JPH05247647A - 複数の予め定められた特性を有する光被覆物およびその製造方法 - Google Patents

複数の予め定められた特性を有する光被覆物およびその製造方法

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JPH05247647A
JPH05247647A JP4327014A JP32701492A JPH05247647A JP H05247647 A JPH05247647 A JP H05247647A JP 4327014 A JP4327014 A JP 4327014A JP 32701492 A JP32701492 A JP 32701492A JP H05247647 A JPH05247647 A JP H05247647A
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coating
stress
substrate
profile
chamber
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JP4327014A
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English (en)
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Edward T Siebert
エドワード・テー・シーバート
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Raytheon Co
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Hughes Aircraft Co
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/548—Controlling the composition

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、被覆物の内部の応力、温度係数が
特定化され、制御される光装置の被覆物を提供すること
を目的とする。 【構成】 基体の表面に被覆物を付着するために基体を
収容する室10と、使用中の基体40，22に結合し、付着さ
れている被覆物20の応力を決定する応力モニタ12と、応
力モニタ12の出力に結合された応力測定装置18a と、決
定された被覆物応力にしたがって室10の被覆物付着パラ
メータを変化させる室制御装置18とを備えていることを
特徴とし、所定のプロファイルをブロック14に、また室
定数ブロック16に入力してそれに基づいて複数の被覆物
蒸着源を制御し、応力モニタ12の出力に応じて室制御装
置18により被覆物付着パラメータを変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に光装置の被覆物
に関し、特に被覆物付着方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常の光被覆物は主として光学特性に対
して設計されている。したがって、被覆物内の応力は制
御されないか、或いは不充分にしか制御されないので、
被覆物は適用される基体から剥がれない。結果的に、高
パワーレーザ、ｘ線、原子核、高温或いは低温、高熱フ
ラックス適用のような不利な環境における動作、または
でこぼこのある被覆物のような非常に厚く構成されるこ
とが必要な被覆物に対して硬化されなければならない被
覆物は、応力による故障を生じやすい。この制限を克服
するために、適切な光学特性を有する被覆物を生成する
とき、被覆物の応力および熱膨脹係数（ＣＴＥ）の両者
を小さくするか或いは制御する技術が必要とされる。文
献（“Stresses Developed in Optical Film Coatings
”,AppliedOptics,Vol.5,No.1,1966 年１月,Anthony
E.Ennos氏）が参照され、この文献では、被覆室内に取
付けられるレーザ干渉計の１つのミラーとして薄いシリ
カストリップを使用することが説明されている。被覆物
がストリップ上に付着されるとき、ストリップは屈曲さ
れる。屈曲は干渉計によって測定され、被覆物内の応力
と相関される。
【０００３】通常の光被覆物は２つの材料の順次または
同時の蒸着を用いて製造される。材料および被覆物構成
は光学特性によって定められる。応力は耐久性被覆物を
生成する材料対の選択によってのみ考慮される。勾配屈
折率被覆物およびでこぼこのある被覆物は２つの光学材
料の同時蒸着によって製造されることもまた知られてい
る。勾配屈折率被覆物の場合、材料の混合は被覆物の厚
さの関数として屈折率を制御するように選択される。し
かしながら、通常の被覆物内で生成される応力の問題の
検討はほとんど或いは全く行われていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】例として、図１は層の
応力不整合により多層被覆物内の応力の成長を示すグラ
フである。理想的に、個々の被覆物層内の応力は交互に
伸張性および圧縮性である。しかしながら、応力平衡は
決して完全ではないので、圧力が増加するに連れて被覆
物内の残留応力も増加する。
【０００５】結果的に、厚さ（ＴF ）において、被覆物
の応力で誘起された故障が生じる。この応力誘起による
故障は被覆物の光学特性および、または物理的特性に悪
影響を与える。
【０００６】さらに、例として図６が参照され、Ｃｅｒ
−Ｖｉｔ基体上のＴｈＦ4 被覆物の付着効果（曲線Ａ）
およびＫＣｌ基体上のＴｈＦ4 被覆物の付着効果（曲線
Ｂ）が示されている。見られるように、付着中（領域
Ｃ）、両方の基体系に対するフィルム引張り応力はそれ
ぞれ異なる最終張力強度値を達成するが、増加して水平
になる。しかしながら、冷却中（領域Ｄ）、ＴｈＦ4 ／
Ｃｅｒ−Ｖｉｔ系は引張り応力を増加し続け、一方Ｔｈ
Ｆ4 ／ＫＣｌ材料系は圧縮フィルム応力を生成する。冷
却中でのこれらの応力の変化は被覆物と基体の間の収縮
量の相違によって生じるものであり、被覆物および基体
は異なるＣＴＥ（熱膨張係数）を有する。認識されるよ
うに、これらの各材料系内で誘起された応力は付着され
た被覆物の使用中では有害であることが証明され、特に
そのような使用はＴｈＦ4 ／Ｃｅｒ−Ｖｉｔ材料系の引
張り応力をさらに増加するか、或いはＴｈＦ4 ／ＫＣｌ
材料系の圧縮応力をさらに増加するようになる。
【０００７】したがって、本発明の目的は、被覆物の応
力および、またはＣＴＥが特定化され制御される光装置
の被覆物を提供することである。
【０００８】本発明の別の目的は、被覆物の光学特性お
よび応力および、またはＣＴＥ特性が複数の被覆物材料
の同時蒸着または順次蒸着によって同時に制御されるよ
うに被覆物を基体上に形成する方法および装置を提供す
ることである。
【０００９】本発明のさらに別の目的は、予め定められ
た値内であるように被覆物の応力および、またはＣＴＥ
特性を制御しながら、通常の被覆物形成方法によって得
られるよりも高い光の密度および、または狭い帯域幅を
示すでこぼこのある被覆物のような厚い被覆物を製造す
る方法および装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の問題
は克服され、本発明の目的は被覆物に前もって応力を与
えるか、或いは高い放射吸収の外部被覆物層または他の
領域に低いＣＴＥおよび、または大きい強度を与えるプ
ロセスによって、例えばパルス化されたレーザ、ｘ線、
および核硬化適用のための光被覆物を生成する方法およ
び装置によって実現される。本発明はまた下に位置する
基体のＣＴＥと整合するように被覆物ＣＴＥを適合させ
ることによって、連続波レーザおよび、またはｘ線適用
に対して優れた光被覆物、並びに高い熱フラックスまた
は非常に高い温度に耐えることが可能な被覆物を製造す
る方法および装置を提供する。
【００１１】本発明の方法によると、被覆物は厚さの関
数として所望の屈折率プロファイルを得るように特定化
される。次に、所望の応力および、またはＣＴＥプロフ
ァイルが選択される。これは例えばゼロ応力、基体材料
に整合されたＣＴＥ、または所期の適用に必要とされる
特定応力プロファイルであってもよい。厚さの関数とし
て所望の屈折率および応力および、またはＣＴＥプロフ
ァイルに基づいて、選択された被覆物材料に必要な混合
比を得るために連立方程式が解かれる。
【００１２】被覆物の屈折率および応力またはＣＴＥの
制御は３つおよび４つの被覆物材料を特定することによ
って行われる。
【００１３】さらに本発明によると、被覆物付着室は被
覆物応力または係数を測定するための内部に配置された
応力モニタを含む。このモニタの出力は予め定められた
プロファイルと比較され、適切な修正が室定数に対して
行われる。現在好ましい実施例において、内部に配置さ
れた応力モニタは被覆物が形成される基体の表面から反
射するサンプルビームを有する干渉計を含む。サンプル
ビームの光路長の変化は被覆物中に誘起された応力によ
り基体の屈曲の方向および大きさを示す。
【００１４】
【実施例】ここに用いられる用語「光被覆物」は可視ス
ペクトル波長内の放射に使用される被覆物および紫外線
（ＵＶ）および赤外線（ＩＲ）スペクトルのような他の
波長帯域内の放射に使用される被覆物を含む。用語「光
被覆物」はまた光被覆物製造技術によって製造される任
意の被覆物を含む。
【００１５】次の表は本発明の基本的な原理を説明し、
幾つかの異なる被覆物の複雑さおよび被覆物の特性の効
果を示す。
【００１６】表１ 被覆物の複雑さ 被覆物特性の制御の程度 １つの材料 屈折率、応力、およびＣＴＥは全
て予め定められている（従来技術） ２つの材料 屈折率、応力、またはＣＴＥの制
御（従来技術） ３つの材料 屈折率および応力またはＣＴＥの
制御 ４つの材料 屈折率、応力、およびＣＴＥの制
御 付加的な被覆物材料が使用されるとき、付加的な被覆物
特性は特定化され制御されることが認められる。現在知
られている２つの材料の制御された同時蒸着の技術にお
いて、本発明は複数の被覆物特性を同時に規定し制御す
るために３つ以上の材料の同時蒸着を行う新しい方法に
よって通常の方法を拡張する。
【００１７】本発明の重要な概念は、屈折率および応力
またはＣＴＥ特性が共に特定化される被覆物を特定化す
るために被覆物材料混合比の関数として屈折率および応
力の連立方程式を解く能力である。例えば、屈折率およ
び応力が制御される３材料系について以下説明される。
屈折率および応力に対する線形化された方程式は次の通
りである。
【００１８】 屈折率＝Ｎ＝Ｎ1 Ｘ＋Ｎ2 Ｙ＋Ｎ3 （１−Ｘ−Ｙ） (1) 応力＝Ｓ＝Ｓ1 Ｘ＋Ｓ2 Ｙ＋Ｓ3 （１−Ｘ−Ｙ） ＋［Ｃ1 Ｘ＋Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 （１−Ｘ−Ｙ）］（Ｔ−Ｔ０）＋Ｓ０ (2) ここで、ＸおよびＹは混合物中の材料１および２の割合
を示し、（１−Ｘ−Ｙ）は材料３の割合である。Ｘおよ
びＹは解かれるべき方程式である。Ｎi はｉ番目の材料
の屈折率であり、Ｓi はｉ番目の材料の内部応力であ
り、Ｃi はｉ番目の材料と基体のＣＴＥの差に比例する
ｉ番目の材料の温度依存応力である。これらは全て被覆
物材料および基体の既知の、或いは測定された量であ
る。温度依存応力（Ｃ）は所望の応力が達成される被覆
温度Ｔと動作温度Ｔ0 の温度差と乗算される。Ｓ０は既
知の測定された表面効果のような既知の固有の応力を示
す。これらは境界面における格子転位および空気による
吸収または化学反応によって誘起された応力を含むが、
それに制限されない。
【００１９】温度が特定化された後、式（２）は次のよ
うになる。
【００２０】 応力＝Ｓ＝Ｓ´1 Ｘ＋Ｓ´2 Ｙ＋Ｓ´3 （１−Ｘ−Ｙ）＋Ｓ０ (3) ここで、Ｓ´i ＝Ｓi ＋Ｃi （Ｔ−Ｔ０）であり、それ
は全応力係数（内部応力パルスＣＴＥ）である。
【００２１】式（１）および（３）は２つの未知数（混
合比率ＸおよびＹ）の関数であるＮおよびＳに対する２
つの方程式を示す。これらの式はＸおよびＹに対して解
かれ、それによって材料３の比率が定められる。
【００２２】図３は所定の屈折率および所定の応力に対
する材料組成ＸおよびＹを選択する解のグラフである。
仮定された式の線形は必須ではなく、式はまた非線形で
あってもよいことに注意すべきである。しかしながら、
いずれの場合でも、解は存在する。非線形式に対して、
図３の曲線は異なる形状（直線でなく、均等な間隔では
ない）を有するが、一般に解を定めるために同じグラフ
ィック技術が使用される。図３のグラフでは所望の屈折
率Ｎおよび応力Ｓが入力される。指定された交点ＩはＸ
およびＹの必要な値を与える。
【００２３】被覆物の厚さを通る多数の点のＸおよびＹ
の値を決定するために、グラフは厚さ内の各特定の点に
おける屈折率および応力の特定値を複数回入力される。
【００２４】上記式に基づいて、内部応力ではなく被覆
物のＣＴＥ（温度依存応力）を制御することもまた本発
明の技術的範囲内にあることが次の式によって示され
る。
【００２５】 Ｃ＝（Ｅc ／（１−μc ）（αc ，αs ） ＝Ｃ1 ＋Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 （１−Ｘ−Ｙ） (4) ここで、Ｅc ，μc ，αc はそれぞれ被覆物のヤング
率、ポアッソン比、およびＣＴＥであり、αs は基体の
ＣＴＥである。これは基体の歪みによる被覆物中の無視
できる程度の応力除去を仮定する。Ｃはまた基体パラメ
ータαs に依存することを注目すべきである。したがっ
て、次の通りである。
【００２６】 Ｃi ＝αi Ｅi ／（１−μi ）−αs Ｅi ／（１−μi ） ＝Ａi −αs Ｂi (5) これはαs に対するＣの依存性を明白に示す。Ａi およ
びＢi は式（５）によって限定され、被覆物の材料特性
のみに依存する。全ての材料特性Ｎ，Ｓ，Ｃはまた被覆
室パラメータに絶対的な依存性を有することに注目すべ
きである。したがって、 ＣＴＥc ＝［Ｃ（１−μc ）］／Ｅc ＋ＣＴＥs Ｃ＝Ｃ1 Ｘ＋Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 （１−Ｘ−Ｙ） (6) 図３のグラフに類似するグラフはＸおよびＹの関数とし
て屈折率対ＣＴＥを示すように構成されることができ
る。
【００２７】さらに、第４の材料温度を付加することに
よって依存応力（Ｃ）に対する別の式が付加され、屈折
率、内部応力、およびＣＴＥを同時に制御することは本
発明の技術的範囲内にある。これは３つの方程式（例え
ばＮ，Ｓ，Ｃ）および同じ方法によって解かれる３つの
未知数（混合比率Ｘ，Ｙ，Ｚ）を生じる。
【００２８】 Ｎ＝Ｎ1 Ｘ＋Ｎ2 Ｙ＋Ｎ3 Ｚ＋Ｎ4 （１−Ｘ−Ｙ−Ｚ） Ｓ＝Ｓ1 Ｘ＋Ｓ2 Ｙ＋Ｓ3 Ｚ＋Ｓ4 （１−Ｘ−Ｙ−Ｚ）＋Ｓ0 ＋ＣΔＴ Ｃ＝Ｃ1 Ｘ＋Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 Ｚ＋Ｃ4 （１−Ｘ−Ｙ−Ｚ） (7) 図３のグラフの拡張はＸ，Ｙ，Ｚを与える交点とそれぞ
れ異なる軸に対して屈折率、応力、およびＣＴＥを示す
３次元グラフ構造を与える。
【００２９】式（７）に基づいて、Ｎi ，Ｓi ，および
Ｃi を解くために混合比率を知ることもまた本発明の技
術的範囲にある。
【００３０】１つの適切な被覆物構成方法が図４に示さ
れている。まず、ブロックＡにおいて、被覆物は厚さの
関数として所望の屈折率プロファイルを得るために通常
の方法で特定化される。これは既知の型式の被覆物構成
プログラムによって達成されることができる。次に、ブ
ロックＢにおいて、所望の応力および、またはＣＴＥプ
ロファイルが選択される。これは例えばゼロ応力、基体
材料に整合されたＣＴＥ、または所期の適用に必要な特
定応力プロファイルであってもよい。厚さの関数として
所望の屈折率および応力および、またはＣＴＥ特性を知
ることによって、連立方程式の解の組（図３参照）は厚
さの関数として所望の混合比を得る（ブロックＣ）ため
に入力される。それから被覆物設計が完了される。
【００３１】プロファイルは被覆物パラメータが被覆物
の厚さを通して変化されることを必ずしも必要としない
ことを注意すべきである。例えば、一定の屈折率が望ま
しいならば、「プロファイル」は被覆物の厚さの方向で
屈折率の一定の値を有する。
【００３２】パルス化されたレーザおよび、またはｘ線
硬化被覆物を特定化する１例として図２が参照される。
２つの故障応力が示され、一方は圧縮応力（Ｃ）であ
り、他方は引張り応力（Ｔ）である。被覆物構成および
材料を用いることによって、ゼロのＣＴＥを得ることが
できず、材料の仮定された、および、または測定された
吸収特性が検討される。それから、既知の型式の熱モデ
ルプログラムの使用によって、被覆物内の熱分布が得ら
れる。予め定められた熱分布から被覆物内の応力分布ま
たはプロファイルが得られる。この応力プロファイルお
よび材料の既知の、仮定された引張り並びに圧縮故障応
力を用いることによって、被覆物構成は許容可能な応力
限界内にポストレーザパルス応力曲線を維持することに
よって改良された耐性を得るように予め応力を与えるよ
うに製造される。
【００３３】上記方法は屈折率および応力が被覆物を通
して制御される勾配屈折率被覆物に特に有用である。し
かしながら、この方法は等価層に基づいて個別の被覆物
に十分にも等しく適用されることができる。
【００３４】個別の層状被覆物において、格子不整合に
より各層の残留応力が存在するが、各周期中の応力は制
御されることに注意すべきである。勾配被覆物の利点は
被覆物中の各点における応力が制御されることである。
したがって、ゼロ応力勾配被覆物中の応力はどの点にお
いてもゼロであり、一方個別の被覆物における応力は等
価層または周期に基づいてのみゼロである。しかしなが
ら、これは応力が厚い個別の層状被覆物内に生成される
ことを阻止するので依然として有用である。
【００３５】図５は本発明の別の概念にしたがって動作
する被覆物製造装置の１実施例を示す。すなわち、被覆
物製造は被覆物が基体上に付着されるとき被覆物内の応
力を監視し制御するその内部に位置した応力測定システ
ムを含む。同じ応力測定システムはまた被覆物製造が終
了された後に被覆物内の応力を監視するために使用され
ることができる。
【００３６】図５は装置内の応力モニタ12を含む被覆室
10を示す。ブロック14は上記説明および図３にしたがっ
て定められたような所望の屈折率および応力プロファイ
ルのエントリを示す。ブロック16は被覆室較正定数を含
む。所望の屈折率および応力プロファイルは被覆室較正
定数と共に被覆物混合プロファイル（Ｘ，Ｙ，…）並び
に閉ループ室制御装置18に供給される被覆物の温度およ
び分圧等を与える。閉ループ室制御装置18は特定の被覆
物を生成するように動作する。これは複数の被覆物材料
のソース（Ａ，Ｂ，Ｃで示されている）を室10内に設け
ることによって達成される。室10は排気されるか或いは
予め定められたガス圧力で維持され、被覆物材料は既知
のように被覆される任意数の基体40プラス応力監視基体
22の表面上に被覆物20を生成するように蒸着される。室
10は付着過程中に特定の温度に基体40,22 を維持するヒ
ータ26を有する容器24として示された手段を含む。
【００３７】しかしながら、各被覆物の生成中条件変化
の発生により、室定数16は時間と共に変動することがあ
る。この問題を克服するために、内部に設置された応力
モニタ12および光モニタ37はそれぞれ被覆物応力および
被覆物光学特性を測定するために使用される。これらの
モニタの出力は予め定められたプロファイルと比較さ
れ、適切な修正が室定数に対して行われる。
【００３８】材料パラメータを測定するために、応力制
御ループが開放され、室制御装置は材料定数Ｎ，Ｓ，お
よびＣを決定するために割合、混合物、温度、ガス圧力
等のような室パラメータを考慮する。
【００３９】本発明のこの実施例に対して、応力モニタ
12は基体22に光学的に結合され、コヒーレントなまたは
半コヒーレントな放射28a を与える光源28を含む。ビー
ムスプリッタ30は光源放射28a を基準ビーム28b および
サンプルビーム28c に分割する。基準ビーム28b は基準
反射鏡32に導かれ、そこから反射される。サンプルビー
ム28c は基体22の背面（好ましくは非付着表面）の反射
領域34に導かれ、そこから反射される。ビームスプリッ
タ30は反射された基準ビーム28b および反射されたサン
プルビーム28c を結合し、結合されたビーム28d を干渉
縞カウンタ36に供給する。干渉縞カウンタ36は基準反射
鏡32に関する反射領域34の相対的変位を決定するために
干渉計によって生じた干渉縞を比較するように動作す
る。この変位の変化はサンプルビーム28c の光路長の変
化を示し、基体22の表面の応力で誘起された変位による
ものである。したがって、干渉縞カウンタ36の出力は付
着された被覆物20内の応力の大きさを表し、この応力は
基体22を歪ませるので、サンプルビーム28c の光路長を
長くしたり短くすることができる。
【００４０】例として、図６のＴｈＦ4 ／Ｃｅｒ−Ｖｉ
ｔシステムに対して、サンプルビーム28c の光路長は付
着中に短くされ、冷却中にさらに短くされる。図６のＴ
ｈＦ4 ／ＫＣｌシステムに対して、サンプルビーム28c
の光路長は付着中に短くされ、冷却中に長くされる。
【００４１】いずれの場合でも、基体22の測定された屈
曲による歪みは既知の基体22の材料特性および寸法に関
連して室制御装置18が被覆物応力を決定することを可能
にする。基体22が薄くなれば、応力の感度は大きくなる
ことを認識できるであろう。したがって、応力の高い感
度に対して、応力監視基体22は一般に被覆される他の基
体よりもずっと薄くされる。全ての基体は同じ材料から
構成されることが好ましいが、異なる基体材料はＳ0 と
Ｃの差の補償のように異なる材料係数に対する適切な修
正によって使用されることができる。
【００４２】室10はまた形成された基体および被覆物シ
ステムを通って放射線の透過を監視する分離した光モニ
タを含む。これは被覆物および基体40を通過するビーム
39を供給するように配置された放射線ソース38およびビ
ームを受けるモニタまたは検出器37によって構成される
のが好ましい。これは被覆物の付着中に被覆物の屈折率
およびまたは厚さを室制御装置18によって監視すること
が可能である。
【００４３】図５において、３つのソース材料（Ａ，
Ｂ，Ｃ）が示されている。同時蒸着されるソース材料の
数は所望の屈折率または屈折率プロファイルおよび制御
される被覆物特性の数の関数であることを認識すべきで
ある。例えば、２つのソースシステムに対して、ソース
材料の一方は可視波長に対して約１．５の屈折率を有す
るＴｈＦ4 であり、他方の被覆物材料は可視波長に対し
て約２．４の屈折率を有するＺｎＳｅである。これらの
２つの材料の同時蒸着は（ＴｈＦ4 ）x （ＺｎＳｅ）
1-x から構成される無定形混合物を基体22上に付着させ
る。その屈折率は被覆物の厚さの関数として約１．５と
２．４の間で変化する。
【００４４】３つのソース材料系の１例として、第１の
ソース材料はＳｉＯ2 であり、第２のソース材料はＴｉ
Ｏ2 であり、第３のソース材料はＨｆＯ2 である。結果
的に生じた被覆物は（ＳｉＯ2 ）x （ＴｉＯ2 ）y （Ｈ
ｆＯ2 ）1-x-y から構成され、ここでｘおよびｙは所望
の屈折率並びに所望の応力またはＣＴＥの被覆物特性を
備えるように制御される。もし４つの被覆物材料が所望
の屈折率を与えるならば、所望の屈折率並びに所望の応
力またはＣＴＥの被覆物特性が得られる。
【００４５】種々のこれらの２つ、３つ、または４つの
ソース材料の全ての複合体に対して、内部に位置する応
力モニタ12は予め定められた限界内に被覆物応力を維持
するために室10に対して実時間修正を行うことができる
ように付着中に応力特性を監視することが可能である。
光モニタ37,38 によって測定された応力または屈折率が
所望の値と異なることが発見されるならば、式（７）は
偏差を補償するために再び用いられる。１つの例におい
て、測定された値Ｎ，Ｓ，およびＣおよび入力された値
Ｘ，Ｙ，およびＺを用いて、式（７）は残りの被覆物付
着中に使用される修正された材料定数の組を解答する。
【００４６】さらに図５を参照すると、干渉縞カウンタ
36からの出力は応力測定装置18a によって基体22内に誘
起された応力の測定値に変換される。注意したように、
この応力は一方または他方を示す基体22の歪み方向を有
する引張り応力または圧縮応力でよい。屈曲歪みの大き
さは誘起された張力または圧縮応力の大きさを示す。
【００４７】室10はまたソース材料の蒸着速度を測定す
る１つ以上の蒸着速度モニタ42を設けられることができ
る。測定された蒸着速度に基づいて、室制御装置18は各
ソースＡ，Ｂ，Ｃに関連して抵抗加熱器44の加熱を変化
させることができる。これは室動作パラメータの変化の
１例である。別の例はソース材料の化学組成に影響を与
えるように、すなわちＳｉＯをＳｉＯx に酸化させるた
めに室10内の分圧を変化することである。Ｅビーム付着
室のような他の実施例に対して、室制御装置18はＥビー
ム電流を変化させることができる。
【００４８】応力測定ブロック18a の出力および光モニ
タ37の出力はまた室定数ブロック16に供給されることが
できるので、室定数は室10内に生じる変化を補償するた
めに修正されるか或いは更新されることができる。
【００４９】被覆物中の応力の内部に位置する測定装置
による測定は少なくとも次の２つの理由で望ましいもの
である。第１は、この応力測定は被覆物材料混合比の関
数として被覆物応力およびＣＴＥ特性の決定を可能にす
る。第２に、この応力測定は被覆物付着サイクル中の被
覆室10のパラメータ変動に対する実時間修正を可能にす
る。
【００５０】上述の第１の理由は材料の応力およびＣＴ
Ｅ並びに材料の混合物を決定するために重要であり、被
覆物に対して予め定められた応力プロファイルを設計す
るために必要である。装置内の応力測定システム12の使
用は新しい被覆物材料または新しい室の動作条件が用い
られるときはいつでも特徴付けツールとして特に価値が
ある。十分な材料および付着条件の特徴付けの後には、
応力測定システム12は被覆過程に必要ではない。
【００５１】上述の第２の理由は室の状態が予期しない
ように変化するときに重要である。応力測定システム12
の使用はまた被覆物が設計明細を満たさない条件を修正
することによって生産率を改良する。応力プロファイル
設計明細が満たされたこと（すなわち品質制御）はまた
有効であることを示すものである。なぜなら厚い基体上
にすでに製造された被覆物中の応力を評価することは一
般に困難であるからである。十分な室の特徴付けの後に
は、応力測定システム12はある過程には必要ない。少な
くとも上述の２つの理由に対して、被覆室10中に応力測
定システム12を含むことは応力制御された被覆物を構成
して製造する方法の重要な構成部分である。
【００５２】干渉測定の原理にしたがって動作する光学
的応力測定システム12について説明したが、他の応力監
視装置の実施例もまた本発明の技術的範囲内にあること
を認識すべきである。例えば、基体はオングストローム
計のような小さいプローブと物理的に接触されるか、或
いはキャパシタンスゲージに接近して位置されることが
できる。その代りに、歪み計またはピエゾ電気センサの
ような圧力感知装置が基体の歪みを測定するか、或いは
歪みを阻止するように基体に加えられる力またはモーメ
ントを測定するために使用されることができる。力また
はモーメントの大きさは応力に比例する。さらに、ここ
に記載された特定の材料は本発明を限定するものではな
く、材料の組合わせおよび付着方法を含む適切な基体お
よび被覆物材料の幅の広い変化によって実行されること
ができ、また抵抗加熱、Ｅビーム、スパッタリングおよ
びイオン補助に制限されない。
【００５３】以上、本発明を好ましい実施例に関して示
し説明したが、形態および詳細の変化は本発明の技術的
範囲から逸脱することなく当業者によって為されること
を理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の多層光被覆物中に生成された応力を示す
グラフ。
【図２】予め応力を与えた光被覆物の応力プロファイル
を示すグラフ。
【図３】所望の屈折率および所望の応力の関数として２
つの被覆物材料の組成の比率を選定する１つの方法を示
すグラフ。
【図４】本発明の方法を示すフローチャート。
【図５】本発明にしたがって構成され動作される被覆物
付着システムのブロック図。
【図６】異なる熱膨張係数を有する２つの異なる基体材
料における同じ被覆物材料の影響を示す説明図。
【符号の説明】
10…被覆室、12…応力モニタ、18…制御装置、20…被覆
物、22,40 …基体、28…光源。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体の表面に被覆物を付着するとき１つ
    以上の基体を収容する室手段と、 使用中の基体に結合し、付着されている被覆物に関連し
    た応力を決定する手段と、 前記決定する手段の出力に結合され、決定された被覆物
    応力にしたがって室手段の１つ以上の被覆物付着パラメ
    ータを変化させる手段とを備えていることを特徴とする
    被覆物を基体上に付着する装置。
  2. 【請求項２】 前記決定する手段は基体から反射するサ
    ンプルビームの光路長の変化を測定する干渉計手段を備
    え、光路長の変化は基体の屈曲歪みの関数である請求項
    １記載の装置。
  3. 【請求項３】 基体はその表面に付着される反射領域を
    含み、反射領域はサンプルビームを反射する請求項２記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 前記室手段は３つ以上のソース材料およ
    びそれらソース材料を前記基体上に付着する手段を含
    み、前記室手段はソース材料の予め定められた比率に応
    じて予め定められた屈折率プロファイルおよび予め定め
    られた応力プロファイルを有する被覆物を構成する請求
    項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記室手段は３つ以上のソース材料およ
    びそれらソース材料を前記基体上に付着する手段を含
    み、前記室手段はソース材料の予め定められた比率に応
    じて予め定められた屈折率プロファイルおよび予め定め
    られた熱膨脹係数プロファイルを有する被覆物を構成す
    る請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記室手段は３つ以上のソース材料およ
    びそれらソース材料を前記基体上に付着する手段を含
    み、前記室手段はソース材料の予め定められた比率に応
    じて予め定められた屈折率プロファイル、予め定められ
    た応力プロファイル、および予め定められた熱膨脹係数
    プロファイルを有する被覆物を構成する請求項１記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 被覆物の付着中に被覆物の光学特性を監
    視する手段をさらに備えている請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 被覆物の厚さの関数として所望の屈折率
    プロファイルを特定化し、 被覆物の厚さの関数として所望の被覆物応力プロファイ
    ルを特定化し、 特定化された所望の屈折率および特定化された所望の被
    覆物応力プロファイルに基づいて、被覆物の厚さの関数
    として、被覆物を製造するための材料１、材料２、およ
    び材料３の３つの被覆物材料の比率を決定するステップ
    を含んでいることを特徴とする基体上に付着される光被
    覆物の組成を特定化する方法。
  9. 【請求項９】 比率を決定するステップでは次の一連の
    連立方程式を解くステップを含み、 屈折率Ｎ＝Ｎ1 Ｘ＋Ｎ2 Ｙ＋Ｎ3 （１−Ｘ−Ｙ） 応力Ｓ＝Ｓ´1 Ｘ＋Ｓ´2 Ｙ＋Ｓ´3 （１−Ｘ−Ｙ）＋
    Ｓ０ ここで、ＸおよびＹは被覆物中の材料１および２の比率
    を示し、（１−Ｘ−Ｙ）は被覆物中の材料３の比率を示
    し、Ｎi はｉ番目の材料の屈折率であり、Ｓiはｉ番目
    の材料の内部応力であり、Ｃi はｉ番目の材料の温度依
    存応力である。Ｔは被覆物付着温度であり、Ｔ０は被覆
    物の動作温度であり、Ｓ０は既知の固有の被覆物応力を
    示し、Ｓ´i ＝Ｓi ＋Ｃi （Ｔ−Ｔ０）であり、それは
    全応力係数である請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 被覆物の厚さの関数として所望の屈折
    率プロファイルを特定化し、 被覆物の厚さの関数として所望の被覆物熱膨張係数プロ
    ファイルを特定化し、 特定化された所望の屈折率および特定化された所望の被
    覆物熱膨張係数プロファイルに基づいて、被覆物の厚さ
    の関数として、被覆物を製造するために材料１、材料
    ２、および材料３の３つの被覆物材料の比率を決定する
    ステップを含んでいることを特徴とする基体上に付着さ
    れる光被覆物の組成を特定化する方法。
JP4327014A 1991-12-06 1992-12-07 複数の予め定められた特性を有する光被覆物およびその製造方法 Pending JPH05247647A (ja)

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IL103888A0 (en) 1993-04-04
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