JPH0410003B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、写真用レンズの反射防止膜などの光
学薄膜を真空蒸着する為の真空蒸着装置の膜厚監
視装置に関する。

従来技術 従来、上述の如き真空蒸着装置の膜厚監視装置
として知られているものは第１図の如き構成を有
している。第１図において、２はタングステンラ
ンプからなる光源、４はコリメートレンズ、６は
ハーフミラー、８は真空蒸着用の真空チエンバー
で１０は該チエンバー８内に配置され、図の下面
に光学的薄膜が真空蒸着されるモニターガラスで
ある。光源２から発せられた光はコリメートレン
ズ４によつてコリメートされ、ハーフミラー６に
よつて二分割される。ハーフミラー６によつて反
射された光は光検出部１２に入射され、光検出部
１２の出力は処理回路１４において光源変動を検
知する為のレフアレンス信号として用いられる。
一方、ハーフミラー６を透過した光はモニターガ
ラス１０に垂直入射し、該モニターガラス１０及
び真空蒸着中の光学的薄膜によつて反射される。
この光は、ハーフミラー６によつて反射され、特
定波長のみを透過するフイルタ１６を透過して光
検出部１８に入射される。すなわち、光検出部１
８の出力は真空蒸着中の光学的薄膜の反射率に応
じたものとなり、該出力は処理回路１４に入力さ
れて増巾され、その信号が順次レコーダー２０に
記録される。２２は光源２用の電源であり、上記
両光検出部１２，１８としては一般にシリコンフ
オトダイオードやフオトマルが用いられる。

しかしながら、このような構成では、タングス
テンランプの発光強度が弱い為に光路をなるべく
短くする必要があり、従つて、光検出部１８は真
空蒸着装置のチエンバー８に近接して配置せねば
ならないのに対し、真空蒸着装置のヒータや電源
や制御用リレースイツチなどによる電気ノイズ及
びロータリーポンプ等による振動ノイズがチエン
バー８近傍に存在し、この電気ノイズ及び振動ノ
イズの為に光検出部１８からモニターガラス１０
の反射光量のみに応じた安定した信号を検出しに
くいという欠点がある。更に、第１図の従来構成
では、モニターガラス１０からの反射光が正確に
光検出部１８に入射するようにモニターガラス１
０やハーフミラー６の傾きを調整せねばならず、
これら光学系の調整が非常にめんどうである。

目 的 本発明は上述の如き点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、真空チエンバー近傍の電気ノ
イズ及び振動ノイズによつて影響されることなく
光学薄膜の反射光強度のみに応じた安定した信号
が光電変換検出部によつて検出できるとともに、
光学系の調整も非常に管単な真空蒸着装置の膜厚
監視装置を提供することにある。

実施例 以下、図面に基いて、本発明を詳細に説明す
る。

第２図は本発明一実施例装置を示す概略図で、
同図において、２４は真空チエンバー、２６は蒸
発源ルツボ、２８は光学的薄膜が真空蒸着される
レンズを多数その内面に保持するドームで、ドー
ム２８の中央には透明な平行平面ガラスからなる
モニターガラス３０が固定されている。３２はヒ
ータドーム、３４は遮熱筒で遮熱筒３４の内部に
は、モニターガラス３０に近傍して互いに同様の
成分らなる２本の長いオプテイカルフアイバ３
６，３８が配置されている。両オプテイカルフア
イバ３６，３８の先端部は、それぞれステンレス
管によつて被覆され、かつ樹脂によつて封止され
ている。両オプテイカルフアイバ３６，３８の後
端は共にコントロールボツクス４０に接続され、
該コントロールボツクス４０はCRTからなる表
示部４２ａを有するマイクロコンピユータ４２と
ケーブルによつて接続されている。

本実施例の光学的及び電気的構成について、第
３図を用いて説明する。第３図において、両オプ
テイカルフアイバ３６，３８の一方３６は、後端
３６ａがコントロールボツクス４０内の光源４４
に対向するよう配置されている。光源４４は電子
閃光放電管（本実施例ではキセノンフラツシユ
管）よりなり、その発光タイミングはマイクロコ
ンピユータ４２によつて制御される。４６も両オ
プテイカルフアイバ３６，３８と同様の成分から
なるオプテイカルフアイバで、一端は光源４４に
対向し、他端は単一のシリコンフオトダイオード
を有する第１の光検出部４８に対向するよう配置
されている。第１の光検出部４８の出力は光源４
４の発光強度をモニタする為のレフアレンス信号
として用いられる。このような構成によつて、光
源４４から発せられ光は、オプテイカルフアイバ
３６によつてモニターガラス３０に導かれるとと
もに、オプテイカルフアイバ４６によつて第１の
光検出部４８に導かれる。このように、モニタガ
ラス照射用光路とレフアレンス用光路とを共に同
じ成分のオプテイカルフアイバによつて導くよう
構成することによつて、該オプテイカルフアイバ
の透過率を加味したレフアレンス信号を容易に得
ることができる。更に、光源４４と第１の光検出
部４８とを互いに遠くに配置し、その間の光路を
オプテイカルフアイバ４６によつて構成すること
によつて、光源４４を構成する電子閃光放電管の
閃光発光時における電気的ノイズが第１の光検出
部４８によつて検出されるのを解消することがで
きる。

一方、先端３８ｂがモニターガラス３０に対向
する他方のオプテイカルフアイバ３８の後端３８
ａは第２の光検出部５０に対向されるよう配置さ
れている。第２の光検出部５０の構成については
後述する。第１及び第２の光検出部４８，５０の
出力は共に処理回路５２に入力され、処理回路５
２によつて処理されて各検出部４８，５０の出力
に応じた情報がマイクロコンピユータ４２に入力
される。

以上の如き構成により、本実施例によれば、真
空チエンバー２４内のモニターガラス３０とその
反射光を検出する第２の検出部５０とを離して配
置し、その間の光路を長いオプテイカルフアイバ
３８で導くので、真空蒸着装置の電気ノイズが第
２の検出部５０によつて検出されることはなく、
ハーフミラーが不要となり光学系を筒単にでき
る。更に長いオプテイカルフアイバを用いれば光
損失は大きくなりモニターガラス３０に到達する
光量や第２の光検出部５０によつて受光される光
量は減少しがちであるが、本実施例では、光源と
して発光強度の強い電子閃光放電管を用いるの
で、充分な光量を得ることができる。

次に、両オプテイカルフアイバ３６，３８の先
端３６ｂ，３８ｂとモニターガラス３０との配置
関係について第４図を用いて説明する。第４図に
示されるように、両オプテイカルフアイバの先端
３６ｂ，３８ｂは両者の間の角θが5゜以内となる
ように固定されている。そして、モニターガラス
３０は、両オプテイカルフアイバ３６，３８の先
端面から約20mmの距離ｌに、両フアイバ３６，３
８のなす角θの二等分線Ｐがモニターガラス３０
に垂直となるよう配置される。光照射用オプテイ
カルフアイバ３６の先端面から射出された光は、
図の光路d₁，d₂によつて示されるように約60゜に
拡がるが、反射光受光用オプテイカルフアイバ３
８は光路β₁，β₂に示されるように約60゜の角度範
囲内をにらむので一方のオプテイカルフアイバ３
６から射出されたモニターガラス３０によつて反
射されて他方のフアイバ３８に入射される光は、
図中斜線に示される如く、ほぼ平行光となり、モ
ニターガラス３０に垂直入射する光の反射光を検
出する場合とほとんど大差ない。これは、両オプ
テイカルフアイバ３６，３８の先端面が小さく
て、射出・入射する光の角度を良好に規制するか
らである。また、両オプテイカルフアイバ３６，
３８の先端の間の角を変えられるように構成すれ
ば、垂直入射の場合のみならず、斜入射光に対す
る反射光検出も行うことができる。

尚、両オプテイカルフアイバ３６，３８の先端
部は、第５図ａ，ｂのように一本にまとめても良
い。第５図ａは光照射用オプテイカルフアイバ３
６を外側反射光受光用オプテイカルフアイバ３８
を内側に配置した同心円状の構成、第５図ｂは各
オプテイカルフアイバ３６，３８の先端を細分
し、混在させてモザイク状とした構成を示すもの
である。細分された両オプテイカルフアイバ３
６，３８の間は樹脂にて封止されている。一本に
まとめられたオプテイカルフアイバの先端部は、
第５図ｃのように、一本のステンレス管によつて
被覆され、モニターガラス３０に垂直に配置され
る。このように１本にまとめることによつてオプ
テイカルフアイバの位置設定を更に簡単にするこ
とができる。

本実施例は、多数の波長について同時にモニタ
ーガラス３０の反射率を検出可能なものであり、
その為の第２の光検出部５０の構成について、以
下、第６図〜第８図を用いて説明する。第６図は
第３図のオプテイカルフアイバ３８の後端面に対
向するよう配置された光センサーを示す断面図で
ある。第６図において、５４はICセラミツクパ
ツケージ、５６は該パツケージ５４上に固着され
た多数の微小なシリコンフオトダイオードからな
るアレイセンサーである。各シリコンフオトダイ
オードはそれぞれ１つずつパツケージ５４に固着
された各出力ピン５８に金線にてワイヤボンデイ
ングされている。６０はアレイセンサー５６に入
射する光束を規制する為のスリツト６０ａを有す
るマスク板で、ガラス板６２の上に金属膜６４を
形成しスリツト６０ａをエツチングによつて作成
することによつて簡単に製造される。ガラス板６
２の裏面には、アレイセンサー５６の各シリコン
フオトダイオードによつて検出れる光の波長を異
ならしめる為の干渉フイルター６６が透明な接着
剤によつて貼着されている。

干渉フイルター６６の断面図を第７図ａに示
す。干渉フイルター６６は第７図ａ図示のよう
に、ガラス板６８の上に、順次、銀層Ag、二酸
化シリコン層SiO₂及び銀層Agが真空蒸着によつ
て形成されたものであり、中間の二酸化シリコン
層SiO₂の膜厚が図示の如く検出に用いられる波
長の数だけのステツプ数ステツプ状に異ならしめ
てある。従つて、二酸化シリコン層SiO₂の最も
うすいの部分は、第７図ｂのグラフに示される
ように最も短波長側の光のみを透過し、二酸化シ
リコン膜SiO₂が厚くなるにつれてより長波長の
光のみを透過する。銀層Ag及び二酸化シリコン
層SiO₂の膜厚は検出に用いられるべき所定の波
長に応じて定められる。各ステツプ巾Ｗは、アレ
イセンサー５６の各シリコンフオトダイオードの
巾に対応するよう定められる。

第８図は本実施例の光センサーを示す斜視図で
ある。このような光センサーを用いることによつ
て、本実施例によれば、モニターガラス３０の反
射率を多数の波長について同時に検出することが
できる。

第９図は第２の光検出部の別の構成を示す分解
図だ、基板７０上に図示の如く７個のシリコンフ
オトダイオード７２が固着されており、各シリコ
ンフオトダイオード７２はそれぞれアノード側が
対応するリード線７４と電気的接続されており、
カソード側は共通のアース用リード線７６と電気
的接続されている。各シリコンフオトダイオード
７２の受光面上にはそれぞれ透過波長の異なる干
渉フイルタ７８が配置され、その上には各シリコ
ンフオトダイオード７２への入射光束巾を規制す
る為の透孔８０ａを有するマスク板８０が配置さ
れている。このように光検出部をアレイセンサー
を用いずに構成することもできる。

次に、コントロールボツクス４０内の回路構成
及びその動作について第１０図を用いて説明す
る。第１０図において、P₁，P₂，Pnは第６図の
アレイセンサーを構成するシリコンフオトダイオ
ードのひとつひとつを示し、Prはレフアレンス
信号を得る為の第１の光検出部４８を構成するシ
リコンフオトダイオードであり、その出力は光源
の強度変化を補償する為に用いられる。フオトダ
イオードP₁を例にとつて以下の構成を説明する
と、フオトダイオードP₁はオペアンプA₁の反
転・非反転入力端子間に接続されており、オペア
ンプA₁の非反転入力端子は接地されている。オ
ペアンプA₁の出力端子・反転入力端子間には負
帰還抵抗R₁が接続されている。オペアンプA₁の
出力は、マイクロコンピユータ４２によつてON
−OFFが制御されるスイツチSA₁及び抵抗を介し
て積分器B₁の反転入力端子に入力される。積分
器B₁の反転入力端子・出力端子間には、メモリ
用コンデンサC₁、及びマイクロコンピユータ４
２によつてON−OFFが制御されるスイツチSB₁
が並列接続されており、非反転入力端子は接地さ
れている。積分器B₁の出力は、マイクロコンピ
ユータ４２によつてコントロールされる制御回路
８２によりON−OFFが制御されるスイツチS₁を
介してＡ／Ｄ変換器８４に入力されている。Ａ／
Ｄ変換器８４の出力はマイクロコンピユータ４２
に入力される。

以下、各シリコンフオトダイオードP₂…Pn及
びPrについてもP₁と同様の回路構成となつてい
る。図中、点線で囲んだ部分が処理回路５２を構
成している。尚、図示されてはいないが、マイク
ロコンピユータ４２は光源の閃光発光タイミング
をも制御する。

以下、第１０図の回路動作について説明する
と、まず、光源発光前にはスイツチSA₁，SA₂〜
SAn，SArがON、スイツチSB₁，SB₂〜SBn，
SBr及びS₁，S₂〜Sn，SrがOFFの状態とされて
いる。この状態で、光源である電子閃光放電管が
閃光発光させられ、その光が、オプテイカルフア
イバ４６を介してフオトダイオードPrに導かれ
るとともに、オプテイカルフアイバ３６を介して
真空蒸着装置にて薄膜が真空蒸着されているモニ
ターガラス３０に照射され、モニターガラス３０
からの反射光はオプテイカルフアイバ３８を介し
て、それぞれ、特定波長の光のみを検出するよう
にされた多数（図ではｎ個）のシリコンフオトダ
イオードP₁〜Pnを有するアレイセンサーに導か
れる。

従つて、各フオトダイオードP₁〜Pnには、モ
ニターガラスの反射光のうち各特定波長の光強度
に比例した光電流I₁〜Inが流れ、各電流は各オペ
アンプA₁〜Anによつて、それぞれの電流値に比
例した電圧V₁〜Vnに変換される。それと同時
に、シリコンフオトダイオードPrにも光源の発
光強度に応じた光電流Irが流れ、この電流はオペ
アンプArによつて電圧Vrに変換される。各電圧
V₁〜Vn，Vrは、それぞれON状態にあるスイツ
チSA₁〜SAn，SArを介して積分器B₁〜Bn，Br
にそれぞれ印加され、各コンデンサC₁〜Cn，Cr
に各電圧V₁〜Vn，Vrがメモリされる。すなわ
ち、コンデンサC₁〜Cn，Crには、各フオトダイ
オードP₁〜Pn，Prに受光される強度に応じた電
圧V₁〜Vn，Vrがそれぞれメモリされる。

次に、上記メモリが完了した後に、マイクロコ
ンピユータ４２からの信号によつて制御回路８２
が、第１１図に示す如く、スイツチS₁〜Sn，Sr
を順次、一定時間のみONさせる。これによつて
Ａ／Ｄ変換器８４にはコンデンサC₁〜Cn，Crに
それぞれメモリされた電圧V₁〜Vn，Vrが順次入
力される電圧V₁〜Vn，Vrを順次Ａ／Ｄ変換し
て、それに応じた信号を順次マイクロコンピユー
タ４２に送る。すなわち、マイクロコンピユータ
４２は、各フオトダイオードP₁〜Pn，Prに受光
される光強度に応じたデジタル信号を順次取り込
む。全取り込みが完了すると、マイクロコンピユ
ータ４２によつてスイツチSB₁〜SBn，SBrが全
てONされ、各メモリ用コンデンサC₁〜Cn，Cr
がリセツトされる。

以上がモニターガラスに真空蒸着される薄膜の
膜厚を監視する為にモニターガラスの反射光強度
を測定する１回の動作であり、マイクロコンピユ
ータ４２によつて上記動作を一定時間ごと（例え
ば５秒ごと）にくり返すことにより、モニターガ
ラスの反射光強度を時々刻々と測定するよう本実
施例は構成されている。

マイクロコンピユータ４２は上述の如くして得
られる反射光強度をもとに薄膜を真空蒸着中のモ
ニターガラスの反射率を各特定波長ごとに演算す
る。この演算について説明する。まず、薄膜を真
空蒸着する前の真空中におけるモニターガラスの
反射光強度を上述の如くして各特定波長ごとに測
定し、マイクロコンピユータ４２にメモリする。
これを各特定波長ごとにそれぞれX₀₁〜X_0oとす
る。ｎは特定波長の個数、すなわちアレイセンサ
ー内の測定に用いられるセルの数である。この反
射光強度は、モニターガラスの蒸着面及びその裏
面の反射率に対応するものであるから、計算によ
つてこの裏面反射分を補正して、反射率を演算す
る。モニターガラスとして屈折率を演算する。モ
ニターガラスとして屈折率1.52の青板ガラスが用
いられると、表裏両面の反射率は8.01％、片面で
は42％であるから、第ｉ番目の特定波長（ｉ＝
１，２，…，ｎ）のｋ回目の測定における反射光
強度をXkiとすると、その反射率Riは、 Ri（％）＝｛（Ａ×Xki／Xoi−Ｂ） ／（Ａ×Ｂ×Xki／Xoi＋Ｃ）｝×100 で得られる。但し、 Ａ＝0.0801 Ｂ＝0.042 Ｃ＝0.9156 である。マイクロコンピユータ４２はこのように
して演算された各波長に対する時々刻々の反射率
を全てメモリしており、それらを用いて表示部４
２ａ上に、真空蒸着中のある時点における各波長
の反射率をリアムタイムで同時に表示したり、あ
る単一の特定波長における反射率の時間的変化を
表示したり、この両者を同時に表示したりするこ
とができるよう構成されている。

一例として、空気側から基板ガラス側へ順に、
第１層が膜厚λ／４（λ＝510mm）のMgF₂，第２
層が膜厚λ／２のZrO₂、第３層が膜厚λ／４の
Al₂O₃からなる三層反射防止膜を写真用レンズに
真空蒸着する場合の、モニターガラスを交換する
ことなく各膜厚を監視する累積モニタリングを本
実施例装置を用いて行うケースを説明する。第１
２図ａは、上記第３層の真空蒸着が完了した状態
の表示部４２ａの表示を示している。縦軸は反射
率を示し、横軸は波長及び時間をあらわす。図
中、（×）印のプロツトは各波長における反射率
を示し、（・）印のプロツトは（×）印の左から
６番目のプロツト（波長510mm）で示される反射
率の経時変化を示している。本実施例装置を用い
て上記第３層の膜厚を制御するには、予め実験や
計算によつて第３層が所定膜厚となつたときの分
光反射率曲線を想定しておき、各プロツト（×）
が該曲線上に位置したとき蒸着を停止すれば良
い。また、従来と同様に、（・）印のプロツトが
ピークを示したときに蒸着を停止しても良い。続
いて第２層の真空蒸着が完了した状態の表示を第
１２図ｂに、第１層の真空蒸着が完了した状態を
第１２図ｃにそれぞれ示す。第２図ｃの（×）印
のプロツトを見ると明らかなように、第１層蒸着
完了時には、反射防止膜全体としての分光反射率
特性が表示されるので、反射防止膜全体としての
性能をチエツクすることができる。更に、本実施
例によれば、真空蒸着中の分光反射率をリアムタ
イムで表示することができる。

効 果 以上のように、本発明は、光源からの光を真空
蒸着装置内の光学薄膜に照射し、該光学薄膜から
の反射光を反射光測光用光電変換検出部によつて
受光して該光学薄膜の膜厚に関する情報を得る膜
厚監視装置において、上記反射光測光用光電変換
検出部を上記真空蒸着装置から離して配置し、上
記光源として電子閃光放電管を用いるとともに、
上記光学薄膜からの反射光を一端が該光学薄膜に
向けて近接配置された第１のオプテイカルフアイ
バを用いて上記反射光測光用光電変換検出部に導
き、更に、上記電子閃光放電管から発せられた光
を上記光学薄膜を介することなく直接第２のオプ
テイカルフアイバを用いて、該電子閃光放電管か
ら離して配置された光源測光用光電変換検出部に
導いてその出力により光源光の強度を補償するよ
う構成されていることを特徴とするものであり、
このように構成することによつて、真空蒸着装置
の電気的ノイズ及び振動ノイズが光電変換検出に
悪影響を及ぼすことを防止して光学薄膜の反射率
のみに応じた安定した信号を得ることができる
し、従来装置のようにハーフミラーやモニターガ
ラスの位置調節を厳密に行なわずとも良いので光
学系の調整が非常に簡単になり、更に、上記ノイ
ズ防止の為に反射光測光用光電変換検出部から離
して配置しても光源として発光強度の強い電子閃
光放電管を用いるので充分な光強度を検出するこ
とができ、電子閃光放電管の発光強度のばらつき
はそれを測光する光源測光用光電変換検出部の出
力によつて補償され、かつ、該電子閃光放電管と
光源測光用光電変換検出部とを離して配置し、そ
の間に光路をオプテイカルフアイバを用いたの
で、閃光発光時の電気的ノイズを該検出部に検出
されることはない。

更に、実施態様のように、光源から発せられた
光をも第３のオプテイカルフアイバで光学薄膜に
導くよう構成すれば、コリメートレンズを用いず
とも従来装置と同様に垂直入射光に対する光学的
薄膜の反射光を測光することができ、光学系自体
及びその調整が更に容易になる。

更に、実施態様のように、上記第１及び第３の
２本のオプテイカルフアイバの先端を１本にまと
めると、その位置調整を更に簡単にすることがで
きる。

更に、実施態様のように、反射光測光用光電変
換検出部が互いに異なる多数の特定波長について
光学薄膜の反射光を同時に受光するよう構成すれ
ば、光学薄膜の分光反射率をリアムタイムに検出
することができ、この分光反射率によつて膜厚制
御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の概略図、第２図は本発明一実
施例装置の概略図、第３図はその光学的及び電気
的構成を示す概略図、第４図はオプテイカルフア
イバの先端とモニターガラスとの位置関係を示す
図、第５図ａ，ｂ，ｃはオプテイカルフアイバの
変形例を示す図、第６図は光検出部の構成を示す
断面図、第７図ａ，ｂはその干渉フイルターを示
す断面図及びグラフ、第８図は光検出部の斜視
図、第９図は光検出部の他の実施例を示す分解斜
視図、第１０図は本実施例の電気回路要部を示す
回路図、第１１図はそのスイツチS₁〜Sn，Srの
ON−OFFを示すタイムチヤート、第１２図ａ，
ｂ，ｃは表示部の表示を示す図である。 ２４，２６，２８，３２……真空蒸着装置、３
８……第１のオプテイカルフアイバ、４４……光
源、４６……第２のオプテイカルフアイバ、４８
……光源測光用光電変換検出部、５０……反射光
測光用光電変換検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空蒸着装置内でモニターガラスへ蒸着され
   る光学薄膜の蒸着状態を監視する膜厚監視装置に
   おいて、 光源と、 光源の光を光学薄膜が蒸着されるモニターガラ
   ス面の裏面側から照射する照射手段と、 モニターガラスからの反射光のうち互いに異な
   る多数の特定波長の光のみをそれぞれ同時に受光
   する受光手段と、 蒸着が行われる前の受光手段の出力を用いて蒸
   着が行われていない状態におけるモニターガラス
   からの反射光強度を多数の特定波長毎に記憶する
   記憶手段と、 蒸着中の受光手段の出力と記憶手段の記憶値と
   モニターガラス自身の反射率とを用いて光学薄膜
   が蒸着されている面のみの反射率を各特定波長毎
   に演算する演算手段と、 演算手段の演算結果を表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする膜厚監視装置。