JP2004131782A

JP2004131782A - 成膜装置、成膜方法および光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP2004131782A
Application number: JP2002296671A
Authority: JP
Inventors: Koichi Toyosaki; 豊崎　孝一
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】所望の光反射率を有する薄膜構造を成膜可能な成膜装置を実現すること。
【解決手段】真空容器１内に配置された坩堝２と、冷却部３と、電子銃４とを備える。また、真空容器１内には治具機構５、６が配置され、被コーティング材料に対して所定の粒子を照射可能な位置にイオン供給源７およびニュートラライザ８が配置されている。治具機構５、６と坩堝２との間には開閉可能なシャッター９が備えられ、シャッター開閉制御部１０に接続されている。さらに、電子銃４は、蒸発レートを所定範囲に制御するための蒸発レート制御部１１に接続されている。成膜動作前の前処理工程時から蒸発レートの制御を行うことで、成膜する薄膜構造の膜厚を精密に制御して所望の光反射率を得ることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空雰囲気中で成膜対象の表面上に薄膜構造を成膜する成膜装置、成膜方法、光学素子の製造方法に関するものであって、特に、所望の光反射率を有する薄膜構造を成膜可能な成膜装置、成膜方法および光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば端面出射型半導体レーザ素子は、半導体基板上に活性層を含む所定の半導体層を積層し、劈開等によって形成した端面を備えた構造を有する。かかる端面は共振器を形成し、光出力窓となるため、端面の構造が半導体レーザ素子の特性に大きな影響を与える。
【０００３】
半導体レーザ素子の端面には一般に誘電体膜が成膜されており、かかる誘電体膜によって端面表面を保護すると共に、誘電体膜の膜厚および誘電体膜を形成する材料を適切に選択することで光反射率を制御している。特に、誘電体膜の存在は端面における光反射率に大きな影響を与え、かかる反射率は出射されるレーザ光の特性に影響を与えることから、誘電体膜の構造および膜厚の制御は重要な問題となる。
【０００４】
半導体素子表面に誘電体膜を成膜する装置としては、一例として電子ビーム加熱式真空蒸着装置（以下、「ＥＢ蒸着装置」と言う）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図９は、従来技術にかかるＥＢ蒸着装置の構造を示す模式図である。
【０００５】
ＥＢ蒸着装置は、誘電体膜の材料を保持する坩堝１０１と、坩堝１０１に保持された材料に対して電子ビームを照射する電子銃１０２と、蒸着対象である半導体素子等の被コーティング材料を保持するコーティング治具１０３と、坩堝１０１と被コーティング材料とを隔てるための開閉式のシャッター１０４とを備える。蒸着の際には、電子銃１０２から出射された電子ビームが坩堝１０１に照射されることで保持された材料が溶融し、一部が蒸発する。かかる蒸発した材料が被コーティング材料表面に付着することによって、誘電体膜が蒸着される。
【０００６】
誘電体膜の蒸着を安定して行うため、蒸着開始前にシャッター１０４を閉じた状態で坩堝１０１内に保持された材料に対して電子ビームを照射して材料を溶融させた後一定時間シャッター１０４を閉じた状態を維持する前処理工程を行う。そして、前処理工程を終了した後、シャッター１０４を開いて蒸着を開始する。蒸着開始後は、誘電体膜の膜厚等を制御するために、必要に応じて光学式膜厚モニタで反射率を測定したり、クリスタル振動式膜厚計によって膜厚を測定した結果を基に電子銃１０２の出力等についてフィードバック制御を行う。そして、被コーティング材料の光反射率を制御するため、モニタガラス（図示省略）等によって光反射率をモニタし、所望の光反射率に到達した時点でシャッター１０４を閉じ、蒸着を終了する。かかる制御を行うことで、ＥＢ蒸着装置は蒸発レートを一定の範囲に維持することができ、所望の光反射率を有する誘電体膜を形成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２５８４８号公報（第４−６頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＥＢ蒸着装置では、被コーティング材料表面に蒸着される誘電体膜の膜質が安定せず、上記した制御を行ったにもかかわらず被コーティング材料表面の光反射率が安定しないという問題がある。上記したように、例えば半導体レーザ素子の出射側端面の光反射率は半導体レーザ素子の特性に大きな影響を与えるため、光反射率が安定しないことは大きな問題となる。
【０００９】
具体的には、蒸着開始後に蒸発レートの制御および光反射率を制御したにも関わらず、実際に形成される誘電体膜の光反射率が蒸着工程ごとにばらつくことが本願発明者等によって見出されている。一般にモニタガラス（図示省略）が配置される場所と、被コーティング材料が固定される場所は異なるため、モニタガラスの光反射率と被コーティング材料表面の光反射率とは必ずしも一致しないが、一定の相関関係を有することからモニタガラスの光反射率が一定となるよう蒸着を行った場合、被コーティング材料表面の光反射率も一定となるはずである。しかし、実際に蒸着を行った場合には、モニタガラスの光反射率が一定の値となるにも関わらず、被コーティング材料表面の光反射率についてばらつきが生じている。本願発明者等は、かかる光反射率のばらつきについて調査した結果、蒸着を開始する前の前処理時においても被コーティング材料表面に一定の膜形成が行われていることを見出している。
【００１０】
前処理時には、シャッター１０４を閉じることで蒸着を行わないこととしているが、シャッター１０４を閉じても現実には坩堝１０１と被コーティング材料との間は完全に隔離されない。従って、図９の矢印に示すように、蒸発した材料の一部がシャッター１０４の外側を回り込んで被コーティング材料表面上に薄膜を形成する。前処理時に坩堝１０１と被コーティング材料との間を完全に隔離する構造のシャッターを実現することは容易ではない他、完全に隔離した場合には蒸着した誘電体膜が被コーティング材料からはがれやすくなる等の問題が経験則上明らかになっているため、妥当ではない。
【００１１】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、所望の光反射率を有する薄膜構造を成膜可能な成膜装置、成膜方法および光学素子の製造方法を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】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる成膜装置は、真空雰囲気中で成膜対象の表面上に薄膜構造を成膜する成膜装置であって、前記薄膜構造を形成する材料を保持する材料保持手段と、成膜開始前に行う前処理時において、前記材料保持手段から蒸発する前記材料の蒸発レートを制御する第１の制御手段と、成膜開始後の前記材料の蒸発レートを制御する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明によれば、シャッターを閉じた状態の前処理工程時から蒸発レートの制御を開始することとしたため、被コーティング材料表面に成膜される薄膜構造の膜厚を精密に制御することが可能となる。
【００１４】
また、請求項２にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記材料に対して電子ビームを照射するビーム照射手段をさらに備え、前記第１の制御手段は、前記ビーム照射手段から照射される電子ビームの出力強度を調整することによって蒸発レートを制御することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３にかかる成膜装置は、上記の発明において、成膜された薄膜構造の膜厚に基づいて蒸発レートを検出するレート検出手段をさらに備え、前記第１の制御手段は、前記レート検出手段が検出した蒸発レートに基づいて制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記レート検出手段は、クリスタル振動測定式膜厚測定に基づいて蒸発レートを検出することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記第１の制御手段は、前記前処理時において、蒸発レートをほぼ一定の値に制御することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記第１の制御手段は、前記前処理時において、前記材料の溶融後に制御を開始することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記第１の制御手段は、前記電子銃から電子ビームの照射が開始されると同時に制御を開始することを特徴とする。
【００２０】
この請求項７の発明によれば、電子ビームの照射が開始されると同時に蒸発レートの制御を行うこととしたため、成膜する薄膜構造の膜厚をさらに精密に制御することができる。
【００２１】
また、請求項８にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記第１の制御手段によって制御される蒸発レートと前記第２の制御手段によって制御される蒸発レートとがほぼ等しいことを特徴とする。
【００２２】
この請求項８の発明によれば、前処理工程時における蒸発レートと、成膜時における蒸発レートとがほぼ等しくなるよう制御を行うこととしたため、前処理工程終了時から成膜動作に移行する際の蒸発レートの調整が不要となり、蒸発レートのばらつきを抑制することができる。
【００２３】
また、請求項９にかかる成膜方法は、真空雰囲気中で成膜対象の表面上に薄膜構造を成膜する成膜方法であって、前記薄膜構造を形成する材料を溶融し、前記材料の蒸発レートを制御した状態で一定時間保持する前処理工程と、前記材料を所定の蒸発レートで蒸発させ、前記成膜対象の表面上に前記材料を成膜する成膜工程とを含むことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１０にかかる成膜方法は、上記の発明において、前記材料の溶融および蒸発は、電子ビームを照射することによって行われ、前記前処理工程における蒸発レートの制御は、前記電子ビームの出力強度を調整することによって行われることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１１にかかる成膜方法は、上記の発明において、前記前処理工程において、蒸発レートの制御は、成膜される薄膜構造の膜厚に基づいて行われることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１２にかかる成膜方法は、上記の発明において、前記前処理工程において、蒸発レートの制御は、クリスタル振動測定式膜厚測定に基づいて行われることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１３にかかる成膜方法は、上記の発明において、前記前処理工程において、蒸発レートはほぼ一定の値に維持されることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１４にかかる成膜方法は、上記の発明において、前記前処理工程において、溶融開始直後から蒸発レートの制御を行うことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１５にかかる成膜方法は、上記の発明において、前記前処理工程において、前記蒸発レートは、前記成膜工程における前記材料の蒸発レートとほぼ等しいことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１６にかかる光学素子の製造方法は、光出射面または／および受光面を備えた光学素子の製造方法であって、請求項９〜１５のいずれか一つに記載の成膜方法を用いて前記光出射面上または／および前記受光面上に保護膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる成膜装置、成膜方法および光学素子の製造方法の好適な実施の形態について説明する。図面の記載において、同一または類似部分には同一あるいは類似な符号、名称を付している。また、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００３２】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる成膜装置の構造を説明する。本実施の形態１にかかる成膜装置は、成膜動作時に成膜材料の蒸発量を制御するのみならず、成膜動作前の前処理時においても成膜材料の蒸発量を制御する機能を有する。なお、以下においては成膜装置の一例として、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ：電子ビーム）蒸着装置について説明を行うが、本発明の適用対象はＥＢ蒸着装置に限定されず、例えば、スパッタリング装置等に対しても適用することが可能である。
【００３３】
図１は、実施の形態１にかかる成膜装置の構造を示す模式図である。本実施の形態１にかかる成膜装置は、真空容器１内に配置された坩堝２と、坩堝２の温度上昇を抑制するための冷却部３と、坩堝２に電子ビームを照射するための電子銃４とを備える。また、真空容器１内には被コーティング材料を保持するための治具機構５、６が配置され、被コーティング材料に対して所定の粒子を照射可能な位置にイオン供給源７およびニュートラライザ８が配置されている。また、治具機構５、６と坩堝２との間には開閉可能なシャッター９が備えられ、シャッター９の開閉を制御するシャッター開閉制御部１０に接続されている。さらに、電子銃４は、蒸発レートを所定範囲に制御するための蒸発レート制御部１１に接続されている。
【００３４】
坩堝２は、蒸着を行う材料を保持するためのものである。具体的には、坩堝２は、例えばＣｕを材料とした容器によって形成され、保持される蒸着材料は、例えばＡｌ_２Ｏ_３とする。
【００３５】
冷却部３は、蒸着工程時に坩堝２の昇温を抑制するためのものである。冷却部３を設けたのは、蒸着工程時において蒸着材料は電子ビームによって加熱されるため、坩堝２の温度上昇を抑制し、坩堝２の損傷を防ぐためである。具体的には、冷却部３は、例えば水冷式の機構を備えることで坩堝２の昇温を抑制する。
【００３６】
電子銃４は、坩堝２に保持された蒸着材料に対して電子ビームを照射するためのものである。電子銃４は、例えば熱電子放出フィラメントを備え、かかるフィラメントを加熱することで電子を放出し、所定の加速電圧を印加することで所望のエネルギーを有する電子ビームを出力する機能を有する。出力された電子ビームは、図示を省略した磁界印加部によって軌道が曲げられて蒸着材料に到達する。
【００３７】
治具機構５、治具機構６は、被コーティング材料を保持するためのものである。治具機構５および治具機構６は軸Ｃ_３を中心として公転可能な構造を有し、それぞれ必要に応じて軸Ｃ_１、Ｃ_２を中心として自転可能な構造を有する。かかる回転機構を備えることで、蒸発した蒸着材料の密度が場所依存性による影響を低減している。
【００３８】
イオン供給源７は、被コーティング材料表面上に蒸着する薄膜構造から脱離する元素を補うためのものである。例えば、蒸着材料としてＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合、Ａｌに比してＯの脱離が生じやすいため、安定して蒸着を行うためにＯを被コーティング材料に対して供給する必要がある。このため、本実施の形態１においてイオン供給源７はＯ^＋を出力する。
【００３９】
ニュートラライザ８は、イオン供給源７によって供給されるイオンに起因した被コーティング材料表面の電荷を相殺するためのものである。本実施の形態１においては、イオン供給源７は陽イオンを供給するため、被コーティング材料表面に電子ビームを照射することで電荷を相殺する機能を有する。
【００４０】
シャッター９は、蒸着工程の開始および終了を制御するためのものである。シャッター９は開閉可能な構造を有し、かつ坩堝２と治具機構５、６との間に配置されている。シャッター９を開閉する事によって、被コーティング材料表面に対する蒸着の開始及び終了を制御する。
【００４１】
シャッター開閉制御部１０は、シャッターの開閉を制御するためのものである。シャッター開閉制御部１０は、モニタ光源１３と、モニタ光源１３から出力されるレーザ光の光路上に順次ミラー１４、モニタガラス１５、ミラー１６、反射光受光部１７を有する。モニタ光源１３から出力されたレーザ光は、ミラー１４で反射された後にモニタガラス１５に入射し、モニタガラス１５の表面で反射した後、再びミラー１６で反射され、反射光受光部１７に入力される。反射光受光部１７は、受光した光の強度に応じた電気信号をコントローラ１８に出力し、コントローラ１８は受信した電気信号に基づいた制御信号をシーケンサ１９に出力する。制御信号を受信したシーケンサ１９は、かかる制御信号に基づいてシャッター９を開閉させる。
【００４２】
蒸着工程時において、モニタガラス１５表面上に成膜される薄膜構造の膜厚は被コーティング材料表面の薄膜構造の膜厚と相関関係を有する。そのため、被コーティング材料表面の反射率とモニタガラス１５表面の反射率とは一定の相関関係を有し、モニタガラス１５表面の光反射率を測定することで被コーティング材料表面の反射率を推定することができる。従って、モニタガラス１５表面の光反射率が一定の値に達した際にシャッター９を閉じると共に、電子ビームの照射を中止して蒸着を停止することにより、被コーティング材料表面の反射率を制御している。
【００４３】
蒸発レート制御部１１は、蒸着材料の蒸発レートを所望の値に制御するためのものである。蒸発レート制御部１１は、水晶振動子２０と、コントローラ２１とを備える。水晶振動子２０表面には、被コーティング材料表面の膜厚の変動と相関して蒸着が行われるため、水晶振動子２０表面に成膜される膜構造の膜厚の変動に基づいてコントローラ２１によって電子銃４の出力をフィードバック制御することによって、蒸発レートを所望の値に維持することが可能である。なお、本実施の形態１にかかる成膜装置においては、蒸発レート制御部１１は蒸着工程時のみ動作するのではなく、蒸着工程前に行われる前処理時においても機能し、前処理時においても蒸発レートを所望の値に制御している。
【００４４】
つぎに、本実施の形態１にかかる成膜装置の動作について、成膜装置を用いた半導体レーザ素子の製造方法を例にして説明する。図２は、本実施の形態１にかかる成膜装置を用いて半導体レーザ素子を製造する工程を示すフローチャートであり、以下図２を適宜参照して説明する。
【００４５】
まず、半導体基板上に所望の半導体層を積層する（ステップＳ１０１）。具体的には、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法等によってクラッド層、活性層等を積層する。クラッド層、活性層等を積層した後、例えばリッジ型半導体レーザ素子であればエッチング等を行ってメサ状のリッジ構造を形成する。さらに、所定の絶縁膜および電極形成、基板研磨等を施すことによって、半導体基板上に多数の素子からなる半導体結晶を形成する。
【００４６】
そして、ステップＳ１０１で形成した半導体結晶を小片に分離する（ステップＳ１０２）。図３は、半導体レーザ素子を製造する場合の小片の構造を示す図である。図３に示すように、分離された小片は、複数の半導体レーザ素子が共振器方向に対して垂直の方向に結合したバー状の形状を有し、劈開によって新たに形成された出射側端面形成予定面２２及び反射側端面形成予定面２３は、個々の半導体レーザ素子に分離した際に出射側端面および反射側端面を形成する。
【００４７】
そして、分離した小片を治具機構５、６に固定し、本実施の形態にかかる成膜装置に導入する（ステップＳ１０３）。ここで、分離した小片は、図３に示す出射側端面形成予定面２２を形成する劈開面が露出するよう固定される。なお、本ステップにおいてシャッター９は閉じられており、後述のステップＳ１０４が終了するまでシャッター９は閉じた状態を維持する。分離した小片を固定した後、成膜装置内部を外気から遮断し、粗挽きポンプで成膜装置の内部を中真空程度（０．１Ｐａ程度）にまで真空引きした後、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ等によって高真空程度（１０^−４Ｐａ程度）の状態にする。
【００４８】
その後、シャッター９を閉じた状態で坩堝２に保持された蒸着材料を融解し、蒸着材料の蒸発レートを一定時間制御する（ステップＳ１０４）。具体的には、電子銃４から高出力の電子ビームを出力し、かかる電子ビームを蒸着材料に照射することで蒸着材料を一定時間昇温し、蒸着材料を溶融する。その後、溶融した蒸着材料は蒸発し始めることから、かかる蒸発する割合について制御し、蒸発レートを制御する必要があるためである。具体的には、蒸発レート制御部１１を構成する水晶振動子２０表面に蒸着される膜構造の膜厚の変動に基づいて、コントローラ２１が電子銃４の出力を制御する。水晶振動子２０表面の膜厚の変動と蒸着材料の蒸発量とは相関関係を有することから、蒸発レート制御部１１によって蒸発レートを制御することで、蒸発レートを制御することができる。
【００４９】
その後、シャッター９を開き、分離した小片の出射側端面形成予定面２２上に蒸着を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、あらかじめ設定した蒸発レートになるよう蒸発レート制御部１１によって電子銃４から出力される電子ビームの強度を制御しつつ、所望の蒸発レートで蒸着を行う。なお、本ステップにおいて、治具機構５、６は軸Ｃ_３を中心として公転し、必要に応じて軸Ｃ_１、Ｃ_２を中心として自転することによって半導体小片の表面上に均一に薄膜構造を蒸着する。
【００５０】
そして、シャッター開閉制御部１０の制御によって、シャッター９を閉じる（ステップＳ１０６）。具体的には、シャッター開閉制御部１０はモニタガラス１５表面の光反射率をモニタリングし、所定の光反射率に到達した時点でコントローラ１８からシーケンサ１９に対して制御信号が出力される。かかる制御信号を受けてシーケンサ１９はシャッター９を閉じ、蒸着が終了する。
【００５１】
最後に、半導体小片の反射側端面が露出するよう治具機構５、６に再度固定し、必要に応じて蒸着材料および蒸発レートを変更した上でステップＳ１０４〜Ｓ１０６を繰り返して薄膜構造を成膜等した後、半導体小片を個々の半導体素子に分離する（ステップＳ１０７）。以上で半導体レーザ素子の製造が完了する。
【００５２】
図４は、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０６において電子銃４に与えられる電力の値の時間変化の一例を示すグラフである。ここで、時刻ｔ_０は、蒸着材料の融解を開始する時刻、すなわちステップＳ１０４が開始される時刻であって、時刻ｔ_１は、ステップＳ１０４において、蒸発レートの制御が開始される時刻である。また、時刻ｔ_２は、ステップＳ１０５が開始される時刻であって、時刻ｔ_３は、ステップＳ１０６でシャッターが閉じられる時刻である。
【００５３】
本実施の形態１にかかる成膜装置は、図４にも示すように、蒸着工程時のみならず、蒸着前のいわゆる前処理工程においても蒸着材料の蒸発レートを制御することとしている。これにより、以下の利点が生じる。
【００５４】
まず、既に説明したように、前処理工程を行う際にも、実際には被コーティング材料の表面上には薄膜形成が行われている。従来は電子ビームの強度についてフィードバック制御することなく前処理工程を行っていたため、前処理工程における蒸着材料の蒸発レートは安定しなかった。従って、前処理工程においてシャッター９を回り込んで被コーティング材料の表面に形成される膜構造の膜厚、膜質は蒸着動作ごとに異なることとなる。蒸着工程時のフィードバック制御にも関わらず、被コーティング材料表面の光反射率にはばらつきが生じていた。
【００５５】
本実施の形態１では、蒸着工程（ステップＳ１０５）のみならず、前処理工程（ステップＳ１０４）における蒸着材料の蒸発レートについても所望の値に制御することで、前処理工程において形成される膜構造の膜厚および膜質を安定化している。図５は、前処理工程のみ行い、蒸着工程を省略した場合における被コーティング材料表面に形成された膜構造の膜厚について、成膜装置の使用回数に対する変動を示すグラフである。ここで、曲線ｌ_１は、本実施の形態１にかかる成膜装置に関するものであり、曲線ｌ_２は、従来の成膜装置であって、前処理工程において電子銃に入力する電力値を一定にした場合における値を示している。電力の値と蒸着材料に照射される電子ビームの強度とは成膜動作ごとに変動することから、曲線ｌ_２に示すように電力値を一定にしても膜構造の膜厚が成膜装置の使用回数に応じて変動する。これに対し、本実施の形態１にかかる成膜装置では前処理工程時に蒸発レートを制御することとしたため、曲線ｌ_１に示すように成膜装置の使用回数に関わらず膜構造の膜厚はほぼ一定の値となる。
【００５６】
蒸着工程時に成膜される薄膜構造の膜質および膜厚を蒸発レート制御部１１によって制御し、前処理工程における膜構造の膜厚および膜質が安定化することで、被コーティング材料表面の反射率の変動を抑制することが可能となる。図６は、前処理工程および蒸着工程を行った後の被コーティング材料表面の光反射率の変動を示すグラフである。なお、曲線ｌ_３は本実施の形態１にかかる成膜装置によって蒸着された被コーティング材料の光反射率を示し、曲線ｌ_４は従来の成膜装置による光反射率を示す。
【００５７】
図６の曲線ｌ_３と曲線ｌ_４とを対比すると明らかなように、本実施の形態１にかかる成膜装置では、被コーティング材料表面の光反射率は若干変動するものの、変動範囲は従来と比較して小さい値に抑制されていることが分かる。このため、例えば、半導体レーザ素子を製造するにあたって本実施の形態１にかかる成膜装置を使用した場合、端面が所望の光反射率を有し、光学的特性に優れた半導体レーザ素子を製造することが可能となる。実際に、本実施の形態１にかかる成膜装置を使用して製造した半導体レーザ素子について閾値電流値を調べたところ、従来の成膜装置を使用した場合と比較して閾値電流値の変動範囲は狭くなることが本願発明者等によって確認されている。
【００５８】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２にかかる成膜装置について説明する。本実施の形態２にかかる成膜装置は、前処理時であって、蒸着材料の溶融前から蒸発レートの制御を行う構造を有する。その他の、例えば成膜装置の構造については以下で特に言及しない限り実施の形態１と同様とし、実施の形態２にかかる成膜装置の構造等については図１等を適宜用いて説明を行う。
【００５９】
図７は、本実施の形態２にかかる成膜装置において、電子銃４に与えられる電力値の変化の一例を示すグラフである。本実施の形態２にかかる成膜装置は、蒸着材料を融解する際にも蒸発レート制御部１１による制御を行っている。
【００６０】
一般に、蒸着材料を溶融するために必要なエネルギーは蒸着材料の量等の諸条件によって変動する。しかし、従来は経験則に基づいて電子銃４の出力および溶融に費やす時間を一様に決定する等の手法を採用していたため、必要なエネルギーの変動に対して有効に機能していなかった。
【００６１】
そのため、例えば蒸着材料が通常よりも少ない場合には、蒸着材料は容易に溶融し、蒸発レートの制御を開始する前に蒸着材料の蒸発および被コーティング材料表面上への成膜が始まる。従来はこの時点で蒸発レートの制御は何らなされていなかったため、この時点で形成される膜構造の膜質および膜厚についてばらつきが生じるおそれがあった。
【００６２】
また、電子ビーム照射開始直後にも、実際には蒸着材料の一部はわずかながらも蒸発を開始する。従って、蒸着材料を溶融させている間にも被コーティング材料の表面上には膜構造が形成されることとなる。
【００６３】
そこで、本実施の形態２にかかる成膜装置は、蒸着材料に電子ビームの照射を開始した直後から蒸発レート制御部１１によって蒸発量の制御を行うこととしている。これにより、蒸着工程前の蒸発量をさらに安定化することが可能となり、光反射率のばらつきをさらに抑制することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
つぎに、実施の形態３にかかる成膜装置について説明する。実施の形態３にかかる成膜装置では、前処理工程における蒸発レートと、蒸着工程における蒸発レートとが等しくなるよう制御を行うことを特徴とする。なお、実施の形態３にかかる成膜装置の構造は実施の形態１および実施の形態２にかかる成膜装置と同様であるものとする。
【００６５】
蒸着工程における蒸発レートと前処理工程における蒸発レートとが相違する場合、シャッター９を開いて蒸着工程を開始した後に蒸発レートを調整する必要がある。ここで、調整に要する時間は、蒸発材料に対する電子ビームの照射状態、蒸発材料の充填状態、坩堝２を冷却する冷却部３内を流れる冷却水の温度変動等によって変動する。このため、蒸着工程における蒸発レートと前処理工程における蒸発レートとが相違する場合には、調整に要する時間も成膜装置の動作ごとに変動することとなる。
【００６６】
かかる各種外乱要因によって調整に要する時間が変動する場合、調整期間内の蒸発量が成膜装置の動作ごとに相違する可能性があり、蒸発量が変化した結果、被コーティング材料表面の光反射率が変動するおそれがあった。このため、本実施の形態３にかかる成膜装置では、前処理工程における蒸発レートと蒸着工程時における蒸発レートとが一致するよう蒸発レート制御部１１によって制御を行う構造を有することとしている。かかる構造により、前処理工程から蒸着工程に移行する際の蒸発レートの調整が不要となるため、かかる調整時における蒸発量のばらつきを防止することができる。
【００６７】
また、本実施の形態３にかかる成膜装置では、制御アルゴリズムを単純化することが可能となる。すなわち、蒸発レート制御部１１は、単一の蒸発レートとなるよう電子銃４の制御を行えばよいため、制御内容が簡素化し、制御アルゴリズムを単純化することが可能となる。
【００６８】
以上、実施の形態１〜３に渡って本発明にかかる成膜装置、成膜方法および半導体レーザ素子の製造方法について説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるのではなく、当業者であれば上記の記載内容に基づいて様々な実施例、変形例に想到することが可能である。例えば、実施の形態１〜３において、蒸着前に行う制御によって蒸発レートは一定の割合に維持されているが、時間経過に応じて蒸発レートが変化することとしても良い。本発明はあくまで成膜前における蒸発レートが成膜動作ごとに変動することを抑制する趣旨でなされたものであり、成膜動作ごとにほぼ同様の蒸発レートを実現できるのであれば、必ずしも一定の蒸発レートとする必要はない。
【００６９】
また、実施の形態２および実施の形態３では、図７および図８を用いて蒸着前の蒸発レートについて説明したが、電子銃４に与えられる電力値は図７、図８に示されるものに限定されない。蒸着装置の構造等によっては一定の蒸発量を維持するように制御した場合に蒸着材料の溶融直後等に電力値が変動する場合もあり、必ずしも電力値が一定の値で推移するとは限らない。
【００７０】
また、既に説明したように本発明の適用対象は蒸着装置のみに限定されることはなく、一般的な成膜装置に対して適用することが可能である。すなわち、シャッター等によって成膜開始および終了を制御する構造の成膜装置においては、完全な遮蔽を行うことが容易ではなく、実際にはシャッター等を閉じた状態であっても被コーティング材料の表面上に膜構造が形成される場合がある。かかる場合に本発明を適用することで、被コーティング材料表面上に安定した薄膜構造を得ることが可能となり、光反射率や膜厚を安定させることが可能となる。
【００７１】
さらに、被コーティング材料の例として半導体レーザ素子の劈開面を用いて説明したが、これ以外にも、例えば発光ダイオード、受光素子、半導体導波路、半導体光増幅器等における薄膜構造の成膜に関しても、本実施の形態にかかる成膜装置を用い、上記した製造方法を用いて製造することができる。また、半導体素子のみならず、例えば、光学フィルタ、光ファイバ、ＷＤＭフィルタ、光学レンズ等を含む一般的な光学素子の表面のコーティングに際して本実施の形態にかかる成膜装置および成膜方法を利用することで、光学特性に優れた光学フィルタ等を製造することができる。他にも、精密な膜厚制御が要求される対象のすべてについて、本発明を適用して薄膜構造を成膜することが可能である。また、実施の形態１〜３においては、蒸着材料の例としてＡｌ_２Ｏ_３を用いて説明を行ったが、かかる誘電体材料のみならず、金属材料等を蒸着材料として使用することも可能である。
【００７２】
また、実施の形態１〜３では、蒸着開始前の蒸発レートの制御と、蒸着開始後の蒸発レートの制御を同一の蒸発レート制御部１１によって行うこととしたが、複数の制御部を設けて別々に行っても良い。例えば、蒸着開始前の蒸発レートの制御を行う制御部を坩堝２近傍に設け、蒸着開始後の蒸発レートの制御を行う制御部を治具機構５もしくは治具機構６の近傍に設ける構造としても良い。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、シャッターを閉じた状態の前処理工程時から蒸発レートの制御を開始する構成としたため、被コーティング材料表面に成膜された薄膜構造の膜厚を精密に制御することが可能となり、被コーティング材料表面において所望の光反射率を実現できるという効果を奏する。
【００７４】
また、この発明によれば、材料の溶融開始直後から蒸発レートの制御を行う構成としたため、蒸着開始前の材料の溶融時における蒸発レートについても制御することが可能となり、薄膜構造の膜厚をさらに精密に制御できるという効果を奏する。
【００７５】
また、この発明によれば、シャッターを閉じた状態の前処理工程における蒸発レートと、シャッターを開いた状態の成膜動作時の蒸発レートとが等しくなるよう制御を行う構成としたため、前処理工程終了時から成膜動作に移行する際の蒸発レートの調整が不要となり、蒸発レートのばらつきを抑制して、薄膜構造の膜厚をさらに精密に制御できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる成膜装置の構造を示す模式図である。
【図２】実施の形態１にかかる成膜装置を用いた半導体レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】半導体レーザ素子を製造する際の小片の構造を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる成膜装置の動作時において、電子銃に与える電力値の時間変化を示すグラフである。
【図５】実施の形態１にかかる成膜装置と従来の成膜装置に関して、前処理工程のみを行った場合に成膜される薄膜構造の膜厚のばらつきの違いを示すグラフである。
【図６】実施の形態１にかかる成膜装置と従来の成膜装置に関して、成膜を行った表面における反射率のばらつきの違いを示すグラフである。
【図７】実施の形態２にかかる成膜装置の動作時において、電子銃に与える電力値の時間変化を示すグラフである。
【図８】実施の形態３にかかる成膜装置の動作時において、電子銃に与える電力値の時間変化を示すグラフである。
【図９】従来技術にかかる成膜装置の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　　　　真空容器
２　　　　　坩堝
３　　　　　冷却部
４　　　　　電子銃
５、６　治具機構
７　　　　　イオン供給源
８　　　　　ニュートラライザ
９　　　　　シャッター
１０　　　シャッター開閉制御部
１１　　　蒸発レート制御部
１３　　　モニタ光源
１４　　　ミラー
１５　　　モニタガラス
１６　　　ミラー
１７　　　反射光受光部
１８　　　コントローラ
１９　　　シーケンサ
２０　　　水晶振動子
２１　　　コントローラ
２２　　　出射側端面形成予定面
２３　　　反射側端面形成予定面
１０１　坩堝
１０２　電子銃
１０３　コーティング治具
１０４　シャッター

Claims

真空雰囲気中で成膜対象の表面上に薄膜構造を成膜する成膜装置であって、
前記薄膜構造を形成する材料を保持する材料保持手段と、
成膜開始前に行う前処理時において、前記材料保持手段から蒸発する前記材料の蒸発レートを制御する第１の制御手段と、
成膜開始後の前記材料の蒸発レートを制御する第２の制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記材料に対して電子ビームを照射するビーム照射手段をさらに備え、
前記第１の制御手段は、前記ビーム照射手段から照射される電子ビームの出力強度を調整することによって蒸発レートを制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
成膜された薄膜構造の膜厚に基づいて蒸発レートを検出するレート検出手段をさらに備え、
前記第１の制御手段は、前記レート検出手段が検出した蒸発レートに基づいて制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
前記レート検出手段は、クリスタル振動測定式膜厚測定に基づいて蒸発レートを検出することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
前記第１の制御手段は、前記前処理時において、蒸発レートをほぼ一定の値に制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記第１の制御手段は、前記前処理時において、前記材料の溶融後に制御を開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記第１の制御手段は、前記電子銃から電子ビームの照射が開始されると同時に制御を開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記第１の制御手段によって制御される蒸発レートと前記第２の制御手段によって制御される蒸発レートとがほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の成膜装置。
真空雰囲気中で成膜対象の表面上に薄膜構造を成膜する成膜方法であって、
前記薄膜構造を形成する材料を溶融し、前記材料の蒸発レートを制御した状態で一定時間保持する前処理工程と、
前記材料を所定の蒸発レートで蒸発させ、前記成膜対象の表面上に前記材料を成膜する成膜工程と、
を含むことを特徴とする成膜方法。
前記材料の溶融および蒸発は、電子ビームを照射することによって行われ、
前記前処理工程における蒸発レートの制御は、前記電子ビームの出力強度を調整することによって行われることを特徴とする請求項９に記載の成膜方法。
前記前処理工程において、蒸発レートの制御は、成膜される薄膜構造の膜厚に基づいて行われることを特徴とする請求項９または１０に記載の成膜装置。
前記前処理工程において、蒸発レートの制御は、クリスタル振動測定式膜厚測定に基づいて行われることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記前処理工程において、蒸発レートはほぼ一定の値に維持されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載の成膜方法。
前記前処理工程において、溶融開始直後から蒸発レートの制御を行うことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載の成膜方法。
前記前処理工程において、前記蒸発レートは、前記成膜工程における前記材料の蒸発レートとほぼ等しいことを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一つに記載の成膜方法。
光出射面または／および受光面を備えた光学素子の製造方法であって、
請求項９〜１５のいずれか一つに記載の成膜方法を用いて前記光出射面上または／および前記受光面上に保護膜を成膜する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。