JP2002267958A - Optical modulating device and its manufacturing method - Google Patents

Optical modulating device and its manufacturing method

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JP2002267958A
JP2002267958A JP2001066000A JP2001066000A JP2002267958A JP 2002267958 A JP2002267958 A JP 2002267958A JP 2001066000 A JP2001066000 A JP 2001066000A JP 2001066000 A JP2001066000 A JP 2001066000A JP 2002267958 A JP2002267958 A JP 2002267958A
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JP
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light modulation
modulation device
light
electrode
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JP2001066000A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Otaka
剛一 大高
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the stability and signal responsiveness of a beam and to lower the driving voltage in an optical modulating device which performs optical modulation by bending the beam with an electrostatic force. SOLUTION: One end 106 of the beam 101 is fixed to a substrate 102 and an other end opposite to the end 106 can be displaced along the length of the beam and held on the substrate 102 with a beam presser 107 so that it can not be displaced at right angle to the substrate surface. The gap between the beam 101 and an electrode 103 for driving the beam is preferably not parallel to the beam 101.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調装置に係
り、特に、静電力によって梁を変位させて梁の光反射面
による入射光束の反射方向を変化させることにより光ス
イッチング(光変調)を行う光変調装置に関する。本発
明の光変調装置は、電子写真プロセスにおける光書込装
置等の画像装置類やプロジェクターなどの映像装置類に
広く応用可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical modulator, and more particularly, to optical switching (optical modulation) by displacing a beam by electrostatic force to change the direction of reflection of an incident light beam by a light reflecting surface of the beam. The present invention relates to a light modulation device that performs the operation. The light modulation device of the present invention can be widely applied to image devices such as an optical writing device in an electrophotographic process and video devices such as a projector.

【0002】[0002]

【従来の技術】静電力を利用して片持ち梁を撓ませて、
入射光の反射方向を変え光変調を行う光変調装置が知ら
れている。両端固定の梁を静電力で撓ませて光変調を行
う光変調装置も知られている(特開2000−2842
参照)。
2. Description of the Related Art A cantilever is bent using electrostatic force,
2. Description of the Related Art There is known an optical modulation device that changes the reflection direction of incident light and performs optical modulation. An optical modulator that modulates light by bending a beam fixed at both ends with electrostatic force is also known (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2842).
reference).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】片持ち梁を用いる光変
調装置は、つぎのような問題点がある。まず、梁を薄膜
で形成すると残留応力が発生するが、片持ち梁の場合、
残留応力により梁が変形する。しかも、残留応力は時間
経過とともに緩和されるために、片持ち梁は変形状態が
経時変化する。以上の理由で片持ち梁は安定性が悪い。
片持ち梁は、静電力が解放されて撓んでいた状態からバ
ネ性により復元する時に自由振動するが、この自由振動
に起因して信号応答性が悪く、また、片持ち梁の固有振
動数が低いために応答速度を速くすることができない。
An optical modulator using a cantilever has the following problems. First, when a beam is formed of a thin film, residual stress is generated, but in the case of a cantilever,
The beam is deformed by the residual stress. In addition, since the residual stress is alleviated with the passage of time, the deformation state of the cantilever changes with time. For these reasons, cantilevers have poor stability.
The cantilever freely vibrates when the electrostatic force is released and the state of bending is restored by the spring property, but due to this free vibration, the signal response is poor, and the natural frequency of the cantilever is low. Response speed cannot be increased because of low speed.

【0004】また、両端固定梁を用いる光変調装置にお
いては、片持ち梁に比べ、梁の安定性が向上し、信号応
答性も改善される。しかし、両端が固定された梁は、変
形による応力が発生するので変形に大きなエネルギーが
必要で、光の反射方向を大きくするために梁の変形量を
大きくしようとすると高い駆動電圧が必要となるという
問題がある。
Further, in an optical modulator using a beam fixed at both ends, the stability of the beam is improved and the signal responsiveness is also improved, as compared with a cantilever beam. However, a beam having both ends fixed requires a large amount of energy for deformation because stress is generated by deformation, and a high drive voltage is required to increase the amount of deformation of the beam in order to increase the direction of light reflection. There is a problem.

【0005】よって、本発明の主たる目的は、梁の安定
性、応答性が良好で、かつ低電圧で駆動可能な光変調装
置と、その低コストな製造方法を提供することにある。
これ以外の目的については、後述の実施の形態に関連し
て説明する。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide an optical modulation device which has good beam stability and responsiveness and can be driven at a low voltage, and a low-cost manufacturing method thereof.
Other purposes will be described in connection with embodiments described later.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明による光変調装置は、請求項1記載のよう
に、基板と、この基板に形成された電極と、この電極に
空隙を介して対向する、光反射面を有する梁と、梁押さ
えとを有し、前記梁の第1の端部は前記基板に固定さ
れ、前記梁の前記第1の端部と対向する第2の端部は前
記梁押さえによって前記基板に保持され、前記梁押さえ
は、前記基板に対し垂直な方向については前記梁の第2
の端部の変位を拘束し、前記梁の第1と第2の端部を結
ぶ方向については前記梁の第2の端部の変位を許容し、
前記電極と前記梁の間に電圧を印加し静電力により前記
梁を変形させ、前記光反射面による入射光束の反射方向
を変えることにより光変調を行うことを特徴とするもの
である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical modulator comprising a substrate, an electrode formed on the substrate, and a gap formed between the electrode and the electrode. A beam having a light reflecting surface, and a beam retainer, wherein a first end of the beam is fixed to the substrate and a second end of the beam facing the first end of the beam. The part is held on the substrate by the beam retainer, and the beam retainer is a second part of the beam in a direction perpendicular to the substrate.
Constraining the displacement of the end of the beam, allowing the displacement of the second end of the beam in the direction connecting the first and second ends of the beam,
Light modulation is performed by applying a voltage between the electrode and the beam, deforming the beam by electrostatic force, and changing the direction of reflection of the incident light beam by the light reflecting surface.

【0007】本発明の光変調装置のもう1つの特徴は、
請求項2記載のように、前記空隙が前記梁に対し非平行
な空隙であることにある。
Another feature of the light modulation device of the present invention is that
According to another aspect of the present invention, the gap is a gap that is not parallel to the beam.

【0008】本発明の光変調装置の他の特徴は、請求項
3、4又は5記載のように、前記梁が単結晶シリコン
膜、多結晶シリコン膜、又は窒化シリコン膜からなるこ
とにある。
Another feature of the light modulator of the present invention is that the beam is made of a single-crystal silicon film, a polycrystalline silicon film, or a silicon nitride film.

【0009】本発明の光変調装置のさらに他の特徴は、
請求項6又は7記載のように、前記基板が光透過性の光
学ガラス又は単結晶シリコンからなることにある。
Still another feature of the optical modulator of the present invention is that
According to a sixth aspect of the present invention, the substrate is made of optically transparent optical glass or single crystal silicon.

【0010】また、本発明による光変調装置の製造方法
の特徴は、請求項8記載のように、基板に凹部を形成
し、前記基板に犠牲層を形成し、前記基板を平坦化し、
前記基板上に両端固定の梁を形成し、前記犠牲層を除去
することにより、請求項1乃至7のいずれか1項記載の
光変調装置を製造することにある。
The method of manufacturing a light modulator according to the present invention is characterized in that a concave portion is formed in a substrate, a sacrificial layer is formed in the substrate, and the substrate is planarized.
8. An optical modulator according to claim 1, wherein a beam fixed at both ends is formed on the substrate, and the sacrificial layer is removed.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1の(a)及び(b)は、本発明の光変
調装置の一実施例の構成を説明するための概略断面図及
び概略平面図である。なお、図1の(a)は、図1の
(b)の中央水平線で垂直に光変調装置を切断した断面
構造を表している。
FIGS. 1A and 1B are a schematic sectional view and a schematic plan view, respectively, for explaining the configuration of an embodiment of the light modulator of the present invention. FIG. 1A shows a cross-sectional structure in which the light modulation device is vertically cut along a central horizontal line in FIG. 1B.

【0013】図1において、101は光反射面を有する
梁である。この梁101は、その一端(以下、固定端と
呼ぶ)106が基板102に固定され、それに対向した
もう一方の端(以下、非固定端と呼ぶ)は梁押さえ10
7によって基板102に保持される。この梁押さえ10
7は、基板102の上面に対し垂直な方向については梁
101の非固定端の変位は拘束するが、梁101の固定
端と非固定端とを結ぶ方向つまり梁101の長さ方向
(図中、左右方向)については、梁101の非固定端の
変位を許容する。つまり、梁押さえ107は、梁101
の非固定端を自由度1で基板102に保持する手段であ
る。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a beam having a light reflecting surface. One end (hereinafter, referred to as a fixed end) 106 of the beam 101 is fixed to the substrate 102, and the other end (hereinafter, referred to as a non-fixed end) opposed thereto is a beam holder 10.
7 and is held on the substrate 102. This beam holder 10
In the direction perpendicular to the upper surface of the substrate 102, the displacement of the non-fixed end of the beam 101 is restricted, but the direction connecting the fixed end and the non-fixed end of the beam 101, that is, the length direction of the beam 101 (in the drawing) , Left and right directions), the displacement of the non-fixed end of the beam 101 is allowed. That is, the beam retainer 107 is
Is a means for holding the non-fixed end to the substrate 102 with one degree of freedom.

【0014】電極102に形成された凹部には、空隙1
05を介して梁101と対向する電極103が形成され
ている。この電極103は梁101を駆動するための電
極である。104は電極103を保護する保護膜であ
る。本実施例においては、電極103は基板102の上
面までせり出すように形成され、電極103に外部より
駆動電圧を印加するためのパッド開口108が保護膜1
04に形成される。保護膜104としては、真空成膜法
による酸化膜を用いるのが一般的である。保護膜104
は、電極103と梁101とが接触し短絡することを防
ぐ作用をする。
The recess formed in the electrode 102 has a gap 1
An electrode 103 opposing the beam 101 is formed through the electrode 05. This electrode 103 is an electrode for driving the beam 101. 104 is a protective film for protecting the electrode 103. In this embodiment, the electrode 103 is formed so as to protrude to the upper surface of the substrate 102, and the pad opening 108 for applying a driving voltage to the electrode 103 from the outside is formed in the protective film 1.
04 is formed. As the protective film 104, an oxide film formed by a vacuum film forming method is generally used. Protective film 104
Has the function of preventing the electrode 103 and the beam 101 from contacting each other and causing a short circuit.

【0015】梁101は単結晶シリコン、多結晶シリコ
ン、又は窒化シリコンの薄膜で形成される。単結晶シリ
コンで形成した梁101は欠陥が少なく、寿命が長いた
め、光変調装置の信頼性を高める上で有利である。多結
晶シリコンで形成した梁101は、その形成にCVD等
の手法を用いることが出来るので光変調装置の低コスト
化に有利である。窒化シリコンの薄膜で形成した梁10
1は、窒化シリコン薄膜のヤング率が大きいので、スイ
ッチングの応答速度を速めることが出来るため、光変調
装置の高速化に有利である。
The beam 101 is formed of a thin film of single crystal silicon, polycrystal silicon, or silicon nitride. Since the beam 101 formed of single crystal silicon has few defects and a long life, it is advantageous in improving the reliability of the light modulation device. The beam 101 made of polycrystalline silicon can be formed by a method such as CVD, which is advantageous in reducing the cost of the light modulation device. Beam 10 formed of a thin film of silicon nitride
No. 1 is advantageous in increasing the speed of the optical modulator because the switching response speed can be increased because the Young's modulus of the silicon nitride thin film is large.

【0016】梁101の上面には入射光束を反射させる
ため光反射面が形成されている。この光反射面は、金属
薄膜で形成されるのが一般的であるが、誘電体材料の多
層膜により形成してもよい。
On the upper surface of the beam 101, a light reflecting surface is formed to reflect an incident light beam. This light reflecting surface is generally formed of a metal thin film, but may be formed of a multilayer film of a dielectric material.

【0017】また、梁101は、それを撓ませるための
静電力を発生させる、もう一方の電極としての役割を持
つ。この電極は独立に形成しても良いが、梁101の光
反射面が金属薄膜で形成される場合は、その金属薄膜を
電極として使用できる。また、梁101が単結晶又は多
結晶シリコンで形成されている場合には、この単結晶シ
リコン又は多結晶シリコンを不純物により低抵抗化し、
電極として作用させることも可能である。なお、図示し
ないが、梁101に外部より駆動電圧を印加するための
電極も設けられる。
Further, the beam 101 has a role as another electrode for generating an electrostatic force for bending the beam. This electrode may be formed independently, but when the light reflecting surface of the beam 101 is formed of a metal thin film, the metal thin film can be used as an electrode. When the beam 101 is formed of single crystal or polycrystalline silicon, the resistance of the single crystal silicon or polycrystal silicon is reduced by impurities,
It is also possible to function as an electrode. Although not shown, an electrode for externally applying a drive voltage to the beam 101 is also provided.

【0018】梁101を駆動するための電極103とし
ては、Al、Cr、Ti、TiN等の金属又は金属化合
物の薄膜が一般的に使用される。基板102が光学ガラ
スで形成される場合、電極103として透明導電膜(I
TO)を用いると、基板102の裏側から梁101の様
子を観察でき検査の時に有利である。基板102が単結
晶シリコンの場合には、不純物拡散の方法により電極1
03を形成できるとともに、拡散方式を組み合わせて配
線マトリックスを形成できるため、複雑多数な配線の形
成に有利であり、また基板102内に駆動回路の一部又
は全部を形成する事も可能であるため、外部配線の削
減、信号遅延の回避に有利である。
As the electrode 103 for driving the beam 101, a thin film of a metal or a metal compound such as Al, Cr, Ti, and TiN is generally used. When the substrate 102 is formed of optical glass, a transparent conductive film (I
When TO) is used, the state of the beam 101 can be observed from the back side of the substrate 102, which is advantageous at the time of inspection. When the substrate 102 is single-crystal silicon, the electrode 1 is formed by an impurity diffusion method.
03 can be formed, and a wiring matrix can be formed by combining diffusion methods, which is advantageous for forming a complicated and large number of wirings. Further, part or all of a driver circuit can be formed in the substrate 102. This is advantageous for reducing external wiring and avoiding signal delay.

【0019】この光変調装置の光変調動作を図2によっ
て説明する。梁101と電極103の間に駆動電圧が印
加されず梁101に静電力が作用しない時には、図2
(a)に示すように、梁101は基板102と平行な平
面状態である。したがって、入射光束は梁101の光反
射面で正反射され、反射光束は図中に矢印で示す方向に
進行する。梁101と電極103の間に駆動電圧が印可
されると、梁101に静電力が作用し、図2(b)のよ
うに、梁101は電極103側に引きつけられ撓む結
果、図示のように反射光の方向が乱れる。図2(a)の
状態での反射方向から眺めると、図2(a)の状態では
正反射により明るく見えるが(on状態)、図2(b)の
状態では反射方向が乱れるために暗く見える(off状
態)。このようにして光変調がなされる。
The light modulation operation of the light modulation device will be described with reference to FIG. When no driving voltage is applied between the beam 101 and the electrode 103 and no electrostatic force acts on the beam 101, FIG.
As shown in (a), the beam 101 is in a plane state parallel to the substrate 102. Therefore, the incident light beam is specularly reflected by the light reflecting surface of the beam 101, and the reflected light beam travels in the direction indicated by the arrow in the figure. When a driving voltage is applied between the beam 101 and the electrode 103, an electrostatic force acts on the beam 101, and as shown in FIG. The direction of the reflected light is disturbed. When viewed from the reflection direction in the state of FIG. 2A, it looks bright due to specular reflection in the state of FIG. 2A (on state), but looks dark in the state of FIG. 2B because the reflection direction is disturbed. (Off state). The light modulation is performed in this manner.

【0020】この光変調装置における梁101は、一端
のみ固定で、他端が自由度1で保持されている構成であ
るため、片持ち梁又は両端固定梁を用いた光変調装置に
比べて次のような利点がある。
Since the beam 101 in this light modulation device has a configuration in which only one end is fixed and the other end is held with one degree of freedom, the beam 101 is smaller than a light modulation device using a cantilever beam or a beam fixed at both ends. There are advantages such as:

【0021】まず、片持ち梁は、撓んだ状態からバネ性
によって復元する時に自由振動が発生するため、信号応
答性が悪い。また、梁を薄膜で形成する場合には、梁に
残留応力が発生するが、片持ち梁は、残留応力により変
形する。しかも残留応力は時間経過により徐々に緩和さ
れるため、片持ち梁の変形状態が経時変化する。このよ
うに片持ち梁は安定性が悪い。
First, the cantilever has poor signal responsiveness because free vibration is generated when the beam is restored from the bent state by the spring property. When the beam is formed of a thin film, a residual stress is generated in the beam, but the cantilever is deformed by the residual stress. In addition, since the residual stress is gradually reduced with the passage of time, the deformation state of the cantilever changes with time. Thus, the cantilever has poor stability.

【0022】これに対して、本発明の光変調装置におい
ては、梁101の非固定端は梁101の長さ方向の変位
は許されるが、上下方向の動きは梁押さえ107で拘束
されるため、静電力が解除された時に自由振動が発生し
にくい。また、梁101に残留応力があっても、非固定
端の上下方向の位置は梁押さえ107で拘束されるた
め、梁101は、片持ち梁に比べ残留応力による変形が
生じにくく、その経時変化も少ない。以上により、梁1
01は片持ち梁に比べ信号応答性、安定性が良いため、
本発明によれば、片持ち梁を用いる光変調装置に比べ、
応答性、安定性が優れた光変調装置を実現できる。
On the other hand, in the light modulation device of the present invention, the non-fixed end of the beam 101 is allowed to be displaced in the length direction of the beam 101, but the vertical movement is restricted by the beam retainer 107. When the electrostatic force is released, free vibration hardly occurs. Further, even if there is residual stress in the beam 101, the vertical position of the non-fixed end is restrained by the beam retainer 107, so that the beam 101 is less likely to be deformed by residual stress than a cantilever beam, and its change with time. Also less. From the above, beam 1
01 has better signal response and stability than cantilever,
According to the present invention, compared to a light modulator using a cantilever,
An optical modulator having excellent responsiveness and stability can be realized.

【0023】また、本発明の光変調装置は、両端固定梁
を用いる装置に比べ、駆動電圧の低電圧化が可能であ
る。すなわち、両端固定梁の場合、両端が固定されてい
るために、撓ませるには梁を伸ばす必要がある。このよ
うに梁を伸ばして撓ませるためには大きな静電力が必要
であるため、駆動電圧の低電圧化が難しい。特に、梁の
撓み量が大きい場合には、高い駆動電圧が必要となる。
Further, the light modulation device of the present invention can lower the driving voltage as compared with a device using fixed beams at both ends. That is, in the case of a beam fixed at both ends, since both ends are fixed, it is necessary to extend the beam to bend. Since a large electrostatic force is required to extend and bend the beam in this way, it is difficult to reduce the driving voltage. In particular, when the bending amount of the beam is large, a high driving voltage is required.

【0024】これに対し、本発明の光変調装置において
は、梁101の非固定端は長さ方向に移動可能に保持さ
れており、梁101の撓み時に、その非固定端が撓みと
ともに移動するため、梁101の伸びを必要としない。
よって、梁101を小さな静電力で撓ませることがで
き、駆動電圧を低電圧化することができる。
On the other hand, in the light modulation device of the present invention, the non-fixed end of the beam 101 is held so as to be movable in the length direction, and when the beam 101 is bent, the non-fixed end moves together with the bending. Therefore, the extension of the beam 101 is not required.
Therefore, the beam 101 can be bent with a small electrostatic force, and the driving voltage can be reduced.

【0025】図3は本発明による光変調装置の他の実施
例の構成を説明するための概略断面図であり、(a)は
駆動電圧が印加されない状態を表し、(b)は駆動電圧
が印加された状態を表している。
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views for explaining the configuration of another embodiment of the light modulation device according to the present invention. FIG. This shows a state where the voltage is applied.

【0026】本実施例においては、図3(a)に示され
るように、梁101と電極103との間に形成される空
隙105が、ほぼその全体にわたって梁101に対して
非平行な空隙となるように、基板102の凹部の形状が
変更されている。そして、電極103は、空隙105の
全長にわたって形成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the gap 105 formed between the beam 101 and the electrode 103 is substantially the same as the gap non-parallel to the beam 101. Thus, the shape of the concave portion of the substrate 102 is changed. The electrode 103 is formed over the entire length of the gap 105.

【0027】このような構成によれば、梁101の変形
に必要な駆動電圧をさらに低電圧化することができる。
すなわち、梁101に作用する静電力は、梁101と電
極103の距離の2乗に反比例するので、駆動電圧を印
可すると、強い静電力が作用する空隙105の狭い部分
から梁101は変形し始める。距離が小さいため、低い
起動電圧で変形を開始させることができる。そして、梁
101の変形に従って、空隙の他の部分でも梁101と
電極103との距離が順次狭くなるため、低い駆動電圧
で梁101の変形を進行させ、最終的に図3(b)に示
すように梁101を撓ませることができる。
According to such a configuration, the driving voltage required for deforming the beam 101 can be further reduced.
That is, since the electrostatic force acting on the beam 101 is inversely proportional to the square of the distance between the beam 101 and the electrode 103, when a driving voltage is applied, the beam 101 starts to deform from the narrow portion of the gap 105 where the strong electrostatic force acts. . Since the distance is small, the deformation can be started with a low starting voltage. Then, as the distance between the beam 101 and the electrode 103 is gradually reduced in other portions of the gap in accordance with the deformation of the beam 101, the deformation of the beam 101 is advanced with a low driving voltage, and finally, as shown in FIG. Beam 101 can be flexed as described above.

【0028】次に、以上に説明したような本発明の光変
調装置を製造するための、本発明の製造方法の一実施例
について説明する。図4乃至図11は代表的工程を説明
するための図であり、各図の(a)は概略断面図、
(b)は概略平面図である。
Next, an embodiment of the manufacturing method of the present invention for manufacturing the light modulator of the present invention as described above will be described. 4 to 11 are views for explaining typical steps, in which (a) is a schematic sectional view,
(B) is a schematic plan view.

【0029】《図4》 402は酸化膜を形成したシリ
コン基板であり、図1又は図3の基板102に対応す
る。このシリコン基板402に、フォトリソグラフィー
及びドライエッチングの手法により、図1又は図3の空
隙105に対応した凹部405を形成する。面積階調の
パターンを形成したフォトマスクあるいはレジスト材料
の熱変形手法などを用いれば、図3に示すような非平行
な空隙105のための凹部405を形成する事が出来
る。この凹部405のサイズは、例えば、幅が20μ
m、深さが2.4μmとされる。
<< FIG. 4 >> Reference numeral 402 denotes a silicon substrate on which an oxide film is formed, and corresponds to the substrate 102 of FIG. 1 or FIG. A concave portion 405 corresponding to the gap 105 in FIG. 1 or FIG. 3 is formed in the silicon substrate 402 by photolithography and dry etching. By using a photomask formed with an area gradation pattern or a thermal deformation method of a resist material, a recess 405 for the non-parallel void 105 as shown in FIG. 3 can be formed. The size of the recess 405 is, for example, 20 μm in width.
m and a depth of 2.4 μm.

【0030】《図5》 凹部405に、Tiをターゲッ
トとしたスパッタ法によりTiN薄膜403を例えば
0.01μm厚に成膜する。このTiN薄膜403を、
フォトリソグラフィー及びドライエッチングの手法によ
り例えば幅20μmにパターン化する。このパターン化
後のTiN薄膜403が、図1又は図3の電極103に
対応する。なお、電極であるTiN薄膜403の一部
は、外部と接続するために凹部405から基板表面にせ
り出すようにパターン化される。
<< FIG. 5 >> In the concave portion 405, a TiN thin film 403 is formed to a thickness of, for example, 0.01 μm by a sputtering method using Ti as a target. This TiN thin film 403 is
Patterning is performed to a width of, for example, 20 μm by photolithography and dry etching. The patterned TiN thin film 403 corresponds to the electrode 103 in FIG. 1 or FIG. Note that a part of the TiN thin film 403 serving as an electrode is patterned so as to protrude from the concave portion 405 to the substrate surface for connection to the outside.

【0031】《図6》 プラズマCVDの手法で酸化膜
404を、TiN薄膜403を覆い、かつ凹部405を
埋め尽くすように成膜する。次に、酸化膜404を、研
磨あるいはドライエッチングのエッチバックの手法によ
り平坦化する。平坦化後の酸化膜404は、図1又は図
3の保護膜104となり、また、空隙105を形成する
ための犠牲層となる。
<< FIG. 6 >> An oxide film 404 is formed by a plasma CVD method so as to cover the TiN thin film 403 and fill the concave portion 405. Next, the oxide film 404 is planarized by polishing or dry etching. The oxide film 404 after the planarization becomes the protective film 104 in FIG. 1 or FIG. 3 and also becomes a sacrificial layer for forming the void 105.

【0032】《図7》 平坦化した酸化膜404上に、
梁の材料となる窒化シリコン膜401を、熱CVDの手
法により例えば厚さ0.04μmで成膜する。次に、フ
ォトリソグラフィー及びドライエッチングの手法によ
り、窒化シリコン膜401を梁の形状にパターン化す
る。その形状寸法は、例えば幅20μm、長さ27μm
である。このパターン化された窒化シリコン膜401
は、図1又は図3の梁101に対応するが、この段階で
は、両端固定梁の状態である。
<< FIG. 7 >> On the planarized oxide film 404,
A silicon nitride film 401 serving as a beam material is formed to a thickness of, for example, 0.04 μm by a thermal CVD method. Next, the silicon nitride film 401 is patterned into a beam shape by photolithography and dry etching. Its shape and dimensions are, for example, 20 μm in width and 27 μm in length.
It is. This patterned silicon nitride film 401
Corresponds to the beam 101 in FIG. 1 or FIG. 3, but at this stage, it is in a state of a beam fixed at both ends.

【0033】《図8》 パターン化された窒化シリコン
膜401を覆うように、酸化膜407をプラズマCVD
の手法で例えば0.3μm厚に成膜する。
<< FIG. 8 >> An oxide film 407 is formed by plasma CVD so as to cover the patterned silicon nitride film 401.
The film is formed to a thickness of, for example, 0.3 μm by the above method.

【0034】《図9》 図1又は図3の梁押さえ107
に対応した位置に、酸化膜404及び酸化膜407を貫
通して梁押さえの固定部を形成した後に、熱CVDの手
法により窒化シリコン膜408を例えば厚さ0.1μm
で全面成膜する。そして、フォトリソグラフィー及びド
ライエッチングの手法により窒化シリコン膜408を梁
押さえ107の形状にパターン化する。
<< FIG. 9 >> The beam holder 107 shown in FIG. 1 or FIG.
After fixing the beam holding portion through the oxide film 404 and the oxide film 407 at a position corresponding to the above, the silicon nitride film 408 is formed to a thickness of, for example, 0.1 μm by a thermal CVD method.
Is formed over the entire surface. Then, the silicon nitride film 408 is patterned into the shape of the beam retainer 107 by photolithography and dry etching.

【0035】《図10》 酸化膜407と窒化シリコン
膜401の下側の酸化膜404(犠牲層)をエッチング
により除去する。この工程が終わった段階で、図1又は
図3の空隙105に対応する空隙410が形成され、窒
化シリコン膜408によって梁押さえ107が形成さ
れ、窒化シリコン膜401によって一端が固定され、他
端が長さ方向にのみ移動可能に保持された梁101が形
成される。
<< FIG. 10 >> The oxide film 404 (sacrifice layer) below the oxide film 407 and the silicon nitride film 401 is removed by etching. At the end of this step, a gap 410 corresponding to the gap 105 of FIG. 1 or FIG. 3 is formed, a beam holder 107 is formed by the silicon nitride film 408, one end is fixed by the silicon nitride film 401, and the other end is fixed. The beam 101 is formed so as to be movable only in the length direction.

【0036】《図11》 梁104を構成する窒化シリ
コン膜401の上に、スパッタ法により、光反射面とし
てのAl薄膜を例えば1μmの厚さで形成する。また、
図1又は図3の保護膜104に相当する酸化膜404
に、TiN膜403つまり図1又は図3の電極103の
外部接続のためのパッド開口406を形成する。これ
で、図1又図3に示したような本発明の光変調装置が完
成した。
<< FIG. 11 >> On the silicon nitride film 401 constituting the beam 104, an Al thin film as a light reflecting surface is formed to a thickness of, for example, 1 μm by sputtering. Also,
Oxide film 404 corresponding to protective film 104 in FIG. 1 or FIG.
Next, a pad opening 406 for external connection of the TiN film 403, that is, the electrode 103 of FIG. 1 or FIG. 3 is formed. Thus, the light modulator of the present invention as shown in FIG. 1 or FIG. 3 is completed.

【0037】なお、以上に説明した本発明の光変調装置
を1つの素子として、複数の素子を基板上に1次元又は
2次元に配列し、ライン状又は平面状の光変調が可能な
光変調装置も本発明に包含される。このような光変調装
置は以上の説明に基づいて容易に実現できることは明ら
かであるので、具体例の説明は割愛する。
The above-described light modulation device of the present invention is used as one element, and a plurality of elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on a substrate, so that light modulation capable of linear or planar light modulation is possible. An apparatus is also included in the present invention. It is clear that such a light modulation device can be easily realized based on the above description, and a description of a specific example will be omitted.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、請求項1
乃至7記載の発明によれば、片持ち梁のような梁の自由
振動や残留応力による梁の変形及びその経時変化を防止
できるため、応答性、安定性に優れた光変調動作が可能
となり、また、梁の撓み時に梁の伸びを必要としないた
め駆動電圧を下げることができる。請求項2記載の発明
によれば、空隙の非平行化により、駆動電圧の一層の低
電圧化が可能である。請求項3記載の発明によれば、梁
の欠陥を減らし、その寿命を長くできるため、光変調装
置の信頼性を高めることができる。請求項4記載の発明
によれば、梁の形成にCVD等の手法を用いることがで
きるため、光変調装置の低コスト化に有利である。請求
項5記載の発明によれば、梁の応答速度を高めることが
できるため、高速な光変調装置を実現できる。請求項6
記載の発明によれば、梁の様子を基板裏側から観察でき
るため、光変調装置の検査が容易になる。請求項7記載
の発明によれば、基板に、電極のほか、駆動のための配
線、駆動回路の一部又は全部を容易に形成することがで
きるため、光変調装置の外部配線の削減、信号遅延の回
避に有利である。また、請求項8記載の発明によれば、
少ない工程で本発明の光変調装置を製造できる、等々の
効果を得られる。
As described in detail above, claim 1 is as follows.
According to the inventions described in (1) to (7), it is possible to prevent deformation of the beam due to free vibration or residual stress of the beam such as a cantilever and its change with time, so that light modulation operation excellent in responsiveness and stability becomes possible. Further, since the beam does not need to be stretched when the beam is bent, the driving voltage can be reduced. According to the second aspect of the present invention, the drive voltage can be further reduced by making the gap non-parallel. According to the third aspect of the present invention, the defect of the beam can be reduced and its life can be prolonged, so that the reliability of the light modulation device can be improved. According to the fourth aspect of the present invention, a method such as CVD can be used for forming the beam, which is advantageous in reducing the cost of the light modulation device. According to the fifth aspect of the present invention, since the response speed of the beam can be increased, a high-speed light modulation device can be realized. Claim 6
According to the described invention, the state of the beam can be observed from the back side of the substrate, so that the inspection of the light modulation device becomes easy. According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the electrodes, a part of or all of the driving wiring and the driving circuit can be easily formed on the substrate. This is advantageous for avoiding delay. According to the invention described in claim 8,
The light modulation device of the present invention can be manufactured in a small number of steps, and so on.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光変調装置の一実施例の構成を説
明するための概略断面図及び概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view and a schematic plan view for explaining the configuration of an embodiment of a light modulation device according to the present invention.

【図2】図1に示した光変調装置の動作説明のための概
略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining an operation of the light modulation device shown in FIG.

【図3】本発明による光変調装置の他の実施例の構成と
動作を説明するための概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view illustrating the configuration and operation of another embodiment of the light modulation device according to the present invention.

【図4】本発明の光変調装置の製造工程を説明するため
の概略断面図及び概略平面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device of the present invention.

【図5】本発明の光変調装置の製造工程を説明するため
の概略断面図及び概略平面図である。
5A and 5B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device according to the present invention.

【図6】本発明の光変調装置の製造工程を説明するため
の概略断面図及び概略平面図である。
6A and 6B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device of the present invention.

【図7】本発明の光変調装置の製造工程を説明するため
の概略断面図及び概略平面図である。
FIGS. 7A and 7B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device of the present invention.

【図8】本発明の光変調装置の製造工程を説明するため
の概略断面図及び概略平面図である。
8A and 8B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device of the present invention.

【図9】本発明の光変調装置の製造工程を説明するため
の概略断面図及び概略平面図である。
9A and 9B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device of the present invention.

【図10】本発明の光変調装置の製造工程を説明するた
めの概略断面図及び概略平面図である。
10A and 10B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device according to the present invention.

【図11】本発明の光変調装置の製造工程を説明するた
めの概略断面図及び概略平面図である。
11A and 11B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view for explaining a manufacturing process of the light modulation device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 梁 102 基板 103 電極 104 保護膜 105 空隙 106 固定端 107 梁押さえ DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Beam 102 Substrate 103 Electrode 104 Protective film 105 Void 106 Fixed end 107 Beam holding

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、この基板に形成された電極と、
この電極に空隙を介して対向する、光反射面を有する梁
と、梁押さえとを有し、 前記梁の第1の端部は前記基板に固定され、前記梁の前
記第1の端部と対向する第2の端部は前記梁押さえによ
って前記基板に保持され、 前記梁押さえは、前記基板に対し垂直な方向については
前記梁の第2の端部の変位を拘束し、前記梁の第1と第
2の端部を結ぶ方向については前記梁の第2の端部の変
位を許容し、 前記電極と前記梁の間に電圧を印加し静電力により前記
梁を変形させ、前記光反射面による入射光束の反射方向
を変えることにより光変調を行うことを特徴とする光変
調装置。
1. A substrate, an electrode formed on the substrate,
A beam having a light reflecting surface, facing the electrode via a gap, and a beam retainer; a first end of the beam is fixed to the substrate; and a first end of the beam is fixed to the substrate. An opposing second end is held on the substrate by the beam retainer, the beam retainer restrains displacement of a second end of the beam in a direction perpendicular to the substrate, In the direction connecting the first and second ends, displacement of the second end of the beam is allowed, a voltage is applied between the electrode and the beam, the beam is deformed by electrostatic force, and the light reflection is performed. A light modulation device for performing light modulation by changing the direction of reflection of an incident light beam by a surface.
【請求項2】 前記空隙は前記梁に対し非平行な空隙で
あることを特徴とする請求項1記載の光変調装置。
2. The light modulation device according to claim 1, wherein the gap is a gap that is not parallel to the beam.
【請求項3】 前記梁は単結晶シリコン膜からなること
を特徴とする請求項1又は2記載の光変調装置。
3. The light modulation device according to claim 1, wherein the beam is made of a single crystal silicon film.
【請求項4】 前記梁は多結晶シリコン膜からなること
を特徴とする請求項1又は2記載の光変調装置。
4. The light modulation device according to claim 1, wherein the beam is made of a polycrystalline silicon film.
【請求項5】 前記梁は窒化シリコン膜からなることを
特徴とする光変調装置。
5. The light modulation device according to claim 1, wherein the beam is made of a silicon nitride film.
【請求項6】 前記基板は光透過性の光学ガラスからな
ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載
の光変調装置。
6. The light modulation device according to claim 1, wherein the substrate is made of a light-transmitting optical glass.
【請求項7】 前記基板は単結晶シリコンからなること
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の光変
調装置。
7. The light modulation device according to claim 1, wherein the substrate is made of single crystal silicon.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1項記載の光
変調装置の製造方法であって、 基板に凹部を形成し、 前記基板上に犠牲層を形成し、 前記基板を平坦化し、 前記基板上に両端固定の梁を形成し、 前記犠牲層を除去する、ことを特徴とする製造方法。
8. The method for manufacturing a light modulation device according to claim 1, wherein a concave portion is formed in the substrate, a sacrificial layer is formed on the substrate, and the substrate is planarized. Forming a beam fixed at both ends on the substrate, and removing the sacrificial layer.
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