(57)【要約】【課題】光学多層膜ミラーが形成された高反射ミラーにおいて、エッチングホールを通過する入射光によるノイズを低減する。【解決手段】この高反射ミラーは、少なくとも一部に光学多層膜ミラーが形成され、光学多層膜ミラーは、第１屈折率を有する第１高屈折率膜および第２高屈折率膜と、第１折率よりも小さい第２屈折率を有する第１低屈折率層と、を有する。  また、第１高屈折率膜と前記第２高屈折率膜が、前記第１低屈折率層を介して互いに対向して配置され、第１高屈折率膜が、第１高屈折率膜を貫通して外部空間と第１低屈折率層とを連通する第１貫通孔を有する。  そして、第２高屈折率膜における第１高屈折率膜と反対の一面側に第１遮光帯が形成され、第１遮光帯は、光学多層膜ミラーが形成された部分において、第１および第２高屈折率膜、第１低屈折率層の積層方向からの入射光およびその回折光が、第１貫通孔を通過しないように選択的に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部に光学多層膜構造の第１ミラー部（Ｍ１）を有し、
前記第１ミラー部は、
第１屈折率を有する第１高屈折率膜（２１）および第２高屈折率膜（２２）と、第１折率よりも小さい第２屈折率を有する第１低屈折率層（２３）と、を有し、
前記第１高屈折率膜と前記第２高屈折率膜が、前記第１低屈折率層を介して互いに対向して配置され、
前記第１高屈折率膜が、該第１高屈折率膜を貫通して外部空間と前記第１低屈折率層とを連通する第１貫通孔（２４）を有する高反射ミラーであって、
前記第２高屈折率膜における前記第１高屈折率膜と反対の一面側に第１遮光帯（４０ａ）を有し、
前記第１遮光帯は、前記第１高屈折率膜、前記第２高屈折率膜および前記第１低屈折率層の積層方向からの入射光およびその回折光を遮光するように、前記第１ミラー部に対応する部分において選択的に形成されることを特徴とする高反射ミラー。
【請求項２】
前記入射光が前記第１遮光帯よりも前記第１貫通孔の形成された側から入射する場合において、
前記第１貫通孔の開口は円形であり、その直径が２μｍ以上、８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高反射ミラー。
【請求項３】
前記第１貫通孔の直径が４μｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の高反射ミラー。
【請求項４】
前記入射光が前記第１貫通孔よりも前記第１遮光帯の形成された側から入射する場合において、
前記第１貫通孔の開口は直径Ｒ１（μｍ）の円形であり、
前記第１遮光帯は、前記積層方向に垂直な面内において、前記第１貫通孔と中心を同じくし、直径がＲ１＋３２（μｍ）である仮想円の全面に亘ってオーバーラップすることを特徴とする請求項１に記載の高反射ミラー。
【請求項５】
前記第１低屈折率層が空気層あるいは真空であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高反射ミラー。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高反射ミラー（２０）と、
前記高反射ミラーを構成する前記第１高屈折率膜（２１）および第２高屈折率膜（２２）の積層方向において、空隙を介して前記第１高屈折率膜と対向する対向ミラー（３０）と、を備え、
前記対向ミラーは、
少なくとも一部に光学多層膜構造の第２ミラー部（Ｍ２）を有し、
前記第２ミラー部は、
前記第１屈折率を有する第３高屈折率膜（３１）および第４高屈折率膜（３２）と、前記第２屈折率を有する第２低屈折率層（３３）と、を有し、
前記第３高屈折率膜と前記第４高屈折率膜が、前記第２低屈折率層を介して互いに対向して配置され、
前記第３高屈折率膜が、該第３高屈折率膜を貫通して外部空間と前記第２低屈折率層とを連通する第２貫通孔（３４）を有するとともに、前記第４高屈折率膜が、該第４高屈折率膜を貫通して外部空間と前記第２低屈折率層とを連通する第３貫通孔（３５）を有し、
前記第２高屈折率膜における前記第１高屈折率膜と反対の一面側に第２遮光帯（４０ｂ）および第３遮光帯（４０ｃ）を有し、
前記第２遮光帯は、前記積層方向からの入射光およびその回折光を遮光するように、前記第２ミラー部に対応する部分において選択的に形成され、前記第３遮光帯は、前記積層方向からの入射光およびその回折光を遮光するように、前記第２ミラー部に対応する部分において選択的に形成されることを特徴とするファブリペローフィルタ。
【請求項７】
前記入射光が前記第１遮光帯よりも前記第１貫通孔の形成された側から入射する場合において、
前記第２貫通孔および前記第３貫通孔の開口は円形であり、その直径が２μｍ以上、８０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のファブリペローフィルタ。
【請求項８】
前記第２貫通孔および前記第３貫通孔の直径が４μｍ以上、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のファブリペローフィルタ。
【請求項９】
前記入射光が前記第１貫通孔よりも前記第１遮光帯の形成された側から入射する場合において、
前記第２貫通孔の開口は直径Ｒ２（μｍ）の円形であり、
前記第２遮光帯は、前記積層方向に垂直な面内において、前記第２貫通孔と中心を同じくし、直径がＲ２＋３２（μｍ）である仮想円の全面に亘ってオーバーラップするとともに、
前記第３貫通孔の開口は直径Ｒ３（μｍ）の円形であり、
前記第３遮光帯は、前記積層方向に垂直な面内において、前記第３貫通孔と中心を同じくし、直径がＲ３＋３２（μｍ）である仮想円の全面に亘ってオーバーラップすることを特徴とする請求項６に記載のファブリペローフィルタ。
【請求項１０】
前記第１貫通孔、前記第２貫通孔および前記第３貫通孔は、光が入射する側に近いほど開口の直径が大きくなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のファブリペローフィルタ。
【請求項１１】
前記第１貫通孔、前記第２貫通孔および前記第３貫通孔は、軸を同じくするとともに、前記第１遮光帯、前記第２遮光帯および前記第３遮光帯が共通の遮光帯（４０）として形成されることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載のファブリペローフィルタ。
【請求項１２】
前記第１低屈折率層および前記第２低屈折率層が空気層あるいは真空であることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載のファブリペローフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高屈折率膜と低屈折率層とを積層してなる光学多層膜構造のミラー部を備える高反射ミラーと、その高反射ミラーを備えるファブリペローフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、一部に光学多層膜構造のミラー部が構成された高反射ミラーにて構成されたファブリペロー干渉計が提案されている。ファブリペロー干渉計は、ミラー部を備えた一対の高反射ミラー（下側ミラーと上側ミラー）を有し、これら下側ミラーと上側ミラーが例えばエアギャップを介して対向配置された構造とされる。ミラー部は、２つの高屈折率膜が低屈折率層を介して対向配置された構造とされる。従来から、低屈折率層としてＳｉＯ２が採用され、高屈折率膜としてＳｉが採用される構成が知られている。一方、特許文献１のファブリペロー干渉計では、ミラー部となる領域の高屈折率膜に孔（エッチングホール）が形成されている。このエッチングホールにより、低屈折率層は、上側ミラーよりも上部の外部空間およびエアギャップと連通する。特許文献１における低屈折率層は空気層である。低屈折率層を空気とすることで、高屈折率膜との間の屈折率比を大きくすることができ、高反射帯域の広いミラーを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７８４４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の上側ミラーおよび下側ミラーは、それぞれ単体の高反射ミラーとしてみた場合、ミラー部となる領域においてエッチングホールを有するがゆえに、入射光の一部が、高屈折率膜を介することなく高反射ミラーを通過してしまう。このため、本来反射すべき波長の光の一部を反射することができず、反射率の低下に繋がる。換言すれば、高反射ミラーを透過する光に、本来反射されるべき波長の光がノイズとして重畳してしまう。
【０００５】
また、上側ミラーおよび下側ミラーにより構成されるファブリペローフィルタおよびファブリペロー干渉計においては、エッチングホールを通過した光が上下ミラーの干渉効果を受けないことになる。このため、エッチングホールを通過した光は、上下ミラーの干渉効果を通常通りに受けた光とは波長が異なってしまう。すなわち、エッチングホールを通過した光は、ノイズの要因となり、ファブリペローフィルタとしての分光特性を低下させてしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、エッチングホールを通過する入射光によるノイズを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも一部に光学多層膜構造の第１ミラー部（Ｍ１）を有し、第１ミラー部は、第１屈折率を有する第１高屈折率膜（２１）および第２高屈折率膜（２２）と、第１折率よりも小さい第２屈折率を有する第１低屈折率層（２３）と、を有し、第１高屈折率膜と第２高屈折率膜が、第１低屈折率層を介して互いに対向して配置され、第１高屈折率膜が、第１高屈折率膜を貫通して外部空間と第１低屈折率層とを連通する第１貫通孔（２４）を有する高反射ミラーであって、第２高屈折率膜における第１高屈折率膜と反対の一面側に第１遮光帯（４０ａ）を有し、第１遮光帯は、第１高屈折率膜、第２高屈折率膜および第１低屈折率層の積層方向からの入射光およびその回折光を遮光するように、第１ミラー部に対応する部分において選択的に形成されることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、第１高屈折率膜側から光が入射する場合には、第１貫通孔（特許文献１に記載のエッチングホールに相当）を通過するであろう直接光、および、第１貫通孔で回折した光を第１遮光帯によって遮光することができる。また、第２高屈折率膜側から光が入射する場合には、直接光、および、第１遮光帯で回折した光が、第１貫通孔に到達しないようにすることができる。したがって、回折光も含めた入射光に起因するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係るファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。
【図２】光学シミュレーションの幾何学的条件を示す断面図である。
【図３】光学シミュレーションの結果を示す、エッチングホール直径に対する遮光帯直径を示すグラフである。
【図４】ファブリペローフィルタの製造方法において、基板を準備する工程を示す断面図である。
【図５】遮光帯を形成する工程を示す断面図である。
【図６】下側ミラーを形成する工程を示す断面図である。
【図７】犠牲層を形成する工程を示す断面図である。
【図８】上側ミラーを形成する工程を示す断面図である。
【図９】第２実施形態に係るファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。
【図１０】光学シミュレーションの幾何学的条件を示す断面図である。
【図１１】光学シミュレーションの結果を示す、入射光の波長に対する回折量を示すグラフである。
【図１２】エッチングホールに対する遮光帯の大きさを示す平面図である。
【図１３】第３実施形態に係るファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。
【図１４】第４実施形態に係るファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。
【図１５】第５実施形態に係る高反射ミラーの概略構成を示す断面図である。
【図１６】その他実施形態に係るファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。
【図１７】下側ミラーを形成する工程を示す断面図である。
【図１８】犠牲層および上側ミラーを形成する工程を示す断面図である。
【図１９】遮光帯を形成する工程および基板を除去する工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、方向を示すものとして、ｘ軸と、ｘ軸に直交するｙ軸と、ｘ軸とｙ軸により規定されるｘｙ平面に直交するｚ軸と、を定義する。
【００１２】
（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係るファブリペローフィルタの概略構成について説明する。
【００１３】
ファブリペローフィルタは、例えば、赤外線吸収式の成分センサの分光器として用いられる。例として、自動車等の燃料の有機物濃度や、呼気中のエタノール濃度の測定に用いられる。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のファブリペローフィルタ１０は、基板１００、下側ミラー２０、上側ミラー３０、および、遮光帯４０を有する。
【００１５】
基板１００は、シリコンからなる一般的な半導体ウェハを所定厚さに加工したものである。以下、基板１００の厚さ方向をｚ方向とする。すなわち、基板１００は、ｘｙ平面に沿った板状となっている。なお、本実施形態における基板１００の厚さは略４００μｍである。
【００１６】
下側ミラー２０は、第１屈折率を有する第１高屈折率膜２１と、同じく第１屈折率を有する第２高屈折率膜２２と、第２屈折率を有する第１低屈折率層２３と、を備える光学多層膜構造の第１ミラー部Ｍ１が一部に形成された高反射ミラーである。第１ミラー部Ｍ１が形成された部分では、ｚ方向において、第１高屈折率膜２１と第２高屈折率膜２２との間に第１低屈折率層２３が介在され、全体として高い反射率が実現されている。
【００１７】
第２屈折率は第１屈折率よりも小さい。より具体的には、第１高屈折率膜２１および第２高屈折率膜２２はＰｏｌｙ−Ｓｉから成り、その屈折率は略３．４５である。そして、第１低屈折率層２３は空気層であり、その屈折率は略１．００である。空気は、その他の物質に較べて屈折率が小さいため、高反射率を有する光学多層膜における低屈折率層として有用である。空気以外でも、第１低屈折率層２３を真空としてもよい。
【００１８】
下側ミラー２０は、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１１０を介して、基板１００上に形成される。絶縁膜１１０は基板１００の一面１００ａ全面に形成される。この絶縁膜１１０を介して、基板１００の一面１００ａ側の全面に第２高屈折率膜２２が形成される。第２高屈折率膜２２のうち、第１ミラー部Ｍ１となる領域には、第１低屈折率層２３が形成される。そして、この第１低屈折率層２３を覆うように第２高屈折率膜２２上に第１高屈折率膜２１が積層される。すなわち、第１ミラー部Ｍ１において、第１低屈折率層２３は、第１高屈折率膜２１と第２高屈折率膜２２の間に挟まれた構造とされる。
【００１９】
第１ミラー部Ｍ１となる領域において、第１高屈折率膜２１には、第１高屈折率膜２１をｚ方向に貫通する第１貫通孔２４が形成される。第１貫通孔２４は、外部空間としての空隙ＡＧと第１低屈折率層２３とを連通するように形成される。この第１貫通孔２４はエッチングホールであり、第１低屈折率層２３をエッチングにより形成する際に、エッチング液あるいはガスが第１低屈折率層２３となるべき領域まで進入できるように設けられる。また、第１低屈折率層２３を空気層あるいは真空層とするための通気孔としての効果も奏する。なお、本実施形態における第１貫通孔２４は、その開口が円形である。
【００２０】
上側ミラー３０は、ｚ方向において、空隙ＡＧを挟んで下側ミラー２０に対向配置される。上側ミラー３０は特許請求の範囲における対向ミラーに相当する。上側ミラー３０の基本的な構成は下側ミラー２０と同様である。上側ミラー３０は、第１屈折率を有する第３高屈折率膜３１と、同じく第１屈折率を有する第４高屈折率膜３２と、第２屈折率を有する第２低屈折率層３３と、を備える光学多層膜構造の第２ミラー部Ｍ２が一部に形成された高反射ミラーである。ｚ方向において、第３高屈折率膜３１と第４高屈折率膜３２とが第２低屈折率層３３を介して対向配置される。
【００２１】
本実施形態において、第３高屈折率膜３１および第４高屈折率膜３２は、第１高屈折率膜２１および第２高屈折率膜２２と同様Ｐｏｌｙ−Ｓｉから成り、その屈折率は略３．４５である。そして、第２低屈折率層３３は第１低屈折率層２３と同様空気層であり、その屈折率は略１．００である。また、第２低屈折率層３３を真空としてもよい。
【００２２】
上側ミラー３０における第４高屈折率膜３２は、空隙ＡＧを介して第１高屈折率膜２１に対向して形成される。第４高屈折率膜３２のうち、第２ミラー部Ｍ２となる領域には、第２低屈折率層３３が形成される。そして、この第２低屈折率層３３を覆うように第４高屈折率膜３２の表面には第３高屈折率膜３１が積層される。すなわち、第２ミラー部Ｍ２において、第２低屈折率層３３は、第３高屈折率膜３１と第４高屈折率膜３２の間に挟まれた構造とされる。
【００２３】
上側ミラー３０のうち第２ミラー部Ｍ２となる領域において、第３高屈折率膜３１には、第３高屈折率膜３１をｚ方向に貫通する第２貫通孔３４が形成される。第２貫通孔３４は、外部と第２低屈折率層３３とを連通するように形成される。また、第４高屈折率膜３２には、第４高屈折率膜３２をｚ方向に貫通する第３貫通孔３５が形成される。第３貫通孔３５は、空隙ＡＧと第２低屈折率層３３とを連通するように形成される。この第２貫通孔３４および第３貫通孔３５も、第１貫通孔２４と同様にエッチングホールであり、本実施形態では円形である。そして、第２貫通孔３４および第３貫通孔３５は、ｘｙ平面において、第１貫通孔２４と完全に重なる大きさ、および、位置に形成されている。以下、第１、第２および第３貫通孔２４，３４，３５をエッチングホールと総称する。
【００２４】
なお、上側ミラー３０は、ＳｉＯ２からなるスペーサ層５０に支持されることにより、空隙ＡＧを介して下側ミラー２０上に形成される。換言すれば、スペーサ層５０は、下側ミラー２０における基板１００と反対側の面の一部に形成され、スペーサ層５０を架橋するように上側ミラー３０が配置される。
【００２５】
遮光帯４０は、例えば、タングステン製の薄膜であり、スパッタ蒸着やＣＶＤにより形成することができる。本実施形態における遮光帯４０は、基板１００における絶縁膜１１０との界面である一面１００ａの表層に形成され、エッチングホール２４，３４，３５の開口形状に合わせて、ｘｙ平面に沿う形状が円形とされる。遮光帯４０は、エッチングホール２４，３４，３５を通過するであろう入射光およびその回折光を遮光するように形成される。上記したように、第２貫通孔３４および第３貫通孔３５は、ｘｙ平面において、第１貫通孔２４と完全に重なる大きさ、および、位置に形成されている。このため、この遮光帯４０は、第１、第２および第３貫通孔２４，３４，３５にそれぞれ対応する第１遮光帯、第２遮光帯、第３遮光帯をすべて兼用するように形成される。なお、第１遮光帯４０ａ、第２遮光帯４０ｂ、第３遮光帯４０ｃについては第３実施形態に後述する。
【００２６】
入射光の回折角は入射光の波長と次数に依存するが、一般に、回折光は回折が生じるピンホールの直径よりも拡がって進む。このため、遮光帯４０の直径は、エッチングホール２４，３４，３５の直径よりも大きい。遮光帯４０は、大きければ大きいほど、その遮光能力を発揮することができるが、本来透過してほしい光も遮光してしまうことは望ましくない。また、エッチングホール２４，３４，３５の直径についても、大きければ大きいほど回折光の回折角を小さくできるが、直接光が透過しやすくなる。
【００２７】
次に、図２および図３を参照して、遮光帯４０のサイズとエッチングホール２４，３４，３５のサイズの関係について詳しく説明するとともに、作用効果を説明する。なお、発明者らは、回折光の回折角について、波動性を考慮にいれた光学シミュレーションを用いて算出しており、ここでいう回折角とは、一次回折光を指すものとする。
【００２８】
発明者らは、エッチングホール２４，３４，３５のサイズを変数として、回折光の遮光に必要な遮光帯４０のサイズをシミュレーションにより求めた。
【００２９】
このシミュレーションでは、図１および図２に示すように、基板１００に対して上下ミラー２０，３０側から基板１００の一面１００ａに垂直な方向（積層方向）に光が入射するとした。すなわち、入射光がエッチングホール２４，３４，３５によって回折し、その回折光が遮光帯４０に向かう状況を想定した。また、幾何学的条件として、図２に示すように、上側ミラー３０における第２貫通孔３４が形成された受光面３０ａと基板１００における絶縁膜１１０との界面である一面１００ａとの間の長さを１０μｍとし、基板１００の厚さを４００μｍとした。なお、第１貫通孔２４および第３貫通孔３５は、第２貫通孔３４に較べて一面１００ａからの距離が短いため、第１および第３貫通孔２４，３５に起因する回折光は、第２貫通孔３４に起因する回折光に較べて一面１００ａへの投射面積が小さい。よって、このシミュレーションでは、図２に示すように、上側ミラー３０における第３高屈折率膜３１に形成された第２貫通孔３４のみを考慮に入れた。
【００３０】
また、このシミュレーションでは、入射光として、波長が３μｍおよび１０μｍの赤外光を想定した。この波長は、自動車等の燃料や呼気中に含まれる水、二酸化炭素、あるいはエタノールの吸収係数のピークが、波長として３μｍ〜１０μｍの範囲に存在することから設定されたものである。
【００３１】
図３は、エッチングホール（このシミュレーションにおいては第２貫通孔３４に相当）の直径に対して、入射光の一次回折光が基板１００を突き抜けないための遮光帯直径をシミュレーションした結果である。
【００３２】
白抜き三角のマーカのプロット（図３中、Ａと示す）は、波長が３μｍの赤外線に対して、遮光帯４０を基板１００の一面１００ａと反対の裏面１００ｂの表層に配置した場合のものである。白抜き円のマーカのプロット（図３中、Ｃと示す）は、波長が３μｍの赤外線に対して、遮光帯４０を基板１００の一面１００ａの表層に配置した場合のものである。白抜き四角のマーカのプロット（図３中、Ｂと示す）は、波長が１０μｍの赤外線に対して、遮光帯４０を基板１００の一面１００ａの表層に配置した場合のものである。
【００３３】
上記３つのいずれのプロットにおいても、遮光に要する遮光帯４０の直径に極小値をもつ下に凸のグラフとなっている。極小値を与えるエッチングホールの直径に対して、エッチングホール直径が小さい側では回折による入射光の広がりが優位である。一方、エッチングホール直径が大きい側では、エッチングホールを直接通過する直接光が優位である。すなわち、エッチングホール直径が大きい側では、エッチングホールの直径と、直接光を遮光するための遮光帯４０のサイズはほぼ比例関係にある。
【００３４】
まず、波長が３μｍの赤外線に対して、遮光帯４０を基板１００の一面１００ａと反対の裏面１００ｂの表層に配置した場合（プロットＡ）について考察する。この場合の遮光帯直径の極小値は略１１０μｍである。すなわち、この波長の光を、回折光も含めて遮光するには１１０μｍ以上の直径を有する遮光帯４０が必要である。本来、できるだけ多くの光を透過する必要があるため、遮光帯４０の直径は小さいほうが好ましい。本実施形態では、遮光帯４０が、裏面１００ｂよりも下側ミラー２０寄りの一面１００ａの表層に形成されるため、遮光帯４０の直径を１１０μｍ以下にすることができる。
【００３５】
ここで、波長が３μｍの赤外線に対して、遮光帯４０を基板１００の一面１００ａの表層に配置した場合（プロットＢ）と、波長が１０μｍの赤外線に対して、遮光帯４０を基板１００の一面１００ａの表層に配置した場合（プロットＣ）について考察する。回折角は入射光の波長が長いほど大きくなるため、プロットＢが、プロットＣよりも常に遮光帯直径の大きい側にある。図示しないが、波長λが３μｍ＜λ＜１０μｍを満たすものは、図３の縦軸において、プロットＢとプロットＣとの間に描画される。したがって、図３の破線に示すように、エッチングホールの直径を２μｍ以上、かつ、８０μｍ以下とすることにより、３μｍ≦λ≦１０μｍの入射光波長域において、遮光帯４０の直径を１１０μｍ以下にすることができる。
【００３６】
これにより、遮光帯４０の直径を１１０μｍ以下にしつつ、エッチングホール２４，３４，３５を通過する直接光および回折光を遮光することができる。
【００３７】
さらに、遮光帯４０の直径が極小値となるようにエッチングホールの直径を選べば、遮光帯４０による遮光性を十分確保しつつ、必要な光を十分透過させることができる。なお、入射光の波長が大きくなるほど回折角が大きくなるため、図３のプロットＢおよびプロットＣに示すように、極小値はエッチングホール直径の大きい側に遷移する。すなわち、波長が大きいほど、遮光帯４０の直径の極小値を与えるエッチングホール直径は大きくなる。３μｍ≦λ≦１０μｍの入射光波長域において、遮光帯４０の直径の極小値を与えるエッチングホール直径の範囲は、図３の一点鎖線に示すように、４μｍ以上、かつ、２０μｍ以下である。エッチングホールの直径をこの範囲とすることにより、遮光帯４０の直径を１４μｍ〜４６μｍ程度にすることができる。
【００３８】
これにより、遮光帯４０の直径をさらに小さくすることができ、所望の波長の透過性を確保しつつ、ノイズとなる波長成分を遮光することができる。
【００３９】
次に、図４〜図８を参照して、本実施形態に係るファブリペローフィルタの製造方法について簡単に説明する。なお、遮光帯４０を形成する工程を除く工程は、特許文献１に記載の方法と同一であるため、記載を省略する。
【００４０】
まず、図４に示すように、Ｓｉ（シリコン）からなる基板１００を準備する。本実施形態における基板１００は厚さが略４００μｍである。
【００４１】
次いで、図５に示すように、遮光帯４０を形成する工程を実施する。基板１００の厚さ方向（ｚ方向）に垂直な一面１００ａの表層において、後の工程で形成される円形の第１貫通孔２４と中心を同じくする円形を成すように遮光帯４０を形成する。遮光帯４０は、例えば、タングステンをＣＶＤ等により堆積させて形成することができる。なお、スパッタ蒸着によっても形成可能である。遮光帯４０の直径は、例えば４６μｍとする。
【００４２】
次いで、図６に示すように、下側ミラー２０を形成する工程を実施する。基板１００および遮光帯４０を覆うように、一面１００ａの全面にＳｉＯ２の絶縁膜１１０を堆積する。その後、絶縁膜１１０上に下側ミラー２０を形成する。下側ミラー２０は、絶縁膜１１０上に第２高屈折率膜２２をＣＶＤ等により堆積し、後に第１低屈折率層２３となる領域にＳｉＯ２からなる酸化物層２３ａを形成する。そして、酸化物層２３ａを覆うように第２高屈折率膜２２上に第１高屈折率膜２１をＣＶＤ等により堆積する。その後、一般的に知られたエッチングにより第１貫通孔２４を形成する。
【００４３】
次いで、図７に示すように、犠牲層６０を形成する工程を実施する。下側ミラー２０の第１高屈折率膜２１上に、第１貫通孔２４を埋める形でＳｉＯ２からなる犠牲層６０を形成する。犠牲層６０は後の工程で一部がエッチングされ、その部分が空隙ＡＧとなるため、犠牲層６０の層厚は、空隙ＡＧの厚さ（下側ミラー２０と上側ミラー３０の対向間距離）に等しくする。
【００４４】
次いで、図８に示すように、上側ミラー３０を形成する工程を実施する。まず、犠牲層６０上に第４高屈折率膜３２をＣＶＤ等により堆積する。そして、第４高屈折率膜３２のｘｙ平面に沿う面において、第１貫通孔２４と中心および直径を同じくする第３貫通孔３５をエッチングにより形成する。その後、後に第２低屈折率層３３となる領域にＳｉＯ２からなる酸化物層３３ａを形成する。そして、酸化物層３３ａを覆うように第４高屈折率膜３２上に第３高屈折率膜３１をＣＶＤ等により堆積する。その後、一般的に知られたエッチングにより第２貫通孔３４を形成する。
【００４５】
最後に、下側ミラー２０における酸化物層２３ａ、上側ミラー３０における酸化物層３３ａおよび犠牲層６０の一部をエッチングにより除去することによって、図１に示すようなファブリペローフィルタ１０を形成することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
本実施形態では、光が第１実施形態に対して、反対側から入射される場合の構成について述べる。すなわち、図９に示すように、上下ミラー２０，３０に対して、基板１００側から光が入射する場合について説明する。
【００４７】
なお、エッチングホール（第１実施形態同様、第１貫通孔２４、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５をエッチングホールと総称する）のサイズ、および、遮光帯４０の形状あるいはサイズを除くファブリペローフィルタ１０の構成は第１実施形態と同様であるから、説明を割愛する。
【００４８】
図１０〜図１２を参照して、遮光帯４０のサイズとエッチングホール２４，３４，３５のサイズの関係について詳しく説明するとともに、作用効果を説明する。なお、発明者らは、回折光の回折角について、波動性を考慮にいれた光学シミュレーションを用いて算出しており、ここでいう回折角とは、一次回折光を指すものとする。
【００４９】
発明者らは、エッチングホール２４，３４，３５のサイズを変数として、回折光の遮光に必要な遮光帯４０のサイズをシミュレーションにより求めた。
【００５０】
シミュレーションで想定するファブリペローフィルタ１０の幾何学的条件は第１実施形態と同様である。入射光は、上述のとおり、上下ミラー２０，３０に対して、基板１００側から光が入射させた。すなわち、図１０に示すように、入射光が遮光帯４０の端部によって回折し、その回折光がエッチングホール（このシミュレーションにおいては第２貫通孔３４に相当）に向かう状況を想定した。また、このシミュレーションに用いた入射光の波長は、３μｍ、５μｍ、８μｍ、１０μｍである。
【００５１】
図１１は、入射する光の波長に対する入射光の回折量をシミュレーションした結果である。ここでの回折量とは、図１０に示すように、入射光が遮光帯４０の端部で回折し、その回折光が遮光帯４０の端部に対応する位置から遮光帯４０の中心寄りに回り込む量である。とくに、このシミュレーションでは、回り込んだ回折光が基板１００の一面１００ａに対向する第３高屈折率膜３１の面３０ｂに投影される。回折量は、遮光帯４０の端部に対応する部分から一次回折光が投影される距離を示す。
【００５２】
図１１に示すシミュレーションの結果によれば、想定される入射光波長域において、回折量の最大値を与える波長は１０μｍであり、回折量の最大値は１６μｍである。したがって、エッチングホールの直径をＲ（μｍ）とすれば、遮光帯４０の直径をＲ＋３２（μｍ）以上にすることによって、回折光がエッチングホールに到達することを防止できる。換言すれば、図１２に示すように、遮光帯４０が、基板１００の一面１００ａにおいて、エッチングホールと中心を同じくし、直径がＲ１＋３２（μｍ）である仮想円７０と全面に亘ってオーバーラップしていれば、回折光がエッチングホールに到達することを防止できる。なお、図１２においては、遮光帯４０の形状が一例として正方形である例を示したが、遮光帯４０の形状は任意である。遮光帯４０の面積を最小にするためには、仮想円７０と完全に重なるように円形の遮光帯４０とすればよい。
【００５３】
（第３実施形態）
上記した各実施形態では、第１貫通孔２４、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５が、ｘｙ平面において同一の位置にあって、互いに合同な円形を成す例を示した。これに対して、本実施形態では、各貫通孔２４，３４，３５のｘｙ平面における位置が異なる例について説明する。なお、各貫通孔２４，３４，３５および対応する遮光帯４０を除く構成要素は上記した各実施形態と同様であるため説明を省略する。また、光は、第１実施形態と同様に、遮光帯４０に対して下側ミラー２０側からの入射を想定する。
【００５４】
図１３に示すように、本実施形態における各貫通孔２４，３４，３５は、互いに合同でありつつ、ｚ方向に直交する方向（ｘｙ平面に沿う方向）において、異なる位置に形成される。このような形態の場合、各貫通孔２４，３４，３５を通過する入射光とその回折光を遮光するために、貫通孔２４，３４，３５それぞれに対応した遮光帯４０が形成される。すなわち、このファブリペローフィルタ１０は、図１３に示すように、第１貫通孔２４に対応した第１遮光帯４０ａ（図１３中、破線）と、第２貫通孔３４に対応した第２遮光帯４０ｂ（図１３中、一点鎖線）と、第３貫通孔３５に対応した第３遮光帯４０ｃ（図１３中、実線）と、を有する。本実施形態の各遮光帯４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれオーバーラップしつつ形成され、一体の遮光帯４０として形成される。
【００５５】
本実施形態にように、各貫通孔２４，３４，３５は任意に位置に形成することができ、各遮光帯４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれの貫通孔２４，３４，３５に対応した位置に形成することによって、入射光を遮光することができる。しかしながら、各貫通孔２４，３４，３５に対応した遮光帯４０ａ，４０ｂ，４０ｃが別々に形成されると、ｘｙ平面において、ファブリペローフィルタ１０の受光面に対する遮光帯４０の占める面積が大きくなってしまい、入射光を十分透過できない虞がある。このため、第１実施形態および第２実施形態に記載のように、各貫通孔２４，３４，３５は、ｘｙ平面において、同一の中心をもつ合同な形状とすることが好ましい。これにより、第１遮光帯４０ａ、第２遮光帯４０ｂ、第３遮光帯４０ｃを、それぞれが完全にオーバーラップした遮光帯４０とすることができ、受光面に対する遮光帯４０の占める面積を最小にすることができる。
【００５６】
（第４実施形態）
上記した各実施形態では、第１貫通孔２４、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５が互いに合同である例を示した。しかしながら、各貫通孔２４，３４，３５の形状さサイズは任意である。本実施形態では、図１４に示すように、ｘｙ平面において、第１貫通孔２４、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５が互いに同一の中心を持ちつつも、直径が異なる例について説明する。以下、基板１００に対して、上側ミラー３０側から光が入射する場合を想定して説明する。
【００５７】
本実施形態のファブリペローフィルタ１０は、図１４に示すように、それぞれ異なる直径の貫通孔２４，３４，３５を有する。貫通孔２４，３４，３５は、上側ミラー３０の第３高屈折率膜３１における受光面３０ａに形成された第２貫通孔３４が最も大きい直径を有する。そして、受光面３０ａから光の入射方向（ｚ方向）に最も離れた第１貫通孔２４が最も小さい直径を有する。すなわち、貫通孔２４，３４，３５の直径は、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５、第１貫通孔２４の順に大きい。
【００５８】
孔を通過する際における光の回折は、回折の原因となる孔の直径が小さいほど回折角が大きくなる。このため、第１貫通孔２４、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５の大きさをそれぞれ異なって形成しなければならない場合であっても、光が入射する側に近いほど開口の直径が大きくなるようにすることが好ましい。換言すると、遮光帯４０から遠い位置に形成される貫通孔ほど、開口の直径が大きくなるようにすることが好ましい。これによれば、遮光帯４０から遠い位置に形成される貫通孔による回折光の回折量をより小さく抑えることができる。これにより、より直径の小さい遮光帯４０で入射光の回折光を遮光することができる。
【００５９】
（第５実施形態）
上記した各実施形態では、下側ミラー２０と上側ミラー３０を有するファブリペローフィルタ１０について、遮光帯４０の効果を、貫通孔２４，３４，３５と関連付けて説明した。遮光帯４０の効果は、ファブリペローフィルタ１０としてではなく、基板１００上に下側ミラー２０が形成された高反射ミラーとしても発揮される。すなわち、対向ミラーとしての上側ミラー３０を有さない構成であっても、遮光帯４０の効果を奏することができる。
【００６０】
本実施形態に例示する高反射ミラー２００は、図１５に示すように、第１実施形態に記載のファブリペローフィルタ１０に対して、上側ミラー３０およびスペーサ層５０が形成されない構成である。第１実施形態と同様に、下側ミラー２０の第１ミラー部Ｍ１となる部分は、第１低屈折率層２３が第１高屈折率膜２１と第２高屈折率膜２２に挟まれるように形成され、高屈折率を実現する。
【００６１】
この高反射ミラー２００は、上記した各実施形態と同様に、基板１００の一面１００ａ表層に遮光帯４０を有する。遮光帯４０は第１貫通孔２４に対応して形成され、入射光のうち、第１貫通孔２４を通過する直接光およびその回折光を遮光する。これにより、本来反射されるべき波長の光であって、第１貫通孔２４が存在するために透過してしまう光を透過させないようにできる。したがって、高反射ミラーを透過する光に、本来反射されるべき波長の光がノイズとして重畳してしまうことを抑制することができる。
【００６２】
（第６実施形態）
上記した各実施形態では、基板１００の一面１００ａ上の全面に亘って下側ミラー２０を形成する例を示したが、この例に限定されない。例えば、図１６に示すように、第１実施形態に対して、下側ミラー２０直下の一部において、基板１００が存在しない構成とすることもできる。
【００６３】
本実施形態では、特許請求の範囲に記載の高反射ミラーに相当するミラーは上側ミラー３０であり、対向ミラーが下側ミラー２０に相当する。すなわち、図１６に示すように、上側ミラー３０は、第１高屈折率膜２１と第２高屈折率膜２２と第１低屈折率層２３とを有する。そして、第１高屈折率膜２１に第１貫通孔２４を有する。また、下側ミラー２０は、第３高屈折率膜３１と第４高屈折率膜３２と第２低屈折率層３３とを有する。そして、第３高屈折率膜３１に第２貫通孔３４を有し、第４高屈折率膜３２に第３貫通孔３５を有する。下側ミラー２０と上側ミラー３０との対向空間の一部にはスペーサ層５０が形成され、スペーサ層５０と上側ミラー３０と下側ミラー２０とに囲まれた領域が空隙ＡＧとなる。また、本実施形態では、下側ミラー２０における第３高屈折率膜３１のうち、第２ミラー部Ｍ２の形成されない一部において、絶縁膜１１０を介して基板１００に固定される。換言すれば、第３高屈折率膜３１、ひいては、下側ミラー２０は、基板１００と接しない、第２ミラー部Ｍ２となる部分においてメンブレンとなる。そして、本実施形態における遮光帯４０は、上側ミラー３０において、第２高屈折率膜２２における第１高屈折率膜２１と反対の一面２２ａ側に形成される。
【００６４】
遮光帯４０と各貫通孔２４，３４，３５のサイズについては、第１実施形態および第２実施形態に説明した通りである。すなわち、光が、遮光帯４０に対して、下側ミラー２０側から入射される場合には、第１実施形態に記載したように、各貫通孔２４，３４，３５の直径を２μｍ以上、かつ、８０μｍ以下とすることにより、３μｍ≦λ≦１０μｍの入射光波長域において、遮光帯４０の直径を１１０μｍ以下にすることができる。さらに言えば、各貫通孔２４，３４，３５の直径を４μｍ以上、かつ、２０μｍ以下とすることにより、遮光帯４０の直径を１４μｍ〜４６μｍ程度にすることができる。
【００６５】
また、光が、下側ミラー２０に対して遮光帯４０側から入射される場合には、第２実施形態に記載したように、各貫通孔２４，３４，３５の直径をＲ（μｍ）とすれば、遮光帯４０の直径をＲ＋３２（μｍ）以上にすることによって、回折光が各貫通孔２４，３４，３５に到達することを防止できる。
【００６６】
本実施形態に係るファブリペローフィルタ１０の製造方法を簡単に説明する。なお、この製造方法は、遮光帯４０を形成する工程、および、後述の基板１００を除去する工程を除き、第１実施形態とほぼ同一であるため、第１実施形態に記載の方法に準じる。
【００６７】
まず、第１実施形態と同様、基板１００を準備する（図４）。
【００６８】
次いで、図１７に示すように、下側ミラー２０を形成する工程を実施する。本実施形態では、第１実施形態における第１高屈折率膜２１に相当する第３高屈折率膜３１を形成した後、エッチングにより、第１貫通孔２４を形成する。
【００６９】
次いで、図１８に示すように、犠牲層６０を形成する工程および上側ミラー３０を形成する工程を実施する。第１実施形態とは異なり、第１実施形態における第４高屈折率膜３２に相当する第２高屈折率膜２２には貫通孔を形成しない。
【００７０】
次いで、図１９に示すように、遮光帯４０を、上側ミラー３０において、第２高屈折率膜２２における一面２２ａ上に形成する。遮光帯４０は、上側ミラー３０の第１ミラー部Ｍ１となる部分において、エッチングホール、すなわち、第１貫通孔２４、第２貫通孔３４、第３貫通孔３５、に対応する部分に形成する。なお、遮光帯４０は第１実施形態と同様に、タングステンを堆積して形成する。また、基板１００を下側ミラー２０の形成された一面１００ａと反対側から、絶縁膜１１０に到達するまでエッチングして除去する。基板１００のエッチングは、下側ミラー２０の第２ミラー部Ｍ２および上側ミラー３０の第１ミラー部Ｍ１となる部分に対応する部分を含むように部分的に実施する。なお、遮光帯４０を形成する工程と基板１００を除去する工程は、その順を問わない。
【００７１】
最後に、下側ミラー２０における第２低屈折率層３３、上側ミラー３０における第１低屈折率層２３および空隙ＡＧに相当する部分のＳｉＯ２をエッチングにより除去することによって、図１６に示すようなファブリペローフィルタ１０を形成することができる。
【００７２】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７３】
上記した各実施形態では、遮光帯４０をタングステンの堆積により形成する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、基板１００に遮光帯４０を形成する場合にあっては、リンやホウ素をイオンインプラすることにより形成してもよい。同様に、上記その他の実施形態のように、高屈折率膜（具体的には、第２高屈折率膜２２）に遮光帯４０を形成する場合にあっても、リンやホウ素をイオンインプラすることにより形成することができる。
【００７４】
また、上記した各実施形態では、上側ミラー３０および下側ミラー２０の対向距離が固定された例を示した。しかしながら、この対向距離を可変にするように構成することができる。例えば、上側ミラー３０に電圧を印加するための電極を上側ミラー３０に形成し、下側ミラー２０に電圧を印加するための電極を下側ミラー２０に形成する。そして、両電極間に電位差を与えることにより、上側ミラー３０と下側ミラー２０との間でクーロン力が作用する。これにより、上側ミラー３０と下側ミラー２０との対向距離を、上下ミラー２０，３０の電位差に応じた距離とすることができる。
【００７５】
なお、上側ミラー３０と下側ミラー２０との対向距離を可変にする方法としては、スペーサ層５０を一般的に知られたピエゾ素子とすることにより、圧電効果を利用する方法もある。
【符号の説明】
【００７６】
１０・・・ファブリペローフィルタ
２０・・・下側ミラー，２１・・・第１高屈折率膜，２２・・・第２高屈折率膜，２３・・・第１低屈折率層，２４・・・第１貫通孔
３０・・・上側ミラー，３１・・・第３高屈折率膜，３２・・・第４高屈折率膜，３３・・・第２低屈折率層，３４・・・第２貫通孔，３５・・・第３貫通孔
４０・・・遮光帯
５０・・・スペーサ層
１００・・・基板
ＡＧ・・・空隙
Ｍ１・・・第１ミラー部，Ｍ２・・・第２ミラー部
【図１】
2015007718.tif 000003
【図２】
2015007718.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015007718.tif 000006
【図５】
2015007718.tif 000007
【図６】
2015007718.tif 000008
【図７】
2015007718.tif 000009
【図８】
2015007718.tif 000010
【図９】
2015007718.tif 000011
【図１０】
2015007718.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015007718.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2015007718.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2015007718.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2015007718.tif 000021