光学薄膜厚度控制方法及装置，绝缘多层薄膜及制造装置制造方法及图纸

为提供一种以高精确性控制诸如光学薄膜之类的绝缘多层薄膜的薄膜厚度的方法，可以基于同一方法控制薄膜厚度的光学薄膜厚度控制装置和绝缘多层薄膜制造装置，和使用该控制装置或制造装置制造的绝缘多层薄膜。光学薄膜厚度控制装置包括：薄膜形成设备１５，该设备具有可旋转的衬底２３和喷溅目标２８；光电二极管１６，用于检测以预先确定的间隔沿着半径应用到可旋转的衬底的多个单色光束；以及Ａ／Ｄ转换器１７，其中在衬底２３和目标２８之间提供可移动的遮光器２９，它沿着可旋转的衬底２３的半径的方向移动，以关闭衬底２３上的薄膜形成。从光电二极管１６和Ａ／Ｄ转换器１７检测出的每一个单色光束中，由最小二乘法计算出倒透射率的二次回归函数。ＣＰＵ１８和马达驱动器１９，它们基于当最新的表面层薄膜达到预先确定的光学薄膜厚度时薄膜增长时间的每一个预测值指示可移动的遮光器的动作，移动该可移动的遮光器２９以关闭已经达到预先确定的光学薄膜厚度的薄膜形成区域的薄膜形成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在形成薄膜时控制光学薄膜的薄膜厚度的方法，具体来说，涉及根据光学技术，用于执行该方法的控制薄膜厚度的装置，以及制造主要用作光学薄膜并可以在形成期间以高精确性控制厚度的绝缘多层薄膜的装置。光学薄膜已经在各种光学部件或元件中广泛应用，如波导管、衍射光栅、光发射器、指示器、光存储器和太阳能电池。具体来说，就用于涉及光学通信的通信
中的密集波分复用设备的光学薄膜而论，使用多层薄膜制造的趋势已经越来越明显。相应地，以高精确性控制多层光学薄膜结构中的每一层薄膜的光学薄膜厚度已经变得非常重要。
技术介绍
在薄膜的增长期间测量薄膜的薄膜厚度对于控制沉积速率和薄膜厚度非常重要。就光学薄膜而论，用于确定诸如反射率和透射率之类的光学属性的光学薄膜厚度(折射率和物理薄膜厚度的乘积)比物理薄膜厚度更有用。因此，广泛地监视光学薄膜厚度，其做法是根据一种测量薄膜的光学属性的所谓的光学薄膜厚度控制方法在薄膜的增长期间测量薄膜的光学属性。光学薄膜厚度控制方法包括单色测光法、二色测光法和多色测光法。在这些光学薄膜厚度控制方法中，最简单的是单色测光法。单色测光法涉及使用在正在形成的薄膜的光学薄膜厚度达到λ/4(λ入射单色光的波长)的整数倍时出现的峰值(以及谷底，在下文中，每一个值都分别相当于最大值和最小值)。在开始增长之后在正在形成的薄膜的光学薄膜厚度首次达到λ/4的整数倍时如果在其涂覆表面堆积了正在形成的最新的表面层薄膜的衬底一侧的相邻层的光学薄膜厚度不等于λ/4的整数倍，或者如果包括相邻层的系统的导纳(admittance)不能以数学实数显示，这样的峰值并不总是出现。然而，在此类情况下，一旦峰值已经出现，它就会在光学薄膜厚度的增长周期定期出现，与λ/4的整数倍一致。然而，在单色测光法中，上述涉及使用出现的峰值进行峰值控制的传统的方法原则上不能避免某种程度的控制精确性的下降，因为在峰值的邻近处光强度相对于光学薄膜厚度的提高而变化很小。可以通过使用干涉滤光片来改进精确性，该干涉滤光片的波长稍微不同于用于在光强度显著变化的峰值邻近处之外的一个点控制薄膜形成终止的波长。作为这种类型的方法，可以测量作为一种光学属性的光强度(倒透射率(reciprocal transmittance))，以选择一种提供增长光学薄膜厚度的高控制精确性的光学相位角区，从而确定薄膜形成终止时间点(例如，参见专利对比文件1)。另一方面，在专利对比文件2的技术中，例如，通过使用预期的波长来使用传统的单色测光法。根据此方法，就在测量的光强度(透射率)响应光学薄膜厚度的λ/4的整数倍的增长而形成一个峰值的紧前面获得的测量的数据组通过最小二乘法回归到二次函数。可以形成回归函数的峰值的时间点被预测，以相应地确定薄膜形成终止时间。在优选情况下，时间是预测的点本身，但如果要考虑特定条件，参考预测的点作为时间点基础来判断时间。专利对比文件1Japanese Patent Laid-Open No.S58-140605(第2至3页，图1)专利对比文件2Japanese Patent Laid-Open Ne.S63-28862(第2至6页，图1和2)
技术实现思路
如上文所述，在通信领域形成具有多层的光学薄膜的需求越来越旺盛。具体来说，密集波分复用设备(例如，带通滤波器)中的多层光学薄膜可能包含100或100以上的层数。可以形成具有交替层的多层结构，包含高折射率的层和低折射率的层，每一层都具有等于λ/4的奇数倍的光学薄膜厚度(对于带通滤波器，可以通过高折射率层或低折射率层形成一个空腔层，在交替层之间具有λ/4的偶数倍的光学薄膜厚度)。在这种情况下，涉及通过替换与其关联的监视器衬底控制多层结构中的每一层薄膜的薄膜厚度的普通方法是不实用的，因为需要的处理变得十分复杂。如此，包含类似于产品薄膜的许多交替层的多层结构可以在监视器衬底上堆积，并可以相应地监视多层结构。然而，在这种情况下，随着堆积的层数的增多，增长的多层结构的反射率提高，即，它的透射率逐步降低，如此测量的值的可靠性也降低。因此，如果执行上文描述的函数回归，在二次回归函数中的峰值邻近处离开函数曲线绘制透射率的测量值，具体来说，如此，其关联变得较低。因此，薄膜厚度很难以高精确性加以控制。此外，在精确性方面，还有一个问题，即监视器衬底上要监视的多层结构中的所有构成薄膜是否可以是产品薄膜的各层的准确的复制。因此，就具有多层的光学薄膜而论，薄膜厚度通常通过直接监视方法进行控制，在该方法中监视产品衬底上堆积的许多交替层本身。图1显示了直接监视方法的薄膜厚度控制装置的示例。如图1(a)所示，电子枪2和离子枪3并排放置，面对真空室1中的可旋转的衬底4，光发射器5放置于室1的外面可旋转的衬底4对面，光发射器5发射出的光沿着可旋转的衬底4的旋转轴4a穿过下通光窗口6和上通光窗口7，并由位于室1外面的光接收器8接收。在根据该装置的薄膜厚度控制中，产品衬底4由驱动马达9旋转，一个来自光发射器5的监视单色光通量沿着旋转轴4a穿过下通光窗口6。在这种状态下，遮光器(shutter)2a打开，以通过电子枪2在产品衬底4上形成堆积的薄膜。此时，光接收器8检测由于通过下通光窗口6和上通光窗口7的干扰而产生的光强度的变化。然后，基于光强度的变化控制正在形成的堆积薄膜的薄膜厚度。即，根据专利对比文件1或2中描述的薄膜厚度控制方法判断薄膜形成终止时间点。然后，由遮光器2a关闭使用电子枪2的薄膜形成过程，以终止薄膜厚度的增长。如此，在产品衬底的中心附近产生具有满意的光谱特性的绝缘多层薄膜。然而，还是在这种情况下，随着堆积的层数的增多，增长的多层结构的反射率提高，即，它的透射率逐步降低，测量值的可靠性也降低，这将导致与监视器衬底的情况相同的缺点。这种影响是严重的，特别是在以包含高折射率薄膜λ/4和低折射率薄膜λ/4的大量的交替层制成的窄带带通滤波器中。此外，随着堆积的交替层的数量增大，甚至在峰值和谷底的附近，将绘制一个偏离二次回归函数的表示发射的光强度变化的曲线，该光强度随着薄膜厚度的增大而变化，薄膜厚度变得难以以高精确性加以控制。图2显示了二次回归函数的折断。当发射的光的强度降低时(即，低折射率层L上的高折射率层H是最新的表面层)，并且当发射的光的强度增大时(即，高折射率层H上的高折射率层H是最新的表面层)，二次函数回归预测的峰值和谷底位置变得显著不同，这导致严重的分散误差。因此，存在这样的问题当发射的光的强度降低时，预测的薄膜形成终止时间点太早，而当发射的光的强度增大时，预测的薄膜形成终止时间点太晚。鉴于此类问题，本专利技术的一个目的是提供一种以高精确性控制诸如光学薄膜之类的绝缘多层薄膜的薄膜厚度的方法，可以基于同一方法控制薄膜厚度的光学薄膜厚度控制装置，和绝缘多层薄膜制造装置，和使用该控制装置或制造装置制造的绝缘多层薄膜。为了达到此目的，根据本专利技术，在形成单层或多层光学薄膜的时段内，入射的单色光(波长λ)通过单层或多层结构传输，测量光学薄膜的透射率，透射率的倒数被适当地定义为倒透射率。这里，从结构的边界条件(即，电场或磁场的每一个切向分量B或C分别是连续的)，使用单层薄膜的特征矩阵，由下列公式(1)表达系统的导纳C/B。BC=cos&t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学薄膜厚度控制方法，其特征在于，在由一种或多种绝缘体制成的单层或多层结构的光学薄膜的薄膜形成时段内，入射的单色光通过所说的单层或多层结构传输，以测量所说的光学薄膜的透射率并计算透射率的倒数作为倒透射率，在所说的测量数据组达到最大值或最小值之前，两个变量的测量数据组通过最小二乘法被回归到二次函数，该两个变量是与薄膜厚度增大相关联的正在堆积的最新的表面层薄膜的薄膜增长时间和所说的倒透射率，所说的二次回归函数上最大值点或最小值点处的薄膜增长时间被用作当达到所说的倒透射率的最大值或最小值的光学薄膜厚度时所说的薄膜增长时间的预测值，基于干涉理论，所说的倒透射率的最大值和最小值每隔相当于所说的单色光波长的１／４的光学薄膜厚度的间隔周期性地分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥晴夫，半沢孝一，松元孝文，
申请(专利权)人：爱发科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]