KR20030043751A - 광 합분파기용 박막 필터 - Google Patents

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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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    • G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
    • G02B5/288—Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters

Abstract

본 발명은 광학 박막에 흠(chip)이나 균열(crack) 등의 결함이 생기기 어렵고, 신뢰성이 높은 광 합분파기용 박막 필터를 개시하고 있다. 박막 필터는 유리 기판과 유리 기판면 상에 형성한 광학 박막으로 이루어진다. 광학 박막의 측면이 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면 상에서, 유리 기판면과 이루는 각도가 예각이다. 바람직하게는, 그 각도가 6 내지 60°이다. 유리 기판면 상에 광학 박막을 형성하고, 광학 박막의 측면을 드라이 에칭으로 형성한 후에, 유리 기판을 다이서(dicer) 등으로 절단하여 개개의 박막 필터 소자로 한다. 유리 기판의 절단 시에 광학 박막을 절단하지 않기 때문에, 광학 박막의 측면에 흠이나 균열 등의 결함이 생기지 않는다. 광학 박막의 측면이 경사면으로 되어 있기 때문에, 흠이나 균열 등이 생기기 어려운 것으로 되어 있다.

Description

광 합분파기용 박막 필터 {Thin film filter for optical multiplexer/demultiplexer}
본 발명은 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing; 고밀도 다중 전송 시스템)에 사용되는 광 합분파기(光合分波器)용 박막 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광 합분파기용 박막 필터는 특정 파장의 광만을 투과하고, 투과대역(pass band bandwidth) 전후의 파장의 광을 반사하도록 설계되어 있다. 특히 고밀도 다중 전송의 경우, 투과대역 예를 들면, 1545.00+/-0.20㎚에 근접하는 다음의 투과대역의 파장 1544.20㎚이나 1545.80㎚가 근처에 있으므로 불투과 영역으로부터 투과 영역으로의 천이는 가능한 한 급격하게 할 필요가 있다. 박막 필터는 유리 기판과 그 유리 기판면 상에 형성한 광학 박막을 갖고 있다. 광학 박막은 1/4 파장의 광학 막두께를 한 높은 굴절율의 재질의 막과 1/4 파장의 광학 막두께를 한 낮은 굴절율의 재질의 막을 교대로 다수층 적층한 미러층과, 미러층 상에 형성한 1/2 파장의 정수배의 광학 막두께를 한 공극(스페이서층)과, 공극 상에 앞서의 미러층과 대칭으로 설치한 다른 미러층으로 이루어지는 캐비티로 이루어지는 것이다. 광학 박막은 4 내지 5층의 캐비티를 반복하여 적층한 것으로 함으로써 상술한 광학 특성을 달성하고 있다. 일반적으로는 낮은 굴절율의 재질로서 이산화규소(SiO2)를 사용하고, 높은굴절율의 재질로서는 오산화탄탈(Ta2O5) 등이 사용되고 있다. 또 광학 막두께란 물리적으로 측정되는 막두께에 그 재질의 굴절율을 곱한 것이다.
고밀도 다중 전송용으로, 투과대역이 0.8(㎚)인 200GHz용의 광 합분파기용 박막 필터에 있어서는 미러층과 스페이서층의 총 수는 약 90인 광학 박막 다층 구성이지만, 투과대역이 더욱 좁은 100GHz용으로서는 백수십층인 광학 박막 다층 구성으로 되어 있다. 적층한 막의 총 두께는 30㎛ 이상으로 되기 때문에 막의 잔류 응력은 큰 것으로 되고 있다. 또한, 유리 기판의 열팽창 계수는 약 110×10-7/℃로, 광학 박막의 열팽창 계수는 약 30×10-7/℃과, 열팽창 계수가 크게 다른 것을 사용하고 있고, 광학 박막을 형성할 때에 유리 기판의 온도를 수백도로 가열하고 있다. 또한 유리 기판과 광학 박막과의 열팽창 계수가 다름으로써, 광학 박막의 광투과 특성의 온도 의존성을 작게 하고 있다. 그 때문에 광학 박막에 큰 응력이 걸린 상태로 되어 있다. 광학 박막을 형성한 유리 기판을 절단하여 필터 소자로 하기 위해서는 유리 기판과 그 유리 기판면 상에 설치된 다층의 광학 소자를 동시에 절단할 필요가 있다. 유리 기판과 광학 박막을 동시에 절단하면, 광학 박막의 주위에 있는 모서리나 구석에 흠이 생길 뿐만 아니라, 균열이 생긴다. 또한 유리 기판과 광학 박막과의 경계면에도 미세한 균열이 생긴다. 이러한 균열이나 흠은 광 합분파기용 박막 필터의 광학 특성을 손상시키는 것이다. 광학 박막에 균열 등이 생기면 광학 박막의 응력이 완화되어 박막의 광학 특성이 변한다. 예를 들면 투과하는 파장 대역의 중앙 파장이 변화하거나, 투과하는 파장대역이 넓어지기도 한다. 더욱이, 광합분파기용 박막 필터의 사용 환경은 영하로부터 고온 영역에까지 미치기 때문에, 온도 사이클을 받아 균열이 진행되고, 최악의 경우, 기판과 광학 박막이 벗겨지는 문제가 있었다.
도 7에, 종래의 광 합분파기용 박막 필터(200)의 사시도를 도시한다. 유리 기판(220)과 광학 박막(210)은 숫돌로 동시에 절단되어 있기 때문에, 흠(204, 204′)이나 균열(205, 205′)이 발생하고 있다. 흠(204, 204′)은 수 ㎛에서 수백 ㎛, 균열(205, 205′)도 수십 ㎛에서 수백 ㎛ 이상 광학 박막에 결함을 주고 있었다. 더욱이, 균열에 의한 응력 완화가 생기고 있는 광학 박막 영역에서는 광학 특성이 변하고 있다. 흠이나 균열이 생겨 있는 광학 박막은 흠이나 균열이 있는 부분 및 그 주변을 벗어난 부분밖에 광 합분파기용 박막 필터로서 사용할 수 없다. 즉, 필터로서 사용하는 직경(d)의 부분보다도 충분히 여유가 있는 크기(w)를 한 필터를 사용하지 않으면 안된다. 이 때문에, 한 장의 기판으로부터 얻어지는 박막 필터의 수가 적어진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 광학 박막에 흠이나 균열 등의 결함이 생기기 어려운 신뢰성이 높은 광 합분파기용 박막 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기판으로부터의 광 합분파기용 박막 필터의 취득수를 증가시킬 수 있는 광 합분파기용 박막 필터를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 일실시예의 사시도.
도 2는 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터를 사용한 광 합분파기를 설명하기 위한 평면도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면의 일부를 확대하여 도시하는 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 다른 실시예의 사시도.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터에서의 측면 각도(θ)와 흠, 균열의 발생의 관계를 도시하는 그래프.
도 7은 종래의 광 합분파기용 박막 필터를 도시하는 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 박막 필터101 : 제 1 박막 필터
102 : 제 2 박막 필터103 : 제 3 박막 필터
110 : 광학 박막111 : 측면
120 : 유리 기판50 : 광 파이버
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터는 유리 기판과 그 유리 기판면 상에 형성한 광학 박막으로 이루어진다. 광학 박막의 측면이 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면 상에서, 상기 유리 기판면과 이루는 각도가 예각이다. 그 광학 박막은 복수의 적층한 캐비티로 이루어지고, 각 캐비티는 스페이서층과 그 스페이서층의 양면에 대칭으로 적층한 2세트의 미러층으로 이루어지고, 각 미러층은 저굴절율막과 고굴절율막을 교대로 복수층 적층한 것이다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터는 광학 박막의 두께의 1/10까지의 부분에 있어서, 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면 상에서, 광학 박막의 측면이 상기 유리 기판면과 이루는 각도가 6 내지 60°인 것이 바람직하다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터는 유리 기판면에서의 광학 박막의 측면의 끝이, 유리 기판면의 끝으로부터 떨어져 있는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터는 상기 광학 박막이 다각추대(多角錐臺)인 것이 가능하다. 다각추대란, 삼각추대로부터 n각추대까지 원추대를 포함하는 것이다. 또한, n각추대의 각부를 원호로 한 것과 같은, 즉 각부를 r 붙인(라운드 처리한) 형상도 포함하는 것이다. 다각추대의 형상이란 다각형의 상면과 동일한 수의 각수를 갖는 하면 및 경사면으로 이루어지는 형상으로, 상면보다 하면의 면적이 큰 것이다. 본 발명에서는 유리 기판과 접촉하는 광학 박막면을 하면, 반대면을 상면으로 하고 있다. 상면의 대각선 치수는 입사광 직경보다 큰 것이 필요하다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 기판 형상은 하면 형상에 유사한 형상으로 한정되는 것은 아니다. 유리 기판 형상이 사각이고 광학 박막이 원추대나 삼각추대, n각추대라도 좋다. 기판 형상은 큰 유리판을 숫돌 등으로 절단하여 만들기 때문에, 삼각형이나 사각형이 바람직하다. 기판은 투과 영역 파장 근방에서 광의 흡수를 일으키지 않는 것이 중요하고, 일반적으로 소다계 유리 등의 재료를 사용할 수 있다.
다각추대의 측면은 하나 이상의 평면 또는, 곡면으로 구성되어 있고, 평면과 곡면의 조합이라도 좋다. 곡면도 오목면, 볼록면의 형상인 것이 가능하다. 기판과 광학 박막이 접하고 있는 근처에 있는 광학 박막 측면에서는 평면 또는 오목면인 경우에 기판과 광학 박막이 벗겨지기 어려운 점에서 유리하다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 광학 박막의 측면이 드라이 에칭 형성한 것이 바람직하다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 제조 방법은, 기판 상에 전체면 광학 박막을 형성하는 공정, 광학 박막상에 드라이 에칭용 마스크를 설치하는 공정, 드라이 에칭용 마스크 비복부(非覆部)를 드라이 에칭을 행하지 않은 광학 박막을 다각추대의 형상으로 형성하여 숫돌 등으로 절단하는 기판의 절단 자리를 노출시키는 공정, 드라이 에칭용 마스크를 제거하는 공정, 기판이 노출된 절단 자리부를 숫돌 등으로 절단하여 소자를 형성하는 공정을 갖는다.
유리 기판을 진공 성막 장치 내에 설치하고, 그 한쪽 면에, 낮은 굴절율을 갖는 이산화규소와 높은 굴절율을 가지는 오산화탄탈 등의 층을 교대로 1/4 파장의 광학 막두께로 제막하여 적층한 미러층과, 1/2 파장의 정수배의 광학 막두께를 가지는 공극(스페이서층)으로서 이산화규소나 오산화탄탈 등을 끼워 대칭이 되도록다시 미러층을 설치하여 캐비티를 형성한다. 또한 캐비티를 4 내지 5층 반복하여 적층을 행하고, 광학 박막을 유리 기판 상에 형성한다.
다음에, 드라이 에칭용 마스크를 설치한다. 마스크로서는 포토리소그래피 기술을 사용하여 제작하는 것이 바람직하다. 포토레지스트를 광학 박막 전체면에 도포하고, 노광, 현상을 행하며, 포토레지스트 마스크를 제작한다. 금속을 제막하여 동일하게 마스크를 만들 수도 있지만, 드라이 에칭 후의 마스크 제거 등의 용이함으로부터 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다.
다음에 포토레지스트 비복부를 드라이 에칭하여, 광학 박막을 소정의 형상으로 가공한다. 반응성 이온 에칭을 사용한 경우는 광학 박막만을 에칭할 수 있기 때문에, 기판까지 에칭되는 일은 없다. 이온 밀링을 사용하면, 광학 박막뿐만 아니라 기판도 깎여 버리기 때문에, 이온 밀링의 작업 시간을 제어할 필요가 있다. 기판도 약간 깎는 것은 하등 문제가 없다. 이온 밀링을 할 때는 원자 입사 방향에 대하여 기판을 소정 각도로 기울이고, 또한 기판을 회전시킴으로써 광학 박막의 다각추대의 경사면 각도를 제어할 수 있다. 기판을 절단하여 기대(基臺)로 하는 절단 자리 부분은 광학 박막이 모두 제거된 상태로 하는 것이, 숫돌 등으로 절단할 때 흠이나 균열의 발생을 막는 데에 있어서 중요하다.
기판 상의 광학 박막을 다각추대의 형상으로 가공한 후, 마스크를 제거하면 다각추대의 형상을 한 광학 박막이 기판 상에 다수 배치된 상태가 된다. 광학 박막이 제거된 절단 자리를 따라서 숫돌 절단함으로써, 절단한 유리 기판 상에 다각추대의 형상을 한 광학 박막을 갖는 광 합분파기용 박막 필터가 얻어진다. 종래는 광학 박막과 기판을 동시에 절단하기 때문에, 각각의 재료에 적합한 절단 조건을 적용할 수 없고, 종합적으로 흠이나 균열의 발생이 적은 숫돌이나 가공 조건을 적용하지 않을 수 없었다. 본 발명에서는 숫돌로 절단하는 것은 기판뿐이기 때문에, 기판에 최적의 숫돌의 숫돌 입자재나 입자 직경, 절단 속도를 선택할 수 있다. 그 결과, 기판을 숫돌로 절단한 경우의 기판의 흠, 균열 폭은 수 ㎛ 이하가 되어, 기판의 흠이나 균열이 광학 박막에 주는 광학적인 영향도 없다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터(100)는 도 1에 사시도로 도시하는 바와 같이, 유리 기판(120)상에 광학 박막(110)이 형성되어 있다. 광학 박막(110)은 특정한 파장을 한 광, 정확하게는 특정한 파장대역의 광만을 투과하고, 다른 파장의 광을 반사한다.
도 2에 도시하고 있는 광 합분파기에서는 도 1의 박막 필터(100)를 8개 사용하고 있다. 광 파이버(50)에 의해서 보내진 λ1 내지 λ8의 파장을 가진 광 신호가 광 합분파기로 분리된다. 광 합분파기의 제 1 박막 필터(101)에서는 파장 λ1을 가진 광 신호만이 투과하여 분리되고, 다른 광 신호는 제 1 박막 필터(101)에 의해서 반사되어 제 2 박막 필터(102)로 간다. 제 2 박막 필터(102)에서는 파장 λ2의 광 신호만이 투과하여 분리되고, 다른 광 신호는 제 2 박막 필터(102)에 의해서 반사되고, 제 3 박막 필터(103)에 보내진다. 이하 순차적으로 각 박막 필터에 의해서 파장마다 광 신호가 분리되고, 8개의 박막 필터에 의해서 8종류의 광 신호가 분리된다.
광학 박막은 1/4 파장의 광학 막두께를 한 높은 굴절율의 재질의 막(예를 들면 오산화탄탈막)과 1/4 파장의 광학 막두께를 한 낮은 굴절율의 재질의 막(예를 들면 이산화규소막)을 교대로 다수층 적층한 미러층과, 미러층 상에 형성한 1/2 파장의 정수배의 광학 막두께를 한 공극(스페이서층)과, 공극 상에 앞서의 미러층과 대칭으로 설치한 다른 미러층으로 이루어지는 캐비티로 이루어지는 것이다. 광학 박막은 4 내지 5층의 캐비티를 반복하여 적층한 것이다. 광학 박막의 상세한 구조에 대해서는 Cushing의 미국특허 제6,018,421호(2000. 1. 25) 등에 설명되어 있고, 본 발명의 주지도 아니기 때문에 더 이상 상세하게 설명하는 것은 피한다. 광학 박막은 이와 같이 다층막이지만, 필요가 없는 한 이하의 설명 및 도면에서는 일체의 막으로서 설명하고 있다.
도 1과 도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예의 광 합분파기용 박막 필터(100)는 유리 기판(120)과 유리 기판면 상에 형성한 사각추대형의 광학 박막(110)으로 이루어지고 있는 것으로, 광학 박막의 주위에 있는 측면(111)이 경사면으로 되어 있다. 측면(111)이, 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면(도 3은 유리 기판면과 직각인 면에서의 단면을 도시하고 있다)상에서, 유리 기판면과 이루는 각도(θ)가 예각으로 되어 있다. 바람직하게는 광학 박막의 측면(111)이 광학 박막의 두께(T)의 1/10까지의 부분에 있어서, 유리 기판면과 이루는 각도(θ)가 6 내지 60°이다. 도 3에 있어서, 광학 박막(110)의 경사면 각도(θ)는 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면 상에서, 유리 기판으로부터 광학 박막의 두께(T)의 1/10까지의 부분이 유리기판면과 이루는 각도로 하고 있다. 또한 광학 박막 측면의 꼭지부에서의 유리 기판면과의 각도를 θ′로 하고, 각도(θ′)는 45 내지 90°이다.
광학 박막의 측면(111)은 재질이 상이한 높은 굴절율과 낮은 굴절율의 층을 교대로 적층한 구조로 되어 있고, 드라이 에칭으로 에칭 가공한 경우, 재질에 의한 에칭 속도의 차이로부터 미세하게는 계단형이 된다. 측면 각도는 이 계단형의 꼭지점을 이어 측면으로 하고, 유리 기판면과 측면이 이루는 각도이다. 광학 박막은 두께가 얇은 부분에서 응력이 더 걸리기 때문에, 전체 두께의 1/10 정도보다도 하측의 부분의 각도가 작은 쪽이 흠 등이 생기기 어렵다.
측면 각도(θ)가 60° 이상일 때에는 광학 박막이 유리 기판으로부터 벗겨지기 쉬워진다. 나중에 제시하는 실험에 있어서, 경사면 각도(θ)를 60°보다도 크게 해가면, 흠이나 균열의 발생 비율이 비약적으로 증가하고 있다. 이 때문에 경사면 각도(θ)의 상한은 60도로 하였다. 경사면 각도가 6도 이하로 되면 하면이 커지기 때문에, 기판으로부터 얻어지는 소자의 수가 줄어든다.
유리 기판면 상에 있어서의 광학 박막의 측면의 끝, 즉 광학 박막 측면과 유리 기판면이 교차하는 점 혹은 선이 유리 기판의 끝으로부터 떨어져 있는 것이 바람직하다. 유리 기판은 나중에 설명하는 바와 같이 다이서 등으로 절단되어 나누어지기 때문에, 유리 기판의 절단 시에 광학 박막이 절단되지 않도록 유리 기판의 절단부에서 광학 박막이 떨어져 있는 것이 바람직하다. 광학 박막의 끝이, 유리 기판의 끝으로부터 떨어져 있는 거리는 광학 박막으로서는 쓸모 없는 공간이기 때문에 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 다각추대의 형상을 갖는 광학 박막의 측면은 드라이 에칭으로 형성된 면인 것이 바람직하다. 드라이 에칭은 에칭 가스나 원자를 피가공면에 접촉하여 가공한다. 예를 들면, 반응성 이온 에칭(Reactive ion etching), 이온 밀링 등을 사용할 수 있다. 반응성 이온 에칭은 광학 박막을 구성하고 있는 재질이 특정한 가스와 화학 반응을 일으켜 증발하기 쉬운 화합물이 되어, 기화함으로써 막을 에칭한다. 이러한 가공은 원자 혹은 분자 단위의 가공이기 때문에, 숫돌 절단과 틀리고 물리적 충격 파괴에 의한 흠이나 균열이 일어나지 않는다. 이온 밀링의 경우는 가속된 아르곤 원자 등을 광학 박막에 충돌시켜, 그 충격으로, 광학 박막을 분자 단위로 파괴하여, 비산시킴으로써 에칭한다.
도 4는 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의 다른 실시예의 사시도이다. 도 4a는 원추대의 광학 박막(110)과 사각의 기판(120), 도 4b는 육각추대의 광학 박막(110)과 사각의 기판(120), 도 4c는 사각추대의 각부를 원호로 한 광학 박막(110)과 사각형의 기판(120), 도 4d는 육각추대의 광학 박막(110)과 삼각형의 기판(120)으로 구성된 광 합분파기용 박막 필터이다. 기판은 숫돌로 유리판을 절단하여 형성하기 때문에, 평행사변형을 포함하는 사각형이나 삼각형으로 하여, 광학 박막(110)은 다각추대의 조합으로 할 수 있다.
다음에 본 실시예에서 사용한 제조 방법에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다. 우선, 유리판(2')을 준비한다(도 5a). 유리 기판(2')을 진공 증착 장치 내에 세트하고, 유리판 온도를 약 300℃로 가열하고, 진공도 1.2×10-2Pa에서 이산화규소막과 오산화탄탈막을 형성한다. 광학 막두께 λ/4의 저굴절율막(물리 막두께 265㎚의 이산화규소막)과 광학 막두께 λ/4의 고굴절율막(물리 막두께 180㎚의 오산화탄탈막)을 교대로 적층하여 합계 15층의 막으로 이루어지는 미러층을 형성하였다. 그 위에 λ/2의 3배의 광학 막두께가 되도록 이산화규소를 물리 막두께 1590㎚로 제막하였다. 이 막은 공극(스페이서층)이라고 불린다. 공극 상에, 공극을 끼워 대칭이 되도록 다시 미러층을 설치하였다. 미러층과, 공극과 그 위에 또한 형성한 미러층을 모아 캐비티라고 불린다. 캐비티를 4층 반복하여 적층하고, 적층 총수 124층의 광학 박막(1')을 제작하였다(도 5b). 광학 박막의 두께는 약 33㎛이다. 광학 박막을 형성한 유리 기판의 두께는 약 10mm이고, 유리 기판의 이면측을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 행하여 약 1mm 두께까지 깎는다. 도 5에서는 이 CMP 공정을 제외하고 도시하고 있다. 광학 박막(1')의 면 상에 포토레지스트를 12㎛의 두께로 도포하여, 90℃에서 경화시킨 후, 콘택트 얼라이너(contact aligner)를 사용하여 포토레지스트를 노광, 현상하여 드라이 에칭용의 마스크(6)를 형성하였다(도 5c). 마스크 비복부에 있는 광학 박막을 반응성 이온 에칭에 의해 선택적으로 에칭하여 제거하였다(도 5d). 반응성 이온 에칭 장치는 유도 결합 플라즈마 여기 방식으로, 반응성 가스는 테트라플루오르메탄(CF4)과 트리플루오르메탄(CHF3), 산소(O2)의 혼합 가스를 사용하여, 약 240분 반응성 이온 에칭을 하였다. 반응성 가스의 압력을 변경함으로써, 에칭을 등방성 또는 이방성으로 할 수 있다. 반응성 이온 에칭 작업의 초기에서 중기는 가스압을 5.3Pa로 하여이방성 에칭으로 하고, 반응성 이온 에칭 작업의 말기는 가스압을 13 내지 20Pa에서 행하고 등방성 에칭을 하여 기판(2')의 표면이 나올 때까지 에칭을 하였다. 이렇게 가스압을 변경함으로써, 도 3에 도시한 경사면 각도 θ'를 85도, θ를 35도로 제어하였다.
광학 박막(1')을 사각추대형으로 가공한 후, 드라이 에칭용 마스크의 포토레지스트를 아세톤을 사용하여 제거하였다(도 5e). 사각추대의 형상을 이룬 광학 박막(110)이 바둑판 형상(checkered pattern)으로 배치된 유리판(2')을 절단 숫돌(7)을 사용하여 떼어내고(도 5f), 기판(120)상에 사각추대의 형상의 광학 박막(110)을 갖는 광 합분파기용 박막 필터(100)를 얻었다(도 5g). 절단은 다이아몬드 숫돌을 사용하여, 250mm/분의 속도로 하였다.
본 발명의 광 합분파기용 박막 필터의, 경사면 각도(θ)와 흠, 균열 발생의 관계를 도 6의 그래프에 도시한다. 기판, 광학 박막도 사각추대의 형상으로 하고, 경사면 각도 θ를 5.2도로부터 84.2도까지 변화시켰다. θ'는 85도로부터 88도로 하였다. 광학 박막 끝 모서리부와 기판 모서리부의 거리는 3 내지 5㎛로 하였다. 광학 박막에 5㎛ 이상의 흠, 균열이 하나라도 발생한 광 합분파기용 박막 필터 수를, 검사한 광 합분파기용 박막 필터 수로 나누어 백분률로 나타내고, 흠, 균열 발생율로 하였다. 검사한 광 합분파기용 박막 필터수는 2965개이다. θ가 60도 이하에서는 광학 박막에는 흠, 균열이 발생하고 있지 않았었다. θ가 70도에서 발생율은 5.1%, 85도에서는 14.5%로 흠, 균열의 발생율이 현저히 높아졌다. θ가 85도에 도달하면 경사면의 구배가 한결같이 되어, θ와 θ'와의 구별이 없어진다. 경사면이 똑같은 구배로 되더라도 θ를 본 발명에서 규정하고 있는 범위로 함으로써 흠, 균열의 발생율을 낮출 수 있다.
흠, 균열이 없었던 θ가 5도 내지 85도인 합계 500개 광 합분파기용 박막 필터를, 가열 냉각 시험을 행하였다. -30℃에서 30분 유지한 후, 5℃/분의 속도로 80℃까지 가열하여, 30분 유지한 후 같은 온도 구배로 -30℃까지 냉각하였다. 이 열 사이클을 30회 행한 후, 흠, 균열을 검사하였다. 경사 각도 θ가 70도 이하인 광 합분파기용 박막 필터에는 가열 냉각 시험에서 새로운 흠, 균열의 발생은 없었다. 경사 각도 θ가 85도인 광 합분파기용 박막 필터에서는 45개 중 3개에 기대와 광학 박막 사이에 벗겨진 것 같은 균열이 발생하고 있었다. 이 사실로부터도, θ를 규정한 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터는 가혹한 온도 환경하에서도 높은 신뢰성을 나타내었다.
상술한 바와 같이, 광학 박막에 종래 한쪽으로부터 수백 ㎛ 들어가 있는 흠이나 균열을 없앨 수 있었다. 본 발명의 광 합분파기용 박막 필터 기판(2)의 외측 치수(w)는 광 직경(d)에 광학 박막의 경사면의 길이와 기대의 흠 폭을 수 ㎛ 더한 정도까지 소형화할 수 있었다. 이로써 한 장의 유리판으로부터 떨어지는 광 합분파기용 박막 필터의 수를 5% 올릴 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 광학 박막을 드라이 에칭으로 다각추대의 형상으로 가공한 후, 기판만을 숫돌로 절단함으로써, 광학 박막의 흠, 균열의 발생을 막을 수 있고, 온도 변화에 의한 새로운 흠, 균열의 발생이 없는 신뢰성이 높은 광합분파기용 박막 필터를 얻을 수 있었다. 또한, 기판으로부터 광 합분파기용 박막 필터의 취득 수를 많게 할 수 있고, 염가인 광 합분파기용 박막 필터를 제공할 수 있었다.

Claims (9)

  1. 유리 기판과 그 유리 기판면 상에 형성한 광학 박막으로 이루어지고,
    상기 광학 박막은 복수의 적층한 캐비티로 이루어지며,
    각 캐비티는 스페이서층과 그 스페이서층의 양면에 대칭으로 적층한 2세트의 미러층으로 이루어지고,
    각 미러층은 저굴절율막과 고굴절율막을 교대로 복수층 적층한 광 합분파기용 박막 필터에 있어서,
    광학 박막의 측면이 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면 상에서, 상기 유리 기판면과 이루는 각도가 예각인 광 합분파기용 박막 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 박막의 측면이 광학 박막의 두께의 1/10까지의 부분에 있어서, 그 측면과 유리 기판면과의 교점에 있어서, 유리 기판면과 직각인 면 상에서, 상기 유리 기판면과 이루는 각도가 6 내지 60°인 광 합분파기용 박막 필터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 유리 기판면에서의 광학 박막의 측면의 끝이, 유리 기판면의 끝으로부터 떨어져 있는 광 합분파기용 박막 필터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 박막이 다각추대인 광 합분파기용 박막 필터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 광학 박막이 다각추대인 광 합분파기용 박막 필터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 광학 박막의 측면이 드라이 에칭 형성한 것인 광 합분파기용 박막 필터.
  7. 제 3 항에 있어서, 광학 박막의 측면이 드라이 에칭 형성한 것인 광 합분파기용 박막 필터.
  8. 제 4 항에 있어서, 광학 박막의 측면이 드라이 에칭 형성한 것인 광 합분파기용 박막 필터.
  9. 기판 상에 전체면 광학 박막을 형성하는 공정, 광학 박막상에 드라이 에칭용 마스크를 설치하는 공정, 드라이 에칭용 마스크 비복부를 드라이 에칭을 행하여 광학 박막을 다각추대의 형상으로 형성하여 숫돌 등으로 절단하는 기판의 절단 자리를 노출시키는 공정, 드라이 에칭용 마스크를 제거하는 공정, 기판이 노출된 절단 자리부를 숫돌 등으로 절단하여 소자를 형성하는 공정을 포함하는 광 합분파기용 박막 필터 제조 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200714936A (en) * 2005-10-06 2007-04-16 Asia Optical Co Inc The cutting method for DWDM optical filter
TW200714937A (en) * 2005-10-06 2007-04-16 Asia Optical Co Inc The cutting method for DWDM optical filter
WO2007049478A1 (ja) * 2005-10-26 2007-05-03 Central Glass Company, Limited 近赤外線反射基板およびその基板を用いた近赤外線反射合わせガラス、近赤外線反射複層ガラス
CN101047463B (zh) * 2006-10-25 2012-05-23 浙江大学 基于两端厚度递减结构的多通道波长空间解复用薄膜器件
CN103777281A (zh) * 2012-10-25 2014-05-07 捷迅光电有限公司 用于密集波分复用的可堆叠窄带滤波器
CN109445010B (zh) * 2019-01-15 2024-03-29 北极光电(深圳)有限公司 一种改善应力型滤波片结构及波分复用器
US11320597B1 (en) 2021-01-29 2022-05-03 Browave Corporation Optical device
CN113184800B (zh) * 2021-04-14 2023-11-14 北京北方华创微电子装备有限公司 微机电系统器件的制造方法及微机电系统器件
CN114236716B (zh) * 2022-02-28 2022-05-17 耀芯电子(浙江)有限公司 一种单纤双向多模波分复用光电转换装置及制作方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5583683A (en) * 1995-06-15 1996-12-10 Optical Corporation Of America Optical multiplexing device
US6018421A (en) * 1995-06-28 2000-01-25 Cushing; David Henry Multilayer thin film bandpass filter
US5907436A (en) * 1995-09-29 1999-05-25 The Regents Of The University Of California Multilayer dielectric diffraction gratings
JPH09281326A (ja) * 1996-04-12 1997-10-31 Hitachi Cable Ltd 導波路埋め込み用フィルタ及びその製造方法
DE69917819T2 (de) * 1998-02-04 2005-06-23 Canon K.K. SOI Substrat
US6212312B1 (en) * 1999-09-17 2001-04-03 U.T. Battelle, Llc Optical multiplexer/demultiplexer using resonant grating filters
JP3670193B2 (ja) * 1999-12-21 2005-07-13 スタンレー電気株式会社 多層膜フィルタ及び多層膜フィルタ付ハロゲンランプ
JP2001264561A (ja) * 2000-03-15 2001-09-26 Fuji Xerox Co Ltd 光導波路素子、光導波路素子の製造方法、光偏向素子、及び光スイッチ素子
JP2002090518A (ja) * 2000-09-20 2002-03-27 Olympus Optical Co Ltd 回折光学素子及び回折光学素子の成形用金型
JP2002196182A (ja) * 2000-12-27 2002-07-10 Nippon Sheet Glass Co Ltd 傾斜面を有する光学素子

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