(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に複数層からなる膜を成膜する成膜装置において、
成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタと、
成膜された層による第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタと、
毎層成膜後に、最上に成膜された層の膜厚を求める手段と、
を備え、
前記第１の波長域が可視域内の波長域であり、前記第２の波長域が赤外域内の波長域であり、
前記膜厚を求める手段は、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さ以下であるか又は所定層数以下である場合には、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、前記最上に成膜された層の膜厚を求め、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さより厚いか又は所定層数より多い場合には、前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、前記最上に成膜された層の膜厚を求め、
前記所定厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値であり、前記所定層数は前記成膜された層の全体の厚さが１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値となる層数であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
基体上に複数層からなる膜を成膜する成膜装置において、
成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタと、
成膜された層による第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタと、
毎層成膜後に、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性及び前記第２の光学モニタにより測定された分光特性の両方を合わせた全体の分光特性に基づいて、最上に成膜された層の膜厚を求める手段と、
を備え、
前記第１の波長域が可視域内の波長域であり、前記第２の波長域が赤外域内の波長域であり、
前記膜厚を求める手段は、前記全体の分光特性に、前記最上に成膜された層の厚さを種々に仮定して計算された対応する分光特性をフィッティングさせることによって、前記最上に成膜された層の膜厚を求め、
前記膜厚を求める手段は、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さ以下であるか又は所定層数以下である場合には、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性を前記第２の光学モニタにより測定された分光特性に比べて重視して前記フィッティングを行い、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さより厚いか又は所定層数より多い場合には、前記第２の光学モニタにより測定された分光特性を前記第１の光学モニタにより測定された分光特性に比べて重視して前記フィッティングを行い、
前記所定厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値であり、前記所定層数は前記成膜された層の全体の厚さが１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値となる層数であることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
前記膜が赤外域内の所定波長域で使用される光学薄膜であり、前記第２の波長域が前記所定波長域を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記膜を構成する層のうちの少なくとも１つの層について、当該層が最上に成膜された状態で、前記膜厚を求める手段により求められた膜厚に基づいて、当該層以降に成膜される層の膜厚設定値を調整する調整手段を、備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
基体と、該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、
前記光学薄膜を構成する各層の膜厚設定値に基づいて、前記各層を順次成膜する段階と、
成膜された各層の膜厚を求める段階とを、
備え、
前記膜厚を求める段階では、成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタ及び成膜された層による第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタを用い、毎層成膜後に、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さ以下であるか又は所定層数以下である場合には、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、最上に成膜された層の膜厚を求め、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さより厚いか又は所定層数より多い場合には、前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、最上に成膜された層の膜厚を求め、
前記第１の波長域が可視域内の波長域であり、前記第２の波長域が赤外域内の波長域であり、
前記所定厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値であり、前記所定層数は前記成膜された層の全体の厚さが１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値となる層数であることを特徴とする光学部材の製造方法。
【請求項６】
前記光学薄膜を構成する層のうちの少なくとも１つの層について、当該層が最上に成膜された状態で、前記膜厚を求める段階で求められた膜厚に基づいて、当該層以降に成膜される層の膜厚設定値を調整する段階を、備えたことを特徴とする請求項５記載の光学部材の製造方法。
【請求項７】
前記光学薄膜が赤外域内の所定波長域で使用されるものであり、前記第２の波長域が前記所定波長域を含むことを特徴とする請求項５又は６記載の光学部材の製造方法。
【請求項８】
基体と、該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、
請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜装置を用いて、前記基体上に前記光学薄膜を成膜する段階を備えたことを特徴とする光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体上に複数層からなる膜を成膜する成膜装置、及び、基体と該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜とを有する光学部材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学フィルタやレンズや反射鏡等の光学部材には、波長ごとの透過率や反射率を所定の特性にしたり、波長ごとの位相特性を所定の特性にしたり、反射防止を行ったりするために、その表面に複数層からなる光学薄膜が成膜されることが多い。この膜の層数は数十層に達するものがあり、光学薄膜を構成する各層の厚さを制御することにより、所定の光学特性を得るようになっている。このような光学薄膜やその他の膜の成膜には、スパッタ装置や真空蒸着装置などの成膜装置が用いられている。
【０００３】
従来の成膜装置では、成膜された層による可視域内の波長域の分光特性を測定する可視域光学モニタが搭載され、この可視域光学モニタにより測定された分光特性に基づいて、成膜された各層の膜厚を求め、途中の層まで成膜された段階の各層の膜厚をその後に成膜される層の膜厚に反映させることにより、正確に再現された所望の特性を有する膜を得ようとしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１７４２２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の成膜装置では、成膜された層による分光特性を測定する光学モニタとして、可視域光学モニタのみが搭載されていたので、以下に説明する種々の不都合が生じていた。以下の説明では、光学薄膜を成膜する場合を例に挙げて説明するが、光学薄膜以外の膜についても同様である。
【０００６】
例えば、光通信用の光学部材などのように赤外域の所定波長域で使用される光学部材においては、使用波長が長くなる関係から光学薄膜を構成する各層の膜厚が厚くなる。このような光学薄膜の各層を順次成膜していき、成膜された総膜厚が厚くなると、可視域での分光特性（例えば、分光透過率特性）は、波長の変化に対して大きくかつ急峻な繰り返し変化が現れたものとなる。この理由は、短波長領域において各層の境界での反射光が重なり合って高次の干渉を起こすためであり、この干渉の結果生じる分光特性は、一般に波長依存性が急峻となるからである。
【０００７】
一方、可視域光学モニタの分解能は、主として分光器の分解能で決定され、次のような感度分布を有している。すなわち、ある波長の受光量として検出されるのは、その波長の光のみではなく、その波長を中心とするある帯域の波長の光である。そのため、理想的なδ関数型の波長特性を有する光が受光器に入射した場合でも、観測される分光特性はδ関数型とならず、なまってしまう。
【０００８】
したがって、成膜された総膜厚が厚くなると、波長の変化に対して大きくかつ急激な繰り返し変化が現れた可視域の分光特性がそのまま測定されるべきであるのに、可視域光学モニタにて実際に得られる分光特性は、波長変化に対する変化がさほど現れない、なまった特性となってしまう。このように、成膜された総膜厚が厚くなると、可視域光学モニタの測定精度が低下する。このため、前記従来の成膜装置では、成膜された総膜厚が厚くなると、精度良く膜厚を求めることができず、ひいては、正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜を得ることが困難であった。
【０００９】
そこで、前記従来の成膜装置では、実際には、作製しようとする光学部材の基体の他に、膜厚測定用のダミーの基体としてのモニタ基板（例えば、ガラス基板）にも、同じように各層を成膜していき、可視域光学モニタでモニタ基板の分光特性を測定し、成膜の途中で、モニタ基板上の層の総膜厚又は層数が所定以上となったときに、モニタ基板を新しいものに交換していた。この場合には、本来の基体上に成膜される光学薄膜の総膜厚及び層数が多くても、各モニタ基板上の層厚及び層数が所定以下に限定されるので、各層の膜厚を精度良く求めることができる。しかしながら、この場合には、モニタ基板の交換に時間を要するため、生産性が低下していた。
【００１０】
また、前記従来の成膜装置では、可視域光学モニタのみが搭載されていたので、光通信用の光学部材などのように赤外域の所定波長域で使用される光学部材を製造する場合には、前記所定波長域（当該光学部材の実用波長域）での光学特性を得ることができなかった。このため、前記従来の成膜装置では、現在のバッチの際（現在の基体上への現在の光学薄膜の成膜時）に得られた情報に基づいて、次のバッチの際（次の基体上への次の光学薄膜の成膜時）に用いる各層の膜厚設定値や成膜条件を決めることにより、次のバッチでより精度良く所望の光学特性を持つ光学薄膜を得ようとする場合、前記情報として、現在のバッチの際に得られた各層の膜厚を用いることができるに留まり、当該光学部材の実用波長域での光学特性を用いることができなかった。したがって、前記従来の成膜装置によれば、この点からも、正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜を得ることが困難であった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、前記従来の成膜装置で生じていた前述した種々の不都合のうちの少なくとも１つを解消することができる、成膜装置及び光学部材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による成膜装置は、基体上に複数層からなる膜を成膜する成膜装置において、成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタと、成膜された層による第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタと、を備えたものである。
【００１３】
本発明の第２の態様による成膜装置は、前記第１の態様において、前記第１の波長域が可視域内の波長域であり、前記第２の波長域が赤外域内の波長域であるものである。
【００１４】
本発明の第３の態様による成膜装置は、前記第１の態様において、前記第１及び第２の波長域が赤外域内の波長域であり、前記第２の波長域は前記第１の波長域内の一部の波長域であるものである。
【００１５】
本発明の第４の態様による成膜装置は、前記第２又は第３の態様において、前記膜が赤外域内の所定波長域で使用される光学薄膜であり、前記第２の波長域が前記所定波長域を含むものである。
【００１６】
本発明の第５の態様による成膜装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性及び前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のうちの少なくとも一方に基づいて、成膜された各層の膜厚を求める手段を、備えたものである。
【００１７】
本発明の第６の態様による成膜装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性に基づいて、成膜された各層の膜厚を求める手段と、前記膜を構成する全ての層が成膜された状態で前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のうち、少なくとも一部の波長域の分光特性を示すデータを記憶する記憶手段と、を備えたものである。
【００１８】
本発明の第７の態様による成膜装置は、前記第６の態様において、前記膜を構成する層のうちの一部の層のみが成膜された状態で前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のうち、少なくとも一部の波長域の分光特性を示すデータを記憶する記憶手段を、備えたものである。
【００１９】
本発明の第８の態様による成膜装置は、前記第２の態様において、毎層成膜後に、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性及び前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のうちのいずれか一方のみに基づいて、最上に成膜された層の膜厚を求める手段を、備え、前記膜厚を求める手段は、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さ以下であるか又は所定層数以下である場合には、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、前記最上に成膜された層の膜厚を求め、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さより厚いか又は所定層数より多い場合には、前記第２の光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、前記最上に成膜された層の膜厚を求めるものである。
【００２０】
この第８の態様において、成膜された層の全体の厚さ（総膜厚）で場合分けするときには、前記所定厚さを１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値（より好ましくは、６μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値）とすることが好ましい。これは、以下に説明する理由による。
【００２１】
毎層成膜後に、可視域内の波長域の分光特性を測定する光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて、最上に成膜された層の膜厚を求めると、総膜厚が約１０μｍを越えるような場合に、特に膜厚測定精度が悪くなることが見出された。これは、総膜厚が厚くなると、膜厚の測定に使用される分光透過率又は分光反射率の、波長による変化が非常に激しくなり、極僅かの波長の変化に対しても大きく変化するようになるためであると考えられる。一方、一般に使用されている分光器の波長分解能は０．５ｎｍ程度であり、膜厚が１０μｍ程度を越える領域で±０．１ｎｍ程度の精度で膜厚を測定しようとすると、０．５ｎｍ程度の波長分解能の分光器では、測定精度が不十分となるのである。
【００２２】
しかし、実際に使用されている光学素子においては、設計値と実際値の差を±０．０２％程度にしなければならない場合が多く、かつ、通常得られる分光透過率計又は分光反射率計の波長分解能は０．５ｎｍ程度である。このことから考えて、実際上必要とされる厚さ測定精度である±０．１ｎｍを確保するためには、実験によると、可視域内の波長域の分光特性を測定する光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて膜厚測定を行う場合、少なくとも総膜厚を１０μｍ以下に抑える必要がある。
【００２３】
一方、可視域内の波長域の分光特性を測定する光学モニタにより測定された分光特性のみに基づいて膜厚測定を行う場合、総膜厚が１μｍ未満では±０．１ｎｍの測定精度が十分に確保され、総膜厚が１μｍ以上６μｍ未満でも測定精度はさほど低下しない。
【００２４】
よって、場合の基準とする前記所定厚さを１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値とすることが好ましく、６μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値とすることがより好ましい。
【００２５】
本発明の第９の態様による成膜装置は、前記第２の態様において、（ａ）毎層成膜後に、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性及び前記第２の光学モニタにより測定された分光特性の両方を合わせた全体の分光特性に基づいて、最上に成膜された層の膜厚を求める手段を、備え、（ｂ）前記膜厚を求める手段は、前記全体の分光特性に、前記最上に成膜された層の厚さを種々に仮定して計算された対応する分光特性をフィッティングさせることによって、前記最上に成膜された層の膜厚を求め、（ｃ）前記膜厚を求める手段は、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さ以下であるか又は所定層数以下である場合には、前記第１の光学モニタにより測定された分光特性を前記第２の光学モニタにより測定された分光特性に比べて重視して前記フィッティングを行い、成膜された層の全体の厚さ又は層数が所定厚さより厚いか又は所定層数より多い場合には、前記第２の光学モニタにより測定された分光特性を前記第１の光学モニタにより測定された分光特性に比べて重視して前記フィッティングを行うものである。
【００２６】
この第９の態様において、成膜された層の全体の厚さ（総膜厚）で場合分けするときには、前記所定厚さを１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値（より好ましくは、６μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値）とすることが好ましい。これは、前記第８の態様に関連して説明した理由と同様の理由による。
【００２７】
本発明の第１０の態様による成膜装置は、前記第８又は第９の態様において、前記膜が赤外域内の所定波長域で使用される光学薄膜であり、前記第２の波長域が前記所定波長域を含むものである。
【００２８】
本発明の第１１の態様による成膜装置は、前記第５乃至第１０のいずれかの態様において、前記膜を構成する層のうちの少なくとも１つの層について、当該層が最上に成膜された状態で、前記膜厚を求める手段により求められた膜厚に基づいて、当該層以降に成膜される層の膜厚設定値を調整する調整手段を、備えたものである。
【００２９】
本発明の第１２の態様による成膜装置は、前記第１の態様において、前記膜が赤外域内の所定波長域で使用される光学薄膜であり、前記第２の波長域が前記所定波長域を含み、成膜された各層の膜厚を求める手段と、前記膜を構成する層のうちの一部の層のみが成膜された状態で前記第２の光学モニタにより測定された前記所定波長域の分光特性と、前記膜厚を求める手段により求められた前記一部の層の各層の膜厚に基づいて計算された分光特性との、ずれの評価値が、所定の許容範囲内であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記評価値が前記所定の許容範囲内でないと判定された場合に、前記一部の層以降の層の成膜を中止する手段と、を備えたものである。
【００３０】
本発明の第１３の態様による光学部材の製造方法は、基体と、該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、前記光学薄膜を構成する各層の膜厚設定値に基づいて、前記各層を順次成膜する段階と、成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタ、及び、成膜された層による第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタのうちの、少なくとも一方の光学モニタにより測定された分光特性に基づいて、成膜された各層の膜厚を求める段階を、備えたものである。
【００３１】
本発明の第１４の態様による光学部材の製造方法は、基体と、該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、前記光学薄膜を構成する各層の膜厚設定値に基づいて、前記各層を順次成膜する段階と、成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタにより測定された分光特性に基づいて、成膜された各層の膜厚を求める段階と、前記光学薄膜を構成する全ての層が成膜された状態で、成膜された層による前記第１の波長域と異なる第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタにより測定された分光特性のうち、少なくとも一部の波長域の分光特性に基づいて、次の基体上に次の光学薄膜を形成するために用いる当該次の光学薄膜を構成する各層の前記膜厚設定値又は成膜条件を求める段階と、を備えたものである。
【００３２】
本発明の第１５の態様による光学部材の製造方法は、基体と、該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、前記光学薄膜を構成する各層の膜厚設定値に基づいて、前記各層を順次成膜する段階と、成膜された層による第１の波長域の分光特性を測定する第１の光学モニタにより測定された分光特性に基づいて、成膜された各層の膜厚を求める段階と、前記光学薄膜を構成する層のうちの一部の層のみが成膜された状態及び前記光学薄膜を構成する全ての層が成膜された状態で、成膜された層による前記第１の波長域と異なる第２の波長域の分光特性を測定する第２の光学モニタにより測定された各分光特性のうち、少なくとも一部の波長域の各分光特性に基づいて、次の基体上に次の光学薄膜を形成するために用いる当該次の光学薄膜を構成する各層の前記膜厚設定値又は成膜条件を求める段階と、を備えたものである。
【００３３】
本発明の第１６の態様による光学部材の製造方法は、前記第１３乃至第１５のいずれかの態様において、前記光学薄膜を構成する層のうちの少なくとも１つの層について、当該層が最上に成膜された状態で、前記膜厚を求める段階で求められた膜厚に基づいて、当該層以降に成膜される層の膜厚設定値を調整する段階を、備えたものである。
【００３４】
本発明の第１７の態様による光学部材の製造方法は、前記第１３乃至第１６のいずれかの態様において、前記第１の波長域が可視域内の波長域であり、前記第２の波長域が赤外域内の波長域であるものである。
【００３５】
本発明の第１８の態様による光学部材の製造方法は、前記第１３乃至第１６のいずれかの態様において、前記第１及び第２の波長域が赤外域内の波長域であり、前記第２の波長域は前記第１の波長域内の一部の波長域であるものである。
【００３６】
本発明の第１９の態様による光学部材の製造方法は、前記第１７又は第１８の態様において、前記光学薄膜が赤外域内の所定波長域で使用されるものであり、前記第２の波長域が前記所定波長域を含むものである。
【００３７】
本発明の第２０の態様による光学部材の製造方法は、基体と、該基体上に成膜された複数層からなる光学薄膜と、を有する光学部材の製造方法であって、前記第１乃至第１２のいずれかの態様による成膜装置を用いて、前記基体上に前記光学薄膜を成膜する段階を備えたものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による成膜装置及び光学部材の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００３９】
［第１の実施の形態］
【００４０】
図１は、本発明の第１の実施の形態による成膜装置の回転テーブルを下から見た状態を模式的に示す図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った本実施の形態による成膜装置の要部を模式的に示す概略断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ’線に沿った本実施の形態による成膜装置の要部を模式的に示す概略断面図である。図４は、本実施の形態による成膜装置を用いて製造される光学部材１０の一例を模式的に示す概略断面図である。図５は、本実施の形態による成膜装置の制御系統の要部を示す概略ブロック図である。
【００４１】
本実施の形態による成膜装置の説明に先立って、この成膜装置を用いて製造される光学部材１０の一例について、説明する。本例では、光学部材１０は、光通信用や宇宙用や衛星用の光学部材などのように、赤外域の所定波長域（実用波長域）で使用される光学部材である。光学部材１０の実用波長域は、例えば、１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍ（いわゆるＣバンド）である。
【００４２】
この光学部材１０は、例えば干渉フィルタとして構成され、基体としてのガラス等からなる透明の平板である基板１１と、基板１１上に成膜された複数の層Ｍ１〜Ｍｎ（ｎは２以上の整数）からなる光学薄膜１２と、から構成されている。もっとも、光学部材１０は、干渉フィルタに限定されるものではなく、レンズやプリズムやミラー等でもよく、例えば、レンズの場合には、基体として、基板１１の代わりに曲面を有するガラス部材等が用いられる。
【００４３】
本例では、層Ｍ１〜Ｍｎは、高屈折率物質の層（例えば、Ｎｂ２Ｏ５）と低屈折率物質（例えば、ＳｉＯ２）との交互層となっており、光学薄膜１２は２種類の物質の交互層で構成されている。もっとも、光学薄膜１２は、３種類以上の物質の層で構成してもよい。
【００４４】
光学部材１０は、各層Ｍ１〜Ｍｎの材質、層数ｎ、厚さを適宜定めることにより、所望の光学特性（以下の説明では、分光透過率特性であるものとするが、これに限定されるものではなく、分光反射率特性や位相特性等でもよい。）が得られるようになっている。
【００４５】
本実施の形態による成膜装置は、スパッタ装置として構成され、図１乃至図３に示すように、成膜室としての真空チャンバ１と、真空チャンバ１内に設けられた回転テーブル２と、２つのスパッタ源３（図では１つのみを示している。）と、３つの光学モニタ４，５，６と、を備えている。
【００４６】
回転テーブル２は、図示しないモータ等のアクチュエータにより、回転軸７の回りに回転し得るようになっている。回転テーブル２の下面には、図示しないホルダを介して、光学部材１０を構成すべき基板１１、及び、モニタ基板２１が、軸７を中心とした同心円上の各位置に、取り付けられるようになっている。図１乃至図３に示す例では、７個の基板１１と１個のモニタ基板２１が回転テーブル２に取り付けられている。
【００４７】
２つのスパッタ源３は、真空チャンバ１の下部において、回転テーブル２の回転に伴って基板１１，２１と対向し得る２箇所の位置に、それぞれ配置されている。本実施の形態では、２つのスパッタ源３は、そこから層を構成する成分の粒子が飛び出して、基板１１及びモニタ基板２１の表面に当たって層を形成する。本実施の形態では、２つのスパッタ源３は、互いにターゲットの材質が異なり、前述した高屈折率物質及び低屈折率物質の粒子がそれぞれ飛び出すようになっている。
【００４８】
モニタ基板２１は、例えば、ガラス基板等の透明な平板からなる。前述したように光学部材１０の基体として平板の基板が用いられているので、基板１１及びモニタ基板２１として、同じ基板が用いられている。モニタ基板２１は、膜厚測定用のダミーの基体（すなわち、最終的に、光学部材１０とならない基体）であり、その上に成膜された膜の厚さを測定することにより、それと同条件で成膜される基板１１上の膜厚を間接的に測定するものである。モニタ基板２１は、場合によっては必ずしも用いる必要はない。ただし、光学部材１０がレンズである場合のように、その表面が曲面である場合には、その表面上の膜厚を正確に測定することが困難であるため、モニタ基板２１を用いることが好ましい。
【００４９】
図２及び図３に示すように、真空チャンバ１の上面には３つの窓１４ｂ，１５ｂ，１６ｂが設けられ、真空チャンバ１の下面には３つの窓１４ａ，１５ａ，１６ａが設けられている。一対の窓１４ａ，１４ｂは、回転テーブル２の回転に伴って基板１１，２１が通過する所定の位置を挟むように、配置されている。他の一対の窓１５ａ，１５ｂ及び更に他の一対の窓１６ａ，１６ｂも、同様に配置されている。
【００５０】
光学モニタ４は、投光器４ａと、投光器４ａから照射されて窓１４ａ、基板１１又はモニタ基板２１、及び窓１４ｂを透過した光を分光して受光する受光器４ｂと、から構成され、基板１１又はモニタ基板２１上に成膜された膜による分光透過率を測定し得るようになっている。同様に、光学モニタ５は、投光器５ａと、投光器５ａから照射されて窓１５ａ、基板１１又はモニタ基板２１、及び窓１５ｂを透過した光を分光して受光する受光器５ｂと、から構成され、基板１１又はモニタ基板２１上に成膜された膜による分光透過率を測定し得るようになっている。同様に、光学モニタ６は、投光器６ａと、投光器６ａから照射されて窓１６ａ、基板１１又はモニタ基板２１、及び窓１６ｂを透過した光を分光して受光する受光器６ｂと、から構成され、基板１１又はモニタ基板２１上に成膜された膜による分光透過率を測定し得るようになっている。
【００５１】
光学モニタ４は、可視域内の所定波長域、例えば、４００ｎｍ〜８５０ｎｍの分光透過率を測定するように、構成されている。光学モニタ５は、赤外域内の所定波長域、例えば、１０００ｎｍ〜１７００ｎｍの分光透過率を測定するように構成されている。光学モニタ６は、光学部材１０の実用波長域、例えば、１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍの分光透過率を測定するように構成されている。各光学モニタ４〜６は、各測定波長域に特化して構成されている。
【００５２】
本実施の形態では、光学モニタ５の測定波長域が、光学モニタ６の測定波長域である光学部材１０の実用波長域を含んでいるので、光学モニタ５によって光学部材１０の実用波長域を測定することも可能である。したがって、光学モニタ６を設けずに、光学モニタ５に光学モニタ６の機能も兼用させることが可能である。しかしながら、本実施の形態のように光学モニタ５，６を別個に構成すると、光学モニタ５の測定波長域より光学モニタ６の測定波長域の方が狭いので、光学モニタ５の分解能に比べて光学モニタ６の分解能を高めることができる。このため、実用波長域の分光透過率を高い分解能で測定することができ、有利である。各層の膜厚決定のために光学部材１０の実用波長域の分光透過率を用いることができる場合には、逆に、光学モニタ５を設けずに、光学モニタ６を膜厚モニタ用としても用いることができる。
【００５３】
以下の説明では、便宜上、光学モニタ４を可視域光学モニタ、光学モニタ５を膜厚測定用赤外モニタ、光学モニタ６を実用波長域赤外モニタと呼ぶ。
【００５４】
本実施の形態による成膜装置は、図５に示すように、後述する動作を実現するため装置全体を制御するとともに所定の演算等を行う、例えばコンピュータ等で構成される制御・演算処理部１７と、使用者が指令やデータ等を制御・演算処理部１７に入力するための操作部１８と、ＣＲＴ等の表示部１９と、を備えている。制御・演算処理部１７は、その内部に、メモリ２０を有している。勿論、内部メモリ２０に代えて外部メモリを用いてもよい。また、本実施の形態による成膜装置は、周知の成膜装置と同様に、真空チャンバ１内を真空に引くためのポンプや、真空チャンバ１内に所定のガスを供給するガス供給部なども備えているが、その説明は省略する。
【００５５】
次に、本実施の形態による成膜装置の動作の一例について、図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態による成膜装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【００５６】
回転テーブル２に未成膜の基板１１及びモニタ基板２１を取り付けた状態で、成膜を開始する。
【００５７】
まず、使用者が、操作部１８を操作して、初期設定を行う（ステップＳ１）。この初期設定では、後述するステップＳ４の膜厚モニタ用光学測定の測定モードを、可視域測定モード（膜厚モニタ用光学測定を可視域光学モニタ４により行うモード）及び赤外域測定モード（膜厚モニタ用光学測定を膜厚測定用赤外モニタ５により行うモード）のいずれにするかの設定情報を入力する。また、この初期設定では、事前の設計等に従って予め求めた、光学部材１０の所望の光学特性が得られるような各層Ｍ１〜Ｍｎの膜厚設定値、材質、層数ｎ、成膜条件等を、入力する。なお、制御・演算処理部１７に光学薄膜１２の設計機能を持たせ、使用者が所望の光学特性を入力すると、制御・演算処理部１７が、当該設計機能により、各層Ｍ１〜Ｍｎの膜厚設定値、材質、層数ｎ、成膜条件等を自動的に求めるようにすることも、可能である。さらに、この初期設定では、いずれの層まで成膜されたときに後述するステップＳ６の実用波長域の光学測定を行うかの設定情報なども、入力しておく。この層の選択は、例えば、全層Ｍ１〜Ｍｎとしてもよいし、最上層Ｍｎのみとしてもよいし、最上層Ｍｎと他の任意の１つ以上の層（例えば、所定数置きの層）としてもよい。いずれの層も選択せずに、いずれの層についてもステップＳ６の実用波長域の光学測定を行わない設定としてもよいが、最低限、最上層Ｍｎを選択することが好ましい。
【００５８】
次に、制御・演算処理部１７は、現在の層が基板１１側から数えて何番目の層であるかを示すカウント値ｍを１にセットする（ステップＳ２）。
【００５９】
次いで、制御・演算処理部１７の制御下で、ｍ番目の層の成膜を、当該層に対して設定されている膜厚設定値及び成膜条件等に基づいて、例えば時間管理で行う（ステップＳ３）。１番目の層Ｍ１の場合、ステップＳ１で設定された膜厚設定値に基づいて成膜されるが、２番目以降の層の場合、後述するステップＳ９で膜厚設定値が調整されていれば最新に調整された膜厚設定値に基づいて、成膜される。成膜中は、回転テーブル２を回転させ、ｍ番目の層の材質に対応するスパッタ源３に対応して設けられたシャッター（図示せず）のみを開き、当該スパッタ源３からの粒子が基板１１及びモニタ基板２１上に堆積されるようにする。ｍ番目の層の成膜が終了すると、前記シャッターが閉じられる。
【００６０】
その後、制御・演算処理部１７の制御下において、ステップＳ１で設定された測定モードで、膜厚モニタ用光学測定が行われる（ステップＳ４）。
【００６１】
ステップＳ１で可視域測定モードが設定された場合には、ステップＳ４において、可視域光学モニタ４により、モニタ基板２１又は基板１１の前述した可視域内の所定波長域の分光透過率が測定され、そのデータが、現在のカウント値ｍと関連づけてメモリ２０に記憶される。可視域光学モニタ４による測定は、回転テーブル２が回転している状態でモニタ基板２１又は基板１１が投光器４ａと受光器４ｂとの間に位置しているときに、あるいは、モニタ基板２１又は基板１１が投光器４ａと受光器４ｂとの間に位置した状態で回転テーブル２を停止させて、行われる。
【００６２】
一方、ステップＳ１で赤外域測定モードが設定された場合には、ステップＳ４において、膜厚測定用赤外モニタ５により、モニタ基板２１又は基板１１の前述した赤外域内の所定波長域の分光透過率が測定され、そのデータが、現在のカウント値ｍと関連づけてメモリ２０に記憶される。膜厚測定用赤外モニタ５による測定は、回転テーブル２が回転している状態でモニタ基板２１又は基板１１が投光器５ａと受光器５ｂとの間に位置しているときに、あるいは、モニタ基板２１又は基板１１が投光器５ａと受光器５ｂとの間に位置した状態で回転テーブル２を停止させて、行われる。
【００６３】
ステップＳ４では、いずれの測定モードであっても、基本的に、モニタ基板２１及び基板１１のいずれの分光透過率特性を測定してもよい。また、使用者が、各層毎に任意に、モニタ基板２１及び基板１１うちのいずれの分光透過率特性を測定するかを、予め設定できるようにしてもよい。
【００６４】
ステップＳ４の膜厚モニタ用光学測定が終了すると、制御・演算処理部１７は、ステップＳ１で設定された設定情報に基づいて、現在のｍ番目の層まで成膜された時に（すなわち、ｍ番目の層が最上に成膜された状態で）、ステップＳ６の実用波長域の光学測定を行うか否かを判定する（ステップＳ５）。実用波長域の光学測定を行わないと判定されるとステップＳ７へ直接移行し、実用波長域の光学測定を行うと判定されると、ステップＳ６を経た後にステップＳ７へ移行する。
【００６５】
ステップＳ６では、実用波長域赤外モニタ６により、モニタ基板２１又は基板１１の前述した実用波長域の分光透過率が測定され、そのデータが、メモリ２０に記憶される。実用波長域赤外モニタ６による測定は、回転テーブル２が回転している状態で基板１１が投光器６ａと受光器６ｂとの間に位置しているときに、あるいは、基板１１が投光器６ａと受光器６ｂとの間に位置した状態で回転テーブル２を停止させて、行われる。
【００６６】
ステップＳ７において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ６で測定された分光透過率特性に基づいて、現在のｍ番目の層の膜厚を決定する。分光透過率特性から膜厚を求める手法自体は、公知の種々の手法や後述する図７中のステップＳ３０，３１と同様のフィッティングを採用することができる。
【００６７】
次いで、制御・演算処理部１７は、ｍ＝ｎであるか、すなわち最終層Ｍｎまで成膜が終了したか否かを判定する（ステップＳ８）。終了していなければ、ｍ番目までの層の、各層毎のステップＳ６で求められた各膜厚に基づいて、ｍ＋１番目以降の層（未成膜の層）の膜厚設定値を、最終的に得られる光学部材１０の光学特性が所望の光学特性となるように、最適化して調整する（ステップＳ９）。このような最適化は、例えば、公知の種々の手法に従って行うことができる。このステップＳ９で調整されたｍ＋１番目以降の層の膜厚設定値が、ｍ＋１番目以降の層の成膜の際のステップＳ３において用いられる。ステップＳ９の調整の後、層数のカウント値ｍを１だけカウントアップし（ステップＳ１０）、ステップＳ３へ戻る。
【００６８】
一方、ステップＳ８において最終層Ｍｎまで成膜が終了したと判定されると、メモリ２０に記憶されている、各ステップＳ６で測定された実用波長域の分光透過率特性、及び、各ステップＳ７で決定された各層の膜厚が、関連づけられているカウント値ｍ（いずれの層が最上に成膜されときのデータかを示す情報）と共に、表示部１９に表示され、また、必要に応じて外部のパーソナルコンピュータ等へ出力され（ステップＳ１１）、当該基板１１に対する光学薄膜１２の成膜を終了する。
【００６９】
このようにして光学部材１０を製造することができる。
【００７０】
そして、使用者は、ステップＳ１１で表示や出力された各層の膜厚及び実用波長域の分光透過率特性に基づいて、それらと当初の各層の膜厚設定値や光学部材１０の所望の光学特性との比較などから、次の基板１１上に次の光学薄膜１２を成膜したときにより所望の光学特性に近い光学特性を得ることができるように、次の基板１１上に次の光学薄膜１２を成膜する際にステップＳ１で設定する各層の膜厚設定値及び成膜条件を求める。次の基板１１上に次の光学薄膜１２を成膜するときには、このようにして求めた各層の膜厚設定値及び成膜条件をステップＳ１で設定する。
【００７１】
このように、本実施の形態では、今回基板１１上に光学薄膜１２を成膜したときに得た情報を、次の基板上１１に光学薄膜１２を成膜する際にステップＳ１で設定する各層の膜厚設定値及び成膜条件へ反映させるフィードバックを、使用者が介在することにより行っている。しかし、このようなフィードバック機能を制御・演算処理部１７に持たせておくことによって、その処理の自動化を図ることも可能である。この場合、例えば、今回基板１１上に光学薄膜１２を成膜したときに得た情報と、次の基板１１上に光学薄膜１２を成膜するときに初期的に設定すべき各層の膜厚設定値及び成膜条件との、対応関係を示すルックアップテーブル等を予め構築しておき、制御・演算処理部１７はこのルックアップテーブル等を参照することにより前述したフィードバックを行うようにすればよい。
【００７２】
本実施の形態によれば、以下に説明する種々の利点を得ることができる。
【００７３】
第１の利点について説明すると、本実施の形態では、ステップＳ４の膜厚モニタ用光学測定の測定モードをいずれの測定モードに設定した場合であっても、ステップＳ６で赤外域内の実用波長域の光学特性を行うタイミングを決める層をステップＳ１で最上層Ｍｎに設定しておけば、最終的に光学薄膜１２が全て成膜された光学部材１０の赤外域内の実用波長域の分光透過率特性がステップＳ６で測定されるので、この情報を次の基板１１上の次の光学薄膜１２の成膜に反映させるフィードバックを行うことが可能となる。したがって、より正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜１２を得ることができる。特に、実用波長域の光学特性を行うタイミングを決める層を最上層Ｍｎのみならず他の１つ以上の層もに設定しておけば、途中の層まで成膜された段階での実用波長域の分光透過率特性も測定され、この情報も次の基板１１上の次の光学薄膜１２の成膜に反映させるフィードバックを行うことが可能となる。この場合、より一層正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜１２を得ることができる。さらに、本実施の形態では、膜厚測定用赤外モニタ５とは別個に、実用波長域赤外モニタ６を設けられているので、実用波長域の特性を非常に高い分解能で測定することができる。したがって、この点からも、より一層正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜１２を得る上で、有利である。
【００７４】
これに対し、従来の成膜装置では、可視域光学特性のみしか搭載されていなかったので、光学部材１０の赤外域内の実用波長域の光学特性を測定することができず、前述したような実用波長域での情報をフィードバックすること全く不可能であった。
【００７５】
第２に、本実施の形態では、ステップＳ４の膜厚モニタ用光学測定の測定モードを赤外域測定モードに設定すると、前述したように、膜厚モニタ用光学測定が膜厚モニタ用赤外モニタ５により行われ、この測定により得られた赤外域の分光特性から各層の膜厚が決定される。赤外域の波長は可視域の波長に比べて長いので、成膜された総膜厚や層数が多くなっても、赤外域では可視域に比べて、波長の変化に対して大きくかつ急激な繰り返し変化が現れ難い。したがって、本実施の形態によれば、赤外域測定モードに設定すると、成膜された総膜厚や層数が多くなっても、従来の層膜装置のように可視域の分光特性から各層の膜厚を求める場合に比べて、より精密に各層の膜厚を求めることができ、ひいては、正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜１２を得ることができる。このように、赤外域測定モードに設定した場合、成膜された総膜厚や層数が多くなっても各層の膜厚を精密に測定することができるので、光学薄膜１２の総膜厚が厚くても、成膜の途中でモニタ基板２１を全く交換する必要がなくなるかあるいはその交換の頻度を低減することができ、ひいては生産性が大幅に向上する。モニタ基板２１を全く交換する必要がなくなる場合には、例えば光学部材１０を構成する基板１１が平板であれば、膜厚モニタ用赤外モニタ５により基体１１の分光特性を測定してもよい。この場合、モニタ基板１１を用いる必要がないので、より生産性を高めることができる。
【００７６】
第３に、本実施の形態では、ステップＳ４の膜厚モニタ用光学測定の測定モードを可視域測定モードに設定すると、前述したように、膜厚モニタ用光学測定が可視域モニタ４により行われ、この測定により得られた可視域の分光特性から各層の膜厚が決定される。したがって、光学薄膜１２の総膜厚や層数が多い場合、各層の膜厚を精度良く得るためには、従来の成膜装置と同様に、モニタ基板２１を成膜の途中で交換する必要があり、生産性の点で、従来の成膜装置と同等である。しかし、可視域の波長は赤外域の波長より短いので、成膜された総膜厚や層数が少ない場合には、可視域の分光特性は、赤外域の分光特性に比べて感度良く測定することができる。したがって、可視域測定モードに設定すると、赤外域測定モードに設定した場合に比べて、光学薄膜１２の総膜厚や層数が多い場合には生産性は劣るものの、より精密に各層の膜厚を得ることができ、ひいては、より正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜１２を得ることができる。勿論、可視域測定モードに設定した場合に得られるこの利点は、前記従来の成膜装置においても得られる利点であるが、本実施の形態での可視域測定モードでは、前述した第１の利点が得られると同時にこの利点が得られる点で、その技術的意義は極めて高い。
【００７７】
［第２の実施の形態］
【００７８】
図７及び図８は、本発明の第２の実施の形態による成膜装置の動作を示す概略フローチャートである。
【００７９】
本実施の形態による成膜装置が前記第１の実施の形態による成膜装置と異なる所は、前記第１の実施の形態では、制御・演算処理部１７が前述した図６に示す動作を実現するように構成されているのに対し、本実施の形態では、制御・演算処理部１７が図７及び図８に示す動作を実現するように構成されている点のみであり、他の点は前記第１の実施の形態と同一である。したがって、ここでは、図７及び図８に示す動作について説明し、他の説明は重複するので省略する。
【００８０】
回転テーブル２に未成膜の基板１１及びモニタ基板２１を取り付けた状態で、成膜を開始する。
【００８１】
まず、使用者が、操作部１８を操作して、初期設定を行う（ステップＳ２１）。この初期設定では、膜厚決定モードを、一方波長域使用モード及び両方波長域使用モードのいずれにするかの設定情報を入力する。ここで、膜厚決定モードとは、当該時点で最上に成膜されている層の膜厚を決定する方式をいう。また、一方波長域使用モードとは、測定データとして、可視域光学モニタ４により測定された分光透過率及び膜厚測定用赤外モニタ５により測定された分光透過率のうちのいずれか一方の分光透過率のみを、選択的に用いて、当該層の膜厚を決定する方式をいう。さらに、両方波長域使用モードとは、測定データとして、可視域光学モニタ４により測定された分光透過率及び膜厚測定用赤外モニタ５により測定された分光透過率の両方を用いて、当該層の膜厚を決定する方式をいう。なお、全ての層Ｍ１〜Ｍｎについて、同じ膜厚決定モードが適用される。
【００８２】
また、ステップＳ２１の初期設定では、両方波長域使用モードにおいて用いられる、層番号ｍの各々に対応するトレランスＴｉを設定する。この点については、後に詳述する。
【００８３】
さらに、ステップＳ２１の初期設定では、事前の設計等に従って予め求めた、光学部材１０の所望の光学特性が得られるような各層Ｍ１〜Ｍｎの膜厚設定値、材質、層数ｎ、成膜条件等を、入力する。なお、制御・演算処理部１７に光学薄膜１２の設計機能を持たせ、使用者が所望の光学特性を入力すると、制御・演算処理部１７が、当該設計機能により、各層Ｍ１〜Ｍｎの膜厚設定値、材質、層数ｎ、成膜条件等を自動的に求めるようにすることも、可能である。
【００８４】
さらにまた、ステップＳ２１の初期設定では、いずれの層まで成膜されたときに後述するステップＳ２７の実用波長域の光学測定を行うかの設定情報なども、入力しておく。この層の選択は、例えば、最上層Ｍｎ以外の任意の１つ以上の層（例えば、所定数置きの層）としてもよいし、最上層Ｍｎと他の任意の１つ以上の層としてもよいし、全層Ｍ１〜Ｍｎとしてもよい。また、最上層Ｍｎのみとしてもよいし、いずれの層も選択せずに、いずれの層についてもステップＳ２７の実用波長域の光学測定を行わない設定としてもよいが、最低限、最上層Ｍｎ以外の１つの層を選択することが好ましい。
【００８５】
次に、制御・演算処理部１７は、現在の層が基板１１側から数えて何番目の層であるか（すなわち、層番号）を示すカウント値ｍを１にセットする（ステップＳ２２）。
【００８６】
次いで、制御・演算処理部１７の制御下で、ｍ番目の層の成膜を、当該層に対して設定されている膜厚設定値及び成膜条件等に基づいて、例えば時間管理で行う（ステップＳ２３）。１番目の層Ｍ１の場合、ステップＳ２１で設定された膜厚設定値に基づいて成膜されるが、２番目以降の層の場合、後述するステップＳ３９で膜厚設定値が調整されていれば最新に調整された膜厚設定値に基づいて、成膜される。成膜中は、回転テーブル２を回転させ、ｍ番目の層の材質に対応するスパッタ源３に対応して設けられたシャッター（図示せず）のみを開き、当該スパッタ源３からの粒子が基板１１及びモニタ基板２１上に堆積されるようにする。ｍ番目の層の成膜が終了すると、前記シャッターが閉じられる。
【００８７】
その後、制御・演算処理部１７の制御下において、可視域光学モニタ４により、モニタ基板２１又は基板１１の前述した可視域内の所定波長域の分光透過率が測定され、そのデータが、現在のカウント値ｍと関連づけてメモリ２０に記憶される（ステップＳ２４）。可視域光学モニタ４による測定は、回転テーブル２が回転している状態でモニタ基板２１又は基板１１が投光器４ａと受光器４ｂとの間に位置しているときに、あるいは、モニタ基板２１又は基板１１が投光器４ａと受光器４ｂとの間に位置した状態で回転テーブル２を停止させて、行われる。
【００８８】
次に、制御・演算処理部１７の制御下において、膜厚測定用赤外モニタ５により、モニタ基板２１又は基板１１の前述した赤外域内の所定波長域の分光透過率が測定され、そのデータが、現在のカウント値ｍと関連づけてメモリ２０に記憶される（ステップＳ２５）。膜厚測定用赤外モニタ５による測定は、回転テーブル２が回転している状態でモニタ基板２１又は基板１１が投光器５ａと受光器５ｂとの間に位置しているときに、あるいは、モニタ基板２１又は基板１１が投光器５ａと受光器５ｂとの間に位置した状態で回転テーブル２を停止させて、行われる。
【００８９】
次いで、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２１で設定された設定情報に基づいて、現在のｍ番目の層まで成膜された時に（すなわち、ｍ番目の層が最上に成膜された状態で）、ステップＳ２７の実用波長域の光学測定を行うか否かを判定する（ステップＳ２６）。実用波長域の光学測定を行わないと判定されるとステップＳ２８へ直接移行し、実用波長域の光学測定を行うと判定されると、ステップＳ２７を経た後にステップＳ２８へ移行する。
【００９０】
ステップＳ２７では、実用波長域赤外モニタ６により、モニタ基板２１又は基板１１の前述した実用波長域の分光透過率が測定され、そのデータが、メモリ２０に記憶される。実用波長域赤外モニタ６による測定は、回転テーブル２が回転している状態で基板１１が投光器６ａと受光器６ｂとの間に位置しているときに、あるいは、基板１１が投光器６ａと受光器６ｂとの間に位置した状態で回転テーブル２を停止させて、行われる。
【００９１】
ステップＳ２８において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２１で設定された膜厚決定モードが一方波長域使用モードであるか両方波長域使用モードであるかを判定する。一方波長域使用モードであればステップＳ２９へ移行し、両方波長域使用モードであればステップＳ３２へ移行する。
【００９２】
ステップＳ２９において、制御・演算処理部１７は、１番目からｍ番目までの層の総膜厚が１０μｍ未満であるか否かを判定する。ただし、この時点では、ｍ番目の層の膜厚は未だ決定されていないので、既にステップＳ３０又はステップＳ３１により決定された１番目からｍ−１番目までの層の各膜厚と、ｍ番目の層の膜厚設定値の総和を、１番目からｍ番目までの層の総膜厚として、ステップＳ２９の判定を行う。ステップＳ２９の判定基準値は、１０μｍに限らず、１μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値とすれば好ましく、特に、６μｍ〜１０μｍの範囲内の所定値とすればより好ましい。これらの値の根拠は、既に説明した通りである。ステップＳ２９で総膜厚を判定する代わりに、現在までに成膜された層数（すなわち、カウント値）を判定してもよい。層数で判定する際は、一層当たりの膜厚はあまり大きなばらつきを有していないので、層数からおおよその総膜厚は割り出せる。したがって、所定数の総膜厚となるような層数を割り出して層数を基にステップＳ２９の判定基準値を設定しても本願の発明の範囲である。総膜厚が１０μｍ未満であればステップＳ３０へ移行し、総膜厚が１０μｍ以上であればステップＳ３１へ移行する。
【００９３】
ステップＳ３０において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率を用いることなく、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率のみを使用し、この測定された可視域の分光透過率に、ｍ番目の層の厚さを種々に仮定して計算された対応する分光透過率をフィッティングさせることによって、ｍ番目の層の膜厚を決定する。ここで、対応する分光透過率は、１番目からｍ番目までの層からなる多層膜モデル（薄膜モデル）の分光透過率である。この多層膜モデルの分光透過率の計算に際しては、１番目からｍ−１番目までの層の各膜厚は、既にステップＳ３０又はステップＳ３１により決定された膜厚を用いる。ステップＳ３０が終了すると、ステップＳ３４へ移行する。
【００９４】
ここで、ステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率の一例を、図９中に測定透過率として示す。また、この測定透過率に対応して、最上層の膜厚をある厚さに仮定して計算した分光透過率を、図９中に計算透過率として示す。図９に示す例では、仮定した膜厚が実際の膜厚からかなりずれているため、測定された分光透過率と計算された分光透過率とがかなりずれている。
【００９５】
測定された分光透過率に対する計算された分光透過率のフィッティングに際しては、両者のずれ（逆に言えば、フィッティングの度合い）を評価する評価値が算出される。この評価値は、ｍ番目の層の膜厚を種々に仮定して各膜厚毎に算出される。そして、この評価値のうち最もずれが少ないことを示す評価値（後述するメリット値ＭＦの場合には最小値）を算出したときに仮定した膜厚を、ｍ番目の層の膜厚であると決定する。これが、フィッティング処理の具体的な内容である。
【００９６】
本実施の形態では、ステップＳ３０のフィッティングで用いる評価値として、メリット関数によるメリット値ＭＦが用いられている。もっとも、使用し得る評価値はメリット値ＭＦに限定されるものではないことは、言うまでもない。下記の数１にメリット値ＭＦの定義を示す。
【００９７】
【数１】
0004449293.tif 000002
【００９８】
数１において、Ｎは、ターゲットの総数（測定透過率特性中における各波長の透過率値の総数）である。ｉは、波長と１対１に対応する番号で、ある波長に関する量につける番号であり、１からＮまでのうちのいずれかの値となり得る。Ｑtargetは、測定透過率特性中の透過率値である。Ｑcalcは、計算透過率特性中の透過率値である。Ｔはトレランス（この逆数を、一般に重みファクターと呼ぶ。）である。
【００９９】
ステップ３０で数１を適用するとき、数１中のＱtarget１〜ＱtargetＮは、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率中の透過率値となる。また、本実施の形態では、ステップＳ３０でメリット値ＭＦを用いる場合、トレランスＴｉ（ｉは１〜Ｎ）は全て１とされ、各透過率値のデータはいずれも重みづけされておらず、これらのデータは平等に取り扱われる。
【０１００】
再び図７を参照すると、ステップＳ３１において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率を用いることなく、ステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率のみを使用し、この測定された赤外域の分光透過率に、ｍ番目の層の厚さを種々に仮定して計算された対応する分光透過率をフィッティングさせることによって、ｍ番目の層の膜厚を決定する。本実施の形態では、ステップＳ３１の処理は、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率の代わりに、ステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率を用いる点を除き、ステップＳ３０の処理と同じ処理である。ステップ３１で数１を適用するとき、数１中のＱtarget１〜ＱtargetＮは、ステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率中の透過率値となる。ステップＳ３１が終了すると、ステップＳ３４へ移行する。
【０１０１】
ステップＳ２１で設定された膜厚決定モードが両方波長域使用モードの場合には、ステップＳ３２において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２１で設定されたトレランスのうちから、現在の層番号ｍ（この層番号ｍは、現在成膜されている層数を示すことになる。）に応じたトレランスＴｉを決定する。
【０１０２】
その後、ステップＳ３３において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率及びステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率の両方を合わせた全体の分光透過率を使用し、この測定された全体の分光透過率に、ｍ番目の層の厚さを種々に仮定して計算された対応する分光透過率をフィッティングさせることによって、ｍ番目の層の膜厚を決定する。ステップＳ３３が終了すると、ステップＳ３４へ移行する。本実施の形態では、ステップＳ３３のフィッティングにおいても評価値としてメリット値ＭＦが用いられる。ステップ３３で数１を適用するとき、数１中のＱtarget１〜ＱtargetＮは、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率中の透過率値及びステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率中の透過率値となる。
【０１０３】
ステップＳ３０，Ｓ３１では、トレランスＴｉ（ｉは１〜Ｎ）は全て１とされ、各透過率値のデータはいずれも重みづけされていなかった。これに対し、ステップＳ３３では、ステップＳ３２で決定されたトレランスＴｉが用いられ、ステップＳ２１で層番号ｍの各々に対するトレランスＴｉを適宜設定しておくことによって、各透過率値のデータに重みづけがなされている。本実施の形態では、現在成膜されている層数ｍが所定層数以下である場合には、ステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率をステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率に比べて重視してフィッティングがステップＳ３３で行われるように、かつ、現在成膜されている層数ｍが所定層数より多い場合には、ステップＳ２５で測定された赤外域の分光透過率をステップＳ２４で測定された可視域の分光透過率に比べて重視してフィッティングがステップＳ３３で行われるように、ステップＳ２１で層数ｍの各々に対するトレランスＴｉが設定されている。ここで、重視するとは、前記評価値に対する当該データの重みを重くすることであり、評価値がメリット値ＭＦである場合には、トレランスを相対的に小さくすることである。
【０１０４】
ここで、ステップＳ２１での層数ｍの各々に対するトレランスＴｉの設定の具体例について、トレランス設定の意義についての説明を交えながら、説明する。
【０１０５】
以下に説明する具体例では、可視域光学モニタ４と膜厚測定用赤外モニタ５で得る全体の透過率特性の波長範囲は、４００ｎｍから１７５０ｎｍである。得られた透過率特性にフィッティングして膜厚を決定するときに使用するメリット関数（数１）中のトレランスを、積極的に制御する。トレランスは各波長ごとの透過率特性値に対して設定することができるので、トレランスを相対的に小さくすることは、その波長での透過率測定値へのフィッティングの度合いを高めたいということを意味する。その逆に、トレランスを相対的に大きくすることは、その波長での透過率測定値へのフィッティングの度合いが多少悪くてもよいということを意味する。
【０１０６】
例えば、モニタ基板２１又は基板１４上の多層膜の総膜厚がさほど厚くないときは、可視域光学モニタ４で得た可視域透過率特性を重視するので、可視域のトレランスを赤外域のトレランスよりも小さくする。モニタ基板２１又は基板１４上の多層膜の総膜厚が厚くなるにつれて、可視域のトレランスを大きくしていき、赤外域のトレランスを小さくしていく。このようにしていくことで、主に光学モニタの分解能に起因する誤差を抑えることができ、膜厚決定精度を落とさずに成膜を続けることができる。
【０１０７】
実際にモニタ基板２１上に各層の厚さが全てほぼ同じくらいの４１層膜（層膜厚は約１５ミクロン）を成膜する場合のトレランス設定値は、波長に対してリニアに変化するものを用いた。１層目、１５層目、４０層目のトレランス設定をそれぞれ図１０、図１１及び図１２に示す。また、波長５５０ｎｍでの層番号に対するトレランス設定を図１３に示し、波長１６００ｎｍでの層番号に対するトレランス設定を図１４に示す。図１５は、これらのトレランス設定を総合的に３次元表記した図である。層が進むにつれてトレランス対波長の一次式の傾きを変えることにより、モニタ基板２１上の多層膜の総膜厚が厚くなるにつれて、膜厚決定において可視域透過率特性重視から赤外域透過率特性重視へ変化させることができる。ここで示したトレランスをリニアに変化させるのは一つの例に過ぎず、変化のさせ方は、多層膜の膜構成や光学モニタの都合などにより、最も適した形に変化させることは言うまでもない。
【０１０８】
再びフローチャートの説明に戻ると、ステップＳ３４において、制御・演算処理部１７は、現在のｍ番目の層まで成膜された時に（すなわち、ｍ番目の層が最上に成膜された状態で）、既にステップＳ２７の実用波長域の光学測定を行ったか否かを判定する。実用波長域の光学測定を行った場合はステップＳ３５へ移行し、実用波長域の光学測定を行っていない場合はステップＳ３８へ移行する。
【０１０９】
ステップＳ３５において、制御・演算処理部１７は、ステップＳ２７で測定された実用波長域の分光透過率と計算された対応する分光透過率との、ずれの評価値を算出する。ここで、対応する分光透過率は、１番目からｍ番目までの層からなる多層膜モデル（薄膜モデル）の分光透過率である。この多層膜モデルの分光透過率の計算に際しては、１番目からｍ番目までの層の各膜厚として、既にステップＳ３０，Ｓ３１又はＳ３３により決定された膜厚を用いる。ステップＳ３５において算出する評価値としては、例えば、メリット値ＭＦとすることができる。評価値をメリット値ＭＦとする場合、重みをつける意義は特にはないので、トレランスＴｉ（ｉは１〜Ｎ）は全て１とすればよい。ステップ３４で数１を適用するとき、数１中のＱtarget１〜ＱtargetＮは、ステップＳ２７で測定された実用波長域の分光透過率中の透過率値となる。
【０１１０】
その後、制御・演算処理部１７は、ステップＳ３５で算出された評価値が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。許容範囲内であれば、ステップＳ３８へ移行する。一方、許容範囲内でなければ、メモリ２０に記憶されている、各ステップＳ２７で測定された実用波長域の分光透過率特性、及び、各ステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３３で決定された各層の膜厚が、関連づけられているカウント値ｍ（いずれの層が最上に成膜されときのデータかを示す情報）と共に、表示部１９に表示され、また、必要に応じて外部のパーソナルコンピュータ等へ出力され（ステップＳ３７）、成膜が中止される。したがって、ｍ番目の層が途中の層であっても、ｍ＋１番目以降の成膜は行われない。
【０１１１】
このように成膜が途中で中止された場合、使用者は、例えば、ステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３３で計算する多層膜モデルの条件の１つである屈折率分散データを適宜調整し、次の基板１１上に次の光学薄膜１２を成膜する。
【０１１２】
ステップＳ３８において、制御・演算処理部１７は、ｍ＝ｎであるか、すなわち最終層Ｍｎまで成膜が終了したか否かを判定する。終了していなければ、終了していなければ、ｍ番目までの層の、各層毎のステップＳ３０，Ｓ３１又はＳ３３で求められた各膜厚に基づいて、ｍ＋１番目以降の層（未成膜の層）の膜厚設定値を、最終的に得られる光学部材１０の光学特性が所望の光学特性となるように、最適化して調整する（ステップＳ３９）。このような最適化は、例えば、公知の種々の手法に従って行うことができる。このステップＳ３９で調整されたｍ＋１番目以降の層の膜厚設定値が、ｍ＋１番目以降の層の成膜の際のステップＳ２３において用いられる。ステップＳ３９の調整の後、層数のカウント値ｍを１だけカウントアップし（ステップＳ４０）、ステップＳ２３へ戻る。
【０１１３】
一方、ステップＳ３８において最終層Ｍｎまで成膜が終了したと判定されると、ステップＳ４１においてステップＳ３７と同様の処理が行われた後、当該基板１１に対する光学薄膜１２の成膜を終了する。
【０１１４】
このようにして光学部材１０を製造することができる。
【０１１５】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる他、次の利点も得ることができる。
【０１１６】
本実施の形態によれば、一方波長域使用モードの場合、総膜厚が１０μｍ未満のときには、可視域光学モニタ４で測定された可視域の分光透過率に基づいて各層の膜厚が決定される一方、総膜厚が１０μｍ以上のときには、膜厚測定用赤外モニタ５で測定された赤外域の分光透過率に基づいて各層の膜厚が決定される。赤外域の波長は可視域の波長に比べて長いので、成膜された総膜厚や層数が多くなっても、赤外域では可視域に比べて、波長の変化に対して大きくかつ急激な繰り返し変化が現れ難い。したがって、本実施の形態によれば、赤外域測定モードに設定すると、成膜された総膜厚や層数が多くなっても、従来の層膜装置のように可視域の分光特性から各層の膜厚を求める場合に比べて、より精密に各層の膜厚を求めることができ、ひいては、正確に再現された所望の光学特性を持つ光学薄膜１２を得ることができる。このように、成膜された総膜厚や層数が多くなっても各層の膜厚を精密に測定することができるので、光学薄膜１２の総膜厚が厚くても、成膜の途中でモニタ基板２１を全く交換する必要がなくなるかあるいはその交換の頻度を低減することができ、ひいては生産性が大幅に向上する。モニタ基板２１を全く交換する必要がなくなる場合には、例えば光学部材１０を構成する基板１１が平板であれば、膜厚モニタ用赤外モニタ５により基体１１の分光特性を測定してもよい。この場合、モニタ基板１１を用いる必要がないので、より生産性を高めることができる。
【０１１７】
また、本実施の形態では、両方波長域使用モードの場合、成膜された層数が所定層数以下である場合には、可視域光学モニタ４で測定された可視域の分光透過率を膜厚測定用赤外モニタ５により測定された分光透過率に比べて重視してフィッティングを行い、成膜された層数が所定層数より多い場合には、膜厚測定用赤外モニタ５により測定された分光透過率を可視域光学モニタ４により測定された分光透過率比べて重視してフィッティングを行う。このため、両方波長域使用モードの場合にも、一方波長域使用モードの場合と基本的に同様の利点が得られる。両方波長域使用モードの場合には、一方波長域使用モードの場合と異なり、可視域の分光透過率の使用と赤外域の分光透過率の使用とを完全に切り替えるのではなく、両者の寄与の度合いをトレランスを適宜設定することで自在に変えることができる。したがって、両方波長域使用モードの場合の方が一方波長域使用モードの場合に比べて、より高い精度で膜厚を決定することができる。
【０１１８】
さらに、本実施の形態では、ステップＳ３５，Ｓ３６の処理を行い、実用波長域の分光透過率と計算された対応する分光透過率とのずれの評価値が許容範囲を越えている場合には、途中の層まで成膜しただけで残りの層の成膜が中止される。したがって、本実施の形態によれば、多層膜を成膜していく途中の段階で、最終的に得られる光学多層膜の性能が要求を満たす見込みのないものであるかをチェックすることができ、見込みがない場合に、無駄に残りの層を最後まで成膜してしまうという事態を回避することができる。このため、本発明によれば、生産効率が大幅に向上する。
【０１１９】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１２０】
例えば、前記赤外域測定モードのみを常に行うように、前記第１の実施の形態を変形してもよい。この場合、可視域光学モニタ４を除去することができる。
【０１２１】
また、前記可視域測定モードのみを常に行うように、前記第１の実施の形態を変形してもよい。この場合、膜厚モニタ用赤外モニタ５を除去することができる。
【０１２２】
さらに、一方波長域使用モード及び両方波長域使用モードのいずれか一方のみを常に行うように、前記第２の実施の形態を変形してもよい。
【０１２３】
また、前記第２の実施の形態において、図７中のステップＳ２１においてトレランスＴｉを各総膜厚に対して設定しておき、ステップＳ３２において総膜厚に応じたトレランスＴｉを決定するようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、前記第１及び第２の実施の形態では、光学モニタ４〜６は全て分光透過率を測定するものであったが、光学モニタ４〜６のうちの少なくとも１つは分光反射率を測定するものであってもよい。
【０１２５】
さらにまた、前記第１及び第２の実施の形態はスパッタ装置の例であったが、本発明は真空蒸着装置などの他の成膜装置にも適用することができる。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学モニタとして可視域光学モニタのみを有する従来の成膜装置で生じていた種々の不都合のうちの少なくとも１つを解消することができる、成膜装置及び光学部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態による成膜装置の回転テーブルを下から見た状態を模式的に示す図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線に沿った本発明の各実施の形態による成膜装置の要部を模式的に示す概略断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ’線に沿った本発明の各実施の形態による成膜装置の要部を模式的に示す概略断面図である。
【図４】本発明の各実施の形態による成膜装置を用いて製造される光学部材の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図５】本発明の各実施の形態による成膜装置の制御系統の要部を示す概略ブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による成膜装置の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態による成膜装置の動作を示す概略フローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態による成膜装置の動作を示す他の概略フローチャートである。
【図９】測定分光透過率と計算分光透過率の例を示す図である。
【図１０】１層目のトレランス設定の例を示す図である。
【図１１】１５層目のトレランス設定の例を示す図である。
【図１２】４０層目のトレランス設定の例を示す図である。
【図１３】波長５５０ｎｍのトレランス設定の例を示す図である。
【図１４】波長１６００ｎｍのトレランス設定の例を示す図である。
【図１５】トレランス設定の例を３次元表記した図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  回転テーブル
３  スパッタ源
４  可視域光学モニタ
５  膜厚モニタ用赤外モニタ
６  実用波長域赤外モニタ
１０  光学部材
１１  基板
１２  光学薄膜
１７  制御・演算処理部
１８  操作部
１９  表示部
２０  メモリ
２１  モニタ基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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