JPH11342354A - 光学素子を形成するよう基板を精密コ―ティングするための大量生産システムおよびオプティカルコ―ティングシステムを動作させる方法 - Google Patents

光学素子を形成するよう基板を精密コ―ティングするための大量生産システムおよびオプティカルコ―ティングシステムを動作させる方法

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JPH11342354A
JPH11342354A JP11110773A JP11077399A JPH11342354A JP H11342354 A JPH11342354 A JP H11342354A JP 11110773 A JP11110773 A JP 11110773A JP 11077399 A JP11077399 A JP 11077399A JP H11342354 A JPH11342354 A JP H11342354A
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coating material
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Ming Zhou
ミン・ゾウ
Feng Qing Zhou
フェン・クゥイン・ゾウ
Jing-Jong Pan
ジン−ジョン・パン
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E Tek Dynamics Inc
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の高精度オプティカルコーティングのた
めのシステムおよびそのシステムを動作させる方法を提
供する。 【解決手段】 このシステムは、真空チャンバ40と、
真空チャンバ内のプラズマ源41と、真空チャンバ内に
てオプティカルコーティング材料の蒸気を発生させる複
数のeビーム蒸着ユニット42と、基板上にオプティカ
ルコーティング材料を堆積する際に1つの基板を各々が
保持し回転させる複数のステーション46、46Cとを
有する。各ステーションは対応の基板上におけるオプテ
ィカルコーティング材料の堆積をインシトゥでモニタす
る光モニタユニット47、47Cを有する。上記システ
ムによって、狭帯域光フィルタ等の高精度光学素子の大
量生産率を達成し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】この発明はオプティカルコーティング装
置に関するものであり、より特定的には、オプティカル
コーティングを光学基板上において非常に精密かつ制御
された厚みで堆積させるためのシステムに関するもので
ある。
【0002】数多くの光学素子は、典型的には、薄膜オ
プティカルコーティングで被覆されることにより、それ
ら素子を通過する光の透過率または反射率を増大させ
て、それら素子の動作を向上させる。大抵の眼鏡のレン
ズでさえも、可視度をより良くするために、オプティカ
ルコーティングを有する。光の性質から、それらコーテ
ィングの厚みは精密かつ一様でなければならない。
【0003】オプティカルコーティングシステムは、そ
のコーティングプロセスの要件に依って、スパッタリン
グ(たとえばrf)、蒸着(たとえば、抵抗加熱、eビ
ーム、rf誘導加熱)といった、さまざまな技術に依存
する。大量生産が要求される場合、そのコーティングシ
ステムは多数の基板に好適な技術で動作し得る。精密さ
が要求される場合には、当該システムは、そのコーティ
ングプロセスが慎重に制御され信頼性をもって繰返され
得る技術で動作する。予想されるように、これまでは、
大量生産能力を伴うオプティカルコーティングシステム
は高精度ではあり得ず、またその逆も適わなかった。
【0004】極めて精密でありかつ制御されたオプティ
カルコーティングを必要とする光学素子は、WDM(波
長分割多重化)ネットワークまたはより新規な稠密WD
M(稠密波長分割多重化)ネットワークに好適な、多重
コーティングされた狭帯域フィルタである。このような
光ファイバネットワークでは、光信号の波長はその信号
を供給源から1つ以上の目的地の方向へ向ける。WDM
ネットワーク規格によれば、通信チャネルは僅か0.8
nmの波長分離(または100GHzの周波数分離)を
有する。したがって、波長フィルタは極めて識別力がな
ければならない。基板上の多重コーティングによって形
成される狭帯域フィルタの場合、その製造要件は極めて
厳しい。そのようなフィルタは通常85〜125の層か
らのコーティングを有し、各層ごとに厚み分布において
最小のばらつきを伴う。予想されるように、これら素子
の費用は非常に高く、現在のところ1つのフィルタ素子
につき100U.S.ドルを優に超える。そのようなフ
ィルタを構成要素として各々が有するWDMカプラデバ
イスを数千個とまではいかないまでも数百個有する光フ
ァイバネットワークの場合、これらカプラデバイスの費
用だけでも非常に高くなる。したがって、狭帯域フィル
タ、うねりフィルタ、ダイクロイックフィルタなどのよ
うな、精密コーティングされた光学素子を製造する費用
を低くすることが望ましい。
【0005】この目的のため、この発明は、これまでに
見られたよりもはるかに大量での生産が可能な、精度が
向上したオプティカルコーティングシステムおよびその
動作の方法に向けられる。さらに、この発明は、結果的
に得られた光学素子による改善された光学的性能のため
の、オプティカルコーティングの堆積における制御およ
び精度を向上させる。
【0006】
【発明の概要】この発明は、精度よく基板をオプティカ
ルコーティングするためのシステムを可能にする。この
システムは、真空チャンバと、その真空チャンバにおい
てオプティカルコーティング材料の蒸気を発生させる少
なくとも1つのオプティカルコーティング材料源と、1
つの基板上に蒸気からなるオプティカルコーティング材
料を堆積させる間その基板を各々が保持しかつ回転させ
る複数のステーションとを有する。各ステーションは、
対応の基板上におけるオプティカルコーティング材料の
堆積をモニタする光モニタユニットを有する。この光モ
ニタユニットは、基板表面の或る小さな部分に向けてそ
の基板表面に対し0入射角で向けられる光源と、その向
けられる光のレシーバとを含む。堆積プロセスをインシ
トゥでモニタするために、オプティカルコーティング材
料が対応の基板上に堆積される間レシーバが光を受ける
よう、基板は光源とレシーバとの間に配置される。
【0007】さらに、この発明は、真空チャンバと、オ
プティカルコーティング材料のターゲットを有する少な
くとも1つの供給源と、複数の基板保持ステーション
と、各ステーションに対応する複数の光モニタユニット
とを有するオプティカルコーティングシステムを動作さ
せる方法を可能にする。この方法は、基板を各ステーシ
ョンに置くステップと;各ステーションによって、対応
の基板を回転させるステップと;その回転する基板上に
堆積するよう供給源によってオプティカルコーティング
材料のターゲットから蒸気を発生させるステップと;各
基板上におけるコーティング材料の堆積をモニタするス
テップと;コーティング材料が基板上において所定の厚
みに達すると、各基板上におけるコーティング材料の堆
積を個別に終了させるステップと;すべての基板上にお
けるコーティング材料がそれらの所定の厚みにいつ達し
たかを判断するステップと;別のオプティカルコーティ
ング材料で、上述の供給源ステップ、堆積モニタステッ
プ、個別終了ステップ、およびコーティング材料厚み判
断ステップを繰返すステップとを有する。
【0008】
【特定的な実施例の詳細な説明】図1は、最近の高性能
オプティカルコーティングシステムの1つのタイプであ
る、プラズマにより補助されるeビーム蒸着オプティカ
ルコーティングシステムの構成を示す。このシステム
は、ベース13を伴って形成される真空チャンバ10を
有し、ベース13の上には、プラズマ供給源11がベー
ス13の中央付近に、かつ複数のeビーム蒸着ユニット
12がベース13の周縁に沿って載置される。ライン1
8はチャンバ10の中央軸を示す。各eビーム蒸着ユニ
ット12は、るつぼ22内に、Ta2 5 およびSiO
2 などの固体オプティカルコーティング材料のターゲッ
ト21を有する。動作中、各ユニット12は、オプティ
カル材料を「沸騰させ」切って蒸気にするよう、磁性が
ターゲット21に偏向される電子ビーム24を発生させ
る。この材料は最終的にはそれ自身を真空チャンバ10
の側部14および頂部15に堆積させる。供給源11か
らのプラズマは、蒸気からなるコーティング材料を基板
上により硬く、つまりより高いパッキング密度で堆積さ
せるために、そのコーティング材料蒸気にエネルギーを
与える。図1において影をつけられた領域は、eビーム
蒸着ユニット12からのオプティカル材料およびプラズ
マ供給源11からのプラズマの概ねの分布を示す。
【0009】基板保持ステーション16はチャンバ10
の頂部15に取付けられる。このステーション16は、
コーティングされるべき単一の基板20を保持する。ス
テーション16内の駆動ユニット19は、下向きに露出
した基板20にわたってオプティカル材料がより均一に
分布するよう、基板20を保持するチャックを回転させ
る。回転なしでは、下に向いた基板20の表面上のオプ
ティカルコーティングの厚みにおけるばらつきが基板2
0の全面にわたって生ずるかもしれない。回転がある場
合には、そのような変動は回転軸について径方向に対称
となり低減される。
【0010】光モニタユニット17(図2においてより
詳細に示される)は、コーティングがいつ所望の厚みに
達したかを判断する。このモニタユニット17は、基板
20およびその基板上のオプティカルコーティングを介
する単一波長での光の透過強度に基づいて、コーティン
グの厚みをインシトゥで非常に高い精度にまで判断す
る。基板20上における堆積された薄膜からなる層の間
の複数の界面からの干渉が、単色光の透過および反射に
影響する。
【0011】ユニット17の下部17Aは、その光を透
過させるものであり、チャンバ10のベース13に取付
けられる。この下部17Aは、光源に接続される光ファ
イバ31の端部を有する(後の図面にて示される)。こ
のファイバ31の端部は、光を、合焦レンズ33を介し
て基板20およびチャンバ10の頂部15方向に向ける
よう配置される。この光は、基板20を通過した後、チ
ャンバ頂部15に取付けられる光モニタユニットの上部
17Bによって受光される。この上部17Bは、基板2
0からの光を光ファイバ32の端部方向に再合焦させる
レンズ34を有する。光ファイバ32は受光した光をフ
ォトダイオード(図示せず)に伝達して、電気信号を発
生させる。これらの電気信号は、いつ堆積されたコーテ
ィングが所望の厚みに達したか、およびいつそのコーテ
ィングプロセスを終了させ得るかを示す。
【0012】図1および図2に関連して記載されるシス
テムは、オプティカルコーティングの厚みを極めて正確
に制御することがわかっているが、その製造には時間が
かかり、一度に僅か1つの基板しかコーティングされな
い。100を超えるコーティングを伴う狭帯域フィルタ
の場合、1つの基板の製造には20時間以上かかり得
る。
【0013】この発明は、大量生産オプティカルコーテ
ィングシステムと、高精度でありかつ制御されたオプテ
ィカルコーティングの厚みを伴うシステムとに対する、
見たところ相反するような要求に対応するものである。
この発明に従う真空チャンバ40が図3に示される。こ
のチャンバ40は、図1に示されるチャンバ10と同様
である。ベース43は、ベース43の中央近くにプラズ
マ供給源41と、ベース43の円形状周縁に沿って置か
れる複数のeビーム蒸着ユニット42とを有する。単一
の基板保持ステーションではなく、複数のスレーブ基板
保持ステーション46がチャンバ40の頂部45のまわ
りに固定され、さらに、1つのマスタステーション46
Cがその頂部45の中央に配される。スレーブステーシ
ョン46に保持される基板20が中央のマスタステーシ
ョン46Cにある基板よりも早くコーティング材料を受
けるよう、それらスレーブステーション46はeビーム
蒸着ユニット42に対して配される。
【0014】各スレーブステーション46は、マスタス
テーション46Cとは異なり、シャッタ66を有する。
このシャッタ66は、閉じられると、ステーション46
によって保持される基板20にコーティング材料が到達
するのを遮断する。各ステーション46にあるアクチュ
エータ67は、対応のシャッタ66を移動させるよう動
力を与える。このシャッタ66は、コーティング材料の
堆積厚みに対する、ステーションごとの制御を可能にす
る。
【0015】各スレーブ基板保持ステーション46に対
応してスレーブ光モニタユニット47が設けられ、これ
によってその対応の基板20上におけるコーティング材
料の厚みをインシトゥでモニタする。マスタ基板保持ス
テーション46Cはマスタ光モニタユニット47Cを有
する。各モニタユニット47(マスタモニタユニット4
7Cを含む)は2つの部分47Aおよび47Bを有す
る。各下部47Aは、チャンバ40のベース43に取付
けられて、その対応の保持ステーション46、46Cの
基板20に光を向ける。この光は、基板20を通過し
て、光モニタユニットの上部47Bによって受光され
て、後に記載される制御ユニットに接続される光ファイ
バ92に入る。
【0016】図4(a)は、基板保持ステーション46
(および46C)のより詳細な例示的断面図である。基
板20を保持するチャック50が中空シャフト51の一
方端に取付けられる。軸受サブアセンブリ57によっ
て、このシャフト51は基板保持ステーション46、4
6Cの定置部に対して回転する。シャフト51の他方端
は、小さな駆動ギア53によって駆動される大きなギア
52にて終端する。駆動ギア53は駆動シャフト54に
よってモータ56に接続される。このモータ56はチャ
ンバ40の頂部壁60の外にあり、フィードスルー55
は駆動シャフト54のための真空防止アクセスを与え
る。保持ステーションの中心軸は、モニタユニット47
のために光を通過させるよう設計される。チャック50
の中央部は、シャフト51と同様、開いている。頂部壁
60はこの軸上において整列する開口部を有し、チャン
バ40内の真空はこの開口部上の透明シール61によっ
て守られる。下側モニタユニット47Aからの光は、基
板20とシャフト51とシール61とを通過して、レン
ズ62の合焦機能により光ファイバ92に入る。
【0017】対応の基板保持ステーション46、46C
に対する光モニタユニット47の構成は、この発明によ
る、狭帯域フィルタなどの光学素子の厳しい製造要件に
対応してなされた数多くの改善の1つである。
【0018】第1に、レーザダイオード、LED、エル
ビウムをドーピングされたファイバ増幅器といった他の
種類の供給源が光源として用いられてもよい一方で、従
来のハロゲンランプが、そのパワーの安定性、偏光特
性、および短いコヒーレント長のゆえに用いられる。モ
ノクロメータは、コーティングの厚みを高精度で判断す
るために必要な波長帯域幅を狭くする。上述の光源で
は、基板20を介しての透過測定の正確度を下げること
なく、0.2nmの波長帯域幅を達成し得る。
【0019】第2に、光モニタユニット47の有効波長
帯域幅は、基板20上においてモニタ用光スポット内に
おけるオプティカルコーティングの非一様な厚みに悪影
響を受ける。矢印35は、たとえば、図2における基板
上においてモニタを行なうスポットを規定する。オプテ
ィカルコーティングの厚みの非一様性が基板にわたって
1ミリメータごとに0.1nmの帯域幅をもたらす場
合、2mmの直径を有するモニタ用光スポットは、0.
2nmの厚みの非一様性による有効な帯域幅をもたら
す。したがって、基板20上の小さなモニタ用光スポッ
トは、非一様な厚みにより引き起こされる帯域幅を低減
するよう用いられる。
【0020】第3に、下側モニタユニット47Aからの
光は基板20上においてモニタ用の小さなスポットを得
るよう合焦されるため、基板20の表面に入射する光は
通常1°〜2°の小さな範囲のスパンを有する(図2に
おいて弧36で示される)。たとえば図2の構成におけ
るように、平均入射角がゼロでない場合には、光が基板
20に接近するさまざまな角度のため、相対的に大きな
有効帯域幅が作り出される。たとえば、1°の入射角ス
パンを伴う5°の平均入射角は、0.5nmより大きい
有効帯域幅を有する。この線幅は、平均入射角がゼロで
ない場合、つまり、その光がモニタユニット47におけ
るように基板20に平均して垂直である場合には、0.
2nm未満にまで低減する。
【0021】したがって、各モニタユニット47(およ
び47C)は、効果的な光源、最小サイズのモニタスポ
ット、および基板20に垂直な平均入射角で動作する。
【0022】この発明の他の特徴は、基板20が、各保
持ステーションにおいて、これまでのオプティカルコー
ティングシステムに見られるよりも遙に速い速度で回転
する、という点である。600〜1200rpm(分単
位の回転数)というより速い回転速度によって、基板2
0にわたるコーティングの厚み分布が改善される。回転
によって基板20上における厚み分布が径方向に平均化
され、1回の回転が完了することにより完全な平均化が
行なわれる。基板20上における各層のコーティングが
回転の完了で終了する場合、厚み分布に対する回転速度
の影響は回避される。しかしながら、実際にはそのよう
なことはなく、コーティングは回転の完了では終了しな
い。この影響は、より速い回転速度によって低減され
る。
【0023】より速い回転速度が有する別の恩恵は、モ
ニタを行なう光信号レベルの安定性における改善であ
る。さまざまな度合いにおいて、光信号には、回転する
基板20の振動およびぐらつきにより生ずる変動が常に
ある。高速回転は、信号レベルを平均化し、光信号の安
定化を助ける。
【0024】より速い回転速度を達成することは、単に
駆動ユニット(たとえば図3の駆動ユニット19)の回
転を増大させるという問題ではない。コーティングプロ
セスの感度のため、高速回転での基板20の安定性は非
常に重要である。スレーブ基板保持ステーション46お
よびマスタ基板保持ステーション46Cに対する特別な
軸受構成ならびに冷却によって、オプティカルコーティ
ングプロセスにとって必要な安定性を伴った高速での回
転が可能になる。図4(a)においては、軸受サブアセ
ンブリ57が、1対の玉軸受を示すよう上部と下部とに
分離された状態で概念的に示される。
【0025】軸受アセンブリ57の詳細な構成を図4
(b)に示す。駆動シャフト51はハウジング59内に
おいて1対のアンギュラコンタクト玉軸受64および6
6によって支持される。玉軸受64、66は、それぞ
れ、定置ハウジング59に対して固定される外側レース
68、69と、回転するシャフト51に対して固定され
る内側レース28、29とに係合する。外レース68は
点線65で示されるように上方向に角度をつけられ、外
側レース69は点線67で示されるように下方向に角度
をつけられる。アンギュラコンタクト玉軸受64、66
は、軸方向荷重、スラスト荷重、およびモーメント荷重
の組合せに対応し得るよう、このような背面合わせ構成
にて用いられる。さらに、この背面合わせ構成は、より
よいシャフトこわさを有する。
【0026】さらに、高速環境のため、軸受66、68
を低温に保つことが望まれる。これは、軸受64、66
付近にてハウジング59に密接に接続される冷却剤チャ
ネル58を用いることにより達成される。さらに、熱シ
ールド30を用いて、軸受64、66の温度を妥当なレ
ベルに保つよう助ける。
【0027】図5は、この発明に従うコーティングシス
テムの制御組織を示す。1つの実施例においては、この
制御組織は、光ファイバスイッチ90と、電子光学分析
ユニット70と、制御ユニット80とを有する。その名
が意味するとおり、光ファイバスイッチ90は、真空チ
ャンバと電子光学分析ユニット70との間における光信
号の切換え点として動作する。ユニット70は、次い
で、真空チャンバ40のための光信号と制御ユニット8
0のための電気信号との間のインターフェイスとして動
作する。
【0028】光ファイバスイッチ90は、2つの光ファ
イバ91および92によって、チャンバ40内の各スレ
ーブ光モニタユニット47およびマスタ光モニタユニッ
ト47Cに接続される。光ファイバ91は光源からの光
を下部47Aに伝達し、光ファイバ92は上部47Bか
らの光を検出および分析のため伝達する。スイッチ90
は光ファイバ93および94によって電子光学分析ユニ
ット70に接続される。光ファイバ94はユニット70
からの光をスイッチ90に伝達し、光ファイバ93はス
イッチ90からの光をユニット70に伝達する。199
4年10月25日に発行され、本願の譲受人に譲渡され
る米国特許第5,359,683号には、ここで使用さ
れてもよい光ファイバスイッチの一例が記載されてい
る。光ファイバスイッチはさまざまな市場供給源からも
入手可能である。
【0029】電子光学分析ユニット70は、チョッパモ
ータ77によって駆動される2つの回転子88と89と
の間に従来のハロゲンランプである光源86を有する。
回転子88、89は、光を透過するスロットを有する。
そうでない場合には、光は遮断される。レンズサブアセ
ンブリ79は、光源86からの光をファイバ94に合焦
させるよう、ファイバ94に接続される。第2のレンズ
サブアセンブリ78は光ファイバの或る部分に接続さ
れ、その部分は次いでモノクロメータ75に接続され
る。光ファイバ93の端部も、そのファイバ93を介し
て受取られる光の波長帯域幅を狭めるよう、ステップモ
ータ76によって制御されるモノクロメータ75に接続
される。モノクロメータ75の出力はフォトダイオード
74によって受取られる。このフォトダイオード74
は、利得スイッチ72に応答する可変利得増幅器73の
入力端子に接続される。増幅器73の出力は信号処理電
子ユニット71に接続される。この信号処理電子ユニッ
ト71の出力は、電子光学分析ユニット70の動作を制
御する制御ユニット80に接続される。
【0030】回転子88、89およびチョッパモータ7
7の動作により、1つの時間間隔において光がレンズサ
ブアセンブリ79および光ファイバ94から光モニタユ
ニット47、47Cへ送られる。対応の基板20および
堆積された膜を通過した後、光は光ファイバ93を通過
してモノクロメータ75およびフォトダイオード74に
到達する。第2の時間間隔において、レンズサブアセン
ブリ79への光は遮断される。光はレンズサブアセンブ
リ78に送られ、光検出器74は基準光信号を受取る。
第3の間隔では、サブアセンブリ78、79のいずれ
も、光源86からの光を受けない。光検出器74はダー
クノイズを発生する。この動作は、正確かつ安定した透
過率測定のために、光モニタユニット47からの信号に
対する較正およびノイズ除去を可能にする。もちろん、
他の構成も可能である。
【0031】制御ユニット80はマイクロプロセッサ8
1を有する。このマイクロプロセッサは、電子ユニット
71からの出力信号を受け、利得スイッチ72およびス
テッパモータ76を制御する。利得スイッチ72を制御
することにより、コーティングプロセスのさまざまな段
階におけるフォトダイオード74からの出力信号の変動
を補償する。マイクロプロセッサ81は、表示および制
御パネル82を介して操作者と交信し、シリアルI/O
ポート83、パラレルI/Oポート84によってメイン
コンピュータなどの他のコンピュータと通信する。さら
に、すべてのコーティング動作のデータが後の参照用に
記録され得るよう、マイクロプロセッサ81はレコーダ
出力ポート85を有する。
【0032】さらに、このマイクロプロセッサは光ファ
イバスイッチ90の動作を制御することによって、光が
電子光学分析ユニット70から各光モニタユニット47
に連続的に送られ、および光が電子光学分析ユニット7
0によって連続的に受光されるようにする。マイクロプ
ロセッサ81は、特定の基板20上におけるオプティカ
ルコーティングの厚みが十分なものであると判断する
と、マイクロプロセッサ81はその基板保持ステーショ
ン46のアクチュエータ67に対応のシャッタ66を閉
じさせる。その基板20には、それ以上のコーティング
材料は堆積されない。中央ステーション46Cの場所に
よって、その基板20の堆積コーティングが、完成され
るべき最後のものとなる。シャッタ66を起動する代わ
りに、マイクロプロセッサ81はコーティングマシンの
メインコンピュータに信号を送って、その層の堆積コー
ティングを終了させる。次いで、新たなコーティングの
層が始まる。すべての層が完成すると、そのコーティン
グプロセスは終了される。
【0033】代替的な制御構成では、光ファイバスイッ
チ90が取除かれ、光ファイバ91に接続される光ファ
イバ94と、光ファイバ93に接続される光ファイバ9
2とが設けられる。各基板保持ステーション46、46
Cおよび光モニタユニット47、47Cは、それ自身の
電子光学分析ユニット70と制御ユニット80とを有す
る。全体的な制御は、各制御ユニット80に接続される
メインコンピュータによって行なわれる。この代替的な
制御構成は、より費用がかかる一方で、光ファイバスイ
ッチ90が光モニタユニット47、47C間における切
換において挿入損変動を生じさせる傾向が大きいことを
認識するものである。この挿入損変動が0.01dBと
大きい場合、それは、たとえば狭帯域フィルタのような
重要な光学素子にとっては大き過ぎる0.3%の透過測
定誤差を生じさせる。光ファイバスイッチがない場合、
透過測定誤差は0.05%未満であると予測される。
【0034】図6は、図3のオプティカルコーティング
システムの動作のフローチャートである。開始ステップ
100の後、ステップ101によって基板を対応の基板
保持ステーション46、46Cに載置する。次いで、ス
テップ102によってチャンバ40内に真空を生じさ
せ、ステップ103でチャンバ40内の温度を上昇させ
て湿気および他の不純物をベイキングによって飛ばす。
このステップは、チャンバ40の周囲の抵抗加熱素子に
よって行なわれ得る。基板の回転を開始する。ステップ
104によってプラズマユニット41をオンにし、コー
ティング材料の前処理があればそれを行なう。ステップ
105において、堆積されるべき層に対する新たな層パ
ラメータが適用される。この代替的な制御組織実施例で
は、新たなパラメータは各光モニタユニット47、47
Cのための制御ユニット80へ送られる。ステップ10
6でスレーブ基板保持ステーション46に対するシャッ
タ66が開かれ、その一方でマスタ光モニタユニット4
7Cからの許可信号を待つ。次いで、ステップ108で
eビーム蒸着ユニット42が起動され、ステップ109
および111が同時に開始され、換言すれば、対応の基
板20上において堆積されたオプティカル層の所望の厚
みが達成されたかどうかがスレーブ光モニタユニット4
7およびマスタ光モニタユニット47Cによってチェッ
クされる。単一のステップ109および111として示
されるこれらのステップは、実際にはモニタループで実
施される。所望の厚みに達すると、ステップ110によ
ってスレーブ基板保持ステーション46の対応のシャッ
タ66が閉じられる。先に述べたように、マスタ基板保
持ステーション46Cの所望の厚みが、達成されるべき
最後のものである。ステップ112でeビーム蒸着ユニ
ット42を停止させる。判断ステップ113において、
堆積されたオプティカル層が最後の層であるか否かが判
断される。そうでない場合には、別の層の堆積に対し
て、ステップ105〜113が繰返される。最後の層に
達した場合には、ステップ114によってシャットダウ
ンシーケンスが開始される。
【0035】1つの堆積された層から次の堆積される層
への厚みの均一性に対する厳しい要件を満たすため、e
ビームターゲットは各層堆積プロセスの開始において新
しいものでなければならず、換言すれば、以前に使用さ
れたものであってはならない。各層ごとのターゲットに
おけるこの均一性によって、層から層への堆積における
均一性が保証される。これは、eビーム蒸着ユニット4
2が1つしか用いられない場合には、各堆積プロセスが
完了した後にターゲットを変えることによって行なわれ
得る。2つ以上のeビーム蒸着ユニット42がある場合
には、次の堆積層に対しては、新しいターゲットを伴う
第2のユニットが用いられ得る。代替的に、eビーム蒸
着ユニットが多数のターゲットを伴う円形コンベア型で
ある場合には、その円形コンベアを回転させることによ
って、各堆積層サイクルの始まりで新しいターゲットを
提示し得る。
【0036】この結果、この発明は、オプティカルコー
ティングの厚みに対する精密制御を伴う大量生産オプテ
ィカルコーティングシステムを可能にする。
【0037】上記の記載はこの発明の好ましい実施例を
十分かつ完全に開示する一方で、当業者にはさまざまな
修正物、代替的構成、および等価物が明らかである。た
とえば、この発明の特定の実施例はプラズマにより補助
されるeビーム蒸着ユニットをコーティング材料源とし
て記載されているが、他のタイプの蒸着ユニットおよび
スパッタリングユニットを用いてもよい。このように、
この発明の範囲は前掲の特許請求の範囲によってのみ限
定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】先行技術に見られるオプティカルコーティング
システムの真空チャンバの例示的断面図である。
【図2】図1の真空チャンバの光モニタユニットの詳細
図である。
【図3】この発明に従うオプティカルコーティングシス
テムの真空チャンバの例示的断面図である。
【図4】図3のオプティカルコーティングシステムの基
板保持ステーションの図であり、(a)はそのより詳細
な図であり、(b)はその基板保持ステーションにおけ
る回転軸受の構成の詳細図である。
【図5】制御および光モニタサブシステムを含む、図3
のオプティカルコーティングシステムの例示的な図であ
る。
【図6】図3のオプティカルコーティングシステムの動
作のフローチャート図である。
【符号の説明】
40 真空チャンバ 42 オプティカルコーティング材料供給源 46 基板保持ステーション 46C 基板保持ステーション 47 光モニタユニット 47C 光モニタユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フェン・クゥイン・ゾウ アメリカ合衆国、95132 カリフォルニア 州、サン・ホーゼイ、べクスレー・ランデ ィング、1845 (72)発明者 ジン−ジョン・パン アメリカ合衆国、95035 カリフォルニア 州、ミルピタス、ウェストリッジ・ドライ ブ、978

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学素子を形成するよう基板を精密コー
    ティングするための大量生産システムであって、 真空チャンバと、 堆積のためのコーティング材料蒸気を発生させるための
    少なくとも1つのオプティカルコーティング材料供給源
    と、 前記オプティカルコーティング材料供給源からの前記コ
    ーティング材料蒸気の堆積によって前記オプティカルコ
    ーティング材料を受けるよう基板を各々が保持し回転さ
    せる複数のステーションと、 複数の光モニタユニットとを含み、各光モニタユニット
    は、前記ステーションの1つに対応して、前記対応の基
    板上における前記コーティング材料の前記堆積をモニタ
    する、大量生産システム。
  2. 【請求項2】 各光モニタユニットは、 前記対応のステーションの前記基板の或る表面の或る小
    さな部分に向けられる光の供給源と、 前記向けられる光のレシーバとを含み、前記対応の基板
    上における前記オプティカルコーティング材料の前記堆
    積中に前記レシーバが前記光を受光するよう、前記基板
    は前記光源と前記レシーバとの間に設けられる、請求項
    1に記載のオプティカルコーティングシステム。
  3. 【請求項3】 前記光源は、前記コーティングが上に堆
    積される前記基板の前記表面に対し0平均入射角で光を
    向ける、請求項2に記載のオプティカルコーティングシ
    ステム。
  4. 【請求項4】 前記光源は、第1の光ファイバと、前記
    基板の前記表面上に前記第1の光ファイバの一方端から
    の光を合焦させる第1のレンズとを含み、前記レシーバ
    は、第2の光ファイバと、前記基板からの前記向けられ
    た光を前記第2の光ファイバの端部に合焦させる第2の
    レンズとを含む、請求項3に記載のオプティカルコーテ
    ィングシステム。
  5. 【請求項5】 少なくとも1つのステーションは、前記
    対応の光モニタユニットの出力に応答して、前記対応の
    基板上における前記コーティング材料の前記堆積を停止
    させる手段を含む、請求項1に記載のオプティカルコー
    ティングシステム。
  6. 【請求項6】 前記停止手段は、前記コーティング材料
    が前記基板に達するのを防ぐシャッタを含む、請求項5
    に記載のオプティカルコーティングシステム。
  7. 【請求項7】 前記オプティカル材料コーティング供給
    源はスパッタリング源を含む、請求項1に記載のオプテ
    ィカルコーティングシステム。
  8. 【請求項8】 前記オプティカル材料コーティング供給
    源は蒸着源を含む、請求項1に記載のオプティカルコー
    ティングシステム。
  9. 【請求項9】 前記蒸着源はプラズマにより補助される
    eビーム蒸着源を含む、請求項8に記載のオプティカル
    コーティングシステム。
  10. 【請求項10】 前記真空チャンバはベースと頂部とを
    含み、前記オプティカル材料コーティング供給源は前記
    ベース上に取付けられ、オプティカルコーティング材料
    が、第1のステーションに保持される基板上において、
    他のいかなる基板ステーションでの基板上のオプティカ
    ル材料堆積速度よりも遅い速度で堆積されるように、前
    記ステーションは前記頂部上において前記オプティカル
    材料コーティング供給源に対して取付けられる、請求項
    1に記載のオプティカルコーティングシステム。
  11. 【請求項11】 前記真空チャンバは中央軸に対して回
    転するように対称であり、前記ベースの周縁に沿って配
    される複数のオプティカル材料コーティング供給源を含
    み、前記第1のステーションは前記中央軸上にある、請
    求項10に記載のオプティカルコーティングシステム。
  12. 【請求項12】 各ステーションは、前記基板が600
    rpmより大きい速度で回転するよう動作する、請求項
    1に記載のオプティカルコーティングシステム。
  13. 【請求項13】 各ステーションは、前記基板が600
    〜1200rpmの範囲の速度で回転するよう動作す
    る、請求項1に記載のオプティカルコーティングシステ
    ム。
  14. 【請求項14】 真空チャンバと、オプティカルコーテ
    ィング材料のターゲットを有する少なくとも1つの供給
    源と、複数の基板保持ステーションと、各前記ステーシ
    ョンに対応する複数の光モニタユニットとを有するオプ
    ティカルコーティングシステムを動作させる方法であっ
    て、 各ステーションに基板を載置するステップと、 各ステーションによって対応の基板を回転させるステッ
    プと、 前記少なくとも1つの供給源によって、前記オプティカ
    ルコーティング材料のターゲットから蒸気を発生させて
    前記回転する基板上に堆積させるステップと、 各基板上における前記コーティング材料の前記堆積をモ
    ニタするステップと、 前記コーティング材料が前記基板上において所定の厚み
    に達すると、各基板上における前記コーティング材料の
    前記堆積を個別に終了させるステップと、 すべての前記基板上の前記コーティング材料がいつそれ
    ぞれの所定の厚みに達したかを判断するステップと、 前記供給源ステップと、前記堆積モニタステップと、前
    記個別終了ステップと、前記コーティング材料厚み判断
    ステップとを、別のオプティカルコーティング材料で繰
    返すステップとを含む、オプティカルコーティングシス
    テムを動作させる方法。
  15. 【請求項15】 オプティカルコーティング材料の前記
    ターゲットは各供給源ステップにおいて新しいものであ
    る、請求項14に記載の方法。
JP11110773A 1998-04-20 1999-04-19 光学素子を形成するよう基板を精密コ―ティングするための大量生産システムおよびオプティカルコ―ティングシステムを動作させる方法 Pending JPH11342354A (ja)

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