KR100962854B1

KR100962854B1 - 광학 다층막 필터의 제조방법 및 광학 다층막 필터

Info

Publication number: KR100962854B1
Application number: KR1020077017195A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 야마구치; 마사아키 요네쿠라; 도요 오쯔키
Original assignee: 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2005-01-06
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2010-06-10
Also published as: WO2006073069A1; US20080124465A1; CN101088033A; KR20070098883A; JP2006189596A

Abstract

본 발명은 기판 상에 수지층을 형성하는 공정, 상기 수지층 상에 광학 다층막을 형성하는 공정 및 상기 광학 다층막을 수지층과의 계면으로부터 박리하는 박리공정을 갖는 광학 다층막 필터의 제조방법에 관한 것이다.

Description

광학 다층막 필터의 제조방법 및 광학 다층막 필터{Process for producing optical multilayer film filter and optical multilayer film filter}

본 발명은 광통신에 있어서 특정 파장의 빛을 합파(合波) 또는 분파(分波)하는 광학 다층막 필터의 제조방법에 관한 것으로, 특히 다층막을 형성하기 위한 기판이 다층막 형성 후에 제거되어 다층막으로만 되는, 소위 기판 없는 필터라고 불리는 광학 다층막 필터의 제조방법 및 상기 광학 다층막 필터에 관한 것이다.

광통신 시스템에서 사용되는 광학소자, 광학부품에 있어서 특정 파장의 빛을 합파 또는 분파하는 광학 다층막 필터는 중요한 역할을 담당하고 있다. 이는 기판상에 투명한 다층막을 형성한 것으로, 빛의 박막 간섭으로 특정 파장의 빛을 합파 또는 분파하는 것이다. 이는 광로 중에 삽입함으로써 사용되는데, 소자의 소형화와 함께 광학 다층막 필터 자신의 광손실을 저감시키기 위해 얇은 것이 요구된다. 현재는 광학 다층막 필터의 두께는 수십 ㎛ 이하 정도인 것이 요구되어, 보다 더 얇은 것도 요구되게 되었다.

이들의 해결책으로서, 깨지기 쉬워 작업성이 떨어지고, 수율도 좋지 않은 종래의 유리기판 광학 다층막 필터 대신에, 기판에 불소화 폴리이미드 등의 수지를 사용하는 방법이 있다. 이 방법에 의해 두께가 수십 ㎛ 이하 정도인 광학 다층막 필터를 수율 좋게 제조하는 것이 가능하다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

그러나, 기술의 진보에 따라 더욱 광손실을 저감하기 위해 보다 얇은 광학 다층막 필터가 요망되게 되었다. 한편, 고성능인 광학 다층막 필터가 요구되고 있어, 경우에 따라서는 100층 이상의 다층으로 하지 않으면 요구성능을 만족할 수 없는 것도 있다. 다층이 될수록 당연히 다층막의 두께는 두꺼워져 박형화의 요구를 만족할 수 없게 된다. 이 경우, 빛의 박막 간섭에 영향을 주지 않는, 즉 성능에 영향을 미치지 않는 기판을 보다 얇게 하고자 생각하는 것은 자연스러운 일이다. 또한, 통신파장대를 보다 넓히고자 하는 요구도 있는데, 특히 원적외에서 흡수를 갖는 폴리이미드 등의 수지기판은 가능한 얇은 편이 바람직하다.

이들 이유로부터 기판의 박형화가 검토되던 중, 마침내 기판 자체가 존재하지 않는 광학 다층막만의 필터, 소위 기판 없는 필터가 요구되기에 이르렀다. 그 제작방법으로서, 예를 들면 용해성 기판에 다층막을 형성한 후 기판을 용해함으로써 기판 없는 필터를 얻는 방법이 개발되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 3 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특허 제2608633호 공보

특허문헌 2 : 일본국 특허공개 제(평)3-274506호 공보

특허문헌 3 : 일본국 특허 제3423147호 공보

발명의 개요

본 발명은 종래의 광학 다층막 필터 보다도 더욱 얇은 광학 다층막 필터로서의 기판 없는 필터, 그 간편한 제조방법 및 이것을 사용한 광학부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

현재 개시되어 있는 기판 없는 필터의 제작법에는 이하와 같은 문제점이 있다.

즉, 현재 공지의 방법은 가용성 기판을 사용하여 광학 다층막 성막 후에 상기 기판을 용해하는 방법이다. 예를 들면 상기 일본국 특허공개 제(평)3-274506호 공보 및 일본국 특허 제3423147호 공보에는, 상기 기판으로서 수용성의 NaCl, KBr이나 산에 용해되는 Al 등의 기판을 들고 있다.

그러나, NaCl이나 KBr 등의 평활한 기판은 매우 고가여서 비용 상승으로 이어진다. 또한 이들의 재료는 흡습성이 있기 때문에 취급에 주의를 요한다고 하는 문제가 있다. 또한, Al 등의 금속기판은 저렴하기는 하지만 기판표면의 산화상태에 따라서 산으로의 용해성이 다르기 때문에 박리에 소요되는 시간이 상이하다. 또한, 표면 산화층이 필터 뒷면에 부착되어 특성에 영향을 미치는 경우도 있다.

또한, 상기의 특허에서는 필터 칩에 상당하는 사이즈의 분리 홈(separation groove)을 미리 기판에 형성하고 있는데, 홈 근방의 막두께는 홈으로부터 떨어진 부분에 비해 얇아지는 경향이 있어, 얻어진 필터 칩의 주연부(peripheral portion)의 특성은 중앙과 상이한 것이 된다. 그런데 평면 광도파로(PLC) 모듈 등에서는 간극의 깊이에 제한이 있기 때문에, 삽입한 필터의 중앙부가 아니라 주연부에 광로가 오는 경우도 많아, 주연부의 특성이 중앙부와 상이한 것은 문제이다.

이 문제를 회피하기 위해 유전체 다층막을 성막 후에 다이서(dicer) 등으로 분리 홈을 형성하는 방법을 생각할 수 있지만, 기판이 단단한 경우는 다이싱시에 진동이 발생하여, 분리 홈을 따라서 유전체 다층막의 외주부(peripheral portion)에 칩핑이 발생한다. 그 결과, 박리 후의 필터 칩에는 깨짐·크랙이나 주연부의 칩핑 결함이 다수 발생한다고 하는 문제가 있다.

이와 같이 소위 기판 없는 필터의 수요가 있음에도 불구하고, 이 기판 없는 필터를 간편하고 용이하며 수율 좋게 제작하는 방법은 아직 얻어지지 않았다.

본 발명에 의하면, 기판 상에 수지층을 형성하는 공정, 상기 수지층 상에 다층막을 형성하는 공정 및 상기 다층막을 수지층의 계면으로부터 박리하는 박리공정을 갖는 광학 다층막 필터의 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 상기 방법에 의해 제조된 광학 다층막 필터가 제공된다.

상세한 설명

이하, 본 발명을 예시적으로 상세하게 기재한다.

본 발명은 옵티컬 디바이스 분야나 전자재료 분야 등, 박막 다층막을 이용하는 분야에서, 특히 보다 얇은 박막 다층막 필터를 필요로 하는 경우에 이용할 수 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 고성능의 소위 기판 없는 필터를 간편하고 용이한 방법으로 수율 좋게 제조할 수 있다.

수지층을 형성하는 기판은 부드러운 수지를 보유하고, 다층막 형성시에 수지층의 변형, 특히 막 응력에 의한 휨을 방지하는 기능이 있으며, 금속판, 유리판 등을 사용할 수 있다. 다층막 성막시에 막두께 제어를 투과율로 행하는 경우에는 제어광의 파장의 빛을 투과하는 유리판 등이 바람직하다.

상기의 광학 다층막 필터의 제조방법은 상기 다층막을 형성하는 공정과 박리공정 사이에, 상기 다층막 및 수지층을 목적으로 하는 크기로 절단하는 공정을 가져도 된다.

목적으로 하는 필터의 크기가 상기 수지층을 형성하는 기판과 동일한 경우에는 절단공정은 불필요하다. 그러나, 광섬유나 도파로 사이에 필터를 삽입하는 경우에는 필터 칩의 크기는 한변이 수 ㎜ 이하이고, 다층막 성막 후에 목적으로 하는 크기로 절단하는 편이 바람직하다.

또한, 상기 수지는 불소화 폴리이미드여도 된다.

다층막 성막시에 성막수단에 따라서는 고온이 되기 때문에, 수지 중에서는 고온 안정성이 높은 불소화 폴리이미드가 바람직하다. 또한, 다층막의 막두께 제어를 투과광으로 행하는 경우가 많은데, 그 경우는 수지층을 형성하는 기판과 함께 수지도 제어광의 파장의 빛을 투과시킬 필요가 있다. 이와 같은 경우, 가시부터 적외역까지 넓은 파장역에서 투과율이 높은 불소화 폴리이미드는 바람직한 재료이다.

불소화 폴리이미드에서는 보다 불소화가 높은 것이 바람직하다. 이는, 일반적인 다층막 재료인 SiO₂, TiO₂, Ta₂O₅ 등의 산화물과 불소화 폴리이미드의 접착력이 불소화가 높은 것일수록 약하기 때문에, 이후의 박리공정에서 다층막을 박리하기 쉽기 때문이다. 예를 들면 이하의 식

으로 나타내어지는 PMDA 구조를 갖는 불소화 폴리이미드 보다도, 이하의 식

으로 나타내어지는 6FDA 구조를 갖는 불소화 폴리이미드가 바람직하다. 또한, 이하의 식

으로 나타내어지는 TFDB 구조를 포함하는 폴리이미드 중, 이하의 식

으로 나타내어지는 6FDA/TFDB 폴리이미드가 보다 바람직하다. 또한, 예를 들면 이하의 식

으로 나타내어지는 퍼플루오르화 폴리이미드도 동일한 이유로 바람직하다. 불소화의 정도가 적은 이하의 식

으로 나타내어지는 PMDA/TFDB 구조를 포함하는 폴리이미드여도, 폴리이미드가 예를 들면 6FDA/TFDB 구조와 PMDA/TFDB 구조를 갖는 2성분계 폴리이미드이고, 6FDA/TFDB 함유량이 50 ㏖% 이상인 공중합체이면 동일하게 바람직한 결과가 얻어진다. 또한, 본 발명의 불소화 폴리이미드로서 퍼플루오르화 폴리이미드와 6FDA/TFDB 폴리이미드의 임의 비율의 혼합물도 동일하게 바람직하다.

또한, 광학 다층막을 불소화 폴리이미드막으로부터 박리하는 방법으로서, 예를 들면 광학 다층막측으로부터 불소화 폴리이미드막의 상부, 또는 기판에 이르는 깊이의 분리 홈(컷팅)을 형성 후, 물 또는 염산수용액에 침지함으로써 광학 다층막을 불소화 폴리이미드막으로부터 박리시키는 것에 의해 소정 사이즈의 필터를 얻을 수 있다.

본 발명의 수지 상에 다층막을 형성하는 방법에 있어서는, 다층막측으로부터 예를 들면 다이서와 같은 회전날로 컷팅을 하는 방법도 적합하다. 일반적으로 이와 같은 홈 절단을 행하면 절단구에 크랙이나 깨짐이 발생하기 쉬워, 최종적인 필터 칩의 수율 저하의 원인이 되지만, 본 발명과 같이 수지층이 아래가 되면, 수지층이 회전날의 진동을 억제하는 기능을 하여 절단구의 크랙이나 깨짐을 방지할 수 있다.

또한, 분리 홈을 형성 후, 물 또는 염산수용액에 침지함으로써 자연스럽게 다층막과 수지층을 서로에게서 박리할 수 있다. 기계적인 방법으로 박리시키는 것이 아니기 때문에, 필터의 크랙이나 깨짐을 일으키지 않고 수율 좋게 다층막만의 필터(기판 없는 필터)를 얻는 것이 가능하다.

이하, 본 발명을 실시예로 설명한다. 단, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되지 않는다.

[실시예 1] 기판으로서 두께 4 ㎜, 100 ㎜ø의 통상의 소다라임 실리케이트 유리를 준비하였다. 이 기판에 스핀코트법으로 폴리이미드막의 원료가 되는 폴리이미드 바니시를 도포하고, 질소 분위기하 380℃에서 60분 소성하여 6FDA/TFDB의 두 께 10 ㎛의 폴리이미드막을 얻었다. 또한, 폴리이미드막의 두께는 같은 조건에서 성막한 막을 일부 박리하고 촉침법으로 측정한 값이다.

이 기판을 APS(어드밴스드 플라즈마 소스) 증착장치에 셋팅하고, 96층의 SiO₂-Ta₂O₅ 교호층(alternate layer)에 의한 다층막을 성막하였다. 다층막의 두께는 약 20 ㎛였다.

얻어진 다층막 부착 기판을 다이서에 셋팅하고, 광학 다층막측으로부터 소정의 칩 사이즈로 깊이 35 ㎛까지 절단하였다. 절단 가공부는 기판 중앙부근의 한변이 40 ㎜인 정사각형 내이고, 칩 사이즈는 0.5 ㎜×2 ㎜이다.

그 다음, 기판 전체를 순수에 48시간 침지하고, 유리기판 및 폴리이미드막으로부터 다층막을 박리하여 목적의 광학 박막 필터를 얻었다. 또한, 이 실시예와 같이 기판에 닿는 깊이까지 분리 홈을 형성한 경우, 목적으로 하는 필터와 동형의 폴리이미드막도 기판으로부터 박리되지만, 목적으로 하는 필터에 비교하여 비중이 작기 때문에 액 중에서 간단하게 가려낼 수 있다.

얻어진 필터 칩을 편광현미경으로 육안 검사한 바, 전체 칩 1,600개 중, 불량품은 표면의 흠집에 의한 것 45, 다층막 내의 이물질에 의한 것 13, 칩의 크랙에 의한 것 50, 칩 전체의 깨짐·부러짐에 의한 것이 47의 합계 155로서, 양품률(수율)은 90.3%로 매우 양호하였다.

[실시예 2] 기판으로서 두께 4 ㎜, 100 ㎜ø의 통상의 소다라임 실리케이트 유리를 준비하였다. 이 기판에 스핀코트법으로 폴리이미드막의 원료가 되는 폴리이 미드 바니시를 도포하고, 질소 분위기하 380℃에서 60분 소성하여 6FDA/TFDB-PMDA/TFDB 2성분계의 6FDA/TFDB 함유량 60 ㏖%의 공중합체의 두께 10 ㎛의 폴리이미드막을 얻었다. 또한, 폴리이미드막의 두께는 같은 조건에서 성막한 막을 일부 박리하고 촉침법으로 측정한 값이다.

이 기판을 RF 이온 빔 스퍼터링장치에 셋팅하고, 실시예 1과 동일한 96층의 SiO₂-Ta₂O₅ 교호층에 의한 다층막을 성막하였다. 다층막의 두께는 약 20 ㎛였다.

얻어진 다층막 부착 기판을 다이서에 셋팅하고, 광학 다층막측으로부터 소정의 칩 사이즈로 깊이 25 ㎛까지 절단하였다. 절단 가공부는 기판 중앙부근의 한변이 40 ㎜인 정사각형 내이고, 칩 사이즈는 0.5 ㎜×2 ㎜이다.

그 다음, 기판 전체를 HCl의 1 ㏖% 수용액에 72시간 침지하고, 유리기판 및 폴리이미드막으로부터 다층막을 박리한 후, 순수로 잘 세정하여 목적의 광학 박막 필터를 얻었다.

얻어진 필터 칩을 편광현미경으로 육안 검사한 바, 전체 칩 1,600개 중, 불량품은 표면의 흠집에 의한 것 51, 다층막 내의 이물질에 의한 것 15, 칩의 크랙에 의한 것 33, 칩 전체의 깨짐·부러짐에 의한 것이 46의 합계 145로서, 양품률(수율)은 90.9%로 매우 양호하였다.

[비교예 1] 평면 평활한 기판으로서, 두께 3 ㎜, 100 ㎜ø의 Al 기판을 준비하였다.

이 기판을 APS(어드밴스드 플라즈마 소스) 증착장치에 셋팅하고, 실시예와 동일한 96층의 SiO₂-Ta₂O₅ 교호층에 의한 다층막을 성막하였다. 다층막의 두께는 약 20 ㎛였다.

그 다음, 기판 전체를 HCl의 3 ㏖% 수용액에 48시간 침지하고, Al 기판을 용해하는 동시에 다층막을 박리한 후 순수로 잘 세정하여 목적의 광학 박막 필터를 얻었다.

얻어진 필터 칩을 편광현미경으로 육안 검사한 바, 전체 칩 1,600개 중, 불량품은 표면의 흠집에 의한 것 40, 다층막 내의 이물질에 의한 것 10, 칩의 크랙에 의한 것 232, 칩 전체의 깨짐·부러짐에 의한 것이 253, 표면에 이물질이 부착되어 있는 것 347의 합계 882로서, 양품률(수율)은 44.9%로 낮은 값이 되었다. 표면에 부착되어 있는 이물질을 형광 X선으로 분석한 바, Al 및 Cl이 검출되었기 때문에 이 이물질은 AlCl₃라고 생각된다.

Claims

기판 상에 수지층을 형성하는 공정, 상기 수지층 상에 광학 다층막을 형성하는 공정 및 상기 광학 다층막을 수지층과의 계면으로부터 박리하는 박리공정을 갖는 광학 다층막 필터의 제조방법으로서, 상기 수지층은 6FDA, 6FDA/TFDB, 및 6FDA/TFDB의 함유량이 50몰% 이상인 6FDA/TFDB-PMDA/TFDB 2성분계 폴리이미드 공중합체 중에서 선택되는 불소화 폴리이미드막인 것을 특징으로 하는 광학 다층막 필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 광학 다층막을 형성하는 공정과 박리공정 사이에 상기 광학 다층막 및 수지층을 목적하는 크기로 절단하는 공정을 추가적으로 갖는 것을 특징으로 하는 광학 다층막 필터의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 박리공정에 있어서 물 또는 염산수용액에 침지함으로써 광학 다층막을 불소화 폴리이미드막으로부터 박리시키는 것을 특징으로 하는 광학 다층막 필터의 제조방법.
제4항에 있어서, 광학 다층막을 불소화 폴리이미드막으로부터 박리하는 방법이, 광학 다층막측으로부터 불소화 폴리이미드막의 상부, 또는 기판에 이르는 깊이의 분리 홈을 형성한 후, 물 또는 염산수용액에 침지함으로써 광학 다층막을 불소화 폴리이미드막으로부터 박리시키고, 소정 사이즈의 필터를 얻는 것을 특징으로 하는 광학 다층막 필터의 제조방법.
제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 다층막 필터.