JP3766785B2

JP3766785B2 - Thin film forming equipment

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Publication number: JP3766785B2
Application number: JP2000308047A
Authority: JP
Inventors: 建 ▼きょう▲; 鋼張
Original assignee: Optorun Co Ltd
Current assignee: Optorun Co Ltd
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: JP2002115055A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光通信の狭帯域フィルター等を構成する多層膜等を成膜する際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）通信方式に波長分割用フィルターとして用いられる、いわゆる、ＤＷＤＭフィルターは、表面を高精度に研磨したガラス基板上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フィルターは、多層膜を構成する各薄膜の屈折率と膜厚とが正確に設計値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このＤＷＤＭフィルターを製造する際には、屈折率制御のための膜構成材料の組成制御と膜厚制御とが極めて重要である。組成制御は、蒸着物質を得る蒸発源物質（ターゲット）の選定等によって行なわれるが、膜厚制御は、成膜される薄膜の膜厚を時々刻々監視しながら行う必要がある。
【０００４】
上記膜厚の監視のために、薄膜形成装置には、膜厚測定装置が設けられている。この膜厚測定装置としては、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が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。すなわち、薄膜に光を照射すると膜厚に応じて表裏面からの反射光の干渉状態が変化し、それが反射光又は透過光の強度変化をもたらすことを利用したものである。
【０００５】
この膜厚装置は、薄膜に光を照射する光照射光学系と、この光照射光学系を通じて照射された光が前記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光して外部に導く受光光学系と、外部に導かれた信号光を処理して膜厚に対応する物理量を算出する信号処理装置とを有する。
【０００６】
光照射光学系は、真空成膜室の外部に設けられた光源からの光をこの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、所定のレンズ系を通してガラス基板上の薄膜の測定点に円形スポット形状に集光して照射する。また、受光光学系は、上記照射光の集光点である測定点にその焦点が位置するように設定されたレンズ系を介して光ファイバ装置等の導光装置に導入して信号処理装置に導く。
【０００７】
ＤＷＤＭフィルターを製造する際には、ガラス基板を高速で回転させながら、成膜が行われる。これは、仮に、ガラス基板表面に飛翔していくる蒸着粒子の量が場所に依存して不均一であっても、ガラス基板上の回転方向の各位置で均一になるようにして均一な膜厚を得ようとするものである。それゆえ、上記膜厚測定も、ガラス基板の半径方向の測定位置に照射光をスポット形状に集光して半径方向の各位置における膜厚を測定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＤＷＤＭフィルターの品質は、各薄膜の膜厚精度によって大きく左右される。それゆえ、膜厚測定の精度をより向上させることがよりすぐれた品質の製品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、従来の膜厚測定方法では、膜厚測定精度向上に一定の限界があることが判明した。
【０００９】
すなわち、上述の通り、ＤＷＤＭフィルターを製造する際には、ガラス基板を高速で回転させながら、成膜が行われる。この回転を行う装置は可能な限り高精度であるものが用いられる。しかしながら、高速回転するガラス基板の変動を完全に押さえることはできず、基板は回転にともなってわずかではあるが変動する。
【００１０】
そうすると、上記照射光のスポット位置と薄膜との相対位置関係もその変動にともなって変動する。本発明者らの研究によれば、信号光に含まれるノイズ成分のなかに、上記基板回転にともなう変動に依存する成分が少なからずあり、このことが膜厚測定精度向上を阻害する１つの要因となっていることが判明した。以下、この点を説明する。
【００１１】
図３は従来の膜厚測定の光学系を示す図である。図３において、導光装置６１０から出射された照射光Ｌ₀は、出射レンズ６２０によってガラス基板１００の測定点Ｐに集光される。Ｐ点からの信号光Ｌは受光レンズ４２０によって集光されて導光装置４１０に入射され、図示しない信号処理装置に導かれる。この場合、受光レンズ４２０の焦点は測定点Ｐに位置するように設定されていた。
【００１２】
これは、Ｐ点からの信号光を導光装置に効率よく導くためである。しかしながら、本発明者らの研究によれば、基板回転に伴なう変動によって、測定点がＰ点からわずかに外れる場合のあることが分かった。そうすると、膜厚の情報を多く含む信号光がＰ点から外れた位置より生ずるにことになる。その結果、Ｐ点に焦点を合わせた受光レンズによって導いた信号光には膜厚情報以外のノイズ成分が含まれることになる。
【００１３】
本発明は、上述の背景の下でなされたものであり、より精度の高い膜厚測定が可能な受光光学系を備えた膜厚測定装置を有する薄膜形成装置提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
真空成膜室内において被成膜体を回転させながら表面に薄膜を形成する成膜装置と、前記被成膜体上に形成される薄膜の膜厚を光学的方法によって測定するための膜厚測定装置とを有する薄膜形成装置において、
前記膜厚測定装置は、前記薄膜に光を照射する光照射光学系と、この光照射光学系を通じて照射された光が前記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光して外部に導く受光光学系と、外部に導かれた信号光を処理して膜厚に対応する物理量を算出する信号処理装置とを有し、
前記受光光学系は、その焦点位置を光軸上において前記薄膜からずらした受光レンズ系によって受光して外部に導くことによって、前記ガラス基板の回転にともなう変動に起因する信号光のノイズ成分を少なくして受光できるようにしたものであることを特徴とする薄膜形成装置である。
第２の手段は、
前記成膜装置が、前記被成膜体表面に薄膜を形成する物質を蒸着させる際に、この蒸着する物質にイオン照射しながら行うイオンアシスト蒸着法（ＩｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いたものであることを特徴とする第１の手段にかかる薄膜形成装置である。
第３の手段は、
前記被成膜体上に形成される薄膜が多層膜であり、前記成膜装置は前記被成膜体上に異なる材料の薄膜を重ねて形成できるものであり、前記膜厚測定装置によって各薄膜の膜厚を測定し、所望の材料及び膜厚の薄膜を次々と形成していくものであることを特徴とする第１又は第２の手段にかかる薄膜形成装置である。
第４の手段は、
前記被成膜体がガラス基板であり、前記多層膜が、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り、ＤＷＤＭ（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長分割多重）通信方式に波長分割用フィルター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第１〜第３のいずれかの手段にかかる薄膜形成装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１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示す図、図２は実施の形態にかかる薄膜形成装置の光照射光学系の特徴部を示す図である。以下、これらの図面を参照にしながら実施の形態にかかる薄膜形成装置を説明する。
【００１６】
図１において、この実施の形態にかかる薄膜形成装置は、基台１上に支柱１ａ，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。
【００１７】
真空成膜室２の内部底面の一部領域には、イオン銃２１、蒸着装置２１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、中心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、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。
【００１８】
また、ガラス基板１００の上側には受光光学系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。したがって、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。
【００１９】
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Ｌ₀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。信号処理装置３は、照射光が薄膜を通過する際に薄膜の表裏面で生ずる反射光の位相差が膜厚で変化することに起因して生ずる表裏面の反射光どうしの干渉の変化により、結果的に信号光強度が膜厚に依存して変化することを利用して膜厚を算出するものである。
【００２０】
照射光Ｌ₀としては、透明窓２４の外に設けられた照射光学系６から出射される光が用いられる。照射光学系６は、光源６０からの光を光ファイバ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Ｌ₀の照射点（測定点）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。
【００２１】
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ている。
【００２２】
次に、受光光学系４及び光照射光学系６を説明する。この光照射光学系６は、図３に示した従来例と同様に、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Ｐに照射するようになっている。一方、受光光学系４は、その焦点がＰ点より出射レンズ６２寄りに位置する受光レンズ４２によって、上記Ｐ点からの信号光Ｌを光ファイバ装置４１に入射され、信号処理装置３に導かれる。
【００２３】
すなわち、受光レンズ４２の焦点位置をＰ点からずらすことにより、仮に、ガラス基板１００が回転によってわずかに振動し、Ｐ点が薄膜の測定位置からずれた場合でも、信号光にそのずれたことによるノイズ成分が混入することを有効に防止できる。これは、はじめから受光レンズ４２の焦点位置をＰ点からずらしておくことにより、そのずれ幅が多少変動しても信号成分を含む光の受光量にさほどの変動が生じないからである。これに対して、従来のように、Ｐ点に焦点を合わせた場合には、薄膜の測定点がＰ点にある場合（ピントがあっている場合）とＰ点からが外れた場合（ピントが外れた場合）とで、信号とは関係な受光量の変動が無視できない程度に生じ、ノイズとなる。
【００２４】
次に、上述の薄膜形成装置によって、ＤＷＤＭ用フィルターを製造する例を説明する。ＤＷＤＭ用フィルターは、厚さ１０ｍｍ程度の石英ガラス等の光学ガラス基板上に厚さ２２０〜２３５ｎｍのＴａ₂Ｏ₅の薄膜と、厚さ２５０〜２６０ｎｍのＳｉＯ₂の薄膜とを交互に重ねて８０〜２６０層程度形成したものである。この場合、各薄膜層の厚さの精度は、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。
【００２５】
このＤＷＤＭ用フィルターは、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。
【００２６】
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。まず、真空成膜室２内の蒸着装置２１に、Ｔａ₂Ｏ₅薄膜蒸着用の蒸発源たるターゲット２１１ａ及びＳｉＯ₂薄膜蒸着用の蒸発源たるターゲット２１２ａを設置する。
【００２７】
次に、基板保持装置２５ｂに石英ガラス基板１００を保持する。次に、真空ポンプ２ｂにより、真空成膜室２内を１×１０^-5Ｐａ以下の真空にする。次に、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。蒸着装置２１は、ターゲット２１１ａ又は２１２ａのいずれかに電子線を照射して加熱し、蒸着物質を蒸発させてガラス基板１００に向けて蒸着粒子を飛翔させる。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ることによりガラス基板１００上に形成される薄膜を堅固な膜にする。
【００２８】
上記成膜と併せて、波長１５５０ｎｍ近傍の照射光Ｌ₀を薄膜が形成されている基板１００に照射し、その透過光Ｌを受光光学系４によって受光し、信号処理装置３によって処理することにより、形成された薄膜の膜厚が測定され、膜厚を監視しながら成膜が行われる。すなわち、多層に積層される各薄膜の膜厚が、設計値に対して誤差を０．１％以下になるように超高精度に制御しながら成膜される。
【００２９】
１層の薄膜が所定厚さになったら、蒸着装置２１に所定の操作をして蒸発させるターゲットを切り替えて同様にして次の薄膜の成膜を行う。この操作を繰り返して所定の層数の多層膜を形成する。こうして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の四角形状の多数のチップにして、ＤＷＤＭ用フィルターを得る。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、真空成膜室内において被成膜体を回転させつつ光学的方法により膜厚を測定しながら表面に薄膜を形成する薄膜形成装置における膜厚測定装置において、その受光光学系として、その焦点位置を光軸上において薄膜からずらした受光レンズ系によって受光して外部に導くことによって、前記ガラス基板の回転にともなう変動に起因する信号光のノイズ成分を少なくして受光できるものを用いたことを特徴とする。これにより、より精度の高い膜厚測定が可能な受光光学系を備えた膜厚測定装置を有する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】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示す図である。
【図２】実施の形態にかかる薄膜形成装置の受光光学系の特徴部を示す図である。
【図３】従来の受光光学系を示す図である。
【符号の説明】
２…真空成膜室、２ａ…真空隔壁、３…信号処理装置、４…受光光学系、４１…光ファイバ装置、４２…受光レンズ、６…光照射光学系、１００…ガラス基板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film forming apparatus used when forming, for example, a multilayer film or the like constituting an optical communication narrow band filter or the like.
[0002]
[Prior art]
In the field of optical communication, a so-called DWDM filter used as a wavelength division filter in a DWDM (Density Wavelength Division Multiplexing) communication system has a refractive index on a glass substrate whose surface is polished with high accuracy. It consists of a multilayer film in which different dielectric thin films are formed in multiple layers.
[0003]
In this DWDM filter, the refractive index and film thickness of each thin film constituting the multilayer film must exactly match the design values. For this reason, when manufacturing this DWDM filter using thin film formation apparatuses, such as a vacuum evaporation apparatus, the composition control and film thickness control of the film constituent material for refractive index control are very important. The composition control is performed by selecting an evaporation source material (target) for obtaining the vapor deposition material, but the film thickness control needs to be performed while monitoring the film thickness of the thin film to be formed.
[0004]
In order to monitor the film thickness, the thin film forming apparatus is provided with a film thickness measuring device. As this film thickness measuring apparatus, there is an apparatus utilizing a phenomenon in which, when a thin film is irradiated with light such as laser light, the reflected light or transmitted light changes in intensity depending on the film thickness. In other words, it utilizes the fact that when the thin film is irradiated with light, the interference state of the reflected light from the front and back surfaces changes according to the film thickness, which causes the intensity change of the reflected light or transmitted light.
[0005]
This film thickness device includes a light irradiation optical system for irradiating light to a thin film, and a light receiving optical for receiving signal light generated by transmitting or reflecting the light irradiated through the light irradiation optical system to the outside. And a signal processing device that processes signal light guided to the outside and calculates a physical quantity corresponding to the film thickness.
[0006]
The light irradiation optical system introduces light from a light source provided outside the vacuum film forming chamber into the vacuum film forming chamber through a transparent window provided in the vacuum partition wall of the vacuum film forming chamber, and passes through a predetermined lens system to glass. A thin spot on the substrate is focused and irradiated in a circular spot shape. The light receiving optical system is introduced into a light guide device such as an optical fiber device through a lens system set so that its focal point is located at a measurement point that is a condensing point of the irradiation light, and is introduced into a signal processing device. Lead.
[0007]
When manufacturing a DWDM filter, film formation is performed while rotating a glass substrate at high speed. Even if the amount of vapor deposition particles flying to the glass substrate surface is non-uniform depending on the location, the film thickness is uniform so that it is uniform at each position in the rotation direction on the glass substrate. Is going to get. Therefore, the film thickness measurement also measures the film thickness at each position in the radial direction by collecting the irradiation light in a spot shape at the measurement position in the radial direction of the glass substrate.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the quality of the DWDM filter greatly depends on the film thickness accuracy of each thin film. Therefore, it is extremely important to improve the accuracy of film thickness measurement in producing a product with better quality. However, according to the research of the present inventor, it has been found that the conventional film thickness measurement method has a certain limit in improving the film thickness measurement accuracy.
[0009]
That is, as described above, when manufacturing a DWDM filter, film formation is performed while rotating the glass substrate at a high speed. A device that performs this rotation is as accurate as possible. However, the fluctuation of the glass substrate rotating at high speed cannot be completely suppressed, and the substrate fluctuates slightly with the rotation.
[0010]
Then, the relative positional relationship between the spot position of the irradiation light and the thin film also varies with the variation. According to the study by the present inventors, among the noise components included in the signal light, there are not only a few components that depend on the fluctuation caused by the rotation of the substrate, and this is one factor that hinders improvement in film thickness measurement accuracy. It turned out to be. Hereinafter, this point will be described.
[0011]
FIG. 3 is a diagram showing a conventional optical system for film thickness measurement. In FIG. 3, the irradiation light L ₀ emitted from the light guide device 610 is condensed on the measurement point P of the glass substrate 100 by the emission lens 620. The signal light L from the point P is collected by the light receiving lens 420, is incident on the light guide device 410, and is guided to a signal processing device (not shown). In this case, the focus of the light receiving lens 420 is set to be located at the measurement point P.
[0012]
This is because the signal light from the point P is efficiently guided to the light guide device. However, according to the study by the present inventors, it has been found that the measurement point may slightly deviate from the P point due to the fluctuation accompanying the substrate rotation. As a result, signal light containing a large amount of film thickness information is generated from a position deviating from the point P. As a result, the signal light guided by the light receiving lens focused on the point P includes noise components other than the film thickness information.
[0013]
The present invention has been made under the above-described background, and an object thereof is to provide a thin film forming apparatus having a film thickness measuring device including a light receiving optical system capable of measuring a film thickness with higher accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-mentioned problem, the first means is:
A film forming apparatus for forming a thin film on the surface while rotating the film-forming body in a vacuum film-forming chamber, and a film thickness measurement for measuring the film thickness of the thin film formed on the film-forming body by an optical method In a thin film forming apparatus having the apparatus,
The film thickness measuring device receives a light irradiation optical system for irradiating the thin film with light, and receives signal light generated by transmitting or reflecting the light irradiated through the light irradiation optical system to the outside. A light receiving optical system, and a signal processing device that calculates the physical quantity corresponding to the film thickness by processing the signal light guided to the outside,
The light receiving optical system receives light by a light receiving lens system whose focal position is shifted from the thin film on the optical axis, and guides it to the outside, thereby reducing noise components of signal light caused by fluctuations caused by rotation of the glass substrate. The thin film forming apparatus is characterized in that it can receive light.
The second means is
The film forming apparatus uses an ion assisted deposition method (Ion Assisted Deposition) performed while irradiating the material to be deposited with ions when the material for forming a thin film is deposited on the surface of the deposition target. A thin film forming apparatus according to the first means characterized by the above.
The third means is
The thin film formed on the film formation body is a multilayer film, and the film formation apparatus can form thin films of different materials on the film formation body. The thin film forming apparatus according to the first or second means is characterized in that a thin film having a desired material and film thickness is successively formed.
The fourth means is
The film formation target is a glass substrate, and the multilayer film is formed by stacking dielectric thin films having different refractive indexes in multiple layers. A DWDM (Density Wavelength Division Multiplexing) communication system The thin film forming apparatus according to any one of the first to third means, which can be used as a wavelength division filter.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a characteristic part of a light irradiation optical system of the thin film forming apparatus according to the embodiment. Hereinafter, a thin film forming apparatus according to an embodiment will be described with reference to these drawings.
[0016]
In FIG. 1, the thin film forming apparatus according to this embodiment includes a vacuum film forming chamber 2 supported on columns 1 by columns 1a and 1b, and a signal processing apparatus 3 installed at an appropriate place. The vacuum film forming chamber 2 is partitioned on the inside and outside by a vacuum partition 2a, and the inside can be maintained at a high vacuum by a vacuum pump 2b.
[0017]
An ion gun 21, a vapor deposition device 21, and the like are provided in a partial region on the inner bottom surface of the vacuum film formation chamber 2. Further, a transparent window portion 24 is provided in another area of the inner bottom surface of the vacuum film formation chamber 2. Further, a motor 25 is installed outside the upper center of the vacuum film formation chamber 2, and a rotating shaft 25a of the motor 25 is extended through the vacuum partition 2a while being vacuum-sealed in the vacuum film formation chamber 2. A substrate holding device 25b is attached to the tip. The substrate holding device 25b is inserted into a through hole of the glass substrate 100 having a through hole in the central portion, holds this, and allows the motor 25 to rotate the glass substrate 100.
[0018]
A light receiving optical system 4 is arranged on the upper side of the glass substrate 100. The light receiving optical system 4 includes an optical fiber device 41 and a light receiving lens 42, and the tip light receiving portion and the light receiving lens 42 of the optical fiber device 41 are held by the light receiving block portion 43 in a predetermined arrangement relationship. . The light receiving block 43 is attached to a moving bar 44, and the moving bar 44 can be moved in the horizontal direction by a driving mechanism 45 provided outside. Therefore, the light receiving optical system 4 can freely select the light receiving position in the radial direction of the glass substrate 100 above the glass substrate 100.
[0019]
The optical fiber device 41 is extended to the outside through the vacuum seal portion 5 and joined to the signal processing device 3. Thereby, the signal light L generated by the irradiation of the irradiation light L ₀ from the light source described later is introduced into the optical fiber device 41 by the light receiving lens 42 and guided to the signal processing device 3. The signal processing device 3 has a change in interference between reflected light on the front and back surfaces caused by a change in the phase difference of reflected light generated on the front and back surfaces of the thin film when the irradiation light passes through the thin film. As a result, the film thickness is calculated using the fact that the signal light intensity changes depending on the film thickness.
[0020]
As the irradiation light L ₀ , light emitted from the irradiation optical system 6 provided outside the transparent window 24 is used. The irradiation optical system 6 guides the light from the light source 60 through the optical fiber 61 and irradiates the measurement point of the glass substrate 100 through the exit lens 62. In this case, the light exit end of the optical fiber device 61 and the exit lens 62 are held in a predetermined positional relationship by the exit block 63, and the exit block 63 is fixed to the moving rod 64, The drive mechanism 65 is movable in the horizontal direction. Thereby, the irradiation point (measurement point) of the irradiation light L ₀ to the glass substrate 100 can be set at an arbitrary position in the radial direction of the glass substrate 100.
[0021]
On the base 1, necessary devices such as a power source 210 for the vapor deposition device 21 and a power source 220 for the ion gun 22 are provided.
[0022]
Next, the light receiving optical system 4 and the light irradiation optical system 6 will be described. As in the conventional example shown in FIG. 3, the light irradiation optical system 6 guides the light from the light source 60 by the optical fiber device 61 and irradiates the measurement point P of the glass substrate 100 through the exit lens 62. It has become. On the other hand, in the light receiving optical system 4, the signal light L from the P point is incident on the optical fiber device 41 by the light receiving lens 42 whose focal point is located closer to the exit lens 62 than the P point, and is guided to the signal processing device 3. .
[0023]
That is, by shifting the focal position of the light receiving lens 42 from the point P, even if the glass substrate 100 is slightly vibrated by rotation and the point P is deviated from the measurement position of the thin film, the signal light is shifted. It can prevent effectively that a noise component mixes. This is because, by shifting the focal position of the light receiving lens 42 from the point P from the beginning, even if the shift width fluctuates somewhat, the amount of light received including the signal component does not vary so much. On the other hand, when focusing on the P point as in the prior art, the measurement point of the thin film is at the P point (when it is in focus) and when it is out of the P point (when the focus is In the case of deviation, the fluctuation in the amount of received light related to the signal occurs to a degree that cannot be ignored, resulting in noise.
[0024]
Next, the example which manufactures the filter for DWDM with the above-mentioned thin film formation apparatus is demonstrated. A filter for DWDM is 80 by alternately stacking a Ta ₂ O ₅ thin film of 220 to 235 nm and a SiO ₂ thin film of 250 to 260 nm on an optical glass substrate such as quartz glass having a thickness of about 10 mm. About 260 layers are formed. In this case, the accuracy of the thickness of each thin film layer is required to suppress an error from the design value to 0.1% or less.
[0025]
This DWDM filter is usually formed in a square shape of 1.4 × 1.4 mm by forming the multilayer film on an optical glass substrate such as a disc-shaped quartz glass having a diameter of about 250 mm and then cutting the glass substrate. It is manufactured by the method of making a large number of chips.
[0026]
Hereinafter, a procedure for forming a multilayer film on the glass substrate by the thin film forming apparatus according to the present embodiment will be described. First, a target 211a as an evaporation source for Ta ₂ O ₅ thin film deposition and a target 212a as an evaporation source for SiO ₂ thin film deposition are installed in the vapor deposition apparatus 21 in the vacuum film formation chamber 2.
[0027]
Next, the quartz glass substrate 100 is held on the substrate holding device 25b. Next, the vacuum film formation chamber 2 is evacuated to 1 × 10 ⁻⁵ Pa or less by the vacuum pump 2b. Next, while the glass substrate 100 is rotated at a rotational speed of 1000 rpm by the motor 25, the vapor deposition apparatus 21 and the ion gun 22 are operated to form a thin film on the glass substrate 100. The vapor deposition apparatus 21 irradiates and heats either the target 211a or 212a with an electron beam, evaporates the vapor deposition material, and causes the vapor deposition particles to fly toward the glass substrate 100. The ion gun 22 makes the thin film formed on the glass substrate 100 a firm film by colliding O ⁺ ions with vapor deposition particles directed toward the glass substrate 100.
[0028]
In combination with the above film formation, the substrate 100 on which the thin film is formed is irradiated with the irradiation light L ₀ near the wavelength of 1550 nm, the transmitted light L is received by the light receiving optical system 4 and processed by the signal processing device 3. The film thickness of the formed thin film is measured, and film formation is performed while monitoring the film thickness. In other words, the film thickness of each thin film stacked in multiple layers is formed while being controlled with extremely high accuracy so that the error is 0.1% or less with respect to the design value.
[0029]
When the thin film of one layer reaches a predetermined thickness, the vapor deposition apparatus 21 is subjected to a predetermined operation to switch the target to be evaporated, and the next thin film is formed in the same manner. This operation is repeated to form a multilayer film having a predetermined number of layers. After the multilayer film is formed on the optical glass substrate in this way, the glass substrate is cut into a large number of 1.4 × 1.4 mm square chips to obtain a DWDM filter.
[0030]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention provides a film thickness measuring apparatus in a thin film forming apparatus for forming a thin film on a surface while measuring a film thickness by an optical method while rotating a film formation body in a vacuum film forming chamber. As the light receiving optical system, the light receiving lens system whose focal position is shifted from the thin film on the optical axis is received and guided to the outside, thereby reducing the noise component of the signal light caused by the fluctuation caused by the rotation of the glass substrate. It is characterized by using a device that can receive light. Thus, a thin film forming apparatus having a film thickness measuring apparatus provided with a light receiving optical system capable of measuring a film thickness with higher accuracy is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a characteristic part of a light receiving optical system of the thin film forming apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a conventional light receiving optical system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Vacuum film-forming chamber, 2a ... Vacuum partition, 3 ... Signal processing apparatus, 4 ... Light receiving optical system, 41 ... Optical fiber apparatus, 42 ... Light receiving lens, 6 ... Light irradiation optical system, 100 ... Glass substrate.

Claims

真空成膜室内において被成膜体を回転させながら表面に薄膜を形成する成膜装置と、前記被成膜体上に形成される薄膜の膜厚を光学的方法によって測定するための膜厚測定装置とを有する薄膜形成装置において、
前記膜厚測定装置は、前記薄膜に光をスポット状に集光して照射する光照射光学系と、この光照射光学系を通じて照射された光が前記薄膜を透過又は反射して生じた信号光を受光して外部に導く受光光学系と、外部に導かれた信号光を処理して膜厚に対応する物理量を算出する信号処理装置とを有し、
前記受光光学系は、前記光照射光学系と前記受光光学系とを結ぶ光軸上において焦点位置が前記薄膜の測定位置から前記光照射光学系寄りにずれる方向に設置された受光レンズ系を有しており、該受光レンズによって前記信号光を受光して外部に導くことによって、前記被成膜体の該光軸と交差する方向の回転にともなう変動により前記光照射光学系から照射された光のスポット位置と前記薄膜との相対位置が変動しても前記信号光の受光量の変動が抑えられ、該信号光のノイズ成分を少なくして受光できるようにしたものである、
ことを特徴とする薄膜形成装置。A film forming apparatus for forming a thin film on the surface while rotating the film-forming body in a vacuum film-forming chamber, and a film thickness measurement for measuring the film thickness of the thin film formed on the film-forming body by an optical method In a thin film forming apparatus having the apparatus,
The film thickness measuring apparatus includes: a light irradiation optical system that collects and irradiates light on the thin film in a spot shape; and signal light generated through transmission or reflection of the light irradiated through the light irradiation optical system. A light receiving optical system that receives the light and guides it to the outside, and a signal processing device that calculates the physical quantity corresponding to the film thickness by processing the signal light guided to the outside,
The light receiving optical system, a light receiving lens system focus position on the optical axis is disposed in the direction of Figure to the light irradiation optical system toward the measurement position of the thin film connecting the said light receiving optical system and the light irradiation optical system And receiving the signal light by the light receiving lens and guiding the signal light to the outside, and the light is irradiated from the light irradiation optical system due to a variation caused by rotation of the film formation body in a direction intersecting the optical axis . variation in the amount of received light of the signal light the relative position is varied with the light spot position film is suppressed, it is obtained by allowing light with less noise component of the signal light,
A thin film forming apparatus.

前記成膜装置が、前記被成膜体表面に薄膜を形成する物質を蒸着させる際に、この蒸着する物質にイオン照射しながら行うイオンアシスト蒸着法（ＩｏｎＡｓｓｉｓｔｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。The deposition apparatus uses an ion assisted deposition method (Ion Assisted Deposition) performed while irradiating ions on the deposited material when depositing a material for forming a thin film on the surface of the deposition target. The thin film forming apparatus according to claim 1.

前記被成膜体上に形成される薄膜が多層膜であり、前記成膜装置は前記被成膜体上に異なる材料の薄膜を重ねて形成できるものであり、前記膜厚測定装置によって各薄膜の膜厚を測定し、所望の材料及び膜厚の薄膜を次々と形成していくものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。The thin film formed on the film formation body is a multilayer film, and the film formation apparatus can form thin films of different materials on the film formation body. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a thin film having a desired material and thickness is successively formed.

前記被成膜体がガラス基板であり、前記多層膜が、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り、ＤＷＤＭ（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長分割多重）通信方式に波長分割用フィルター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１〜３のいずれかに記載の薄膜形成装置。The film-deposited body is a glass substrate, and the multilayer film is formed by stacking dielectric thin films having different refractive indexes in multiple layers, and is used in a DWDM (Density Wavelength Division Multiplexing) communication system. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the thin film forming apparatus can be used as a wavelength division filter.