CN1253728C - 形成薄膜的工艺及设备 - Google Patents

Abstract

提供一种形成薄膜的工艺和设备，能够自动地大量形成具有稳定性和良好重复性的光学特性稳定的薄膜。用于气相淀积的材料(4)由电子枪(3)汽化，通过气相淀积在支持在涂覆圆顶(2)中的透镜(2a)上形成抗反射膜。加到电子枪(3)上的电功率按在这样的方式控制，即膜形成期间由光学膜厚度表(10)连续测得的光的透射或反射的数量接近或与用于存储理论上得到的基准光量的装置中存储的基准光量的数据相同。

Description

形成薄膜的工艺及设备

技术领域

本发明涉及在例如塑料和玻璃等材料的表面上形成薄膜的工艺及设备，更具体地涉及形成薄膜的工艺及设备，能够以良好的重复性在短时间内形成具有稳定光学特性的薄膜，而且有利于在眼镜片上形成抗反射膜。

背景技术

在用于形成膜的在物品上形成薄膜的工艺中，已知通过按在过程期间连续变化的光学膜厚度决定的测量值与测量的基准值相一致的方式控制在飞扬中的(in flight)膜形成材料的数量能够以良好的稳定性和重复性自动地大量生产具有一致的光学特性分布的薄膜。例如，在日本专利申请特许公开No.2001-115260中公开的工艺中，利用当其上形成有薄膜的物体用特定的光照射时从薄膜透射或反射的光量依赖于薄膜的折射率和厚度的现象，用光学膜厚度表测量薄膜透射或反射的光量，并且通过使在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量得到的透射光或反射光量尽量接近或与基准光量相同来控制在飞扬中的膜形成材料的数量。

如在日本专利申请特许公开No.2001-115260中公开的工艺的29到31段中所述，当设备的各种条件都很好时，基准光量可以只通过保持加到电子枪的电功率恒定而得到。但是，更经常的是，各种附加条件必须由熟练的操作员根据经验和感觉来控制，并且控制很复杂。

例如，对于形成在眼镜片上的抗反射膜的商业应用，从时尚的观点出发不仅要考虑抗反射膜的特性，而且要考虑抗反射膜的反射光的颜色。因此，在由负责设置干涉光的工程师选定光的波长之后，在设定的波长实际形成膜，并且反射光的颜色通过裸眼确认。当需要修正反射光的颜色时，改变上述的波长，即，设置在光学膜厚度表的滤色片，并重新进行上述操作。反复进行形成抗反射膜的操作，直到得到所需反射光的颜色。在这种情况下，当得到所需要反射光的颜色时，必须得出基准光量的数据。因此，必须重复非常复杂的尝试和错误的操作。

此外，商业提供的抗反射膜的类型是非常多的。因为在许多情况下用于这些抗反射膜的设定波长彼此是不同的，所以在生产线上的设备中的光学膜厚度表中的滤色片往往是不同的。因此，当在生产线上的所有用于形成薄膜的设备中形成特定的抗反射膜时，必须对适合于每个光学膜厚度表的滤色片的基准光量的数据进行复杂的实际测量操作。

发明内容

本发明已使上述问题得到解决，并且提供形成薄膜的工艺，其中当为先前设计的薄膜的波长改变时，即使当在设备中的光学膜厚度表中的滤色片的类型不同时，也可以容易地获得基准光量的数据，并且提供用于该工艺的设备。

上述目的可通过以下方法实现：

一种通过在物品的表面上淀积膜形成材料从而在所述表面上形成所需要薄膜的工艺，包括以下步骤：

在膜形成期间，由光学膜厚度表连续地测量随着在用于形成膜的物品的表面上已形成的薄膜的厚度而变化的薄膜透射光或反射光量、或者透射光或反射光量的变化，并在膜形成期间按这样的方式连续地控制膜形成材料的数量，使得所述测量的光量与所需波长下的基准光量相同，

其中，所述光学膜厚度表为光学厚度表，利用了由薄膜透射或反射的预定波长的光量至少依赖于薄膜的厚度和折射率的原理，并且，

所述基准光量按以下步骤得到：

a.进行薄膜形成测试，同时在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量预定波长下的光量或光量的变化，形成在预定波长下具有所需光学厚度的薄膜，由包括光学厚度和物理厚度的材料常数得到所形成的薄膜在预定波长下的折射率；

b.根据与a.中所述相同的步骤采用不同于预定波长的多个波长的光进行薄膜形成测试，并获得所形成膜在多个波长下的折射率；

c.由在薄膜形成测试所获得的多个波长下膜的折射率得到表示波长和薄膜折射率之间关系的特性曲线，并用特性曲线得到不同于所测试波长的所需波长下的折射率；以及

d.由含有作为因子的薄膜折射率的理论公式表示在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量的光量或光量的变化，在膜形成期间通过将在所需波长下的折射率代入到该理论公式中连续得到所需波长的光量或光量上的变化；采用所得到的光量或光量上的变化作为所需波长下的基准光量。

根据本发明的另一方面，提供一种用于形成薄膜的设备，包括用来存储基准光量数据的装置以及光学膜厚度表，其中基准光量按照以下步骤得到：

a.进行薄膜形成测试，同时在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量预定波长下的光量或光量的变化，形成在预定波长下具有所需光学厚度的薄膜，由包括光学厚度和物理厚度的材料常数得到所形成的薄膜在预定波长下的折射率；

b.根据与a.中所述相同的步骤采用不同于预定波长的多个波长的光进行薄膜形成测试，并获得所形成膜在多个波长下的折射率；

c.由在薄膜形成测试所获得的多个波长下膜的折射率得到表示波长和薄膜折射率之间关系的特性曲线，并用特性曲线得到不同于所测试波长的所需波长下的折射率；以及

d.由含有作为因子的薄膜折射率的理论公式表示在薄膜形成期间由光学膜厚度表连续测量的光量或光量的变化，在薄膜形成期间通过将在所需波长下的折射率代入到该理论公式中连续得到所需波长的光量或光量上的变化；采用所得到的光量或光量上的变化作为所需波长下的基准光量。

附图说明

图1示出了作为本发明的实施例的用于形成薄膜的设备的结构；

图2示出了当通过气相淀积在玻璃的表面上形成薄膜时反射光量的变化图；

图3示出了用于控制的数量范围的范围图；

图4示出了光学膜厚度表的内部结构图；

图5示出了在设计薄膜阶段用于得到描述薄膜的折射率与波长的关系的曲线的流程图；

图6示出了说明在多个波长下的数量范围和对应于数量范围的折射率的表；

图7示出了在多个波长下薄膜的折射率的图以及由方程式表示的曲线图，其中常数Na、Nb和Nc通过在方程式中用测量值取代而得到；以及

图8示出了光的实际数量的变化图以及基准光量的变化图。

具体实施方式

图1示出了作为本发明的实施例的用于形成薄膜的设备的结构。下面参考图1介绍本实施例。本实施例涉及在作为形成膜的物品的由塑料制成的眼镜片上形成作为薄膜的抗反射膜。

在图1中，在用于形成膜的真空室中，涂覆圆顶2布置在上部，电子枪3、坩埚4和闸板5布置在下部。在涂覆圆顶2的附近，布置用于测量由涂覆圆顶2支持的作为形成膜的物品的透镜2a的温度的用于基板的温度计6和用于测量真空室1内部的真空度的真空计7，并且还布置了用于抽真空真空室1的内部的抽真空单元8。布置用于加热由涂覆圆顶2支持的透镜2a的卤素加热器9。

在真空室1外的上部布置光学膜厚度表10。光学膜厚度表10通过膜厚度监视器11连接到控制设备12。控制设备12上连接有用于存储基准光量的数据的装置13和用于输入的装置12a。电子枪3、闸板5、用于基板的温度计6、真空计7、抽真空单元8和卤素加热器9电连接到控制设备12。控制设备12与这些装置之间交换信息以产生各种控制。

控制设备12根据来自真空计7的信息控制抽真空单元8使真空室1中保持预定的真空度。控制设备12通过根据来自用于基板的温度计6的信息控制卤素加热器9使由涂覆圆顶2支持用于形成薄膜的透镜2a保持预定的温度。控制设备12以这样的方式控制加到电子枪3上的电功率(电流和/或电压)，即在薄膜形成期间由光学薄膜厚度表10连续测量并决定于监控玻璃2b上形成薄膜的光学厚度的光量保持与存储在用于存储基准光量的数据的装置13中的值相同。

涂覆圆顶2是用于支持透镜2a的装置，从而使抗反射膜能够通过气相淀积形成在作为用于形成膜的物品的透镜2a上。涂覆圆顶2具有圆形凹陷形状，从而多个透镜可以通过气相淀积涂覆，并且具有曲率，从而所有涂覆抗反射膜的透镜具有相同的品质。

电子枪3将放在坩埚4中的用于气相淀积的物质(原料)4a加热到用于气相淀积的物质(原料)4a的熔点以使物质蒸发，从而气相淀积用于气相淀积的物质(原料)4a，并堆积在透镜2a和监控玻璃2b上，在这些物品上形成薄膜。

坩埚4是用于盛放用于气相淀积的物质4a的常规容器。最好对坩埚进行冷却或坩埚由导热性良好的材料制成，从而当电子枪3加热用于气相淀积的物质4a时防止用于气相淀积的物质4a沸腾。

闸板5在气相淀积开始时打开，在气相淀积完成时关闭。闸板有利于对薄膜的形成进行控制。卤素加热器9是用于将透镜2a加热到适当温度的装置，从而由气相淀积在透镜2a上形成的薄膜具有适当的特性，例如，适当的附着特性。

光学膜厚度表10利用了当用光照射形成有透明膜的透明基板时由透明薄膜的表面反射的光与由透明基板的表面反射的光由于相位差而相互干涉的现象。因此，相位差变化和干涉条件变化依赖于薄膜的折射率和光学厚度。因此，反射光的总量依赖于薄膜的折射率和光学厚度。自然地，因为当反射光量变化时，透射光量也发生变化，所以，也可以利用透射光进行测量。但是，在下面对于测量的说明中用反射光进行。

图2示出了当通过气相淀积在监控玻璃的表面上形成薄膜时反射光量的变化图。在图中，纵坐标表示光量(相对值，单位：％)，横坐标表示淀积的时间。当由气相淀积形成的薄膜的物理厚度很大时，如果薄膜的折射率为常数，光量随着物理厚度的增加有规律地重复增加和减少。利用薄膜的折射率和唯一对应于薄膜的物理厚度的光量可以唯一地测量和/或控制薄膜的厚度。在这种情况下，在每个周期中的局部最大值和局部最小值称作数量范围。通常，数量范围l₁、l₂、l₃等并不总是相同的。

当光量在最大值和最小值附近变化时控制的精度下降。因此，通常，不是整个而是部分数量范围用作控制。图3示出了用于控制的数量范围的图。如图3所示，例如，当光量的最小值为20％、光量的最大值为70％并且数量范围为50％时，把顶部和底部5％的区域排除，从25％到65％的光量的区域用作控制。

下面基准图4说明光学膜厚度表的结构。光学膜厚度表主要由光投射灯101、反射镜A102、监控玻璃2b、反射镜B104、滤色片105、光接收传感器106、厚度表的主要部分11和笔记录器107组成。

随着形成在监控玻璃2b上的薄膜的厚度的变化，由监控玻璃2b反射的光量随之变化，并且光量随之变化。光投射灯101是在测量光量的变化中所必需的光源。由光投射灯发出的光具有辐射强度光谱。为了获得精确的光量，用分光计分析相对于波长的辐射强度光谱。当辐射强度光谱是连续的，并且相对于波长的变化没有显示出显著的变化时，由光学膜厚度表测得的光量表示相对的光的强度，如后面所述。因此，在这种情况下，可由光学膜厚度表测量光量，而不用分析相对于波长的辐射强度光谱。

反射镜102主要用来反射由光投射灯101发出的入射光并将反射光引向监控玻璃2b。反射镜102的反射程度没有特殊的限制。当考虑使光量的计算简单时，最好将由光投射灯101发出的全部入射光都反射。

监控玻璃布置在能够气相淀积气相淀积物质并在其下表面形成膜的位置。当气相淀积物质的膜形成在监控玻璃的下表面时，从反射镜A102来的并被监控玻璃反射的光量随着形成的薄膜的厚度的变化而变化。利用反射光量的变化获得光量。最好监控玻璃的厚度能够排除掉干涉的可能性。监控玻璃的材料没有特殊的限制。优选已知折射率的玻璃材料，更优选含有二氧化硅的玻璃材料。

用分光计测量可以得到监控玻璃的折射率。该测量最好在真空中进行，因为通常监控玻璃放置在真空的气相淀积设备内部。但是，因为在真空中和空气中测得的监控玻璃的折射率的差并不会明显的影响测量得到的光量的值，所以，也可以在空气中测量监控玻璃的折射率。

设置反射镜B104用来进一步引导监控玻璃2b反射的光到达光接收传感器106。最好与反射镜A102一样，反射镜B反射全部入射光。

滤色片105用来从反射镜B104来的入射光中选择性地透过具有特定波长范围的光。通常，可以从各种滤色片中选择所需的滤色片。在大量生产多种类型的抗反射膜的工厂中，安装了许多气相淀积设备，并且适用于所设计的用于形成抗反射膜的波长的滤色片作为滤色片105加在各气相淀积设备中。因此，在大量生产多种类型的抗反射膜的工厂中安装在气相淀积设备中的滤色片常常是不相同的。

滤色片(105)具有特有的透射光谱。换句话说，具有特定波长范围的透射光的方式是滤色片的特性。通过使用分光计可以获得透射光的光谱，并且由分光计获得的光谱的值用来计算基准光量。但是，为了使计算简便，光谱的值由下面所描述的正态分布函数代替：

[数学公式1]

$T_{\mathrm{filter}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}\det \mathrm{\λ}}}{\exp }^{\frac{{(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_0)}^2}{2\det {\mathrm{\λ}}^2}}$

其中：

λ：分散的波长(nm)

λ₀：中心波长(nm)

λ：波长

T_filter(λ)：透过滤色片的波长为λ的光的传输

对于光接收传感器106，优选能够精确检测透过滤色片105的光的传感器。通过将光谱中相对于各波长透过滤色片105的光的强度求和可得到到达光接收传感器106的光的强度。

厚度表的主要部分11将由光接收传感器106检测到的光的强度转换为相对值(用百分数表示)。例如，当在监控玻璃2b上未形成薄膜时，光投射灯101发出的光投射到反射镜A102，并且在该条件下由光接收传感器检测到的光量设置为所需值，例如20％和30％，作为光量的初始值。用初始值作为基准，在薄膜形成期间可以得到光量在变化的一个周期中的局部最大值和局部最小值。当如上所述用初始值作为基准时，光量用相对值表示。用于测量的波长的范围由上述的滤色片限定。因此，不用测量光投射灯101的辐射强度的光谱就可以得到基准光量的实际数据。

在本实施例中，基准光量通过在设计薄膜的阶段进行测试气相淀积来获得。获得说明薄膜的折射率与波长的关系的曲线，并用所获得的折射率理论计算基准光量。下面将详细说明该过程。图5示出了在设计薄膜阶段用于得到说明薄膜的折射率与波长的关系的曲线的过程以及形成薄膜的过程。根据图5所示的过程获得说明薄膜的折射率与波长的关系的曲线。

(1) 开始设计

进行通过膜形成所得到的薄膜的光学设计。例如，假设通过膜形成所得到的薄膜为形成在眼镜片的表面上的抗反射膜。该抗反射膜，例如，为具有简单结构的抗反射膜，其中具有高折射率的膜和具有低折射率的膜交替叠置。对于膜、折射率厚度和膜的数量的设计根据防止其反射的光的波长范围、抗反射特性、反射光的颜色以及其它因素确定。

(2) 测试气相淀积

对要形成在眼镜片的表面上的抗反射膜进行设计。但是，控制膜的形成不是直接使用形成在眼镜片本身上的抗反射膜，而是间接地采用形成在监控玻璃上的薄膜。采用该步骤的原因是因为监控玻璃是由无机材料制成的，所以监控玻璃表面的平滑度和精确度可以保持恒定，而眼镜片多数是由有机材料制成的，所以眼镜片中的柔性焦距透镜表面的平滑度和精确度是不同的，而且因为监控玻璃具有平坦的表面，所以更容易用光学膜厚度表进行观察，而眼镜片具有弯曲的表面，所以用光学膜厚度表进行观察有困难。根据设计确定的值进行用于上述目的的测试气相淀积。

在测试气相淀积中，在眼镜片和监控玻璃的表面进行测试膜形成。在形成在眼镜片上的薄膜具有设计所确定的预定值的条件下在柔性焦距透镜玻璃和监控玻璃的表面同时形成薄膜，之后具有薄膜的眼镜片取出放在空气中，并且在膜形成期间由光学膜厚度表测量来自监控玻璃的光量。在光学膜厚度表中采用特定波长的滤色片进行测量，并且测量具有特定波长的光量。此外，采用透射光具有不同波长的滤色片进行多次测试气相淀积，并且针对每一个滤色片获得相应的光量。

(3) 在每个波长下得到的薄膜的折射率

当例如光源、反射镜、滤色片和光接收传感器等设备的常量以及例如监控玻璃的表面的反射率等在膜形成中的因素特性已知时，由光学膜厚度表测得的光量可以通过理论计算得出。当考虑膜形成的实际条件以及实际使用光学膜厚度表时，可以相对容易地得到装置的常量。在许多情况下，在膜形成中例如监控玻璃本身的折射率等因素特性是已知的。因此，可以相对容易的理论计算出由光学膜厚度表测得的光量。在理论计算中仍然未知的因素是形成在监控玻璃上的膜的折射率。当除了所形成的膜的折射率以外的其它因素已知时，剩余的因素，即，在各种波长下薄膜的折射率，可以通过测量由上述的每个滤色片的光量得到。

至于在上述波长下用来计算薄膜的折射率的理论，当在监控玻璃上在膜形成中反射率显示为局部最大和局部最小时，薄膜的光学厚度可通过理论计算得到。当光的局部最大数量和光的局部最小数量已知时，可以得到上述的数量范围。因为在光学膜厚度表中采用了滤色片，所以光的局部最大数量和光的局部最小数量为透过所用滤色片的波长下的值。当在监控玻璃上的具有反射率的局部最大值的薄膜的光学厚度已知时，可以得到在透过滤色片的光的波长下薄膜的折射率。参考下面的简化公式进一步说明上述说明。

当下面的因素如下表示时：

具有薄膜的监控玻璃的反射率：(r)

薄膜的光学厚度：L

薄膜的物理厚度：d

薄膜的折射率：n

这些因素之间的关系用下面的简化公式表示：

Δ＝Δ(n，d)…(i)

L＝L(n，d)…(ii)

其中Δ表示反射率的差。

当在上述的光的局部最大数量下薄膜的光学厚度(L)和对应于光学厚度的反射率的差(Δ)代入到上述公式(i)和(ii)中时，可以得到薄膜的折射率n。当把薄膜的折射率和光学厚度代入到公式(ii)中时，可以得到薄膜的物理厚度。

接下来，将说明薄膜的反射率、折射率与光量之间的关系。在时间t，由光学膜厚度表的光接收传感器106检测到的光量Q(t)(％)可由如下公式表示：

[数学公式2]

$Q\left(t\right)=\{\underset{\mathrm{\λ}=380}{\overset{780}{\mathrm{\Σ}}}P(\mathrm{\λ},t)/\underset{\mathrm{\λ}=380}{\overset{780}{\mathrm{\Σ}}}P(\mathrm{\λ},0)\}\·Q_0\·\·\·\left(1\right)$

在上述公式中，假设满足下面的条件：

(a)Q0表示光量的最初设置。

(b)P(λ，t)＝Rmonitor(d1，d2，…，dk(t)，n0(λ)，n1(λ)，n2(λ)，…，nk(λ)·

T(λ)·X(λ)                        …(2)

(c)P表示光的绝对数量。

(d)T(λ)表示滤色片105的透射率，X(λ)表示依赖于构成膜厚度表的光学部件，例如，光投射灯101的强度函数(S(λ))与反射镜102和104的反射率(Rmirror(λ))，的函数。通常，这些因素可作为设备的常量。

(e)R表示监控玻璃的反射率，可以通过已知的光学计算得到，例如，采用下面的公式(3)计算。当整个膜由k层组成时，因子为玻璃的折射率n0(λ)、层的厚度d1，d2，…，d(t)以及层的折射率n1(λ)，n2(λ)，…，n(λ)。d独自为t的函数。

Rmirror(λ)＝{R1(λ)(1-R2(λ))+R2(λ)(1-R1(λ))}/

{1-R1(λ)·R2(λ)}                …(3)

(f)在上述公式(3)中，R1(λ)表示监控玻璃的表面(上表面)的反射率，R2(λ)表示监控玻璃的反面(下表面)的反射率。

当监控玻璃的折射率已知时，可以得到监控玻璃的表面(上表面)的反射率R1(λ)。与此不同，在监控玻璃的反面(下表面)的反射率R2(λ)依赖于形成在监控玻璃的反面上的薄膜。当形成在监控玻璃的反面上的薄膜为由多层构成的多层膜时，可用如下的说明表示其关系。

当多层膜的各层为相同的膜或可以分为相同的膜时，各层可用两行两列的四元素矩阵表示如下：

[数学公式3]

$M=\left(\begin{array}{cc}\cos g& {\mathrm{iu}}^{-1}\sin g\\ \mathrm{iu}\sin g& \cos g\end{array}\right)\·\·\·\left(4\right)$

其中g＝(2πλ)·n(λ)·d(t)·cosΦ

u＝n(λ)cosΦ(s-polarized)

n(λ)secΦ(p-polarized)

λ：光的波长

n(λ)：在波长λ处的膜的折射率

d(t)：用秒表示的时间上膜的厚度

Φ：光在膜上的入射角

形成在监控玻璃的表面上的具有k层的多层膜由各层的特征矩阵(四元素矩阵)的乘积表示。特征矩阵M由下面的公式(5)表示：

[数学公式4]

$M=\left(\begin{array}{cc}{m}_{11}& {\mathrm{im}}_{12}\\ {\mathrm{im}}_{21}& m_{22}\end{array}\right)=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Π}}}\mathrm{Mj}\·\·\·\left(5\right)$

由特征矩阵M，多层膜的振幅反射率r(λ)可表示为：

[数学公式5]

$r\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{(m_{11}+{\mathrm{im}}_{12}{u}_s)u_0-({\mathrm{im}}_{21}+m_{22}{u}_s)}{(m_{11}+{\mathrm{im}}_{12}{u}_s)u_0+({\mathrm{im}}_{21}+m_{22}{u}_s)}\·\·\·\left(6\right)$

其中u₀＝n₀ cosΦ₀(s-polarized)

n₀ secΦ₀(p-polarized)

u_s＝n_s cosΦ_s(s-polarized)

n_s secΦ_s(p-polarized)

n₀：介质(真空)的折射率

Φ₀：光在膜上的入射角

n_s：监控玻璃的折射率

Φ_s：光在下一层膜上的入射角

能量反射率R1(λ)表示为：

R1(λ)＝|r(λ)|²                …(7)

从公式(1)到(7)可以清楚地看到，由光学膜厚度表测得的光量Q(t)是监控玻璃的折射率R(λ)和薄膜的折射率n(λ)的函数。T(λ)、X(λ)、d(t)、监控玻璃的折射率n、在膜上的入射角Φ以及波长λ可以作为常量得到。

(4) 显示薄膜的折射率和波长之间的关系的近似曲线的获得

图6示出了在上述步骤(3)中得到的多个波长下的数量范围和对应于数量范围的折射率的表。如图6所示，当得到多个波长下薄膜的折射率时，可以得到近似反映薄膜的折射率和波长之间关系的特性曲线。换句话说，当波长λ处薄膜的折射率表示为N(λ)时，特性曲线可近似地表示为N(λ)＝Na+Nb/(λ+Nc)，其中Na、Nb和Nc表示用于该物质的折射率系数特性。图7示出了在多个波长下薄膜的折射率的图以及由上述公式表示的曲线的图，其中常数Na、Nb和Nc通过将测量值代入到上面的方程式中得到。

(5) 所需波长处薄膜折射率的计算

采用在(4)中得到的说明显示薄膜的折射率与波长的关系的近似的特性曲线的公式在所需波长下计算折射率。

(6) 所需波长处薄膜的基准光量的数据准备

当在所需波长下要形成的薄膜的折射率和物理厚度已知时，可以得到由光学膜厚度表测量的监控玻璃的反射率。因此，在膜形成期间可以连续地得到光量。通过对所获得的基准光量微分可以得到基准光量的变化。这样得到的基准光量作为在时间t(秒)光学膜厚度表的光量1(％)存储在用来存储基准光量的数据的装置中，光量以时间和光量成对的数据的形式存放。

在实际生产中，当检查根据理论计算得到的基准光量或基准光量的变化形成的薄膜的反射光的颜色(干涉的颜色)时，所得到的颜色有时与所需反射光的颜色(干涉的颜色)有略微的差别。在这种情况下，对用于计算的波长作一定程度的修改，并且由显示薄膜的折射率与波长的关系的近似的特性曲线得到修改波长后薄膜的折射率。采用修改波长后薄膜的折射率，通过理论计算得到的基准光量或基准光量的变化。通过根据以上得到的基准光量或基准光量的变化形成膜，可以相对容易和稳定地制造出具有所需反射光颜色(干涉的颜色)的薄膜的产品。

当在设置颜色期间发现在光学膜厚度表10中的滤色片105的选择不合适时，由上述的理论计算可以很容易地准备好用与代替当前滤色片的滤色片的基准光量的数据。当在实际的生产线中抗反射膜的类型的数量很大时，在光学膜厚度表中的滤色片的类型可以与气相淀积设备中的不同。在这种情况下，由显示薄膜的折射率与波长的关系的特性曲线得到在当前所用的滤色片的透射光的波长下薄膜的折射率，通过理论计算得到修改后基准光量或修改后基准光量的变化。采用这样得到的修改后基准光量或修改后基准光量的变化进行膜的形成。因此，当滤色片被另一个滤色片代替时，很容易确定基准光量或基准光量的变化，采用这样确定的基准光量或基准光量的变化可以稳定地进行膜的形成。

在上述说明中，用透过反射光的滤色片105的选择方法作为选择用在光学膜厚度表中的波长选择方法的例子。作为所需另一个方法，用滤色片透过光投射灯投射的光，用滤色片透过的光照射薄膜。通过改变该滤色片改变波长。作为又一个方法，用投射特定波长的灯作为光投射灯，并使用多个投射不同波长的光的这种灯。通过改变光投射灯改变波长。在上述的方法中，作为获得基准光量的方法，通过测试膜的形成获得多个折射率，根据这样得到的多个折射率得到说明波长和折射率之间的关系的公式，用所得到的公式获得所希望波长下的折射率，通过将这样得到的折射率代入到表示理论上的光量的公式中获得在所希望波长下的基准光量的数据。但是，在测试膜的形成中已经得到了在所希望波长下用在测试膜的形成中的基准光量的数据。换句话说，在多个波长下，在测试膜的形成中已经得到了光本身的基准数量的数据。因此，用在这些波长下基准光量的数据，根据插值方法或其它类似的方法可以得出在上面没有得到的基准光量的数据。作为再一个方法，当由测试膜的形成所得到的基准光量的数据用曲线图表示时，在另一个波长下的基准光量的曲线可能位于多个已得到的曲线之间。根据插值方法或其它类似的方法，从其它已知的曲线中可以得到在所希望波长下的基准数量的曲线。

(7) 形成薄膜的工艺

下面具体说明形成本实施例薄膜的工艺。已知如在日本专利申请特许公开No.2001-115260和2001-123269以及欧洲专利申请公开No.1094344中所说明的由光学膜厚度表用基准光量或基准光量的变化的控制。在涂覆圆顶2中，设置作为形成膜的物品的透镜2a和监控玻璃2b，气相淀积的材料4a放在坩埚4中。然后，将真空室1抽真空到预定的真空度，并且由卤素加热器9将透镜2a加热到预定的温度。随后，控制加到电子枪3的电功率，从而开始气相淀积。

当闸板5打开时，开始通过气相淀积形成膜。随后，当闸板5打开时，时间设为0，其后经过的时间用t(秒)表示。通常，当闸板5打开时，在光学膜厚度表10中的光量开始变化。但是，实际上，光量变化的开始有时会延迟。在这种情况下，预定的电功率加到电子枪3上，预定的时间过去之后从而开始控制。

在计算机的软件控制之下进行膜形成。读出存储在用于存储基准光量的装置13中的基准光量，与测量得到的实际光量进行比较并调节电子枪的电流，从而这些光量彼此一致。例如，以下面的方式对电子枪的电流进行控制。当从闸板打开时的时间到时间(实际时间)t_i-1时光量(测量得到的值＝光的实际数量)用I_i-1表示时，由基准数据得到与I_i-1相同的基准光量I_S(I_S＝I_i-1)(i表示该操作为第i次控制)。当没有发现与I_i-1相同的值时，计算近似值。然后，由基准数据计算对应于光量I_S的时间t_S(基准时间)。

对应于实际时间t_i-1之后一个控制间隔Δt(秒)的时间t_i的光量(测量得到的值＝光的实际数量)用I_i表示。个别地，由基准数据得到对应于基准时间t_S’(＝t_S+Δt)的基准光量I_S’。

ΔI_i和ΔI_Si定义如下：

ΔI_i≡I_i-I_i-1

ΔI_Si≡I_S’-I_S

R_i定义如下：

R_i≡I-ΔI_i/ΔI_Si

或

R_i≡(I_S’-I_i)/(I_S’-I_S)

图8示出了光的实际数量的变化图以及基准光量的变化图。

R_i进一步变换如下：

Q_i≡kR_i|R_i|

其中k为任意常数。采用以上所示的Q_i，进行PID控制(比例、积分和微分控制)，并且在希望的时间确定电子枪的功率P_i。在下面示出了用于PID控制的确定电子枪的功率值P_i的公式：

P_i≡P_i-1+Kp·Q_i+K_i·∑Q_i+Kd·det Q_i

其中Kp、Ki和Kd均表示任意常数。

∑Q_i表示如下：

[数学公式6]

$\mathrm{\ΣQi}\≡\underset{\mathrm{ti}-1}{\overset{\mathrm{ti}}{\∫}}Q\left(t\right)\mathrm{dt}$

det Q_i≡Q_i-Q_i-1

上述控制在控制间隔Δt(秒)中进行。

控制间隔Δt(秒)根据一致程度(R)变化。通常，当一致程度比较大(R的值接近于0)时，控制间隔Δt设为较大的值。也可以用R进行PID控制(比例、积分和微分控制)，并且在希望的时间确定电子枪的功率P_i。

如上面的详细说明，在本发明中，在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量薄膜的光量的时候形成所需膜，并且膜形成的条件以测量获得的光量与基准光量一致的方式进行控制。在上面的过程中基准光量如下获得：在设计阶段通过在膜的测试形成中实际测量所得到的光量由理论计算得到多个波长下的折射率；从多个折射率得到所形成的膜的波长和折射率之间的关系；得到在所需波长下的形成的膜的折射率；通过将所得到的折射率代入到上述的理论公式中得到基准光量。根据上述工艺，可以很容易形成在所需波长下具有预定特性的薄膜。

编号说明

1：真空室

2：涂覆圆顶

3：电子枪

4：坩埚

5：闸板

6：基板的温度计

7：真空计

8：抽真空单元

9：卤素加热器

10：光学膜厚度表

11：膜厚度监视器

12：控制装置

13：用于存储基准光量的数据的装置

Claims (4)

1.一种通过在物品的表面上淀积膜形成材料从而在所述表面上形成所需要薄膜的工艺，包括以下步骤：

在膜形成期间，由光学膜厚度表连续地测量随着在用于形成膜的物品的表面上已形成的薄膜的厚度而变化的薄膜透射光或反射光量、或者透射光或反射光量的变化，并在膜形成期间按这样的方式连续地控制膜形成材料的数量，使得所述测量的光量与所需波长下的基准光量相同，

其中，所述光学膜厚度表为光学厚度表，利用了由薄膜透射或反射的预定波长的光量至少依赖于薄膜的厚度和折射率的原理，并且，

所述基准光量按以下步骤得到：

a.进行薄膜形成测试，同时在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量预定波长下的光量或光量的变化，形成在预定波长下具有所需光学厚度的薄膜，由包括光学厚度和物理厚度的材料常数得到所形成的薄膜在预定波长下的折射率；

b.根据与a.中所述相同的步骤采用不同于预定波长的多个波长的光进行薄膜形成测试，并获得所形成膜在多个波长下的折射率；

c.由在薄膜形成测试所获得的多个波长下膜的折射率得到表示波长和薄膜折射率之间关系的特性曲线，并用特性曲线得到不同于所测试波长的所需波长下的折射率；以及

d.由含有作为因子的薄膜折射率的理论公式表示在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量的光量或光量的变化，在膜形成期间通过将在所需波长下的折射率代入到该理论公式中连续得到所需波长的光量或光量上的变化；采用所得到的光量或光量上的变化作为所需波长下的基准光量。

2.根据权利要求1的工艺，其中通过至少使用监控玻璃的反射率和光学膜厚度表的滤色片的透射光谱得到所需薄膜的折射率，然后根据所得到的值计算。

3.根据权利要求1的工艺，其中所述工艺用于生产镜片。

4.用于形成薄膜的设备，包括用来存储基准光量数据的装置以及光学膜厚度表，其中基准光量按照以下步骤得到：

a.进行薄膜形成测试，同时在膜形成期间由光学膜厚度表连续测量预定波长下的光量或光量的变化，形成在预定波长下具有所需光学厚度的薄膜，由包括光学厚度和物理厚度的材料常数得到所形成的薄膜在预定波长下的折射率；

b.根据与a.中所述相同的步骤采用不同于预定波长的多个波长的光进行薄膜形成测试，并获得所形成膜在多个波长下的折射率；

c.由在薄膜形成测试所获得的多个波长下膜的折射率得到表示波长和薄膜折射率之间关系的特性曲线，并用特性曲线得到不同于所测试波长的所需波长下的折射率；以及

d.由含有作为因子的薄膜折射率的理论公式表示在薄膜形成期间由光学膜厚度表连续测量的光量或光量的变化，在薄膜形成期间通过将在所需波长下的折射率代入到该理论公式中连续得到所需波长的光量或光量上的变化；采用所得到的光量或光量上的变化作为所需波长下的基准光量。

Images