JP2003287408A - 光学式膜厚モニタ装置及び膜厚モニタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空槽１内の真空室２に配置された透明ガラス
基板Ｗに成膜してナロウバンドパスフィルタを製造する
ために、投光ユニット１１からの光を、真空槽１内のガ
ラス基板Ｗ及び該基板Ｗに成膜される成膜部Ｗ１に透過
させて、その透過した光を受光ユニット１６で受け、こ
の受光ユニット１６での受光量に基づきガラス基板Ｗ及
び成膜部Ｗ１の透過時の光の干渉による光量変化から成
膜部Ｗ１の膜厚を測定する場合に、フィルタの実装状態
での特性が精度よく容易に得られるようにする。 【解決手段】投光ユニット１１からガラス基板Ｗ及び成
膜部Ｗ１に入射される光の入射角θを可変として、この
入射角θが０°以外の場合の膜厚をもモニタできるよう
にする。透明ガラス基板Ｗをナロウバンドパスフィルタ
として用いる場合に、そのフィルタの特性として０°以
外の所定角度の入射角θに対応した実装時の特性が精度
よく正確にしかも容易に得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式膜厚モニタ
装置及び膜厚モニタ装置方法に関する技術分野に属す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、真空槽内で基板に成膜される
成膜部の膜厚を測定するようにした光学式膜厚モニタ装
置は一般によく知られている。この光学式膜厚モニタ装
置の一種として、例えば内部でガラス等の透明基板が成
膜される真空室を有する真空槽の底壁に採光窓を気密状
に開けて、その外側に投光部を配置する一方、真空室内
上部には基板の上側に受光部を配置しておき、投光部か
らの光を採光窓を通して真空室内に導入して透明基板及
びその成膜部にその直交方向から入射させ、この基板及
び成膜部を透過した光を受光部で受けて、この受光量に
より基板及び成膜部の透過時の光の干渉による光量変化
に基づいて成膜部の膜厚を測定するようにした透過式の
ものがある。

【０００３】そして、上記投光部として、蒸発源から出
る白色光を用いることが提案されている（特開昭５６―
８７８０４号公報参照）。

【０００４】尚、この他、基板とは別個のモニタガラス
に基板と同等の条件で成膜させてその膜厚をモニタする
タイプのものも知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば光通
信や光伝送の分野では各種のフィルタが用いられてお
り、このようなフィルタをモジュールとして光通信機器
や光伝送機器に組み込む場合には、光の干渉を避ける目
的で、フィルタを光の透過方向に対し所定の入射角を持
つように傾斜させて装着することが行われる。このた
め、モジュールメーカからフィルタメーカへ要求される
例えばナロウバンドパスフィルタの要求仕様としては、
フィルタへの光の入射角が所定角度にあるときに所定の
波長のみを透過させるという要求がなされる。

【０００６】上記の如きナロウバンドパスフィルタは真
空室でガラス等の透明基板に所定成分の多層の成膜部を
成膜することで製造されている。この場合、その膜厚を
モニタするに当たり、上記のように投光部からの光を透
明基板及び成膜部に対し直交する法線に沿った０°の入
射角で入射させるため、この成膜部を有する基板をナロ
ウバンドパスフィルタとするには、上記膜厚モニタで得
られた成膜部の０°の入射角の膜厚特性に基づき、フィ
ルタに光が０°以外の目的の入射角で入射したときのフ
ィルタ特性を制御ソフトを用いて割り出すことが行われ
ているが、このフィルタ特性の割り出しのための正確な
制御が困難であり、このことは、特にフィルタの特性の
条件が厳しくなると顕著になるという問題があった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記のように透明基板に成膜される成
膜部の膜厚をモニタするモニタ装置及びモニタ方法に工
夫を加えることで、フィルタ特性の割り出しのために制
御等を要することなく、透明基板をフィルタとして用い
た場合等にその実装状態での特性が精度よく得られるよ
うにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、透明基板に成膜される成膜部の膜
厚をモニタするに当たり、投光部からの基板に対する光
の入射角を０°にするのではなく、０°以外にも変更す
るようにした。

【０００９】具体的には、請求項１の発明では、真空槽
内で透明の基板に成膜される成膜部の膜厚を測定するよ
うにした光学式膜厚モニタ装置として、上記基板及び成
膜部に光を入射させる投光部と、上記基板及び成膜部を
透過した光を受ける受光部と、この受光部での受光量に
基づき基板及び成膜部の透過時の光の干渉による光量変
化から成膜部の膜厚を測定する膜厚モニタ部と、上記投
光部から基板及び成膜部に入射される光の入射角を可変
とする入射角可変手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】上記の構成によると、真空槽内で基板の成
膜時に成膜される成膜部の膜厚をモニタする場合、投光
部からの光が基板及び成膜部に入射されて透過し、この
基板及び成膜部を透過した光を受光部が受け、膜厚モニ
タ部では、この受光部での受光量に基づき基板及び成膜
部の透過時の光の干渉による光量変化から成膜部の膜厚
が測定される。そして、このとき、上記投光部から基板
及び成膜部に入射される光の入射角が入射角可変手段に
より可変であるので、この基板及び成膜部に対する光の
入射角を目的の入射角に変えて保持することで、０°以
外の入射角である場合の膜厚をモニタすることができる
（勿論、入射角が０°の場合も膜厚をモニタできる）。
このことで、成膜部が形成された透明基板をフィルタと
して用いる場合に、そのフィルタの特性として０°以外
の所定角度の入射角に対応した実装時の特性が精度よく
正確にしかも容易に得られるようになる。

【００１１】請求項２の発明では、上記入射角可変手段
は、投光部又は基板の少なくとも一方を相対的に移動さ
せることで、透明基板及び成膜部に入射される光の入射
角を可変とするものとする。このことで、入射角可変手
段の望ましい具体的構成が容易に得られる。

【００１２】請求項３の発明では、投光部は真空槽外に
配置され、入射角可変手段は、投光部を移動させるもの
とする。こうすると、基板は移動させずに投光部を移動
させるだけで基板に対する光の入射角を変えることがで
きる。しかも、この投光部は真空槽の外に配置されてい
るので、真空槽内に配置する場合に比べ、その移動のた
めの駆動部が簡略になる。

【００１３】請求項４の発明では、真空槽内で透明の基
板に成膜される成膜部の膜厚を測定するようにした光学
式膜厚モニタ装置として、上記基板及び成膜部に光を入
射させる投光部と、上記基板及び成膜部を透過した光を
受ける受光部と、この受光部での受光量に基づき基板及
び成膜部の透過時の光の干渉による光量変化から成膜部
の膜厚を測定する膜厚モニタ部とを備え、上記投光部か
ら基板及び成膜部に入射される光の入射角は０°以外の
入射角に固定保持されていることを特徴とする。この発
明でも、基板及び成膜部に対する光の入射角を目的の入
射角に変えて固定することで、０°以外の入射角である
場合の膜厚をモニタすることができ、請求項１の発明と
同様の作用効果を奏することができる。

【００１４】請求項５の発明では、成膜部を有する透明
基板は、モジュールに実装されるフィルタとなるものと
する。このことで、０°以外の光の入射角でモジュール
に実装される高精度のフィルタが容易に得られる。

【００１５】請求項６の発明は光学式膜厚モニタ方法の
発明であり、この発明では、投光部からの光を、真空槽
内の透明の基板及び該基板に成膜される成膜部に入射さ
せて、その基板及び成膜部を透過した光を受光部で受
け、この受光部での受光量に基づき基板及び成膜部の透
過時の光の干渉による光量変化から成膜部の膜厚を測定
する光学式膜厚モニタ方法として、上記投光部から基板
及び成膜部に入射される光の入射角を可変とすることを
特徴とする。この発明の方法でも上記請求項１の発明と
同様の作用効果が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下、本発明の実
施形態１を図面に基づいて説明する。図１、図３及び図
５において、１は真空槽であって、この真空槽１の内部
には少なくとも成膜状態で真空状態に保たれる真空室２
が形成されている。この真空室２内の上部には透明ガラ
スからなる円板状のガラス基板Ｗ（成膜基板）が水平状
態に配置され、このガラス基板Ｗは中心部にて真空槽１
の上壁から垂下する支持軸４の下端部に回転一体に支持
されている。支持軸４の上端部は、図示しないが真空槽
１の上壁を回転可能に気密状に貫通して真空槽１外に位
置し、この上端部には基板回転機構（図示せず）が駆動
連結されている。

【００１７】一方、図５に示すように、真空槽１内の底
壁には、成膜材料を蓄える複数のるつぼ６ａ，６ａ，…
が外周部に設けられた円板状の例えば２つのハース６，
６と、この各ハース６の各るつぼ６ａ内の成膜材料に電
子ビームを照射する電子銃７と、各るつぼ６ａ内の成膜
材料にイオンビームを照射するイオンガン８とが組み合
わせられて配置されており、基板回転機構によりガラス
基板Ｗを支持軸４回りに所定速度で回転させながら、電
子銃７からの電子ビーム又はイオンガン８からのイオン
ビームの照射により所定の各るつぼ６ａ内の成膜材料を
加熱蒸発させて真空室２内をガラス基板Ｗに向けて飛翔
させ、その蒸発した成膜材料をガラス基板Ｗの下面に付
着させることにより、ガラス基板Ｗの下面に所定膜厚の
多層の成膜部Ｗ１を形成するようにしている。そして、
この成膜部Ｗ１が形成されたガラス基板Ｗは、光通信装
置や光伝送装置に用いられて０°以外の光の入射角でモ
ジュールに実装されるナロウバンドパスフィルタとなる
ものである。

【００１８】上記ガラス基板Ｗ表面上の成膜部Ｗ１の膜
厚を測定するための光学式膜厚モニタ装置１０が設けら
れている。この膜厚モニタ装置１０は、投光部としての
投光ユニット１１と、受光部としての受光ユニット１６
とを備えている。

【００１９】すなわち、真空槽１の底壁には、上記ガラ
ス基板Ｗの周縁部の略真下位置から支持軸４と反対側に
支持軸４の軸線上を通る鉛直平面に沿って延びる所定の
大きさの矩形状の開口１２が開けられ、この開口１２に
は透明のガラス１３が気密状に嵌め込まれており、これ
ら開口１２及びガラス１３により投光窓１４が形成され
ている。そして、上記投光ユニット１１は上記投光窓１
４下側の真空槽１外に配置されており、この投光ユニッ
ト１１から光を投光窓１４を通して真空室２内に照射す
ることで、この光を真空室２内上のガラス基板Ｗ及び成
膜部Ｗ１に成膜部Ｗ１側から入射させて透過させるよう
にしている。

【００２０】一方、受光ユニット１６は真空室２内の上
部で上記ガラス基板Ｗの上側に配置されており、この受
光ユニット１６において投光ユニット１１から照射され
て上記ガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１を透過した光を受け
るようになされている。

【００２１】上記受光ユニット１６の出力部は、真空槽
１の外部に配置した膜厚モニタ部１８に接続されてお
り、この膜厚モニタ部１８において、特定の波長に分波
し、受光ユニット１６での受光量に基づきガラス基板Ｗ
及び成膜部Ｗ１の透過時の光の干渉による光量変化から
成膜部Ｗ１の膜厚を測定するようにしている。

【００２２】さらに、本発明の特徴として、上記投光ユ
ニット１１からガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１に入射され
る光の入射角θを可変とする入射角可変機構２０が設け
られており、この入射角可変機構２０は、真空室２内の
一定位置に配置されているガラス基板Ｗに対し、真空槽
１外にある投光ユニット１１を相対的に移動させること
で、成膜部Ｗ１に入射される光の入射角θを可変とする
ようにしている。

【００２３】具体的には、例えば真空槽１の底壁下方に
は、上記投光窓１４の下側で支持軸４の軸線上を通る鉛
直平面に沿って延びかつ略受光ユニット１６の受光面か
ら一定の半径を持つ円弧状のガイドレール２１が固定支
持され、このガイドレール２１に受光ユニット１６がス
ライド移動可能に支持されており、投光ユニット１１が
ガイドレール２１上をスライド移動したときに、投光ユ
ニット１１からの光は常にガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１
を透過して受光ユニット１６に入射されるようになって
いる。尚、ガイドレール２１に代えて他のガイド機構を
用いてもよいのは勿論である。

【００２４】さらに、上記投光ユニット１１には投光ユ
ニット駆動機構（図示せず）が連結されており、この投
光ユニット駆動機構の作動により投光ユニット１１をガ
イドレール２１に沿って、投光ユニット１１からガラス
基板Ｗ及び成膜部Ｗ１に入射される光の入射角θ（鉛直
線との交差角度）が図３及び図４に示す如く０°となる
位置から所定の最大角になる位置までの角度範囲でスラ
イドさせることにより、そのガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ
１に入射される光の入射角θを可変とし、図２に拡大し
て示すように、その入射角θを、成膜部Ｗ１が形成され
たガラス基板Ｗをナロウバンドパスフィルタとしてモジ
ュールに実装したときのと同一の入射角に固定保持し
て、そのモジュールへの実装時のフィルタに対する光透
過距離と同じ状態とできるようにしている。

【００２５】次に、上記実施形態において、ガラス基板
Ｗに形成された成膜部Ｗ１の膜厚を測定する光学式膜厚
モニタ方法について説明する。真空槽１内の真空室２で
透明ガラス基板Ｗの下面に成膜する場合、真空室２内に
ガラス基板Ｗが搬入された後、真空室２を真空にした状
態で、ガラス基板Ｗが支持軸４に支持されて支持軸４回
りに回転する。また、電子銃７からの電子ビーム又はイ
オンガン８からのイオンビームの照射によりハース６の
各るつぼ６ａ内の成膜材料が加熱蒸発して真空室２内を
ガラス基板Ｗに向けて飛翔し、その蒸発した成膜材料は
ガラス基板Ｗの下面に付着して、このガラス基板Ｗの下
面に所定膜厚の多層の成膜部Ｗ１が形成される。

【００２６】そのとき、上記ガラス基板Ｗに成膜される
成膜部Ｗ１の膜厚を膜厚モニタ装置１０によりモニタす
る。具体的には、真空槽１の下側（底壁外側）にある投
光ユニット１１からの光を真空槽１底壁の投光窓１４を
通して上記ガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１に入射させ、こ
のガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１を透過した光をガラス基
板Ｗ上側に位置している受光ユニット１６で受ける。そ
して、この受光ユニット１６に接続されている膜厚モニ
タ部１８において、受光ユニット１６の受光量に基づき
ガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１の透過時の光の干渉による
光量変化から成膜部Ｗ１の膜厚を測定する。

【００２７】この成膜部Ｗ１の膜厚のモニタの際、上記
投光ユニット１１はガイドレール２１に沿って移動可能
で、この投光ユニット１１の移動により投光ユニット１
１からガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１に入射される光の入
射角θが可変であるので、図１に示すように、この入射
角θが、成膜部Ｗ１を有するガラス基板Ｗをナロウバン
ドパスフィルタとしてモジュールに実装したときと同一
の入射角になるように、投光ユニット１１をガイドレー
ル２１に対し位置決めして固定保持する。この投光ユニ
ット１１の位置決め保持により、図２に拡大して示す如
く、そのモジュールへの実装時のフィルタに対する光透
過距離と同じ状態とすることができ、成膜部Ｗ１を有す
るガラス基板Ｗがナロウバンドパスフィルタとして用い
られた場合に、そのフィルタの特性として０°以外の所
定角度の入射角θに対応した実装時の特性が精度よく正
確にしかも容易に得られる。

【００２８】また、上記投光ユニット１１を真空槽１外
に配置し、この投光ユニット１１をガイドレール２１に
沿って移動させることで、ガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１
に入射される光の入射角θを変えるので、ガラス基板Ｗ
は移動させずに投光ユニット１１を移動させるだけでよ
く、ガラス基板Ｗに対する光の入射角θの変更が容易と
なる。しかも、この投光ユニット１１は真空槽１の外に
配置されているので、真空槽１内に配置する場合に比
べ、その移動のための投光ユニット駆動機構が簡略にな
る。

【００２９】尚、上記実施形態では、ガラス基板Ｗに対
し投光ユニット１１を移動させるようにしているが、こ
れに代えて投光ユニット１１を固定し、ガラス基板Ｗの
方を移動させるようにしてもよい。或いは、投光ユニッ
ト１１及びガラス基板Ｗの双方を相対的に移動させるよ
うにすることもできる。要は、ガラス基板Ｗ及び成膜部
Ｗ１に入射される光の入射角θを可変とできるようにす
ればよい。

【００３０】（実施形態２）図６は本発明の実施形態２
を示し（尚、図１〜図５と同じ部分については同じ符号
を付してその詳細な説明は省略する）、投光ユニット１
１を固定するようにしたものである。

【００３１】すなわち、この実施形態では、上記実施形
態１のように、投光ユニット１１を移動可能として基板
Ｗ及び成膜部Ｗ１に入射される光の入射角θを可変とし
ているのとは異なり、投光ユニット１１は、該投光ユニ
ット１１からガラス基板Ｗ及び成膜部Ｗ１に入射される
光の入射角が０°以外の一定の入射角θに固定保持され
るように移動不能に固定されている。尚、真空槽１底壁
の投光窓１４は、実施形態１のものに比べて小さく、投
光ユニット１１に対応する位置のみに設けられている。

【００３２】その他の構成は上記実施形態１と同様であ
る。よって、この実施形態でも実施形態１と同様の作用
効果を奏することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は６の
発明では、投光部からの光を、真空槽内の透明の基板及
び該基板に成膜される成膜部に入射させて、その透過し
た光を受光部で受け、この受光部での受光量に基づき基
板及び成膜部の透過時の光の干渉による光量変化から成
膜部の膜厚を測定する場合に、投光部から基板及び成膜
部に入射される光の入射角を可変とした。また請求項４
の発明では、投光部から基板及び成膜部に入射される光
の入射角を０°以外の入射角に固定保持するようにし
た。従って、これらの発明によれば、基板及び成膜部に
対する光の入射角が０°以外の場合の膜厚をもモニタで
きるようになり、成膜部が形成された透明基板をフィル
タとして用いる場合でも、そのフィルタの特性として０
°以外の所定角度の入射角に対応した実装時の特性が精
度よく正確にしかも容易に得られる。

【００３４】請求項２の発明によると、入射角可変手段
は、投光部又は基板の少なくとも一方を相対的に移動さ
せることで、透明基板及び成膜部に入射される光の入射
角を可変とするものとしたことで、入射角可変手段の望
ましい具体的構成が容易に得られる。

【００３５】請求項３の発明によると、投光部を真空槽
外に配置し、入射角可変手段は、投光部を移動させるも
のとしたことにより、基板を移動させることなく光の入
射角を変えることができるとともに、この投光部の移動
のための駆動部を簡略にすることができる。

【００３６】請求項５の発明によると、成膜部を有する
透明基板は、モジュールに実装されるフィルタとなるも
のとしたことにより、０°以外の光の入射角でモジュー
ルに実装される高精度のフィルタが容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る光学式膜厚モニタ装
置において基板に対する光の入射角が０°以外にある状
態を示す概略図である。

【図２】基板に対する光の入射角が０°以外にあるとき
の光の透過状態を拡大して示す断面図である。

【図３】基板に対する光の入射角が０°にある状態を示
す図１相当図である。

【図４】基板に対する光の入射角が０°にあるときの光
の透過状態を示す図２相当図である。

【図５】真空槽内の底面を見た平面図である。

【図６】本発明の実施形態２を示す図１相当図である。

【符号の説明】

Ｗ 透明ガラス基板 Ｗ１ 成膜部 θ 入射角 １ 真空槽 ２ 真空室 １０ 光学式膜厚モニタ装置 １１ 投光ユニット（投光部） １４ 投光窓 １６ 受光ユニット（受光部） １８ 膜厚モニタ部 ２０ 入射角可変機構

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内で透明の基板に成膜される成膜
   部の膜厚を測定するようにした光学式膜厚モニタ装置で
   あって、 上記基板及び成膜部に光を入射させる投光部と、 上記基板及び成膜部を透過した光を受ける受光部と、 上記受光部での受光量に基づき基板及び成膜部の透過時
   の光の干渉による光量変化から成膜部の膜厚を測定する
   膜厚モニタ部と、 上記投光部から基板及び成膜部に入射される光の入射角
   を可変とする入射角可変手段とを備えたことを特徴とす
   る光学式膜厚モニタ装置。
2. 【請求項２】 請求項１の光学式膜厚モニタ装置におい
   て、 入射角可変手段は、投光部又は基板の少なくとも一方を
   相対的に移動させることで、透明基板及び成膜部に入射
   される光の入射角を可変とするものであることを特徴と
   する光学式膜厚モニタ装置。
3. 【請求項３】 請求項２の光学式膜厚モニタ装置におい
   て、 投光部は真空槽外に配置され、 入射角可変手段は、上記投光部を移動させるものである
   ことを特徴とする光学式膜厚モニタ装置。
4. 【請求項４】 真空槽内で透明の基板に成膜される成膜
   部の膜厚を測定するようにした光学式膜厚モニタ装置で
   あって、 上記基板及び成膜部に光を入射させる投光部と、 上記基板及び成膜部を透過した光を受ける受光部と、 上記受光部での受光量に基づき基板及び成膜部の透過時
   の光の干渉による光量変化から成膜部の膜厚を測定する
   膜厚モニタ部とを備え、 上記投光部から基板及び成膜部に入射される光の入射角
   は０°以外の入射角に固定保持されていることを特徴と
   する光学式膜厚モニタ装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１つの光学式膜
   厚モニタ装置において、 成膜部を有する透明基板は、モジュールに実装されるフ
   ィルタとなるものであることを特徴とする光学式膜厚モ
   ニタ装置。
6. 【請求項６】 投光部からの光を、真空槽内の透明の基
   板及び該基板に成膜される成膜部に入射させて、その基
   板及び成膜部を透過した光を受光部で受け、 上記受光部での受光量に基づき基板及び成膜部の透過時
   の光の干渉による光量変化から成膜部の膜厚を測定する
   光学式膜厚モニタ方法であって、 上記投光部から基板及び成膜部に入射される光の入射角
   を可変とすることを特徴とする光学式膜厚モニタ方法。