特許 7494861 光学フィルタ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】光学フィルタ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/28 20060101AFI20240528BHJP

   G02B 1/113 20150101ALI20240528BHJP

   B32B 7/023 20190101ALI20240528BHJP

   B32B 15/04 20060101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

G02B5/28

G02B1/113

B32B7/023

B32B15/04 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021563905

(86)(22)【出願日】2020-12-03

(86)【国際出願番号】 JP2020045056

(87)【国際公開番号】W WO2021117598

(87)【国際公開日】2021-06-17

【審査請求日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】P 2019223922

(32)【優先日】2019-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019223923

(32)【優先日】2019-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐原 啓一

(72)【発明者】

【氏名】伊村 正明

(72)【発明者】

【氏名】東條 誉子

【審査官】渡邊 吉喜

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１５８７６４３（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０５３９８１３３（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０８５２６５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／２８

Ｇ０２Ｂ １／１１３

Ｂ３２Ｂ ７／０２３

Ｂ３２Ｂ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素化シリコン含有膜を有する、光学フィルタであって、
ラマン分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルが、ＳｉＨに由来するピークと、ＳｉＨ _２ に由来するピークとを有し、
前記水素化シリコン含有膜の前記ラマンスペクトルにおいて、ＳｉＨに由来するピークの面積とＳｉＨ_２に由来するピークの面積との比から求めた比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が、１．１５以上である、光学フィルタ。

【請求項2】

水素化シリコン含有膜を有する、光学フィルタであって、
水素前方散乱分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜における水素原子含有量と、ラザフォード後方散乱分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜におけるシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）が、０．４以下である、請求項１に記載の光学フィルタ。

【請求項3】

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フィルタ部と、
を備え、
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又は２に記載の光学フィルタ。

【請求項4】

前記低屈折率膜が、酸化ケイ素含有膜である、請求項３に記載の光学フィルタ。

【請求項5】

前記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、請求項３又は４に記載の光学フィルタ。

【請求項6】

水素化シリコン含有膜を有し、ラマン分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルにおいて、ＳｉＨに由来するピークの面積とＳｉＨ _２ に由来するピークの面積との比から求めた比（ＳｉＨ／ＳｉＨ _２ ）が、０．７以上である、光学フィルタの製造方法であって、
スパッタリング法によりシリコン膜を成膜する工程と、
前記シリコン膜を成膜する工程の後に、キャリアガスとして水素ガス及びアルゴンガスのみを用いて、前記シリコン膜を水素化する工程と、
を備え、
前記水素ガスの前記アルゴンガスに対する流量比（Ｈ _２ ／Ａｒ）が、０．０２以上、０．５以下である、光学フィルタの製造方法。

【請求項7】

前記水素ガスの前記アルゴンガスに対する流量比（Ｈ _２ ／Ａｒ）が、０．０２以上、０．１２５以下である、請求項６に記載の光学フィルタの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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及び該光学フィルタの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第５３９８１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、自動運転化に伴い、自動車には、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（ライダー、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。このようなセンサでは、特に近赤外域の特定波長域を選択的に透過させることが求められており、より一層の高性能化が求められている。

【0005】

特に、多層膜を用いた光学フィルタでは、光の入射角（光学フィルタの主面に直交する直線に対する角度）が大きくなると、通過帯域（透過帯域）が短波長側にシフトするという問題がある。そのため、入射角の大きな光を十分に透過させることができないという問題がある。特許文献１の光学フィルタによっても、この入射角依存性をなお十分に小さくすることができなかった。

【0006】

本発明の目的は、光の入射角依存性を小さくすることができる、光学フィルタ及び該光学フィルタの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願の第１の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、ラマン分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルにおいて、ＳｉＨに由来するピークの面積とＳｉＨ_２に由来するピークの面積との比から求めた比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が、０．７以上であることを特徴としている。

【0008】

本願の第２の発明に係る光学フィルタは、水素前方散乱分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜における水素原子含有量と、ラザフォード後方散乱分光法により測定した前記水素化シリコン含有膜におけるシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）が、０．４以下であることを特徴としている。

【0009】

以下、本願の第１の発明及び第２の発明を総称して、本発明と称する場合があるものとする。

【0010】

本発明においては、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フィルタ部と、を備え、前記高屈折率膜が、前記水素化シリコン含有膜であることが好ましい。

【0011】

本発明においては、前記低屈折率膜が、酸化ケイ素含有膜であることが好ましい。

【0012】

本発明においては、前記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。

【0013】

本願発明に係る光学フィルタの製造方法は、本発明に従って構成される光学フィルタの製造方法であって、スパッタリング法によりシリコン膜を成膜する工程と、前記シリコン膜を成膜する工程の後に、前記シリコン膜を水素化する工程と、を備えることを特徴としている。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、光の入射角依存性を小さくすることができる、光学フィルタ及び該光学フィルタの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】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2】図２は、ラマンスペクトルにおけるＳｉＨに由来するピークの面積及びＳｉＨ_２に由来するピークの面積の求め方を説明するための図である。

【図3】図３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。

【図4】図４は、実施例１で得られた第１の光学フィルタのバンドパスフィルタ特性を示す図である。

【図5】図５は、実施例１で得られた第２の光学フィルタのバンドパスフィルタ特性を示す図である。

【図6】図６は、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）と透過帯域の中心波長のシフト量との関係を示す図である。

【図7】図７は、水素化シリコン膜における水素原子含有量のシリコン原子含有量に対する比（Ｈ／Ｓｉ）と透過帯域の中心波長のシフト量との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

［第１の実施形態］
（光学フィルタ）
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。

【0018】

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。

【0019】

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、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。

【0020】

透明基板２は、対向している第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有する。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。

【0021】

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、高屈折率膜４及び低屈折率膜５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。

【0022】

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）により構成されている。高屈折率膜４における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）は、０．７以上である。

【0023】

なお、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）は、ラマン分光法により測定した高屈折率膜４である水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルにおいて、ＳｉＨに由来するピークの面積とＳｉＨ_２に由来するピークの面積との比から求めることができる。

【0024】

ラマン分光法におけるラマンスペクトルは、例えば、顕微ラマン分光装置（ナノフォトン社製、品番「ＲＡＭＡＮ ｔｏｕｃｈ」）を用いて測定することができる。また、ラマンスペクトルにおいて、ＳｉＨに由来するピークは、１９８０ｃｍ^－１～２０００ｃｍ^－１付近に現れる。ＳｉＨ_２に由来するピークは、２０９０ｃｍ^－１～２１００ｃｍ^－１付近に現れる。従って、図２に示すように、ＳｉＨに由来するピークとＳｉＨ_２に由来するピークについて、ガウス関数及びＢＷＦ（Ｂｒｅｉｔ－Ｗｉｇｎｅｒ－Ｆａｎｏ）関数を用いてピークフィッティング処理を行うことで、各々のピーク面積を求めることができる。なお、ピークフィッティング処理は、例えば、スペクトル解析ソフトウェア（ナノフォトン社製、品番「ラマンビューアー」）を用いて行うことができる。

【0025】

また、低屈折率膜５は、酸化ケイ素により構成されている。もっとも、低屈折率膜５は、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。

【0026】

高屈折率膜４の１層当たりの厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは１０００ｎｍ以下、より好ましくは７５０ｎｍ以下である。

【0027】

低屈折率膜５の１層当たりの厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは３００ｎｍ以下である。

【0028】

また、フィルタ部３における多層膜を構成する膜の層数は、好ましくは１６層以上、より好ましくは２０層以上、好ましくは５０層以下、より好ましくは４０層以下である。

【0029】

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、光の入射角が０°のときの通過帯域（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、光の入射角が０°のときの透過帯域の中心波長は、８００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲外にあってもよい。なお、ここでいう入射角は、光学フィルタ１の主面１ａに直交する直線（図１に示す直線Ｘ）に対する角度のことをいうものとする。

【0030】

また、本実施形態における光学フィルタ１の第１の特徴は、フィルタ部３における高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルを測定したときに、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が、０．７以上であることにある。これにより、高屈折率膜４を緻密な膜とすることができ、光の入射角が０°より大きくなった場合においても、透過帯域の中心波長が短波長側にシフトすることを抑制することができ、光の入射角依存性を小さくすることができる。そのため、入射角の大きな光についても、十分に透過させることができる。

【0031】

光の入射角依存性をより一層小さくする観点から、水素化シリコン含有膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）は、好ましくは１．０以上、より好ましくは１．３以上である。また、水素化シリコン膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）の上限値は、特に限定されないが、例えば、１．６とすることができる。

【0032】

また、本実施形態における光学フィルタ１の第２の特徴は、フィルタ部３における高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜において、水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）が、０．４以下であることにある。これにより、高屈折率膜４を緻密な膜とすることができ、光の入射角が０°より大きくなった場合においても、透過帯域の中心波長が短波長側にシフトすることを抑制することができ、光の入射角依存性を小さくすることができる。そのため、入射角の大きな光についても、十分に透過させることができる。

【0033】

高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜において、水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）は、０．４以下、好ましくは０．３５以下、より好ましくは０．３以下である。この場合、高屈折率膜４をより一層緻密な膜とすることができ、光の入射角が０°より大きくなった場合においても、透過帯域の中心波長が短波長側にシフトすることをより一層抑制することができ、光の入射角依存性をより一層小さくすることができる。そのため、入射角の大きな光についても、より一層十分に透過させることができる。また、水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）の下限値は、特に限定されないが、例えば、０．１とすることができる。

【0034】

なお、水素原子含有量は、水素前方散乱分光法（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＨＦＳ）により測定することができる。また、シリコン原子含有量は、ラザフォード後方散乱分光法（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＲＢＳ）により測定することができる。なお、水素前方散乱分光法及びラザフォード後方散乱分光法による分析は同時に行ってもよい。

【0035】

水素化シリコン含有膜における水素原子含有量は、好ましくは５原子％（ａｔ％）以上、より好ましくは１０原子％（ａｔ％）以上、好ましくは３０原子％（ａｔ％）以下、より好ましくは２５原子％（ａｔ％）以下である。この場合、光の入射角依存性をより一層小さくすることができる。

【0036】

水素化シリコン含有膜におけるシリコン原子含有量は、好ましくは７０原子％（ａｔ％）以上、より好ましくは７５原子％（ａｔ％）以上、好ましくは９５原子％（ａｔ％）以下、より好ましくは９０原子％（ａｔ％）以下である。この場合、光の入射角依存性をより一層小さくすることができる。

【0037】

本実施形態の光学フィルタ１では、光の入射角が０°のときの透過帯域における中心波長が８００ｎｍ～１０００ｎｍにある場合においても、光の入射角依存性を小さくすることができるので、透過帯域の中心波長が近赤外域に設計されるＬｉＤＡＲ（ライダー）などのセンサ用途に特に好適に用いることができる。

【0038】

なお、本実施形態の光学フィルタ１は、高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルを測定したときに、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が、０．７以上であるという第１の特徴と、高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜において、水素原子含有量と、シリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）が、０．４以下であるという第２の特徴との双方を満たしている。このように、本発明においては、第１の特徴である第１の発明と、第２の特徴である第２の発明との双方を満たしていてもよく、第１の発明及び第２の発明のうち、いずれか一方のみを満たしていてもよい。従って、本発明においては、高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜において、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が０．７以上であるか、あるいは比（Ｈ／Ｓｉ）が０．４以下であればよい。いずれの場合においても、光の入射角依存性を小さくすることができるという本発明の効果を得ることができる。

【0039】

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。

【0040】

（光学フィルタの製造方法）
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、高屈折率膜４及び低屈折率膜５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。

【0041】

特に、高屈折率膜４である水素化シリコン含有膜は、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、形成することが好ましい。具体的には、スパッタリング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、形成することが望ましい。それにより、得られる水素化シリコン含有膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）をより一層大きくすることができる。また、得られる水素化シリコン含有膜における水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）をより一層小さくすることができる。

【0042】

高屈折率膜４を成膜するときの透明基板２（基板）の温度は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは１００℃以上である。この場合、得られる水素化シリコン含有膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）をより一層大きくすることができる。また、得られる水素化シリコン含有膜における水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）をより一層小さくすることができる。なお、高屈折率膜４を成膜するときの透明基板２（基板）の温度の上限値は、例えば、３００℃とすることができる。

【0043】

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、キャリア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、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、キャリア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１ｋＷ～５ｋＷとして行うことができる。

【0044】

水素（Ｈ_２）ガスのアルゴン（Ａｒ）ガスに対する流量比（Ｈ_２／Ａｒ）は、好ましくは０．５以下、より好ましくは０．３以下である。この場合、得られる水素化シリコン含有膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）をより一層大きくすることができる。また、得られる水素化シリコン含有膜における水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）をより一層小さくすることができる。なお、流量比（Ｈ_２／Ａｒ）の下限値は、特に限定されないが、例えば、０．０２とすることができる。

【0045】

本実施形態の製造方法では、例えば、上記のようにして、高屈折率膜４におけるスパッタリングの成膜条件を調整することにより、水素化シリコン含有膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）を調整することができる。また、本実施形態の製造方法では、例えば、上記のようにして、高屈折率膜４におけるスパッタリングの成膜条件を調整することにより、水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）を調整することができる。

【0046】

［第２の実施形態］
図３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。

【0047】

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、高屈折率膜７及び低屈折率膜８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。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、高屈折率膜７及び低屈折率膜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。多層膜を構成する膜の層数は、好ましくは１０層以上、好ましくは４０層以下である。

【0048】

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における高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜のラマンスペクトルを測定したときに、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が、０．７以上である。また、フィルタ部３における高屈折率膜４としての水素化シリコン含有膜において、水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）が、０．４以下である。そのため、透過帯域の中心波長が短波長側にシフトすることを抑制することができ、光の入射角依存性を小さくすることができる。また、光学フィルタ２１では、反射防止膜６が設けられているため、透過帯域における透過率をより一層高めることができる。

【0049】

なお、本発明においては、反射防止膜６以外の他の反射防止膜を用いてもよいが、本実施形態のように水素化シリコン膜を含んでいることが好ましい。この場合、光の入射角依存性を小さくしつつ、透過帯域における透過率をより一層高めることができる。

【0050】

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

【0051】

（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、キャリアガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、シリコンのターゲットをスパッタリングし、ガラス基板の一方側主面上にシリコン膜を成膜した。なお、この際、アルゴンガスの流量を１５０ｓｃｃｍした。ターゲット印加電力（成膜電力）は、１０ｋＷとした。次に、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）ガス及びアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、ＲＦプラズマを用いて、シリコン膜を水素化し、水素化シリコン膜を形成した。なお、この際、水素（Ｈ_２）ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、アルゴン（Ａｒ）ガスの流量を２００ｓｃｃｍとした。ＲＦプラズマ印加電力は、２．５ｋＷとした。

【0052】

次に、キャリアガスとしてアルゴンガス及び酸素ガスを用い、シリコンのターゲットをスパッタリングし、水素化シリコン膜上に酸化ケイ素膜（ＳｉＯ_２膜）を成膜した。なお、この際、アルゴンガスの流量を１５０ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量を１５ｓｃｃｍとした。ターゲット印加電力は、１０ｋＷとした。なお、成膜の間、基板温度は、２７０℃とした。この操作を繰り返すことにより、ガラス基板上に、水素化シリコン膜とＳｉＯ_２膜とが、１層ずつ交互に積層された、合計２８層の膜を有するフィルタ部を形成した。それによって、バンドパスフィルタとしての機能を有し、透過帯域の中心波長が９４０ｎｍとなるように設計した第１の光学フィルタを得た。

【0053】

また、第１の光学フィルタを別途作製し、ガラス基板のフィルタ部とは他方側主面上に水素化シリコン膜を成膜した。具体的には、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、シリコンのターゲットをスパッタリングし、シリコン膜を成膜した。なお、この際、アルゴンガスの流量を１５０ｓｃｃｍした。ターゲット印加電力は、１０ｋＷとした。次に、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）ガス及びアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、ＲＦプラズマを用いて、シリコン膜を水素化し、水素化シリコン膜を形成した。なお、この際、水素ガスの流量を５０ｓｃｃｍとし、アルゴンガスの流量を２００ｓｃｃｍとした。ＲＦプラズマ印加電力は、２．５ｋＷとした。

【0054】

次に、キャリアガスとしてアルゴンガス及び酸素ガスを用い、シリコンのターゲットをスパッタリングして、水素化シリコン膜上にＳｉＯ_２膜を成膜した。なお、この際、アルゴンガスの流量を１５０ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量を１５ｓｃｃｍとした。ターゲット印加電力は、１０ｋＷとした。なお、成膜の間、基板温度は、２７０℃とした。この操作を繰り返すことにより、ガラス基板上に、水素化シリコン膜と、ＳｉＯ_２膜とが、１層ずつ交互に積層された、合計２２層の膜を有する反射防止膜を形成した。それによって、バンドパスフィルタとしての機能を有し、透過帯域の中心波長が９４０ｎｍとなるように設計した第２の光学フィルタを得た。第２の光学フィルタにおける各層の厚みは、下記表１に示す通りである。

【0055】

【表1】

【0056】

比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）；
別途、上記と同様の方法で、ガラス基板上に、水素化シリコン膜を成膜し、ラマン分光法によりラマンスペクトルを測定した。得られたＳｉＨに由来するピークの面積とＳｉＨ_２に由来するピークの面積との比から、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）を求めたところ、１．０２であった。

【0057】

ラマン分光法におけるラマンスペクトルは、顕微ラマン分光装置（ナノフォトン社製、品番「ＲＡＭＡＮ ｔｏｕｃｈ」）を用いて測定した。また、ＳｉＨに由来するピークとＳｉＨ_２に由来するピークについて、ガウス関数及びＢＷＦ（Ｂｒｅｉｔ－Ｗｉｇｎｅｒ－Ｆａｎｏ）関数を用いてピークフィッティング処理を行うことで、各々のピーク面積を求めた。なお、ピークフィッティング処理は、スペクトル解析ソフトウェア（ナノフォトン社製、品番「ラマンビューアー」）を用いて行った。

【0058】

比（Ｈ／Ｓｉ）；
別途、上記と同様の方法で、ガラス基板上に、水素化シリコン膜を成膜し、水素原子含有量とシリコン原子含有量との比（Ｈ／Ｓｉ）を求めたところ、０．２５であった。

【0059】

水素原子含有量は、水素前方散乱分光法により求めた。シリコン原子含有量は、ラザフォード後方散乱分光法により求めた。水素前方散乱分光法及びラザフォード後方散乱分光法における測定は、量子ビーム生体分子動態解析実験システムにより、ファン・デ・グラーフ型加速装置（マイクロビーム）、型式６ＳＨＤ－２を用いて行った。イオンビーム種としてはＯ^４＋を用い、エネルギーは９ＭｅＶとした。また、試料の傾きは、ビーム入射軸に対する試料法線の角度７５度とした。

【0060】

水素前方散乱分光法による分析条件は、以下の通りである。

【0061】

検出器：Ｓｉ半導体検出器
反跳角度：３０度
ストッパーフォイル：アルミ６μｍ厚
検出器立体角：１．４ｍＳｒ
照射量：２０μＣ

【0062】

ラザフォード後方散乱分光法における分析条件は、以下の通りである。

【0063】

検出器：Ｓｉ半導体検出器
散乱角度：１６５度
検出器立体角：０．６４ｍＳｒ
照射量：２０μＣ

【0064】

また、図４は、実施例１で得られた第１の光学フィルタのバンドパスフィルタ特性を示す図である。また、図５は、実施例１で得られた第２の光学フィルタのバンドパスフィルタ特性を示す図である。図４及び図５においては、入射角０°の結果を実線で示し、入射角３０°の結果を破線で示している。

【0065】

図４及び図５より、第１の光学フィルタ及び第２の光学フィルタのいずれを用いた場合においても、入射角０°から入射角３０°に変更したときの透過帯域における中心波長のシフト量を１４ｎｍと小さくできていることがわかる。また、反射防止膜を設けた第２の光学フィルタにおいて、透過帯域における中心波長のシフト量は、第１の光学フィルタと同じであることがわかる。もっとも、反射防止膜を設けることにより、透過帯域における光の透過量は大きくなっていることがわかる。

【0066】

（実施例２～１４及び比較例１～２）
基板温度、シリコン膜成膜時の成膜電力、ＲＦプラズマによる水素化時の水素（Ｈ_２）ガスの流量、及びＲＦプラズマ印加電力を下記の表２のように変更したこと以外は、実施例１と同様にして第２の光学フィルタを得た。なお、いずれの場合においても、バンドパスフィルタとしての機能を有し、入射角が０°のときの透過帯域の中心波長が９４０ｎｍとなるように設計した第２の光学フィルタを得た。

【0067】

結果を下記の表２、図６、及び図７に示す。なお、表２においては、実施例１と同様の方法により測定したフィルタ部の水素化シリコン膜における比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）及び比（Ｈ／Ｓｉ）を併せて示している。また、表２、図６、及び図７では、第２の光学フィルタにおける透過帯域の中心波長のシフト量を求めているが、第１の光学フィルタにおいても、第２の光学フィルタと同様のシフト量となることが確認されている。

【0068】

【表2】

【0069】

表２及び図６に示すように、比（ＳｉＨ／ＳｉＨ_２）が、０．７以上である実施例１～１４の光学フィルタでは、バンドパスのシフト量が１５ｎｍ以下であり、光の入射角依存性を小さくでき、入射角の大きな光についても、十分に透過させることができることが確認された。

【0070】

表２及び図７に示すように、比（Ｈ／Ｓｉ）が、０．４以下である実施例１～１４の光学フィルタでは、バンドパスのシフト量が１５ｎｍ以下であり、光の入射角依存性を小さくでき、入射角の大きな光についても、十分に透過させることができることが確認された。

【符号の説明】

【0071】

１，２１…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
４，７…高屈折率膜
５，８…低屈折率膜
６…反射防止膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】