(57)【要約】【課題】本発明は、薄膜の光学特性を効率的に測定可能な薄膜の光学特性測定方法及びその測定装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の薄膜の光学特性測定方法は、薄膜の一面より光を入射し、その一面で反射した光の光軸ベクトルを求め、反射光の光軸ベクトルに基づいて薄膜の他面から透過する光の光軸ベクトルを算出し、算出した透過光の光軸ベクトルに基づいて調芯することを特徴としている。【選択図】        図１
2004163350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜の一面より光を入射し、その一面で反射した光の強度が最大となる光軸ベクトルを求め、その反射光の光軸ベクトルに基づいて薄膜の他面から透過する光の光軸ベクトルを算出し、算出した透過光の光軸ベクトルに基づいて調芯することを特徴とする薄膜の光学特性測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜の光学特性測定方法において、少なくとも薄膜の２点以上で反射光の光軸ベクトルを求め、その反射光の光軸ベクトルに基づいて複数の点の透過光の光軸ベクトルを算出することを特徴とする薄膜の光学特性測定方法。
【請求項３】
薄膜を成膜した透光性基板を載置したステージと、透光性基板の一面に光を入射する投光手段と投光手段を走査する第１の走査手段を備えて透光性基板のその一面側に配設した投光部と、透光性基板の他面から透過した光を受光する受光手段と受光手段を走査する第２の走査手段を備え透光性基板を介して投光部のその他面側に配設した受光部と、投光手段に光を供給する光源と光の光学特性を測定する測定部と投光手段、光源並びに測定手段が連結した分岐手段を備えた測定部を有し、前記分岐手段は、投光手段と光源の連結と投光手段と測定手段の連結を切替えることを特徴とする薄膜の光学特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の光学特性測定方法及びその測定装置に係わり、詳しくは、薄膜を表面に成膜した干渉フィルタに光を入射し、該干渉フィルタを透過した光に基づいて該干渉フィルタの光学特性を測定する薄膜の光学特性測定方法及びその測定装置において、入射光と透過光の光軸を合わせる調芯機構及び調芯方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
干渉フィルタ、例えば光通信網において波長多重通信に用いられる多層膜フィルタは、母材となるガラス基板の表面に蒸着法などで薄膜を成膜して形成される。多層膜フィルタが組込まれた光通信網においてその光学特性は光信号の伝送性（信号損失、伝送速度）に影響を与えるので、光学特性を精度よく測定することは重要である。
【０００３】
多層膜フィルタの光学特性の測定は、ＪＩＳＣ５８７１（干渉フィルタ試験方法）およびＪＩＳＣ５９０１（光伝送用受動部品試験方法）に基づいて行うことが規定されており、例えば多層膜フィルタの一面に投光手段により光を入射し、多層膜フィルタを透過し、他面から出射した光を受光手段で受光し、その受光した光をパワーメータやスペクトラムアナライザでその測定が行われていた。また、下記の特許文献１または２に一例が示されるように、その光学特性の測定精度を向上するため従来から多くの提案がなされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６３６７１号公報
【特許文献２】特開平７−３２５００８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、上記多層膜フィルタを製造する場合には、例えば５〜１２インチ程度の直径のガラス基板の表面に複数層に薄膜を成膜し、成膜されたガラス基板より、例えば数ｍｍ□程度の大きさで数千〜数万個の個片を切出し、その個片を製品とする。もって、切出し工数を低減するとともに不良品の混在を防止することを目的とし、個片を切出す前に、成膜されたガラス基板の状態で切出す箇所の光学特性を測定し、測定結果の良否により切出の可否を判断することが必要であった。
【０００６】
しかしながら、成膜されたガラス基板は、薄膜とガラス基板の熱膨張率の差により発生する応力がそれに作用して歪みが発生していることがある。そのように歪んだガラス基板を、特許文献１や２のような方法で測定すると、入射光と透過光の光軸がその歪みのため一致しないので、測定する個片の箇所ごとに受光手段の位置を透過光の光軸に合わせる、いわゆる調芯と呼ばれる操作が必要となり、ガラス基板の大型化に比例して調芯のための工数が増加するという工業生産上の能率の面で問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑み発明者らが鋭意検討してなしたものであり、薄膜の光学特性を効率的に測定可能な薄膜の光学特性測定方法及びその測定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜の光学特性測定方法は、その一面で反射した光の強度が最大となる光軸ベクトルを求め、その反射光の光軸ベクトルに基づいて薄膜の他面から透過する光の光軸ベクトルを算出し、算出した透過光の光軸ベクトルに基づいて調芯することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の薄膜の光学特性測定方法は、少なくとも薄膜の２点以上で反射光の光軸ベクトルを求め、その反射光の光軸ベクトルに基づいて複数の点の透過光の光軸ベクトルを算出することもできる。
【００１０】
本発明の薄膜の光学特性測定装置は、薄膜を成膜した透光性基板を載置したステージと、透光性基板の一面に光を入射する投光手段と投光手段を走査する第１の走査手段を備えて透光性基板のその一面側に配設した投光部と、透光性基板の他面から透過した光を受光する受光手段と受光手段を走査する第２の走査手段を備え透光性基板を介して投光部のその他面側に配設した受光部と、投光手段に光を供給する光源と光の光学特性を測定する測定部と投光手段、光源並びに測定手段が連結した分岐手段を備えた測定部を有し、前記分岐手段は、投光手段と光源の連結と投光手段と測定手段の連結を切替えることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜の光学特性測定方法及びその測定装置について、その一実施態様である多層膜７１がガラス基板７２の一面に成膜された多層膜フィルタ基板（以下基板と称する。）７の光学特性の測定を例として、図１〜４に基づき説明する。図１は、基板７の光学特性測定装置（以下測定装置と称する。）の概略構成図である。図２は、図１の要部拡大図であり、測定方法を全体的に説明するための図である。図３は、図２の要部拡大図であり、測定方法の一部を詳細に説明するための図である。図４は、基板の光学特性測定方法を説明するためのフロー図である。
【００１２】
図１に示す基板７の測定装置は、
１）略中央部に光が通過できる孔部を有し多層膜７１が上方となるよう基板７を上面に載置したステージ６と、
２）基板７の下面に光α１を照射する投光手段１１及び投光手段１１を走査する第１の走査手段１３とを備え基板７の下方に配設した投光部１と、
３）基板７を透過し、基板７を透過した光α３を受光する受光手段２１及び受光手段２１を走査する第２の走査手段２３とを備え基板７を介して投光部１の上方に配設した受光部２と、
４）投光手段１１へ光α１を供給する光源３２及び受光手段２２で受光した透過光α３の光学特性を測定する測定手段３３と、光源３２、測定手段３３及び投光手段１１に連結して光を分岐する分岐手段３１を備えた測定部３と、
５）第１の走査手段１３並びに第２の走査手段２３に連結してそれらの動作を指示する走査指示手段４と、
６）走査指示手段４並びに測定手段３３に連結して測定手段３３で得られた測定値を処理しつつ走査指示手段４を制御する演算手段５とを有している。
【００１３】
上記構成の測定装置は、投光手段１１から基板７へ光α１を照射し、基板７の下面を反射した光α１´を投光手段１１で受光しつつ第１の走査手段１３で投光手段１１を走査して受光した反射光α１´の強度が最大となる光軸ベクトルを求め、その反射光α１´の光軸ベクトルに基づいて基板７を透過した光α３の光軸ベクトルを算出し、その透過光α３の光軸ベクトルに基づいて第２の走査手段２３で受光手段２１を走査し、受光手段２１を調芯し、透過光α３を受光手段２１で受光し、透過光α３を測定手段３３で測定して多層膜７１の光学特性を得るものである。以下、投光部１、受光部２、測定部３の順にそれらの詳細な構成を説明し、次に測定方法について説明する。
【００１４】
［投光部］
紙面において左右方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸及びそれぞれに直交する方向をＺ軸とし各軸の交点である投光側原点Ｏに配設した投光部１の投光手段１１は、平行な光α１を基板７の下面へ照射するものであり、例えば平行光を照射できるコリメータなど周知のものを使用する。また、第１の走査手段１３は、基板７の下面と光α１の光軸の交点ａを中心として紙面において左右方向のθｘ１軸方向及び垂直方向のθｙ１軸方向に回動可能とし、固定部材１２を介して投光手段１１を上面に配設している。
【００１５】
［受光部］
受光部２の受光手段２は、基本的には上記投光手段１１と同様なものである。また、第２の走査手段２３は、基板７の上面と透過光α３の光軸の交点ｂを中心として紙面において左右のθｘ２軸方向及び垂直方向のθｙ２軸方向に回動可能とするとともにＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とし、固定部材７を介して受光手段２を配設している。
前記第１及び第２の走査手段１３，２３には、例えばゴニオステージやＸＹステージなど周知の移動機構を用いることができる。
【００１６】
［測定部］
測定部３の光源３２は、測定対象の薄膜により適宜選択する特定波長の光を発光できる半導体レーザを発光源とし、特定波長の光α１を投光手段１１へ供給するものである。測定手段３３は、受光手段２１で受光した透過光α３の強度を測定するパワーメータと周波数を測定するスペクトラムアナライザを有している。
【００１７】
分岐手段３１には、光源３２、測定手段３３及び前記投光手段１１が、それぞれ第１の経路３１１、第２の経路３１２及び第３の経路３１３を介して結合され、その第１の経路３１１と第２の経路３１２、叉は第１の経路３１１と第３の経路３１３の連結を切り替えるものである。すなわち、第１の経路３１１と第２の経路３１２を連結して光源３２から投光手段１１へ光α１を供給し、叉は第１の経路３１１と第３の経路３１３を連結して投光手段１１を介して反射光α１´を測定手段３３に伝送する。それぞれの切替えを短時間に繰り返し行うことにより前記光源３２からの光α１の供給と反射光α１´の測定手段３３への伝送を同時に行うことが可能となる。なお、第１の経路３１１、第２の経路３１２並びに第３の経路３１３は、例えば光ファイバなどの周知の媒体を使用すればよい。
【００１８】
上記のように構成した測定装置の動作について、まず図４に基づいて全体の動作の流れを説明する。図４に示すように、基板の光学特性測定方法は、フロー図において符号Ａ〜Ｃの工程で基準ベクトル設定し、Ｄ〜Ｉの工程で調芯し、Ｊの工程で測定するものである。以下、各工程における測定装置の動作を図１〜３を用いて説明する。調芯工程において、第２の走査手段２３は、Ｘ軸とＹ軸方向及びθｘ２軸とθｙ２軸方向に受光手段２１を走査して調芯を行うが、Ｘ軸とＹ軸方向及びθｘ２軸とθｙ２軸方向の調芯の動作は基本的に同様であるので、以下Ｘ軸とθｙ２軸方向の調芯の動作について説明し、Ｙ軸とθｘ２軸方向の動作については説明を省略する。
【００１９】
［基準ベクトルの設定］
まず、基板７をステージ６に載置しない状態で、投光手段１１より投光側原点ＯからＺ軸に沿い光α１を照射する。（工程Ａ）
受光手段２１で受光した照射光α１の強度をパワーメータで測定しつつ受光手段２１を走査して光α１の強度が最大となる位置を求める。（工程Ｂ）
図２（ａ）に示すように、上述した工程Ｂにおける照射光α１の光軸ベクトル（以下基準ベクトルと称する。）βのベクトル量、すなわち基準ベクトルβの方向と大きさを求める。
その基準ベクトルβの方向は、照射光α１の強度が最大となった時の第２の走査手段２３のθｙ２軸の回転角により求められる。また、基準ベクトルβの大きさは、ベクトルの始点である投光側原点Ｏから、Ｘ、Ｙ軸に平行な平面である基準面と基準ベクトルβに沿う直線とが交わった終点である受光側原点Ｏ´までの距離である。（工程Ｃ）
【００２０】
［調芯］
基板７をステージ６へセットする。（工程Ｄ）
図２（ｂ）に示すように、基板７の下面へＺ軸に沿う光α１を照射する。（工程Ｅ）なお、始点０で終点ａの照射光α１の光軸ベクトル（以下照射ベクトルと称する。）ｕ１は基準ベクトルβと同一の方向を有している。
歪みのために屈曲した基板７に照射された照射光α１は、基板７の上下面で屈折しつつ基盤７を透過する。もって、透過光α３の光軸ベクトル（以下透過ベクトルと称する。）ｕ３は基準ベクトルβと異なるベクトル量となるので、透過ベクトルｕ３の終点、すなわち透過ベクトルｕ３に沿う直線と基準面の交点Ｐは受光側原点Ｏ´と異なった位置となる。もって、透過光α３の光軸に沿うように受光手段２１を調芯するためには、透過ベクトルｕ３のベクトル量（方向、大きさ）を求める必要がある。以下、その算出方法について図３に基づき詳細に説明する。
【００２１】
まず、透過ベクトルｕ３の方向を求める方法について説明する。図３に示すように、照射ベクトルｕ１と基板７の下面が点ａで交じるよう照射された照射光α１は、点ａおける法線（以下第１の法線と称する。）Ｎ１に対し下記数１で示される式（スネルの法則）が成り立つよう、点ａで反射する光α１´と、点ａから基板７へ進入する光α２となる。数１の式中の記号ｃ、ｃ´及びｄは、第１の法線Ｎ１に対する、照射ベクトルｕ１、始点ａで終点Ｏ´´の反射光α１´の光軸ベクトル（以下反射ベクトルと称する。）ｕ１´及び始点ａで終点ｂの進入光α２の光軸ベクトル（以下進入ベクトルと称する。）ｕ２のそれぞれのなす角度である。
【００２２】
【数１】
2004163350.tif 000003
ここで、
ｎ１：空気の屈折率
ｎ２：基板７の屈折率
【００２３】
光軸が基板７の上面と点ｂで交わるよう基板７を透過した進入光α２は、点ｂにおける法線（以下第２の法線と称する。）Ｎ２に対し下記数２で示される式を満足するよう基板７を透過し光α３となる。数２の式中の記号ｅ、ｆは、第２の法線Ｎ２に対する、進入ベクトルｕ２と、透過ベクトルｕ３のそれぞれのなす角度である。
【００２４】
【数２】
2004163350.tif 000004
【００２５】
ここで第１の法線Ｎ１と第２の法線Ｎ２の関係は、進入ベクトルの角度ｄが０．数度程度でありかつ基板７の厚みｔが数ｍｍと薄いため工業生産上実用的には平行にあると考えてよい。もって、その第１及び第２の法線Ｎ１、Ｎ２と進入ベクトルｕ２のなす角度ｄとｅは同一であり、上記した数１と２より導びかれた下記数３により角度ｃとｆは同一となる。
【００２６】
【数３】
2004163350.tif 000005
【００２７】
基準ベクトルβに対する第２の法線Ｎ２のなす角度ｈの大きさは、第１と第２の法線Ｎ１、Ｎ２が平行で基準ベクトルβと照射ベクトルｕ１のベクトル量は同一であるので角度ｃと同一となる。もって、基準ベクトルβと透過ベクトルｕ３のなす角度ｉ（角度ｆ＋角度ｈ）、すなわち透過ベクトルｕ３の方向は角度ｃを２倍したものとなる。もって、基準ベクトルβと第１の法線Ｎ１のなす角度ｃを求めることができれば透過ベクトルｕ３の方向を求めることが可能となる。
透過ベクトルｕ３の大きさは、透過ベクトルｕ３の始点である基板７の点ｂの座標を求め、点ｂを通過する透過ベクトルｕ３に沿う直線と基準面が交わる点Ｐを求め得ることができる。ここで点ｂのＸ、Ｚ軸座標は、進入ベクトルｕ２と基準ベクトルβのなす角度ｇ（角度ｄ＋角度ｃ）と基板７の厚みｔに基づいて算出することができる。
【００２８】
投光手段１１で受光した反射光α１´の強度をパワーメータで測定しながら矢印ｋで示すようにθｙ１軸方向に投光手段１１を回動し、その反射光α１´の強度が最大となる回動角を求める。その回動角における反射光α１´の反射ベクトルｕ１´の方向は第１の法線Ｎ１と同一となるので、上記角度ｃを得ることができる。（工程Ｆ、Ｇ）
【００２９】
その角度ｃに基づいて、透過ベクトルｕ３のベクトル量、すなわち透過ベクトルの方向ｕ３と基準面との交点Ｐを算出する。（工程Ｈ）
【００３０】
受光手段２１をＸ軸方向に上記交点Ｐまで移動し、透過ベクトルｕ３の方向に沿い受光手段２１のθｙ２軸方向の姿勢を設定する。（工程Ｉ）
受光手段２１で受講した透過光α３を測定手段３３で測定し、多層膜７１の光学特性を得る。（工程Ｊ）
【００３１】
以上説明したように、本発明の測定装置によれば、反射ベクトルｕ１´と基準ベクトルβのなす角度ｃを予め測定し、その角度ｃに基づいて透過ベクトルｕ３のベクトル量を算出し、その透過ベクトルｕ３のベクトル量に基づいて受光手段２１を調芯できるので、調芯に時間がかからず多層膜７１の光学特性を効率よく行うことができる。
【００３２】
上述したような基板７の歪み量は通常一定であり、基板７が水平となるよう基板７がステージ６に載置された場合には、複数の測定箇所ごとに調芯のため反射ベクトルｕ１´と基準ベクトルβのなす角度ｃを求めることなく、代表する数箇所の角度ｃの測定から複数箇所の透過ベクトルｕ３のベクトル量を算出し、受光手段２１を調芯することができる。また、下記で詳述するように、基板７が傾いてステージ６に載置された場合でも、その傾き量を算出して同様に調芯することが可能である。
【００３３】
図５に、Ｘ軸と平行な２箇所の測定位置１７、１８における入射角とそりと傾きの角度成分の関係を示す。測定位置１７、１８におけるＹ軸周りの入射角ｃ１７とｃ１８と、それぞれのＹ軸廻りのそり成分ｒ１７、ｒ１８とＹ軸廻りの傾き成分ｍ１７、ｍ１８との関係は数４，５となる。
【００３４】
【数４】
2004163350.tif 000006
【００３５】
【数５】
2004163350.tif 000007
【００３６】
基板７の歪み量（ｒ）は一定であるので、上記ｒ１７とｒ１８は同一の大きさ（ｒ）となる。また、基板７の傾き量（ｍ）も一定であるが、測定位置１７と側定位置１８では傾きに対する入射角の変化方向が正反対方向となるため、入射角ｃ１７とｃ１８は数６、７となる。
【００３７】
【数６】
2004163350.tif 000008
【００３８】
【数７】
2004163350.tif 000009
入射角ｃ１７とｃ１８の差をとる事によりＹ軸周りの傾きｍは数８で得られる
【００３９】
【数８】
2004163350.tif 000010
【００４０】
数８で得られるＹ軸周りの傾きｍより、Ｙ軸周りのそり成分ｒは下式で算出できる。
【００４１】
【数９】
2004163350.tif 000011
【００４２】
同様の測定と計算をＹ軸に平行な２点の測定箇所で行う事により、Ｘ軸周りの反り成分と傾き成分を得る事が出来る。さらに測定箇所を増やす事によって、算出値精度を向上できる事は言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の薄膜の光学特性測定方法及び測定装置によれば、予め測定した反射光の光軸ベクトルにより受光手段の調芯を行うことができ、極めて能率的に薄膜の光学特性を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の測定装置における測定方法を説明するための図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図１の測定装置による測定方法のフローを示す図である。
【図５】図１の測定装置における別の測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１：投光部、１１：投光手段、１２：固定部材、１３：第１の走査手段
２：受光部、２１：受光手段、２２：固定部材、２３：第２の走査手段
３：測定部、３１：分岐手段、３２：光源、３３測定手段
４：走査指示手段、５：演算手段、６：ステージ
７：基板、７１：多層膜、７２：母材
【図１】
2004163350.tif 000012
【図２】
2004163350.tif 000013
【図３】
2004163350.tif 000014
【図４】
2004163350.tif 000015
【図５】
2004163350.tif 000016