JP2004053852A

JP2004053852A - Optical modulation element and manufacturing method therefor

Info

Publication number: JP2004053852A
Application number: JP2002210306A
Authority: JP
Inventors: Isato Iwamoto; 岩元　勇人; Hajime Ugajin; 宇賀神　肇
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulation element which improves use efficiency of light and reliability and a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: On a common electrode 11 which is drawn and formed on a substrate, a plurality of electrostatic drive type elements 2 are arranged closely in parallel to one another. Each electrostatic drive type element 2 comprises: a support member 13 made of an SiN film which stands on a substrate 10 while spanning the common electrode 11 in a bridge shape and is provided as an electrode support member; a plurality of light reflection electrodes 14 which are formed on the substrate 10 in parallel to one another and are each formed of an Al film extending onto the support member 13; and a protection film 15. The protection film is formed by laminating a first dielectric film 15a and a second dielectric film 15b which are formed of dielectric films differing in refractive index to improve the light reflection efficiency of a reflecting surface 2a of each electrostatic drive type element 2 while the protection film protects the surface of the light reflection electrode 14 mainly constituting the reflecting surface 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調素子およびその製造方法に関し、特にいわゆるマイクロマシン素子により形成される光変調素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　、超小型電気的・機械的複合体）素子（以下、ＭＥＭＳ素子と言う）が注目されている。
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体の駆動を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動出力は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われることが一般的である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子の一例として、ＳＬＭ（シリコンライトマシーン）社がレーザーディスプレイ用光強度変換素子、つまり光変調器として開発したＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ　）デバイスと称される光変調素子を例に挙げ、その構造を説明する。
【０００４】
図１０は、ＭＥＭＳ素子によって構成される光変調素子の構造を説明する斜視図である。ＧＬＶデバイスと称される光変調素子１００は、基板１１０上に延伸して形成された共通電極１１１上に、複数個の静電駆動型素子１０２を相互に並列で密に配置させて構成されたデバイスである。
【０００５】
図１０に示すように、上面に光反射面１０２ａを備えた一つの静電駆動型素子１０２と対向する共通電極１１１とにより、ＭＯＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称されるＭＥＭＳ素子の一つが構成される。各静電駆動型素子１０２は、静電引力、或いは静電反発力によって機械的に動いて、光反射面１０２ａと基板１１０との距離を調整し、各静電駆動型素子１０２の反射面１０２ａで反射される光の光路差を調整することにより、反射される光の干渉を利用して反射光の光強度を変調させる機能を有する。
【０００６】
図１１は、図１０のＢ−Ｂ’線における断面図である。
ＭＥＭＳ素子は、図からもわかるように、ガラス基板等の絶縁性の基板１１０上に、Ｃｒ薄膜等で形成されている共通電極１１１と、共通電極１１１に交差してブリッジ状に跨ぐ静電駆動型素子１０２とを備えている。静電駆動型素子１０２と共通電極１１１とは、その間の空隙部１１６によって電気的に絶縁されている。
【０００７】
静電駆動型素子１０２は、共通電極１１１をブリッジ状に跨いで基板１１０上に立脚し、電極支持部材として設けられたＳｉＮ膜からなる支持部材１１３と、基板１１０上に相互に平行に複数形成され、それぞれ支持部材１１３上にまで延びた、膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜からなる光反射電極１１４とから構成されている。
【０００８】
支持部材１１３は、空隙部１１６を確保するように、共通電極１１１に対向して所定間隔だけ離間し、かつ共通電極１１１に対して平行に光反射電極１１４を支持するために設けられている。ＧＬＶデバイスからなる光変調素子１００では、基板１１０及びその上の共通電極１１１は、図１に示すように、各静電駆動型素子１０２の共通基板及び共通電極となっている。
【０００９】
静電引力及び静電反発力を利用して駆動する静電駆動型素子１０２の力学的特性は、ＣＶＤ法等で成膜されるＳｉＮ膜からなる支持部材１１３の物性によってほぼ決定され、光反射電極１１４を構成するＡｌ膜は反射ミラーとしての役割が主である。
【００１０】
次に、光変調素子１００の作製方法について図１２を参照して説明する。図１２（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、光変調素子１００を作製する際の図１１に対応する工程断面図である。
【００１１】
まず、図１２（ａ）に示すように、基板１１０上にＷ（タングステン）膜等の金属膜を成膜して、パターニングして共通電極１１１を形成する。
【００１２】
次に、図１２（ｂ）に示すように、基板１１０の全面にアモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜を成膜して、パターニングして共通電極１１１上に犠牲層１１２を形成する。
犠牲層１１２は、次の支持部材１１３を形成するための支持層として機能し、後述のように、最終的には除去される。そのため、犠牲層１１２は、共通電極１１１及び支持部材１１３を構成する窒化膜、及び金属膜に対して大きなエッチング選択比を有するアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜等で形成する。
【００１３】
次に、図１２（ｃ）に示すように、基板１１０の全面にＳｉＮ膜を成膜して、パターニングして、犠牲層１１２上を跨いで基板１１０上に立脚する支持部材１１３を形成する。
【００１４】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、支持部材１１３上を含めて基板１１０の全面にＡｌ膜を成膜し、パターニングすることにより、基板上に複数並列し、かつ支持部材１１３上にまで延びる光反射電極１１４を形成する。
【００１５】
最後に、アモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜からなる犠牲層１１２をＸｅＦ_２　ガスを用いたドライエッチング法により除去して、図１０および図１１に示す光変調素子が形成される。
【００１６】
以上のように、ＭＥＭＳ素子の作製では、シリコン基板上に薄膜構造を形成する半導体集積回路の製作プロセスを基盤とした表面マイクロマシンニング技術を適用して、シリコン基板、或いはガラス基板上に微細構造体を形成している。
そして、支持部材１１３等の弾性を応用した、上述のような微細構造体を形成するためには、支持部材１１３下に空隙部１１６を形成することが必要であるから、上述のように、予め犠牲層１１２を設け、犠牲層１１２上に支持部材１１３を形成して、最後に犠牲層１１２をエッチングして除去することにより、空隙部１１６を確保している。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の光変調素子１００では、従来、光反射電極１１４にはアルミニウムが用いられている。これは、（１）アルミニウムが比較的容易に成膜できること、（２）反射率の可視領域における波長分散が小さいこと、（３）表面に自然酸化膜（Ａｌ_２　Ｏ_３　）が形成され、これが保護膜となるなどの利点があるためである。
【００１８】
このような光変調素子では、反射面での光反射を高効率に行うことが望ましいが、光反射電極１１４となるアルミニウムは、金属であるためにその吸収係数は比較的大きく、可視領域では約０．０８、波長８３０ｎｍ付近では０．２０と比較的大きな光吸収を示す。このように、アルミニウム材料の特性により、光の反射効率がどうしても低下してしまうことから、この点を改善する余地がある。
【００１９】
また、同様な観点から、従来の製造過程では、静電駆動型素子１０２の反射面１０２ａとなる光反射電極１１４の表面に損傷を与えないように、すなわち、できるだけ良好な鏡面状態を保つように、光反射電極１１４となるアルミニウム膜の成膜後の工程が選択されてきた。
【００２０】
このように、表面状態を保つために特定の膜を保護することは一般的にしばしば行われる手法であるが、これによって工程の選択範囲が限定されることがあり、またプロセスの運用マージンが狭められる場合も多い。また、損傷を防ぐため、アルミニウムの金属層に対してフッ酸系の薬液が使用できないなどの制約があり、プロセスは最適化されているとは言い難かった。
【００２１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の利用効率を向上させ、信頼性を有する光変調素子およびその製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の光変調素子は、基板上に並列して設けられ、反射面を有し、印加された電圧に応じて基板方向に変位して、前記反射面と前記基板との距離を調整する複数の可動反射膜と、前記可動反射膜の前記反射面の上に形成され、屈折率の異なる複数の誘電体膜が積層して形成された保護膜とを有する。
【００２３】
並列して設けられた複数の前記可動反射膜と前記基板との間に設けられた共通電極をさらに有し、前記可動反射膜は、前記共通電極と前記可動反射膜との間に印加された電圧に応じてそれぞれ基板方向に変位する。
【００２４】
前記可動反射膜は、前記基板上に立脚し、前記共通電極と所定間隔を空けて対向するように設けられた支持部材と、前記支持部材上に形成され、前記反射面を備える光反射電極とを有する。
【００２５】
上記の本発明の光変調素子では、可動反射膜に電圧を印加すると、可動反射膜は、印加された電圧に応じて基板方向に変位して、反射面と基板との距離が調整されることにより、可動反射膜の反射面で反射される光の光路差が調整され、複数の可動反射膜の各反射面で反射される光の干渉により反射光の光強度が変調される。
このとき、可動反射膜の反射面の上には、屈折率の異なる複数の誘電体膜が積層して形成された保護膜を有することから、可動反射膜に入射光が到達する前に、当該保護膜を構成する各誘電体膜の表面においても反射され、透過した光はさらに次の誘電体膜の表面で反射されることとなる。
【００２６】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の光変調素子の製造方法は、基板上に共通電極を形成する工程と、前記共通電極上に犠牲膜を形成する工程と、前記基板および前記犠牲膜上に、前記犠牲膜を介して前記共通電極に対向するように前記基板上に立脚する複数の支持部材を形成する工程と、前記支持部材および前記基板上に、光反射電極用層を堆積する工程と、光反射電極用層上に、屈折率の異なる複数の誘電体膜を積層して保護膜用層を堆積する工程と、前記保護膜用層および前記光反射電極用層を加工して、前記複数の支持部材上にそれぞれ載置するように延びる複数の光反射電極および当該光反射電極の表面を被覆する保護膜を形成する工程と、前記犠牲膜を除去する工程とを有する。
【００２７】
上記の本発明の光変調素子の製造方法によれば、光反射電極用層の表面を保護膜用層により保護した状態で、光反射電極用層の加工および犠牲層の除去を行なうことから、光反射電極用層の加工や犠牲層の除去の際に、光反射電極用層の表面状態が変動するのが回避される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光変調素子およびその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態に係る光変調素子の構造を説明する斜視図である。本実施形態に係る光変調素子１は、基板１０上に延伸して形成された共通電極１１上に、複数個の静電駆動型素子２を相互に並列で密に配置させて構成されたデバイスである。
【００３０】
図１に示すように、上面に光反射面２ａを備えた一つの静電駆動型素子２と対向する共通電極１１とにより、ＭＯＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称されているＭＥＭＳ素子が構成されている。
各静電駆動型素子２が静電引力、或いは静電反発力によって機械的に動いて、光反射面２ａと基板１０との距離を調整し、各静電駆動型素子２の反射面２ａで反射される光の光路差を調整することにより、反射される光の干渉を利用して反射光の光強度を変調させる機能を有する。
【００３１】
図２は、図１に示す一つの静電駆動型素子２を有するＭＥＭＳ素子の構造を詳細に説明するための斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
ＭＥＭＳ素子は、図示するように、ガラス基板等の絶縁性の基板１０上に、Ｃｒ薄膜等で形成されている共通電極１１と、共通電極１１に交差してブリッジ状に跨ぐ静電駆動型素子２とを備えている。静電駆動型素子２と共通電極１１とは、その間の空隙部１６によって電気的に絶縁されている。
【００３２】
静電駆動型素子２は、共通電極１１をブリッジ状に跨いで基板１０上に立脚し、電極支持部材として設けられたＳｉＮ膜からなる支持部材１３と、基板１０上に相互に平行に複数形成され、それぞれ支持部材１３上にまで延びた、膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜からなる光反射電極１４と、保護膜１５とから構成されている。なお、上記の支持部材１３と光反射電極１４が、本発明の可動反射膜に相当する。
【００３３】
支持部材１３は、空隙部１６を確保するように、共通電極１１に対向して所定間隔だけ離間し、かつ共通電極１１に対して平行に光反射電極１４を支持するように設けられている。光変調素子１では、基板１０及びその上の共通電極１１は、図１に示すように、各静電駆動型素子２の共通基板及び共通電極となっている。
【００３４】
支持部材１３を構成するＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）は、その強度、弾性定数などの物性値が、機械的駆動に対して適切であるとして選定されている。
【００３５】
光反射電極１４を構成するアルミニウム膜（Ａｌ膜）は、（１）比較的容易に成膜できる金属膜であること、（２）可視光領域での光反射率の波長分散が小さいこと、（３）Ａｌ膜表面に生成したアルミナ自然酸化膜が保護膜となって反射面を保護すること等の理由から、光学部品材料として好ましい金属膜であるとして選定されている。
【００３６】
保護膜１５は、図３に示すように、光反射電極１４がアルミニウム膜からなる場合に、酸化アルミニウムからなる低い屈折率ｎ１をもつ第１の誘電体膜１５ａと、当該第１の誘電体膜１５ａ上に形成され、当該第１の誘電体膜１５ａよりも高い屈折率ｎ２をもつ窒化シリコン等からなる第２の誘電体膜１５ｂにより形成されている。
【００３７】
本実施形態では、光反射電極１４の上に、静電駆動型素子２の反射面２ａを主として構成する光反射電極１４の表面を保護しつつ、反射面２ａにおける光の反射効率を高めるために、屈折率の異なる誘電体膜からなる第１の誘電体膜１５ａおよび第２の誘電体膜１５ｂを積層させている。
【００３８】
金属の反射率を増加させる方法として、金属表面に誘電体の低屈折率であるものと高屈折率であるものを一組として、それぞれ光学波長λ／ｎ（λは反射率を増強させたい光の波長であり、ｎは各誘電体膜の屈折率）の１／４の膜を積み重ね、多層膜を形成する方法がある（ＪＤ．Ｒａｎｃｏｕｒｔ　，　小倉訳”　光学薄膜ユーザーズハンドブック”日刊工業新聞社１９９１）　。
【００３９】
これを本実施形態に係る光反射電極１４に適用した場合には、光反射電極１４および保護膜１５による反射層は下記（１）式に示したモデルで示される。
【００４０】
【数１】
（Ｍｅｔａｌ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　）　Ｌ’Ｈ（ＬＨ）＾ｎＡｉｒ　　　…（１）
【００４１】
上記式（１）は、光学薄膜設計でよく用いられる記号で記述したものであり、ここで、（Ｍｅｔａｌ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　）　が光反射電極１４に対応している。以下、式（１）の右項は順に光反射電極１４の上に積層させる膜を示しており、Ｌ’とＬが低屈折率な第１の誘電体膜１５ａ、Ｈが高屈折率な第２の誘電体膜１５ｂ、（ＬＨ）＾ｎは（ＬＨ）の組が周期的にｎ層積層されることを示している。なお、Ｌ’は吸収のある光反射電極１４との界面における位相シフトを考慮し、光学波長λ／ｎの１／４であるＬよりも若干薄く設定される。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１の誘電体膜１５ａおよび第２の誘電体膜１５ｂを一層ずつ積層した例について説明するが、上記式（１）に示すモデルのようにさらに繰り返し積層してもよい。
【００４３】
上記の本実施形態に係る光変調素子では、共通電極１１と、共通電極１１に対向する光反射電極１４との間に微小電圧を印加すると、静電現象によって静電駆動型素子２が共通電極１１に向かって接近し、また、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。このように、共通電極１１に対する静電駆動型素子２の接近、離間の動作により、光反射面２ａと基板１０との距離を調整し、各静電駆動型素子２の反射面２ａで反射される光の光路差を調整することにより、反射される光の干渉を利用して反射光の光強度を変調させ、光変調素子として機能する。
【００４４】
そして、本実施形態に係る保護膜１５の機能は、以下に示すように簡略化して説明できる。
すなわち、図３に示す静電駆動型素子２の反射面２ａに向けて入射した光のうち、屈折率の高い第２の誘電体膜１５ｂの表面で反射される光をＬ１とすると、当該反射光Ｌ１は、入射光に対して位相が１８０°変化したものとなる。
【００４５】
これに対し、第２の誘電体膜１５ｂ内に入り高屈折率の当該第２の誘電体膜１５ｂと低屈折率の第１の誘電体膜１５ａとの境界面で反射される光をＬ２とすると、当該反射光Ｌ２は入射光と位相は変わらないが、光学波長の１／４の膜厚の第２の誘電体膜１５ｂ内を往復することにより、表面に戻ったときには位相が１８０°変化していることから、反射光Ｌ１と反射光Ｌ２とは干渉により強め合うこととなる。
【００４６】
また、第１の誘電体膜１５ａ内に入り光吸収のある光反射電極１４の表面で反射された光をＬ３とすると、当該反射光Ｌ３は光反射電極１４を構成するアルミニウム等の材料の特性に応じた位相シフトがあるが、この位相シフト分に第１の誘電体膜１５ａ内の往復による光路を合わせた際に、第２の反射光Ｌ２と位相が同じとなるように第１の誘電体膜１５ａの膜厚を設定することにより、反射光Ｌ３と反射光Ｌ２が互いに干渉により強め合うこととなり、すなわち、反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の全てが干渉により強め合うこととなる。
【００４７】
このように、一つのアルミニウム等の金属材料からなる光反射電極１４の反射面で光の全部を反射させるのは困難であることから、当該光反射電極１４上に屈折率の異なる誘電体膜１５ａ，１５ｂの積層膜により形成された保護膜１５を形成し、当該保護膜１５を構成する各誘電体膜１５ａ，１５ｂの表面で反射させ、透過したものをさらに次の膜の境界で同位相で戻すことにより、保護膜１５を構成する誘電体膜の層数が増すほど、全体としての反射率を高めることができる。
【００４８】
次に、本実施形態に係る光変調素子の製造方法について、図４から図５を参照して説明する。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、基板１０上にＷ（タングステン）膜等の金属膜を成膜して、パターニングして共通電極１１を形成する。
【００５０】
次に、図４（ｂ）に示すように、基板１０全面にアモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜を成膜して、パターニングして共通電極１１上に犠牲層１２を形成する。
犠牲層１２は、次の支持部材１３を形成するための支持層として機能し、後述のように、最終的には除去される。そのため、犠牲層１２は、共通電極１１及び支持部材１３を構成する窒化膜、及び金属膜に対して大きなエッチング選択比を有するアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜等で形成する。
【００５１】
次に、図４（ｃ）に示すように、基板１０の全面にＳｉＮ膜を成膜して、パターニングして、犠牲層１２上を跨いで基板１０上に立脚する支持部材１３を形成する。
【００５２】
次いで、図５（ｄ）に示すように、支持部材１３上を含めて基板１０全面に、後に光反射電極となるアルミニウム等を成膜して、光反射電極用層１４’を形成する。
【００５３】
次に、図５（ｅ）に示すように、光反射電極用層１４’上の全面に、酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’と、窒化シリコンからなる第２の誘電体膜用層１５ｂ’とを含む保護膜用層１５’の成膜工程に移る。
【００５４】
酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’の成膜に好適な方法としては、（１）光反射電極用層１４’を構成するアルミニウム膜を直接陽極酸化することによりアルミニウム膜の表面を酸化して酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’を形成する方法と、（２）単原子層成膜法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’を成膜する方法が考えられる。
【００５５】
まず、陽極酸化による方法について説明を行う。陽極酸化は、図６に示すような陽極酸化用装置２０を用いて行なうことができる。
図６に示す陽極酸化用装置２０は、表面にアルミニウムからなる光反射電極用層１４’が形成されたウェーハ状態の基板１０をクランプする機構を持つ陽極２１と、陽極酸化を行うための電解液２２を入れる容器２３と、陰極２４とから構成される。
【００５６】
図６に示すように、基板１０はアルミニウムからなる光反射電極用層１４’が形成された面を陰極２４に向けて設置され、陽極２１のクランプ機構により基板１０の光反射電極用層１４’に接してクランプすることで、陽極２１と光反射電極用層１４’間で電流を導通させるようにする。
【００５７】
陰極２４は、腐食防止のため例えば白金（Ｐｔ）を使用する。電解液２２は、例えば、ホウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、硝酸アンモニウムなどの中性塩水溶液を用いる。電圧は定電圧で一定時間印加する。このとき、陽極２１に電気的に接続された光反射電極用層１４’を構成するアルミニウム膜表面では下記式（２）の反応が発生し、酸化アルミニウムが生成される。
【００５８】
【化１】
２Ａｌ＋３Ｈ_２　Ｏ→Ａｌ_２　Ｏ_３　＋３Ｈ_２　　　　　…（２）
【００５９】
例えば、図７に示すように、電解液２２として、酒石酸アンモニウム３重量％（ｗｔ％）、エチレングリコール９７重量％の混合溶液を用い、当該電解液２２の温度を１０℃に設定し、電圧を１０Ｖ、電流密度を１ｍＡ／ｃｍ^２　、印加時間を３０ｍｉｎとする条件で陽極酸化を行なうことができる。
【００６０】
その後、平行平板プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、窒化シリコンを成膜して、第２の誘電体膜用層１５ｂ’を形成する。その膜厚は、上述したように、反射率を増強させたい光の光学波長λ／ｎの１／４となるようにする。
以上の工程により、図５（ｅ）に示すように、光反射電極用層１４’上に、酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’と、窒化シリコンからなる第２の誘電体膜用層１５ｂ’とを含む保護膜用層１５’が形成される。
【００６１】
次に、単原子層成膜法（ＡＬＤ）による成膜方法について説明する。
単原子層成膜法は、ＣＶＤの一種である。ここで、通常のＣＶＤでは均一な膜を成膜するには減圧下で高温な条件にて成膜しなければならず、アルミニウム膜上に直接成膜するという条件から高温の条件を使うことができないという問題がある。また、プラズマを用いたＣＶＤでは低温な条件にて成膜可能であり、窒化シリコン膜の成膜の膜厚均一性や膜厚制御性は問題ないが、酸化アルミニウム膜の膜厚均一性や、成膜膜厚制御性に難がある。
以上の理由から、ＣＶＤの一種である、単原子層成膜法とよばれる、成膜方法を使用して原子層レベルの成膜を行うのが好適であると考えられる。
【００６２】
単原子層成膜法は、図８に示すような成膜装置３０を用いて行なうことができる。
図８に示す成膜装置３０は、チャンバ３１内に、ウェーハ状態の基板１０を保持し基板１０を加熱するヒータを備えた保持テーブル３２と、当該チャンバ３１に接続されたガス導入管３３，３４，３５と、チャンバ３１内に接続されたガス排気管３６とを有する。ガス排気管３６は、図示しない真空ポンプに接続されており、チャンバ３１内のガスを排気して所定の減圧状態とする。
【００６３】
ここで、例えば、ガス導入管３３は、パージガスとしてアルゴンを導入し、ガス導入管３４は、第１の原料ガスとしてＡｌＣｌ_３　を導入し、ガス導入管３５は、第２の原料ガスとしてＨ_２　Ｏガス（水蒸気）を導入する。
【００６４】
上記の成膜装置３０を用いた原子層堆積法では、まず、酸化アルミニウムの原料となる第１の原料ガス（ＡｌＣｌ_３　）を光反射電極用層１４’を構成するアルミニウム表面に吸着させる。
【００６５】
次に、ガス排気管３６により、第１の光反射電極用層１４’を構成するアルミニウム表面に吸着していない第１の原料ガス（ＡｌＣｌ_３　）を除去する。
【００６６】
次に、最初に導入した第１の原料ガス（ＡｌＣｌ_３　）と反応すると酸化アルミニウムになる第２の原料ガス（Ｈ_２　Ｏガス）を導入し、アルミニウム表面に吸着させたＡｌＣｌ_３　と反応させて、酸化アルミニウムを形成する。
【００６７】
最後に、ガス排気管３６により、ＡｌＣｌ_３　と未反応の第２の原料ガス（Ｈ_２Ｏガス）をチャンバ３１内から除去することにより、酸化アルミニウムが１分子層形成される。
【００６８】
そして、上記の工程を、形成する酸化アルミニウムが所望の膜厚になるまで繰り返して成膜する。この方法は、膜厚均一性がよく、低温でも成膜可能な方法である。
【００６９】
上記の単原子層成膜法による酸化アルミニウムの成膜は、例えば、図９に示すように、第１の原料ガスとして１５０℃に加熱されたＡｌＣｌ_３　を使用し、第２の原料ガスとして１００℃に加熱されたＨ_２　Ｏガスを使用し、チャンバ２内の圧力を０．０１Ｔｏｒｒとし、ウェーハ状態の基板温度を２５０℃とすることにより行なわれる。
【００７０】
酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’を形成した後、平行平板プラズマＣＶＤにより、窒化シリコンを成膜して、第２の誘電体膜用層１５ｂ’を形成する。その膜厚は、上述したように、反射率を増強させたい光の光学波長λ／ｎの１／４となるようにする。
以上の工程により、図５（ｅ）に示すように、光反射電極用層１４’上に、酸化アルミニウムからなる第１の誘電体膜用層１５ａ’と、窒化シリコンからなる第２の誘電体膜用層１５ｂ’とを含む保護膜用層１５’が形成される。
【００７１】
次に、図５（ｆ）に示すように、第２の誘電体膜用層１５ｂ’上に、光反射電極のパターンにレジスト膜を形成し、当該レジスト膜をマスクとして、第１の誘電体膜用層１５ａ’および第２の誘電体膜用層１５ｂ’をパターニングし、さらに、光反射電極用層１４’をパターニングする。これにより、基板１０上に複数並列し、かつ支持部材１３上にまで延びる光反射電極１４、および当該光反射電極１４上に堆積した第１の誘電体膜１５ａおよび第２の誘電体膜１５ｂからなる保護膜１５が形成される。
【００７２】
最後に、アモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜からなる犠牲層１２をＸｅＦ_２　ガスを用いたドライエッチング法により除去して、図１〜図３に示す光変調素子が形成される。
【００７３】
上記の本実施形態に係る光変調素子の製造方法によれば、アルミニウムからなる光反射電極用層１４’の表面を保護する保護膜用層１５’を形成した後に、光反射電極用層１４’のパターニングおよび犠牲層１２の除去等を行なうことから、パターニングの際のレジスト膜の残渣による汚染や、レジスト膜の除去や犠牲層１２の除去の際の光反射電極１４の表面への損傷を防止することができる。
従って、反射面２ａを主として構成する光反射電極１４の鏡面状態を良好なまま保護することができ、また、保護膜用層１５’により光反射電極用層１４’の表面が保護されていることから、光反射電極用層１４’のパターニングや、犠牲層１２の除去工程に使用する薬液等のプロセスの自由度を向上させることができる。
【００７４】
以上のように、本実施形態では、製造における自由度を向上させ、かつ、光の利用効率が向上した信頼性を有する光変調素子を実現することができる。
【００７５】
本発明の光変調素子は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態においては、図３に示したように、支持部材１３は、共通電極１１に対して平行に延在する梁部の両端を２本の柱部で支持する、ブリッジ状のものを例に説明したが、これに限られず、柱部が１本で、梁部の一方の端部のみを支持する片持ち梁式、即ちカンチレバー式のものであってもよい。
【００７６】
また、本実施形態では、光反射電極１４を構成するアルミニウムをスパッタ法、ＣＶＤ等により成膜した後、単原子層成膜法（ＡＬＤ）にて酸化アルミニウムを成膜する例について説明したが、下地となるアルミニウムもＡＬＤにて成膜してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、光の利用効率を向上させ、信頼性を有する光変調素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に光変調素子の構造を説明する斜視図である。
【図２】図１に示す一つの静電駆動型素子を有するＭＥＭＳ素子の構造を詳細に説明するための斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図４】本実施形態に係る光変調素子の製造における工程断面図である。
【図５】本実施形態に係る光変調素子の製造における工程断面図である。
【図６】第１の誘電体膜の形成のための陽極酸化用装置の構成を示す図である。
【図７】第１の誘電体膜の形成のための陽極酸化の条件を示す図である。
【図８】第１の誘電体膜の形成のための単原子層成膜装置の構成を示す図である。
【図９】第１の誘電体膜の形成のための単原子層成膜法による成膜条件を示す図である。
【図１０】従来例に係る光変調素子の構造を説明するための斜視図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図１２】従来例に係る光変調素子の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
１…光変調素子、２…静電駆動素子、２ａ…反射面、１０…基板、１１…共通電極、１２…犠牲層、１３…支持部材、１４…光反射電極、１４’…光反射電極用層、１５…保護膜、１５’…保護膜用層、１５ａ…第１の誘電体膜、１５ａ’…第１の誘電体膜用層、１５ｂ…第２の誘電体膜、１５ｂ’…第２の誘電体膜用層、１６…空隙部、２０…陽極酸化用装置、２１…陽極、２２…電解液、２３…容器、２４…陰極、３０…成膜装置、３１…チャンバ、３２…保持テーブル、３３，３４，３５…ガス導入管、３６…ガス排気管、１００…光変調素子、１０２…静電駆動素子、１０２ａ…反射面、１１０…基板、１１１…共通電極、１１２…犠牲層、１１３…支持部材、１１４…光反射電極、１１６…空隙部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light modulation element and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a light modulation element formed by a so-called micromachine element and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Along with the development of microtechnology, a so-called microelectromechanical system (MEMS) element (hereinafter, referred to as a MEMS element) has attracted attention.
The MEMS element is formed as a fine structure on a substrate such as a silicon substrate or a glass substrate, and electrically connects a driver that outputs a mechanical driving force, a semiconductor integrated circuit that controls the driving of the driver, and the like to each other. Is a mechanically connected element. The basic feature of the MEMS element is that a driving body configured as a mechanical structure is incorporated in a part of the element, and the driving output of the driving body applies Coulomb attraction between electrodes and the like. It is generally performed electrically.
[0003]
As an example of the MEMS device, a light modulation device called a GLV (Grating Light Valve) device developed by SLM (Silicon Light Machine) as a light intensity conversion device for a laser display, that is, a light modulator, is given as an example. Will be described.
[0004]
FIG. 10 is a perspective view illustrating the structure of a light modulation device including a MEMS device. The light modulation element 100 called a GLV device is configured by densely disposing a plurality of electrostatically driven elements 102 in parallel with each other on a common electrode 111 formed on a substrate 110. Device.
[0005]
As shown in FIG. 10, a single MEMS element called MOEMS (Micro Optical Electro-Mechanical Systems) is formed by one electrostatic drive element 102 having a light reflecting surface 102a on the upper surface and a common electrode 111 opposed thereto. One is configured. Each electrostatic drive element 102 mechanically moves by electrostatic attraction or electrostatic repulsion, adjusts the distance between the light reflection surface 102a and the substrate 110, and adjusts the reflection surface 102a of each electrostatic drive element 102. Has the function of modulating the light intensity of the reflected light by utilizing the interference of the reflected light by adjusting the optical path difference of the light reflected by the.
[0006]
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
As can be seen from the figure, the MEMS element includes a common electrode 111 formed of a Cr thin film or the like on an insulating substrate 110 such as a glass substrate, and an electrostatic drive that crosses the common electrode 111 in a bridge shape. And a mold element 102. The electrostatic drive element 102 and the common electrode 111 are electrically insulated by a gap 116 therebetween.
[0007]
The electrostatic drive type element 102 stands on the substrate 110 so as to straddle the common electrode 111 in a bridge shape, and forms a plurality of support members 113 made of a SiN film provided as electrode support members on the substrate 110 in parallel with each other. And a light reflection electrode 114 made of an Al film having a film thickness of about 100 nm, each of which extends onto the support member 113.
[0008]
The support member 113 is provided to be spaced apart from the common electrode 111 by a predetermined distance and to support the light reflection electrode 114 in parallel with the common electrode 111 so as to secure the gap 116. In the light modulation element 100 composed of a GLV device, the substrate 110 and the common electrode 111 thereon serve as a common substrate and a common electrode of each electrostatic drive type element 102 as shown in FIG.
[0009]
The mechanical characteristics of the electrostatically driven element 102 driven by using the electrostatic attraction and the electrostatic repulsion are substantially determined by the physical properties of the support member 113 made of a SiN film formed by a CVD method or the like. The Al film forming the electrode 114 mainly plays a role as a reflection mirror.
[0010]
Next, a method for manufacturing the light modulation element 100 will be described with reference to FIGS. 12A to 12D are process cross-sectional views corresponding to FIGS. 11A and 11B when manufacturing the light modulation element 100, respectively.
[0011]
First, as shown in FIG. 12A, a metal film such as a W (tungsten) film is formed on a substrate 110 and patterned to form a common electrode 111.
[0012]
Next, as shown in FIG. 12B, an amorphous silicon film or a polysilicon film is formed on the entire surface of the substrate 110, and is patterned to form a sacrificial layer 112 on the common electrode 111.
The sacrifice layer 112 functions as a support layer for forming the next support member 113, and is eventually removed as described later. Therefore, the sacrificial layer 112 is formed using a nitride film that forms the common electrode 111 and the support member 113, an amorphous silicon film having a large etching selectivity with respect to a metal film, a polysilicon film, or the like.
[0013]
Next, as shown in FIG. 12C, a SiN film is formed on the entire surface of the substrate 110 and is patterned to form a support member 113 standing on the substrate 110 over the sacrifice layer 112.
[0014]
Next, as shown in FIG. 12D, an Al film is formed on the entire surface of the substrate 110 including the support member 113 and is patterned, so that a plurality of Al films are arranged on the substrate in parallel and even on the support member 113. An extended light reflection electrode 114 is formed.
[0015]
Finally, the sacrificial layer 112 made of an amorphous silicon film or a polysilicon film is ₂ The light modulating element shown in FIGS. 10 and 11 is formed by removing by a dry etching method using a gas.
[0016]
As described above, in manufacturing a MEMS element, a microstructure is formed on a silicon substrate or a glass substrate by applying a surface micromachining technology based on a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit for forming a thin film structure on a silicon substrate. Is formed.
Then, in order to form the above-described microstructure applying the elasticity of the support member 113 and the like, it is necessary to form the gap 116 below the support member 113. The sacrifice layer 112 is provided, the support member 113 is formed on the sacrifice layer 112, and finally, the sacrifice layer 112 is removed by etching, so that the voids 116 are secured.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the light modulation element 100 having the above configuration, aluminum is conventionally used for the light reflection electrode 114. This is because (1) aluminum can be formed relatively easily, (2) the wavelength dispersion of the reflectance in the visible region is small, and (3) the natural oxide film (Al ₂ O ₃ ) Is formed, which has an advantage that it becomes a protective film.
[0018]
In such a light modulation element, it is desirable that the light reflection on the reflection surface be performed with high efficiency. However, since the aluminum serving as the light reflection electrode 114 is a metal, the aluminum has a relatively large absorption coefficient, and in the visible region, it has a relatively large absorption coefficient. It shows relatively large light absorption of 0.08 and 0.20 near the wavelength of 830 nm. As described above, since the reflection efficiency of light is inevitably reduced due to the characteristics of the aluminum material, there is room for improvement in this point.
[0019]
From a similar viewpoint, in the conventional manufacturing process, the surface of the light reflection electrode 114 serving as the reflection surface 102a of the electrostatically driven element 102 is not damaged, that is, the mirror surface is kept as good as possible. The process after the formation of the aluminum film to be the light reflection electrode 114 has been selected.
[0020]
As described above, protecting a specific film in order to maintain a surface state is a method that is often performed, but this may limit a selection range of a process and reduce a process operation margin. It is often done. Further, in order to prevent damage, there is a restriction that a hydrofluoric acid-based chemical solution cannot be used for the aluminum metal layer, and it has been difficult to say that the process is optimized.
[0021]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light modulation element having improved light use efficiency and reliability and a method for manufacturing the same.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the light modulation element of the present invention is provided in parallel on a substrate, has a reflective surface, is displaced in the direction of the substrate according to an applied voltage, and the reflective surface and the It has a plurality of movable reflective films for adjusting the distance to the substrate, and a protective film formed on the reflective surface of the movable reflective film and formed by laminating a plurality of dielectric films having different refractive indexes.
[0023]
The movable reflective film further includes a common electrode provided between the plurality of movable reflective films and the substrate provided in parallel, and the movable reflective film is applied between the common electrode and the movable reflective film. Each of them is displaced toward the substrate according to the voltage.
[0024]
The movable reflective film, standing on the substrate, a support member provided to face the common electrode at a predetermined interval, and a light reflective electrode formed on the support member and having the reflective surface, Having.
[0025]
In the above-described light modulation element of the present invention, when a voltage is applied to the movable reflection film, the movable reflection film is displaced in the direction of the substrate according to the applied voltage, and the distance between the reflection surface and the substrate is adjusted. Thereby, the optical path difference of the light reflected on the reflecting surface of the movable reflecting film is adjusted, and the light intensity of the reflected light is modulated by interference of the light reflected on each reflecting surface of the plurality of movable reflecting films.
At this time, since the protective film formed by stacking a plurality of dielectric films having different refractive indices on the reflective surface of the movable reflective film, the incident light reaches the movable reflective film before the incident light reaches the movable reflective film. The light is reflected on the surface of each dielectric film constituting the protective film, and the transmitted light is further reflected on the surface of the next dielectric film.
[0026]
Further, in order to achieve the above object, a method for manufacturing a light modulation element according to the present invention includes a step of forming a common electrode on a substrate, a step of forming a sacrificial film on the common electrode, Forming a plurality of support members standing on the substrate so as to face the common electrode via the sacrificial film on the film, and depositing a light reflection electrode layer on the support members and the substrate And a step of stacking a plurality of dielectric films having different refractive indices on the light reflecting electrode layer to deposit a protective film layer, and processing the protective film layer and the light reflecting electrode layer. Forming a plurality of light-reflecting electrodes extending so as to be placed on the plurality of support members and a protective film covering the surfaces of the light-reflecting electrodes, respectively, and removing the sacrificial film.
[0027]
According to the method of manufacturing the light modulation element of the present invention, since the light reflection electrode layer is processed and the sacrificial layer is removed while the surface of the light reflection electrode layer is protected by the protective film layer, When the light reflecting electrode layer is processed or the sacrificial layer is removed, a change in the surface state of the light reflecting electrode layer is prevented.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a light modulation element and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a perspective view illustrating the structure of the light modulation device according to the present embodiment. The light modulation device 1 according to the present embodiment is a device in which a plurality of electrostatically driven devices 2 are densely arranged in parallel with each other on a common electrode 11 formed to extend on a substrate 10. It is.
[0030]
As shown in FIG. 1, MOEMS (Micro Optical Electro-Mechanical) is formed by a common electrode 11 facing one electrostatic drive type element 2 having a light reflecting surface 2a on the upper surface.
A MEMS device called “Systems” is configured.
Each electrostatically driven element 2 is mechanically moved by an electrostatic attraction or an electrostatic repulsion to adjust the distance between the light reflecting surface 2a and the substrate 10 and to adjust the distance between the light reflecting surface 2a and the substrate 10 by the reflecting surface 2a of each electrostatically driven element 2. By adjusting the optical path difference of the reflected light, it has a function of modulating the light intensity of the reflected light using the interference of the reflected light.
[0031]
FIG. 2 is a perspective view for explaining in detail the structure of the MEMS device having one electrostatic drive type device 2 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. is there.
As shown in the figure, the MEMS element is a common electrode 11 formed of a Cr thin film or the like on an insulating substrate 10 such as a glass substrate, and an electrostatic drive type element that crosses the common electrode 11 and spans in a bridge shape. 2 is provided. The electrostatic drive element 2 and the common electrode 11 are electrically insulated by a gap 16 therebetween.
[0032]
The electrostatic drive type element 2 stands on the substrate 10 with the common electrode 11 straddling in a bridge shape and forms a plurality of support members 13 made of a SiN film provided as electrode support members on the substrate 10 in parallel with each other. Each of the light reflection electrodes 14 is formed of an Al film having a thickness of about 100 nm and extends over the support member 13, and a protection film 15. Note that the support member 13 and the light reflection electrode 14 correspond to a movable reflection film of the present invention.
[0033]
The supporting member 13 is provided so as to be spaced apart from the common electrode 11 by a predetermined distance and to support the light reflecting electrode 14 in parallel with the common electrode 11 so as to secure the space 16. In the light modulation element 1, the substrate 10 and the common electrode 11 thereon serve as a common substrate and a common electrode of each electrostatic drive type element 2 as shown in FIG.
[0034]
The SiN film (silicon nitride film) constituting the support member 13 is selected such that its physical properties such as strength and elastic constant are appropriate for mechanical driving.
[0035]
The aluminum film (Al film) constituting the light reflection electrode 14 is (1) a metal film that can be formed relatively easily, (2) the wavelength dispersion of light reflectance in the visible light region is small, 3) The alumina natural oxide film formed on the surface of the Al film is selected as a preferable metal film as a material for an optical component because the protective film protects the reflective surface as a protective film.
[0036]
As shown in FIG. 3, when the light reflection electrode 14 is formed of an aluminum film, the protective film 15 includes a first dielectric film 15a made of aluminum oxide and having a low refractive index n1, and the first dielectric film 15a. The first dielectric film 15b is formed on the second dielectric film 15b made of silicon nitride or the like having a higher refractive index n2 than the first dielectric film 15a.
[0037]
In the present embodiment, in order to protect the surface of the light reflection electrode 14 that mainly forms the reflection surface 2a of the electrostatically driven element 2 on the light reflection electrode 14 and increase the light reflection efficiency on the reflection surface 2a. A first dielectric film 15a and a second dielectric film 15b made of dielectric films having different refractive indexes are laminated.
[0038]
As a method of increasing the reflectance of a metal, a pair of a material having a low refractive index and a material having a high refractive index on a metal surface is set as an optical wavelength λ / n (where λ is the light whose reflectance is to be enhanced). (N is the refractive index of each dielectric film), there is a method of stacking films and forming a multilayer film (JD. Rancourt, translated by Ogura, Optical Thin Film Users Handbook, Nikkan Kogyo Shimbun 1991) ).
[0039]
When this is applied to the light reflection electrode 14 according to the present embodiment, the reflection layer formed by the light reflection electrode 14 and the protective film 15 is represented by a model represented by the following equation (1).
[0040]
(Equation 1)
(Metal Substrate) L'H (LH) ＾ nAir (1)
[0041]
The above equation (1) is described with a symbol often used in optical thin film design. Here, (Metal Substrate) corresponds to the light reflection electrode 14. Hereinafter, the right term of the expression (1) indicates a film to be laminated on the light reflection electrode 14 in order. The second dielectric film 15b, (LH) ＾ n, indicates that n pairs of (LH) are periodically laminated. L ′ is set slightly smaller than L, which is １／ of the optical wavelength λ / n, in consideration of the phase shift at the interface with the light-reflecting electrode 14 having absorption.
[0042]
In the present embodiment, an example in which the first dielectric film 15a and the second dielectric film 15b are laminated one by one will be described. However, even if the first dielectric film 15a and the second dielectric film 15b are further laminated as in the model shown in the above equation (1). Good.
[0043]
In the light modulation element according to the above-described embodiment, when a minute voltage is applied between the common electrode 11 and the light reflection electrode 14 facing the common electrode 11, the electrostatic drive type element 2 is moved to the common electrode 11 by an electrostatic phenomenon. When approaching toward 11 and stopping the application of the voltage, it separates and returns to its original state. As described above, the distance between the light reflection surface 2a and the substrate 10 is adjusted by the approach and separation operations of the electrostatic drive element 2 to and from the common electrode 11, and the light is reflected by the reflection surface 2a of each electrostatic drive element 2. By adjusting the optical path difference of the reflected light, the light intensity of the reflected light is modulated by using the interference of the reflected light to function as a light modulation element.
[0044]
The function of the protective film 15 according to the present embodiment can be described in a simplified manner as described below.
That is, among the light incident on the reflection surface 2a of the electrostatically driven element 2 shown in FIG. 3, the light reflected on the surface of the second dielectric film 15b having a high refractive index is defined as L1. The light L1 has a phase changed by 180 ° with respect to the incident light.
[0045]
On the other hand, light that enters the second dielectric film 15b and is reflected at the interface between the second dielectric film 15b having a high refractive index and the first dielectric film 15a having a low refractive index is denoted by L2. Then, although the phase of the reflected light L2 does not change from that of the incident light, the reflected light L2 reciprocates in the second dielectric film 15b having a thickness of 1/4 of the optical wavelength, so that when returning to the surface, the phase changes by 180 °. Therefore, the reflected light L1 and the reflected light L2 reinforce each other by interference.
[0046]
Further, assuming that the light entering the first dielectric film 15a and reflected on the surface of the light reflecting electrode 14 having light absorption is L3, the reflected light L3 is a characteristic of a material such as aluminum constituting the light reflecting electrode 14. The first dielectric film 15a has a phase shift corresponding to the phase shift, and when the optical path of the reciprocation in the first dielectric film 15a is adjusted to the phase shift, the first dielectric film 15a has the same phase as the second reflected light L2. By setting the thickness of the body film 15a, the reflected light L3 and the reflected light L2 reinforce each other by interference, that is, all of the reflected lights L1, L2, and L3 reinforce by interference.
[0047]
As described above, since it is difficult to reflect all of the light on the reflecting surface of the light reflecting electrode 14 made of one metal material such as aluminum, the dielectric film 15a having a different refractive index is formed on the light reflecting electrode 14. , 15b is formed, and is reflected on the surface of each of the dielectric films 15a and 15b constituting the protective film 15, and the transmitted light is further in phase with the boundary of the next film. By returning, the reflectance as a whole can be increased as the number of dielectric films constituting the protective film 15 increases.
[0048]
Next, a method for manufacturing the light modulation element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0049]
First, as shown in FIG. 4A, a metal film such as a W (tungsten) film is formed on a substrate 10 and patterned to form a common electrode 11.
[0050]
Next, as shown in FIG. 4B, an amorphous silicon film or a polysilicon film is formed on the entire surface of the substrate 10 and patterned to form a sacrificial layer 12 on the common electrode 11.
The sacrificial layer 12 functions as a support layer for forming the next support member 13, and is eventually removed as described later. Therefore, the sacrificial layer 12 is formed of a nitride film forming the common electrode 11 and the support member 13, an amorphous silicon film having a large etching selectivity with respect to a metal film, a polysilicon film, or the like.
[0051]
Next, as shown in FIG. 4C, a SiN film is formed on the entire surface of the substrate 10 and is patterned to form a support member 13 standing on the substrate 10 over the sacrifice layer 12.
[0052]
Next, as shown in FIG. 5D, a light reflecting electrode layer 14 'is formed on the entire surface of the substrate 10 including the support member 13 by forming aluminum or the like which will be a light reflecting electrode later.
[0053]
Next, as shown in FIG. 5E, a first dielectric film layer 15a 'made of aluminum oxide and a second dielectric film made of silicon nitride are formed on the entire surface of the light reflecting electrode layer 14'. The process proceeds to the step of forming the protective film layer 15 'including the film layer 15b'.
[0054]
Suitable methods for forming the first dielectric film layer 15a 'made of aluminum oxide include: (1) direct anodic oxidation of the aluminum film constituting the light reflecting electrode layer 14' to form a surface of the aluminum film; To form a first dielectric film layer 15a 'made of aluminum oxide by oxidizing aluminum oxide, and (2) a first film made of aluminum oxide by using an atomic layer deposition (ALD) method. A method of forming the dielectric film layer 15a 'can be considered.
[0055]
First, a method using anodic oxidation will be described. Anodization can be performed using an anodizing apparatus 20 as shown in FIG.
An anodizing apparatus 20 shown in FIG. 6 includes an anode 21 having a mechanism for clamping a substrate 10 in a wafer state having a light reflecting electrode layer 14 ′ made of aluminum on the surface, and an electrolytic solution for performing anodizing. A cathode 23 is provided with a container 23 in which the container 22 is placed.
[0056]
As shown in FIG. 6, the surface of the substrate 10 on which the light reflection electrode layer 14 ′ made of aluminum is formed faces the cathode 24, and the light reflection electrode layer 14 ′ of the substrate 10 is clamped by the anode 21. The current is conducted between the anode 21 and the light reflecting electrode layer 14 'by being clamped in contact with the anode.
[0057]
The cathode 24 uses, for example, platinum (Pt) for corrosion prevention. As the electrolytic solution 22, for example, a neutral salt aqueous solution such as ammonium borate, ammonium tartrate, ammonium citrate, and ammonium nitrate is used. The voltage is applied at a constant voltage for a certain time. At this time, a reaction represented by the following formula (2) occurs on the surface of the aluminum film constituting the light reflecting electrode layer 14 'electrically connected to the anode 21, and aluminum oxide is generated.
[0058]
Embedded image
2Al + 3H ₂ O → Al ₂ O ₃ + 3H ₂ … (2)
[0059]
For example, as shown in FIG. 7, a mixed solution of 3% by weight (wt%) of ammonium tartrate and 97% by weight of ethylene glycol is used as the electrolytic solution 22, the temperature of the electrolytic solution 22 is set to 10 ° C., and the voltage is increased. 10V, current density 1mA / cm ² The anodic oxidation can be performed under the condition that the application time is 30 minutes.
[0060]
Thereafter, a silicon nitride film is formed by parallel plate plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) to form a second dielectric film layer 15b '. As described above, the film thickness is set to be ４ of the optical wavelength λ / n of the light whose reflectance is to be enhanced.
Through the above steps, as shown in FIG. 5E, the first dielectric film layer 15a 'made of aluminum oxide and the second dielectric film made of silicon nitride are formed on the light reflecting electrode layer 14'. The protective film layer 15 'including the film layer 15b' is formed.
[0061]
Next, a film formation method by a monoatomic layer formation method (ALD) will be described.
The monoatomic layer formation method is a type of CVD. Here, in the ordinary CVD, in order to form a uniform film, it is necessary to form a film under a high temperature under reduced pressure. There is a problem that can not be. In addition, CVD using plasma can form a film under low-temperature conditions, and there is no problem with the film thickness uniformity and film thickness controllability of the silicon nitride film. It is difficult to control the film thickness.
For the above reasons, it is considered preferable to form a film at an atomic layer level using a film formation method called a monoatomic layer film formation method, which is a kind of CVD.
[0062]
The monoatomic layer formation method can be performed using a film formation apparatus 30 as shown in FIG.
The film forming apparatus 30 shown in FIG. 8 includes a holding table 32 having a heater for holding the substrate 10 in a wafer state and heating the substrate 10 in a chamber 31, and gas introducing pipes 33 and 34 connected to the chamber 31. , 35 and a gas exhaust pipe 36 connected to the inside of the chamber 31. The gas exhaust pipe 36 is connected to a vacuum pump (not shown), and exhausts the gas in the chamber 31 to a predetermined reduced pressure state.
[0063]
Here, for example, the gas introduction pipe 33 introduces argon as a purge gas, and the gas introduction pipe 34 introduces AlCl as a first source gas. ₃ Is introduced, and the gas introduction pipe 35 is provided with H as the second source gas. ₂ O gas (steam) is introduced.
[0064]
In the atomic layer deposition method using the film forming apparatus 30, first, a first source gas (AlCl ₃ ) Is adsorbed to the aluminum surface constituting the light reflecting electrode layer 14 ′.
[0065]
Next, the first source gas (AlCl 3) that is not adsorbed on the aluminum surface constituting the first light reflecting electrode layer 14 ′ by the gas exhaust pipe 36. ₃ ).
[0066]
Next, the first source gas (AlCl ₃ ) Reacts with the second source gas (H ₂ O gas) and adsorbed on the aluminum surface ₃ To form aluminum oxide.
[0067]
Finally, the gas exhaust pipe 36 allows the AlCl ₃ And unreacted second source gas (H ₂ By removing the O gas from the inside of the chamber 31, aluminum oxide is formed as a monolayer.
[0068]
Then, the above steps are repeated until the aluminum oxide to be formed has a desired thickness. This method has good uniformity in film thickness and is a method capable of forming a film even at a low temperature.
[0069]
The film formation of aluminum oxide by the above-described monoatomic layer film formation method is performed, for example, as shown in FIG. 9 by using AlCl heated to 150 ° C. as a first source gas. ₃ And H heated to 100 ° C. as the second source gas ₂ This is performed by using O gas, setting the pressure in the chamber 2 to 0.01 Torr, and setting the substrate temperature in a wafer state to 250 ° C.
[0070]
After forming the first dielectric film layer 15a 'made of aluminum oxide, silicon nitride is deposited by parallel plate plasma CVD to form the second dielectric film layer 15b'. As described above, the film thickness is set to be ４ of the optical wavelength λ / n of the light whose reflectance is to be enhanced.
Through the above steps, as shown in FIG. 5E, the first dielectric film layer 15a 'made of aluminum oxide and the second dielectric film made of silicon nitride are formed on the light reflecting electrode layer 14'. The protective film layer 15 'including the film layer 15b' is formed.
[0071]
Next, as shown in FIG. 5F, a resist film is formed on the second dielectric film layer 15b 'in a pattern of the light reflecting electrode, and the first dielectric film is formed using the resist film as a mask. The film layer 15a 'and the second dielectric film layer 15b' are patterned, and further, the light reflecting electrode layer 14 'is patterned. Thereby, a plurality of light reflecting electrodes 14 arranged in parallel on the substrate 10 and extending to the support member 13, and the first dielectric film 15 a and the second dielectric film 15 b deposited on the light reflecting electrodes 14 are formed. Is formed.
[0072]
Finally, the sacrificial layer 12 made of an amorphous silicon film or a polysilicon film is ₂ The light modulating element shown in FIGS. 1 to 3 is formed by removing by a dry etching method using a gas.
[0073]
According to the method for manufacturing a light modulation element according to the above-described embodiment, after forming the protective film layer 15 'for protecting the surface of the light reflection electrode layer 14' made of aluminum, the light reflection electrode layer 14 'is formed. Patterning, removal of the sacrificial layer 12, and the like, prevent contamination by the residue of the resist film during patterning and damage to the surface of the light reflecting electrode 14 when removing the resist film and removing the sacrificial layer 12. can do.
Therefore, it is possible to protect the mirror surface state of the light reflection electrode 14 which mainly forms the reflection surface 2a while maintaining a good mirror surface, and the surface of the light reflection electrode layer 14 'is protected by the protective film layer 15'. Therefore, it is possible to improve the degree of freedom in the process of patterning the light-reflecting electrode layer 14 ′ and using a chemical solution or the like used in the step of removing the sacrificial layer 12.
[0074]
As described above, in the present embodiment, it is possible to realize a highly reliable light modulation device with improved flexibility in manufacturing and improved light use efficiency.
[0075]
The light modulation element of the present invention is not limited to the description of the above embodiment.
For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the support member 13 is a bridge-like member that supports both ends of a beam extending parallel to the common electrode 11 with two pillars. However, the present invention is not limited to this, and may be of a cantilever type having one pillar portion and supporting only one end of the beam portion, that is, a cantilever type.
[0076]
Further, in the present embodiment, an example in which aluminum constituting the light reflection electrode 14 is formed by a sputtering method, CVD, or the like, and then aluminum oxide is formed by a monoatomic layer formation method (ALD) has been described. Aluminum serving as a base may be formed by ALD.
In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0077]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization efficiency of light can be improved and the light modulation element which has reliability can be implement | achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a structure of a light modulation element according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view for describing in detail a structure of a MEMS device having one electrostatic drive type device shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2;
FIG. 4 is a process sectional view in the manufacture of the light modulation element according to the embodiment.
FIG. 5 is a process cross-sectional view in the manufacture of the light modulation element according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an anodizing apparatus for forming a first dielectric film.
FIG. 7 is a diagram showing conditions of anodic oxidation for forming a first dielectric film.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a monoatomic layer deposition apparatus for forming a first dielectric film.
FIG. 9 is a diagram showing film forming conditions by a monoatomic layer forming method for forming a first dielectric film.
FIG. 10 is a perspective view illustrating a structure of a light modulation element according to a conventional example.
FIG. 11 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 10;
FIG. 12 is a process sectional view in the manufacturing of a light modulation element according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light modulation element, 2 ... Electrostatic drive element, 2a ... Reflection surface, 10 ... Substrate, 11 ... Common electrode, 12 ... Sacrifice layer, 13 ... Support member, 14 ... Light reflection electrode, 14 '... Light reflection electrode Layer, 15: protective film, 15 ': protective film layer, 15a: first dielectric film, 15a': first dielectric film layer, 15b: second dielectric film, 15b ': second A dielectric film layer, 16 ... voids, 20 ... anodizing device, 21 ... anode, 22 ... electrolytic solution, 23 ... container, 24 ... cathode, 30 ... film forming device, 31 ... chamber, 32 ... holding table , 33, 34, 35: gas introduction pipe, 36: gas exhaust pipe, 100: light modulation element, 102: electrostatic drive element, 102a: reflection surface, 110: substrate, 111: common electrode, 112: sacrifice layer, 113 ... Support member, 114 ... Light reflecting electrode, 116 ... Void portion.

Claims

Provided in parallel on the substrate, having a reflective surface, displaced in the direction of the substrate according to the applied voltage, a plurality of movable reflective film to adjust the distance between the reflective surface and the substrate,
And a protective film formed on the reflective surface of the movable reflective film and formed by laminating a plurality of dielectric films having different refractive indexes.

Further comprising a common electrode provided between the plurality of movable reflective films and the substrate provided in parallel,
The light modulation device according to claim 1, wherein the movable reflection film is displaced toward the substrate in accordance with a voltage applied between the common electrode and the movable reflection film.

The movable reflective film,
A support member standing on the substrate and provided so as to face the common electrode at a predetermined interval,
The light modulation element according to claim 2, further comprising: a light reflection electrode formed on the support member and including the reflection surface.

The light modulation element according to claim 3, wherein the light reflection electrode includes aluminum.

Forming a common electrode on the substrate;
Forming a sacrificial film on the common electrode;
Forming a plurality of support members standing on the substrate on the substrate and the sacrificial film so as to face the common electrode via the sacrificial film;
Depositing a layer for a light-reflecting electrode on the support member and the substrate;
A step of stacking a plurality of dielectric films having different refractive indexes on the light reflecting electrode layer and depositing a protective film layer,
The protection film layer and the light reflection electrode layer are processed to form a plurality of light reflection electrodes extending so as to be mounted on the plurality of support members, respectively, and a protection film covering the surfaces of the light reflection electrodes. The process of
Removing the sacrificial film.

6. The method for manufacturing a light modulation element according to claim 5, wherein in the step of depositing the protective film layer, the protective film layer is formed by an atomic layer deposition method.

6. The method for manufacturing a light modulation device according to claim 5, wherein in the step of depositing the protective film layer, the protective film layer is formed by anodic oxidation.