JP4043836B2 - 多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに多層膜光学フィルタ - Google Patents
多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに多層膜光学フィルタ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）通信等の光通信に利用される多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに多層膜光学フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド時代の到来により、データ伝送の高速化および大容量化が求められている現在、上記ＷＤＭ通信等の光通信に大きな期待が寄せられている。
【０００３】
光通信用として、上記多重化光信号から所定の波長を選択して透過させる帯域透過フィルタ（バンドパスフィルタ）が広く用いられている。
【０００４】
このバンドパスフィルタとして、屈折率の高い物質および低い物質を交互に積層して成る多層膜構造の多層膜光学フィルタ（以下、単に多層膜フィルタとも記載する）が知られている。この多層膜フィルタによれば、各層の膜厚を好適に設計することにより、設計目標（ターゲット）の波長透過特性（所望の波長帯域内の波長毎の光透過特性）を得ることが可能になる。
【０００５】
この多層膜フィルタを製造する方法として、例えば基板上に真空蒸着法やスパッタリング法等によりフィルタ膜（光学膜）を成膜する成膜法が知られている。
【０００６】
すなわち、屈折率の高い物質および低い物質を基板上に交互に付着させていくことにより、屈折率の相異なる膜物質の光学膜が交互に積層された多層膜フィルタを製造することができる。
【０００７】
また、成膜処理と並行して、成膜時の光学膜の膜厚を常時測定（モニタ）し、このモニタ結果に応じて成膜作業の実行／（または）停止制御を行うことにより、各光学膜の膜厚を、設計目標の波長透過特性に対応する膜厚に設定している。
【０００８】
なお、本明細書において、“多層”とは、複数層を表す意味として用いている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した膜厚制御を用いて実際に成膜した結果、光学膜の膜厚に対して、膜物質毎にある一定量の制御誤差（膜厚誤差）が生じる場合が多く見られ、設計目標に略一致した波長透過特性を得ることが困難であった。
【００１０】
また、上記制御誤差に加えて、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量が膜物質によって異なる場合があり、その膜厚変動量の差異により、設計目標に略一致した波長透過特性を得ることをさらに困難にさせていた。
【００１１】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、設計目標に略一致した波長透過特性を得ることを可能にした多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに上記波長透過特性を有する多層膜光学フィルタを提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造方法であって、予め設計された各光学膜層の光学膜厚に基づいて前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜光学フィルタを試作するステップと、試作した多層膜光学フィルタの透過率を測定することにより波長の関数で表現した第1の透過率データを取得するステップと、前記各光学膜層の設計光学膜厚に対して膜物質毎にパラメータを掛けた値を各光学膜層の光学膜厚として表した多層膜構造から求められる理論的な透過率を波長の関数で表現した第２の透過率データを算出するステップと、前記第１の透過率データと前記第２の透過率データとを比較し、その比較結果に応じて前記光学膜厚の層毎の修正値を求めるステップと、求めた光学膜厚の層毎の修正値を用いて前記多層膜構造を表し、表した多層膜構造に従って前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜フィルタを製造するステップと、を備えている。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造装置であって、屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造装置であって、予め設計された各光学膜層の光学膜厚に基づいて前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜光学フィルタを試作する手段と、試作した多層膜光学フィルタの透過率を測定することにより波長の関数で表現した第1の透過率データを取得する手段と、前記各光学膜層の設計光学膜厚に対して膜物質毎にパラメータを掛けた値を各光学膜層の光学膜厚として表した多層膜構造から求められる理論的な透過率を波長の関数で表現した第２の透過率データを算出する手段と、前記第１の透過率データと前記第２の透過率データとを比較し、その比較結果に応じて前記光学膜厚の層毎の修正値を求める手段と、求めた光学膜厚の層毎の修正値を用いて前記多層膜構造を表し、表した多層膜構造に従って前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜フィルタを製造する手段と、を備えている。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、本発明に係る製造方法を用いて製造したことを特徴とする多層膜光学フィルタである。
なお、特許請求の範囲の各請求項に記載するように、本発明の上記およびその他の態様が可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係わる多層膜フィルタ１を示す図である。なお、本実施形態においては、多層膜フィルタ１として、中心波長がλ0（例えば1556.3nm）の所定の波長帯域｛λ1（例えば、1556.1nm）〜λn（例えば、1556.5nm）]において所定の透過波長特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得るための多層膜フィルタ（狭帯域フィルタ）について説明する。
【００１６】
図１に示すように、多層膜フィルタ１は、屈折率ｎsを有する例えばガラス製の基板（光学基板）２と、この基板２に例えば後述する蒸着等の方法により成膜・積層された複数（例えば１６４層）の光学膜層３（第１層３ａ1〜第Ｌ層３ａL）とを備えている。
【００１７】
基板２は、蒸着される面（積層側の面）の裏面が反射防止加工（Anti-Reflection）加工されている。
【００１８】
複数の光学膜層３ａ1〜３ａLの内、媒質（大気）側から偶数層（基板２側から奇数層）の光学膜層３ａ1、３ａ2、…、３ａ2K（Ｌ＝２Ｋ）は、膜物質である例えば五酸化タンタル（Ta2O5）から成る層であり、以下、Ｈ層とも呼ぶ。また、複数の光学膜層３ａ1〜３ａLの内、媒質（大気）側から奇数層（基板２側から偶数層）の光学膜層３ａ1、３ａ3、…、３ａ2K-1は、上記膜物質Ta2O5よりも低い屈折率を有する膜物質である例えばＳｉO2から成る層であり、以下、Ｌ層とも呼ぶ。
【００１９】
また、奇数層の光学膜層３ａ1、３ａ3、…、３ａ2K-1は、それぞれ物理膜厚ｄ1、ｄ3、…、ｄ2K-1および屈折率ｎ1、ｎ3、…、ｎ2K-1を有しており、偶数層の光学膜層３ａ2、３ａ4、…、３ａ2Kは、それぞれ物理膜厚ｄ2、ｄ4、…、ｄ2Kおよび屈折率ｎ2、ｎ4、…、ｎ2Kを有している。
【００２０】
さらに、光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚は、対応する膜層の屈折率および物理膜厚の積、すなわち、ｎ1ｄ1〜ｎLｄLで表される。
【００２１】
本実施形態では、光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚ｎ1ｄ1〜ｎLｄLは、約（ｍ1λ0）／４（ｍ1は正の奇数；本実施形態では１）の光学膜厚を有しており、後述する膜厚設計・成膜処理に基づいて膜層毎に正確に設計・成膜されている。
【００２２】
そして、本実施形態では、多層膜フィルタ１は、キャビティを複数層化（多層化）した下式（１）に示す多層膜構造Ｄ0を有している。
【００２３】
媒質（大気）/L(7-4-7)L(7-6-7)L(8-4-8)L(7-6-7)L(7-4-7)/基板・・・（１）
【００２４】
但し、（y-x-y)は、(HL)yHxLH(LH)yを表すキャビティであり、(HL)yは、ＨＬＨＬ…のように、Ｈ層およびＬ層の２層ペアをｙ回繰り返して積層された交互層、xLは、Ｌ層のｘ倍の膜厚を有する層（スペーサ層）をそれぞれ意味している。なお、本実施形態では、y＝7,8、x＝4,6である。また、媒質（大気）の屈折率をｎ0とする。
【００２５】
すなわち、本実施形態における多層膜フィルタ１は、複数のキャビティ（y-x-y)が結合層（カップリング層；Ｌ層）を介して積層された構造（マルチキャビティ構造）を有している。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係わる多層膜フィルタ製造システム（成膜システム）１１の概略構成を示す図（一部断面図）である。
【００２７】
図２に示すように、多層膜フィルタ製造システム１１は、真空容器（チャンバ）１２と、この真空容器１２内の例えば底部に並置された例えば２つの成膜源１３ａ１、１３ａ２と、真空容器１２内における成膜源１３ａ１、１３ａ２と反対側（上部）に設けられており、基板２は基板ホルダ１５により保持されている。
【００２８】
成膜源１３ａ１および１３ａ２内には、上記膜物質Ta2O5およびＳｉO2がそれぞれセットされている。
【００２９】
そして、多層膜フィルタ製造システム１１は、真空容器１２内に設けられており、成膜源１３ａ１、１３ａ２内に電子ビームを照射して成膜源１３ａ１、１３ａ２内の膜物質を加熱させるための電子銃２０ａ１、２０ａ２と、広波長帯域光である例えば白色光を測定光ＭＬとして出力する光源２１とを備えている。
【００３０】
さらに、多層膜フィルタ製造システム１１は、後述する制御装置から送信されるシャッタ信号に応じて成膜源１３ａ１、１３ａ２の上方を覆うことにより成膜動作を停止させ、開放信号に応じて成膜源１３ａ１、１３ａ２の上方を開放して成膜動作を開始させるためのシャッタ装置２２ａ１、２２ａ２と、光源２１から発せられた測定光が成膜中の光学膜ＦＩおよび基板２を透過した際の透過光を集光する集光レンズ２３と、この集光レンズ２３により集光された透過光を波長毎に受光する光ファイババンドル２４とを備えている。
【００３１】
この光ファイババンドル２４は、真空容器１２の例えば上壁に対して気密に取り付けられたシールドボックス２５内を気密に貫通して真空容器外に延長している。
【００３２】
そして、多層膜フィルタ製造システム１１は、光ファイババンドル２４を介して送られた透過光を順次モニタ光として受光してその受光量に対応する光量信号を出力する受光器３０と、シャッタ装置２２ａ１、２２ａ２にデータ通信可能に接続された制御装置３２とを備えている。
【００３３】
この制御装置３２は、受光器３０から出力された光量信号を受信し、受信した光量信号に応じてシャッタ装置２５ａ１、２５ａ２に対して個別にシャッタ信号／開放信号を送信して、基板２上に実際に成膜されている光学膜層ＦＩの膜厚を制御する機能等を備えている。
【００３４】
図３は、図２に示す多層膜フィルタ製造システム１１における制御装置３２のハードウエア構成を示す図である。
【００３５】
図３に示すように、制御装置３２は、コンピュータシステムであり、受光器３０から出力された光量信号をデジタル型の光量信号（デジタル光量データ）に変換するＡ／Ｄ変換器４０と、フィルタ製造者が操作して情報を入力可能な入力部４１と、この入力部４１に通信可能に接続されたコンピュータ４２と、このコンピュータ４２に通信可能に接続されており、当該コンピュータ４２に後述するフィルタ製造処理（膜厚設計／成膜処理）を実行させるためのプログラムＰを予め記憶する記憶媒体としてのメモリ４３とを備えている。なお、記憶媒体としては、半導体メモリ、磁気メモリ等、様々な記憶媒体が適用可能である
【００３６】
以下、メモリ４２に記憶されたプログラムＰのアルゴリズム、すなわち、本実施形態の多層膜フィルタの製造方法の前提となる、多層膜フィルタ１にある波長の光が入射した際の光学膜厚と入射光の透過率との関係について説明する。
【００３７】
図１に示す全Ｌ層の多層膜フィルタ１の透過率Ｔは、媒質の屈折率ｎ0および基板２の屈折率ｎsを用いて、下式（２）で表される。
【００３８】
【式１】
【００３９】
但し、式（２）におけるパラメータｍ11、ｍ12、ｍ21、ｍ22は、下式（３）で与えられる多層膜フィルタ１の全層での特性行列Ｍの各要素であり、この全層での特性行列Ｍとは、各層（第１層〜第Ｌ層）の特性行列Ｍj（ｊ＝１、２、…、Ｌ）の総積によって与えられる。
【００４０】
【式２】
【００４１】
但し、第ｊ（ｊ＝１、２、…、Ｌ）層の特性行列Ｍjは、下式（４）
【式３】
で与えられ、ｉは、虚数単位である。
【００４２】
また、ηjは、第ｊ層の光学アドミッタンスであり、δjは、第ｊ層の位相膜厚である。この位相膜厚δjは、第ｊ層に入射した光が当該第ｊ層を伝播する際の位相変化を表しており、光の第ｊ層に対するその法線の入射角度をθ（＝９０°）とし、λを入射光の波長、ｎjを第ｊ層の屈折率、ｄjを第ｊ層の物理膜厚とすると、位相膜厚δjは、下式（５）として表される。
【００４３】
【式４】
【００４４】
ここで、第ｊ層における光学膜厚の設計値ｎjｄjを式（５）に代入し、式（２）〜式（５）を用いれば、それぞれの光学膜層３ａ1〜３ａLの透過率の波長毎の理論値が求められる。
【００４５】
すなわち、上述した関係から、各波長における透過率を目標とする値（ターゲット値）に設定するための各層の光学膜厚（ターゲット膜厚）を求めることができる。
【００４６】
したがって、プログラムＰにより、コンピュータ４２を、成膜時において、各光学膜層の膜厚をターゲット膜厚に一致させる成膜進行／停止制御（シャッタ装置２５ａ１、２５ａ２の開放／シャッタ制御）手段として機能させることにより、多層膜フィルタ１の各波長における透過率を、ターゲット値に設定するための処理を行っている。
【００４７】
次に、本実施形態の全体動作について説明する。
【００４８】
フィルタ製造者は、入力部４３を介して、上記式（１）で示した多層膜構造Ｄ0、中心波長λ0および対象波長帯域λ1〜λnをそれぞれコンピュータ４１に入力する（図４；ステップＳ１）。
【００４９】
コンピュータ４１は、プログラムＰに基づいて動作し、入力された多層膜構造Ｄ0等のデータを膜設計データ（膜設計データファイルＦ１）として、メモリ４２に記憶する（ステップＳ２）。
【００５０】
次いで、コンピュータ４１は、膜設計データファイルＦ１に基づいて、各光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚ｎ1ｄ1〜ｎLｄLが約λ0／４となるように、多層膜（各光学膜層３ａ1〜３ａL）を成膜する（ステップＳ３）。
【００５１】
例えば、光学膜層３ａj（１≦ｊ≦Ｌ）の成膜動作（例えば、成膜源１３ａ２の成膜材料に対応する層であるとする）を行っている際においては、コンピュータ４１の制御により、成膜源１３ａ２のシャッタ装置２２ａ２が開動作し、成膜源１３ａ１のシャッタ装置２２ａ１が閉動作（シャッタ動作）している。
【００５２】
一方、電子銃２０ａ１、２０ａ２から成膜源１３ａ１、１３ａ２に対して電子ビームが照射されており、成膜源１３ａ１、１３ａ２内の加熱融解された膜物質Ta2O5、ＳｉO2が蒸発する。
【００５３】
このとき、上方をシャッタ装置により覆われていない成膜源１３ａ２から蒸発した膜物質ＳｉO2は、真空容器１２内を上昇して基板２に蒸着され、光学膜層３ａjの一部が形成される。
【００５４】
上記成膜動作と並行して、光源２１からは、広波長帯域光が成膜中の光学膜層３ａjに照射される。そして、成膜中の光学膜層３ａjを透過した透過光は、基板２、集光レンズ２３および光ファイババンドル２４を介して、モニタ光として受光器３０に受光される。受光器３０により受光された受光量に対応する光量信号はコンピュータ４１に送信される。
【００５５】
コンピュータ４１は、送信されてきた光量信号を受信し、受信した光量信号に基づいて、光学膜層３ａjの光学膜厚がλ0／４になる時点を算出し、算出した時点において、蒸着中の成膜源１３ａ２に対応するシャッタ装置２２ａ２に対してシャッタ信号を送信して成膜源１３ａ２から蒸発した膜物質ＳｉO2の基板２への蒸着を阻止する。
【００５６】
成膜源１３ａ１の膜物質Ta2O5については、シャッタ装置２２ａ１を開動作させ、シャッタ装置２２ａ２を閉動作させて膜物質Ta2O5の蒸着を開始し、光学膜厚がλ0／４になる時点において、蒸着中の成膜源１３ａ１に対応するシャッタ装置２２ａ１に対してシャッタ信号を送信してシャッタ装置２２ａ１を閉動作させればよい。
【００５７】
上述したシャッタ装置２２ａ１、２２ａ２の開動作／閉動作までの一連の動作を光学膜層毎に繰り返し行うことにより、多層膜構造Ｄ0に基づく多層膜（多層膜フィルタ）を成膜（製造）することができる。
【００５８】
このようにして、設計した多層膜構造Ｄ0対応する多層膜フィルタが製造されると、フィルタ製造者は、その多層膜フィルタにおける対象波長帯域λ1〜λn内の各波長λ1、…、λnの透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）を測定する（ステップＳ４）。
【００５９】
ここで、ステップＳ４の測定処理において測定された多層膜構造Ｄ0に基づく多層膜フィルタの透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）を図６に破線Ｂで示す。
【００６０】
図６に示すように、多層膜フィルタの透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）によれば、各光学膜の膜厚に対して膜物質毎にある一定量の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の原因により、中心波長λ0（1556.3nm）付近が落ち込み、波長帯域λ1（1556.1nm）〜λn（1556.5nm）において、ターゲットとなる透過波長特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得ることができない。
【００６１】
このとき、本実施形態では、フィルタ製造者は、入力部４３を介して、測定した透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）をコンピュータ４１に入力する（ステップＳ５）。
【００６２】
コンピュータ４１は、入力された測定透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）を、測定透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）（透過率データファイルＦ２）としてメモリ４２に記憶する（ステップＳ６）。
【００６３】
コンピュータ４１は、膜設計データファイルＦ１における多層膜構造Ｄ0の各Ｈ層およびＬ層の膜厚をそれぞれパラメータ値であるａ倍およびｂ倍し、当該パラメータａおよびｂを用いて新たな多層膜構造Ｄ1を表す（ステップＳ７）。
【００６４】
次いで、コンピュータ４１は、表した多層膜構造Ｄ1における対象波長帯域λ1〜λn内の各波長λ1、…、λnの理論的な透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）を、理論式（２）〜（５）に従って算出する（ステップＳ８）。
【００６５】
そして、コンピュータ４１は、透過率データファイルＦ２から測定透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）を読み出し、読み出した測定透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）と算出した透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）との波長毎の２乗誤差Ｅ1（λ1）〜Ｅn（λn）：
Ｅ1（λ1）＝｛Ｔ（λ1）−ＴA（λ1）｝2
Ｅ2（λ2）＝｛Ｔ（λ2）−ＴA（λ2）｝2
・・・
Ｅn（λn）＝｛Ｔ（λn）−ＴA（λn）｝2
を求める（ステップＳ９）。
【００６６】
そして、コンピュータ４１は、求めた２乗誤差Ｅ1（λ1）〜Ｅn（λn）の加算平均値（最小２乗誤差、２乗誤差平均値）を次式（６）に従って算出する（ステップＳ１０）。
【００６７】
【式５】
【００６８】
次いで、コンピュータ４１は、算出した最小２乗誤差の変化が収束するか否か判断する（ステップＳ１１）。
【００６９】
現在は最初の値であるため、ステップＳ１１の判断の結果はＮＯとなり、コンピュータ４１は、パラメータａおよびｂの少なくとも一方を微小変化させて（ステップＳ１２）、ステップＳ７の処理に戻り、ステップＳ７〜ステップＳ１２の処理（フィッティング処理）を、ステップＳ１２の判断の結果がＹＥＳ、すなわち、算出した最小２乗誤差の変化が収束するまで繰り替えし実行する。
【００７０】
すなわち、コンピュータ４１は、設計した多層膜構造Ｄ0で得られた透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）が理論的な透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）に対して十分に近付くまで、ステップＳ７〜ステップＳ１２のフィッティング処理を実行する。
【００７１】
このようにして、算出した最小２乗誤差の変化が収束し、透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）が理論的な透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）に対して十分に近付く最適なパラメータａおよびｂ（例えば、ａ＝0.999708、ｂ＝1.000108）が得られると、ステップＳ１１の判断の結果はＹＥＳとなり、コンピュータ４１は、得られたパラメータａおよびｂの値それぞれの逆数（１／ａ、１／ｂ）を多層膜構造Ｄ0における対応するＨ層およびＬ層それぞれの膜厚に乗じて多層膜構造Ｄ1を設計する（ステップＳ１３）。
【００７２】
次いで、コンピュータ４１は、設計した多層膜構造Ｄ1および膜設計データファイルＦ１に基づいて、ステップＳ２〜３の処理を再度実行する。
【００７３】
すなわち、コンピュータ４１は、各光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚ｎ1ｄ1〜ｎLｄLが約λ0／４となるように、多層膜（各光学膜層３ａ1〜３ａL）を成膜する（ステップＳ１４；ステップＳ２〜３参照）。
【００７４】
このようにして製造された多層膜構造Ｄ1に基づく多層膜フィルタ１の透過率Ｔ1（λ1）、…、Ｔ1（λn）を図６に実線Ｓで示す。
【００７５】
図６に示すように、成膜された多層膜構造Ｄ1に基づく多層膜（多層膜フィルタ）１の透過率Ｔ1（λ1）、…、Ｔ1（λn）によれば、各光学膜の膜厚に対して膜物質毎にある一定量の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等が存在しても、波長帯域λ1（1556.1nm）〜λn（1556.5nm）において、ターゲットとなる透過波長特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得ることができた。
【００７６】
以上述べたように、本実施形態によれば、屈折率の異なる２つの膜物質の光学膜層（Ｈ層およびＬ層）それぞれの膜厚に対する膜物質毎の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の誤差成分を含む多層膜の透過率を、理論的に求められる多層膜の透過率に十分に近付けるために必要な各Ｈ層およびＬ層の膜厚補正パラメータａおよびｂを求めることができる。
【００７７】
そして、求めた膜厚補正パラメータａおよびｂを用いて予め設計した多層膜の各Ｈ層およびＬ層の膜厚を補正し、補正した膜厚を含む膜設計データに基づいて多層膜フィルタ１を成膜（製造）することができる。
【００７８】
この結果、膜厚誤差や、膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の誤差成分を相殺して、予めターゲットとした波長透過特性に十分近い波長透過特性を有する多層膜フィルタ１を成膜（製造）することができる。
【００７９】
したがって、多層膜フィルタ１の上記ターゲット波長透過特性に基づく製造歩留まりを高く維持することができ、その信頼性も向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、多層膜フィルタ１として、中心波長がλ0（例えば1556.3nm）の所定の波長帯域｛λ1（例えば、1556.1nm）〜λn（例えば、1556.5nm）]において所定の波長透過特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得るための狭帯域フィルタについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８１】
例えば、上記波長帯域以外の狭帯域フィルタ、広帯域フィルタ、所定の波長帯域において所定の波長損失特性を有する帯域遮断フィルタ、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）等の光増幅器の利得等化フィルタ等にも適用可能である。
【００８２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的思想に基づく範囲内において、上記実施形態に対して多様な変更または改良を加えることも可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係わる多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに多層膜光学フィルタによれば、予め設計された各光学膜層の光学膜厚を含む多層膜構造を、膜物質毎の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の誤差成分をキャンセルできる多層膜構造に補正することができる。
【００８４】
このため、補正した多層膜構造に従って多層膜光学フィルタを成膜（製造）することができる。この結果、上記誤差成分に関係なく多層膜光学フィルタの製造歩留まりを高く維持することができ、その信頼性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる多層膜フィルタを示す図。
【図２】図１に示す多層膜フィルタを製造するための多層膜フィルタ製造装置（成膜装置）の概略構成を示す図（一部断面図）。
【図３】図２に示す多層膜フィルタ製造装置における制御装置のハードウエア構成を示す図。
【図４】図２に示すコンピュータの多層膜フィルタの製造処理およびフィルタ製造者の作業工程を含む本発明のフィルタ製造に関するフローチャート。
【図５】図２に示すコンピュータの多層膜フィルタの製造処理およびフィルタ製造者の作業工程を含む本発明のフィルタ製造に関するフローチャート。
【図６】ステップＳ４の測定処理において測定された多層膜構造に基づく多層膜フィルタの透過率および本実施形態の製造工程により製造された多層膜フィルタの透過率をそれぞれ破線および実線で示したグラフ。
【符号の説明】
１ 多層膜フィルタ
２ 基板
３ａ1〜３ａL 光学膜層
１１ 多層膜フィルタ製造システム
１２ 真空容器
１３ａ１、１３ａ２ 成膜源
１５ 基板ホルダ
２０ａ１、２０ａ２ 電子銃
２１ 光源
２２ａ１、２２ａ２ シャッタ装置
２３ 集光レンズ
２４ 光ファイババンドル
２５ シールドボックス
３０ 受光器
３２ 制御装置
４０ Ａ／Ｄ変換器
４１ 入力部
４２ コンピュータ
４３ メモリ
Ｐ プログラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）通信等の光通信に利用される多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに多層膜光学フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド時代の到来により、データ伝送の高速化および大容量化が求められている現在、上記ＷＤＭ通信等の光通信に大きな期待が寄せられている。
【０００３】
光通信用として、上記多重化光信号から所定の波長を選択して透過させる帯域透過フィルタ（バンドパスフィルタ）が広く用いられている。
【０００４】
このバンドパスフィルタとして、屈折率の高い物質および低い物質を交互に積層して成る多層膜構造の多層膜光学フィルタ（以下、単に多層膜フィルタとも記載する）が知られている。この多層膜フィルタによれば、各層の膜厚を好適に設計することにより、設計目標（ターゲット）の波長透過特性（所望の波長帯域内の波長毎の光透過特性）を得ることが可能になる。
【０００５】
この多層膜フィルタを製造する方法として、例えば基板上に真空蒸着法やスパッタリング法等によりフィルタ膜（光学膜）を成膜する成膜法が知られている。
【０００６】
すなわち、屈折率の高い物質および低い物質を基板上に交互に付着させていくことにより、屈折率の相異なる膜物質の光学膜が交互に積層された多層膜フィルタを製造することができる。
【０００７】
また、成膜処理と並行して、成膜時の光学膜の膜厚を常時測定（モニタ）し、このモニタ結果に応じて成膜作業の実行／（または）停止制御を行うことにより、各光学膜の膜厚を、設計目標の波長透過特性に対応する膜厚に設定している。
【０００８】
なお、本明細書において、“多層”とは、複数層を表す意味として用いている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した膜厚制御を用いて実際に成膜した結果、光学膜の膜厚に対して、膜物質毎にある一定量の制御誤差（膜厚誤差）が生じる場合が多く見られ、設計目標に略一致した波長透過特性を得ることが困難であった。
【００１０】
また、上記制御誤差に加えて、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量が膜物質によって異なる場合があり、その膜厚変動量の差異により、設計目標に略一致した波長透過特性を得ることをさらに困難にさせていた。
【００１１】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、設計目標に略一致した波長透過特性を得ることを可能にした多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに上記波長透過特性を有する多層膜光学フィルタを提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造方法であって、予め設計された各光学膜層の光学膜厚に基づいて前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜光学フィルタを試作するステップと、試作した多層膜光学フィルタの透過率を測定することにより波長の関数で表現した第1の透過率データを取得するステップと、前記各光学膜層の設計光学膜厚に対して膜物質毎にパラメータを掛けた値を各光学膜層の光学膜厚として表した多層膜構造から求められる理論的な透過率を波長の関数で表現した第２の透過率データを算出するステップと、前記第１の透過率データと前記第２の透過率データとを比較し、その比較結果に応じて前記光学膜厚の層毎の修正値を求めるステップと、求めた光学膜厚の層毎の修正値を用いて前記多層膜構造を表し、表した多層膜構造に従って前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜フィルタを製造するステップと、を備えている。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造装置であって、屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造装置であって、予め設計された各光学膜層の光学膜厚に基づいて前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜光学フィルタを試作する手段と、試作した多層膜光学フィルタの透過率を測定することにより波長の関数で表現した第1の透過率データを取得する手段と、前記各光学膜層の設計光学膜厚に対して膜物質毎にパラメータを掛けた値を各光学膜層の光学膜厚として表した多層膜構造から求められる理論的な透過率を波長の関数で表現した第２の透過率データを算出する手段と、前記第１の透過率データと前記第２の透過率データとを比較し、その比較結果に応じて前記光学膜厚の層毎の修正値を求める手段と、求めた光学膜厚の層毎の修正値を用いて前記多層膜構造を表し、表した多層膜構造に従って前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜フィルタを製造する手段と、を備えている。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、本発明に係る製造方法を用いて製造したことを特徴とする多層膜光学フィルタである。
なお、特許請求の範囲の各請求項に記載するように、本発明の上記およびその他の態様が可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係わる多層膜フィルタ１を示す図である。なお、本実施形態においては、多層膜フィルタ１として、中心波長がλ0（例えば1556.3nm）の所定の波長帯域｛λ1（例えば、1556.1nm）〜λn（例えば、1556.5nm）]において所定の透過波長特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得るための多層膜フィルタ（狭帯域フィルタ）について説明する。
【００１６】
図１に示すように、多層膜フィルタ１は、屈折率ｎsを有する例えばガラス製の基板（光学基板）２と、この基板２に例えば後述する蒸着等の方法により成膜・積層された複数（例えば１６４層）の光学膜層３（第１層３ａ1〜第Ｌ層３ａL）とを備えている。
【００１７】
基板２は、蒸着される面（積層側の面）の裏面が反射防止加工（Anti-Reflection）加工されている。
【００１８】
複数の光学膜層３ａ1〜３ａLの内、媒質（大気）側から偶数層（基板２側から奇数層）の光学膜層３ａ1、３ａ2、…、３ａ2K（Ｌ＝２Ｋ）は、膜物質である例えば五酸化タンタル（Ta2O5）から成る層であり、以下、Ｈ層とも呼ぶ。また、複数の光学膜層３ａ1〜３ａLの内、媒質（大気）側から奇数層（基板２側から偶数層）の光学膜層３ａ1、３ａ3、…、３ａ2K-1は、上記膜物質Ta2O5よりも低い屈折率を有する膜物質である例えばＳｉO2から成る層であり、以下、Ｌ層とも呼ぶ。
【００１９】
また、奇数層の光学膜層３ａ1、３ａ3、…、３ａ2K-1は、それぞれ物理膜厚ｄ1、ｄ3、…、ｄ2K-1および屈折率ｎ1、ｎ3、…、ｎ2K-1を有しており、偶数層の光学膜層３ａ2、３ａ4、…、３ａ2Kは、それぞれ物理膜厚ｄ2、ｄ4、…、ｄ2Kおよび屈折率ｎ2、ｎ4、…、ｎ2Kを有している。
【００２０】
さらに、光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚は、対応する膜層の屈折率および物理膜厚の積、すなわち、ｎ1ｄ1〜ｎLｄLで表される。
【００２１】
本実施形態では、光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚ｎ1ｄ1〜ｎLｄLは、約（ｍ1λ0）／４（ｍ1は正の奇数；本実施形態では１）の光学膜厚を有しており、後述する膜厚設計・成膜処理に基づいて膜層毎に正確に設計・成膜されている。
【００２２】
そして、本実施形態では、多層膜フィルタ１は、キャビティを複数層化（多層化）した下式（１）に示す多層膜構造Ｄ0を有している。
【００２３】
媒質（大気）/L(7-4-7)L(7-6-7)L(8-4-8)L(7-6-7)L(7-4-7)/基板・・・（１）
【００２４】
但し、（y-x-y)は、(HL)yHxLH(LH)yを表すキャビティであり、(HL)yは、ＨＬＨＬ…のように、Ｈ層およびＬ層の２層ペアをｙ回繰り返して積層された交互層、xLは、Ｌ層のｘ倍の膜厚を有する層（スペーサ層）をそれぞれ意味している。なお、本実施形態では、y＝7,8、x＝4,6である。また、媒質（大気）の屈折率をｎ0とする。
【００２５】
すなわち、本実施形態における多層膜フィルタ１は、複数のキャビティ（y-x-y)が結合層（カップリング層；Ｌ層）を介して積層された構造（マルチキャビティ構造）を有している。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係わる多層膜フィルタ製造システム（成膜システム）１１の概略構成を示す図（一部断面図）である。
【００２７】
図２に示すように、多層膜フィルタ製造システム１１は、真空容器（チャンバ）１２と、この真空容器１２内の例えば底部に並置された例えば２つの成膜源１３ａ１、１３ａ２と、真空容器１２内における成膜源１３ａ１、１３ａ２と反対側（上部）に設けられており、基板２は基板ホルダ１５により保持されている。
【００２８】
成膜源１３ａ１および１３ａ２内には、上記膜物質Ta2O5およびＳｉO2がそれぞれセットされている。
【００２９】
そして、多層膜フィルタ製造システム１１は、真空容器１２内に設けられており、成膜源１３ａ１、１３ａ２内に電子ビームを照射して成膜源１３ａ１、１３ａ２内の膜物質を加熱させるための電子銃２０ａ１、２０ａ２と、広波長帯域光である例えば白色光を測定光ＭＬとして出力する光源２１とを備えている。
【００３０】
さらに、多層膜フィルタ製造システム１１は、後述する制御装置から送信されるシャッタ信号に応じて成膜源１３ａ１、１３ａ２の上方を覆うことにより成膜動作を停止させ、開放信号に応じて成膜源１３ａ１、１３ａ２の上方を開放して成膜動作を開始させるためのシャッタ装置２２ａ１、２２ａ２と、光源２１から発せられた測定光が成膜中の光学膜ＦＩおよび基板２を透過した際の透過光を集光する集光レンズ２３と、この集光レンズ２３により集光された透過光を波長毎に受光する光ファイババンドル２４とを備えている。
【００３１】
この光ファイババンドル２４は、真空容器１２の例えば上壁に対して気密に取り付けられたシールドボックス２５内を気密に貫通して真空容器外に延長している。
【００３２】
そして、多層膜フィルタ製造システム１１は、光ファイババンドル２４を介して送られた透過光を順次モニタ光として受光してその受光量に対応する光量信号を出力する受光器３０と、シャッタ装置２２ａ１、２２ａ２にデータ通信可能に接続された制御装置３２とを備えている。
【００３３】
この制御装置３２は、受光器３０から出力された光量信号を受信し、受信した光量信号に応じてシャッタ装置２５ａ１、２５ａ２に対して個別にシャッタ信号／開放信号を送信して、基板２上に実際に成膜されている光学膜層ＦＩの膜厚を制御する機能等を備えている。
【００３４】
図３は、図２に示す多層膜フィルタ製造システム１１における制御装置３２のハードウエア構成を示す図である。
【００３５】
図３に示すように、制御装置３２は、コンピュータシステムであり、受光器３０から出力された光量信号をデジタル型の光量信号（デジタル光量データ）に変換するＡ／Ｄ変換器４０と、フィルタ製造者が操作して情報を入力可能な入力部４１と、この入力部４１に通信可能に接続されたコンピュータ４２と、このコンピュータ４２に通信可能に接続されており、当該コンピュータ４２に後述するフィルタ製造処理（膜厚設計／成膜処理）を実行させるためのプログラムＰを予め記憶する記憶媒体としてのメモリ４３とを備えている。なお、記憶媒体としては、半導体メモリ、磁気メモリ等、様々な記憶媒体が適用可能である
【００３６】
以下、メモリ４２に記憶されたプログラムＰのアルゴリズム、すなわち、本実施形態の多層膜フィルタの製造方法の前提となる、多層膜フィルタ１にある波長の光が入射した際の光学膜厚と入射光の透過率との関係について説明する。
【００３７】
図１に示す全Ｌ層の多層膜フィルタ１の透過率Ｔは、媒質の屈折率ｎ0および基板２の屈折率ｎsを用いて、下式（２）で表される。
【００３８】
【式１】
但し、式（２）におけるパラメータｍ11、ｍ12、ｍ21、ｍ22は、下式（３）で与えられる多層膜フィルタ１の全層での特性行列Ｍの各要素であり、この全層での特性行列Ｍとは、各層（第１層〜第Ｌ層）の特性行列Ｍj（ｊ＝１、２、…、Ｌ）の総積によって与えられる。
【００４０】
【式２】
但し、第ｊ（ｊ＝１、２、…、Ｌ）層の特性行列Ｍjは、下式（４）
【式３】
【００４２】
また、ηjは、第ｊ層の光学アドミッタンスであり、δjは、第ｊ層の位相膜厚である。この位相膜厚δjは、第ｊ層に入射した光が当該第ｊ層を伝播する際の位相変化を表しており、光の第ｊ層に対するその法線の入射角度をθ（＝９０°）とし、λを入射光の波長、ｎjを第ｊ層の屈折率、ｄjを第ｊ層の物理膜厚とすると、位相膜厚δjは、下式（５）として表される。
【００４３】
【式４】
ここで、第ｊ層における光学膜厚の設計値ｎjｄjを式（５）に代入し、式（２）〜式（５）を用いれば、それぞれの光学膜層３ａ1〜３ａLの透過率の波長毎の理論値が求められる。
【００４５】
すなわち、上述した関係から、各波長における透過率を目標とする値（ターゲット値）に設定するための各層の光学膜厚（ターゲット膜厚）を求めることができる。
【００４６】
したがって、プログラムＰにより、コンピュータ４２を、成膜時において、各光学膜層の膜厚をターゲット膜厚に一致させる成膜進行／停止制御（シャッタ装置２５ａ１、２５ａ２の開放／シャッタ制御）手段として機能させることにより、多層膜フィルタ１の各波長における透過率を、ターゲット値に設定するための処理を行っている。
【００４７】
次に、本実施形態の全体動作について説明する。
【００４８】
フィルタ製造者は、入力部４３を介して、上記式（１）で示した多層膜構造Ｄ0、中心波長λ0および対象波長帯域λ1〜λnをそれぞれコンピュータ４１に入力する（図４；ステップＳ１）。
【００４９】
コンピュータ４１は、プログラムＰに基づいて動作し、入力された多層膜構造Ｄ0等のデータを膜設計データ（膜設計データファイルＦ１）として、メモリ４２に記憶する（ステップＳ２）。
【００５０】
次いで、コンピュータ４１は、膜設計データファイルＦ１に基づいて、各光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚ｎ1ｄ1〜ｎLｄLが約λ0／４となるように、多層膜（各光学膜層３ａ1〜３ａL）を成膜する（ステップＳ３）。
【００５１】
例えば、光学膜層３ａj（１≦ｊ≦Ｌ）の成膜動作（例えば、成膜源１３ａ２の成膜材料に対応する層であるとする）を行っている際においては、コンピュータ４１の制御により、成膜源１３ａ２のシャッタ装置２２ａ２が開動作し、成膜源１３ａ１のシャッタ装置２２ａ１が閉動作（シャッタ動作）している。
【００５２】
一方、電子銃２０ａ１、２０ａ２から成膜源１３ａ１、１３ａ２に対して電子ビームが照射されており、成膜源１３ａ１、１３ａ２内の加熱融解された膜物質Ta2O5、ＳｉO2が蒸発する。
【００５３】
このとき、上方をシャッタ装置により覆われていない成膜源１３ａ２から蒸発した膜物質ＳｉO2は、真空容器１２内を上昇して基板２に蒸着され、光学膜層３ａjの一部が形成される。
【００５４】
上記成膜動作と並行して、光源２１からは、広波長帯域光が成膜中の光学膜層３ａjに照射される。そして、成膜中の光学膜層３ａjを透過した透過光は、基板２、集光レンズ２３および光ファイババンドル２４を介して、モニタ光として受光器３０に受光される。受光器３０により受光された受光量に対応する光量信号はコンピュータ４１に送信される。
【００５５】
コンピュータ４１は、送信されてきた光量信号を受信し、受信した光量信号に基づいて、光学膜層３ａjの光学膜厚がλ0／４になる時点を算出し、算出した時点において、蒸着中の成膜源１３ａ２に対応するシャッタ装置２２ａ２に対してシャッタ信号を送信して成膜源１３ａ２から蒸発した膜物質ＳｉO2の基板２への蒸着を阻止する。
【００５６】
成膜源１３ａ１の膜物質Ta2O5については、シャッタ装置２２ａ１を開動作させ、シャッタ装置２２ａ２を閉動作させて膜物質Ta2O5の蒸着を開始し、光学膜厚がλ0／４になる時点において、蒸着中の成膜源１３ａ１に対応するシャッタ装置２２ａ１に対してシャッタ信号を送信してシャッタ装置２２ａ１を閉動作させればよい。
【００５７】
上述したシャッタ装置２２ａ１、２２ａ２の開動作／閉動作までの一連の動作を光学膜層毎に繰り返し行うことにより、多層膜構造Ｄ0に基づく多層膜（多層膜フィルタ）を成膜（製造）することができる。
【００５８】
このようにして、設計した多層膜構造Ｄ0対応する多層膜フィルタが製造されると、フィルタ製造者は、その多層膜フィルタにおける対象波長帯域λ1〜λn内の各波長λ1、…、λnの透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）を測定する（ステップＳ４）。
【００５９】
ここで、ステップＳ４の測定処理において測定された多層膜構造Ｄ0に基づく多層膜フィルタの透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）を図６に破線Ｂで示す。
【００６０】
図６に示すように、多層膜フィルタの透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）によれば、各光学膜の膜厚に対して膜物質毎にある一定量の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の原因により、中心波長λ0（1556.3nm）付近が落ち込み、波長帯域λ1（1556.1nm）〜λn（1556.5nm）において、ターゲットとなる透過波長特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得ることができない。
【００６１】
このとき、本実施形態では、フィルタ製造者は、入力部４３を介して、測定した透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）をコンピュータ４１に入力する（ステップＳ５）。
【００６２】
コンピュータ４１は、入力された測定透過率Ｔ（λ1）、…、Ｔ（λn）を、測定透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）（透過率データファイルＦ２）としてメモリ４２に記憶する（ステップＳ６）。
【００６３】
コンピュータ４１は、膜設計データファイルＦ１における多層膜構造Ｄ0の各Ｈ層およびＬ層の膜厚をそれぞれパラメータ値であるａ倍およびｂ倍し、当該パラメータａおよびｂを用いて新たな多層膜構造Ｄ1を表す（ステップＳ７）。
【００６４】
次いで、コンピュータ４１は、表した多層膜構造Ｄ1における対象波長帯域λ1〜λn内の各波長λ1、…、λnの理論的な透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）を、理論式（２）〜（５）に従って算出する（ステップＳ８）。
【００６５】
そして、コンピュータ４１は、透過率データファイルＦ２から測定透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）を読み出し、読み出した測定透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）と算出した透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）との波長毎の２乗誤差Ｅ1（λ1）〜Ｅn（λn）：
Ｅ1（λ1）＝｛Ｔ（λ1）−ＴA（λ1）｝2
Ｅ2（λ2）＝｛Ｔ（λ2）−ＴA（λ2）｝2
・・・
Ｅn（λn）＝｛Ｔ（λn）−ＴA（λn）｝2
を求める（ステップＳ９）。
【００６６】
そして、コンピュータ４１は、求めた２乗誤差Ｅ1（λ1）〜Ｅn（λn）の加算平均値（最小２乗誤差、２乗誤差平均値）を次式（６）に従って算出する（ステップＳ１０）。
【００６７】
【式５】
次いで、コンピュータ４１は、算出した最小２乗誤差の変化が収束するか否か判断する（ステップＳ１１）。
【００６９】
現在は最初の値であるため、ステップＳ１１の判断の結果はＮＯとなり、コンピュータ４１は、パラメータａおよびｂの少なくとも一方を微小変化させて（ステップＳ１２）、ステップＳ７の処理に戻り、ステップＳ７〜ステップＳ１２の処理（フィッティング処理）を、ステップＳ１２の判断の結果がＹＥＳ、すなわち、算出した最小２乗誤差の変化が収束するまで繰り替えし実行する。
【００７０】
すなわち、コンピュータ４１は、設計した多層膜構造Ｄ0で得られた透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）が理論的な透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）に対して十分に近付くまで、ステップＳ７〜ステップＳ１２のフィッティング処理を実行する。
【００７１】
このようにして、算出した最小２乗誤差の変化が収束し、透過率データＴ（λ1）、…、Ｔ（λn）が理論的な透過率データＴA（λ1）、…、ＴA（λn）に対して十分に近付く最適なパラメータａおよびｂ（例えば、ａ＝0.999708、ｂ＝1.000108）が得られると、ステップＳ１１の判断の結果はＹＥＳとなり、コンピュータ４１は、得られたパラメータａおよびｂの値それぞれの逆数（１／ａ、１／ｂ）を多層膜構造Ｄ0における対応するＨ層およびＬ層それぞれの膜厚に乗じて多層膜構造Ｄ1を設計する（ステップＳ１３）。
【００７２】
次いで、コンピュータ４１は、設計した多層膜構造Ｄ1および膜設計データファイルＦ１に基づいて、ステップＳ２〜３の処理を再度実行する。
【００７３】
すなわち、コンピュータ４１は、各光学膜層３ａ1〜３ａLの光学膜厚ｎ1ｄ1〜ｎLｄLが約λ0／４となるように、多層膜（各光学膜層３ａ1〜３ａL）を成膜する（ステップＳ１４；ステップＳ２〜３参照）。
【００７４】
このようにして製造された多層膜構造Ｄ1に基づく多層膜フィルタ１の透過率Ｔ1（λ1）、…、Ｔ1（λn）を図６に実線Ｓで示す。
【００７５】
図６に示すように、成膜された多層膜構造Ｄ1に基づく多層膜（多層膜フィルタ）１の透過率Ｔ1（λ1）、…、Ｔ1（λn）によれば、各光学膜の膜厚に対して膜物質毎にある一定量の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等が存在しても、波長帯域λ1（1556.1nm）〜λn（1556.5nm）において、ターゲットとなる透過波長特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得ることができた。
【００７６】
以上述べたように、本実施形態によれば、屈折率の異なる２つの膜物質の光学膜層（Ｈ層およびＬ層）それぞれの膜厚に対する膜物質毎の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の誤差成分を含む多層膜の透過率を、理論的に求められる多層膜の透過率に十分に近付けるために必要な各Ｈ層およびＬ層の膜厚補正パラメータａおよびｂを求めることができる。
【００７７】
そして、求めた膜厚補正パラメータａおよびｂを用いて予め設計した多層膜の各Ｈ層およびＬ層の膜厚を補正し、補正した膜厚を含む膜設計データに基づいて多層膜フィルタ１を成膜（製造）することができる。
【００７８】
この結果、膜厚誤差や、膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の誤差成分を相殺して、予めターゲットとした波長透過特性に十分近い波長透過特性を有する多層膜フィルタ１を成膜（製造）することができる。
【００７９】
したがって、多層膜フィルタ１の上記ターゲット波長透過特性に基づく製造歩留まりを高く維持することができ、その信頼性も向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、多層膜フィルタ１として、中心波長がλ0（例えば1556.3nm）の所定の波長帯域｛λ1（例えば、1556.1nm）〜λn（例えば、1556.5nm）]において所定の波長透過特性（透過率−０．４ｄＢ以上）を得るための狭帯域フィルタについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８１】
例えば、上記波長帯域以外の狭帯域フィルタ、広帯域フィルタ、所定の波長帯域において所定の波長損失特性を有する帯域遮断フィルタ、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）等の光増幅器の利得等化フィルタ等にも適用可能である。
【００８２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的思想に基づく範囲内において、上記実施形態に対して多様な変更または改良を加えることも可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係わる多層膜光学フィルタの製造方法およびシステム、ならびに多層膜光学フィルタによれば、予め設計された各光学膜層の光学膜厚を含む多層膜構造を、膜物質毎の膜厚誤差や、成膜時と成膜後の温度差による膜厚変動量の膜物質に基づく差異等の誤差成分をキャンセルできる多層膜構造に補正することができる。
【００８４】
このため、補正した多層膜構造に従って多層膜光学フィルタを成膜（製造）することができる。この結果、上記誤差成分に関係なく多層膜光学フィルタの製造歩留まりを高く維持することができ、その信頼性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる多層膜フィルタを示す図。
【図２】図１に示す多層膜フィルタを製造するための多層膜フィルタ製造装置（成膜装置）の概略構成を示す図（一部断面図）。
【図３】図２に示す多層膜フィルタ製造装置における制御装置のハードウエア構成を示す図。
【図４】図２に示すコンピュータの多層膜フィルタの製造処理およびフィルタ製造者の作業工程を含む本発明のフィルタ製造に関するフローチャート。
【図５】図２に示すコンピュータの多層膜フィルタの製造処理およびフィルタ製造者の作業工程を含む本発明のフィルタ製造に関するフローチャート。
【図６】ステップＳ４の測定処理において測定された多層膜構造に基づく多層膜フィルタの透過率および本実施形態の製造工程により製造された多層膜フィルタの透過率をそれぞれ破線および実線で示したグラフ。
【符号の説明】
１ 多層膜フィルタ
２ 基板
３ａ1〜３ａL 光学膜層
１１ 多層膜フィルタ製造システム
１２ 真空容器
１３ａ１、１３ａ２ 成膜源
１５ 基板ホルダ
２０ａ１、２０ａ２ 電子銃
２１ 光源
２２ａ１、２２ａ２ シャッタ装置
２３ 集光レンズ
２４ 光ファイババンドル
２５ シールドボックス
３０ 受光器
３２ 制御装置
４０ Ａ／Ｄ変換器
４１ 入力部
４２ コンピュータ
４３ メモリ
Ｐ プログラム
Claims (8)
- 屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造方法であって、
予め設計された各光学膜層の光学膜厚に基づいて前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜光学フィルタを試作するステップと、
試作した多層膜光学フィルタの透過率を測定することにより波長の関数で表現した第1の透過率データを取得するステップと、
前記各光学膜層の設計光学膜厚に対して膜物質毎にパラメータを掛けた値を各光学膜層の光学膜厚として表した多層膜構造から求められる理論的な透過率を波長の関数で表現した第２の透過率データを算出するステップと、
前記第１の透過率データと前記第２の透過率データとを比較し、その比較結果に応じて前記光学膜厚の層毎の修正値を求めるステップと、
求めた光学膜厚の層毎の修正値を用いて前記多層膜構造を表し、表した多層膜構造に従って前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜フィルタを製造するステップと、
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの製造方法。 - 前記修正値を求めるステップは、前記第1の透過率データと第２の透過率データとの差が最小になるように前記光学膜厚の層毎の前記パラメータの値を求めるステップと、求めたパラメータの値を用いて前記予め設計された各光学膜層の光学膜厚を修正することにより前記修正値を求めるステップを有することを特徴とする請求項１記載の多層膜光学フィルタの製造方法。
- 前記第1の透過率データと第２の透過率データとの差は、最小２乗誤差であることを特徴とする請求項２記載の多層膜光学フィルタの製造方法。
- 前記屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層は、所定の屈折率を有する第１の膜物質から成る第１の光学膜層、当該所定の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の膜物質から成る第２の光学膜層であり、前記多層膜構造は、前記第１の光学膜層、前記第２の光学膜層および前記第１の光学膜層の偶数倍の光学膜厚を有するスペーサ層から成るキャビティが結合層を介して積層された構造であり、各キャビティは、前記第１および第２の光学膜層が前記スペーサ層の前記積層方向に沿った両側に交互かつ前記積層方向に沿って対称配置されることを特徴とする請求項１または２記載の多層膜光学フィルタの製造方法。
- 屈折率の異なる複数の膜物質から成る複数の光学膜層から構成された多層膜光学フィルタの製造装置であって、
予め設計された各光学膜層の光学膜厚に基づいて前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜光学フィルタを試作する手段と、
試作した多層膜光学フィルタの透過率を測定することにより波長の関数で表現した第1の透過率データを取得する手段と、
前記各光学膜層の設計光学膜厚に対して膜物質毎にパラメータを掛けた値を各光学膜層の光学膜厚として表した多層膜構造から求められる理論的な透過率を波長の関数で表現した第２の透過率データを算出する手段と、
前記第１の透過率データと前記第２の透過率データとを比較し、その比較結果に応じて前記光学膜厚の層毎の修正値を求める手段と、
求めた光学膜厚の層毎の修正値を用いて前記多層膜構造を表し、表した多層膜構造に従って前記複数の膜物質を基板に成膜して多層膜フィルタを製造する手段と、
を備えたことを特徴とする多層膜光学フィルタの製造装置。 - 前記修正値を求める手段は、前記第1の透過率データと第２の透過率データとの差が最小になるように前記光学膜厚の層毎の前記パラメータの値を求める手段と、求めたパラメータの値を用いて前記予め設計された各光学膜層の光学膜厚を修正することにより前記修正値を求める手段を有することを特徴とする請求項５記載の多層膜光学フィルタの製造装置。
- 請求項１乃至４の内の何れか１項記載の製造方法を用いて製造したことを特徴とする多層膜光学フィルタ。
- 前記第２の透過率データを算出するステップは、前記パラメータの特定の値毎に前記第２の透過率データを算出するサブステップを有し、
前記修正値を求めるステップは、
前記サブステップからの前記第２の透過率データと前記第１の透過率データとの差を算出するサブステップと、
前記差が所定条件を満たすかどうか判定するサブステップと、
前記差が前記所定条件を満たさない場合に、前記パラメータの値を変更し、変更した値を前記パラメータの特定の値として前記第２の透過率データを算出するステップに渡して、再度、前記第２の透過率データを算出せしめるサブステップと、
前記差が前記所定条件を満たす場合に、前記所定条件を満たした前記パラメータの特定の値を用いて前記修正値を求めるサブステップを
有することを特徴とする請求項１に記載の多層膜光学フィルタの製造方法。
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