(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射されたモニタ光の波長を決定する膜厚モニタ光波長決定装置であって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出する手段と、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する波長決定手段を備え、
前記波長決定手段は、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、当該モニタ光の複数の候補波長それぞれに所定の波長変動分を加えた複数の変動候補波長毎に、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第２の停止指標値を算出する手段と、算出された複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段と、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段を備えることを特徴とする膜厚モニタ光波長決定装置。
【請求項２】
前記モニタ光の光量変化に関連付けられた第１の停止指標値は、前記光量変化を表す成膜時間の関数のパラメータであることを特徴とする請求項１記載の膜厚モニタ光波長決定装置。
【請求項３】
前記モニタ光の光量変化に関連付けられた第１の停止指標値は、前記光学膜の透過／反射光量の変化幅（Ａ）に対して当該光学膜が所定の厚さに達する際の透過／反射光量の極値からの変化分（Ｂ）の割合を示すＢ／Ａ値であることを特徴とする請求項１記載の膜厚モニタ光波長決定装置。
【請求項４】
前記第１の停止指標値算出手段および前記第２の停止指標値算出手段は、前記光学膜を前記被成膜体に複数層状に形成する場合において、前記光学膜層毎および前記候補波長毎の第１および第２の停止指標値をそれぞれ算出する手段であり、前記変動量算出手段は、算出された光学膜層毎および複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段であり、前記波長決定手段は、前記光学膜層毎に、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段であることを特徴とする請求項１記載の膜厚モニタ光決定装置。
【請求項５】
前記第１の停止指標値算出手段および前記第２の停止指標値算出手段は、前記光学膜を前記被成膜体に複数層状に形成する場合において、前記光学膜層毎および前記候補波長毎の第１および第２の停止指標値をそれぞれ算出する手段であり、前記変動量算出手段は、算出された光学膜層毎および複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段であり、前記波長決定手段は、算出された変動量の全光学膜層における総和に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段であることを特徴とする請求項１記載の膜厚モニタ光決定装置。
【請求項６】
被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射されたモニタ光の波長を決定するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、前記コンピュータを、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出する手段と、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する波長決定手段として機能させ、
前記波長決定手段は、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、当該モニタ光の複数の候補波長それぞれに所定の波長変動分を加えた複数の変動候補波長毎に、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第２の停止指標値を算出する手段と、算出された複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段と、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段を備えることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
成膜源から出射された膜生成材料により被成膜体に成膜中の光学膜の光学膜厚を、請求項１乃至５の内の何れか１項記載の膜厚モニタ光波長決定装置により決定された波長を有するモニタ光を用いて、設計値に設定する成膜システムであって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記設計値に対応する前記光学膜の成膜を停止するための停止指標値を記憶する記憶手段と、前記光学膜に照射され前記光学膜から反射／透過された光から、前記膜厚モニタ光波長決定装置により決定された波長を有するモニタ光を受光する受光手段と、受光されたモニタ光の光量変化および前記記憶手段に記憶された停止指標値に基づいて、前記光量変化に対応する光学膜厚が前記停止指標値に到達したか否か判断し、この結果、到達したと判断した場合、前記成膜源から出射された膜生成材料の前記被成膜体への付着を阻止する手段とを備えたことを特徴とする成膜システム。
【請求項８】
被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射されたモニタ光の波長を決定する膜厚モニタ光波長決定方法であって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出するステップと、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する波長決定ステップとを備え、
前記波長決定ステップは、前記候補波長毎に波長の変化に対する前記第１の停止指標値の変化の割合を示す変化率を求めるステップと、求められた変化率に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定するステップを有することを特徴とする膜厚モニタ光波長決定方法。
【請求項９】
前記変化率が最小である候補波長が前記モニタ光の波長として選択されることを特徴とする膜厚モニタ光波長決定方法。
【請求項１０】
被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射されたモニタ光の波長を決定する膜厚モニタ光波長決定方法であって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出するステップと、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する波長決定ステップとを備え、
前記波長決定ステップは、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、当該モニタ光の複数の候補波長それぞれに所定の波長変動分を加えた複数の変動候補波長毎に、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第２の停止指標値を算出するステップと、算出された複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出するステップと、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定するステップを有することを特徴とする膜厚モニタ光波長決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光学フィルタ等の光学的特性を有する光学膜を成膜する際における膜厚モニタ用のモニタ光の波長を決定するための膜厚モニタ光波長決定方法および装置、ならびにプログラムに関する。
【０００２】
また、本発明は、膜厚モニタ光波長決定装置により決定された波長を有するモニタ光を用いて、その光学膜厚をモニタしながら光学膜を成膜する成膜システムに関する。
【０００３】
なお、光学膜の光学膜厚は、その物理的な膜の厚さ（膜厚）と対応する層の屈折率との積として定義される。
【０００４】
【従来の技術】
ブロードバンド時代の到来により、データ伝送量のさらなる増加が求められている現在、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）通信方式に大きな期待が寄せられている。
【０００５】
このＷＤＭ通信方式におけるキーデバイスの１つに、入射光に光学的作用を施す光学フィルタがある。例えば、光学フィルタとして、異なる波長が多重光された入射光から、予め設定した所望の波長帯の光のみを通過させる光帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ、Band Pass Filter; BPF）や、EDFA等の光ファイバ増幅器の出力を平坦化するゲインフラットニングフィルタ（Gain Flattening Filter; GFF）等がある。
【０００６】
この種の光学フィルタとして、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜から成る多層膜フィルタが知られている。この多層膜フィルタによれば、各層の膜厚を好適に設定することにより、所望の波長透過特性を得ることが可能になる。
【０００７】
多層膜フィルタ、すなわち、多層膜を生成する成膜方法および装置としては、例えば基板上に真空蒸着法やスパッタリング法等を用いて光学膜（フィルタ膜、以下、薄膜ともいう）を順次積層していく方法および装置が知られている。
【０００８】
上述したように、多層膜フィルタは、多層膜を構成する各薄膜層の膜厚により所望のフィルタ特性を得ているため、各薄膜層の膜厚を高精度に設計することが要求される。
【０００９】
このため、成膜処理と並行して光学膜厚を常時測定し、測定した光学膜厚が所望の値に達した際に成膜処理を正確に停止する制御を行う必要がある。この成膜制御方式として、例えばＢ／Ａ制御方式等がある。
【００１０】
Ｂ／Ａ制御方式によれば、生成中の薄膜にモニタ光を照射し、薄膜から透過／反射さらたモニタ光の透過率変化を計測する。この透過率変化は、一定の振幅、極大値および極小値をそれぞれ有する軌跡を描くため、図１１に示すように、その軌跡の上下の幅Ａに対する停止光量Ｂの極値からの変化分Ｂの割合（Ｂ／Ａ）を理論的に表すことができる。
【００１１】
したがって、実際の透過率変化に基づくＢ／Ａ値が所望の膜厚に対応するＢ／Ａ値と一致した時に成膜を停止することにより、成膜中の膜厚を所望の膜厚に設定している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＢ／Ａ制御方式を用いて成膜を行う場合には、
以下の問題が存在する。
【００１３】
すなわち、成膜処理を実際に行うにあたっては、その処理中に薄膜の応力、温度等の変化によりその波長特性に変動が生じる可能性がある。また、モニタ光を出射する光源の不安定性や、モニタ光波長選択用の分光器等の不安定性等の影響によってモニタ光の波長自体に変動が生じる可能性もある。
【００１４】
この薄膜波長特性の変動やモニタ光の波長の変動により、薄膜から透過／反射されたモニタ光の波長が相対的に変動した場合、以下の理由により、所望の膜厚が得られない恐れが生じている。
【００１５】
すなわち、Ｂ／Ａ制御方式を用いて例えば波長λ１の透過／反射光（モニタ光）をモニタリングしている際に、モニタ光の波長（モニタ波長）λ１が上述した理由等により相対的に変動し、波長λ２（λ１＜λ２）になった場合においては、膜厚理論に基づく設計通りのＢ／Ａ値で成膜を続けると、各層の光学膜厚の誤差が蓄積されて大きくなり、多層膜全体で所望の光学的特性が得られない可能性が生じていた。
【００１６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、モニタ光波長の相対的変動により生じる膜厚誤差を低減できるモニタ光の波長を決定可能な膜厚モニタ光波長決定方法および装置、ならびにプログラムを提供することをその第１の目的とする。
【００１７】
また、本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、上記膜厚誤差を低減できる波長を有するモニタ光を用いて光学膜厚をモニタリングしながら成膜を行う成膜システムを提供することをその第２の目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射（透過および／または反射）されたモニタ光の波長を決定する膜厚モニタ光波長決定装置であって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出する手段と、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の候補波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段とを備えている。そして、前記波長決定手段は、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、当該モニタ光の複数の候補波長それぞれに所定の波長変動分を加えた複数の変動候補波長毎に、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第２の停止指標値を算出する手段と、算出された複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段と、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段を備える。
【００１９】
第１の態様において、前記モニタ光の光量変化に関連付けられた第１の停止指標値は、前記光量変化を表す成膜時間の関数のパラメータである。
【００２０】
第１の態様において、前記モニタ光の光量変化に関連付けられた第１の停止指標値は、前記光学膜の透過／反射光量の変化幅（Ａ）に対して当該光学膜が所定の厚さに達する際の透過／反射光量の極値からの変化分（Ｂ）の割合を示すＢ／Ａ値である。
【００２１】
換言すると、前記波長決定手段は、前記候補波長毎に波長（λ）の変化（Δλ）に対する前記第１の停止指標値（θ）の変化（Δθ）の割合を示す変化率（Δθ／Δλ）を求める手段と、求められた変化率に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段を有する。好適には、成膜プロセスに先立って、変化率（波長の変化に対する影響）が小さい候補波長をモニタ光の波長として選んでおくことにより、成膜プロセス中にモニタ光波長に生じうる相対的変動（Δλ）から想定される膜厚誤差を小さくすることができる。
【００２２】
第１の態様において、前記第１の停止指標値算出手段および前記第２の停止指標値算出手段は、前記光学膜を前記被成膜体に複数層状に形成する場合において、前記光学膜層毎および前記候補波長毎の第１および第２の停止指標値をそれぞれ算出する手段であり、前記変動量算出手段は、算出された光学膜層毎および複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段であり、前記決定手段は、前記光学膜層毎に、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の候補波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段である。
【００２３】
第１の態様において、前記第１の停止指標値算出手段および前記第２の停止指標値算出手段は、前記光学膜を前記被成膜体に複数層状に形成する場合において、前記光学膜層毎および前記候補波長毎の第１および第２の停止指標値をそれぞれ算出する手段であり、前記変動量算出手段は、算出された光学膜層毎および複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段であり、前記決定手段は、算出された変動量の全光学膜層における総和に基づいて前記モニタ光の候補波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段である。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射されたモニタ光の波長を決定するためのコンピュータが実行可能なプログラムであって、前記コンピュータを、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出する手段と、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の候補波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段として機能させる。
【００２５】
さらに、前記波長決定手段は、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、当該モニタ光の複数の候補波長それぞれに所定の波長変動分を加えた複数の変動候補波長毎に、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第２の停止指標値を算出する手段と、算出された複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出する手段と、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の候補波長を前記複数の候補波長の中から決定する手段とを備えている。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、成膜源から出射された膜生成材料により被成膜体に成膜中の光学膜の光学膜厚を、前記膜厚モニタ光波長決定装置により決定された波長を有するモニタ光を用いて、設計値に設定する成膜システムであって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記設計値に対応する前記光学膜の成膜を停止するための停止指標値を記憶する記憶手段と、前記光学膜に照射され前記光学膜から反射／透過された光から、前記膜厚モニタ光波長決定装置により決定された波長を有するモニタ光を受光する受光手段と、受光されたモニタ光の光量変化および前記記憶手段に記憶された停止指標値に基づいて、前記光量変化に対応する光学膜厚が前記停止指標値に到達したか否か判断し、この結果、到達したと判断した場合、前記成膜源から出射された膜生成材料の前記被成膜体への付着を阻止する手段とを備えている。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、被成膜体に成膜中の光学膜に照射され当該光学膜から透過／反射されたモニタ光の波長を決定する膜厚モニタ光波長決定方法であって、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第１の停止指標値を、前記モニタ光の複数の候補波長毎に算出するステップと、算出された候補波長毎の第１の停止指標値に基づいて前記モニタ光の候補波長を前記複数の候補波長の中から決定する波長決定ステップとを備えている。この波長決定ステップは、前記モニタ光の光量変化に関連付けられており、当該モニタ光の複数の候補波長それぞれに所定の波長変動分を加えた複数の変動候補波長毎に、前記光学膜が所望膜厚に達して成膜を停止するための第２の停止指標値を算出するステップと、算出された複数の候補波長毎の第１および第２の停止指標値間の変動量を算出するステップと、算出された変動量に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定するステップを有する。あるいは、前記波長決定ステップは、前記候補波長毎に波長（λ）の変化（Δλに対する前記第１の停止指標値（θ）の変化（Δθ）の割合を示す変化率（Δθ／Δλ）を求めるステップと、求められた変化率に基づいて前記モニタ光の波長を前記複数の候補波長の中から決定するステップを有する。好適には、成膜プロセスに先立って、変化率（波長の変化に対する影響）が小さい候補波長（例えば最小の変化率をもつ候補波長）をモニタ光の波長として選んでおくことにより、成膜プロセス中にモニタ光波長に生じうる相対的変動（Δλ）から想定される膜厚誤差を小さくすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
なお、以下の実施の形態は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施の形態を採用することが可能であるが、これらの実施の形態も本発明の範囲に含まれる。
【００３０】
また、以下の説明において、単に“膜厚”という用語は、光学膜厚を意味するものとし、物理膜厚を意味する場合には、“物理膜厚”と記載する。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態に係わる薄膜モニタ光波長決定装置を含む成膜システム１の概略構成を示す図（一部断面図）である。
【００３２】
図１に示すように、成膜システム１は、真空容器（チャンバ）２と、この真空容器２内の例えば底部に並置された例えば２つの成膜源３ａ１、３ａ２と、真空容器２内における成膜源３ａ１、３ａ２と反対側（上部）に設けられており、基板ホルダ５により保持された被成膜基板６とを備えている。
【００３３】
成膜源３ａ１および３ａ２内には、成膜材料Ｅ、Ｆがそれぞれセットされており、これらの成膜材料ＥおよびＦはそれぞれ屈折率が異なっている。
【００３４】
そして、成膜システム１は、真空容器２内に設けられており、成膜源３ａ１、３ａ２内に電子ビームを照射して成膜源３ａ１、３ａ２内の成膜材料を加熱させるための電子銃１０ａ１、１０ａ２と、広波長帯域光である例えば白色光を測定光ＭＬとして出力する光源１１とを備えている。
【００３５】
さらに、成膜システム２は、後述する制御装置から送信されるシャッタ信号に応じて成膜源３ａ１、３ａ２の上方を覆うことにより成膜動作を停止させ、開放信号に応じて成膜源３ａ１、３ａ２の上方を開放して成膜動作を開始させるためのシャッタ装置１２ａ１、１２ａ２と、光源１１から発せられた測定光が成膜中の薄膜Ｆおよび基板６を透過した際の透過光を集光する集光レンズ１３と、この集光レンズ１３により集光された透過光を波長毎に受光する光ファイババンドル１４とを備えている。
【００３６】
この光ファイババンドル１４は、真空容器２の例えば上壁に対して気密に取り付けられたシールドボックス１５内を気密に貫通して真空容器外に延長している。
【００３７】
そして、成膜システム１は、光ファイババンドル１４を介して送られた透過光から、後述する制御装置から送信されるモニタ光波長を表す波長決定信号に対応する波長を有する透過光のみをモニタ光として分光する分光器１９と、この分光器１９により分光されたモニタ光を順次受光してその受光量に対応する光量信号を出力する受光器２０と、分光器１９およびシャッタ装置１５ａ１、１５ａ２にデータ通信可能に接続された制御装置２１とを備えている。
【００３８】
この制御装置２１は、受光器２０から出力された光量信号を受信し、受信した光量信号に応じてシャッタ装置１５ａ１、１５ａ２に対して個別にシャッタ信号／開放信号を送信して被成膜基板６上に成膜された薄膜層Ｆの膜厚を制御する機能等を備えている。
【００３９】
図２は、図１に示す制御装置２１のハードウエア構成および制御装置２１により実現できる機能ブロック構成を示す図である。
【００４０】
図２に示すように、制御装置２１は、受光器２０から出力された光量信号をデジタル型の光量信号（デジタル光量データ）に変換するＡ／Ｄ変換器３０と、このＡ／Ｄ変換器３０により変換されたデジタル光量データに基づいて後述する各手段Ｆ１〜Ｆ５に対応する処理を実行するコンピュータ３１と、このコンピュータ３１を上記各手段Ｆ１〜Ｆ５として機能させるためのプログラムＰを予め記憶する記憶媒体としてのメモリ３２とを備えている。なお、記憶媒体としては、半導体メモリ、磁気メモリ等、様々な記憶媒体が適用可能である。
【００４１】
また、メモリ３２には、成膜中の透過率変化を成膜時間に対する周期関数として理論的に表す理論式データを含む理論式データファイル３５が予め記憶されている。
【００４２】
以下、理論式データファイル３５に記憶された理論式データについて説明する。
【００４３】
まず、前提となる多層膜理論について述べる。
【００４４】
各層ａ１〜ａＮの光学膜厚をパラメータとするＮ層の多層膜フィルタ
の光透過率の理論式は、多層膜フィルタの膜表面に対して入射角が垂直であるとして、下式（１）に示すエネルギー透過率の式、および下式（２）〜（５）により与えられる。
【式１】
0003895599.tif 000002
【式２】
0003895599.tif 000003
【式３】
0003895599.tif 000004
【式４】
0003895599.tif 000005
【式５】
0003895599.tif 000006
ここで、式（１）におけるτは、式（２）で表され、また、式（２）に示すパラメータｍ11、ｍ12、ｍ21、ｍ22は、式（３）で与えられる全Ｎ層での特性行列Ｍの各要素であり、Ｍj（ｊは、１、２、・・・のように１から順にＮまで１ずつ増える整数）の総積によって与えられ、第ｊ層の特性行列Ｍjは、式（４）で与えられる。式（４）に示すｇjは、式（５）により表されるものであり、ｎjは、第ｊ層の複素屈折率、ｄjは、第ｊ層の物理膜厚である。
【００４５】
また、式（５）のλには、透過率を求める波長が代入され、ｎ0、ｎsは、それぞれ波長λにおける媒質の複素屈折率、フィルタ基板２の複素屈折率である。また、式（１）において、τ*は、τの共役複素数、式（３）および式（４）におけるｉは虚数である。
【００４６】
そこで、これらの式（１）〜式（５）を用いることにより、成膜中の層での透過率変化を求めることができる。すなわち、既に成膜が終了している層全体を上記特性行列で表すと、成膜中の層での透過率変化は物理膜厚をパラメータとする関数で表すことができる。成膜中の層内の透過率を一定とすると、物理膜厚は成膜時間に比例するため、物理膜厚を時間に置き換えることができる。
【００４７】
したがって、成膜中に、成膜中の透過率変化を時間の周期関数として表すことができる。
【００４８】
すなわち、成膜中（蒸着中）の透過光量変化（透過率変化；図３参照）Ｔは、成膜中の薄膜層内の成膜レートおよび薄膜の屈折率が一定である条件下においては、下式（６）、すなわち、成膜時間ｘの周期関数として表すことができる。
【００４９】
【式６】
0003895599.tif 000007
【００５０】
なお、式（６）中のＡ0およびＡ1は、上記周期関数の振幅と波形を表す係数であり、Ａ2は、成膜レートを表す成膜時間ｘの関数、Ａ3は、初期位相をそれぞれ表す係数である。そして、（Ａ2ｘ＋Ａ3）が、上述した成膜中の現在時刻ｘにおける位相を表している。
【００５１】
上記各係数（パラメータ）Ａ0、Ａ1、Ａ2およびＡ3は、成膜時において、現在時刻（時刻をｘmとする）よりも前に測定された全ての光量変化データ｛ｘk、ｔk（ｋ＝０、１、２、・・・ｍ−１）；なお、ｘkは、成膜中の薄膜層の成膜時刻（対応する薄膜層の成膜開始時刻（０）からのサンプリングレート毎の時刻）を表し、ｔkは、成膜時刻ｘkの透過光量を表している｝を用いて非線形フィッティングを行うことにより算出される。
【００５２】
すなわち、理論式データファイル３５には、上記式（６）で表される透過光量変化を成膜時間（位相）の関数として表す理論式が理論式データＤＡとして記憶されている。
【００５３】
そして、コンピュータ３１は、プログラムＰにより実現される機能として、第１の停止位相値算出手段Ｆ１、第２の停止位相値算出手段Ｆ２、位相変化量算出手段Ｆ３、波長決定手段Ｆ４および成膜制御手段Ｆ５を備えている。なお、各機能Ｆ１〜Ｆ５については、後掲図５および図７のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００５４】
次に、本実施形態の全体動作について説明する。なお、本実施形態では、光学フィルタとして、例えば多層膜ＧＦＦを製作する際のモニタ光決定処理動作および成膜処理動作を中心に説明する。
【００５５】
図４は、製作したい多層膜ＧＦＦの目標波長損失特性（波長１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍの波長範囲における目標となる波長損失特性（△））および成膜後の波長損失特性（上記波長範囲における成膜後の波長損失特性（実線）をそれぞれ表しており、この多層膜ＧＦＦの目標は、上記目標波長損失特性および成膜後の波長損失特性間の損失偏差（▲）を０．２ｄＢ以下（平坦度、Flatness：０．２ｄＢ以下）となっている。
【００５６】
すなわち、上記目標波長損失特性を実現すべき多層膜ＧＦＦの層数および多層膜を構成する各薄膜層の膜厚がそれぞれ決定されると、この多層膜設計情報は、多層膜設定データとしてメモリ３２に記憶される。
【００５７】
このとき、コンピュータ３１は、メモリ３２に記憶されたプログラムＰに従って動作し、図５に示すモニタ光波長決定処理を実行する。
【００５８】
図５に示すように、コンピュータ３１は、上記多層膜フィルタの特性範囲（１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍ）等に基づいて、所定の波長帯（例えば、１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）における例えば１ｎｍ毎に変化する３０種類の候補波長（λ１（１５３０ｎｍ）〜λ３０（１５５９ｎｍ））を選択する（ステップＳ１）。
【００５９】
そして、コンピュータ３１は、その３０種類の候補波長を有するモニタ光が上記多層膜を構成する各薄膜層から透過された場合の薄膜層毎の光量変化｛第１の光量変化△Ｔ（λ１）〜△Ｔ（λ３０）｝と上記式（６）に基づく理論式データＤＡとから、各薄膜層の膜厚を対応する膜厚設計値に一致させるための候補波長毎の第１の停止指標位相値θ1（λ１）〜θ30（λ３０）をそれぞれ算出する（ステップＳ２）。
【００６０】
すなわち、上記式（６）における位相を表す（Ａ3ｘ＋Ａ4）が膜厚設計値に到達した際の第１の停止指標位相値θ1（λ１）〜θ30（λ３０）を候補波長毎にそれぞれ算出する。なお、ステップＳ１およびＳ２の処理が第１の停止指標位相値算出手段Ｆ１に対応する。
【００６１】
次いで、コンピュータ３１は、各候補波長λ１〜λ３０に対して、所定の波長変動分である△λ（例えば０．００１ｎｍ）を加えた波長｛（λ１＋Δλ）〜（Δλ３０＋Δλ）｝を求める（ステップＳ３）。そして、コンピュータ３１は、求めた波長｛（λ１＋Δλ）〜（Δλ３０＋Δλ）｝をそれぞれ有するモニタ光が各薄膜層から透過された場合の薄膜層毎のモニタ光の光量変化｛第２の光量変化（△Ｔ（λ１＋△λ）〜△Ｔ（λ３０＋△λ）｝と上記式（６）に基づく理論式データＤＡとから、各薄膜層の膜厚を対応する膜厚設計値に一致させるための第２の停止指標位相値θ1´（λ１＋△λ）〜θ30´（λ３０＋△λ）を“候補波長＋波長変動分”毎にそれぞれ算出する（ステップＳ４）。すなわち、上記式（６）における位相を表す（Ａ3ｘ＋Ａ4）が膜厚設計値に到達した際の第２の停止指標位相値θ1´（λ１＋△λ）〜θ30´（λ３０＋△λ）を“候補波長＋波長変動分”毎にそれぞれ算出する。なお、ステップＳ３〜Ｓ４の処理が第２の停止指標値算出手段Ｆ２に対応する。
【００６２】
例えば、図６は、モニタ光（波長λ１）の透過光量変化△Ｔ（λ１）、その△Ｔ（λ１）に対応する第１の停止指標位相値θ1（λ１）、波長変動分△λが加わった波長（λ１＋△λ）を有するモニタ光の透過光量変化△Ｔ（λ１＋△λ）およびその△Ｔ（λ１＋△λ）に対応する第２の停止指標位相値値θ1´（λ１＋△λ）をそれぞれ示すグラフである。
【００６３】
このようにして、各薄膜層における複数の候補波長λ１〜λ３０毎の第１の停止指標位相値θ1（λ１）〜θ30（λ３０）および波長変動分Δλを考慮した第２の停止指標位相値θ1´（λ１＋△λ）〜θ30´（λ３０＋△λ）がそれぞれ求められると、コンピュータ３１は、対応する候補波長毎の位相変分値△Ｐ（λ１〜λ３０）を、次式（７）により求める（ステップＳ５）。
【００６４】
【式７】
0003895599.tif 000008
【００６５】
但し、ｋ＝１〜３０である。
【００６６】
すなわち、各位相変分値△Ｐ（λ１）〜△Ｐ（λ３０）は、対応する各波長λ１〜λ３０が所定の長さ（△λ)だけ変動した場合の停止指標位相値の変分量、すなわち、各モニタ光の波長λ１〜λ３０がΔλだけ波長変動した場合の各停止指標位相値に対する影響の度合いを表している。したがって、その絶対値|△Ｐ（λ１）|〜|△Ｐ（λ３０）|が小さければ小さいほど、波長変動△λによる影響が少ないことを示している。
【００６７】
そこで、コンピュータ３１は、薄膜層毎に求めた候補波長毎の位相変分値△Ｐ（λ１）〜△Ｐ（λ３０）が例えば最小、すなわち、△λの波長変動に対して最も影響の小さい位相変分値を薄膜層毎に求める。そして、コンピュータ３１は、求めた位相変分値に対応する候補波長（例えば、λminとする）を各薄膜層のモニタ光の波長に決定する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ５〜Ｓ６の処理が波長決定手段Ｆ４に対応する。
【００６８】
そして、コンピュータ３１は、各薄膜層の成膜処理を実行する際に、その実行する薄膜層毎に、対応するモニタ光波長（λmin）を表す波長決定信号を分光器１９に送信して処理を終了する（ステップＳ７）。
【００６９】
この結果、分光器１９は、コンピュータ３１から送信された波長決定信号に基づいて、送られてくる広波長帯域の透過光から、対応する波長（λmin）のモニタ光のみを分光して受光器２０に送る。
【００７０】
したがって、各薄膜層の成膜処理においては、その各薄膜層の成膜時にモニタ光に仮に相対的波長変動が生じても、その波長変動の影響が最小限度のモニタ光波長（λmin）が設定されている。このため、相対的波長変動に起因した各薄膜層の膜厚誤差を必要最小限度に抑制することができ、多層膜全体での蓄積された膜厚誤差も、その多層膜全体で所望の光学特性が得られる程度に抑制することが可能になる。
【００７１】
なお、上記ステップＳ６の処理では、薄膜層毎に求めた候補波長毎の位相変分値△Ｐ（λ１）〜△Ｐ（λ３０）が例えば最小、すなわち、△λの波長変動に対して最も影響の小さい位相変分値に対応する候補波長を薄膜層毎に求めたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７２】
例えば、第１の停止指標位相値θ1（λ１）〜θ30（λ３０）のみを比較し、その比較結果に基づいて、制御しやすい値（例えば、最小値、極小値等）に対応する候補波長をモニタ光として選択することも可能である。
【００７３】
また、例えば、位相変分値に所定の閾値を設け、この所定の閾値以下の位相変分値の中から、所望の変分値に対応する候補波長をモニタ光波長として選択してもよく、また、成膜時の様々な要件を考慮して、成膜上最も有利となる位相変分値に対応する候補波長をモニタ光波長として選択することも可能である。
【００７４】
また、薄膜層毎に求めた候補波長毎の位相変分値△Ｐ（λ１）〜△Ｐ（λ３０）を用いて全薄膜層トータルでの位相変分値、すなわち、各層での△Ｐの総和を表す△ＰTOTAL（λ１）〜△ＰTOTAL（λ３０）を求め、その位相変分値△ＰTOTAL（λ１）〜△ＰTOTAL（λ３０）が最小、すなわち、△λの波長変動に対して全薄膜層トータルで最も影響の小さい位相変分値に対応する候補波長を各薄膜層のモニタ光波長に決定することも可能である。
【００７５】
次に、このようにして決定された、膜厚誤差を最小限度に抑制できる波長を有するモニタ光を用いて膜厚モニタリングをしながら実行される成膜処理動作について説明する。
【００７６】
例えば、Ｎ層（Ｎは、１以上の整数）の多層膜Ｌ1〜ＬNにおける例えば、薄膜層Ｌj（１≦ｊ≦Ｎ）の成膜動作（例えば、成膜源３ａ２の成膜材料に対応する層であるとする）を行っている際においては、コンピュータ３１の制御により、成膜源３ａ２のシャッタ装置１２ａ２が開動作し、成膜源３ａ１のシャッタ装置１２ａ１が閉動作（シャッタ動作）している。
【００７７】
一方、電子銃１０ａ１、１０ａ２から成膜源３ａ１、３ａ２に対して電子ビームが照射されており、成膜源３ａ１、３ａ２内の加熱融解された成膜材料が蒸発する。
【００７８】
このとき、上方をシャッタ装置により覆われていない成膜源３ａ２から蒸発した成膜材料（蒸発粒子）は、真空容器２内を上昇して被成膜基板６に蒸着され、薄膜層Ｌjの一部が形成される。
【００７９】
上記成膜動作と並行して、光源１１からは、広波長帯域光が成膜中の薄膜層に照射される。そして、成膜中の薄膜層を透過した透過光は、基板６、集光レンズ１３および光ファイババンドル１４を介して分光器１９に入射される。
【００８０】
このとき、分光器１９には、コンピュータ３１から、薄膜層毎に、対応するモニタ光波長（λmin）を表す波長決定信号が送信されているため、分光器１９を介して、その波長（λmin）を有するモニタ光のみが分光されて受光器２０に受光される。受光器２０により受光された受光量に対応する光量信号はコンピュータ３１に送信される。
【００８１】
したがって、コンピュータ３１には、受光器２０を介して対応する薄膜層Ｌjにおける現在時刻ｘiよりも前に測定された全ての光量信号に基づく光量変化データ｛ｘk、ｔk（ｋ＝１、２、・・・、ｉ−１）｝が受信され、メモリ３２に記憶されている。
【００８２】
このとき、コンピュータ３１は、メモリ３２に記憶された、対応する薄膜層Ｌjにおける現在時刻ｘiよりも前に測定された全ての光量信号に基づく光量変化データ｛ｘk、ｔk｝を、メモリ３２の理論データファイル３５に記憶された式（６）にフィッティングして、式（６）の各パラメータＡ0、Ａ1、Ａ2およびＡ3を算出する（図７；ステップＳ１０および図８参照）。
【００８３】
次いで、コンピュータ３１は、算出した各パラメータＡ0、Ａ1、Ａ2、Ａ3および式（６）を用いて、現在の位相が目的位相｛例えば、ターゲット膜厚値が、遮断帯の波長λの１／４（λ／４）の場合では、図８に示すように、目的位相がπとなる｝に到達する際の成膜時刻ｘs、すなわち、（Ａ2ｘs＋Ａ3）＝πとなるｘsを算出する（ステップＳ１１）。
【００８４】
コンピュータ３１は、ステップＳ１０〜ステップＳ１１の処理を繰り返し行い、現在の成膜時刻ｘiが目的位相に対応する成膜時刻ｘsに到達した時点で、蒸着中の成膜源３ａ２に対応するシャッタ装置１２ａ２に対してシャッタ信号を送信して成膜源３ａ２から蒸発した成膜材料の基板６への蒸着を阻止する（ステップＳ１２、成膜制御手段Ｆ５に対応）。
【００８５】
この結果、実際に成膜された薄膜層Ｌjの膜厚は、仮にモニタ光に波長変動が生じていても、その波長変動の影響が最小限度のモニタ光波長（λmin）を用いて膜厚モニタリング処理を実行しているため、相対的波長変動に起因した各薄膜層の膜厚誤差を必要最小限度に抑制することができる。
【００８６】
したがって、多層膜全体での蓄積された膜厚誤差も、その多層膜全体で所望の光学特性が得られる程度に抑制することが可能になる。
【００８７】
ここで、本実施形態で説明したモニタ光波長決定処理および成膜処理に基づいて実際に製作した多層膜ＧＦＦの目標波長損失特性（波長１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍの波長範囲：（△））、実際に製作したＧＦＦの波長損失特性（実線）および両特性間の損失偏差（▲）をグラフとして図９に示した。なお、損失偏差の尺度となる平坦度（Flatness）は、最大偏差から最小偏差を引いた値である。
【００８８】
一方、本実施形態で説明したモニタ光波長決定処理および成膜処理を用いることなく、すなわち、波長変動分に対応する位相変動分を全く考慮することなく製作（モニタ光波長を１５３０ｎｍで固定）した多層膜ＧＦＦの目標波長損失特性波長（１５３０ｎｍ〜１５６２ｎｍの波長範囲：（△））、実際に製作したＧＦＦの波長損失特性（実線）および両特性間の損失偏差（▲）をグラフとして図１０に示した。
【００８９】
図９および図１０を比較すれば明らかなように、図１０においては、そのFlatnessが０．３４ｄＢとなり、目標の波長損失特性であるFlatness：０．２ｄＢ以下を満足しなかった。
【００９０】
これに対し、図９においては、そのFlatnessが０．１９３ｄＢとなり、目標値であるFlatness：０．２ｄＢ以下を満足する結果が得られた。
【００９１】
以上述べたように、本実施形態で詳述したモニタ光波長決定処理および成膜処理を実際に用いて多層膜ＧＦＦを製作した場合において、相対的波長変動に起因した各薄膜層の膜厚誤差を必要最小限度に抑制すること、および多層膜全体での蓄積された膜厚誤差を、その多層膜全体で所望の光学特性が得られる程度に抑制することができることが立証できた。
【００９２】
なお、本実施形態においては、光量変化の位相をモニタリングして成膜制御を行う位相制御方式に対応する理論式データとして、成膜中の透過光量の変化を成膜時間の関数式として理論的に表す理論式データＤＴを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９３】
すなわち、上述した光量変化の幅Ａに対する停止光量の極値からの変化分Ｂの割合（Ｂ／Ａ）を用いた成膜制御を実行する場合には、光量変化をパラメータとして理論的に表されたＢ／Ａ値を理論式データファイル３５に記憶しておく。そして、この理論式データを用いてステップＳ１〜Ｓ４の処理を実行することにより、各薄膜層の膜厚を対応する膜厚設計値に一致させるための第１の停止指標Ｂ／Ａ1（λ１）〜Ｂ／Ａ30（λ３０）をそれぞれ算出し（ステップＳ２参照）、次いで、波長変動分を考慮しながら、各薄膜層の膜厚を対応する膜厚設計値に一致させるための第２の停止指標Ｂ／Ａ1´（λ１＋△λ）〜Ｂ／Ａ30´（λ３０＋△λ）をそれぞれ算出する（ステップＳ４参照）。
【００９４】
以下、対応する候補波長毎のＢ／Ａ変分値△Ｂ／Ａ（λ１〜λ３０）を求めて、その求めた△Ｂ／Ａ（λ１〜λ３０）の例えば最小値に対応する候補波長をモニタ光波長に選択すれば、位相制御方式と同様に、相対的波長変動に起因した各薄膜層の膜厚誤差を必要最小限度に抑制することが可能になる。
【００９５】
また、本実施形態では、単一のコンピュータで上述したモニタ光波長決定処理および成膜制御処理を実行したが、複数台のコンピュータで実行することも可能である。
【００９６】
さらに、本実施形態では、光源１１として、広波長帯域光を出力する光源を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、単一波長のモニタ光であるレーザ光を出力するレーザ装置を用いることも可能である。この場合、分光器１９は不要になる。
【００９７】
すなわち、モニタ光の波長制御を行う際においては、コンピュータ２１から光源１１へ波長決定信号を送信することにより、直接光源１１から出射されるモニタ光の波長を制御することで対応できる。
【００９８】
なお、本実施形態では、薄膜Ｆおよび基板６を透過した光をモニタ光として用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄膜Ｆから反射した光をモニタ光として用いることも可能である。
【００９９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の膜厚モニタ光波長決定方法および装置、成膜システムならびにプログラムによれば、各薄膜層の成膜処理においては、その各薄膜層の成膜時にモニタ光に仮に相対的波長変動が生じていた場合でも、その波長変動の影響が最小限度になる波長を、モニタ光の波長として決定することができる。
【０１００】
したがって、相対的波長変動に起因した各薄膜層の光学膜厚誤差を必要最小限度に抑制することができ、多層膜全体での蓄積された光学膜厚誤差も、その多層膜全体で所望の光学特性が得られる程度に抑制することが可能になる。
【０１０１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる薄膜モニタ光波長決定装置を含む成膜システム１の概略構成を示す図（一部断面図）。
【図２】図１に示す制御装置のハードウエア構成および制御装置により実現できる機能ブロック構成を示す図。
【図３】成膜中の透過光量変化を示すグラフ。
【図４】製作したい多層膜ＧＦＦの目標波長損失特性（△）、成膜後の波長損失特性（実線）および上記目標波長損失特性および成膜後の波長損失特性間の損失偏差（▲）をそれぞれ示すグラフ。
【図５】図１に示す制御装置によるモニタ光波長決定処理の一例を示す概略フローチャート。
【図６】本発明の実施形態におけるモニタ光（波長λ１）の透過光量変化△Ｔ（λ１）および波長（λ１＋△λ）を有するモニタ光の透過光量変化△Ｔ（λ１＋△λ）をそれぞれ示すグラフ。
【図７】図１に示す制御装置による成膜制御処理の一例を示す概略フローチャート。
【図８】本発明の実施形態に係わる成膜停止位置の予測処理を説明するためのグラフ。
【図９】本発明の実施形態で説明したモニタ光波長決定処理および成膜処理に基づいて実際に製作した多層膜ＧＦＦの目標波長損失特性（△）、実際に製作したＧＦＦの波長損失特性（実線）および両特性間の損失偏差（▲）をそれぞれ示したグラフ。
【図１０】波長変動分に対応する位相変動分を全く光量することなく製作した多層膜ＧＦＦの目標波長損失特性波長（△）、実際に製作したＧＦＦの波長損失特性（実線）および両特性間の損失偏差（▲）をそれぞれ示したグラフ。
【図１１】Ｂ／Ａ制御方式におけるＢ／Ａを説明するためのグラフ。
【符号の説明】
１  成膜システム
２  真空容器
３ａ１、３ａ２  成膜源
５  基板ホルダ
６  被成膜基板
１０ａ１、１０ａ２  電子銃
１１  光源
１２ａ１、１２ａ２  シャッタ装置
２０  受光器
２１  制御装置
３０  Ａ／Ｄ
３１  コンピュータ
３２  メモリ
３５  理論式データファイル
【図１】
0003895599.tif 000009
【図２】
0003895599.tif 000010
【図３】
0003895599.tif 000011
【図４】
0003895599.tif 000012
【図５】
0003895599.tif 000013
【図６】
0003895599.tif 000014
【図７】
0003895599.tif 000015
【図８】
0003895599.tif 000016
【図９】
0003895599.tif 000017
【図１０】
0003895599.tif 000018
【図１１】
0003895599.tif 000019