(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空成膜室内において被成膜体を回転させながら表面に薄膜を形成する成膜装置と、前記被成膜体上に形成される薄膜の膜厚を光学的方法によって測定するための膜厚測定装置とを有する薄膜形成装置において、
前記膜厚測定装置は、前記薄膜に光を照射する光照射光学系と、該光照射光学系を通じて照射された光が前記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光して外部に導く受光光学系と、該外部に導かれた信号光を処理して膜厚に対応する物理量を算出する信号処理装置とを有しており、
前記光照射光学系は、前記被成膜体の膜厚測定点に照射光のスポットが形成され、かつ、該スポットにおける前記被成膜体の回転円の接線方向に延在する長さが該回転円の半径方向に延在する長さよりも大きくなるように、前記薄膜に前記光を照射するものである、
薄膜形成装置。
【請求項２】
前記成膜装置が、前記被成膜体表面に薄膜を形成する物質を蒸着させる際に、この蒸着する物質にイオン照射しながら行うイオンアシスト蒸着法（Ｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いたものである、
請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記被成膜体上に形成される薄膜が多層膜であり、前記成膜装置は前記被成膜体上に異なる材料の薄膜を重ねて形成できるものであり、前記膜厚測定装置によって各薄膜の膜厚を測定し、所望の材料及び膜厚の薄膜を次々と形成していくものである、
請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記被成膜体がガラス基板であり、前記多層膜が、屈折率の異なる誘電体薄膜を多層に重ねて形成されたものであり、ＤＷＤＭ（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長分割多重）通信方式に波長分割用フィルターとして用いることができるものである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記光照射光学系は、前記スポットが矩形状をなし、かつ、該スポットの長辺が前記被成膜体の回転円の接線方向に延在し該スポットの短辺が該回転円の半径方向に延在するように、前記光を照射するものである、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光通信の狭帯域フィルター等を構成する多層膜等を成膜する際に用いられる薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長分割多重）通信方式に波長分割用フィルターとして用いられる、いわゆる、ＤＷＤＭフィルターは、表面を高精度に研磨したガラス基板上に屈折率の異なる誘電体薄膜を多層に形成した多層膜からなるものである。
【０００３】
このＤＷＤＭフィルターは、多層膜を構成する各薄膜の屈折率と膜厚とが正確に設計値に一致している必要がある。このため、真空蒸着装置等の薄膜形成装置を用いてこのＤＷＤＭフィルターを製造する際には、屈折率制御のための膜構成材料の組成制御と膜厚制御とが極めて重要である。組成制御は、蒸着物質を得る蒸発源物質（ターゲット）の選定等によって行なわれるが、膜厚制御は、成膜される薄膜の膜厚を時々刻々監視しながら行う必要がある。
【０００４】
上記膜厚の監視のために、薄膜形成装置には、膜厚測定装置が設けられている。この膜厚測定装置としては、薄膜にレーザ光等の光を照射した場合に、その反射光又は透過光が膜厚に依存して強度変化を生ずる現象を利用したものがある。すなわち、薄膜に光を照射すると膜厚に応じて表裏面からの反射光の干渉状態が変化し、それが反射光又は透過光の強度変化をもたらすことを利用したものである。
【０００５】
この膜厚装置は、薄膜に光を照射する光照射光学系と、この光照射光学系を通じて照射された光が前記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光して外部に導く受光光学系と、外部に導かれた信号光を処理して膜厚に対応する物理量を算出する信号処理装置とを有する。
【０００６】
光照射光学系は、真空成膜室の外部に設けられた光源からの光をこの真空成膜室の真空隔壁に設けられた透明窓を通じて真空成膜室内に導入し、所定のレンズ系を通してガラス基板上の薄膜の測定点に円形スポット形状に集光して照射する。また、受光光学系は、上記照射光の集光点である測定点にその焦点が位置するように設定されたレンズ系を介して光ファイバ装置等の導光装置に導入して信号処理装置に導く。
【０００７】
ＤＷＤＭフィルターを製造する際には、ガラス基板を高速で回転させながら、成膜が行われる。これは、仮に、ガラス基板表面に飛翔していくる蒸着粒子の量が場所に依存して不均一であっても、ガラス基板上の回転方向の各位置で均一になるようにして均一な膜厚を得ようとするものである。それゆえ、上記膜厚測定も、ガラス基板の半径方向の測定位置に照射光を円形スポット形状に集光して半径方向の各位置における膜厚を測定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＤＷＤＭフィルターの品質は、各薄膜の膜厚精度によって大きく左右される。それゆえ、膜厚測定の精度をより向上させることがよりすぐれた品質の製品を製造する上で極めて重要である。しかるに、本願発明者の研究によれば、従来の膜厚測定方法では、膜厚測定精度向上に一定の限界があることが判明した。
【０００９】
すなわち、従来、膜厚測定点に集光される光は所定以上の大きさを有する円形スポット形状をなしていた。所定の大きさを有するのは、測定を可能にするために所定以上の光量が必要であるためである。また、円形であるのは、一般的な光源からの光を集光した結果が必然的にそうなっていたものである。
【００１０】
しかるに、ガラス基板上に形成される薄膜の膜厚は、回転方向においては上述の通り均一であるが、半径方向においては、必ずしも均一であるとはいえない。そうすると、膜厚測定点での照射光のスポットが半径方向に広がりをもつ場合において、その広がりの中に厚さ分布が存在する場合には、その分布情報を得ることはできず、厚さ測定の精度に限界が生ずる。
【００１１】
本発明は、上述の背景の下でなされたものであり、より精度の高い膜厚測定が可能な受光光学系を備えた膜厚測定装置を有する薄膜形成装置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】
上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
真空成膜室内において被成膜体を回転させながら表面に薄膜を形成する成膜装置と、前記被成膜体上に形成される薄膜の膜厚を光学的方法によって測定するための膜厚測定装置とを有する薄膜形成装置において、
前記膜厚測定装置は、前記薄膜に光を照射する光照射光学系と、この光照射光学系を通じて照射された光が前記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光して外部に導く受光光学系と、外部に導かれた信号光を処理して膜厚に対応する物理量を算出する信号処理装置とを有し、
前記光照射光学系は、前記被成膜体の膜厚測定点に照射する照射光のスポット形状が、前記被成膜体の回転円の接線方向の寸法が半径方向の寸法より大きい形状であることを特徴とする薄膜形成装置である。
第２の手段は、
前記成膜装置が、前記被成膜体表面に薄膜を形成する物質を蒸着させる際に、この蒸着する物質にイオン照射しながら行うイオンアシスト蒸着法（Ｉｏｎ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いたものであることを特徴とする第１の手段にかかる薄膜形成装置である。
第３の手段は、
前記被成膜体上に形成される薄膜が多層膜であり、前記成膜装置は前記被成膜体上に異なる材料の薄膜を重ねて形成できるものであり、前記膜厚測定装置によって各薄膜の膜厚を測定し、所望の材料及び膜厚の薄膜を次々と形成していくものであることを特徴とする第１又は第２の手段にかかる薄膜形成装置である。
第４の手段は、
前記被成膜体がガラス基板であり、前記多層膜が、屈折率の異なる誘電体薄膜を多層に重ねて形成されたものであり、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長分割多重）通信方式に波長分割用フィルターとして用いることができるものであることを特徴とする第１〜第３のいずれかの手段にかかる薄膜形成装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態にかかる薄膜形成装置の全体構成を示す図、図２は実施の形態にかかる薄膜形成装置の光照射光学系の特徴部を示す図、図３は光照射光学系の変形例を示す図である。以下、これらの図面を参照にしながら実施の形態にかかる薄膜形成装置を説明する。
【００１４】
図１において、この実施の形態にかかる薄膜形成装置は、基台１上に支柱１ａ，１ｂによって支持された真空成膜室２と、適宜の場所に設置された信号処理装置３とを有する。真空成膜室２は、真空隔壁２ａによって、内外が仕切られ、真空ポンプ２ｂによって内部を高真空に維持できるようになっている。
【００１５】
真空成膜室２の内部底面の一部領域には、イオン銃２１、蒸着装置２１等が設けられている。また、真空成膜室２の内部底面の他の領域には、透明窓部２４が設けられている。さらに、真空成膜室２の上部中央の外側にはモータ２５が設置され、このモータ２５の回転軸２５ａが真空成膜室２内に真空シールしながら真空隔壁２ａを貫通して延長され、その先端部に基板保持装置２５ｂが取り付けられている。この基板保持装置２５ｂは、中心部に貫通孔を有するガラス基板１００の貫通孔に挿入されてこれを保持し、モータ２５によってガラス基板１００を回転できるようにするものである。
【００１６】
また、ガラス基板１００の上側には受光光学系４が配置されるようになっている。この受光光学系４は、光ファイバ装置４１と受光レンズ４２とを有し、光ファイバ装置４１の先端受光部と受光レンズ４２とが所定の配置関係で受光ブロック部４３に保持されたものである。また、この受光ブロック部４３は移動棒４４に取り付けられ、この移動棒４４が外部に設けられた駆動機構４５によって水平方向に移動できるようになっている。したがって、受光光学系４は、ガラス基板１００の上方で、このガラス基板１００の半径方向においてその受光位置を自在に選定できるようになっている。
【００１７】
光ファイバ装置４１は、真空シール部５を通じて外部に延長され、信号処理装置３に接合されている。これにより、後述する光源からの照射光Ｌ0の照射によって生じた信号光Ｌは、受光レンズ４２によって光ファイバ装置４１に導入されて信号処理装置３に導かれるようになっている。信号処理装置３は、照射光が薄膜を通過する際に薄膜の表裏面で生ずる反射光の位相差が膜厚で変化することに起因して生ずる表裏面の反射光どうしの干渉の変化により、結果的に信号光強度が膜厚に依存して変化することを利用して膜厚を算出するものである。
【００１８】
照射光Ｌ0は、透明窓２４の外に設けられた光照射光学系６からの光が用いられる。この光照射光学系６は、光源６０からの光を光ファイバ装置６１で導光して出射レンズ６２を通じてガラス基板１００の測定点に照射するようになっている。この場合、光ファイバ装置６１の光出射端と出射レンズ６２とは、出射ブロック６３によって所定の配置関係に保持され、さらに、この出射ブロック６３は移動棒６４に固定され、この移動棒６４は、駆動機構６５によって水平方向に移動自在になっている。これにより、ガラス基板１００への照射光Ｌ0の照射点（測定点）を、ガラス基板１００の半径方向の任意の位置に設定できるようになっている。
【００１９】
なお、基台１上には、イオン銃２２の電源２２０、蒸着装置２１の電源２２０等の必要な装置が設けれらるようになっている。
【００２０】
次に、光照射光学系６を説明する。上述のように、この光照射光学系６は、光源６０からの光を光ファイバ装置６１で導光して出射レンズ６２を通じてガラス基板１００の測定点に照射するようになっている。この場合、光ファイバ装置６１は、図２に示されるように、保護チューブ６１２内に多数の光ファイバ素線６１１が収納されたものである。そして、図２に示されるように、その出射端は、長方形状をなしており、長さＷｒの長辺がガラス基板１００の回転方向にほぼ平行に、また、長さＷｄの短辺がガラス基板１００の半径方向にほぼ平行になるように配置される。
【００２１】
これにより、光ファイバ装置６１からは、断面が長方形状の光ビームが出射され、これが出射レンズ６２によってガラス基板１００の表面に約５ｍｍ×３ｍｍの長方形状のスポットとして結像されるようになっている。
【００２２】
光照射光学系６は、図３に示されるように構成してもよい。すなわち、光ファイバ装置６１としては、その出射端の形状が、通常の円形とし、出射ブロック６３にビーム形状を整形するためのアパーチャ板６３１及びレンズ６３２を設ける。すなわち、図３（ｂ）に示されるように、アパーチャ板６３１は、中央部に長さＷｒの長辺と長さＷｄの短辺を有する長方形状の開口６３１ａを有する。また、レンズ６３２は、光ファイバ装置６１から出射される光をアパーチャ板６３１を通過させて整形した後に出射レンズ６２を通じてガラス基板１００の表面に約５ｍｍ×３ｍｍの長方形状のスポットを形成させるためのものである。
【００２３】
次に、上述の薄膜形成装置によって、ＤＷＤＭ用フィルターを製造する例を説明する。ＤＷＤＭ用フィルターは、厚さ１０ｍｍ程度の石英ガラス等の光学ガラス基板上に厚さ２２０〜２３５ｎｍのＴａ2Ｏ5の薄膜と、厚さ２５０〜２６０ｎｍのＳｉＯ2の薄膜とを交互に重ねて８０〜２６０層程度形成したものである。この場合、各薄膜層の厚さの精度は、設計値からの誤差を０．１％以下に押さえることが要請される。
【００２４】
このＤＷＤＭ用フィルターは、通常、直径２５０ｍｍ程度の円板状の石英ガラス等の光学ガラス基板上にに上記多層膜を形成した後、このガラス基板をカットして１．４×１．４ｍｍの四角形状の多数のチップにするという方法で製造される。
【００２５】
以下、本実施の形態にかかる薄膜形成装置によって、上記ガラス基板上に多層膜を形成する手順を説明する。まず、真空成膜室２内の蒸着装置２１に、Ｔａ2Ｏ5薄膜蒸着用の蒸発源たるターゲット２１１ａ及びＳｉＯ2薄膜蒸着用の蒸発源たるターゲット２１２ａを設置する。
【００２６】
次に、基板保持装置２５ｂに石英ガラス基板１００を保持する。次に、真空ポンプ２ｂにより、真空成膜室２内を１×１０-5Ｐａ以下の真空にする。次に、モータ２５によってガラス基板１００を１０００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、蒸着装置２１及び及びイオン銃２２を作動させ、ガラス基板１００上に薄膜を形成させていく。蒸着装置２１は、ターゲット２１１ａ又は２１２ａのいずれかに電子線を照射して加熱し、蒸着物質を蒸発させてガラス基板１００に向けて蒸着粒子を飛翔させる。イオン銃２２は、Ｏ+イオンをガラス基板１００に向かう蒸着粒子に衝突させることによりガラス基板１００上に形成される薄膜を堅固な膜にする。
【００２７】
上記成膜と併せて、波長１５５０ｎｍ近傍の照射光Ｌ0を薄膜が形成されている基板１００に照射し、その透過光Ｌを受光光学系４によって受光し、信号処理装置３によって処理することにより、形成された薄膜の膜厚が測定され、膜厚を監視しながら成膜が行われる。すなわち、多層に積層される各薄膜の膜厚が、設計値に対して誤差を０．１％以下になるように超高精度に制御しながら成膜される。
【００２８】
１層の薄膜が所定厚さになったら、蒸着装置２１に所定の操作をして蒸発させるターゲットを切り替えて同様にして次の薄膜の成膜を行う。この操作を繰り返して所定の層数の多層膜を形成する。
【００２９】
上述の実施の形態にかかる薄膜形成装置にあっては、真空成膜室内に受光端を配置した光ファイバを真空成膜室そのまま延長して信号処理装置に導くようにしているので、信号光を損失なく信号処理装置に導くことができる。これにより、Ｓ／Ｎのよい測定を可能にしている。
【００３０】
また、膜厚測定点に長方形状の光照射スポットを形成するようにしたことから、従来の円形スポットの場合に比較して、上記スポットのガラス基板の半径方向幅を狭くしても同一のスポット面積を確保でき、測定が可能になった。これにより、半径方向に厚さ分布が存在する場合にも、その分布情報を得る可能性が増し、厚さ測定精度向上の限界をより有利なものにすることが可能になった。しかも、円形スポットの場合に比較して、光源からの光の有効利用という観点でも有利である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、真空成膜室内において被成膜体を回転させつつ光学的方法により膜厚を測定しながら表面に薄膜を形成する薄膜形成装置における膜厚測定装置の光照射光学系の膜厚測定点に照射する照射光のスポット形状を、被成膜体の回転円の接線方向の寸法が半径方向の寸法より大きい形状となるようにしたものであり、これにより、より精度の高い膜厚測定が可能な受光光学系を備えた膜厚測定装置を有する薄膜形成装置を得ているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる薄膜形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる薄膜形成装置の光照射光学系の特徴部を示す図である。
【図３】光照射光学系の変形例を示す図である。
【符号の説明】
２…真空成膜室、２ａ…真空隔壁、３…信号処理装置、４…受光光学系、４１…光ファイバ装置、４１ａ…フレキシブルチューブ、４１ｂ…光ファイバ素線、５…真空シール部、６…光照射光学系、１００…ガラス基板。
【図１】
0003776301.tif 000002
【図２】
0003776301.tif 000003
【図３】
0003776301.tif 000004