JP2020024424A - 光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】反射率の高い第1反射部の周囲に、反射率の低い第2反射部を設けるための工程を少なくする光学素子を提供する。【解決手段】第1反射部110及び第2反射部120は、基板100の第1面102に形成されている。第1反射部110は、反射膜300、第1誘電体膜400、及び第2誘電体膜510を有する。第2反射部120は、第3誘電体膜520を有する。反射膜300及び第1誘電体膜400は、第2反射部120には設けられていない。第2誘電体膜510及び第3誘電体膜520は、第1反射部110及び第2反射部120の一方から他方にかけて連続的に形成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、光学素子及び光学素子の製造方法に関する。
現在、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)が様々な分野で用いられている。MEMSは、例えば光走査装置に用いられている。光走査装置では、基板(ミラー)に光を入射させる。そして基板で光を反射させる。基板は、回転軸に支持されており、回転可能である。このため、基板を回転させることにより、光の反射方向を制御することができる。
特許文献1には、MEMSを用いた光走査装置の一例が記載されている。この光走査装置は、反射膜及び第1誘電体膜を備える。第1誘電体膜は、反射膜の第1面を覆っている。第1誘電体膜は、積層された複数の絶縁層を含む積層膜である。第1誘電体膜では、各絶縁層の材料及び各絶縁層の膜厚が適当に選択されている。これにより、反射膜の第1面側では、光の反射率が高くなっている。
特許文献2にも、MEMSを用いた光走査装置の一例が記載されている。この光走査装置は、反射膜、第1誘電体膜、及び第2誘電体膜を備える。反射膜は、互いに逆側を向いた第1面と第2面で光を反射可能であり、具体的には金属膜(例えば、アルミニウム膜又は銀膜)である。第1誘電体膜及び第2誘電体膜それぞれは、積層された複数の絶縁層を含む積層膜である。第1誘電体膜は反射膜の第1面を覆い、第2誘電体膜は反射膜の第2面を覆っている。第1誘電体膜及び第2誘電体膜それぞれでは、各絶縁層の材料及び各絶縁層の膜厚が適当に選択されている。これにより、反射膜の第1面側の反射率は高くなり、反射膜の第2面側の反射率は低くなっている。
特許文献3にも、MEMSを用いた光走査装置の一例が記載されている。この光走査装置は、反射率が高い第1反射膜(具体的には、金属膜)、及び反射率が低い第2反射膜(具体的には、SiO2膜)を備える。第1反射膜及び第2反射膜は、第1方向に延伸している。そして第1反射膜及び第2反射膜は、第1方向に直交する第2方向に交互に設けられている。このようにして、複数の第1反射膜及び複数の第2反射膜は、回折格子を構成している。
光を反射するための光学素子では、反射率の高い第1反射部の周囲に、反射率の低い第2反射部を設けることがある。この場合、第1反射部及び第2反射部を形成するための工程を少なくすることが好ましい。
本発明が解決しようとする課題としては、光を反射するための光学素子において、反射率の高い第1反射部の周囲に、反射率の低い第2反射部を設けるための工程を少なくすることが一例として挙げられる。
第1の発明は、
基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、前記第1反射部及び前記第2反射部の一方から他方にかけて連続的に形成されている光学素子である。
基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、前記第1反射部及び前記第2反射部の一方から他方にかけて連続的に形成されている光学素子である。
第2の発明は、
基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、同一の材料により形成され、
前記第3誘電体膜の膜厚は、前記第2誘電体膜の膜厚の95%以上105%以下である光学素子である。
基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、同一の材料により形成され、
前記第3誘電体膜の膜厚は、前記第2誘電体膜の膜厚の95%以上105%以下である光学素子である。
第3の発明は、
基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、同一工程により形成されている光学素子である。
基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、同一工程により形成されている光学素子である。
第4の発明は、
基板の第1面の第1領域に第1誘電体膜を形成し、かつ前記基板の前記第1面のうち前記第1領域とは異なる第2領域に前記第1誘電体膜を形成しない工程と、
前記第1領域及び前記第2領域の一方から他方にかけて誘電体膜を連続的に形成することにより、前記第1領域に、前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を形成し、かつ前記第2領域に、第3誘電体膜を形成する工程と、
を備える光学素子の製造方法である。
基板の第1面の第1領域に第1誘電体膜を形成し、かつ前記基板の前記第1面のうち前記第1領域とは異なる第2領域に前記第1誘電体膜を形成しない工程と、
前記第1領域及び前記第2領域の一方から他方にかけて誘電体膜を連続的に形成することにより、前記第1領域に、前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を形成し、かつ前記第2領域に、第3誘電体膜を形成する工程と、
を備える光学素子の製造方法である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1は、実施形態に係る光学素子の構成を示す平面図である。図2は、図1のA−A断面図である。なお、図1では、説明のため、図2に示した誘電体膜500を取り除いている(誘電体膜500は、基板100の第1面102の全面上に形成されている。)。光学素子は、基板100を備える。図1に示すように、基板100の第1面102には、第1反射部110及び第2反射部120が形成されている。本図に示す例において、第1反射部110と第2反射部120は、絶縁膜200の一部を介して互いに隣り合っている。
本図に示す例において、基板100は、シリコン基板である。基板100は、回転軸(不図示)に支持されている。これにより、基板100は、回転可能である。基板100の第1面102には、外部から光(例えば、レーザ光)が入射する。この光は、基板100の第1面102で反射する。基板100の回転角度を制御することにより、基板100の第1面102の向きを変えることができる。これにより、光の反射方向を制御することができる。
第1反射部110は、波長λの光の反射率が高い。これに対して、第2反射部120は、波長λの光の反射率が低い。具体的には、入射角0°における波長λの光の反射率は、第1反射部110において90%以上であるのに対し、第2反射部120において6%未満である。本図に示す例において、波長λは430nm以上700nm以下(可視光)である。言い換えると、第1反射部110は、赤色光波長(650nm)、緑色光波長(515nm)、及び青色光波長(450nm)を含む波長域の光を反射可能である。なお、波長λの範囲は、上記した例に限定されるものではない。例えば、波長λは、700nmより長くてもよいし(例えば、赤外線)、又は430nmより短くてもよい(例えば、紫外線)。
図2に示すように、光学素子は、基板100、絶縁膜200、反射膜300、第1誘電体膜400、及び誘電体膜500を備える。第1反射部110において、絶縁膜200、反射膜300、第1誘電体膜400、及び誘電体膜500は、基板100の上にこの順で積層されている。第2反射部120は、絶縁膜200、反射膜300、及び第1誘電体膜400を有しない。第2反射部120において、誘電体膜500は、基板100の上に形成されている。
本図に示す例において、第1反射部110に位置する誘電体膜500(第2誘電体膜510)と第2反射部120に位置する誘電体膜500(第3誘電体膜520)とは、第1反射部110及び第2反射部120の一方から他方にかけて連続的に形成されている。言い換えると、後述するように、第2誘電体膜510及び第3誘電体膜520は、同一工程により形成されている。これより、第2誘電体膜510及び第3誘電体膜520は、同一材料(例えば、シリコン窒化膜)により形成されている。さらに、第3誘電体膜520の膜厚は、第2誘電体膜510の膜厚とほぼ等しく、具体的には第2誘電体膜510の膜厚の95%以上105%以下である。
本図に示す例において、絶縁膜200は、PE−TEOS(Plasma Enhanced TetraEthyl OrthoSilicate)膜である。なお、本図に示す例では、第2反射部120を介して第1反射部110の反対側に位置する領域において、絶縁膜200は、基板100の第1面102の上に形成された配線(不図示)を覆っている。これにより、絶縁膜200の上面の位置は、上記した領域において、上記した領域の周辺の領域よりも高くなっている。
本図に示す例において、絶縁膜200には、パターンが形成されている。具体的には、このパターンは、第1凹部210を第1反射部110に有し、第2凹部220を第2反射部120に有する。第1凹部210は、下端が基板100の表面から離れている。これに対して、第2凹部220は、下端が基板100の表面に達する。平面視において、第1凹部210の縁212(第1凹部210の側面)は、第1辺、第1辺に直交する第2辺、及び第1辺に直交していて第2辺に平行な第3辺を有する。平面視において、第2凹部220の形状は、一辺(第2凹部220の縁222の一部)が第1凹部210の第1辺に対向する矩形である。
反射膜300は、上記した波長λの光の反射率が90%以上、好ましくは92.5%以上である膜である。反射膜300は例えば金属膜である。本図に示す例において、反射膜300の主成分は、アルミニウム(Al)であり、具体的には、反射膜300はAl−Cu合金膜である。なお、反射膜300の主成分は、銀(Ag)であってもよい。
反射膜300がAl−Cu合金膜である場合、反射膜300の膜厚は、例えば40nm以上200nm以下である。反射膜300の膜厚が40nm未満の場合、反射膜300の透過率が高いため反射膜300の反射率が低くなる。このため、反射膜300の膜厚は、40nm以上であることが好ましい。反射膜300の膜厚が200nmよりも厚い(言い換えると、反射膜300の膜厚がある程度厚い)場合、反射膜300の表面が粗くなる。その結果、反射膜300の反射率が低いものとなる。このため、反射膜300の膜厚は、200nm以下であることが好ましい。
反射膜300は、第1凹部210の底面及び側面に沿って形成され、一部が第1凹部210の外側において絶縁膜200に乗り上げている。平面視において、反射膜300の縁302は、第1凹部210の外側に位置し、かつ第1凹部210の縁212に沿って形成されている。なお、いずれの領域においても、基板100と反射膜300の間には、絶縁膜200が位置している。これにより、基板100(シリコン)と反射膜300(アルミニウム)が互いに反応することが抑制される。
第1誘電体膜400は、反射膜300の上に積層されている。第1誘電体膜400は、第1凹部210の底面及び側面に沿って形成され、一部が第1凹部210の外側において絶縁膜200に乗り上げている。段差底部へパターンを形成する場合、段差隅部はエッチングが困難で、ポジ型レジストではパターン外のレジスト残りが発生しやすいため、段差内のパターンは回避する。反射膜300に、アルミニウムなど耐薬品性の弱い材料を用いた場合、パターン形成時の薬品処理で表面が荒れる場合がある。その対策として、反射膜300に第1誘電体膜400を積層した後にパターン形成を行う必要があり、必然的に反射膜300の縁302は第1誘電体膜400と絶縁膜200で封じられず露出することになる。平面視において、第1誘電体膜400の縁402は、第1凹部210の外側かつ反射膜300の縁302の内側に位置し、第1凹部210の縁212に沿って形成されている。
第1誘電体膜400は、上記した波長λの光が透過可能な絶縁膜である。本図に示す例において、第1誘電体膜400はシリコン酸化膜(SiO2)である。ただし、第1誘電体膜400の材料は、これに限定されるものではない。
誘電体膜500は、光学素子の表層に位置し、基板100の第1面102の全面を覆っている。これにより、第2誘電体膜510(誘電体膜500)は、第1反射部110において第1誘電体膜400の表面に沿って形成され、第3誘電体膜520(誘電体膜500)は、第2反射部120において第2凹部220の底面及び側面に沿って形成されている。さらに、誘電体膜500は、第1反射部110及び第2反射部120に跨って設けられている。
誘電体膜500は、上記した波長λの光が透過可能な絶縁膜である。さらに、上記した波長λについて、誘電体膜500の屈折率は、誘電体膜500を介して基板100の反対側に位置する媒質(具体的には、空気)の屈折率よりも高い。このため、この媒質を経てからこの媒質と誘電体膜500の界面で反射した光は、位相が180°シフトする。さらに、上記した波長λについて、誘電体膜500の屈折率は、第1誘電体膜400の屈折率よりも高い。このため、誘電体膜500を透過してから誘電体膜500と第1誘電体膜400の界面で反射する光は、位相が変化しない。本図に示す例において誘電体膜500はシリコン窒化膜(Si3N4)である。なお、誘電体膜500は、チタン酸化膜(TiO2)であってもよい。
本図に示す例において、第1反射部110(第1凹部210の底面)における絶縁膜200の膜厚は、ある程度薄いものとなっている。これにより、第1反射部110では、基板100及び絶縁膜200に生じる膜応力を抑制することができる。このため、反射膜300の平坦性を高いものにすることができる。一方、第1反射部110の外側かつ及び第2反射部120の外側の領域において、絶縁膜200の膜厚は、ある程度厚いものとなっている。この場合、上記した領域において絶縁膜200の上に配線を形成したとしても、基板100の表面にMOS構造による半導体の極性反転が形成されることを抑制することができる。
次に、本実施形態に係る光学素子の使用方法について説明する。上記したように、基板100の第1面102には、波長λの光が入射する。上記したように、この光の反射率は、第1反射部110では高く、第2反射部120では低い。このため、第1反射部110では上記した光が高い反射率で反射されるのに対して、第2反射部120では上記した光が反射することが抑制される。
誘電体膜500の膜厚は、おおよそλ/(4n2)であり(n2は、誘電体膜500を構成する材料の屈折率を示す。)、例えば、λ/(4n2)の95%以上105%以下である。第2反射部120において、光の一部(第1光)は、空気(誘電体膜500を介して基板100の反対側に位置する媒質)と誘電体膜500の界面で反射し、光の他の一部(第2光)は、誘電体膜500と基板100の界面で反射する。上記したように、第1光は反射の際にいずれも位相が180°シフトする。一方、第2光も反射の際に位相が180°シフトする。そして第1光と第2光の光路差は、おおよそλ/2であり、位相差は180°である。この場合、これら2つの光は、弱め合うように互いに干渉する。
第1誘電体膜400の膜厚は、反射膜300の屈折率及び第1誘電体膜400の屈折率に基づいて決定する。第1誘電体膜400を往復する光は、第1誘電体膜400の膜厚/λ/2n1×360°の位相遅延φ1を受ける。また、第1誘電体膜400と反射膜300との界面で反射した光は反射膜300の複素屈折率により位相シフトφ2を受ける。φ1+φ2=180°となるように、第1誘電体膜400の膜厚を設計する。図8〜図11を用いて詳細を後述するように、反射膜300がアルミニウム、第1誘電体膜400がシリコン酸化膜、かつ誘電体膜500がシリコン窒化膜である場合、第1誘電体膜400の膜厚は、λ/(4n1)(n1は、第1誘電体膜400を構成する材料の屈折率を示す。)からややずれた値となる。言い換えると、反射膜300がアルミニウム、第1誘電体膜400がシリコン酸化膜、かつ誘電体膜500がシリコン窒化膜である場合、第1誘電体膜400の膜厚は、λ/(4n1)+Δ(Δは、実数である。)と示すことができる。光の一部(第3光)は、空気(誘電体膜500を介して基板100の反対側に位置する媒質)と誘電体膜500の界面で反射し、光の他の一部(第4光)は、誘電体膜500と第1誘電体膜400の界面で反射し、光の他の一部(第5光)は、第1誘電体膜400と反射膜300の界面で反射する。上記したように、第3光は反射の際に位相が180°シフトし、第4光は反射の際に位相が変化しない。そして第3光と第4光は、同位相となる。第4光と第5光の位相は上記設計により同位相となる。この場合、これら3つの光は、空気(誘電体膜500を介して基板100の反対側に位置する媒質)と誘電体膜500の界面で入射光に対し逆位相の反射光として強め合うように互いに干渉する。
図3は、図1の変形例を示す図である。なお、本図では、説明のため、図2に示した誘電体膜500を取り除いている(誘電体膜500は、基板100の第1面102の全面上に形成されている。)。本図に示す例において、第1凹部210の平面形状は矩形である。第2凹部220は、第1凹部210を囲んでいる。詳細には、第2凹部220の内縁224は、第1凹部210の全周に沿って延伸している。第2凹部220の外縁226は、第2凹部220の内縁224の全周に沿って延伸している。本図に示す例においては、第1反射部110の周囲のいずれの領域においても、第2反射部120によって光の反射を抑制することができる。
図4及び図5の各図は、本実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するための図であり、図2に対応する。まず、基板100の第1面102の上にPE−CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)により絶縁膜200を形成する。次いで、絶縁膜200の上にレジストパターン(不図示)を形成し、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜200をエッチングする。これにより、第1凹部210が形成される。次いで、このレジストパターンを除去する。
次いで、図4(a)に示すように、基板100の第1面102の全面上に反射膜300を形成する。反射膜300は、例えばスパッタ又は蒸着により形成される。次いで、基板100の第1面102の全面上に第1誘電体膜400を形成する。これにより、第1誘電体膜400は、反射膜300に積層される。第1誘電体膜400は、例えばCVDにより形成される。
次いで、図4(b)に示すように、第1誘電体膜400の上にレジストパターン(不図示)を形成し、このレジストパターンをマスクとして第1誘電体膜400をエッチングする。これにより、第1誘電体膜400は、第2反射部120(図2)が形成される領域(第2領域)及び第2領域の周辺において除去される一方で、第1反射部110(図2)が形成される領域(第1領域)及び第1領域の周辺において残る。次いで、このレジストパターンを除去する。
次いで、図5(a)に示すように、反射膜300の上にレジストパターン(不図示)を形成し、このレジストパターンをマスクとして反射膜300をエッチングする。これにより、反射膜300は、上記した第2領域及びその周辺において除去される一方で、上記した第1領域及びその周辺において残る。次いで、このレジストパターンを除去する。
次いで、図5(b)に示すように、絶縁膜200の上にレジストパターン(不図示)を形成し、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜200をエッチングする。これにより、第2凹部220が形成される。次いで、このレジストパターンを除去する。
次いで、基板100の第1面102の全面上に誘電体膜500を形成する。誘電体膜500は、例えばCVDにより形成される。これにより、上記した第1領域では、絶縁膜200、反射膜300、第1誘電体膜400、及び誘電体膜500(第2誘電体膜510)がこの順で基板100の上に積層される。これにより、第1反射部110が形成される。一方、上記した第2領域では、誘電体膜500(第3誘電体膜520)が基板100の上に形成される。これにより、第2反射部120が形成される。この場合、第1反射部110に位置する誘電体膜500(第2誘電体膜)と第2反射部120に位置する誘電体膜500(第3誘電体膜)は、同一工程により形成される。このようにして、図2に示した光学素子が製造される。
図6は、本実施形態に係る光学素子の反射率(入射角0°の光を基板100の第1面102に入射することにより測定)を示す図である。図7は、本実施形態に係る光学素子の反射率(入射角38°の光を基板100の第1面102に入射することにより測定)を示す図である。図6及び図7に示す例において、絶縁膜200は、PE−TEOS膜とした。反射膜300は、Al−Cu合金膜とした。第1誘電体膜400は、シリコン酸化膜(SiO)とした。誘電体膜500は、シリコン窒化膜(SiN)とした。図6に示す例及び図7に示す例それぞれにおいて、第1誘電体膜400の膜厚と誘電体膜500の膜厚の比が異なる複数の光学素子を測定した。
図6に示すように、入射角が0°の場合、いずれの光学素子においても、おおよそ450nm〜650nmの範囲において反射率が高くなった(おおよそ90%以上)。この結果は、入射角が0°の場合、光学素子が波長によらず高い反射率を実現することができることを示している。
図7に示すように、入射角が38°の場合、いずれの光学素子においても、おおよそ450nm〜650nmの範囲において反射率が高くなる(おおよそ90%以上)。これは、入射角が38°の場合、光学素子が波長によらず高い反射率を実現することができたことを示している。
図6の結果と図7の結果を比較する。図6に示す反射率分布と図7に示す反射率分布とは、類似したものとなった。この結果は、光学素子が光の入射角によらず高い反射率を実現することができたことを示している。
図8は、本実施形態に係る光学素子の反射率(入射角0°の光を基板100の第1面102に入射することにより測定)を示す図である。本図に示す例において、反射膜300は、Al−Cu合金膜とした。第1誘電体膜400は、シリコン酸化膜(SiO)とした。誘電体膜500は、シリコン窒化膜(SiN)とした。波長λは、527nmとした。誘電体膜500の膜厚は、λ/(4n2)とした。本図に示す例では、第1誘電体膜400の膜厚がλ/(4n1)+20[nm]である光学素子(Δ=+20[nm])、第1誘電体膜400の膜厚がλ/(4n1)[nm]である光学素子(Δ=±0[nm])、第1誘電体膜400の膜厚がλ/(4n1)−20[nm]である光学素子(Δ=−20[nm])、及び第1誘電体膜400の膜厚がλ/(4n1)−40[nm]である光学素子(Δ=−40[nm])について測定した。
本図に示すように、第1誘電体膜400の膜厚がλ/(4n1)−20[nm]のとき(Δ=−20[nm])、波長527nm及びその周囲において反射率の分布の広がりが最も広くなった。このため、反射膜300がアルミニウム、第1誘電体膜400がシリコン酸化膜、かつ誘電体膜500がシリコン窒化膜である場合、第1誘電体膜400の膜厚からλ/(4n1)を差し引いた値は、おおよそ−20nmであることが好ましく、例えば、−20nmの90%以上110%以下とすることができる。
図9は、試料1及び試料2それぞれの反射率を示す図である。試料1及び試料2はいずれも、金属膜(波長520nmにおいて、屈折率:0.698、消衰係数:5.612)、及びこの金属膜上の誘電体膜(波長520nmにおいて、屈折率n:1.47)を有する積層体である。金属膜はアルミニウムであり、誘電体膜はシリコン酸化膜である。試料1及び試料2いずれにおいても、波長λ=520nmの光を誘電体膜側から入射角0°で入射した。試料1の誘電体膜の膜厚は、λ/(2n)[nm](177nm)とした。試料2の誘電体膜の膜厚は、λ/(2n)−15[nm](162nm)とした。
本図に示すように、試料2(誘電体膜の膜厚がλ/(2n)−15[nm])の反射率の分布は、波長λ=520nmでピークをとったのに対し、試料1(誘電体膜の膜厚がλ/(2n)[nm])の反射率の分布は、波長λ=520nmからずれた波長でピークをとった。このため、金属膜がアルミニウム、かつ誘電体膜がシリコン酸化膜である場合、誘電体膜の膜厚からλ/(2n)を差し引いた値は、おおよそ−15nmであることが好ましく、例えば、−15nmの90%以上110%以下とすることができる。
図10は、屈折率nと消衰係数kと反射率との関係を示す図である。本図における反射率は、金属膜(複素屈折率:n+ik)、及びこの金属膜上の誘電体膜(屈折率:波長520nmにおいて1.47)を有する積層体の反射率である。本図に示す例では、光を誘電体膜側から入射角0°で入射した。本図に示すように、金属膜が銀(Ag)又はアルミニウム(Al)である場合、反射率は、おおよそ90%となる。
図11は、屈折率nと消衰係数kと位相進みとの関係を示す図である。本図における反射率は、金属膜(複素屈折率:n+ik)、及びこの金属膜上の誘電体膜(屈折率n´:波長520nmにおいて1.47)を有する積層体の反射率である。本図に示す例では、光を誘電体膜側から入射角0°で入射した。本図に示すように、金属膜が銀(Ag)である場合、位相進みは、おおよそ140°となる。一方、金属膜がアルミニウム(Al)である場合、位相進みは、おおよそ160°となる。言い換えると、金属膜が銀(Ag)又はアルミニウム(Al)である場合、位相進みは180°よりも小さくなる。このため、誘電体膜の表面で反射した光と誘電体膜と金属膜との界面で反射した光との位相差を180°とするためには、誘電体膜の膜厚をλ/(4n´)よりも薄くする必要がある。このことが、第1誘電体膜400の膜厚(λ/(4n1)+Δ)のΔが上記したように負の値(例えば、−20nm又は−15nm)になる理由である。
以上、本実施形態によれば、第1反射部110に位置する誘電体膜500と第2反射部120に位置する誘電体膜500は、同一工程により形成される。このため、光学素子を製造するための工程を少なくすることができる。
図12は、図2の変形例を示す図である。本図に示す例において、第1反射部110は、第4誘電体膜600を有する。第4誘電体膜600は、反射膜300上及び第1誘電体膜400上に形成されており、誘電体膜500に覆われている。第4誘電体膜600は、誘電体膜500と同一の材料(例えば、シリコン窒化膜)により形成されている。
本図に示す例においては、第1反射部110では、第1波長λ1の光の反射率を高いものとすることができるとともに、第2反射部120では、第1波長λ1とは異なる第2波長λ2の光の反射率を低いものとすることができる。本図に示す例において、第1波長λ1及び第2波長λ2は、いずれも430nm以上700nm以下である。
詳細には、第3誘電体膜520の膜厚は、おおよそλ2/(4n2)であり、例えば、λ2/(4n2)の95%以上105%以下である。これにより、実施形態と同様の理由により、第2反射部120では、第2波長λ2の光の反射率が低いものとなる。
第2誘電体膜510の膜厚及び第4誘電体膜600の膜厚の合計は、おおよそλ1/(4n2)であり、例えば、λ1/(4n2)の95%以上105%以下である。実施形態と同様にして、反射膜300がアルミニウム、第1誘電体膜400がシリコン酸化膜、かつ誘電体膜500及び第4誘電体膜600がシリコン窒化膜である場合、第1誘電体膜400の膜厚は、λ1/(4n1)からややずれた値(λ1/(4n1)+Δ)となる。これにより、実施形態と同様の理由により、第1反射部110では、第1波長λ1の光の反射率が高いものとなる。
図13は、図12に示した光学素子の製造方法を説明するための図である。まず、実施形態と同様にして、図4に示した工程及び図5に示した工程を実行する。
次いで、図13(a)に示すように、基板100の第1面102の全面上に第4誘電体膜600を形成する。第4誘電体膜600は、例えばCVDにより形成される。
次いで、図13(b)に示すように、第4誘電体膜600の上にレジストパターン(不図示)を形成し、このレジストパターンをマスクとして第4誘電体膜600をエッチングする。これにより、第4誘電体膜600は、第2領域(第2反射部120(図12)が形成される領域)及びその周辺において除去される一方で、第1領域(第1反射部110(図12)が形成される領域)及びその周辺において残る。次いで、このレジストパターンを除去する。
次いで、基板100の第1面102の全面上に誘電体膜500を形成する。このようにして、図12に示した光学素子が製造される。
(実施例1)
図14は、実施例1に係る光学素子の構成を示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。図15は、図14のA−A断面図であり、実施形態の図2に対応する。なお、図14では、説明のため、図15に示した誘電体膜500を取り除いている(誘電体膜500は、基板100の第1面102の全面上に形成されている。)。本実施例に係る光学素子は、以下の点を除いて、実施形態に係る光学素子と同様の構成である。
図14は、実施例1に係る光学素子の構成を示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。図15は、図14のA−A断面図であり、実施形態の図2に対応する。なお、図14では、説明のため、図15に示した誘電体膜500を取り除いている(誘電体膜500は、基板100の第1面102の全面上に形成されている。)。本実施例に係る光学素子は、以下の点を除いて、実施形態に係る光学素子と同様の構成である。
本図に示す例において、絶縁膜200の膜厚は、いずれの領域においても、同一である。この場合においても、波長λの光の反射率は、第1反射部110では高く、第2反射部120では低くなる。さらに、本図に示す例においても、第1反射部110に位置する誘電体膜500と第2反射部120に位置する誘電体膜500は、同一工程により形成されている。
(実施例2)
図16は、実施例2に係る光学素子の構成を示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。図17は、図16のA−A断面図であり、実施形態の図2に対応する。なお、図16では、説明のため、図17に示した誘電体膜500を取り除いている(誘電体膜500は、基板100の第1面102の全面上に形成されている。)。本実施例に係る光学素子は、以下の点を除いて、実施形態に係る光学素子と同様の構成である。
図16は、実施例2に係る光学素子の構成を示す平面図であり、実施形態の図1に対応する。図17は、図16のA−A断面図であり、実施形態の図2に対応する。なお、図16では、説明のため、図17に示した誘電体膜500を取り除いている(誘電体膜500は、基板100の第1面102の全面上に形成されている。)。本実施例に係る光学素子は、以下の点を除いて、実施形態に係る光学素子と同様の構成である。
本図に示す例では、絶縁膜200に溝710及び溝720が形成されている。溝710は、第1反射部110と第2反射部120の間を延伸している。溝720は、溝710に平行であり、第2反射部120を介して第1反射部110の反対側で延伸している。溝710及び溝720は、いずれも下端が基板100の第1面102に達している。
本図に示す例において、溝710及び溝720は、誘電体膜500を基板100の第1面102の全面上に形成した後に形成されている。この場合においても、第1反射部110に位置する誘電体膜500(第2誘電体膜)と第2反射部120に位置する誘電体膜500(第3誘電体膜)は、同一工程により形成される。このため、上記したように、第2誘電体膜の膜厚と第3誘電体膜の膜厚は、ほぼ等しいものとなっている。
以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
100 基板
102 第1面
110 第1反射部
120 第2反射部
200 絶縁膜
210 第1凹部
212 縁
220 第2凹部
222 縁
224 内縁
226 外縁
300 反射膜
302 縁
400 第1誘電体膜
402 縁
500 誘電体膜
510 第2誘電体膜
520 第3誘電体膜
600 第4誘電体膜
710 溝
720 溝
102 第1面
110 第1反射部
120 第2反射部
200 絶縁膜
210 第1凹部
212 縁
220 第2凹部
222 縁
224 内縁
226 外縁
300 反射膜
302 縁
400 第1誘電体膜
402 縁
500 誘電体膜
510 第2誘電体膜
520 第3誘電体膜
600 第4誘電体膜
710 溝
720 溝
Claims (1)
- 基板と、
前記基板の第1面に形成されており、第1誘電体膜、及び前記第1誘電体膜上に位置する第2誘電体膜を有する第1反射部と、
前記基板の前記第1面のうち前記第1反射部とは異なる領域に形成されており、第3誘電体膜を有する第2反射部と、
を備え、
前記第1誘電体膜は、前記第2反射部には設けられず、
前記第2誘電体膜及び前記第3誘電体膜は、前記第1反射部及び前記第2反射部の一方から他方にかけて連続的に形成されている光学素子。
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2019
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