JP2003029026A

JP2003029026A - 光学薄膜の成膜装置及び成膜方法並びに光学フィルタ

Info

Publication number: JP2003029026A
Application number: JP2001218601A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Umeda; 裕一梅田; Yoshihiro Someno; 義博染野; Tokio Sagane; 時夫砂金
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP3935691B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来に比較してより高い精度の成膜制御が行
え、水晶モニタ及び光学モニタが故障した場合であって
も、終点検出が行える光学薄膜の成膜方法及び成膜装置
を提供する。【解決手段】本願発明の成膜装置は、真空チャンバ3
内において、光学フィルタ等を形成する基板202の表面
に、イオンガン102のイオンビームでターゲット207から
蒸発した材料を堆積させて薄膜を形成するとき、この薄
膜の厚さを光学的に測定し、透過率データＤＴを出力す
る光学モニタ12と、薄膜の付着に応じて変化する周波数
を測定し、周波数データＤＦを出力する水晶モニタ10と
の２種類の膜厚モニタが設けられ、かつ成膜している時
間をカウントするタイマ108が設けられており、この膜
厚モニタが故障した場合、タイマ108の時間管理により
膜厚測定を行い、基板202に形成される薄膜の厚さの制
御を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学デバイスなど
に用いられる多層の光学薄膜を、高精度に基板に形成す
る光学薄膜の成膜方法及び成膜装置に係わるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバを用いた光通信等が盛
んに行われるようになり、この光通信に使用する各種フ
ィルタに用いられる光学デバイスの高性能化、すなわち
高精度な光学特性に対する要求が高まっている。このた
め、上記光学デバイスに用いられる多層薄膜を形成する
ため、基板表面に形成される多層の光学薄膜各々の膜厚
を、高精度に制御しつつ、各薄膜の積層を行うことが重
要となる。従来、高精度な膜厚制御が要求される光学薄
膜の製造において、この光学薄膜の各層の薄膜の成膜装
置として、例えば、図１９に示すＩＢＳ（Ion Beam Spu
ttering）装置が用いられている。

【０００３】ＩＢＳ装置は、装置コントローラ１０３の
制御により、イオンガン１０２から放射されるイオンビ
ームの衝撃によるエネルギーで加熱し、成膜装置本体１
００内のターゲット２０７（図２）に設けられた薄膜材
料を蒸発させて、これら薄膜材料のプラズマ化された分
子を用いて薄膜を形成するため、形成される膜の緻密性
が高く、また、高真空中での積層処理を行うため、薄膜
に混入する不純物が少なく、高品質な薄膜を精度良く積
層することができる。

【０００４】このＩＢＳ装置においては、成膜装置本体
１００において形成される膜厚の測定を行う膜厚モニタ
１０１として、水晶振動子の固有振動数により膜厚の測
定をおこなう膜厚モニタ（水晶膜厚計，以下、水晶モニ
タ１０），及び基板に形成された薄膜の透過率（または
反射率）を測定する膜厚センサ（以下、光学モニタ１
１）のいずれかを用いて、基板に形成される多層の光学
薄膜各々の膜厚制御を行いつつ、あらかじめ設計された
膜厚を有する多層薄膜を生成している。

【０００５】しかしながら、上述した薄膜の厚さを測定
するための水晶モニタ１０及び光学モニタ１１には、高
精度に多層薄膜を形成する場合に用いる膜厚モニタとし
て、各々以下に示す欠点がある。水晶モニタ１０は、成
膜される薄膜の膜厚変化を測定する分解能が高く、相対
的に膜厚の積層の制御を高い精度で行うことができる。
しかしながら、水晶モニタ１０は、上述したように高い
精度で、相対的な膜厚ｄの変化を測定できるが、水晶振
動子に形成される薄膜の厚さが変化する毎に、絶対的な
膜厚ｄの測定に誤差が発生し、検出される膜厚ｄが実際
の膜厚とは異なっているという問題がある。さらに、水
晶モニタ１０は、間接的に光学的な膜厚を測定するた
め、すなわち、屈折率の変動を考慮しない機械的な膜厚
を測定するため、膜質によっては機械的な膜厚が同一で
あっても、屈折率が異なる場合があり、光学膜厚の変動
に対応できないという問題がある。

【０００６】一方、光学モニタ１１は、屈折率（ｎ）の
変動を含めて光学的な膜厚（ｄp＝ｎ・ｄ）を直接に測
定可能である。この膜厚の測定において、光学モニタ１
１は、各層の光学薄膜の膜厚ｄpに対して、λ／４が等
しくなる波長λの測定光を用いて、この測定光の信号処
理を行い、図２０に示す透過率などの時間変化の測定を
行う。そして、成膜制御装置１０３は、上記透過率の変
化において、この変化が極値となった時点（例えば、時
刻ｔ1,ｔ2等）で必要な膜厚ｄpの薄膜が形成されたこと
を検出し、イオンガン１０２の動作を停止させることな
どにより、成膜装置本体１００における薄膜の成膜処理
を停止させる。

【０００７】しかしながら、薄膜の光学的な膜厚ｄp
（＝λ4／４）が薄すぎる膜を積層すると、対応する波
長の測定光が設定できない場合がある。これは、図２０
に示す時刻ｔ3における停止位置となる厚さ（測定光の
波長λ3に対応、すなわち光学的膜厚がλ3／４に対応し
ない測定光波長）となったときに相当し、時刻ｔ3の膜
厚に達しても光学モニタ１１の出力が透過光の極値とし
て観測されない。一方、光学モニタで測定する適正（適
切）な膜厚ｄpと、としてλ1，λ2，λ4の厚さの光学薄
膜が形成される時刻ｔ1，ｔ2，ｔ4においては、透過率
の極値を観測することができる。図２０は、光学モニタ
の出力する透過率データＤＴと、時刻との関係を示した
ものであり、時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4各々において、λ
1／４，λ2／４，λ3／４，λ4／４の膜厚ｄpの光学薄
膜の層が各々形成されることを示している。ここで、λ
1，λ2，λ3，λ4は、各々測定光の波長である。すなわ
ち、光学モニタは、指定された光学膜厚を検出するのに
極値を用いずに判定することとなり、不確定要素による
バラツキが増大してしまう。この光学モニタ１１で膜厚
の測定が行えない場合、この光学モニタ１１に換えて水
晶モニタ１０を用いて、成膜を行っている光学薄膜の膜
厚の測定を行うことで成膜制御を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１９に示す従来の成
膜装置において、システム制御ＰＣ（プロセスコントロ
ーラ）・１０３は、内部の時計により膜厚モニタＰＣ・
１２０及び装置コントローラ１２１の動作を制御してい
る。ここで、水晶モニタ１０及び光学モニタ１１は、成
膜の終点検出を行う場合、回帰計算や成長レートに基づ
いて、光学薄膜が設計値の膜厚となる時刻を推定して、
この時刻に達した時点で成膜終了の判定としている。成
膜動作を行う場合、システム制御ＰＣ・１０３が装置コ
ントローラ１２１に成膜開始の制御信号を出力すると、
装置コントローラ１２１は、イオンガン１０２にイオン
ビームの放射を指令する。これにより、イオンガン１０
２はイオンビームの放射を開始するとともに、装置コン
トローラ１２１を介して、システム制御ＰＣ・１０３
へ、イオンビーム放射の開始を通知する。

【０００９】そして、システム制御ＰＣ・１０３は、上
記通知の入力された時点をイオンビームの開始時刻とす
る。また、システム制御ＰＣ・１０３からの時刻信号に
基づき、光学モニタ１１及び水晶モニタ１０が成膜の終
了時刻の推定処理を行い、成膜の終了時に、例えば、水
晶モニタ１０により成膜の終了が検出されると、水晶モ
ニタ１０は、成膜終了を示す終了信号が膜厚モニタＰＣ
・１２０を介して、システム制御ＰＣ・１０３へ出力さ
れる。そして、システム制御ＰＣ・１０３は、装置コン
トローラ１２１を介してイオンガン１０２にイオンビー
ムの放射を停止させる。光学薄膜の成膜時間としては、
成膜開始の時刻にイオンビームの放射が開始され、上記
終了信号によりイオンビームがリアルタイムに停止され
るのが理想である。

【００１０】ここで、光学モニタ１１及び水晶モニタ１
０においては、設計値に膜厚が達したタイミングと、イ
オンガン１０２のイオンビームの停止との一致の精度を
高くするため、成膜終了の時刻を推定して、イオンガン
１０２のイオンビームの停止の遅延を少なくする制御が
行われている。しかしながら、上述した従来の成膜装置
では、成膜終了の検出により水晶モニタ１１がシステム
制御ＰＣ・１０３を介してイオンガン１０２を停止させ
るまでの遅延時間があり、この遅延時間分だけイオンガ
ン１０２からイオンビームが放射され、成膜動作が継続
されて余分な膜が形成されるという問題がある。このた
め、光学モニタ１１及び水晶モニタ１０において、成膜
終了の時刻を推定して、イオンガン１０２のイオンビー
ムの停止の遅延を少なくする制御を行っても、上記遅延
時間の影響が大きい場合には無駄となってしまう。

【００１１】また、従来の光学薄膜の成膜装置には、膜
厚モニタとして、光学モニタ１０及び水晶モニタ１１の
いずれかにより膜厚測定を行う場合、各光学薄膜の成膜
開始時において、成膜制御に選択された膜厚モニタによ
り膜厚測定を行うように設定されるため、この選択され
た膜厚モニタが成膜中に故障した場合、成膜の制御が行
えなくなるという問題がある。さらに、上述の光学薄膜
の成膜装置において、水晶モニタ１０において膜厚制御
を行っているとき、この水晶モニタ１０が故障した場
合、他方の光学モニタ１１が使用可能であっても、この
とき、光学モニタ１１で測定できない厚さの光学薄膜を
成膜するため、水晶モニタ１０を用いて成膜制御をして
いるため、成膜の制御が行えなくなる。加えて、従来の
光学薄膜の成膜装置は、上述した遅延時間により、正確
な開始時刻及び終了刻が得られず、成膜速度（または成
膜レート）が計算することができないため、光学薄膜の
成膜中に、成膜制御に用いている光学モニタ１０及び水
晶モニタ１１が故障した場合、高い精度の成膜制御が行
えなくなる。

【００１２】本発明はこのような背景の下になされたも
ので、従来に比較してより高い精度の成膜制御が行え、
水晶モニタ及び光学モニタが故障した場合であっても、
終点検出が行える光学薄膜の成膜方法及び成膜装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光学薄膜の成膜
装置（例えば、ＩＢＳ）は、基板（基板２０２）の表面
に材料を堆積させて薄膜を形成する薄膜形成手段（イオ
ンガン１０２及び成膜装置本体１００）と、この薄膜の
厚さを測定し、膜厚データを出力する膜厚モニタ（水晶
モニタ１０及び光学モニタ１１）と、光学薄膜の形成時
間を測定する計時手段（タイマ１０８）と、膜厚データ
または形成時間のいずれかにより、前記光学薄膜の成膜
を制御する成膜制御手段（成膜コントローラ１２）とを
設けたことにより、通常、光学モニタ（光学モニタ１
１）を用いて堆積される薄膜の厚さを測定するが、光学
モニタによって光学的に膜厚を測定できない薄い薄膜な
どの測定を、この光学モニタに換え、水晶モニタ（水晶
モニタ１０）を用いることにより測定するが、これら双
方の膜厚モニタが故障した場合、前記計時手段の形成時
間と、単位時間当たりの成膜量とに基づき、膜厚測定を
行い、成膜制御を行うことが可能となり、途中で多層薄
膜の成膜動作を停止させて、光学フィルタの製品を無駄
にすることなく、複数の不規則な膜厚の光学薄膜の層で
形成される多層薄膜を構成することができる。

【００１４】本発明の光学薄膜の成膜装置は、前記成膜
制御手段が、前記膜厚モニタの不良を検出した場合に、
前記形成時間に基づき成膜の制御を行うことにより、多
層薄膜の形成を停止させて、途中まで作製した光学フィ
ルタなどの製品を不良品とすることなく、最後まで成膜
を行えるため、光学薄膜を使用した製品の生産性を向上
させることが可能となる。

【００１５】本発明の光学薄膜の成膜装置は、前記膜厚
モニタが、膜厚を光学的に測定する光学モニタと、膜厚
を水晶振動子の固有振動数により測定する水晶モニタと
から構成されており、通常、光学モニタを用いて堆積さ
れる薄膜の厚さを測定するが、光学モニタによって光学
的に膜厚を測定できない薄い薄膜などの測定を、この光
学モニタに換え、水晶モニタを用いることにより測定す
ることが可能となり、複数の不規則な膜厚の光学薄膜の
層で形成される多層薄膜をも構成することができる。

【００１６】また、本発明の光学薄膜の成膜装置は、前
記成膜制御手段が、前記薄膜形成手段に対して直接に、
成膜の開始及び終了の制御を行い、この成膜している時
間を前記計時手段により、高い精度で測定しているた
め、膜厚の測定と判定との間に不必要な遅延が存在せず
に、不規則な膜厚の薄膜で形成される多層薄膜の作製に
おいて、成膜の終点を検出した後の薄膜の形成の終了、
すなわちイオンガンの停止が成膜の終点検出から遅れる
ことなく、精度の高い膜厚制御をリアルタイムに行え、
設計値に対応した多層薄膜の作製を行うことができる。

【００１７】本発明の光学薄膜の成膜方法は、基板の表
面に材料を堆積させて薄膜を形成する薄膜形成過程と、
この薄膜の厚さを測定し、膜厚データを出力する膜厚モ
ニタ過程と、光学薄膜の形成時間を測定する計時過程
と、前記膜厚データまたは前記形成時間のいずれかによ
り、前記光学薄膜の成膜を制御する成膜制御過程とを有
し、通常、光学モニタ（光学モニタ１１）を用いて堆積
される薄膜の厚さを測定するが、光学モニタによって光
学的に膜厚を測定できない薄い薄膜などの測定を、この
光学モニタに換え、水晶モニタ（水晶モニタ１０）を用
いることにより測定するが、これら双方の膜厚モニタが
故障した場合、前記計時手段の形成時間と、単位時間当
たりの成膜量とに基づき、膜厚測定を行い、成膜制御を
行うことが可能となり、途中で多層薄膜の成膜動作を停
止させて、光学フィルタの製品を無駄にすることなく、
複数の不規則な膜厚の光学薄膜の層で形成される多層薄
膜を構成することができる。

【００１８】本発明の光学薄膜の成膜方法は、前記成膜
制御過程において、前記膜厚モニタの不良が検出された
場合に、前記形成時間に基づき成膜の制御が行われ、多
層薄膜の形成を停止させて、途中まで作製した光学フィ
ルタなどの製品を不良品とすることなく、最後まで成膜
を行えるため、光学薄膜を使用した製品の生産性を向上
させることが可能となる。

【００１９】上述した成膜装置及び成膜方法により製造
された多層薄膜からなる光学フィルタは、各層の薄膜の
厚さが不規則であっても、各層の膜厚が設計値に高い精
度で対応しており、ＧＦＦ（ゲイン・フラットニング・
フィルタ）などの周波数毎に正確にゲインを調整する光
学薄膜として最適な特性を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に
よる成膜装置の構成例を示すブロック図である。従来例
の図１９の成膜装置と同様な構成については同一の符号
を付し、この構成の説明を省略する。この図において、
水晶モニタ１０は、成膜装置本体１の真空チャンバ３内
に設けられた水晶振動子から構成された膜厚センサ２０
６（図２参照）からの周波数信号を入力し、この周波数
信号をデジタルデータに変換し、変換されたデジタルデ
ータの周波数データＤＦを成膜コントローラ１２へ出力
する。次に、図２は、図１における成膜装置本体１００
及びイオンガン１０２との構成を詳細に示したものであ
る。多層膜が形成される基板２０２は、基板ホルダ回転
機構２に接続された基板ホルダ２０１へ固定されてい
る。基板ホルダ回転機構２は、モータなどから構成され
ており、ターゲット２０７から照射される原子及び分子
が平均して、基板２０２へ堆積されるように、基板ホル
ダ２０１を回転させる。

【００２１】イオンガン１０２は、発生させたイオンを
加速させ、ターゲット２０７の堆積させる材料へイオン
ビームを照射させ、このイオンビームのエネルギーによ
りターゲットの材料を基板２０２へ照射させる。ここ
で、ターゲット２０７は、回転軸２０８に沿って回転自
在な構造になっており、イオンガン１０２からのイオン
ビームに対して、所定の材料の面を向けることにより、
複数の薄膜の材料を基板２０２へ照射することができ
る。真空チャンバ３は、図示しない真空ポンプにより、
排気口１５０から空気及びガス（ターゲット２０７から
照射され、どこにも堆積しなかった材料）を排出し、真
空度が調整されている。光学による膜厚測定系におい
て、光学モニタセンサ２０５は、図３に示す構成をして
いる。図３は、光学モニタセンサ２０５の詳細な構成を
示す概念図である。投光部２０３は、真空チャンバ３
（図２参照）内に設けられ、光ファイバＦ１を介して送
られてくる所定の波長（波長の１／４、すなわちλ／４
が膜厚ｄpに対応する）の測定光を、基板ホルダ２０１
の測定光を透過させるために明けられた穴である窓部２
０１Ｈより、基板２０２の裏面に照射する。

【００２２】受光部２０４は、集光レンズなどから構成
されており、受光した透過光を光ファイバＦ２を介し
て、光学モニタ１１へ出力する。図１に戻り、光学モニ
タ１１は、真空チャンバ３内に設けられた光学モニタセ
ンサ２０５の受光部２０４（図３参照）からの透過光を
入力し、透過光の強度に応じた電圧の検出信号を生成す
る。また、光学モニタ１１は、上記検出信号をＡ／Ｄ変
換し、このＡ／Ｄ変換された強度と、薄膜が形成されて
いないときの検出信号の強度との比から、デジタルデー
タとなる透過率データＤＴを算出し、膜厚制御ＰＣ・１
０５及び成膜コントローラ１２へ出力する。

【００２３】水晶モニタ１０は、水晶振動子よりなる膜
厚センサ２０６から入力される周波数信号を、所定の時
間毎にデジタルデータに変換し、変換結果を周波数デー
タＤＦとして、膜厚制御ＰＣ・１０５及び成膜コントロ
ーラ１２へ出力する。膜厚制御ＰＣ・１０３は、水晶モ
ニタ１０及び光学モニタ１１から各々入力される周波数
データＤＦ，透過率データＤＴに基づき、それぞれが正
常に動作しているか否かの判定を行う。また、装置コン
トローラ１０６は、イオンガン１０２における放電に必
要な電源の制御及び真空チャンバ３の真空度の制御等を
行う。成膜コントローラ１２は、膜厚制御ＰＣ・１０５
の制御により、イオンガン１０２にイオンビームの照射
を開始させ、入力される上記透過率データＤＴ及び周波
数データＤＦに基づき、成膜中の薄膜が設計値の膜厚と
なったか否かの判定を行い、イオンガン１０２のイオン
ビームのターゲット２０７（図２参照）に対する照射を
停止させる。

【００２４】ここで、成膜コントローラ１２には、イオ
ンガン１０２にイオンビームの放射を開始させた時点か
らカウントを開始し、放射が終了した時点でカウントを
停止するタイマ１０８が内蔵されている。このタイマ１
０８は、イオンビームの放射されている時間を正確に測
定し、成膜コントローラ１２が薄膜の成膜速度（成膜レ
ート）を演算するときの時間として用いられる。また、
成膜コントローラ１２は、成膜途中において、膜厚制御
に使用している水晶モニタ１０または光学モニタ１１が
故障した場合、タイマ１０８のカウントしている時間に
基づき、時間管理により光学薄膜の成膜制御を行う。す
なわち、成膜コントローラ１２は、膜厚制御ＰＣ・１０
５から、水晶モニタ１０または光学モニタ１１の故障を
示す制御信号を入力すると、記憶されている成膜速度で
膜厚ｄを除算し、光学薄膜の成膜時間を算出して、この
成膜時間とタイマ１０８のカウントしている時間とが一
致した時点で、イオンガン１０２のイオンビームの放射
を停止させ、成膜の動作を終了させる。

【００２５】また、成膜コントローラ１２は、光学モニ
タ１１からの透過率データＤＴから換算される膜厚ｄp
に基づいて、水晶モニタ１０から入力される周波数デー
タＤＦから求める膜厚ｄの補正を行う。すなわち、成膜
コントローラ１２は、図４に示すように、所定の時間毎
（Ａ／Ｄ変換による透過率のサンプリング周期毎）に、
水晶モニタ１０から入力される周波数データＤＦから求
まる膜厚ｄの数値を、透過率データＤＴの示す膜厚ｄp
から求められる膜厚ｄｔの数値に合わせる補正を行う。
図４は、成膜時間と周波数データＤＦの示す周波数（膜
厚センサ２０６における水晶振動子の振動周波数（固有
振動数）であり、膜厚ｄに対応するものである）との対
応関係を示す図である。この図４において、横軸は成膜
時間であり、縦軸は周波数データＤＦの周波数値を示
し、また、実測値は線αで示しており、水晶モニタ１０
が成膜コントローラ１２へ送信する誤差を含んだ周波数
データＤＦである。また、図４において、本来の値は点
線βで示しており、透過率データＤＴから求めた、誤差
のない周波数データＤＦの数値を示している。したがっ
て、膜厚ｄは周波数データＤＦに対応する数値であり、
膜厚ｄｔは透過率データＤＴにより補正された膜厚の数
値である。

【００２６】そして、成膜コントローラ１２は、周波数
データＤＦから求めた膜厚ｄと、透過率データＤＴから
求めた膜厚ｄｔとを比較し、この比較の結果により、膜
厚ｄを膜厚ｄｔの値に変更することで補正し、常に、周
波数データＤＦから求まる膜厚ｄと透過率データＤＴか
ら求まる膜厚ＤＦから求まる膜厚ｄｔとが同等であるよ
うに調整処理を行う。これにより、周波数データＤＦか
ら算出される膜厚ｄに誤差が蓄積されずに、常に補正さ
れた膜厚ｄtに近い値を得ることが可能となる。ここ
で、図４に示すように、成膜コントローラ１２は、周波
数データＤＦの補正において、膜厚ｄを膜厚ｄｔ（光学
膜厚ｄpと同等）に対応させるとともに、各実測値の周
波数データに乗ずることにより、線αが点線βに重なる
補正係数を求める。これにより、周波数データＤＦと時
刻との関数、すなわち上記補正係数により補正した点線
βに基づいた、設計膜厚となる時刻の推定を、光学モニ
タ１１による設計膜厚の検出に近い精度で行うことがで
きる。また、このとき、成膜コントローラ１２は、成膜
処理において、各層の薄膜の成長が終了する毎に、すな
わち、各薄膜の形成毎に、膜厚ｄが一定時間毎に増加す
る成長レート（成長割合）を計算し、成長レートを随時
更新する。これにより、成膜コントローラ１２は、図４
に示す点線βの関数により、すなわち周波数データＤＦ
と、上記補正係数とに基づき、成膜開始時点において測
定された膜厚ｄから、設計値の膜厚となるまでの時間が
高い精度で演算により推定することができる。このと
き、成膜コントローラ１２は、透過率データＤＴから求
められる膜厚ｄｐを屈折率ｎで除算し、機械的な膜厚ｄ
ｔに変換した後に、この膜厚ｄｔを、水晶モニタ１０か
らの膜厚ｄとすることにより、膜厚ｄを実際の膜厚の数
値に補正している。これにより、成膜コントローラ１２
は、膜厚ｄに屈折率ｎを乗じた光学的膜厚と、光学モニ
タ１１からの透過率データＤＴから求まる膜厚ｄpとが
常に同等の数値となるように補正を行い、単位時間毎に
成長する膜厚（薄膜の成長レート）の補正（例えば、周
波数（膜厚）と時刻との関係を示す関数に対して、周波
数に基づきこの関数から得られる膜厚の変化量を補正、
すなわち周波数データＤＦに補正係数等を乗ずることに
より行われる）も、上述したように、膜厚ｄの補正と同
時に行う（ツーリング補正）。

【００２７】また、膜厚制御ＰＣ・１０５は、システム
制御ＰＣ。１０３からの制御信号により、システム制御
ＰＣ・１０３に設定されている多層薄膜の各層の設計値
としての膜厚を、各層を形成する前に読み出し、基板２
０２に形成する薄膜の厚さが測定可能か否か、または光
学モニタ１１が正常に動作しているか否かを検出する。
膜厚に規則性が無くとも、形成される薄膜の膜厚が光学
モニタ１１において測定可能な場合、成膜コントローラ
１２は、膜厚制御ＰＣ・１０５の制御により、光学モニ
タ１１から得られる透過率データＤＴに基づき透過率の
極値の検出、すなわち成膜の終点検出を行う。すでに述
べたように、光学モニタ１１は、基板２０２において形
成される多層薄膜各々の膜厚に規則性が無く、薄い膜厚
の場合や、正常に動作していない場合に薄膜の厚さが設
定値となったか否かの判定が行えない。

【００２８】したがって、成膜コントローラ１２は、形
成される薄膜が所定の膜厚より薄い場合、または膜厚制
御ＰＣ・１０５から光学モニタ１１が正常に動作してい
ないとの制御信号を入力した場合に、薄膜の形成処理に
おける終点検出を、水晶モニタ１０から得られる周波数
データＤＦ（補正後の）に基づき膜厚ｄを算出し、図４
に示す補正後の周波数データＤＦ（膜厚）と時刻との関
係を示す点線βの関数に基づき、設計値の機械的な膜厚
となる時刻を推定して、この推定された推定時刻となっ
たとき、イオンガン１０２からのイオンビームの放射を
停止させ、成膜処理を終了する。この結果、成膜コント
ローラ１２は、推定時刻になった時点で薄膜の形成処理
を終了するため、精度の高い膜厚を形成することが出来
る。

【００２９】上述したように、成膜コントローラ１２
は、薄膜の厚さが光学モニタ１１において測定可能、す
なわち透過率の極値の検出が可能である場合、上述した
ように透過率データＤＴの極値を検出することにより、
設計値の光学的な膜厚となったと判定し、薄膜形成の処
理を終了する。しかしながら、成膜コントローラ１２が
極値を検出した時点でイオンガン１０２のイオン照射を
停止したとしても、極値の検出処理の間に薄膜が形成さ
れ、設定された膜厚を越えてしまう。このため、成膜コ
ントローラ１２は、入力される透過率データＤＴに対し
て信号処理を行い、極値に到達する時刻ｔpを推定し、
この推定した時刻Ｔpにイオンガンを停止させることに
より、透過率の極値検出からイオンガン１０２の照射を
停止させるまでのディレイ時間を低減させる。上述した
理由により、形成している薄膜における透過率の極値の
測定を行うが、例えば、以下に示す２種類の方法により
推定処理を行っており、以下にその極値となる時刻ｔp
の推定方法に付いて順次述べる。

【００３０】成膜コントローラ１２において行われる透
過率の傾き検出による成膜時刻（最低及び最高としての
極値をとる時刻ｔp）の推定演算の方法として、以下に
示す２次回帰関数を用いた方法がある。受光部２０４
は、入射した測定光に基づき、基板２０２及び形成され
た薄膜を介して出射される透過光の光強度を、この強度
に対応した電圧に変換して検出信号として出力する。成
膜コントローラ１２は、この検出信号に基づいて、光学
モニタ１１がＡ／Ｄ変換して出力する透過率データＤＴ
を、透過光の強度を示す数値として読み込む。この読み
込まれた透過率データＤＴは、成膜コントローラ１２に
より透過率に換算され、図５（横軸：光学膜厚，縦軸：
透過率）に示すように、形成される薄膜の膜厚ｄpに基
づく透過率と、測定光の波長λとに対応して、周期性の
曲線を描くことになる。

【００３１】この曲線は、透過率が極値となる近傍で
は、通常、以下に示すような多項式（１）により近似す
ることができ、４次項以降を省略しても近似が可能であ
る。ｙ＝ａ0＋ａ1・ｔ +ａ2・ｔ²+ａ3・ｔ⁴+ａ4・ｔ⁶+… … （１）式（１）において、ａ0，ａ1，ａ2，ａ3，ａ4は、回帰
計算の対象となる係数である。このとき、基板２０２及
び形成された薄膜の透過率は、実際には、積層された多
層の薄膜の形成過程で生じる複雑性や薄膜屈折率の不均
一性及び受光部２０４や光学モニタ１１での電流増幅の
直線性のため、より複雑な関数となる。

【００３２】しかしながら、極値近傍においては、式
（１）の４次項以下を省略して近似することが可能であ
る。ｙ＝ａ0＋ａ1・ｔ +ａ2・ｔ² … （２）図６（横軸：光学膜厚，縦軸：透過率）に示すように、
理論的透過率の変化（実線）の式（１）に対して、式
（２）は、この式（１）に対して２次回帰線（波線）、
すなわち２次回帰関数による近似となる。ａ0〜ａ2は、
係数である。また、入力される透過率データＤＴは、図
７（横軸：時刻，縦軸：透過率）に示すように、サンプ
リングされた透過光にはノイズが重畳されるため、この
ノイズを含んだ値として求められ、図７の２次回帰線が
波線で示されている。

【００３３】成膜コントローラ１２は、以下の式（３）
により、式（２）の２次回帰関数の微分値、すなわち接
線の傾きを求める。ｄｙ／ｄｔ＝ａ1 ＋２・ａ2・ｔ … （３）そして、成膜コントローラ１２は、この波線の傾きが
「０」となる時刻を演算して、測定する層の薄膜の厚さ
に対応する波長の測定光において、透過率が極値を持つ
時刻ｔpを推定することとなる。すなわち、時刻ｔpは、
「ｔp ＝ −ａ1／（２・ａ2）」と求められる。

【００３４】また、成膜コントローラ１２において行わ
れる透過率の極値検出による成膜時刻（最低及び最高と
しての極値をとる時刻ｔp）の推定演算の他の方法とし
て、以下に示す回帰計算による傾きの変化の計算を用い
た方法がある。透過率を所定の時間間隔の時刻毎にＴ
0，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ4，…と測定すると図８の様にノイズの
重畳された値として検出される。このため、透過率の傾
きの変化が０となる時刻を回帰計算を用いて推定する方
法が考えられる。すなわち、デジタルフィルタにより、
図８（横軸：時刻，縦軸：透過率）において示すノイズ
の重畳された透過率から、高周波成分を除去する。この
とき、式（４）に基づき、デジタルフィルタによるフィ
ルタ計算が行われる。

【数１】式（４）において、ｎ及びｌは整数であり、ｘは入力信
号、すなわち添えられた数字に対応する透過率の数値で
ある。

【００３５】ここで、フィルタ計算の範囲であるタイム
ウィンドウの一例として、このタイムウィンドウにハニ
ングウィンドウ（Hanning window）を用いる。上述した
式（４）で用いられるハニングウィンドウは、次の式
（５）のような構成になる。

【数２】すなわち、データ数Ｎ（Ｎは整数）が平均化（フィルタ
計算）区間に相当しており、例えば、一定時間毎に測定
された任意の範囲の透過率Ｔi，Ｔi+1，…，Ｔi+N-1が
平均化される。また、次に平均化される区間としては、
上述と同様に一定時間毎に測定された透過率Ｔi+1，Ｔi
+2，…，Ｔi+Nが相当する。

【００３６】そして、フィルタ計算区間が、時刻ｔ1か
ら時刻ｔ3までの時間Ｔsの範囲（透過率Ｔi，Ｔi+1，
…，Ｔi+N-1の範囲に相当）であると、最新の透過率は
時刻ｔ3に測定されたものであるが、フィルタ計算の結
果としては、時刻ｔ3より時間「Ｔs／２」前の時刻ｔ2
の透過率の値として、図９（横軸：時刻，縦軸：透過
率）のようにスムージング（平均化されて高周波成分が
除去）された状態で出力される。次に、成膜コントロー
ラ１２は、上述のフィルタ計算の結果として得られた透
過率において、所定の範囲、例えば、透過率Ｔj，Ｔj-
1，…，Ｔj+m-1（ｊ及びｍは自然数）の範囲で、図１０
（横軸：時刻，縦軸：透過率）に示すように、例えば直
線回帰を行い、透過率Ｔj，Ｔj-1，…，Ｔj+m-1の範囲
（直線回帰区間）における平均傾斜を求める。この直線
回帰により、上述した範囲での透過率の平均傾斜とし
て、以下に示す式（６）が得られる。ｙ＝ａ0＋ａ1・ｔ … （６）

【００３７】次に、成膜コントローラ１２は、上記式
（６）で求まる平均傾斜を図１１（横軸：時刻，縦軸：
透過率の傾き）に示すように、上記直線回帰区間毎にプ
ロットし、このプロットされた平均傾斜に対して、所定
の区間における直線回帰を行い、以下に示す式（７）を
求める。ａ＝ｂ0＋ｂ1・ｔ … （７）式（７）において、傾きａが「０」となる時刻を計算し
て、この計算結果を透過率が極値（ピーク値）となる時
刻ｔpの推定値として出力する。すなわち、「ａ＝ｂ0＋
ｂ1・ｔp＝０」から、「ｔp＝−（ｂ0／ｂ1）」が推定値
として求められる。なお、回帰区間に対し、透過率変化
の曲率が無視できない場合はより高次の多項式による曲
線回帰計算を行い、極値となる時刻ｔpの推定を行うよ
うにしてもよい。

【００３８】次に、図１、図２，図３，図１２及び図１
３を参照し、一実施形態の動作例を説明する。図１２及
び１３は、図１の成膜装置の動作例を説明するフローチ
ャートである。例えば、図１４の様に、ガラス基板（セ
ラミック）である基板２０２表面に、各層の膜厚及び材
料の異なる複数の光学薄膜（数十層）を堆積し、ＧＦＦ
を形成する場合を説明する。図１４（ａ）はＧＦＦの斜
視図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の線分Ａで切
断した断面図である。基板２０２の裏面には、表面にお
ける多層膜形成後に、所定の波長の光に対する反射防止
膜が堆積される。ステップＳ１において、作業者は、上
述した多層膜を形成する薄膜各々の材料と膜厚（ここで
は、例えば、光学的な膜厚ｄp）とのデータを、システ
ム制御ＰＣ・１０３に入力し、成膜装置の動作準備を行
う。ここで入力される薄膜各々の材料及び膜厚は、ファ
イバアンプの特性に対応させて予め他の計算機により設
計されたＧＦＦの各層の数値である。そして、作業者
は、上述のＧＦＦの各層の設計値を入力した後、順次、
光学薄膜の形成処理を開始させる。これにより、システ
ム制御ＰＣ・１０３は、成膜制御を行い堆積させる薄膜
の厚さ及び材料のデータを制御信号とともに、膜厚制御
ＰＣ・１０５及び装置コントローラ１０６へ出力し、成
膜処理を開始する。ここでは、システム制御ＰＣ・１０
３は、ｉ層目の光学薄膜を形成させることとし、ｉ層目
の光学薄膜の成膜処理を開始させる。

【００３９】次に、ステップＳ２において、装置コント
ローラ１０６は、成膜装置本体１００の真空チャンバ３
（図２参照）の真空度を所定の値とするため、図示しな
い真空ポンプを動作させ、真空チャンバ３の排気を開始
する。また、装置コントローラ１０６は、イオンガン１
０２に対する駆動用の電源を供給させ、放電を開始させ
る。次に、ステップＳ３において、膜厚制御ＰＣ・１０
５は、ｉ層目の光学薄膜を形成させるとすると、入力さ
れた設計値の膜厚ｄi（機械的な膜厚）から形成する薄
膜の目標（設計値としての）膜厚ｄpに対応する波長λi
を演算して（膜厚ｄpとλi／４が等しくなる波長λiを
演算して）、この波長λiの波長を図示しない光源に対
して設定し、この光源から光学モニタセンサ２０５に対
して、この波長λiの測定光を射出させる。また、膜厚
制御ＰＣ・１０５は、水晶モニタ１０及び光学モニタ１
１に対して、光学薄膜の膜厚測定の動作を開始させ、成
膜コントローラ１０８に対してタイマ１０８をリセット
する制御信号を出力する。

【００４０】そして、ステップＳ４において、膜厚制御
ＰＣ・１０５は、水晶モニタ１０及び光学モニタ１１の
動作が正常に行われ、かつ、光源の出力する測定光の強
度や波長が安定したか否かの判定を行い、安定していな
いと判定された場合、ステップＳ３の処理を再度行い、
すなわち、上記測定光の強度や波長などが安定するまで
ステップＳ３の処理を繰り返して行う。そして、成膜制
御装置１０３は、光源の出力する測定光の強度や波長が
安定したと判定すると、処理をステップＳ４へ進める。

【００４１】次に、ステップＳ５において、膜厚制御Ｐ
Ｃ・１０５は、薄膜の膜厚測定が可能となったと判定す
ると、システム制御ＰＣ・１０３に対して、膜厚測定の
開始が可能であることを通知する。これにより、システ
ム制御ＰＣ・１０３は、基板ホルダ回転機構２に所定の
速度における回転動作を開始させる。そして、システム
制御ＰＣ・１０３は、膜厚制御ＰＣ・１０５に対して、
膜厚測定を開始させる制御信号を出力する。次に、膜厚
制御ＰＣ・１０５は、成膜コントローラ１２を介して水
晶モニタ１０と光学モニタ１１とに動作を開始させる制
御信号を出力し、成膜コントローラ１２に対して、水晶
モニタ１０及び光学モニタ１１各々からの周波数データ
ＤＦ，透過率データＤＴに基づく成膜終了時刻の推定、
すなわち設計値の膜厚に達したか否かの判定処理を開始
させ、処理をステップＳ６へ進める。

【００４２】そして、ステップＳ６において、水晶モニ
タ１０及び光学モニタ１１は、成膜コントローラ１２を
介して、測定動作の開始を膜厚制御ＰＣ・１０５へ通知
する。次に、ステップＳ７において、膜厚制御ＰＣ・１
０５は、測定準備が整ったことが検出されたため、シス
テム制御ＰＣ・１０３を介して、成膜動作の開始要求を
装置コントローラ１０６へ出力する。これにより、ステ
ップＳ８において、装置コントローラ１０６は、成膜装
置本体１００の成膜動作の準備が完了しているか否かの
判定を行う、すなわち真空チャンバ３内の真空度や温度
が所定の値となったか否か等の判定を行う。そして、装
置コントローラ１０６は、成膜装置本体１００の成膜動
作の準備が完了したと判定した場合、システム制御ＰＣ
・１０３及び膜厚制御ＰＣ・１０５を介して、成膜コン
トローラ１２へ成膜動作の準備が完了したことを通知す
る。

【００４３】次に、ステップＳ９において、成膜コント
ローラ１２は、装置コントローラ１０６からの成膜動作
の準備完了の通知が入力されると、イオンガン１０２に
対して成膜開始の制御信号を出力し、イオンガン１０２
にターゲット２０７に対するイオンビームの照射を開始
させるとともに、タイマ１０８による時間のカウント動
作を開始させる。ここで、成膜コントローラ１２は、イ
オンガン１０２に対して、所定の成膜速度で薄膜が堆積
するエネルギーで、イオンビームをターゲット２０７へ
放射させる。すなわち、イオンエネルギーを調整するこ
とにより、形成される薄膜の単位時間当たりの堆積量で
ある堆積速度を制御することができる。そして、ステッ
プＳ１０において、成膜コントローラ１２は、膜厚制御
ＰＣ・１０５，水晶モニタ１０及び光学モニタ１１に対
して、成膜動作を開始したことを通知する。

【００４４】このように、ステップＳ９からｉ層目の光
学薄膜の成膜動作が開始されるが、成膜動作を終了、す
なわち設計値の膜厚となったか否かの判定方法のフロー
が、成膜する膜厚及び成膜装置の状態等によって異な
る。以下、上記成膜する膜厚及び成膜装置の状態等の場
合分けを行い、これら場合分けにおける成膜動作の終了
の説明を行う。

【００４５】＜typeＡ＞測定すべき薄膜の膜厚が測定に
適切な厚さである場合ステップＳ１１において、膜厚制御ＰＣ・１０５は、測
定すべき薄膜の膜厚が測定可能、すなわち、透過率の極
値が測定に適切な膜厚であると判定した場合、光学モニ
タ１１が出力する透過率データＤＴに基づいて、光学薄
膜の成膜動作の終了を検出することを、成膜コントロー
ラ１２に対して通知する。これにより、成膜コントロー
ラ１２は、光学モニタ１１から出力される透過率データ
ＤＴに基づき、形成している薄膜の膜厚の変化を示すた
め、所定の時刻毎（Ａ／Ｄ変換のタイミング毎）にこの
透過率データＤＴをプロットする。そして、ステップＳ
１２において、成膜コントローラ１２は、光学モニタ１
１からの透過率データＤＴの上記プロットに基づき、こ
の透過率データＤＴが極値をとる時刻ｔpを推定する。
すなわち、成膜コントローラ１２は、光学モニタ１１か
ら入力される透過率データＤＴに基づき、既に述べた透
過率の極値の推定方法により、透過率の極値（ピーク
値）に到達する時刻ｔpを推定し、内部に時刻の設定値
としてこの時刻ｔpを記憶する。

【００４６】次に、ステップＳ１６において、成膜コン
トローラ１２は、システム制御ＰＣ・１０３からの時刻
信号が上記時刻ｔpに達するタイミングを検出する。そ
して、ステップＳ１７において、成膜コントローラ１２
は、この時刻ｔpに達した時点で、光学薄膜の成膜を終
了するため、イオンガン１０２に対して、イオンビーム
を停止させる停止信号を出力する。また、成膜コントロ
ーラ１２は、水晶モニタ１０に対して、この時点におけ
る透過率データＤＴに基づく膜厚ｄｐを機械的な膜厚ｄ
ｔに変更し、現在の膜厚ｄiがこの膜厚ｄｔと同様とな
るように、薄膜の膜厚ｄiと対応する周波数データＤＦ
との関係を補正するツーリング補正を行う。

【００４７】＜typeＢ＞測定すべき薄膜の膜厚が測定に
不適切な厚さである場合ステップＳ１２において、膜厚制御ＰＣ・１０５は、測
定すべき薄膜の膜厚が測定不適切、すなわち、光学モニ
タ１１により透過率データＤＴのプロットされた曲線
（関数曲線）の極値が測定不適切な膜厚であると判定し
た場合、膜厚測定処理を水晶モニタ１０により行うこと
を成膜コントローラ１２に対して通知する。これによ
り、成膜コントローラ１２は、水晶モニタ１０から出力
される周波数データＤＦに基づき、形成している光学薄
膜の膜厚ｄの測定を行い、薄膜形成の制御を行う。次
に、成膜コントローラ１２は、水晶モニタ１０から出力
される周波数データＤＦに基づき、ｉ層目の薄膜の膜厚
が設計値の機械的な膜厚ｄi（設定された光学的な膜厚
ｄp）となったか否かの判定を行う。

【００４８】すなわち、成膜コントローラ１２は、水晶
モニタ１０の周波数データＤＦから求めた膜厚ｄの時間
変化を求め、設計値の機械的な膜厚の成長にかかる残り
時間を演算し、この残り時間を上記周波数データＤＦの
入力された時刻に加算することにより、成膜処理を終了
する時刻ｔpを推定し、内部に時刻の設定値としてこの
時刻ｔpを記憶する。次に、ステップＳ１６において、
成膜コントローラ１２は、システム制御ＰＣ・１０３か
らの時刻信号が上記時刻ｔpに達するタイミングを検出
する。そして、ステップＳ１７において、成膜コントロ
ーラ１２は、イオンガン１０２に対して、この時刻ｔp
に達した時点で、光学薄膜の成膜を終了するため、イオ
ンビームを停止させる停止信号を出力し、ステップＳ２
２へ処理を進める。

【００４９】＜typeＣ＞イオンガン１０２にエラーが発
生し、成膜不可能となった場合成膜中に、イオンガン１０２に何らかの異常が発生した
とする。これにより、ステップＳ１３において、イオン
ガン１０２は、イオンビームの発生を停止するととも
に、装置コントローラ１０６へ異常信号を出力する。そ
して、装置コントローラ１０６は、イオンガン１０２か
らの異常信号を入力することにより、イオンガン１０２
に異常が発生したことを検知し、イオンガン１０２に対
する電力の供給を停止する。また、装置コントローラ１
０６は、システム制御ＰＣ・１０３及び膜厚制御ＰＣ・
１０５を介して、成膜コントローラ１２へ、イオンガン
１０２のエラー発生を通知する。

【００５０】次に、ステップＳ１９において、成膜コン
トローラ１２は、タイマ１０８に対して、成膜時間のカ
ウント動作を停止させる。そして、成膜コントローラ１
２は、カウントされていた時刻から、イオンガン１０２
が停止した時点の膜厚を計算し、内部に記憶して、処理
をステップＳ２２へ進める。

【００５１】＜typeＤ＞水晶モニタ１０においてエラー
が発生し、成膜不可能となった場合このとき、光学モニタ１１による測定を行っていないた
め、成膜コントローラ１２内のタイマ１０８のカウント
している成膜時間により光学薄膜の成膜制御を行うこと
となる。ステップＳ１４において、膜厚制御ＰＣ・１０
５は、水晶モニタ１０からの周波数データＤＦ等の信号
により、膜厚センサ２０６等に故障が発生し、膜厚の測
定が正常に行われていないことを検知する。そして、ス
テップＳ２０において、膜厚制御ＰＣ・１０５は、成膜
コントローラ１２へ、水晶モニタ１０による膜厚測定が
停止されたことを通知する。

【００５２】次に、ステップＳ２１において、成膜コン
トローラ１２は、タイマ１０８による膜厚測定に基づく
成膜制御を切り替える。そして、成膜コントローラ１２
は、タイマ１０８のカウントする時間が、設計値の膜厚
から算出された成膜時間に達した時点で、イオンガン１
０２に対して、光学薄膜の成膜を終了するため、イオン
ビームを停止させる停止信号を出力し、ステップＳ２２
へ処理を進める。

【００５３】＜typeＥ＞光学モニタ１１においてエラー
が発生し、成膜不可能となった場合このとき、水晶モニタ１０による測定を行っていないた
め、成膜コントローラ１２内のタイマ１０８のカウント
している成膜時間により光学薄膜の成膜制御を行うこと
となる。ステップＳ１５において、膜厚制御ＰＣ・１０
５は、光学モニタ１１からの周波数データＤＦ等の信号
により、光学モニタセンサ２０５等に故障が発生し、膜
厚の測定が正常に行われていないことを検知する。そし
て、ステップＳ２０において、膜厚制御ＰＣ・１０５
は、成膜コントローラ１２へ、光学モニタ１１による膜
厚測定が停止されたことを通知する。

【００５４】次に、ステップＳ２１において、成膜コン
トローラ１２は、タイマ１０８による膜厚測定に基づく
成膜制御を切り替える。そして、成膜コントローラ１２
は、タイマ１０８のカウントする時間が、設計値の膜厚
から算出された成膜時間に達した時点で、イオンガン１
０２に対して、光学薄膜の成膜を終了するため、イオン
ビームを停止させる停止信号を出力し、ステップＳ２２
へ処理を進める。

【００５５】次に、ステップＳ２２において、成膜コン
トローラ１２は、上述したtypeＡ〜Ｅのいずれかの状態
により成膜動作が終了したことを、膜厚制御ＰＣ・１０
５，システム制御ＰＣ・１０３及び装置コントローラ１
０６へ出力する。これにより、ステップＳ２３におい
て、膜厚制御ＰＣ・１０５は、成膜コントローラ１２を
介して、膜厚測定の停止を要求する測定停止信号を、膜
厚測定を行っている膜厚モニタ、すなわち、水晶モニタ
１０または光学モニタ１１のいずれかへ出力する。

【００５６】次に、ステップＳ２４において、水晶モニ
タ１０または光学モニタ１１は、成膜している光学薄膜
の膜厚測定の動作を終了させる。また、成膜コントロー
ラ１２は、最終の測定データを膜厚制御ＰＣ・１０５へ
出力する。ここで、typeＣの場合、成膜コントローラ１
２は、成膜途中であるため、タイマ１０８のカウントし
た時間と、単位時間当たりの成長レートとから求まる
（この時間と成長レートとの乗算処理により求まる）膜
厚を、膜厚制御ＰＣ・１０５へ出力する。また、typeＤ
及びＥの場合、成膜コントローラ１２は、光学モニタ１
１及び水晶モニタ１０による測定が行えないため、膜厚
制御ＰＣ・１０５へ、設計値の膜厚を出力する。

【００５７】次に、ステップＳ２５において、膜厚制御
ＰＣ・１０５は、光学モニタ１１及び水晶モニタ１０に
よる膜厚測定が終了したことを、システム制御ＰＣ・１
０３へ通知する。そして、システム制御ＰＣ・１０３
は、ｉ層目の成膜が終了したことを検知し、次に成膜す
る光学薄膜の有無を確認し、もし次に成膜するｉ＋１層
目の光学薄膜が有れば、この光学薄膜の膜厚及び材料な
どの情報を読み出し、ステップＳ１に処理を進める。一
方、システム制御ＰＣ・１０３は、次に成膜する光学薄
膜の有無の確認において、もし次に成膜するｉ＋１層目
の光学薄膜が無ければ、ＧＦＦの生成の処理を終了す
る。

【００５８】上述してきたように、本発明の光学薄膜の
成膜装置は、成膜コントローラ１２が、イオンガン１０
２に対して直接に、イオンビームの放射／停止の制御を
行うため、成膜している光学薄膜の膜厚の測定と、この
膜厚が設計値の膜厚となったか否かの判定との間に不必
要な遅延が存在せず、不規則な膜厚の薄膜で形成される
多層薄膜の作製において、成膜の終点を検出した後の薄
膜の形成の終了、すなわちイオンガンの停止を成膜の終
点検出から遅らせることなく行えるので、設計値に対応
した精度の高い膜厚制御をリアルタイムに行え、設計値
の特性となるＧＦＦ等の複数の光学薄膜から形成される
光学製品の作製を行うことができる。

【００５９】また、本発明の光学薄膜の成膜装置は、成
膜コントローラ１２が、イオンガン１０２に対して直接
に、イオンビームの放射／停止の制御を行うため、タイ
マ１０８でカウントされる時間が、光学薄膜の成膜して
いる時間を正確に反映するので、成膜中における光学薄
膜の膜厚の測定を、タイマ１０８のカウントしている時
間と、単位時間当たりの成膜量レートとに基づく時刻管
理により行えるため、水晶モニタ１０及び光学モニタ１
１の双方が突然の故障などにより、成膜制御に使用でき
ない場合でも、常に校正された単位時間当たりの成膜量
（成膜速度）を使用することで、光学モニタ１１及び水
晶モニタ１０を用いたと同様な精度の高い膜厚の測定が
行え、複数の不規則な膜厚の多層薄膜を設計値に対応さ
せて形成させることができる。

【００６０】さらに、本発明の光学薄膜の成膜装置は、
成膜コントローラ１２が水晶モニタ１０及び光学モニタ
１１の双方が設けられているので、薄膜の膜厚が設計値
となったとき、イオンガン１０２にイオンビームの放射
を停止させ、薄膜の形成を終了させるとき、この設計値
になったか否かの判定を、通常、光学モニタ１１を用い
て堆積される薄膜の厚さを測定することで行うが、光学
モニタ１１によって光学的に膜厚を測定できない薄い薄
膜などの測定を、この光学モニタ１１に換え、膜厚によ
らずに測定が行える水晶モニタ１０を用いることによ
り、複数の不規則な膜厚の光学薄膜の層で形成される多
層薄膜をも構成することができる。

【００６１】加えて、本発明の光学薄膜の成膜装置は、
上記成膜コントローラ１２が、形成される光学薄膜の厚
さを光学モニタ１１で測定可能な場合、透過率データを
用い、光学モニタ１１で測定不適切な場合、水晶モニタ
１０の周波数データを用い、成膜の制御を行うことによ
り、多層薄膜の各層の膜厚があらかじめフィルタなどの
設計値として成膜制御装置１０３に設定されているの
で、光学モニタ１１では測定不適切な膜厚の薄膜を形成
させるとき、この薄膜の成膜開始時から、光学モニタ１
１に換えて水晶モニタ１０の測定値により膜厚制御を行
うため、不規則な膜厚の薄膜で形成される多層薄膜の作
製において、薄膜の形成の終了、すなわちイオンガン１
０２の停止が遅れることなく、精度の高い膜厚制御をリ
アルタイムに行え、設計値に対応した多層薄膜の作製を
行うことができる。

【００６２】さらに、また、本発明の光学薄膜の成膜装
置は、上記成膜コントローラ１２が、透過率から求まる
膜厚データｄｐに基づき、水晶モニタ１０の周波数信号
に基づく膜厚データの補正を行う係数を得て、この係数
により周波数データＤＦと機械的な膜厚ｄとの関係を、
各層の形成後毎に校正することにより、水晶モニタの膜
厚の測定の分解能は高いが、膜厚センサである水晶振動
子に薄膜が成長することで、水晶モニタ１１の周波数デ
ータＤＦが実際の値（光学モニタ１１が測定した透過率
データＤＴに基づく膜厚ｄｐ）とずれてしまうという欠
点を補い、常に、水晶モニタ１０が光学モニタ１１と同
等の膜厚データ、すなわち、精度の高い膜厚測定を行え
るように調整することができ、上述した光学モニタ１１
が測定できない膜厚の薄膜の成膜時に、光学モニタ１１
に換え水晶モニ１０タを用いても、光学モニタ１１を用
いたと同様な精度の高い膜厚の測定を行え、複数の不規
則な膜厚の多層薄膜を設計値に対応させて形成させるこ
とができる。なお、上述の実施形態において、光学モニ
タ１１が測定光の透過率を利用するものとして説明した
が、光学モニタ１１が測定光の反射率を利用するもので
あっても良い。

【００６３】次に、上述した本発明の光学薄膜の成膜方
法及び成膜装置により生成された多層薄膜を応用した光
学デバイスについて説明する。図１５は、多層薄膜を用
いた光学フィルタである光ＢＰＦ（バンドパスフィル
タ）の断面図を示している。図１５の光ＢＰＦは、媒質
に本発明の装置または方法により製造された多層薄膜の
光ＢＰＦ・５０，５１，５２，５３，５４が貼着されて
構成されたバンドパスフィルタである。例えば、図１５
に示すバンドパスフィルタには波長λ1〜λ8の光信号が
入力され、ＢＰＦ・５０，５１，５２，５３，５４で各
々波長λ1，λ2，λ3，λ4，λ5の光信号に分離して出
力する。したがって、図１５のバンドパスフィルタは、
入力された複数の波長を有する光信号を、各々波長の光
信号に分離して出力する。

【００６４】また、次に、図１６は、光通信を行う場
合、伝搬する光信号の強度が減衰するときに、減衰した
光強度を増幅する中継局に用いられる光学フィルタであ
るＺフィルタ（エッジフィルタ）及びＢＦＦを示す図で
あるＺフィルタ１０１〜１０２は、所定の波長の反射率
が調整されたものであり、各波長の光信号の透過を制御
する。例えば、Ｚフィルタ１０１は、Ｃ帯及びＬ帯の波
長に対する反射率が高く、Ｓ帯のみが透過して、ファイ
バアンプ（Ｓ帯の波長に対応した光アンプ）１０４へ光
信号を入射させる。また、Ｚフィルタ１０２は、図１７
に示すように、Ｓ帯及びＣ帯の波長に対する反射率を高
くして、Ｌ帯の光信号のみを透過させる。

【００６５】これにより、Ｚフィルタ１０２は、ファイ
バアンプ１０５（Ｃ帯の波長に対応した光アンプ）へ、
Ｓ帯及びＣ帯の波長の光信号を入射させるが、Ｓ帯の光
がＺフィルタ１０１によりファイバアンプ１０４へ入射
させられているため、実質的にＣ帯のみの光信号がファ
イバアンプ１０５へ入射される。Ｚフィルタ１０２は、
Ｓ帯，Ｃ帯及びＬ帯の波長に対する反射率を高くして、
Ｓ帯，Ｃ帯及びＬ帯の光信号を反射させる。ここで、Ｓ
帯は１４５０〜１４８５ｎｍの波長の帯域の光信号を示
し、Ｃ帯は１５３０〜１５６０ｎｍの波長の帯域の光信
号を示し、Ｌ帯は１５６５〜１６１０ｎｍの波長の帯域
の光信号を示している。

【００６６】ファイバアンプ１０４〜１０６は、各々Ｓ
帯，Ｃ帯，Ｌ帯の波長の光信号の増幅を行うが、各々帯
域のなかの波長によりゲインが異なる。例えば、図１８
に示すように、ファイバアンプ１０５のゲイン（Gain）
の特性は平坦なものでなく、波長により変動している。
このため、ＢＦＦ・１０７〜１０９は、光学フィルタで
あり、図１８に示す様にファイバアンプ１０５のゲイン
の特性とは逆のゲイン特性を有しており、の各々ファイ
バアンプ１０４，１０５、１０６の増幅した光強度を平
坦にするために用いられる。

【００６７】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。

【００６８】

【発明の効果】この発明によれば、基板の表面に材料を
堆積させて薄膜を形成する薄膜形成手段と、この薄膜の
厚さを測定し、膜厚データを出力する膜厚モニタと、光
学薄膜の形成時間を測定する計時手段と、膜厚データま
たは形成時間のいずれかにより、前記光学薄膜の成膜を
制御する成膜制御手段とを設けたことにより、通常、光
学モニタを用いて堆積される薄膜の厚さを測定してお
り、光学モニタによって光学的に膜厚を測定できない薄
い薄膜などの測定を、この光学モニタに換え、水晶モニ
タを用いることにより測定するが、これら双方の膜厚モ
ニタが故障した場合、前記計時手段の形成時間と、単位
時間当たりの成膜量とに基づき、膜厚測定を行い、成膜
制御を行うことが可能となり、途中で多層薄膜の成膜動
作を停止させて、光学フィルタの製品を無駄にすること
なく、複数の不規則な膜厚の光学薄膜の層で形成される
多層薄膜を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による成膜装置の構成例
を示すブロック図である。

【図２】図１における成膜装置本体１００及びイオン
ガン１０２の構成例を示す概念図である。

【図３】図２における光学モニタセンサ２０５の構成
例を示す概念図である。

【図４】水晶モニタ１０にセンサ２０５から入力され
る周波数信号と成膜時間との関係を示すグラフである。

【図５】形成される光学薄膜の膜厚とこの膜厚に基づ
く透過率との対応を示すグラフである。

【図６】形成される光学薄膜の膜厚とこの膜厚に基づ
く透過率との対応を示すグラフである。

【図７】光学薄膜の形成時間とこの膜厚に基づく透過
率との対応を示すグラフである。

【図８】光学薄膜の形成時間とこの膜厚に基づく透過
率との対応を示すグラフである。

【図９】光学薄膜の形成時間とこの膜厚に基づく透過
率との対応を示すグラフである。

【図１０】光学薄膜の形成時間とこの膜厚に基づく透
過率との対応を示すグラフである。

【図１１】光学薄膜の形成時間とこの膜厚に基づく透
過率の関数の傾きとの対応を示すグラフである。

【図１２】図１の成膜装置の動作例を説明するフロー
チャートである。

【図１３】図１の成膜装置の動作例を説明するフロー
チャートである。。

【図１４】形成する多層薄膜（例えば、ＧＦＦ）の構
造を示す概念図である。

【図１５】本願発明の光学デバイスへの応用としてバ
ンドパスフィルタの構成例を示す概念図である。

【図１６】Ｚフィルタ及びＢＦＦの使用される光通信
の中継局を示す概念図である。

【図１７】Ｚフィルタの特性例を示すグラフである。

【図１８】ファイバアンプとＢＦＦとの各々のゲイン
特性を示すグラフである。

【図１９】従来の成膜装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図２０】光学薄膜の形成時間とこの膜厚に基づく透
過率との対応を示すグラフである。

【符号の説明】２基板ホルダ回転機構３真空チャンバ１０水晶モニタ１１光学モニタ１２成膜コントローラ１００成膜装置本体１０２イオンガン１０３システム制御ＰＣ１０５膜厚制御ＰＣ１０６装置コントローラ１０８タイマ１５０排気口２０１基板ホルダ２０１Ｈ窓部２０２基板２０３投光器２０４受光部２０５光学モニタセンサ２０６膜厚センサ２０７ターゲットＦ１，Ｆ２光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者砂金時夫東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 GA17 GA23 GA24 GA34 GA60 GA62 2K009 AA03 BB02 DD09 4K029 BC07 DC37 EA00 EA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に材料を堆積させて薄膜を形
成する薄膜形成手段と、この薄膜の厚さを測定し、膜厚
データを出力する膜厚モニタと、光学薄膜の形成時間を
測定する計時手段と、膜厚データまたは形成時間のいず
れかにより、前記光学薄膜の成膜を制御する成膜制御手
段とを具備することを特徴とする光学薄膜の成膜装置。
【請求項２】前記成膜制御手段が、前記膜厚モニタの
不良を検出した場合に、前記形成時間に基づき成膜の制
御を行うことを特徴とする請求項１記載の光学薄膜の成
膜装置。
【請求項３】前記膜厚モニタが、膜厚を光学的に測定
する光学モニタと、膜厚を水晶振動子の固有振動数によ
り測定する水晶モニタとから構成されていることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の光学薄膜の成膜
装置。
【請求項４】基板の表面に材料を堆積させて薄膜を形
成する薄膜形成過程と、この薄膜の厚さを測定し、膜厚
データを出力する膜厚モニタ過程と、光学薄膜の形成時
間を測定する計時過程と、前記膜厚データまたは前記形
成時間のいずれかにより、前記光学薄膜の成膜を制御す
る成膜制御過程とを有することを特徴とする光学薄膜の
成膜方法。
【請求項５】前記成膜制御過程において、前記膜厚モ
ニタの不良が検出された場合に、前記形成時間に基づき
成膜の制御が行われることを特徴とする請求項４記載の
光学薄膜の成膜方法。
【請求項６】請求項１記載の光学薄膜の成膜装置また
は請求項４に記載の光学薄膜の成膜方法により製造され
た多層薄膜からなる光学フィルタ。