(57)【要約】【課題】  基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜でも、光学部品の特性を劣化させることなく、エッチング量あるいは成膜量を高精度でかつ、連続的に制御することができる光学部品の製造方法を提供する。【解決手段】  基板１と光学部品用膜２の間に反射膜３を作製し、反射膜に単一波長光を入射し、光学部品用膜２と反射膜３の界面で反射する反射光の反射率の変化とエッチング膜厚の変化を用いる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に該基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜を形成した光学部品の製造方法において、
前記基板と前記光学部品用膜の間に該基板と異なる屈折率をもつ反射膜を作製し、単一波長光を前記光学部品用膜の上部から前記反射膜へ入射し、前記光学部品用膜と前記反射膜の界面で反射する反射光を測定しながら、光学部品用膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する前記反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御するようにしたことを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項２】
基板上に該基板と異なる屈折率をもつ光学部品用膜を形成する光学部品の製造方法において、
前記基板上に形成した前記光学部品用膜の上部から単一波長光を前記光学部品用膜へ入射し、前記基板と前記光学部品用膜の界面で反射する反射光を測定しながら、前記基板上の前記光学部品用膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する前記反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御する光学部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１および請求項２記載の光学部品の製造方法において、
前記反射膜として金属を用いたことを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の光学部品の製造方法において、
前記光学部品用膜がＴａ2Ｏ5で構成されていることを特徴とする光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用デバイスに使用される回折格子等の光学部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信システムの普及に伴い、回折格子をはじめとする光学部品の開発が進められている。これらの光学部品は、その機能向上や小型化等の特性向上の目的と、基板の加工が困難である等の製造上の問題解決のため、基板上に作製した膜を利用し、その膜を所望の形状に加工することにより得られている。その光学部品の膜厚精度は、回折格子等の形状に影響するため、それを組み込んだ光合分波器等の光通信用デバイスの特性を大きく左右する。そのため光学部品の製造方法において、高精度な膜厚制御方法が必要となっている。この課題を解決するために以下のような方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１においては、２種類の屈折率をもつ光学部品用膜を基板上に交互に積層して作製する場合の膜厚制御方法として、透過光量を用いた方法が示されている。この方法では成膜中に膜の上部から分光した白色光を照射し、基板と光学部品用膜を透過した光量を基板裏面で検出している。この検出された透過光量が、１／４波長光学膜厚ごとに増減を繰り返すことを利用して膜厚を制御している。さらに光学部品膜の材料定数により決まる所望のセンタ波長の長短両側の２波長の光量を測定し、その光量がクロスする点を用いることにより高精度な膜厚制御を行っている。
【０００４】
特許文献２においては、基板と光学部品用膜の間に単位時間あたりのエッチング量が光学部品用膜よりも遅いエッチング止めの膜を作製している。このエッチング止めにより、所望の深さ以上にエッチングされず、必要な膜厚の光学部品用膜を得ることができる。またこの方法では透過光を使用していないため、基板と同一の屈折率をもつ光学部品用膜の加工にも使用可能である。
【特許文献１】特開２００３−２１５３３３号公報
【特許文献２】特開平７−１６８０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の２つの方法では以下のような課題があった。
【０００６】
特許文献１においては、２波長の光量がクロスする点を利用するため膜厚を離散的な値でしか制御できず、１／４波長光学膜厚以外の任意の膜厚に制御することが難しいという問題がある。また成膜面の裏面に金属膜等の光の透過を妨げるような膜がある場合は、透過光量が測定できないため膜厚制御は行えない。さらに基板と同等の屈折率の光学部品用膜を作製する場合は、透過光量の変化がほとんどないため、光量変化による膜厚制御は困難である。その他に機構的な問題として、２波長を使用するため膜厚の制御系が複雑になることがあげられる。
【０００７】
特許文献２の方法では、基板全面においてエッチング止めが必要となるため、エッチング止めが光学部品の特性に影響するという問題がある。エッチングによる加工方法には、エッチング液による湿式エッチングと反応性イオンエッチングのような乾式エッチングがある。どちらの方法についても、基板全面を同時にエッチングするため、光学部品用膜の膜厚を基板内で均一に制御するには全面にエッチング止めが必要となる。またエッチング止めでエッチングの終点検出を行うため、光学部品用膜の途中でエッチングを止めて所望の膜厚を得ることはできず、膜厚を制御する上で制約がある。
【０００８】
以上の課題を解決するために本発明は、基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜でも、光学用部品の特性を劣化させることなく、エッチング量あるいは成膜量を高精度にかつ、連続的に制御することができる光学部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明における光学部品の製造方法は、基板上に該基板と同等の屈折率をもつ膜を形成する光学部品の製造方法において、該基板と該基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜の間に該基板と異なる屈折率をもつ反射膜を作製し、単一波長光を該光学部品用膜の上部から該反射膜へ入射し、該光学部品用膜と該反射膜の界面で反射する反射光を測定しながら、該光学部品用膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する該反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御することを特徴とする。
【００１０】
この方法では、反射膜と、基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜の界面における反射光の反射率が、光学部品用膜厚の増減により変化することを利用している。反射率は光学部品用膜が１／４波長光学膜厚ごとに増減を繰り返す。エッチング時間と反射率の変化の関係を図３に例示したが、この現象は実験的に検証されている。また光学部品用膜厚とエッチング時間の関係も事前に実験で求めておくことができる。これら２つの関係より反射率の変化と膜厚の関係を求めることができる。ここで反射率は使用する反射膜と光学部品用膜固有の定数で決まるため、実験条件等に影響されない。したがってエッチング中あるいは成膜中の反射率の変化よりエッチング量あるいは成膜量を正確に把握することができ、実験条件等の外因に依存しない高精度な膜厚制御が行える。また反射率を成膜中あるいはエッチング中、常に測定しているため、任意の膜厚に対応した反射率の変化が確認できた時点でエッチングあるいは成膜を止めることにより、高精度に膜厚を制御することも可能である。さらに反射膜は単一波長光を入射させる部分にのみ作製すればよいため、光学部品の特性に影響を与えることもない。その他に機構的な面でも、単一波長光を使用しているため、膜厚制御系を簡単にすることができる。以上のように基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜において、光学部品の特性に影響を与えずに簡単な膜厚制御機構で、任意の膜厚に高精度に制御することができる。
【００１１】
また基板上に該基板と異なる屈折率をもつ膜を形成する光学部品の製造方法において、該基板上に形成した光学部品用膜の上部から単一波長光を該反射膜へ入射し、該基板と該光学部品用膜の界面で反射する反射光を測定しながら、該基板上の膜のエッチング量あるいは成膜量に伴い変化する該反射光の反射率の変化をもとに、エッチング量あるいは成膜量を制御することができる。
【００１２】
この方法は基板と異なる屈折率をもつ光学部品用膜により光学部品を製造する場合である。この場合も前記方法と同様に光学部品用膜の上部から単一波長光を入射させる。しかし基板と光学部品用膜の屈折率が異なるため、入射した単一波長光は基板と光学部品用膜の界面で反射する。その反射率の変化を検出することにより、前記方法と同様な効果を得ることができる。
【００１３】
また前記の製造方法における構成例として、反射膜に金属を用いてもよい。
【００１４】
基板と光学部品用膜の屈折率が同じ場合、膜厚制御に反射膜上での反射率の変化を用いるが、その反射率は反射膜と光学部品用膜固有の材料定数により決まる。一般に回折格子などの光学部品には、光学的特性を得るために透明あるいは透明に近い膜が使用される。そこで光が反射しやすい金属のような不透明膜を反射膜として使用することにより、反射光の検出が容易になり、光学部品用膜厚の増減に伴なう反射率の変化をより明確に判断することができる。
【００１５】
さらに前記製造方法における構成例として、光学部品用膜にＴａ2Ｏ5を用いてもよい。Ｔａ2Ｏ5は高い屈折率を有しており、光学部品用膜として適しているためである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明における光学部品の製造方法においては、基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜でも、光学部品の特性に影響を与えずに簡単な膜厚制御機構で、任意の膜厚に高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
【実施例】
【００１８】
以下において図を参照しつつ本発明の第１の実施例について説明する。図１は本発明の光学部品の製造方法を用いて作製した光学部品の断面図である。光学部品は、光学部品用膜を作製する基板１、光学部品用膜２および反射膜３からなる。これらの製造方法の１例について説明する。
【００１９】
波長６３３ｎｍにおいて屈折率が２．０７のセラミックス基板１を用意する。基板材料は前記屈折率を持つものであれば、多結晶あるいは単結晶のセラミックスやガラス等の種類は問わない。次に基板１上のゴミや汚れの除去をするため基板洗浄を行う。
【００２０】
その後、反射膜３として使用する材料の成膜を行う。なお本実施例では反射膜の１例としてＡｌを使用しているが、Ａｌの屈折率は１．０（吸収係数は約６．６）で、前記基板１および光学部品用膜２の屈折率とは充分に異なるため、反射率の検出が可能となる。またＡｌ以外にもＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属や、ＳｉＯ2（屈折率は１．４６）などの誘電体膜でも光学部品用膜と異なる屈折率をもつ膜であれば同様の効果を得ることができる。真空蒸着装置内に配置された前記基板１の片側全面に膜厚３０ｎｍのＡｌ膜を真空蒸着法により成膜する。なお成膜方法としては、スパッタリング法や無電解メッキ法などでも構わない。次にフォトリソグラフィーの手法を用いて反射膜の不要な部分のＡｌ膜の除去を行う。具体的には次のようにして行う。成膜したＡｌ膜全面にマスク材を塗布し、このマスク材のうち反射膜３の必要な場所のみ残すように加工する。そのときマスク材は、光学部品の特性に影響しない部分に、例えば直径５〜１０ｍｍの円状に作製する。その後、前記基板１を、燐酸、硝酸、酢酸を主成分とする溶液に浸し、マスク材で覆われていない部分のＡｌ膜を湿式エッチング法により除去し、反射膜３のパターンを作製する。なお反射膜３の形状は円形、方形等に限定するものではない。
【００２１】
以上の反射膜作製工程はエッチング法を用いているが、リフトオフ法により作製しても構わない。リフトオフ法では、最初に基板１上にマスク材を塗布し、フォトリソグラフィー手法を用いて反射膜３を作製する部分のみマスク材を除去する。その後、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法等によりＡｌ膜を成膜し、その後マスク材を除去して反射膜３を得る。
【００２２】
次に光学部品用として使用する材料を成膜する。本実施例では、光学部品用膜２としてＴａ2Ｏ5を使用した場合を例示する。まず基板を真空蒸着装置内に配置し、基板温度が３００℃になるように加熱する。その後、Ｔａ2Ｏ5を基板全面に真空蒸着により成膜する。このときのＴａ2Ｏ5の膜厚と屈折率を測定した結果、それぞれ１．０μｍ、２．０７となり、屈折率は基板１と同一の値であった。
【００２３】
次に成膜した光学部品用膜２を所望の形状に加工する。基板全面に成膜したＴａ2Ｏ5の膜上にマスク材を塗布し、フォトリソグラフィー手法により所望の光学部品の構造に相応する部分以外のマスク材を除去する。次にその基板を真空装置内に配置し、反応性イオンエッチング法によりマスク材のない部分のＴａ2Ｏ5膜を除去する。このとき、前記工程により基板の所定位置に作製した反射膜であるＡｌ膜に、その上部から波長６３３ｎｍの単一波長光を照射する。エッチング中は単一波長光を連続して照射する。Ａｌ膜に入射した単一波長光は、Ａｌ膜とＴａ2Ｏ5膜の界面で反射する。この反射光を成膜面の上部で検出し、反射率を測定する。反射率の変化量とエッチング時間との関係は、事前に行った実験により図３のようになることがわかっており、反射率がエッチング時間により周期的に変化することを示している。図３において反射率の変化量が、あるピークから次のピークまでの１周期分に相当する膜厚Ｔは、光学部品用膜２の屈折率（ｎ）と照射した光の波長（λ）により、Ｔ＝λ／２ｎで表される。本実施例においては、使用した６３３ｎｍの単一波長光を屈折率２．０７のＴａ2Ｏ5膜に照射しているが、その場合、反射率の変化量の１周期分に相当する膜厚は、前記の式より１５３ｎｍになる。例えばエッチング量を６００ｎｍにする場合、反射率の変化量は４周期弱分である。このことより図中の点線部分の反射率の変化量になったときにエッチングを止めれば、膜厚４００ｎｍのＴａ2Ｏ5膜が得られることになる。このように反射率の変化量とエッチング時間、エッチング時間とエッチング量の関係を求めておけば、エッチング中に連続測定している反射率の変化から、エッチング量を導出することができる。
【００２４】
以上のように所望の膜厚にＴａ2Ｏ5膜をエッチングした後、マスク材を酸素プラズマを用いて除去することにより、所望の形状の光学部品を得ることができる。
【００２５】
ここで光学部品としては、例えば図４に示すように、基板２１上にＴａ2Ｏ5から成る光学部品用膜２２を形成した後、凹部２３を形成した矩形状の回折格子があげられる。このような構造を作製する場合は、まず前記フォトリソグラフィ−手法により、光学特性を得るために必要な間隔で帯状にマスク材を光学部品用膜２２の上に作製する。次にマスク材のない部分の光学部品用膜２２を前記の反応性イオンエッチング法等によりエッチング量を高精度に制御しながら除去し、凹部２３を形成する。その後マスク材を酸素プラズマを用いて除去することにより、高精度に膜厚制御された凹部２３を有する回折格子を得ることができる。
【００２６】
以上はエッチング法による光学部品の製造方法であるが、Ａｌ膜と同様にリフトオフ法を用いても作製することができる。まず反射膜３を前記と同様の方法で作製する。次に光学部品用膜２の作製前にマスク材を基板１の全面に塗布した後、フォトリソグラフィー手法を用いて所望の光学部品の構造に相応する部分のマスク材を除去する。その後、真空蒸着法やスパッタリング法等により光学部品用膜２を成膜し、マスク材を除去することにより所望の形状の光学部品用膜２を作製することができる。
【００２７】
次に本発明の第２の実施例について図２を用いて説明する。まず光学部品用膜１２を作製する基板１１を用意する。次に基板１１の屈折率と異なる光学部品用膜１２を基板上に第１の実施例と同様の方法により成膜、加工する。光学部品用膜１２を反応性イオンエッチング等によりエッチングするとき、基板１１の成膜されている面の上部から単一波長光を入射する。そして基板１１と光学部品用膜１２の界面で反射する反射光の反射率をエッチング中、常に測定する。これとあわせて光学部品用膜１２のエッチング量とエッチング時間の関係を事前に求めておけば、第１の実施例同様にエッチング中の反射率の変化を測定することにより、光学部品用膜２のエッチング量を高精度に制御することができる。その後、前記実施例１と同様な工程により、光学部品として所望の形状を得ることができる。また前記実施例１と同様にリフトオフ法によっても、所望の形状の光学部品用膜２を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の製造方法を用いて作製した光学部品の断面図である。
【図２】本発明の第２の製造方法を用いて作製した光学部品の断面図である。
【図３】本発明の第１の製造方法における反射膜と光学部品用膜の界面で反射する反射光の反射率の変化と光学部品用膜のエッチング時間の関係を示したグラフである。
【図４】本発明の製造方法を用いて作製した光学部品の一例である回折格子の一部破断斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    基板
２    基板と同等の屈折率をもつ光学部品用膜
３    反射膜
１１  基板
１２  基板と異なる屈折率をもつ光学部品用膜
２１  基板
２２  光学部品用膜
２３  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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