(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料を飛翔させて被成膜体表面に堆積させて薄膜を形成する際に、成膜過程の薄膜を光学式膜厚計で測定し、この光学式膜厚計で時々刻々測定される測定光量があらかじめて求めてある基準光量値に近似もしくは等しくなるように飛翔させる成膜材料の量を制御することにより所望の薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記基準光量値として、前記光学式膜厚計を用いて形成目的とする薄膜を試験成膜していくつかの波長に対する前記薄膜の屈折率を求め、これら屈折率から理論的計算によって任意の波長毎に求めた基準光量値を用いることによって、任意の所望波長に対して所望の光学的膜厚を有する薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。ただし、Ａ．前記光学式膜厚計は、薄膜が形成された被成膜体に所定の光を照射したときの所定波長の透過光又は反射光の光量が少なくとも前記薄膜の膜厚と屈折率とに依存することを利用し、前記透過光又は反射光の光量を測定することにより前記薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚計である。Ｂ．前記成膜過程においては、前記被成膜体表面に既に堆積された薄膜の膜厚に依存して変化する前記透過光又は反射光の光量もしくは光量の変化量を前記光学式膜厚計で時々刻々測定する。Ｃ．前記基準光量値は、目的とする成膜が行われるときに前記光学式膜厚計で時々刻々測定される光量値又は光量値変化量値のデータの集合である。
【請求項２】
前記基準光量値は、以下のようにして求めることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
ａ．前記光学式膜厚計で所定の波長の時事刻々の光量値又は光量変化量値を測定しながら試験成膜を行い、前記所定波長に対して目的とする光学的膜厚を有する薄膜を形成し、その時の光学的膜厚を含む物質定数から前記薄膜の所定波長の屈折率を求める。
ｂ．前記試験成膜を、前記所定の波長と異なるいくつかの波長について行って、いくつかの波長における薄膜の屈折率を求める。
ｃ．前記試験成膜で求めた前記薄膜の複数の波長に対する屈折率から、前記薄膜の波長と屈折率との関係式を求め、この関係式から前記試験成膜した波長以外の任意の波長の屈折率を求める。
ｄ．薄膜成膜過程で前記光学式膜厚計で時々刻々測定される光量又は光量変化量を、測定対象たる薄膜の屈折率を因子に含む理論式で表し、この理論式に前記求めた任意の波長の屈折率をいれることによって、任意の波長における時々刻々の光量値又は光量変化量値を求め、これを任意の波長の基準光量値データとする。
【請求項３】
前記目的とする成膜の屈折率は、前記光学膜厚計のモニタ−ガラスの反射率、フィルタ−の透過スペクトルを少なくとも求め、かかる値を用いて、算出する請求項１又は２記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜形成方法の工程を含むレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックまたはガラス素材等の表面上に薄膜を形成する方法及び装置にかかり、特に、光学的性質の一定した薄膜を再現性良く且つ短時間で形成可能であり、眼鏡レンズに反射防止膜を形成する際等に好ましく用いられるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜を被成膜体に成膜する過程において、時々刻々変化する光学膜厚に一義的に依存する計測量が基準計測量になるように飛翔させる成膜材料の量を制御することによって、光学的性質の一定した薄膜を安定して、大量に再現性よく自動的に形成する方法は知られている。その例として、特開２００１−１１５２６０号公報には、薄膜が形成された被成膜体に所定の光を照射したときの透過又は反射光量が、前記薄膜の屈折率及び膜厚に依存することを利用して前記薄膜の光量を測定する光学式膜厚計を用い、成膜過程において、前記光学式膜厚計によって時々刻々測定される透過又は反射光量値が基準光量値に近似又は等しくなるように、飛翔させる成膜材料の量を制御する方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記基準光量値の求める方法は、特開２００１−１１５２６０号公報の段落番号［００２９］〜［００３１］にも記載されているように、装置の種々の条件が良好な場合は電子銃への電力を一定にするだけで良い場合もあるが、熟練者の経験とカンによって種々の条件を制御する必要がある場合も少なくなく、煩わしいものであった。
【０００４】
また、例えば、眼鏡レンズに施される反射防止膜は、商品化のために反射防止特性のみならず、ファッション的視点から、反射防止膜の反射色を考慮する必要がある。そのため、干渉色設定者が選んだ設定波長にて色設定したあと、設定者は、実際にかかる波長にて膜を施して部材の反射色を肉眼で確かめる。その結果、反射色に色修正がある場合には、設定者は、先に設定した波長、即ち光学式膜厚計にあるフイルタ−を変更して、所望の反射色が得られるまで、反射防止膜を施す作業を繰り返していた。この場合には、所望の反射色が得られたときの基準光量値デ−タを得る必要があり、非常に試行錯誤的な繁雑な作業を繰り返す必要があった。
【０００５】
さらに、商品化される反射防止膜は多種類に及ぶ。そして、これらの反射防止膜の設定波長は同一ではない場合が多いため、生産ラインでは、光学式膜厚計にあるフィルタ−は装置間ごとに異なる場合がある。このため、ある特定の反射防止膜を生産ラインにあるすべての薄膜装置で施すこととなった場合、光学式膜厚計にあるフイルタ−に適合した基準光量値デ−タを実測で測定する煩わしさが発生する可能性があった。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、先に設定した薄膜の設計波長を変更した場合において、例えば、装置間において光学式膜厚計にあるフイルタ−が異なる場合においても、容易にこれらの基準光量値デ−タを得る薄膜の形成方法及びその装置を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題は以下の手段により解決した。
成膜材料を飛翔させて被成膜体表面に堆積させて薄膜を形成する際に、成膜過程の薄膜を光学式膜厚計で測定し、この光学式膜厚計で時々刻々測定される測定光量があらかじめて求めてある基準光量値に近似もしくは等しくなるように飛翔させる成膜材料の量を制御することにより所望の薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記基準光量値として、前記光学式膜厚計を用いて形成目的とする薄膜を試験成膜していくつかの波長に対する前記薄膜の屈折率を求め、これら屈折率から理論的計算によって任意の波長毎に求めた基準光量値を用いることによって、任意の所望波長に対して所望の光学的膜厚を有する薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
ただし、
Ａ．前記光学式膜厚計は、薄膜が形成された被成膜体に所定の光を照射したときの所定波長の透過光又は反射光の光量が少なくとも前記薄膜の膜厚と屈折率とに依存することを利用し、前記透過光又は反射光の光量を測定することにより前記薄膜の膜厚を測定する光学式膜厚計である。
Ｂ．前記成膜過程においては、前記被成膜体表面に既に堆積された薄膜の膜厚に依存して変化する前記透過光又は反射光の光量もしくは光量の変化量を前記光学式膜厚計で時々刻々測定する。
Ｃ．前記基準光量値は、目的とする成膜が行われるときに前記光学式膜厚計で時々刻々測定される光量値又は光量値変化量値のデータの集合である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態にかかる薄膜形成装置の構成を示す図である。以下図１を参照にしながら、一実施の形態を説明する。なお、この実施の形態は、被成膜体たるプラスチック製の眼鏡レンズに薄膜たる反射防止膜を形成する場合に本発明を適用した例である。
【０００９】
図１において、成膜室たる真空チャンバー１内には、上部にコートドーム２が設置され、下部に、電子銃３、ルツボ４及びシャッター５等が設けられている。また、コートドーム２の近傍には、コートドーム２に保持された被成膜体であるレンズ２ａの温度を計測するための基板温度計６が設けられ、さらに、真空チャンバー１内の真空度を計測するための真空計７及び真空チャンバー１内を排気するための排気ユニット８が設けられている。また、コートドーム２に保持されたレンズ２ａを加熱するためのハロゲンヒータ９が設けられている。
【００１０】
さらに、真空チャンバー１の外部上部には光学式膜厚計１０が設けられている。該光学式膜厚計１０は膜厚モニター１１を介して制御装置１２に接続されている。制御装置１２には、基準光量値データ格納手段１３や入力手段１２ａが接続され、さらに、上述の電子銃３、シャッター５、基板温度計６、真空計７、排気ユニット８及びハロゲンヒータ９が電気的に接続されており、制御装置１２は、これらと情報交換しながら各種の制御を行う。
【００１１】
すなわち、制御装置１２は、真空計７の情報に基づいて真空排気ユニット８を制御し、真空チャンバー１内を所定の真空度にする。また、制御装置１２は、基板温度計６の情報に基づいてハロゲンヒーター９を制御して被成膜体であるレンズ２ａを所定の温度にする。そして、制御装置１２は、上記光学式膜厚計１０で測定される上記モニターガラス２ｂに形成された薄膜の時々刻々の光学膜厚に依存する時々刻々の光量値が、基準光量値データ格納手段に格納されている値と等しくなるように、電子銃３に印加する電力（電流及び／又は電圧）を制御する。
【００１２】
ここで、コ−トド−ム２は、被成膜体であるレンズ２ａに薄膜である反射防止膜等が蒸着されるように、レンズ２ａを保持する保持手段である。複数のレンズ２ａが同時に蒸着できるよう、円形をしており、全てのレンズが同一品質の反射防止膜になるようにコ−トド−ムは曲率を有している。
【００１３】
電子銃３は、ルツボ４に収納された蒸着物質(原料)４ａを該蒸着物質(原料)４ａの溶融温度まで加熱することにより、蒸発させて、レンズ２ａ及びモニタ−ガラス２ｂに蒸着物質(原料)を蒸着・堆積させて薄膜を形成する。
【００１４】
ルツボ４は、蒸着物質４ａを保持するために用いられる公知の容器である。電子銃３による蒸着物質の加熱により、蒸着物質が突沸しないように、ルツボ４は冷却されるか、材質として、熱伝導率が高い物質が好ましく用いられる。
【００１５】
シャッタ−５は、蒸着を開始するとき開き、または終了するときに閉じるもので、薄膜の制御を行いやすくするものである。ハロゲンヒ−タ−９は、レンズ２ａに蒸着される薄膜の密着性などの物性を出すため、レンズ２ａを適切な温度に加熱する加熱手段である。
【００１６】
光学式膜厚計１０は、表面に透明薄膜を形成した透明基体に光を照射すると、薄膜表面からの反射光と透明基体表面からの反射光とが両者の位相差によって干渉をおこす現象を利用したものである。すなわち、上記位相差が薄膜の屈折率及び光学膜厚によって変化し、干渉の状態が変化して反射光の光量が薄膜の屈折率及び光学膜厚に依存して変化する。なお、反射光が変化すれば必然的に透過光も変化するので、透過光の光量を計測することによっても同様のことができるが、以下では反射光を用いた場合を説明する。
【００１７】
図２はモニタガラス表面に蒸着を施して薄膜を形成していく場合における反射光量の変化を示す図である。図の縦軸が光量（相対値：単位；％）であり、横軸が蒸着時間である。蒸着する薄膜の物理的膜厚が厚い場合には、光量は、薄膜の屈折率が一定の条件下、物理的膜厚が増すにしたがって、周期的に増減を繰り返す。この薄膜の屈折率と、薄膜の物理的膜厚に一義的に対応する光量の変化を利用すれば、一義的に薄膜の測定及び／又は制御ができる。この場合、各周期における極大値と極小値との差を伸び量という。一般的には、伸び量ｌ1，ｌ2，ｌ3…は、互いに必ずしも一致しない場合がある。
【００１８】
光量変化の山や谷では、制御の精度が低下することから、実際の制御は、伸び量の全領域を用いず、その一部を利用することが一般的である。図３は伸び量のうちで制御に利用する領域を示した図である。図３に示したように、光量値の最小が２０％、最大が７０％であって、伸び量が５０％である場合には、例えば、上下の５％の領域は用いず、光量値が２５％〜６５％の領域部分を利用して制御を行うようにする。
【００１９】
次に光学膜厚計の構造について、図４を参照しながら説明する。光学膜厚計は、基本的に、投光ランプ（101）、反射鏡Ａ（102）、モニタガラス（2b）、反射鏡Ｂ（103）、フィルタ（105）、受光センサ−（106）、膜厚計本体（11）、ペンレコ−ダ（107）より構成されている。
【００２０】
投光ランプ（101）は、モニタガラス（2b）面上に形成される薄膜の膜厚の変化に伴い、モニタガラス（2b）における反射率光量が変化し、さらには光量が変化するが、かかる光量の変化を測定するために必要な光源である。この投光ランプ（101）から発せられる光は放射強度スペクトルを持っているが、正確な光量を求めるために、分光計にて、かかる放射強度スペクトルを波長ごとに分析することができる。また、放射強度スペクトルが、波長の変化に対し連続的で、大きな変化がないとすれば、光学膜厚計で測定される光量は、後述するように、相対的な光強度を意味することから、分光計にて、かかる放射強度スペクトルを波長ごとに分析を行わなくても光量測定が可能である。
【００２１】
反射鏡Ａ（102）は、基本的に、投光ランプ（101）から発せられる入射光を反射してモニタガラス（2b）に導くために用いられる。反射鏡Ａ（102）の反射の程度は、特に限定されないが、光量計算の容易さを考慮すると、投光ランプ（101）から発せられる入射光を全て反射させるものが好ましい。
【００２２】
モニタガラス（2b）は、このモニタガラスの下面上に蒸着試料が蒸着し、成膜される位置に設けられている。モニタガラスの下面上に、蒸着試料が成膜されると、成膜の膜厚の変化によって、前記反射鏡Ａ（102）から入射してくる光の反射量が変化する。かかる反射量の変化を利用して光量を求める。モニタガラス（102）の厚みは可干渉性が起こらない程度の厚さが好ましい。モニタガラスの素材は特に限定されないが、屈折率が判明しているガラス素材が好ましく用いられ、二酸化ケイ素からなるガラス素材が特に好ましく用いられる。
【００２３】
モニタガラスの屈折率は、分光計の測定により求めることができる。かかる測定は、モニタ−ガラスは通常、真空中の蒸着装置内にあることから、モニタガラスの屈折率は、真空中で測定することが好ましいが、真空中及び大気中でモニタガラスの屈折率を測定する差異は、光量を求める上では、値に大きな影響を受けないことから大気中でモニタガラスの屈折率を測定することも可能である。
【００２４】
反射鏡Ｂ（104）は、モニタガラス（2b）で反射された光をさらに受光センサ−（106）に導くために設けられたもので、反射鏡Ａ（102）と同様、モニタガラス（2b）から発せられる入射光を全て反射させるものが好ましい。
【００２５】
フィルタ（105）は、反射鏡Ｂ（104）から入射される光に関し、ある特定波長の範囲の光を選択透過させるために用いられるもので、通常、種々の所望のフィルタに取り替えることが可能である。多品種の反射防止膜を量産する工場では、多数の蒸着装置が設置され、前記フィルタ（105）は、施そうとする反射防止膜の設計波長に適合したものが、蒸着装置に取り付けられている。従って、多品種の反射防止膜を量産する工場では、蒸着装置において同一のフィルタが取り付けられていないことが多い。
【００２６】
フィルタ（105）は、固有の透過スペクトルをもつ。即ち、ある特定波長の範囲の光をどのように透過するのかは、そのフィルタの特性である。かかる透過スペクトルは、分光計で測定することが可能であり、分光計で測定したスペクトル値を、基準光量デ−タを算出する際に用いる。しかし、計算の簡易化のために、以下に記載する正規分布関数で代用しても良い。
【００２７】
【数１】
0003848571.tif 000002
ただし、
λ：分散波長(nm)
λ0：中心波長(nm)
λ：波長(nm)
filter(λ)：λに対するフィルタの透過率
【００２８】
受光センサ−（106）は、フィルタ−（105）によって透過された光を正確に感知できるものが好ましく、受光センサ−（106）に達した光の強さは、フィルタ−（105）を通過した波長ごとの光強度の和によって知ることができる。
【００２９】
膜厚計本体(11)は、受光センサ−（106）が感知した光強度を相対的な数値（％表記）に変換する。たとえば、モニタ−ガラス（2b）に薄膜が施されていない状態において、投光ランプ（101）を反射鏡Ａ（102）に照射し、受光センサ−（106）が感知したときの光量を、所望の数値、例えば、２０％、３０％というように光量の初期値として設定する。そして、かかる初期値を基準にして、薄膜の周期における光量の極大値及び極小値を求める。このように、かかる初期値を基準にした場合には、光量は相対値となるため、また、測定対象となる光波長範囲は前述のフィルタによって制限されるから、投光ランプ（101）の放射強度スペクトルを測定しなくても実用的な基準光量値デ−タが得られる。
【００３０】
本実施の形態においては、基準光量値は、薄膜設計段階で蒸着試験を行ない、薄膜の屈折率の波長依存曲線を求め、次いで、この屈折率を用いて基準光量値を理論的に計算して求める。以下、手順の詳細を説明する。図５は薄膜設計段階において薄膜屈折率の波長依存曲線を求める手順、成膜手順を示す図である。薄膜屈折率の波長依存曲線は図５に示される手順で行なわれる。
【００３１】
▲１▼ 設計開始
成膜目的たる薄膜の光学的設計を行う。例えば、成膜目的たる薄膜が、眼鏡レンズ表面に形成される反射防止膜であるとする。そうすると、反射防止膜は、単純な構成の例を挙げるならば、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に所定厚さに複数層積層したものである。その設計は、反射防止対象とする波長領域、反射防止性能、反射色その他により、薄膜の屈折率、厚さ、層の数等が設計される。
【００３２】
▲２▼ 蒸着試験
上記、設計は、あくまでも最終的に眼鏡レンズ表面に成膜される反射防止膜の設計である。しかるに、成膜の制御は、モニタガラスに成膜される薄膜を通じて行ない、眼鏡レンズ表面に形成される反射防止膜そのものを用いるものではない。これは、モニタガラスが無機素材より作られているのに対し、眼鏡レンズの大半は、有機素材より作られていることから、表面の滑らかさ、表面精度が異なること、また、モニタガラス表面は平面であるのに対し、眼鏡レンズは曲面であるため、光学式膜厚計での観測が困難であること等の理由による。このため、上記設計値に基づいて、蒸着試験がなされる。
【００３３】
この蒸着試験は、眼鏡レンズ面上及びモニタガラス面上に試験的に成膜を行う。この試験により、成膜後に大気中に取り出された眼鏡レンズ面上の薄膜が上記設計値になるような成膜条件及びその条件で成膜する際に同時にモニタガラス面上に成膜される薄膜について、光学膜厚計で光量値を実測する。その実測は、光学膜厚計の特定波長のフィルタを介して行い、その波長の光量値を観測する。さらに、ある特定の波長の光を透過させるフィルタを、複数種（透過波長範囲が違う）用いて、試験成膜を行い、各フィルタを用いたごとの光量値を求める。
【００３４】
▲３▼ 各波長に対する薄膜の屈折率を求める
ここで、光学式膜厚計で実測される光量値は、光源、反射鏡、フィルタ、受光センサ等の装置定数的因子や、モニタガラス面での反射率等の成膜に固有の因子等が分かれば、理論計算式によって算出することが可能である。実際の成膜条件や光学式膜厚計を考慮すると、装置定数的因子は、比較的容易に求めることができる。また、成膜固有の因子についても、モニタガラス自体の屈折率等は既知である場合が多いので比較的容易に求めることができる。理論計算式において、未知因子として残るのが、モニタガラス面上に成膜される膜の屈折率である。したがって、成膜される膜の屈折率以外の因子が求まるとすると、前述した各フィルタを用いたごとの光量値を実測して求めることによって、薄膜の各波長ごとの屈折率を計算によって算出することができる。
【００３５】
前記波長に対する薄膜の屈折率の算出方法の理論であるが、モニタガラスに薄膜を成膜していった場合、モニタガラスにおいて反射率が極大及び極小となる場合における薄膜の光学的膜厚値は、理論計算により求めることができる。また、極大、極小光量値が判れば、前述したのび量が判る。さらに、光学膜厚計のフィルタを用いていることから、前記極大、極小光量値は、かかるフィルタが透過する波長に対応する値である。そして、前記モニタガラスにおいて反射率が極大となる薄膜の光学的膜厚値が判ると、前記フィルタが透過する波長における薄膜の屈折率を求めることができる。このことを簡略した式を用いて説明する。
【００３６】
いま、
薄膜を施したモニタガラスの反射率：（ｒ）
薄膜の光学的膜厚をＬ
薄膜の物理的膜厚をｄ
薄膜の屈折率をｎ
とすると、これらの関係は、簡略して式に記載すると、以下の▲１▼及び▲２▼式のような関係になる。
Δ=Δ(n, d)・・・・・・・▲１▼        Ｌ=Ｌ(n, d)・・・・・・▲２▼
（Δは、反射率の差を表す）
ここで、前述した極大光量値における薄膜の光学的膜厚値（）及びそれに対応する反射率差（Δ）を▲１▼及び▲２▼式に代入すると、薄膜の屈折率ｎが求まる。▲２▼式に薄膜の屈折率及び光学的膜厚を代入すると薄膜の物理的膜厚が求まる。
【００３７】
次にモニタガラスの反射率、薄膜の屈折率及び光量は相関関係があることを説明する。光学式膜厚計の受光センサ１０６によって検出される時刻ｔにおける光量値Ｑ（ｔ）（％）は、次式で表すことができる。
【数２】
0003848571.tif 000003
【００３８】
ただし、上記（１）式においては下記条件が成立しているものとする。
（ａ）Ｑ0は、初期設定光量である。
（ｂ）Ｐ(λ,t)＝Ｒmonitor(ｄ1,ｄ2,……,ｄk(t), ｎ0(λ),ｎ1(λ), ｎ2(λ),……,ｎk(λ))・Ｔ(λ)・Ｘ(λ)…（２）である。
（ｃ）Ｐは光量の絶対値である。
（ｄ）Ｔ(λ)はフィルター１０５の透過率、Ｘ(λ)は、投光ランプ１０１の強度関数（Ｓ(λ)）や反射鏡１０２、１０４の反射率（Ｒmirror（λ））等の膜厚計を構成する光学部品による関数で、一般に装置定数として扱うことができる。
【００３９】
（ｅ）Ｒは、モニタガラスの反射率で、この反射率は、よく知られた光学計算（例えば、下記（３）式）によって求まる。ただし、引数は、ガラスの屈折率0(λ)と、薄膜全ｋ層と考えた場合の各層の膜厚ｄ1,ｄ2,….,ｄ(t)と、屈折率ｎ1(λ),ｎ2(λ),….,ｎ(λ)である。なお、ｄのみｔの関数となっている。
Ｒmonitor(λ）＝｛Ｒ1(λ)（１−Ｒ2(λ)）＋Ｒ2(λ)（１−Ｒ1(λ)）｝／｛１−Ｒ1(λ)・Ｒ2(λ)）}…（３）
【００４０】
（ｆ）上記（３）式において、Ｒ1(λ)はモニタガラス表面（上側面）での反射率であり、Ｒ2(λ)はモニタガラス裏面（下側面）での反射率である。
ここで、モニタガラス表面（上側面）での反射率Ｒ1(λ)はモニタガラスの屈折率が分かれば求まる。これに対し、モニタガラス裏面（下側面）での反射率Ｒ2(λ)は、モニタガラス裏面に形成される薄膜に依存する。モニタガラス裏面に形成される薄膜が多層膜である場合には、以下のようになる。
【００４１】
多層膜の各層が均質膜、又は、均質膜に分割することが可能な場合、各層は、下記のように、２行２列の四端子行列で表される。
【数３】
0003848571.tif 000004
【００４２】
モニタガラス面上に成膜される全ｋ層の多層膜は、各層に対応する特性行列（四端子行列）の積として表され、その特性行列Ｍは、下記（５）式で表される。
【数４】
0003848571.tif 000005
【００４３】
この特性行列Ｍから、多層膜の振幅反射率ｒ（λ）は、
【数５】
0003848571.tif 000006
と表され、エネルギー反射率Ｒ1（λ）は、
Ｒ1（λ）＝｜ｒ（λ）｜2…（７）
となる。
【００４４】
上述の（１）〜（７）式から明らかなように、光学式膜厚計で観測される光量値Ｑ（ｔ）は、モニタガラスの屈折率Ｒ(λ)、薄膜の屈折率ｎ（λ）の関数である。ここで、Ｔ(λ)、Ｘ(λ)、ｄ（ｔ）、モニタガラスの屈折率（ｎ）、膜への入射角φ、波長λ等は定数として求めることが可能である。
【００４５】
▲４▼ 波長に対する薄膜の屈折率の関係を示す近似曲線を求める。
図６は前記▲３▼のステップによって求めた複数の波長に対して求めた伸び量とそれに対応する薄膜の屈折率とを求めた例を表にして示した図である。図６に示されるように、複数の波長における薄膜の屈折率が求まると、近似的に薄膜の屈折率の波長依存特性曲線を求めることができる。すなわち、いま、波長λの薄膜の屈折率をＮ（λ）とすると、近似的に、Ｎ（λ）＝Ｎａ＋Ｎｂ／（λ＋Ｎｃ）  の式で表すことができる。ただし、Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは物質固有の屈折率係数である。図７は複数の波長に対する薄膜の屈折率をプロットした図並びに上記プロット値を上記式に入れて定数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃを求めて得た曲線を示す図である。
【００４６】
▲５▼ 所望の波長における薄膜の屈折率の算出
前記▲４▼で求めた薄膜の屈折率の波長依存特性曲線の近似式を用いて所望の波長における薄膜の屈折率の算出をおこなう。
【００４７】
▲６▼ 所望の波長における薄膜の基準光量値デ−タの作成
所望の波長における成膜目的の薄膜の屈折率と、物理的膜厚が判れば、光学膜厚計におけるモニタガラスの反射率を求めることができる。従って、薄膜を成膜する際の時々刻々の光量を求めることができる。また、基準光量値変化量は、上記基準光量値を微分することによって求めることができる。なお、こうして求めた基準光量値は、時刻ｔ（秒）に対する光学式膜厚計の光量ｌ（％）として、時刻と光量値とが対になった光量値データとして、基準光量値データ格納手段に格納される。
【００４８】
実際の生産においては、理論計算で求めた基準光量値又は基準光量値変化量を用いて成膜した薄膜について、例えば、その反射色（干渉色）を調べると、目的とする反射色（干渉色）とずれている場合がある。その場合には、設定した波長を若干変更し、その設定波長に対応する薄膜屈折率を、薄膜屈折率の波長特性曲線から求める。この変更した設定波長に対応する薄膜の屈折率を用いて、理論計算によって新たな基準光量値又は基準光量値変化量を求める。そして、この基準光量値又は基準光量値変化量を用いて成膜することにより、比較的簡単に、目的とする反射色（干渉色）を有する薄膜を安定して生産す得ることができる。
【００４９】
また、色（干渉色）設定中に、光学式膜厚計１０のフィルター１０５の選択が適切でないと判明したときには、交換するフィルタに対する基準光量値データを上記理論計算によって簡単に作成することができる。さらに、実際の生産ラインにおいて、反射防止膜が多品種に及ぶ場合、光学膜厚計のフィルタは、蒸着装置ごとに異なっている場合がある。その場合、使用しているフィルタが通す波長における薄膜の屈折率を、薄膜屈折率の波長特性曲線から求めて、理論計算によって新たな基準光量値又は基準光量値変化量を求める。そして、この基準光量値又は基準光量値変化量を用いて成膜することができる。したがって、光学膜厚計のフィルタを交換しても、容易に基準光量値又は基準光量値変化量が求まり、この基準光量値又は基準光量値変化量を用いて安定した成膜をすることができる。
【００５０】
なお、上記説明では、光学式膜厚計で測定する波長を選択する方法として、反射光を通過させるフィルター１０５を選択する方法を用いる例を掲げたが、これは、場合によっては、照射光を通過させるフィルターを用い、そのフィルターを通過させた後に薄膜に照射するようにし、このフィルターを交換するようにしてもよい。また、照射光を発生する投光ランプ自体を所定の波長を発光するもので構成し、そのようなランプであって互いに異なる波長を発光するものを複数配置して切りかえるようにしてもよい。さらには、上記説明では、基準光量値データを求める方法として、試験成膜で複数の屈折率を求め、この複数の屈折率から波長と屈折率との関係式を求め、その関係式から任意の波長の屈折率を求め、こうして求めた屈折率を、光量値を理論的に表す式にいれて任意の波長の基準光量値データを求める方法を掲げた。しかし、試験成膜においては、その試験成膜の波長における基準光量値データが求まっている。すなわち、いくつかの波長については、試験成膜によってすでに基準光量値データ自体が求まっている。そこで、このいくつかの波長の基準光量値データを用いて補間法等を用いて、その間の基準光量値データを求めてもよい。また、例えば、試験成膜で求まった基準光量値データを曲線で表してグラフに表示すると、その複数の曲線間にあると想定される曲線が他の波長の基準光量値の曲線となるので、補間法その他の方法でその間の曲線を求めて任意の波長の基準光量値曲線を求めるようにしてもよい。
【００５１】
▲７▼ 薄膜形成方法
以下、本実施の形態にかかる薄膜形成方法をより具体的に説明する。なお、基準光量値又は基準光量値変化量を用い、光学式膜厚計にて制御することは、特開２００１−１１５２６０号公報、特開２００１−１２３２６９号公報、欧州公開公報１０９４３４４号公報によって知られている。コートドーム２に被成膜体たるレンズ２ａ及びモニターガラス２ｂをセットし、ルツボ４に蒸着原料４ａをセットする。ついで、真空チャンバー１内を所定の真空度にし、ハロゲンヒーター９によってレンズ２ａを所定の温度にする。しかる後、電子銃３に印加する電力の制御を開始して蒸着を開始する。
【００５２】
蒸着膜の成膜が開始されるのは、シャッター５が開いてからである。よって、シャッターが開いた時を０にとり、その後の経過時刻をｔ（秒）とする。一般には、シャッター５が開くと、光学式膜厚計１０の光量が変化し始める。ただし、現実には、時として、この光量の変化の開始が、遅れる場合がある。このような場合には、所定時間経過後に強制的に電子銃３に所定の電力を印加して制御を開始することもできる。
【００５３】
成膜は、コンピュータによるソフトウェア制御を行い、上記基準光量値格納手段１３に格納されている基準光量値データを呼び出し、実測される光量値と比較し、両者が一致するように、電子銃３の電流値を調整する。電子銃の電流値の制御は、例えば、次の通りに行われる。まず、シャッター開からの時刻ｔi-1（実時刻）における光量をＩi-1（実測値＝実光量）とし、このＩi-1に等しい基準光量Ｉｓ（＝Ｉi-1）を基準データから検索する（ｉは、制御回数ｉ回目）。同一の値がない場合には、近似値を算出する。そして、この光量Ｉｓに対応する時刻ｔｓ（基準時刻）を基準データから算出する。
【００５４】
次に、実時刻ｔi-1から制御間隔Δｔ（秒）後の時刻ｔｉに対応する光量（実測値＝実光量）をＩｉとする。また、基準データから、基準時刻ｔs’(=ｔs +Δｔ)に対応する基準光量Ｉs’を得る。
このとき、
ΔＩｉ≡Ｉｉ−Ｉi-1
ΔＩｓi≡Ｉｓ’−Ｉｓ
とし、ここで、
Ｒｉ≡Ｉ−ΔＩｉ／ΔＩｓi
あるいは、
Ｒｉ≡（Ｉｓ’−Ｉｉ）／（Ｉｓ’−Ｉｓ）
とする。図８は実光量の変化と基準光量の変化とを図で表したものである。
【００５５】
このＲiに対して、さらに、次のような変換を行う。
Ｑｉ≡ｋＲｉ｜Ｒｉ｜
ここで、ｋは、任意の定数である。 このＱiに対して、PID制御（比例、積分、微分制御）を行い、随時、電子銃パワー値Piを決定する。以下に、電子銃パワー値Pi を決定するPID制御式を記す。
Ｐｉ≡Ｐi-1＋Ｋｐ・Ｑｉ＋Ｋｉ・ΣＱｉ＋Ｋｄ・ｄｅｔＱｉ
ここで、Kp、Ki、Kdは、それぞれ、任意の定数である。
【００５６】
また、
【数６】
0003848571.tif 000007
ｄｅｔＱｉ≡Ｑｉ−Ｑi-1
である。以上の制御を制御間隔Δｔi（秒）毎に行う。
ただし、上記の制御間隔Δｔ（秒）は、一致率（Ｒ）に応じて変化させる。一般には、一致率が高い（Ｒが0に近い）ほど制御間隔Δｔを大きくとる。なお、Ｒに対して、PID制御(比例、積分、微分制御)を行ない、随時、電子銃パワー値Piを決定することが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、成膜過程の薄膜に対して光学式膜厚計でその光量値を観測しつつ、観測される光量値が基準光量値になるように成膜条件を制御することによって所望の成膜を行うようにし、この基準光量値として、設計段階の試験成膜の際に実測される光量値から理論計算で複数の波長の屈折率を求め、その複数の屈折率からその膜の波長と屈折率との関係を求め、この求めた関係から目的とする波長についての成膜を行うときの屈折率を求め、この屈折率を前記理論計算式に入れて求めた基準光量値を用いるようにしたもので、これにより、任意の波長に対して所定の光学特性をもった薄膜を容易に成膜することを可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の態様にかかる薄膜形成装置の構成を示す図である。
【図２】ガラス表面に蒸着を施して薄膜を形成していく場合における反射光量の変化を示す図である。
【図３】伸び量のうちで制御に利用する領域を示した図である。
【図４】光学式膜厚計の内部構成を示す図である。
【図５】薄膜設計段階において薄膜屈折率の波長依存曲線を求める手順を示す図である。
【図６】複数の波長に対して求めた伸び量とそれに対応する屈折率とを求めた例を示す図である。
【図７】複数の波長に対する屈折率をプロットした図並びに上記プロット値を上記式に入れて定数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃを求めて得た曲線を示す図である。
【図８】実光量の変化と基準光量の変化とを表した図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバー
２  コートドーム
３  電子銃
４  ルツボ
５  シャッター
６  基板温度計
７  真空計
８  排気ユニット
９  ハロゲンヒーター
１０  光学式膜厚計
１１  膜厚モニター
１２  制御手段
１３  基準光量値データ格納手段
【図１】
0003848571.tif 000008
【図２】
0003848571.tif 000009
【図３】
0003848571.tif 000010
【図４】
0003848571.tif 000011
【図５】
0003848571.tif 000012
【図６】
0003848571.tif 000013
【図７】
0003848571.tif 000014
【図８】
0003848571.tif 000015