JP3625736B2 - 光学フィルタの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光学フィルタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフィルタに入射される光のうち、予め定められた設定波長帯の光のみを通過する波長選択透過フィルタ（バンドパスフィルタ）等の光学フィルタが光通信用として広く用いられている。
【０００３】
この種の光学フィルタを作成する方法として、例えば基板上に真空蒸着法やスパッタリング法等によりフィルタ膜を成膜する成膜法が用いられている。これらの成膜法における膜厚制御は、基板上に成膜される膜の光学膜厚の光学式膜厚計による膜厚測定結果に基づいて行われている。
【０００４】
図１には、上記光学式膜厚計１１を備えた成膜装置としての真空蒸着装置の一例が概略図により示されている。同図において、装置内には、真空蒸着法の成膜エリア７内のドーム状基板ホルダ９上の複数の開通孔に取り付けられた基板支持部材１０に、モニタ基板２と製品用基板３がそれぞれ配置されており、基板ホルダ９の下部側に蒸発源４が配置されている。なお、同図において、成膜エリア７内は断面図により示されている。
【０００５】
また、装置には、図示されていない操作部が設けられており、この操作部の操作によって装置を駆動させると、蒸発源４から蒸発した物質がモニタ基板２上と製品用基板３上に付着し、同じ膜物質の膜（薄膜）１が成膜される構成と成している。そして、例えば１つの膜１の成膜後に蒸発源４の物質を交換して成膜を行なうことにより、互いに異なる膜物質の膜１を積層した光学フィルタが製造される。
【０００６】
光学式膜厚計１１は、モニタ光を発する光源５と、モニタ光の反射率と透過率の少なくとも一方のモニタ特性を測定する測定装置６とを有している。なお、同図に設けられている測定装置６は、モニタ光の反射率（エネルギー反射率）を測定する装置と成している。また、光学式膜厚計１１には光結合手段８が設けられており、この光結合手段８は、光源５と測定装置６との間に設けられて、光源５から発するモニタ光をモニタ基板２に照射させ、モニタ基板２からの反射光を測定装置６に結合する機能を有している。
【０００７】
この光学式膜厚計１１において、光源５からモニタ基板２にモニタ光を照射すると、モニタ基板２上に成膜される膜の膜厚増加に伴って、モニタ光の光エネルギー反射率（あるいは光エネルギー透過率）が変化し、このモニタ光の光エネルギー反射率（あるいは光エネルギー透過率）は測定装置６により測定される。
【０００８】
一方、光エネルギー反射率（あるいは光エネルギー透過率）と膜厚との関係は、計算により求めることができる。例えば、図５に示すように、屈折率がｎ０の媒質中で屈折率ｎｓの基板上に屈折率ｎ１の膜を物理膜厚ｄだけ成膜する場合に、上記光エネルギー反射率Ｒは、多重反射および干渉を考慮して、（数１）により表わされる。なお、（数１）において、δは、入射光（モニタ光）の波長をλとして（数２）により与えられるものである。
【０００９】
【数１】
【００１０】
【数２】
【００１１】
また、（数１）においては、成膜される基板の裏面からの反射を考慮していないが、基板が両面研磨してある場合には、成膜される基板の裏面からの反射も考慮する必要がある。成膜される基板の裏面からの光エネルギー反射率をＲ０とすると、この値Ｒ０は（数３）により表わされ、したがって、この成膜される基板の裏面からのエネルギー反射率を考慮した光エネルギー反射率Ｒ’は、（数４）により表わされる。
【００１２】
【数３】
【００１３】
【数４】
【００１４】
バンドパスフィルタ等の光学フィルタを形成する基板は、一般に、両面研磨されているので、（数１）〜（数４）に基づいて、光エネルギー反射率Ｒ’と光学膜厚（例えばｎ１ｄ）の関係を求めることができる。以下においては光エネルギ反射率とは光エネルギー反射率Ｒ’のことを言うものとする。
【００１５】
なお、実際の成膜では、モニタ光の波長（モニタ波長）を固定して、成膜される膜１の光学膜厚と光エネルギー反射率Ｒ’との関係データを、成膜する膜１の屈折率ｎ１に対応させて例えばグラフデータにより予め求めておき、膜厚制御データとする。そして、実際に、図１に示した真空蒸着装置によって製品用基板３に膜を成膜する際に、光学式膜厚計１１により測定されるモニタ基板２上の膜形成に伴う前記光エネルギー反射率Ｒ’の変化率と前記膜厚制御データとを逐次比較することにより、成膜する膜１の膜厚を制御することができる。
【００１６】
また、周知の如く、光学フィルタを製造するために成膜されるそれぞれの膜１の光学膜厚は、中心波長と呼ばれる膜厚設計用に定めた基準波長に予め定めた設定倍数を乗じた値に設計されるものであり、多くの光学フィルタにおいては、１つの膜１の光学膜厚を中心波長の０．２５倍（１／４倍）程度とすることが多い。
【００１７】
図６には、モニタ光の波長λを上記中心波長λｃとして求めた、光エネルギー反射率Ｒ’と光学膜厚ｎ１ｄの関係データの一例が示されており、同図に示す関係データは、屈折率ｎ０＝１．００の媒質（空気）中で、ｎｓ＝１．５０の基板上に膜を成膜した場合の光エネルギー反射率Ｒ’の変化と光学膜厚ｎ１ｄの関係をシミュレーションにより求めたデータである。なお、同図における特性線ａは屈折率ｎ１＝２．１６の膜を成膜した場合、特性線ｂは屈折率ｎ１＝１．４５の膜を成膜した場合の光エネルギー反射率Ｒ’の変化をそれぞれ示している。
【００１８】
図６から明らかなように、モニタ波長λとして中心波長λｃを用いた場合には、この光エネルギー反射率のピークで成膜を停止することにより、（１／４）・λｃの光学膜厚の膜を成膜できる。
【００１９】
しかしながら、光エネルギー反射率Ｒ’のピーク付近における光エネルギー反射率Ｒ’の変化は緩やかであり、光学式膜厚計１１により逐次測定されるモニタ特性において光エネルギー反射率Ｒ’がピーク付近となるところをモニタ特性測定途中に正確に把握することは困難であるために、前記光エネルギー反射率Ｒ’がそのピーク付近に達したときに的確に成膜を停止することは難しい。
【００２０】
また、前記の如く、光エネルギー反射率Ｒ’のピーク付近における光エネルギー反射率Ｒ’の変化は緩やかであるために、例えば図７の特性線ａに示すように、光エネルギー反射率がピークに達する前に成膜が停止した場合、成膜停止時点におけるエネルギー反射率Ｒ’のＱ点とエネルギー反射率Ｒ’のピークＰ点との誤差ΔＲは小さいにもかかわらず、成膜される膜１の光学膜厚の誤差Δ（ｎ１ｄ）は非常に大きくなってしまう。
【００２１】
そこで、前記モニタ波長λとして中心波長λｃを用いずに、λｃよりも小さい波長をモニタ波長として用いることにより、例えば図７の特性線ｃに示すように、光エネルギー反射率Ｒ’の周期を小さくし、光エネルギー反射率Ｒ’の誤差ΔＲに対応する光学膜厚ｎ１ｄの誤差Δ（ｎ１ｄ）を小さくして膜１の光学膜厚を制御することが行なわれている。なお、モニタ光波長を決定するときには、成膜される膜厚１に対応させて、例えば光エネルギー反射率Ｒ’の誤差ΔＲに対応する光学膜厚ｎ１ｄの誤差Δ（ｎ１ｄ）ができる限り小さくなるような波長λを決定している。
【００２２】
このように、モニタ波長をλとし、この波長λが前記中心波長λｃと異なる場合には、前記（数１）におけるδは、前記（数２）の代わりに（数５）で与えられる。なお、（数５）において、ｎｃは、モニタ波長λを中心波長λｃとした場合の膜１の屈折率である。
【００２３】
【数５】
【００２４】
また、モニタ波長に対する膜の屈折率ｎ１は、（数６）により求められるものであるので、モニタ波長λが異なる場合には屈折率ｎ１も異なるものである。したがって、モニタ波長を中心波長λｃと異なる波長とした場合、屈折率ｎ１は、中心波長λｃに対する屈折率の値ｎｃと異なる値となる。なお、（数６）において、Ａ，Ｂ，Ｃは、いずれも膜１を形成する物質により異なるものであり、いずれも屈折率を求めるための周知の実験によって求められるものである。
【００２５】
【数６】
【００２６】
ところで、実際の成膜に際し、モニタ基板２と製品用基板３の設置場所の違いに起因する累積粒子の飛散量の差や成膜時にイオンアシストする場合（イオンアシスト成膜時）のイオン電流密度の差、成膜時と成膜後の温度や雰囲気の違いによる膜１の物性定数の変動等に応じて膜１の屈折率ｎ１が変動するために、モニタ基板２上と製品用基板３上では成膜した膜１の光学膜厚が異なる。
【００２７】
そこで、製品用基板３上に製品用膜を成膜して光学フィルタを製造するときには、前記成膜エリア７内に製品用基板３と前記モニタ基板２とをそれぞれ配置して、これらの基板２，３上に同時に膜を成膜しながら、モニタ基板２上に形成される膜１に前記モニタ光を照射して光エネルギー反射率Ｒ’を測定し、この光エネルギー反射率Ｒ’が、膜１の設計（仕様）によって求められる設定光学膜厚に予め求めた膜厚補正係数を乗じた値に対応する値となったときに膜１の成膜を停止し、膜１の光学膜厚を制御していた。
【００２８】
上記膜厚補正係数を求めるときは、まず、モニタ波長を１つだけ設定し、モニタ基板２上に成膜される膜１の膜厚をこの設定モニタ波長にてモニタしながら、モニタ基板２および製品用基板３上に膜１の成膜を行なう。そして、上記モニタ結果と、製品用基板３上に成膜された膜１の光学膜厚との関係から、例えば図８に示すように、製品用基板３上の光学膜厚とモニタ基板２上の光学膜厚が比例する場合には、同図の直線の傾きを膜厚補正係数としていた。
【００２９】
そして、上記のようにして求めた膜厚補正係数は、モニタ波長の値によらず一定と考え、モニタ波長としていかなる値を用いた場合にも、同じ膜厚補正係数を用いて上記の如く、膜１の光学膜厚制御を行なっていた。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者は、上記のようにして求められる膜厚補正係数がモニタ波長の値によらず一定のものではなく、例えば図３に示すように、モニタ波長の値（同図ではλ０、λ１、λ２）によって、膜厚補正係数（同図における各特性線の傾き）が異なることを見出した。これは、例えば膜１の屈折率の波長分散は温度によって異なるために、膜１の温度が成膜時の温度から常温へ変化した際の、膜１の屈折率変動の大きさがモニタ波長によって異なるといったように、モニタ波長の値によって膜１の物性定数変動の大きさが異なることに起因すると考えられる。
【００３１】
したがって、従来のように、互いに異なる複数の波長のモニタ光によらず１つのモニタ波長を用いて求めた膜厚補正係数を用いて膜１の光学膜厚を制御すると、膜１の光学膜厚を正確に制御することができず、膜１によって形成される光学フィルタの光学膜厚を正確な値に作製することが困難だった。
【００３２】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、作製する膜の光学膜厚を例えば予め設定した光学膜厚となるように正確に制御できるようにして正確な光学膜厚に成膜できる光学フィルタの成膜方法を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、光学フィルタの製造方法の第１の発明は、モニタ基板上に膜を成膜しながら該膜にモニタ光を照射したときの該モニタ光の反射率と透過率の少なくとも一方のモニタ特性を求め、前記成膜される膜の光学膜厚と前記モニタ特性との関係データを膜物質ごとに予め求めて膜厚制御データとし、一方、成膜装置内に製品用基板と前記モニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜したときに、モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と前記製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚とのずれ量を補正する補正係数のデータを互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めて膜厚補正係数データとし、前記製品用基板上に製品用膜を成膜して光学フィルタを製造するときに、前記成膜装置内に製品用基板と前記モニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜しながら、前記モニタ基板上に形成される膜に前記モニタ光を照射して前記モニタ特性を測定し、この測定値と前記膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて前記製品用基板上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御する光学フィルタの製造方法であって、互いに異なる複数のモニタ光波長を用いて製品用基板上に成膜したそれぞれの膜の反射率と透過率の少なくとも一方の特性を連続した波長の特性測定光を用いてそれぞれ実測し、膜の光学膜厚をパラメータとする理論式と光学膜厚の設計値とに基づいて前記特性測定光の連続した波長に対する膜の反射率または透過率の理論値を求め、該理論値と前記実測値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに前記互いに異なるモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔ ｎ とし、一方、前記製品用基板上への成膜と同時にモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚を膜物質ごとに複数のモニタ光波長を用いてそれぞれ測定し、この値をモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔ ｍ とし、膜物質ごとにそれぞれのモニタ光の波長に対応するｔ ｍ ／ｔ ｎ をモニタ波長対応膜厚補正係数として決定し、該モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求める構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３５】
また、光学フィルタの製造方法の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記膜厚補正係数データはモニタ波長対応膜厚補正係数のモニタ波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３６】
さらに、光学フィルタの製造方法の第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記モニタ基板を中心とした同心円状に製品用基板を配置し、これらの製品用基板のうち、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の膜厚制御は膜物質ごとに膜厚補正係数データの同一の値を用いて行なう構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００４１】
本発明の光学フィルタの製造方法の実施形態例は、図１に示したような、光学式膜厚計１１を備えた真空蒸着装置を用いて光学フィルタを製造する方法であり、本実施形態例において製造する光学フィルタは、製品用基板３上に７層の膜を成膜してなるフィルタ膜を形成したバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。この７層の設計（仕様）は、Ｔａ２Ｏ５を中心波長（ここでは１４７０ｎｍ）の四分の一の光学膜厚で成膜したＨ層と、ＳｉＯ２を中心波長の四分の一の光学膜厚で成膜したＬ層と、ＳｉＯ２を中心波長と等しい光学膜厚で成膜した４Ｌ層とを、基板上に、Ｈ・Ｌ・Ｈ・４Ｌ・Ｈ・Ｌ・Ｈの順に積層して形成するものとした。
【００４２】
本実施形態例でも従来例と同様に、前記膜厚制御データを予め求め、この膜厚制御データと、光学膜厚計１１により検出されるモニタ光の反射率とに基づいて成膜される膜１の膜厚制御を行なうが、本実施形態例では、以下に示す特徴的な膜厚補正係数データを予め与え、この膜厚補正係数データを用いて上記膜厚制御を行なうようにしている。
【００４３】
膜厚補正係数データは、成膜装置内に製品用基板３とモニタ基板２とをそれぞれ配置してこれらの基板２，３上に同時に膜を成膜したときに、モニタ基板２上に成膜される膜の光学膜厚と製品用基板３上に成膜される膜の光学膜厚とのずれ量を補正する補正係数のデータを、互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めたものである。
【００４４】
本実施形態例では、以下のようにして膜厚補正係数データを求めるための成膜行ない、３種類のモニタ波長に対応する膜厚補正係数を膜物質（Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２）ごとに求めた。すなわち、まず、上記光学フィルタを形成する各層の膜１を、４００ｎｍ付近、４９０ｎｍ付近、７００ｎｍ付近の３種類のモニタ光波長を用いてモニタ基板２上に成膜される膜１の光学膜厚を測定しながら、モニタ基板２上と製品用基板３上に同時に膜１の成膜を行なった。ここで、モニタ基板２を各層の蒸着ごとに新しいものと交換するようにすることで、常に単層膜の蒸着を監視することになるため、従来例で述べた方法を用いて各層のモニタ基板２上の光学膜厚を制御できる。
【００４５】
次に、成膜終了後、互いに異なる複数のモニタ光波長（上記３種類のモニタ波長）を用いて成膜したそれぞれの前記フィルタ膜（バンドパスフィルタを形成するフィルタ膜）の透過率を連続した波長の特性測定光を用いて実測した。なお、実際には、バンドパスフィルタの透過率を測定することにより、このバンドパスフィルタのフィルタ膜の透過率を間接的に測定することができる。
【００４６】
一方、各層の膜１の光学膜厚をパラメータとする膜の光透過率の理論式と光学膜厚の設計値とに基づいて前記特性測定光の連続した波長に対するバンドパスフィルタのフィルタ膜の透過率の理論値を求めた。なお、上記膜の光透過率の理論式は（数７）に示す光学フィルタの透過率の式および（数８）〜（数１０）により与えられるものである。
【００４７】
【数７】
【００４８】
【数８】
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
【００５１】
ここで、（数７）におけるパラメータｍ１１、ｍ１２、ｍ２１、ｍ２２は、（数８）で与えられる全層での特性行列Ｍの各要素であり、各層（第１層から第７層）の特性行列Ｍｊの総積によって与えられ、第ｊ層（ｊ＝１，２，３，４，５，６，７）の特性行列Ｍｊは（数９）で与えられ、（数９）に示すｇｊは、（数１０）により表わされるものであり、ｎｊは第ｊ層の屈折率、ｄｊは第ｊ層の物理膜厚である。そこで、これらの（数７）〜（数１０）を用い、第ｊ層における光学膜厚の設計値をｎｊｄｊに代入すれば、前記特性測定光の連続した波長に対するバンドパスフィルタの透過率の理論値が求まる。なお、（数８）、（数９）において、ｉは虚数である。
【００５２】
そして、上記のようにして求めた理論値と前記光透過率の実測値との差の二乗が最小になるように、非線形フィッティング法を用いて各層の膜の光学膜厚の適正値（ｎｊｄｊの真の値）を膜物質ごとに前記３種類の異なるモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔｎとした。
【００５３】
また、モニタ基板２上に成膜される膜１の光学膜厚を膜物質ごとに上記３種類のモニタ光波長を用いてそれぞれ測定し、この値をモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔｍとした。なお、モニタ基板２上に設計（仕様）通りの膜厚で成膜されるようにしているため、モニタ基板２上の光学膜厚＝設計膜厚となる。
【００５４】
そして、膜物質ごとにそれぞれのモニタ光の波長に対応するｔｍ／ｔｎをモニタ波長対応膜厚補正係数として決定した。なお、本実施形態例では、各モニタ波長での成膜において、Ｔａ２Ｏ５から成る第１、３、５、７層の光学膜厚は全て等しく、ＳｉＯ２から成る第２層と第６層の光学膜厚は等しく、第４層の膜厚はその４倍であるとして、上記モニタ波長対応膜厚補正係数を求めた。
【００５５】
以上のようにして、各モニタ光波長に対してモニタ波長対応膜厚補正係数を求めたところ、製品用基板３の設置位置が、図２に示すａ，ｂ，ｃの各設置場所によって異なる値が得られた。具体的には、図２のａに設置されているものをａ段、同図のｂに設置されているものをｂ段、同図のｃに設置されているものをｃ段とすると、以下に示す通りの結果が得られた。
【００５６】
すなわち、Ｔａ２Ｏ５（Ｈ層）に関しては、モニタ波長４００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４４２３（ａ段）、１．１３３８２（ｂ段）、１．１２９８８（ｃ段）となり、モニタ波長４９０ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４６６５（ａ段）、１．１３８０２（ｂ段）、１．１３４９１（ｃ段）となり、モニタ波長７００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１５１５９（ａ段）、１．１４２６０（ｂ段）、１．１３７４９（ｃ段）となった。
【００５７】
また、ＳｉＯ２（Ｌ層）に関しては、モニタ波長４００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４４０９（ａ段）、１．１４２４９（ｂ段）、１．１３２０３（ｃ段）となり、モニタ波長４９０ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４７８２（ａ段）、１．１４７５６（ｂ段）、１．１３６３４（ｃ段）となり、モニタ波長７００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４９７４（ａ段）、１．１４９１６（ｂ段）、１．１３８５９（ｃ段）となった。
【００５８】
このように、製品用基板３の設置位置の違いにより、各モニタ波長におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が異なり、上記のようにモニタ基板２を中心とした同心円状に製品用基板３を配置した場合には、これらの製品用基板３のうち、同一円周上に配置される製品用基板３上に成膜される膜１の膜厚補正係数はほぼ同一となることが分かったので、本実施形態例では、以降、製品用基板３の設置位置を特定の位置に設定し（この場合ｂ段とし）、成膜を行なうことにした。
【００５９】
ここで、上記モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めるため、本実施形態例では、多項式である（数１１）に上記結果を当てはめ、図４及び表１に示す膜厚補正係数データを得た。
【００６０】
【数１１】
【００６１】
【表１】
【００６２】
なお、上記結果から、（数１１）におけるＥ，Ｆ，Ｇは、Ｔａ２Ｏ５に関して、Ｅ＝１．１５０３、Ｆ＝１３６．８２、Ｇ＝−４．３３８０となり、また、ＳｉＯ２に関しては、Ｅ＝１．１５０２、Ｆ＝３５３．１５、Ｇ＝−０．３６１６となった。
【００６３】
このように、モニタ波長λとモニタ波長対応膜厚補正係数τとの関係を、多項式で近似して膜厚補正係数データとすることにより、実際には膜厚補正係数を求めていないモニタ波長に対応するモニタ波長対応膜厚補正係数も膜厚補正係数データにより求めることができる。
【００６４】
本実施形態例では、以上のようにして、例えば図４に示す関係データの膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データにおける反射率（補正膜厚対応反射率）を求め、光学膜厚計１１によって測定される反射率が補正膜厚対応反射率になったときに、膜１の成膜を停止することにした。
【００６５】
その一例として、光学ガラスＢＫ７の製品用基板３上にＴａ２Ｏ５の単層膜を成膜した。なお、モニタ基板２も製品用基板３と同様に、光学ガラスＢＫ７とし、成膜時のモニタ波長を４００ｎｍとし、一方、中心波長を１５００ｎｍとし、この中心波長に対する光学膜厚が０．２５０００の設計（仕様）で成膜を行なった。
【００６６】
この場合、モニタ波長４００ｎｍに対するモニタ波長対応膜厚補正係数は、図４から１．１３３８２となるので、０．２５０００に１．１３３８２を乗じた値を膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚とし、この補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データにおける反射率（補正膜厚対応反射率）を求める。
【００６７】
例えば０．２５０００に１．１３３８２を乗じた値を（数５）に代入し、（数１）、（数３）、（数４）を用いて、上記補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データにおける反射率（補正膜厚対応反射率）を求めると、２８．５０％となる。なお、例えば図６、７に示したようなシミュレーション結果から補正膜厚対応反射率を求めることもできる。
【００６８】
また、図７から明らかなように、モニタ波長を前記中心波長よりも小さい値とした場合は、光学膜厚が中心波長の四分の一に達するまでに、１つ以上の反射率ピークを通過することになるため、例えば前記膜厚制御部には、前記補正膜厚対応反射率と共に、この通過ピークの数を与えておき、この通過ピーク数を通過した後に反射率が補正膜厚対応反射率になったときに成膜を停止するようにする。
【００６９】
本実施形態例は、以上のようにして光学フィルタを形成する各層の膜１の光学膜厚を制御しながら、製品用基板３上に膜１を積層して光学フィルタとしてのバンドパスフィルタを製造する。
【００７０】
本実施形態例によれば、以上のように、成膜する膜１の膜物質ごとに、複数のモニタ波長に対応する膜厚補正係数データを予め求めておき、成膜エリア７内に製品用基板３とモニタ基板２とをそれぞれ配置してこれらの基板２，３上に同時に膜を成膜しながらモニタ基板２上の膜に照射するモニタ光の反射率を測定し、この測定値と、膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて製品用基板３上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御するために、製品用膜の光学膜厚を正確に制御できる。
【００７１】
そのため、本実施形態例の光学フィルタの製造方法を用いて製造した光学フィルタは、設計通りの光学膜厚を有する光学フィルタとすることができる。
【００７２】
特に、本実施形態例において、前記の如く、製品用基板３に成膜した各層の膜１の光学膜厚を非線形フィッティングを適用して決定し、この値に基づいて、膜１の膜物質ごとにモニタ波長対応膜厚補正係数を求めて上記膜厚補正係数データを求めているために、膜厚補正係数データとして非常に適正なデータを得ることができ、このデータに基づいて製品用膜の光学膜厚を非常に正確に制御できる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記実施形態例では、モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めるときに、多項式である（数１１）に上記結果を当てはめたが、膜物質に応じて、（数１１）以外の多項式により膜厚補正係数の波長依存性を近似してもよいし、双曲線によって膜厚補正係数の波長依存性を近似してもよい。
【００７４】
いずれの場合も、膜厚補正係数データを、膜厚補正係数の波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとすると、実際には膜厚補正係数を求めていないモニタ波長に対応するモニタ波長対応膜厚補正係数も膜厚補正係数データにより求めることができる。
【００７５】
また、上記実施形態例では、製品用基板３上に成膜した膜１の透過率の理論値と実測値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜１の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに複数の異なる光波長に対応させて求め、この値を製品用基板３上に成膜される膜の光学膜厚としたが、製品用基板３上に成膜される膜の光学膜厚の求め方は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【００７６】
例えば、製品用基板３上に成膜した膜１の反射率を実測し、この実測値と反射率の理論値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜１の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに複数の異なる光波長に対応させて求めてもよい。
【００７７】
さらに、上記実施形態例では、図１の装置を用いてモニタ基板２上に成膜する膜にモニタ光を照射し、その反射率をモニタ特性として求めたが、モニタ光の反射率の代わりにモニタ光の透過率を測定し、この透過率をモニタ特性として膜厚制御データを作成してもよい。
【００７８】
さらに、本発明の光学フィルタの製造方法により製造される光学フィルタは、様々な膜物質を用いて成膜された膜によって製造されるものであり、膜物質の材料や膜の光学膜厚および層数などは特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の光学フィルタの製造方法によれば、成膜装置内に製品用基板とモニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜しながら、前記モニタ基板上に形成される膜に前記モニタ光を照射して前記モニタ特性を測定し、この測定値と、互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めた膜厚補正係数データにより補正した光学膜厚に対応する膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて、前記製品用基板上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御するものであるから、製品用膜の光学膜厚を例えば予め設定した光学膜厚となるように正確に制御することができ、設計通りの光学膜厚を有する光学フィルタを製造することができる。
【００８０】
また、本発明においては、非線形フィッティング法を用いて製品用基板上に成膜した膜の光学膜厚の適正値を膜物質ごとにモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚として、膜物質ごとにそれぞれの互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応するモニタ波長対応膜厚補正係数を決定し、該モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めているので、製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚を非常に正確に求めることができる。
【００８１】
そのため、この発明においては、上記非線形フィッティング法を用いて求めた製品用基板上の膜の光学膜厚値を用いて、膜厚補正係数データを的確に求めることができ、上記光学フィルタの膜厚制御を非常に的確にすることができる。
【００８２】
さらに、膜厚補正係数データは膜厚補正係数の波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとした本発明の光学フィルタの製造方法においては、膜厚補正係数データを用いることにより、実際にはモニタ波長対応膜厚補正係数を求めていないモニタ光波長によるモニタ基板上の光学膜厚測定値に基づいて、製品用基板上に成膜される膜の膜厚制御を行なっても、製品用基板上に成膜される膜の膜厚制御を非常に的確に行なうことができる。
【００８３】
さらに、モニタ基板を中心とした同心円状に製品用基板を配置し、これらの製品用基板のうち、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の膜厚制御は膜物質ごとに同一のモニタ波長対応膜厚補正係数を用いて行なう本発明の光学フィルタの製造方法においては、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の成膜条件はほぼ同一であることから、的確な膜厚制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学フィルタの製造装置の一例である光学膜厚計付き真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明に係る光学フィルタの製造方法を適用し、上記真空蒸着装置によりモニタ基板上と製品用基板上に膜を成膜するときのモニタ基板と製品用基板の配設例を示す説明図である。
【図３】互いに異なる複数の波長のモニタ光をそれぞれモニタ基板上の膜に照射して１つの製品用基板上の膜の光学膜厚を制御した場合の、モニタ基板上の光学膜厚と製品用基板上の光学膜厚との関係例を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光学フィルタの製造方法の一実施形態例に用いられる膜厚補正係数データの一例を示すグラフである。
【図５】屈折率ｎ０の媒質中で、屈折率ｎｓの基板上に光学膜厚がｎ１ｄの膜１を形成する状態を示す断面説明図である。
【図６】モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と、この膜に膜設計の基準となる波長のモニタ光を照射して得られるモニタ光反射率との関係例を示すグラフである。
【図７】モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と、この膜に波長の異なるモニタ光をそれぞれ照射した場合に得られるモニタ光反射率との関係を示すグラフである。
【図８】１つのモニタ光波長をモニタ基板上の膜に照射して製品用基板上の膜の光学膜厚を制御した場合の、モニタ基板上の光学膜厚と製品用基板上の光学膜厚との関係例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 膜
２ モニタ基板
３ 製品用基板
４ 蒸発源
５ 光源
６ 測定装置
７ 成膜エリア
８ 光結合手段
９ 基板ホルダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光学フィルタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフィルタに入射される光のうち、予め定められた設定波長帯の光のみを通過する波長選択透過フィルタ（バンドパスフィルタ）等の光学フィルタが光通信用として広く用いられている。
【０００３】
この種の光学フィルタを作成する方法として、例えば基板上に真空蒸着法やスパッタリング法等によりフィルタ膜を成膜する成膜法が用いられている。これらの成膜法における膜厚制御は、基板上に成膜される膜の光学膜厚の光学式膜厚計による膜厚測定結果に基づいて行われている。
【０００４】
図１には、上記光学式膜厚計１１を備えた成膜装置としての真空蒸着装置の一例が概略図により示されている。同図において、装置内には、真空蒸着法の成膜エリア７内のドーム状基板ホルダ９上の複数の開通孔に取り付けられた基板支持部材１０に、モニタ基板２と製品用基板３がそれぞれ配置されており、基板ホルダ９の下部側に蒸発源４が配置されている。なお、同図において、成膜エリア７内は断面図により示されている。
【０００５】
また、装置には、図示されていない操作部が設けられており、この操作部の操作によって装置を駆動させると、蒸発源４から蒸発した物質がモニタ基板２上と製品用基板３上に付着し、同じ膜物質の膜（薄膜）１が成膜される構成と成している。そして、例えば１つの膜１の成膜後に蒸発源４の物質を交換して成膜を行なうことにより、互いに異なる膜物質の膜１を積層した光学フィルタが製造される。
【０００６】
光学式膜厚計１１は、モニタ光を発する光源５と、モニタ光の反射率と透過率の少なくとも一方のモニタ特性を測定する測定装置６とを有している。なお、同図に設けられている測定装置６は、モニタ光の反射率（エネルギー反射率）を測定する装置と成している。また、光学式膜厚計１１には光結合手段８が設けられており、この光結合手段８は、光源５と測定装置６との間に設けられて、光源５から発するモニタ光をモニタ基板２に照射させ、モニタ基板２からの反射光を測定装置６に結合する機能を有している。
【０００７】
この光学式膜厚計１１において、光源５からモニタ基板２にモニタ光を照射すると、モニタ基板２上に成膜される膜の膜厚増加に伴って、モニタ光の光エネルギー反射率（あるいは光エネルギー透過率）が変化し、このモニタ光の光エネルギー反射率（あるいは光エネルギー透過率）は測定装置６により測定される。
【０００８】
一方、光エネルギー反射率（あるいは光エネルギー透過率）と膜厚との関係は、計算により求めることができる。例えば、図５に示すように、屈折率がｎ０の媒質中で屈折率ｎｓの基板上に屈折率ｎ１の膜を物理膜厚ｄだけ成膜する場合に、上記光エネルギー反射率Ｒは、多重反射および干渉を考慮して、（数１）により表わされる。なお、（数１）において、δは、入射光（モニタ光）の波長をλとして（数２）により与えられるものである。
【０００９】
【数１】
【数２】
また、（数１）においては、成膜される基板の裏面からの反射を考慮していないが、基板が両面研磨してある場合には、成膜される基板の裏面からの反射も考慮する必要がある。成膜される基板の裏面からの光エネルギー反射率をＲ０とすると、この値Ｒ０は（数３）により表わされ、したがって、この成膜される基板の裏面からのエネルギー反射率を考慮した光エネルギー反射率Ｒ’は、（数４）により表わされる。
【００１２】
【数３】
【数４】
バンドパスフィルタ等の光学フィルタを形成する基板は、一般に、両面研磨されているので、（数１）〜（数４）に基づいて、光エネルギー反射率Ｒ’と光学膜厚（例えばｎ１ｄ）の関係を求めることができる。以下においては光エネルギ反射率とは光エネルギー反射率Ｒ’のことを言うものとする。
【００１５】
なお、実際の成膜では、モニタ光の波長（モニタ波長）を固定して、成膜される膜１の光学膜厚と光エネルギー反射率Ｒ’との関係データを、成膜する膜１の屈折率ｎ１に対応させて例えばグラフデータにより予め求めておき、膜厚制御データとする。そして、実際に、図１に示した真空蒸着装置によって製品用基板３に膜を成膜する際に、光学式膜厚計１１により測定されるモニタ基板２上の膜形成に伴う前記光エネルギー反射率Ｒ’の変化率と前記膜厚制御データとを逐次比較することにより、成膜する膜１の膜厚を制御することができる。
【００１６】
また、周知の如く、光学フィルタを製造するために成膜されるそれぞれの膜１の光学膜厚は、中心波長と呼ばれる膜厚設計用に定めた基準波長に予め定めた設定倍数を乗じた値に設計されるものであり、多くの光学フィルタにおいては、１つの膜１の光学膜厚を中心波長の０．２５倍（１／４倍）程度とすることが多い。
【００１７】
図６には、モニタ光の波長λを上記中心波長λｃとして求めた、光エネルギー反射率Ｒ’と光学膜厚ｎ１ｄの関係データの一例が示されており、同図に示す関係データは、屈折率ｎ０＝１．００の媒質（空気）中で、ｎｓ＝１．５０の基板上に膜を成膜した場合の光エネルギー反射率Ｒ’の変化と光学膜厚ｎ１ｄの関係をシミュレーションにより求めたデータである。なお、同図における特性線ａは屈折率ｎ１＝２．１６の膜を成膜した場合、特性線ｂは屈折率ｎ１＝１．４５の膜を成膜した場合の光エネルギー反射率Ｒ’の変化をそれぞれ示している。
【００１８】
図６から明らかなように、モニタ波長λとして中心波長λｃを用いた場合には、この光エネルギー反射率のピークで成膜を停止することにより、（１／４）・λｃの光学膜厚の膜を成膜できる。
【００１９】
しかしながら、光エネルギー反射率Ｒ’のピーク付近における光エネルギー反射率Ｒ’の変化は緩やかであり、光学式膜厚計１１により逐次測定されるモニタ特性において光エネルギー反射率Ｒ’がピーク付近となるところをモニタ特性測定途中に正確に把握することは困難であるために、前記光エネルギー反射率Ｒ’がそのピーク付近に達したときに的確に成膜を停止することは難しい。
【００２０】
また、前記の如く、光エネルギー反射率Ｒ’のピーク付近における光エネルギー反射率Ｒ’の変化は緩やかであるために、例えば図７の特性線ａに示すように、光エネルギー反射率がピークに達する前に成膜が停止した場合、成膜停止時点におけるエネルギー反射率Ｒ’のＱ点とエネルギー反射率Ｒ’のピークＰ点との誤差ΔＲは小さいにもかかわらず、成膜される膜１の光学膜厚の誤差Δ（ｎ１ｄ）は非常に大きくなってしまう。
【００２１】
そこで、前記モニタ波長λとして中心波長λｃを用いずに、λｃよりも小さい波長をモニタ波長として用いることにより、例えば図７の特性線ｃに示すように、光エネルギー反射率Ｒ’の周期を小さくし、光エネルギー反射率Ｒ’の誤差ΔＲに対応する光学膜厚ｎ１ｄの誤差Δ（ｎ１ｄ）を小さくして膜１の光学膜厚を制御することが行なわれている。なお、モニタ光波長を決定するときには、成膜される膜厚１に対応させて、例えば光エネルギー反射率Ｒ’の誤差ΔＲに対応する光学膜厚ｎ１ｄの誤差Δ（ｎ１ｄ）ができる限り小さくなるような波長λを決定している。
【００２２】
このように、モニタ波長をλとし、この波長λが前記中心波長λｃと異なる場合には、前記（数１）におけるδは、前記（数２）の代わりに（数５）で与えられる。なお、（数５）において、ｎｃは、モニタ波長λを中心波長λｃとした場合の膜１の屈折率である。
【００２３】
【数５】
また、モニタ波長に対する膜の屈折率ｎ１は、（数６）により求められるものであるので、モニタ波長λが異なる場合には屈折率ｎ１も異なるものである。したがって、モニタ波長を中心波長λｃと異なる波長とした場合、屈折率ｎ１は、中心波長λｃに対する屈折率の値ｎｃと異なる値となる。なお、（数６）において、Ａ，Ｂ，Ｃは、いずれも膜１を形成する物質により異なるものであり、いずれも屈折率を求めるための周知の実験によって求められるものである。
【００２５】
【数６】
ところで、実際の成膜に際し、モニタ基板２と製品用基板３の設置場所の違いに起因する累積粒子の飛散量の差や成膜時にイオンアシストする場合（イオンアシスト成膜時）のイオン電流密度の差、成膜時と成膜後の温度や雰囲気の違いによる膜１の物性定数の変動等に応じて膜１の屈折率ｎ１が変動するために、モニタ基板２上と製品用基板３上では成膜した膜１の光学膜厚が異なる。
【００２７】
そこで、製品用基板３上に製品用膜を成膜して光学フィルタを製造するときには、前記成膜エリア７内に製品用基板３と前記モニタ基板２とをそれぞれ配置して、これらの基板２，３上に同時に膜を成膜しながら、モニタ基板２上に形成される膜１に前記モニタ光を照射して光エネルギー反射率Ｒ’を測定し、この光エネルギー反射率Ｒ’が、膜１の設計（仕様）によって求められる設定光学膜厚に予め求めた膜厚補正係数を乗じた値に対応する値となったときに膜１の成膜を停止し、膜１の光学膜厚を制御していた。
【００２８】
上記膜厚補正係数を求めるときは、まず、モニタ波長を１つだけ設定し、モニタ基板２上に成膜される膜１の膜厚をこの設定モニタ波長にてモニタしながら、モニタ基板２および製品用基板３上に膜１の成膜を行なう。そして、上記モニタ結果と、製品用基板３上に成膜された膜１の光学膜厚との関係から、例えば図８に示すように、製品用基板３上の光学膜厚とモニタ基板２上の光学膜厚が比例する場合には、同図の直線の傾きを膜厚補正係数としていた。
【００２９】
そして、上記のようにして求めた膜厚補正係数は、モニタ波長の値によらず一定と考え、モニタ波長としていかなる値を用いた場合にも、同じ膜厚補正係数を用いて上記の如く、膜１の光学膜厚制御を行なっていた。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者は、上記のようにして求められる膜厚補正係数がモニタ波長の値によらず一定のものではなく、例えば図３に示すように、モニタ波長の値（同図ではλ０、λ１、λ２）によって、膜厚補正係数（同図における各特性線の傾き）が異なることを見出した。これは、例えば膜１の屈折率の波長分散は温度によって異なるために、膜１の温度が成膜時の温度から常温へ変化した際の、膜１の屈折率変動の大きさがモニタ波長によって異なるといったように、モニタ波長の値によって膜１の物性定数変動の大きさが異なることに起因すると考えられる。
【００３１】
したがって、従来のように、互いに異なる複数の波長のモニタ光によらず１つのモニタ波長を用いて求めた膜厚補正係数を用いて膜１の光学膜厚を制御すると、膜１の光学膜厚を正確に制御することができず、膜１によって形成される光学フィルタの光学膜厚を正確な値に作製することが困難だった。
【００３２】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、作製する膜の光学膜厚を例えば予め設定した光学膜厚となるように正確に制御できるようにして正確な光学膜厚に成膜できる光学フィルタの成膜方法を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、光学フィルタの製造方法の第１の発明は、モニタ基板上に膜を成膜しながら該膜にモニタ光を照射したときの該モニタ光の反射率と透過率の少なくとも一方のモニタ特性を求め、前記成膜される膜の光学膜厚と前記モニタ特性との関係データを膜物質ごとに予め求めて膜厚制御データとし、一方、成膜装置内に製品用基板と前記モニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜したときに、モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と前記製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚とのずれ量を補正する補正係数のデータを互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めて膜厚補正係数データとし、前記製品用基板上に製品用膜を成膜して光学フィルタを製造するときに、前記成膜装置内に製品用基板と前記モニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜しながら、前記モニタ基板上に形成される膜に前記モニタ光を照射して前記モニタ特性を測定し、この測定値と前記膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて前記製品用基板上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御する光学フィルタの製造方法であって、互いに異なる複数のモニタ光波長を用いて製品用基板上に成膜したそれぞれの膜の反射率と透過率の少なくとも一方の特性を連続した波長の特性測定光を用いてそれぞれ実測し、膜の光学膜厚をパラメータとする理論式と光学膜厚の設計値とに基づいて前記特性測定光の連続した波長に対する膜の反射率または透過率の理論値を求め、該理論値と前記実測値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに前記互いに異なるモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔ ｎ とし、一方、前記製品用基板上への成膜と同時にモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚を膜物質ごとに複数のモニタ光波長を用いてそれぞれ測定し、この値をモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔ ｍ とし、膜物質ごとにそれぞれのモニタ光の波長に対応するｔ ｍ ／ｔ ｎ をモニタ波長対応膜厚補正係数として決定し、該モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求める構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３５】
また、光学フィルタの製造方法の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記膜厚補正係数データはモニタ波長対応膜厚補正係数のモニタ波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３６】
さらに、光学フィルタの製造方法の第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加え、前記モニタ基板を中心とした同心円状に製品用基板を配置し、これらの製品用基板のうち、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の膜厚制御は膜物質ごとに膜厚補正係数データの同一の値を用いて行なう構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００４１】
本発明の光学フィルタの製造方法の実施形態例は、図１に示したような、光学式膜厚計１１を備えた真空蒸着装置を用いて光学フィルタを製造する方法であり、本実施形態例において製造する光学フィルタは、製品用基板３上に７層の膜を成膜してなるフィルタ膜を形成したバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。この７層の設計（仕様）は、Ｔａ２Ｏ５を中心波長（ここでは１４７０ｎｍ）の四分の一の光学膜厚で成膜したＨ層と、ＳｉＯ２を中心波長の四分の一の光学膜厚で成膜したＬ層と、ＳｉＯ２を中心波長と等しい光学膜厚で成膜した４Ｌ層とを、基板上に、Ｈ・Ｌ・Ｈ・４Ｌ・Ｈ・Ｌ・Ｈの順に積層して形成するものとした。
【００４２】
本実施形態例でも従来例と同様に、前記膜厚制御データを予め求め、この膜厚制御データと、光学膜厚計１１により検出されるモニタ光の反射率とに基づいて成膜される膜１の膜厚制御を行なうが、本実施形態例では、以下に示す特徴的な膜厚補正係数データを予め与え、この膜厚補正係数データを用いて上記膜厚制御を行なうようにしている。
【００４３】
膜厚補正係数データは、成膜装置内に製品用基板３とモニタ基板２とをそれぞれ配置してこれらの基板２，３上に同時に膜を成膜したときに、モニタ基板２上に成膜される膜の光学膜厚と製品用基板３上に成膜される膜の光学膜厚とのずれ量を補正する補正係数のデータを、互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めたものである。
【００４４】
本実施形態例では、以下のようにして膜厚補正係数データを求めるための成膜行ない、３種類のモニタ波長に対応する膜厚補正係数を膜物質（Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２）ごとに求めた。すなわち、まず、上記光学フィルタを形成する各層の膜１を、４００ｎｍ付近、４９０ｎｍ付近、７００ｎｍ付近の３種類のモニタ光波長を用いてモニタ基板２上に成膜される膜１の光学膜厚を測定しながら、モニタ基板２上と製品用基板３上に同時に膜１の成膜を行なった。ここで、モニタ基板２を各層の蒸着ごとに新しいものと交換するようにすることで、常に単層膜の蒸着を監視することになるため、従来例で述べた方法を用いて各層のモニタ基板２上の光学膜厚を制御できる。
【００４５】
次に、成膜終了後、互いに異なる複数のモニタ光波長（上記３種類のモニタ波長）を用いて成膜したそれぞれの前記フィルタ膜（バンドパスフィルタを形成するフィルタ膜）の透過率を連続した波長の特性測定光を用いて実測した。なお、実際には、バンドパスフィルタの透過率を測定することにより、このバンドパスフィルタのフィルタ膜の透過率を間接的に測定することができる。
【００４６】
一方、各層の膜１の光学膜厚をパラメータとする膜の光透過率の理論式と光学膜厚の設計値とに基づいて前記特性測定光の連続した波長に対するバンドパスフィルタのフィルタ膜の透過率の理論値を求めた。なお、上記膜の光透過率の理論式は（数７）に示す光学フィルタの透過率の式および（数８）〜（数１０）により与えられるものである。
【００４７】
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】
ここで、（数７）におけるパラメータｍ１１、ｍ１２、ｍ２１、ｍ２２は、（数８）で与えられる全層での特性行列Ｍの各要素であり、各層（第１層から第７層）の特性行列Ｍｊの総積によって与えられ、第ｊ層（ｊ＝１，２，３，４，５，６，７）の特性行列Ｍｊは（数９）で与えられ、（数９）に示すｇｊは、（数１０）により表わされるものであり、ｎｊは第ｊ層の屈折率、ｄｊは第ｊ層の物理膜厚である。そこで、これらの（数７）〜（数１０）を用い、第ｊ層における光学膜厚の設計値をｎｊｄｊに代入すれば、前記特性測定光の連続した波長に対するバンドパスフィルタの透過率の理論値が求まる。なお、（数８）、（数９）において、ｉは虚数である。
【００５２】
そして、上記のようにして求めた理論値と前記光透過率の実測値との差の二乗が最小になるように、非線形フィッティング法を用いて各層の膜の光学膜厚の適正値（ｎｊｄｊの真の値）を膜物質ごとに前記３種類の異なるモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔｎとした。
【００５３】
また、モニタ基板２上に成膜される膜１の光学膜厚を膜物質ごとに上記３種類のモニタ光波長を用いてそれぞれ測定し、この値をモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔｍとした。なお、モニタ基板２上に設計（仕様）通りの膜厚で成膜されるようにしているため、モニタ基板２上の光学膜厚＝設計膜厚となる。
【００５４】
そして、膜物質ごとにそれぞれのモニタ光の波長に対応するｔｍ／ｔｎをモニタ波長対応膜厚補正係数として決定した。なお、本実施形態例では、各モニタ波長での成膜において、Ｔａ２Ｏ５から成る第１、３、５、７層の光学膜厚は全て等しく、ＳｉＯ２から成る第２層と第６層の光学膜厚は等しく、第４層の膜厚はその４倍であるとして、上記モニタ波長対応膜厚補正係数を求めた。
【００５５】
以上のようにして、各モニタ光波長に対してモニタ波長対応膜厚補正係数を求めたところ、製品用基板３の設置位置が、図２に示すａ，ｂ，ｃの各設置場所によって異なる値が得られた。具体的には、図２のａに設置されているものをａ段、同図のｂに設置されているものをｂ段、同図のｃに設置されているものをｃ段とすると、以下に示す通りの結果が得られた。
【００５６】
すなわち、Ｔａ２Ｏ５（Ｈ層）に関しては、モニタ波長４００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４４２３（ａ段）、１．１３３８２（ｂ段）、１．１２９８８（ｃ段）となり、モニタ波長４９０ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４６６５（ａ段）、１．１３８０２（ｂ段）、１．１３４９１（ｃ段）となり、モニタ波長７００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１５１５９（ａ段）、１．１４２６０（ｂ段）、１．１３７４９（ｃ段）となった。
【００５７】
また、ＳｉＯ２（Ｌ層）に関しては、モニタ波長４００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４４０９（ａ段）、１．１４２４９（ｂ段）、１．１３２０３（ｃ段）となり、モニタ波長４９０ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４７８２（ａ段）、１．１４７５６（ｂ段）、１．１３６３４（ｃ段）となり、モニタ波長７００ｎｍに対し、それぞれの設置場所におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が、１．１４９７４（ａ段）、１．１４９１６（ｂ段）、１．１３８５９（ｃ段）となった。
【００５８】
このように、製品用基板３の設置位置の違いにより、各モニタ波長におけるモニタ波長対応膜厚補正係数が異なり、上記のようにモニタ基板２を中心とした同心円状に製品用基板３を配置した場合には、これらの製品用基板３のうち、同一円周上に配置される製品用基板３上に成膜される膜１の膜厚補正係数はほぼ同一となることが分かったので、本実施形態例では、以降、製品用基板３の設置位置を特定の位置に設定し（この場合ｂ段とし）、成膜を行なうことにした。
【００５９】
ここで、上記モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めるため、本実施形態例では、多項式である（数１１）に上記結果を当てはめ、図４及び表１に示す膜厚補正係数データを得た。
【００６０】
【数１１】
【表１】
なお、上記結果から、（数１１）におけるＥ，Ｆ，Ｇは、Ｔａ２Ｏ５に関して、Ｅ＝１．１５０３、Ｆ＝１３６．８２、Ｇ＝−４．３３８０となり、また、ＳｉＯ２に関しては、Ｅ＝１．１５０２、Ｆ＝３５３．１５、Ｇ＝−０．３６１６となった。
【００６３】
このように、モニタ波長λとモニタ波長対応膜厚補正係数τとの関係を、多項式で近似して膜厚補正係数データとすることにより、実際には膜厚補正係数を求めていないモニタ波長に対応するモニタ波長対応膜厚補正係数も膜厚補正係数データにより求めることができる。
【００６４】
本実施形態例では、以上のようにして、例えば図４に示す関係データの膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データにおける反射率（補正膜厚対応反射率）を求め、光学膜厚計１１によって測定される反射率が補正膜厚対応反射率になったときに、膜１の成膜を停止することにした。
【００６５】
その一例として、光学ガラスＢＫ７の製品用基板３上にＴａ２Ｏ５の単層膜を成膜した。なお、モニタ基板２も製品用基板３と同様に、光学ガラスＢＫ７とし、成膜時のモニタ波長を４００ｎｍとし、一方、中心波長を１５００ｎｍとし、この中心波長に対する光学膜厚が０．２５０００の設計（仕様）で成膜を行なった。
【００６６】
この場合、モニタ波長４００ｎｍに対するモニタ波長対応膜厚補正係数は、図４から１．１３３８２となるので、０．２５０００に１．１３３８２を乗じた値を膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚とし、この補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データにおける反射率（補正膜厚対応反射率）を求める。
【００６７】
例えば０．２５０００に１．１３３８２を乗じた値を（数５）に代入し、（数１）、（数３）、（数４）を用いて、上記補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データにおける反射率（補正膜厚対応反射率）を求めると、２８．５０％となる。なお、例えば図６、７に示したようなシミュレーション結果から補正膜厚対応反射率を求めることもできる。
【００６８】
また、図７から明らかなように、モニタ波長を前記中心波長よりも小さい値とした場合は、光学膜厚が中心波長の四分の一に達するまでに、１つ以上の反射率ピークを通過することになるため、例えば前記膜厚制御部には、前記補正膜厚対応反射率と共に、この通過ピークの数を与えておき、この通過ピーク数を通過した後に反射率が補正膜厚対応反射率になったときに成膜を停止するようにする。
【００６９】
本実施形態例は、以上のようにして光学フィルタを形成する各層の膜１の光学膜厚を制御しながら、製品用基板３上に膜１を積層して光学フィルタとしてのバンドパスフィルタを製造する。
【００７０】
本実施形態例によれば、以上のように、成膜する膜１の膜物質ごとに、複数のモニタ波長に対応する膜厚補正係数データを予め求めておき、成膜エリア７内に製品用基板３とモニタ基板２とをそれぞれ配置してこれらの基板２，３上に同時に膜を成膜しながらモニタ基板２上の膜に照射するモニタ光の反射率を測定し、この測定値と、膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて製品用基板３上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御するために、製品用膜の光学膜厚を正確に制御できる。
【００７１】
そのため、本実施形態例の光学フィルタの製造方法を用いて製造した光学フィルタは、設計通りの光学膜厚を有する光学フィルタとすることができる。
【００７２】
特に、本実施形態例において、前記の如く、製品用基板３に成膜した各層の膜１の光学膜厚を非線形フィッティングを適用して決定し、この値に基づいて、膜１の膜物質ごとにモニタ波長対応膜厚補正係数を求めて上記膜厚補正係数データを求めているために、膜厚補正係数データとして非常に適正なデータを得ることができ、このデータに基づいて製品用膜の光学膜厚を非常に正確に制御できる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上記実施形態例では、モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めるときに、多項式である（数１１）に上記結果を当てはめたが、膜物質に応じて、（数１１）以外の多項式により膜厚補正係数の波長依存性を近似してもよいし、双曲線によって膜厚補正係数の波長依存性を近似してもよい。
【００７４】
いずれの場合も、膜厚補正係数データを、膜厚補正係数の波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとすると、実際には膜厚補正係数を求めていないモニタ波長に対応するモニタ波長対応膜厚補正係数も膜厚補正係数データにより求めることができる。
【００７５】
また、上記実施形態例では、製品用基板３上に成膜した膜１の透過率の理論値と実測値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜１の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに複数の異なる光波長に対応させて求め、この値を製品用基板３上に成膜される膜の光学膜厚としたが、製品用基板３上に成膜される膜の光学膜厚の求め方は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【００７６】
例えば、製品用基板３上に成膜した膜１の反射率を実測し、この実測値と反射率の理論値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜１の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに複数の異なる光波長に対応させて求めてもよい。
【００７７】
さらに、上記実施形態例では、図１の装置を用いてモニタ基板２上に成膜する膜にモニタ光を照射し、その反射率をモニタ特性として求めたが、モニタ光の反射率の代わりにモニタ光の透過率を測定し、この透過率をモニタ特性として膜厚制御データを作成してもよい。
【００７８】
さらに、本発明の光学フィルタの製造方法により製造される光学フィルタは、様々な膜物質を用いて成膜された膜によって製造されるものであり、膜物質の材料や膜の光学膜厚および層数などは特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の光学フィルタの製造方法によれば、成膜装置内に製品用基板とモニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜しながら、前記モニタ基板上に形成される膜に前記モニタ光を照射して前記モニタ特性を測定し、この測定値と、互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めた膜厚補正係数データにより補正した光学膜厚に対応する膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて、前記製品用基板上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御するものであるから、製品用膜の光学膜厚を例えば予め設定した光学膜厚となるように正確に制御することができ、設計通りの光学膜厚を有する光学フィルタを製造することができる。
【００８０】
また、本発明においては、非線形フィッティング法を用いて製品用基板上に成膜した膜の光学膜厚の適正値を膜物質ごとにモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚として、膜物質ごとにそれぞれの互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応するモニタ波長対応膜厚補正係数を決定し、該モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めているので、製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚を非常に正確に求めることができる。
【００８１】
そのため、この発明においては、上記非線形フィッティング法を用いて求めた製品用基板上の膜の光学膜厚値を用いて、膜厚補正係数データを的確に求めることができ、上記光学フィルタの膜厚制御を非常に的確にすることができる。
【００８２】
さらに、膜厚補正係数データは膜厚補正係数の波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとした本発明の光学フィルタの製造方法においては、膜厚補正係数データを用いることにより、実際にはモニタ波長対応膜厚補正係数を求めていないモニタ光波長によるモニタ基板上の光学膜厚測定値に基づいて、製品用基板上に成膜される膜の膜厚制御を行なっても、製品用基板上に成膜される膜の膜厚制御を非常に的確に行なうことができる。
【００８３】
さらに、モニタ基板を中心とした同心円状に製品用基板を配置し、これらの製品用基板のうち、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の膜厚制御は膜物質ごとに同一のモニタ波長対応膜厚補正係数を用いて行なう本発明の光学フィルタの製造方法においては、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の成膜条件はほぼ同一であることから、的確な膜厚制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学フィルタの製造装置の一例である光学膜厚計付き真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明に係る光学フィルタの製造方法を適用し、上記真空蒸着装置によりモニタ基板上と製品用基板上に膜を成膜するときのモニタ基板と製品用基板の配設例を示す説明図である。
【図３】互いに異なる複数の波長のモニタ光をそれぞれモニタ基板上の膜に照射して１つの製品用基板上の膜の光学膜厚を制御した場合の、モニタ基板上の光学膜厚と製品用基板上の光学膜厚との関係例を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光学フィルタの製造方法の一実施形態例に用いられる膜厚補正係数データの一例を示すグラフである。
【図５】屈折率ｎ０の媒質中で、屈折率ｎｓの基板上に光学膜厚がｎ１ｄの膜１を形成する状態を示す断面説明図である。
【図６】モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と、この膜に膜設計の基準となる波長のモニタ光を照射して得られるモニタ光反射率との関係例を示すグラフである。
【図７】モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と、この膜に波長の異なるモニタ光をそれぞれ照射した場合に得られるモニタ光反射率との関係を示すグラフである。
【図８】１つのモニタ光波長をモニタ基板上の膜に照射して製品用基板上の膜の光学膜厚を制御した場合の、モニタ基板上の光学膜厚と製品用基板上の光学膜厚との関係例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 膜
２ モニタ基板
３ 製品用基板
４ 蒸発源
５ 光源
６ 測定装置
７ 成膜エリア
８ 光結合手段
９ 基板ホルダ
Claims (3)
- モニタ基板上に膜を成膜しながら該膜にモニタ光を照射したときの該モニタ光の反射率と透過率の少なくとも一方のモニタ特性を求め、前記成膜される膜の光学膜厚と前記モニタ特性との関係データを膜物質ごとに予め求めて膜厚制御データとし、一方、成膜装置内に製品用基板と前記モニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜したときに、モニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚と前記製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚とのずれ量を補正する補正係数のデータを互いに異なる複数の波長のモニタ光に対応させて膜物質ごとに予め求めて膜厚補正係数データとし、前記製品用基板上に製品用膜を成膜して光学フィルタを製造するときに、前記成膜装置内に製品用基板と前記モニタ基板とをそれぞれ配置してこれらの基板上に同時に膜を成膜しながら、前記モニタ基板上に形成される膜に前記モニタ光を照射して前記モニタ特性を測定し、この測定値と前記膜厚補正係数データにより補正された光学膜厚に対応する前記膜厚制御データのモニタ特性とに基づいて前記製品用基板上に成膜する製品用膜の成膜膜厚を制御する光学フィルタの製造方法であって、互いに異なる複数のモニタ光波長を用いて製品用基板上に成膜したそれぞれの膜の反射率と透過率の少なくとも一方の特性を連続した波長の特性測定光を用いてそれぞれ実測し、膜の光学膜厚をパラメータとする理論式と光学膜厚の設計値とに基づいて前記特性測定光の連続した波長に対する膜の反射率または透過率の理論値を求め、該理論値と前記実測値との差の二乗が最小になるように非線形フィッティング法を用いて前記膜の光学膜厚の適正値を膜物質ごとに前記互いに異なるモニタ光波長に対応させて求め、この値を製品用基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔ ｎ とし、一方、前記製品用基板上への成膜と同時にモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚を膜物質ごとに複数のモニタ光波長を用いてそれぞれ測定し、この値をモニタ基板上に成膜される膜の光学膜厚ｔ ｍ とし、膜物質ごとにそれぞれのモニタ光の波長に対応するｔ ｍ ／ｔ ｎ をモニタ波長対応膜厚補正係数として決定し、該モニタ波長対応膜厚補正係数に基づいて膜厚補正係数データを求めることを特徴とする光学フィルタの製造方法。
- 膜厚補正係数データはモニタ波長対応膜厚補正係数のモニタ波長依存性を多項式または双曲線によって近似したデータとしたことを特徴とする請求項１記載の光学フィルタの製造方法。
- モニタ基板を中心とした同心円状に製品用基板を配置し、これらの製品用基板のうち、同一円周上に配置される製品用基板上に形成する製品用膜の膜厚制御は膜物質ごとに膜厚補正係数データの同一の値を用いて行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学フィルタの製造方法。
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