薄膜形成装置及光学元件的制造方法制造方法及图纸

用于红外区域实际使用波段的光学元件有一个衬底１１和一个由形成在衬底１１上的多层组成的光学薄膜。薄膜形成装置包括：测量可见区域特定波段中光谱特性的光学监视器４，测量红外区域特定波段中光谱特性的光学监视器５，和测量实际使用波段光谱特性的实际使用波段光学监视器。根据任一监视器４或５测得的光谱特性确定形成的各个层的膜厚度，并且根据这些膜的厚度调节还没有形成的层的膜厚度设置值。由实际使用波段光学监视器测得的光学薄膜形成过程中以及随后的薄膜形成过程结束时的光谱特性被反映到在下一衬底１１上形成下一光学薄膜的过程中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在衬底表面形成由多层组成的膜的薄膜形成装置和一种制造光学元件的方法，其中该光学元件有一个衬底和一个由形成在该衬底表面上的多层组成的光学薄膜。
技术介绍
在诸如滤光片、透镜和反射镜的光学元件中，通常在这种光学元件的表面上形成由多层组成的光学薄膜，目的在于把各个波长处的透射率和反射率调节到特定的特性，把在各个波长处的相位特性调节到特定的特性，或提供抗反射特性。这种薄膜中的层数可以达到几十层，并且可以通过控制构成此光学薄膜的各个层的厚度来获得特定的光学特性。将诸如溅射装置和真空蒸发装置的薄膜形成装置用于形成这种光学薄膜或其它薄膜。在常规的薄膜形成装置中，安装有可见区域光学监视器，其根据形成在薄膜中的各层测量可见区域内波段的光谱特性，并试图获得具有理想特性的薄膜，该薄膜的理想特性通过确定根据由该可见区域光学监视器测得的光谱特性形成的各个层的膜厚度、并通过使形成为一定中间层的各个膜层厚度反映到随后形成的层的膜厚度中来精确地再现。例如日本专利申请JP2001-174226中所述的技术。但是，在此常规的薄膜形成装置中，只安装可见区域光学监视器作为测量由形成的各层建立的光谱特性的光学监视器。其结果是会遇到各种不便(后面有述)。在下面的描述中，将以形成光学薄膜的情形为例；但下面描述的实施例也应用到除光学薄膜以外的薄膜。例如，在用于红外区域中特定波段的光学元件中，如用于光通讯的光学元件中，由于使用波长较长，构成光学薄膜的各个层的薄膜厚度变大。当相继形成这些光学薄膜的各个层、使得形成的薄膜总厚度增大时，在可见区域的光谱特性(如光谱透射特性)中出现相对于波长变化的急剧且显著的反复变化。此原因在于短波区域中各个层的边界处反射的光叠加，使得发生高阶干涉，并且由于此种干涉一般具有急剧的波长依赖性，建立了这种光谱特性。同时，可见区域光学监视器的分辨率主要由光谱的分辨率决定，并具有下列灵敏度分布具体地说，探测为在某一给定波长处接收光光量的光不仅是该波长的光，而且还是以该波长为中心的波段中的光。因此，甚至在波长特性具有理想的δ函数型的光入射到光接收器的情况下，观察的光谱特性也没有δ函数型，而是圆钝的。因此，当形成的薄膜总厚度增大时，应原样测量可见区域的光谱特性，其中相对于波长的变化表现出显著的急剧的反复变化；但利用可见区域光学监视器实际获得的光谱特性是圆钝的特性，其显示出相对于波长变化没有很大的变化。因而，当形成的薄膜总厚度增大时，可见区域光学监视器的测量精度下降。因此，在上述常规的薄膜形成装置中，当形成的薄膜总厚度增大时，不可能以良好的精度确定薄膜厚度，并且因此很难获得具有可精确再现的理想光学特性的光学薄膜。因此，在上述常规薄膜形成装置中，除了制造的光学元件的衬底上形成各个层外，实际上还在用作测量薄膜厚度的虚设衬底的监视衬底(如玻璃衬底)上以同样的方式形成各个层。利用可见区域光学监视器测量监视衬底的光谱特性，并当在薄膜形成过程中形成在监视衬底上的层数或各层的薄膜总厚度超过一个特定值时，用一个新的监视衬底更换该监视衬底。在此情况下，即使形成在原始衬底上的光学薄膜的总厚度和层数很大，每个监视衬底上的层厚度和层数也限制在特定的值；因此，可以以良好的精度测量各个层的膜厚度。但在此情况下，因为更换监视衬底需要时间，所以产量下降。另外，在上述常规薄膜形成装置中，只安装可见区域光学监视器；因此在制造用于红外区域特定波段的光学元件的情况下，如同用于光通讯等的光学元件，不能探查此特定波段(实际使用该光学元件的波段)中的光学特性。因此，在上述常规薄膜形成装置中，在试图通过根据获得的当前一批的信息(即，在当前衬底上形成当前光学薄膜时获得的信息)确定用在后一批中的(即，用在后续衬底上的后续光学薄膜的形成中的)各个层的膜厚度值和膜形成条件而在后一批中以较好的精度获得具有理想光学特性的光学薄膜的情况下，只有当前一批获得的各个层的膜厚度可以用作该信息；在实际使用的波段中光学元件的光学特性不能利用。因此，在上述常规薄膜形成装置中，很难据此观点获得具有可精确再现的理想光学特性的光学薄膜。
技术实现思路
鉴于上述事实设计了本专利技术；本专利技术的目的在于提供一种薄膜形成装置和光学元件制造方法，至少可以解决上述常规薄膜形成装置中遇到的各种问题中的一个问题。用于实现本专利技术目的的第一专利技术是一种用于在衬底表面上形成由多层组成的薄膜的薄膜形成装置，该薄膜形成装置包括第一光学监视器，测量形成的层在第一波段中显现的光谱特性；和第二光学监视器，测量形成的层在第二波段中显现的光谱特性。用于实现专利技术目的的第二专利技术是基于第一专利技术，其特征在于第一波段是处于可见区域的波段，第二波段是处于红外区域的波段。用于实现专利技术目的的第三专利技术是基于第一专利技术，其特征在于第一和第二波段是处于红外区域的波段，并且第二波段是第一波段内的部分波段。用于实现专利技术目的的第四专利技术是基于第二或第三专利技术，其特征在于第二波段包括使用薄膜的特定波段。用于实现专利技术目的的第五专利技术是基于第一至第四任一专利技术，其特征在于本装置包括用于根据第一光学监视器测得的光谱特性或第二光学监视器测得的光谱特性或两光学监视器测得的光谱特性确定形成的各个层的膜厚度的装置。用于实现专利技术目的的第六专利技术是基于第一至第四任一专利技术，其特征在于本装置包括用于根据第一光学监视器测得的光谱特性确定形成的各个层的膜厚度的装置，以及用于储存数据的存储装置，其中所述的数据表示在已经形成了构成薄膜的所有层的状态下由第二光学监视器测得的光谱特性中至少一部分波段的光谱特性。用于实现专利技术目的的第七专利技术是基于第六专利技术，其特征在于本装置包括用于储存数据的存储装置，该数据表示在已经形成了构成薄膜的所有层中的一些层的状态下由第二光学监视器测得的光谱特性中至少一部分波段的光谱特性。用于实现专利技术目的的第八专利技术是基于第二专利技术，其特征在于本装置包括用于在形成每层之后、仅根据第一光学监视器测得的光谱特性或第二光学监视器测得的光谱特性确定形成作为最上层的层的薄膜厚度的装置，并且这些确定薄膜厚度的装置在形成的层的总厚度或形成的层数等于或小于层的特定厚度或特定层数的情况下仅根据第一光学监视器测得的光谱特性确定形成作为最上层的层的薄膜厚度，并在形成的层的总厚度或形成的层数超过层的特定厚度或特定层数的情况下仅根据第二光学监视器测得的光谱特性确定形成作为最上层的层的膜厚度。在第八专利技术中，当根据形成的层的总厚度(整个厚度)进行两种情形的区别时，希望将上述特定的厚度设置为处于1μm～10μm范围内的特定值(优选处于6μm～10μm范围中的特定值)，其原因将在后面说明。已经发现，在形成各个层之后，当只根据由测量可见区域中波段的光谱特性的光学监视器测得的光谱特性确定形成作为最上层的层的膜厚度时，在总的膜厚度超过大约10μm的值的情况下膜厚度测量精度存在特别的衰减。其原因被认为是当总的膜厚度较大时，用于测量膜厚度的波长在光谱透射率或光谱反射率方面的变化变得极度严重，使得这些特性随波长的轻微变化而极大的变化。同时，通常使用的光谱的波长分辨率约为0.5nm，并且如果试图在膜厚度超过大约10μm的区域中以大约±0.1nm的精度测量膜厚度，则在波长分辨率约为0.5nm的光谱情况下测量精度是不够的。但是，在实际使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜形成装置，用于在衬底表面上形成由多层组成的膜，该薄膜形成装置包括：第一光学监视器，测量形成的层在第一波段中显现的光谱特性；和第二光学监视器，测量形成的层在第二波段中显现的光谱特性。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山贵之，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]