專利名稱：光學薄膜厚度控制方法及裝置，絕緣多層薄膜及制造裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在形成薄膜時控制光學薄膜的薄膜厚度的方法，具體來說，涉及根據光學技術，用于執行該方法的控制薄膜厚度的裝置，以及制造主要用作光學薄膜并可以在形成期間以高精確性控制厚度的絕緣多層薄膜的裝置。光學薄膜已經在各種光學部件或元件中廣泛應用，如波導管、衍射光柵、光發射器、指示器、光存儲器和太陽能電池。具體來說，就用于涉及光學通信的通信技術領域中的密集波分復用設備的光學薄膜而論，使用多層薄膜制造的趨勢已經越來越明顯。相應地，以高精確性控制多層光學薄膜結構中的每一層薄膜的光學薄膜厚度已經變得非常重要。
背景技術：
在薄膜的增長期間測量薄膜的薄膜厚度對于控制沉積速率和薄膜厚度非常重要。就光學薄膜而論，用于確定諸如反射率和透射率之類的光學屬性的光學薄膜厚度(折射率和物理薄膜厚度的乘積)比物理薄膜厚度更有用。因此，廣泛地監視光學薄膜厚度，其做法是根據一種測量薄膜的光學屬性的所謂的光學薄膜厚度控制方法在薄膜的增長期間測量薄膜的光學屬性。光學薄膜厚度控制方法包括單色測光法、二色測光法和多色測光法。在這些光學薄膜厚度控制方法中，最簡單的是單色測光法。
單色測光法涉及使用在正在形成的薄膜的光學薄膜厚度達到λ/4(λ入射單色光的波長)的整數倍時出現的峰值(以及谷底，在下文中，每一個值都分別相當于最大值和最小值)。在開始增長之后在正在形成的薄膜的光學薄膜厚度首次達到λ/4的整數倍時如果在其涂覆表面堆積了正在形成的最新的表面層薄膜的襯底一側的相鄰層的光學薄膜厚度不等于λ/4的整數倍，或者如果包括相鄰層的系統的導納(admittance)不能以數學實數顯示，這樣的峰值并不總是出現。然而，在此類情況下，一旦峰值已經出現，它就會在光學薄膜厚度的增長周期定期出現，與λ/4的整數倍一致。
然而，在單色測光法中，上述涉及使用出現的峰值進行峰值控制的傳統的方法原則上不能避免某種程度的控制精確性的下降，因為在峰值的鄰近處光強度相對于光學薄膜厚度的提高而變化很小。
可以通過使用干涉濾光片來改進精確性，該干涉濾光片的波長稍微不同于用于在光強度顯著變化的峰值鄰近處之外的一個點控制薄膜形成終止的波長。作為這種類型的方法，可以測量作為一種光學屬性的光強度(倒透射率(reciprocal transmittance))，以選擇一種提供增長光學薄膜厚度的高控制精確性的光學相位角區，從而確定薄膜形成終止時間點(例如，參見專利對比文件1)。
另一方面，在專利對比文件2的技術中，例如，通過使用預期的波長來使用傳統的單色測光法。根據此方法，就在測量的光強度(透射率)響應光學薄膜厚度的λ/4的整數倍的增長而形成一個峰值的緊前面獲得的測量的數據組通過最小二乘法回歸到二次函數。可以形成回歸函數的峰值的時間點被預測，以相應地確定薄膜形成終止時間。在優選情況下，時間是預測的點本身，但如果要考慮特定條件，參考預測的點作為時間點基礎來判斷時間。
專利對比文件1Japanese Patent Laid-Open No.S58-140605(第2至3頁，圖1)專利對比文件2Japanese Patent Laid-Open Ne.S63-28862(第2至6頁，圖1和2)發明內容如上文所述，在通信領域形成具有多層的光學薄膜的需求越來越旺盛。具體來說，密集波分復用設備(例如，帶通濾波器)中的多層光學薄膜可能包含100或100以上的層數。可以形成具有交替層的多層結構，包含高折射率的層和低折射率的層，每一層都具有等于λ/4的奇數倍的光學薄膜厚度(對于帶通濾波器，可以通過高折射率層或低折射率層形成一個空腔層，在交替層之間具有λ/4的偶數倍的光學薄膜厚度)。在這種情況下，涉及通過替換與其關聯的監視器襯底控制多層結構中的每一層薄膜的薄膜厚度的普通方法是不實用的，因為需要的處理變得十分復雜。
如此，包含類似于產品薄膜的許多交替層的多層結構可以在監視器襯底上堆積，并可以相應地監視多層結構。然而，在這種情況下，隨著堆積的層數的增多，增長的多層結構的反射率提高，即，它的透射率逐步降低，如此測量的值的可靠性也降低。因此，如果執行上文描述的函數回歸，在二次回歸函數中的峰值鄰近處離開函數曲線繪制透射率的測量值，具體來說，如此，其關聯變得較低。因此，薄膜厚度很難以高精確性加以控制。此外，在精確性方面，還有一個問題，即監視器襯底上要監視的多層結構中的所有構成薄膜是否可以是產品薄膜的各層的準確的復制。
因此，就具有多層的光學薄膜而論，薄膜厚度通常通過直接監視方法進行控制，在該方法中監視產品襯底上堆積的許多交替層本身。圖1顯示了直接監視方法的薄膜厚度控制裝置的示例。如圖1(a)所示，電子槍2和離子槍3并排放置，面對真空室1中的可旋轉的襯底4，光發射器5放置于室1的外面可旋轉的襯底4對面，光發射器5發射出的光沿著可旋轉的襯底4的旋轉軸4a穿過下通光窗口6和上通光窗口7，并由位于室1外面的光接收器8接收。在根據該裝置的薄膜厚度控制中，產品襯底4由驅動馬達9旋轉，一個來自光發射器5的監視單色光通量沿著旋轉軸4a穿過下通光窗口6。在這種狀態下，遮光器(shutter)2a打開，以通過電子槍2在產品襯底4上形成堆積的薄膜。此時，光接收器8檢測由于通過下通光窗口6和上通光窗口7的干擾而產生的光強度的變化。然后，基于光強度的變化控制正在形成的堆積薄膜的薄膜厚度。即，根據專利對比文件1或2中描述的薄膜厚度控制方法判斷薄膜形成終止時間點。然后，由遮光器2a關閉使用電子槍2的薄膜形成過程，以終止薄膜厚度的增長。如此，在產品襯底的中心附近產生具有滿意的光譜特性的絕緣多層薄膜。
然而，還是在這種情況下，隨著堆積的層數的增多，增長的多層結構的反射率提高，即，它的透射率逐步降低，測量值的可靠性也降低，這將導致與監視器襯底的情況相同的缺點。這種影響是嚴重的，特別是在以包含高折射率薄膜λ/4和低折射率薄膜λ/4的大量的交替層制成的窄帶帶通濾波器中。此外，隨著堆積的交替層的數量增大，甚至在峰值和谷底的附近，將繪制一個偏離二次回歸函數的表示發射的光強度變化的曲線，該光強度隨著薄膜厚度的增大而變化，薄膜厚度變得難以以高精確性加以控制。圖2顯示了二次回歸函數的折斷。當發射的光的強度降低時(即，低折射率層L上的高折射率層H是最新的表面層)，并且當發射的光的強度增大時(即，高折射率層H上的高折射率層H是最新的表面層)，二次函數回歸預測的峰值和谷底位置變得顯著不同，這導致嚴重的分散誤差。因此，存在這樣的問題當發射的光的強度降低時，預測的薄膜形成終止時間點太早，而當發射的光的強度增大時，預測的薄膜形成終止時間點太晚。
鑒于此類問題，本發明的一個目的是提供一種以高精確性控制諸如光學薄膜之類的絕緣多層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學薄膜厚度控制裝置，和絕緣多層薄膜制造裝置，和使用該控制裝置或制造裝置制造的絕緣多層薄膜。
為了達到此目的，根據本發明，在形成單層或多層光學薄膜的時段內，入射的單色光(波長λ)通過單層或多層結構傳輸，測量光學薄膜的透射率，透射率的倒數被適當地定義為倒透射率。
這里，從結構的邊界條件(即，電場或磁場的每一個切向分量B或C分別是連續的)，使用單層薄膜的特征矩陣，由下列公式(1)表達系統的導納C/B。
BC=cosθi/NsinθiNsinθcosθ1Y----(1)]]>在此公式中，N表示單層薄膜的折射率，θ表示單層薄膜上不同界面之間的相位差，Y表示襯底系統的透射力。
單層薄膜的透射率T由下列公式(2)表達，其中符號*表示復共軛。
T＝4Y/(B+C)(B+C)*… (2)因此，從公式(1)和(2)推導出下列公式(3)。
T＝4Y/[(1+Y)2+{(Y/N+N)2-(1+Y)2}sin2θ]…(3)這里，假設空氣或真空的折射率是1。
此外，在本發明中，光學相位角θ由下列公式(4)表達，涉及單色光的波長λ和正在堆積的最新增長的表面層薄膜的光學薄膜厚度Nd(N表示薄膜的折射率，d表示薄膜的物理厚度)。
θ＝2πNd/λ …(4)此外，對于最小二乘法，兩個變量的測量的數據組，即，與光學薄膜厚度的增大關聯的表面層薄膜的薄膜增長時間(t)和倒透射率(1/T)，在測量的數據組達到最大值或最小值以便提供下列公式(5)的二次回歸函數之前，被回歸到二次函數，其中A0和B0是常數，tp表示在達到最大值或最小值時薄膜增長時間。
1/T＝A0+B0(t-tp)2…(5)為了達到回歸函數的較高的關聯，期望對在接近函數曲線的最大值或最小值的表面層薄膜的光學薄膜厚度達到等于最大值或最小值的λ/4(λ單色光的波長)的薄膜厚度的最后大約25到10％時的時間點和該時間點之后采樣的測量的數據組執行函數回歸。
同時公式(3)被轉變成下列公式(6)，1/T＝(1+y)2/4Y+{(Y/N+N)2-(1+Y)2}sin2θ/4Y …(6)當最新的表面層薄膜的增長開始時的時間點處的最新的表面層薄膜的透射率T0，以及當它的光學薄膜厚度達到λ/4時的時間點處的最新的表面層的透射率T90分別由下列公式(7)和(8)表達。
T0＝4Y/(1+Y)2…(7)
T90＝4Y/(Y/N+N)2…(8)如果導納Y是實數，那么將從這些公式推導出下列公式(9)。
(1/T0-1/T)/(1/T0-1/T90)＝sin2θ… (9)如此，倒透射率可以表示成只依賴于光學相位角的函數。
基于上文描述的干涉理論，倒透射率每隔相當于單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布，在倒透射率的最大值和最小值的附近，由公式(9)展開式而推導出來的倒透射率的函數(θ作為變量，sin2θ也涉及該函數)可以近似于二次函數。因此，作為當獲得最大或最小光學薄膜厚度時薄膜增長時間的預測值，可以使用二次回歸函數在最大值或最小值時的薄膜增長時間。通過在預測時間終止表面層薄膜的薄膜形成，可以控制光學薄膜厚度到相當于單色光波長的1/4。
這樣的光學薄膜厚度控制方法是簡單的，因為與薄膜產品的結構相同的整個多層結構的光學屬性可以一次地測量，并相應地執行峰值控制。此外，由于峰值預測是基于高關聯的二次函數回歸執行的，因此薄膜厚度可以以高精確性加以控制。
在這種情況下，表面層薄膜的光學薄膜厚度可以基于由如上文所述的公式(9)展開式推導出來的倒透射率的函數計算出來。因此，可以通過預測當達到具有最新的表面層薄膜的沉積速率的光學薄膜厚度的目標值時表面層薄膜的增長時間，將光學薄膜厚度控制到預期的值，沉積速率可以用其時間微分和其時間差分適當定義出。即，要控制的光學薄膜厚度不限于相當于單色光波長的1/4的厚度，而是可以預測任何光學薄膜厚度。
此外，由于隨著光學薄膜的形成所附帶的透射率在產品襯底上測量，可以執行產品薄膜的原地測量，即，最新的表面層薄膜的光學薄膜厚度的直接監視方法。如此，該光學薄膜厚度控制方法在處理過程和它的精確性方面得到進一步的改進。
為了執行上文描述的光學薄膜厚度控制方法，提供了一種光學薄膜厚度控制裝置，該裝置包括薄膜形成設備，該設備具有可旋轉的襯底和薄膜材料源，它們兩者彼此相對，以及一種光電轉換設備，用于檢測以預先確定的間隔沿著半徑施加到可旋轉的襯底的許多單色光束，在襯底和薄膜材料源之間提供了可移動的遮光器，它沿著可旋轉的襯底的半徑的方向移動，以關閉襯底上的薄膜形成。光學薄膜厚度控制裝置的被設計成使可移動的遮光器響應控制器而移動，控制器基于用光電轉換設備檢測的單色光束預測的薄膜增長時間的每一個預測值指明遮光器的動作。如此，可以根據上文描述的光學薄膜厚度控制方法預測當達到計劃的光學薄膜厚度時表面層薄膜的薄膜增長時間。在表面層薄膜上，薄膜形成過程在薄膜已經增長到計劃的光學薄膜厚度的區域內終止，并且薄膜形成過程的這樣的終止是連續地執行的。如此，可以以高精確性控制薄膜厚度，以使薄膜厚度能均勻地分布。
此外，在當前的光學通信市場上，用于DWDM系統的多路復用器/信號分離器中的窄帶帶通濾波器要求一組由ITU-T(國際電信聯盟-電信標準化部門)確定的各種，例如，4、8、16，…，128的中心波長而設計的帶通濾波器。如此，需要同時并大量地制造以各種波長為中心的濾波器。
然而，在圖1所示的多層薄膜制造裝置中，監視單色光通量只沿著旋轉中心軸穿過。因此，直接監視方法只在圖1(b)中的引用數字10表示的中心區域內有效。從引用數字11表示的遠離襯底的中心的襯底區域內提供的光學薄膜產品，由于蒸發分布的波動，產品襯底和蒸發源之間的相對距離的差異，產品襯底表面等等的溫度不均勻，波長屬性等等經常會變化，因此，在直接監視方法中使用的監視波長的屬性不令人滿意。
因此，所應用的穿過襯底的監視單色光通量的位置可能從旋轉中心軸轉移到旋轉襯底區域內的同心圓的圓周上的某一點，在沿著圓周形成的環形帶區形狀區域可以用作直接監視方法的有效區域。然而，在這種情況下，有效的區域面積只能獲得小小的改善。在直接監視方法的監視單色光通量穿過襯底的區域，甚至當正好在最新的表面層之前形成的層的薄膜厚度以較低的精確性控制時，如果下面最新的表面層的終止薄膜形成的時間點可以正好在峰值和谷底加以控制，誤差得到自然地被糾正，誤差也會相應地減少。因此，為了獲得高品質的光學薄膜產品，由于可以給監視區域帶來顯著的優點，放大該區域是非常重要的。
因此，根據本發明的一個絕緣多層薄膜制造裝置的真空室具有薄膜材料源和反應源，每一個源都并排放置以面對可旋轉的襯底，一個絕緣多層薄膜制造裝置包括薄膜沉積速率控制部件，它具有一個開口，用于沿著旋轉襯底圓周的半徑提供一個梯度到所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜沉積速率；薄膜厚度糾正部件，用于糾正所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜厚度，該薄膜沉積速率控制部件和薄膜厚度糾正部件在可旋轉的襯底和薄膜材料源之間提供；光強度測量裝置，用于測量沿著所說的可旋轉的襯底的半徑穿過多個監視點的監視單色光的強度；以及一個控制系統，用于以與沿著所說的半徑的監視點的位置關聯的單色光通量的波長的遞增或遞降的次序排列至少兩個波長的監視單色光通量，以使光通量穿過相應的監視點，并可以響應由所說的光強度測量裝置測量的光強度的變化移動所說的薄膜厚度糾正部件。
在此裝置中，單色光通量以與沿著半徑的監視點的位置關聯的波長的遞增或遞降的次序排列，以使不同波長的監視單色光通量穿過相應的監視點。
這里，nd/λ的值以升序排列，其中λ是穿過可旋轉的襯底上的監視點的監視單色光通量的監視波長，而監視點是從襯底的外周邊到內周邊沿著半徑排列的。在監視單色光通量以這樣的方式排列的情況下，當取決于絕緣多層薄膜的最新的表面層的薄膜厚度的增大的光強度由光強度測量裝置檢測，由薄膜沉積速率控制部件的開口引起的薄膜沉積速率的梯度沿著旋轉襯底圓周的半徑從外周邊到內周邊降低，在向其分配了較短的監視波長的旋轉襯底圓周的外周邊的監視點較早地形成峰值。因此，絕緣多層薄膜的薄膜厚度的增大可以通過響應此情況將薄膜厚度糾正部件從旋轉襯底圓周的外周邊移動到內周邊來加以糾正。即，絕緣多層薄膜的最新的表面層薄膜的薄膜厚度可以高精確性加以控制。此外，由于至少一個波長的單色光用作監視光通量，可以通過用各種監視波長的直接監視方法控制薄膜厚度來制造絕緣多層薄膜。
上文描述的薄膜厚度糾正部件的運動的方向不一定僅限于從旋轉襯底圓周的外周邊到內周邊的方向。nd/λ的值是這樣排列的，以使λ從較長的波長向較短的波長變化，即，以遞降的次序排列，其中λ是穿過可旋轉的襯底上的監視點的監視單色光通量的監視波長，同時監視點是從襯底的外周邊到內周邊沿著半徑排列的。在這種情況下，當取決于絕緣多層薄膜的最新的表面層的薄膜厚度的光強度由光強度測量裝置檢測，薄膜沉積速率控制部件的開口引起的薄膜沉積速率的梯度沿著旋轉襯底圓周的半徑從外周邊到內周邊增大，在向其分配了較短的監視波長的旋轉襯底圓周的內周邊的監視點較早地形成峰值。因此，絕緣多層薄膜的薄膜厚度的不均勻性可以通過響應此情況將薄膜厚度糾正部件從旋轉襯底圓周的內周邊移動到外周邊來加以糾正。
在所說的可旋轉的襯底的半徑的方向上可移動的遮光器用作薄膜厚度糾正部件，通過移動可移動的遮光器沿著半徑以上文描述的遞增或遞降的次序關閉在可旋轉的襯底上的薄膜形成過程。
相應地，為了獲得穿過監視點的不同波長的每一個單色光的以環形帶區形狀形成的相同質量的絕緣多層薄膜，可以在相同的條件下關閉薄膜形成過程。因此，可以大規模地生產各種高品質的絕緣多層薄膜，它們是從環形帶區形狀監視區域獲得的。
此外，通過絕緣多層薄膜制造裝置的控制系統，由光強度測量裝置測量的光強度的變化，是當包括至少一個波長的監視單色光通量在可旋轉的襯底上的絕緣多層薄膜的形成時段內穿過多個監視點中的每一點時首先作為透射率的變化測量的，透射率的倒數被適當地定義為倒透射率。
基于上文描述的干涉理論，倒透射率每隔相當于單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布，在倒透射率的最大值和最小值的附近，由公式(9)展開式而推導出來的倒透射率的函數(依賴于變量θ的以sin2θ表示的函數)可以近似于二次函數。因此，作為達到最大或最小光學薄膜厚度時最新的表面層薄膜的預測時間，可以使用二次回歸函數在最大值或最小值時的薄膜增長時間。表面層薄膜的薄膜形成在預測的時間終止。在此過程中，由于峰值控制是基于高關聯的二次函數回歸執行的，因此達到相當于單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的控制精確性進一步改進。
在這種情況下，表面層薄膜的光學薄膜厚度可以基于由如上文所述的公式(9)的展開式推導出來的倒透射率的函數計算出來。因此，時間微分或時間差分可以作為最新的表面層薄膜的薄膜沉積速率計算出，可以基于薄膜沉積速率預測最新的表面層薄膜達到預先確定的光學薄膜厚度時的時間。如此，可以預測和控制預期的光學薄膜厚度。即，要控制的光學薄膜厚度不限于相當于單色光波長的1/4的厚度，而是可以控制任何光學薄膜厚度。
此外，作為上文描述的制造裝置的備選方案，根據本發明的另一種絕緣多層薄膜制造裝置具有一個用于制造的真空室，該真空室具有薄膜材料源和反應源，每一個源都并排放置以面對可旋轉的襯底，并包括薄膜沉積速率控制部件，它具有一個開口，用于控制所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜沉積速率；薄膜厚度糾正部件，它具有一個開口，用于糾正所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜厚度，薄膜沉積速率控制部件和薄膜厚度糾正部件在所說的可旋轉的襯底和所說的薄膜材料源之間提供；光強度測量裝置，用于測量沿著所說的可旋轉的襯底的半徑穿過許多監視點的監視單色光的強度；以及一個控制系統，用于響應當一種或多種波長中的每一個監視單色光通量穿過所說的監視點時所說的光強度測量裝置測量的光強度的變化來獨立地部分地啟動所說的薄膜厚度糾正部件的開口。
通過此裝置，取決于絕緣多層薄膜的最新的表面層的薄膜厚度的增大的光強度由光強度測量裝置檢測，薄膜厚度糾正部件的開口響應光強度打開或關閉，從而可以糾正絕緣多層薄膜的薄膜厚度的增大。即，絕緣多層薄膜的最新的表面層薄膜的薄膜厚度可以以高精確性加以控制。此外，在此過程中，由于至少一個波長的單色光用作監視光通量，可以通過用各種監視波長的直接監視方法控制薄膜厚度來制造絕緣多層薄膜。
作為部分地并獨立地打開或關閉薄膜厚度糾正部件的控制系統，使用分離式遮光器，它們獨立地打開或關閉沿著同心圓的圓周形成的弧形區域，該圓周是當可旋轉的襯底旋轉時由每一個監視點的蹤跡繪制的。
相應地，為了獲得穿過監視點的不同波長中的每一個單色光通量以每一個弧形形狀形狀的相同質量的絕緣多層薄膜，可以在相同的條件下關閉薄膜形成過程。因此，可以大規模地生產各種高品質的絕緣多層薄膜，它們是從弧形監視區域獲得的。
此外，通過絕緣多層薄膜制造裝置的控制系統，由光強度測量裝置測量的光強度的變化，是當包括至少一個波長的監視單色光通量在可旋轉的襯底上的絕緣多層薄膜的形成時段內穿過許多監視點中的每一點時首先作為透射率的變化測量的，透射率的倒數被適當地定義為倒透射率。
基于上文描述的干涉理論，倒透射率每隔相當于單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布，在倒透射率的最大值和最小值的附近，由公式(9)展開式而推導出來的倒透射率的函數(依賴于變量θ的以sin2θ表示的函數)可以近似于二次函數。因此，作為達到最大或最小光學薄膜厚度時最新的表面層薄膜的預測時間，可以使用二次回歸函數在最大值或最小值時的薄膜增長時間。表面層薄膜的薄膜形成在預測的時間終止。在此過程中，由于峰值控制是基于高關聯的二次函數回歸執行的，因此達到相當于單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的控制精確性進一步改進。
在這種情況下，表面層薄膜的光學薄膜厚度可以基于由如上文所述的公式(9)的展開式推導出來的倒透射率的函數計算出來。因此，通過檢測最新的表面層薄膜達到的預先確定的光學薄膜厚度，可以將薄膜厚度控制到預期的光學薄膜厚度。即，要控制的光學薄膜厚度不限于相當于單色光波長的1/4的厚度，而是可以控制任何光學薄膜厚度。
在兩個絕緣多層薄膜制造裝置中，為了使任何目標都可以選擇而提供的至少兩個不同的材料的噴濺目標用作薄膜形成源。如此，可以選擇預期的目標材料作為絕緣多層薄膜中的每一個構成層的材料，因此，多層薄膜制造也得到改進。
當金屬Ta和金屬Si被用作噴濺目標的不同的材料，可以制造諸如Ta2O5薄膜之類的鉭復合薄膜(它是包括BPF的光學薄膜產品的常見的高折射率層)和諸如SiO2薄膜之類的硅復合薄膜(它是光學薄膜產品的常見的低折射率層)。
當反應源發出反應性的中性基氣體時，當如上文所述的復合薄膜在表面層薄膜上形成時，襯底的溫度的提高被抑制。結果，控制光學薄膜厚度的精確性的下降得到抑制。
此外，使用上文描述的光學薄膜厚度控制裝置或絕緣多層薄膜制造裝置制造的絕緣多層薄膜可以具有精確控制的光學薄膜厚度，因此，它適合于光學薄膜應用。


圖1(a)是用于直接監視方法的傳統的絕緣多層薄膜制造裝置的示意剖面圖；圖1(b)是顯示在圖1(a)中所示的制造裝置中使用的襯底上的光學屬性區的原理性圖表；圖2是顯示根據傳統的光學薄膜厚度控制方法的二次回歸函數的偏差；圖3概要地顯示了根據本發明的光學薄膜厚度控制裝置；圖4是一個光學信號測量圖形，顯示了當由Ta2O5制成的單層薄膜通過使用圖3所示的光學薄膜厚度控制裝置形成時光電二極管檢測的光的8個通道的倒透射率的值；
圖5是一個顯示圖4中的每一個光學信號之間關聯以及當達到光學信號的峰值時的預測時間的圖形，該圖回歸到一個三次函數；圖6(a)是根據本發明的絕緣多層薄膜制造裝置的示意剖面圖；圖6(b)是顯示圖6(a)中的制造裝置中的襯底的頂視圖和監視點的位置；圖6(c)是圖6(a)中所示的制造裝置的頂視圖；圖7(a)是根據本發明的絕緣多層薄膜制造裝置的示意剖面圖；圖7(b)是顯示在圖7(a)中所示的制造裝置中的襯底和分離式(split)遮光器的頂視圖；圖7(c)是圖7(a)中所示的制造裝置的頂視圖；圖8是示例2中的由Ta2O5薄膜(H)和SiO2薄膜(L)構成的多層薄膜的透射率的二次函數回歸和多層薄膜的倒透射率的二次函數回歸之間的精確性比較的圖形；圖9是示例3中制造的由Ta2O5薄膜構成的單層薄膜的透射率的二次函數回歸和單層薄膜的倒透射率的二次函數回歸之間的基于回歸范圍的精確性比較的圖形；圖10顯示了示例4中制造的帶通濾波器的頻譜；圖11是顯示示例5中提供的襯底上的光學屬性區域的原理性圖表；圖12是顯示了示例5中的可移動的遮光器的啟動的圖形；圖13是顯示了示例5中提供的中帶帶通濾波器的光譜透射率屬性的圖形；圖14是顯示了示例6中提供的窄帶帶通濾波器的光譜透射率屬性的圖形；圖15是顯示示例7中提供的抗反射薄膜的光譜反射率屬性的圖形；圖16是顯示示例8中提供的襯底上的光學屬性區域的原理性圖表；圖17是顯示了示例8中提供的中帶帶通濾波器的光譜透射率屬性的圖形；圖18是顯示了示例9中提供的窄帶帶通濾波器的光譜透射率屬性的圖形；以及圖19是顯示示例10中提供的抗反射薄膜的光譜反射率屬性的圖形。
具體實施例方式
圖3概要顯示了執行根據本發明的光學薄膜厚度控制方法的光學薄膜厚度控制裝置。光學薄膜厚度控制裝置包括可調的激光源12、8分支光纖耦合器13、8線(throw)光纖準直器14、噴濺薄膜形成設備15、由InGaAs制成的8線光電二極管16、8通道A/D轉換器17、用于進行數據處理的CPU 18和線性馬達驅動器19。
可調的激光源12通過單模光纖電纜20與光纖耦合器13相連接，光纖耦合器13通過單模光纖電纜21與纖維準直儀14相連接。來自激光源12的光被光纖耦合器13分成八個光束。然后，光纖準直儀14使八個光束彼此平行，然后，光束穿過噴濺薄膜形成設備15的透明窗口22和可旋轉的襯底23到達光電二極管16。用于進行數據處理的CPU18和線性馬達驅動器19通過諸如RS232C之類的輸出/輸入接口31彼此相連接。
噴濺設備15具有連接到真空泵(在圖中未顯示)的排氣口25。在噴濺設備中，由旋轉的驅動機構26驅動的旋轉軸27支持的可旋轉的襯底23和安裝在噴濺陰極(圖中未顯示)上的目標28彼此相對放置。在可旋轉的襯底23和目標28之間提供了可移動的遮光器29，它可以在襯底23的半徑方向上移動。插入在襯底23和目標28之間的此遮光器29能使襯底23上的薄膜形成過程關閉。可移動的遮光器29的運動響應來自線性馬達驅動器19的指示在外部受線性馬達30的控制。
在通過使用薄膜厚度控制裝置執行根據本發明的薄膜厚度控制時，連接到排氣口25的真空泵(圖中未顯示)首先被激活，以使噴濺薄膜形成設備15被激活。然后，可調的激光源12被激活，以用上文描述的八個平行光束照射可旋轉的襯底23。在此狀態中，設備15啟動噴濺薄膜形成。這里，此時間點被定義為薄膜的薄膜形成時間的開始點。
已經穿過襯底23的八個平行光束中的每一個都被光電二極管16轉換成電壓信號。電壓信號被A/D轉換器17轉換成數字信號。數字信號被輸入到用于進行數據處理的CPU18，在那里，信號被回歸到一個二次函數，該函數具有一個定義域，該定義域基于公式(5)相當于薄膜形成時間的70％到90％。
圖4顯示了光電二極管16檢測的八個光學信號的倒透射率的曲線。從圖4可以看出，假設應用到襯底23的平行光束被光電二極管16基于它們相應的感應位置分配了連續的編號(1到8)，即，在襯底23的半徑的方向上從外到內，從形成了80％的薄膜時的時間點大約120秒鐘之后八個平行光束以此順序達到峰值(最大值)。這里，倒透射率曲線達到峰值的時間點可以被視為正在形成的薄膜具有預期的光學薄膜厚度的時間點。
圖5是一個顯示了平行光束1到8的感應位置和預測峰值時間之間的關系的圖形，假設圖4中的光束1達到峰值的時間是零點。該圖形中的實線是從回歸推導到平行光束1到8(感應位置編號)和它們相應的預測的峰值時間(峰值位置)之間的關聯的三次函數。回歸函數按如下方式表示y＝-0.0227x3+0.4204x2+1.8345x-2.1685…(10)公式(10)的微分提供了下面的公式(11)。
y＝0.681x2+0.8408x+1.8345…(11)公式(11)用作馬達驅動器的速率的函數。基于該函數，圖3所示的可移動的遮光器29在襯底23的半徑的方向上向內移動，以逐步關閉襯底23的薄膜形成區域上的薄膜形成。
襯底23上的薄膜的光學薄膜厚度可以如此加以控制以確保薄膜厚度的均勻性。
圖6(a)是根據本發明的第一方面的絕緣多層薄膜制造裝置的示意剖面圖。參看圖6，在真空室61中，噴濺目標單元62是薄膜形成源，離子槍單元63是反應源，它們并排放置以面對可旋轉的襯底64。光發射器65放置在可旋轉的襯底64的上方和室61的外面。來自8通道光發射器65的八個平行單色光通量穿過上通光窗口66、可旋轉的襯底64和下通光窗口67，并由位于室61外面的8通道光接收器68接收。
由光接收器68接收到的八個單色光通量通過由圖形中的虛線所示的電信號線、8通道前置放大器69、8通道A/D轉換器70和數字信號處理器(DSP)71與計算機72相連接。計算機72計算達到預期的薄膜厚度時的預測時間并通過基于計算出的預測時間指明薄膜形成過程終止來控制薄膜厚度，預測時間可以被視為薄膜形成過程的終止時間點。
噴濺目標單元62具有一個Ta目標74和一個Si目標15，它們可以由旋轉的機構73在垂直位置上顛倒。目標74和75分別具有保護層74a和75a，噴濺氣體管道76刺入由每一個保護層74a、75a環繞的空間。目標74、75中的一個(其位于另一個的上方)通過固定的開口77面對可旋轉的襯底64，開口77是薄膜沉積速率控制部件。離子槍單元63由ECR離子槍79構成，具有反應性的氣體管道78穿到它上面。
可旋轉的襯底64由驅動馬達80旋轉，在可旋轉的襯底64和噴濺目標單元62之間提供了一個可移動的遮光器81，它是一個薄膜厚度糾正部件。
下面將比較詳細地描述可旋轉的襯底64和噴濺目標單元62之間的結構。如圖6(b)所示，在襯底64上，沿著襯底64的半徑提供了八個監視單色光通量的通過點(監視點)82到89。這里，穿過監視點的監視光通量以這樣的順序排列，使得波長從監視點82到監視點89越來越長。
圖6(c)是包括此襯底64的裝置61的頂視圖。在此圖中，噴濺目標74、75(圖中未顯示)放置在底部，具有固定開口77的平面盤77a放置在噴濺目標的上方，可移動的遮光器81放置在平面盤77a的上方，可旋轉的襯底64放置在可移動的遮光器81上方。上文描述的固定開口77用于控制在襯底64的監視區域上形成的薄膜的薄膜沉積速率。在此實施例中，固定開口77沿著旋轉襯底圓周的一個弧形形成一個扇形區，以便旋轉襯底圓周的外邊緣處的薄膜沉積速率比它的內邊緣的薄膜沉積速率高。通過由位于裝置外面的驅動馬達81a驅動的進給螺桿(圖中未顯示)的操作，具有弧形尖頭邊緣的可移動的遮光器81線性地沿著具有監視單色光通量的通過點82到89(圖中未顯示)的旋轉襯底圓周的半徑移動。此操作能使可移動的遮光器81關閉通過固定開口77執行的薄膜形成過程。可移動的遮光器81的線性運動根據來自計算機72的與光接收器68關聯的指令從裝置的外面進行控制。
當圖6(a)所示的絕緣多層薄膜制造裝置執行薄膜厚度控制時，將通過真空泵(圖中未顯示)的操作在室61中達到預先確定的壓力狀態。然后，產品襯底64由驅動馬達80進行旋轉。然后，來自光發射器65的八個監視單色光通量被強迫通過上通光窗口66、可旋轉的襯底64和下通光窗口61穿過光接收器68。這里，八個監視單色光束包括四組兩通道單色光束，這四組單色光束具有不同的監視波長，并且每一組兩通道都具有相同的波長。可移動的遮光器81被放在固定開口77的外面，以使可旋轉的襯底64和Ta目標74或Si目標75彼此相對而無任何阻攔。氬氣通過噴濺氣體管道76被注入目標74或75的附近，以及提供預先確定的陰極功率以開始噴濺薄膜形成。在此過程中，包含氧氣和氬氣的混合氣體被注入ECR離子槍79以使ECR離子槍79釋放中性基氧，從而使堆積在襯底64上的包括Ta或Si的金屬核素氧化。
通過有選擇地采用Ta目標74和Si目標75中的一個，在產品襯底64上形成包括具有高折射率的Ta2O5薄膜和具有低折射率的SiO2薄膜的交替多層薄膜。如上文所述，以高精確性控制交替多層薄膜的每一個構成層的光學薄膜厚度是非常重要的。
因此，目標74或75形成噴濺薄膜時的時間點被定義為提高薄膜厚度所需要的薄膜形成時間的開始點。作為上文描述的四個監視波長的平行光通量的八個監視單色光束-每一個光束都被分配到其中兩個光通量，這些光束穿過可旋轉的襯底64，然后由光接收器68接收。然后，每一個單色光束被8通道前置放大器69轉換成電壓信號。電壓信號被8通道A/D轉換器70轉換成數字信號。數字信號被輸入到DSP71，在那里，信號被回歸到一個二次函數，該函數的定義域基于公式(5)是薄膜形成時間的80％以外的時段。
有關當達到預期的薄膜厚度時的預測時間，該時間作為每一個監視波長的監視區域的薄膜形成終止時間點而獲得，計算機72命令可移動的遮光器81移動，以使它的尖頭部分覆蓋在其中薄膜形成將要終止的監視區域中的監視點。如此，該監視區域的薄膜形成被關閉。
根據本發明，由于控制薄膜沉積速率和監視波長的布局的扇形的固定開口77，旋轉襯底圓周的外邊緣上的監視點較早地達到峰值。因此，速率由計算機72的指令控制的可移動的遮光器81從旋轉襯底圓周的外邊緣向內邊緣方向移動。
一旦所有監視波長的監視區域上的薄膜形成用這種方式終止，目標單元62中在較低位置處于空閑狀態的目標75或74被提升到較高的位置，用于形成下一表面層薄膜。然后，以如上文所述的相同方式執行下一薄膜形成。通過重復這樣的峰值控制過程，每一監視區域上的層疊都獨立地完成。
另一方面，隨時間變化的光學薄膜厚度可以從最初的透射率、當達到下一個峰值時獲得的透射率和薄膜形成過程中的透射率計算出。此外，薄膜沉積速率可以從光學薄膜厚度的微分或按固定間隔計算出的光學薄膜厚度之間的差異獲得。
即，轉換從公式(6)推導出來的公式(9)提供下面的公式(12)。 例如，如果監視波長是1550nm，薄膜形成將要終止時預期的光學薄膜厚度是580nm，薄膜形成將要終止時的相位差表示成θ＝2π*(光學薄膜厚度)/(監視波長)＝134.7(度)。假設計算出的速率(光學薄膜單位)是1.2nm/sec(＝0.2787度/秒)，當前光學薄膜厚度是500nm(＝116.13度)，則到結束點的剩余的時間X(秒)由下面的公式(13)表示。
134.7＝116.13+0.2787*X… (13)如此，時間X被確定為X＝66.63秒。即，不僅峰值控制而且任何光學薄膜厚度的計算都可以提供薄膜形成過程的終止時間點。
有關當達到預期的薄膜厚度時的預測時間，該時間作為每一個監視波長的監視區域的薄膜形成終止時間點而獲得，計算機72命令可移動的遮光器81移動，以使它的尖頭部分覆蓋在其中薄膜形成將要終止的監視區域中的監視點。如此，該監視區域的薄膜形成被關閉。
一旦所有監視波長的監視區域上的薄膜形成用這種方式終止，目標單元62中在較低位置處于空閑狀態的目標75或74被提升到較高的位置，用于形成下一表面層薄膜。然后，以如上文所述的相同方式執行下一薄膜形成。通過重復這樣的任何薄膜形成過程，每一監視區域上的層疊都獨立地完成。
圖7(a)是根據本發明的第二方面的絕緣多層薄膜制造裝置的示意剖面圖。請參看圖7，在真空室91中，噴濺目標單元92是薄膜形成源，離子槍單元93是反應源，它們并排放置以面對可旋轉的襯底94。光發射器95放置在可旋轉的襯底94的上方和室91的外面。來自8通道光發射器95的八個平行單色光通量穿過上通光窗口96、可旋轉的襯底94和下通光窗口97，并由位于室91外部的8通道光接收器98接收。
由光接收器98接收到的八個單色光通量通過圖形中的虛線顯示的電信號線、8通道前置放大器99、8通道A/D轉換器100和數字信號處理器(DSP)101與計算機102相連接。計算機102計算達到預期的薄膜厚度時的預測時間并通過基于計算出的預測時間指明薄膜形成過程終止來控制薄膜厚度，預測時間可以被視為薄膜形成過程的終止時間點。
噴濺目標單元92具有一個Ta目標104和一個Si目標105，它們可以由旋轉的機構103在垂直位置上顛倒。目標104和105分別具有保護層104a和105a，噴濺氣體管道106刺入由每一個保護層104a、105a環繞的空間。目標104、105中的一個(其位于另一個的上方)通過固定的開口107面對可旋轉的襯底94。離子槍單元93由ECR離子槍109構成，該離子槍具有反應性的氣體管道108穿到它上面。
可旋轉的襯底94由驅動馬達110旋轉，在可旋轉的襯底94和噴濺目標單元92之間提供了可變的開口111a、111b，它們是薄膜沉積速率控制部件，以及分離式遮光器112到115，它們是薄膜厚度糾正部件。
下面將比較詳細地描述可旋轉的襯底94和噴濺目標單元92之間的結構。如圖7(b)所示，在襯底94的附近提供的分離式遮光器112、113、114和115分別通過驅動軸112a、113a、114a和115a獨立地啟動，并被配置為打開或關閉沿著同心圓的圓周形成的弧形開口區域，圓周是由襯底94上的八個監視單色光通量的每一個通過點(監視點)116a到116h的蹤跡繪制的。
圖7(c)是包括襯底94和分離式遮光器112到115的裝置91的頂視圖。在此圖中，噴濺目標104、105(圖中未顯示)放置在底部，具有固定開口107的平面盤107a放置在噴濺目標的上方，可變的開口111a和111b放置在平面盤的上方，可旋轉的襯底94放置在分離式遮光器上方。上文描述的固定開口107用于控制蒸發的材料分布，以提供范圍更廣泛的光學屬性。開口可以是可變的開口。可變的開口111a、111b用于降低薄膜沉積速率，以便在薄膜形成過程幾乎要結束時以高精確性控制薄膜厚度。可變的開口替換噴濺目標104、105，因為通過調整噴濺目標的輸出降低薄膜沉積速率不會提供直接的效果并需要比較長的時間，從而導致生產效率降低。即，薄膜形成過程最初是以較高的薄膜沉積速率執行的，而當薄膜形成過程幾乎要結束時，通過減少可變的開口111a、111b的開口度數以降低薄膜沉積速率，薄膜厚度可以得到精確的控制。分離式遮光器112、113、114和115分別通過驅動軸112a、113a、114a和115a獨立地縮回或延伸，以打開或關閉沿著同心圓的圓周形成的弧形開口區域，從而關閉開口區域上的薄膜形成過程，圓周是由襯底94上的監視單色光通量的每一個通過點(圖中未顯示)116a到116h的蹤跡繪制的。可變的開口111a、111b的開口的度數和分離式遮光器的打開/關閉根據來自計算機102的與光接收器98關聯的指令從裝置的外部進行控制。
當圖7(a)所示的絕緣多層薄膜制造裝置執行薄膜厚度控制時，將通過真空泵(圖中未顯示)的操作在室91中達到預先確定的壓力狀態。然后，產品襯底94由驅動馬達110進行旋轉。然后，來自光發射器95的八個監視單色光通量通過上通光窗口96、可旋轉的襯底94和下通光窗口97穿過光接收器98。這里，八個監視單色光束包括四組兩通道單色光束，這四組單色光束具有不同的監視波長，并且每一組兩通道單色光束都具有相同的波長。可變的開口111a、111b的開口的預先確定的度數保持分離式遮光器112到115完全打開，以使可旋轉的襯底94和Ta目標104或Si目標105彼此相對而無任何阻攔。氬氣被通過噴濺氣體管道106注入目標104或105的附近，以及提供預先確定的陰極功率以開始噴濺薄膜形成。在此過程中，包含氧氣和氬氣的混合氣體被從反應性的氣體管道108注入ECR離子槍109以使ECR離子槍109釋放中性基氧，從而使堆積在襯底94上的包括Ta或Si的金屬核素氧化。
通過有選擇地采用Ta目標104和Si目標105中的一個，在產品襯底94上形成包括具有高折射率的Ta2O5薄膜和具有低折射率的SiO2薄膜的交替多層薄膜。如上文所述，以高精確性控制交替多層薄膜的每一個構成層的光學薄膜厚度是非常重要的。
因此，目標104或105形成噴濺薄膜時的時間點被定義為提高薄膜厚度所需要的薄膜形成時間的開始點。作為上文描述的四個監視波長的平行光通量的八個監視單色光束-每一個光束都被分配到其中兩個光通量，這些光束穿過可旋轉的襯底94，然后由光接收器98接收。然后，每一個單色光束被8通道前置放大器99轉換成電壓信號。電壓信號被8通道A/D轉換器100轉換成數字信號。數字信號被輸入到DSP101，在那里，信號被回歸到一個二次函數，該函數的域基于公式(5)是從可變的開口被激活時的時間點開始的薄膜形成時間。
有關作為當達到預期的薄膜厚度時的預測時間的對應于二次回歸函數的最大值或最小值的薄膜形成時間，計算機102命令分離式遮光器112到115關閉，從而關閉弧形監視區域的薄膜形成過程。
一旦所有監視波長的監視區域上的薄膜形成用這種方式終止，目標單元92中在較低位置處于空閑狀態的目標105或104被提升到較高的位置，用于形成下一表面層薄膜。然后，以如上文所述的相同方式執行下一薄膜形成。通過重復這樣的過程，每一監視區域上的層疊都獨立地完成。
在示例1到4中，將討論使用圖3所示的執行根據本發明的控制方法的光學薄膜厚度控制裝置獲得的光學薄膜的光學薄膜厚度的控制的精確性。
在圖3所示的薄膜厚度控制裝置中，未分支的一個入射光束(波長λ1552nm)被入射到襯底，可移動的遮光器29的運動被終止。在此狀態下，在襯底23上通過噴濺形成Ta2O5的單層薄膜。假設Ta2O5薄膜是高折射率層，其中Ta2O5薄膜的光學薄膜厚度是λ/4的狀態由字符“H”表示，在玻璃襯底上形成了一個H單層薄膜和一個HH單層薄膜。在形成過程中，當形成H單層薄膜時，嘗試預測當測量的透射率達到谷底(二次回歸函數中的最小值)時的薄膜增長時間，當形成HH單層薄膜時，嘗試預測當測量的透射率達到峰值(二次回歸函數中的最大值)時的薄膜增長時間。
這里，上文描述的谷底和峰值與測量的透射率的變化相關。應該注意的是，如果要基于透射率計算出倒透射率，那么谷底和峰值需要以相反的方式加以處理。為避免任何混淆，在此示例中一致地認為，谷底和峰值與透射率相關。對于下面的示例，相同的道理也正確。
假設Ta2O5的沉積速率是0.17nm/sec，使用在從當正在形成的Ta2O5薄膜的光學薄膜厚度達到λ/4的80％時到相對于實際的峰值或谷底前面2秒鐘的時這一時間段內獲得的測量的數據組，數據組被輸入到用于進行數據處理的CPU18并回歸到基于公式(5)的倒透射率的二次函數。
然后，以這樣的方式執行檢查，即使在峰值或谷底之后確定的峰值或谷底處的薄膜增長時間的確定值，與從二次回歸函數推導出的峰值或谷底處的薄膜增長時間的預測值進行比較。繪制通過從上述確定值執行檢查10次獲得的平均值可以視為平均誤差，且該平均誤差和標準偏差在下表1中顯示。
在此示例中，對在實際的峰值或谷底之前2秒鐘獲得的測量數據組執行回歸。然而，已經確認，在實際的峰值或谷底之前30秒鐘獲得的測量數據組提供相同的結果。
谷底處的H單層薄膜的薄膜增長時間和峰值處的HH單層薄膜的薄膜增長時間是以與示例1中的相同方式進行預測的，只是回歸函數是透射率的二次函數。在此示例中獲得的平均誤差和標準偏差在下表1中顯示。


從表1可以看出，只有在預測谷底處的H單層薄膜的薄膜形成時間時比較的示例1提供比示例1更準確的值。然而，在其他所有的情況下，回歸函數是倒透射率的函數的示例1提供了比比較的示例1更高的精確性。
使用光學薄膜厚度控制裝置，該裝置與圖3所示的示例1中的裝置相同，只是噴濺設備被替換為反應性的噴濺設備，在玻璃襯底(BK7)上形成各種多層薄膜。多層薄膜中的每一個薄膜都由為高折射率層(H)的Ta2O5薄膜和為低折射率層(L)的SiO2薄膜的交替層組成，對于每一個多層薄膜，預測當達到峰值或谷底時的薄膜增長時間。使用的多層薄膜如下。在交替層之后描述的字符(P)和(B)分別表示預測的時間是達到峰值時的時間，并且預測的時間是達到谷底時的時間。
H(B)，HH(P)，HL(P)，HLL(B)，HLH(B)，HLHH(P)，HLHL(P)，HLHLL(B)，HLHLH(B)，HLHLHH(P)，HLHLHL(P)，HLHLHLL(P)，HLHLHLH(B)，HLHLHLHH(P)在此示例中，假設Ta2O5的沉積速率是0.17nm/sec，使用在從當正在形成的Ta2O5薄膜的光學薄膜厚度達到λ/4的85％時到相對于實際的峰值或谷底前面2秒鐘時的這一時間段內獲得的測量的數據組。數據組被輸入到用于進行數據處理的CPU18并回歸到基于公式(5)的倒透射率的二次函數。
圖8中標注為“示例2”的圖形顯示了在水平軸上繪制的多層薄膜的層布局和在垂直軸上繪制的它的回歸誤差(圖8中的平均誤差)之間的關聯。
峰值或谷底處的示例2中的每一個多層薄膜的薄膜增長時間是以與示例2中的相同方式進行預測的，只是回歸函數是透射率的二次函數。使用的數據是通過執行檢查10次獲得的。圖8中標注為“比較的示例2”的圖形顯示了在水平軸上繪制的多層薄膜的層布局和在垂直軸上繪制的它的回歸誤差之間的關聯。
示例2和比較的示例2之間的比較顯示了下面的事實。在比較的示例2中，即，如果回歸函數是透射率的二次函數，則對于由較小數量的層數構成的多層薄膜，所繪制的圖與在峰值或谷底處的薄膜增長時間的確定值(位于平均誤差為0秒鐘的線上的值)的偏差比較小。然而，對于由比較大的數量的層數構成的多層薄膜，在透射率增大之后出現的峰值處的薄膜增長時間的預測值的誤差變大。
此外，在示例2中，即，如果回歸函數是倒透射率的二次函數，則對于每一個多層薄膜，可以保持較高的精確性和穩定性。
不是形成示例2中的各種多層薄膜，而是使用示例2中的反應性的噴濺裝置形成由Ta2O5薄膜構成的單層薄膜，以相同的光學薄膜厚度控制方法預測達到峰值或谷底時的薄膜增長時間。
在此示例中，使用了當正在形成的Ta2O5薄膜的光學薄膜厚度達到λ/4的預先確定的百分比(70到90％)范圍內一個特定值時和此時之后獲得的測量數據組。數據組被輸入到用于進行數據處理的CPU18并回歸到基于公式(5)的倒透射率的二次函數，而使用二次回歸函數進行預測。
在圖9中，回歸誤差繪制左側垂直軸上，回歸起點(λ/4的70到90％的特定長度)繪制在水平軸上，圖9中的標注為“示例3-1E”的圖形顯示了當在谷底處執行預測時產生的屬性，標注為“示例3-2E”的圖形顯示了當在峰值處執行預測時產生的屬性。
圖9是在右側垂直軸上繪制了標準偏差的組合圖形。在此圖形中，示例3-1E中的預測時間處的標準偏差被標注為“示例3-1σ”，示例3-2E中的預測時間處的標準偏差被標注為“示例3-2σ”。
薄膜增長時間是以示例3中的相同方式進行預測的，只是在回歸中使用了透射率的二次回歸函數。圖9中的標注為“比較的示例3-1E”的圖形顯示了當在谷底處執行預測時產生的屬性，圖9中的標注為“比較的示例3-2E”的圖形顯示了當在峰值處執行預測時產生的屬性。
此外，在圖9中，比較的示例3-1E中的預測時間處的標準偏差被標注為“比較的示例3-1σ”，比較的示例3-2E中的預測時間處的標準偏差被標注為“比較的示例3-2σ”。
示例3和比較的示例3之間的比較表明，在兩個示例中，如果回歸起點接近于峰值或谷底(回歸起點接近于100％)，精確性變得更高，雖然標準偏差變得較大，且離散增大。具體來說，在比較的示例3(比較的示例3-2E)中峰值處的預測中，沒有提供足夠的精確性。
已經證明，在使用了示例3中的倒透射率的二次回歸曲線的情況下，回歸有望在λ/4的75到90％的范圍內的一個點開始。
根據圖3所示的光學薄膜厚度控制裝置執行的薄膜厚度控制方法準備了一個BPF(帶通濾波器)。該帶通濾波器是一個7空腔帶通濾波器，包括由Ta2O5薄膜(H)和SiO2薄膜(L)組成的交替155層。帶通濾波器是按如下方式排列的。
空氣|ARC|HLHLHLHL2HLHLHLHLHLHLHLHLHL0.39H0.2065L(A)0.39H(B)L2HL0.39H0.2065L(A)0.39H(B)LHLHLHLHLHLHLHLHLHL2HLHLHLHLHLHLHLHLHLHLHL2HLHLHLHLHLHLHLHLHLHLHL2HLHLHLHLHLHLHLHLHLHL0.39H0.2065L(A)0.39H(B)L2HL0.39H0.2065L(A)0.39H(B)LHLHLHLHLHLHLHLHL2HLHLHLHLH|玻璃在此布局中，分配到Ta2O5薄膜的索引“B”表示它的沉積速率是由通過倒透射率的轉換獲得的光學薄膜厚度的時間微分計算出的，而不是通過峰值或谷底控制的二次函數回歸計算出來的，薄膜形成是通過任何薄膜厚度控制方法基于沉積速率預測薄膜形成終止時間點來終止的。
在該布局中，分配到SiO2薄膜的索引“A”表示噴濺速率是以前設置的，它的薄膜厚度是基于沉積時間來控制的。
如此獲得的帶通濾波器的薄膜厚度是在這樣的條件下控制的，即使用了1552nm的監視波長，在它的后部表面上使用了直徑為300mm并具有ARC(抗反射涂層)的玻璃盤，發射光測量傳感器(圖3中的光電二極管16中的傳感器)放置在從距離盤的外周圍10mm遠固定間隔10mm的八個點上。
帶通濾波器具有如圖10所示的光譜，且已經確認，帶通濾波器是在整個監視范圍內具有滿意的屬性的絕緣薄膜。
現在，在示例5到7中，將討論圖6中所示的執行根據本發明的控制方法的絕緣多層薄膜制造裝置提供的光學薄膜產品的光學薄膜厚度的控制的精確性。
由圖6中的絕緣多層薄膜制造裝置準備了中帶帶通濾波器，該該中帶帶通濾波器包括一疊由為高折射率層的Ta2O5薄膜和為低折射率層的SiO2薄膜組成的交替層，所有構成層的光學薄膜厚度是λ/4(λ監視波長)的整數倍。使用的監視波長是1552.52nm、1554.12nm、1555.72nm和1552.32nm。光學薄膜是按如下方式排列的。
帶有抗反射涂層的玻璃產品襯底(BK7)|(HL)3L(HL)6L(HL)6L(HL)3|空氣對于低折射率層，折射率的設計值被設置為1.444，對于高折射率層，為2.08，對于產品襯底(BK7)，為1.5。
請參看圖6(b)，在距離直徑為300mm的產品襯底64的外周圍向內5mm的位置處設置了與監視單色光束通道1關聯的監視點82。從監視點82在朝向旋轉襯底圓周的中心的方向上每隔10mm間隔的位置分別設置了與通道2到8關聯的監視點83到89。
在從相當于圖6中的光發射器65的可調的激光源發出的八個單色光通量中，通道1和2被分配到監視波長為1552.52nm的單色光通量，通道3和4被分配到監視波長為1554.12nm的單色光通量，通道5和6被分配到監視波長為1555.72nm的單色光通量，通道7和8被分配到監視波長為1557.32nm的單色光通量。對于光接收器68接收到的光通量，透射率是由DSP71計算出的。使用計算出的透射率，在透射率曲線的峰值附近執行二次函數回歸，從而計算出當達到峰值時的預測時間。該預測時間被認為是薄膜形成過程的終止時間點。
圖11顯示了通過反復地執行上文描述的過程獲得的產品襯底64上的屬性分布。如圖11所示，寬度大約為10mm的每一個環形帶狀區域90到93具有一致的光學屬性。
圖12是顯示了響應薄膜形成終止時間點的指示可移動的遮光器81的運動的圖形，該指示是通過在第三層上的峰值控制獲得的，第三層是低折射率層。從該圖形中可以看出，可移動的遮光器81受到控制，以便以可變的速率在從旋轉襯底圓周的外周圍到內周圍的方向上移動。
圖13顯示了襯底上的與通道1到8關聯的監視區域的光譜透射率屬性。可以看出，提供了作為中帶帶通濾波器的滿意的光學產品。
由圖6中的絕緣多層薄膜制造裝置準備了中帶帶通濾波器，該中帶帶通濾波器包括一疊由為高折射率層的Ta2O5薄膜和為低折射率層的SiO2薄膜組成的交替層，所有構成層的光學薄膜厚度是λ/4(λ監視波長)的整數倍。使用的監視波長是1552.52nm、1553.32nm、1554.12nm和1554.92nm。光學薄膜是按如下方式排列的帶有抗反射涂層的玻璃產品襯底(BK7)|(HL)8L(HL)16L(HL)16L(HL)8|空氣對于低折射率層，折射率的設計值被設置為1.444，對于高折射率層，為2.08，對于產品襯底(BK7)，為1.5。
請參看圖6(b)，在距離直徑為300mm的產品襯底64的外周圍向內5mm的位置處設置了與監視單色光束通道1關聯的監視點82。從監視點82在朝向旋轉襯底圓周的中心的方向上每隔10mm間隔的位置處分別設置了與通道2到8關聯的監視點83到89。
在從相當于圖6中的光發射器65的可調的激光源發出的八個單色光通量中，通道1和2被分配到監視波長為1552.52nm的單色光通量，通道3和4被分配到監視波長為1553.32nm的單色光通量，通道5和6被分配到監視波長為1554.12nm的單色光通量，通道7和8被分配到監視波長為1554.92nm的單色光通量。對于光接收器68接收到的光通量，倒透射率是從由DSP71計算出的透射率計算的。使用計算出的倒透射率，在倒透射率曲線的峰值附近執行二次函數回歸，從而計算出當達到峰值時的預測時間。該預測時間被認為是薄膜形成過程的終止時間點。
圖14顯示了襯底上的與通道1到8關聯的監視區域的光譜透射率屬性。可以看出，提供了作為中帶帶通濾波器的滿意的光學產品。
圖6中的絕緣多層薄膜制造裝置準備了抗反射薄膜，該抗反射薄膜包括由為高折射率層的Ta2O5薄膜和為低折射率層的SiO2薄膜組成的交替層，第一和第二層的光學薄膜厚度不是λ/4(λ監視波長)的整數倍，最后的表面層(第二層)的薄膜形成終止時間點由峰值控制進行預測。使用的監視波長是1550nm、1555nm、1560nm和1565nm。光學薄膜是按如下方式排列的帶有抗反射涂層的玻璃產品襯底(BK7)|0.35H，1.288L|空氣對于低折射率層，折射率的設計值被設置為1.444，對于高折射率層，為2.08，對于產品襯底(BK7)，為1.5。
請參看圖6(b)，在距離直徑為300mm的產品襯底64的外周圍向內5mm的位置處設置了與監視單色光束通道1關聯的監視點82。從監視點82在朝向旋轉襯底圓周的中心的方向上每隔10mm間隔的位置處分別設置了與通道2到8關聯的監視點83到89。
在從相當于圖6中的光發射器65的可調的激光源發出的八個單色光通量中，通道1和2被分配到監視波長為1550nm的單色光通量，通道3和4被分配到監視波長為1555nm的單色光通量，通道5和6被分配到監視波長為1560nm的單色光通量，通道7和8被分配到監視波長為1565nm的單色光通量。對于光接收器68接收到的光通量，倒透射率是從由DSP71計算出的透射率計算的。對于第一層，倒透射率用于預測0.35H的薄膜形成終止時間點，對于第二層，在倒透射率曲線的峰值附近執行二次函數回歸，以計算出當達到峰值時的預測時間，該預測時間被認為是薄膜形成過程的終止時間點。
圖15顯示了襯底上的與通道1到8關聯的監視區域的光譜反射率屬性。可以看出，提供了作為抗反射薄膜的滿意的光學產品。
接下來，在下面的示例8到10中，將討論圖7中所示的執行根據本發明的控制方法的絕緣多層薄膜制造裝置提供的光學薄膜產品的光學薄膜厚度的控制的精確性。
由圖7中的絕緣多層薄膜制造裝置準備了中帶帶通濾波器，該中帶帶通濾波器包括一疊由是高折射率層的Ta2O5薄膜和是低折射率層的SiO2薄膜組成的交替層，所有構成層的光學薄膜厚度是λ/4(λ監視波長)的整數倍。使用的監視波長是1552.52nm、1554.12nm、1555.72nm和1557.32nm。光學薄膜是按如下方式排列的帶有抗反射涂層的玻璃產品襯底(BK7)|(HL)3L(HL)6L(HL)6L(HL)3|空氣對于低折射率層，折射率的設計值被設置為1.444，對于高折射率層，為2.08，對于產品襯底(BK7)，為1.5。
請參看圖7(b)，在距離直徑為300mm的產品襯底94的外周圍向內5mm的位置處設置了與監視單色光束通道1關聯的監視點116a。從監視點116a在朝向旋轉襯底圓周的中心的方向上每隔10mm間隔的位置處分別設置了與通道2到8關聯的監視點116b到116h。
在從相當于圖7中的光發射器95的可調的激光源發出的八個單色光通量中，通道1和2被分配到監視波長為1552.52nm的單色光通量，通道3和4被分配到監視波長為1554.12nm的單色光通量，通道5和6被分配到監視波長為1555.72nm的單色光通量，通道7和8被分配到監視波長為1557.32nm的單色光通量。對于光接收器98接收到的光通量，透射率是由DSP101計算出的。使用計算出的透射率，在透射率曲線的峰值附近執行二次函數回歸，從而計算出當達到峰值時的預測時間。該預測時間被認為是薄膜形成過程的終止時間點。圖16顯示了通過反復地執行該過程獲得的產品襯底94上的屬性分布。如圖16所示，寬度大約為10mm的每一個環形帶狀區域117到120具有一致的光學屬性。
圖17顯示了襯底上的與通道1到8關聯的監視區域的光譜透射率屬性。可以看出，提供了作為中帶帶通濾波器的滿意的光學產品。
由圖7中的絕緣多層薄膜制造裝置準備了中帶帶通濾波器，該中帶帶通濾波器包括一疊由是高折射率層的Ta2O5薄膜和是低折射率層的SiO2薄膜組成的交替層，所有構成層的光學薄膜厚度是λ/4(λ監視波長)的整數倍。使用的監視波長是1552.52nm、1553.32nm、1554.12nm和1554.92nm。光學薄膜是按如下方式排列的帶有抗反射涂層的玻璃產品襯底(BK7)|(HL)8L(HL)16L(HL)16L(HL)8|空氣對于低折射率層，折射率的設計值被設置為1.444，對于高折射率層，為2.08，對于產品襯底(BK7)，為1.5。
請參看圖7(b)，在距離直徑為300mm的產品襯底94的外周圍向內5mm的位置處設置了與監視單色光束通道1關聯的監視點116a。從監視點116a在朝向旋轉襯底圓周的中心的方向上每隔10mm間隔的位置處分別設置了與通道2到8關聯的監視點116b到116h。
在從相當于圖7中的光發射器95的可調的激光源發出的八個單色光通量中，通道1和2被分配到監視波長為1552.52nm的單色光通量，通道3和4被分配到監視波長為1553.32nm的單色光通量，通道5和6被分配到監視波長為1554.12nm的單色光通量，通道7和8被分配到監視波長為1554.92nm的單色光通量。對于光接收器98接收到的光通量，倒透射率是從由DSP101計算出的透射率計算的。使用計算出的倒透射率，在倒透射率曲線的峰值附近執行二次函數回歸，從而計算出當達到峰值時的預測時間。該預測時間被認為是薄膜形成過程的終止時間點。
圖18顯示了襯底上的與通道1到8關聯的監視區域的光譜透射率屬性。可以看出，提供了作為中帶帶通濾波器的滿意的光學產品。
圖7中的絕緣多層薄膜制造裝置準備了抗反射薄膜，該抗反射薄膜包括由是高折射率層的Ta2O5薄膜和是低折射率層的SiO2薄膜組成的交替層，第一和第二層的光學薄膜厚度不是λ/4(λ監視波長)的整數倍，最后的表面層(第二層)的薄膜形成終止時間點由峰值控制進行預測。使用的監視波長是1550nm、1555nm、1560nm和1565nm。光學薄膜是按如下方式排列的帶有抗反射涂層的玻璃產品襯底(BK7)|0.35H，1.288L|空氣對于低折射率層，折射率的設計值被設置為1.444，對于高折射率層，為2.08，對于產品襯底(BK7)，為1.5。
請參看圖7(b)，在距離直徑為300mm的產品襯底94的外周圍向內5mm的位置處設置了與監視單色光束通道1關聯的監視點116a。從監視點116a在朝向旋轉襯底圓周的中心的方向上每隔10mm間隔的位置處分別設置了與通道2到8關聯的監視點116b到116h。
在從相當于圖7中的光發射器95的可調的激光源發出的八個單色光通量中，通道1和2被分配到監視波長為1550nm的單色光通量，通道3和4被分配到監視波長為1555nm的單色光通量，通道5和6被分配到監視波長為1560nm的單色光通量，通道7和8被分配到監視波長為1565nm的單色光通量。對于光接收器98接收到的光通量，倒透射率是從由DSP101計算出的透射率計算的。對于第一層，倒透射率用于預測0.35H的薄膜形成終止時間點，對于第二層，在倒透射率曲線的峰值附近執行二次函數回歸，以計算出當達到峰值時的預測時間，該預測時間被認為是薄膜形成過程的終止時間點。
圖19顯示了襯底上的與通道1到8關聯的監視區域的光譜反射率屬性。可以看出，提供了作為抗反射薄膜的滿意的光學產品。
從上面的描述可以看出，根據本發明的光學薄膜厚度控制方法，每次當改變將要形成的最新的表面層薄膜時，監視器襯底不必需替換為新的監視器襯底，也沒有必要采用用于改善測量精確性的相位差的額外布局(如現有技術中的情況)，因為執行峰值或谷底控制。因此，該過程得到簡化。此外，由于使用了倒透射率，通過具有滿意的關聯的二次回歸執行峰值或谷底預測，如此，可以以高精確性控制薄膜厚度。
此外，由于可以執行產品薄膜的原地測量，即直接監視，所以不必考慮監視的薄膜的可再現性。
在根據本發明的薄膜厚度控制裝置中，許多平行光束用于監視薄膜厚度。因此，可以以高精確性檢測最新的表面層薄膜的薄膜厚度的分布，如此，可以確保薄膜厚度的高均勻性。
通過根據本發明的絕緣多層薄膜制造裝置，在透射率或倒透射率的峰值的附近執行二次函數回歸，對應于產生的回歸函數的最大值或最小值的薄膜增長時間被用作達到預期的薄膜厚度時的預測時間。如此，可以以高精確性控制增加的光學薄膜厚度，此外，涉及各種監視波長的直接監視方法可以提供較大的監視區域，從而可以為絕緣薄膜提供滿意的屬性。因此，可以大規模地生產高品質的光學薄膜產品，該產品是諸如窄帶通濾波器之類的用于密集波長分割多路復用系統的設備。
此外，包括由上文描述的光學薄膜厚度控制裝置或絕緣多層薄膜制造裝置制造的帶通濾波器的絕緣多層薄膜具有滿意的光學屬性，相應地，性能也高。
引用數字的描述1、61和91真空室2電子槍2a遮光器4、23、64和94可旋轉的襯底12可調的激光源13光纖耦合器14光纖準直儀15噴濺薄膜形成設備16光電二極管17、70和1008通道A/D轉換器(A/D轉換器)18CPU(控制器)19馬達驅動器(控制器)20和21光纖28、62和92噴濺目標單元(薄膜形成源)29和81可移動的遮光器63和93離子槍單元(反應源)65和95光發射器
66和96上通光窗口67和97下通光窗口68和98光接收器(光強度測量裝置)69和998通道前置放大器71和101數字信號處理器(DSP)72和102計算機74和104Ta目標75和105Si目標76和106噴濺氣體管道77和107固定開口78和108反應性的氣體管道79和109ECR離子槍82到89監視點111a和111b可變的開口(薄膜沉積速率控制部件)112到115分離式遮光器(薄膜厚度糾正部件)116a到116h監視點
權利要求
1.一種光學薄膜厚度控制方法，其特征在于，在由一種或多種絕緣體制成的單層或多層結構的光學薄膜的薄膜形成時段內，入射的單色光通過所說的單層或多層結構傳輸，以測量所說的光學薄膜的透射率并計算透射率的倒數作為倒透射率，在所說的測量數據組達到最大值或最小值之前，兩個變量的測量數據組通過最小二乘法被回歸到二次函數，該兩個變量是與薄膜厚度增大相關聯的正在堆積的最新的表面層薄膜的薄膜增長時間和所說的倒透射率，所說的二次回歸函數上最大值點或最小值點處的薄膜增長時間被用作當達到所說的倒透射率的最大值或最小值的光學薄膜厚度時所說的薄膜增長時間的預測值，基于干涉理論，所說的倒透射率的最大值和最小值每隔相當于所說的單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布。
2.根據權利要求1所述的光學薄膜厚度控制方法，其特征在于，光學薄膜厚度的時間微分或時間差分可以從根據所說的最新的表面層薄膜的增長每隔相當于所說的單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布的倒透射率作為所說的最新的表面層薄膜的薄膜沉積速率計算出，可以基于該沉積速率預測當所說的最新的表面層薄膜達到所說的光學薄膜厚度的目標值時該最新表面層薄膜的薄膜增長時間。
3.根據權利要求1或2所述的光學薄膜厚度控制方法，其特征在于，隨著所說的光學薄膜的增長，在產品襯底上測量所說的透射率，由直接監視方法測量所說的最新的表面層薄膜的光學薄膜厚度。
4.一種光學薄膜厚度控制裝置，用于當通過根據權利要求1到3中的任何一個所述的方法使最新的表面層薄膜達到計劃的光學薄膜厚度時預測該最新表面層薄膜的薄膜增長時間，該光學薄膜厚度控制裝置包括薄膜形成設備，該設備具有可旋轉的襯底和薄膜形成源，它們兩者彼此相對；以及一光電轉換設備，用于檢測以預先確定的間隔沿著襯底半徑應用到所說的可旋轉的襯底上的多個單色光束，其特征在于，在所說的襯底和所說的薄膜形成源之間提供可移動的遮光器，該遮光器沿著所說的可旋轉的襯底的半徑的方向移動，以關閉所說的襯底上的薄膜形成，所說的遮光器響應控制器而移動，該控制器基于由通過所說的光電轉換設備檢測的單色光束所預測的所說的薄膜增長時間的每一個預測值來指示遮光器的動作。
5.一種絕緣多層薄膜制造裝置，其用于制造的真空室具有薄膜材料源和反應源，每一個源都并排放置以面對可旋轉的襯底，該制造裝置并包括薄膜沉積速率控制部件，它具有一個開口，用于為在所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜沉積速率提供沿著旋轉襯底圓周的半徑的梯度；薄膜厚度糾正部件，用于糾正在所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜厚度，薄膜沉積速率控制部件和薄膜厚度糾正部件在所說的可旋轉的襯底和所說的薄膜材料源之間提供；光強度測量裝置，用于測量沿著所說的可旋轉的襯底的半徑穿過多個監視點的監視單色光的強度；以及一個控制系統，用于以與沿著所說的半徑的監視點的位置關聯的單色光通量的波長的遞增或遞降的次序排列至少一個波長的監視單色光通量，以使光通量穿過相應的監視點，并可以響應由所說的光強度測量裝置測量的光強度的變化移動所說的薄膜厚度糾正部件。
6.根據權利要求5所述的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，所說的薄膜厚度糾正部件包括能夠在所說的可旋轉的襯底的半徑的方向上可移動遮光器，通過該可移動遮光器的運動沿著半徑以所說的遞增或遞降的次序關閉在所說的可旋轉的襯底上的薄膜形成。
7.根據權利要求5或6所述的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，該絕緣多層薄膜制造裝置的所述控制系統測量由光強度測量裝置測量的光強度的變化，作為在所說的可旋轉的襯底上絕緣多層薄膜形成的時段內包括至少一個波長的監視單色光通量穿過多個監視點中的每一個監視點時透射率的變化，適當地定義透射率的倒數為倒透射率，在測量數據組達到它的最大值或最小值之前，通過最小二乘法將兩個變量的該測量數據組回歸到二次函數，該兩個變量是正在堆積的最新的表面層薄膜的薄膜厚度的增大所需要的薄膜增長時間和所說的倒透射率，并使用與所說的二次回歸函數的最大值點或最小值點一致的薄膜增長時間作為所說的最新的表面層薄膜達到所說的倒透射率的最大值或最小值處的光學薄膜厚度的預測時間，基于干涉理論，所說的倒透射率的最大值和最小值每隔相當于所說的單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布。
8.根據權利要求5到7中的任何一個的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，隨著所說的最新的表面層薄膜的薄膜厚度的增長，從每隔相當于所說的單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布的所說的倒透射率計算出的光學薄膜厚度的時間微分或時間差分是作為所說的最新的表面層薄膜的薄膜沉積速率計算出的，所說的最新的表面層薄膜達到預先確定的光學薄膜厚度所需要的薄膜增長時間是基于計算出的薄膜沉積速率預測的。
9.一種絕緣多層薄膜制造裝置，其用于制造的真空室具有薄膜材料源和反應源，每一個源都并排放置以面對可旋轉的襯底，該制造裝置包括薄膜沉積速率控制部件，它具有一個開口，用于控制所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜沉積速率；薄膜厚度糾正部件，它具有一個開口，用于糾正在所說的可旋轉的襯底上形成的絕緣多層薄膜的薄膜厚度，該薄膜沉積速率控制部件和薄膜厚度糾正部件在所說的可旋轉的襯底和所說的薄膜材料源之間提供；光強度測量裝置，用于測量沿著所說的可旋轉的襯底的半徑穿過多個監視點的監視單色光的強度；以及一個控制系統，用于響應當一種或多種波長的每一個監視單色光通量穿過所說的監視點時由所說的光強度測量裝置測量的光強度的變化來啟動所說的薄膜厚度糾正部件的開口。
10.根據權利要求9所述的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，所說的薄膜厚度糾正部件的可移動的開口包括分離式遮光器，該遮光器獨立地打開或關閉沿著同心圓的周界形成的弧形開口區域，該圓周是當所說的可旋轉的襯底旋轉時通過每一個監視點的蹤跡繪制的。
11.根據權利要求9或10所述的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，該絕緣多層薄膜制造裝置的所說的控制系統測量由光強度測量裝置測量的光強度的變化，作為在所說的可旋轉的襯底上絕緣多層薄膜形成的時段內包括一個或多個波長的監視單色光通量穿過多個監視點中的每一個監視點時透射率的變化，適當地定義透射率的倒數為倒透射率，在測量數據組達到它的最大值或最小值之前，通過最小二乘法將兩個變量的該測量數據組回歸到二次函數，該兩個變量是正在堆積的最新的表面層薄膜的薄膜厚度的增大所需要的薄膜增長時間和所說的倒透射率，并使用與所說的二次回歸函數的最大值點或最小值點一致的薄膜增長時間作為所說的最新的表面層薄膜達到所說的倒透射率的最大值或最小值處的光學薄膜厚度的預測時間，基于干涉理論，所說的倒透射率的最大值和最小值每隔相當于所說的單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期性地分布。
12.根據權利要求9或10所述的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，隨著所說的最新的表面層薄膜的薄膜厚度的增長，所說的薄膜增長通過基于從所說的倒透射率計算出的光學薄膜厚度檢測所說的最新的表面層薄膜已經達到預先確定的光學薄膜厚度來進行控制，所說的倒透射率每隔相當于單色光波長的1/4的光學薄膜厚度的間隔周期地分布。
13.根據權利要求5到12中的任何一個權利要求的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，所說的薄膜形成源包括至少兩個不同材料的噴濺目標，且該噴濺目標是以可以選擇任何目標的方式提供的。
14.根據權利要求13所述的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，所說的噴濺目標的不同材料是Ta金屬和Si金屬。
15.根據權利要求5到14中的任何一個的絕緣多層薄膜制造裝置，其特征在于，所說的反應源發出反應性的中性基氣體。
16.使用根據權利要求4所述的光學薄膜厚度控制裝置或使用根據權利要求5到15中的任何一個的絕緣多層薄膜制造裝置制造的絕緣多層薄膜。
全文摘要
為提供一種以高精確性控制諸如光學薄膜之類的絕緣多層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學薄膜厚度控制裝置和絕緣多層薄膜制造裝置，和使用該控制裝置或制造裝置制造的絕緣多層薄膜。光學薄膜厚度控制裝置包括薄膜形成設備15，該設備具有可旋轉的襯底23和噴濺目標28；光電二極管16，用于檢測以預先確定的間隔沿著半徑應用到可旋轉的襯底的多個單色光束；以及A/D轉換器17，其中在襯底23和目標28之間提供可移動的遮光器29，它沿著可旋轉的襯底23的半徑的方向移動，以關閉襯底23上的薄膜形成。從光電二極管16和A/D轉換器17檢測出的每一個單色光束中，由最小二乘法計算出倒透射率的二次回歸函數。CPU 18和馬達驅動器19，它們基于當最新的表面層薄膜達到預先確定的光學薄膜厚度時薄膜增長時間的每一個預測值指示可移動的遮光器的動作，移動該可移動的遮光器29以關閉已經達到預先確定的光學薄膜厚度的薄膜形成區域的薄膜形成。
文檔編號G02B5/28GK1478920SQ03108229
公開日2004年3月3日 申請日期2003年3月25日 優先權日2002年3月25日
發明者高橋晴夫, 半沢孝一, 松元孝文, 一, 文 申請人:愛發科股份有限公司