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JP7528762B2 - Optical Filters - Google Patents
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JP7528762B2 - Optical Filters - Google Patents

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Description

本発明は、特定の波長域の光を選択的に透過させることのできる光学フィルタに関する。 The present invention relates to an optical filter that can selectively transmit light in a specific wavelength range.

従来、特定の波長域の光を選択的に透過させることのできる光学フィルタが、赤外線センサなどの用途で広く用いられている。このような光学フィルタとしては、例えば、多層膜を用いたバンドパスフィルタが知られている。多層膜としては、相対的に屈折率が高い高屈折率膜と、相対的に屈折率が低い低屈折率膜とを交互に繰り返し積層されたものが用いられている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、高屈折率膜の材料として、水素化シリコンが記載されている。また、低屈折率膜の材料として、窒化シリコンが記載されている。水素化シリコン膜が、シランガスを用いて、プラズマCVD(PECVD)で蒸着することにより形成されていることが記載されている。 Conventionally, optical filters that can selectively transmit light in a specific wavelength range have been widely used in applications such as infrared sensors. For example, a bandpass filter using a multilayer film is known as such an optical filter. A multilayer film is used in which a high refractive index film with a relatively high refractive index and a low refractive index film with a relatively low refractive index are alternately laminated (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes silicon hydride as a material for the high refractive index film. It also describes silicon nitride as a material for the low refractive index film. It describes that the silicon hydride film is formed by deposition using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using silane gas.

米国特許第5398133号公報U.S. Pat. No. 5,398,133

近年、自動車等の自動運転化を進めることに伴い、自動車等には、レーザーレーダー、特にレーザー光により物体を検知するLiDAR(Light Detection and Ranging)と呼ばれるセンサ等の数多くのセンサの搭載が検討されている。このようなセンサには、例えば、特許文献1に記載のような、近赤外線用の光学フィルタが用いられている。 In recent years, with the advancement of autonomous driving in automobiles and other vehicles, the installation of many sensors in automobiles and other vehicles is being considered, such as laser radar, particularly a sensor called LiDAR (Light Detection and Ranging) that detects objects using laser light. Such sensors use optical filters for near-infrared rays, such as those described in Patent Document 1.

しかしながら、高屈折率膜として特許文献1に記載の水素化シリコンを用いた場合には、光学フィルタの透過率を十分に高めることが困難である。 However, when the silicon hydride described in Patent Document 1 is used as the high refractive index film, it is difficult to sufficiently increase the transmittance of the optical filter.

本発明の目的は、透過率を効果的に高めることができる、光学フィルタを提供することにある。 The object of the present invention is to provide an optical filter that can effectively increase transmittance.

本発明に係る光学フィルタは、水素化シリコン含有膜を有する、光学フィルタであって、水素化シリコンのスピン密度が1.0×1018個/cm以下であることを特徴としている。 The optical filter according to the present invention is an optical filter having a silicon hydride-containing film, and is characterized in that the spin density of the silicon hydride is 1.0×10 18 /cm 2 or less.

透明基板と、透明基板の一方側主面上に設けられており、かつ相対的に屈折率が高い高屈折率膜及び相対的に屈折率が低い低屈折率膜を有する多層膜からなるフィルタ部とを備え、高屈折率膜が、水素化シリコン含有膜であることが好ましい。この場合、低屈折率膜が、酸化ケイ素含有膜であることがより好ましい。 The filter comprises a transparent substrate and a filter section formed on one main surface of the transparent substrate and consisting of a multilayer film having a high refractive index film and a low refractive index film, the high refractive index film being preferably a silicon hydride-containing film. In this case, it is more preferable that the low refractive index film be a silicon oxide-containing film.

透明基板の他方側主面上に設けられており、かつ水素化シリコンを含む反射防止膜をさらに備えることが好ましい。 It is preferable that the transparent substrate further includes an anti-reflection film that is provided on the other main surface of the transparent substrate and contains silicon hydride.

本発明によれば、透過率を効果的に高めることができる、光学フィルタを提供することができる。 The present invention provides an optical filter that can effectively increase transmittance.

本発明の第1の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an optical filter according to a first embodiment of the present invention. (a)~(c)は、Si原子とH原子との結合状態の例を示す模式図であり、(d)は、Siダングリングボンドを示す模式図である。1A to 1C are schematic diagrams showing examples of bonding states between Si atoms and H atoms, and FIG. 1D is a schematic diagram showing a Si dangling bond. 水素化シリコンのスピン密度と、吸光度kとの関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the spin density of hydrogenated silicon and the absorbance k. 水素化シリコンのスピン密度と、透過率との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the spin density of hydrogenated silicon and the transmittance. 本発明の第2の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an optical filter according to a second embodiment of the present invention.

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 The following describes preferred embodiments. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in the drawings, components having substantially the same functions may be referred to by the same reference numerals.

[光学フィルタ]
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。図1に示すように、光学フィルタ1は、透明基板2と、フィルタ部3とを備える。光学フィルタ1は、特に限定されないが、例えば、LiDARなどのセンサに用いられる。
[Optical Filter]
First Embodiment
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an optical filter according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the optical filter 1 includes a transparent substrate 2 and a filter portion 3. The optical filter 1 is used, for example, in a sensor such as a LiDAR, although it is not particularly limited thereto.

透明基板2の形状は、特に限定されないが、本実施形態では矩形板状である。透明基板2の厚みは、例えば、30μm以上、2mm以下とすることができる。 The shape of the transparent substrate 2 is not particularly limited, but in this embodiment, it is a rectangular plate. The thickness of the transparent substrate 2 can be, for example, 30 μm or more and 2 mm or less.

透明基板2は、光学フィルタ1の使用波長域で透明な基板であることが好ましい。透明基板2の材料としては、特に限定されず、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。また、使用波長域が赤外域であれば、SiやGe等であってもよい。ガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、結晶化ガラス、石英ガラス等が挙げられる。また、透明基板2に用いられるガラスは、強化ガラスとして用いられるアルミノシリケートガラスであってもよい。 The transparent substrate 2 is preferably a substrate that is transparent in the wavelength range used by the optical filter 1. The material of the transparent substrate 2 is not particularly limited, and examples thereof include glass, resin, etc. Furthermore, if the wavelength range used is in the infrared range, the transparent substrate 2 may be made of Si, Ge, etc. Examples of glass include soda-lime glass, borosilicate glass, alkali-free glass, crystallized glass, quartz glass, etc. Furthermore, the glass used for the transparent substrate 2 may be aluminosilicate glass used as reinforced glass.

透明基板2は、一方側主面としての第1の主面2a及び他方側主面としての第2の主面2bを有する。第1の主面2a及び第2の主面2bは対向し合っている。透明基板2の第1の主面2a上には、フィルタ部3が設けられている。 The transparent substrate 2 has a first main surface 2a as one main surface and a second main surface 2b as the other main surface. The first main surface 2a and the second main surface 2b face each other. A filter section 3 is provided on the first main surface 2a of the transparent substrate 2.

フィルタ部3は、相対的に屈折率が高い高屈折率膜4と相対的に屈折率が低い低屈折率膜5とを有する、多層膜である。本実施形態では、透明基板2の第1の主面2a上に、低屈折率膜5及び高屈折率膜4がこの順に交互に設けられることにより、多層膜が構成されている。 The filter section 3 is a multilayer film having a high refractive index film 4 with a relatively high refractive index and a low refractive index film 5 with a relatively low refractive index. In this embodiment, the multilayer film is formed by alternately providing the low refractive index film 5 and the high refractive index film 4 in this order on the first main surface 2a of the transparent substrate 2.

本実施形態において、高屈折率膜4は、水素化シリコン(hydrogenated silicon)含有膜である。なお、高屈折率膜4は水素化シリコン膜であることが好ましい。もっとも、高屈折率膜4の材料は水素化シリコンを含有しておれば上記に限定されず、元素としてAl、Ti、Nb、Ta、Zr、N、C等を含有してもよい。他方、低屈折率膜5は、酸化ケイ素により構成されている。なお、低屈折率膜5の材料は上記に限定されず、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化スズ、窒化シリコン等であってもよい。もっとも、低屈折率膜5は酸化ケイ素含有膜であることが好ましい。 In this embodiment, the high refractive index film 4 is a film containing silicon hydride. It is preferable that the high refractive index film 4 is a silicon hydride film. However, the material of the high refractive index film 4 is not limited to the above as long as it contains silicon hydride, and may contain elements such as Al, Ti, Nb, Ta, Zr, N, and C. On the other hand, the low refractive index film 5 is composed of silicon oxide. It is not limited to the above material, and may be aluminum oxide, titanium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, tin oxide, silicon nitride, etc. However, it is preferable that the low refractive index film 5 is a silicon oxide-containing film.

高屈折率膜4の1層当たりの厚みとしては、10nm以上であることが好ましく、15nm以上であることがより好ましい。一方で、高屈折率膜4の1層当たりの厚みとしては、1000nm以下であることが好ましく、750nm以下であることがより好ましい。 The thickness of each layer of the high refractive index film 4 is preferably 10 nm or more, and more preferably 15 nm or more. On the other hand, the thickness of each layer of the high refractive index film 4 is preferably 1000 nm or less, and more preferably 750 nm or less.

低屈折率膜5の1層当たりの厚みとしては、10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがより好ましい。一方で、低屈折率膜5の1層当たりの厚みとしては、500nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがより好ましい。 The thickness of each layer of the low refractive index film 5 is preferably 10 nm or more, and more preferably 20 nm or more. On the other hand, the thickness of each layer of the low refractive index film 5 is preferably 500 nm or less, and more preferably 300 nm or less.

フィルタ部3における多層膜を構成する膜の層数は、16層以上であることが好ましく、20層以上であることがより好ましい。一方で、フィルタ部3における多層膜を構成する膜の層数は、50層以下であることが好ましく、40層以下であることがより好ましい。 The number of layers constituting the multilayer film in the filter section 3 is preferably 16 or more, and more preferably 20 or more. On the other hand, the number of layers constituting the multilayer film in the filter section 3 is preferably 50 or less, and more preferably 40 or less.

本実施形態の光学フィルタ1は、このような多層膜からなるフィルタ部3を備えることにより、光の干渉で特定の波長域の光を選択的に透過させるように設計されたバンドパスフィルタである。本実施形態では、通過帯域(透過帯域)の中心波長が800nm~1000nmとなるように設計されている。もっとも、透過帯域の中心波長は、800nm~1000nmの範囲外にあってもよい。 The optical filter 1 of this embodiment is a bandpass filter that is designed to selectively transmit light in a specific wavelength range by using optical interference, by including a filter section 3 made of such a multilayer film. In this embodiment, it is designed so that the center wavelength of the passband (transmission band) is 800 nm to 1000 nm. However, the center wavelength of the transmission band may be outside the range of 800 nm to 1000 nm.

本実施形態の特徴は、水素化シリコン含有膜である高屈折率膜4において、水素化シリコンのスピン密度が1.0×1018個/cm以下であるという点にある。すなわち、本願発明者らは、水素化シリコン含有膜中のSiダングリングボンドが少ないと、水素化シリコン含有膜における光の吸収を効果的に抑制でき、水素化シリコン含有膜を用いた場合においても、光学フィルタ1の透過率を効果的に高くすることができることを見出した。詳細を以下において説明する。 The feature of this embodiment is that the spin density of silicon hydride in the high refractive index film 4, which is a silicon hydride-containing film, is 1.0×10 18 /cm 2 or less. That is, the inventors of the present application have found that if there are few Si dangling bonds in the silicon hydride-containing film, the absorption of light in the silicon hydride-containing film can be effectively suppressed, and even when a silicon hydride-containing film is used, the transmittance of the optical filter 1 can be effectively increased. Details will be described below.

図2(a)~図2(c)は、Si原子とH原子との結合状態の例を示す模式図である。図2(d)は、Siダングリングボンドを示す模式図である。なお、図2(a)~図2(d)において省略している部分では、Si原子は他のSi原子と結合している。図2(d)においては、電子を示す部分は、電子軌道として模式的に示す。 Figures 2(a) to 2(c) are schematic diagrams showing examples of the bond state between Si atoms and H atoms. Figure 2(d) is a schematic diagram showing a Si dangling bond. Note that in the omitted parts in Figures 2(a) to 2(d), Si atoms are bonded to other Si atoms. In Figure 2(d), the parts showing electrons are shown typically as electron orbitals.

水素化シリコン含有膜においては、図2(a)~図2(d)に示す結合の状態の部分が含まれる。図2(a)に示す場合には、Si原子に1個のH原子が結合している。図2(b)に示す場合には、Si原子に2個のH原子が結合している。図2(c)に示す場合には、Si原子に3個のH原子が結合している。図2(a)~図2(c)に示す場合には、Si原子はH原子または他のSi原子と結合しており、Si原子の全ての価電子は結合に用いられている。なお、水素化シリコン含有膜には、Si原子の価電子が全て他のSi原子との結合に用いられている状態の部分も含まれる。 The hydrogenated silicon-containing film includes portions in the bonded states shown in Figures 2(a) to 2(d). In the case shown in Figure 2(a), one H atom is bonded to the Si atom. In the case shown in Figure 2(b), two H atoms are bonded to the Si atom. In the case shown in Figure 2(c), three H atoms are bonded to the Si atom. In the cases shown in Figures 2(a) to 2(c), the Si atom is bonded to an H atom or another Si atom, and all of the valence electrons of the Si atom are used for bonding. Note that the hydrogenated silicon-containing film also includes portions in a state where all of the valence electrons of the Si atom are used for bonding with other Si atoms.

他方、図2(d)に示す場合には、Si原子にH原子が結合しておらず、不対電子eが存在している。このような、結合に用いられていない部分がSiダングリングボンドである。水素化シリコンのスピン密度は、Siダングリングボンドを定量的に示す値である。水素化シリコンのスピン密度が小さいほど、Siダングリングボンドが少ない。 On the other hand, in the case shown in FIG. 2(d), no H atom is bonded to the Si atom, and an unpaired electron e exists. Such a portion not used in bonding is a Si dangling bond. The spin density of hydrogenated silicon is a value that quantitatively indicates the Si dangling bond. The smaller the spin density of hydrogenated silicon, the fewer the Si dangling bonds.

水素化シリコンのスピン密度は、電子スピン共鳴法(ESR)により測定することができる。ここで、Siダングリングボンドのg値は2.0049である。よって、水素化シリコンのスピン密度の定量に際し、g値=2.0049におけるピークの信号強度を用いればよい。 The spin density of hydrogenated silicon can be measured by electron spin resonance (ESR). Here, the g value of the Si dangling bond is 2.0049. Therefore, when quantifying the spin density of hydrogenated silicon, the signal intensity of the peak at g value = 2.0049 can be used.

水素化シリコンのスピン密度は、例えば、水素化シリコン含有膜1層毎に測定すればよい。あるいは、光学フィルタにおける水素化シリコン含有膜以外の膜等が、水素化シリコンのスピン密度の測定に影響を与えない場合には、フィルタ部等において、まとめてESRによる測定を行ってもよい。この場合には、光学フィルタにおける全ての水素化シリコン含有膜における水素化シリコンのスピン密度を一度に求めることができる。 The spin density of silicon hydride may be measured, for example, for each layer of silicon hydride-containing film. Alternatively, if films other than the silicon hydride-containing film in the optical filter do not affect the measurement of the silicon hydride spin density, the ESR measurement may be performed collectively in the filter section, etc. In this case, the spin density of silicon hydride in all of the silicon hydride-containing films in the optical filter can be obtained at once.

[製造方法]
以下、光学フィルタ1の製造方法の一例について詳細に説明する。
[Production method]
An example of a method for manufacturing the optical filter 1 will now be described in detail.

まず、透明基板2を用意する。次に、透明基板2の第1の主面2a上に多層膜としてのフィルタ部3を形成する。フィルタ部3は、透明基板2の第1の主面2a上に、低屈折率膜5及び高屈折率膜4をこの順に交互に積層することにより形成することができる。高屈折率膜4及び低屈折率膜5は、それぞれ、スパッタリング法により形成することができる。 First, a transparent substrate 2 is prepared. Next, a filter portion 3 is formed as a multilayer film on the first main surface 2a of the transparent substrate 2. The filter portion 3 can be formed by alternately laminating a low refractive index film 5 and a high refractive index film 4 in this order on the first main surface 2a of the transparent substrate 2. The high refractive index film 4 and the low refractive index film 5 can each be formed by a sputtering method.

例えば、高屈折率膜4である水素化シリコン含有膜は、アルゴンガスと水素ガスによる反応性スパッタリングや、シリコン膜を成膜した後に、成膜したシリコン膜を水素化することにより形成してもよい。具体的には、スパッタリング法によりシリコン膜を成膜した後に、RFプラズマを用いてシリコン膜を水素化することにより、水素化シリコン含有膜を形成してもよい。 For example, the high refractive index film 4, which is a silicon hydrogenated film, may be formed by reactive sputtering using argon gas and hydrogen gas, or by forming a silicon film and then hydrogenating the formed silicon film. Specifically, a silicon film may be formed by a sputtering method, and then hydrogenating the silicon film using RF plasma to form a silicon hydrogenated film.

上記シリコン膜の成膜は、例えば、シリコンターゲットを用い、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスなどの不活性ガスの流量を100sccm~500sccmとし、ターゲット印加電力を2kW~10kWとして行うことができる。また、上記シリコン膜の水素化は、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスなどの不活性ガスの流量を100sccm~500sccmとし、水素ガスの流量を5sccm~200sccmとし、RF電力を1kW~5kWとして行うことができる。 The silicon film can be formed, for example, by using a silicon target, setting the flow rate of the inert gas such as argon gas as the sputtering gas to 100 sccm to 500 sccm, and setting the target applied power to 2 kW to 10 kW. The silicon film can be hydrogenated by setting the flow rate of the inert gas such as argon gas as the sputtering gas to 100 sccm to 500 sccm, the flow rate of hydrogen gas to 5 sccm to 200 sccm, and setting the RF power to 1 kW to 5 kW.

アルゴン(Ar)ガスの水素(H)ガスに対する流量比(Ar/H)は、0.83以上であることが好ましく、0.96以上であることがより好ましく、1.4以上であることがさらに好ましく、2.4以上であることがさらにより好ましい。それによって、得られる水素化シリコン含有膜における、水素化シリコンのスピン密度をより一層低くすることができる。なお、流量比(Ar/H)の上限値は、特に限定されないが、例えば、10とすることができる。 The flow rate ratio (Ar/ H2 ) of argon (Ar) gas to hydrogen ( H2 ) gas is preferably 0.83 or more, more preferably 0.96 or more, even more preferably 1.4 or more, and even more preferably 2.4 or more. This can further reduce the spin density of silicon hydride in the resulting silicon hydride-containing film. The upper limit of the flow rate ratio (Ar/ H2 ) is not particularly limited, but can be, for example, 10.

高屈折率膜4を成膜するときの透明基板2の温度は、例えば、15℃以上、300℃以下とすることができる。 The temperature of the transparent substrate 2 when forming the high refractive index film 4 can be, for example, 15°C or higher and 300°C or lower.

上記のように、水素化シリコンのスピン密度を1.0×1018個/cm以下とすることにより、光学フィルタの透過率を高めることができる。これを、実施例及び比較例を比較することにより示す。 As described above, by setting the spin density of silicon hydride to 1.0×10 18 /cm 2 or less, the transmittance of the optical filter can be increased. This will be shown by comparing the examples and the comparative examples.

[実施例]
(実施例1)
まず、透明基板としてガラス基板を用意した。次に、透明基板の第1の主面上にフィルタ部を形成した。フィルタ部は、透明基板の第1の主面上に、低屈折率膜及び高屈折率膜をこの順に交互に積層することにより形成した。高屈折率膜及び低屈折率膜は、それぞれ、スパッタリング法により形成した。
[Example]
Example 1
First, a glass substrate was prepared as a transparent substrate. Next, a filter portion was formed on a first main surface of the transparent substrate. The filter portion was formed by alternately laminating a low refractive index film and a high refractive index film in this order on the first main surface of the transparent substrate. The high refractive index film and the low refractive index film were each formed by a sputtering method.

なお、高屈折率膜である水素化シリコン膜は、スパッタリング法によりシリコン膜を成膜した後に、RFプラズマを用いてシリコン膜を水素化することにより形成した。水素化シリコン膜の形成に際し、シリコン膜の成膜においては、シリコンターゲットを用い、スパッタリングガスしてのアルゴンガスの流量を300sccmとし、ターゲット印加電力を10kWとした。上記シリコン膜の水素化においては、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスの流量を170sccmとし、水素ガスの流量を30sccmとし、RFプラズマ電力を2.5kWとした。 The high refractive index hydrogenated silicon film was formed by forming a silicon film by sputtering and then hydrogenating the silicon film using RF plasma. When forming the hydrogenated silicon film, a silicon target was used for the silicon film formation, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was 300 sccm, and the target applied power was 10 kW. When hydrogenating the silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was 170 sccm, the flow rate of hydrogen gas was 30 sccm, and the RF plasma power was 2.5 kW.

他方、低屈折率膜として、酸化ケイ素膜(SiO膜)を形成した。スパッタリングガスとしてアルゴンガス及び酸素ガスを用い、シリコンターゲットをスパッタリングし、SiO膜を成膜した。なお、この際、アルゴンガスの流量を300sccmとし、酸素ガスの流量を120sccmとした。ターゲット印加電力を10kWとした。SiO膜及び水素化シリコン膜の成膜に際し、透明基板の温度は25℃とした。 On the other hand, a silicon oxide film ( SiO2 film) was formed as a low refractive index film. Argon gas and oxygen gas were used as sputtering gases to sputter a silicon target and form a SiO2 film. At this time, the flow rate of argon gas was 300 sccm and the flow rate of oxygen gas was 120 sccm. The target application power was 10 kW. When forming the SiO2 film and the silicon hydride film, the temperature of the transparent substrate was 25°C.

これらの操作を繰り返すことにより、透明基板上に、SiO膜と水素化シリコン膜とを交互に積層した。これにより、合計29層の膜を有するフィルタ部を形成した。以上により、実施例1の光学フィルタを得た。 By repeating these operations, SiO2 films and silicon hydride films were alternately laminated on the transparent substrate. As a result, a filter part having a total of 29 layers was formed. In this way, the optical filter of Example 1 was obtained.

(実施例2)
水素化シリコン膜の形成におけるスパッタリングガスの流量以外においては、実施例1と同様にして光学フィルタを作製した。具体的には、水素化シリコン膜の形成に際し、シリコン膜の成膜においては、スパッタリングガスしてのアルゴンガスの流量を290sccmとした。上記シリコン膜の水素化においては、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスの流量を120sccmとし、水素ガスの流量を10sccmとした。
Example 2
Except for the flow rate of the sputtering gas in forming the hydrogenated silicon film, the optical filter was fabricated in the same manner as in Example 1. Specifically, in forming the hydrogenated silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas in forming the silicon film was set to 290 sccm. In hydrogenating the silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was set to 120 sccm, and the flow rate of hydrogen gas was set to 10 sccm.

(実施例3)
水素化シリコン膜の形成におけるスパッタリングガスの流量以外においては、実施例1と同様にして光学フィルタを作製した。具体的には、水素化シリコン膜の形成に際し、シリコン膜の成膜においては、スパッタリングガスしてのアルゴンガスの流量を330sccmとした。上記シリコン膜の水素化においては、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスの流量を84sccmとし、水素ガスの流量を6sccmとした。
Example 3
Except for the flow rate of the sputtering gas in forming the hydrogenated silicon film, the optical filter was fabricated in the same manner as in Example 1. Specifically, in forming the hydrogenated silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas in forming the silicon film was set to 330 sccm. In hydrogenating the silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was set to 84 sccm, and the flow rate of hydrogen gas was set to 6 sccm.

(実施例4)
水素化シリコン膜の形成におけるスパッタリングガスの流量以外においては、実施例1と同様にして光学フィルタを作製した。具体的には、水素化シリコン膜の形成に際し、シリコン膜の成膜においては、スパッタリングガスしてのアルゴンガスの流量を360sccmとした。上記シリコン膜の水素化においては、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスの流量を56sccmとし、水素ガスの流量を4sccmとした。
Example 4
Except for the flow rate of the sputtering gas in forming the hydrogenated silicon film, the optical filter was manufactured in the same manner as in Example 1. Specifically, in forming the hydrogenated silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas in forming the silicon film was set to 360 sccm. In hydrogenating the silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was set to 56 sccm, and the flow rate of hydrogen gas was set to 4 sccm.

(比較例1)
水素化シリコン膜の形成におけるスパッタリングガスの流量以外においては、実施例1と同様にして光学フィルタを作製した。具体的には、水素化シリコン膜の形成に際し、シリコン膜の成膜においては、スパッタリングガスしてのアルゴンガスの流量を370sccmとした。上記シリコン膜の水素化においては、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスの流量を47sccmとし、水素ガスの流量を3sccmとした。
(Comparative Example 1)
Except for the flow rate of the sputtering gas in forming the hydrogenated silicon film, the optical filter was fabricated in the same manner as in Example 1. Specifically, in forming the hydrogenated silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas in forming the silicon film was set to 370 sccm. In hydrogenating the silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was set to 47 sccm, and the flow rate of hydrogen gas was set to 3 sccm.

(比較例2)
水素化シリコン膜の形成におけるスパッタリングガスの流量以外においては、実施例1と同様にして光学フィルタを作製した。具体的には、水素化シリコン膜の形成に際し、シリコン膜の成膜においては、スパッタリングガスしてのアルゴンガスの流量を380sccmとした。上記シリコン膜の水素化においては、スパッタリングガスとしてのアルゴンガスの流量を38sccmとし、水素ガスの流量を2sccmとした。
(Comparative Example 2)
Except for the flow rate of the sputtering gas in forming the hydrogenated silicon film, the optical filter was fabricated in the same manner as in Example 1. Specifically, in forming the hydrogenated silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas in forming the silicon film was set to 380 sccm. In hydrogenating the silicon film, the flow rate of argon gas as the sputtering gas was set to 38 sccm, and the flow rate of hydrogen gas was set to 2 sccm.

各実施例及び各比較例におけるフィルタ部の層構成を、表1に示す。なお、表1において、SiOはSiO膜からなる低屈折率膜を示し、Si:Hは水素化シリコン膜からなる高屈折率膜を示し、glassは透明基板を示す。 The layer structure of the filter part in each example and each comparative example is shown in Table 1. In Table 1, SiO2 indicates a low refractive index film made of SiO2 film, Si:H indicates a high refractive index film made of silicon hydride film, and glass indicates a transparent substrate.

Figure 0007528762000001
Figure 0007528762000001

(評価)
各実施例及び各比較例の光学フィルタにおける水素化シリコンのスピン密度をESRにより測定した。さらに、各光学フィルタの、波長940nmにおける屈折率n、吸光度k及び透過率を測定した。これらの結果を表2に示す。さらに、水素化シリコンのスピン密度と、吸光度k及び透過率との関係を、図3及び図4に示す。図3及び図4の各プロットは、各実施例及び各比較例の結果を示す。
(evaluation)
The spin density of hydrogenated silicon in the optical filters of each Example and Comparative Example was measured by ESR. Furthermore, the refractive index n, absorbance k, and transmittance at a wavelength of 940 nm of each optical filter were measured. These results are shown in Table 2. Furthermore, the relationship between the spin density of hydrogenated silicon and the absorbance k and transmittance is shown in Figures 3 and 4. The plots in Figures 3 and 4 show the results of each Example and Comparative Example.

Figure 0007528762000002
Figure 0007528762000002

図3は、水素化シリコンのスピン密度と、吸光度kとの関係を示す図である。図4は、水素化シリコンのスピン密度と、透過率との関係を示す図である。 Figure 3 shows the relationship between the spin density of hydrogenated silicon and the absorbance k. Figure 4 shows the relationship between the spin density of hydrogenated silicon and the transmittance.

図3に示すように、水素化シリコンのスピン密度が低いほど、吸光度kが低くなっていることがわかる。さらに、図4に示すように、水素化シリコンのスピン密度が低いほど、透過率が高くなっていることがわかる。特に、水素化シリコンのスピン密度が1.0×1018個/cm以下である場合には、透過率が90%を超えて高くなっていることがわかる。 As shown in Fig. 3, it can be seen that the absorbance k is lower as the spin density of hydrogenated silicon is lower. Furthermore, as shown in Fig. 4, it can be seen that the transmittance is higher as the spin density of hydrogenated silicon is lower. In particular, it can be seen that the transmittance is higher than 90% when the spin density of hydrogenated silicon is 1.0 x 1018 / cm2 or less.

図3及び図4に示す結果から、水素化シリコンのスピン密度が低いほど、水素化シリコン膜に光が吸収され難くなり、光が透過し易くなることがわかる。これは、Siダングリングボンドが光の吸収に寄与していたためと考えられる。水素の導入によりSiダングリングボンドが減少することによって、吸光度kが低下し、透過率が高くなったものと考えられる。 From the results shown in Figures 3 and 4, it can be seen that the lower the spin density of the hydrogenated silicon, the less light is absorbed by the hydrogenated silicon film and the easier it is for light to transmit through. This is thought to be because the Si dangling bonds contribute to the absorption of light. It is thought that the introduction of hydrogen reduces the Si dangling bonds, thereby decreasing the absorbance k and increasing the transmittance.

なお、実施例1~4の結果から、シリコン膜の水素化における流量比(Ar/H)が、0.96以上、1.44以上、2.43以上である場合に、水素化シリコンのスピン密度がより一層低くなり、透過率がより一層高くなっていることがわかる。 Furthermore, from the results of Examples 1 to 4, it can be seen that when the flow rate ratio (Ar/H 2 ) in the hydrogenation of the silicon film is 0.96 or more, 1.44 or more, or 2.43 or more, the spin density of the hydrogenated silicon becomes lower and the transmittance becomes higher.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る光学フィルタを示す模式的断面図である。光学フィルタ21では、透明基板2の第2の主面2b上に反射防止膜6が設けられている。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
Second Embodiment
5 is a schematic cross-sectional view showing an optical filter according to a second embodiment of the present invention. In an optical filter 21, an anti-reflection film 6 is provided on a second main surface 2b of a transparent substrate 2. The other points are the same as those in the first embodiment.

反射防止膜6は、相対的に屈折率が高い高屈折率膜7と相対的に屈折率が低い低屈折率膜8とを有する、多層膜である。本実施形態では、透明基板2の第2の主面2b上に、低屈折率膜8及び高屈折率膜7がこの順に交互に設けられることにより、多層膜が構成されている。本実施形態において、高屈折率膜7は、水素化シリコンにより構成されている。もっとも、高屈折率膜7の材料はこれに限定されるものではない。また、低屈折率膜8は、酸化ケイ素により構成されている。なお、低屈折率膜8の材料としては、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ハフニウム、窒化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化スズを用いてもよい。 The anti-reflection film 6 is a multilayer film having a high refractive index film 7 with a relatively high refractive index and a low refractive index film 8 with a relatively low refractive index. In this embodiment, the multilayer film is formed by alternately providing the low refractive index film 8 and the high refractive index film 7 in this order on the second main surface 2b of the transparent substrate 2. In this embodiment, the high refractive index film 7 is made of silicon hydride. However, the material of the high refractive index film 7 is not limited to this. The low refractive index film 8 is made of silicon oxide. Note that the material of the low refractive index film 8 may be aluminum oxide, tantalum oxide, niobium oxide, titanium oxide, hafnium oxide, silicon nitride, zirconium oxide, or tin oxide.

反射防止膜6の多層膜を構成する膜の層数は、10層以上であることが好ましい。一方で、反射防止膜6の多層膜を構成する膜の層数は、40層以下であることが好ましい。 The number of layers constituting the multilayer film of the anti-reflection film 6 is preferably 10 or more. On the other hand, the number of layers constituting the multilayer film of the anti-reflection film 6 is preferably 40 or less.

第2の実施形態の光学フィルタ21においても、フィルタ部3の高屈折率膜4においては、水素化シリコンのスピン密度が1.0×1018個/cm以下である。よって、第1の実施形態と同様に、光学フィルタ21における透過率を高くすることができる。 In the optical filter 21 of the second embodiment, the spin density of silicon hydride is 1.0× 10 /cm or less in the high refractive index film 4 of the filter portion 3. Therefore, similarly to the first embodiment, the transmittance of the optical filter 21 can be increased.

反射防止膜6の高屈折率膜7としての水素化シリコン含有膜においても、水素化シリコンのスピン密度が1.0×1018個/cm以下であることが好ましい。この場合には、光学フィルタ21における透過率をより確実に、効果的に高くすることができる。 It is also preferable that the silicon hydride spin density in the silicon hydride-containing film serving as the high refractive index film 7 of the antireflection coating 6 is 1.0×10 18 /cm 2 or less. In this case, the transmittance of the optical filter 21 can be increased more reliably and effectively.

1…光学フィルタ
1a…主面
2…透明基板
2a…第1の主面
2b…第2の主面
3…フィルタ部
4…高屈折率膜
5…低屈折率膜
6…反射防止膜
7…高屈折率膜
8…低屈折率膜
21…光学フィルタ
REFERENCE SIGNS LIST 1...optical filter 1a...principal surface 2...transparent substrate 2a...first principal surface 2b...second principal surface 3...filter section 4...high refractive index film 5...low refractive index film 6...anti-reflection film 7...high refractive index film 8...low refractive index film 21...optical filter

Claims (3)

水素化シリコン含有膜を有する、光学フィルタであって、
透明基板と、
前記透明基板の一方側主面上に設けられており、前記水素化シリコン含有膜を含むフィルタ部と、
前記透明基板の他方側主面上に設けられており、相対的に屈折率が高い高屈折率膜と、
相対的に屈折率が低い低屈折率膜とを有する反射防止膜と、
を備え、
前記高屈折率膜の材料として、水素化シリコンが用いられており、
前記高屈折率膜における水素化シリコン、及び前記水素化シリコン含有膜における水素化シリコンのスピン密度が1.0×1018個/cm以下である、光学フィルタ。
1. An optical filter having a hydrogenated silicon-containing film, comprising:
A transparent substrate;
a filter portion provided on one main surface of the transparent substrate and including the silicon hydride-containing film;
a high refractive index film provided on the other main surface of the transparent substrate and having a relatively high refractive index;
an anti-reflection film having a low refractive index film having a relatively low refractive index;
Equipped with
The high refractive index film is made of silicon hydride,
an optical filter, wherein the spin density of the silicon hydride in the high refractive index film and the silicon hydride in the silicon hydride-containing film is 1.0 x 1018 / cm2 or less.
前記透明基板と、
前記透明基板の一方側主面上に設けられており、かつ相対的に屈折率が高い高屈折率膜及び相対的に屈折率が低い低屈折率膜を有する多層膜からなる前記フィルタ部と、
を備え、
前記フィルタ部における前記高屈折率膜が、前記水素化シリコン含有膜である、請求項1に記載の光学フィルタ。
The transparent substrate;
the filter portion being provided on one main surface of the transparent substrate and being made of a multilayer film having a high refractive index film having a relatively high refractive index and a low refractive index film having a relatively low refractive index;
Equipped with
2. The optical filter according to claim 1, wherein the high refractive index film in the filter portion is the silicon hydride-containing film.
前記フィルタ部における前記低屈折率膜が、酸化ケイ素含有膜である、請求項2に記載の光学フィルタ。 The optical filter according to claim 2, wherein the low refractive index film in the filter portion is a silicon oxide-containing film.
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