JP2015022109A

JP2015022109A - 光学フィルタ及び光学フィルタ積層体

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Publication number: JP2015022109A
Application number: JP2013149498A
Authority: JP
Inventors: 岸　寛之; Hiroyuki Kishi; 寛之岸; 林　由紀子; Yukiko Hayashi; 由紀子林; 圭吾竹口; Keigo Takeguchi
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】特定の波長を高い選択性、かつ高い透過率で透過する金属薄膜による光学フィルタ及び光学フィルタ積層体を提供すること。
【解決手段】本発明の光学フィルタは、金属薄膜１０１の薄膜面内に同形状の開口部１０４が一定間隔Ａの周期で配置された光学フィルタ１００で、開口部１０４の形状は、金属薄膜１０１を貫通する貫通孔１０２の内側に金属薄膜１０１と同じ材質からなる島状構造体１０３が配置された形状である。開口部１０４の配置は、対称性のある配置が好ましく、三角格子配列が最適である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学フィルタ及び光学フィルタ積層体に関し、より詳細には、特定の波長を高い選択性、かつ高い透過率で透過する金属薄膜による光学フィルタ及び光学フィルタ積層体に関する。

特定の波長帯域のみを透過させる光学フィルタ、いわゆるバンドパスフィルタは、一般に誘電体の多層膜で構成されたものが多い。これは光学薄膜の干渉の原理を利用したものである。誘電体の多層膜は、透過させたい波長や透過率などの光学特性によって、膜数，膜厚，誘電体の誘電率が細かく制御されており、直進光に対して非常に選択性の高いバンドパスフィルタが可能である。また、その透過率は理論的にほぼ１００％に近いものも設計可能である。

一方、近年、金属薄膜に開口を周期的に配列し、表面プラズモン共鳴を利用して波長選択を行なう金属薄膜のバンドパスフィルタについては、例えば、特許文献１，２に提案されている。
特許文献１に記載のものは、直径が透過光の波長よりも小さな開口を有するアレイにおける光の透過効率を向上させるための高光透過開口アレイに関するもので、薄い金属プレートが、複数の開口が矩形状に配列されたアレイを有し、開口同士が、所定の波長の入射光が表面プラズモンエネルギ帯で金属プレートを撹乱して個々の開口を通過する光の量を向上させるように、アレイへの入射光の波長に応じて周期Ｐで配列されているものである。

また、特許文献２に記載のものは、金属薄膜を用いた光学フィルタの光学特性の自由度を増すと共に透過率の向上を図るようにした光学フィルタに関するもので、基板の表面上に複数の開口部を備えた遮光性の導電体層を配して構成され、第１の波長の光を選択的に透過せしめる光学フィルタであって、開口の大きさが、第１の波長以下の大きさであり、基板表面の面積に対する導電体層の面積の割合が、３６％以上７４％以下の範囲にあるとともに、導電体層に接して誘電体層を備え、導電体層に入射する光により開口部に誘起される表面プラズモンにより第１の波長の透過率を極大値とさせるものである。

特開平１１−７２６０７号公報特開２０１０−９０２５号公報

しかしながら、上述した誘電体多層膜のバンドパスフィルタは、特定の波長のみを透過させるために、光学薄膜を複数層積層させる必要があり、製造工程が煩雑になり、積層することによる成膜バラつきは精度を上げるのが困難であるという問題がある。
また、デバイスに直接積層する場合、層間に生じる歪によって、膜剥れやヒビ割れなどを生じさせてしまうこともある。それを回避するために数１００ｕｍ厚の基板の表裏面両面に同じ構成で複数層成膜することも可能であるが、その場合、デバイス上に直接積層することができず、別の基板を使用するために厚みが大きくなってしまうという問題がある。

一方、上述した特許文献１では、金属薄膜に開口部を周期的に形成することによって、金属表面に誘起される表面プラズモン共鳴の波長に依存した透過スペクトルを持つバンドパスフィルタを実現している。この場合、透過させたい所望の波長（周波数）制御は、周期的な開口を回折格子と見立てて、下記式（１）のように、金属及び隣接する材質が固定されれば、開口部の間隔のみで制御が可能である。

ｍ：整数（回折次数）、ｆ：周波数、Ａ：開口部の間隔、ε１：金属の誘電率、
ε２：金属と隣接する材質の誘電率、ｃ：光速度
開口を有する金属薄膜によるバンドパスフィルタの場合、光学薄膜干渉によるものと異なり、複数層の構造は必要なく、少なくとも数１００ｎｍレベルの金属薄膜とパッシベーション膜を含めた数層のみで構成することが可能なので、上述した厚み問題は解消され、基板上へ直接設置することも可能である。

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている開口部を有する金属薄膜フィルタでは、透過率は、開口部面積比率から類推される以上の値ではあるが、実用上の観点からすると低い値であり、また、透過スペクトル全体におけるピークが複数あることや透過スペクトル全体がブロードであるため、所望の波長帯での急峻な波長選択性をもつことが要求されるバンドパスフィルタなどには適応することができない。

それに対し、上述した特許文献２では、誘電体基板上の開口を有する金属膜を、基板と対向する面側に対して、誘電体基板と同じ誘電率の物質で積層することによって、金属膜両面を挟みこみ、金属膜両面で生じる表面プラズモン共鳴を同調させている。
これにより、透過する波長が複数に分かれることなく、透過スペクトル全体におけるピークを一つとし、上述する問題を解決している。しかし、透過率を確保するために導電体層の面積割合をある程度抑える必要があることから、透過する波長帯域の幅が広くなってしまい、高い透過率を保ちつつ、所望の波長帯での急峻な波長選択性をもつことが要求されるバンドパスフィルタなどには適応することはできない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特定の波長を高い選択性、かつ高い透過率で透過する金属薄膜による光学フィルタ及び光学フィルタ積層体を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、金属薄膜（１０１）の薄膜面内に同形状の開口部（１０４）が一定間隔（Ａ）の周期で配置された光学フィルタ（１００）において、前記開口部（１０４）の形状が、前記金属薄膜（１０１）を貫通する貫通孔（１０２）の内側に前記金属薄膜（１０１）と同じ材質からなる島状構造体（１０３）が配置された形状であることを特徴とする。（図１，図３乃至図９；実施例１乃至７）
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記島状構造物（１０３）の前記貫通孔（１０２）に対する面積割合が、１％以上８０％未満であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記金属薄膜（１０１）を構成する材料が、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｚｎの中から少なくとも１種類以上の金属を含有することを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記金属薄膜（１０１）が、前記材料の中から形成された多層構造であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記開口部（１０４）の配列が、三角格子配列であることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学フィルタ（１００）が、支持基板（２０１）上に積層されていることを特徴とする光学フィルタ積層体である。（図３；実施例１）
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記支持基板（２０１）と前記光学フィルタ（１００）との間に第１の誘電体層（２０２）が設けられていることを特徴とする。（図４；実施例２）

また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記支持基板（２０１）と前記光学フィルタ（１００）の接する対向面に第２の誘電体層（２０３）が設けられていることを特徴とする。（図５；実施例３）
また、請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記光学フィルタ（１００）が、前記第１及び第２の一対の誘電体層（２０２，２０３）で挟持されていることを特徴とする。（図６；実施例４）
また、請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記支持基板（２０１）と前記光学フィルタ（１００）の接する対向面に、前記光学フィルタ（１００）の前記貫通孔（１０２）を除いて第２の誘電体層（２０３）が設けられていることを特徴とする。（図７；実施例５）

また、請求項１１に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記光学フィルタ（１００）が、前記第１及び第２の一対の誘電体層（２０２，２０３）で挟持された２層構造であることを特徴とする。（図８；実施例６）
また、請求項１２に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記支持基板（２０１）上に前記開口部（１０２）の前記間隔（Ａ１，Ａ２）の異なるパターンが複数エリアに設けられていることを特徴とする。（図９；実施例７）

本発明による光学フィルタは、金属薄膜面内に、同形状の開口部が一定間隔の周期で配置され、開口部の形状が、金属薄膜を貫通する孔の内側に金属薄膜と同じ材質から成る島状構造体が配置された形状であるので、特定の波長を高い選択性、かつ高い透過率で透過する金属薄膜の薄型光学フィルタ及び光学フィルタ積層体を実現することが可能である。

本発明に係る光学フィルタの実施形態を説明するための平面構成図である。図１に示した本発明の光学フィルタと比較するための光学フィルタの平面構成図である。本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例１を説明するための断面構成図で、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例２を説明するための断面構成図である。本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例３を説明するための断面構成図である。本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例４を説明するための断面構成図である。本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例５を説明するための断面構成図である。本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例６を説明するための断面構成図である。本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例７を説明するための断面構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る光学フィルタの実施形態を説明するための平面構成図で、図中符号１００は光学フィルタ、１０１は金属薄膜、１０２は貫通孔、１０３は島状構造物、１０４は開口部を示している。
本実施形態の光学フィルタは、金属薄膜１０１の薄膜面内に同形状の開口部１０４が一定間隔Ａの周期で配置された光学フィルタ１００で、開口部１０４の形状は、金属薄膜１０１を貫通する貫通孔１０２の内側に金属薄膜１０１と同じ材質からなる島状構造体１０３が配置された形状である。

なお、所望の光学フィルタ特性として、透過率のピーク波長をλｐ（透過させたい所望の波長）とするときに、選択性については、透過スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）をλｐの４０％以下、かつ、透過率については、λｐにおける透過量が全透過量の６０％以上を満たすことを特性指標とする。
金属薄膜による光学フィルタ１００は、金属からなる平坦な金属薄膜１０１内に貫通した貫通孔１０２が周期的に開けられており、この貫通孔１０２内には、金属薄膜１０１と同じ層構成による島状構造物１０３が設けられている。開口部１０４は、貫通孔１０２から島状構造物１０３を除くもので、図１に示した斜線部以外の領域を示すものである。

開口部１０４の隣接開口部間の間隔Ａは、上述した式（１）に従い、所望の透過波長を制御することが可能である。間隔Ａの長さは、サブミクロンメートルから数十ミクロンメートル程度が好ましい。
また、金属薄膜１０１及び島状構造物１０３を構成する材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｚｎのうち少なくとも１種類以上の金属を含有することが好ましい。特性、加工性や耐久性の観点より、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのうち少なくとも１種類を主成分とすることがより好ましい。例えば、上述の材料の中から選択された、ＡｕＰｄＣｕ，ＡｕＺｎあるいは上述の材料を主成分としたＡｕＧｅのような合金であっても構わない。

また、後述する基板又は隣接する部材間との密着性向上及び耐久性の観点より、上述した選ばれた材料から形成された多層構造であっても良い。
また、金属薄膜１０１及び島状構造物１０３は、蒸着法，スパッタリング法，めっき法，印刷法，塗布法のいずれかの方法で作製することができる。
また、貫通孔１０２及び島状構造物１０３は、金属薄膜１０１を作製した後に、金属薄膜１０１上に所望のパターンを得るためのレジストパタンを作製し、ドライエッチング法，ウエットエッチング法を用いて作製することができる。

また、予め所望のパターンを得るためのレジストパタンを作製し、その上に蒸着法，スパッタリング法を用いて金属薄膜１０１を作製した後にリフトオフ法を用いて作製することもできる。
また、金属薄膜１０１の膜厚は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。５０ｎｍ以上の金属膜厚があれば、半値全幅を狭くすることが可能であり、５００ｎｍ以下の金属膜厚であれば、高い透過率を保つことが可能である。つまり、前述の範囲内の金属膜厚であれば、高い選択性かつ高い透過率を同時に満たす所望の光学フィルタ特性を発現することが可能である。

また、開口部１０４の配置は、対称性のある配置が好ましい。図１に示した三角格子配列であれば、最隣接する開口部が全て等間隔であるので、対称性は高くより好ましい。
また、開口部１０４の大きさは、図１に示した斜線部以外の領域の面積のことであり、貫通孔１０２の面積から開口部内の島状構造物１０３を除いた面積で定義される。
また、開口部１０４の面積割合は、光学フィルタ１００の格子単位面積に対する格子単位内に占める開口部１０４の面積の割合で定義される。ここでいう光学フィルタ１００の格子単位面積とは、開口部１０４が配置されている格子配列の一格子単位の領域を示す。例えば、三角格子の場合、隣接する開口部１０４の中心を頂点とする一辺がＡの正三角形の領域（図１のＣ参照）を示し、正方格子の場合であれば、隣接する開口部１０４の中心を頂点とする一辺がＡの正方形の領域を示す。

図２は、図１に示した本発明の光学フィルタと比較するための光学フィルタの平面構成図である。図２に示すような単に貫通孔１０２のみの開口部を有する光学フィルタと、開口部１０４の面積割合が等しく、図１に示すような島状構造物１０３を含む開口部１０４の光学フィルタとを比較した場合、同じ開口部面積割合にも関わらず、透過率は、島状構造物１０３を含む開口部を有する光学フィルタの方が高く、高い選択性を満たしつつ、高い透過率を維持することが可能である。

これは、開口部を有する金属薄膜の光学フィルタの特性であり、透過率が開口部面積に比例して変化するのではなく、金属薄膜内の開口部形状及びその周期的配置による効果を表している。
開口部内の島状構造物１０３の大きさは、貫通孔１０２に対して１％以上８０％未満が好ましい。島状構造物１０３が貫通孔１０２に対して少なくとも１％以上で設けられることで、光学フィルタ特性に影響する。特に、所望の透過波長以外のノイズ成分の抑制又は半値全幅を狭くすることが可能である。

島状構造物１０３の大きさが８０％以上の場合、開口部１０４の形状は、非常に細い細線の環形状となるため、作製上、微細な制御や高解像を要し、非常に高価な装置を用い、スループットの悪い工程となってしまう。
また、そのような工程を以てしても、例えば、近赤外以下の波長の場合、貫通孔１０２と島状構造物１０３が１００ｎｍ程度又はそれ以下の距離でギリギリ接するかどうかの形状であるため、プロセスマージンの観点からも８０％未満であることが望ましい。

また、図１に示すように、開口部１０４の形状は、円形のリング形状で示されてあるが、貫通孔１０２及び島状構造物１０３の形状は、上記条件を満たす限りは、円形，三角形，四角形，六角形，星型など、いずれの形でも良い。つまり、四角の貫通孔に三角形の島状構造物が配置されている構造やその他組み合わせは限定されない。
ただし、作製上の観点から、あまり複雑な形状は作製困難であり、比較的単純な形状が好ましい。特に、対称性の観点から円形の形状が好ましい。また、貫通孔１０２内における島状構造物１０３の配置位置は、対称性の観点より、貫通孔１０２の重心点に配置することが好ましい。

図３は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例１を説明するための断面構成図で、図１のＢ−Ｂ線断面図で、支持基板２０１に光学フィルタ１００を積層したものの断面図である。つまり、本実施例１の光学フィルタ積層体は、上述した実施形態の光学フィルタ１００を支持基板２０１上に積層されたものである。
光学フィルタ１００は、薄膜のため、自立することが難しく、支持基板２０１で支持することが必須である。この支持基板２０１は、誘電体又は半導体から成り、透過させたい所望の波長において透明であることが望ましい。また、積層されている光学フィルタの金属の誘電率と支持基板２０１の誘電率の組み合わせによっても、所望の波長が制御可能なので、上述した開口部間隔Ａを含め、式（１）を満たす条件の誘電率を有する基板を選ぶのが好ましい。

また、選択した基板内に、透過させたくない波長帯域において、その波長の光を吸収する物質を混ぜることにより、所望の光学特性の選択性を上げることも可能である。
また、支持基板２０１は、無機材料でも高分子の有機化合物のような材料でも、透過させたい所望の波長において透明であれば特に限定はされない。安定性・耐久性の観点より無機材料がより好ましい。支持基板２０１は、例えば、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＡｌＮ，ＧａＮ，ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯなどが挙げられる。

図４は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例２を説明するための断面構成図である。上述したように、光学フィルタ１００の特性は、隣接する材料の誘電率によって光学特性が変化するので、図４に示すように、本実施例２の光学フィルタ積層体は、支持基板２０１と光学フィルタ１００との間に、所望の誘電率を有する第１の誘電体層２０２が積層された構成である。

図５は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例３を説明するための断面構成図である。図５に示すように、本実施例３の光学フィルタ積層体は、支持基板２０１と光学フィルタ１００の接する対向面に所望の誘電率を有する第２の誘電体層２０３が積層された構成である。

図６は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例４を説明するための断面構成図である。図６に示すように、図４に示した実施例２と図５に示した実施例３との構成を組み合わせて、図６に示すように、光学フィルタ１００を所望の誘電率を有する第１の誘電体層２０２と第２の誘電体層２０３で挟み込む構成でも良い。
つまり、本実施例４の光学フィルタ積層体における光学フィルタ１００は、第１及び第２の一対の誘電体層２０２，２０３で挟持されている。

特に、図６に示すような構成において、第１及び第２の誘電体層２０２，２０３は、各々、光学フィルタ１００の上下面と接するので、透過する波長が２分割されることなく、１つの急峻なピークを持つためには、第１及び第２の誘電体層２０２，２０３の誘電率は、同じであることがより好ましい。
また、第１及び第２の誘電体層２０２，２０３は、誘電体から成り、透過させたい所望の波長において透明であることが望ましい。また、透過させたくない波長帯域において、その波長の光を吸収する物質を混ぜることにより、所望の光学特性の選択性を上げることも可能である。

また、第１及び第２の誘電体層２０２，２０３は、無機材料でも高分子の有機化合物のような材料でも、透過させたい所望の波長において透明であれば特に限定はされない。安定性・耐久性の観点より無機材料がより好ましい。第１及び第２の誘電体層２０２，２０３は、例えば、ＳｉＮ，ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２などが挙げられる。

図７は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例５を説明するための断面構成図である。図５に示した第２の誘電体層２０３は、光学フィルタ１００の開口部１０４を充填しているが、特に開口部全てを充填しなくても良く、図７に示すように、開口部１０２を除いて積層されている構成でも構わない。
つまり、本実施例５の光学フィルタ積層体は、支持基板２０１と光学フィルタ１００の接する対向面に、光学フィルタ１００の貫通孔１０２を除いて第２の誘電体層２０３を設けたものである。これは図６に示した実施例４の構成においても同様である。

また、第１及び第２の誘電体層２０２，２０３は、光学フィルタ１００の隣接する層として光学フィルタの特性を制御する機能を有する層のみならず、密着層や保護層としても機能するので、単層ではなく、２種類以上の誘電体を含む複層を有する構造でも構わない。

図８は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例６を説明するための断面構成図である。図８に示すように、上述した光学フィルタ１００を含んだ構成を２層積層した場合は、特に半値全幅が狭くなり、単層以上の高い選択性を得ることが可能である。
つまり、本実施例６の光学フィルタ積層体における光学フィルタ１００は、第１及び第２の一対の誘電体層２０２，２０３で挟持された２層構造である。

図９は、本発明に係る光学フィルタ積層体の実施例７を説明するための断面構成図である。図９のように、同一基板上に開口部の間隔Ａが異なるパターンを複数エリアに設けることにより、各エリアに応じた透過特性を持つ光学フィルタを得ることが可能である。
つまり、本実施例６の光学フィルタ積層体における光学フィルタ１００は、支持基板２０１上に開口部１０２の間隔Ａ１，Ａ２が異なるパターンを複数エリア設けたものである。なお、図９においては、図３と同様の層構成であるが、図４（実施例２）乃至図８（実施例６）の層構成であっても構わない。

＜光学フィルタの第１の製造方法＞
次に、本発明に係る光学フィルタの第１の製造方法について以下に説明する。
本発明の光学フィルタ（１００）の第１の製造方法は、金属薄膜１０１の薄膜面内に同形状の開口部１０４が一定間隔Ａの周期で配置された光学フィルタ１００の製造方法である。
まず、ＳｉＯ_２基板上にマグネトロンスパッタ法によりＡｌ膜を形成する工程と、次に、Ａｌ膜をエッチングする際のマスク膜としてＳｉＯ_２膜を積層する工程と、次に、ＳｉＯ_２膜上にポジ型レジストをスピンコート法により塗布する工程と、次に、円形状の貫通孔が空いた中に円形状の島があり、周期的に三角格子配置されたパターンのマスクを用いて、フォトリソグラフィ法によりマスク通りのパターンのレジストをＳｉＯ_２膜上に形成する工程と、次に、ドライエッチング法によりＡｌ膜をエッチングするためのマスクとなるＳｉＯ_２膜をエッチングし、その後にＡｌ膜をエッチングする工程と、次に、表面に付着したＡｌ化合物をウエットエッチングする工程と、最後に、ＳＯＧ法によりカバー層を形成する工程とを有している。

つまり、ＳｉＯ_２基板上にマグネトロンスパッタ法により１５０ｎｍ厚のＡｌ層と、Ａｌ膜をエッチングする際のマスク膜として、５０ｎｍ厚のＳｉＯ２膜を積層した。Ａｌ膜はＡｌターゲットを用い、圧力０．４Ｐａ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、ＤＣ印加電圧２００Ｗで成膜した。ＳｉＯ_２膜はＳｉＯ_２ターゲットを用い、圧力０．５Ｐａ、Ａｒ流量６０ｓｃｃｍ、ＲＦ印加電圧２００Ｗで成膜した。

次に、その上にポジ型レジストをスピンコート法により約５００ｎｍ厚に塗布をし、ピッチが３．０ｕｍ、直径が１．５ｕｍの円形状の貫通孔が空いた中に、直径が０．８ｕｍの円形状の島がある、周期的に三角格子配置されたパタン（図１参照）のマスクを用い、フォトリソグラフィ法によりマスク通りのパターンのレジストをＳｉＯ_２膜上に作製した。

次に、ドライエッチング法によりＣＨＦ_３ガスを用いて、Ａｌ膜をエッチングするためのマスクとなるＳｉＯ_２膜をエッチングし、その後、Ｃｌ_２ガスを用いて、Ａｌ膜をエッチングした。
ＣＨＦ_３ガスによるドライエッチングは、圧力０．５Ｐａ、流量２０ｓｃｃｍ、アンテナ電力５０Ｗ／バイアス電力５０Ｗの条件で、Ｃｌ_２ガスによるドライエッチングは圧力０．１５Ｐａ、流量２０ｓｃｃｍ、アンテナ電力５０Ｗ／バイアス電力１００Ｗの条件で行った。

次に、Ｃｌ_２ガスを用いたドライエッチングによる、アフターコロージョン対策として、水酸化ナトリウム水溶液を用いて、表面に付着したＣｌ_２成分を含んだＡｌ化合物をウエットエッチングした。その際の水酸化ナトリウム水溶液は０．５ｗｔ％に希釈したものを用いた。
ウエットエッチング後、一部分のみ貫通孔内の金属構造物が消失し、単なる貫通孔のみのパターンが観察されたが、ほぼ全面にドーナツ形状の開口部形状を形成した。
最後に、ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ（ＳＯＧ）法によりカバー層を１ｕｍ程度成膜した。その後、余分な溶媒成分・水分を飛ばし、焼成するためにホットプレート上で１５０℃、５ｍｉｎの条件でベークした。

＜光学フィルタの第２の製造方法＞
次に、本発明に係る光学フィルタの第２の製造方法について以下に説明する。
本発明の光学フィルタ１００の第２の製造方法は、金属薄膜１０１の薄膜面内に同形状の開口部１０４が一定間隔Ａの周期で配置された光学フィルタ１００の製造方法である。
まず、ＧａＡｓ基板上にマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯ_２膜とＡｌ膜を形成する工程と、次に、Ａｌ膜をエッチングする際のマスク膜としてＳｉＯ_２膜を積層する工程と、次に、ＳｉＯ_２膜上にポジ型レジストをスピンコート法により塗布する工程と、次に、円形状の貫通孔が空いた中に円形状の島があり、周期的に三角格子配置されたパターンのマスクを用いて、フォトリソグラフィ法によりマスク通りのパターンのレジストをＳｉＯ２膜上に形成する工程と、次に、ドライエッチング法によりＡｌ膜をエッチングするためのマスクとなるＳｉＯ２膜をエッチングし、その後にＡｌ膜をエッチングする工程と、次に、表面に付着したＡｌ化合物をウエットエッチングする工程と、最後に、ＳＯＧ法によりカバー層を形成する工程とを有している。

つまり、基板をＳｉＯ_２からＧａＡｓ基板に変更し、ＧａＡｓ基板上に、マグネトロンスパッタ法により９００ｎｍ厚のＳｉＯ_２層と１５０ｎｍ厚のＡｌ層と、Ａｌ膜をエッチングする際のマスク膜として、５０ｎｍ厚のＳｉＯ_２膜を積層した。以降は、上述した第１の製造方法と同様の製造方法で光学フィルタを作製した。

＜比較例＞
上述した第１の製造方法と同じ製造方法で、フォトリソグラフィの際のマスクを、ピッチが３．０ｕｍ、直径が１．２５ｕｍの円形状の貫通孔のみが空いた周期的に三角格子配置されたパターンとして金属膜にそれに準ずるパターンを用いて光学フィルタを作製した。

上述した第１の製造方法と第２の製造方法及び比較例で作製した光学フィルタの透過率を赤外線透過率測定装置ＦＴ−ＩＲを用いて測定した。
第１の製造方法と第２の製造方法及び比較例の透過率のピーク波長λｐは、４．３ｕｍであった。これは、上述した式（１）から求められるＳｉＯ_２とＡｌの誘電率及び透過波長と金属膜上の開口部の間隔の関係とほぼ一致する。

以下、表１に第１の製造方法と第２の製造方法及び比較例で作製した光学フィルタの島状構造物の貫通孔に対する面積割合、前述で定義した開口部面積割合及び透過スペクトルの半値全幅と透過率を示す。
第１の製造方法及び比較例において、ＳｉＯ_２基板のみでの透過率は９２％で、第２の製造方法において、ＧａＡｓ基板のみでの透過率は５５％であった。表１に記載する透過率は、各々基板のみの透過率で規格化した値である。

第１の製造方法と第２の製造方法に関して、各値は前述のバンドパスフィルタの選択性について、透過スペクトルの半値全幅４０％以下、かつ透過率について、全透過量の６０％以上を満たしている。

比較例に関して、各値は前述のバンドパスフィルタの選択性について、透過スペクトルの半値全幅４０％以下、かつ透過率について、全透過量の６０％以上を満たしていない。
以上、第１の製造方法と第２の製造方法及び比較例で示すように、本発明における光学フィルタは、金属膜上に島状構造物を有する開口部を周期的に配置することによって、高選択率かつ高透過率の光学フィルタ及び光学フィルタ積層体を実現することが可能である。

１００光学フィルタ
１０１金属薄膜
１０２貫通孔
１０３島状構造物
１０４開口部
２０１支持基板
２０２第１の誘電体層
２０３第２の誘電体層

Claims

金属薄膜の薄膜面内に同形状の開口部が一定間隔の周期で配置された光学フィルタにおいて、
前記開口部の形状が、前記金属薄膜を貫通する貫通孔の内側に前記金属薄膜と同じ材質からなる島状構造体が配置された形状であることを特徴とする光学フィルタ。
前記島状構造物の前記貫通孔に対する面積割合が、１％以上８０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
前記金属薄膜を構成する材料が、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｚｎの中から少なくとも１種類以上の金属を含有す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。
前記金属薄膜が、前記材料の中から形成された多層構造であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光学フィルタ。
前記開口部の配列が、三角格子配列であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学フィルタ。
請求項１乃至５のいずれかに記載の光学フィルタが、支持基板上に積層されていることを特徴とする光学フィルタ積層体。
前記支持基板と前記光学フィルタとの間に第１の誘電体層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ積層体。
前記支持基板と前記光学フィルタの接する対向面に第２の誘電体層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ積層体。
前記光学フィルタが、前記第１及び第２の一対の誘電体層で挟持されていることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ積層体。
前記支持基板と前記光学フィルタの接する対向面に、前記光学フィルタの前記貫通孔を除いて第２の誘電体層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ積層体。
前記光学フィルタが、前記第１及び第２の一対の誘電体層で挟持された２層構造であることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ積層体。
前記支持基板上に前記開口部の前記間隔の異なるパターンが複数エリアに設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ積層体。