JP2005156677A - Method for manufacturing optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信用デバイスに使用される回折格子等の光学部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical component such as a diffraction grating used in an optical communication device.
近年の光通信システムの普及に伴い、回折格子をはじめとする光学部品の開発が進められている。これらの光学部品は、その機能向上や小型化等の特性向上の目的と、基板の加工が困難である等の製造上の問題解決のため、基板上に作製した膜を利用し、その膜を所望の形状に加工することにより得られている。その光学部品の膜厚精度は、回折格子等の形状に影響するため、それを組み込んだ光合分波器等の光通信用デバイスの特性を大きく左右する。そのため光学部品の製造方法において、高精度な膜厚制御方法が必要となっている。この課題を解決するために以下のような方法が提案されている。 With the spread of optical communication systems in recent years, development of optical components such as diffraction gratings has been promoted. These optical components use films made on the substrate for the purpose of improving characteristics such as functional improvement and miniaturization, and solving manufacturing problems such as difficulty in processing the substrate. It is obtained by processing into a desired shape. The film thickness accuracy of the optical component affects the shape of the diffraction grating and the like, and thus greatly affects the characteristics of an optical communication device such as an optical multiplexer / demultiplexer incorporating the optical component. Therefore, a highly accurate film thickness control method is required in the manufacturing method of optical components. In order to solve this problem, the following methods have been proposed.
特許文献1においては、2種類の屈折率をもつ光学部品用膜を基板上に交互に積層して作製する場合の膜厚制御方法として、透過光量を用いた方法が示されている。この方法では成膜中に膜の上部から分光した白色光を照射し、基板と光学部品用膜を透過した光量を基板裏面で検出している。この検出された透過光量が、1/4波長光学膜厚ごとに増減を繰り返すことを利用して膜厚を制御している。さらに光学部品膜の材料定数により決まる所望のセンタ波長の長短両側の2波長の光量を測定し、その光量がクロスする点を用いることにより高精度な膜厚制御を行っている。
In
特許文献2においては、基板と光学部品用膜の間に単位時間あたりのエッチング量が光学部品用膜よりも遅いエッチング止めの膜を作製している。このエッチング止めにより、所望の深さ以上にエッチングされず、必要な膜厚の光学部品用膜を得ることができる。またこの方法では透過光を使用していないため、基板と同一の屈折率をもつ光学部品用膜の加工にも使用可能である。
上記の2つの方法では以下のような課題があった。 The above two methods have the following problems.
特許文献1においては、2波長の光量がクロスする点を利用するため膜厚を離散的な値でしか制御できず、1/4波長光学膜厚以外の任意の膜厚に制御することが難しいという問題がある。また成膜面の裏面に金属膜等の光の透過を妨げるような膜がある場合は、透過光量が測定できないため膜厚制御は行えない。さらに基板と同等の屈折率の光学部品用膜を作製する場合は、透過光量の変化がほとんどないため、光量変化による膜厚制御は困難である。その他に機構的な問題として、2波長を使用するため膜厚の制御系が複雑になることがあげられる。
In
特許文献2の方法では、基板全面においてエッチング止めが必要となるため、エッチング止めが光学部品の特性に影響するという問題がある。エッチングによる加工方法には、エッチング液による湿式エッチングと反応性イオンエッチングのような乾式エッチングがある。どちらの方法についても、基板全面を同時にエッチングするため、光学部品用膜の膜厚を基板内で均一に制御するには全面にエッチング止めが必要となる。またエッチング止めでエッチングの終点検出を行うため、光学部品用膜の途中でエッチングを止めて所望の膜厚を得ることはできず、膜厚を制御する上で制約がある。
In the method of
以上の課題を解決するために本発明は、基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜でも、光学用部品の特性を劣化させることなく、エッチング量あるいは成膜量を高精度にかつ、連続的に制御することができる光学部品の製造方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is capable of continuously adjusting the etching amount or the film forming amount with high accuracy without degrading the characteristics of the optical component even in the optical component film having the same refractive index as that of the substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an optical component that can be controlled automatically.
上記課題を解決するために本発明における光学部品の製造方法は、基板上に該基板と同等の屈折率をもつ膜を形成する光学部品の製造方法において、該基板と該基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜の間に該基板と異なる屈折率をもつ反射膜を作製し、単一波長光を該光学部品用膜の上部から該反射膜へ入射し、該光学部品用膜と該反射膜の界面で反射する反射光を測定しながら、該光学部品用膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する該反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical component manufacturing method according to the present invention is an optical component manufacturing method in which a film having a refractive index equivalent to that of the substrate is formed on the substrate. A reflective film having a refractive index different from that of the substrate is made between the optical component films having a single-wavelength light incident on the reflective film from above the optical component film, While measuring the reflected light reflected at the interface of the reflective film, the etching amount or film forming amount is determined based on the change in the reflectance of the reflected light that changes with the etching amount or film forming amount of the optical component film. It is characterized by controlling.
この方法では、反射膜と、基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜の界面における反射光の反射率が、光学部品用膜厚の増減により変化することを利用している。反射率は光学部品用膜が1/4波長光学膜厚ごとに増減を繰り返す。エッチング時間と反射率の変化の関係を図3に例示したが、この現象は実験的に検証されている。また光学部品用膜厚とエッチング時間の関係も事前に実験で求めておくことができる。これら2つの関係より反射率の変化と膜厚の関係を求めることができる。ここで反射率は使用する反射膜と光学部品用膜固有の定数で決まるため、実験条件等に影響されない。したがってエッチング中あるいは成膜中の反射率の変化よりエッチング量あるいは成膜量を正確に把握することができ、実験条件等の外因に依存しない高精度な膜厚制御が行える。また反射率を成膜中あるいはエッチング中、常に測定しているため、任意の膜厚に対応した反射率の変化が確認できた時点でエッチングあるいは成膜を止めることにより、高精度に膜厚を制御することも可能である。さらに反射膜は単一波長光を入射させる部分にのみ作製すればよいため、光学部品の特性に影響を与えることもない。その他に機構的な面でも、単一波長光を使用しているため、膜厚制御系を簡単にすることができる。以上のように基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜において、光学部品の特性に影響を与えずに簡単な膜厚制御機構で、任意の膜厚に高精度に制御することができる。 This method utilizes the fact that the reflectance of reflected light at the interface between the reflective film and the optical component film having the same refractive index as that of the substrate changes as the optical component film thickness increases or decreases. The reflectance of the optical component film repeatedly increases and decreases for each quarter wavelength optical film thickness. The relationship between the etching time and the change in reflectance is illustrated in FIG. 3, and this phenomenon has been experimentally verified. The relationship between the film thickness for optical parts and the etching time can also be obtained in advance by experiments. From these two relationships, the relationship between the change in reflectance and the film thickness can be obtained. Here, since the reflectivity is determined by a constant specific to the reflective film to be used and the optical part film, it is not affected by the experimental conditions. Therefore, the etching amount or film forming amount can be accurately grasped from the change in reflectance during etching or film formation, and highly accurate film thickness control independent of external factors such as experimental conditions can be performed. In addition, since the reflectance is constantly measured during film formation or etching, the film thickness can be accurately adjusted by stopping etching or film formation when the change in reflectance corresponding to an arbitrary film thickness is confirmed. It is also possible to control. Furthermore, since the reflective film only needs to be formed in the portion where the single wavelength light is incident, it does not affect the characteristics of the optical component. In addition, in terms of the mechanism, since the single wavelength light is used, the film thickness control system can be simplified. As described above, a film for an optical component having a refractive index equivalent to that of the substrate can be controlled to an arbitrary film thickness with high accuracy by a simple film thickness control mechanism without affecting the characteristics of the optical component.
また基板上に該基板と異なる屈折率をもつ膜を形成する光学部品の製造方法において、該基板上に形成した光学部品用膜の上部から単一波長光を該反射膜へ入射し、該基板と該光学部品用膜の界面で反射する反射光を測定しながら、該基板上の膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する該反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御することができる。 Further, in a method of manufacturing an optical component that forms a film having a refractive index different from that of the substrate on the substrate, single wavelength light is incident on the reflective film from above the optical component film formed on the substrate, and the substrate And the reflected light reflected at the interface between the optical component film and the etching amount of the film on the substrate, or the amount of etching or The amount of film formation can be controlled.
この方法は基板と異なる屈折率をもつ光学部品用膜により光学部品を製造する場合である。この場合も前記方法と同様に光学部品用膜の上部から単一波長光を入射させる。しかし基板と光学部品用膜の屈折率が異なるため、入射した単一波長光は基板と光学部品用膜の界面で反射する。その反射率の変化を検出することにより、前記方法と同様な効果を得ることができる。 In this method, an optical component is manufactured using a film for an optical component having a refractive index different from that of the substrate. In this case as well, single wavelength light is made incident from above the optical component film in the same manner as described above. However, since the refractive indexes of the substrate and the optical component film are different, the incident single wavelength light is reflected at the interface between the substrate and the optical component film. By detecting the change in reflectance, the same effect as the above method can be obtained.
また前記の製造方法における構成例として、反射膜に金属を用いてもよい。 Further, as a configuration example in the manufacturing method, a metal may be used for the reflective film.
基板と光学部品用膜の屈折率が同じ場合、膜厚制御に反射膜上での反射率の変化を用いるが、その反射率は反射膜と光学部品用膜固有の材料定数により決まる。一般に回折格子などの光学部品には、光学的特性を得るために透明あるいは透明に近い膜が使用される。そこで光が反射しやすい金属のような不透明膜を反射膜として使用することにより、反射光の検出が容易になり、光学部品用膜厚の増減に伴なう反射率の変化をより明確に判断することができる。 When the refractive indexes of the substrate and the optical component film are the same, a change in reflectance on the reflective film is used for controlling the film thickness, and the reflectance is determined by the material constants specific to the reflective film and the optical component film. In general, a transparent or nearly transparent film is used for an optical component such as a diffraction grating in order to obtain optical characteristics. Therefore, by using an opaque film such as a metal that easily reflects light as the reflective film, it becomes easier to detect the reflected light, and the change in reflectivity as the film thickness for optical components increases or decreases can be judged more clearly. can do.
さらに前記製造方法における構成例として、光学部品用膜にTa2O5を用いてもよい。Ta2O5は高い屈折率を有しており、光学部品用膜として適しているためである。 Furthermore, as a structural example in the manufacturing method, Ta 2 O 5 may be used for the optical component film. This is because Ta 2 O 5 has a high refractive index and is suitable as a film for optical parts.
以上のように本発明における光学部品の製造方法においては、基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜でも、光学部品の特性に影響を与えずに簡単な膜厚制御機構で、任意の膜厚に高精度に制御することができる。 As described above, in the method of manufacturing an optical component according to the present invention, even a film for an optical component having a refractive index equivalent to that of a substrate can be formed with any film with a simple film thickness control mechanism without affecting the characteristics of the optical component. Thickness can be controlled with high accuracy.
以下において図を参照しつつ本発明の第1の実施例について説明する。図1は本発明の光学部品の製造方法を用いて作製した光学部品の断面図である。光学部品は、光学部品用膜を作製する基板1、光学部品用膜2および反射膜3からなる。これらの製造方法の1例について説明する。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical component produced using the method for producing an optical component of the present invention. The optical component includes a
波長633nmにおいて屈折率が2.07のセラミックス基板1を用意する。基板材料は前記屈折率を持つものであれば、多結晶あるいは単結晶のセラミックスやガラス等の種類は問わない。次に基板1上のゴミや汚れの除去をするため基板洗浄を行う。
A
その後、反射膜3として使用する材料の成膜を行う。なお本実施例では反射膜の1例としてAlを使用しているが、Alの屈折率は1.0(吸収係数は約6.6)で、前記基板1および光学部品用膜2の屈折率とは充分に異なるため、反射率の検出が可能となる。またAl以外にもAu、Ag、Cuなどの金属や、SiO2(屈折率は1.46)などの誘電体膜でも光学部品用膜と異なる屈折率をもつ膜であれば同様の効果を得ることができる。真空蒸着装置内に配置された前記基板1の片側全面に膜厚30nmのAl膜を真空蒸着法により成膜する。なお成膜方法としては、スパッタリング法や無電解メッキ法などでも構わない。次にフォトリソグラフィーの手法を用いて反射膜の不要な部分のAl膜の除去を行う。具体的には次のようにして行う。成膜したAl膜全面にマスク材を塗布し、このマスク材のうち反射膜3の必要な場所のみ残すように加工する。そのときマスク材は、光学部品の特性に影響しない部分に、例えば直径5〜10mmの円状に作製する。その後、前記基板1を、燐酸、硝酸、酢酸を主成分とする溶液に浸し、マスク材で覆われていない部分のAl膜を湿式エッチング法により除去し、反射膜3のパターンを作製する。なお反射膜3の形状は円形、方形等に限定するものではない。
Thereafter, a material used as the
以上の反射膜作製工程はエッチング法を用いているが、リフトオフ法により作製しても構わない。リフトオフ法では、最初に基板1上にマスク材を塗布し、フォトリソグラフィー手法を用いて反射膜3を作製する部分のみマスク材を除去する。その後、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法等によりAl膜を成膜し、その後マスク材を除去して反射膜3を得る。
Although the above reflective film manufacturing process uses an etching method, it may be manufactured by a lift-off method. In the lift-off method, a mask material is first applied on the
次に光学部品用として使用する材料を成膜する。本実施例では、光学部品用膜2としてTa2O5を使用した場合を例示する。まず基板を真空蒸着装置内に配置し、基板温度が300℃になるように加熱する。その後、Ta2O5を基板全面に真空蒸着により成膜する。このときのTa2O5の膜厚と屈折率を測定した結果、それぞれ1.0μm、2.07となり、屈折率は基板1と同一の値であった。
Next, a material to be used for an optical component is formed. In this embodiment, a case where Ta 2 O 5 is used as the
次に成膜した光学部品用膜2を所望の形状に加工する。基板全面に成膜したTa2O5の膜上にマスク材を塗布し、フォトリソグラフィー手法により所望の光学部品の構造に相応する部分以外のマスク材を除去する。次にその基板を真空装置内に配置し、反応性イオンエッチング法によりマスク材のない部分のTa2O5膜を除去する。このとき、前記工程により基板の所定位置に作製した反射膜であるAl膜に、その上部から波長633nmの単一波長光を照射する。エッチング中は単一波長光を連続して照射する。Al膜に入射した単一波長光は、Al膜とTa2O5膜の界面で反射する。この反射光を成膜面の上部で検出し、反射率を測定する。反射率の変化量とエッチング時間との関係は、事前に行った実験により図3のようになることがわかっており、反射率がエッチング時間により周期的に変化することを示している。図3において反射率の変化量が、あるピークから次のピークまでの1周期分に相当する膜厚Tは、光学部品用膜2の屈折率(n)と照射した光の波長(λ)により、T=λ/2nで表される。本実施例においては、使用した633nmの単一波長光を屈折率2.07のTa2O5膜に照射しているが、その場合、反射率の変化量の1周期分に相当する膜厚は、前記の式より153nmになる。例えばエッチング量を600nmにする場合、反射率の変化量は4周期弱分である。このことより図中の点線部分の反射率の変化量になったときにエッチングを止めれば、膜厚400nmのTa2O5膜が得られることになる。このように反射率の変化量とエッチング時間、エッチング時間とエッチング量の関係を求めておけば、エッチング中に連続測定している反射率の変化から、エッチング量を導出することができる。
Next, the formed
以上のように所望の膜厚にTa2O5膜をエッチングした後、マスク材を酸素プラズマを用いて除去することにより、所望の形状の光学部品を得ることができる。 As described above, after etching the Ta 2 O 5 film to a desired film thickness, the mask material is removed using oxygen plasma, whereby an optical component having a desired shape can be obtained.
ここで光学部品としては、例えば図4に示すように、基板21上にTa2O5から成る光学部品用膜22を形成した後、凹部23を形成した矩形状の回折格子があげられる。このような構造を作製する場合は、まず前記フォトリソグラフィ−手法により、光学特性を得るために必要な間隔で帯状にマスク材を光学部品用膜22の上に作製する。次にマスク材のない部分の光学部品用膜22を前記の反応性イオンエッチング法等によりエッチング量を高精度に制御しながら除去し、凹部23を形成する。その後マスク材を酸素プラズマを用いて除去することにより、高精度に膜厚制御された凹部23を有する回折格子を得ることができる。
Here, as the optical component, for example, as shown in FIG. 4, there is a rectangular diffraction grating in which a
以上はエッチング法による光学部品の製造方法であるが、Al膜と同様にリフトオフ法を用いても作製することができる。まず反射膜3を前記と同様の方法で作製する。次に光学部品用膜2の作製前にマスク材を基板1の全面に塗布した後、フォトリソグラフィー手法を用いて所望の光学部品の構造に相応する部分のマスク材を除去する。その後、真空蒸着法やスパッタリング法等により光学部品用膜2を成膜し、マスク材を除去することにより所望の形状の光学部品用膜2を作製することができる。
The above is the manufacturing method of the optical component by the etching method, but it can also be manufactured by using the lift-off method in the same manner as the Al film. First, the
次に本発明の第2の実施例について図2を用いて説明する。まず光学部品用膜12を作製する基板11を用意する。次に基板11の屈折率と異なる光学部品用膜12を基板上に第1の実施例と同様の方法により成膜、加工する。光学部品用膜12を反応性イオンエッチング等によりエッチングするとき、基板11の成膜されている面の上部から単一波長光を入射する。そして基板11と光学部品用膜12の界面で反射する反射光の反射率をエッチング中、常に測定する。これとあわせて光学部品用膜12のエッチング量とエッチング時間の関係を事前に求めておけば、第1の実施例同様にエッチング中の反射率の変化を測定することにより、光学部品用膜2のエッチング量を高精度に制御することができる。その後、前記実施例1と同様な工程により、光学部品として所望の形状を得ることができる。また前記実施例1と同様にリフトオフ法によっても、所望の形状の光学部品用膜2を作製することができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, a substrate 11 for preparing the optical component film 12 is prepared. Next, an optical component film 12 having a refractive index different from that of the substrate 11 is formed and processed on the substrate by the same method as in the first embodiment. When the optical component film 12 is etched by reactive ion etching or the like, single wavelength light is incident from above the surface of the substrate 11 on which the film is formed. The reflectance of the reflected light reflected at the interface between the substrate 11 and the optical component film 12 is always measured during etching. At the same time, if the relationship between the etching amount of the optical component film 12 and the etching time is obtained in advance, the change in reflectance during etching is measured in the same manner as in the first embodiment, whereby the
1 基板
2 基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜
3 反射膜
11 基板
12 基板と異なる屈折率をもつ光学部品用膜
21 基板
22 光学部品用膜
23 凹部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基板と前記光学部品用膜の間に該基板と異なる屈折率をもつ反射膜を作製し、単一波長光を前記光学部品用膜の上部から前記反射膜へ入射し、前記光学部品用膜と前記反射膜の界面で反射する反射光を測定しながら、光学部品用膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する前記反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御するようにしたことを特徴とする光学部品の製造方法。 In a method for manufacturing an optical component in which a film for optical components having a refractive index equivalent to that of the substrate is formed on the substrate,
A reflective film having a refractive index different from that of the substrate is produced between the substrate and the optical component film, and single wavelength light is incident on the reflective film from above the optical component film. Etching amount or film formation amount based on a change in reflectance of the reflected light, which varies with the etching amount or film formation amount of the optical component film, while measuring the reflected light reflected at the interface between and the reflection film A method for manufacturing an optical component, characterized in that the control is performed.
前記基板上に形成した前記光学部品用膜の上部から単一波長光を前記光学部品用膜へ入射し、前記基板と前記光学部品用膜の界面で反射する反射光を測定しながら、前記基板上の前記光学部品用膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する前記反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御する光学部品の製造方法。 In a manufacturing method of an optical component for forming a film for an optical component having a refractive index different from that of the substrate on the substrate,
A single wavelength light is incident on the optical component film from above the optical component film formed on the substrate, and the reflected light reflected at the interface between the substrate and the optical component film is measured. An optical component manufacturing method for controlling an etching amount or a film formation amount on the basis of a change in reflectance of the reflected light which varies with an etching amount or a film formation amount of the optical component film.
前記反射膜として金属を用いたことを特徴とする光学部品の製造方法。 In the manufacturing method of the optical component of Claim 1 and Claim 2,
A method of manufacturing an optical component, wherein a metal is used as the reflective film.
前記光学部品用膜がTa2O5で構成されていることを特徴とする光学部品の製造方法。 In the manufacturing method of the optical component of Claim 1,
The method for manufacturing an optical component, wherein the optical component film is made of Ta 2 O 5 .
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