JP2001242400A

JP2001242400A - 微細構造体および映像表示デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2001242400A
Application number: JP2000055872A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Yamada; 周平山田; Kosuke Fukui; 甲祐福井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】型転写により微細構造を製造する際に、構造
体の厚み方向の制御を高精度で行え、歩留まりが高く、
品質の安定した微細構造体の製造方法を提供する。【解決手段】基板上にスピンコートにより厚みが管理
されたレジスト層７５を形成し、チップを製造する予定
の領域２３の周囲にフォトリソグラフィ技術によりスペ
ーサ７０を形成する。転写型６９をスペーサ７０に当て
ることにより成形する樹脂６０の厚みを高精度で管理で
きる。このため、型転写により微細構造の成形されたチ
ップ２２を精度良く製造することが可能となり歩留まり
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】型転写を用いて樹脂製の微細
構造物を形成するマイクロレプリカ技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、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の小型化がいっそう進んで
おり、映像デバイスも非常に小型化されている。このた
め、ミクロンオーダあるいはサブミクロンオーダの光学
素子およびそれを搭載した映像表示デバイスの開発が盛
んに行われている。同様に、光通信、光演算、ホログラ
ムメモリー等の光記録装置、光プリンターなどでは、高
解像度および高速応答が要求されるシステムのデバイス
としても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
た光学系のデバイスの開発が鋭意進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１に、本願出願人が
開発を進めているエバネセント波（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。この映
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、ミクロンオーダで光学素子（マイクロ
光学素子）およびアクチュエータ（マイクロアクチュエ
ータ）を製造すると共に、これらを２次元などにアレイ
状に配置したデバイスをチップサイズにまとめることに
より、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
に積層でき、１つの映像表示デバイスとして集積化され
たものを提供することができる。

【０００４】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１
の左側に示した光スイッチング素子１０ａ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（光ガイド）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。

【０００５】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１１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）。

【０００６】図１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
にエバネセント波と呼ぶ。このエバネセント波は、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。

【０００７】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。一方、光スイッチング素子１０
ｂ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。

【０００８】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１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５５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
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１０
０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。

【０００９】さらに、上述したように、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５５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。

【００１０】エバネセント光を用いたスイッチングデバ
イスは図１に示したものに限定されず、たとえば、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
を設け、この中間電極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。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。

【００１１】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。

【００１２】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、上述したように多数のマイクロ光
学素子をアクチュエータで駆動するタイプであり、全反
射面に対しサブミクロンオーダあるいはそれ以下の動き
により光をオンオフする。したがって、高速化が容易で
ある反面、寸法精度の高いマイクロ光学素子が要求され
る。さらに、光の透過性に優れているなどの光学的な性
質も優れている素材によりマイクロ光学素子を製造する
必要がある。これらの要求を満たすため、本願の発明者
らは樹脂層に型転写することによりマイクロストラクチ
ャを成形するマイクロレプリカ技術を開発した。この型
転写を用いる製造方法では、２枚の基板間（１枚の基板
は形状を転写する型）に樹脂材を挟み込み、両側から圧
力をかけながら、またはかけた後に、光または熱により
硬化させることにより所定のミクロンオーダあるいはそ
れ以下の形状を備えた樹脂層が成形される。

【００１３】小さな素子がアレイ状に配置されたデバイ
スを製造する場合は、基板に５インチ、８インチ等のウ
エハを用い、チップサイズのデバイスをウェハ上にアレ
ンジして一度にいくつものデバイス（チップ）を同時に
製造するのが経済的である。しかしながら、ウェハ上に
配置されるどのデバイスのどのスイッチング素子におい
ても、それぞれのマイクロ光学素子がほぼ同じ厚さにな
るにためには、ウェハと、そのウェアにおしつけられる
転写型の全ての部分に均一な圧力を加えなければならな
い。そのためには、上下に配置されたウェハおよび転写
型のプレス面の平行度を秒単位（角度）で制御する必要
があるが、そのようなことは不可能である。したがっ
て、微視的にはマイクロレプリカ技術で精度の高いスイ
ッチング素子あるいはデバイスを製造することが可能で
あるが、量産化したときに同様の精度でデバイスを製造
することは不可能である。

【００１４】たとえば、表面処理された基板に樹脂を塗
布し、シリコン基板にエッチングにより形状を作り込ん
だ型（転写型）とで挟み込んで膜厚の制御されたサンプ
ルを製造するという実験を行う。基板には、ウェハサイ
ズのガラス基板を採用し、さらにそれぞれの表面には密
着性を上げるためにシリコンカップリング剤で表面処理
を施しておく。例えば、信越化学工業製のKBM５１０３
をスピンナーで塗布後、１００℃で１０分間ベークす
る。このような処理を行った２枚の基板で、紫外線硬化
型のモノマー、アクリレートまたはメタクリレートモノ
マー等の樹脂剤を挟み、両側から０．０１Kg／ｍｍ²程
度の圧力が加えられる。本例では、樹脂にアクリレート
系の新日鉄化学製のV−２４００ＰＥＴを用いた。さら
に、圧力を加えた後に、３５０ｎｍ程度の紫外線（Ｕ
Ｖ）を１０００ｍＪ／ｃｍ²照射して、サンプルを形成
する。

【００１５】このサンプルの膜厚のばらつきは１０μｍ
程度となり、エバネセント光を用いた光学デバイスを同
様の方法で歩留まり良く製造できるとは判断されない。
すなわち、希望する厚さあるいは精度の光スイッチング
素子を持ったチップが１枚のウエハから取れる割合、す
なわち、歩留まりが低いので製造コストが非常に高くな
る。また、光スイッチング素子、特に光学素子が希望す
る厚さに対して厚かったりあるいは薄かったりすること
より、この方法により製造された光学素子、光スイッチ
ング素子を有するデバイスあるいはチップの特性が設計
通りにならない。また、１つのチップ内の素子の中にも
バラツキが発生する可能性があり、単体の特性的にも問
題が出やすい。

【００１６】大量生産するときに、上記のように厚みが
精度良く制御できないという問題は他のデバイス、たと
えば、マイクロレンズアレイなどをマイクロレプリカ技
術により製造したときにも解決しなければ問題である。

【００１７】そこで、本発明においては、マイクロレプ
リカ技術により微細構造体を備えたデバイスを量産する
際に、厚みを精度良く管理することができ、高品質のデ
バイスあるいはチップを歩留まり良く低コストで製造可
能にすることを目的としている。特に、高速スイッチン
グが可能なエバネセント光を利用する光スイッチング素
子を採用した映像表示デバイスでは、上述したようにサ
ブミクロンオーダの膜厚管理が要求されており、そのよ
うなデバイスも歩留まり良く、安定して製造できる製造
方法を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、型転写により微細構造を成形する前に、型転写に
当たり、微細構造の厚み方向の寸法を決定できるスペー
サを予め成形し、転写型と基板との平行度を秒単位まで
管理しなくても厚みをミクロン単位あるいはそれ以下で
管理できるようにしている。そして、このスペーサを、
ウェハに配置されるチップの間などの製品として使用さ
れないグループ単位の構成の隙間の領域に配置すること
により、ウェアの効率を減ずることなく厚みが管理でき
るようにしている。また、微細構造グループ単位で、そ
の間にスペーサを設けることにより、転写型との基板と
の間をいっそう均等に保つことができ、各々の微細構造
グループ内および微細構造グループ同士の厚みを一定に
管理できる。したがって、歩留まりを大幅に向上でき
る。

【００１９】すなわち、本発明の微細構造の製造方法
は、基板上に第１の樹脂を塗布した後、転写型を加圧し
て複数の微細構造グループを基板上に成形する工程と、
この成形する工程の前に、基板上の微細構造グループが
成形される予定領域の間、またはそれら予定領域の外側
に、転写型の一部と当たり微細構造グループの厚さ方向
のサイズを規定するスペーサを成形する準備工程とを有
することを特徴としている。

【００２０】さらに、微細構造の製造過程を、転写型を
用いて実際に微細構造を成形する工程と、厚みを管理す
るための準備工程に分けることにより、厚みを管理する
準備工程の手段として、型転写ではなく、より厚みを均
一にすることができる手法を採用することができる。す
なわち、準備工程では、基板上に第２の樹脂をスピンコ
ート法またはフレキソ印刷法により塗布し、フォトリソ
グラフィ技術によりスペーサを成形するといった、微細
な構造の膜厚管理の手法として確立したものを転写型で
微細構造体を製造する方法の一環として導入することが
できる。このため、微細構造の厚みのばらつきを１桁あ
るいはそれ以上改善することが可能となり、上述したよ
うな条件で製造したときに、本発明を適用することによ
りサンプルの厚みのばらつきを１ミクロンあるいはそれ
以下の抑えることができる。したがって、エバネセント
光を用いたデバイスを製造するのに十分な精度を量産段
階で確保することができる。

【００２１】スペーサと型転写により成形される微細構
造体は素材が異なっても良いが、同一の素材、すなわち
樹脂で成形すれば熱膨張係数などの物理的性質が同じで
あるので製造中の条件を管理することが容易となり、さ
らに寸法精度が良いものを製造でき、歩留まりを改善で
きる。また、微細構造グループはウェハを用いた量産工
程ではチップ単位であることが適当である。

【００２２】本発明の製造方法により、樹脂製の微細構
造体をミクロンオーダあるいはサブミクロンオーダの精
度で量産できる。したがって、マイクロ光学系の微細構
造体、特に、光学素子がアレイ状に配置されたマイクロ
光学素子アレイを製造するのに適している。また、スペ
ーサは基板の上に直に製造する場合に限られない。基板
上にアレイ状に配列されたマイクロアクチュエータおよ
びこれらのマイクロアクチュエータを製造するための犠
牲層が積層された他の構造層が予め形成されている場合
でも、準備工程で他の構造層に重ねてスペーサを成形す
ることにより、マイクロアクチュエータ層に重ねてマイ
クロ光学素子層を備えたデバイスを製造できる。

【００２３】すなわち、本発明は、マイクロアクチュエ
ータがアレイ状に配置されたアクチュエータアレイ層を
基板上に製造する工程と、このアクチュエータアレイ層
の上にマイクロ光学素子がアレイ状に配置された光学素
子アレイ層を製造する工程とを有し、光学素子アレイ層
を製造する工程は、アクチュエータアレイ層の上に第１
の樹脂を塗布した後、転写型を加圧し、平面的に配列さ
れた複数の光学素子アレイ層を成形する工程と、この成
形する工程の前に、アクチュエータアレイ層または基板
上の光学素子アレイ層が成形される予定領域の間、また
はそれら予定領域の外側に、転写型の一部と当たり光学
素子アレイ層の厚さ方向のサイズを規定するスペーサを
成形する準備工程とを備えている映像表示デバイスの製
造方法も含まれており、これにより、高品質の映像表示
デバイスを歩留まりが良く製造することができる。した
がって、マイクロアクチュエータが静電アクチュエータ
であり、マイクロ光学素子はエバネセント光により光ス
イッチングを行うマイクロプリズムであるエバネセント
光を用いた映像表示デバイスを、低コストで量産するこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に図１に示したエバネセント
光を利用した光スイッチングデバイス５０の製造方法を
参照しながら本発明を説明する。

【００２５】まず、図２ないし図５に示すようにアクチ
ュエータ６を製造する。図２に示すように、ＣＭＯＳ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。

【００２６】図３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。

【００２７】図４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。

【００２８】さらに、図５に示してあるように、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、ア
クチュエータ部６の上にマイクロ光学素子３との接続部
分４４を形成する。

【００２９】この段階で、アクチュエータ６としての機
能を果たす微細構造層（アクチュエータアレイ層）２５
が形成されたので、この層２５の上に型転写により光学
素子３として機能を果たす微細構造層を成形する工程に
移行する。

【００３０】図６に、光学素子３として機能する光学素
子アレイ層２６を製造する工程の概略を示してある。ま
ず、図５に示した段階で、図６（ａ）に示すようにウェ
ハ状の半導体基板２０の表面にアクチュエータアレイ層
２５が形成された状態になっている。このため、図６
（ｂ）に示すように、アクチュエータアレイ層２５の上
に、レジスト７５をスピンコート法により均一な厚みで
塗布する。そして、図６（ｃ）に示すようにレジスト７
５をマスクを用いて露光および現像し、スペーサ７０と
なる部分を残して他のレジストを除去する。

【００３１】図７に、ウェハ状２４の半導体基板２０の
上にスペーサ７０が形成された状態を示してある。この
ウェハ２４は１枚から３５個のチップ２２が製造できる
ようにデザインされており、ウェハ２４に３５個分のチ
ップ２２を形成する領域（予定領域）２３が設定されて
いる。そして、アクチュエータアレイ層２５において
は、これらの領域２３にマイクロアクチュエータ６がア
レイ状に形成されている。これらの予定領域２３の間隔
ｄは２〜３ｍｍ程度であり、本例においては、これらの
予定領域２３の間のデバイスの性能に影響を与えない領
域２９を利用してスペーサ７０を形成している。さら
に、ウェハ２４の外周に沿った領域２８も予定領域２３
が配置されていない領域であり、この面積も利用してス
ペーサ７０を形成している。

【００３２】各チップを形成するため予定領域２３の間
の領域２９には直径が１ｍｍ程度の円形状（柱状）のス
ペーサ７０ａを合計４２個所に形成している。また、ウ
ェハ２４の周囲の領域２８には、直径が５ｍｍ程度のス
ペーサ７０ｂを合計４箇所に形成している、これらのス
ペーサ（土手あるいは貝柱とも発明者らは称している）
７０ａおよび７０ｂの総面積はウェハ２４の総面積の数
パーセント程度になる。これらのスペーサ７０ａおよび
７０ｂ（以降においてはスペーサ７０）はスピンコート
したレジスト７５をフォトリソグラフィ技術により成形
している。スピンコート法により塗布しているために、
スペーサ７０の厚みの精度は非常に高くサブミクロンオ
ーダで制御できる。そして、膜厚が精度良く管理された
レジスト層７５をフォトリソグラフィ技術により成形し
ているので、膜厚の精度を劣化させることなくスペーサ
７０を形成することができる。スピンコート法の代わり
に、フレキソ印刷技術を用いてレジスト層７５を形成す
ることも可能である。

【００３３】以上の工程でチップの予定領域２３の間の
領域２９およびウェハの外周領域２８にスペーサ７０を
成形する準備工程が終了する。したがって、図６（ｄ）
に示すように、光学素子アレイ層２６を形成するための
樹脂６０をチップ予定領域２３に塗布する。さらに、樹
脂６０の上から転写型６９を当て、ウェハ基板２４と転
写型６９で樹脂６０を挟み込んで圧力を掛け、型転写に
より光学素子アレイ層２６を形成する。このとき、転写
型６９はスペーサ７０に当たるので、転写型６９とウェ
ハ基板２４あるいはアクチュエータアレイ層２５との厚
み方向の寸法は精度良く保持される。特に、本例におい
ては、スペーサ７０が上述したようにスピンコートによ
り膜厚管理されており、さらに、各チップとなる領域２
３の両側にスペーサ７０が配置されている。したがっ
て、ウェハ２４の表面に極めて精度の良いスペーサ７０
が狭いピッチで数多く配置されている状態となってい
る。このため、これらのスペーサ７０に当てるように転
写型６９を設置するだけで光学素子アレイ層２６の厚み
方向の寸法を精度良く出すことができる。

【００３４】本例のエバネセント光を用いたデバイスで
は、後述するように光学素子アレイ層２６を２回に分け
て型成形しているが、スペーサ７０を設けておくことに
より、何枚の型を使用する場合でも、それらによって形
成される樹脂層の厚み方向の寸法を精度良く管理でき
る。その結果、図６（ｅ）に示すように、アクチュエー
タアレイ層２５の上に精度の高い光学素子アレイ層２６
を備えた複数のチップ２２が形成された基板が製造され
る。そして、図６（ｆ）に示すように、チップ２２の
間、すなわち、スペーサ７０が形成された領域２９をダ
イシングすることによりチップ２２が完成する。したが
って、本例により製造された各チップは厚み方向の寸法
が極めて安定しておりばらつきが小さい。このため、歩
留まりが良く低コストで製造できる。さらに、個々のチ
ップ２２の中のばらつきも小さくなるので、性能の良い
画像表示デバイスを提供できる。

【００３５】上述したガラス基板を用いて膜厚のサンプ
ルを製造した比較例との差を見るために、同様にガラス
ウエハ（基板）を用いて本発明の製造方法に従ってサン
プルを製造した。まず、密着性を上げるために、ガラス
基板の表面をシリコンカップリング剤で表面処理をす
る。本例では、信越化学工業製のKBM５１０３をスピン
ナーで塗布後１００℃で１０分程ベークする。その後
に、基板上にスピンコートによりアクリレートまたはメ
タクリレートモノマーを含むネガ型のレジスト（本例で
はアクリレート系の新日鉄化学のV−２５９ＰＡ）を１
０μｍの厚さにコーティングする。なお、ポジ型のレジ
ストを用いることも可能である。その後、８０℃で１０
分間乾燥させ、スペーサの形状がパターニングされてい
るマスクを介して３５０ｎｍの紫外線（UV）を照射し２
００ｍＪ／ｃｍ²で露光する。この後に、専用の現像液
（V−２５９０D）に１００秒ほど浸けて現像を行い、ス
ペーサが形成されたガラス基板を形成した。

【００３６】このスペーサが形成されたガラス基板とエ
ッチングにより形状を作りこんだ型（転写型、マイクロ
レプリカ）との間に、紫外線硬化型のモノマー、アクリ
レートまたはメタクリレートモノマー等の樹脂剤、本例
ではアクリレート系の新日鉄化学のV−２４００ＰＥ
Ｔ、を挟み両側から０．０１Kg／ｍｍ²程度の圧力を加
え、光重合させるために、３５０ｎｍの紫外線を１００
０ｍＪ／ｃｍ²照射して樹脂層を備えたサンプルを形成
した。このような工程で成形されたサンプルの膜厚のば
らつきは１μｍ以下であった。したがって、先に説明し
たスペーサのない方法によるサンプルの膜厚のばらつき
が１０μｍ程度であったのに対し、本発明によりばらつ
きを１桁あるいはそれ以上小さくすることができた。

【００３７】同様の効果は、以下に説明するエバネセン
ト光を抽出するマイクロ光学素子においても期待するこ
とができ、寸法精度が良く、光学特性に優れた光学素子
アレイ層を製造することができる。

【００３８】図８ないし図１０に、マイクロ光学素子３
を製造する過程をさらに詳しく示してある。まず、図８
に示すように、アクチュエータアレイ層２５の上に樹脂
３５を塗布し、光学素子３のマイクロプリズム４をサポ
ートするようにＶ字型になった構造５を製造する。この
ため、樹脂３５の上にエッチングなどにより予めＶ字型
に成形された転写型６１を合わせ、圧力をかける。この
転写型６１は、上記にて成形したスペーサ７０に当たっ
てアクチュエータアレイ層２５との間隔が決定される。
したがって、転写型の傾きを秒単位で管理することをト
ライする必要もなく、ウェハ全体にわたり厚み方向が設
計通りになった構造層５を成形することができる。樹脂
層３５として光重合性の樹脂、例えばアクリレート系の
樹脂を用い、紫外線などの光に対し透明な転写型６１を
用いることによりサポート構造５の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
（Photo‐polymerization）法として公知であるので、
詳しい説明は省略する。さらに、転写型６１をサポート
するスペーサ７０と樹脂層３５の材質は同じまたは物性
の傾向が同じものであることが望ましい。物性が似てい
ると温度、湿度あるいは薬品などに対する反応が似てい
るので製造しやすく、また、熱膨張の差などに起因する
寸法誤差も生じにくい。

【００３９】このように型成形されたサポート構造５の
上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。そ
の後、樹脂３６を塗布し、マイクロプリズム４を成形す
る。マイクロプリズム４もその表面がエバネセント光を
抽出する面となるので精度良く成形する必要がある。こ
のため、表面を形成する転写型６２を設置し、圧力をか
ける。この転写型６２も上記で成形したスペーサ７０に
当てて精度を厚み方向の精度を出すことが可能である。
マイクロプリズム４も、上記と同様に成形用の樹脂３６
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６２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（２Ｐ法）により
製造することができる。このようにして、本例において
は光学素子アレイ層２６が成形される。そして、スペー
サ７０を用いているので、製造のばらつきはサブミクロ
ンオーダに収まり、各々のチップあるいは微細構造のグ
ループ単位での精度が向上することはもちろん、ウェハ
全体の寸法のばらつきが非常に少なくなるので歩留まり
が向上する。このため、本発明により、高品質のデバイ
スを低コストで量産することができる。

【００４０】図９まで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）２６は製造
できたので、図１０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が分離するように樹脂層３５および３６を垂直方向
にアクチュエータアレイ層を構成する犠牲層３４が表れ
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の間に隙間を形成して分離する。この状態で
は、まだ、犠牲層は共に除去されていないので、さら
に、ドライエッチングなどの方法により、マイクロプリ
ズムの隙間４７を通して犠牲層３２および３４を除去す
る。

【００４１】ここでは、犠牲層３２および３４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）ガスが用いられる。光学素
子３をアクリル系の樹脂３５および３６で構成すれば、
光学素子３はＸｅＦ₂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キ
セノンガスでは侵食されない。したがって、フッ化キセ
ノン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、フッ化キセノン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。

【００４２】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１０の技術に
基づく映像表示ユニット５５を提供することができる。
このように、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。

【００４３】特に、本例の製造方法においては、型転写
により製造される樹脂層の厚みを決定するためのスペー
サを型転写する工程とは別に準備工程として設けてお
り、この工程ではスピンコートあるいはフレキソ印刷い
った型転写に比較すると厚み管理の容易な方法を適用で
きる。したがって、本例の製造方法は、表面などの微細
な構造を精度良く製造できる転写型を用いた製造工程
と、膜厚を精度良く制御できるスピンコート法などの半
導体をベースした製造技術がベストミックスされたもの
であり、今後のマイクロレプリカ技術として非常に有用
なものである。特に、本発明に係る微細構造体の製造方
法では、マイクロレプリカ技術の弱点であった厚み方向
のばらつきをサブミクロンオーダまでに縮めることがで
き、上記にて例示したエバネセント光を用いた映像表示
デバイスを量産するための技術としては重要なものであ
る。

【００４４】なお、上記では、半導体基板上に静電アク
チュエータと、光学素子が垂直に積み重ねられた光スイ
ッチング素子を例に説明しているが、ピエゾ効果などの
他の電気機械的な効果を用いたアクチュエータを構築す
ることももちろん可能である。また、スイッチングする
対象はエバネセント波に限定されることはなく、他の光
学系においてスイッチング作用を示す光学素子アレイも
同様に製造することができる。もちろん、スイッチング
の対象は光に限らず、流体などの他の媒体であってもよ
い。また、上述したように、アクチュエータとスイッチ
ングの組み合わせに限らず、マイクロレプリカ技術を用
いて他の微細構造体、たとえば、半導体基板上に光学素
子をダイレクトに積層するような装置や面発光レーザ基
板などに対しても本発明を適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の微細構
造体の製造方法においては、型転写により微細構造を成
形する工程と、その前に厚み方向の寸法を規定するため
のスペーサを成形する準備工程とを設けており、厚み方
向の寸法を決定する技術としてスピンコートあるいはフ
レキソ印刷といった信頼性の高い方法を使用することが
できる。したがって、マイクロレプリカ技術を用いてさ
らに精度の高いマイクロデバイスあるいはマイクロマシ
ンを製造することが可能となる。特に、ウェハからチッ
プ化された微細構造体を量産する際においては、本発明
に係る製造方法を用いることにより歩留まりを大幅に改
善することができ、低コストで提供できるようになる。

【００４６】上述したエバネセント光を用いた映像表示
デバイスにおいては、厚み方向にサブミクロン程度の精
度が要求されるが、本発明の製造方法により、そのよう
な要求を満足するチップを量産することが可能となる。
したがって、エバネセント光を用いた映像デバイスを実
際に製造し、量産するために本発明は好適なものであ
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の
概要を示す図である。

【図２】図１に示す光スイッチング素子の製造プロセス
を示す図であり、半導体基板上に第１の電極層を形成し
た状態を示す図である。

【図３】図１に示す光スイッチング素子の製造プロセス
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の犠牲層の上に第２の電極
層（バネ層）を形成した状態を示す図である。

【図５】半導体基板の上の第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６】基板上にスペーサを形成し、そのスペーサを用
いて型転写する工程の概要を示す図である。

【図７】ウェハ上の配置を示す図である。

【図８】型転写によりサポート構造を成形する様子を示
す図である。

【図９】型転写によりマイクロプリズムを成形する様子
を示す図である。

【図１０】図９で製造された光学素子を分離する状態を
示す図である。

【符号の説明】

１導光板（光ガイド）２入射光３樹脂層（光学素子）４マイクロプリズム６アクチュエータ７上電極およびバネ構造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２２チップ２３チップの予定領域２４ウェハ２５アクチュエータアレイ層２６光学素子アレイ層２８ウェハの周囲の領域２９予定領域の間の領域３２、３４犠牲層４７分離用のスペース５０光スイッチングデバイス５５映像表示デバイス６１、６２、６９転写型（マイクロレプリカ）７０スペーサ（土手）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に第１の樹脂を塗布した後、転写
型を加圧して複数の微細構造グループを前記基板上に成
形する工程と、この成形する工程の前に、前記基板上の前記微細構造グ
ループが成形される予定領域の間、またはそれら予定領
域の外側に、前記転写型の一部と当たり前記微細構造グ
ループの厚さ方向のサイズを規定するスペーサを成形す
る準備工程とを有する微細構造体の製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記準備工程では、
前記基板上に第２の樹脂をスピンコート法またはフレキ
ソ印刷法により塗布し、フォトリソグラフィ技術により
前記スペーサを成形する微細構造体の製造方法。
【請求項３】請求項１において、前記微細構造グルー
プおよびスペーサは同一の樹脂が用いられている微細構
造体の製造方法。
【請求項４】請求項１において、前記微細構造グルー
プはチップ単位である微細構造体の製造方法。
【請求項５】請求項１において、前記微細構造グルー
プはマイクロ光学素子アレイである微細構造体の製造方
法。
【請求項６】請求項１において、前記基板上には、ア
レイ状に配列されたマイクロアクチュエータおよびこれ
らのマイクロアクチュエータを製造するための犠牲層が
積層された他の構造層が予め形成されており、前記準備
工程では前記他の構造層に重ねて前記スペーサを成形す
る微細構造体の製造方法。
【請求項７】請求項６において、前記微細構造グルー
プの各々は前記マイクロアクチュエータにより駆動され
るマイクロ光学素子がアレイ状に配置されたマイクロ光
学素子アレイである微細構造体の製造方法。
【請求項８】請求項７において、前記微細構造グルー
プは１チップ分の前記マイクロ光学素子アレイである微
細構造体の製造方法。
【請求項９】請求項７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り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。
【請求項１０】マイクロアクチュエータがアレイ状に
配置されたアクチュエータアレイ層を基板上に製造する
工程と、このアクチュエータアレイ層の上にマイクロ光学素子が
アレイ状に配置された光学素子アレイ層を製造する工程
とを有し、この光学素子アレイ層を製造する工程は、前記アクチュ
エータアレイ層の上に第１の樹脂を塗布した後、転写型
を加圧し、平面的に配列された複数の前記光学素子アレ
イ層を成形する工程と、この成形する工程の前に、前記アクチュエータアレイ層
または基板上の前記光学素子アレイ層が成形される予定
領域の間、またはそれら予定領域の外側に、前記転写型
の一部と当たり前記光学素子アレイ層の厚さ方向のサイ
ズを規定するスペーサを成形する準備工程とを備えてい
る映像表示デバイスの製造方法。
【請求項１１】請求項１０において、前記準備工程で
は、前記アクチュエータアレイ層または基板上に第２の
樹脂をスピンコート法またはフレキソ印刷法により塗布
し、フォトリソグラフィ技術により前記スペーサを成形
する映像表示デバイスの製造方法。
【請求項１２】請求項１０において、前記光学素子ア
レイ層およびスペーサは同一の樹脂が用いられている微
細構造体の製造方法。
【請求項１３】請求項１０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り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。