JP2002277628A - 光フィルタの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善された特性を有する光フィルタ及びその
製造方法を提供すること位にある。 【解決手段】 基板の表面を２以上の先駆物質に交互に
暴露させて基板上にサブ層を形成することにより光りフ
ィルタを製造する方法を提供する。測定光束を供給して
サブ層又はサブ層の複合層の光学特性を測定する。この
測定に基づいて、サブ層の数を選択して予め決められた
特性を有する光学フィルタ、例えばファブリペロフィル
タを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光フィルタ及びこ
のような光フィルタの製造方法及び装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】高屈折率物質及び低屈折率物質の交互の層
からなる薄膜光フィルタがディスプレイ装置、眼保護装
置、カラー計測装置及びレーザ装置のような多くの用途
のために開発されている。このようなフィルタは一般に
誘電体層を含むが、ある用途では導電層が設けられる。
誘電体層又は導電層は基板上にいくつかの既知の方法の
いずれかで堆積することができる。光フィルタ用に対し
ては、これらの層は一般に蒸着、イオンビームアシステ
ッド蒸着、又はスパッタリングにより堆積される。

【０００３】蒸着及びスパッタリング（及びこれらのプ
ロセスにより作製されたフィルタ）は多くの用途に対し
満足であるが、もっと要求の厳しい用途用のフィルタは
層厚の制御を必要とするともに、蒸着やスパッタリング
プロセスにより一般に達成し得ない層組成を必要とす
る。更に、蒸着やスパッタリングは堆積につれてストレ
ス（応力）を受ける膜を生成し得る。このようなフィル
タ及び方法を満足し得ない用途の特定の例は、波長分割
多重（ＷＤＭ）光通信システムにおいて光信号の多重及
び多重分離に使用される選択中心周波数に対する狭帯域
フィルタである。従って、改善されたフィルタ及びこの
ようなフィルタを製造する方法及び装置が要求されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】層の形成方法は、原子
層エピタキシ（ＡＬＥ）、原子層化学気相成長（ＡＬＣ
ＶＤ）及び原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。便宜のため
に、ここではＡＬＥ，ＡＬＣＶＤ及びＡＬＤを適宜使用
する。これらの方法において、基板の表面を２以上の先
駆物質の交互のパルスに暴露させる。第１先駆物質は表
面に結合し、第２先駆物質は結合した第１物質と反応し
てこれらの先駆物質の化合（又は結合）からなる物質の
サブ層を形成する。このような方法を用いる層形成は１
以上の先駆物質への暴露による基板表面の飽和に基づい
て容易に制御することができる。このような表面飽和に
よるプロセス制御が可能であるために、このような方法
ではアクティブプロセス制御は実行せず、不要とみなせ
る。しかし、このような飽和に基づくプロセス制御は高
精度の光フィルタに対し適切な層制御を提供し得ない。
このような方法を監視するプロセスは困難である。なぜ
なら、このような方法の層形成は基板表面を気体の形態
の先駆物質に暴露させることにより基板表面上に堆積さ
れる先駆物質に基づくものであるからである。（通常気
相状態の）先駆物質の流れは基板が置かれた反応室内中
に広がるため、反応室の表面が堆積層を堆積しやすい。
これがため、反応室を通して行なう層形成の監視は、層
形成の監視に使用する如何なる窓の上にも層が形成され
るために困難になる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した問題を克服する
製造方法、装置及びフィルタを以下に記載する。代表的
な方法では、基板表面を暴露サイクル中に少なくとも２
つの先駆物質に交互に暴露させ、基板表面に与えられた
先駆物質が化合又は結合して基板表面上にサブ層を形成
するようにする。複数のサブ層で層を形成する。少なく
とも１つの層、サブ層、又は層及びサブ層の組合わせの
特性の決定に基づいて、選択した層に対するサブ層の数
を決定するとともに、これらの層を形成するのに必要な
暴露サイクルの数を選択する。

【０００６】基板の塗布表面上に層を形成する装置は、
塗布表面を囲むとともに基板の第２表面を反応室の内部
と反対側に向けて配置するよう構成された反応室を具え
る。反応室は２以上の先駆物質を塗布表面に供給するよ
う構成された少なくとも１以上の入口を具える。先駆物
質暴露コントローラが、多数の暴露サイクルの各サイク
ルにおいて２以上の先駆物質のパルスを塗布表面に交互
に供給して、各サブ層がそれぞれの先駆物質パルスで供
給される２以上の先駆物質の化合又は結合により形成さ
れるよう構成される。プロセスモニタが、被検体の塗布
表面の特性を測定し、測定した特性に対応するモニタ出
力を発生するよう構成される。パルスセレクタを含むコ
ントローラが、モニタ出力に基づいて、塗布表面に供給
すべき先駆物質パルスのサイクル数又は先駆パルスの数
を選択するよう構成される。或は又、このコントローラ
は、モニタ出力に基づいて塗布表面に供給すべき物質を
選択するよう構成される。

【０００７】追加の実施例では、反応室は境界面開口を
有する室壁を含む。境界面開口は、基板をその塗布表面
が反応室の内部に向き、その第２表面が反応室の内部と
反対側に向くように保持するよう構成する。他の代表的
な実施例では、システムは、基板と室壁との間の鏡界面
開口に配置されたシールを含み、先駆物質の流れが反応
室から漏れるのを阻止するよう構成する。更に他の実施
例では、反応室は先駆物質に暴露されないように配置さ
れたモニタ窓を含む。

【０００８】基板上に層を形成する方法は、基板の表面
を暴露サイクルで第１先駆物質及び第２先駆物質に交互
に暴露させて基板上に第１物質のサブ層を形成させる。
測定光束を基板の塗布表面に向け、サブ層又は複合サブ
層の特性を測定表面から受光される測定光束の一部分の
測定に基づいて決定する。塗布表面を測定表面から受光
される測定光束の一部分の測定に基づいて複数回（サイ
クル）に亘り第１及び第２先駆物質に暴露させる。代表
的実施例では、波長の関数として透過率、反射率、又は
透過率及び／又は反射率を測定する。他の実施例では、
偏光解析測定を行なう。

【０００９】多層膜光フィルタを形成する装置の一実施
例は基板を保持するよう構成された反応室を具える。反
応室は測定開口を具える。反応室は少なくとも一つの先
駆物質を反応室に供給する少なくとも１つの先駆物質入
口を具える。光学測定システムが設けられ、該測定シス
テムは測定開口を経て基板に向けられた測定光束を発生
する光源を具える。この光学測定システムは基板から測
定開口を経て供給される測定光束の一部分を受光する受
光器を具える。コントローラが設けられ、該コントロー
ラは、この受光器と通信して、少なくとも１つの層に形
成すべきサブ層の数を選択するよう構成され、サブ層が
基板を少なくとも１つの先駆物質に交互に暴露させるこ
とにより形成されるようにする。サブ層の数及びサブ層
のタイプは受光器で受光される測定光束の測定値に基づ
いてコントローラにより決定される。代表的な実施例で
は、測定光源はレーザとし、受光器は光学スペクトル分
析装置を含むものとする。追加の実施例では、装置は基
板を回転するよう構成されたプラネタリシステム又は他
の回転システムを含み、コントローラは基板の回転速度
を決定するよう構成する。

【００１０】一実施例の光フィルタ（例えば波長分割多
重及び多重分離フィルタ）は基板と高屈折率及び低屈折
率物質の複数の交互の層を含む。これらの層の少なくと
も１つは、フィルタにより透過される、又はフィルタか
ら反射される測定光束に基づいて選択された複数のサブ
層を含むものとする。これらのサブ層は本質的に第１及
び第２先駆物質の化合又は結合により形成される物質か
らなるものとすることができる。

【００１１】他の実施例では、光フィルタは基板と複数
のサブ層を含み、複数のサブ層が相俟って基板上の一つ
の層を形成する。これらのサブ層は基板を２つ以上の先
駆物質に交互に暴露することにより生成され、サブ層の
数は当該層又はその１以上のサブ層と関連する光学特性
の測定に基づいて選択する。このフィルタは約０．５ｎ
ｍ以下のスペクトル帯域幅Δλ1を有するスペクトル透
過率又は反射率を有するものとする（ここで、Δλ1は
最大透過率又は反射率から０．５ｄＢ下におけるスペク
トル透過率又は反射率の全幅である）。

【００１２】他の代表的な実施例では、光フィルタは基
板と高屈折率及び低屈折率物質の交互の層を含み、高屈
折率物質は本質的に酸化ニオブからなるものとする。特
定の実施例では、高屈折率物質の層は高屈折率物質の複
数のサブ層を含むものとする。

【００１３】本発明のこれらの特徴及び他の特徴を図面
を参照して以下に説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に示すように、光波長分割多
重（ＷＤＭ）通信システムにおけるチャネル選択（チャ
ネル多重分離）又はチャネル合成（多重）用に好適な光
フィルタのスペクトル透過率は便宜的に中心波長λcent
erとスペクトル幅Δλ1及びΔλ2により特徴づけられ
る。スペクトル帯域幅Δλ1及びΔλ2は代表的には最大
透過率Ｔmaxから０．５ｄＢ下の全幅及び最大透過率Ｔm
axから３０ｄＢ下の全幅として規定されている。スペク
トル帯域幅Δλ1及びΔλ2は、光フィルタを特定の中心
周波数にマッチングさせるため及びフィルタが近傍波長
の光をどの程度有効に除去するか決定するために指定さ
れる。光ＷＤＭ通信システムに対し、通信チャネルは１
５００ｎｍ光ファイバ伝送窓内の約１．６ｎｍ，０．８
ｎｍ，０．４ｎｍ及び０．２ｎｍのチャネル波長間隔に
対応する２００ＧＨｚ、１００ＧＨｚ，５０ＧＨｚ又は
２５ＧＨｚのチャネル周波数間隔に規定することができ
る。図１は狭帯域スペクトル透過率を示すように構成さ
れたフィルタを示すが、フィルタは狭帯域反射率又は他
の反射又は透過特性を示すように構成することができ
る。例えば、フィルタはファイバレーザ用のゲインフラ
ットナまたは ビームスプリッタ、アイソレーションフ
ィルタ、add/dropマルチプレクサ及びポンプレーザアイ
ソレータとして構成することができる。

【００１５】

【実施例】代表的な光フィルタ１５０を図２に線図的に
示す。フィルタ１５０は基板１５２と、高屈折率物質及
び低屈折率物質の交互の層１５４、１５６を含む。便宜
上、フィルタ１５０は７つの層を有するものとして示す
が、もっと多数又は少数の層を設けることができる。層
１５４、１５６は設計波長の所定の分数値であるそれぞ
れの光学的厚さ（実際の厚さをそれぞれの屈折率で割っ
たもの）を有するように堆積する。半波長及び四分の一
波長の光学的厚さの層が特に一般的であるが、他の層厚
を使用することもできる。光フィルタ１５０の反射率、
透過率又は他の特性は層の数、層の厚さ及び層の組成に
より決まる。

【００１６】図３は基板１６２上に形成された積層体１
６３を具える代表的なＷＤＭフィルタ１６０を示す。積
層体１６３は多層膜レフレクタ１６６とスペーサ層１６
４を含む。スペーサ層１６４はフィルタの中心波長の半
分の整数倍にほぼ等しい光学的厚さを有する。多層膜レ
フレクタ１６６の各々は高屈折率及び低屈折率を有する
各別の物質の交互の層を含む。これらの層の各々はフィ
ルタの中心波長の四分の一にほぼ等しい光学的厚さを有
する。このようなレフレクタは図２に示す光フィルタに
類似する。積層体１６３を反復させることができ、他の
例のフィルタは単一の基板上に堆積された２以上のフィ
ルタ積層体を具えるものとすることができる。追加のフ
ィルタ積層体の層はほぼ同一の光学的厚さを有するもの
とする。ＷＤＭ用に好適な３つのフィルタ積層体を有す
るフィルタは代表的には１２０−１８０の層を有する。

【００１７】図４に示すフィルタ１７０は層１７１、１
７３と基板１７２を含む。便宜上、フィルタ１７０は２
つの層のみを有するものとして示すが、代表的なフィル
タは上述したように多数の層を有する。層１７１は複数
のサブ層１７５を含み、サブ層の数及びサブ層の屈折率
は選択された光学的厚さをもたらすように選択される。
代表的な例では、これらのサブ層は同一の物質から形成
されるが、他の例では２以上の物質から形成して、層１
７１はサブ層１７５の屈折率に依存する実効屈折率を有
するもとすることができる。この例で使用されるよう
な、異なる屈折率を有するサブ層の屈折率の関数である
屈折率を有する層は加工屈折率層又は複合屈折率層と呼
び、それぞれ加工屈折率又は複合屈折率を有する。サブ
層は、例えば異なる屈折率の２つの物質の交互の層とし
て設けることができる。或は又、サブ層は層内の屈折率
が層厚の少なくとも一部分に亘って層の厚さ方向に単調
に増大又は減少する屈折率勾配層を形成するように設け
ることもできる。不均等屈折率を有する層を形成するこ
ともできる。或は又、異なるサブ層物質により、単一の
サブ層物質では得ることができない複合屈折率を複数の
サブ層を含む層に与えることができる。異なる物質のサ
ブ層の組合わせを用いてサブ層の光学的特性とは異なる
他の光学的特性を有する層を得ることもできる。サブ層
１７５のようなサブ層の形成については後述する。

【００１８】代表的なＮチャネルＷＤＭシステム２０１
へのこのようなフィルタの適用を図５につき説明する。
データソース２０３、２０４がチャネルデータをそれぞ
れの送信機２０５、２０６に供給し、これらの送信機が
それぞれ波長λ1、λNの被変調光信号を発生する（便宜
上、チャネル1及びＮのみを図５に示す）。被変調光信
号はチャネルマルチプレクサ（ＭＵＸ）２１１に供給さ
れ、多重される。多重された光信号は代表的には光ファ
イバである伝送リンク２１３を経て伝送される。多重さ
れた光信号はチャネルデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）
２２１で多重分離され、波長λ1、λNの被変調光信号が
それぞれの受信機２３１、２３２に供給され、チャネル
１のデータ及びチャネルＮのデータが復元される。ＭＵ
Ｘ２１１及びＤＥＭＵＸX２２１は図３に示す光フィル
タのような光フィルタを含む。

【００１９】光ＭＵＸ及びＤＥＭＵＸに使用するのに好
適なフィルタを含む光フィルタは図６に示すシステム
（装置）３００を用いて製造することができる。真空室
３０３内に位置する反応室３０２には層先駆物質の入口
及び出口を構成する入力ポート３０４及び出力ポート３
０６が設けられている。第１及び第２先駆物質が、コン
ピュータ３１２又は他の制御装置により制御される弁３
０９、３１０の制御の下で、ソース（原料）モジュール
３０５内のそれぞれのソース（原料源）３０７、３０８
から反応室３０２内に供給される。代表的には、コンピ
ュータ３１２はパーソナルコンピュータのような専用マ
イクロコンピュータであり、弁を制御するとともに他の
周辺装置と通信するインタフェースハードウエアが設け
られている。システム３００の動作のためのコンピュー
タ実行可能命令を含むコンピュータ読取り可能媒体がコ
ンピュータ３１２のために用意され、あるいはこれらの
命令をネットワークコンピュータ又はワークステーショ
ンからネットワーク接続又はリモート接続を介して受信
することもできる。

【００２０】チューナブルレーザ３１４又は他の光源が
設けられ、反応室３０２の境界面の室開口３１５に位置
する基板３１６を照明するように構成されている。シー
ル３１７は先駆物質が反応室３０２から室開口３１５を
経て真空室３０３へ流出するのを阻止する。チューナブ
ルレーザ３１４からの光ビームは基板３１６に向けら
れ、この光ビームの反射部分が受光器３２２へ戻され
る。受光器３２２はレーザ光の反射部分の大きさ、位
相、偏光状態又は他の特性を決定し、反射部分の選択し
た特性に対応する電気信号をコンピュータに供給する。
図６に示すように、光ビームの反射成分を受光器３２２
に向ける。或は又、他の実施例では、送出成分及び反射
成分のいずれか一方又は両方を受光器に向けることがで
きる。一般に、受光器は反応室から出る各光ビーム成分
に対し設けられるが、図６のシステムに両成分を単一の
受光器へ選択的に向ける光学系（図示せず）を構成する
ことにより単一の受光器を使用することができる。

【００２１】コントローラ３１２は先駆物質ソースモジ
ュール３０５と通信する。例えば、先駆物質ソースと関
連する温度又は圧力の測定に基づいて、コントローラ３
１２は、特定の先駆物質ソースが許容動作範囲内にあっ
て当該先駆物質を反応室３０２に満足に供給することが
できることを確かめる。コントローラ３１２は反応室３
０２及び基板３１６とも通信して、例えば選択した反応
室圧力、ガス含量又は温度が達成されていることを確か
める。簡単のため、温度、圧力又はその他のデータを得
るのに必要なセンサは図６に示されていない。また、こ
れらの及び他のプロセス状態を設定するのに必要とされ
る調整器、ヒータ、ポンプ、及びその他の素子も示され
ていない。システム３００は、コントローラ３１２が、
反応室３０２を弁３３１を経てパージする１以上のパー
ジガスを選択することができるように、或は反応室の表
面を清浄化するための加熱素子（図示せず）を制御する
ことができるように構成されている。

【００２２】必要な先駆物質ソース又は先駆物質ソース
の組合わせがコントローラ３１２により決定され、先駆
物質を反応室３０２に供給する用意ができ且つ反応室３
０２の用意ができた後に、コントローラ３１２は基板表
面３１６Ａの選択した先駆物質への一連の暴露を開始す
る。代表的には、コントローラ３１２は、基板３１６へ
先駆物質の１以上のパルス状供給を交互に行なうことに
より先駆物質への基板３１６の暴露を制御する。図６に
おいて、第１先駆物質の一連のパルス（波形３４２とし
て示されている）が反応室３０２に供給される。これら
のパルスは表面３１６Ａを第１先駆物質でほぼ飽和させ
るのに充分な先駆物質圧力、温度又は体積に対応する。
ここで使用されているように、表面の先駆物質による
「飽和」は、表面の先駆物質への追加の暴露がその前の
暴露により生ずる表面上の先駆物質の量の変化より小さ
い変化を生ずるプロセスに相当する。例えば、第１パル
スの持続時間Ｔpulse1を延長しても、一般に、パルス持
続時間の変化に比例する第1先駆物質による表面の被覆
量に変化を生じない。基板を第1先駆物質に暴露させた
後に、コントローラ３１２は、弁３３１を閉じ、遅延時
間Ｔdelay後に弁３３１を開いて第２先駆物質の持続時
間Ｔpulse2のパルス（パルス列３４３の第1パルス）を
反応室に供給させる。遅延時間Ｔdelay中に、反応室３
０２を不活性ガス又はその他のガスでパージすることが
でき、あるいはコントローラ３１２の指令の下で真空ポ
ンプに接続することができる。追加の遅延を与えること
もできる。種々の先駆物質のパルスを、対応する先駆物
質ソースを反応室に接続及び切断する弁を用いて発生さ
せることができ、種々の先駆物質のパルスは窒素のよう
な不活性ガスを含む気相拡散障壁で分離するのが代表的
である。例えば層及びサブ層の酸素含量を調整するため
に、他の物質を反応室３０２内に導入することもでき
る。

【００２３】第１先駆物質に対するパルス条件は表面を
ほぼ飽和するように選択するが、第２先駆物質に対する
パルス条件は、第２先駆物質が表面３１６Ａ上に堆積さ
れた第１先駆物質のほぼすべてと反応するように選択す
る。各先駆物質の導入後に、基板３１６の表面３１６Ａ
は第１及び第２先駆物質の化合物のサブ層を有する。図
６に示すような交互のパルスによって、各サブ層の厚
さ、屈折率、密度のようなパラメータ、及び複数のサブ
層からなる層の特性を制御することができる。サブ層は
代表的には約０．００５ｎｍ〜０．５ｎｍの厚さであ
り、多数のサブ層を形成して四分の一波長又は半波長の
ような選択した光学的厚さを有する層を生成する。サブ
層の厚さのような特性は、レーザ３１４及び受光器３２
２を用いて堆積プロセスをモニタすることにより決定さ
れるため、コントローラは目標光学特性を達成するため
に１つの層又はそれ以上の層に形成すべきサブ層の数を
選択する。サブ層の数の選択、例えば、予め決定された
設計より多くサブ層を追加する、予め決定された設計に
基づいて予想より少数のサブ層を形成する、或はサブ層
の組成を変更することにより表面３１６Ａに被着される
光学被膜の精密な特性の取得及び制御が可能になる。

【００２４】基板３１６の先駆物質パルスへの暴露中、
又は遅延期間（ガス拡散障壁間隔）中、又は層又はサブ
層の評価のために導入される遅延期間中、レーザ３１４
により発生された光ビームの反射部分を受光器３２２に
向ける。コントローラ３１２は受光器３２２からレーザ
ビームの受光部分に対応する電気信号又は他の信号を受
信する。この信号に基づいて、コントローラ３１２はプ
ロセス条件を調整して層形成プロセスを所定の特性を有
する層を生成するように、或は所定の特性を有する積層
体を生成するように制御する。例えば、一連の層の反射
率及び透過率は層の厚さ及び屈折率に依存する。このよ
うな層特性は先駆物質ソース特性（例えば温度又は圧
力）を調整すること、暴露パルス幅を選択すること、或
は特定の層を形成するのに使用する暴露の回数を制御す
ることにより制御することができる。例えば、特定の層
厚を達成する必要がある場合には、堆積されるサブ層の
数を変更することができる。他の代表的な例では、追加
のサブ層を形成する、少数のサブ層を形成する、或は異
なる先駆物質又は先駆物質パラメータを選択することが
できる。

【００２５】図７に示すシステムには、受光器３２２及
びレーザ３１４を含む光学モニタシステムが設けられて
いる。レーザ３１４により発生されたレーザビームはプ
ローブハウジング３４２内に部分的に保持された光ファ
イバ３４０（又は他の光ガイド又は光リレーシステム）
の近端３４１に向けられる。レンズ３４４がファイバ３
４０の遠端３４５からのレーザビームを表面３１６Ａに
向け、レーザビームの反射部分を受光し、反射部分をフ
ァイバ３４０の遠端３４５に向ける。図７に示すよう
に、ファイバ３４０はレーザビームを表面３１６Ａに供
給し、表面３１６Ａからの反射光を受光し、反射光を受
光器３２２に戻す。他の代表的な実施例では、追加のフ
ァイバを設けてレーザビームを基板３１６に供給し、別
のファイバで受光器３２２に戻す。マルチモード又はシ
ングルモードファイバを使用することができ、また偏光
保持ファイバを使用することができる。ファイバ３４０
及びハウジングの加熱を防ぐために、熱バッフル３４６
を設ける。

【００２６】図６のシステムは複数の基板を保持するよ
うに構成することができる。これらの基板は、先駆物質
フロー又は先駆物質供給方向に沿って又は対して、基板
に供給される先駆物質の量が基板の位置に伴ない変化す
るように配置することができる。例えば、図６は先駆物
質供給方向３５３を横切る方向に配置された追加の基板
３５１も示すが、他の例では、基板をこのような供給方
向に沿って配置することもできる。更に、単一の基板
を、基板表面に供給される先駆物質の量が表面上の位置
に伴ない変化するように配置することもできる。このよ
うな配置は基板表面に沿って変化する（一次元又は２次
元的に変化する）特性を有する膜の形成を可能にする。
このような配置は単一の膜形成工程で基板上に異なる膜
を生成することも可能にする。この場合には、図７に示
すように、基板表面上の１以上の位置又は１以上の基板
表面を膜の形成中モニタして膜の形成を制御する。

【００２７】代表的な例では、単一光学モニタを選択し
た基板に対し配置する。基板への先駆物質の供給は、一
つの基板上に堆積される膜の測定によって同時に処理さ
れる他の基板上の膜特性を決定し得るように構成する。
いくつかのシステムでは、先駆物質の供給及び基板状態
を反応室全体に亘って充分に一定にして、反応室内で処
理中の多くの基板又は全ての基板がほぼ同一の層を堆積
するようにする。他の例では、基板への先駆物質供給の
縦方向勾配又は他の勾配によってその勾配の軸方向の位
置に伴ない変化する特性を有する膜を生成する。更に他
の例では、先駆物質供給又は基板の先駆物質保留性によ
る基板への先駆物質供給の横方向又は縦方向勾配又は他
の不均一性によって、中心波長が基板上の位置に伴ない
変化する膜を有する基板を生成する。このような膜を有
する単一基板はそれぞれ異なる中心波長を有する２以上
のフィルタに分割することができる。従って、単一被膜
の形成によって複数の中心波長用の複数のフィルタを生
成することができる。

【００２８】図６に示すように、基板３１６は堆積すべ
きサブ層の数を決定するために設けられている。他の例
では、窓を基板とほぼ同一のサブ層を受けるように配置
構成して、モニタリングに基板を使用しないようにする
ことができる。窓は代表的には基板とほぼ同一の温度に
維持するとともに同一又は類似の材料で構成する。サブ
層が形成される表面を照明するレーザビームは、フィル
タの使用波長に対応する中心波長を有するもの又は異な
る中心波長を有するものとすることができる。更に、レ
ーザビームは狭いスペクトル帯域幅を有するものとする
ことができ、また広いスペクトル帯域幅を有する光ビー
ムを使用することもできる。広スペクトル帯域幅照明の
場合には、受光器は回折格子、プリズム、ファブリーペ
ロエタロン、その他のスペクトル選択装置を用いて基板
から戻る光をスペクトル分析する光学スペクトル分析装
置を含むものとすることができる。層の厚さ、屈折率、
及びその他の特性を偏光解析的に決定することもでき、
この場合には受光器は偏光解析測定装置を含むように構
成することができる。偏光解析装置又はスペクトル分析
装置と関連して、コントローラは「予測される」又は
「堆積される」層、サブ層、又は膜の特性を決定し、初
期設計に従って多数の層の形成を指示し、原設計の変更
を与え、及び／又は形成された層を除去又は受諾するこ
とができる。

【００２９】図８のシステムは、反応室３７１が延長端
部３７５で終端する延長部３７３を有する。窓３８１が
この延長部３７５に位置する。反応室３８１内には、基
板３８０が基板ホルダ３８２により保持される。延長部
３７３の長さ及び延長端部３７５の直径又は幅は、入力
端３７７で反応室３７１に入力する先駆物質が窓３８１
に、基板の光学モニタリングを不能にする層又はサブ層
を形成するほど充分には到達し得ないように選択する。
或は又、モニタ窓上にサブ層物質が堆積するのを阻止す
るＮ_２のような不活性ガス流を生じさせることもでき
る。図８に示す例では、不活性ガス流３９１を供給口３
９３から基板表面３９２に向け供給する。

【００３０】ＷＤＭフィルタ用の特に好適な一つの高屈
折率材料は酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）である。酸化ニオ
ブは先駆物質としてＨ_２Ｏ及びＮｂ（ＯＣ_２Ｈ_５）を用
い、反応室３７１を約１５０−３５０℃の温度に維持す
ることによって形成することができる。得られる酸化ニ
オブのサブ層及び層は約２．３〜２．５の屈折率を有
し、ガラスや溶融石英のような物質の代表的な光学表面
上に形成され、ほぼアモルファス（すなわち非結晶質）
である。

【００３１】図６−８の選択したサブ層堆積システムを
用いて光フィルタを生成するのに好適な追加の物質は、
ＴｉＯ_２，ＺｎＳ，Ｔａ_２Ｏ_５，ＳｒＳ，ＺｎＯ，Ｈｆ
Ｏ_２，ＣａＳ，Ｇａ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｚ
ｎＦ_３，ＳｒＦ_２，ＣａＦ_３，ＢａＳ，ＣｏＯ_２，Ｚｎ
Ｏ，ＡｌＮ，ＺｎＳｅ，Ｃｅ_２Ｏ_３，ＣｅＯ_２，Ｂｉ _２
Ｏ_３及びＭｇＯである。フィルタは、例えば酸化アルミ
ニウムと酸化ニオブの交互の層、又は酸化アルミニウム
と酸化タンタルの交互の層で形成することができる。こ
れらの層の先駆物質は塩化物又はトリメチルアルミニウ
ムのような有機化合物として供給するできるとともに、
同一の物質のサブ層を形成するのに異なる先駆物質を用
いることができる。

【００３２】複数のサブ層を含む層はこれらのサブ層の
形成温度に関連する温度、代表的には約０℃〜２７０℃
の温度では一般にストレス（応力）を示さない。これに
対し、他の方法で堆積された層は室温でストレスを示
し、高い温度でのみストレスがなくなる。更に、サブ層
はサブ層の形成に使用された反応物質の若干の残留物を
含むことができる。例えば、有機化合物で形成されたサ
ブ層は代表的には百万分の１〜３の濃度の残留炭素を含
むことができる。

【００３３】ＷＤＭフィルタのようなフィルタは平面基
板又はレンズ、ミラー又はその他の光学素子の曲面のよ
うな曲面上に形成することができる。上述した方法で形
成される層は基板を共形的に被覆し、曲面を被覆するこ
とができる。このような層は厚さ方向に平行な方向の光
伝播用に構成するのに加えて、厚さ方向に直角方向の光
伝播用に構成することができる。図９Ａ−９Ｂでは、導
波路装置４００は基板４０１と、例えば上述したように
形成された複数のサブ層４０４を含む誘電体又は他の物
質の層で構成されたリッジ（突条）導波路４０２を具え
る。サブ層４０４は単一の物質からなるものとすること
ができ、また種々の物質からなるサブ層を用いて加工又
は複合屈折率を有する単一層を形成することができる。

【００３４】複数のサブ層を含む層を用いて他の構成の
導波路及び導波路装置を形成することもできる。図１０
Ａ−１０Ｂは基板４２４の蝕刻チャネル（溝）４２２内
に構成した代表的な導波路４２０を示す。溝４２２を複
数のサブ層４２６からなる層で完全に又は部分的に埋め
る。導波路４２０は屈折率又は他の光学特性の交互変化
又は周期的変化により構成される格子領域４２８も有す
る。格子領域４２８は、複数のサブ層により構成される
層の一部分として、又はこのような層の欠如として形成
された格子素子４３０を含む。導波路及び格子部分を形
成する層のパターン化は種々の方法で行なうことができ
る。例えば、フォリトグラフィを用いてレジストにパタ
ーンを形成することができる。レジストの現像後に、レ
ジストの露光部分を除去し、層の露出部分をプラズマエ
ッチング又は他のウエット又はドライエッチングプロセ
スのようなエッチングプロセスにより除去する。

【００３５】本発明をいくつかの実施例について説明し
たが、これらの実施例は本発明の原理から逸脱すること
なく種々に変更することができること明らかであり、こ
れらの実施例の記載は本発明を限定するものではない。
本発明の範囲は請求の範囲に包含される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光フィルタのためのスペクトル透過率のグラ
フである。

【図２】 光フィルタの概略断面図である。

【図３】 波長分割多重用光フィルタの概略断面図であ
る。

【図４】 複数のサブ層からなる層を含む光フィルタの
概略断面図である。

【図５】 波長分割多重光通信システムのブロック線図
である。

【図６】 基板上に層を形成する装置の概略ブロック図
である。

【図７】 基板の光学特性をモニタする光プローブを含
む、基板上に層を形成する装置の概略ブロック図であ
る。

【図８】 モニタ用延長部を有する反応室を含む層形成
装置の部分概略ブロック図である。

【図９】 Ａは複数のサブ層からなる層で構成された導
波路を含む導波路装置の平面図、Ｂはその断面図であ
る。

【図１０】 Ａは格子領域を含むチャネル導波路を含む
導波路装置の平面図、Ｂはその断面図である。

【符号の説明】

１５０ 光フィルタ １５２ 基板 １５４、１５６ 交互層 １６０ ＷＤＭフィルタ １６２ 基板 １６４ スペーサ層 １６６ 多層膜レフレクタ １７０ 光フィルタ １７２ 基板 １７１、１７３ 複数のサブ層を含む層 ３００ 層形成装置 ３０２ 反応室 ３０３ 真空室 ３０５ ソースモジュール ３０４ 入力ポート ３０６ 出力ポート ３０７、３０８ 第１及び第２先駆物質ソース ３１２ コンピュータ（コントローラ） ３１４ レーザ ３１５ 開口 ３１６、３５１ 基板 ３２２ 受光器 ３４２ 第１先駆物質パルス ３４３ 第２先駆物質パルス ３４０ 光ファイバ ３４２ プローブ ３４４ レンズ ３７１ 反応室 ３７３ 延長部 ３８１ モニタ窓 ３８０ 基板 ４００ リッジ導波路を有する導波路装置 ４２０ チャネル導波路を有する導波路装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック ディッキー アメリカ合衆国 オレゴン州 97006 ビ ーヴァートン エヌダブリュー カンブレ イ ストリート 18185 (72)発明者 トム ロング アメリカ合衆国 オレゴン州 97231 ポ ートランド エヌダブリュー マクナメー ロード 14000 (72)発明者 ルナー オロフ アイヴァー トロンキス ト フィンランド国 02700 グランクラ キ ルコヴェーゲン 17ベー Ｆターム(参考） 2H048 FA05 FA07 FA09 FA12 FA24 GA04 GA13 GA34 GA51 GA52 GA60 GA62 4K030 AA03 AA11 BA42 BA43 BA47 BB12 FA10 HA14 JA01 KA39

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の塗布表面上に層を形成する装置で
   あって、 前記基板の塗布表面を囲むよう構成された反応室であっ
   て、少なくとも２つの先駆物質を前記塗布表面に供給す
   るよう構成された少なくとも１つ以上の入口を具える反
   応室を具え、前記先駆物質は当該反応室内で互いに反応
   して層物質を生成するものであり、他に、 前記少なくとも２つの先駆物質のパルスを前記塗布表面
   に交互に供給するよう構成され、前記先駆物質の反応に
   より層物質を前記塗布表面上に堆積させて層を形成させ
   る先駆物質コントローラと、 層形成中又は後に試料の塗布表面の特性を測定し、測定
   した特性に対応するモニタ出力を発生するよう構成され
   たモニタと、 前記モニタに接続され、前記モニタ出力に基づいて、塗
   布表面に供給すべき先駆物質パルスの数を選択するよう
   構成されたパルスセレクタを含むコントローラとを具え
   ることを特徴とする層形成装置。
2. 【請求項２】 前記反応室は境界面開口を有する室壁を
   含み、該境界面開口が、基板をその塗布表面が反応室の
   内部に向き、その第２表面が反応室の内部と反対側に向
   くように保持するよう構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 当該装置は更に前記基板と室壁との間の
   鏡界面開口に配置されたシールを含み、該シールが反応
   室から先駆物質が流出するのを阻止するよう構成されて
   いることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記反応室は先少なくとも１つの駆物質
   に暴露されないように配置されたモニタ窓を含むことを
   特徴とする請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 当該装置は更にフローシールドを具え、
   該フローシールドがモニタ窓に対し先駆物質の流れの外
   にほぼ位置するように構成されていることを特徴とする
   請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記モニタは塗布表面の光学特性を測定
   するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の装置。
7. 【請求項７】 前記光学特性は反射率又は透過率である
   ことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 多層膜光フィルタを形成する装置であっ
   て、 基板を保持するよう構成され且つ測定開口を具える反応
   室と、 少なくとも一つの先駆物質を反応室に入力する少なくと
   も１つの先駆物質入口と、 反応室から前記先駆物質を除去する少なくとも１つの出
   口ポートと、 測定光束を発生し、該光束を前記モニタ開口に向け供給
   する光源と、前記モニタ開口からの測定光束の一部分を
   受光する受光器とを具える光学測定装置と、 前記受光器と通信して、前記受光器に戻る測定光束の測
   定に基づいて、基板の少なくとも１つの先駆物質への交
   互の暴露の数を選択するように構成されたコントローラ
   とを具えることを特徴とする多層膜フィルタ形成装置。
9. 【請求項９】 前記光源はレーザであることを特徴とす
   る請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記受光器は光学スペクトル分析装置
    を含むことを特徴とする請求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】 当該装置は更に反応室内で基板を回転
    させるよう構成された遊星歯車リシステムを具えること
    を特徴とする請求項８記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記コントローラは基板の回転数を決
    定するように構成されていることを特徴とする請求項１
    １記載の装置。
13. 【請求項１３】 原子層エピタキシ用の反応室であっ
    て、 外部壁と、 外部壁に形成された開口と、 前記開口に位置する基板ホルダと、 基板と外部壁との間に位置し、先駆物質の流出を阻止す
    るシールとを具えることを特徴とする反応室。
14. 【請求項１４】 基板上に層を形成する方法であって、 測定光束を基板の表面に供給するステップと、 基板を第１先駆物質及び第２先駆物質に交互に暴露さ
    せ、第１及び第２先駆物質は互いに反応して第１の物質
    を形成するものとするステップと、 第１及び第２の先駆物質が基板の表面に前記第１の物質
    のサブ層を形成するのを許可するステップと、 表面から受光される測定光束の一部分の測定に基づい
    て、現サブ層又は表面上に先に形成されたサブ層サブと
    の現サブ層との複合層の特性を決定するステップとを具
    えることを特徴とする層形成方法。
15. 【請求項１５】 当該方法は更に基板の表面を前記表面
    からの測定光束部分の測定に基づく回数に亘り第１及び
    第２先駆物質に交互に暴露させるステップを具えること
    を特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 【請求項１６】 現サブ層又は表面上に先に形成された
    サブ層サブとの現サブ層との複合層の特性を決定する前
    記ステップは前記特性を決定する部分と別個の表面部分
    から受光される測定光束部分の測定に基づくことを特徴
    とする請求項１５記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記測定は反射率又は透過率の測定で
    あることを特徴とする請求項１５記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記測定は波長の関数としての反射率
    又は透過率の測定であることを特徴とする請求項１５記
    載の装置。
19. 【請求項１９】 前記測定は偏光測定であることを特徴
    とする請求項１５記載の装置。
20. 【請求項２０】 基板の測定に基づいて原子層堆積で形
    成されるサブ層の数を選択するコンピュータ実行可能命
    令を含むコントローラ読取り可能媒体。
21. 【請求項２１】 高屈折率及び低屈折率物質の複数の交
    互の層を具え、これらの層の少なくとも１つは、フィル
    タにより透過される、又はフィルタから反射される測定
    光束に基づいて選択された数のサブ層を含むことを特徴
    とする波長分割フィルタ。
22. 【請求項２２】 前記サブ層は本質的に第１及び第２先
    駆物質の化合又は結合により形成されることを特徴とす
    る請求項２１記載のフィルタ。
23. 【請求項２３】 基板と、複数のサブ層を含み、該複数
    のサブ層が基板上の少なくとも１つの層を形成し、これ
    らのサブ層は基板を２つ以上の先駆物質に交互に暴露す
    ることにより生成され、これらのサブ層の数は前記層又
    は前記サブ層の１つ以上と関連する光学特性の測定に基
    づいて選択されていることを特徴とする光フィルタ。
24. 【請求項２４】 前記サブ層は光増幅器の利得スペクト
    ルに基づくスペクトル透過率を生成するよう構成されて
    いることを特徴とする請求項２３記載のフィルタ。
25. 【請求項２５】 当該フィルタは約１．０ｎｍ以下のス
    ペクトル帯域幅Δλ1を有するスペクトル透過率又は反
    射率を有し、ここで、Δλ1は最大透過率又は反射率か
    ら０．５ｄＢ下におけるスペクトル透過率又は反射率の
    全幅である、ことを特徴とする請求項２３記載のフィル
    タ。
26. 【請求項２６】 前記スペクトル帯域幅は約０．５ｎｍ
    以下であることを特徴とする請求項２５記載の光フィル
    タ。
27. 【請求項２７】 前記スペクトル帯域幅は約０．１ｎｍ
    以下であることを特徴とする請求項２５記載の光フィル
    タ。
28. 【請求項２８】 前記少なくとも一つの層は本質的に酸
    化ニオブからなることを特徴とする請求項２３記載のフ
    ィルタ。
29. 【請求項２９】 基板と、第１の屈折率を有する第１の
    物質と第２の屈折率を有する第２の物質の交互の層を具
    え、第１の物質が本質的に酸化ニオブであることを特徴
    とする光フィルタ。
30. 【請求項３０】 前記第２の物質が本質的に酸化アルミ
    ニウムからなることを特徴とする請求項２９記載のフィ
    ルタ。
31. 【請求項３１】 前記第１の物質の層が少なくとも１つ
    のサブ層を含むことを特徴とする請求項２９記載のフィ
    ルタ。
32. 【請求項３２】 前記第２の物質が本質的に酸化アルミ
    ニウムからなることを特徴とする請求項３１記載のフィ
    ルタ。
33. 【請求項３３】 少なくとも２つの異なるサブ層物質の
    複数のサブ層を具える光学層であって、該層の光学特性
    がサブ層材料の光学特性の関数であることを特徴とする
    光学層。
34. 【請求項３４】 当該光学層は、光束を受光し、受光し
    た光束を出力する入射表面表面及び射出表面を有し、該
    層の光学特性が前記入射表面又は射出表面にほぼ平行な
    厚さ方向に沿って単調に変化していることを特徴とする
    請求項３３記載の光学層。
35. 【請求項３５】 前記単調に変化する光学特性は屈折率
    であることを特徴とする請求項３４記載の光学層。