JP3917822B2 - Optical filter having laminated film and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率が段階的に変化する複数の膜が積層された光フィルタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信の分野では、多量のデータの伝送を可能とするために、1本の光ファイバ内に複数の異なる波長の光を同時に送り込む波長分割多重(WDM)伝送方式が知られている。この種の光フィルタとして、マルチキャビティー方式の光フィルタが知られており、バンドパスフィルタ(BPF)やエッジフィルタなどに利用されている。
【0003】
このマルチキャビティー方式の光フィルタの製造方法としては、蒸着法やイオンビームスパッタリング法が利用されている。蒸着法は、チャンバ内において原料となる材料を電子ビームで加熱して、そのとき蒸発した材料をガラス基板に付着させることにより行われる。またイオンビームスパッタリング法では、ターゲット材料とイオンガンとガラス基板とが、同じチャンバ内に配置されて、前記ターゲット材料にイオンビームを当てることでターゲットから飛び出した粒子を基板に付着させることにより行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記マルチキャビティー方式などに使用される光フィルタは、各層の光学膜厚を極めて精密にコントロールする必要があり、また積層層数は百層を越える多層膜が必要となり、さらに多層膜には屈折率の均一性、無偏光性、積層膜境界の平滑性、応力緩和等が高精度で要求されるので、上記した従来の製造方法では高精度な光フィルタを短時間で製造することが困難であった。
【0005】
この種の光フィルタを前記蒸着法で行うと、成膜速度が速いという利点はあるものの粒子間に多くの隙間のある緻密度の低い構造となり、さらに膜と膜との境界で凹凸が生じて膜の境界部分が不明確となり、屈折率が均一な膜を形成できない。例えば図6の模式図で示すように、ガラス基板4に膜11と膜12を蒸着法で形成すると、各膜11,12で多数の隙間が形成され、しかも膜11と膜12との境界で平滑性が失われるので膜と膜との境界が不明確となり、高精度な膜を形成できない。
【0006】
また、図7に蒸着法で成膜したTiO2の単層膜の断面SEM写真、図8に蒸着法で成膜したときのTiO2/SiO2多層膜の断面を示すSEM写真を示すが、図7では柱状に構成されたクラスタが形成され、かなり粗い柱状組織となっており、柱の間に多くの空隙(ボイド)が生じ、また図8ではブドウ状に構成されたクラスタが形成され、微粒子を囲むようにして空隙(ボイド)が生じているのが確認できる。これらのボイドによって屈折率の不均一が生じると同時に光の散乱が発生して光のロスとなる。
【0007】
またイオンスパッタリング法は、非常に緻密度の高い膜を形成でき、単一膜内で屈折率が均一な膜を形成することが可能である。しかし、成膜速度が前記蒸着法に比べて非常に遅く、さらに膜の内部応力も大きく、歪みなどの原因となる欠点がある。
【0008】
本発明は上記課題を解決するものであり、屈折率が均一な膜をより短時間で形成でき、さらに膜の境界部分が明確な光フィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に、屈折率が異なる膜が複数層積層されている光フィルタにおいて、
前記膜は、クラスタ状の微結晶集合構造と、前記微結晶集合構造に生じた空隙を埋めるように配置された非晶質構造とを有し、単一膜内で屈折率が均一であることを特徴とするものである。
【0010】
前記において、前記クラスタ状の微結晶集合構造に使用される材料と、前記非晶質構造に使用される材料とが、同じ屈折率の材料であることが好ましい。
【0011】
本発明の光フィルタでは、クラスタ構造を構成する粒径が、数ナノメートル(nm)から数百ナノメートル(nm)の微結晶粒の隙間を緻密度の高い組成物で充填することができるので、単一膜内において屈折率が均一で且つ光の散乱が生じない多層膜を短時間で形成することができる。さらに、単一膜内で異なる構造の複合体であることから、その構成比率をコントロールすることで膜の内部応力を緩和でき、歪みやクラックを防止できる。
【0012】
また前記膜の境界が、非晶質構造のみで形成されていることが好ましい。これにより膜の境界面が緻密な粒子のみで形成されるので、境界面が平滑化される。
【0013】
また本発明の光フィルタの製造方法は、基板に、屈折率が異なる膜を複数層積層する光フィルタの製造方法において、
クラスタ状の微結晶集合構造の成膜に蒸着法若しくは化学気相成長(CVD)法が適用され、非晶質構造の成膜にスパッタリング法が適用され、前記蒸着法若しくは化学気相成長法と、前記スパッタリング法とが同時に適用されて、前記基板上に屈折率が段階的に変化する複数層の膜を形成することを特徴とするものである。
【0014】
この場合、成膜開始直後と成膜終了直前に前記蒸着法若しくは化学気相成長法による成膜を停止することが好ましい。
【0015】
本発明の製造方法では、屈折率が均一な膜を短時間で多数積層することができるので、高精度な多層膜光フィルタの形成に適している。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の光フィルタの製造工程を示す説明図であり、(A)は第1の工程、(B)は第2の工程、(C)は第3の工程を示す。図2は膜の内部構造を示す模式図を示す。図4は光フィルタのTiO2膜の断面の走査電子顕微鏡(SEM)写真図、図5は図4の一部を拡大した透過電子顕微鏡(TEM)写真図を示す。
【0017】
図1に示す製造装置20には、イオンビームスパッタ法を行うイオンビームスパッタ装置1と蒸着法を行う蒸着装置10が搭載されている。また所定の位置にガラス基板4が配置されている。
【0018】
イオンビームスパッタ装置1は、イオンガン2と、金属の酸化物などから形成されたターゲット材料3で構成されている。イオンガン2は、ターゲット材料3に向けて配置されており、アルゴンイオン(Ar+)の発生部2aと、アルゴンイオンをプラズマ化するディスチャージ室2bと、アルゴンイオンを加速するための複数のグリッド2cが平行に設けられている。前記グリッド2c間に例えば1100ボルトの高電圧がかけられることで、グリッド2c間で前記アルゴンイオンが加速され、高速のアルゴンイオンビームが発射される。そして、ターゲット材料3にイオンビームを当てることで、そのターゲット材料3からスパッタ粒子が発生し、ガラス基板4の表面にラジカルな金属酸化物などからなる膜が形成される。なお、前記イオンはアルゴンに限らず、クリプトンやキセノンなどの、より比重の大きな不活性ガスであってもよい。
【0019】
前記蒸着装置10は、金属の酸化物などを粉末あるいはペレット状にした蒸着材料11aの入った容器11bと電子銃11cで構成され、前記電子銃11cから発せられた電子ビーム(e)を前記蒸着材料11aに当てることで蒸着材料11aを加熱させて蒸発させる。このとき蒸発した金属酸化物などの粒子を前記ガラス基板4に付着させて膜を形成する。
【0020】
前記ターゲット材料3と蒸着材料11aは、屈折率が同じとなるように同種の材料が使用される。例えば前記材料3,11aとしては金属、金属の酸化物やフッ化物などであり、具体的には二酸化チタン(TiO2)、二酸化珪素(SiO2)、タンタルオキサイド(TaOX)、アルミナ(Al23)、フッ化マグネシウム(MgF2)、ニオブオキサイド(NbOX)、フッ化アルミ(AlF)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、フッ化カルシウム(CaF2)、酸化ビスマス(Bi23)、カドミウムセレン(CdSe)、カドミウムサルファ(CdS)、ケイ素(Si)、フッ化ランタン(LaF3)、酸化アンチモン(Sb23)、酸化イットリウム(Y23)及びこれらの合金酸化物などから選択される。また、膜内部の応力や屈折率の観点から、タンタルオキサイドと二酸化ケイ素との組み合わせやチタンオキサイドと二酸化ケイ素の組み合わせが最も好ましい。
【0021】
次に、前記製造装置20を用いた光フィルタの製造方法について図1を参照して説明する。図1に示す本実施の形態は、イオンビームスパッタ装置1と蒸着装置10とを併用して膜を形成する方法である。また図2では、ターゲット材料の一例として、TiO2とSiO2を用いてガラス基板4に2層の膜を積層したときの状態を模式的に示している。
【0022】
まず図1(A)に示すように、TiO2をターゲット材料3に設置してイオンビームスパッタ装置1のみを作動させる。これによりイオンガン2で生成されたアルゴンイオンがターゲット材料3に当たり、ガラス基板4上に微細な粒子8aが集合した緻密度の高い構造のみからなる層(非晶質構造)5が形成される。そして前記(A)の工程に続いて(B)の工程に移行して、イオンビームスパッタ装置1と蒸着装置10とを同時に作動させて、前記層5の上にクラスタ状の微結晶集合構造としての緻密度の低い構造(粗い粒子8bの集合)を形成するとともに、前記粒子8b間に形成された空隙(ボイド)に微小な粒子8aが充填されて全体として密な構造からなる層6が形成される。そして前記(B)の工程から(C)の工程に移行して、前記蒸着装置10を停止させてイオンビームスパッタ装置1のみを作動させることで、前記層6の上に緻密な粒子8aのみからなる構造の層(非晶質構造)7が形成される。これによりTiO2の単一の組成からなる膜8が形成される。
【0023】
さらに、ターゲット材料3及び蒸着材料11aをそれぞれTiO2からSiO2に変更し、前記と同様にして図1(A)〜(C)の工程を行う。
【0024】
(A)工程において、イオンビームスパッタ装置1のみを動作させることで、前記層7の上に非晶質構造としてのSiO2の緻密な粒子18aの集合体のみからなる層15が形成される。そしてイオンビームスパッタ装置1と蒸着装置10とを同時に動作させることで、前記層15の上に粗い粒子18bの集合体(クラスタ状の微結晶集合構造)の隙間に微細な粒子18aの集合体が充填された構造の層16が形成される。さらにイオンビームスパッタ装置1のみを動作させることで前記層16の上に非晶質構造としての密な粒子18aの集合体のみからなる層17が形成される。このようにしてSiO2の単一の組成からなる膜18が形成される。
【0025】
上記のようにターゲット材料3及び蒸着材料11aを選択して前記(A)〜(C)の工程を繰り返すことで、異なる屈折率の膜が段階的に形成された疑似傾斜型の積層膜を有する光フィルタが得られる。このときの屈折率の選択、膜厚、積層層数は、光フィルタの使用目的に応じて適宜選択される。よって、積層層数が2桁から3桁のオーダーの膜からなる高精度な光フィルタを従来に比べてより短時間で形成することが可能になる。
【0026】
例えば、蒸着法で成膜する割合とイオンビームスパッタ法で成膜する割合を体積比で80:20とすることで、成膜速度をイオンビームスパッタ法のみで成膜したときの5倍の速度で実行できるようになる。前記割合は膜の緻密度の状態や各装置の成膜速度に応じて適宜変更できるが、蒸着法による成膜速度がイオンビームスパッタ法の成膜速度を超えないように調節することが好ましい。
【0027】
さらに、基板のクリーニングや蒸着のアシストとして、基板や蒸着粒子の飛散方向に沿った構成でイオンガンや電子銃を設置させることも効果的である。
【0028】
上記の製造方法により形成された膜8,18では、膜8の層7と膜18の層15との接合面がそれぞれ緻密な粒子の集合体であるので、互いの境界面が平滑化されて境界が明確となる。よって、屈折率を単一膜内において均一にでき、これを複数積層することで高精度な光フィルタを得ることができる。また前記膜8,18では、緻密度の低い粒子で形成された隙間に緻密度の高い粒子が充填されて密な状態にあるので、構造差はあるものの光はその構造差を認識できずに均一な組成の膜として認識できる。
【0029】
例えば図4に示すように、蒸着法とイオンビームスパッタ法とを適用して成膜して形成すると、各膜が緻密に形成されるとともに各膜の境界面が平滑化される。また図5に示すように、クラスタ状の微結晶集合構造の隙間に非晶質構造としてアモルファスな構造が埋められた膜が形成されていることが確認できる。
【0030】
このようにして、マルチキャビティー型のバンドパスフィルタやランダム膜厚型のゲイン保障フィルタなどの積層膜を形成でき、高精度な光フィルタとして得ることができる。また、各膜毎に屈折率を段階的に変えていわゆるステップ傾斜構造の屈折率傾斜型の光フィルタを形成することもできる。この屈折率傾斜型の光フィルタでは均一屈折率での複合構成とすることで特に膜応力を緩和する効果を発揮できる。
【0031】
図3は、前記製造装置20の変形例である製造装置30を示す。この製造装置30は、前記製造装置20と同様にイオンビームスパッタリング法と蒸着法とを併用して成膜可能な装置である。
【0032】
前記製造装置30は、選択板31が設けられて、この選択板31に複数枚のガラス基板4a,4b,…が設けられたもので、その他の構成は前記製造装置20と同様でありその説明を省略する。前記選択板31は回転可能に支持された円盤であり、この円盤上にガラス基板4a,4b,…が載置されており、ガラス基板4aの成膜が終了したときに選択板31を回転させて別のガラス基板4bを選択できるようになっている。この場合、単一膜内の各層5,6,7(15,16,17)を成膜する毎に選択板31を切り替えてもよく、または膜8(18)を成膜する毎に選択板31を切り替えるものであってもよい。よって、ガラス基板4aの成膜が終了した後に直ちに別のガラス基板4bの成膜工程に入ることができるので、光フィルタの成膜時間をさらに短縮できる。
【0033】
なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、複数のイオンビームスパッタ装置と蒸着装置の組が複数設けられて同時に複数のガラス基板に対して成膜できるものであってもよく、またターゲット材料や蒸着材料を回転可能に支持することで材料の交換ロスを無くして成膜時間の短縮が図れるように構成してもよい。
【0034】
また本実施の形態では、蒸着法とイオンビームスパッタ法との組み合わせについて述べたが、これに限らず例えば蒸着法とヘリコンビームスパッタ法との組み合わせでもよく、あるいは化学触媒反応を利用した化学気相成長法(CVD)とビームスパッタ法との組み合わせなど適宜変更可能である。
【0035】
【発明の効果】
以上説明した本発明では、単一膜内で屈折率が均一な膜を短時間で形成でき、また膜の内部応力が少なく、さらに膜の境界部分が平滑化されて境界面が明確な光フィルタを得ることができる。
【0036】
これによって、高精度なバンドパスフィルタ、帯域フィルタ、ゲイン保証フィルタなど高密度波長多重通信や偏光分割通信に必要な分波フィルタを安価で大量に供給可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光フィルタの製造工程を示す説明図、(A)は第1の工程、(B)は第2の工程、(C)は第3の工程、
【図2】光フィルタの膜内部の構造を示す模式図、
【図3】製造装置の変形例を示す概略図、
【図4】本発明の光フィルタのTiO2膜の断面を示すSEM写真図、
【図5】図4の一部を拡大したTEM写真図、
【図6】蒸着法で成膜したときの膜内部の構造を示す模式図、
【図7】蒸着法で成膜したときのTiO2単層膜の断面を示すSEM写真図、
【図8】蒸着法で成膜したときのTiO2/SiO2多層膜の断面を示すSEM写真図、
【符号の説明】
1 イオンビームスパッタ装置
2 イオンガン
3 ターゲット材料
4 ガラス基板
5,6,7 層
8,18 膜
10 蒸着装置
11a 蒸着材料
11b 容器
11c 電子銃
20,30 製造装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical filter in which a plurality of films whose refractive index changes stepwise and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the field of optical communications, a wavelength division multiplexing (WDM) transmission system is known in which a plurality of light beams having different wavelengths are simultaneously sent into one optical fiber in order to enable transmission of a large amount of data. As this type of optical filter, a multi-cavity optical filter is known, and is used for a bandpass filter (BPF), an edge filter, and the like.
[0003]
As a manufacturing method of this multicavity type optical filter, a vapor deposition method or an ion beam sputtering method is used. The vapor deposition method is performed by heating a material as a raw material in the chamber with an electron beam and attaching the evaporated material to a glass substrate. In the ion beam sputtering method, the target material, the ion gun, and the glass substrate are arranged in the same chamber, and the target material is irradiated with the ion beam to attach particles ejected from the target to the substrate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the optical filter used in the multi-cavity method or the like needs to control the optical film thickness of each layer very precisely, and the number of laminated layers needs to be more than one hundred layers. Since refractive index uniformity, non-polarization, smoothness of laminated film boundaries, stress relaxation, etc. are required with high accuracy, the above-described conventional manufacturing method can manufacture a high-precision optical filter in a short time. It was difficult.
[0005]
When this type of optical filter is performed by the above-described vapor deposition method, although there is an advantage that the film forming speed is high, it has a low-density structure with many gaps between particles, and unevenness occurs at the boundary between the films. The boundary portion of the film becomes unclear, and a film having a uniform refractive index cannot be formed. For example, as shown in the schematic diagram of FIG. 6, when the film 11 and the film 12 are formed on the glass substrate 4 by vapor deposition, a large number of gaps are formed between the films 11 and 12, and at the boundary between the film 11 and the film 12. Since the smoothness is lost, the boundary between the films becomes unclear, and a highly accurate film cannot be formed.
[0006]
FIG. 7 shows a cross-sectional SEM photograph of a single layer film of TiO 2 formed by the vapor deposition method, and FIG. 8 shows an SEM photograph showing a cross section of the TiO 2 / SiO 2 multilayer film formed by the vapor deposition method. In FIG. 7, a cluster configured in a columnar shape is formed, and a considerably rough columnar structure is formed. Many voids are generated between the columns, and in FIG. 8, a cluster configured in a grape shape is formed. It can be confirmed that voids are generated so as to surround the fine particles. These voids cause non-uniform refractive index and light scattering, resulting in light loss.
[0007]
The ion sputtering method can form a very dense film, and can form a film having a uniform refractive index within a single film. However, the film formation rate is very slow compared with the vapor deposition method, and the internal stress of the film is also large, which causes defects such as distortion.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical filter that can form a film having a uniform refractive index in a shorter time and further has a clear boundary between the films, and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an optical filter in which a plurality of films having different refractive indexes are laminated on a substrate.
The film has a cluster-like microcrystal aggregate structure and an amorphous structure arranged so as to fill voids generated in the microcrystal aggregate structure, and the refractive index is uniform within a single film. It is characterized by.
[0010]
In the above, the material used for the cluster-like microcrystalline aggregate structure, and materials in which the use in the amorphous structure is preferably a wood charge of the same refractive index.
[0011]
In the optical filter of the present invention, a gap between microcrystalline grains having a particle size constituting a cluster structure of several nanometers (nm) to several hundred nanometers (nm) can be filled with a highly dense composition. A multilayer film having a uniform refractive index and no light scattering in a single film can be formed in a short time. Furthermore, since the composite has a different structure within a single film, the internal stress of the film can be relaxed by controlling the composition ratio, and distortion and cracks can be prevented.
[0012]
Moreover, it is preferable that the boundary of the film is formed only of an amorphous structure. As a result, the boundary surface of the film is formed only with dense particles, and thus the boundary surface is smoothed.
[0013]
Moreover, the manufacturing method of the optical filter of the present invention is a manufacturing method of an optical filter in which a plurality of films having different refractive indexes are laminated on a substrate.
Vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD) is applied to the formation of a cluster-like microcrystalline aggregate structure, and sputtering is applied to film formation of an amorphous structure. The sputtering method is applied at the same time to form a multilayer film having a refractive index that changes stepwise on the substrate.
[0014]
In this case, it is preferable to stop film formation by the vapor deposition method or chemical vapor deposition method immediately after the start of film formation and immediately before the end of film formation.
[0015]
The manufacturing method of the present invention is suitable for forming a highly accurate multilayer optical filter because a large number of films having a uniform refractive index can be stacked in a short time.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A and 1B are explanatory views showing a manufacturing process of the optical filter of the present invention, wherein FIG. 1A shows a first process, FIG. 1B shows a second process, and FIG. 1C shows a third process. FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of the film. 4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the TiO 2 film of the optical filter, and FIG. 5 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a part of FIG.
[0017]
A manufacturing apparatus 20 shown in FIG. 1 includes an ion beam sputtering apparatus 1 that performs an ion beam sputtering method and a vapor deposition apparatus 10 that performs a vapor deposition method. A glass substrate 4 is disposed at a predetermined position.
[0018]
The ion beam sputtering apparatus 1 includes an ion gun 2 and a target material 3 formed from a metal oxide or the like. The ion gun 2 is arranged toward the target material 3, and includes an argon ion (Ar + ) generating portion 2a, a discharge chamber 2b for converting argon ions into plasma, and a plurality of grids 2c for accelerating the argon ions. It is provided in parallel. By applying a high voltage of 1100 volts, for example, between the grids 2c, the argon ions are accelerated between the grids 2c, and a high-speed argon ion beam is emitted. Then, by applying an ion beam to the target material 3, sputtered particles are generated from the target material 3, and a film made of a radical metal oxide or the like is formed on the surface of the glass substrate 4. The ions are not limited to argon, but may be an inert gas having a higher specific gravity such as krypton or xenon.
[0019]
The vapor deposition apparatus 10 includes a container 11b containing a vapor deposition material 11a in the form of powder or pellets of metal oxide or the like and an electron gun 11c, and the electron beam (e) emitted from the electron gun 11c is vapor deposited. The vapor deposition material 11a is heated and evaporated by being applied to the material 11a. At this time, particles such as evaporated metal oxide are attached to the glass substrate 4 to form a film.
[0020]
The target material 3 and the vapor deposition material 11a are of the same type so that the refractive indexes are the same. For example, the materials 3 and 11a are metals, metal oxides, fluorides, and the like. Specifically, titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), tantalum oxide (TaO x ), alumina (Al 2 O 3 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), niobium oxide (NbO x ), aluminum fluoride (AlF), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), bismuth oxide ( Bi 2 O 3 ), cadmium selenium (CdSe), cadmium sulfa (CdS), silicon (Si), lanthanum fluoride (LaF 3 ), antimony oxide (Sb 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and these It is selected from such alloy oxides . Also, from the viewpoint of the film internal stress and refractive index, the combination of the combination or titanium oxide and silicon dioxide and tantalum oxide and silicon dioxide it is most preferred.
[0021]
Next, an optical filter manufacturing method using the manufacturing apparatus 20 will be described with reference to FIG. The present embodiment shown in FIG. 1 is a method for forming a film by using an ion beam sputtering apparatus 1 and a vapor deposition apparatus 10 in combination. FIG. 2 schematically shows a state in which two layers of films are laminated on the glass substrate 4 using TiO 2 and SiO 2 as an example of the target material.
[0022]
First, as shown in FIG. 1A, TiO 2 is placed on the target material 3 and only the ion beam sputtering apparatus 1 is operated. As a result, argon ions generated by the ion gun 2 strike the target material 3, and a layer (amorphous structure) 5 consisting only of a dense structure in which fine particles 8a are aggregated on the glass substrate 4 is formed. And wherein the process proceeds to steps subsequent to the steps of (A) (B), an ion beam sputtering apparatus 1 and the vapor deposition apparatus 10 to be operated simultaneously with the cluster-like microcrystalline aggregate structure on the prior SL layer 5 And a layer 6 having a dense structure as a whole by filling the voids (voids) formed between the particles 8b with a low-density structure (aggregate of coarse particles 8b). It is formed. Then, the process moves from the step (B) to the step (C), the vapor deposition apparatus 10 is stopped, and only the ion beam sputtering apparatus 1 is operated, so that only the dense particles 8a are formed on the layer 6. A layer (amorphous structure) 7 having the following structure is formed. As a result, a film 8 made of a single composition of TiO 2 is formed.
[0023]
Furthermore, the target material 3 and the vapor deposition material 11a are changed from TiO 2 to SiO 2 , respectively, and the steps of FIGS. 1A to 1C are performed in the same manner as described above.
[0024]
In the step (A), by operating only the ion beam sputtering apparatus 1, the layer 15 composed only of an aggregate of dense SiO 2 particles 18 a as an amorphous structure is formed on the layer 7. By simultaneously operating the ion beam sputtering apparatus 1 and the vapor deposition apparatus 10, an aggregate of fine particles 18a is formed in the gaps between the aggregates of coarse particles 18b (cluster-like microcrystal aggregate structure) on the layer 15. A layer 16 of filled structure is formed. Further, by operating only the ion beam sputtering apparatus 1, a layer 17 composed only of an aggregate of dense particles 18 a having an amorphous structure is formed on the layer 16. In this way, a film 18 having a single composition of SiO 2 is formed.
[0025]
By selecting the target material 3 and the vapor deposition material 11a as described above and repeating the steps (A) to (C), a quasi-gradient type laminated film in which films having different refractive indexes are formed in stages is provided. An optical filter is obtained. The selection of the refractive index, the film thickness, and the number of stacked layers at this time are appropriately selected according to the purpose of use of the optical filter. Therefore, it is possible to form a high-precision optical filter composed of a film having the number of stacked layers on the order of 2 digits to 3 digits in a shorter time than conventional.
[0026]
For example, by setting the ratio of film formation by vapor deposition and the ratio of film formation by ion beam sputtering to 80:20 by volume, the film formation speed is five times as high as the film formation speed only by ion beam sputtering. Can be executed with The ratio can be appropriately changed according to the state of the film density and the film formation rate of each apparatus, but it is preferable to adjust the film formation rate by the vapor deposition method so as not to exceed the film formation rate of the ion beam sputtering method.
[0027]
Furthermore, it is also effective to install an ion gun or an electron gun with a configuration along the scattering direction of the substrate and vapor deposition particles as an assist for substrate cleaning and vapor deposition.
[0028]
In the films 8 and 18 formed by the manufacturing method described above, the joint surfaces of the layer 7 of the film 8 and the layer 15 of the film 18 are each an aggregate of dense particles. The boundary becomes clear. Therefore, the refractive index can be made uniform in a single film, and a highly accurate optical filter can be obtained by stacking a plurality of these. Further, in the films 8 and 18, since the high density particles are filled in the gap formed by the low density particles and are in a dense state, the light cannot recognize the structural difference although there is a structural difference. It can be recognized as a film having a uniform composition.
[0029]
For example, as shown in FIG. 4, when a film is formed by applying a vapor deposition method and an ion beam sputtering method, each film is formed densely and the boundary surface of each film is smoothed. Further, as shown in FIG. 5, it can be confirmed that a film in which an amorphous structure is buried as an amorphous structure is formed in a gap between cluster-like microcrystal aggregate structures.
[0030]
In this way, a laminated film such as a multi-cavity type bandpass filter or a random film thickness type gain guarantee filter can be formed, and a highly accurate optical filter can be obtained. It is also possible to form a refractive index gradient type optical filter having a so-called step gradient structure by changing the refractive index stepwise for each film. In this gradient index type optical filter, the effect of alleviating the film stress can be exhibited particularly by adopting a composite configuration with a uniform refractive index.
[0031]
FIG. 3 shows a manufacturing apparatus 30 which is a modification of the manufacturing apparatus 20. This manufacturing apparatus 30 is an apparatus capable of forming a film by using both the ion beam sputtering method and the vapor deposition method in the same manner as the manufacturing apparatus 20.
[0032]
The manufacturing apparatus 30 is provided with a selection plate 31, and a plurality of glass substrates 4 a, 4 b,... Are provided on the selection plate 31, and other configurations are the same as those of the manufacturing apparatus 20. Is omitted. The selection plate 31 is a disk that is rotatably supported. Glass substrates 4a, 4b,... Are placed on the disk, and when the film formation on the glass substrate 4a is completed, the selection plate 31 is rotated. Another glass substrate 4b can be selected. In this case, the selection plate 31 may be switched every time the layers 5, 6, 7 (15, 16, 17) in the single film are formed, or the selection plate 31 is formed every time the film 8 (18) is formed. 31 may be switched. Therefore, since the film forming process of another glass substrate 4b can be started immediately after the film forming of the glass substrate 4a is completed, the film forming time of the optical filter can be further shortened.
[0033]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and a plurality of sets of ion beam sputtering apparatuses and vapor deposition apparatuses may be provided to form a film on a plurality of glass substrates at the same time. In addition, the target material and the vapor deposition material may be rotatably supported so as to eliminate the material exchange loss and reduce the film formation time.
[0034]
In the present embodiment, the combination of the vapor deposition method and the ion beam sputtering method has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a combination of the vapor deposition method and the helicon beam sputtering method may be used, or a chemical vapor phase using a chemical catalytic reaction may be used. A combination of a growth method (CVD) and a beam sputtering method can be appropriately changed.
[0035]
【The invention's effect】
In the present invention described above, an optical filter in which a film having a uniform refractive index can be formed in a short time in a single film, the internal stress of the film is small, and the boundary portion of the film is smoothed so that the boundary surface is clear. Can be obtained.
[0036]
As a result, it is possible to supply a large amount of demultiplexing filters necessary for high-density wavelength division multiplexing communication or polarization division communication such as high-accuracy bandpass filters, bandpass filters, and gain guarantee filters.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a manufacturing process of an optical filter of the present invention, (A) is a first process, (B) is a second process, (C) is a third process,
FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of an optical filter film;
FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the manufacturing apparatus;
FIG. 4 is an SEM photograph showing a cross section of the TiO 2 film of the optical filter of the present invention;
5 is an enlarged TEM photograph of a part of FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure inside the film when it is formed by vapor deposition;
FIG. 7 is a SEM photograph showing a cross section of a TiO 2 single layer film when deposited by an evaporation method;
FIG. 8 is a SEM photograph showing a cross section of a TiO 2 / SiO 2 multilayer film formed by vapor deposition.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion beam sputtering apparatus 2 Ion gun 3 Target material 4 Glass substrate 5, 6, 7 Layer 8, 18 Film 10 Deposition apparatus 11a Deposition material 11b Container 11c Electron gun 20, 30 Manufacturing apparatus

Claims (5)

基板に、屈折率が異なる膜が複数層積層されている光フィルタにおいて、
前記膜は、クラスタ状の微結晶集合構造と、前記微結晶集合構造に生じた空隙を埋めるように配置された非晶質構造とを有し、単一膜内で屈折率が均一であることを特徴とする光フィルタ。
In an optical filter in which a plurality of films having different refractive indexes are laminated on a substrate,
The film has a cluster-like microcrystal aggregate structure and an amorphous structure arranged so as to fill voids generated in the microcrystal aggregate structure, and the refractive index is uniform within a single film An optical filter characterized by.
前記クラスタ状の微結晶集合構造に使用される材料と、前記非晶質構造に使用される材料とが、同じ屈折率の材料である請求項1記載の光フィルタ。Material and the the materials used in the amorphous structure, the optical filter according to claim 1, wherein the wood charge of the same refractive index to be used for the cluster-like microcrystalline aggregate structure. 前記膜の境界が、非晶質構造のみで形成されている請求項1または2記載の光フィルタ。The optical filter according to claim 1, wherein the boundary of the film is formed only of an amorphous structure. 基板に、屈折率が異なる膜を複数層積層する光フィルタの製造方法において、
クラスタ状の微結晶集合構造の成膜において蒸着法若しくは化学気相成長(CVD)法が適用され、非晶質構造の成膜においてスパッタリング法が適用され、前記蒸着法若しくは化学気相成長法と、前記スパッタリング法とが同時に適用されて、前記基板上に屈折率が段階的に変化する複数層の膜を形成することを特徴とする光フィルタの製造方法。
In the method of manufacturing an optical filter in which a plurality of layers having different refractive indexes are laminated on a substrate,
Vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD) is applied in the formation of a cluster-like microcrystalline aggregate structure, and sputtering is applied in formation of an amorphous structure. A method for producing an optical filter, wherein the sputtering method is simultaneously applied to form a multi-layered film having a refractive index that changes stepwise on the substrate.
成膜開始直後と成膜終了直前に前記蒸着法若しくは化学気相成長法による成膜を停止する請求項4記載の製造方法。The manufacturing method according to claim 4, wherein film formation by the vapor deposition method or chemical vapor deposition method is stopped immediately after the start of film formation and immediately before the end of film formation.
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