JP3490418B2 - 誘電体多層膜フィルタチップの製造方法 - Google Patents

誘電体多層膜フィルタチップの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は従来のように厚い基
板を使用することなく、安価で大量に誘電体多層膜フィ
ルタチップを製造するための製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】昨今のインターネットに代表される大容
量情報通信需要を賄うために、光ファイバーを伝送媒体
とした波長多重通信技術が使用されている。波長多重光
通信システムにおいては、波長の異なる複数の信号成分
を1本の光ファイバーを介して伝送する。このような光
通信分野で使用される波長選択素子には、誘電体多層膜
フィルタ(TFF)、平面アレイ導波路(AWG)、フ
ァイバブラッググレーティング(FBG)等が使用され
ている。誘電体多層膜フィルタは低コストで優れた波長
選択機能を有するため、波長合分波器や光アドドロップ
モジュール等で主に使用されている。波長多重通信技術
においては、隣接する信号波長間隔が1nm以下の複数
の信号成分を分離・結合するために狭帯域のバンドパス
フィルタが主に使用されている。そのためバンドパスフ
ィルタを構成する誘電体多層膜は層数が100層を超え
膜厚は20μm以上に達する。そのため基板上に成膜さ
れたフィルタには数百MPaもの巨大な膜応力が発生す
る。
【0003】ところで、このような光通信用フィルタの
成膜工程では、例えば直径100mmの透明ガラス基板
の全面にフィルタの多層膜を成膜することが行われる。
成膜した後、所望の大きさに切断する。製品として使用
されるフィルタチップの寸法は、1.3〜2.5mm四
方程度で厚さは1mm程度が一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】1回の成膜工程で出来
るだけ多くのフィルタチップを製造するためには、大き
なガラス基板の全面にわたり誘電体多層膜を成膜する必
要がある。直径100mmで厚さ1mmのガラス基板上
に誘電体多層膜を成膜する場合には、以下の2つの問題
が生じる。 (1)膜応力のため成膜中に基板が反り、最悪の場合に
はクラックが発生したり基板そのものが割れてしまう。 (2)膜応力により成膜中に基板が反るため、蒸着物質
の膜厚分布がプロセス中に変化する。その結果、均一な
膜厚分布を有する良品域が減少する。
【0005】そこで従来は、図3(a)に示されるよう
に膜応力による基板の変形、反りを低減する目的で厚い
基板11を用意する。そしてその表面に図3(b)に示
すように、フィルタの多層膜12を成膜する。成膜した
後、図3(c)に示すように基板11の裏面より所望の
厚さまで研削・研磨を行う。その後、多層膜12の形成
された薄い基板11Aを切断して所望の大きさとし、フ
ィルタチップとする。
【0006】具体的には、イオンアシスト蒸着装置等で
は、主に直径100mm厚さ10mmのガラス基板上に
フィルタを成膜して、裏面より厚さ1mmになるまで研
削・研磨が行われている。又イオンビームスパッタ装置
等では、主に直径300mm厚さ7mmのガラス基板上
にフィルタを成膜して、裏面より厚さ1mmになるまで
研削・研磨が行われている。
【0007】このように従来の製造方法では、膜応力に
よる基板形状の変形や反りを低減するために厚い基板を
用いる必要があった。そのため基板材料費と研削・研磨
費用がかさむため高コストの原因となっていた。また研
削・研磨工程は1枚の厚基板を所望の厚さまで加工する
のに多くの手間と数時間を要するという問題があった。
【0008】本発明は高額な厚い基板を用いることなく
低コストで製造時間の短縮が可能な誘電体多層膜フィル
タチップの製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、誘電体多層膜フィルタチップの基板となる第1の基
板の一方の面に周期的に溝を形成し、前記第1の基板の
溝を形成した面と下地となる第2の基板の面とをオプテ
ィカル・コンタクトにより接着し、前記第1の基板の他
方の面に誘電体多層膜を形成し、前記誘電体多層膜が形
成された第1,第2の基板を溝の間の突起に沿って切断
することにより短冊状のフィルタを形成し、該短冊状の
フィルタを所望の幅で形成することによってフィルタチ
ップを形成することを特徴とするものである。
【0010】本願の請求項2の発明は、請求項1の誘電
体多層膜フィルタチップの製造方法において、前記第
1,第2の基板は、ガラス及び単結晶のいずれか一方の
同一材料を用いたことを特徴とする。
【0011】本願の請求項3の発明は、請求項1の誘電
体多層膜フィルタチップの製造方法において、前記第
1,第2の基板は、互いに異なる材料で、熱膨張係数の
差が20%以内であるガラス、あるいは単結晶を用いた
ことを特徴とするものである。
【0012】本願の請求項4の発明は、請求項1の誘電
体多層膜フィルタチップの製造方法において、前記第1
の基板の厚さは0.1mm〜5mmであり、前記第2の
基板の厚さは2mm〜20mmであり、第1の基板の厚
さを第2の基板の厚さより薄くしたことを特徴とするも
のである。
【0013】本願の請求項5の発明は、請求項1の誘電
体多層膜フィルタチップの製造方法において、前記第1
の基板は、エッチング工程により溝が形成され、該溝の
深さは0.1μm〜0.1mmの間であることを特徴と
するものである。
【0014】本願の請求項6の発明は、請求項1の誘電
体多層膜フィルタチップの製造方法において、前記第1
の基板に形成される誘電体多層膜は、その膜厚が10μ
m〜100μmの間であることを特徴とするものであ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】次に本実施の形態について図面を
参照しつつ説明する。まず図1(a)に示すように製品
となるフィルタチップの厚さに近い第1の薄い基板1を
用意する。この基板の厚さt1は例えば用途によって異
なり、0.1〜5mmの範囲とする。基板1は例えばλ
/4程度にまで面精度を高めた基板とする。ここでλは
面精度の基準となるHe−Neレーザの波長633nm
の光の波長である。λ/4程度の面精度は安価にかつ容
易に形成することができる。
【0016】続いて図1(b)に示すように、エッチン
グ工程により深さhの溝1Aを1次元方向に周期的に作
製する。エッチングにより加工する溝の深さhはエッチ
ング面がオプティカル・コンタクトしないように浮かせ
れば良く、例えば0.1μm〜0.1mmとすればよ
い。溝の幅aは、所望のフィルタチップの大きさと等し
くする。溝の間隔bは後述する切断工程で使用するブレ
ード刃の幅より小さくする。
【0017】次に第2の基板2として第1の基板1と同
一の形状の基板を用いる。第2の基板の厚さt2は第1
の基板1の厚さt1より厚く(t2>t1)する。厚さ
t2は例えば2〜20mmとする。厚い基板2の接着面
も面精度λ/4程度に仕上げておく。そして図1(c)
に示すように、基板1の溝1Aを有する面と厚い第2の
基板2の表面とを接触させ、オプティカル・コンタクト
(光学接着法)を行う。オプティカル・コンタクトでは
基板1の溝1Aを形成した面と基板2の面を合わせ、基
板の転移温度より低い数百℃の温度で熱処理を行う。こ
うすれば界面の分子構造が結合し、室温ではその高い接
着力のためフィルタ成膜により生じる膜応力に対しても
接着力を維持することが出来る。
【0018】基板2としては、基板1と同材料を用いて
もよい。又は同一材料でなく、同じ熱膨張係数を有する
ガラス、あるいは単結晶を使用することができる。基板
1が高額な基板である場合、厚い基板2に同材料を使用
することはコスト増の要因となる。よってオプティカル
・コンタクトに影響を与えない範囲でより安価な基板材
料を基板2として使用できればコスト低減の利点があ
る。
【0019】オプティカル・コンタクトにおいて、基板
1と基板2の熱膨張係数が大きく異なると、温度変化時
に熱膨張による変形量が異なり、基板の一部あるいは全
面が分離してしまうことになる。よって、基板2として
基板1と異なる熱膨張係数を有する基板を使用する場合
には、基板1と基板2の熱膨張係数の差は基板1の熱膨
張率の±20%以下であることが望ましい。
【0020】続いて図1(d)に示すように、第1の基
板1上に誘電体多層膜3を成膜する。この工程は従来の
多層膜フィルタと同一である。誘電体多層膜3はイオン
アシスト蒸着装置や、イオンビームスパッタ装置等が用
いられ、例えば10〜100μmの厚さまで誘電体多層
膜が蒸着される。
【0021】次いで図1(e)に示すように、溝と溝の
間を切断する。こうすることで浮いている基板領域が分
離し、短冊状となる。得られた短冊状のフィルタ素子を
所望の寸法に切断することで任意の大きさ、例えば1.
3mm四方〜2.5mm四方などの厚さt1のフィルタ
チップを製造することができる。
【0022】
【実施例】(実施例1)基板1と基板2として、株式会
社オハラより販売されている酸化物系ガラスから成るガ
ラス基板材料“WMS−02”を用いた。基板1,2の
寸法は50×50mm2 であり、基板1,2の厚さt
1,t2はそれぞれ1mm、5mmとした。まず基板1
には溝幅a=1.4mm、溝の間隔b=0.1mmで溝
の深さh=0.01mmの周期的な段差構造を計33本
だけ形成した。基板1と基板2の接合面は、それぞれλ
/4程度にまで面精度を仕上げておく。図1(c)で示
される基板1と基板2のオプティカル・コンタクト工程
においては、基板接合面を綺麗に洗浄し、ごみ等異物を
取り除き両面を合わせた。基板材料WMS−02の転移
温度は500℃であるが、温度400℃の恒温炉内にお
よそ1時間設置することで、基板1と基板2の界面がオ
プティカル・コンタクトされた。
【0023】図2はオプティカル・コンタクトされた2
枚の基板の一部を示す斜視図である。オプティカル・コ
ンタクトした後、図1(d)で示されるように、イオン
アシスト蒸着法により五酸化タンタル(Ta2 5 )と
二酸化珪素(SiO2 )を交互に積層して誘電体多層膜
フィルタ(膜厚20μm、膜総数108層)を蒸着し
た。
【0024】フィルタの多層膜を成膜した後、図1
(e)で示されるように基板1と基板2の接合面である
溝の間隔bのラインに沿って切断機を用いて切断した。
切断されたフィルタ素子は幅a=1.4mm、長さ50
mmの短冊形状をしているので、短冊形状のフィルタを
再度1.4mm間隔で切断した。こうすれば所望の大き
さである一辺が1.4mmの正方形のフィルタチップと
して切り出すことができる。
【0025】(実施例2)この実施例では、基板1とし
て、株式会社オハラより販売されているガラス基板材料
“WMS−13”(熱膨張係数:11.9×10 -6/
℃)より構成される基板1を用いた。又基板2として、
同社製の”S−BAL3ガラス" (熱膨張係数:11.
1×10 -6/℃)より構成される基板を用いた。これら
の基板1,2の寸法は共に50×50mm2 であり、基
板1,2の厚さt1,t2はそれぞれ1mm、7mmで
ある。基板1には溝幅a=1.4mm、溝の間隔b=
0.1mmで溝の深さh=0.02mmの周期的な段差
構造を計33本だけ形成した。基板1と基板2の接合面
は、それぞれλ/4程度にまで面精度を仕上げておく。
図1(c)で示される基板1と基板2のオプティカル・
コンタクト工程においては、基板接合面を綺麗に洗浄
し、ごみ等異物を取り除き両面を合わせた。基板材料W
MS−13とS−BAL3の転移温度はそれぞれ650
℃と464℃であるが、温度350℃の恒温炉内におよ
そ1時間設置することで、基板1と基板2の界面がオプ
ティカル・コンタクトされた。オプティカル・コンタク
トした後、図1(d)で示されるように、イオンアシス
ト蒸着法により五酸化タンタル(Ta25 )と二酸化
珪素(SiO2 )を交互に積層し誘電体多層膜フィルタ
(膜厚30μm、膜総数160層)を蒸着した。
【0026】フィルタ成膜後、図1(e)で示されるよ
うに基板1と基板2の接合面である溝の間隔bのライン
に沿って切断機を用いて切断した。切断されたフィルタ
素子は幅a=1.4mm、長さ50mmの短冊形状をし
ているので、短冊形状のフィルタを再度1.4mm間隔
で切断した。こうすれば所望の大きさである一辺が1.
4mmの正方形のフィルタチップを切り出すことができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、第1の基板と第2の基板を用いることにより、成膜
中に基板が反ったりクラック等が発生することがなくな
る。又基板の反りに伴う膜厚分布の変化がなくなり、均
一な膜厚分布を有する誘電体多層膜フィルタを構成する
ことができる。更に第2の基板は、最終的にはフィルタ
チップとして使用されないので、研削や研磨工程が不要
となる。又基板として安価な基板材料を用いることがで
きる。これらにより生産コストを大幅に低減することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態による誘電体多層膜フィルタチッ
プの製造過程を示す図である。
【図2】本実施の形態による誘電体多層膜フィルタチッ
プの第1,第2の基板を接着した状態を示す斜視図であ
る。
【図3】従来の誘電体多層膜フィルタチップの製造方法
を示す図である。
【符号の説明】
1 第1の基板 1A 溝 2 第2の基板 3 誘電体多層膜

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体多層膜フィルタチップの基板とな
    る第1の基板の一方の面に周期的に溝を形成し、 前記第1の基板の溝を形成した面と下地となる第2の基
    板の面とをオプティカル・コンタクトにより接着し、 前記第1の基板の他方の面に誘電体多層膜を形成し、 前記誘電体多層膜が形成された第1,第2の基板を溝の
    間の突起に沿って切断することにより短冊状のフィルタ
    を形成し、 該短冊状のフィルタを所望の幅で形成することによって
    フィルタチップを形成することを特徴とする誘電体多層
    膜フィルタチップの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1,第2の基板は、ガラス及び単
    結晶のいずれか一方の同一材料を用いたことを特徴とす
    る請求項1記載の誘電体多層膜フィルタチップの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記第1,第2の基板は、互いに異なる
    材料で、熱膨張係数の差が20%以内であるガラス、あ
    るいは単結晶を用いたことを特徴とする請求項1記載の
    誘電体多層膜フィルタチップの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1の基板の厚さは0.1mm〜5
    mmであり、 前記第2の基板の厚さは2mm〜20mmであり、 第1の基板の厚さを第2の基板の厚さより薄くしたこと
    を特徴とする請求項1記載の誘電体多層膜フィルタチッ
    プの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の基板は、エッチング工程によ
    り溝が形成され、該溝の深さは0.1μm〜0.1mm
    の間であることを特徴とする請求項1記載の誘電体多層
    膜フィルタチップの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の基板に形成される誘電体多層
    膜は、その膜厚が10μm〜100μmの間であること
    を特徴とする請求項1記載の誘電体多層膜フィルタチッ
    プの製造方法。
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