KR20090125012A

KR20090125012A - 광학필터

Info

Publication number: KR20090125012A
Application number: KR1020090047734A
Authority: KR
Inventors: 토모히로 야마다; 료 쿠로다
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2009-12-03
Also published as: JP2010009025A; KR101175395B1; KR20120041184A; US20120038995A1; CN101592751B; CN101592751A; EP2128665B1; JP4995231B2; US20090296246A1; US8067723B2; KR101253006B1; US8384013B2; EP2128665A1

Abstract

본 발명에 의한 광학필터는 기판의 표면 상에 제 1 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 복수의 개구를 구비한 차광성의 도전체층 및 상기 도전체층과 접촉한 유전체층을 구비한다. 상기 개구의 크기는 제 1 파장 이하의 크기이며, 상기 기판 표면의 표면적에 대한 상기 도전체층의 표면적의 비율이 36% 이상 74% 이하의 범위 내에 있다. 상기 도전체층에 입사하는 광에 의해 상기 개구에서 유기(誘起)되는 표면 플라즈몬에 의해 상기 제 1 파장의 투과율을 증가시킨다.

Description

광학필터{OPTICAL FILTER}

본 발명은 국재(局在) 플라즈몬을 사용한 광학필터에 관한 것이다.

근년, 금속박막에 개구를 주기적으로 배열하고, 표면 플라즈몬을 사용해서 파장의 선택을 행하는 홀형의 광학필터가 미국 특허 제 5,973,316호 공보나 문헌 "Nature,　Vol.424 ,14, August, 2003"에 제안되어 있다.

특성치는 막두께에도 의존하지만, 광의 파장 이하의 사이즈의 개구직경을 가지는 금속박막의 투과율은 대체로 1% 미만이 된다고 생각되고 있었다.

미국 특허 제 5,973,316호 공보의 기재에서는, 금속박막 표면의 표면 플라즈몬을 사용하여 어느 정도 투과율을 증대시키는 것이 가능하다고 제안되어 있다.

또, 문헌 "Nature,　Vol.424(P824 - 830), 14, August, 2003"에는, 이러한 표면 플라즈몬을 사용한 홀형의 광학필터로서 RGB의 투과 스펙트럼을 얻을 수 있는 것이 기재되어 있다.

종래의 금속박막을 이용한 광학필터에 있어서는, 광의 투과율은 전형적으로 수% 정도가 된다. 그러나, 이와 같이 투과율이 높지 않은 필터에서는, 소망한 투과광 강도를 얻기 위해서 필요한 입사광강도는 높아진다. 그 결과, 입사광강도를 상 승시킴에 따라, 예를 들면, 금속박막이 가열되고, 금속박막에 구조 변화가 발생될 수 있다. 이에 의해, 설계한 소망한 광학 특성을 얻을 수 없게 될 수도 있다.

미국 특허 제 5,973,316호 공보에서는, 금속박막에 주기적인 개구를 형성한 금속박막구조체를 사용하고, 이 개구의 배열 주기와 금속박막 표면을 전반하는 표면 플라즈몬의 파장을 일치시킴으로써 투과율을 향상시키는 특징을 개시하고 있다.

그러나, 미국 특허 제 5,973,316호 공보에 명시된 발명에서는, 일반적으로, 개구 배열 주기를 플라즈몬 파장에 일치시켜야만 하고, 따라서 광학특성의 설계자유도가 작아진다. 예를 들면, 가시광선 전체영역 등의 광대역인 파장역 중에서 소망한 광학특성을 가지는 소자의 설계는 곤란해진다.

문헌 "Nature,　Vol.424,　14, August, 2003"에는, 홀형의 광학필터로서 RGB의 투과 스펙트럼을 얻을 수 있는 것을 개시하지만, 이러한 광학필터에 대해서 투과율을 증대시켜서 안정된 특성을 발휘하기 위한 검토는 이루어지지 않았다.

따라서, 이러한 상기 문헌 등의 필터의 적용에 있어서, 투과율, 파장 대역 등의 광학특성에 부가하여, 특성의 안정성과 내구성의 개선도 필요하다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 광학필터는 기판의 표면 상에 제 1 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 복수의 개구를 구비한 차광성의 도전체층 및 상기 도전체층과 접촉한 유전체층을 구비한다. 상기 개구의 크기는 제 1 파장 이하의 크기이며, 상기 기판 표면의 표면적에 대한 상기 도전체층의 표면적의 비율이 36% 이상 74% 이하의 범위에 있다. 상기 도전체층에 입사하는 광에 의해 상기 개구에서 유기(誘起)되는 표면 플라즈몬에 의해 상기 제 1 파장의 투과율을 증가시킨다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 광학필터는 기판, 상기 기판 상에 주기적으로 형성된 복수의 개구를 가진 도전체층, 및 상기 도전체층이 매입된 유전체층을 구비한다. 상기 개구의 크기가 그 위에 입사하는 가시광선에 의해 국재 표면플라즈몬을 발생시키도록 플라즈몬 공명의 공명파장 이하의 크기이고, 상기 필터의 공명파장에서의 투과율의 최대치가 대략 50% 이상이다.

본 발명의 다른 특징은 첨부도면을 참조한 다음의 전형적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명자 등은, 금속/유전체 계면을 적어도 2개 서로 대향시켜 배치한 구조를 포함한 광학필터를 검토했다.

평활한 금속표면과 유전체가 접촉하고 있는 경우, 그 계면에 있어서 표면 플라즈몬 공명(SPR：Surface　Plasmon　Resonance)을 발생시킬 수 있다. 또, 평활한 금속표면이 아닌 경우에도, 예를 들면, 금속미립자나 금속개구 등의 금속나노 구조에 있어서, 광의 파장 정도 또는 그 이하의 크기의 구조에서는, 국재(局在)표면플라즈몬공명(LSPR：Lorcalized　Surface　Plasmon　Resonance)을 발생시킬 수 있다.

플라즈몬이란, 광 등의 외부 전기장에 의해 유기되는 금속 중 또는 표면의 자유전자의 집단적인 진동이다. 전자는 전하를 띠고 있기 때문에, 전자의 진동으로 자유전자의 밀도분포에 의해 결정된 분극이 생성된다. 이 분극과 전자계가 결합하는 현상을 플라즈몬 공명이라고 부른다.

금속 나노구조에 발생되는 자유전자의 플라즈마 진동과 광의 공명현상을 국재표면플라즈몬 공명(LSPR)이라고 한다.

즉, 금속 나노구조에 있어서의 자유전자의 집단적인 진동이 광 등의 외부 전 기장에 의해 유기되고 그 진동에 의해 전자의 밀도분포와 이에 수반하는 분극이 발생되어, 금속 나노구조의 근방에 국재하는 전자장이 발생한다.

상기 발생된 LSPR은 특정의 진동수의 광을 특히 높은 강도로 흡수하고 산란한다. 이 때문에, 파장에 의존하는 투과율이나 반사율이 발생된다.

상기 LSPR은 수nm 이상의 두께의 금속구조에 의해 발현시키는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 측면들에 의한 원리를 단순한 구조를 이용해서 설명한다.

도 16A 내지 도 16C에 도시된 바와 같이, 도전체/유전체 계면이 서로 평행하게 대향하고 있는 금속박막 구조체(1611)를 생각한다. 도 16A는 광입사 측에서 본 도면이고, 도 16B는 측면도이다. 도전체는, 이후, 금속을 생각하면서 설명한다. 이 도면에서는, 금속부재(1601), 유전체부재(1602), 및 금속부재(1603)에 의해 형성되는 계면(1604)과 계면(1605)이 서로 평행하게 대향하고 있다. 이들 2개의 계면이 개구(1606)를 형성하고 있다.

상기 설명에서는 도 16A에 도시된 형상을 사용한 필터를 중심으로 설명하지만, 본 발명의 필터는, 이것에 한정하는 것이 아니고, 도 16C에 도시된 바와 같이, 계면이 서로 대향해서 배치되는 형상이면 기본적으로 본 발명의 측면들에 의한 광학필터의 광학 특성을 발현할 수 있다.

이것은, 더 상세한 것은 후술 하지만, 금속부재(도전체층)와 유전체부재(유전체층)의 계면(1604)과 계면(1605)에 국재하는 플라즈몬이 발생되기 때문이라고 생각된다.

어떠한 특별한 이론에 제한되지 않고, 개구(1606)에 있어서 도면에 도시된 편광(즉, 전계) 성분을 가지는 입사광(1607)이 입사할 때, 개구(1606) 및 그 주위에서는 도면에서 화살표로 도시된 바와 같이, 자유전자가 이동되어 분포하고 개구(1606) 근방에 전하밀도분포가 나타나는 것으로 생각된다. 이 전하밀도분포와 전자장의 결합이 국재플라즈몬이다.

개구(1606)의 주위에서의 자유전자가 말려들어가는 것이나 또는 계면단부에서의 산란하는 것으로 인해, 국재플라즈몬이 개구변 가장자리에서 전하밀도의 분포를 발생시킨다.

예를 들면, 개구 형상을 가지는 광학필터의 경우에는, 개구에서 유기되는 국재플라즈몬은 도 16A 내지 도 16C의 개구(1606)의 단부(1608)로부터 반사되는 전하밀도파의 정재파로서 발생된다. 그 결과, 이 부분에서 유기되는 플라즈몬의 반파장의 정수배가 계면의 폭(길이)(1609)과 대략 동일하다.

이러한 계면에서 플라즈몬이 유기되는 경우, 대향하는 계면간의 간격(1610)이 가시광선을 투과시키지 못할 정도로 작은 경우에도, 국재플라즈몬의 효과에 의해서 이 광의 에너지가 금속박막 구조체(1611)의 출사측으로 전파된다.

따라서, 본 발명의 일측면에 의하면, 금속박막표면을 따라서 전파하는 일반적인 표면 플라즈몬에 의한 것이라기 보다는, 나노사이즈의 구조체(예를 들면, 대향하는 평활한 계면)에서 유기되는 국재플라즈몬을 사용해서 소정의 광학특성이 발현될 수 있다.

따라서, 본 발명의 측면에서는 계면부나 계면에 의해 형성되는 개구에서 국 재되어 유기되는 국재플라즈몬을 이용하여도 된다.

국재플라즈몬은 금속박막의 면내 방향에도, 막두께 방향에도 국재하고 있고, 개구의 입사측의 단면에서 국재플라즈몬을 유기하면, 개구의 출사측 단면에 국재플라즈몬의 에너지가 전파되고 자유공간에 재방출된다.

본 발명의 일 측면에 의하면. 국재 플라즈몬이 유기되는 광학필터의 광학 특성은, 국재플라즈몬을 유기하는 나노구조의 형상, 배치 등에 기인될 수도 있다. 그 때문에, 나노구조의 형상이나 배치를 정밀 설계하는 것에 의해 투과파장이나 투과율을 제어하여도 된다.

또, 본 발명의 측면들에 따른 광학필터는, 대향하는 계면이 1 조이어도 그 기능을 발현할 수 있다. 이것은, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학필터의 광학특성은 대향하는 계면의 형상에 의해 계면에서 유기되는 국재플라즈몬의 진동수나 이에 대응한 파장이 적어도 부분적으로 결정되기 때문이다.

도 3A 및 도 3B는 유전체 기판(301) 내에 동일한 폭 및 길이의 금속/유전체계면(303)을 가지는 금속박막 구조체(302)가 배치되어 있는 광학필터(304)의 모식도이다.

도 3A 및 도 3B에서는, 금속/유전체계면(303)을 주기적으로 배열하여 광학필터를 구성한다. 도 3A의 단면(A-A＇)를 도 3B에 나타낸다.

마찬가지로, 도 3A 및 도 3B에 도시된 것과 다른 구성의 광학필터의 예를, 도 4A 및 도 4B에 나타낸다.

도 4A 및 도 4B는, 유전체 기판(401)내에, 동일한 폭 및 길이의 금속/유전체 계면(403)을 가지는 금속박막 구조체(402)가 배치되어 있는 광학필터(404)의 모식도이다.

도 4A 및 도 4B에 있어서는, 금속/유전체계면은 차광부재인 금속층(도전체층)에 개방된 창으로서 기능하는 개구의 일부를 형성한다.

도 4A 및 도 4B에 있어서는, 광학필터는 상기 개구의 주기적인 배열로 이루어져 있다. 도 4A의 단면(B-B＇)을 도 4B에 나타낸다.

이 금속/유전체계면의 폭(길이)은 유기되는 플라즈몬의 파장을 적어도 부분적으로 결정하기 때문에, 필터의 광학특성(예를들면, 투과파장)의 결정에 중요한 역할을 할 수 있다.

또, 대향하는 금속/유전체계면을 가지는 필터의 투과율은, 다양한 요인에 의해 영향을 받지만, 일반적으로는 양 계면에서 유기되는 플라즈몬이 커플링해서, 전자계 분포가 금속측으로부터 유전체 측으로 인출되는 만큼 전파손실이 적게 된다.

따라서, 전파손실을 줄이려면 계면간의 거리가 어느 정도 작은 것이 유익하다. 그러나, 계면간의 거리가 너무 작으면, 플라즈몬 도파로로서 개구를 보았을 경우의 전파손실이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.

따라서, 면적 S의 광학필터에 있어서, 차광부가 차지하는 면적을 Sa로 할 때, 면적 점유율(필링 팩터(filling　factor):이하, FF로 부름)은 Sa/S로 나타내진다. 즉, 필링 팩터는, 기판 표면의 표면적에 대한 차광부(도전체층)의 표면적의 비율을 나타낸다.

또한, 개구가 어레이 형상 배열을 하고 있는 경우에도, FF가 투과율에 영향 을 준다.

상기 설명한 미국 특허 제 5,973,316호의 명세서에 있어서는, 금속박막의 개구 주기를 금속박막표면을 따른 장거리에 걸쳐서 전파하는 표면플라즈몬의 파장과 일치시킴으로써 표면플라즈몬을 적극적으로 유기하고 있다. 이에 대해서, 본 발명의 측면들에 따른 광학필터에서는 개구 내부에서 국재프라즈마를 유기함으로써 광학특성을 발현시켜도 된다. 또, 특정의 경우에 있어서는, 예를 들면, 개구 내부에서 국재플라즈몬를 유기하지 않고, 금속박막 표면의 표면 플라즈몬을 유기하는 것이 바람직하지 않을 수도 있다.

이것은, 미국 특허 제 5,973,316호 공보에서 설명된 바와 같이, 표면 플라즈몬을 유기해서, 이들이 금속박막 표면상을 전파할 때 불가피하게 손실을 발생시키기 때문이다

또한, 금속박막표면 상의 표면플라즈몬의 유기조건과 개구내부에 존재하는 국재플라즈몬의 유기조건은 다르기 때문에, 금속박막표면 상에 존재하는 표면플라즈몬이 개구 내부의 국재플라즈몬과 결합할 때에도 손실이 발생할 수도 있다. 이것은, 표면플라즈몬의 발생에 의해 투과율이 저하하는 또 하나의 요인이다.

그러나, 본 발명의 측면들에 따른 광학필터에 있어서는, 입사한 광을 표면플라즈몬으로 변환하지 않고, 충분히 그리고 한층 더 완전하게 직접 국재플라즈몬을 유기한다. 또한, 이 국재플라즈몬이 재차 전파광과 결합해서 투과율향상에 기여하기 때문에, 비교적 고투과율을 실현할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 비교적 고투과율인 광학필터의 구성으로서 소 자 전체에 있어서 금속박막의 FF가 작은 구성을 고려할 수 있다.

또한, 국재플라즈몬은 금속박막 내에 형성된 개구의 가장자리에서 주로 유기되기 때문에, 국재플라즈몬의 에너지의 일부는 개구 주위의 금속박막 표면에 전파되서 금속박막 내부에서 열적 에너지로서 손실된다. FF가 큰 경우에, 개구(광투과부) 주위의 금속박막 부분(차광 부분)은, 개구면적보다 한층 더 넓어지고, 금속박막 부분은 개구 주위의 어느 방향으로도 개구직경보다 큰 거리에서 존재하게 된다.

그 결과, 개구에서 유기된 국재플라즈몬의 에너지가 개구 주위의 금속박막 부분에 전하밀도분포를 용이하게 유기할 수도 있고, 상술한 에너지 손실을 용이하게 발생할 수도 있다.

이들 효과는, 예를 들면, 개구의 배열주기가 상술한 미국 특허 제 5,973,316호 명세서에 기재된 필터에서와 같이, 표면 플라즈몬의 파장과 일치하는 경우에 명백하게 나타날 수 있다.

이에 대해서, FF가 작은 경우는, 개구 주위의 금속박막 부분의 형상이 평판 형상이라기 보다는 오히려 미세한 금속 와이어의 형상이어도 된다.

와이어 형상의 금속의 표면에서 유기되는 표면플라즈몬의 모드 수는 와이어 형상의 금속의 구조이방성 때문에 상술한 평판형상의 금속박막 구조의 모드수 보다 적어도 된다.

그 결과, 개구에서 유기된 국재플라즈몬 폴라리톤의 에너지가 개구 주위의 와이어 형상의 금속박막 구조의 표면플라즈몬으로 변환되는 비율을 저감할 수 있기 때문에, 투과시에 비교적 로스가 적고, 투과율이 높은 광학필터를 얻을 수 있다.

이에 대해서, FF가 너무 낮으면, 투과율 향상과 함께 스펙트럼의 콘트라스트가 저하될 수 있다. 이 때문에, 투과율을 높이면서 콘트라스트를 유지할 수 있는 최적인 FF값이 존재할 수 있다.

도 2는, 투과율 강도의 파장 의존성의 예를 나타내는 그래프이다.

도 2는 차광 부재로서 Al을 사용하여 1변이 180nm인 정방형 개구를 주기 350nm로 정방격자 형상으로 형성한 경우에(FF= 약 74%) 얻은 투과율(201)의 그래프, 1변이 220nm인 정방형 개구를 마찬가지 방식으로 형성했을 경우에(FF=60%) 얻은 투과율(202)의 그래프, 및 1변이 280nm인 정방형 개구를 마찬가지 방식으로 형성한 경우에(FF=36%) 얻은 투과율(203)의 그래프를 나타낸다. 투과율(204)은 1변이 300nm의 정방형 개구의 경우에(FF= 약 26%) 얻어지고, 투과율(204)은 1변이 156nm인 정방형 개구의 경우에(FF=80%) 얻어진다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, FF가 더 높고, 개구율이 더 낮은 상태에서는, 공명파장의 푸트(foot) 부분에서는 투과율(205)이나 (201)와 같이, 투과율은 거의 제로로 떨어진다. FF를 감소시키면, 투과율의 최대치는 투과율(203)이나 (202)과 같이 서서히 상승한다.

그러나, 공명파장의 푸트에서의 투과율도 상승하고, 최종적으로는 평평한 스펙트럼 특성이 얻어지며, 높은 투과율을 가진 스펙트럼 형상의 콘트라스트가 저하된다(204).

광학필터를 이용하는 각종 디바이스에 있어서의 광의 이용효율을 고려하면, 광학필터의 공명파장에 있어서의 투과율의 최대치는, 대략 50%이상인 것이 바람직 하다.

파장 선택성의 지표가 되는 콘트라스트를 고려하면, 스펙트럼의 푸트 부분에서는 투과 스펙트럼의 투과율은 대략 50%이하인 것이 바람직하다.

이들 이슈를 고려해서, 한 형태에 있어서는, 예를 들면, 대략 50%이상인 공명 주파수에서의 투과율의 최대치를 얻기 위해서는, FF가 약 74%이하가 되어야 하고, 또한, 예를 들면, 투과스펙트럼의 콘트라스트를 유지하기 위해서는(즉, 공명 피크의 푸트부에 있어서 약 50%이하인 투과율을 얻기 위해서는), FF는 약 36%이상이 되어야 한다.

따라서, 본 발명의 광학필터는 기판 표면의 표면적에 대한 도전층의 표면적의 비율을 36%이상 74%이하의 범위 내로 하는 경우이면 된다.

공명파장을 가진 광은 국재플라즈몬 공명에 의해 투과하기 때문에, 투과율 스펙트럼은 일반적으로 어떤 최대치를 가진다.

필터(즉, 소자)를 투과한 광은, 금속 차광부를 그대로 투과한 광, 또는 개구를 개재해서 매우 작은 양이 통과한, 산란되어 전파된 광성분도 포함하여도 된다. 이들 광성분의 파장 의존성은 일반적으로 개구의 절단부(cut-off)에 의해 결정된다.

그 때문에, 파장 의존성은 최대치도 최소치도 가지지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 광학필터의 광학특성은, 미소개구의 절단부에 의존하지 않는 것이 명백하다.

또, 본 발명자 등이 검토를 실시한 바, 단순히 유전체 기판의 표면 상에 금 속박막 구조체를 배치하고, 금속박막 구조체가 공기에 노출하고 있는 구조보다, 유전체 기판 중에 금속박막 구조체를 매설한 광학필터가 더 우수한 것을 증명했다.

즉, 단순히 유전체기판 위에 금속박막 구조체를 배치한 경우에는, 공기와 금속박막 구조체 간의 경계부 근방의 계면에서의 플라즈몬 공명의 주파수가, 금속박막 구조체와 유전체기판 간의 경계부 근방의 계면에서의 플라즈몬 공명의 주파수와가 달라도 된다.

그 결과, 광학 스펙트럼폭이 확대되거나 피크 분열이 발생될 수도 있어서, 광학필터로서 바람직하지 않을 수 있는 특성을 발현시킬 수 있다.

이 광학필터를 반사 필터로서 이용하는 경우에는, 입사광이 유전체 기판측으로부터 입사하는가 또는 공기측으로부터 입사하는 가에 따라서, 반사특성이 다르다. 그 때문에, 소정의 광학특성을 발현시키려면, 광이 어느 한 방향으로부터 만 입사가능한 광학필터가 설치되어도 되고, 따라서 이러한 광학필터를 사용한 광학계의 설계 자유도를 저하시킬 수 있다. 또 하나의 문제는, 금속의 표면에 먼지 등이 부착하면, 피크 파장을 변화시킬 수 있다는 것이다.

이러한 원인에 의한 광학특성의 변화는 금속 나노구조를 이용한 환경센서 등의 디바이스에 적용하는 경우에는, 유익한 특성을 얻을 수 있지만, 광학필터에 요구되는 특성은 안정성이나 내구성이며, 센서에 요구되는 특성과는 다르다.

본 발명의 측면들에 따른 광학필터에서는, 개구 내부에 국재하는 국재플라즈몬을 개재하여 에너지를 광입사측으로부터 광출사측으로 전송하기 때문에, 개구 내부를 전자장의 에너지가 통과할 때 발생하는 에너지 손실을 저감시킬 수 있다.

이를 위해서, 개구 내부에 유전율이 높은 유전체(유전체층)를 매설함으로써, 개구 내에 국재하는 국재플라즈몬의 전자계 분포를 개구 내의 금속측으로부터 유전체측으로 인출하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 금속 내부에 존재하는 전자계로부터 금속 내에서 방산된 에너지의 비율을 저감시키는 것이 가능하다.

유전체 중에 금속박막 구조체를 매설한 구조를 검토한 바, 공기와 금속의 계면의 플라즈몬 공명주파수의 차이에 기인하는 스펙트럼 피크의 분열이나 피크폭확대, 및 투과율 저감을 이러한 구조가 억제할 수 있는 것을 발견했다.

또, 이러한 구조는, 금속의 산화를 방지하고, 금속표면에 먼지 등이 부착하는 것에 의한 광학특성의 변화(피크 파장의 시프트 등)를 억제할 수 있으며, 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 대표적인 광학필터인 유전체 다층막필터나 색소 필터 등을 디바이스에 이용하려고 하면, 광의 파장 이상의 막두께가 필요하고, 일반적으로는, 약 1㎛ 이상의 막두께를 가진다.

이에 대해서, 본 발명의 측면들에 따른 광학필터는 차광부재로서의 약 100nm 이하의 막두께를 가진 금속막(도전성 박막)을 사용하여 구성하는 것이 가능하다.

금속박막 구조체 위에 보호층을 약 100nm의 두께로 적층한 경우에도, 전체 층의 두께 합이 200nm정도로 억제할 수 있다. 그 때문에, 색소 등을 이용한 종래의 필터의 막두께보다 얇은 두께를 가진 필터를 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 측면들에 따른 광학필터를 CCD 센서나 CMOS 센서 등의 수광소자에 이용하면, 수광소자의 최소화가 가능해진다. 또, 수광소자의 고화소수화 에 수반하는 각 화소의 전망각의 감소에 의한 수광광량 부족을 완화하는 일도 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시형태 들을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1B는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광학필터의 상면도이다. 도 1A는 (A-A')를 따른 단면도이다.

투광성 유전체층(130)은 투광성 유전체기판(110)의 표면 상(즉, 유전체기판 표면 상)에 형성되고, 이 유전체기판(110)과 유전체층(130) 사이에는 차광성의 금속박막 구조체(즉, 도전체층)(120)가 선택적으로 형성되어 있다. 즉, 도전체층 상에는 상기 도전체층에 접촉한 유전체층(130)이 형성되어 있다.

금속박막 구조체(즉, 도전체층)(120)는, 유전체기판(110)의 표면과 평행한 제 1 방향(140)을 따라서 연장되고, 유전체기판(110)의 법선방향으로 유전체층(130)과 대향하는 계면(121) 및 (122)을 구성하는 제 1 영역(area)을 가지고 있다.

다른 표현을 하면, 금속박막 구조체(120)에는, 유전체층과 금속층의 계면인 계면(121) 및 (122)이 한 쌍의 계면(123)을 형성하고, 이들 계면(123)의 쌍은 유전체기판(110)의 면내 방향으로 고립한 상태에서 2차원적이고, 주기적으로 형성되어 있다.

도면에서, 계면(121) 및 (122)는 차광부로서 기능할 수 있는 금속박막구조체(120) 내에 형성된 광투과성의 창의 기능을 가지는 개구(125)의 일부도 형성한다. 이 경우에, 개구(125) 내에도, 유전체층(130)이 매설된다. 여기서의 설명은 개 구(125)는 정방격자형상의 배열을 하고 있지만, 이 배열로 한정되는 것은 아니다.

개구(125)는 제 1 방향(140)에 제 1 길이(141)를 가지고, 또한 제 1 방향 (140)과 직교하는 제 2 방향(150)에 제 2 길이(151)을 가지고 있다.

이 경우에, 제 1 길이(141)(제 1 변(side)의 유전체기판 표면과 평행한 방향의 길이)와 제 2 길이(151)(대향하는 제 1 영역(area)간의 거리)는 가시광선 영역에 있어서의 광의 파장 이하의 길이로 설정한다.

도면에 나타내는 편광성분(전계 성분)을 가지는 입사광에 의해 계면에서 유기 되는 국재플라즈몬의 파장이 최저차 모드인 경우에, 플라즈몬의 반파장이 계면(121) 및 (122)의 길이(141)와 대략 동일하게 된다. 가시광선에 의해 국재플라즈몬을 유기할 수 있는 구조의 크기는 가시광선의 유기 파장보다 짧아지기 때문에, 이들 길이가 가시광선 영역에 있어서의 광의 파장 이하로 된다.

여기에서는, 일례로서, 개구(125)는, 제 1 길이(141)와 제 2 길이(151)가 동일하고, 1변이 240nm인 정방형형상이다. 광학 특성의 설계용이성이라는 견지에서 정방형형상이 바람직하지만, 그 외 다각형 형상을 사용하여도 된다. 또한, 개구는 원형이나 타원형을 가져도 된다. 예를 들면, 정다각형이나 원형상이라면 편광의존성을 억제하는 것이 가능하므로 유리하게 될 수 있다. 원형상은 비교적 제작이 용이하고 제작 정밀도도 유지하기 쉽기 때문에 유리하게 될 수 있다.

예를 들면, 정방형 형상의 개구의 경우에는, 도 5에 도시된 참조부호(501)이 제 1 길이를 나타내고, 참조부호(502)가 제 2 길이를 나타낸다.

계면 쌍(대향하는 계면)(123)이 형성하고 있는 개구의 형상이 정다각형 형상 의 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 길이(제 1 영역의 기판표면과 평행한 방향의 길이)는 참조부호(601)로 표시된 길이로서 나타내고, 제 2 길이(제 1 영역간의 거리)는 참조부호(602)로 표시된 길이로서 나타낸다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따라서, 개구가 원형상인 경우에, 제 1 영역의 기판표면에 평행한 방향의 길이 및 대향하는 제 1 영역간의 거리는, 원의 직경을 나타낸다.

본 명세서에 있어서 개구의 크기라고 말하는 경우에는, 상술한 개구의 제 1또는 제 2 길이, 원형상 개구의 직경, 다각형 개구의 대각선의 길이를 나타내는 것으로 할 수 있다.

예를 들면, 투과되는 광의 최대 파장을 적색 대역(이것은 제 1 파장으로서 파장 600nm 이상 700nm 이하임)으로 해서 개구의 크기를 제 1 파장 이하의 크기로 할 수 있다.

본 실시형태에서는, 계면 쌍(123)과 유전체기판 또는 유전체층에 입사하는 광이 공명하기 때문에, 계면(121) 및 (122)의 표면에서 유기되는 국재표면 플라즈몬에 의해, 가시광선 영역에 있어서의 소정의 파장의 투과율을 증대시킬 수 있다. 즉, 소정 파장의 투과광이 우선적으로(예를 들면, 선택적으로) 발생되어도 된다.

도 1A 및 도 1B에 예를들어 도시된 개구군(개구(125)의 모임)에 있어서, 계면 쌍(123)이 형성되어 있는 주기(145) 및 주기(155)는 가시광선 영역에 있어서의 광의 파장 이하로 하여도 된다. 이것은 개구배열 주기가 주목하고 있는 광의 파장 영역보다 큰 경우에는, 고차의 회절광이 발생될 수 있고, 0차회절광의 강도가 저하 할 가능성이 있기 때문이다.

또, 한 형태에 있어서, 계면 쌍(123)이 형성되어 있는 주기(145) 및 주기(155)는, 개구에서 유기되는 플라즈몬의 공명 파장보다 작게되어도 된다. 개구의 주기가 플라즈몬 공명파장과 가깝게 되는 경우에, 소위 우드 아노말리(Wood anomally)를 발생시키고, 플라즈몬 공명에 의한 피크형상이 로렌츠형으로부터 크게 변화될 수 있어서, 의도되고, 또한 미리 선택된 광학특성과 다른 특성을 발현할 가능성이 있다.

여기서, 우드 아노말리라고 하는 것은 입사광이 주기 구조에 의해 회절되어 회절광이 금속주기 구조표면의 극근방(極近傍)을 표면과 평행하게 전파함으로써 손실이 증가되고 회절효율이 저하하는 현상을 말한다.

일례로서, 적색의 파장대역에 플라즈몬 공명을 일으키게 하는 것을 상정해서, 주기(145) 및 (155)는 350nm로 한다.

한 형태에 있어서, 금속박막 구조체(즉, 도전체층)(120)의 두께(즉, 층두께)(160)를 가시광선 영역에 있어서의 광의 파장이하로 하여도 된다.

길이(141)와 계면간격(151)이 가시광선 영역에 있어서의 광의 파장 이하의 길이여도 되기 때문에, 본 발명에 따른 광학필터를 제작할 때의 미세가공 프로세스에 있어서, 금속박막 구조체의 두께를 너무 두껍게 설정하면, 구조 제작이 곤란해질 수 있고, 제작 오차가 커질 수도 있다. 따라서, 일례로서 금속박막(도전체층)의 두께로서 여기서는 60nm를 상정하고 있다.

금속박막 구조체(120)를 구성하는 재료로서는, 알루미늄, 금, 은, 백금 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서, 알루미늄은 은보다 플라즈마 주파수가 높고, 물성적으로 가시영역 전체를 포함하는 광학특성의 필터의 설계가 비교적 용이하게 된다(Ag：약 3.8eV (약 325 nm), Al：약 15eV (약 83nm)). 한 형태에 있어서, 금속박막구조체(즉, 도전층)은 알루미늄 또는 합금 또는 알루미늄을 함유하는 화합물로 이루어져도 된다.

또, 알루미늄은 은 등보다 화학적으로 안정하기 때문에, 장기간 양호한 안정성을 가지고 소정의 광학특성을 발현할 수 있다.

또한, 알루미늄은 은보다 유전율의 허수부가 크기 때문에, 은보다 막두께가 얇은 경우에도 충분한 차광성을 발현시킬 수 있다. 또, 알루미늄의 미세가공이 은보다 더 용이하다.

또한, 알루미늄은 백금과 마찬가지로 화학적으로 극도로 불활성이기 때문에, 일반적으로, 드라이 에칭에 있어서의 미세가공이 곤란하다는 등의 불편함도 없다.

금속박막 구조체(도전체층)(120)는 알루미늄, 금, 은, 및 백금을 함유한 혼합물이나, 합금, 화합물로부터 선택되어도 된다.

유전체기판(110)의 재료로서는, 가시 영역의 광을 투과하는 재료인, 석영(이산화규소), 이산화티탄 등의 금속산화물, 및 질화실리콘 중의 적어도 하나인 가시광선의 투과율이 높은 재료로부터 적절히 선택할 수 있다. 또, 폴리카보네이트나 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 고분자재료도 유전체기판(110)의 재료로서 이용할 수 있다.

여기서 기판으로서 유전체를 나타냈지만, 본 발명에 따른 기판은, 유전체로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 기판은 개구를 구비한 차광성의 도전체층을 지지하는 부재이다.

예를 들면, 실리콘 웨이퍼에 광전변환부를 가지는 센서부(CMOS 센서 등)를형성한 후, 배선층, 절연층 등을 적층한 다음에, 도전층을 적층해서 광학필터를 일체화하는 경우에는, 실리콘 웨이퍼를 기판이라고 부를 수 있다. 중간의 절연층 등을 기판으로 취할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판은 유전체 기판이나 반도체 기판 등의 비교적 두께가 두꺼운 지지체를 포함하고, 또한, 반도체층, 절연층 등과 같이 비교적 얇은 두께의 지지체도 포함한다.

유전체기판(110)과 마찬가지로, 유전체층(130)의 재료는, 석영(이산화 규소), 이산화 티탄, 질화 실리콘 등의 임의로 하나 이상을 포함할 수 있다. CMOS 센서등의 반도체 디바이스에 내장하는 경우에 있어서는, 반도체 제조 프로세스에 있어서 사용되는 일반적인 절연막을 사용할 수 있다. 또, 폴리카보네이트나 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 등의 고분자 재료도 유전체층(130)의 재료로서 사용할 수도 있다.

한 형태에 있어서, 기판(110)이 유전체로 이루어지져도 되고, 기판과 유전체층(130) 간의 유전체율의 차이는 5% 이하이어도 된다.

이것은 유전체기판(110)의 유전율과 유전체층(130)의 유전율이 크게 다르면, 계면(121) 및 (122)의 유전체기판(110)측 단부에 있어서의 플라즈몬의 유기 파장과 계면(121) 및 (122)의 유전체층(130)측 단부에 있어서의 플라즈몬의 유기 파장 간 의 차이가 커질 수 있기 때문이다.

따라서, 이 경우에는, 예기치 않은 공명파장의 피크나, 피크폭의 확대가 생길 수 있다.

따라서, 한 형태에 있어서, 유전체 기판의 유전율은 유전체층의 유전율과 동일하게 하여도 된다.

본 발명의 측면들에 따른 광학필터는, 유전체층 내에서 금속박막 구조체를 복수층 적층한 적층형상을 가져도 된다.

이하, 적층형의 소자의 광학특성, 특히 그 투과 스펙트럼에 대해 설명한다.

적층할 때의 층간 거리가 각 금속박막 구조체에서 유기되는 국재플라즈몬의 근접장 분포에 의해 도달되는 거리(전형적으로는 100nm 정도) 이상인 경우에는, 금속박막 구조체의 상기 층의 투과 스펙트럼들의 곱의 스펙트럼이 발생할 수도 있다. 이것은 금속박막 구조체간에 근접장이 발생하지 않기 때문에, 각각의 금속박막 구조체의 광학 특성이 유지되고 있기 때문이다. 본 실시형태에서는 소자 전체의 광학 특성의 설계가 비교적 용이하게 된다.

이에 대해서, 상술의 금속박막 구조체간의 거리가 100 nm이하가 되면, 금속박막 구조체에서 유기되는 국재플라즈몬이 서로 상호작용 하게된다. 그 결과, 광학 특성은 복잡하게 될 수 있다.

상술한 상호작용이 없는 경우에 대해서, 투과 스펙트럼의 피크의 분열이나 퍼짐, 및 투과율의 증감 등의 여러가지 변화가 발생될 수도 있다. 이 경우에 소자전체의 광학특성의 설계는 어렵지만, 단층구성의 설계보다 복잡한 스펙트럼 형상을 형성할 수 있을 가능성이 있다.

도 7을 참조하면, 유전체기판(701) 상에 제 1 금속박막 구조체(702)가 형성되고 다음에, 제 1 유전체층(703)이 도포된다. 제 2 금속박막 구조체(704)가 제 1 유전체층(703) 상에 배치되고, 제 2 유전체층(다른 유전체층)(705)이 상기 제 2 금속박막 구조체(704) 상에 형성되어 있다.

그 결과, 예를 들면, 2층의 광학필터(R)를 적층함으로써, 단층구성의 선폭보다 더 미세한 선폭을 가진 투과스펙트럼을 얻을 수 있다.

제 1 금속박막 구조체(702)와 제 2 금속박막 구조체(704)의 구성은 개구(706)의 배열의 주기가 동일한 것, 또는 개구의 형상이 동일한 것에 한정하는 것은 아니다.

본 실시형태의 적층형 광학필터에 있어서는, 설계 용이성의 관점으로부터, 근접장 상호작용이 실제로 발생하지 않는 적층간격으로 적층을 행하여도 된다. 예를 들면, 100nm 이상의 적층간격으로 형성하여도 된다.

(계산 결과)

도 8은 상기의 구조를 사용하여 수치계산을 실시하여 얻은 결과를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 투과강도의 파장의존성을 나타낸다.

여기서 사용된 필터는, 금속박막 구조체로서 알루미늄을 사용하고, 개구직경은 240nm로 설정되고, 주기는 350nm이고, 두께는 60nm이다. 이 광학필터의 투과스펙트럼은 투과스펙트럼(801)과 같이되고, 파장 650nm 부근의 광을 고강도로 투과 하는 광학필터로서 기능한다.

파장 650nm는 적색의 대역 내이기 때문에, 단어 "Red"의 첫문자 R을 사용하여 광학필터(R)로 나타낸다. 이 광학필터(R)는 적색의 파장을 투과하기 때문에, 적색의 원색필터로서 사용할 수 있다.

개구직경이나 주기를 변화시킴으로써, 투과스펙트럼의 파장, 스펙트럼폭, 및 투과율을 변화시키는 것도 가능하다.

예를 들면, 개구직경을 200nm, 주기를 280nm, 두께를 60nm로 취함으로써, 가시영역의 녹색(파장 550nm) 부근에 최대투과율을 가진 투과스펙트럼(802)을 가지는 광학필터를 구성할 수 있다. 이 필터를 광학필터(G)로 부른다. 이 광학필터(G)는 녹색의 원색필터로서 사용할 수 있다.

마찬가지로, 개구직경을 160nm, 주기를 230nm, 두께를 60nm로 취함으로써, 가시영역의 청색(파장 450nm) 부근에 최대투과율을 가진 투과스펙트럼(803)을 가지는 광학필터를 구성할 수 있다. 이 필터를 광학필터(B)로 부른다. 이 광학필터(B)는 청색의 원색필터로서 사용할 수 있다.

본 실시형태의 광학필터의 반사스펙트럼에 있어서는, 투과율이 최대가 되는 파장 근방에서 반사율이 최소가 된다. 따라서, 본 실시형태의 광학필터는 투과필터로서 뿐만 아니라, 반사필터로서 사용하는 것도 가능하다.

(설계 지침)

이하, 금속박막 구조체를 구성하는 파라미터와 광학특성의 관계에 대해 설명한다.

개구에서 유기되는 국재플라즈몬 공명은 계면에서의 자유전자의 플라즈마 진 동에 의해 수반하는 전하밀도분포이며, 이 전하밀도분포나 개구의 광학특성은 개구의 형상에 의해 영향을 받을 수 있다.

예를 들면, 개구에 조사되는 광의 편광방향의 개구의 길이, 금속층의 두께, 및 개구를 배치하는 주기를 일정하게 한 상태에서, 편광방향과 직교하는 방향의 개구의 길이를 길게 하면, 공명파장은 장파장 측으로 시프트한다. 또한, 공명파장이 장파장으로 시프트할 뿐만 아니라, 피크폭 및 투과피크에서의 투과율도 증대한다.

이 때문에, 개구에서 국재 플라즈몬 공명의 장파장을 발생시키기 위해서는, 개구의 편광 방향과 직교하는 방향의 길이를 길게 하여도 된다는 것을 알 수 있다. 광학필터에 입사하는 광의 편광은 엄밀하게 개구의 법선방향과 평행하지 않아도 된다.

개구에 조사되는 광의 편광방향과 직교하는 방향의 개구의 길이, 금속층의 두께, 및 개구를 배치하는 주기를 일정하게 한 상태에서는, 편광방향의 개구의 길이가 길어지는 것에 의해 공명파장은 단파장 측으로 시프트한다. 또한, 피크폭은 넓어지고, 공명파장에서의 투과율도 증대한다.

개구에 조사되는 광의 편광방향의 개구의 길이, 편광방향과 직교하는 방향의 개구의 길이, 및 개구의 배열주기를 일정하게 한 상태에서는, 금속층 두께의 증대에 의해 공명파장은 거의 변화하지 않지만, 공명파장에서의 투과율 및 공명폭은 감소한다.

개구에 조사되는 광의 편광방향의 개구의 길이, 편광방향과 직교하는 방향의 개구의 길이, 및 금속층의 두께를 일정하게 한 상태에서는, 개구의 배치 주기의 증 대에 의해, 공명파장은 장파장으로 시프트하고, 공명파장에서의 투과율은 감소해서, 공명폭은 감소하는 경향이 있다.

이들 지견에 의거하여, 개구의 형상이나 개구의 배열주기 등의 파라미터가 최적화될 수 있기 때문에, 소정의 공명파장을 가지는 광학필터를 설계하는 것이 가능하다.

본 발명자 등에 의한 검토결과에 의하면, 적색의 대역, 즉, 파장 600nm 이상이고 700nm 이하(즉, 파장범위 내에서 투과스팩트럼의 최대값)의 파장범위 내에서 광학필터의 공명 파장을 얻기 위해서는, 개구직경을 220nm 이상 270nm 이하의 범위로 설정하여도 된다. 또한, 금속박막 구조체의 두께를 10nm 이상이고, 200nm 이하의 범위로 설정하여도 되고, 또한 개구의 배열주기를 310nm 이상 450nm 이하의 범위로 설정하여도 된다.

녹색의 대역, 즉, 파장 500nm 이상이고, 600nm 미만 (즉, 파장범위 내에서 투과스팩트럼의 최대값)의 파장범위 내에서, 광학필터의 공명파장을 얻기 위해서는, 개구직경을 180 nm이상 220 nm미만의 범위로 설정하여도 된다.

또한, 금속박막 구조체의 두께를 10nm 이상, 200nm 이하의 범위로 설정하고, 또한 개구의 배열주기를 250nm 이상, 310nm 이하의 범위 내로 설정하여도 된다.

청색의 대역, 즉, 파장 400nm 이상이고, 500nm 미만(즉, 파장범위 내에서 투과스팩트럼의 최대값)의 파장범위 내에서, 광학필터의 공명파장을 얻기 위해서는, 개구직경을 100nm 이상 180nm 미만의 범위로 설정하여도 된다.　

또한, 금속박막 구조체의 두께를 10nm 이상 200nm 이하의 범위로 설정하고, 또한 개구의 배열주기를 170nm 이상 250nm 이하의 범위 내로 설정하여도 된다.

제 2 실시형태에 있어서는, 베이어배열(Bayer arrangement)을 가진 RGB 필터에 대해 설명한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 영역(901)에는, 예를 들면, 상술한 광학필터(R)(예를 들면, 투과스펙트럼(801))를 배치하고, 영역(902)에는, 광학필터(G)(예를 들면, 투과스펙트럼(802))를 배치하고, 영역(903)에는, 광학필터(B)(예를 들면, 투과스펙트럼(803))를 배치한다. 이러한 배치에 의해 본 발명의 측면에 따른 필터를 사용하함으로써, 베이어배열의 컬러필터를 구성하는 것이 가능하게 된다. 본 실시형태에서는, 영역마다 개구의 형상이 다르고, 또한 개구의 배열주기도 다르지만, 이러한 구성에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 개구의 주기만이 다른 개구군이 각 영역에 배치되어 있어도 된다. 또는, 개구의 크기만이 다른 개구군이 각 영역에 배치되어 있어도 된다.

즉, 제 1 개구군이 2개 이상이어도 되고, 상기 제 1 개구는 주기가 서로 다르게 형성되어도 되고, 또한 상기 제 1 개구군은 상기 유전체 기판 표면의 서로 다른 영역에 배치되어도 된다.

제 1 개구군을 구성하는 제 1 개구와 다른 형상인 제 2 개구를 가지는 제 2 개구군이 복수의 영역에 배치되어도 된다. 즉, 제 2 개구는 제 1 방향으로 제 1 길이를 가지고, 제 2 방향으로 제 2 길이를 가지며, 제 2 개구의 제 1 길이는 제 1 개구의 제 1 길이와 다르거나, 또는 제 2 개구의 제 2 길이는 제 1 개구의 제 2 길이와 다르다. 그 결과, 제 2 개구군은 제 1 개구군의 공명파장(제 1 파장)과는 다 른 파장(제 2 파장)에서 광의 투과율을 증대시킬 수 있다.

도 10은 정방형 개구가 삼각 격자형상으로 배열되어 있는 제 3 실시형태를 나타낸다. 삼각격자 배열을 사용했을 경우에는, 격자의 단위벡터 성분이 직교하지 않아도 된다. 그 때문에, 필터의 광학특성의 입사광편광에 대한 의존성이나 경사 입사에 의한 스펙트럼 변화는, 정방격자의 배열보다 더 큰 정도로 억제될 수 있다.

이러한 삼각 격자 배열은, 직교격자 형상으로 배열되어 있는 복수의 개구가 중첩된 영역에 배치되어 있는 배열로서 표현할 수도 있다.

즉, 제 1 개구(1001)에 의해 구성되는 제 1 개구군(1002)(도면에서 점선)과 제 2 개구군(1003)(도면에서 1점쇄선)은 중첩된 영역에 배치되어 있는 것으로 표현될 수 있다.

제 4 실시형태에 있어서는, 제 3 실시형태와 마찬가지로, 복수의 개구군이 중첩해서 배치되어 있는 예에 대해 설명한다.

도 11A는 주기가 다른 제 1 개구군이 중첩된 영역에 배치되어 있는 예를 나타낸다. 제 1 개구군(1102)(도면에서 실선)를 구성하는 제 1 개구(1101)가 주기 (1103)으로 형성되어 있고, 제 2 개구군(1105)을 구성하는 제 1 개구(1104)는 주기 (1106)으로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 개구의 배열 주기가 서로 다르기 때문에, 2개의 개구군에 대해 고유한 광학특성을 모두 가지는 광학필터의 구성이 가능하다.

즉, 도 11A에 도시된 광학필터는 상기 유전체 기판의 면내 방향으로, 상기 제 1의 개구군을 2개 이상 가지고, 2개 이상의 제 1 개구군을 구성하는 제 1 개구 가 형성되고 있는 주기는 서로 다르다. 또, 이들 두개 이상의 제 1 개구군이 중첩 된 영역에 배치되어 있다.

도 11B는 제 1 개구군과 제 2 개구군이 중첩된 영역에 배치되어 있는 예를 나타낸다. 제 1 개구(1107)는 제 1 개구군(1108)을 구성하고, 제 2 개구(1109)는 제 2 개구군(1110)을 구성한다. 개구군을 구성하는 복수의 개구의 형상이 서로 다르기 때문에, 2개의 개구군에 대한 고유한 광학특성을 동시에 발현시키는 것이 가능해진다.

즉, 도 11B에 도시된 광학필터는, 제 1 개구군과는 별도로, 유전체 기판의 면내 방향으로, 복수의 제 2 개구를 고립한 상태로 2 차원적이고, 또한 주기적으로 형성한 제 2 개구군을 가지고 있다. 상기 제 2 개구는 제 1 방향으로 제 1 길이를 가지고, 또한 제 2 방향으로 제 2 길이를 가지며, 상기 제 1 길이 및 제 2 길이는 가시광선 영역에 있어서의 광의 파장 이하이다. 상기 제 2 개구의 제 1 길이는 제 1 개구의 제 1 길이와 다르거나, 또는 제 2 개구의 제 2 길이는 상기 제 1 개구의 제 2 길이와 다르고, 제 1 개구군 및 제 2 개구군은 중첩된 영역에 배치되어 있다.그 결과, 제 1 개구의 공명파장(제 1 파장)과 제 2 개구의 공명파장(제 2 파장)이 다르게 된다.

이러한 실시형태는, 예를 들면, 면내에 있어서 복수의 주기(주기A(1701)와 주기B(1702))로 개구(1703)가 배열되어 있는 광학필터도 포함한다(예를 들면, 도17). 도 17은 정방 격자가 복수 주기를 가지는 배열의 예를 나타냈지만, 본 실시형태의 복수 주기의 수 등으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 이하, 구체적인 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은, 이들 실시예로 한정되지 않는 것으로 이해하여야 한다.

(실시예 1)

단층 구조

이하, RGB의 투과필터의 제작방법과 필터의 광학특성에 대해 설명한다.

도 12A는 두께 525㎛의 석영기판으로 이루어지는 유전체 기판(1201)의 표면에, 금속박막층(1202)으로서 두께 60nm로 알루미늄을 증착하고, 금속박막층 위에 전자선(EB) 리소그래피용 레지스트(1203)를 도포한 상태를 나타내는 모식도이다. 금속박막층(1202)의 막형성 방법은 증착에만 한정하는 것이 아니고, 스퍼터링 등이어도 된다.

다음에, EB 리소그래피 장치를 사용하여 레지스트(1203)를 패터닝 한다. 레지스트 패턴의 형상은, 1변이 약 240nm인 정방형 개구가 주기 약 350nm로 정방격자형상으로 배열된 형상을 제작한다. 이 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 염소와 산소의 혼합기체의 플라즈마로 드라이 에칭함으로써 금속박막 구조체(1204)를 형성할 수 있다. 드라이 에칭가스는 염소와 산소로 한정하는 것이 아니고, 아르곤이나 기타 가스를 사용하여도 된다.

에칭 마스크의 제작방법은 EB리소그래피에 한정하는 것이 아니고, 포트리소그래피 등을 사용하여도 된다. 또한, 금속박막층(1202)의 패터닝은 유전체 기판 (1201) 상에 EB리소그래피나 포트리소그래피에 의해 레지스트 패턴을 형성해서, 금속박막층(1202)을 형성한 후에 리프트 오프 프로세스를 사용하여 형성해도 된다. 리프트 오프 프로세스를 사용하는 경우, 상술한 공정에 대해 레지스트 패턴의 네가티브-포지티브 반전을 행하여야 한다.

수속이온빔 가공장치(FIB 가공 장치)를 사용하여 금속박막층(1202)을 직접 가공해도 된다.

다음에, 금속박막 구조체(1204) 위에, 유전체층(1205)으로서 두께 300nm로 스퍼터링함으로써 석영박막을 형성한다. 이와 같이 해서 형성된 광학필터를 도 12B에 나타낸다. 막형성 방법은, 스퍼터링에 한정하는 것이 아니고, CVD에 의해 막을 형성할 수도 있고, 또는 SOG(Spin On Glass)법에 의해 도포해도 된다. HSG(hydrogenated silsesquioxane; 수소화 실세스퀴옥산)는 무기 SOG의 예이고, MSQ(metyl silsesquioxane; 메틸실세스퀴옥산)는 유기 SOG의 예이다.

도 13A는 상기와 같은 방법으로 제작한 광학필터의 투과스펙트럼을 나타낸다. 참조번호 (1301)에 의해 표현된 투과스펙트럼 R은 수치계산에 의해 구하였다. 이 필터는 파장 650nm 부근에 투과율의 최대치를 가지는 것을 알 수 있다. 투과 피크를 나타내는 파장은 가시영역의 적색에 대응하기 때문에, 이 필터는 적색광을 투과 하는 원색필터로서 기능한다.

금속박막 구조체(1204)를 개구직경 약 200nm, 두께를 약 60nm, 개구의 배치주기를 약 280nm의 개구배열로 형성함으로써 참조번호 (1302)로 나타내지는 투과스펙트럼 G를 얻는다. 마찬가지로, 개구직경을 약 160nm, 두께를 60nm, 개구의 배치 주기를 약 230nm로 형성함으로써 참조번호 (1303)로 나타내지는 투과스펙트럼 B를 얻는다. 이들 광학필터는 각각 RGB를 투과하고, 원색 필터로서 기능한다.

본 실시예의 필터의 반사스펙트럼은, 투과율이 최대가 되는 파장과 대략 같은 파장에서 최소의 반사율을 가진다.

그 때문에, 도 13B에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광학필터는, 반사 필터로서 사용함으로써, 투과스펙트럼 R을 가지는 필터로부터 참조번호(1304)로 나타내지는 반사스펙트럼 R을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 투과스펙트럼 G를 가지는 필터는 참조번호 (1305)로 나타내지는 반사스펙트럼 G를 생성할 수 있고, 투과스펙트럼 B를 가지는 필터는 참조번호 (1306)으로 나타내지는 반사스펙트럼 B를 얻을 수 있다. 이와 같이, 이들 광학필터는 각각 가시영역의 적색, 녹색, 청색의 보색(시안, 마젠타, 황색)을 강하게 반사하는 광학필터로서 기능할 수 있다.

본 실시예는 금속박막 구조체에 정방형 개구가 정방격자형상으로 배열되어 있는 구성을 사용하여 설명했지만, 삼각격자 배열을 사용하여도 된다. 삼각격자 배열에 의해, 입사광편광 의존성을 억제할 수 있고, 경사입사 특성을 개선할 수 있다. 또, 개구 형상도 정방형으로 한정하지 않고, 예를 들면, 정다각형이나 원형이어도 된다.

(실시예 2)

베이어 배열

이하, 베이어 배열의 RGB 투과 필터의 제작방법과 필터의 광학특성에 대해 설명한다.

도 14A는 두께 525㎛의 석영기판으로 이루어지는 유전체기판(1401)의 표면에, 금속박막층(1402)로서 두께 60nm로 알루미늄을 증착하고, 상기 금속박막층 위 에 레지스트(1403)를 도포한 상태를 나타내는 모식도이다.

다음에, EB리소그래피 장치를 사용하여, 레지스트(1403)를 패터닝한다. 레지스트패턴의 형상은, 1변이 약 240nm인 정방형의 개구를 주기 약 350nm로 정방격자형상으로 배열된 패터닝된 정방형상이 약 10㎛의 한변을 가지고, 이러한 패터닝된 정방형을 패턴부A(1404)로서 취하도록 되어있다.

1변이 약 200nm인 정방형개구를 주기 약 280nm로 정방격자 형상으로 배열한 정방형상을 패턴부B(1405)로서 취하고, 1변이 약 160nm인 정방형 개구를 주기 약 230nm로 정방격자 형상으로 배열한 정방형상을 패턴부C(1406)로서 취한다.

이들 패턴부를 10㎛의 간격으로 도 14B에 도시된 바와 같이 배치된 구조를 제작한다. 이 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 염소와 산소의 혼합기체의 플라즈마로 드라이 에칭함으로써 금속박막 구조체(1407)를 제작한다.

개구의 형상은 정방형으로 한정되지 않고, 정다각형이나 원형이어도 된다.

금속박막 구조체(1407) 위에, 유전체층(1408)으로서 두께 500nm의 석영박막을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이와 같이 해서 형성된 광학필터를 도 14C에 나타낸다. 도 14C는 도 14B의 AA＇단면이다.

상술한 패턴부 간의 색의 혼합을 방지를 위해서 차광층을 형성해도 된다. 또, 본 실시예와 같이, 패턴부를 구성하는 금속박막 구조체의 두께를 동일하게 하면, 이들 패턴부를 동일 프로세스 내에서 제작할 수 있고, 패턴부들 간의 경계선을 제거하는 것이 가능하다.

상기 방법으로 제작한 패턴부 A, B, 및 C 는, 도 13에서의 예로서 도시된 바 와 같이, 참조번호(1301)로 나타내지는 투과스펙트럼 R, 참조번호 (1302)로 나타내진 투과스펙트럼 G, 및 참조번호 (1303)로 나타내지는 투과스펙트럼 B를 가진다. 이들 패턴부는 각각 RGB 원색 필터로서 기능할 수 있다.

또한, 본 실시예서와 같이, 모든 패턴부에 대해서 두께를 동일하게 제작하는 경우, 동일 배치에서 RGB 원색필터를 제작할 수 있다.

이 때문에, 종래의 색소를 사용한 컬러필터로 베이어배열 구조를 제작하기 위해서 필요한 RGB 3색의 도포를 분리하는 프로세스가 필요없게 될 수 있어서, 제작프로세스의 시간을 단축할 수 있고, 제작프로세스를 간략화할 수 있다. RGB 3색의 도포분리는 베이어 배열에 한정하는 것은 아니고, 다른 색소를 사용해서 어떠한 컬러필터를 구성하는 경우에도 실시되어도 된다.

(실시예 3)

홀 적층

이하, 적층필터의 제작방법과 필터의 광학특성에 대해서 설명한다.

도 15A는, 두께 1mm의 석영기판으로 이루어지는 유전체기판(1501)의 표면에 금속박막층(1502)으로서 알루미늄을 두께 60nm로 증착하고, 상기 금속박막층 위에 전자선(EB) 리소그래피용의 레지스트(1503)를 도포한 상태를 나타내는 모식도이다.

다음에, EB리소그래피 장치를 사용하여, 레지스트(1503)를 패터닝 한다. 레지스트패턴의 형상은, 약 350nm의 주기를 가진 정방격자 형상으로, 1변이 약 240nm인 정방형개구를 배열함으로써 얻어진다. 이 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 염소와 산소의 혼합기체의 플라즈마로 드라이 에칭함으로써 제 1 금속박막 구조체(1504)를 제작한다.

제 1 금속박막 구조체(1504) 위에, 제 1 유전체층(1505)으로서 스퍼터링하여 두께 300nm의 석영박막을 형성한다. 제 1 유전체층(1505)의 두께는 300nm에 한정하는 것은 아니지만, 다음의 공정에서 제작되는 제 2 금속박막 구조체와의 근접장 상호작용에 영향을 서로 미치지 않는 층간 거리를 형성하여도 된다.

다음에, 도 15B에 도시된 바와 같이, 제 1 유전체층(1505)의 표면에, 제 2 금속박막층(1506)으로서 알루미늄을 두께 60nm로 증착한다. 즉, 유전체기판 상에 복수의 도전체층을 배치한다. 그리고, 이 제 2 금속박막층(1506) 위에 레지스트층으로서 전자선(EB) 리소그래피용 레지스트를 도포한다. 다음에, EB리소그래피 장치를 사용하여 레지스트층을 패터닝 한다. 레지스트패턴의 형상은, 약 350nm의 주기로 정방격자 형상으로 1변이 약 240nm인 정방형 개구를 배열함으로써 얻어진다. 이 레지스트 패턴을 에칭마스크로서 사용하여 염소와 산소의 혼합기체의 플라즈마로 드라이에칭 함으로써 제 2 금속박막 구조체(1507)를 제작한다.

다음에, 도 15C에 도시된 바와 같이, 제 2 금속박막 구조체(1507) 위에, 제 2 유전체층(1508)으로서 두께 400nm의 석영박막을 스퍼터링에 의해 형성한다.

상기 필터의 제 1 금속박막 구조체의 투과 스펙트럼은 약 650nm에 가까운 피크파장을 가지고, 상기 필터의 제 2 금속박막 구조체의 투과 스펙트럼도 이와 같이 약 650nm에 가까운 피크파장을 가진다. 그 결과, 본 실시예의 적층 필터의 광학특성은 제 1의 금속박막 구조체의 투과 스펙트럼과 제 2 금속박막 구조체의 투과스펙트럼과의 곱을 나타내는 광학특성에 가깝게 된다. 따라서, 본 실시예의 적층형 필 터는 단층필터의 대역보다 좁은 대역으로 적색을 투과하는 광필터로서 기능한다.

(실시예 4)

본 실시예는, 실시예 1 내지 3에서 설명된 임의의 광학필터를 사용한 광검출소자, 및 광검출소자를 어레이 형상으로 배열한 촬상소자, 그리고 이 촬상소자를 내장한 디지탈카메라에 관한 것이다.

도 18은 본 발명의 광학필터를 사용한 광검출소자의 모식도이다.

광검출소자(1807)에서는, 마이크로렌즈(1801)를 통해 외부로부터 입사한 광을 광전변환부(1805)에 도입한다. 광전변환부에서는 입사광에 대응한 전하를 발생시킨다. 광전변환부(1805) 이외에도, 광검출소자는 본 발명에서 개시되는 광학필터(1802), 유전체층(1803), 전기회로부(1804), 및 반도체기판(1806)을 포함하고 있다. 광학필터(1802)는, 예를 들면, 도 1A 및 도 1B에 도시된 금속구조체(120)와 같이, 입사하는 광에 대해서 플라즈몬 공명을 유기할 수 있는 구조를 포함하고 있다.

이하, 이러한 광검출소자를 제작하는 방법에 대해서 설명한다.

우선, 반도체기판(1806)에 광전변환부(1805)를 형성해서, 상부로부터 전기 회로부(1804)를 포토리소그래피 등을 사용하여 패터닝 한다. 다음에, 유전체층(1803)의 형성 공정을 반복함으로써, 소정의 층수의 전기 회로층 및 유전체층을 형성한다. 그리고, 상부로부터 금속층을 형성하고, 전자선 리소그래피장치 등의 미세 가공장치를 사용하여 개구를 패터닝함으로써 광학필터(1802)를 형성한다. 이후에, 상부로부터 수지 등을 사용해서 마이크로렌즈(1801)를 형성함으로써 본 발명의 광학필터를 사용한 광검출소자를 제작할 수 있다.

상기 구성에서는, 광학필터를 마이크로 렌즈 직하에 배치했지만, 배치 장소는 이것으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 광학필터를 광전변환층의 바로 윗쪽이나 근방, 또는 전기 회로층의 사이에 적층해도 된다. 광학필터가 광전변환층의 바로 윗쪽에 위치되어 있는 경우에도, 광학필터로 플라즈몬 공명을 효율적으로 발생시키기 위해서, 광학필터와 광전변환층 사이에 얇은 절연층을 형성해서 전기적으로 절연되어 있는 층을 형성하여도 된다. 그 결과, 플라즈몬 공명의 에너지가 반도체 기판이나 광전변환층으로 방출되는 것을 실질적으로 방지하는 것이 가능하다. 이와 같이 광학필터를 광전변환부에 접근시킴으로써, 광학필터에 의한 산란광성분도 효율적으로 광전변환부에서 검지할 수 있게 된다.

도 19는, 본 발명의 광학필터를 사용한 촬상소자의 모식도이다.

도 19에 있어서, 화소영역(1900)은, 상술한 복수의 광검출 소자(화소)(1901)를, 3행 × 3열의 2차원 매트릭스 형상으로 배치하고 있다. 도 19에서는, 화소영역(1900)은 3행 × 3열의 2차원 매트릭스 형상이지만, 예를 들면, 7680행 × 4320열의 매트릭스로 하는 것도 가능하다. 도 19에 있어서, 참조번호 (1902) 및 (1903)도 역시 화소를 나타낸다.

도 19를 참조하면, 수직주사회로(1904) 및 수평주사회로(1905)는, 화소영역 (1900) 내에 배치되어 있는 광검출 소자(화소)를 선택해서 판독하는 기능을 한다.

도 20은 도 19에 도시된 바와 같이 구성된 촬상소자를 내장한 디지탈카메라의 모식도이다.

도 20에 있어서, 참조번호 (2001)는 카메라 본체를 나타내고, (2007)은 접안 렌즈이고, (2008)은 셔터이며, (2009) 미러이다.

본 발명에 의한 촬상소자는 참조번호 (2004)로 나타내지며, 렌즈경통(2003) 내부에 배치된 촬영광학계(렌즈)(2002)를 개재해서, 촬상소자(2004)에 광이 입사 한다.

그 결과, 피사체상에 대응해서, 촬상소자(2004)의 각 화소에 전하가 발생되고, 발생된 전하에 대응해서 피사체상을 재현할 수 있다. 피사체상은 모니터용 디스플레이 장치(2005)에서 재생되거나, 또는 메모리카드 등의 기록매체(2006)에 기록될 수 있다.

본 발명에 따른 광학필터의 두께는, 일반적인 색소로 구성되는 컬러필터의 두께보다 얇기 때문에, 여기서 나타낸 본 발명에 따른 촬상소자를 얇게 구성할 수 있다. 그 결과, 촬상소자 표면으로부터 촬상소자 광전변환부까지의 거리가 감소되고, 이 때문에, 광의 이용효율이 향상된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 촬상소자의 감도가 향상될 수 있다.

(실시예 5)

실시예 1 내지 3에서 설명된 임의의 광학필터를 사용한 분광소자의 예를 도 21을 참조하면서, 이하에 설명한다.

광전변환층(2101)이 1 차원 형상으로 배열되어 있는 라인센서(2103) 상에 광학필터층(2102)을 배치한다. 광학필터층(2102)은 상기 라인센서 내에 배치된 각 화소에 대응해서 각각 다른 크기, 또는 다른 형상의 개구(2104)를 가진다. 개구 (2104)의 크기나 형상이 다르면, 개구가 가지는 투과율 스펙트럼의 형상도 다르다. 그 결과, 예를 들면, 개구의 크기가 다르면, 본 실시예의 소자의 각 화소에 있어서 수광 효율이 가장 높은 파장이 화소마다 다르다. 이 때문에, 상술한 구조를 가지는 광학필터층을 라인센서 상에 형성함으로써, 본 실시예의 소자는 분광기능과 광검출기능을 겸비하는 분광검출기를 구성할 수 있다.

본 실시예에서와 같이, 라인센서 상에 직접 광학필터층을 배치하는 구조로 하는 것에 의해, 분광소자를 소형화하는 것이 가능하다.

본 실시예에서는, 라인센서 상에 광학필터를 배치해서 1차원 구조의 센서를 구성했지만, 예를 들면, 도 22에 도시된 바와 같이, 2차원 영역 센서 상에 광학필터층을 배치해도 된다.

광전변환층(2201)이 2차원 형상으로 배열되어고 있는 영역센서(2203) 상에 광학필터층(2202)을 배치한다. 광학필터층(2202)은 상기 영역센서 내에 배치된 각 화소에 대응하여 각각 다른 크기, 또는 형상의 개구(2204)를 가진다. 개구(2204)의 크기나 형상이 다르면, 개구가 가지는 투과율 스펙트럼이나 그 편광 의존성도 다르다. 그 결과, 도 22에 도시된 바와 같이 개구를 장방형 개구로 사용함으로써, 투과 스펙트럼에 대해서 편광 의존성을 갖게하는 것이 가능하다. 이 경우에, 도 22에 도시된 바와 같이, 각도배향이 다른 장방형 개구를 면내에 배치하는 것이 가능해서, 상기 개구는 장방형 개구의 긴 방향과 입사광편광에 의해 형성되는 각도가 다르다. 또한, 입사광편광 이외에, 개구의 크기가 다르면, 본 실시예의 소자의 각 화소에 있어서 수광효율이 가장 높은 파장 및 편광이 화소마다 다르다. 이 때문에, 상술한 구조를 가지는 광학필터층을 영역센서 상에 형성하는 경우에, 본 실시예의 소자 는 분광기능과 편광검출 기능을 겸비하는 분광편광 검출기를 구성하는 것이 가능하다. 본 실시예의 소자에 의해, 광의 스펙트럼 정보와 편광정보를 동시에 취득할 수 있는 소자를 소형으로 제작하는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명은 광학필터 뿐만 아니라, 그것을 사용한 각종 디바이스에 적용 가능하다.

따라서, 본 발명에 의한 실시예는 가시광 영역에 있어서 비교적 높은 투과성을 가지고, 비교적 장시간에 걸쳐서 충분히 안정적인 특성을 가지는, 고내구성의 광학필터를 제공할 수 있는 것을 입증한다. 또한, 본 실시예는 투과스펙트럼이 원색특성을 가진, 두께가 얇은 광학필터를 제공할 수 있는 것을 입증한다.

본 발명의 전형적인 실시예에 대해 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 전형적인 실시예로서 기재된 사항으로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다음의 클레임의 범위는 이러한 변경과 등가의 구성 및 기능을 모두 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 2는 광투과강도의 파장의존성을 나타내는 그래프;

도 3A 및 도 3B는 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 4A 및 도 4B는 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 5는 본 발명에 따른 계면의 형상을 나타내는 모식도;

도 6은 본 발명에 따른 계면의 형상을 나타내는 모식도;

도 7은 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 8은 광투과강도의 파장의존성을 나타내는 그래프;

도 9는 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 10은 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 11A 및 도 11B는 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 12A 및 도 12B는 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 설명도;

도 13A 및 도 13B는 광투과강도의 파장의존성을 나타내는 그래프;

도 14A 내지 도 14C는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 설명도;

도 15A 내지 도 15C는 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 설명도;

도 16A 내지 도 16C는 본 발명의 원리를 나타내는 모식도;

도 17은 본 발명의 일실시예를 나타내는 모식도;

도 18은 실시예 4를 나타내는 모식도;

도 19는 실시예 4를 나타내는 모식도;

도 20은 실시예 4를 나타내는 모식도;

도 21은 실시예 5를 나타내는 모식도;

도 22는 실시예 5를 나타내는 모식도.

[주요부분의 간단한 도면부호설명]

110, 301, 401: 유전체기판 120, 302, 402: 금속박막 구조체

121, 122: 계면 23: 계면쌍

125: 개구 30: 유전체층

140: 제 1 방향 41: 제 1 길이

150: 제 2 방향 51: 제 2 길이

303: 금속/유전체계면 304: 광학필터

Claims

기판의 표면 상에 제 1 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 복수의 개구를 구비한 차광성의 도전체층; 및

상기 도전체층과 접촉한 유전체층

을 구비한 광학필터로서,

상기 개구의 크기는 제 1 파장 이하의 크기이며, 상기 기판 표면의 표면적에 대한 상기 도전체층의 표면적의 비율이 36% 이상 74% 이하의 범위 내에 있고,

상기 도전체층에 입사하는 광에 의해 상기 개구에서 유기(誘起)되는 표면 플라즈몬에 의해 상기 제 1 파장의 투과율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 파장은 가시영역에 있는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 개구의 형상이 원형 또는 정다각형의 향상인 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 도전체층의 층 두께는 가시영역의 광의 파장 이하의 길이인 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 도전체층이 Al, 또는 Al을 함유한 합금 또는 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 유전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 6 항에 있어서,

상기 유전체가 이산화 규소, 이산화 티탄, 및 질화 실리콘 중의 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 개구의 직경이 220nm 이상 270nm 이하의 범위 내에 있고, 두께는 10 nm 이상 200nm 이하의 범위 내에 있고, 배열주기가 310nm 이상 450nm 이하의 범위 내에 있고, 투과 스펙트럼의 최대값이 파장 600nm 이상 700nm 이하의 범위 내에서 발현하는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 개구의 직경이 180nm 이상 220nm 이하의 범위 내에 있고, 두께는 10nm이상 200nm 이하의 범위 내에 있고, 배열주기가 250nm 이상 310nm 이하의 범위 내에 있고, 투과 스펙트럼의 최대치가 파장 500nm 이상 600nm 이하의 범위 내에서 발현하는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 개구의 직경이 100nm 이상 180nm 이하의 범위 내에 있고, 두께는 10nm이상 200nm 이하의 범위 내에 있고, 배열주기가 170nm 이상 250nm 이하의 범위 내에 있고, 투과 스펙트럼의 최대치가 파장 400nm 이상 500nm 이하의 범위 내에서 발현하는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 개구는 상기 기판의 면내 방향으로 복수의 주기로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 있어서,

상기 도전체층이 상기 기판 상에 복수 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 1 항에 기재된 광학필터를 가지는 것을 특징으로 하는 광검출소자.
제 13 항에 기재된 광검출소자를 가지는 것을 특징으로 하는 촬상소자.
제 14 항에 기재된 촬상소자를 가지는 것을 특징으로 하는 카메라.
제 1 항에 기재된 광학필터를 가지는 것을 특징으로 하는 분광소자.
기판,

상기 기판 상에 주기적으로 형성된 복수의 개구를 가진 도전체층, 및

상기 도전체층이 매입된 유전체층

을 구비한, 플라즈몬 공명을 사용하는 광학필터로서,

상기 개구의 크기가 그 위에 입사하는 가시광선에 의해 국재 표면플라즈몬을 발생시키도록 플라즈몬 공명의 공명파장 이하의 크기이고, 상기 필터의 공명파장에서의 투과율의 최대치가 대략 50% 이상인 것을 특징으로 하는 광학필터.
제 17 항에 기재된 광학필터를 가진 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.