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JP4800710B2 - Optical filter and optical filter manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、光学フィルタ及び光学フィルタの製造方法に関する。   The present invention relates to an optical filter and a method for manufacturing the optical filter.

透過光の波長を分離する光学フィルタを構成する誘電体多層膜は真空装置を利用した蒸着プロセスによって作製される。そして、真空装置を利用するため、同時にできるだけ多くのウェハーを処理することで、製造コストを低減するように努めている。同時に多くのウェハーを処理する場合には面内の分布が問題となる。誘電体多層膜の膜厚は光学特性を決める非常に重要な要素であり、歩留まりを決める要素となる。このため、できるだけ、大量にかつできるだけ均一に成膜を行うことが要求されている。
しかし、現在のプロセスでは単に誘電体多層膜を成膜するだけで、その均一性制御には限界がある。そのため、その均一性を向上させるために様々な研究がなされている。例えば、ECRスパッタ装置を利用して高い面内均一性を実現している研究成果として、非特許文献1〜3が知られている。これらの技術では、SiO2/Ta25の誘電体多層膜において、膜厚の精度として±0.65%(8インチウェハー)、屈折率分布として±0.16%(8インチウェハー)である。
応用物理学会2003年秋1p-YK-2 K. Saito, Y. Jin, and M. Shimada, Appl. Phys. Lett. 81, 3582 (2002) 斎藤國夫、神好人、小野俊郎、天澤敬生、Semiconductor FPD World、2001年10月号、pp.57-61.
The dielectric multilayer film constituting the optical filter that separates the wavelength of transmitted light is manufactured by a vapor deposition process using a vacuum apparatus. And in order to utilize a vacuum apparatus, it is striving to reduce manufacturing cost by processing as many wafers as possible at the same time. In-plane distribution becomes a problem when many wafers are processed simultaneously. The film thickness of the dielectric multilayer film is a very important factor that determines the optical characteristics, and is a factor that determines the yield. For this reason, it is required to perform film formation as much as possible and as uniformly as possible.
However, the current process has a limit in controlling uniformity by simply forming a dielectric multilayer film. Therefore, various studies have been made to improve the uniformity. For example, Non-Patent Documents 1 to 3 are known as research results that achieve high in-plane uniformity using an ECR sputtering apparatus. In these technologies, in the dielectric multilayer film of SiO 2 / Ta 2 O 5 , the accuracy of the film thickness is ± 0.65% (8 inch wafer) and the refractive index distribution is ± 0.16% (8 inch wafer). is there.
The Japan Society of Applied Physics 2003 Fall 1p-YK-2 K. Saito, Y. Jin, and M. Shimada, Appl. Phys. Lett. 81, 3582 (2002) Kunio Saito, Kamiyoshi, Toshiro Ono, Takao Amazawa, Semiconductor FPD World, October 2001, pp.57-61.

しかし、非特許文献1〜3で用いているスパッタ装置では同時に行えるプロセスは1枚のウェハーのみである。通常利用できる蒸着では一度に何枚ものウェハーが処理でき、製造コストがはるかに低い。このため、蒸着装置を利用して一度に何枚ものウェハーが処理できるようにして、かつ、高精度の膜厚制御が可能な技術が求められる。
そこで、本発明の目的は、蒸着装置を利用して一度に何枚ものウェハー処理を行って製造でき、しかも、透過スペクトルが光学フィルタの透過位置により異なることを防止できるようにすることである。
However, in the sputtering apparatus used in Non-Patent Documents 1 to 3, the process that can be performed simultaneously is only one wafer. The vapor deposition that is normally available can process several wafers at a time and is much less expensive to manufacture. For this reason, there is a need for a technique that can process a number of wafers at a time using a vapor deposition apparatus and can control the film thickness with high accuracy.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to manufacture several wafers at a time using a vapor deposition apparatus, and to prevent the transmission spectrum from being different depending on the transmission position of the optical filter.

請求項1に記載の発明は、屈折率の異なる複数の誘電体を周期的に積層してなる誘電体多層膜を備えた光学フィルタにおいて、透過スペクトルが透過位置により異なることを補正するスペクトル補正層を備え、前記スペクトル補正層は、膜厚が面内で分布を有していることにより透過スペクトルが透過位置により異なることを補正することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の光学フィルタにおいて、前記誘電体多層膜を複数備え、複数の前記誘電体多層膜間にスペーサー層を備え、前記スペクトル補正層は、前記スペーサー層を構成する材料又は前記誘電体多層膜を構成する複数の材料のうちの一つと同じ材料で構成されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2に記載の光学フィルタにおいて、前記スペクトル補正層は、樹脂によって構成されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか一項に記載の光学フィルタにおいて、前記スペクトル補正層は、その膜厚Dmが、Dm=λ/4n×N(ただし、N:偶数、n:屈折率、λ:入射光波長)の条件を満たすことを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項4に記載の光学フィルタにおいて、前記スペクトル補正層は、前記スペーサー層に隣接して形成されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項4又は5に記載の光学フィルタにおいて、前記スペーサー層は、電気光学材料、又はフォトリフラクティブ材料で形成されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至請求項のいずれかの光学フィルタを製造する光学フィルタの製造方法において、前記スペクトル補正層の膜厚をドライエッチングによって制御することを特徴とする光学フィルタの製造方法である。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至請求項のいずれかの光学フィルタを製造する光学フィルタの製造方法において、前記スペクトル補正層の膜厚をフォトリソグラフィーによって制御することを特徴とする光学フィルタの製造方法である。
According to the first aspect of the present invention, in the optical filter having a dielectric multilayer film formed by periodically laminating a plurality of dielectrics having different refractive indexes, the spectrum correction layer for correcting that the transmission spectrum varies depending on the transmission position. The spectrum correction layer corrects that the transmission spectrum differs depending on the transmission position because the film thickness has an in-plane distribution .
The invention according to claim 2, in the optical filter according to claim 1, a plurality of the dielectric multilayer film includes a spacer layer between the plurality of the dielectric multilayer film, the spectrum correction layer, said spacer It is characterized by comprising the same material as the material constituting the layer or one of the plurality of materials constituting the dielectric multilayer film .
According to a third aspect of the present invention, in the optical filter according to the first or second aspect, the spectrum correction layer is made of a resin .
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical filter according to any one of the first to third aspects, the spectral correction layer has a film thickness Dm of Dm = λ / 4n × N (where N: An even number, n: refractive index, and λ: incident light wavelength) are satisfied .
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical filter according to the fourth aspect, the spectrum correction layer is formed adjacent to the spacer layer.
A sixth aspect of the present invention is the optical filter according to the fourth or fifth aspect, wherein the spacer layer is formed of an electro-optic material or a photorefractive material.
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical filter according to any one of the first to sixth aspects, the film thickness of the spectrum correction layer is controlled by dry etching. It is a manufacturing method of an optical filter.
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical filter manufacturing method for manufacturing the optical filter according to any one of the first to sixth aspects, the film thickness of the spectrum correction layer is controlled by photolithography. It is a manufacturing method of an optical filter.

請求項1に記載の発明によれば、誘電体多層膜を利用することで、任意の波長を透過する光学フィルタを作製することができる。その際に膜の厚さが設計値よりずれることで、透過する波長も設計値からずれるのを、透過スペクトルが光学フィルタの透過位置により異なることを補正するスペクトル補正層により補正することができる。
本発明の光学フィルタは蒸着装置を利用して製造でき一度に何枚ものウェハーが処理できるので製造コストを低減できる。蒸着装置での面内分布によって膜厚が設計値からずれ、不良品として歩留まりを下げ、製造コストを上げる原因となる点も、スペクトル補正層により補正することができる。
また、透過スペクトルが本光学フィルタの透過位置により異なることをスペクトル補正層の膜厚で補正することができる。
請求項に記載の発明によれば、同じ材質で製造することで、その製造コストを大幅に低減できる。
また、キャビティー型の光学フィルタとすることで狭帯域のバンドパスフィルタが実現することができる。
請求項に記載の発明によれば、樹脂は蒸着などの気相成長と異なり簡便に成膜が可能であるので、製造コストを低減できる。
請求項に記載の発明によれば、スペクトル補正層の透過率を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, an optical filter that transmits an arbitrary wavelength can be produced by using a dielectric multilayer film. In this case, the transmission wavelength shifts from the design value due to the film thickness deviating from the design value can be corrected by a spectrum correction layer that corrects that the transmission spectrum differs depending on the transmission position of the optical filter.
The optical filter of the present invention can be manufactured by using a vapor deposition apparatus and can process many wafers at a time, thereby reducing the manufacturing cost. The spectrum correction layer can also correct the point that the film thickness deviates from the design value due to the in-plane distribution in the vapor deposition apparatus, causing the yield as a defective product and increasing the manufacturing cost.
Moreover, it can correct | amend with the film thickness of a spectrum correction layer that a transmission spectrum changes with the transmission positions of this optical filter.
According to the second aspect of the present invention, the manufacturing cost can be greatly reduced by manufacturing the same material.
In addition, a narrow bandpass filter can be realized by using a cavity type optical filter.
According to the third aspect of the present invention, unlike the vapor phase growth such as vapor deposition, the resin can be easily formed, so that the manufacturing cost can be reduced.
According to the invention described in claim 4 , the transmittance of the spectrum correction layer can be improved.

請求項に記載の発明によれば、スペーサー層の隣接は光学特性に大きく影響するので、隣接層をスペクトル補正層とすれば、小さな膜厚制御もしくは屈折率制御で効率的にスペクトルを補正することができ、効率的に前述の補正を行うことで製造コストを低減できる。
請求項に記載の発明によれば、スペーサー層を電気光学材料又はフォトリフラクティブ材料にすることで、外部の電圧もしくは光によって、屈折率を制御することができる。スペーサー層の屈折率を変えることは光学長を制御することと等価であり、これにより光学フィルタとしての光学特性が変わる。スペーサー層は最も光学特性に影響する部分であり、スペーサー層の屈折率を変えることで効率的に光学特性を制御できる。また、この屈折率変化は高精度の制御することが可能で、フォトリソやエッチングによって制御するより高精度な制御が可能である。
請求項に記載の発明によれば、蒸着では面内を一様に単に厚くなる方向にしか制御できないのに対して、エッチングを用いているので、成膜した膜の膜厚を少なくなる方向に加工することができる。また、エッチングはエッチングガスを任意の位置でプラズマ化することが可能であり、任意の位置に制御されたプラズマはその位置での膜を削り取る。膜は面内において制御された膜厚にすることができる。
請求項に記載の発明によれば、フォトリソグラフィーを用いるので、任意の位置にマスクをかけ、任意の形に感光性のレジストを形成できる。これにより面内において制御された位置にマスクを残し、その上からエッチングを行うことで、任意の面内分布を持った膜を形成することができる。この任意の厚みをもった膜はスペクトル補正層として働く。
According to the invention described in claim 5 , since the adjacent of the spacer layer greatly affects the optical characteristics, if the adjacent layer is a spectrum correction layer, the spectrum can be corrected efficiently with a small film thickness control or refractive index control. The manufacturing cost can be reduced by performing the above-described correction efficiently.
According to the sixth aspect of the present invention, the refractive index can be controlled by an external voltage or light by using an electro-optic material or a photorefractive material for the spacer layer. Changing the refractive index of the spacer layer is equivalent to controlling the optical length, thereby changing the optical characteristics as an optical filter. The spacer layer is the part that most affects the optical characteristics, and the optical characteristics can be controlled efficiently by changing the refractive index of the spacer layer. Further, this refractive index change can be controlled with high accuracy, and can be controlled with higher accuracy than that controlled by photolithography or etching.
According to the seventh aspect of the present invention, the vapor deposition can be controlled only in the direction in which the in-plane thickness is simply increased. On the other hand, since etching is used, the thickness of the formed film is reduced. Can be processed. Etching can turn the etching gas into plasma at an arbitrary position, and the plasma controlled at an arbitrary position scrapes off the film at that position. The film can have a controlled film thickness in the plane.
According to the eighth aspect of the invention, since photolithography is used, it is possible to apply a mask at an arbitrary position and form a photosensitive resist in an arbitrary shape. Thus, a film having an arbitrary in-plane distribution can be formed by leaving a mask at a controlled position in the plane and etching from above. This film having an arbitrary thickness serves as a spectrum correction layer.

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
[実施形態1]
図1は、従来の光学フィルタの拡大縦断面図(a)、本実施形態の光学フィルタの拡大縦断面図(b)、この両者の光学フィルタの測定位置と中心波長との関係を説明するグラフ(c)である。
図1(a)に示す従来の光学フィルタ101は、下から順に基板2、誘電体多層膜3、スペーサー層4、誘電体多層膜5が積層されてなる。誘電体多層膜3、5は、屈折率の異なる複数の誘電体を周期的に積層してなるものである。
図1(b)に示す本実施形態の光学フィルタ1が従来の光学フィルタ101と相違する点は、誘電体多層膜5とスペーサー層4との間にスペクトル補正層6が介装されている点である。
すなわち、図1(c)に示すように、従来の光学フィルタ101は、光を利用する範囲においては、光学スペクトルが位置によって異なる(図1(c)a)。この要因はそれぞれの膜厚が位置によって異なるために生じている。
そこで、本実施形態では、この膜厚変動を補正するために、スペクトル補正層6を導入し、スペクトルを補正している。よって、本実施形態では、光学スペクトルが位置によって異なることが抑制されている(図1(c)b)。すなわち、スペクトル補正層の膜厚又は屈折率が面内で分布を有している。
誘電体多層膜3、5は屈折率の異なる複数の誘電体を周期的に積層してなる。本例では、基板2に近い層から順にSiO2層11とTiO2層12が交互に積層されて構成されている。誘電体多層膜3、5はSiO2層11、TiO2層12の膜厚をそれぞれ、基準波長を632.8nmの光学波長の1/4として、70nm、45nmとした。誘電体多層膜3、5はそれぞれSiO2層11、TiO2層12を6ペアとした。
The best mode for carrying out the invention will be described below.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is an enlarged longitudinal sectional view (a) of a conventional optical filter, an enlarged longitudinal sectional view (b) of the optical filter of the present embodiment, and a graph for explaining the relationship between the measurement position and the center wavelength of both optical filters. (C).
A conventional optical filter 101 shown in FIG. 1A is formed by laminating a substrate 2, a dielectric multilayer film 3, a spacer layer 4, and a dielectric multilayer film 5 in order from the bottom. The dielectric multilayer films 3 and 5 are formed by periodically laminating a plurality of dielectrics having different refractive indexes.
The optical filter 1 of this embodiment shown in FIG. 1B is different from the conventional optical filter 101 in that a spectrum correction layer 6 is interposed between the dielectric multilayer film 5 and the spacer layer 4. It is.
That is, as shown in FIG. 1C, the optical spectrum of the conventional optical filter 101 varies depending on the position in the range where light is used (FIG. 1C). This factor arises because each film thickness varies depending on the position.
Therefore, in this embodiment, in order to correct this film thickness variation, the spectrum correction layer 6 is introduced to correct the spectrum. Therefore, in this embodiment, it is suppressed that an optical spectrum changes with positions (FIG.1 (c) b). That is, the film thickness or refractive index of the spectrum correction layer has a distribution in the plane.
The dielectric multilayer films 3 and 5 are formed by periodically laminating a plurality of dielectrics having different refractive indexes. In this example, the SiO 2 layer 11 and the TiO 2 layer 12 are alternately laminated in order from the layer close to the substrate 2. In the dielectric multilayer films 3 and 5, the thicknesses of the SiO 2 layer 11 and the TiO 2 layer 12 were set to 70 nm and 45 nm, respectively, with the reference wavelength being 1/4 of the optical wavelength of 632.8 nm. Dielectric multilayer films 3 and 5 consisted of 6 pairs of SiO 2 layer 11 and TiO 2 layer 12 respectively.

次に、スペーサー層4の材料としてSiO2を採用し、膜厚は基準波長の1/4の偶数倍2Nになるようにする。これにより、基準波長に透過率スペクトルのピーク位置がくる狭帯域のバンドパスフィルタとなる。今回は整数をN=6とした。
このように設計されたバンドパスフィルタである光学フィルタを作製すると、前述のように、図1(c)に示すような光を透過させる領域に膜厚の分布が生じてしまう。この膜厚分布は成膜装置によるもので、この精度を上げることは難しい。図1ではスペーサー層4のみが分布をしているように描かれているが、実際には誘電体多層膜3、5にも分布が生じている。ただし、誘電体多層膜3、5の膜厚分布は光学特性上、それほど影響を与えるものではなく、スペーサー4層が与える影響の1/10程度である。
スペクトル補正層6の材料は、有機材料の樹脂や無機材料など様々な選択ができる。今回は引き続き成膜設備を利用することができることから、スペーサー層4と同じSiO2とした。このようにスペーサー層4と同じ材質でも問題ない。このスペクトル補正層6の厚さは500nm程度とする。このスペクトル補正層6は面内において、その膜厚を調整されており、透過スペクトルが面内においてほぼ同一になることを実現している。
スペクトル補正層6の膜厚Dmは、
Dm=λ/4n×N
(ただし、N:偶数、n:屈折率、λ:入射光波長)
の条件を満たすようにする。
スペクトル補正層6の上には誘電体多層膜5が構成されており、光学フィルタ1は、誘電体多層膜3、5で挟まれたキャビティー型の光学フィルタとなっている。この光学フィルタ1は狭帯域のバンドパスフィルタとして機能し、その面内分布は非常に小さいものとなっている。
なお、スペクトル補正層6は、その屈折率が面内で分布を有していることにより透過スペクトルが本実施形態の光学フィルタ1の透過位置により異なることを補正するようにしてもよい。この場合にスペクトル補正層6の屈折率は任意の不純物をドーピングすることで制御でき、面内分布を制御することが可能である。屈折率は光学フィルタの構成において、光学長としてフィルタの光学特性を制御できる。
Next, SiO 2 is adopted as the material of the spacer layer 4 so that the film thickness is an even multiple 2N of 1/4 of the reference wavelength. As a result, a band-pass filter having a narrow band in which the peak position of the transmittance spectrum comes to the reference wavelength. This time, the integer was set to N = 6.
When an optical filter, which is a bandpass filter designed in this way, is manufactured, as described above, a film thickness distribution is generated in a region where light is transmitted as shown in FIG. This film thickness distribution is due to the film forming apparatus, and it is difficult to increase this accuracy. In FIG. 1, only the spacer layer 4 is depicted as being distributed, but in reality, the dielectric multilayer films 3 and 5 are also distributed. However, the film thickness distribution of the dielectric multilayer films 3 and 5 does not have much influence on the optical characteristics, and is about 1/10 of the influence of the spacer 4 layers.
The material of the spectrum correction layer 6 can be selected in various ways such as an organic resin or an inorganic material. This time, since the film forming equipment can be used continuously, the same SiO 2 as the spacer layer 4 is used. Thus, there is no problem even if the same material as the spacer layer 4 is used. The thickness of the spectrum correction layer 6 is about 500 nm. The spectrum correction layer 6 has its film thickness adjusted in the plane, and realizes that the transmission spectrum is almost the same in the plane.
The film thickness Dm of the spectrum correction layer 6 is
Dm = λ / 4n × N
(However, N: Even number, n: Refractive index, λ: Incident light wavelength)
Meet the requirements of
A dielectric multilayer film 5 is formed on the spectrum correction layer 6, and the optical filter 1 is a cavity type optical filter sandwiched between the dielectric multilayer films 3 and 5. The optical filter 1 functions as a narrow-band bandpass filter, and its in-plane distribution is very small.
Note that the spectrum correction layer 6 may correct that the transmission spectrum differs depending on the transmission position of the optical filter 1 of the present embodiment because the refractive index has an in-plane distribution. In this case, the refractive index of the spectrum correction layer 6 can be controlled by doping an arbitrary impurity, and the in-plane distribution can be controlled. The refractive index can control the optical characteristics of the filter as an optical length in the configuration of the optical filter.

次に、光学フィルタ1の製造方法について説明する。
光学フィルタ1は、以下の各工程を順次実施することにより製造することができる。
(1)工程1(図2(a)を参照)
まず、SiO2製の基板2に誘電体多層膜3及びスペーサー層4を順次形成する。この場合の成膜方法は真空チャンバー内での電子ビーム蒸着法を採用する。
(2)工程2(図2(b)を参照)
続いてスペクトル補正層6を成膜する。この状態ではスペクトル補正層5は及びスペーサー層4は面内分布を引きずっており、面内において光学特性が異なる。
(3)工程3
次に、スペーサー層4及びスペクトル補正層6の膜厚の面内分布を測定する。測定方法は光の干渉現象を利用した手段などを用いれば、測定精度が高く、今回の測定に適している。
(4)工程4
このデーターを集計し、そのデーターを元にグレースケールマスクを設計する。グレースケールマスクは写真乾板と同様に作製され、液晶などの空間変調素子を用いて、任意のグレースケールパターンを転写することができる。このグレースケールパターンは先に測定した膜厚分布を反映し、スペクトル補正層6として機能するように、設計する。この際には、後続の工程であるフォトリソ、エッチングによって、変形することを見こんで設計している。
(5)工程5
次に、フォトレジスト21を塗布し(図2(c)を参照)、その上からグレースケールマスク22に通して露光を行う(図3(a)を参照)。
(6)工程6(図3(b)を参照)
そして、露光されたフォトレジスト21を現像することで、任意形状に加工されたフォトレジストとなる。
(7)工程7(図3(c)を参照)
そして、この上からドライエッチングすることで、フォトレジスト21の形状をスペクトル補正層6に転写することができる。
(8)工程8(図3(d)を参照)
最後に、この任意の形状に加工されたスペクトル補正層6の上に誘電体多層膜5を形成する。
Next, a method for manufacturing the optical filter 1 will be described.
The optical filter 1 can be manufactured by sequentially performing the following steps.
(1) Step 1 (see FIG. 2 (a))
First, the dielectric multilayer film 3 and the spacer layer 4 are sequentially formed on the substrate 2 made of SiO 2 . In this case, a film forming method employs an electron beam evaporation method in a vacuum chamber.
(2) Step 2 (see FIG. 2B)
Subsequently, the spectrum correction layer 6 is formed. In this state, the spectrum correction layer 5 and the spacer layer 4 are in-plane distribution, and the optical characteristics are different in the plane.
(3) Process 3
Next, the in-plane distribution of the film thickness of the spacer layer 4 and the spectrum correction layer 6 is measured. If a measurement method using a light interference phenomenon is used, the measurement method has high measurement accuracy and is suitable for this measurement.
(4) Step 4
Aggregate this data and design a grayscale mask based on that data. The gray scale mask is produced in the same manner as a photographic dry plate, and an arbitrary gray scale pattern can be transferred using a spatial modulation element such as a liquid crystal. This gray scale pattern is designed so as to reflect the previously measured film thickness distribution and to function as the spectrum correction layer 6. In this case, the design is performed in anticipation of deformation due to photolithography and etching, which are subsequent processes.
(5) Process 5
Next, a photoresist 21 is applied (see FIG. 2C), and exposure is performed through the gray scale mask 22 from above (see FIG. 3A).
(6) Step 6 (see FIG. 3B)
Then, by developing the exposed photoresist 21, a photoresist processed into an arbitrary shape is obtained.
(7) Step 7 (see FIG. 3C)
The shape of the photoresist 21 can be transferred to the spectrum correction layer 6 by dry etching from above.
(8) Step 8 (see FIG. 3 (d))
Finally, the dielectric multilayer film 5 is formed on the spectrum correction layer 6 processed into this arbitrary shape.

[実施形態2]
図4は、本実施形態の光学フィルタ1の部分拡大縦断面図である。なお、実施形態1と共通の部材については同一符号を用い、詳細な説明は省略する。
図4に示すように、本実施形態の光学フィルタ1は、スペーサー層4に電気光学材料を用い、スペーサー層4と誘電体多層膜3との間、さらにはスペクトル補正層6と誘電体多層膜5との間に介装された透明電極31、32による電圧印加によって、スペクトル補正層6の屈折率を任意に制御できるようにしている。屈折率を変えることで、光学特性を制御できる。
本実施形態では誘電体多層膜3、5で形成されたミラーによってスペーサー層4を挟みこむキャビティー型狭帯域バンドパスフィルタであり、光学特性として、透過スペクトルの中心波長が重要な項目となる。この中心波長が面内において、分布を持たないように実施形態1と同様にスペクトル補正層6が導入されている。しかし、スペクトル補正層6では補正しきれない部分は電気光学材料(スペーサー層4)によって、微調整を行う。
電気光学材料で面内分布が微調整できるように透明電極31、32はマトリクス状になっている。つまり上下に配置される透明電極31、32とも短冊状になっており、上下の短冊が垂直に交わるようにできている。これにより、電気光学材料であるスペーサー層4の屈折率をマトリクス状に制御できる。
電圧を印加する面内分布は上下の電極31、32の構成に制約を受けるが、中心が大きな電圧をうけ、端の方が小さい電圧をかけるなど、単純な連続分布を作ることは容易である。また、電気光学材料(スペーサー層4)に印加する電圧は時間的に変化することもでき、外部要因などによって変動する光学フィルタ1の特性を安定させることも可能である。特に熱などによるスペーサーの膨張などが最も起こりやすい外部要因の一つである。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a partially enlarged vertical sectional view of the optical filter 1 of the present embodiment. In addition, about the member common to Embodiment 1, the same code | symbol is used and detailed description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 4, the optical filter 1 according to the present embodiment uses an electro-optic material for the spacer layer 4, and between the spacer layer 4 and the dielectric multilayer film 3, as well as the spectrum correction layer 6 and the dielectric multilayer film. 5, the refractive index of the spectrum correction layer 6 can be arbitrarily controlled by applying a voltage by the transparent electrodes 31 and 32 interposed between them. Optical characteristics can be controlled by changing the refractive index.
In this embodiment, it is a cavity type narrow-band bandpass filter in which the spacer layer 4 is sandwiched between mirrors formed of dielectric multilayer films 3 and 5, and the center wavelength of the transmission spectrum is an important item as optical characteristics. The spectrum correction layer 6 is introduced in the same manner as in the first embodiment so that the center wavelength does not have a distribution in the plane. However, the portion that cannot be corrected by the spectrum correction layer 6 is finely adjusted by the electro-optic material (spacer layer 4).
The transparent electrodes 31 and 32 are in a matrix so that the in-plane distribution can be finely adjusted with the electro-optic material. That is, the transparent electrodes 31 and 32 arranged on the upper and lower sides have a strip shape, and the upper and lower strips are perpendicular to each other. Thereby, the refractive index of the spacer layer 4 which is an electro-optic material can be controlled in a matrix form.
The in-plane distribution to which the voltage is applied is limited by the configuration of the upper and lower electrodes 31 and 32, but it is easy to create a simple continuous distribution, such as receiving a large voltage at the center and a small voltage at the end. . In addition, the voltage applied to the electro-optic material (spacer layer 4) can be changed with time, and the characteristics of the optical filter 1 that varies depending on external factors can be stabilized. In particular, expansion of the spacer due to heat or the like is one of the most likely external factors.

本実施形態の光学フィルタ1の基本構成は図4に示すように、基板2、誘電体多層膜3、5、電気光学材料で構成されたスペーサー層4、スペクトル補正層6、パターニングされた透明電極31、32からなる。
誘電体多層膜3、5は基板2に近い層から順にSiO2層11、TiO2層12によって構成されている。誘電体多層膜3、5はSiO2層11、TiO2層12とそれぞれ、基準波長を632.8nmの光学波長の1/4として、70nm、45nmとした。誘電体多層膜3、5はいずれもSiO2層11、TiO2層12を6ペアとしている。
本例ではスペーサー層4にPLZTを用い、膜厚は入射波長の1/4の偶数倍2Nになるようにしている。整数Nは40程度として、膜厚は10nm程度とした。PLZTはその2次電気光学係数を“9E−16[m2V−2]”とし、10Vの電圧印加で、その屈折率変化は約0.0001程度となる。この屈折率変化で、透過率のピーク位置の移動量λmは約1.5nm。この移動量λmは印加電圧や欠陥層の膜厚整数Nによっても制御することができる。
スペーサー層4の上部にはスペクトル補正層6を成膜する。本例では樹脂を材料としている。樹脂はどのようなものでも問題なく、その製造の簡便性から、エポキシ系のUV硬化樹脂を利用するのが望ましい。このスペクトル補正層6の厚さを500nm程度とする。このスペクトル補正層6は面内において、その膜厚を調整されており、透過スペクトルが面内においてほぼ同一になることを実現している。
スペーサー層4及びスペクトル補正層6の両端には電極31、32として透明電極を利用している。透明電極はITOとして、スパッタによって形成できる。ITOは通常のフォトリソ工程でパターニングされている。ITOのパターニングは10nmピッチの短冊とする。
スペクトル補正層6の上には誘電体多層膜5が構成されており、誘電体多層膜3と5で挟まれたキャビティー型の光学フィルタとなっている。この光学フィルタ1は狭帯域のバンドパスフィルタとして機能し、その面内分布は非常に小さい。
As shown in FIG. 4, the basic configuration of the optical filter 1 of the present embodiment is a substrate 2, dielectric multilayer films 3 and 5, a spacer layer 4 made of an electro-optic material, a spectrum correction layer 6, and a patterned transparent electrode. 31 and 32.
The dielectric multilayer films 3 and 5 are composed of a SiO 2 layer 11 and a TiO 2 layer 12 in order from a layer close to the substrate 2. For the dielectric multilayer films 3 and 5, the SiO 2 layer 11 and the TiO 2 layer 12 were set to 70 nm and 45 nm, respectively, with the reference wavelength being 1/4 of the optical wavelength of 632.8 nm. Each of the dielectric multilayer films 3 and 5 has six pairs of SiO 2 layers 11 and TiO 2 layers 12.
In this example, PLZT is used for the spacer layer 4 so that the film thickness is an even multiple 2N of 1/4 of the incident wavelength. The integer N was about 40 and the film thickness was about 10 nm. PLZT has a secondary electro-optic coefficient of “9E-16 [m2V-2]”, and its refractive index change is about 0.0001 when a voltage of 10 V is applied. With this change in refractive index, the amount of movement λm at the peak position of the transmittance is about 1.5 nm. This movement amount λm can also be controlled by the applied voltage and the film thickness integer N of the defect layer.
A spectrum correction layer 6 is formed on the spacer layer 4. In this example, resin is used as a material. Any resin can be used without any problem, and it is desirable to use an epoxy-based UV curable resin from the viewpoint of ease of production. The thickness of the spectrum correction layer 6 is about 500 nm. The spectrum correction layer 6 has its film thickness adjusted in the plane, and realizes that the transmission spectrum is almost the same in the plane.
Transparent electrodes are used as electrodes 31 and 32 at both ends of the spacer layer 4 and the spectrum correction layer 6. The transparent electrode can be formed by sputtering as ITO. ITO is patterned by a normal photolithography process. The ITO patterning is a strip with a pitch of 10 nm.
A dielectric multilayer film 5 is formed on the spectrum correction layer 6, which is a cavity type optical filter sandwiched between the dielectric multilayer films 3 and 5. This optical filter 1 functions as a narrow-band bandpass filter, and its in-plane distribution is very small.

(a)は従来の光学フィルタの拡大縦断面図、(b)は実施形態1の光学フィルタの拡大縦断面図、(c)は(a)(b)の光学フィルタの測定位置と中心波長との関係を説明するグラフ図である。(A) is an enlarged longitudinal sectional view of a conventional optical filter, (b) is an enlarged longitudinal sectional view of the optical filter of Embodiment 1, and (c) is a measurement position and a center wavelength of the optical filter of (a) and (b). It is a graph explaining the relationship. (a)〜(c)は実施形態1に係る光学フィルタの製造方法の説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing of the manufacturing method of the optical filter which concerns on Embodiment 1. FIG. (a)〜(d)は実施形態1に係る光学フィルタの製造方法の説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing of the manufacturing method of the optical filter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態2の光学フィルタの部分拡大縦断面図である。6 is a partially enlarged longitudinal sectional view of an optical filter according to Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 光学フィルタ
3、5 誘電体多層膜
4 スペーサー層(電気光学材料)
6 スペクトル補正層
1 Optical filter 3, 5 Dielectric multilayer 4 Spacer layer (electro-optic material)
6 Spectral correction layer

Claims (8)

屈折率の異なる複数の誘電体を周期的に積層してなる誘電体多層膜を備えた光学フィルタにおいて、
透過スペクトルが透過位置により異なることを補正するスペクトル補正層を備え、
前記スペクトル補正層は、膜厚が面内で分布を有していることにより透過スペクトルが透過位置により異なることを補正することを特徴とする光学フィルタ。
In an optical filter including a dielectric multilayer film formed by periodically laminating a plurality of dielectrics having different refractive indexes,
A spectrum correction layer for correcting that the transmission spectrum varies depending on the transmission position,
The optical filter according to claim 1, wherein the spectrum correction layer corrects that the transmission spectrum varies depending on the transmission position because the film thickness has an in-plane distribution.
前記誘電体多層膜を複数備え、  A plurality of the dielectric multilayer films;
複数の前記誘電体多層膜間にスペーサー層を備え、A spacer layer is provided between the plurality of dielectric multilayer films,
前記スペクトル補正層は、前記スペーサー層を構成する材料又は前記誘電体多層膜を構成する複数の材料のうちの一つと同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。  2. The optical filter according to claim 1, wherein the spectrum correction layer is made of the same material as one of a material constituting the spacer layer or a plurality of materials constituting the dielectric multilayer film. .
前記スペクトル補正層は、樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学フィルタ。  The optical filter according to claim 1, wherein the spectrum correction layer is made of a resin. 前記スペクトル補正層は、その膜厚Dmが、  The spectral correction layer has a film thickness Dm,
Dm=λ/4n×N  Dm = λ / 4n × N
(ただし、N:偶数、n:屈折率、λ:入射光波長)  (However, N: Even number, n: Refractive index, λ: Incident light wavelength)
の条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学フィルタ。The optical filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the following condition is satisfied.
前記スペクトル補正層は、前記スペーサー層に隣接して形成されていることを特徴とする請求項4に記載の光学フィルタ。  The optical filter according to claim 4, wherein the spectrum correction layer is formed adjacent to the spacer layer. 前記スペーサー層は、電気光学材料、又はフォトリフラクティブ材料で形成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の光学フィルタ。  6. The optical filter according to claim 4, wherein the spacer layer is made of an electro-optic material or a photorefractive material. 請求項1乃至6のいずれか一項の光学フィルタを製造する光学フィルタの製造方法において、  In the manufacturing method of the optical filter which manufactures the optical filter as described in any one of Claims 1 thru | or 6,
前記スペクトル補正層の膜厚をドライエッチングによって制御することを特徴とする光学フィルタの製造方法。  A method of manufacturing an optical filter, wherein the film thickness of the spectrum correction layer is controlled by dry etching.
請求項1乃至6のいずれか一項の光学フィルタを製造する光学フィルタの製造方法において、  In the manufacturing method of the optical filter which manufactures the optical filter as described in any one of Claims 1 thru | or 6,
前記スペクトル補正層の膜厚をフォトリソグラフィーによって制御することを特徴とする光学フィルタの製造方法。  A method of manufacturing an optical filter, wherein the film thickness of the spectrum correction layer is controlled by photolithography.
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