JP2005121699A - Method for manufacturing thin film filter, apparatus for manufacturing thin film filter, thin film-fixed filter and tunable filter - Google Patents
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本発明は光通信システム等で使用される誘電体薄膜フィルターおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは薄膜固定フィルターおよび薄膜波長可変フィルターに関する。 The present invention relates to a dielectric thin film filter used in an optical communication system or the like and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a thin film fixed filter and a thin film wavelength tunable filter.
最近の高速通信網の整備にともなって、高速で大量の情報が伝送されるようになってきた。これを可能にする方法の一つとして波長多重光通信システム(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)の開発が盛んに行われている。この波長多重光通信システムでは1本のグラスファイバーに複数の波長の光信号を重ねて伝送するものであり、このためにはグラスファイバーの前後に光合分波器を接続することが必要になる。本発明の誘電体薄膜フィルターは光合分波器を構成する狭帯域フィルター(NBPF:Narrow Band Pass Filter)を始め、光通信システムで使用される種々の薄膜固定フィルターとして使用されるものである。一方、波長多重光通信システムでは1本のグラスファイバーから所望の波長の光信号を取り出したり、追加したりするためにOptical Add & Drop Multiplexing(OADM)が必要とされる。このとき、従来は所望の波長の光信号の取り出しや追加にはセンター波長の決まった固定フィルターが使用されていた。薄膜波長可変フィルターも狭帯域フィルターの一種であるが、センター波長が可変となっている点が固定フィルターと異なる。センター波長が可変となることにより少数の波長可変フィルターを設けることにより、必要な波長の光だけに対して自由に光通信経路の変更ができるようになる(Reconfigurable OADM)。また、波長可変フィルターはOADM用途以外にも、波長を選択的に取り出すことができることから光解析器や光信号モニターに広く使用される。また、最近ではバイオメディカル分野への応用研究も活発化している。 With the recent development of high-speed communication networks, a large amount of information has been transmitted at high speed. As one of the methods for enabling this, a wavelength division multiplexing optical communication system (DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing) has been actively developed. In this wavelength division multiplexing optical communication system, optical signals having a plurality of wavelengths are transmitted by being superimposed on a single glass fiber. For this purpose, it is necessary to connect an optical multiplexer / demultiplexer before and after the glass fiber. The dielectric thin film filter of the present invention is used as various thin film fixed filters used in an optical communication system including a narrow band pass filter (NBPF) constituting an optical multiplexer / demultiplexer. On the other hand, in a wavelength multiplexing optical communication system, optical add & drop multiplexing (OADM) is required to extract or add an optical signal having a desired wavelength from one glass fiber. At this time, conventionally, a fixed filter with a fixed center wavelength has been used to extract or add an optical signal having a desired wavelength. A thin film wavelength tunable filter is also a kind of narrowband filter, but differs from a fixed filter in that the center wavelength is variable. By providing a small number of wavelength tunable filters by changing the center wavelength, it becomes possible to freely change the optical communication path for only the light of the required wavelength (Reconfigurable OADM). Further, the wavelength tunable filter is widely used for optical analyzers and optical signal monitors because it can selectively extract wavelengths in addition to OADM applications. Recently, applied research in the biomedical field has also become active.
これらの薄膜フィルターはガラス基板上に高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜を交互に積層することにより数十層から三百層に及ぶ多層膜を形成し、その膜厚は数十μmに達する。薄膜フィルターの構造例としては固定フィルターの例がある(例えば、特許文献1)。また、波長可変フィルターについてはその膜構造の例がある(例えば、特許文献2、特許文献3)。薄膜フィルターの基本的な構造は所望のセンター波長をもたせるために、光学膜厚がセンター波長の1/4波長の高屈折率誘電体層と、光学膜厚が1/4波長の低屈折率誘電体層を交互に積層したミラー層、および光学膜厚がセンター波長の1/2波長もしくはその整数倍のスペーサー層、および成膜基板、および反射防止膜から構成される。波長可変フィルターも基本的には固定フィルターと同様な膜構成になるが、膜厚がフィルター面内で変化する膜厚傾斜型のフィルターになっている点が異なる。薄膜フィルターを構成する各層の膜は1/10,000から1/100,000の膜厚精度が要求され、これらの層の膜厚や組合わせを薄膜フィルターの仕様に合せて調整することにより所望のセンター波長や急峻な裾野を持つ薄膜フィルターを作製することができる。
These thin film filters form a multilayer film of several tens to three hundred layers by alternately laminating high refractive index dielectric films and low refractive index dielectric films on a glass substrate. It reaches several tens of μm. As an example of the structure of the thin film filter, there is an example of a fixed filter (for example, Patent Document 1). Further, there are examples of the film structure of the wavelength variable filter (for example,
所望のセンター波長を持つ多層膜光学フィルターの一般的な作製方法は所望の波長の光を成膜中の基板に透過させ、透過光量をモニターしながら膜厚を判定して蒸着原料を交換しながら多層膜を形成する。このとき、透過光量は膜厚増加に伴って増減を繰り返すことが知られており、光量の増減は光学膜厚が1/4波長毎に生ずる。例えば、光学式の膜厚モニターに関するもので、透過率または反射率がピークを越えたとき蒸発を停止する方法がある(特許文献4)。これにより、1/4波長の光学膜厚を持つ膜を成膜することが可能になる。また、他の方法としては、光量のピークを予想するカーブフィッティングのソフトウエアを用いて正確にピークを検出し、成膜材料の切り替えを行うものも提案されている。 A general method for producing a multilayer optical filter having a desired center wavelength is to transmit light having a desired wavelength to the substrate being formed, and to monitor the amount of transmitted light while determining the film thickness and replacing the deposition material. A multilayer film is formed. At this time, it is known that the amount of transmitted light repeatedly increases and decreases as the film thickness increases, and the increase and decrease in the amount of light occurs for each quarter wavelength of the optical film thickness. For example, it relates to an optical film thickness monitor, and there is a method of stopping evaporation when the transmittance or reflectance exceeds a peak (Patent Document 4). Thereby, a film having an optical film thickness of ¼ wavelength can be formed. As another method, a method of accurately detecting a peak by using curve fitting software for predicting the peak of light quantity and switching film forming materials has been proposed.
一般的な誘電体多層膜の成膜方法にはイオンアシスト蒸着法が採用されている。イオンアシスト蒸着法では前述の誘電体多層膜を構成する高屈折率材料および低屈折率材料をEBガン(電子銃)を用いて交互に蒸発させ、上記基板に成膜させる。このとき、同時にイオンガンを用いて酸素もしくはアルゴンと酸素の混合イオンを基板に照射し、蒸着粒子が基板上をマイグレーションすることを助ける。これにより、柱状組織になりやすい多層膜を充填密度の高い多層膜に改善することができる。また、酸素イオンの照射により多層膜の酸化度を調整し、化学量論組成に近づけることも可能になる。成膜設備は可能な限り膜厚分布を良くした設計になっているが、前述したように、薄膜フィルターを構成する各層の膜は1/10,000から1/100,000の膜厚精度が要求されるため、成膜基板の全面に亘って所望のセンター波長、パスバンド、挿入損失等をもつ多層膜光学フィルターを作製することはできない。通常は基板の中央もしくは外周に沿った基板上の一部の領域から所望の薄膜固定フィルターを得ることができる。さらに、一般的には成膜時は肉厚の厚いガラス基板を用いるが、成膜後に切断、研磨作業を行うことにより薄膜固定フィルターの形状に仕上げることになる。通常、作製できる薄膜固定フィルターの波長は1回の真空バッチで所望の波長1種類だけである。薄膜フィルターのうち波長可変フィルターは、基板の半径方向に膜厚傾斜を持った多層膜を形成し、半径方向に切り出すことにより所望の波長可変フィルターを作製することができる(例えば、特許文献5)。また、2ヵ所以上の膜厚を光学式膜厚モニターで計測する方法が検討されている(例えば特許文献6)。多層膜フィルターに係る光ビームについては、例えば、非特許文献1に開示されている。
従来の方法で薄膜フィルターを作製する場合、膜厚精度が厳しいため、基板の一部しか活用できないことが最大の課題であった。ここで、成膜中の膜厚は光量モニターにより常時計測され、蒸着原料の切り替えにフィードバックされる。また、蒸着速度は上記光量モニターとは別に水晶式膜厚モニターを用いて計測され、電子銃のエミッション電流にフィードバックされて所望の蒸着速度で成膜を行うことができる。しかし、基板上の膜厚分布を1/10,000から1/100,000の精度で均一化することは極めて困難である。通常はあらかじめ高屈折率のTa酸化物(Ta2O5)もしくはNb酸化物(Nb2O5)および低屈折率のSi酸化物(SiO2)の膜厚分布が平坦かつ両者の膜厚分布が一致するように成膜条件を調整する。しかしながら、成膜中の膜厚分布を詳細に調査した結果、膜厚分布は時々刻々と変化していることが明らかになった。このことは取りも直さず、成膜中に蒸着速度の分布が変化していることを示唆する。同様に成膜中には膜の屈折率も時々刻々と変化していることが推察された。 When manufacturing a thin film filter by a conventional method, since the film thickness accuracy is strict, the biggest problem is that only a part of the substrate can be used. Here, the film thickness during film formation is constantly measured by a light amount monitor and fed back to the switching of the deposition material. Further, the deposition rate is measured using a crystal film thickness monitor separately from the light amount monitor, and the film can be formed at a desired deposition rate by being fed back to the emission current of the electron gun. However, it is extremely difficult to make the film thickness distribution on the substrate uniform with an accuracy of 1 / 10,000 to 1 / 100,000. Usually, the film thickness distribution of a high refractive index Ta oxide (Ta 2 O 5 ) or Nb oxide (Nb 2 O 5 ) and a low refractive index Si oxide (SiO 2 ) is flat and the film thickness distribution of both is normal. The film forming conditions are adjusted so that the two match. However, as a result of a detailed investigation of the film thickness distribution during film formation, it has become clear that the film thickness distribution changes from moment to moment. This does not correct and suggests that the deposition rate distribution changes during film formation. Similarly, it was inferred that the refractive index of the film changed every moment during the film formation.
蒸着速度分布が成膜中に変化する原因を究明した結果、原料を蒸発させるにしたがって、成膜開始時の原料の形状が次第に変化することが明らかになった。原料の形状の変化は特に昇華性の原料の場合に顕著であり、例えばSiO2では最初平坦であつた原料表面が成膜時間とともに蒸発により消耗し、最終的には傾いた原料表面になることもしばしば生じた。傾いた原料表面からは傾いた方向に原料が蒸発するため、蒸着速度分布が刻々と変化することになる。一方、Ta2O5のような溶融性の原料の場合は溶融表面が重力もしくは表面張力で概ね水平に保たれるため、原料は消耗してもその表面形状を大きく変化させることはなかった。さらに他の原因として、イオンガンのイオン電流密度分布も時々刻々と変化することが分かった。これは主にイオンガンのイオン電流密度分布を制御するグリッドが成膜中に汚染することが原因であり、グリッドの洗浄を行うと元に戻ることを確認した。したがって、グリッドの汚染状況により成膜中の変化だけではなく、真空バッチ毎に異なるイオン電流密度分布を発生することもあった。イオンは蒸着粒子を弾き飛ばして実効的な蒸着速度を減少するため、イオン電流密度分布が変化すると実効的な蒸着速度分布が変化することになる。 As a result of investigating the cause of the change in the deposition rate distribution during film formation, it became clear that the shape of the raw material at the start of film formation gradually changed as the raw material was evaporated. Change in the shape of the material is particularly pronounced in the case of sublimable material, for example, Atsuta material surface in SiO 2 first flat exhausted by evaporation with the deposition time, eventually becoming a tilted material surface in Also often occurred. Since the raw material evaporates in the inclined direction from the inclined raw material surface, the deposition rate distribution changes every moment. On the other hand, in the case of a meltable raw material such as Ta 2 O 5, the melted surface is kept almost horizontal by gravity or surface tension, so that the surface shape does not change greatly even when the raw material is consumed. As another cause, it was found that the ion current density distribution of the ion gun also changes every moment. This is mainly because the grid that controls the ion current density distribution of the ion gun is contaminated during film formation, and it has been confirmed that the grid returns to its original state after cleaning. Therefore, depending on the contamination of the grid, not only a change during film formation but also a different ion current density distribution may be generated for each vacuum batch. Since ions blow off the vapor deposition particles to reduce the effective vapor deposition rate, the effective vapor deposition rate distribution changes when the ion current density distribution changes.
光学式膜厚モニターを用いることにより、基板上のモニター位置における膜厚は正確に計測することができ、所望の特性をもつ薄膜フィルターを作製することが可能になるが、基板上でも光学式膜厚モニターの測定位置以外の場所では所望の特性をもつ薄膜フィルターを作製することはできなかった。従来は光学式膜厚モニターは基板上の一つの半径位置の屈折率と膜厚の積(n×d)をモニターできるように設置されており、光学式膜厚モニターでモニターできる半径位置から数mm離れると、もはや所望の特性をもつ薄膜フィルターを得ることは困難であった。このとき、光学特性の劣化はセンター波長のシフトだけに留まらず、挿入損失、パスバンド、リップルにまで及んだ。このことは数十層から三百層に及ぶ多層膜全層の屈折率と膜厚の積が基板半径に対し均一に変化しているのではなく、厚さ方向にも不均一に変化していることを示す。また、膜厚方向の不均一な変化は蒸着速度分布若しくは屈折率の経時変化に基づくことは明らかである。 By using an optical film thickness monitor, the film thickness at the monitor position on the substrate can be accurately measured, and a thin film filter having desired characteristics can be produced. A thin film filter having desired characteristics could not be produced at a place other than the measurement position of the thickness monitor. Conventionally, an optical film thickness monitor is installed so that the product (n × d) of the refractive index and film thickness at one radial position on the substrate can be monitored. At a distance of mm, it was difficult to obtain a thin film filter having desired characteristics. At this time, the deterioration of the optical characteristics is not limited to the shift of the center wavelength, but extends to the insertion loss, passband, and ripple. This is because the product of the refractive index and the film thickness of all the multilayer films ranging from several tens to three hundred layers does not change uniformly with respect to the substrate radius, but also changes non-uniformly in the thickness direction. Indicates that Further, it is clear that the non-uniform change in the film thickness direction is based on the temporal change in the deposition rate distribution or the refractive index.
したがって、本発明は薄膜フィルター製造装置内の蒸着速度分布および屈折率分布を制御する方法を提供し、これにより一度の成膜で特性仕様を満たす薄膜固定フィルターが得られる有効領域を増大させた薄膜フィルター製造装置を提供する。また、本発明は基板半径方向に膜厚分布を傾斜させる方法を提供し、これにより複数の種類の薄膜固定フィルターを一度の真空バッチで形成する方法を提供する。さらには膜厚分布を傾斜させる方法は高性能の薄膜波長可変フィルターの形成方法および薄膜フィルター製造装置を提供する。さらに本発明は上記方法で形成した高性能な薄膜固定フィルターおよび薄膜波長可変フィルターを提供する。 Accordingly, the present invention provides a method for controlling the deposition rate distribution and refractive index distribution in a thin film filter manufacturing apparatus, thereby increasing the effective area where a thin film fixed filter satisfying the characteristic specifications can be obtained with a single film formation. A filter manufacturing apparatus is provided. The present invention also provides a method of inclining the film thickness distribution in the substrate radial direction, thereby providing a method of forming a plurality of types of thin film fixed filters in a single vacuum batch. Furthermore, the method of inclining the film thickness distribution provides a method for forming a high performance thin film wavelength tunable filter and a thin film filter manufacturing apparatus. Furthermore, the present invention provides a high-performance thin film fixed filter and a thin film wavelength tunable filter formed by the above method.
本発明者らは薄膜フィルター製造装置および製造方法に関して、詳細な検討を行った結果、一度の成膜において製造できる特性仕様を満たす薄膜固定フィルターの基板上の有効領域が成膜中の蒸着速度分布並びに屈折率分布の少なくとも1つ、望ましくは蒸着速度分布および屈折率分布を均一に制御することにより増大することを明らかにした。また、薄膜波長可変フィルターの製造では成膜中、膜厚分布を所定の傾斜分布に制御することにより高性能の薄膜波長可変フィルターが得られることを明らかにした。このとき、成膜中の蒸着速度分布および屈折率分布は光学式膜厚モニターを用いて回転基板上の2ヵ所以上の半径位置で計測した光ビームの光量から算出し、これをフィードバックして蒸着速度は主に回転基板と蒸着源の間に挿入した膜厚分布補正板の開口率、イオンガンのイオン電流、電子銃のエミッション電流を制御し、屈折率は主にイオンガンのビーム電圧、酸素分圧を制御すれば良いことを明らかにした。 As a result of detailed studies on the thin film filter manufacturing apparatus and manufacturing method, the inventors have determined that the effective area on the substrate of the thin film fixed filter that satisfies the characteristic specifications that can be manufactured in a single film formation is the deposition rate distribution during the film formation. In addition, it has been clarified that at least one of the refractive index distributions, preferably the deposition rate distribution and the refractive index distribution, can be increased by uniformly controlling the refractive index distribution. In addition, it was clarified that in the manufacture of a thin film wavelength tunable filter, a high performance thin film wavelength tunable filter can be obtained by controlling the film thickness distribution to a predetermined gradient distribution during film formation. At this time, the deposition rate distribution and refractive index distribution during film formation are calculated from the light amount of the light beam measured at two or more radial positions on the rotating substrate using an optical film thickness monitor, and this is fed back to perform deposition. The speed mainly controls the aperture ratio of the film thickness distribution correction plate inserted between the rotating substrate and the evaporation source, the ion current of the ion gun, and the emission current of the electron gun, and the refractive index is mainly the beam voltage and oxygen partial pressure of the ion gun. It was clarified that it should be controlled.
従来から2ヵ所以上の膜厚を光学式膜厚モニターで計測する方法は開示されている(例えば特許文献6)。この開示された方法では白色光を薄膜に透過し、成膜による膜厚増加によって白色光の透過率が減少する現象を利用して2ヵ所以上の膜厚をモニターしている。ただし、この方法では光量が膜厚増加に伴って単調に減少するだけであり、膜厚の精密な計測を行うことは困難であり、精密な膜厚分布を求めることはできない。本発明では、光学式膜厚モニターとして、白色光源や分光器、もしくは波長可変光源やパワーメーターを一式具備し、光ビームを分岐して2ヵ所以上の半径位置の特定波長の光量をモニターしている点が異なる。特定波長をモニターすることにより、図1に示す光量の周期的な増減を観測することが可能になり、この周期が特定波長の1/4波長に相当することから精密な膜厚を計測することができ、さらには蒸着速度と屈折率を求めることが可能になる。さらに、光ビームを分岐することにより、光源の変動があっても異なる半径位置の光量差は一定に保つことが可能になり、光量から算出した蒸着速度差や屈折率差を正確に捉えることが可能になる。ただし、光源の変動をフィードバック回路を併用することにより安定化できれば、光源および受光機器を2式具備することも可能であり、この方が光量が高く、制御は容易になる。一方、2ヶ所以上の半径位置で所望の波長差を持つ異なる波長の光ビームを用いて光量をモニターする場合は分光器を2式具備もしくは波長可変光源を2式具備したシステムが望ましいが、これに限るわけではない。膜厚分布補正板の開口率とは、蒸着元素の蒸発を遮る補正体の面積が最大である状態に対して、前記面積を縮小したときの割合に相当する。 Conventionally, a method of measuring film thicknesses at two or more locations with an optical film thickness monitor has been disclosed (for example, Patent Document 6). In the disclosed method, white light is transmitted through a thin film, and the film thickness at two or more locations is monitored by utilizing the phenomenon that the transmittance of white light decreases as the film thickness increases due to film formation. However, with this method, the amount of light only monotonously decreases as the film thickness increases, and it is difficult to accurately measure the film thickness, and a precise film thickness distribution cannot be obtained. In the present invention, as an optical film thickness monitor, a set of a white light source, a spectroscope, a wavelength tunable light source, and a power meter is provided, and the light beam is branched to monitor the light quantity of a specific wavelength at two or more radial positions. Is different. By monitoring a specific wavelength, it is possible to observe the periodic increase and decrease of the light amount shown in FIG. 1, and this period corresponds to a quarter wavelength of the specific wavelength, so that a precise film thickness can be measured. In addition, the deposition rate and refractive index can be determined. Furthermore, by splitting the light beam, it is possible to keep the light amount difference at different radial positions constant even if the light source fluctuates, and it is possible to accurately capture the vapor deposition rate difference and refractive index difference calculated from the light amount. It becomes possible. However, if the fluctuation of the light source can be stabilized by using a feedback circuit in combination, it is possible to provide two sets of light sources and light receiving devices, which have a higher light quantity and are easier to control. On the other hand, when monitoring the amount of light using light beams of different wavelengths having a desired wavelength difference at two or more radial positions, a system having two sets of spectrometers or two sets of variable wavelength light sources is desirable. It is not limited to. The aperture ratio of the film thickness distribution correction plate corresponds to a ratio when the area is reduced with respect to a state where the area of the correction body that blocks evaporation of the vapor deposition element is maximum.
したがって、本発明は回転基板上に形成する膜の異なる2ヵ所以上の半径位置に、白色光ビーム或いは特定波長光を分岐投光して透過させる光学機構、前記膜の透過光によって特定波長の光量を検知する手段を具備し、前記光量に基づいて前記膜の蒸着速度および屈折率を算出する手段を具備し、蒸着速度分布乃至は屈折率分布を制御する薄膜フィルターの製造方法および製造装置を提供する。 Accordingly, the present invention provides an optical mechanism for splitting and projecting a white light beam or a specific wavelength light at two or more different radial positions of the film formed on the rotating substrate, and a light amount of a specific wavelength by the transmitted light of the film. And a thin film filter manufacturing method and apparatus for controlling the deposition rate distribution or the refractive index distribution, and a means for calculating the deposition rate and refractive index of the film based on the amount of light. To do.
ここで、光ビームの光量Tは下記の理論式:数1で表現できることが知られている(例えば、非特許文献1)。 Here, it is known that the light quantity T of the light beam can be expressed by the following theoretical formula: Formula 1 (for example, Non-Patent Document 1).
ここで、各々は次の関係にある。
n0:媒質(0)の屈折率
n1:平行平面膜(1)の屈折率
n3:基板(3)の屈折率
Here, each has the following relationship.
n 0 : Refractive index of medium (0)
n 1 : Refractive index of parallel plane film (1)
n 3 : Refractive index of substrate (3)
上式を変形し、時間の関数で表現すると、モニターの透過光量は数3となり、平行平面膜の屈折率n1と蒸着速度v1で表すことができる。
When the above equation is modified and expressed as a function of time, the transmitted light quantity of the monitor is expressed by
モニター位置1および2において、上記透過光量を測定し、測定した透過光量を与えるn1およびv1を常時フィッティング法で計算することにより求め、モニター位置1および2におけるn1およびv1の値を比較し、その差を0に近づけるように膜厚分布補正板の開口率、イオンガンビーム電圧、イオンガンイオン電流、電子銃エミッション電流、酸素分圧等を制御することができる。これにより、モニター位置1および2における屈折率および蒸着速度をそれぞれ一致させることが可能になり、基板上の屈折率分布および膜厚分布を均一なものにすることができる。
At
モニター位置1および2における光量差から直接成膜条件にフィードバック制御を行おうとすると、光量差が1層の膜中で大きく変動するため制御アルゴリズムが複雑になり、困難である。本発明の方法では光量を屈折率と蒸着速度に変換して求めることができる。これらの値は1層の膜中で大きな動きを示さないので、その差分を用いてフィードバック制御を行うことは容易である。
If it is attempted to perform feedback control directly on the film forming conditions from the light amount difference at the
本発明の方法を用いた結果、蒸発による原料の表面形状変化に基づく蒸着速度分布の変化だけでなく、イオンガンから照射されるイオン電流密度の経時変化に基づく蒸着速度分布の変化や真空チャンバー内のガス圧変動に基づく屈折率分布の変化が併せて制御可能になる。この結果、従来は光学式膜厚モニターが設置された半径位置近傍の狭い領域だけが有効領域であり、有効領域からはずれるとセンター波長、挿入損失、パスバンド、リップル等が仕様を満足しなかったが、本発明によりセンター波長は所望の値が得られ、挿入損失、パスバンド、リップル等の劣化は減少し、薄膜固定フィルターが得られる有効領域を拡大することができた。また、蒸着速度分布と屈折率分布の均一化に伴って、個々の薄膜固定フィルターについて見ても、膜質の向上が図られている。ウエハーから切り出した2.4mm角の面積以下の薄膜固定フィルターでは、ピーク挿入損失とリップルが同時に改善されている。 As a result of using the method of the present invention, not only changes in the deposition rate distribution based on the surface shape change of the raw material due to evaporation, but also changes in the deposition rate distribution based on changes over time in the ion current density irradiated from the ion gun, Changes in the refractive index distribution based on gas pressure fluctuations can be controlled together. As a result, in the past, only the narrow area near the radial position where the optical film thickness monitor was installed was the effective area, and when deviating from the effective area, the center wavelength, insertion loss, passband, ripple, etc. did not satisfy the specifications. However, according to the present invention, a desired value for the center wavelength can be obtained, deterioration of insertion loss, passband, ripple, etc. can be reduced, and the effective region where a thin film fixed filter can be obtained can be expanded. In addition, as the vapor deposition rate distribution and the refractive index distribution are made uniform, the film quality is improved even when the individual thin film fixed filters are viewed. In the thin film fixed filter cut out from the wafer and having an area of 2.4 mm square or less, the peak insertion loss and the ripple are simultaneously improved.
また、従来はパスバンドの狭い薄膜波長可変フィルターしか得られなかったが、本発明により傾斜膜の膜厚分布精度が向上し、パスバンドの広い薄膜波長可変フィルターを得ることが可能になった。したがって、高性能で生産性の高い薄膜フィルター製造方法および装置を開発することができた。 Conventionally, only a thin film wavelength tunable filter having a narrow passband has been obtained. However, the present invention has improved the film thickness distribution accuracy of the tilted film, and it has become possible to obtain a thin film wavelength tunable filter having a wide passband. Therefore, a high-performance and highly productive thin-film filter manufacturing method and apparatus could be developed.
[1] 本発明の薄膜フィルターの製造方法は、回転基板上に形成する膜の異なる2ヵ所以上の半径位置に、白色光ビーム或いは特定波長光を分岐投光して透過させる光学機構、前記膜の透過光によって特定波長の光量を検知する手段を具備し、前記光量に基づいて前記膜の蒸着速度若しくは屈折率の少なくとも一つを算出する手段を具備し、蒸着速度分布若しくは屈折率分布の少なくとも一つを制御することを特徴とする。特に、蒸着速度若しくは屈折率を算出し、基板上の半径方向の蒸着速度分布および屈折率分布を制御することが望ましい。 [1] The manufacturing method of the thin film filter of the present invention includes an optical mechanism that splits and transmits a white light beam or specific wavelength light at two or more different radial positions of a film formed on a rotating substrate, and the film Means for detecting the amount of light of a specific wavelength by the transmitted light, and means for calculating at least one of the deposition rate or refractive index of the film based on the amount of light, and at least of the deposition rate distribution or the refractive index distribution It is characterized by controlling one. In particular, it is desirable to calculate the deposition rate or refractive index and control the deposition rate distribution and refractive index distribution in the radial direction on the substrate.
ここで、前記膜を透過する光ビームの光量とは、特定波長の光量を指す。光ビームを発生させる光源としては、白色光源と分光器を各一式、もしくは波長可変光源とパワーメーターを各一式具備することが望ましい。白色光源と分光器を各一式、もしくは波長可変光源とパワーメーターを各一式は薄膜フィルター製造装置内に具備される回転基板上に成膜される高屈折率材料や低屈折率材料の蒸着速度および屈折率をモニターするために使用される。 Here, the light amount of the light beam transmitted through the film refers to the light amount of a specific wavelength. As a light source for generating a light beam, it is desirable to include a set of white light sources and spectroscopes, or a set of variable wavelength light sources and power meters. Each set of white light source and spectroscope, or each set of wavelength variable light source and power meter is the deposition rate of high refractive index material and low refractive index material formed on the rotating substrate provided in the thin film filter manufacturing apparatus, and Used to monitor refractive index.
また、2ヵ所以上の半径位置で膜厚をモニターするためには上記光源や分光器等を半径位置の数だけ必要とするが、本発明の光ビーム分岐機構を設けることにより光源系統や分光器を一式使用するだけで複数の半径位置で膜厚をモニターすることが可能になる。この方法により光源のゆらぎに基づく半径位置毎の誤差を低減することができ、蒸着速度および屈折率を各半径毎に正確に求めることが可能になる。 In addition, in order to monitor the film thickness at two or more radial positions, the number of light sources, spectroscopes, and the like are required as many as the number of radial positions. However, by providing the light beam branching mechanism of the present invention, the light source system and spectroscope are provided. It is possible to monitor the film thickness at a plurality of radial positions by simply using a set. By this method, an error for each radial position based on the fluctuation of the light source can be reduced, and the deposition rate and the refractive index can be accurately obtained for each radius.
[2] 上記[1]の薄膜フィルターの製造方法において、2ヵ所以上の半径位置で常時光ビームの光量を計測し、各半径位置の光量から蒸着速度および屈折率を算出し、蒸着速度差および屈折率差を減少するように基板上の半径方向の蒸着速度分布および屈折率分布を制御することにより薄膜固定フィルターを形成することを特徴とする。 [2] In the method for producing a thin film filter according to [1], the light amount of the light beam is constantly measured at two or more radial positions, the vapor deposition rate and the refractive index are calculated from the light amounts at the respective radial positions, the vapor deposition rate difference and A thin film fixed filter is formed by controlling the deposition rate distribution and the refractive index distribution in the radial direction on the substrate so as to reduce the refractive index difference.
ここで、光ビームの光量は多層膜が成膜されるにしたがって図1のように変化する。図中の数字は多層膜の層数を示す。このとき、半径位置1では所望の膜厚が成膜され、半径位置2では6.5/10,000だけ薄い膜が成膜されたとすると、両者の光量差は図2に示すような変化を示す。図中の数字は多層膜の層数を示す。すなわち、光量差は1層の膜中で0から一旦増加し、その後減少して0になる。もしくは、0から一旦減少し、その後増加して0になる。したがって、1層毎にこのような複雑な変化を示す光量差を用いて蒸着速度をフィードバック制御することは困難である。本発明ではこの問題を回避するため、光ビームの光量を理論式に基づいてフィッティング法によって蒸着速度と屈折率に変換した。算出された蒸着速度および屈折率は成膜中ほぼ一定に推移するため、半径位置の異なる場所の蒸着速度差および屈折率差は1層の膜中で単調に推移する。したがって、この差分を用いて蒸着速度や屈折率をフィードバック制御することはより高精度の膜厚制御に適していると言える。
Here, the light amount of the light beam changes as shown in FIG. 1 as the multilayer film is formed. The numbers in the figure indicate the number of layers of the multilayer film. At this time, assuming that a desired film thickness is formed at the
[3] 上記[2]の薄膜フィルターの製造方法において、2ヵ所の半径位置における光ビームの波長を所望の波長差を持つ異なる値とし、前記2ヵ所における蒸着速度と屈折率の積の比が前記2ヵ所の波長比と同等になるように蒸着速度分布および屈折率分布を制御することにより、波長の異なる複数の種類の薄膜固定フィルターを一度に形成することを特徴とする。なお、本発明において、“2ヶ所”とは、2ヶ所のみを測定している場合と、2ヶ所以上を測定した内から2ヶ所を選択して見ている場合のいずれも包含する用語として用いている。 [3] In the manufacturing method of the thin film filter of [2], the wavelength of the light beam at the two radial positions is set to different values having a desired wavelength difference, and the ratio of the product of the deposition rate and the refractive index at the two positions is A plurality of types of thin film fixed filters having different wavelengths are formed at a time by controlling the deposition rate distribution and the refractive index distribution so as to be equal to the wavelength ratio of the two places. In the present invention, “two places” is used as a term encompassing both cases where only two places are measured and cases where two places are selected from two or more places. ing.
ここで、2ヵ所の半径位置における光ビームの波長を所望の波長差を持つ異なる値とすることにより、各半径位置では異なる波長に対する薄膜フィルターが正確に形成される。ただし、2ヵ所の間で波長差があるため、蒸着速度乃至は屈折率の差を減少するように制御することは出来ず、蒸着速度と屈折率の積の2ヵ所の比を2ヵ所の波長比となるように制御する必要がある。この結果、基板の半径方向に膜厚傾斜を有するフィルターを形成することが可能になる。例えば、100GHzのフィルターの場合、隣接する波長との間隔は0.8nmなので、半径方向に3.2nmの波長差を持たせると、4種類、すなわち4チャンネル分の薄膜固定フィルターを得ることが可能になる。 Here, by setting the wavelength of the light beam at two radial positions to different values having a desired wavelength difference, thin film filters for different wavelengths can be accurately formed at each radial position. However, because there is a wavelength difference between the two locations, it is not possible to control the deposition rate or the difference in refractive index to decrease, and the ratio of the product of the deposition rate and the refractive index is the two wavelengths. It is necessary to control the ratio. As a result, it is possible to form a filter having a thickness gradient in the radial direction of the substrate. For example, in the case of a 100 GHz filter, since the interval between adjacent wavelengths is 0.8 nm, if a wavelength difference of 3.2 nm is given in the radial direction, four types of thin film fixed filters for four channels can be obtained. become.
[4] 上記[2]に記載の薄膜フィルターの製造方法において、 2ヵ所の半径位置における光ビームの波長を所望の波長差を持つ異なる値とし、前記2ヵ所における蒸着速度と屈折率の積の比が前記2ヵ所の波長比と同等になるように蒸着速度分布および屈折率分布を制御することにより、波長可変フィルターを形成することを特徴とする。 [4] In the method for manufacturing a thin film filter described in [2] above, the wavelength of the light beam at the two radial positions is set to different values having a desired wavelength difference, and the product of the deposition rate and the refractive index at the two positions. A wavelength tunable filter is formed by controlling the deposition rate distribution and the refractive index distribution so that the ratio is equal to the wavelength ratio of the two places.
ここで、各半径位置の間ではセンター波長の異なるフィルターが連続的に形成される。すなわち、基板の半径方向に膜厚傾斜を有するフィルターを形成することが可能になり、波長可変フィルターを得ることができる。 Here, filters having different center wavelengths are continuously formed between the radial positions. That is, it becomes possible to form a filter having a thickness gradient in the radial direction of the substrate, and a wavelength tunable filter can be obtained.
[5] 上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法は、光ビームの光量から蒸着速度および屈折率を算出する方法が、理論式に基づき、透過光量を与える蒸着速度および屈折率を常時フィッティング法で計算することにより求めることを特徴とする。 [5] In the method for manufacturing a thin film filter according to any one of [1] to [4], the method for calculating the deposition rate and the refractive index from the light amount of the light beam is based on the theoretical formula, and the amount of transmitted light is given. It is characterized in that the velocity and the refractive index are always calculated by the fitting method.
成膜中の基板を透過する光ビームの光量が膜の屈折率と膜厚からなる理論式で表記できることは知られていた。しかし、本発明ではこの理論式を活用し、フィッティング法により光量を屈折率と蒸着速度に分離し、2ヵ所以上の半径位置における屈折率と蒸着速度を求めた点が新規である。この結果、2ヶ所以上の場所における屈折率と蒸着速度を直接比較することが可能になり、各位置の屈折率および蒸着速度の差分を0にするように蒸着着条件を制御することができるようになった。 It has been known that the amount of light beam transmitted through the substrate during film formation can be expressed by a theoretical formula consisting of the refractive index and film thickness of the film. However, the present invention is novel in that this theoretical formula is utilized and the amount of light is separated into a refractive index and a vapor deposition rate by a fitting method, and the refractive indexes and vapor deposition rates at two or more radial positions are obtained. As a result, it is possible to directly compare the refractive index and the deposition rate at two or more locations, and the deposition conditions can be controlled so that the difference between the refractive index and the deposition rate at each position is zero. Became.
[6] 上記[1]乃至[5]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法は、基板上の半径方向の蒸着速度分布を制御する方法が膜厚分布補正板の開口率を変化させる方法、イオンガンのイオン電流を変化させる方法、乃至は電子銃のエミッション電流を変化させる方法から選ばれる少なくとも1種の方法であることを特徴とする。 [6] The method for manufacturing a thin film filter according to any one of [1] to [5], wherein the method for controlling the radial deposition rate distribution on the substrate changes the aperture ratio of the film thickness distribution correction plate. The method is characterized in that it is at least one method selected from a method of changing an ion current of an ion gun or a method of changing an emission current of an electron gun.
ここで、従来の膜厚分布補正板はあらかじめ成膜前に必要な膜厚分布になるように補正板の幅を調整し、成膜中は幅が固定されたものであるが、本発明の補正板は常時幅を変化させることが可能であり、成膜中も膜厚モニターからフィードバックされた信号によって制御することができる。幅を変えることにより開口率も変化させることができる。 Here, the width of the correction plate is adjusted in advance so that the required film thickness distribution before film formation is obtained in the conventional film thickness distribution correction plate, and the width is fixed during film formation. The width of the correction plate can always be changed, and can be controlled by a signal fed back from the film thickness monitor even during film formation. The aperture ratio can also be changed by changing the width.
一方、電子銃のエミッション電流を変化させ、蒸着源の蒸発速度を変えて蒸着速度分布を制御する方法や、イオンガンのイオン電流を変えて蒸着速度分布を制御する方法を用いることもできる。一般的には蒸着源の蒸発速度を高めると基板の中央部の蒸着速度が高くなり、イオンガンのイオン電流を高めると基板周辺部の蒸着速度が高くなる傾向を持つ。 On the other hand, a method of controlling the deposition rate distribution by changing the emission current of the electron gun and changing the evaporation rate of the deposition source, or a method of controlling the deposition rate distribution by changing the ion current of the ion gun can be used. Generally, increasing the evaporation rate of the evaporation source increases the evaporation rate at the center of the substrate, and increasing the ion current of the ion gun tends to increase the evaporation rate at the periphery of the substrate.
[7] 上記[1]乃至[5]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法は、基板上の半径方向の屈折率分布を制御する方法がイオンガンのビーム電圧を変化させる方法、若しくは酸素分圧を変化させる方法から選ばれる少なくとも1種の方法であることを特徴とする。ここで、イオンガンのビーム電圧を変化させることにより、膜の屈折率とその分布を変えることが可能である。また、酸素分圧を変えることにより屈折率を制御することができる。 [7] The method for manufacturing a thin film filter according to any one of [1] to [5], wherein the method for controlling the refractive index distribution in the radial direction on the substrate is a method for changing the beam voltage of an ion gun, or an oxygen content. It is at least one method selected from methods for changing pressure. Here, the refractive index of the film and its distribution can be changed by changing the beam voltage of the ion gun. Further, the refractive index can be controlled by changing the oxygen partial pressure.
[8] 本発明の薄膜固定フィルターは、複数の高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した誘電体多層膜を備える多層膜光学フィルターであって、寸法が1.5×1.5×1.5mm以下であり、100GHz対応のピーク挿入損失が0.1dB以下、リップルが0.1dB以下、パスバンドが−0.5dBで0.6nm以上あることを特徴とする。より好ましくは、上記[1]、[2]、[3]、[5]、[6]または[7]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法により製造した薄膜フィルターであって、100GHz対応固定フィルターのピーク挿入損失が0.1dB以下、リップルが0.1dB以下、パスバンドが−0.5dBで0.6nm以上あることを特徴とする。 [8] The thin film fixed filter of the present invention is a multilayer optical filter including a dielectric multilayer film in which a plurality of high refractive index films and low refractive index films are alternately stacked, and has a dimension of 1.5 × 1.5. The peak insertion loss corresponding to 100 GHz is 0.1 dB or less, the ripple is 0.1 dB or less, and the passband is −0.5 dB or 0.6 nm or more. More preferably, the thin film filter manufactured by the method for manufacturing a thin film filter according to any one of the above [1], [2], [3], [5], [6] or [7], which is compatible with 100 GHz The fixed filter has a peak insertion loss of 0.1 dB or less, a ripple of 0.1 dB or less, and a passband of −0.5 dB at 0.6 nm or more.
ここで、薄膜フィルターの特性はフィルターを構成する各層の膜厚および屈折率が高精度で制御されることにより、初めて良好な特性が得られる。本発明の方法で作製した薄膜固定フィルターは基板直上の初層から最表面層まで、異なる半径位置の間で、蒸着速度と屈折率によって制御されており、極めて精度良く成膜することが可能である。この結果として、上記の高特性が得られる。 Here, the characteristics of the thin film filter can be obtained only when the film thickness and refractive index of each layer constituting the filter are controlled with high accuracy. The thin film fixed filter produced by the method of the present invention is controlled by the deposition rate and the refractive index between different radial positions from the first layer directly above the substrate to the outermost surface layer, and can be formed with extremely high accuracy. is there. As a result, the above high characteristics can be obtained.
前記薄膜固定フィルターは、例えば、DWDM用100GHz以下の波長ピッチに対応し、4キャビティ以上、100層以上の多層膜を備える構成にすることができる。キャビティとは、積層される多層膜のうち、1/2波長若しくはその整数倍波長の積層体からなるスペーサーと1/4波長の積層体からなる一対のミラーから構成される光学共鳴体である。このキャビティが4段重なったものが4キャビティの多層膜である。より詳細には、複数の高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した誘電体多層膜を備える多層膜光学フィルターであって、誘電体多層膜が酸化ケイ素と五酸化タンタルもしくは五酸化ニオブの少なくとも一つから選ばれる材料で構成されることを特徴とする。この前記薄膜固定フィルターを搭載することにより、損失を抑制した光合分波器を構成することができる。 For example, the thin film fixed filter can be configured to correspond to a wavelength pitch of 100 GHz or less for DWDM and include a multilayer film of 4 cavities or more and 100 layers or more. A cavity is an optical resonator composed of a spacer made of a laminated body having a half wavelength or an integral multiple of the laminated film and a pair of mirrors made of a laminated body having a quarter wavelength. A four-cavity multi-layer film is formed by stacking four cavities. More specifically, a multilayer optical filter comprising a dielectric multilayer film in which a plurality of high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated, wherein the dielectric multilayer film is silicon oxide and tantalum pentoxide or niobium pentoxide. It is comprised with the material chosen from at least one of these. By mounting the thin film fixed filter, it is possible to configure an optical multiplexer / demultiplexer with suppressed loss.
[9] 本発明の波長可変フィルターは、膜厚を傾斜させて成膜した誘電体多層膜を有する波長可変フィルターであって、寸法が10×30×5.0mm以下であり、100GHz対応のパスバンドが−0.5dBで0.4nm以上あることを特徴とする。より好ましくは、上記[1][4][5][6]または[7]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法により製造した薄膜フィルターであって100GHz対応波長可変フィルターのパスバンドが−0.5dBで0.4nm以上あることを特徴とする。 [9] A wavelength tunable filter according to the present invention is a wavelength tunable filter having a dielectric multilayer film formed with an inclined film thickness, and has a size of 10 × 30 × 5.0 mm or less and a path corresponding to 100 GHz. A band is 0.4 nm or more at −0.5 dB. More preferably, it is a thin film filter manufactured by the method for manufacturing a thin film filter according to any one of [1], [4], [5], [6], and [7], and the passband of the wavelength tunable filter for 100 GHz is − It is characterized by being 0.4 nm or more at 0.5 dB.
ここで、一般的な波長可変フィルターは約20mmの長さの短冊状の基板に膜厚傾斜して成膜した薄膜フィルターである。膜厚傾斜と短冊状の長さが長いことが原因となり、−0.5dBのパスバンドを0.3nm以上に改善することは困難であった。本発明により傾斜膜の膜厚分布を精密に制御することが可能となり、−0.5dBのパスバンドを0.4nm以上とすることが可能になった。 Here, a general wavelength tunable filter is a thin film filter formed on a strip-shaped substrate having a length of about 20 mm with a film thickness inclined. It was difficult to improve the -0.5 dB passband to 0.3 nm or more due to the film thickness gradient and the long strip shape. According to the present invention, it is possible to precisely control the film thickness distribution of the gradient film, and it is possible to set the pass band of −0.5 dB to 0.4 nm or more.
膜厚を傾斜させて成膜した誘電体多層膜を有する波長可変フィルターは、前記誘電体多層膜に隣接して反射鏡を有する構成にすることができる。前記反射鏡は、信号を伝送する光ビームが初期の光ビーム位置から可変先の光ビーム位置へ移動する際通過する際に光路として用いることができる。 A wavelength tunable filter having a dielectric multilayer film formed with an inclined film thickness can be configured to have a reflecting mirror adjacent to the dielectric multilayer film. The reflecting mirror can be used as an optical path when a light beam transmitting a signal passes when moving from an initial light beam position to a variable light beam position.
[10] 本発明の他の薄膜固定フィルターは、複数の高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した誘電体多層膜を備える多層膜光学フィルターであって、寸法が2.4×2.4×2.4mm以下であり、より好ましくは、50GHz対応のピーク挿入損失が0.1dB以下、リップルが0.1dB以下、パスバンドが−0.5dBで0.28nm以上あることを特徴とする。より好ましくは、上記[1]、[2]、[3]、[5]、[6]または[7]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法により製造した薄膜フィルターであって、50GHz対応固定フィルターのピーク挿入損失が0.1dB以下、リップルが0.1dB以下、パスバンドが−0.5dBで0.28nm以上あることを特徴とする。 [10] Another thin film fixed filter of the present invention is a multilayer optical filter including a dielectric multilayer film in which a plurality of high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated, and has a dimension of 2.4 × 2. .4 × 2.4 mm or less, more preferably, the peak insertion loss corresponding to 50 GHz is 0.1 dB or less, the ripple is 0.1 dB or less, and the passband is −0.5 dB and 0.28 nm or more. To do. More preferably, it is a thin film filter manufactured by the method for manufacturing a thin film filter according to any one of [1], [2], [3], [5], [6] or [7], and is compatible with 50 GHz. The fixed filter has a peak insertion loss of 0.1 dB or less, a ripple of 0.1 dB or less, and a passband of −0.5 dB, which is 0.28 nm or more.
ここで、本発明の方法で作製した薄膜固定フィルターは基板直上の初層から最表面層まで、異なる半径位置の間で、蒸着速度と屈折率によって制御されており、極めて精度良く成膜することが可能である。この成膜方法を用いることにより、特に膜厚精度の厳しい50GHz対応固定フィルターの特性を著しく向上することが可能になった。 Here, the thin film fixed filter manufactured by the method of the present invention is controlled by the deposition rate and the refractive index between different radial positions from the first layer directly above the substrate to the outermost surface layer, so that the film can be formed with extremely high accuracy. Is possible. By using this film forming method, it is possible to remarkably improve the characteristics of a fixed filter for 50 GHz, which has particularly strict film thickness accuracy.
[11] 本発明の他の波長可変フィルターは、膜厚を傾斜させて成膜した誘電体多層膜を有する波長可変フィルターであって、寸法が10×30×5.0mm以下であり、50GHz対応のパスバンドが−0.5dBで0.2nm以上あることを特徴とする。より好ましくは、上記[1]、[4]、[5]、[6]または[7]のいずれかに記載の薄膜フィルターの製造方法により製造した薄膜フィルターであって50GHz対応波長可変フィルターのパスバンドが−0.5dBで0.2nm以上あることを特徴とする。 [11] Another wavelength tunable filter of the present invention is a wavelength tunable filter having a dielectric multilayer film formed with an inclined film thickness, and has a size of 10 × 30 × 5.0 mm or less, and is compatible with 50 GHz. The pass band of −0.5 dB is 0.2 nm or more. More preferably, it is a thin film filter manufactured by the method for manufacturing a thin film filter according to any one of [1], [4], [5], [6] or [7] above, and the path of the wavelength tunable filter corresponding to 50 GHz. A band is 0.2 nm or more at −0.5 dB.
ここで、一般的な波長可変フィルターは約20mmの長さの短冊状の基板に膜厚傾斜して成膜した薄膜フィルターである。従来の成膜方法では50GHz対応波長可変フィルターを形成することがほとんど不可能であり、−0.5dBのパスバンドを0.1nm以上に改善することは困難であった。本発明により傾斜膜の膜厚分布を精密に制御することが初めて可能となり、−0.5dBのパスバンドを0.2nm以上とすることが可能になった。 Here, a general wavelength tunable filter is a thin film filter formed on a strip-shaped substrate having a length of about 20 mm with a film thickness inclined. It is almost impossible to form a wavelength tunable filter corresponding to 50 GHz by the conventional film forming method, and it is difficult to improve the pass band of −0.5 dB to 0.1 nm or more. According to the present invention, it is possible for the first time to precisely control the film thickness distribution of the gradient film, and it becomes possible to set the pass band of −0.5 dB to 0.2 nm or more.
以上説明した通り、この発明に係る薄膜フィルター製造方法および装置は、フィルター基板の幅広い半径位置に亘って高性能かつセンター波長の揃った薄膜固定フィルターを提供する。この結果、1真空バッチあたりの収量を従来法に比較して格段に増加した。さらに、本発明は所望の異なるモニター波長を用いることにより、半径方向に膜厚傾斜のある薄膜フィルターを作製でき、1真空バッチで複数チャンネルの薄膜固定フィルターを生産する方法を提供する。さらに、この膜厚傾斜を持つ薄膜フィルターは薄膜波長可変フィルターになり、パスバンドの広いフラットトップな特性を有する高性能な薄膜波長可変フィルターを提供する。 As described above, the thin film filter manufacturing method and apparatus according to the present invention provide a thin film fixed filter with high performance and uniform center wavelength over a wide radial position of the filter substrate. As a result, the yield per vacuum batch was significantly increased compared to the conventional method. Furthermore, the present invention provides a method of producing a thin film fixed filter having a plurality of channels in one vacuum batch by using a desired different monitor wavelength to produce a thin film filter having a thickness gradient in the radial direction. Further, the thin film filter having the thickness gradient becomes a thin film wavelength tunable filter, and provides a high performance thin film wavelength tunable filter having a flat-top characteristic with a wide pass band.
本発明を実施例に基づき詳しく説明する。なお、本発明はこれら実施例により必ずしも限定されるものではない。 The present invention will be described in detail based on examples. In addition, this invention is not necessarily limited by these Examples.
(実施例1)
薄膜フィルターは次の工程で製造した。裏面に反射防止膜4を形成した板厚が7mmの洗浄ガラス基板を成膜基板3として成膜装置に装填し、真空度を6.7×10−4Pa(≒約5×10−6Torr)以下に排気した後、成膜を開始した。ガラス基板の板厚は、例えば5〜12mmの範囲内のものを用いることができる。本実施例で作製した薄膜フィルターは図3に示すDWDM用狭帯域フィルター(NBPF)であり、その基本構造はミラーになる1/4波長積層体1と、スペーサーになる1/2波長もしくはその整数倍層2を積層数=164層で積層した。なお、積層数は百数十層から三百数十層の範囲で変えることができる。
(Example 1)
The thin film filter was manufactured by the following process. A cleaning glass substrate having a thickness of 7 mm on which an
ここで、ミラーになる1/4波長積層体1はTa酸化物(Ta2O5)もしくはNb酸化物(Nb2O5)からなる光学膜厚が1/4波長の高屈折率誘電体層と、Si酸化物(SiO2)からなる光学膜厚が1/4波長の低屈折率誘電体層を交互に積層した構造である。また、スペーサーになる1/2波長もしくはその整数倍層2はSi酸化物からなる光学膜厚が1/2波長もしくはその整数倍の低屈折率誘電体層、あるいはTa酸化物もしくはNb酸化物からなる光学膜厚が1/2波長もしくはその整数倍の高屈折率誘電体層である。なお、図3の断面図は、連続した積層回数が多いため、途中の積層状態の図示を省略した。
Here, the quarter wavelength laminated
誘電体多層膜の成膜には、薄膜フィルター製造装置として、図4の断面図に示すイオンアシスト蒸着装置を用いた。イオンアシスト蒸着装置では、チャンバー内で前述の誘電体多層膜を構成する高屈折率材料および低屈折率材料をリング状の蒸着源ハース6内に装填し、電子銃5から電子線を照射することにより両原料を交互に蒸発させ、蒸着源シャッター7と基板シャッター9を開き、ガラス基板8に成膜させた。このとき、同時にアシスト用のイオンガン12を用いて酸素イオンもしくはアルゴンと酸素の混合イオンをガラス基板8に照射し、蒸着粒子がガラス基板8上をマイグレーションすることを助けた。これにより、柱状組織になりやすい多層膜を充填密度の高い多層膜に改善することができた。本実施例ではイオンガン12の加速電圧を500〜900Vとし、均一で充填密度の高い薄膜フィルター膜を得ることができた。
For forming the dielectric multilayer film, an ion-assisted vapor deposition apparatus shown in the cross-sectional view of FIG. 4 was used as a thin film filter manufacturing apparatus. In the ion-assisted deposition apparatus, a high refractive index material and a low refractive index material constituting the dielectric multilayer film are loaded in a ring-shaped
図4では、電子線の軌道を太い点線で表し、原料の蒸発する向きを細い点線で表した。ガラス基板8を保持する部材は、高速基板回転モーター11により回転させた。誘電体多層膜を構成する各々の誘電体膜の厚さは、水晶式膜厚モニター10で測定した。ガラス基板8上に形成された多層膜の厚さは、光学式膜厚モニター投光部13から照射された光を、多層膜を成膜したガラス基板を透過させ、透過光を光学式膜厚モニター受光部14で受けることにより、測定した。図4のチャンバーの右側(白抜き矢印で示した側)には真空排気装置を接続しているが、その図示は省略した。
In FIG. 4, the trajectory of the electron beam is represented by a thick dotted line, and the direction of evaporation of the raw material is represented by a thin dotted line. The member that holds the
図5は、薄膜フィルター製造装置で用いる光学式膜厚モニターを示す概略図である。光学式膜厚モニターは白色光源と分光器を用いた構成例である。成膜中の膜厚は図5に示すように、ハロゲンランプ22の白色光を光ビーム分岐機構23−1および光学式膜厚モニター投光部13―1、13−2を介して成膜中の多層膜及び高速回転しているガラス基板8に透過させ、透過光を光学式膜厚モニター受光部14−1、14−2および光ビーム合体機構23−2を介し、さらに光ファイバ18を介して分光器19(光を分光し、波長毎の光強度を電気信号に変換し、光量を検出するもの)で測定することにより、モニタリングを行った。ここで、光ビーム分岐機構を用いると、光源や分光器が一式でも2か所以上の半径位置へ光ビームを投光することができ、異なる半径位置の光量をモニターすることが可能になる。光量演算・制御用コンピューター20は、分光器19の電気信号を入力してモニターを行うと共に、ハロゲンランプに接続したランプ用電源21を制御し、光量変動を抑制するものである。
FIG. 5 is a schematic view showing an optical film thickness monitor used in the thin film filter manufacturing apparatus. The optical film thickness monitor is a configuration example using a white light source and a spectroscope. As shown in FIG. 5, the film thickness during film formation is in the process of forming white light from the
さらに、光量演算・制御用コンピューター20は、蒸着源16において、リング状の蒸着源ハース、電子銃、シャッター、さらにはイオンガンを制御するが、それらとの接続状態の図示は省略した。また、白色光源と分光器の組合わせの他、波長可変光源とパワーメーターの組合わせでも同様に成膜中の多層膜及び高速回転しているガラス基板8に光ビームを透過させ、透過光量を検出することができる。ここで、光源と受光系を一式具備して、光ビームを分岐する方法は光源や受光系の変動をキャンセルし、異なる半径位置の信号を比較する際は有利である。ただし、分岐のため光量は減少するので、多層膜の内、スペーサー近傍の層では光量が不足する懸念がある。この場合は光量の少ない層だけ光ビームの分岐を中止し、メインの半径位置にだけ光ビームを透過させて、蒸着原料の交換制御を精度良く行うことが望ましい。もちろん光源と受光系を2式以上具備し、各々光量を計測し、光量から蒸着速度や屈折率を算出することも可能である。この場合は十分な光量が得られるので、膜厚制御は容易になるが、各光ビーム毎に変動が発生する恐れがあり、各光ビームから得られる信号を比較する際、変動もしくはノイズの除去を考慮する必要が生じる。
Further, the light quantity calculation /
具体的には、透過光は図1に示したように、多層膜の一層の光学的膜厚が1/4波長毎に透過と反射を繰り返すため、透過光の光量をモニターすることにより、光量の極大値もしくは極小値から1層の膜の終点を検知し、蒸着原料を交換することにより交互に高屈折率膜と低屈折率膜を製膜した。一般的には光量の変化から極大値もしくは極小値になる時刻をカーブフィッティング法により求め、この時刻で蒸着原料を交換する。一方、本発明では光量を理論式に基づいて、蒸着速度および屈折率に分解し、理論式から光量の極大値もしくは極小値を再計算して蒸着源の交換時刻を判断した。この結果、各層の膜厚を高精度に成膜することができ、所望の薄膜フィルターを作製することができた。 Specifically, as shown in FIG. 1, since the optical film thickness of one layer of the multilayer film repeats transmission and reflection every quarter wavelength, the transmitted light is monitored by monitoring the amount of transmitted light. By detecting the end point of the film of one layer from the local maximum value or the local minimum value, and changing the deposition raw material, a high refractive index film and a low refractive index film were alternately formed. In general, the time when the maximum value or the minimum value is obtained from the change in the amount of light is obtained by the curve fitting method, and the deposition material is replaced at this time. On the other hand, in the present invention, the light amount is decomposed into a deposition rate and a refractive index based on a theoretical formula, and the maximum or minimum value of the light amount is recalculated from the theoretical formula to determine the replacement time of the deposition source. As a result, the film thickness of each layer could be formed with high accuracy, and a desired thin film filter could be produced.
薄膜フィルターを安定に生産するためには図5に示したように、ガラス基板8を透過する光ビームを2系統以上とすることが好ましい。すなわちガラス基板8の半径方向に誘電体多層膜の膜厚を均一に制御して薄膜フィルターを生産する場合も、半径方向に誘電体多層膜の膜厚を傾斜するように制御して薄膜波長可変フィルターを生産する場合も、2つ以上の半径位置で膜厚をモニターすることが望ましい。さらに、この2つ以上の光学式膜厚モニターから出力した信号をフィードバックし、ガラス基板8と蒸着源16の間に挿入した膜厚分布補正板17の開口率を変化させることにより、さらに高精度の均一膜や傾斜膜を基板上に形成することが可能になる。
In order to stably produce a thin film filter, it is preferable to use two or more light beams that pass through the
本実施例の薄膜フィルター製造装置では、成膜中に2か所以上の半径位置で光学式膜厚モニターの光ビームを透過し、透過光量を測定した。図6は従来の光ビームが1系統の場合の膜厚分布の例を示す模式図である。また、図7は本発明の2系統の光ビームを用いた場合の膜厚分布を示す模式図である。各半径位置の透過光量は光ビーム分岐機構を用いて常時もしくは必要に応じて、各半径位置の透過光量をモニターした。このとき、光量モニターの内の一つ、例えば光量モニター1は蒸着源交換制御用モニターとし、常に光量をモニターし、光量変化からこの半径位置の光量が極大値もしくは極小値に達する時刻を演算し、その時刻を予測した。この予測時刻に達した時、蒸着原料を切り替え、誘電体多層膜を形成した。さらに、他の光量モニター、例えば光量モニター2は蒸着速度分布および屈折率分布制御用モニターとし、蒸着源交換制御用モニターのモニター値との差を求め、この差を減少する方向に蒸着速度分布および屈折率分布を制御した。
In the thin film filter manufacturing apparatus of this example, the light beam of the optical film thickness monitor was transmitted at two or more radial positions during film formation, and the amount of transmitted light was measured. FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the film thickness distribution when the conventional light beam is one system. FIG. 7 is a schematic diagram showing the film thickness distribution when the two light beams of the present invention are used. The amount of transmitted light at each radial position was monitored at all times or as needed using a light beam branching mechanism. At this time, one of the light quantity monitors, for example, the
図1は光量モニターが示す光量変化を示した結果である。図は1キャビティ前半のフィルターを成膜する場合の光量変化結果であるが、各多層膜の光学膜厚がモニター波長の1/4に達すると光量は極大値もしくは極小値を取る。より具体的には、この時点で蒸着原料を切り替え、次の層の形成を開始する。再び光量が極大値もしくは極小値を取ると再び蒸着原料を切り替えて、次の層の成膜に移る。多キャビティの場合はこの1キャビティの光量変化を繰り返すことになる。このようにして形成した多キャビティの薄膜フイルターはモニター波長と同等のセンター波長を有することになる。 FIG. 1 shows the result of the change in the amount of light indicated by the light amount monitor. The figure shows the change in the amount of light when the filter in the first half of one cavity is formed. When the optical film thickness of each multilayer film reaches ¼ of the monitor wavelength, the light amount takes a maximum value or a minimum value. More specifically, at this time, the deposition raw material is switched and the formation of the next layer is started. When the light quantity reaches the maximum value or the minimum value again, the deposition material is switched again, and the next layer is formed. In the case of multiple cavities, the light quantity change of this one cavity is repeated. The multi-cavity thin film filter thus formed has a center wavelength equivalent to the monitor wavelength.
半径位置1を蒸着源交換制御用モニターとし、半径位置2を蒸着速度分布および屈折率分布制御用モニターとした場合の制御アルゴリズムを、簡単のために2箇所の半径位置にモニターがあるものとして説明する。また、本実施例では半径位置1は半径50mm、半径位置2は半径120mmに設定した。半径位置1では光量変化から多項式近似や光量変化の微分値を利用して光量が極大値もしくは極小値になる時刻を常に予測し、蒸着原料を切り替える時刻の指示を出す。
The control algorithm when
また、理論式に基づいて蒸着速度、屈折率および成膜時間から光量が極大値もしくは極小値になる時刻を常に予測し、蒸着原料を切り替える時刻の指示を出す方法はさらに望ましい。並行して半径位置2でも光ビームの光量をモニターし、光量から算出した蒸着速度および屈折率を半径位置1の値と常に比較し、蒸着速度差乃至は屈折率差を減少させる方向に分布補正板の開口率、イオガンのイオン電流、電子銃のエミッション電流、イオンガンのビーム電圧、酸素分圧を調整するように指示を出し、半径位置1と半径位置2の蒸着速度と屈折率を同等になるように制御した。
Further, it is more desirable to always predict the time when the light quantity reaches the maximum value or the minimum value from the deposition rate, the refractive index and the film formation time based on the theoretical formula, and to give the instruction of the time for switching the deposition material. In parallel, the light amount of the light beam is also monitored at the
図8には半径位置1と半径位置2の蒸着速度差および屈折率差の測定例を示す。この図は蒸着速度分布および屈折率分布を制御する前の差を示している。図から明らかなように、図2に示した光量差と異なり、蒸着速度差および屈折率差は単調増加もしくは単調減少を示し、各々の値をフィードバック制御により減少させることは容易である。なお、本実施例では、蒸着速度分布の改善には主に分布補正板の開口率、イオガンのイオン電流、電子銃のエミッション電流の制御が有効であった。分布補正板は開口率を増加した半径位置の蒸着速度が増加、イオンガンのイオン電流を増加すると基板内周部の蒸着速度が減少、電子銃のエミッション電流を増加すると基板内周部の蒸着速度が増加する傾向があった。
FIG. 8 shows a measurement example of the deposition rate difference and the refractive index difference between the
また、屈折率分布の改善にはイオンガンのビーム電圧と酸素分圧の制御が有効であった。イオンガンのビーム電圧を増加すると基板内周部の屈折率が増加、酸素分圧を増加すると基板全体に屈折率が減少する傾向があった。この結果、半径位置1と半径位置2の間の半径では均一な光学膜厚(屈折率と膜厚の積)分布が得られた。この結果、図9に示すように、得られたフィルター基板は半径位置1(半径50mm)と半径位置2(半径120mm)の間ではセンター波長の変化幅が半径70mm以上に亘って0.5nm以下、また半径10mm以上に亘って0.1nm以下であった。このとき、各半径位置における光量の検出は光量変動を抑制する処理を行っても、少なくとも毎秒1回行うことが望ましかった。
Control of the beam voltage and oxygen partial pressure of the ion gun was effective for improving the refractive index distribution. Increasing the ion gun beam voltage increased the refractive index of the inner periphery of the substrate, and increasing the oxygen partial pressure tended to decrease the refractive index of the entire substrate. As a result, a uniform optical film thickness (product of refractive index and film thickness) distribution was obtained at the radius between
成膜が完了した薄膜フィルター基板は裏面を研磨し、板厚1mmとした後、裏面に反射防止膜を形成し、1.4mm角のフィルターチップに切断加工した。得られた5キャビティからなる100GHz対応薄膜固定フィルターの分光特性を光学特性検査装置を用いて評価した結果、図10に示すようなフラットトップな分光波形を示し、そのピーク挿入損失は0.1dB以下、リップルは0.1dB以下、パスバンドは0.6nm以上の優れた分光特性を示した。また、フィルターチップの面内の分光特性を詳細に調べた結果、挿入損失はチップの中心から外側へ行くにしたがって増加の傾向を持つが、変化は緩やかな単調増加であり、多層膜の膜厚および屈折率がチップ面内で極めて均一に成膜されたことを示した。センター波長についても同様であり、センター波長はチップの中心から外側へ行くにしたがって緩やかな単調減少を示した。これらの緩やかな変化はチップに加工することにより、チップ外側(チップ周辺)から内部応力が開放され、膜厚変化が生じることにより発生するが、多層膜の膜厚および屈折率がチップ面内で極めて均一であることにより緩やかな変化となったものである。従来の不均一な多層膜では往々にして、急峻な変化やチップ中心に対して非対称な特性変化を示したが、本発明のフィルターチップでは改善された。この結果は本発明の方法および装置を用いることにより、基板直上の層から表面層に至るまで、一昼夜の長時間の成膜においても安定に蒸着速度および屈折率を制御することができ、全層が正確に理論通りの膜厚および屈折率になったことを示唆する。また、本実施例では所望のセンター波長を有する薄膜固定フィルターを形成することができ、その収量は光量モニターが一式の従来法に比べ2倍以上に増加した。 After the film formation was completed, the back surface was polished to a plate thickness of 1 mm, an antireflection film was formed on the back surface, and cut into 1.4 mm square filter chips. As a result of evaluating the spectral characteristics of the obtained 100 GHz thin film fixed filter consisting of 5 cavities using an optical characteristic inspection apparatus, a flat top spectral waveform as shown in FIG. 10 is shown, and the peak insertion loss is 0.1 dB or less. The ripple was 0.1 dB or less, and the passband was excellent spectral characteristics of 0.6 nm or more. In addition, as a result of examining the in-plane spectral characteristics of the filter chip in detail, the insertion loss has a tendency to increase from the center of the chip to the outside, but the change is a gradual monotonic increase, and the film thickness of the multilayer film And the refractive index showed that the film was formed very uniformly in the chip surface. The same applies to the center wavelength, and the center wavelength showed a gradual monotonic decrease from the center of the chip toward the outside. These gradual changes occur when the chip is processed to release internal stress from the outside of the chip (around the chip) and the film thickness changes, but the film thickness and refractive index of the multilayer film are within the chip plane. It is a gradual change due to being extremely uniform. Conventional non-uniform multilayer films often show steep changes or characteristic changes that are asymmetric with respect to the center of the chip, but the filter chip of the present invention is improved. As a result, by using the method and apparatus of the present invention, the deposition rate and refractive index can be stably controlled even in a long-day film formation from the layer immediately above the substrate to the surface layer. Suggests that the film thickness and refractive index were exactly as expected. Further, in this embodiment, a thin film fixed filter having a desired center wavelength can be formed, and the yield thereof is more than doubled as compared with a conventional method in which a light amount monitor is set.
一方、同様に6キャビティからなる薄膜フィルターを成膜し、裏面を研磨し、板厚1.9mmとした後、裏面に反射防止膜を形成し、2.3mm角のフィルターチップに切断加工した。得られた50GHz対応薄膜固定フィルターの分光特性を光学特性検査装置を用いて評価した結果、100GHzフィルターと同様にフラットトップな分光波形を示し、そのピーク挿入損失は0.1dB以下、リップルは0.1dB以下、−0.5dBのパスバンドは0.28nm以上の優れた分光特性を示した。また、フィルターチップの面内の分光特性を詳細に調べた結果、挿入損失はチップの中心から外側へ行くにしたがって緩やかな単調増加を示し、センター波長はチップの中心から外側へ行くにしたがって緩やかな単調減少を示した。これらの緩やかな変化は内部応力が開放され、膜厚変化が生じることにより発生するが、本発明のフィルターチップでは多層膜の膜厚および屈折率がチップ面内で極めて均一であったことを示すものである。この結果は本発明の方法および装置を用いることにより、基板直上の層から表面層に至るまで、一昼夜に及ぶ長時間の成膜においても安定に蒸着速度および屈折率を制御することができ、全層が正確に理論通りの膜厚および屈折率になったことを示唆する。また、本実施例では所望のセンター波長を有する薄膜固定フィルターを形成することができ、その収量は光量モニターが一式の従来法に比べ2倍以上に増加した。 On the other hand, a thin film filter comprising 6 cavities was similarly formed, the back surface was polished to a plate thickness of 1.9 mm, an antireflection film was formed on the back surface, and cut into 2.3 mm square filter chips. As a result of evaluating the spectral characteristics of the obtained 50 GHz thin film fixed filter using an optical characteristic inspection apparatus, it shows a flat top spectral waveform similar to the 100 GHz filter, the peak insertion loss is 0.1 dB or less, and the ripple is 0. A pass band of 1 dB or less and -0.5 dB showed excellent spectral characteristics of 0.28 nm or more. Moreover, as a result of examining the in-plane spectral characteristics of the filter chip in detail, the insertion loss shows a gradual monotonic increase from the center of the chip to the outside, and the center wavelength gradually decreases from the center of the chip to the outside. It showed a monotonic decrease. These gradual changes occur when the internal stress is released and the film thickness changes, but in the filter chip of the present invention, the film thickness and refractive index of the multilayer film are extremely uniform in the chip surface. Is. As a result, by using the method and apparatus of the present invention, the deposition rate and the refractive index can be controlled stably even in a long-time film formation ranging from the layer immediately above the substrate to the surface layer, all day and night. This suggests that the layer has exactly the theoretical film thickness and refractive index. Further, in this embodiment, a thin film fixed filter having a desired center wavelength can be formed, and the yield thereof is more than doubled as compared with a conventional method in which a light amount monitor is set.
(実施例2)
実施例1において、薄膜フィルターを次の方法および装置で作製した。蒸着速度分布および屈折率分布の制御方法において、半径位置1でモニターする光ビームの波長と半径位置2でモニターする光ビームの波長を10nm以下の波長差を持つ異なる値とした。すなわち、半径位置1では光量変化を測定し、理論式に基づいて蒸着速度、屈折率および成膜時間から光量が極大値もしくは極小値になる時刻を常に予測し、蒸着原料を切り替える時刻の指示を出す。並行して半径位置2では半径位置1と異なる波長で光量をモニターし、光量から蒸着速度および屈折率を算出する。この2ヵ所における蒸着速度と屈折率の積の比を2ヵ所の波長比と同等になるように分布補正板の開口率、イオガンのイオン電流、電子銃のエミッション電流、イオンガンのビーム電圧、酸素分圧を制御した。図11に示すように、得られたフィルター基板は半径位置1と半径位置2の半径70mmの間でセンター波長が3.8nm変化した。この結果は隣接する波長との間隔が0.8nmである100GHzフィルターが4チャンネル分含まれており、基板を切断し、1.4mm角のチップに加工することにより、4種類の薄膜固定フィルターを一度の真空バッチで作製することができた。
(Example 2)
In Example 1, a thin film filter was produced by the following method and apparatus. In the method for controlling the deposition rate distribution and the refractive index distribution, the wavelength of the light beam monitored at the
(実施例3)
実施例1において、薄膜フィルターを次の方法および装置で作製した。蒸着速度分布および屈折率分布の制御方法において、半径位置1でモニターする光ビームの波長と半径位置2でモニターする光ビームの波長を10nm以上、望むらくは30nm以上の波長差を持つ異なる値とした。すなわち、半径位置1では光量変化を測定し、理論式に基づいて蒸着速度、屈折率および成膜時間から光量が極大値もしくは極小値になる時刻を常に予測し、蒸着原料を切り替える時刻の指示を出す。並行して半径位置2では半径位置1と異なる波長で光量をモニターし、光量から蒸着速度および屈折率を算出する。この2ヵ所における蒸着速度と屈折率の積の比を2ヵ所の波長比と同等になるように分布補正板の開口率、イオンガンのイオン電流、電子銃のエミッション電流、イオンガンのビーム電圧、酸素分圧を制御した。
(Example 3)
In Example 1, a thin film filter was produced by the following method and apparatus. In the method for controlling the deposition rate distribution and the refractive index distribution, the wavelength of the light beam monitored at the
半径90mmと半径120mmの位置でモニター波長差を35nmとして作製した薄膜フィルター基板を裏面研磨し、板厚3mmとした後、裏面に反射防止膜を形成し、幅5mm、長さ35mmの短冊状フィルターに切断加工した。ここで半径方向がフィルターの長手方向になるように切断した。得られた薄膜フィルターは100GHz対応波長可変フィルターであり、長さ30mmの間で35nmのセンター波長差を有する。このようにして作製した波長可変フィルターの側面図を図12に示す。この図では波長可変フィルター26と反射防止膜25の膜厚をガラス基板24に比較して拡大して図示している。波長可変フィルターを透過する光ビームの分光特性は薄膜の膜厚に比例してセンター波長が連続的に変化する。この結果、図に示すように、半径位置1では半径位置1のモニター波長をセンター波長とする薄膜フィルターが得られ、半径位置2では半径位置2のモニター波長をセンター波長とする薄膜フィルターが得られた。また、半径位置1と半径位置2の間の半径位置では連続的に両者の間のセンター波長を有する薄膜フィルターが得られた。したがって、所望の半径位置を選択することにより所望のセンター波長を持つチャンネルを選ぶことが可能になった。図中、矢印は光量モニター1、2の光ビーム27、28の透過方向を表す。
A thin film filter substrate prepared with a monitor wavelength difference of 35 nm at a radius of 90 mm and a radius of 120 mm is polished on the back surface to a plate thickness of 3 mm, and then an antireflection film is formed on the back surface, and a strip filter having a width of 5 mm and a length of 35 mm Cut into pieces. Here, cutting was performed so that the radial direction was the longitudinal direction of the filter. The obtained thin film filter is a wavelength tunable filter corresponding to 100 GHz, and has a center wavelength difference of 35 nm between 30 mm in length. FIG. 12 shows a side view of the wavelength tunable filter thus manufactured. In this figure, the film thicknesses of the wavelength
図13には得られた波長可変フィルターの分光特性の例を示す。図は5キャビティからなる100GHz対応波長可変フィルターを示し、−0.5dBのパスバンドが0.4nm以上のフラットトップな波長可変フィルターが得られた。固定フィルターに比べて−0.5dBのパスバンドが減少する理由はビームスポット内でフィルター膜厚が傾斜しているため、センター波長の異なる狭帯域特性が重なり、平均化されたためと推察される。それにしても従来の波長可変フィルターの分光特性に比較すると大幅な改善である。図14にはこの薄膜波長可変フィルターを用いて作製した波長可変フィルターモジュールの一例を示す。波長可変フィルターモジュールは入力ポート29、ドロップポート30、反射光の出力ポート31、ステッピングモーター32、波長可変フィルター33、駆動系34を具備し、入力ポート29から入射した光ビームは波長可変フィルター33を介して所望のチャンネル(波長)をドロップポート30へ出力する。一方、所望のチャンネル以外の波長を持つ光ビームは全て波長可変フィルター33で反射されて反射光の出力ポート31へ出射される。このとき、ステッピングモーター32を稼動させ、駆動系34を介して波長可変フィルター33を移動させることにより、チャンネルを切り替えることができる。ここではいわゆる3ポート型の波長可変フィルターモジュールを示した。
FIG. 13 shows an example of spectral characteristics of the obtained wavelength tunable filter. The figure shows a 100 GHz wavelength tunable filter consisting of 5 cavities, and a flat top wavelength tunable filter having a passband of −0.5 dB of 0.4 nm or more was obtained. It can be inferred that the reason why the pass band of −0.5 dB is reduced as compared with the fixed filter is that the filter film thickness is inclined in the beam spot, so that the narrow band characteristics having different center wavelengths overlap and are averaged. Even so, this is a significant improvement compared to the spectral characteristics of conventional wavelength tunable filters. FIG. 14 shows an example of a wavelength tunable filter module manufactured using this thin film wavelength tunable filter. The wavelength tunable filter module includes an
図15には本実施例の波長可変フィルターモジュールのドロップポート30から出射した光ビームの分光特性を測定し、そのセンター波長をステッピングモーター32を稼動するポテンショメーターの電圧に対してプロットした例を示す。図から明らかなように、ポテンショメーターの電圧が増加するに伴って、センター波長は単調に増加し、ドロップポート30から出力される光ビームのセンター波長、すなわちチャンネルが連続的に切り替えられることを示した。
FIG. 15 shows an example in which the spectral characteristic of the light beam emitted from the
同様に6キャビティからなる薄膜フィルターを半径90mmと半径120mmの位置でモニター波長差を20nmとして作製した。この薄膜フィルター基板を裏面研磨し、板厚3mmとした後、裏面に反射防止膜を形成し、幅5mm、長さ35mmの短冊状フィルターに切断加工した。ここで半径方向がフィルターの長手方向になるように切断した。得られた薄膜フィルターは50GHz対応波長可変フィルターであり、長さ30mmの間で20nmのセンター波長差を有する。この6キャビティからなる50GHz対応波長可変フィルターを光学特性検査装置を用いて評価した結果、−0.5dBのパスバンドが0.2nm以上のフラットトップな波長可変フィルター特性を示した。従来は50GHz対応波長可変フィルターの作製は殊のほか困難であったが、本発明の方法を用いることにより、フラットトップな波長可変特性を得ることが可能になった。 Similarly, a thin film filter consisting of 6 cavities was produced at a radius of 90 mm and a radius of 120 mm with a monitor wavelength difference of 20 nm. The thin film filter substrate was polished on the back surface to a plate thickness of 3 mm, an antireflection film was formed on the back surface, and cut into a strip filter having a width of 5 mm and a length of 35 mm. Here, cutting was performed so that the radial direction was the longitudinal direction of the filter. The obtained thin film filter is a wavelength tunable filter corresponding to 50 GHz, and has a center wavelength difference of 20 nm between lengths of 30 mm. As a result of evaluating the 50 GHz wavelength tunable filter comprising 6 cavities using an optical characteristic inspection apparatus, it showed a flat-top wavelength tunable filter characteristic having a passband of −0.5 dB of 0.2 nm or more. Conventionally, it has been particularly difficult to produce a wavelength tunable filter for 50 GHz, but by using the method of the present invention, it has become possible to obtain a flat-top wavelength tunable characteristic.
本発明は光通信システム等で使用される誘電体薄膜フィルターおよびその製造方法に利用することができる。さらに詳しくは薄膜固定フィルターおよび薄膜波長可変フィルターに利用することができる。 The present invention can be used for a dielectric thin film filter used in an optical communication system or the like and a manufacturing method thereof. More specifically, it can be used for a thin film fixed filter and a thin film wavelength tunable filter.
1 ミラーになる1/4波長積層体、
2 スペーサーになる1/2波長もしくはその整数倍層、
3 成膜基板、 4 反射防止膜、 5 電子銃、 6 蒸着源ハース、
7 蒸着源シャッター、 8 ガラス基板、 9 基板シャッター、
10 水晶式膜厚モニター、 11 高速基板回転モーター、
12 イオンガン、
13,13―1,13―2 光学式膜厚モニター投光部、
14,14―1,14―2 光学式膜厚モニター受光部、
15 チャンバー壁、 16 蒸着源、 17 膜厚分布補正板、
18 光ファイバー、 19 分光器、
20 光量演算・制御用コンピューター、
21 ランプ用電源、 22 白色光源、
23―1 光ビーム分岐機構、
23―2 光ビーム合体機構、
24 ガラス基板、
25 反射防止膜、 26 膜厚傾斜フィルター薄膜、
27 半径位置1の光ビーム、 28 半径位置2の光ビーム、
29 入力ポート、 30 ドロップポート、 31 反射光の出力ポート、
32 ステッピングモーター、 33 波長可変フィルター、
34 駆動系、 35 固定分布補正板、36 可変分布補正板、
37 分布補正板回転軸、 38 ボールギア、
39 ステッピングモーター
1 1/4 wavelength laminate to be a mirror,
2 1/2 wavelength to be a spacer or its integral multiple layer,
3 deposition substrate, 4 anti-reflection film, 5 electron gun, 6 deposition source hearth,
7 Deposition source shutter, 8 Glass substrate, 9 Substrate shutter,
10 Crystal-type film thickness monitor, 11 High-speed substrate rotation motor,
12 ion gun,
13, 13-1, 13-2 Optical film thickness monitor light projecting unit,
14, 14-1, 14-2 Optical film thickness monitor light receiving part,
15 chamber wall, 16 evaporation source, 17 film thickness distribution correction plate,
18 optical fiber, 19 spectrometer,
20 Computer for light intensity calculation and control,
21 Lamp power supply, 22 White light source,
23-1 Optical beam branching mechanism,
23-2 Light beam coalescence mechanism,
24 glass substrate,
25 anti-reflective film, 26 film thickness gradient filter film,
27 light beam at
29 input ports, 30 drop ports, 31 reflected light output ports,
32 stepping motors, 33 tunable filters,
34 drive system, 35 fixed distribution correction plate, 36 variable distribution correction plate,
37 Distribution correction plate rotation shaft, 38 Ball gear,
39 Stepping motor
Claims (11)
A wavelength tunable filter having a dielectric multilayer film formed by tilting the film thickness, having a size of 10 × 30 × 5.0 mm or less, and a passband corresponding to 50 GHz is 0.2 nm at −0.5 dB. A wavelength tunable filter characterized by the above.
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Cited By (1)
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WO2014033784A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | パイオニア株式会社 | Method for producing optical filter |
-
2003
- 2003-10-14 JP JP2003353426A patent/JP2005121699A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014033784A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | パイオニア株式会社 | Method for producing optical filter |
JPWO2014033784A1 (en) * | 2012-08-30 | 2016-08-08 | パイオニア株式会社 | Manufacturing method of optical filter |
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