JP2003161830A - 光合分波器用薄膜フィルターおよびその製造方法 - Google Patents
光合分波器用薄膜フィルターおよびその製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
- G02B5/288—Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学薄膜が設けられた基板を切断し光合分波
器用薄膜フィルターを得る際、光学薄膜の欠けとクラッ
ク等の欠陥を防止し、信頼性の高い光合分波器用薄膜フ
ィルターを提供すること。 【解決手段】 高屈折率と低屈折率の材料とを交互に積
層したミラー層と、スペーサー層を挟んで対称となる様
にミラー層を設けたキャビティーを複数有する光学薄膜
と基台からなる光合分波器用薄膜フィルターの光学薄膜
を、多角錐台の形状にドライエッチングで加工し、光学
薄膜を除去した基板の切断しろ部を砥石で切断加工す
る。
器用薄膜フィルターを得る際、光学薄膜の欠けとクラッ
ク等の欠陥を防止し、信頼性の高い光合分波器用薄膜フ
ィルターを提供すること。 【解決手段】 高屈折率と低屈折率の材料とを交互に積
層したミラー層と、スペーサー層を挟んで対称となる様
にミラー層を設けたキャビティーを複数有する光学薄膜
と基台からなる光合分波器用薄膜フィルターの光学薄膜
を、多角錐台の形状にドライエッチングで加工し、光学
薄膜を除去した基板の切断しろ部を砥石で切断加工す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＷＤＭ(高密度
多重伝送システム)に用いられる光合分波器用薄膜フィ
ルターおよびその製造方法に関する。
多重伝送システム)に用いられる光合分波器用薄膜フィ
ルターおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光合分波器用薄膜フィルターは特定波長
の光のみを透過し、透過帯域の前後の波長の光を反射す
るように設計されている。特に高密度多重伝送の場合、
透過帯域に近接する次の透過帯域の波長が近くなるので
不透過領域から透過領域への遷移は可能な限り急峻にす
る必要がある。このような光学特性を達成するために、
薄膜フィルターは基台上に高い屈折率と低い屈折率の材
質の層を交互に１／４波長の光学膜厚で積層したミラー
層と、１／２波長の整数倍の光学膜厚を持つ空孔（スペ
ーサー層）を挟んで対称となる様に再度ミラー層を設け
キャビティーを形成し、このように設計されたキャビテ
ィーをさらに４ないし５層組み合わせて繰り返し積層す
る。光学膜厚とは、物理的測定される膜厚にその材質の
屈折率を掛け合わせたものである。一般的には低い屈折
率の材質として二酸化珪素（ＳｉＯ２）を用い、高い屈
折率の材質としては、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等
が用いられている。
の光のみを透過し、透過帯域の前後の波長の光を反射す
るように設計されている。特に高密度多重伝送の場合、
透過帯域に近接する次の透過帯域の波長が近くなるので
不透過領域から透過領域への遷移は可能な限り急峻にす
る必要がある。このような光学特性を達成するために、
薄膜フィルターは基台上に高い屈折率と低い屈折率の材
質の層を交互に１／４波長の光学膜厚で積層したミラー
層と、１／２波長の整数倍の光学膜厚を持つ空孔（スペ
ーサー層）を挟んで対称となる様に再度ミラー層を設け
キャビティーを形成し、このように設計されたキャビテ
ィーをさらに４ないし５層組み合わせて繰り返し積層す
る。光学膜厚とは、物理的測定される膜厚にその材質の
屈折率を掛け合わせたものである。一般的には低い屈折
率の材質として二酸化珪素（ＳｉＯ２）を用い、高い屈
折率の材質としては、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等
が用いられている。
【０００３】高密度多重伝送用で、透過帯域が０．８
（ｎｍ）の２００ＧＨｚ用の光合分波器用薄膜フィルタ
ーにおいては、ミラー層とスペーサー層の総数は約９０
の光学薄膜多層構成であったが、透過帯域が更に狭い１
００ＧＨｚ用では百数十層の光学薄膜多層構成となって
いる。積層した膜の総厚みは３０μｍ以上になるため膜
の残留応力は大きなものとなってしまう。基板を切断し
て素子にするには、基板と基板上に設けられた多層の光
学薄膜を同時に切断する必要がある。基板と光学薄膜を
同時に切断すると、光学薄膜の陵部の欠けが発生するだ
けでなく、微細なクラックが発生してしまう。また、基
板と光学薄膜の境界面にも微細なクラックが発生した。
この様な欠けやクラックの発生は、光合分波器用薄膜フ
ィルターの光学特性を損なうものである。また、光合分
波器用光学薄膜フィルターの使用環境は、氷点下から高
温域に及ぶため、温度変化によって基台と光学薄膜の境
界面のクラックが進行し、最悪、基台と光学薄膜が剥が
れてしまうと言うような問題になることがある。
（ｎｍ）の２００ＧＨｚ用の光合分波器用薄膜フィルタ
ーにおいては、ミラー層とスペーサー層の総数は約９０
の光学薄膜多層構成であったが、透過帯域が更に狭い１
００ＧＨｚ用では百数十層の光学薄膜多層構成となって
いる。積層した膜の総厚みは３０μｍ以上になるため膜
の残留応力は大きなものとなってしまう。基板を切断し
て素子にするには、基板と基板上に設けられた多層の光
学薄膜を同時に切断する必要がある。基板と光学薄膜を
同時に切断すると、光学薄膜の陵部の欠けが発生するだ
けでなく、微細なクラックが発生してしまう。また、基
板と光学薄膜の境界面にも微細なクラックが発生した。
この様な欠けやクラックの発生は、光合分波器用薄膜フ
ィルターの光学特性を損なうものである。また、光合分
波器用光学薄膜フィルターの使用環境は、氷点下から高
温域に及ぶため、温度変化によって基台と光学薄膜の境
界面のクラックが進行し、最悪、基台と光学薄膜が剥が
れてしまうと言うような問題になることがある。
【０００４】図６に、従来の光合分波器用薄膜フィルタ
ーの斜視図を示す。基台２と光学薄膜１は砥石で同時に
切断されているため、欠け４やクラック５が発生してい
る。欠け４は数μｍから数１００μｍ、クラック５も数
１０μｍから数１００μｍ以上光学薄膜に欠陥を与えて
いた。光は入射する径ｄ内に欠けやクラックが生じると
光合分波器用薄膜フィルターとしての性能が得られない
ため、基台２の外寸ｗは光径ｄとクラック長さや欠け長
さを加えた寸法とする必要があった。このため、一枚の
基板から取れる基台の数が減少すると言う問題があっ
た。
ーの斜視図を示す。基台２と光学薄膜１は砥石で同時に
切断されているため、欠け４やクラック５が発生してい
る。欠け４は数μｍから数１００μｍ、クラック５も数
１０μｍから数１００μｍ以上光学薄膜に欠陥を与えて
いた。光は入射する径ｄ内に欠けやクラックが生じると
光合分波器用薄膜フィルターとしての性能が得られない
ため、基台２の外寸ｗは光径ｄとクラック長さや欠け長
さを加えた寸法とする必要があった。このため、一枚の
基板から取れる基台の数が減少すると言う問題があっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
薄膜が設けられた基板を切断し光合分波器用薄膜フィル
ター素子を得る際、光学薄膜の残留応力に起因する膜の
剥がれやチッピング等の欠陥を防止し、使用環境温度変
化時、基台と光学薄膜間の熱膨張差による応力が生じて
も、基台と光学薄膜の界面にクラック等の欠陥が生じ難
い信頼性の高い光合分波器用薄膜フィルターを提供する
ことと、基板からの光合分波器用薄膜フィルターの取れ
数を増加することにある。
薄膜が設けられた基板を切断し光合分波器用薄膜フィル
ター素子を得る際、光学薄膜の残留応力に起因する膜の
剥がれやチッピング等の欠陥を防止し、使用環境温度変
化時、基台と光学薄膜間の熱膨張差による応力が生じて
も、基台と光学薄膜の界面にクラック等の欠陥が生じ難
い信頼性の高い光合分波器用薄膜フィルターを提供する
ことと、基板からの光合分波器用薄膜フィルターの取れ
数を増加することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光合分波器用薄
膜フィルターは、高屈折率と低屈折率の材料とを交互に
積層したミラー層をスペーサー層を挟んで対称となる様
にミラー層を設けたキャビティーを複数有する、光合分
波器に用いられる薄膜フィルターであって、基台上に形
成された光学薄膜が多角錐台の形状を有することを特徴
とするものである。
膜フィルターは、高屈折率と低屈折率の材料とを交互に
積層したミラー層をスペーサー層を挟んで対称となる様
にミラー層を設けたキャビティーを複数有する、光合分
波器に用いられる薄膜フィルターであって、基台上に形
成された光学薄膜が多角錐台の形状を有することを特徴
とするものである。
【０００７】多角錐台とは、三角錐台からｎ角錐台で円
錐台を含むものである。また、ｎ角錐台の角部を円弧に
したような、つまり角部をｒ付けした形状も含むもので
ある。多角錐台の形状とは多角を持つ上面と同数の角数
を有する下面および斜面よりなる形状で、上面より下面
の面積が大きいものである。本発明では、基台と接する
光学薄膜面を下面、反対面を上面としている。上面の対
角線寸法は、入射光径より大きいことが重要である。こ
のことから最も上面が最小面積となるのは円形である。
錐台を含むものである。また、ｎ角錐台の角部を円弧に
したような、つまり角部をｒ付けした形状も含むもので
ある。多角錐台の形状とは多角を持つ上面と同数の角数
を有する下面および斜面よりなる形状で、上面より下面
の面積が大きいものである。本発明では、基台と接する
光学薄膜面を下面、反対面を上面としている。上面の対
角線寸法は、入射光径より大きいことが重要である。こ
のことから最も上面が最小面積となるのは円形である。
【０００８】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの、
基台形状は下面形状の相似形に限定されるものではな
い。基台形状が四角で光学薄膜が円錐台や三角錐台、ｎ
角錐台でも良いものである。基台形状は、基板を砥石等
で切断するので、三角形か四角形が好ましいものであ
る。基台は、透過領域波長近傍で光の吸収を起さないこ
とが重要であり、一般にソーダ系ガラス等の材料を用い
ることができる。
基台形状は下面形状の相似形に限定されるものではな
い。基台形状が四角で光学薄膜が円錐台や三角錐台、ｎ
角錐台でも良いものである。基台形状は、基板を砥石等
で切断するので、三角形か四角形が好ましいものであ
る。基台は、透過領域波長近傍で光の吸収を起さないこ
とが重要であり、一般にソーダ系ガラス等の材料を用い
ることができる。
【０００９】多角錐台の斜面は、一つ以上の平面また
は、曲面から構成されており、平面と曲面の組合せでも
構わないものである。曲面も凹面、凸面の形状でも良い
が、基台と光学薄膜が接する部位近傍は、平面もしくは
凹面の方が基台と光学薄膜が剥がれ難い点で有利であ
る。
は、曲面から構成されており、平面と曲面の組合せでも
構わないものである。曲面も凹面、凸面の形状でも良い
が、基台と光学薄膜が接する部位近傍は、平面もしくは
凹面の方が基台と光学薄膜が剥がれ難い点で有利であ
る。
【００１０】本発明の光合分波器用薄膜フィルターは、
多角錐台の形状を有する光学薄膜の基台と接した下面か
ら光学薄膜の厚みの１／１０までの部分の斜面角度は６
度以上６０度以下であることを特徴とするものである。
多角錐台の形状を有する光学薄膜の基台と接した下面か
ら光学薄膜の厚みの１／１０までの部分の斜面角度は６
度以上６０度以下であることを特徴とするものである。
【００１１】光学薄膜の斜面は、材質の異なる高い屈折
率と低い屈折率の層を交互に積層した構造となってお
り、ドライエッチングでエッチング加工した場合、材質
によるエッチング速度の違いからミクロ的には階段状に
なっている。斜面角度はこの階段状の頂点を繋いで斜面
とし、基台と斜面のなす角度で規定している。前記光学
薄膜の厚みの１／１０までと規定するのは、下面の面積
を最小限にするためである。厚み全域を対象とした場
合、低角度では下面が大きくなり過ぎるためである。下
面の１／１０より上面方向領域の斜面角度θ’は９０度
以下であれば良いものである。
率と低い屈折率の層を交互に積層した構造となってお
り、ドライエッチングでエッチング加工した場合、材質
によるエッチング速度の違いからミクロ的には階段状に
なっている。斜面角度はこの階段状の頂点を繋いで斜面
とし、基台と斜面のなす角度で規定している。前記光学
薄膜の厚みの１／１０までと規定するのは、下面の面積
を最小限にするためである。厚み全域を対象とした場
合、低角度では下面が大きくなり過ぎるためである。下
面の１／１０より上面方向領域の斜面角度θ’は９０度
以下であれば良いものである。
【００１２】斜面角度を小さくするほど、光学薄膜端部
近傍の膜厚は薄くなり膜自体の剛性が低下するため変形
し易くなり基台との応力が緩和され、温度変化に対し基
台と光学薄膜が剥がれ難くなる。このため斜面角度θの
上限は６０度とした。斜面角度が６度以下となると下面
が大きくなるため、基板から取れる素子の数が減ってし
まうためである。
近傍の膜厚は薄くなり膜自体の剛性が低下するため変形
し易くなり基台との応力が緩和され、温度変化に対し基
台と光学薄膜が剥がれ難くなる。このため斜面角度θの
上限は６０度とした。斜面角度が６度以下となると下面
が大きくなるため、基板から取れる素子の数が減ってし
まうためである。
【００１３】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの多
角錐台の形状を有する光学薄膜の斜面は、ドライエッチ
ングで形成された面であることを特徴とするものであ
る。ドライエッチングとは、砥石等による機械的な加工
や、エッチング液による化学エッチング法ではなく、エ
ッチングガスや原子によって加工することを言う。具体
的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンミ
リング等を用いることが出来る。反応性イオンエッチン
グは、特定のガスと光学薄膜を構成している材質が化学
反応を起こして蒸発し易い化合物になり、気化すること
で膜をエッチングすることである。このような加工は原
子あるいは分子単位の加工であるので、砥石切断の場合
のように物理的衝撃破壊による欠けやクラックが起こら
ない。イオンミリングの場合は加速されたアルゴン原子
等を光学薄膜に衝突させ、その衝撃で、光学薄膜を分子
単位で破壊し、飛散させることによりエッチングするも
のである。
角錐台の形状を有する光学薄膜の斜面は、ドライエッチ
ングで形成された面であることを特徴とするものであ
る。ドライエッチングとは、砥石等による機械的な加工
や、エッチング液による化学エッチング法ではなく、エ
ッチングガスや原子によって加工することを言う。具体
的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンミ
リング等を用いることが出来る。反応性イオンエッチン
グは、特定のガスと光学薄膜を構成している材質が化学
反応を起こして蒸発し易い化合物になり、気化すること
で膜をエッチングすることである。このような加工は原
子あるいは分子単位の加工であるので、砥石切断の場合
のように物理的衝撃破壊による欠けやクラックが起こら
ない。イオンミリングの場合は加速されたアルゴン原子
等を光学薄膜に衝突させ、その衝撃で、光学薄膜を分子
単位で破壊し、飛散させることによりエッチングするも
のである。
【００１４】本発明の光合分波器用薄膜フィルターは、
基板上に全面光学薄膜を形成する工程、光学薄膜にドラ
イエッチング用マスクを設ける工程、ドライエッチング
用マスク非覆部をドライエッチング行ない光学薄膜を多
角錐台の形状に形成する工程、砥石等で切断する基板の
切断しろを露出させる工程、ドライエッチング用マスク
を除去する工程、基板が露出した切断しろ部を砥石等で
切断し素子を形成する工程を有することを特徴とするも
のである。
基板上に全面光学薄膜を形成する工程、光学薄膜にドラ
イエッチング用マスクを設ける工程、ドライエッチング
用マスク非覆部をドライエッチング行ない光学薄膜を多
角錐台の形状に形成する工程、砥石等で切断する基板の
切断しろを露出させる工程、ドライエッチング用マスク
を除去する工程、基板が露出した切断しろ部を砥石等で
切断し素子を形成する工程を有することを特徴とするも
のである。
【００１５】基板を真空成膜装置内に設置し、その一方
の面に、高い屈折率を持つ二酸化珪素と低い屈折率を持
つ五酸化タンタル等の層を交互に１／４波長の光学膜厚
で製膜し積層したミラー層と、１／２波長の整数倍の光
学膜厚を持つ空孔（スペーサー層）として二酸化珪素や
五酸化タンタル等を挟んで対称となる様に再度ミラー層
を設けキャビティーを形成する。さらにキャビティーを
４ないし５層繰り返し積層を行ない、光学薄膜を基板上
に形成する。
の面に、高い屈折率を持つ二酸化珪素と低い屈折率を持
つ五酸化タンタル等の層を交互に１／４波長の光学膜厚
で製膜し積層したミラー層と、１／２波長の整数倍の光
学膜厚を持つ空孔（スペーサー層）として二酸化珪素や
五酸化タンタル等を挟んで対称となる様に再度ミラー層
を設けキャビティーを形成する。さらにキャビティーを
４ないし５層繰り返し積層を行ない、光学薄膜を基板上
に形成する。
【００１６】次に、ドライエッチング用マスクを設け
る。マスクとしては、フォトリソグラフィー技術を用い
作製することが好ましい。フォトレジストを光学薄膜全
面に塗布し、露光、現像を行ない、フォトレジストマス
クを作製する。金属を製膜して同様にマスクを作ること
も出来るが、ドライエッチング後のマスク除去等の容易
さからフォトレジストを用いることが良いものである。
る。マスクとしては、フォトリソグラフィー技術を用い
作製することが好ましい。フォトレジストを光学薄膜全
面に塗布し、露光、現像を行ない、フォトレジストマス
クを作製する。金属を製膜して同様にマスクを作ること
も出来るが、ドライエッチング後のマスク除去等の容易
さからフォトレジストを用いることが良いものである。
【００１７】次にフォトレジスト非覆部をドライエッチ
ングし、光学薄膜を所定の形状に切断する。反応性イオ
ンエッチングを用いた場合は、光学薄膜のみをエッチン
グすることが出来るので、基板までエッチングされるこ
とはない。イオンミリングを用いると、光学薄膜だけで
なく基板も削られてしまうので、イオンミリングの作業
時間を制御する必要がある。基板も僅か削ることはなん
ら問題の無いものである。イオンミリングを行なうとき
は、原子入射方向に対し基板を一定角度傾け、更に基板
を回転させることで光学薄膜の多角錐台の斜面角度を制
御することができる。基板を切断して基台にする切断し
ろ部分は、光学薄膜が全て除去された状態にすること
が、砥石等で切断するとき欠けやクラックの発生を防ぐ
上で重要である。
ングし、光学薄膜を所定の形状に切断する。反応性イオ
ンエッチングを用いた場合は、光学薄膜のみをエッチン
グすることが出来るので、基板までエッチングされるこ
とはない。イオンミリングを用いると、光学薄膜だけで
なく基板も削られてしまうので、イオンミリングの作業
時間を制御する必要がある。基板も僅か削ることはなん
ら問題の無いものである。イオンミリングを行なうとき
は、原子入射方向に対し基板を一定角度傾け、更に基板
を回転させることで光学薄膜の多角錐台の斜面角度を制
御することができる。基板を切断して基台にする切断し
ろ部分は、光学薄膜が全て除去された状態にすること
が、砥石等で切断するとき欠けやクラックの発生を防ぐ
上で重要である。
【００１８】基板上の光学薄膜を多角錐台の形状に加工
した後、マスクを除去すると多角錐台の形状をした光学
薄膜が基板上に多数配された状態となる。光学薄膜が除
去された切断しろに沿って砥石切断することで、基台に
多角錐台の形状をした光学薄膜を有する光合分波器用薄
膜フィルターが得られる。従来は、光学薄膜と基板を同
時に切断するため、各々の材料に適した切断条件を適用
できず、総合的に欠けやクラックの発生が少ない砥石や
加工条件を適用せざるを得なかった。本発明では、砥石
で切断するのは基板のみであるので、基板に最適な砥石
の砥粒材や粒径、切断速度を選択できる。その結果、基
板を砥石で切断した場合の基板の欠け、クラック幅は数
μｍ以下になり、基板の欠けやクラックが光学薄膜に与
える光学的な影響もない。
した後、マスクを除去すると多角錐台の形状をした光学
薄膜が基板上に多数配された状態となる。光学薄膜が除
去された切断しろに沿って砥石切断することで、基台に
多角錐台の形状をした光学薄膜を有する光合分波器用薄
膜フィルターが得られる。従来は、光学薄膜と基板を同
時に切断するため、各々の材料に適した切断条件を適用
できず、総合的に欠けやクラックの発生が少ない砥石や
加工条件を適用せざるを得なかった。本発明では、砥石
で切断するのは基板のみであるので、基板に最適な砥石
の砥粒材や粒径、切断速度を選択できる。その結果、基
板を砥石で切断した場合の基板の欠け、クラック幅は数
μｍ以下になり、基板の欠けやクラックが光学薄膜に与
える光学的な影響もない。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施形態に付いて詳細に説明する。図１は、本発明の光
合分波器用薄膜フィルターの一実施態様の斜視図であ
る。図２は、本発明の光合分波器用薄膜フィルターの断
面図である。符号は、判り易いように同一部位には同符
号を用いている。図１に示すように光合分波器用薄膜フ
ィルター３は、四角錐台の形状をした光学薄膜１とガラ
スよりなる基台２により構成されている。四角錐台の光
学薄膜の下面陵部は、基台の陵部とは同一部位には構成
されていない。つまり、基台面積より光学薄膜下面の面
積が小さいものである。図２に図１のｘ−ｘ断面を示
す。図２ａ）に断面全体を、図２ｂ）に端部拡大を示し
ている。光学薄膜１の厚みをＴとして、基台よりＴ／１
０の位置での光学薄膜斜面の角度をθとしている。θは
６度以上６０度以下である。θ’は４５度以上９０度以
下とした。図中に記載した光学薄膜１は多層膜であるが
本説明では各層を図示せず一体の膜として説明する。
実施形態に付いて詳細に説明する。図１は、本発明の光
合分波器用薄膜フィルターの一実施態様の斜視図であ
る。図２は、本発明の光合分波器用薄膜フィルターの断
面図である。符号は、判り易いように同一部位には同符
号を用いている。図１に示すように光合分波器用薄膜フ
ィルター３は、四角錐台の形状をした光学薄膜１とガラ
スよりなる基台２により構成されている。四角錐台の光
学薄膜の下面陵部は、基台の陵部とは同一部位には構成
されていない。つまり、基台面積より光学薄膜下面の面
積が小さいものである。図２に図１のｘ−ｘ断面を示
す。図２ａ）に断面全体を、図２ｂ）に端部拡大を示し
ている。光学薄膜１の厚みをＴとして、基台よりＴ／１
０の位置での光学薄膜斜面の角度をθとしている。θは
６度以上６０度以下である。θ’は４５度以上９０度以
下とした。図中に記載した光学薄膜１は多層膜であるが
本説明では各層を図示せず一体の膜として説明する。
【００２０】図３は、本発明の光合分波器用薄膜フィル
ターの他の実施態様例の斜視図である。図３ａ）は、円
錐台の光学薄膜１と四角の基台２、図３ｂ）は、六角錐
台の光学薄膜１と四角の基台２、図３ｃ）は、四角錐台
の角部を円弧にした光学薄膜１と四角形の基台２、図３
ｄ）は、六角錐台の光学薄膜１と三角形の基台２で構成
された光合分波器用薄膜フィルターである。基台２は砥
石で基板を切断して形成するため、並行四辺形を含む四
角形か三角形とし、光学薄膜１は多角錐台の組合せとす
ることが出来る。
ターの他の実施態様例の斜視図である。図３ａ）は、円
錐台の光学薄膜１と四角の基台２、図３ｂ）は、六角錐
台の光学薄膜１と四角の基台２、図３ｃ）は、四角錐台
の角部を円弧にした光学薄膜１と四角形の基台２、図３
ｄ）は、六角錐台の光学薄膜１と三角形の基台２で構成
された光合分波器用薄膜フィルターである。基台２は砥
石で基板を切断して形成するため、並行四辺形を含む四
角形か三角形とし、光学薄膜１は多角錐台の組合せとす
ることが出来る。
【００２１】次に本実施例で用いた製造方法に付いて図
４を用いて説明する。まず、ガラス基板２’を準備する
〔図４ａ）〕。基板２’を真空蒸着装置内にセットし、
真空度１．２ｘ１０−２Ｐａで光学膜厚がλ／４となる
ように、低屈折率の膜は二酸化珪素を物理膜厚２６５ｎ
ｍ、高屈折率の膜は五酸化タンタルを物理膜厚１８０ｎ
ｍで交互に１５層製膜しミラー層を形成した。λ／２の
３倍の光学膜厚となるように二酸化珪素を物理膜厚１５
９０ｎｍ製膜し空孔（スペーサー層）を形成した。空孔
を挟んで対称となる様に再度ミラー層を設けキャビティ
ーを形成した。さらにキャビティーを４層繰り返し、積
層総数１２４層の光学薄膜１’を作製した［図４
ｂ）］。光学薄膜１’の面上にフォトレジストを１２μ
ｍの厚さに塗布し、９０℃で硬化させたのち、コンタク
トアライナーを用いてフォトレジストを露光、現像して
ドライエッチング用のマスクを形成した［図４ｃ］］。
光学薄膜を反応性イオンエッチングにより選択的にエッ
チングし除去した［図４ｄ）］。反応性イオンエッチン
グ装置は誘導結合プラズマ励起方式で、反応性ガスはテ
トラフロロメタン（ＣＦ４）とトリフロロメタン（ＣＨ
Ｆ３）、酸素（Ｏ２）の混合ガスを用い、約２４０分反
応性イオンエッチングをおこなった。反応性ガスの圧力
を変更することで、エッチングを等方性もしくは異方性
とすることが出来る。反応性イオンエッチング作業の初
期から中期は、ガス圧を５.３Ｐａとして異方性エッチ
ングとし、反応性イオンエッチング作業の終期はガス圧
を１３〜２０Ｐａで行ない等方性エッチングをおこない
基板２’の表面が出るまでエッチングをおこなった。こ
の様にガス圧を変更することで、図２に示した斜面角度
θ’を８５度、θを３５度に制御した。
４を用いて説明する。まず、ガラス基板２’を準備する
〔図４ａ）〕。基板２’を真空蒸着装置内にセットし、
真空度１．２ｘ１０−２Ｐａで光学膜厚がλ／４となる
ように、低屈折率の膜は二酸化珪素を物理膜厚２６５ｎ
ｍ、高屈折率の膜は五酸化タンタルを物理膜厚１８０ｎ
ｍで交互に１５層製膜しミラー層を形成した。λ／２の
３倍の光学膜厚となるように二酸化珪素を物理膜厚１５
９０ｎｍ製膜し空孔（スペーサー層）を形成した。空孔
を挟んで対称となる様に再度ミラー層を設けキャビティ
ーを形成した。さらにキャビティーを４層繰り返し、積
層総数１２４層の光学薄膜１’を作製した［図４
ｂ）］。光学薄膜１’の面上にフォトレジストを１２μ
ｍの厚さに塗布し、９０℃で硬化させたのち、コンタク
トアライナーを用いてフォトレジストを露光、現像して
ドライエッチング用のマスクを形成した［図４ｃ］］。
光学薄膜を反応性イオンエッチングにより選択的にエッ
チングし除去した［図４ｄ）］。反応性イオンエッチン
グ装置は誘導結合プラズマ励起方式で、反応性ガスはテ
トラフロロメタン（ＣＦ４）とトリフロロメタン（ＣＨ
Ｆ３）、酸素（Ｏ２）の混合ガスを用い、約２４０分反
応性イオンエッチングをおこなった。反応性ガスの圧力
を変更することで、エッチングを等方性もしくは異方性
とすることが出来る。反応性イオンエッチング作業の初
期から中期は、ガス圧を５.３Ｐａとして異方性エッチ
ングとし、反応性イオンエッチング作業の終期はガス圧
を１３〜２０Ｐａで行ない等方性エッチングをおこない
基板２’の表面が出るまでエッチングをおこなった。こ
の様にガス圧を変更することで、図２に示した斜面角度
θ’を８５度、θを３５度に制御した。
【００２２】光学薄膜１’を四角錐台形状に切断したの
ち、ドライエッチング用マスクのフォトレジストをアセ
トンを用いて除去した〔図４ｅ）〕。四角錐台の形状を
した光学薄膜１が碁盤目状に配された基板２’を切断砥
石７を用い切り離し[図４ｆ）]、基台２上に四角錐台の
形状の光学薄膜１を持つ光合分波器用薄膜フィルター３
を得た〔図４ｇ）〕。切断はダイヤモンド砥石を用い、
２５０ｍｍ／分の速度でおこなった。
ち、ドライエッチング用マスクのフォトレジストをアセ
トンを用いて除去した〔図４ｅ）〕。四角錐台の形状を
した光学薄膜１が碁盤目状に配された基板２’を切断砥
石７を用い切り離し[図４ｆ）]、基台２上に四角錐台の
形状の光学薄膜１を持つ光合分波器用薄膜フィルター３
を得た〔図４ｇ）〕。切断はダイヤモンド砥石を用い、
２５０ｍｍ／分の速度でおこなった。
【００２３】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの、
斜面角度θと欠け、クラック発生の関係を図５に示す。
基台、光学薄膜とも四角錐台の形状とし、斜面角度θを
５．２度から８４．２度まで変化させた。図５で示し
た、θ’は８５度から８８度とした。光学薄膜端陵部と
基台陵部の間隔は３から５μｍとした。光学薄膜に５μ
ｍ以上の欠け、クラックが一つでも発生した光合分波器
用薄膜フィルター数を、検査した光合分波器用薄膜フィ
ルター数で除して百分率で表し、欠け、クラック発生率
とした。検査した光合分波器用薄膜フィルター数は２９
６５個である。θが６０度以下では光学薄膜には欠け、
クラックいずれも発生していない。θが７０度で発生率
は５．１％，８５度では１４．５％と欠け、クラックの
発生率が著しく高くなった。θが８５度となるとθ’と
ほぼ同じ角度になっている。θとθ’が同じ角度でも基
台と光学薄膜が接する角度θを規定することで、欠け、
クラックの発生率を下げられると言うことが明らかにな
った。
斜面角度θと欠け、クラック発生の関係を図５に示す。
基台、光学薄膜とも四角錐台の形状とし、斜面角度θを
５．２度から８４．２度まで変化させた。図５で示し
た、θ’は８５度から８８度とした。光学薄膜端陵部と
基台陵部の間隔は３から５μｍとした。光学薄膜に５μ
ｍ以上の欠け、クラックが一つでも発生した光合分波器
用薄膜フィルター数を、検査した光合分波器用薄膜フィ
ルター数で除して百分率で表し、欠け、クラック発生率
とした。検査した光合分波器用薄膜フィルター数は２９
６５個である。θが６０度以下では光学薄膜には欠け、
クラックいずれも発生していない。θが７０度で発生率
は５．１％，８５度では１４．５％と欠け、クラックの
発生率が著しく高くなった。θが８５度となるとθ’と
ほぼ同じ角度になっている。θとθ’が同じ角度でも基
台と光学薄膜が接する角度θを規定することで、欠け、
クラックの発生率を下げられると言うことが明らかにな
った。
【００２４】欠け、クラックのなかったθが５度から８
５度の合計５００個光合分波器用薄膜フィルターを、加
熱冷却試験を行なった。−３０度で３０分保持したの
ち、５度／分の速度で８０度まで加熱し、３０分保持し
た後同様の温度勾配で−３０度まで冷却した。このサイ
クルを３０回行なったのち、欠け、クラックを検査し
た。傾斜角度θが７０度以下の光合分波器用薄膜フィル
ターには、加熱冷却試験で新たに欠け、クラックの発生
はなかった。傾斜角度θが８５度の光合分波器用薄膜フ
ィルターでは、４５個中３個に基台と光学薄膜間に剥が
れた様なクラックが発生していた。このことからも、θ
を規定した本発明の光合分波器用薄膜フィルターは、過
酷な温度環境下でも高い信頼性を示した。
５度の合計５００個光合分波器用薄膜フィルターを、加
熱冷却試験を行なった。−３０度で３０分保持したの
ち、５度／分の速度で８０度まで加熱し、３０分保持し
た後同様の温度勾配で−３０度まで冷却した。このサイ
クルを３０回行なったのち、欠け、クラックを検査し
た。傾斜角度θが７０度以下の光合分波器用薄膜フィル
ターには、加熱冷却試験で新たに欠け、クラックの発生
はなかった。傾斜角度θが８５度の光合分波器用薄膜フ
ィルターでは、４５個中３個に基台と光学薄膜間に剥が
れた様なクラックが発生していた。このことからも、θ
を規定した本発明の光合分波器用薄膜フィルターは、過
酷な温度環境下でも高い信頼性を示した。
【００２５】上述したように、光学薄膜に従来片側より
数百μｍ入っていた欠けやクラックをなくすことができ
た。本発明の光合分波器用薄膜フィルター基台２の外寸
ｗは、光径ｄに光学薄膜の斜面の長さと基台の欠け幅数
μｍを加えた程度まで小型化することが出来た。これに
より基板から取れる光合分波器用薄膜フィルターの数
は、約５％上げることができた。
数百μｍ入っていた欠けやクラックをなくすことができ
た。本発明の光合分波器用薄膜フィルター基台２の外寸
ｗは、光径ｄに光学薄膜の斜面の長さと基台の欠け幅数
μｍを加えた程度まで小型化することが出来た。これに
より基板から取れる光合分波器用薄膜フィルターの数
は、約５％上げることができた。
【００２６】
【発明の効果】以上で説明したように、光学薄膜をドラ
イエッチングで多角錐台の形状に加工した後、基板のみ
を砥石で切断することで、光学薄膜の欠け、クラックの
発生を防ぐことが出来、温度変化による新たな欠け、ク
ラックの発生がない信頼性の高い光合分波器用薄膜フィ
ルターを得ることが出来た。また、基板から光合分波器
用薄膜フィルターの取れ数を多くすることができ、安価
な光合分波器用薄膜フィルターを提供できた。
イエッチングで多角錐台の形状に加工した後、基板のみ
を砥石で切断することで、光学薄膜の欠け、クラックの
発生を防ぐことが出来、温度変化による新たな欠け、ク
ラックの発生がない信頼性の高い光合分波器用薄膜フィ
ルターを得ることが出来た。また、基板から光合分波器
用薄膜フィルターの取れ数を多くすることができ、安価
な光合分波器用薄膜フィルターを提供できた。
【図１】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの一実施
態様の斜視図である。
態様の斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【図３】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの他の実
施態様例の斜視図である。
施態様例の斜視図である。
【図４】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの製造工
程を示す説明図である。
程を示す説明図である。
【図５】本発明の光合分波器用薄膜フィルターの傾斜角
θと欠け、クラックの発生率の関係を示す図である。
θと欠け、クラックの発生率の関係を示す図である。
【図６】従来の薄膜フィルターの斜視図である。
１ 光学薄膜、１’ 光学薄膜、２ 基台、２’ 基
板、３ 光合分波器用薄膜フィルター、４ 欠け、５
クラック、６ ドライエッチング用のフォトレジストマ
スク、７ 基板の切断用砥石。
板、３ 光合分波器用薄膜フィルター、４ 欠け、５
クラック、６ ドライエッチング用のフォトレジストマ
スク、７ 基板の切断用砥石。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 野口 伸
埼玉県熊谷市三ヶ尻5200 日立金属株式会
社先端エレクトロニクス研究所内
Ｆターム(参考） 2H048 GA04 GA09 GA13 GA27 GA30
GA35 GA60 GA62
2H097 JA03 LA17
4K029 AA09 BA43 BA46 BB02 BC08
BD00 CA01 GA00
Claims (4)
- 【請求項１】 高屈折率と低屈折率の材料とを交互に積
層したミラー層と、スペーサー層を挟んで対称となる様
にミラー層を設けたキャビティーを複数有する、光合分
波器に用いられる薄膜フィルターであって、基台上に形
成された光学薄膜が多角錐台の形状を有することを特徴
とする光合分波器用薄膜フィルター。 - 【請求項２】 多角錐台の形状を有する光学薄膜の基台
と接した下面から光学薄膜の厚みの１／１０までの部分
の斜面角度は６度以上６０度以下であることを特徴とす
る請求項１に記載の光合分波器用薄膜フィルター。 - 【請求項３】 多角錐台の形状を有する光学薄膜の斜面
は、ドライエッチングで形成された面であることを特徴
とする請求項１及び２に記載の光合分波器用薄膜フィル
ター。 - 【請求項４】 基板上に全面光学薄膜を形成する工程、
光学薄膜にドライエッチング用マスクを設ける工程、ド
ライエッチング用マスク非覆部をドライエッチング行な
い光学薄膜を多角錐台の形状に形成する工程、砥石等で
切断する基板の切断しろを露出させる工程、ドライエッ
チング用マスクを除去する工程、基板が露出した切断し
ろ部を砥石等で切断し素子を形成する工程を有すること
を特徴とする光合分波器用薄膜フィルターの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363372A JP3687848B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 光合分波器用薄膜フィルターおよびその製造方法 |
| TW091125262A TW561283B (en) | 2001-11-28 | 2002-10-25 | Thin film filter for optical multiplying device/demultiplying device |
| US10/293,269 US20030099038A1 (en) | 2001-11-28 | 2002-11-14 | Thin film filter for optical multiplexer/demultiplexer |
| KR10-2002-0074243A KR100483217B1 (ko) | 2001-11-28 | 2002-11-27 | 광 합분파기용 박막 필터 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001363372A JP3687848B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 光合分波器用薄膜フィルターおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003161830A true JP2003161830A (ja) | 2003-06-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001363372A Expired - Fee Related JP3687848B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 光合分波器用薄膜フィルターおよびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3687848B2 (ja) |
| KR (1) | KR100483217B1 (ja) |
| CN (1) | CN1228657C (ja) |
| TW (1) | TW561283B (ja) |
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| TW200714937A (en) * | 2005-10-06 | 2007-04-16 | Asia Optical Co Inc | The cutting method for DWDM optical filter |
| WO2007049478A1 (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Central Glass Company, Limited | 近赤外線反射基板およびその基板を用いた近赤外線反射合わせガラス、近赤外線反射複層ガラス |
| CN101047463B (zh) * | 2006-10-25 | 2012-05-23 | 浙江大学 | 基于两端厚度递减结构的多通道波长空间解复用薄膜器件 |
| CN103777281A (zh) * | 2012-10-25 | 2014-05-07 | 捷迅光电有限公司 | 用于密集波分复用的可堆叠窄带滤波器 |
| CN109445010B (zh) * | 2019-01-15 | 2024-03-29 | 北极光电(深圳)有限公司 | 一种改善应力型滤波片结构及波分复用器 |
| US11320597B1 (en) | 2021-01-29 | 2022-05-03 | Browave Corporation | Optical device |
| CN113184800B (zh) * | 2021-04-14 | 2023-11-14 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 微机电系统器件的制造方法及微机电系统器件 |
| CN114236716B (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-17 | 耀芯电子(浙江)有限公司 | 一种单纤双向多模波分复用光电转换装置及制作方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5583683A (en) * | 1995-06-15 | 1996-12-10 | Optical Corporation Of America | Optical multiplexing device |
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