JPH03233501A - 光学多層膜フイルタ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学多層膜フィルタ素子及びその製造方法に
関する。特に、光通信等に用いる超小型且つ超薄型の光
合分波フィルタ素子及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

−ｉに、光学多層膜フィルタ素工は多層膜による光の干
渉を利用して、特定の波長βｎ域の先のみを選択的に透
過又は反射させるものである。光学多層膜フィルタ素子
は屈折率の異なる非金属光学物質を重ね占わせた積層構
造を有し、従来ガラス基板上に真空蒸管によって形成さ
れていた。各層の膜厚及び屈折率を変える事により、任
意の中心波長に対して任意の半値幅を持つフィルタをｉ
′４る事かできる。

かかる光学多層膜フィルタ素子は光多重通信等において
光合分波フィルタとして広く用いられている。即ち、光
合分波フィルタは光ファイバから構成される光導波路網
の分岐点に挿入され、各波長成分の分離及び合成を行な
うものである。二の為、光合分波フィルタは超小型の寸
法をａし、且つ光損失を防ぐ為に数十血程度の超薄型寸
法を釘する。

従来の光合分波フィルタは、厚さ数十μｍのガラス基板
上に屈折率の異なる光学物質を真空蒸着法により交互に
積層した構造を有していた。かかるフィルタを製造する
為に、従来ガラス基板上に多層膜を真空蒸着した後、ガ
ラス基板を数十血に研摩し、これを数ｍｍ角に切断して
いた。あるいは、ｆめ数十血に研摩されたガラス基板上
に多層膜を堆積して製造していた。

〔発明か解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の光合分波フィルタは真空蒸着法に
より堆積された多層膜構造である為、膜質は多孔性であ
り耐候性特に耐湿性に劣るという問題点かあった。即ち
、多層膜が多孔性である為水分あるいはアルコールを吸
着しフィルタの透過周波数特性が変動してしまい正確な
光合分波を行なう事ができなくなり、多重通信にノイズ
が混入してしまうという問題点があった。かかる問題点
に鑑み、本発明の第１の目的は耐候性特に耐湿性に優れ
た超小型及び超薄型の光学多層膜フィルタ素子を提供す
る事である。かかる第１の目的を達成する為に、本発明
においては水分等に対して非吸着性の緻密組成を有する
光学多層膜を利用している。

ところで、従来と同様に、緻密組成を有する多層膜をガ
ラス基板上に固着させた後ガラス２！仮を数十血の厚さ
に研摩して超薄型の光学フィルタを製造すると、緻密多
層膜がガラス基板に対して強い圧縮内部応力を示す為、
研摩の段階でガラス基板か破損してしまう。仮に、破損
せずに研摩されたとしても、強い圧縮内部応力の為にガ
ラス基板に変形か生じ使用する事か困難となる。かかる
困難に鑑み、本発明の第２の目的は緻密多層膜からなる
耐候性に優れた超薄型光学フィルタ素子を破損あるいは
変形なしに製造する事である。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記第１の目的を達成する為に、本発明にかかる光学フ
ィルタ素子は高屈折層と低屈折層を交互に積層した多層
構造からなる単体型の光学フィルタ薄膜を構成要素とし
ている。高屈折層は比較的高屈折率の光学物質からなり
水分等に対して非吸着性の緻密組成を有するとともに一
定の圧縮内部応力を呈する。又低屈折層は比較的低屈折
率の光学物質からなり水分等に対して非吸着性の緻密組
成を有するとともに高屈折層と略同等の圧縮内部応力を
呈する。

上記の第２の目的を達成する為に、本発明にかかる光学
フィルタ薄膜の製造方法は溶媒に対して可溶性の担体を
用意する準備工程を含んでいる。

続いて、可溶性担体に対して高屈折率の光学物質と低屈
折率の光学物質を交互に堆積し積層の光学フィルタ薄膜
を形成する堆積工程が行なわれる。

最後に、可溶性担体を溶媒に溶解して光学フィルタ薄膜
を剥離する分離工程か行なわれ単体型光学フィルタ薄膜
が得られる。

〔作　　用〕

本発明によれば、超薄型光学フィルタ素子は水分等に対
して非吸着性の緻密組成を有する多層膜から構成されて
おり、耐候性特に耐湿性に優れている。又、多層膜を構
成する高屈折層と低屈折層は互いに略同等の圧縮内部応
力を呈する為、層間に内部歪みか蓄積されずその形状寸
法に安定性かある。

又、本発明にかかる光学フィルタ薄膜の製造方法によれ
ば、光学フィルタ薄膜は担体から剥離された単体型の多
層膜として得られる。従って、従来の様にガラス基板と
多層膜との間の圧縮内部応力が問題とならす歩留りよく
光学フィルタ薄膜を製造する事かできる。

〔実　施　例〕

以下図面を２照して本発明の好適な実施例を詳細に説明
する。第１図は光学多り膜フイルタ素子の第１の実施例
を示す斜視図である。図示する様に、光学フィルタ素子
１は単体型の多層膜２から構成されている。但し、実際
の使用に当っては他の光学部材あるいは光学部品と組合
せて用いる事ができる事はいうまでもない。多層膜２は
高屈折層３と低屈折層４を交互に積層した多層構造を有
する。高屈折層３は比較的高屈折率の光学物質からなり
水分に対して非吸着性の緻密組成を有するとともに一定
の圧縮内部応力を呈する。又低屈折層４は比較的低屈折
率の光学物質からなり水分に対して非吸着性の緻密組成
を有するとともに”高屈折層３と略同等の圧縮内部応力
を呈する。各屈折層の屈折率及び厚みを適宜設定する事
により、所望の光選択周波数特性を有する光学フィルタ
多層膜２を得る事かできる。本実施例においては、特に
光学フィルタ素子１を光多重通信等に使われる先金分波
フィルタ素子として用いる為に、数關角の面積と数十鵬
程度の膜厚を有する。例えば、０．２５ｍｍの層厚を有
する高屈折層３及び低屈折層４を６０層重ねる事により
膜厚か１５１１ｎの多層膜２を得る事ができる。

高屈折層３を構成する高屈折率の光学物質としては例え
ばＴ　ａ　９０５を用いる事かでき、低屈折層４を構成
する低屈折率の光学物質としては５ｉｎ９を用いる事か
できる。これら光学物質は加速エネルギー粒子を利用し
た堆積処理により積層され水分あるいはアルコール等の
溶媒分に対して非吸着性の緻密組成を有する。加速エネ
ルギー粒子を利用した堆積処理としては、例えばイオン
アシスト真空蒸着法が用いられる。

第２図は本発明にかかる光学フィルタ素子の第２の実施
例を示す斜視図である。図示する様に、光学フィルタ素
子１０は第１の実施例と同様に単体型の多層膜２から構
成されている。本実施例においては、多層膜２は高屈折
層３と低屈折層４の積層部分の他に、調整層５を有して
いる。この調整層５は多層膜２の所望の膜厚を得る為に
調整的に設定された層厚を有している。即ち、光学フィ
ルタ素Ｔ−１０はフィルタリング機能を有する積層部分
の他に単に多層膜２の厚み調整機能のみを有する調整層
とを有している。調整層５は例えば低屈折層４と同一の
光学物質から構成されており、積層部分と同様に水分に
対して非吸着性の緻密組成を有する事が好ましい。

次に、第３図を膠照して本発明にかかる光学フィルタ素
子の物理的特徴を詳細に説明する。第３図はガラス基板
に対して種々の光学物質をイオンアシスト真空蒸着法に
より堆積して形成された単層膜の内部応力を示すグラフ
である。縦軸は単層堆積膜の内部応力の大きさを示し、
０レベルを基準として上側が圧縮内部応力を示し下側は
引張内部応力を示す。圧縮内部応力はガラス基板の接合
面に対して圧縮歪みを加える様な方向に作用し、引張応
力は逆にガラス基板の接合面に対して引張歪みを与える
方向に作用する。横軸はイオンアシスト真空蒸着法にお
いて用いられるアシストイオンのイオン電流密度を示す
。イオンアシスト真空蒸着法は真空蒸着中において蒸着
面に対して加速エネルギー粒子であるイオンを照射し蒸
着堆積膜を緻密化する為のものである。従ってイオン電
流密度が大きい程緻密化は進行する。かかるイオンアシ
スト真空蒸着法を用いる事により水分に対して非吸着性
の緻密組成を有する屈折層を形成する事ができる。屈折
層の材料として光学酸化物を用いた場合には加速イオン
粒子としては酸素イオンが好ましい。第３図に示す様に
、イオン電流密度が０の場合には、即ち通常の真空蒸着
法を行なった場合には、高屈折率物質ＴｌＯ２は引張内
部応力を呈し、低屈折率物質Ｓ　１０２は略同等の大き
さを有する圧縮内部応力を呈する。従って、従来におい
てはＴｉＯと５ＩＯ２を通常の真空蒸着法を用いてガラ
ス基板上に積層し光学フィルタ素子を製造していた。Ｔ
ｌＯ２の引張内部応力とＳｉＯ２の圧縮内部応力が互い
に打消し合いガラス基板に対しては実質的に応力か如わ
らない。

しかしながら、通常の真空蒸る法を用いた場合には蒸も
堆積層の緻密化か行なわれておらす多孔性である。従っ
て、水分に対して吸着性かあり耐湿性に問題がある。こ
れに対して、本発明においては例えばイオンアシスト真
空蒸着法を用いる事により堆積層の緻密化を図っている
。第３図に示す様に緻密化が進行するに従って、種々の
光学物質から構成される屈折層は全て圧縮内部応力を呈
する様になる。従って、従来と同じ様にかかる強い圧縮
内部応力を有する屈折層をガラス基板に堆積させる事は
極めて困難であった。圧縮内部応力の為にガラス基板の
破損あるいは変形か生しるからである。そこで、本発明
においては光学フィルタ素子は基板から分離した中休型
の多層膜から構成されている。特に、高屈折層の圧縮内
部応力と低屈折層の圧縮内部応力か略等しくなる様な条
件でイオン電流密度を制御しイオンアシスト真空蒸着法
を用いて多層膜を形成する事により、各層間の歪みを除
く事かでき寸法形状的に安定した単体型光学フィルタ多
層膜を得る事かできる。例えば、高屈折率物質としてＴ
　ａ　Ｑ　Ｏ５を用い低屈折率物質としてＳ　ＩＯ２を
用いた場合には、第３図から明らかな様に、イオン電流
密度の広い領域に渡って両者の圧縮内部応力は略等しく
実質的に歪みのない単体型光学フィルタ多層膜を作る事
かできる。

次に本発明にかかる単体型光学フィルタ薄膜の製造方法
を詳細に説明する。第４図は本発明にかかる製造方法の
第１の実施例を示す工程図である。

第４図（Ａ）に示す工程において、溶媒に対して可溶性
の担体６が用意される。本実施例においては、担体６は
可溶性物質からなる平板担体を利用している。可溶性物
質としては水に溶ける食塩単結晶や酸もしくはアルカリ
に可溶な金属例えばアルミニウムを用いる事かできる。

あるいはアルミナ等の金属酸化物を担体材料に用いても
良い。溶媒としては、酸やアルカリの他に所定のエッチ
ャントを用いても良い。但し、溶媒はフィルタ薄膜を構
成する物質に影響を与えないものを選択する。

続いて第４図（Ｂ）に示す工程において、可溶性担体６
に対して高屈折率の光学物質と低屈折率の光学物質を交
互に堆積し積層の光学フィルタ多層膜２を形成する。堆
積方法としては通常の真空蒸着法を用いる事もできるが
、二の場合には多層膜は多孔性を有し水分に対して吸告
性かある。従って、好ましくは水分に対して非吸着性の
緻密組成を有する多層膜２を堆積する為に、イオンアシ
スト真空蒸着法、イオンブレーティング真空蒸着法ある
いはスパッタリング法を用いる事が好ましい。

これらの堆積方法は加速エネルギー粒子を利用する事に
より水分に対して非吸着性の緻密な屈折層を形成する事
ができる。なお、イオンブレーティング真空蒸着法は電
子線加熱により蒸発した物質をプラズマ中において加速
させ担体表面に堆積させるものである。高屈折層を形成
する高屈折率光学物質としては例えばＴａ２Ｏ５を用い
る事かでき、低屈折層を形成する低屈折率光学物質とし
ては例えばＳ　ｉＯ２を用いる事ができる。

第４図（Ｃ）に示す工程において、光学フィルタ薄膜２
を可溶性担体６に担持されている状態のままで切断し所
望の寸法に細分化する。この切断は例えば半導体製造に
用いられるウェハのスクライバ−を使う事ができる。こ
の時、図示する様に切断線は多層膜２の膜厚よりやや深
めに設定し可溶性担体６の表面部をも合わせて切断する
事か好ましい。なお、切断時に用いられる冷却液は可溶
性担体６を溶解するものであってはならない。

最後に第４図（Ｄ）に示す工程において、可溶性担体６
を特定の溶媒に浸漬して溶解し細分化された光学フィル
タ多層膜２を剥離する。この結果、細分化された個々の
光学フィルタ多層膜片が分離され単体型の光学フィルタ
素子１を得る事ができる。例えば、可溶性担体６か食塩
の単結晶板で構成されている場合には溶媒としては水を
使う事ができる。又、可溶性担体としてアルミニウム金
属板を用いた場合には、特定の溶媒として酸を用いる事
ができる。

第５図は本発明にかかる単体型光学フィルタ薄膜の製造
方法の第２の実施例を示す工程図である。

第５図（Ａ）に示す工程において、不溶性物質からなる
仮基板７が！ｆ−備される。

第５図（Ｂ）に示す工程において、仮基板７の表面に可
溶性物質からなる被膜担体６を形成する。

この被膜担体６は例えば金属アルミニウムのスパッタリ
ングや真空蒸る等により得る事ができる。

そしてこの可溶性波膜担体６は特定の二ソチング液に対
して可溶である。

第５図（Ｃ）に示す工程において、被膜担体６に対して
高屈折率の光学物質と低屈折率の光学物質を交互に堆積
し積層の光学フィルタ多層膜２を形成する。この堆積工
程は第４図に示す第１の実施例と同様に行なわれる。

第５図ＣＤ）に示す工程において、堆積された光学フィ
ルタ多層膜２を被膜担体６に担持されている状態で切断
し所望の−ｊ法に細分化する。この切断工程も第１の実
施例と同様に行なう。本実施例においては多層膜２の厚
みよりも深めに切断し同時に担体被膜６にも切込みを入
れる事か好ましい。

但し、必ずしも切込みを入れる必要はない。

最後に第５図（Ｅ）に示す工程において、被膜担体を溶
媒に溶角７して細分化された光学フィルタ多層膜２を剥
離する。この時、被膜担体に切込みか入っておりその端
面が露出している場合にはサイドエツチングの効果によ
り被膜担体の溶解が促進される。この様にして、細分化
された光学フィルタ多層膜２は仮基板７から分離され個
々の単体型光学フィルタ素子１を得る事ができる。

〔発明の効果〕

上述した様に、本発明によれば緻密化された光学フィル
タ多層膜をガラス基板から分離する事により従来問題と
なっていたガラス基板に対する多層膜の圧縮内部応力が
解放され、反り等の変形がなく耐候性特に耐湿性の良好
な超薄型光学フィルタ素子を得る事かできるという効果
かある。又、本発明にかかる製造方法によれば、従来の
様に多層膜の圧縮内部応力によりガラス基板が研摩中に
破損したり圧縮内部応力によって変形が生じる事がなく
、製造歩留りを著しく向上する事ができるという効果か
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学フィルタ素子の第１の実施例を示す斜視図
、第２図は光学フィルタ素子の第２の実施例を示す斜視
図、第３図は堆積膜内部応力とイオン電流密度の関係を
示すグラフ、第４図は光学フィルタ素子製造方法の第１
の実施例を示す工程図、及び第５図は光学フィルタ素子
の製造方法の第２の実施例を示す工程図である。 １・・・光学フィルタ素子　　２・・・多層膜３・・・
高屈折層　　　　　　４・・・低屈折層５・・・調整層
　　　　　　　６・・・可溶性担体７・・・不溶性仮基
板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比較的高屈折率の光学物質からなり水分等に対して
   非吸着性の緻密組成を有するとともに一定の圧縮内部応
   力を呈する高屈折層と、比較的低屈折率の光学物質から
   なり水分等に対して非吸着性の緻密組成を有するととも
   にほぼ同等の圧縮内部応力を呈する低屈折層とを交互に
   積層した多層構造からなる単体型の光学フィルタ薄膜を
   構成要素とする光学フィルタ素子。 ２、該光学フィルタ薄膜は、所望の膜厚を得る為に調整
   的に設定された層厚を有する調整層を含む請求項１に記
   載の光学フィルタ素子。 ３、該高屈折層はＴａ＿２Ｏ＿５の緻密堆積層からなり
   該低屈折層はＳｉＯ＿２の緻密堆積層からなる請求項１
   に記載の光学フィルタ素子。 ４、溶媒に対して可溶性の担体を用意する準備工程と、 可溶性担体に対して高屈折率の光学物質と低屈折率の光
   学物質を交互に堆積し積層した光学フィルタ薄膜を形成
   する堆積工程と、 可溶性担体を溶媒に溶解して光学フィルタ薄膜を剥離す
   る分離工程とからなる単体型光学フィルタ薄膜の製造方
   法。 ５、可溶性担体に担持された光学フィルタ薄膜を可溶性
   担体に担持されている状態で切断し所望の寸法に細分化
   する工程を含む請求項４に記載の製造方法。 ６、該準備工程は可溶性物質からなる平板担体を用意す
   る工程である請求項４に記載の製造方法。 ７、該準備工程は不溶性物質からなる仮基板の表面に可
   溶性物質からなる被膜担体を形成する工程である請求項
   ４に記載の製造方法。 ８、該堆積工程は、加速エネルギー粒子を利用する事に
   より水分等に対して非吸着性の緻密な積層を堆積する工
   程である請求項４に記載の製造方法。 ９、該堆積工程は緻密な積層中において略同等の圧縮内
   部応力を生じる高屈折率の光学物質及び低屈折率の光学
   物質を交互に堆積する工程である請求項８に記載の製造
   方法。 １０、該堆積工程はＴａ＿２Ｏ＿５とＳｉＯ＿２を交互
   に堆積する工程である請求項９に記載の製造方法。