[发明专利]光学薄膜厚度控制方法及装置,绝缘多层薄膜及制造装置

说明书

本分案申请是基于申请号为03108229.7，申请日为2003年03月25日，发明名称为“光学薄膜厚度控制方法及装置，绝缘多层薄膜及制造装置”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及在形成薄膜时控制光学薄膜的薄膜厚度的方法，具体来说，涉及根据光学技术，用于执行该方法的控制薄膜厚度的装置，以及制造主要用作光学薄膜并可以在形成期间以高精确性控制厚度的绝缘多层薄膜的装置。光学薄膜已经在各种光学部件或元件中广泛应用，如波导管、衍射光栅、光发射器、指示器、光存储器和太阳能电池。具体来说，就用于涉及光学通信的通信技术领域中的密集波分复用设备的光学薄膜而论，使用多层薄膜制造的趋势已经越来越明显。相应地，以高精确性控制多层光学薄膜结构中的每一层薄膜的光学薄膜厚度已经变得非常重要。 

背景技术

在薄膜的增长期间测量薄膜的薄膜厚度对于控制沉积速率和薄膜厚度非常重要。就光学薄膜而论，用于确定诸如反射率和透射率之类的光学属性的光学薄膜厚度(折射率和物理薄膜厚度的乘积)比物理薄膜厚度更有用。因此，广泛地监视光学薄膜厚度，其做法是根据一种测量薄膜的光学属性的所谓的光学薄膜厚度控制方法在薄膜的增长期间测量薄膜的光学属性。光学薄膜厚度控制方法包括单色测光法、二色测光法和多色测光法。在这些光学薄膜厚度控制方法中，最简单的是单色测光法。 

单色测光法涉及使用在正在形成的薄膜的光学薄膜厚度达到λ/4(λ：入射单色光的波长)的整数倍时出现的峰值(以及谷底，在下文中，每一个值都分别相当于最大值和最小值)。在开始增长之后在正在形成的薄膜的光学薄膜厚度首次达到λ/4的整数倍时如果在其涂覆表面堆积了正在形成的最新的表面层薄膜的衬底一侧的相邻层的光学薄膜厚度不等于λ/4的整数倍，或者如果包括相邻层的系统的导纳(admittance)不能以数学实数显示，这样的峰值并不总是出现。然而，在此类情况下，一旦峰值已经出现，它就会在光学薄膜厚度的增长周期定期出现，与λ/4的整数倍一致。 

然而，在单色测光法中，上述涉及使用出现的峰值进行峰值控制的传统的方法原则上不能避免某种程度的控制精确性的下降，因为在峰值的邻近处光强度相对于光学薄膜厚度的提高而变化很小。 

可以通过使用干涉滤光片来改进精确性，该干涉滤光片的波长稍微不同于用于在光强度显著变化的峰值邻近处之外的一个点控制薄膜形成终止的波长。作为这种类型的方法，可以测量作为一种光学属性的光强度(倒透射率(reciprocal transmittance))，以选择一种提供增长光学薄膜厚度的高控制精确性的光学相位角区，从而确定薄膜形成终止时间点(例如，参见专利对比文件1)。 

另一方面，在专利对比文件2的技术中，例如，通过使用预期的波长来使用传统的单色测光法。根据此方法，就在测量的光强度(透射率)响应光学薄膜厚度的λ/4的整数倍的增长而形成一个峰值的紧前面获得的测量的数据组通过最小二乘法回归到二次函数。可以形成回归函数的峰值的时间点被预测，以相应地确定薄膜形成终止时间。在优选情况下，时间是预测的点本身，但如果要考虑特定条件，参考预测的点作为时间点基础来判断时间。 

专利对比文件1：Japanese Patent Laid-Open No.S58-140605(第2至3页，图1) 

专利对比文件2：Japanese Patent Laid-Open Ne.S63-28862(第2至6页，图1和2)

发明内容

如上文所述，在通信领域形成具有多层的光学薄膜的需求越来越旺盛。具体来说，密集波分复用设备(例如，带通滤波器)中的多层光学薄膜可能包含100或100以上的层数。可以形成具有交替层的多层结构，包含高折射率的层和低折射率的层，每一层都具有等于λ/4的奇数倍的光学薄膜厚度(对于带通滤波器，可以通过高折射率层或低折射率层形成一个空腔层，在交替层之间具有λ/4的偶数倍的光学薄膜厚度)。在这种情况下，涉及通过替换与其关联的监视器衬底控制多层结构中的每一层薄膜的薄膜厚度的普通方法是不实用的，因为需要的处理变得十分复杂。