JP3656038B2

JP3656038B2 - 光学モニタ及び薄膜形成装置

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Publication number: JP3656038B2
Application number: JP2001142955A
Authority: JP
Inventors: 健 ▲きょう▼; 大雄孫
Original assignee: Optorun Co Ltd
Current assignee: Optorun Co Ltd
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP2002340523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度波長分割多重光通信方式の波長分割用光学フィルタ等を構成する多層膜の光学膜厚をモニタリングする光学モニタ及び該多層膜等の成膜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（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：高密度波長分割多重）通信方式の波長分割用フィルタとして用いられる、いわゆるＤＷＤＭフィルタは、表面を高精度に研磨したガラス基板上に互い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フィルタを構成する多層膜の各薄膜の光学膜厚は、要求される光学フィルタ特性から決定された設計値に正確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ＤＷＤＭフィルタ用多層膜を形成する際には、各薄膜についての光学膜厚制御が極めて重要である。
【０００４】
薄膜の光学膜厚は、薄膜の物理的な膜厚と該薄膜を構成する元素組成により定まる屈折率に依存する。このうち、屈折率制御のための組成制御は、例えば真空蒸着法による薄膜形成の場合、蒸発源物質（ターゲット）として所望の組成を有するターゲットを予め選定することによって行われる。一方、光学膜厚制御は、成膜中の薄膜の光学膜厚を時々刻々モニタリングしながら行う必要があり、薄膜形成装置には光学膜厚モニタリングのための光学モニタが設けられている。
【０００５】
上記光学モニタとしては、成膜中の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の光量が薄膜の光学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。この方法は、薄膜に光を照射するとモニタリング時の薄膜の光学膜厚に応じて各薄膜の表裏面からの反射光の干渉状態が変化し、その結果、反射光又は透過光が強度変化を示すことを利用したものである。
【０００６】
一般的な光学モニタは、薄膜に光を照射する光照射手段と、この光照射手段により薄膜に照射された光が上記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光する受光手段と、受光手段により受光した信号光を真空成膜室の外部に導く導光手段と、導光手段により真空成膜室外部に導かれた信号光の光量等を解析処理して薄膜の光学膜厚に対応する物理量を算出する信号処理手段とを有する。
【０００７】
光照射手段は、真空成膜室の外部に設けられた光源から射出された光を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、所定の光学レンズ系を通して基板上に形成された薄膜のモニタリングすべき領域にスポット状に集光して照射する。受光手段は、薄膜からの信号光を受光し、これを光ファイバ装置等の導光手段を用いて信号処理手段に導き、信号処理手段は、信号光を演算処理して薄膜の光学膜厚に対応する物理量を算出するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＤＷＤＭフィルタの品質は、フィルタを構成する各薄膜の光学膜厚によって著しく影響を受ける。それゆえ、光学膜厚モニタリングの精度を向上させることは、優れた品質のフィルタ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、従来の光学モニタの光学膜厚モニタリング精度には一定の限度があることが判明した。
【０００９】
光学モニタでは、光源から射出された照射光ビームを出射レンズを用いて被成膜基板上に集光するが、照射光ビームの被成膜基板への照射角度（入射角度）はフィルタの品質に対応して定められる角度範囲に制限する必要があり、高精度の光学膜厚モニタリングを行うためには、上記照射角度範囲を相対的に狭い範囲に制限することが重要である。
【００１０】
従来の光学モニタでは、照射光ビームを集光するために用いられる出射レンズとして径の小さなレンズを用いることで照射角度（入射角度）範囲の制限を行っていた。しかし、出射レンズ径が小さくなるとレンズの断面積はレンズ径の２乗に反比例するため、集光可能な光量が減少し照射光量が減少し、結果的に信号光量が減少する。そして、該信号光量の減少により、シグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ）が低下して光学膜厚モニタリングの精度に限界が生ずることとなる。
【００１１】
本発明は、上述の背景の下でなされたものであり、より精度の高い光学膜厚のモニタリングが可能な光学モニタ、及び高精度の光学膜厚モニタリングを行いながら薄膜の形成が可能な薄膜形成装置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】
上述の課題を解決するために、本発明の光学モニタは、被光照射体からの反射光又は透過光の光量をモニタリングする光学モニタであって、光源から射出された照射光を光学レンズにより集光して前記被光照射体上に照射する光照射手段と、上記被光照射体上に照射される照射光の照射角度を所望の角度範囲に設定するための照射角度制御手段と、上記被光照射体からの反射光又は透過光を受光するための受光手段と、上記受光手段により受光した信号光を検出する光検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは上記照射角度制御手段は、上記光学レンズの中心から所望の半径までの領域より射出される照射光を遮蔽するための遮蔽手段であり、例えば信号光の波長の光に対して不透明な金属膜又はシットである。
【００１４】
また好ましくは上記光検出手段は、上記受光手段により受光した信号光を解析処理する信号処理手段を備える。
【００１５】
更に好ましくは上記被光照射体は、基板上に形成された薄膜であって上記信号処理手段により上記薄膜の光学膜厚に対応する物理量を算出することが可能なように構成されている。
【００１６】
かかる構成とすることにより、基板上に形成された薄膜の光学膜厚を高精度でモニタリングすることが可能となる。
【００１７】
本発明の薄膜形成装置は、真空成膜室内において基板表面に薄膜を形成する成膜装置と上記本発明の光学モニタとからなり、上記光学モニタにて薄膜の光学膜厚に対応する物理量を算出しながら薄膜形成を行うことを特徴とする薄膜形成装置である。
【００１８】
好ましくは上記基板上に形成される薄膜は多層膜であり、上記成膜装置は上記基板上に異なる材料の薄膜を重ねて形成できるものである。
【００１９】
また、好ましくは上記多層膜は、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る。
【００２０】
更に、好ましくは上記多層膜は、ＤＷＤＭ通信方式に波長分割用フィルタとして用いることができるものである。
【００２１】
かかる構成とすることにより、多層膜を構成する各薄膜の光学膜厚が設計値に正確に一致したＤＷＤＭフィルタの形成が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の態様について詳述する。
【００２３】
図１は、本発明の光学モニタの構成を説明する図であって、本実施例では被光照射体である基板１００からの透過光の光量をモニタリングする構成となっている。また、図２は、同様の目的に供される従来の光学モニタの構成を説明するための図である。
【００２４】
従来の光学モニタは、図示しない光源から射出された照射光の導光手段としての光ファイバ装置６１、光ファイバ装置６１より射出された照射光を被光照射体上に集光するための出射レンズ６２、被光照射体たる基板１００を透過してきた信号光を集光して光ファイバ装置４１に受光させるための受光レンズ４２、及び受光レンズ４２により集光された信号光を受光して図示しない光検出手段に導く導光手段としての光ファイバ装置４１から構成される。
【００２５】
光ファイバ装置６１から射出された照射光ビームは、その全照射光ビームが出射レンズ６２により集光可能なわけではなく、出射レンズ６２の断面と光ファイバ装置６１の照射光出射口とにより形成される略円錐の頂角に対応する光量分だけが集光される。出射レンズ６２により集光された照射光は、出射レンズ６２のもつレンズ作用により屈折をして出射レンズ６２の焦点距離によって決まる焦点位置にスポット状に集光される。
【００２６】
被光照射体である基板１００は、その被成膜面が上記出射レンズ６２の焦平面と同一の平面となるように配置され、その結果出射レンズ６２により集光された照射光は、照射光の焦点位置に対応する基板１００上の被モニタリング点に集光される。
【００２７】
この光学モニタを構成する光学系の事実上の光源となる光ファイバ装置６１の出射口は、幾何学的な点ではなく有限の広がりを有するから、照射光が上記基板上に集光されて形成される照射光スポットも上記照射光出射口の大きさに対応して有限の広がりを持つこととなる。すなわち、被モニタ点でのスポット形状は、上記出射口の中心部から射出された照射光ビームの焦点位置を中心とし、上記出射口の周辺部より射出された照射光ビームの焦点位置を外周として形成される円となり、上記スポットの直径に相当する空間的な広がりを持つこととなる。
【００２８】
基板１００上の照射点では、出射レンズ６２の断面を底面とし基板上の照射点を頂点として形成される頂角２αの円錐領域に包含される照射光ビームの照射を受ける。従って、この場合の基板１００と照射光ビームとがなす照射角度の取り得る照射角度範囲Δ_ｉＢは、ゼロ（出射レンズ６２の中心を透過した照射光ビームの照射角）からα（出射レンズ６２の最外周部を透過した照射光ビームの照射角）の範囲である。
【００２９】
薄膜が形成された基板１００を透過してきた信号光の信号強度を解析することにより、薄膜の光学膜厚をモニタリングすることが可能である。この場合のモニタリング精度は、照射角度範囲Δ_ｉＢに依存し高精度モニタリングのためには照射角度範囲Δ_ｉＢをなるべく狭く押さえることが必要である。これは、信号光が薄膜中を伝播する光学的距離（光路長）は照射角度に対応して変化するため、精度の高い光学膜厚モニタリングのためには個々の照射ビームの薄膜中の光路長を揃える必要があるためである。例えば、５０ＧＨｚ対応のＤＷＤＭ通信方式用狭帯域波長分割フィルタの製造を目的としてガラス基板上に多層膜を成膜する場合には照射角度範囲を１度以下とする必要がある。
【００３０】
従来の光学モニタの構成で照射角度範囲Δ_ｉＢを１度以下に抑えるためには、例えば出射レンズ６２と基板１００の距離が１０００ｍｍである場合、出射レンズ６２として使用可能なレンズの直径（２ｒ）は約３５ｍｍ以下に制限される。すなわち、従来の光学モニタの構成では、出射レンズ６２として用いるレンズ径がそのまま基板１００への照射光の照射角度範囲の最大値を規定することとなるため、モニタリング精度を上げるためには出射レンズ６２のレンズ径を小さくせざるを得ないのである。しかし、出射レンズ６２により集光可能な照射光量はレンズ径の２乗に比例するため、照射角度範囲を狭い範囲に制限しようとすると信号光の光量が減少し信号強度とノイズ強の比（Ｓ／Ｎ）が低下する。従って、高いＳ／Ｎ条件とすることで高精度のモニタリングを行うことと、照射光を狭い照射角度範囲Δ_ｉＢに制限することで高精度のモニタリングを行うこととは相反する要求となる。このため、従来の光学モニタによる高精度光学膜厚モニタリングには技術的な限界があるのである。
【００３１】
これに対して図１に示す本発明の光学モニタでは、上述した従来の光学モニタの構成に加えて、光ファイバ装置６１と出射レンズ６２の間に照射光の照射角度制御手段６６を配置する構成となっている。本実施例においては、照射角度制限手段６６は、出射レンズ６２の片面中央部の一定半径領域に信号光の波長の光に対して透明な金属（例えば金）を膜状に数ミクロン蒸着して形成している。
【００３２】
照射角度制限手段６６により出射レンズ６２の中心領域からの照射光が遮蔽される結果、照射光ビームは遮蔽されていない出射レンズ６２のレンズ周辺部領域のみから射出される。このような構成を取る場合には、照射角度制御手段６６の大きさを適当に設定することにより照射光の照射角度範囲Δ_ｉＢをゼロから任意の範囲（図中ではα）とすることが可能となる。
【００３３】
すなわち、本発明の光学モニタに用いられる出射レンズ６２のレンズ径は、従来の光学モニタと異なり、高精度モニタリングのために要求される照射角度制限条件とは無関係に選択が可能である。そして、選択されたレンズ径を有する出射レンズ６２の中心領域を照射角度制限手段６６により遮蔽し、照射角度制限手段６６で遮蔽されていない出射レンズ６２の外周部分からのみ照射光を集光することで所望の照射角度範囲に制限することが可能となる構成が取られている。この構成においては、例えば、照射角度範囲Δ_ｉＢを１度とする場合には、出射レンズ６２の最外周から１７．５ｍｍまでの領域以外の領域を照射角度制限手段６６で遮蔽し、出射レンズ６２の遮蔽されていない領域からのみ照射光を集光すれば良いこととなる。
【００３４】
このように、本発明の光学モニタの構成によれば、照射角度範囲Δ_ｉＢは従来の光学モニタと等しい範囲に制限可能な一方、使用可能な出射レンズ６２のレンズ径についての制限はないから、必要に応じて大きく設定することでき、信号光の光量を増大させることが可能となる。
【００３５】
例えば上記実施例で出射レンズ６２として直径７０ｍｍのレンズを用いることとし、照射角度制限手段６６により出射レンズ６２の中心部から半径１７．５ｍｍの領域からの照射光を遮蔽することとした場合の信号光量は、直径３５ｍｍの出射レンズ６２を用いる従来の光学モニタの構成を取る場合に比較して３倍となるから、信号光解析のＳ／Ｎも３倍となりＳ／Ｎの大幅な向上が図れる。また、レンズの収差を許容可能な範囲に抑える限度において、出射レンズ６２のレンズ径を一定の範囲内で自由に設定することが可能であるから、照射角度範囲Δ_ｉＢを一定に維持した状態（例えば１度）で所望の照射光光量を設定することが可能となる。すなわち、出射レンズ６２として用いるレンズ径及び照射角度制御手段６６により遮蔽される領域は、所望する光学膜厚モニタリング精度及び用いる光源の光強度等を勘案して自由に設定が可能となるのである。
【００３６】
上記実施例では、照射角度制御手段６６を、出射レンズ６２のレンズ面のうち光源側の面に設けた構成を示しているが、出射レンズ６２の基板１００側の面に設ける構成としても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
また、上記実施例中、出射レンズ６２の中心部分からの照射光を制限して照射光の照射角度を制御する手段は、例えば金属やシットといったモニタリングしようとする信号光の波長に対して不透明な物質を貼付等して設けるようにしても良い。更に、照射角度制御手段６６は、出射レンズ６２の上方又は下方に設けられた出射レンズ６２とは独立に設けられる金属板等により構成することも可能である。
【００３８】
図３は、本発明の光学モニタの別の実施態様を説明するための図である。
【００３９】
本実施例の光学モニタでは、図１に示した光学モニタの構成に加えて、受光レンズ４２と光ファイバ装置４１の間に円錐状のプリズムレンズ４６を設ける構成となっている。この場合、プリズムレンズ４６の平面側は受光レンズ４２の断面が形成する平面と平行となるように配置し、そのプリズム面を光ファイバ装置４１側に向けて配置する。かかる構成の光学系では、基板１００を透過してきた信号光は受光レンズ４２によって屈折作用を受けた状態でプリズムレンズ４６に入射する。そしてプリズムレンズ４６は、受光レンズ４２により集光された信号光を更に集光する作用を発揮する。その結果、信号光の光ファイバ装置４１の入射口位置での信号光のスポット径は、図１のようにプリズムレンズ４６を用いずに集光する場合に形成されるスポット径に比較して小さくすることが可能となる。
【００４０】
本発明の光学モニタは照射光の照射角度制限手段６６により照射光の一部を遮蔽する構成をとるから、基板１００を透過してくる信号光のビーム形状は、中心部分では光量を持たないいわゆるドーナツ状のスポット形状となる。従って、図１に示すように、プリズムレンズ４６を用いない光学モニタの構成とすると、基板１００を透過してきたすべての信号光を光ファイバ装置４１に導くには、上記ドーナツ状のスポット径に対応する光ファイバ装置４１の信号光入射口径（本実施例では直径１．２ｍｍ）が必要となり、図２に示した従来の光学モニタの信号光入射口径（直径０．５ｍｍ）に比較して大きくなる。光ファイバ装置を構成する光ファイバの本数は、集光された信号光が形成するスポット径の２乗に比例して増加するから、スポット径が大きければそれに応じて多数の光ファイバで光ファイバ装置４１を構成する必要が生じる。これに対して本実施例の光学系では、プリズムレンズ４６を使用することにより信号光のスポット径を小さくすることが可能となるから光ファイバ装置４１の入射口径を相対的に小さくすることができる（本実施例では直径０．３ｍｍ）。上記実施例の場合では、光ファイバ装置４１の直径が１／４となったことに伴って光ファイバ装置４１を構成するに必要となる光ファイバは１／１６で済むこととなる。
【００４１】
上記実施例では集光レンズ４２と光ファイバ装置４１との間にプリズムレンズ４６を配置する構成としたが、基板１００と集光レンズ４２の間にプリズムレンズ４６を設ける配置する構成としても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４２】
以下に、上述した光モニタを備える本発明の実施の態様にかかる薄膜形成装置について説明する。
【００４３】
図４は、本発明の実施の態様にかかる薄膜形成装置の全体構造を示す図である。
【００４４】
図４において、この実施の形態にかかる薄膜形成装置は成膜装置と上述した光学モニタによって構成されており、基台１上に支柱１ａ及び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光検出手段を構成する信号処理装置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。
【００４５】
真空成膜室２の内部底面の一部領域には、蒸着装置２１、イオン銃２２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、中央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、基板回転手段であるモータ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。
【００４６】
また、ガラス基板１００の上側には受光手段である受光光学系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。従って、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。
【００４７】
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Ｌ_０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。信号光の位相差は、照射光が薄膜を透過する際に薄膜の表裏面で生じる反射光同士の干渉作用によって、モニタされている薄膜の光学膜厚の変化に伴って変化する。信号処理装置３は、信号光強度が上記光学膜厚に依存して変化することを利用して光学膜厚をモニタリングするものである。
【００４８】
照射光L_０は、透明窓２４の外に設けられた光照射手段である光照射光学系６からの光が用いられる。この光照射光学系６は、例えばハロゲンランプ等の光源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Ｌ_０の照射点（モニタリング点）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。
【００４９】
なお、基台１上には、蒸着装置２１の電源２１０、イオン銃２２の電源２２０等の必要な装置が設けられるようになっている。
【００５０】
ＤＷＤＭ用フィルタは、例えば、厚さ１０ｍｍ程度の石英ガラス等の光学ガラス基板上に厚さ１７０〜１９０ｎｍのＴａ_２Ｏ_５の薄膜と、厚さ２４０〜２７０ｎｍのＳｉＯ_２の薄膜とを交互に重ねて８０〜２６０層程度形成したものであり、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^２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。２００ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、又は５０ＧＨｚ対応のＤＷＤＭ通信方式用狭帯域波長分割フィルタ場合、各薄膜層の光学膜厚精度は、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とともに、高い歩留まり（高成功率）が求められる。
【００５１】
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。
【００５２】
まず、真空成膜室２内の蒸着装置２１に、Ｔａ_２Ｏ_５薄膜蒸着用の蒸発源たるターゲット２１１及びＳｉＯ_２薄膜蒸着用の蒸着源たるターゲット２１２を設置する。次に、基板保持装置２５ｂに石英ガラス基板１００を保持し、真空ポンプ２ｂにより、真空成膜室２内を１×１０^−５Ｐａ以下の真空にまで排気した後、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。
【００５３】
蒸着装置２１は、ターゲット２１１又は２１２の何れかに電子線を照射して加熱し、蒸着物質を蒸着させてガラス基板１００に向けて蒸着粒子を飛翔させる。
【００５４】
また、イオン照射手段であるイオン銃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、基板表面に付着する原子や分子のマイグレーションを助長させる等の効果により、ガラス基板１００上に形成される薄膜の充填率や付着率を向上させる等の目的に用いられる。
【００５５】
上記成膜と併せて、照射光Ｌ_０（例えば光源としてハロゲンランプを用いる場合には波長５００〜２０００ｎｍの照射光）を薄膜が形成されている基板１００に照射し、その透過光を受光光学系４によって受光する。
【００５６】
受光光学系４によって受光された透過光は、透過光の導光手段である光ファイバ装置４１によって光検出手段を構成する信号処理装置３へと導かれる。信号処理装置３は、透過光の有する波長領域のうち信号光として選択される波長の光Ｌを信号処理する。これにより、形成された薄膜の光学膜厚に相当する物理量が算出され、光学膜厚をモニタリングしながら成膜が行われる。
【００５７】
本実施例の信号光の処理をより具体的に説明したのが図５である。
【００５８】
基板１００を透過してきた透過光は、光ファイバ装置４１によって光検出手段３を構成するモノクロメータ３１に入射する。モノクロメータ３１は、基板１００を透過してきた透過光の波長領域（例えばλ＝５００〜２０００ｎｍ）から選択された所望の波長の光、例えば、光通信に用いられる光の波長に対応するλ＝１５５０ｎｍ近傍の信号光のみを分光するものである。
【００５９】
上記モノクロメータ３１の分光条件は、信号光として選択される光の波長λと上述した照射光の基板１００への照射角度に依存するから、予め適正な分光条件となるように回折格子の設定等がなされている。
【００６０】
本実施例では、モノクロメータ３１として波長分解能０．１ｎｍの分光器を用いているから、モノクロメータ３１により分光されて光検出器３２により検出されるのは、波長１５５０ｎｍにピークを持ち半値幅が０．１ｎｍの信号光のみであり、ＤＷＤＭ用狭帯域透過フィルタである場合には、例えば図６に示すようなスペクトルが得られる。
【００６１】
モノクロメータ３１により分光された波長１５５０ｎｍの信号光は、モノクロメータ３１に接続された、例えば光電子増倍管等の検出器３２へと導かれて光量を電気信号へと変換した後、ロックインアンプ３３で信号増幅され、更にＡ／Ｄ変換器３４で変換された後、光学膜厚の算出等を行う演算手段ＰＣ３５に入力される。
【００６２】
ＰＣ３５は、信号光強度の時間的変化等を、表示手段たるＣＲＴ３６に表示させるとともに信号解析を行い光学膜厚を算出等する。
【００６３】
上記信号強度は、成膜時間とともに時々刻々変化する薄膜の光学的膜厚に対応して周期的に変化する。図７（ａ）には、成膜時間に応じて変化する信号光の透過率の例が示されている。
【００６４】
モニタしている信号強度が成膜中の薄膜の光学膜厚変化に対応してどのように変化するかは、成膜する多層膜の構造に基づいてシミュレーションが可能であり、例えば図７（ｂ）に示すように、信号光の波長をλとして、薄膜の光学膜厚をλ／４換算して得られた膜層数と信号光の透過率との関係が求められる。従って、ＰＣ３５は、実際に測定される信号光の強度変化（図７（ａ））と、多層膜の設計に基づいて予めシミュレーションされた信号光の強度変化（図７（ｂ））の結果とを比較して、所望の多層膜が形成されるべく成膜装置のシーケンサへと信号を送信するように構成されている。すなわち、ＰＣ３５は、上記モニタリング信号の解析を行った結果、ある１層の薄膜が所定の光学膜厚に達したと判断した場合に蒸着装置２１に対して蒸着させるターゲットを切り替えて次の薄膜の成膜を行わせる等の操作を指示する信号を送り、これを繰り返す等により所定の層数の多層膜を形成するのである。
【００６５】
上述の実施の形態にかかる薄膜形成装置にあっては、基板１００に照射する照射光の照射角度範囲Δ_ｉＢを、高精度の光学膜厚モニタリングのために要求される照射角度範囲Δ_ｉＢに制限しても充分な照射光量が確保できる。その結果、高いＳ／Ｎで信号光を解析することが可能となるので、ＤＷＤＭフィルタ用多層膜の形成に必要な高精度の光学膜厚モニタリングが可能となる。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、薄膜の光学膜厚をモニタリングしながら薄膜形成が可能な薄膜形成装置において、光学モニタの光照射光学系から被成膜基板に照射される光ビームの照射角度を所望の範囲に制限する照射角度制限手段を備えたものであり、これにより高精度の光学膜厚モニタリングを可能とした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】図１は、本発明の光学モニタの光学系の構成を説明するための図である。
【図２】図２は、従来の光学モニタの光学系の構成を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の光学モニタの別の態様での光学系の構成を説明するための図である。
【図４】図４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説明する図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる薄膜形成装置での光学モニタリングを説明するブロック図である。
【図６】図６は、モノクロメータにより分光された信号光の透過率を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる薄膜形成装置で光学モニタリングされた信号光の透過率を説明するための図である。
図７（ｂ）は、シミュレーションにより求めた信号光の透過率と光学膜厚との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
４１光ファイバ装置
４２受光レンズ
１００ガラス基板
６１光ファイバ装置
６２出射レンズ
６６照射角度制御手段

Claims

被光照射体からの反射光又は透過光の光量をモニタする光学モニタであって、光源から射出された照射光を光学レンズにより集光して前記被光照射体上に照射する光照射手段と、前記被光照射体に照射される照射光の照射角度を所望の角度範囲に設定するための照射角度制御手段と、前記被光照射体からの反射光又は透過光を受光するための受光手段と、前記受光手段により受光した信号光を検出する光検出手段と、を備え、前記照射角度制御手段は、前記光学レンズから射出される照射光のうち少なくとも信号光の波長の光を遮蔽するための遮蔽手段であって、前記光学レンズの中心から所望の半径までの領域を遮蔽するものであり、前記光検出手段は、前記受光手段により受光した信号光の光量を解析処理する信号処理手段を備え、前記被光照射体は基板上に形成された薄膜であって、前記信号処理手段により前記薄膜の光学膜厚に対応する物理量を算出することを特徴とする光学モニタ。
前記遮蔽手段は、信号光の波長の光に対して不透明な金属膜又はシットであること、を特徴とする請求項１に記載の光学モニタ。
真空成膜室内において基板表面に薄膜を形成する成膜装置と請求項１に記載の光学モニタとからなる薄膜形成装置であって、前記受光手段は前記成膜装置内に配置され、前記受光手段により受光された信号光を前記成膜装置の外部に導いて前記信号処理手段により薄膜の光学膜厚に対応する物理量を算出し、前記算出された物理量に基づいて成膜条件を逐次設定して薄膜形成を行うこと、を特徴とする薄膜形成装置。
請求項３に記載の薄膜形成装置であって、前記成膜装置は前記基板を回転させるための基板回転手段を備え、前記基板を回転させながら薄膜形成をおこなうこと、を特徴とする薄膜形成装置。
前記成膜装置は、前記基板表面にイオンを照射させるためのイオン照射手段を備え、前記基板表面上の被成膜領域にイオン照射を行いながらイオンアシスト蒸着法による薄膜形成を行うものであること、を特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
前記基板上に形成される薄膜は多層膜であり、前記成膜装置は前記基板上に異なる組成の薄膜を重ねて形成できるものであること、を特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
前記基板は、ガラス基板であること、を特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
前記多層膜は、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ること、を特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の薄膜形成装置。
前記多層膜は、高密度波長分割多重通信方式における波長分割用光学フィルタとして用いることができるものであること、を特徴とする請求項８に記載の薄膜形成装置。