JP2001194598A - 微細構造体、映像デバイスおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロアクチュエータの層に、マイクロ光
学素子の層を積層した構成の映像表示デバイスの歩留ま
りを向上する。 【解決手段】 半導体基板２０の上にアクチュエータア
レイ層２５を製造し、ガラス基板６０の上に光学素子ア
レイ層６５を別々に製造する。その後、それぞれの微細
構造層２５および６５の良品同士を接合し、アクチュエ
ータ６により光学素子３が駆動される映像表示デバイス
５０を製造する。各々の微細構造層２５および６５を別
々の工程で製造し、良品同士によってデバイス５０を製
造できるので歩留まりを向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データプロジェク
タ、ビデオプロジェクタなどの映像投映装置あるいは画
像表示装置、それに適した微細構造を備えた映像表示デ
バイスなどの微細構造体およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタのライトバルブとして光を
オンオフ制御できる映像表示デバイスとしては、液晶を
用いたものが知られている。図１７に、その概略構成を
示す。この光スイッチング素子９００は、偏光板９０１
および９０８、ガラス板９０２および９０３、透明電極
９０４および９０５、液晶９０６および９０７より構成
され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子
の方向を変えて偏向面を回転させ光スイッチングを行う
ものである。例えば、このような光スイッチング素子
（液晶セル）を２次元に並べて液晶パネルとして映像表
示デバイスあるいは画像表示デバイスを構成することが
可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この液晶を用いた複数
の光スイッチング素子からなる映像表示デバイスは、高
速応答特性が悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度で
しか動作しない。このため、高速応答を要求されるよう
な高解像度の画像を表示する装置、さらには、光通信、
光演算、ホログラムメモリー等の光記録装置、光プリン
ターは、液晶デバイスでの実現は難しい。

【０００４】そこで、上記のような用途に対応できる高
速動作可能な映像表示デバイスが求められており、ミク
ロンオーダあるいはさらに小さなサブミクロンオーダの
微細構造（マイクロストラクチャ）を備えた映像表示デ
バイスの開発が鋭意進められている。その１つは、マイ
クロミラーデバイスであり、ミラーをヨークで旋回可能
に支持し、ミラーの角度を変えて電気的または光学的な
入力に対応して入射光を変調して出射するようになって
いる。

【０００５】また、反射機能あるいは透過機能を備えた
光学素子をアクチュエータで平行に動かして入射光を変
調することが可能であり、そのような原理に基づき映像
表示デバイスを構成することも可能である。本願出願人
が出願中の、光を全反射して伝達可能な導光部の全反射
面に対しスイッチング部の抽出面を接触させてエバネセ
ント光を抽出し、光学素子の１波長程度あるいはそれ以
下の微小な動きによって、高速で光を変調制御可能な映
像表示デバイスも、その１つである。

【０００６】図１に、エバネセント光によるスイッチン
グを行う映像表示デバイスを用いた画像表示装置の一例
としてプロジェクタ８０の概略を示してある。このプロ
ジェクタ８０は、白色光源８１と、この白色光源８１か
らの光を３原色に分解して映像表示ユニット５５の導光
板（光ガイド）１に入射させる回転色フィルタ８２と、
各色の光を変調して出射する映像表示ユニット５５と、
出射された光８５を投映する投写用レンズ８６とを備え
ている。そして、各色毎の変調された光８５がスクリー
ン８９に投写され、時間的に混色されることにより多諧
調のマルチカラーの画像が出力される。プロジェクタ８
０は、さらに、映像表示ユニット５５および回転色フィ
ルタ８２を制御してカラー画像を表示する制御回路８４
を備えている。この制御回路８４から画像表示ユニット
５５を光ガイド１と共に構成する映像表示デバイス５０
に対して、カラー画像を表示するためのデータφなどが
供給される。

【０００７】このように図１に示したプロジェクタ８０
は、光を全反射しながら伝達する光ガイド１に投影用の
光を供給する光源８１などと共に光ガイド１から出射さ
れた光を投写するレンズ８５などを備えた光を入出力す
る手段と、光ガイド１に供給された投映用の光を変調す
る映像表示デバイス５０とを備えており、映像表示デバ
イス５０により光ガイド１から漏出するエバネセント光
を制御して画像が表示される。

【０００８】図２に、エバンセント波（エバネセント
光）を利用して光を変調する映像表示デバイス（エバネ
セント光スイッチングデバイス）の概要を示してある。
映像表示デバイス５０は複数の光スイッチング素子（光
スイッチング機構）１０が２次元に配列されたデバイス
であり、個々の光スイッチング素子１０は、単体では導
入された光２を全反射して伝達可能な導光板（光ガイ
ド）１に接近および離反して光を変調可能な光学素子３
と、この光学素子部３を駆動するアクチュエータ６とを
備えている。そして、光学素子３の層およびアクチュエ
ータ６の層がアクチュエータ６を駆動する駆動回路およ
びデジタル記憶回路（記憶ユニット）が作りこまれた半
導体基板２０の上に積層され、１つの映像表示デバイス
として集積化されている。

【０００９】図２を参照してエバネセント光を利用した
本例の映像表示デバイス５０についてさらに詳しく説明
しておく。個々の光スイッチング素子１０をベースに説
明すると、図２の左側に示した光スイッチング素子１０
ａはオン状態であり、右側に示した光スイッチング素子
１０ｂがオフ状態である。光学素子３は、導波路として
の機能を果たす導光板１の面（全反射面）１ａに密着す
る面（接触面または抽出面）３ａと、この面３ａが全反
射面１ａに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽
出して内部で導光板１に対しほほ垂直な方向に反射する
Ｖ字型の反射プリズム（マイクロプリズム）４と、この
Ｖ字型のプリズム４を支持するサポート構造５とを備え
ている。

【００１０】アクチュエータ６は、光学素子３を静電駆
動できるようになっており、光学素子３のサポート構造
５が機械的に連結された上電極７と、この上電極７と対
峙した下電極８とを備えている。そして、下電極８と、
上電極７のアンカープレート９は半導体基板２０の最上
面２０aに積層されている。上電極７はアンカープレー
ト９から上方に伸びた支柱９aにより支持されており、
下電極８と上電極７との間に空間が形成されている。し
たがって、たとえば、プレート９を介して上電極７を接
地し、下電極８に対し駆動ユニット２１から電位あるい
は電荷を加える（以降においては高電位）と上電極７が
下方に動き、これに連動して光学素子部３が導光板１か
ら離れる（第２の位置）。一方、上電極７は弾性部材と
しての機能を部分的に備えており、下電極８に記憶ユニ
ット２１から加えられていた電位あるいは電荷が除去さ
れる、あるいは解除される（以降においては低電位）
と、下電極８から上電極７が離れ、上電極７の弾性によ
り光学素子部３が導光板１に密着する（第１の位置）。

【００１１】図２に示したように、導光板１には光源か
ら照明光２が全反射面１aで全反射する角度で供給され
ており、その内部の全ての界面、すなわち、光学素子部
（光スイッチング部）３に面した側１ａと、上方の面
（出射面）において光が繰り返し全反射し、導光板１の
内部が光線で満たされる。したがって、この状態で巨視
的には照明光２は導光板１の内部に閉じ込められ、その
中を損失なく伝播している。一方、微視的には、導光板
１の全反射している面１ａの付近では、導光板１から光
の波長程度のごく僅かな距離だけ、照明光２が一度漏出
し、進路を変えて再び導光板１の内部に戻るという現象
が起きている。このように面１ａから漏出した光を一般
にエバネッセント波と呼ぶ。このエバネッセント波は、
全反射面１ａに光の波長程度またはそれ以下の距離で他
の光学部材を接近させることにより取り出すことができ
る。本例の光スイッチング素子１０は、この現象を利用
して導光板１を伝達する光を高速で変調、すなわち、ス
イッチング（オンオフ）することを目的としてデザイン
されている。

【００１２】したがって、光スイッチング素子１０ａで
は、光学素子３が導光板１の全反射面１ａに接触した第
１の位置にあるので、光学素子３の面３ａによりエバネ
セント波を抽出することができる。このため、光学素子
３のマイクロプリズム４で抽出した光２は角度が変えら
れて出射光２ａとなる。そして、この出射光２ａが図１
に示すプロジェクタ８０の投映用の光８５として利用さ
れる。一方、光スイッチング素子１０ｂでは、駆動ユニ
ット２１により上下電極７および８に極性の異なる電圧
が印加され、これらの電極７および８の間に働く静電力
により光学素子３が導光板１から離れた第２の位置に動
かされる。したがって、光学素子３によってエバネセン
ト波は抽出されず、光２は導光板１の内部から出ない。

【００１３】エバネセント波を用いた光スイッチング素
子は単独でも光をスイッチングできる装置として機能す
るが、図２に示したように、これらを１次元あるいは２
次元方向、さらには３次元に並べて配置することができ
る構成になっている。特に２次元にマトリクスあるいは
アレイ状に並べて配置することにより、液晶あるいはＤ
ＭＤと同様に平面的な画像を表示可能な映像デバイスあ
るいは画像表示ユニット３５を提供することができる。
そして、エバネセント光を用いた映像表示デバイス５０
では、光学素子３の移動距離がサブミクロンオーダとな
るので、液晶より１桁あるいはそれ以上応答速度の速い
光変調装置として利用でき、これを用いたプロジェクタ
５０あるいは直視型の画像表示装置を提供することが可
能となる。さらに、エバネセント光を用いた光スイッチ
ング素子１０は、サブミクロンオーダの動きで光をほぼ
１００パーセントオンオフすることが可能であり、非常
にコントラストの高い画像を表現することができる。こ
のため、時間的な分解能を高くすることが容易であり、
高コントラストの画像表示装置を提供できる。

【００１４】さらに、駆動回路などが作りこまれた半導
体集積基板２０にアレイ状に配置されたアクチュエータ
６および光学素子３が積層された構成の映像表示デバイ
ス５０を１チップで提供することが可能である。すなわ
ち、半導体基板２１の上にアクチュエータ６および光学
素子３といったマイクロストラクチャが構築されたマイ
クロマシンあるいは集積化デバイスである映像表示デバ
イス５０と光ガイド１とを組み立てることにより映像表
示ユニット５０を供給でき、これを組み込むことにより
動作速度が速く高解像で、さらに、高コントラストの画
像を表示できるプロジェクタを提供できる。

【００１５】また、図３に示すように、上電極７および
下電極８に加え、これらの間で動く中間電極５１を設
け、この中間電極５１に連動して光学素子３が駆動され
るような構成のアクチュエータ６を備えた映像表示デバ
イスも可能である。このエバネセント光を利用した映像
表示デバイス５０は、アクチュエータ６の構成が複雑に
なるが低電圧で駆動できるというメリットを備えてい
る。この３層の電極を備えたアクチュエータを備えた映
像表示デバイスは、光学素子３が第１および第２の位置
のほぼ中間の状態が安定状態となるなどの制御上の相違
は若干あるが、アクチュエータによって光学素子を駆動
する構成は変わりない。さらに、電極を使用した静電ア
クチュエータの代わりに、ピエゾ素子を用いてアクチュ
エータを構成することも可能でありアクチュエータとし
てはいくつかのものが考えられている。したがって、以
下、本明細書では、簡単のため上下電極の静電駆動タイ
プのアクチュエータに基づき説明するが、アクチュエー
タの構成はこれに限定されるものではない。

【００１６】エバネセント光を利用した映像表示デバイ
スは上記のように優れた特性を備えている。しかしなが
ら、この映像表示デバイスを実用化するためにはいくつ
かの解決すべき課題があり、その１つは、歩留まりの向
上と低コスト化である。すなわち、映像表示デバイスを
構成する個々の光スイッチング素子が画素を表示するの
で、欠陥があると画質が劣化する。したがって、画素欠
陥のない、あるいは少ない歩留まりの高い映像表示デバ
イスを製造することが重要となる。また、歩留まりを向
上することにより、画素欠陥のない製品を低コストで提
供するが可能となる。

【００１７】しかしながら、エバネセント光を利用した
映像表示デバイスは、上述したようにアクチュエータの
層に光学素子の層が積層した構成になっており、アクチ
ュエータに欠陥がなくても光学素子に欠陥があると、そ
れが光スイッチング素子としては欠陥となってしまう。
すなわち、アクチュエータを製造するまでの過程の歩留
まりに、光学素子を製造する過程の歩留まりを乗算した
ものが製品の歩留まりとなってしまう。このため、マイ
クロ光学素子を作る過程で欠陥があると、駆動回路が作
りこまれた半導体基板およびその上にフォトリソグラフ
ィー技術などによって作られた微細構造のアクチュエー
タを備えた基板が無駄になってしまう。したがって、映
像表示デバイスを製造する工程において、光学素子を製
造する過程で欠陥が発生すると非常にコスト高になり、
光学素子を製造する工程の歩留まりが製品全体の歩留ま
りおよび製品コストに当れる影響が非常に大きい。

【００１８】その一方で、微細構造の光学素子をアクチ
ュエータ上に製造するのでアクチュエータを製造するま
での過程における微細な寸法公差などの影響を受けやす
い。あるいはアクチュエータの機能上は影響がないもの
の、その上に微細構造を作り込む上では影響が現れる微
細な構造上の欠陥があると光学素子の欠陥として現れる
可能性がある。したがって、エバネセント光を利用した
映像表示デバイスのように、微細な構造層を積層したデ
バイスを歩留まり良く製造することは難しい問題であ
る。

【００１９】そこで、本発明においては、上述したエバ
ネセント光を利用した映像表示デバイスのように、ミク
ロンオーダあるいはサブミクロンオーダなどの微細構造
が積層された微細構造体の歩留まりを飛躍的に向上する
ことができる製造方法を提供することを目的としてい
る。そして、欠陥の少ない高品質の映像表示デバイスを
低コストで提供し、プロジェクタなどの画像表示装置に
実際に適用可能とすることを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、微細構造層が積層された構成の構造体を、微細構
造層を積み重ねて製造するのではなく、別々に製造して
から接合するようにしている。すなわち、本発明の、第
１の微細構造層と、第２の微細構造層とを有する微細構
造体の製造方法においては、第１の微細構造層を第１の
基板上に製造する工程と、第２の微細構造層を第２の基
板上に製造する工程と、これら第１および第２の微細構
造層を接合する工程とを有する。本発明においては、第
１の微細構造層と、第２の微細構造層とを別々の基板上
に製造することにより、それぞれの微細構造層の欠陥の
ない部分、あるいは所定の欠陥率以下のものを選択して
接合して微細構造体とすることができる。したがって、
第１の微細構造の歩留まりと、第２の微細構造の歩留ま
りとを別々に管理することが可能であり、各々の工程の
歩留まりを乗算した結果が微細構造体の歩留まりとなる
のを避けることができる。

【００２１】さらに、本発明においては、各々の微細構
造層を各々の基板上に製造することができるので、相互
の微細構造層の影響を受けずに微細構造層を製造するこ
とができる。したがって、本発明により各々の微細構造
層の歩留まりを向上することも可能となる。また、各々
の微細構造層を別々に製造するので、それぞれの微細構
造層の欠陥がない部分を組み合わせて微細構造体を製造
することが可能となる。したがって、欠陥が発生した場
合であってもロスを大幅に低減することができる。この
ように、本発明の製造方法により微細構造層が積層され
た微細構造体の歩留まりを大幅に向上することが可能と
なる。

【００２２】第１または第２の基板は、第１および第２
の微細構造層を接合した後に剥離することも可能であ
る。さらに、剥離用の層を基板と微細構造層との間に設
けておくことも可能である。上述したエバンセント光を
利用した映像デバイスを製造する場合は、マイクロアク
チュエータが２次元に配置されたアクチュエータアレイ
層を第１の基板上に製造し、これと同時にあるいは前後
して、マイクロ光学素子が２次元に配置された光学素子
アレイ層を第２の基板上に製造し、これらアクチュエー
タアレイ層と光学素子アレイ層を接合し、さらに、第２
の基板を剥離するといった工程で製造することができ
る。

【００２３】第１および第２の微細構造層は、接着剤、
直接接合または陽極接合により接合することが可能であ
る。このため、本発明に係る微細構造体は、第１の微細
構造層と、第２の微細構造層とを有し、これら第１およ
び第２の微細構造層が接着剤、直接接合または陽極接合
により接合されている。

【００２４】上述したように、第１の微細構造層をマイ
クロアクチュエータとし、第２の微細構造層をマイクロ
光学素子とすることにより、光スイッチング素子を実現
する微細構造体を提供できる。特に、第１の微細構造層
はマイクロアクチュエータが２次元に配置されたアクチ
ュエータアレイ層とし、第２の微細構造層はマイクロ光
学素子が２次元に配置された光学素子アレイ層とするこ
とにより、映像表示デバイスを本発明の製造方法により
製造および提供できる。マイクロアクチュエータとして
静電アクチュエータを、また、マイクロ光学素子として
エバネセント光による光スイッチングを行うマイクロプ
リズムを採用すれば、エバネセント光を利用した映像表
示デバイスを極めて歩留まり良く低コストで製造および
提供することが可能となる。

【００２５】このため、本発明の映像表示デバイスと、
この映像表示デバイスに対し表示用の光を入出力する手
段とを組み合わせることにより、エバネセント光を利用
した映像表示デバイスを実際に搭載したプロジェクタな
どの画像表示装置を提供することが可能となる。

【００２６】第１および第２の微細構造層をパイレック
スとシリコンとで形成し、これらの間に電位を印加して
陽極接合したり、接合する界面をプラズマ照射すること
などによって活性化して直接接合することが可能であ
る。これらに対し、現状では一般的な方法は、接着剤を
塗布して第１および第２の微細構造層を接合することで
ある。このためには、第１および第２の微細構造層の少
なくともいずれかに、接合用の接着剤を部分的に塗布す
る構造を設けておくことが望ましい。たとえば、第１あ
るいは第２の微細構造層の接合部分を部分的に突起また
は凹みにすることができる。さらに、この接合する個所
にインクジェットヘッドにより接着剤を塗布するように
すれば、ミクロンオーダあるいはサブミクロンオーダの
構造の所定の場所に簡単に接着剤を塗布することができ
る。

【００２７】さらに、上述したアクチュエータなどの微
細構造層はフォトリソグラフィー技法などを応用して製
造される。このため、第１および第２の微細構造層の少
なくともいずれかは製造後に除去される犠牲層を用いて
製造されるが、犠牲層は接合する工程の後に除去するこ
とが望ましい。犠牲層により微細構造層を保護できると
共に、接合するときにアクチュエータなどの微細構造層
を犠牲層で固定することが可能となり、接合精度を向上
することができる。また、犠牲層で所定の個所に凹みを
つくり、この部分を第１及び第２の微細構造層を接合す
るための接着剤を部分的に塗布する構造として利用する
ことも可能となる。

【００２８】また、第１または第２の基板を剥離する工
程が控えている場合は、その後に犠牲層を除去すること
が望ましい。第１または第２の微細構造層に基板を剥離
する影響が及ぶのを防止することができる。

【００２９】本発明の製造方法により、第１の微細構造
層はマイクロアクチュエータ、第２の微細構造層はマイ
クロ光学素子とすることにより映像表示デバイスを製造
することができる。その際、マイクロアクチュエータが
２次元に配置されたアクチュエータアレイ層であり、第
２の微細構造層はマイクロ光学素子が２次元に配置され
た光学素子アレイ層であるときは、第２の微細構造層を
製造する工程で光学素子アレイ層をマイクロ光学素子に
分離するところまで行っておくことが望ましい。接合し
た後の加工は、歩留まりを低下させ、コストアップの原
因となるので避けることが望ましく、第２の基板上で素
子分離を行うことが可能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
をさらに説明する。本発明の製造方法で上述したエバネ
セント光を利用した映像表示デバイス５０を製造する際
は、アクチュエータ６までを基板２０に製造する工程
と、光学素子３を製造する工程とを別々に行う。

【００３１】まず、図４ないし図７に、アクチュエータ
６を製造する工程を示してある。図４に示すように、Ｃ
ＭＯＳが構成されている基板２０の上面２０ａに電極層
（Ａｌ膜）３１をディポジットする。次に、その電極層
３１にパターニング４１を行って、下電極８と、ばねお
よび上電極を兼ねた構造のアンカー部分９を形成する。

【００３２】図５に示すように、電極層３１の上に犠牲
層３２をディポジットする。この犠牲層３２はアモルフ
ァスシリコンで数十℃から百数十℃でディポジットで
き、下に存在する半導体基板２０に形成されたＣＭＯＳ
回路にダメージを与えることがない。その犠牲層３２に
ストッパーの役目をするディンプル４２を掘り、また、
ポストとなる部分をパターニング４３する。

【００３３】図６に示してあるように、犠牲層３２の上
に、ばねと上電極を兼ねた構造７を形成する第２の構造
層となる第２の電極層（Ａｌ膜）３３をディポジットす
る。さらに、電極層３３をパターニングして上電極７お
よびポスト１１を形成する。この段階で、アクチュエー
タ部６としての構造が半導体基板２０の上に形成され
る。犠牲層と電極層を構成する材料の組み合わせは上記
に限定されるものではない。たとえば、アモルファスシ
リコンの代わりにポリイミドによって犠牲層を形成して
も良い。また、犠牲層として酸化シリコン、電極層とし
てポリシリコンを用いることも可能である。

【００３４】図６に示した段階でアクチュエータ部６と
しての機能を果たす構造層（アクチュエータアレイ層）
２５までが製造できたので、この段階で基板２０の側の
製造を終了しても良い。しかしながら、本例において
は、さらに、アクチュエータ部６の上にマイクロ光学素
子３を接着剤で貼り付ける（接合する）ための接着剤を
塗布する凹みを第２の犠牲層により形成している。すな
わち、図７に示すように、第２の電極層３３の上に第１
の犠牲層３２と同じ物質で第２の犠牲層３４としてディ
ポジットし、パターニングして塗布用の凹み４４を形成
している。

【００３５】図８ないし図１１に、半導体基板２０に対
し第２の基板となるガラス基板６０の上に光学素子３を
製造する過程を示してある。図８に示すように、まず、
ガラス基板６０の上に剥離用の膜６１をデポジットし、
つぎに、フッ化系などの透明な樹脂３６をＶ字型に成形
し、これらによりエバネセント光を上方に反射するマイ
クロプリズム４を形成する。マイクロプリズム４を成形
する方法としてはエッチング、レーザ光などを用いた光
造形などいくつかあるが、最も適切な方法は転写型を用
いた型成形である。そして、ガラス基板６０の上に型成
形されたマイクロプリズム４のガラス基板に面した側が
エバネセント光を抽出する面３５aとなる。

【００３６】この型成形を用いた処理においては、特
に、成形用の樹脂として光硬化性（光重合性）の樹脂を
用い、紫外線などの光に対し透明な転写型を用いること
によりマイクロプリズムに適した形状を光硬化処理によ
り製造することができる。このような製造方法は２P（P
hoto‐polymer）法として公知であるので、詳しい説明
は省略する。また、剥離膜６１は、樹脂３６および基板
６０として採用する材料あるいは成形方法により剥離が
容易であれば基板６０とマイクロプリズムとの間に設け
る必要はない。

【００３７】樹脂３６が硬化し転写型をはずした後、図
９に示すように、マイクロプリズム４の底面となる部分
にアルミニウムを蒸着するなどの方法により反射膜４６
をつける。

【００３８】次に、図１０に示すように、マイクロプリ
ズム４に重ねて樹脂３５を塗布し、サポート構造５を製
造する。サポート構造５も、マイクロプリズム４と同様
に種々の方法で製造することが可能であるが、樹脂層３
５としてフッ化系の樹脂、あるいは光重合系の樹脂を用
いれば型成形（２Ｐ法も含む）により簡単に製造するこ
とができる。また、本例においては、サポート構造５の
上方の一部５ａを突出した構造にし、この突出した部分
５ａをアクチュエータ６の上部電極７に機械的に接合す
ることによりマイクロプリズムを駆動できる構造にして
いる。

【００３９】図１０に示した過程で光学素子３としての
機能を果たす構造層（光学素子アレイ層）６５は製造で
きたので、図１１では、映像デバイスあるいは画像表示
装置として用いる光スイッチング素子アレイの光学素子
となるように個々の画素を構成する個々のマイクロ光学
素子３を分離する。このため、個々のマイクロプリズム
４が分離するように、ガラス基板６０の上に積層された
樹脂層３５および３６を垂直方向に桝目状にガラス基板
６０が現れるまでプラズマエッチングなどにより掘る。
そして、光学素子３の間に隙間４７を形成して分離す
る。

【００４０】このようにして、半導体基板２０の上に第
１の微細構造層であるアクチュエータアレイ層２５が製
造され、ガラス基板６０の上に第２の微細構造層である
光学素子アレイ層６５が製造された。このため、図１２
に示すように、第２の基板であるガラス基板６０を反転
して第１の基板である半導体基板２０の上に接合するこ
とによりアクチュエータアレイ層２５の上に光学素子ア
レイ層６５を積層する。この段階で、アクチュエータ６
により光学素子３を駆動するスイッチング素子としての
構造を半導体基板２０の上に構築することができる。

【００４１】本例の光スイッチング素子としてアクチュ
エータ６により光学素子３を駆動するためには、サポー
ト構造５を上電極７に機械的に接続する必要がある。こ
の方法もいくつか提唱することができる。１つの方法
は、陽極接合であり、剥離層６１に伝導性の素材を使用
し、これを一方の電極として上電極７とサポート構造５
に電位を印加して接合することが可能である。現状、陽
極接合できる素材としてはパイレックスとシリコンが知
られている。このため、陽極接合により光学素子３を接
合するには、上電極７としてシリコン（ポリシリコン）
を用い、光学素子（サポート構造も含む）３としてパイ
レックスを用いることが望ましい。

【００４２】また、直接接合によってサポート構造５を
上電極７に接合することも可能である。現状、直接接合
は同じ素材あるいは同質の素材間で行われており、接合
する界面をプラズマ照射して活性化した後に張り合わせ
ることが行われている。このため、上電極７がアルミニ
ウムの場合は、サポート構造５もアルミニウムにより製
造しておくことが望ましい。また、上電極７をシリコン
で製造するのであれば、サポート構造５もシリコンで製
造することができる。

【００４３】材質などの限定を受けにくい接合方法とし
ては、接着剤を用いる方法があり、接合する個所に接着
剤７１を塗布した後にアクチュエータアレイ層２５と光
学素子アレイ層６５とを接合することによりアクチュエ
ータ６と光学素子３とを機械的に接続することができ
る。接着剤７１を所定の個所に塗布する方法としては、
図１５または図１６に示したように、インクジェットプ
リンタの技術を用いることが可能である。すなわち、イ
ンクジェットヘッド７５によりアクチュエータアレイ層
２５あるいは光学素子アレイ層６５の所定の位置に接着
剤７１を塗布することが望ましい。インクジェットヘッ
ド７５は現状で数百ＤＰＩ以上の分解能があり、本例の
映像表示デバイスにおいて各光学素子３あるいはアクチ
ュエータ６の各々に接着剤を塗布するのに十分な機能を
備えている。

【００４４】さらに、塗布された接着剤７１が所定の個
所から拡散してしまうのを防ぐことが望ましい。接着剤
７１の効果が弱くなってしまう可能性があり、また、周
囲に広がると接合すべきもの以外のものが接着されてし
まい、その後の製造工程において障害となる可能性があ
る。このため、本例においては、アクチュエータアレイ
層２５において、上電極７を成形した後に、さらに犠牲
層３４を１層重ね、これによって塗布された接着剤７１
を保持するための凹み４４を形成している。この凹み４
４は、光学素子３のサポート構造５の突出した部分５ａ
と合致する形状となっており、この凹み４４にサポート
構造５を差し込むことによって位置合わせする機能も備
えている。したがって、図１５においては、アクチュエ
ータアレイ層２５に桝目状に配置された凹み４４に対
し、インクジェットヘッド７５により接着剤７１を液滴
状に吐出し、所定の位置に接着剤７１を塗布している。

【００４５】凹みに限らず、突出した部分もその位置に
接着剤７１を塗布することにより周囲に広がるのを防止
することができる。したがって、図１６に示すように、
アクチュエータアレイ層２５の凹み４４の代わりに、ガ
ラス基板６０の上に製造された光学素子アレイ層６５の
サポート構造５の突起部５ａにインクジェットヘッド７
５により接着剤７１を塗布するようにしてもよい。

【００４６】このように、半導体基板２０の上に製造さ
れたアクチュエータアレイ層２５と、ガラス基板６０の
上に製造された光学素子アレイ層６５とを接着剤７１あ
るいはその他の方法により接合し、接合強度が確保され
た後、図１３に示すように、ガラス基板６０を光学素子
アレイ層６５から剥離する。この段階で、半導体基板２
０の上にアクチュエータアレイ層２５に光学素子アレイ
層６５が積層された微細構造体が製造される。

【００４７】さらに、この状態では、まだ、犠牲層は共
に除去されていないので、図１４において、ドライエッ
チングなどの方法により、隙間４７を通して犠牲層３２
および３４を除去する。ここでは、犠牲層３２および３
４を形成するアモルファスシリコンをドライエッチング
するためにフッ化キセノン（ＸｅＦ２）ガス４８が用い
られる。光学素子３をフッ化系の樹脂３５および３６で
構成すれば、光学素子３はＦＸｅガスでは侵食されず、
シリコン製の犠牲層３２および３４は効率よくエッチン
グ除去される。また、電極を構成しているアルミニウム
もフッ化ガスでは侵食されない。したがって、フッ化ガ
スでエッチングすることにより、半導体基板２０および
その上に構成される樹脂およびアルミニウムからなる微
細構造物に影響を与えることなくアモルファスシリコン
の犠牲層３２および３４を除去することができる。さら
に、フッ化ガスによりドライエッチングで除去するの
で、電極間などの狭い隙間なども吸着という問題を起こ
すことなく完全に犠牲層を除去することができ、電極間
に駆動用の空間１２を確実に形成できる。したがって、
信頼性のあるアクチュエータ６を実現できる。

【００４８】このようにして半導体基板２０の上に微細
構造層であるアクチュエータ６および光学素子３が垂直
に積み重ねあわされた映像表示デバイス５０が製造でき
る。したがって、この映像表示デバイス５０と導光板１
とを組み合わせることにより図１および図２に基づき説
明したエバネセント光を利用した光スイッチング素子１
０の技術に基づく映像表示ユニット５５およびプロジェ
クタなどの画像表示装置８０を提供することができる。
さらに、本発明によりエバネセント光を利用したデバイ
ス（光スイッチング素子アレイ）を実際に量産可能な技
術を提供することことが可能となり、この光スイッチン
グ素子アレイは、映像デバイスあるいは画像形成装置に
限らず、光コンピュータ、光プリンタなどの多種多様な
装置に適用することが可能である。

【００４９】以上のように、本例においては、第１の基
板である半導体基板２０の上に第１の微細構造層として
アクチュエータ６としての機能を実現するアクチュエー
タアレイ層２５を製造し、これとは別に、第２の基板で
あるガラス基板６０の上に第２の微細構造層として光学
素子３としての機能を実現する光学素子アレイ層６５を
製造している。そして、それぞれの基板上に製造された
アクチュエータアレイ層２５と、光学素子アレイ層６５
を接合し、その後、ガラス基板６０を剥離することによ
り半導体基板２０の上に微細構造層が積層された構造の
光スイッチング素子としての微細構造体を構築するよう
にしている。

【００５０】このため、アクチュエータアレイ層２５の
欠陥のない、あるいは欠陥率が所定の基準に達したも
の、またはそのような部分と、光学素子アレイ層６５の
欠陥のない、あるいは欠陥率が所定の基準に達したも
の、またはそのような部分とを組み合わせることにより
映像表示デバイス５０を製造することができる。すなわ
ち、本例の製造方法では、アクチュエータアレイ層２５
と、光学素子アレイ層６５とを別々の基板上に製造する
ことにより、アクチュエータ６と、光学素子３の良品同
士を使用できる。したがって、アクチュエータ６と、光
学素子３が積層した構造の映像表示デバイス５０の歩留
まりを飛躍的に向上することができる。

【００５１】特に、従来のアクチュエータ６に光学素子
３を積み重ねながら製造する方法では、製造コストは比
較的低い光学素子３を作りこむときに欠陥があると、上
部に微細構造のアクチュエータ６が製造された高価な半
導体基板２０が無駄になってしまう。これに対し、本例
の製造方法では、光学素子３を製造するときに欠陥が発
生してもアクチュエータアレイ層２５、さらにはそのア
クチュエータアレイ層２５が上部に構築された高価な半
導体基板２０を無駄にならない。したがって、半導体基
板上にミクロンオーダあるいはサブミクロンオーダの構
造物が成形され、製造コストが高価になりやすい映像表
示デバイスの製造コストを低減することが可能となる。

【００５２】さらに、本発明の製造方法においては、ア
クチュエータアレイ層２５および光学素子アレイ層２５
といった各々の微細構造層を各々の基板上に製造するこ
とができる。したがって、相互の微細構造層の影響を受
けずに微細構造層を製造することができる。すなわち、
アクチュエータアレイ層２５にマイクロマシンとしての
性能上は問題なくても、その上部にマイクロ光学素子を
製造する上では障害となるような欠陥があったとして
も、本例の製造方法では、マイクロ光学素子がマイクロ
マシンとは別工程で製造されるので、その影響を受けず
にすむ。したがって、この点でも、本例の製造方法によ
り微細構造層が積層された微細構造体の歩留まりを向上
でき、信頼性のさらに高い製品を提供することが可能と
なる。

【００５３】また、本発明の製造方法においては、特に
接着剤を用いて接合すると、アクチュエータ６あるいは
光学素子３に多少の公差があった場合であっても、それ
らを接着剤７１によって接合するときに接着剤７１の厚
みの範囲内においてそのような公差を吸収し、いっそう
精度の高い製品を提供することも可能となる。

【００５４】さらに、アクチュエータ６と、光学素子３
とを別々の工程により製造することができるので、それ
ぞれの部品（微細構造層）に対し最適な材料およびプロ
セスをそれぞれの部品を製造することができる。たとえ
ば、光学素子アレイ層６５を素子分離する際に、アクチ
ュエータ６を構成する部品、たとえば梁や電極に影響を
与えるガスを用いてエッチングすることが可能となる。
したがって、相互に最適なプロセス設計が可能となり、
この点でも、製造コストを低減でき、より性能の高い製
品を提供することができる。

【００５５】また、各々の微細構造層を別々に製造する
ので、それぞれの微細構造層の製造過程を各々管理する
ことが可能となる。したがって、これらの微細構造層を
同時に、あるいはシーケンシャルで製造する必要はな
く、いずれか一方の微細構造層を先行して製造してスト
ックしておくことも可能である。このため、本発明の製
造方法はフレキシブルなものであり、たとえば、ストッ
クした両基板あるいはその上の構造物の欠陥がない部分
を組み合わせて映像表示デバイスといった微細構造体を
製造することが可能となる。このように、本発明の製造
方法により製造工程のフレキシビリティーが増し、いず
れか一方の基板または微細構造層に欠陥が発生した場合
であっても全体としてのロスを大幅に低減することがで
きる。

【００５６】このように、本例の製造方法は歩留まりを
大幅に改善できるのみならず、上記のようなさまざまな
メリットを備えている。そして、本例の製造方法による
製品はアクチュエータ６に光学素子３が積層された構成
であることは変わりなく、それらが順番に積み重ねられ
て製造されたか、別々に製造された後に接合されたかの
違いがあるだけである。したがって、上述したように性
能あるいは精度の向上が望めるという利点はあるが、先
に説明したアクチュエータ６の上に光学素子３をシーケ
ンシャルに積み重ねて製造した映像表示デバイスと機能
および性能が同様の映像表示デバイス５０を本発明の製
造方法により製造し、提供することが可能である。

【００５７】さらに、上記に開示した本例の製造方法に
おいては、インクジェットヘッドを用いて接着剤を塗布
することにより必要最小限の接着剤を必要な個所にのみ
配置することが可能となる。したがって、インクジェッ
トヘッドを用いることにより製造コストを下げられるの
みならず、品質も良好な映像表示デバイスを提供でき
る。

【００５８】また、アクチュエータアレイ層２５を製造
する際の犠牲層を基板６０の光学素子アレイ層６５と重
ね合わせ、さらに、基板６０を剥離した後に除去するよ
うにしており、最終的な製品になるまで犠牲層によって
アクチュエータ６の構造を保護できるようにしている。
したがって、光学素子アレイ層６５と接合するときにア
クチュエータが破損するなどの歩留まりの低下につなが
る危険を未然に防止することができる。

【００５９】なお、本例では、上述したように、上下電
極を備えた静電型のマイクロアクチュエータによりマイ
クロ光学素子を駆動する光スイッチング素子がアレイ状
に配置された映像表示デバイス５０を例に本発明を説明
している。しかしながら、本発明の対象となるものはこ
れに限定されることはなく、たとえば、中間電極を備え
たアクチュエータ、ピエゾ素子を用いたアクチュエータ
などの他の構成のアクチュエータを備えたデバイスにも
適用できる。また、エバネセント光をオンオフする光学
素子に代わり、アクチュエータにより上下に動くことで
反射方向を変えてスイッチングするような光学素子を備
えたデバイスも本発明の製造方法により製造することが
できる。もちろん、アクチュエータに駆動される対象は
光学素子に限定されることはなく、マイクロバルブなど
のように機械的に流体あるいは光などをオンオフするデ
バイスなどにも本発明の製造方法を適用することができ
る。

【００６０】また、ミクロンオーダより大きな構造物を
製造する際にも本発明を適用することが可能であるが、
そのようなサイズの構造物になれば基板上に転写型ある
いはフォトリソグラフィー技法によって製造する要求は
少なくなり歩留まりの改善率はそれほど高くならないで
あろう。したがって、本発明はミクロンオーダ、あるい
はサブミクロンオーダさらにはそれより小さな微細構造
層を備えたデバイスの製造に適している。

【００６１】また、本例では、アクチュエータ層と光学
素子層の２層が積層された構造の微細構造体（デバイ
ス）に基づき説明しているが、２層に限定されることは
なく、３層以上の微細構造層を備えた構造体を製造する
ことも可能である。このような構造の微細構造体におい
ては、いずれか一方の基板に２層を積み重ねて製造し、
他方の基板と接合する製造方法を採用することも可能で
ある。また、３層以上の微細構造層を３つ以上の基板に
それぞれ製造し、順次接合していく製造方法を採用する
ことも可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、複数の微細構造層を積層した構成の微細構造体を製
造する際に、複数の基板上に微細構造層を別々のプロセ
スにより製造し、それらを検査した後に接合する製造方
法およびその製造方法により製造される微細構造体を提
供している。したがって、各々のプロセスにより製造さ
れた良品の微細構造層同士を接合して最終製品にするこ
とができるので、最終製品の歩留まりを向上することが
できる。さらに、各々のプロセスにより製造される微細
構造層を製造することにより、良品の上に他の微細構造
層を製造した際に生じた欠陥によって良品が無駄になる
事態も防止できる。したがって、本発明により品質の高
い微細構造体を低コストで提供することが可能となる。

【００６３】本発明は本願出願人が鋭意開発を進めてい
るエバネセント光を利用した映像表示デバイスに適用す
ることが可能である。したがって、本発明により低コス
トで品質の良い、エバネセント光をりようした映像表示
デバイス、およびこの映像表示デバイスを用いたプロジ
ェクタなどの画像表示装置を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】エバネセント光を利用した映像表示デバイスを
用いたプロジェクタの概要示す図である。

【図２】エバネセント光を利用した映像表示デバイスの
概要を示す図である。

【図３】エバネセント光を利用した映像表示デバイスの
異なる例を示す図である。

【図４】半導体基板の上にアクチュエータを製造するプ
ロセスを示す図であり、第１の電極層を形成した状態を
示す図である。

【図５】半導体基板の上にアクチュエータを製造するプ
ロセスを示す図であり、第１の電極層の上に第１の犠牲
層を形成した状態を示す図である。

【図６】半導体基板の上にアクチュエータを製造するプ
ロセスを示す図であり、第１の犠牲層の上に第２の電極
層（ばね層）を形成した状態を示す図である。

【図７】半導体基板の上にアクチュエータを製造するプ
ロセスを示す図であり、第２の電極層の上に第２の犠牲
層を形成した状態を示す図である。

【図８】ガラス基板上に光学素子を製造するプロセスを
示す図であり、マイクロプリズムを成形した状態を示す
図である。

【図９】ガラス基板上に光学素子を製造するプロセスを
示す図であり、マイクロプリズムに反射層を成形した状
態を示す図である。

【図１０】ガラス基板上に光学素子を製造するプロセス
を示す図であり、サポート構造を成形した状態を示す図
である。

【図１１】ガラス基板上に光学素子を製造するプロセス
を示す図であり、光学素子を分離した状態を示す図であ
る。

【図１２】半導体基板上に製造したアクチュエータアレ
イ層に、ガラス基板上に製造した光学素子アレイ層を接
合する様子を示す図である。

【図１３】接合した後にガラス基板を剥離する様子を示
す図である。

【図１４】犠牲層を除去する様子を示す図である。

【図１５】インクジェットヘッドによりアクチュエータ
アレイ層に接着剤を塗布する様子を示す図である。

【図１６】インクジェットヘッドにより光学素子アレイ
層に接着剤を塗布する様子を示す図である。

【図１７】従来の液晶を用いた映像表示デバイスを示す
図である。

【符号の説明】

１ 導光板 ２ 照明光 ３ 光学素子 ４ マイクロプリズム ５ V型のサポート構造 ６ アクチュエータ ７ 上電極およびばね構造 ８ 下電極 ９ アンカー １０ 光スイッチング素子 １１ ポスト（支柱） ２０ 半導体基板 ２５ アクチュエータアレイ層 ３２、３４ 犠牲層 ５０ 映像表示デバイス ５５ 映像表示ユニット ６０ ガラス基板 ６５ 光学素子アレイ層 ７１ 接着剤 ７５ インクジェットヘッド ８０ プロジェクタ

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の微細構造層と、第２の微細構造層
   とを有する微細構造体の製造方法であって、 前記第１の微細構造層を第１の基板上に製造する工程
   と、 前記第２の微細構造層を第２の基板上に製造する工程
   と、 これら第１および第２の微細構造層を接合する工程とを
   有する微細構造体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１および第２
   の微細構造層を接合した後に前記第１または第２の基板
   を剥離する工程を有する微細構造体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記第１の微細構造
   層と第１の基板、または第２の微細構造層と第２の基板
   の間に剥離用の層を製造する工程を有する微細構造体の
   製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記第１および第２
   の微細構造層を接着剤、直接接合または陽極接合により
   接合することを特徴とする微細構造体の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記第１および第２
   の微細構造層の少なくともいずれかは、接合用の接着剤
   を部分的に塗布する構造を有する微細構造体の製造方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５において、部分的に塗布する構
   造は突起または凹みであることを特徴とする微細構造体
   の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１において、接合する工程の前
   に、前記第１または第２の微細構造層の所定の個所にイ
   ンクジェットヘッドにより接着剤を塗布する工程を有す
   る微細構造体の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記第１および第２
   の微細構造層の少なくともいずれかは製造後に除去され
   る犠牲層を用いて製造され、前記接合する工程の後に犠
   牲層を除去する工程を有する微細構造体の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８において、前記第１の微細構造
   層を製造する工程および前記第２の微細構造層を製造す
   る工程のいずれかにおいて、前記犠牲層により前記第１
   及び第２の微細構造層を接合するための接着剤を部分的
   に塗布する構造を成形することを特徴とする微細構造体
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記接着剤を部分
    的に塗布する構造は凹みであることを特徴とする微細構
    造体の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項８において、前記第１または第
    ２の基板を剥離する工程を有し、前記犠牲層を除去する
    工程は前記剥離する工程の後に行う微細構造体の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項１において、前記第１の微細構
    造層はマイクロアクチュエータであり、前記第２の微細
    構造層はマイクロ光学素子である微細構造体の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１において、前記第１の微細構
    造層はマイクロアクチュエータが２次元に配置されたア
    クチュエータアレイ層であり、前記第２の微細構造層は
    マイクロ光学素子が２次元に配置された光学素子アレイ
    層である微細構造体の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記第２の微細
    構造層を製造する工程は、前記光学素子アレイ層をマイ
    クロ光学素子に分離する工程を備えている微細構造体の
    製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１３において、前記マイクロア
    クチュエータは静電アクチュエータであり、前記マイク
    ロ光学素子はエバネセント光による光スイッチングを行
    うマイクロプリズムである微細構造体の製造方法。
16. 【請求項１６】 マイクロアクチュエータが２次元に配
    置されたアクチュエータアレイ層を第１の基板上に製造
    する工程と、 マイクロ光学素子が２次元に配置された光学素子アレイ
    層を第２の基板上に製造する工程と、 これらアクチュエータアレイ層と光学素子アレイ層を接
    合する工程と、 第２の基板を剥離する工程とを有する映像表示デバイス
    の製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、前記マイクロア
    クチュエータは静電アクチュエータであり、前記マイク
    ロ光学素子はエバネセント光による光スイッチングを行
    うマイクロプリズムである映像表示デバイスの製造方
    法。
18. 【請求項１８】 第１の微細構造層と、第２の微細構造
    層とを有し、これら第１および第２の微細構造層が接着
    剤、直接接合または陽極接合により接合されている微細
    構造体。
19. 【請求項１９】 請求項１８において、前記第１および
    第２の微細構造層の少なくともいずれかは、接合用の接
    着剤を部分的に塗布する構造を有する微細構造体。
20. 【請求項２０】 請求項１９において、部分的に塗布す
    る構造は突起または凹みであることを特徴とする微細構
    造体の製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項２０において、前記第１の微細
    構造層はマイクロアクチュエータであり、前記第２の微
    細構造層はマイクロ光学素子である微細構造体。
22. 【請求項２２】 請求項２０において、前記第１の微細
    構造層はマイクロアクチュエータが２次元に配置された
    アクチュエータアレイ層であり、前記第２の微細構造層
    はマイクロ光学素子が２次元に配置された光学素子アレ
    イ層である微細構造体。
23. 【請求項２３】 請求項２２において、前記マイクロア
    クチュエータは静電アクチュエータであり、前記マイク
    ロ光学素子はエバネセント光による光スイッチングを行
    うマイクロプリズムである微細構造体。
24. 【請求項２４】 請求項２２または２３に記載の微細構
    造体と、 前記アクチュエータを駆動する回路とを有する映像表示
    デバイス。
25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の映像表示デバイス
    と、この映像表示デバイスに対し表示用の光を入出力す
    る手段とを有する画像表示装置。