(57)【要約】【課題】  成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で高精度に測定できる放射温度計と表面温度測定方法、並びに放射温度計と温度制御機構を搭載した成膜装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】  放射温度計の光学部を輻射熱反射カバーで覆うことで加熱源からの輻射熱の影響を防ぐことができ、成膜装置内を連続して移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で高精度に測定できる。また、光学部を輻射熱反射カバーで覆うと共に、光学部の受光用開口に迷光カットフィルタを設ければ、輻射熱の影響並びにプラズマ雰囲気からの迷光の影響を防ぎ、プラズマ雰囲気中においてもフィルム状基板の表面温度を更に高精度に測定できる。【選択図】      図１
2007256002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置内でフィルム状基板の表面温度を非接触で測定するための放射温度計であって、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の外周に輻射熱反射カバーを備えるか、あるいは該輻射熱反射カバーを備え且つ受光用開口に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備えることを特徴とする放射温度計。
【請求項２】
成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で測定する方法であって、フィルム状基板を加熱乾燥する乾燥室内に、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の外周に輻射熱反射カバーを備える放射温度計を設置し、該放射温度計の光学部の受光用開口をフィルム状基板表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置して測定することを特徴とするフィルム状基板の表面温度測定方法。
【請求項３】
成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で測定する方法であって、プラズマ雰囲気を有する表面改質室内及び成膜室内に、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の先端に輻射熱反射カバーを備え、且つ受光用開口に赤外光以外をカットする迷光カットフィルタを備える放射温度計を設置し、該放射温度計の光学部の受光用開口をフィルム状基板表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置して測定することを特徴とするフィルム状基板の表面温度測定方法。
【請求項４】
フィルム状基板表面に薄膜を形成する装置であって、フィルム状基板を加熱乾燥する乾燥室内に設置され、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の先端に輻射熱反射カバーを備える放射温度計と、プラズマ雰囲気を有する表面改質室内及び成膜室内に設置され、上記輻射熱反射カバーを備え且つ受光用開口に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備える放射温度計と、これらの放射温度計にそれぞれ接続されたフィルム状基板の表面温度制御機構とを具備することを特徴とするフィルム状基板の成膜装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載の成膜装置によりフィルム状基板表面に薄膜を形成する方法であって、輻射熱反射カバーを備える放射温度計で乾燥室内のフィルム状基板表面から放射される赤外線のみを受光して該フィルム状基板の表面温度を測定すると共に、輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備える放射温度計で表面改質室内及び成膜室内のフィルム状基板表面から放射される赤外線のみを受光して該フィルム状基板の表面温度を測定し、測定された表面温度をそれぞれ表面温度制御機構にフィードバックして、乾燥室、表面改質室及び成膜室を順次移動するフィルム状基板の各室内での表面温度を調整しながら、該フィルム状基板表面に薄膜を形成することを特徴とするフィルム状基板の成膜方法。
【請求項６】
前記輻射熱反射カバーを備える放射温度計あるいは前記輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備える放射温度計を前記各室内の周辺部品近傍にも配置し、該放射温度計で前記各室内の周辺部品の表面温度を測定し、測定された表面温度をそれぞれ表面温度制御機構にフィードバックして、周辺部品の表面温度を調整しながら、フィルム状基板表面に薄膜を形成することを特徴とする、請求項５に記載のフィルム状基板の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で測定するための放射温度計、及びその放射温度計を用いたフィルム状基板の表面温度の測定方法に関し、更には、その放射温度計を用いる測定系を搭載した成膜装置並びに成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ポリイミド等のフィルム状基板の表面に、種々の材質からなる薄膜材料を物理的又は化学的方法により成膜した機能性フィルム状基板が各分野で広く用いられている。とりわけ電子回路基板の分野では、厚み数１０μｍ程度の機能性フィルム状基板が大部分を占め、今後も大幅な使用拡大が見込まれている。
【０００３】
一般的に、フィルム状基板表面に薄膜材料を成膜する場合、成膜装置内でフィルム状基板を移動させながら、連続して処理する複雑な工程が行われている。即ち、まず乾燥工程においてフィルム状基板表面の水分除去を目的とする加熱乾燥が行われ、次に表面改質工程において成膜性向上を目的としてフィルム状基板表面をプラズマ等により改質した後、成膜工程において薄膜材料をフィルム状基板の表面に成膜する。
【０００４】
しかし、これらの各工程ではフィルム状基板に熱が加わるため、その熱によりフィルム状基板の温度が軟化点温度を超えると、フィルム状基板にシワや反りが生じ、薄膜材料を高品質に成膜することができなくなる。また、フィルム状基板の温度が更に高くなると、フィルム状基板に含まれる揮発成分がガスとなって放出され、成膜雰囲気を汚すので、高品質な薄膜を得ることができない。従って、フィルム状基板に熱が加わる工程では、フィルム状基板の表面温度を計測して、適切に制御することが重要である。また、フィルム状基板は非常に薄いので、成膜装置内の周辺部品に蓄積された熱からも影響を受けるため、周辺部品の表面温度も同様に制御することが望まれる。
【０００５】
従来の成膜装置におけるフィルム状基板の表面温度測定方法として、例えば、特開平５−１４８６２９号公報（特許文献１）には、ターゲット材の冷却水の流量と圧力と温度を制御する機構を設けたスパッタリング装置を用い、ターゲット材の温度を一定にして成膜する方法が開示されている。しかし、この方法では、バックキングプレートに埋め込んだ温度計測器でターゲット材の温度を測定するため、測定結果に正確性を欠いていた。また、バッキングプレートに埋め込んだ温度計測器を取り出すことが難しく、成膜条件等の変更により温度計測器の設定変更したい場合などには不向きであり、メンテナンス性も悪かった。
【０００６】
また、特開平６−３２２５２８号公報（特許文献２）には、ターゲット材と防着板の温度制御を行うスパッタリング装置が開示されている。この方法は、ターゲット材だけでなく周辺部品である防着板についても温度制御を行うものであるが、熱電対を用いて温度測定を行うため、成膜装置内を連続して移動するフィルム状基板の表面温度の測定に対応することができない。
【０００７】
特開２００１−１５２３４６号公報（特許文献３）には、ＣＶＤ装置でフィルム状基板に薄膜材料を成膜する際に、フィルム状基板の表面温度を赤外線センサー付き温度計で測定する方法が開示されている。また、特開２００１−１５３７２８号公報（特許文献４）には、放射温度計を用いて、非接触でフィルム状基板の表面温度を計測する方法が開示されている。これらの方法は、赤外線センサー付き温度計又は放射温度計を用いるため、非接触でフィルム状基板の表面温度を測定できる点において優れている。
【０００８】
しかしながら、成膜装置内でのフィルム状基板の加熱には、加熱源としてハロゲンランプ、カーボンヒータ等を用いるのが一般的であるが、上記した特許文献３、４によるフィルム状基板の表面温度測定方法では、赤外線センサー付き温度計あるいは放射温度計が加熱源からの輻射熱による影響を受けたり、フィルム状基板表面からの赤外線だけでなく、加熱源から発せられた赤外線も受光したりするため、フィルム状基板の表面温度を正確に測定することが難しいという問題があった。
【０００９】
また、従来の成膜装置における温度測定は、例えば上記特許文献４にも記載されているように、窓材を通して成膜装置外部に設置した放射温度計などで測定する方法が一般的であった。従って、フィルム状基板に熱が加わる全ての工程において、それぞれフィルム状基板の表面温度を測定して温度制御することは難しかった。更に、成膜室内のバッキングプレートや防着板のような周辺部品については、表面温度を測定して温度制御することは従来全く行われていなかった。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１４８６２９号公報
【特許文献２】特開平６−３２２５２８号公報
【特許文献３】特開２００１−１５２３４６号公報
【特許文献４】特開２００１−１５３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる従来の事情に鑑み、成膜装置内を連続して移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で高精度に測定することができる放射温度計、並びにその放射温度計によるフィルム状基板の表面温度測定方法を提供すること、その放射温度計を用いるフィルム状基板の表面温度測定系と表面温度制御機構を搭載した成膜装置、及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を行った結果、放射温度計の光学部を輻射熱反射カバーで覆うことにより加熱源からの輻射熱の影響を防ぐことができ、成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で高精度に測定できることを見出した。また、光学部を輻射熱反射カバーで覆うと共に、光学部の受光用開口に迷光カットフィルタを設けることによって、輻射熱の影響だけでなく、プラズマ雰囲気からの迷光の影響を防ぎ、フィルム状基板の表面温度を高精度に測定できることを見出し、本発明を完成させたものである。
【００１３】
即ち、本発明が提供する放射温度計は、成膜装置内でフィルム状基板の表面温度を非接触で測定するための放射温度計であって、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の外周に輻射熱反射カバーを備えるか、あるいは該輻射熱反射カバーを備え且つ受光用開口に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明が提供するフィルム状基板の表面温度測定方法は、成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で測定する方法であって、フィルム状基板を加熱乾燥する乾燥室内に、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の外周に輻射熱反射カバーを備える放射温度計を設置し、該放射温度計の光学部の受光用開口をフィルム状基板表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置して測定することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明が提供するフィルム状基板の別の表面温度測定方法は、成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で測定する方法であって、プラズマ雰囲気を有する表面改質室内及び成膜室内に、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の先端に輻射熱反射カバーを備え、且つ受光用開口に赤外光以外をカットする迷光カットフィルタを備える放射温度計を設置し、該放射温度計の光学部の受光用開口をフィルム状基板表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置して測定することを特徴とする。
【００１６】
本発明が提供するフィルム状基板の成膜装置は、フィルム状基板を加熱乾燥する乾燥室内に設置され、赤外線を受光する光学部の受光用開口を除く少なくとも先端側の先端に輻射熱反射カバーを備える放射温度計と、プラズマ雰囲気を有する表面改質室内及び成膜室内に設置され、上記輻射熱反射カバーを備え且つ受光用開口に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備える放射温度計と、これらの放射温度計にそれぞれ接続されたフィルム状基板の表面温度制御機構とを具備することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明は、上記本発明の成膜装置によりフィルム状基板表面に薄膜を形成する方法、即ち、輻射熱反射カバーを備える放射温度計で乾燥室内のフィルム状基板表面から放射される赤外線のみを受光して該フィルム状基板の表面温度を測定すると共に、輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備える放射温度計で表面改質室内及び成膜室内のフィルム状基板表面から放射される赤外線のみを受光して該フィルム状基板の表面温度を測定し、測定された表面温度をそれぞれ表面温度制御機構にフィードバックして、乾燥室、表面改質室及び成膜室を順次移動するフィルム状基板の各室内での表面温度を調整しながら、該フィルム状基板表面に薄膜を形成することを特徴とするフィルム状基板の成膜方法を提供するものである。
【００１８】
上記本発明のフィルム状基板の成膜方法においては、更に、前記輻射熱反射カバーを備える放射温度計あるいは前記輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備える放射温度計を前記各室内の周辺部品近傍にも配置し、該放射温度計で前記各室内の周辺部品の表面温度を測定し、測定された表面温度をそれぞれ表面温度制御機構にフィードバックして、周辺部品の表面温度を調整しながら、フィルム状基板表面に薄膜を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、成膜装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を、非接触で高精度に測定することが可能な放射温度計を提供することができる。また、その先端側外周に輻射熱反射カバーを備える放射温度計を用いて、加熱源からの輻射熱の影響を防ぎながら、フィルム状基板表面から放射される赤外線のみを検出することにより、移動するフィルム状基板の表面温度を非接触で、従来の表面温度測定方法と比較して高精度に測定することができる。更に、上記輻射熱反射カバーと共に、受光用開口に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備える放射温度計を用いることで、移動するフィルム状基板の表面温度をプラズマ雰囲気中でも高精度に測定することができる。
【００２０】
しかも、本発明によれば、放射温度計を成膜装置内の入り組んだ狭い場所を移動するフィルム状基板や周辺部品の近くに設置して、それらから放射される赤外線のみを受光することができるため、温度測定箇所に大きな制限がなく、従って成膜工程全体にわたってフィルム状基板及び周辺部品の表面温度の測定が可能である。また、得られた温度測定値に基づいて、成膜装置外部の表面温度制御機構により、装置内を移動するフィルム状基板の乾燥室、表面改質室及び成膜室における各表面温度を適切に調整することができるので、フィルム状基板表面に公知の物理的又は化学的な方法により薄膜を形成して、膜厚や機能性に優れたフィルム状基板を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明による放射温度計の一具体例として、輻射熱反射カバーを備える放射温度計の光学部を図１に示す。この放射温度計の光学部は、金属保護管１の内側に光ファイバ２を備え、金属保護管１の先端側は赤外線を受光する受光用開口３となっていて、受光用開口３の先端内部にはレンズ４が配置されている。この光学部の受光用開口３を除く先端側外周には、輻射熱をカットするための輻射熱反射カバー５が設けてある。尚、金属保護管１の他端側は、表面温度制御機構まで光ファイバ２を保護するためのフレキシブルチューブ６に接続されている。
【００２２】
上記輻射熱反射カバー５の材質は、成膜中に常時熱に曝されることから、耐久性と耐食性に優れ、熱伝導率が低いものが望ましい。例えば、セラミック、鉄系合金、あるいはモリブデンの入ったニクロム鋼などが好ましい。また、入手性や加工性なども考慮すると、１８−８系ステンレス合金なども好適に使用できる。尚、輻射熱反射カバー５を金属保護管１に取り付ける方法としては、ロウ付け、あるいは耐熱性の高い接着剤で固定すれば良い。
【００２３】
上記放射温度計の光学部は、成膜装置の乾燥室などの内部が入り組んだ狭い空間に配置するため、可能な限り小型であることが望ましい。従って、輻射熱反射カバー５も小さいことが望ましいが、配置後のメンテナンス性や耐久性などを考慮すると、肉厚は０.１ｍｍ以上であることが好ましい。また、輻射熱反射カバー５の肉厚が０.１ｍｍ未満では、長期的な熱の影響で変形して、メンテナンスのために取り外す際に破損する恐れがあるからである。
【００２４】
上記したように輻射熱反射カバーで放射温度計の光学部を覆うことにより、加熱源からの輻射熱の影響を抑えることができるが、更に高精度な温度測定を行う必要がある場合には、輻射熱反射カバーの表面全面を赤外線反射コーティング材で表面処理するが好ましい。赤外線反射コーティングを施すことにより、輻射熱反射カバーの温度上昇を更に抑えることができるので、より一層高精度な温度測定が可能となる。
【００２５】
上記した輻射熱反射カバーを備える放射温度計を用いることにより、例えばフィルム状基板を加熱源により加熱乾燥して水分を除去する乾燥室において、加熱源からの輻射熱の影響を受けることなく、フィルム状基板の表面温度を正確に計測することができる。しかも、狭い乾燥室内で放射温度計の光学部を加熱源と近接して配置しなければならない場合でも、輻射熱反射カバーで加熱源からの輻射熱をカットすることによって、光学部の金属保護管が高温になることを防止できるため、熱による測定誤差の発生をなくし、更には光学部そのものの破壊を防ぐことができる。
【００２６】
本発明の輻射熱反射カバーを備える放射温度計は、更に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備えることができる。即ち、一般に成膜装置の表面改質室や成膜室はプラズマ雰囲気となるが、プラズマ光は紫外光から赤外光領域を含む幅の広い波長領域にわたる光であるため、赤外線センサーの検出波長帯域と重複する迷光となる。従って、赤外線センサーを用いた放射温度計でフィルム状基板の表面温度を測定する際には、プラズマ光を適切に処理しなければ正確な温度測定ができないが、本発明の迷光カットフィルタを備えた放射温度計によれば、プラズマ光の影響を受けることなく高精度な温度測定が可能となる。
【００２７】
本発明による放射温度計の別の具体例として、光学部の先端外周に輻射熱反射カバーを備えると共に、受光用開口に迷光カットフィルタを備える放射温度計の光学部を図２に示す。この放射温度計の光学部は、金属保護管１、光ファイバ２、受光用開口３、レンズ４、輻射熱反射カバー５、及びフレキシブルチューブ６を有する点は上記図１の場合と同様であるが、この光学部の受光用開口３には赤外線以外をカットする迷光カットフィルタ７が設けてある。
【００２８】
上記迷光カットフィルタ７は、赤外線以外の光をカットして迷光や可視光を遮断するものであり、例えば、白板ガラスに屈折率の異なる誘電体物質を交互に多層コーティングしたフィルタなど、市販のものを用いることができる。また、迷光カットフィルタ７はホルダ８で輻射熱反射カバー５に取り付けるが、ホルダ８の材質を輻射熱反射カバー５と同様の材質にすれば、迷光カットフィルタ７を熱から保護することができるため好ましい。
【００２９】
迷光カットフィルタ７を保持するホルダ８は、輻射熱反射カバー５と同一の外径であることが好ましい。また、ホルダ８の肉厚は、配置後のメンテナンスや耐久性などを考慮すると、０.１ｍｍ以上であることが好ましい。更に、ホルダ８の長さは、迷光カットフィルタ７を保持できる寸法であれば良く、必要以上に長いと赤外光検出の際の妨げになるため好ましくない。尚、ホルダ８を輻射熱反射カバー５に取り付ける方法は、ロウ付けか、あるいは耐熱性の高い接着剤で固定すれば良い。
【００３０】
上記した輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備える放射温度計を用いることにより、前記した輻射熱反射カバーによる効果に加えて、例えばフィルム状基板の表面をプラズマにより改質する表面改質室や、スパッタリング法やＣＶＤ法あるいは放電を用いた蒸着法などによりフィルム状基板の表面にプラズマ雰囲気中で成膜する成膜室において、プラズマ源からの輻射熱の影響を受けることなく、且つプラズマ光による迷光の影響を排除して、フィルム状基板の表面温度を正確に計測することができる。尚、この輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備える放射温度計においても、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタのホルダに赤外線反射コーティングを施すことが好ましい。
【００３１】
次に、上記本発明の放射温度計を用いたフィルム状基板の表面温度の測定方法について説明する。放射温度計は、被測定物の表面から放出される赤外線放射エネルギーを赤外線センサーで計測することにより、被測定物の温度を測定するものである。そのため、被測定物に接触することなく、その表面温度を測定することができる。本発明の放射温度計の光学部を成膜装置内に配置して、装置内を移動するフィルム状基板の表面温度を測定する際には、放射温度計の光学部の受光用開口を、フィルム状基板表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置にして測定することが重要である。
【００３２】
例えば、フィルム状基板の表面温度を放射温度計で測定する方法の具体例として、図３に輻射熱反射カバー５を備えた放射温度計１０の乾燥室内における配置例を示す。カーボンヒータなどの加熱源１２から放射された赤外線ａ１によりフィルム状基板１１が加熱され、加熱されたフィルム状基板１１からは赤外線ａ２が放射される。この加熱されたフィルム状基板１１からの赤外線ａ２を、放射温度計１０の受光用開口３で受光することにより、フィルム状基板１１の表面温度を測定することができる。尚、フィルム状基板１１と放射温度計１０の光学部との距離は、レンズ４の焦点設計を適宜選択し、加熱源１２及びフィルム状基板１１と干渉しないように設定する。
【００３３】
しかし、放射温度計１０が、加熱されたフィルム状基板１１からの赤外線ａ２と共に、加熱源１２から放射される赤外線を同時に受光すると、フィルム状基板１１の表面温度を正確に測定することができない。そのため図３に示すように、放射温度計１０の光学部の受光用開口３を、フィルム状基板１１の表面から放射される赤外線ａ２のみが入射する位置に配置することが必要である。また、加熱源１２からは輻射熱ｂが放射されるが、この輻射熱ｂは放射温度計１０の輻射熱反射カバー５で遮断される。その結果、フィルム状基板１１の表面温度を、放射温度計１０を用いて高精度で正確に測定することができる。
【００３４】
また、成膜装置の表面改質室や成膜室においても、高温のプラズマ源やターゲット材から放射される赤外線の影響を避けるために、上記表面乾燥室の場合と同様に、放射温度計の光学部の受光用開口をフィルム状基板表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置することが必要である。尚、上記の輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタを備えた放射温度計による表面改質室や成膜室での温度測定では、プラズマ源やターゲット材から放射される輻射熱は輻射熱反射カバーで遮断され、赤外線以外は迷光カットフィルタでカットされるため、フィルム状基板の表面温度を高精度で正確に測定することができる。
【００３５】
上尚、放射温度計では、被測定物の表面から放出される赤外線放射エネルギーを赤外線センサーで計測して、被測定物の温度を測定する。被測定物から放射される赤外線放射エネルギーの強度は、被測定物の温度だけでなく、放射率と呼ばれる物体固有の係数によって決まるため、放射温度計で計測した測定温度は黒体（例えばＪａｐａｎ−Ｓｅｎｓｅｒ  ＩＲＴＳ−１００Ｆ）で温度補正を行う必要がある、具体的には、黒体温度が１００℃のとき放射温度計の温度表示が１００℃になるように、放射温度計の放射率を調整する。次に、フィルム状基板にシート状熱電対を貼り付け、放射温度計の表示と熱電対の温度が同一になるように、再度放射率の調整を行えば良い。
【００３６】
次に、フィルム状基板の成膜装置及び成膜方法を、スパッタリング法により成膜する場合を例にして、図４に示す具体例に基づいて説明する。この成膜装置は、基本的な設備として、フィルム状基板１１の巻出装置１３が配置された巻出室１４と、ヒータなどの加熱源１２が配置された乾燥室１５と、プラズマ発生装置１６が配置された表面改質室１７と、フィルム状基板１１を搬送するコーティングロール１８並びにターゲット材（図示せず）を固定したバッキングプレート１９及び防着板２０が配置された成膜室２１と、巻取装置２２が配置された巻取室２３とを備えている。尚、上記した基本的な設備以外にも、連続的に移動するフィルム状基板１１を支持する複数のローラー、各室を真空引きする真空装置、及びそれらを制御する装置などが装備されている。
【００３７】
フィルム状基板１１は、巻出室１４で巻出装置１３から巻き出され、乾燥室１５、表面改質室１７、成膜室２１の順に連続的に移動して、巻取室２３で巻取装置２２に巻き取られる。その間に、乾燥室１５では、ヒータ等の加熱源１２によりフィルム状基板１１を加熱して、水分を除去する加熱乾燥工程が行われる。次の表面改質室１７では、フィルム状基板１１にプラズマ発生装置１６からプラズマ光を照射して、表面を清浄ないし改質する表面改質工程を行う。そして、成膜室２１では、バッキングプレート１９に固定したターゲット材をプラズマ雰囲気中でスパッタリングすることにより、コーティングロール１８に沿って移動するフィルム状基板１１の表面に薄膜を形成する成膜工程が実施される。
【００３８】
更に、上記乾燥室１５内には、先端側外周に輻射熱反射カバーを備える放射温度計１０ａが設置され、その光学部の受光用開口がフィルム状基板１１の表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置されている。ヒータ等の加熱源１２により加熱されたフィルム状基板１１の表面温度は、輻射熱反射カバーを備えた放射温度計１０ａで測定する。得られた測定表面温度は表面温度制御機構２４にフィードバックし、表面温度制御機構２４からの信号に基づいて加熱源１２を制御することによって、乾燥室１５でのフィルム状基板１１の表面温度を設定範囲内の適切な温度に調整するようになっている。
【００３９】
上記表面改質室１７内には、先端外周に輻射熱反射カバーを備え且つ受光用開口に赤外線以外をカットする迷光カットフィルタを備える放射温度計１０ｂが設置され、その光学部の受光用開口はフィルム状基板１１の表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置されている。プラズマ光により高温となるフィルム状基板１１の表面温度は、輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタを備えた放射温度計１０ｂによりプラズマ雰囲気中でも正確に測定される。得られた測定表面温度は表面温度制御機構２５にフィードバックされ、表面温度制御機構２５からの信号に基づいてプラズマ発生装置１６を制御することにより、表面改質室１７におけるフィルム状基板１１の表面温度を適切な温度に調整する。
【００４０】
上記成膜室２１においては、フィルム状基板１１は成膜源であるターゲット材からの輻射熱などにより加熱される。また、バッキングプレート１９に半田などで固定されたターゲット材は、衝突する加速イオンの衝撃や、基板ヒータからの輻射熱により加熱される。そのため、加熱によるターゲット材の変形あるいは組成ズレを防ぎ、更にはターゲット材の脱落を防止するために、ターゲット材を固定しているバッキングプレート１９は水冷されている。また、成膜室２１内の防着板２０も、ターゲット材からの直接的な熱の影響と輻射熱により加熱される。その際、加熱された防着板２０からの輻射熱によっても、フィルム状基板１１が加熱される。
【００４１】
このような成膜室２１内には、先端外周に輻射熱反射カバーを備え且つ受光用開口に迷光カットフィルタを備える放射温度計１０ｂが複数設置され、その一つの光学部の受光用開口は、コーティングロール１８に沿って移動するフィルム状基板１１の表面から放射される赤外線のみが入射する位置に配置されている。また、他の放射温度計１０ｂは、それぞれバッキングプレート１９あるいは防着板２０の表面温度を測定する位置に配置されている。そして、フィルム状基板１１、バッキングプレート１９及び防着板２０の表面温度は、それぞれ放射温度計１０ｂによりプラズマ雰囲気中でも正確に測定され、表面温度制御機構２６にフィードバックされる。
【００４２】
上記のごとくフィルム状基板１１、バッキングプレート１９及び防着板２０の表面温度がフィードバックされると、表面温度制御機構２６からの信号に基づいて成膜室２１の装置を制御することにより、成膜室２１におけるフィルム状基板１１の表面温度を設定範囲内の適切な温度に調整する。具体的には、バッキングプレート１９の温度が規定値より温度が上がった場合、供給電圧値を下げるか又は冷却水の流量を調節して適性温度に調整する。また、防着板２０の温度が上がると、裏面に設けた水冷パイプに冷却水を流して適性温度に調整する。
【００４３】
乾燥室、表面改質室、成膜室に配置する各放射温度計は、構造上可能な限り共通化されたものであることが望ましい。例えば、表面改質室１７や成膜室２１に配置する放射温度計１０ｂの輻射熱反射カバーの材質が、乾燥室１５に配置する放射温度計１０ａに使用したものと異なると、各室で測定した温度測定結果の精査の妨げとなるため好ましくない。
【００４４】
尚、上記のしたように加熱源やプラズマ源などからの輻射熱は、輻射熱反射カバーで放射温度計の光学部を覆うことで遮断できるが、更に高精度な温度測定を必要とする場合には、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタのホルダの表面全面に赤外線反射コーティングを施すことが好ましい。赤外線反射コーティングによって放射温度計の光学部の温度上昇が更に抑えられるため、より高度に輻射熱を遮断して、一層高精度な温度測定が可能となる。
【００４５】
また、上記したフィルム状基板の成膜装置及び成膜方法によれば、装置内の入り組んだ狭い場所を連続して移動するフィルム状基板や周辺部品の近くに放射温度計を設置し、その表面温度を測定して光ファイバを用いて外部の表面温度制御機構までフィードバックできるので、測定場所に大きな制限がなく、全工程にわたってフィルム状基板及び周辺部品の表面温度を適切に制御することができる。従って、フィルム状基板の表面温度だけでなく、周辺部品の表面温度も適切に制御しながら、フィルム状基板の表面に機能性に優れ且つ均一な薄膜を、公知の物理的又は化学的な方法により安定して成膜することが可能である。
【実施例】
【００４６】
［実施例１］
放射温度計として、（株）チノー社製のファイバ式放射温度計（形式：ＩＲ-ＦＡＣ）で、温度測定範囲７０℃から２５０℃のものを用いた。光学部のセンサー部にはＰｂＳセンサー（測定波長２.０μｍ）を用い、光学部の光ファイバー先端のレンズは５０ｍｍの位置に焦点を結ぶものを使用した。また、光学部から本体の赤外線センサー部までは、コア径０.８ｍｍの石英ファイバを用いた。この放射温度計の光学部の外周に、輻射熱反射カバーを耐熱性エポキシ接着剤で固定した。使用した輻射熱反射カバーは材質がＳＵＳ３０４からなり、外径１６ｍｍ及び内径１０ｍｍ、全長１０ｍｍの円筒形である。
【００４７】
また、幅３８０ｍｍ×長さ３８ｍｍのカーボンヒータ（オーナルテック社製、型式：Ｉ型）と、ロール状に巻き取られた幅４００ｍｍ×長さ１０ｍ×厚み２５μｍのフィルム状基板（宇部興産（株）製、ポリイミドフイルム、商品名：ユーピレックス−Ｒ）を用意した。このカーボンヒータとフィルム状基板を、真空槽（縦１０００ｍｍ×横７００ｍｍ×高さ８００ｍｍ）内に、図３に示す構成となるように配置した。具体的には、フィルム状基板の両端が、カーボンヒータの両端より各々１０ｍｍずつ外側に出るように配置した。
【００４８】
そのフィルム状基板とカーボンヒータの間で、カーボンヒータから外側に出ているフィルム状基板の突出幅１０ｍｍの中心５ｍｍ上に、上記輻射熱反射カバー付放射温度計の光学部を保持した。その位置で放射温度計の光学部を傾け、フィルム状基板の表面上に焦点を合わせた。また、放射温度計の焦点近傍でフィルム状基板に熱電対（Ｐｔ）を直接取り付けて固定し、真空槽外のデジタルマルチメータ（アドバンテスト社製、型式：ＴＲ２１１４Ｈ）と接続した。
【００４９】
次に、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで真空ポンプ（日本真空技術（株）製、型式：ＵＬＶＯＩＬ／Ｄ−３１）で排気した。その後、カーボンヒータの入力電流を上げて行き、熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、輻射熱反射カバー付放射温度計に表示される温度（フィルム状基板の表面温度）を計測した。
【００５０】
更に、上記輻射熱反射カバー付放射温度計の測定結果の精査を行った。具体的には、上記フィルム状基板に黒体テープ（ＴＡＳＣＯ  ＪＡＰＡＮ社製、品番：ＴＨＩ−２Ｂ−５）を貼り付け、その黒体テープに放射温度計の光学部の焦点を合わせた。この状態で、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで真空ポンプで排気した後、上記と同様に熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（黒体テープの表面温度）を計測した。
【００５１】
その結果、上記放射温度計で測定したフィルム状基板の表面温度と黒体テープの表面温度は出力温度差が±２℃以内であり、輻射熱反射カバー付の放射温度計により、非接触で高精度にフィルム状基板の表面温度を測定できることが分かった。
【００５２】
［実施例２］
上記実施例１と同じ輻射熱反射カバー付放射温度計を用意した。この放射温度計の光学部の受光用開口に、赤外線以外をカットする迷光カットフィルタ（シグマ光機（株）製、型式：ＤＩＦ−１０Ｓ−ＲＥＤ）を取り付けた。具体的には、上記迷光カットフィルタを、外径１６ｍｍ×内径１０ｍｍ×長さ５ｍｍのホルダ（材質ＳＵＳ３０４）を用いて、上記放射温度計の輻射熱反射カバーの受光用開口側端部に耐熱性エポキシ接着剤で固定した。
【００５３】
また、幅３８０ｍｍ×長さ３８ｍｍのプラズマ発生装置（日本電子（株）製、型式：ＪＲＦ−３０００）と、上記実施例１と同じフィルム状基板を用意した。このプラズマ発生装置とフィルム状基板を、上記実施例１と同じ真空槽内に、フィルム状基板の両端がプラズマ発生装置の両端より各々１０ｍｍずつ外側に出るように配置した。
【００５４】
そのフィルム状基板とプラズマ発生装置の間で、プラズマ発生装置から外側に出ているフィルム状基板の突出幅１０ｍｍの中心５ｍｍ上に、上記輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付の放射温度計の光学部を保持した。その位置で放射温度計の光学部を傾け、フィルム状基板の表面上に焦点を合わせた。また、上記実施例１と同様に、フィルム状基板に熱電対（Ｐｔ）を固定し、真空槽外のデジタルマルチメータと接続した。
【００５５】
次に、上記実施例１と同様に、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、プラズマ発生装置の入力電流を上げて行き、熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計に表示される温度（フィルム状基板の表面温度）を計測した。
【００５６】
更に、上記輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計の測定結果の精査を行った。即ち、上記実施例１と同様に、フィルム状基板に貼り付けた黒体テープに放射温度計の光学部の焦点を合わせ、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、上記と同様に熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（黒体テープの表面温度）を計測した。
【００５７】
その結果、上記放射温度計で測定したフィルム状基板の表面温度と黒体テープの表面温度は出力温度差が±２.５℃以内であり、プラズマ雰囲気中であっても、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付の放射温度計により、非接触で高精度にフィルム状基板の表面温度を測定できることが分かった。
【００５８】
［実施例３］
上記実施例１と同じ輻射熱反射カバー付放射温度計を用意したが、その輻射熱反射カバーとして表面全面に赤外線反射コーティングを施したものを用いた。輻射熱反射カバーへの赤外線反射コーティングは、下塗り（ＮＴＴアドバンステクノロジ（株）製、商品名：アットシールドプライマー）、中塗り（ＮＴＴアドバンステクノロジ（株）製、商品名：アットシールド中塗り）、上塗り（ＮＴＴアドバンステクノロジ（株）製、商品名：アットシールドカラー）の順番で全表面に塗装した。
【００５９】
また、上記実施例１と同じカーボンヒータとフィルム状基板を用意した。このカーボンヒータとフィルム状基板を、上記実施例１と同じ真空槽内に、フィルム状基板の両端がカーボンヒータの両端より各々１０ｍｍずつ外側に出るように配置した。更に、上記実施例１と同様に、フィルム状基板とカーボンヒータの間に、上記輻射熱反射カバー付放射温度計の光学部を保持し、フィルム状基板の表面上に焦点を合わせた。また、上記実施例１と同様に、フィルム状基板に熱電対（Ｐｔ）を固定し、真空槽外のデジタルマルチメータと接続した。
【００６０】
次に、上記実施例１と同様に、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、カーボンヒータの入力電流を上げて行き、熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、輻射熱反射カバー付放射温度計に表示される温度（フィルム状基板の表面温度）を計測した。
【００６１】
更に、上記輻射熱反射カバー付放射温度計の測定結果の精査を行った。即ち、上記実施例１と同様に、フィルム状基板に貼り付けた黒体テープに放射温度計の光学部の焦点を合わせ、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、上記と同様に熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（黒体テープの表面温度）を計測した。
【００６２】
その結果、上記放射温度計で測定したフィルム状基板の表面温度と黒体テープの表面温度は出力温度差が±１.０℃以内であり、赤外線反射コーティングを施した輻射熱反射カバー付放射温度計により、非接触で、上記実施例１の場合よりも一層高精度にフィルム状基板の表面温度を測定できることが分かった。
【００６３】
［実施例４］
上記実施例１で用いた輻射熱反射カバー付放射温度計と、上記実施例２で用いた輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計とを、図４に示す構成の成膜装置（ヒラノ光音（株）製、型式：水平スパッタ装置）内に搭載して、フィルム状基板の表面に薄膜をスパッタリングにより成膜した。尚、使用したフィルム状基板（宇部興産（株）製、材料名：ポリイミドフイルム、商品名：ユーピレックス−Ｒ）は、全長２００ｍであって、幅４００ｍｍでロール状に巻き取られている。
【００６４】
乾燥室内のカーボンヒータは、上記実施例１と同じ幅５８０ｍｍ×長さ３８ｍｍである。また、乾燥室内の輻射熱反射カバー付放射温度計の光学部は、実施例１と同じ配置とした。次に、温度管理用指温材（（株）テックジャム製、型番：３Ｋ−１５０）を上記フィルム状基板表面に貼り、この表示が１４０℃に変化するようにカーボンヒータを調整した。その後、放射温度計からの表示出力を１４０℃に微調整し、その値が維持できるようにカーボンヒータ側に信号を送り、上記フィルム状基板の表面温度を一定にするようにした。
【００６５】
表面改質室内のプラズマ発生装置は、上記実施例２と同じ幅５８０ｍｍ×長さ３８ｍｍである。また、表面改質室内でのフィルム状基板の表面温度を測定するために、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計を設置し、その光学部はフィルム状基板に対して上記実施例２と同じ配置とした。
【００６６】
更に、成膜室内には、フィルム状基板の表面温度を測定するために、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計を設置し、その光学部はフィルム状基板に対して上記実施例２の場合と同じ配置とした。また、成膜室内のバッキングプレートと防着板についても、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計を設置して、それぞれ表面温度の測定を行うようにした。尚、バッキングプレートの温度を測定するために、ターゲット材の近傍に放射温度計の光学部を配置させると、光学部そのものもコーティングされてしまうので、ターゲット材から約５００ｍｍ離れた位置に光学部を配置した。
【００６７】
バッキングプレートの温度が１３０℃に達すると、警告音を発すると同時に、ターゲット材に印加する電源の電圧が１０Ｖ下がるようにした。更に１０分経過してもバッキングプレートの温度が改善されないときは、ターゲット材の冷却水の温度を５℃下げるように設定した。また、防着板の裏面に金属パイプ製の冷却管を配置し、防着板の温度が２００℃を越えたら、この冷却管に５リットル／分の冷却水が流れるようにした。
【００６８】
上記した乾燥室、表面改質室及び成膜室に設けた放射温度計は、それぞれ光ファイバを装置外部に引き出して、各表面温度制御機構に接続した。各表面温度制御機構にいて、それぞれの温度を表示させて監視し、カーボンヒータ、バッキングプレート、防着板にフィードバックをかけて温度制御できるようにした。
【００６９】
上記成膜装置を用いて、フィルム状基板の表面に厚さ０.１μｍの銅（Ｃｕ）の薄膜を連続１０ｍにわたって成膜した。得られたフィルム状基板表面のＣｕ薄膜について、外観の目視観察、テープ試験による初期付着強度、及び表面抵抗率を評価した。
【００７０】
その結果、Ｃｕ薄膜を成膜したフィルム状基板の外観は、反りや傷は勿論のこと、シワやうねりもなく良好であった。また、初期付着強度については、テープ（ニチバン（株）製、ＣＴ４０５Ａ−２４）による碁盤目テープ付着試験で剥離が認められなかった。４端子シート抵抗検査装置（三菱化学（株）製、ＬＯＲＥＳＴＡ  ＭＣＰ−Ｔ３５０）で測定した表面抵抗率は、１０ｍΩ／口であり、良好な結果が得られた。
【００７１】
［比較例１］
上記実施例１で用いた放射温度計（ただし、輻射熱反射カバーなし）と、上記実施例１と同じカーボンヒータ及びフィルム状基板を用意した。この放射温度計とカーボンヒータとフィルム状基板を、上記実施例１と同様に真空槽内に配置し、放射温度計の光学部をフィルム状基板の表面上に焦点を合わせた。また、上記実施例１と同様に、フィルム状基板に熱電対（Ｐｔ）を固定し、真空槽外のデジタルマルチメータと接続した。
【００７２】
次に、上記実施例１と同様に、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、カーボンヒータの入力電流を上げて行き、熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（フィルム状基板の表面温度）を計測した。
【００７３】
更に、上記実施例１と同様に、フィルム状基板に貼り付けた黒体テープに放射温度計の光学部の焦点を合わせ、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、上記と同様に熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（黒体テープの表面温度）を計測した。
【００７４】
その結果、上記放射温度計で測定したフィルム状基板の表面温度と黒体テープの表面温度の出力温度差は±５.０℃であり、上記実施例１に比べ極めて悪い結果となった。
【００７５】
［比較例２］
上記実施例１で用いた放射温度計（ただし、輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタなし）と、上記実施例２と同じプラズマ発生装置及びフィルム状基板を用意した。この放射温度計とプラズマ発生装置とフィルム状基板を、上記実施例２と同様に真空槽内に配置し、放射温度計の光学部をフィルム状基板の表面上に焦点を合わせた。また、上記実施例２と同様に、フィルム状基板に熱電対（Ｐｔ）を固定し、真空槽外のデジタルマルチメータと接続した。
【００７６】
次に、上記実施例２と同様に、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、プラズマ発生装置の入力電流を上げて行き、熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（フィルム状基板の表面温度）を計測した。
【００７７】
更に、上記実施例２と同様に、フィルム状基板に貼り付けた黒体テープに放射温度計の光学部の焦点を合わせ、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、上記と同様に熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（黒体テープの表面温度）を計測した。
【００７８】
その結果、上記放射温度計で測定したフィルム状基板の表面温度と黒体テープの表面温度の出力温度差は±７.５℃であり、上記実施例２に比べ極めて悪い結果となった。
【００７９】
［比較例３］
上記実施例２で用いた輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計と、上記実施例２と同じプラズマ発生装置及びフィルム状基板を用意した。この放射温度計とプラズマ発生装置とフィルム状基板を、放射温度計の受光用開口にプラズマ発生装置からのプラズマ光が入射するように配置した。具体的には、フィルム状基板を挟んで、放射温度計の光学部とプラズマ発生装置とが対向するように配置した。
【００８０】
次に、上記実施例２と同様に、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、プラズマ発生装置の入力電流を上げて行き、熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（フィルム状基板の表面温度）を計測した。
【００８１】
更に、上記実施例２と同様に、フィルム状基板に貼り付けた黒体テープに放射温度計の光学部の焦点を合わせ、真空槽内を４×１０−１Ｐａになるまで排気した後、上記と同様に熱電対に接続されたデジタルマルチメータの表示温度が７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃になったとき、放射温度計に表示される温度（黒体テープの表面温度）を計測した。
【００８２】
その結果、フィルム状基板の表面温度と黒体テープの表面温度の出力温度差は±１５℃であり、上記輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタ付放射温度計を用いても、受光用開口にプラズマ光が直接入射するように配置した場合には、上記実施例２に比べ極めて悪い結果となった。
【００８３】
［比較例４］
上記実施例４と同様に成膜装置によりフィルム状基板の表面に薄膜を成膜したが、各室に設置する放射温度計として輻射熱反射カバーと迷光カットフィルタのいずれも備えていない放射温度計を用いた。
【００８４】
得られたＣｕの薄膜について、上記実施例４と同様にして、外観の目視観察、テープ試験による初期付着強度、及び表面抵抗率を評価した。その結果、碁盤目テープ付着試験で剥離はなかったが、目視観察ではシワが認められた。また、表面抵抗率は１２ｍΩ／口であり、実施例４と比較して増加が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の輻射熱反射カバーを備えた放射温度計を示す概略の断面図である。
【図２】本発明の輻射熱反射カバー及び迷光カットフィルタを備えた放射温度計を示す概略の断面図である。
【図３】本発明の輻射熱反射カバーを備えた放射温度計の乾燥室内での配置例を示す概略の断面図である。
【図４】本発明の放射温度計を搭載した成膜装置の具体例を示す概略の構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１      金属保護管
２      光ファイバ
３      受光用開口
４      レンズ
５      輻射熱反射カバー
６      フレキシブルチューブ
７      迷光カットフィルタ
１０      放射温度計
１０ａ    輻射熱反射カバー付放射温度計
１０ｂ    輻射熱反射カバー及び迷光カット付放射温度計
１１      フィルム状基板
１２      加熱源
１５      乾燥室
１６      プラズマ発生装置
１７      表面改質室
１８      コーティングロール
１９      バッキングプレート
２０      防着板
２１      成膜室
２４、２５、２６      表面温度制御機構
【図１】
2007256002.tif 000003
【図２】
2007256002.tif 000004
【図３】
2007256002.tif 000005
【図４】
2007256002.tif 000006