが可能となる。
【００５４】
なお、上記の説明では、プラズマＣＶＤ成膜装置の場合で説明したが、これに限るものでなく、成膜装置として塗布により薄膜を形成する塗布装置の場合にも適用可能であり、この場合の成膜条件の変更としては、塗料の供給速度の変更やラインスピードの変更により行うことができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  フィルム
２、４、５  搬送ローラ
３  成膜装置
１１  膜厚計測装置
１１ｐ  投受光部（膜厚計測装置）
１２  データ処理部
１３  表示部
１４  制御部
１５  入力部
１６  搬送ローラ駆動部
２１  支持部材
２２、３２  投受光部保持部材
２３、３３  硬球
２４  ベアリング
３１  載置台
【図６】
2010053028.tif 000003
【図７】
2010053028.tif 000004
【図１】
2010053028.tif 000005
【図２】
2010053028.tif 000006
【図３】
2010053028.tif 000007
【図４】
2010053028.tif 000008
【図５】
2010053028.tif 000009
【国際調査報告】
2010053028.tif 000010
2010053028.tif 000011
2010053028.tif 000012
2010053028.tif 000013