(57)【要約】【課題】蛍光Ｘ線を利用した膜厚計で内部汚染を防ぐ【解決手段】少なくとも片面に無機物層を持つプラスチックフィルムの該無機物層の膜厚組成を真空中で蛍光Ｘ線により連続的に測定する装置にかんし、真空状態から大気圧に戻す際に蛍光Ｘ線測定経路を測定対象が有る部分より圧力を高く保持しながら大気圧に戻す機構を持つ事を特徴とする膜厚測定装置である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも片面に無機物層を持つプラスチックフィルムの該無機物層の膜厚組成を真空中で蛍光Ｘ線により連続的に測定する装置に関し、測定対象が存在する部分を真空状態から大気圧に戻す際に蛍光Ｘ線測定経路が存在する部分の圧力を測定対象が有る部分の圧力よりを高く保持しながら大気圧に戻す機構を有する事を特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の膜厚測定装置であって、前記機構が蛍光Ｘ線測定経路にガスを流入するポートを設け測定対象がある場所がリークされたとき、それに先立ちあるいは同時にガスを流入させることを特徴とする請求項１の膜厚測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の膜厚測定装置であって、前記装置が測定対象であるプラスチックフィルムにＸ線を照射するための開口部を有し、この開口部および蛍光Ｘ線測定経路と膜厚測定装置の内部の他の部分の気体の移動を防止する仕切壁を有しており、かつ蛍光Ｘ線測定経路にガスを流入するポートを備えたことを特徴とする請求項１の膜厚測定装置。
【請求項４】
請求項２の膜厚測定装置であって、前記蛍光Ｘ線測定経路に流入させるガスの湿度が１０％以下であることを特徴とする請求項２の膜厚測定装置。
【請求項５】
少なくとも片面に無機物層を持つプラスチックフィルムを真空中で蛍光Ｘ線により該無機物層の膜厚組成を連続的に測定する装置において、測定対象が存在する部分を真空を大気圧に戻すときに蛍光Ｘ線測定経路を真空に保持できる機構を持つことを特徴とする膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着、スパッタ等でフィルム上に連続的に無機薄膜を形成する装置等で連続的に該無機物層の膜厚組成を測定する膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空槽中を走行するフィルムに蒸着された無機薄膜の厚みをオンラインで測定するために発明された装置としては例えば、水晶振動子を利用した方法がある（例えば、特許文献１等）。
この方法は、水晶振動子に蒸着膜が付着すると、膜厚に依存して振動周波数が変動する原理を利用している。
【特許文献１】特開２００３−１３９５０５号公報
【０００３】
しかしながら  この方法はフィルム上に堆積した無機薄膜を直接に測定するのではなく発振子上に堆積した膜厚とフィルム上に堆積した膜厚との相関関係を利用して測定するものであるので相関関係が変わると精度が落ちる。更に、上記検出器は検出器への総蒸着量の制限から、長時間の連続計測を行う場合に、計測途中で検出器を切り替える等の対策が必要となり、計測の信頼性にも問題があった。また、基本的に重量を測定するものであるので複合物などの組成は測定できない。
【０００４】
透明なフィルム上に形成した薄膜の膜厚を測定する方法としては光線透過量を利用した方法がある。これはフィルムの片面より光を照射し反対面から透過してくる透過量を測定し膜厚の測定する方法であり、薄膜内で一定の光吸収率を持っていることを利用するものである（例えば、特許文献２等）。
【特許文献２】特開２０００−２４１１２７号公報
【０００５】
しかしながら、薄膜の光吸収率が低い場合  膜厚変化量に対し光透過量の変化が小さく精度が出ない。また、反対に光吸収率、反射率が高い場合急激に光透過量が少なくなり精度が出ない。さらに、ＳｉＯXや反応性蒸着でＡｌ2Ｏ3等を膜形成する場合、酸化物の酸化度によって無機物層の光線透過率が変化してしまう。このため、膜厚精度に大きく影響してしまう。もちろん、複合酸化物の組成は光線透過量では測定できない。
【０００６】
更に蛍光Ｘ線を利用した方法もある（例えば、特許文献３等）。
この方法は原子にＸ線をあてるとその原子特有の蛍光Ｘ線を放射する現象を利用した技術で放射される蛍光Ｘ線強度を測定することにより原子の存在数を知ることが出来る。この情報より膜厚を測定する方法である。
【特許文献３】特開平４−３５４８７２号公報
【０００７】
しかし無機物層は一般には１００ｎｍ以下で非常に薄いため蛍光Ｘ線強度も低い。そのため膜厚測定対象に強いＸ線をあて、測定対象から発生する蛍光Ｘ線を減少させないでＸ線検出器まで到達させる必要がある。測定対象からＸ線検出器までの経路を真空に保持したり、ヘリウムで満たしたりすることで経路での減衰を抑えている。蛍光Ｘ線分析装置では、測定室を常に真空に保持している。測定対象の試料はロードロック装置をもった試料導入室で大気圧より減圧して測定室に移動する様になっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
無機薄膜を製造する真空装置では、通常１バッチごとに大気圧に戻し材料の入れ替え等を行なう。このとき膜厚測定装置のＸ線検出器への経路にも空気が流入してくる。流入してくる空気にはホコリ、チリの類混入しており経路内に侵入する。このホコリ、チリによりＸ線検出器への経路が汚染したり、あるときはＸ線検出器の窓に付着したりする。蛍光Ｘ線を分光する結晶上に付着すると散乱等により検出されるＸ線強度が減衰してしまう。
また、測定対象となるホコリ等に元素が含まれていた場合、そのホコリからも蛍光Ｘ線が発生し正しく測定できない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は少なくとも片面に無機物層を持つプラスチックフィルムの該無機物層の膜厚組成を真空中で蛍光Ｘ線により連続的に測定する装置にかんし、測定対象が存在する部分を真空状態から大気圧に戻す際に蛍光Ｘ線測定経路を測定対象が有る部分より圧力を高く保持しながら大気圧に戻す機構を持つ事を特徴とする膜厚測定装置である。
【００１０】
さらに該機構が外部よりガスを導入する機構であり、該ガスの湿度が１０％以下であることを特徴とする請求項１の膜厚測定装置が好ましい。
【００１１】
この場合において、前記機構が蛍光Ｘ線測定経路にガスを流入するポートを設け測定対象がある場所がリークされたとき、それに先立ちあるいは同時にガスを流入させることが好適である。
【００１２】
またこの場合において、前記装置が測定対象であるプラスチックフィルムにＸ線を照射するための開口部を有し、この開口部および蛍光Ｘ線測定経路と膜厚測定装置の内部の他の部分の気体の移動を防止する仕切壁を有しており、かつ蛍光Ｘ線測定経路にガスを流入するポートを備えることが好適である。
【００１３】
さらにまた、この場合において、前記蛍光Ｘ線測定経路に流入させるガスの湿度が１０％以下であることが好適である。
【００１４】
さらにまた、この場合において、測定対象が存在する部分を真空を大気圧に戻すときに蛍光Ｘ線測定経路を真空に保持できる機構を持つことが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば蛍光Ｘ線を利用した膜厚測定装置においてゴミ、ホコリ等の汚染が防げる事により長期の使用にも安定した精度が保てる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図を示して本発明を説明する。
図１は、本発明に係る膜厚測定装置を使用した蒸着装置の実施形態を示している。この蒸着装置は、４に示す電子ビーム加熱方式等の蒸着装置を使用し、長尺プラスチックフィルムにアルミナ−シリカ等の無機薄膜層を蒸着する装置である。銅などの金属製水冷坩堝４に粒状の蒸着原料をいれる。
巻き出しロール８より出たフィルムは、プラズマによる前処理器７を通り蒸着ロール５に移動する。電子銃３により坩堝４に入った材料を加熱、蒸発させ蒸着ロール５上でフィルムに無機薄膜層を形成する。
その後除電気２、６を通過して膜厚測定装置１に行く、膜厚測定装置により膜厚組成を測定し目標膜厚組成になるよう制御を電子銃にかける。
【００１７】
図２は本発明に係る膜厚測定の１つの実施形態を示している。
Ｘ線発生管１０より励起用Ｘ線を測定経路を通して開口部１２より測定対象１４が有るロール１３に照射する。開口部とは、膜厚測定装置内部から測定対象であるプラスチックフィルムにＸ線を照射するために設けられたものであり、この開口部および蛍光Ｘ線測定経路と膜厚測定装置の内部の他の部分の気体の移動を防止するための仕切壁を有している。これは、開口部および蛍光Ｘ線測定経路の気圧を制御するために必要なものである。この仕切壁に蛍光Ｘ線測定経路にガスを流入するガス導入口１５を設ける。
測定対象フィルム１４から発生する蛍光Ｘ線を開口部１２より取込み測定経路を通して分光結晶１１により分光する。このＸ線をＸ線検出器１０で強度測定する。Ｘ線強度は検量線を使い膜厚組成に変換する。
蒸着終了後  装置を大気圧に戻す時、ガス導入口１５をまず開放し蒸着装置を次に開放する。ガスの導入量は測定対象がある部分より圧力を高く保持しながら大気圧に戻す用に設定している。ガスの導入量は、マスフローコントローラー等の自動のものを用い、バルブの開閉等で行うことができる。導入口流入するガスはアルゴンガスを使った。大気解放後も１０ＳＣＣＭ程度流し続けるのが好ましく、次の蒸着がための蒸着機の準備が完了し、真空引きするときにこのガスを停止するのが好ましい。
【００１８】
図３は本発明に係る膜厚測定装置のもう一つの実施形態を示している。
この膜厚測定装置は真空を大気圧に戻すときに蛍光Ｘ線測定経路を真空に保持できる機構を持つことを特徴とする膜厚測定装置の一例である。この場合、膜厚測定装置の開口部に仕切り板１７を設置しているのが好適である。
仕切り板１７を用いることによって、動作し蛍光Ｘ線測定経路を真空に保つことができる。仕切り板は真空時には横に退避しＸ線の妨げにならないようにする必要がある。
【００１９】
本発明で言う無機物とは主として金属、金属酸化物、金属窒化物これらの複合物をさす。金属酸化物としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の金属酸化物と酸化ケイ素等の半金属酸化物、またこれらの複合物をいう。酸化が完全でなく酸素を若干欠損したもの、例えばＳｉＯｘ（ｘ＝１．５〜１．９）といった表現をする無機酸化物を含む。さらに、サイアロン等の窒化酸化物も含んでいる。
【００２０】
本発明で言う連続的に測定するとは例えばロール状に巻き取られている長尺プラスチックフィルムを順次巻だしプラスッチクフィルム上に無機物層を連続的の測定するような状態を指す。
特にスパッタ、蒸着法等により連続的に無機物層をプラスチックフィルム上に形成する装置において、プラスチックフィルムの原反を巻だし無機物層を形成した後、無機物層の膜厚を測定し巻きとる工程において連続に測定する方法に該当する。
【００２１】
本発明でいうプラスチックフィルムとは、有機高分子を溶融押し出しをして、必要に応じ、長手方向、及び、又は、幅方向に延伸、冷却、熱固定を施したフィルムであり、有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタート、ポリエチレン−２、６−ナフタレート、ナイロン６、ナイロン４、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニールアルコール、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフォン、ポリッフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイドなどがあげられる。また、これらの（有機重合体）有機高分子は他の有機重合体を少量共重合をしたり、ブレンドしたりしてもよい。フィルム幅は１０００〜２０００ｍｍが用いられ、フィルム長は８０００〜２００００ｍが用いられる。
【００２２】
更にこの有機高分子には、公知の添加剤、例えば、紫外線吸収剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤などが添加されていてもよい。特に限定はされないが、プラスチックフィルムは、その厚さとして５〜１０００μｍの範囲である。
【００２３】
本発明で言う蛍光Ｘ線を使った膜厚組成を測定する膜厚測定装置とは被測定物にＸ線を照射して被測定物が含む原子から発生する特性Ｘ線の強度を測定して膜厚組成に換算し値を出力するものである。換算は既知の膜厚組成の被測定物を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度との関係により作成した検量線による。従って少なくともこの膜厚測定装置は励起用のＸ線を発生する装置と蛍光Ｘ線を検出する装置と得られた信号を処理する装置からなる。
【００２４】
特定原子が出す蛍光Ｘ線強度を測定する方法としては、既知の方法が使用できる。たとえば波長分散方式がある。一例として測定対象が発生した蛍光Ｘ線を分光結晶をつかい分解し特定の波長が反射する角度に比例計数管等の検出器を置いて強度を測定する方法である。また、エネルギー分散方式がある。これは半導体検出器をつかい特定のエネルギーをもつ信号をカウントする方法である。
【００２５】
蛍光Ｘ線測定経路とは、測定対象を励起するためのＸ線発生管窓から膜厚測定装置の開口部、及び開口部より検出器窓までをさし、膜厚測定装置の開口部が開いている場合に空気が出入りする部分をさす。
【００２６】
装置を大気開放する場合に蛍光Ｘ線測定経路を測定対象がある部分より圧力を高く保つ方法としては、蛍光Ｘ線測定経路にガスを流入するポートを設け測定対象がある場所がリークされたとき、それに先立ちあるいは同時にガスを流入する方法がある。この時ガスの流量を適度に保つことが必要である。つまり測定対象が有る分部の容量に対する流入するガス量の割合が蛍光Ｘ線測定経路の容量に対するガス量の割合より小さくなる様に設定する。この設定に保てば高い圧力  つまり、蛍光Ｘ線側より測定対象側にガスの流れを保持しながら大気圧に戻せる。
【００２７】
蛍光Ｘ線測定経路に導入するガスとしてはフィルターを通した大気でもよいが、相対湿度が１０％以下のものが適している。１０％以下にしたガスとしてはドライヤーを通した空気、あるいは市販のボンベに詰められた窒素ガス、アルゴンガスなどがある。低湿度が好ましい理由としては膜厚測定装置内のさび等を防ぐ以上に波長分散方式を使用する場合  Ｘ線分散用の分光結晶が水分により潮解するものが多くあるためである。
【００２８】
本発明で言う蛍光Ｘ線測定経路を真空に保持できる機構とは、膜厚測定装置と測定対象の間をＸ線を透過する素材たとえばベリリウム、あるいはポリプロピレンなどの薄いフィルムにより恒常的に仕切るものを指すのではなく、大気圧に戻す際に開口部を仕切り板等で蓋をする機構をさす。
【００２９】
ベリリウム、ポリプロピレンで恒常的に仕切りる場合は、蛍光Ｘ線の減衰が大きいため２０μｍなど非常に薄くしなくては使用できないので問題である。
【００３０】
測定対象がある部分にガスを導入する前に金属等で製作した仕切り板により膜厚測定装置の蛍光Ｘ線測定経路と測定対象が有る部分とを切り離し経路部分を真空に保つものである。これによりチリ、ホコリの進入を防ぎ分光結晶の劣化も防ぐことが出来る。
【００３１】
膜厚測定精度を上げるためには、なるべく蛍光Ｘ線強度を得ることが必要である。したがって測定対象と膜厚測定装置との距離を縮めた方が有利である。この意味で測定対象と膜厚測定装置の間に機構をもたない蛍光Ｘ線測定経路を測定対象が有る部分より圧力を高く保持しながら大気圧に戻す機構を持つ事を特徴とする膜厚測定装置の方が好ましい。
【００３２】
以下に具体例をあげて本発明を説明する。
【００３３】
（実施例１）
図１に示す電子ビーム加熱方式蒸着装置を使用し、フィルムにアルミナ−シリカ層を蒸着した。フィルム幅１８００ｍｍフィルム長１５０００ｍの１２μｍ厚みＰＥＴフィルムを基板として巻き出しロール（８）にセットした。ＰＥＴフィルムはポリエチレンテレフタレートフィルム  （東洋紡績株式会社製  エステルフィルム  Ｅ５１００）である。
約５ｍｍ粒状の二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとを蒸着原料として銅製水冷坩堝（４）にいれた。
巻き出しロール（８）より出たフィルムは、プラズマによる前処理器（７）を通り蒸着ロール（５）に移動する。電子銃（３）により坩堝（４）に入った材料を加熱、蒸発させ蒸着ロール（５）上でフィルムにアルミナ−シリカ層を形成する。その後除電器（２）（６）を通過して膜厚測定装置（１）に行く、膜厚測定装置により膜厚組成を測定し目標膜厚組成になるよう制御を電子銃にかける。
膜厚測定装置は図２に示すようになっている。Ｘ線発生管（１０）より励起用Ｘ線を測定経路を通して開口部（１２）より測定対象（１４）が有るロール（１３）に照射する。測定対象フィルム（１４）から発生する蛍光Ｘ線を開口部（１２）より取込み測定経路を通して分光結晶（１１）により分光する。このＸ線をＸ線検出器（１０）で強度測定する。Ｘ線強度は検量線を使い膜厚組成に変換する。
蒸着終了後  装置を大気圧に戻す時、ガス導入口（１５）をまず開放し蒸着装置を次に開放する。ガスの導入量は測定対象がある部分より圧力を高く保持しながら大気圧に戻す用に設定している。導入口流入するガスはアルゴンガスを使った。大気解放後も１０ＳＣＣＭ程度流し続けた。蒸着機の準備が出来次に真空引きするときにこのガスを停止した。
この蒸着を５バッチ行い、膜厚測定装置内部の状況を確認した。
内部にはホコリ、チリによる汚染が無かった。
【００３４】
（比較例１）
実施例１でガスの導入を行わずに開放する以外同様に実施した。
５バッチ実施後内部を見ると細かなホコリが見られた。
【００３５】
（実施例２）
実施例１の膜厚測定装置を図２に示すものより図３に示す物に変更して実施例１と同様に内部を確認した。この膜厚測定装置は真空を大気圧に戻すときに蛍光Ｘ線測定経路を真空に保持できる機構を持つことを特徴とする膜厚測定装置の一例である。大気開放時に先立ち仕切り板１７を動作し蛍光Ｘ線測定経路を真空に保った。仕切り板は
真空時には横に退避しＸ線の妨げにならないようになっている。実施例１と同様に蒸着を行った。
５バッチ後内部を確認するとホコリの進入は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例、比較例で使用した装置の概略図
【図２】ガス導入機構をもった膜厚測定装置の概略図
【図３】仕切り版機構をもった膜厚測定装置の概略図
【図１】
2006105766.tif 000002
【図２】
2006105766.tif 000003
【図３】
2006105766.tif 000004