JP2006098990A - 透過型光変調素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計の自由度の大きい、構造が簡単で、コスト安で、制御が簡単で、波長依存性がない電気機械式光シャッター素子を、高精度・高品質・低価格で製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】 透過型光変調素子の製造方法において、まず、Ｓｉ（シリコン）基板上に駆動回路を形成し、次に、その上に透過型光変調部の成膜をしてパターニングを行い、その後、前記駆動回路と前記透過型光変調部を前記Ｓｉ基板から透明基板上に転写するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンディマンドのデジタル露光装置、デジタル露光による画像形成装置、プロジェクタ等の投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイ等のマイクロディスプレイ装置などに搭載される１次元又は２次元の光変調素子アレイに関する。

この分野における公知の文献としては、特許文献１〜特許文献３を挙げることができる。

特開平１０−３９２３９号公報 特開２００２−２１４５４３号公報 特表平９−５１０７９７号公報 特開平７−３１１３９１号公報

このうち、特に特許文献１記載の発明は、実質的な開口率を低下することなく，基板上にシャッタの駆動回路等を設けることを可能とするもので、特長的な発明と言える。そのために微小電気機械要素による光変調部（マイクロマシン技術により形成された微小電気機械式要素をＭＥＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌの略）と言い、以後、ＭＥＭ光変調部と呼ぶ。））に、光を集光するマイクロレンズと、マイクロレンズで集光された光が入射され、光を通過させる貫通孔を備えた基板と、基板に設けられ、貫通孔に入射された光の通過・非通過を制御するシャッタとを備えるようにしている。
このようにすることにより、開口率を低下させることなく、貫通孔の開口部の基板表面全体に占める割合を従来のものより低くでき、基板上に駆動回路等を設けるためのスペースを確保することができ、またシャッタの移動距離を小さくすることができ、静電引力によるシャッタ開閉動作を容易に行うことができる。
したがって、より簡単な工程により製造可能で、かつ誤動作が少ない空間光変調素子を得ることができ、そしてこの空間光変調素子を用いればスクリーン上にコントラストの高い画像等を結像することができるものである。

また、特許文献２記載の発明は、光透過性基板と、接合層によって基板に固定され、導電行ライン及び導電列ラインとによって接続され、ピクセル電極の配列に接続されたトランジスタの固定配列を備えた回路パネルを具備し、各ピクセル電極が少なくとも一つのトランジスタに電気的に連結され、トランジスタが、絶縁酸化物層上の本質的単結晶シリコン材料の層で形成され、更に、該回路パネルの本質的単結晶シリコン材料の表面によって形成された第１のパネルと該第１のパネルに平行な第２のパネルにおける対向電極との間に液晶材料を設け、該ピクセル電極が第１のパネルと光透過性基板との間に位置付けられて、電極の各々によって生成され、該液晶材料に加えられる電場又は信号が、液晶材料の光学特性を変更するようにしたものである。

さらに、特許文献３記載の発明は、アクティブ・マトリックス・ディスプレーを製造する方法であって、 第一基板上の半導体層を用いてトランジスタ回路の配列を形成させ、この半導体層にピクセル電極領域を限定する開口部を持たせ、 該ピクセル電極領域の各々にピクセル電極の配列を形成させ、各ピクセル電極を該トランジスタ回路の１つに電気連結させ、そして このトランジスタ回路上に絶縁層を形成し、トランジスタと絶縁層各々の上に光遮光材料を形成し、トランジスタ回路、画素電極配列、光遮光層を該第一基板から第二基板上に転写する方法である。また、第一基板はＳＯＩ基板であり、透明基板に回路を転写し、Ｓｉ基板をエッチングにより除去するようにしている。

また、特許文献４記載の発明は、電界効果電子移動度に優れた高性能の単結晶シリコン基板の透過型ＬＣＤ装置の製造方法で、それは単結晶シリコン基板上の画素開口部を形成しようとする領域に多結晶部のエピタキシャル層を形成し、該単結晶シリコン基板上のその他の領域に単結晶部のエピタキシャル層を形成する第１工程と、前記単結晶部のエピタキシャル層にスイッチングトランジスタ部および駆動用周辺回路部を形成するとともに、エッチングによって前記多結晶部のエピタキシャル層を除去する第２工程と、前記多結晶部のエピタキシャル層を除去した部分に透光性の樹脂からなる埋込層を形成した後、該埋込層上に画素電極部を形成する第３工程と、画素電極部を形成した単結晶シリコン基板の表面に高平坦度の台ガラスを貼り合わせて接着保持する第４工程と、前記単結晶シリコン基板の裏面側から研削および研磨を行い、さらに必要に応じてエッチングを行って、前記埋込層の裏面を露出させるとともに、単結晶部のエピタキシャル層からなる単結晶シリコン架台を形成する第５工程と、透明接着剤によって前記単結晶シリコン架台の裏面側を色フィルター基板または下側ガラス基板に貼り合わせる第６工程とからなるものである。

しかしながら、特許文献１記載の発明では、不透明基板（例えばＳｉ基板）に光透過のための開口部（貫通孔）を設ける構成であるので、微細化、集積性に制限があるし、またプロセスが複雑になりコストが高くなるという欠点があった。

また、特許文献２記載の発明は液晶素子を用いているため、光源からの光を偏光板やフィルターの多数層に透過させるため、光利用効率の低下、応答性の遅れ、紫外線が不可などの欠点があった。

さらに、特許文献３記載の発明も同じく、液晶素子を用いているため、上記欠点が当てはまる。さらに、開口部に画素電極を形成するため、製作の自由度がなく、製作が困難となる。特に、後述のマイクロレンズアレイを用いる場合には、製作が困難となった。また、光遮光層や画素電極が必須構成となるため、製造工程が複雑化し、コスト高に繋がった。

そして、特許文献４記載の発明も同じく、液晶素子を用いているため、上記欠点が当てはまる。さらに、単結晶部のエピタキシャル層からなる単結晶シリコン架台を形成する第５工程と、透明接着剤によって前記単結晶シリコン架台の裏面側を色フィルター基板または下側ガラス基板に貼り合わせる第６工程とが必要となるため、製造工程が複雑化し、コスト高となった。

そこで、これらの課題を解決するものとして、本出願人は、先に、本願発明に先行する発明（以下、「先行発明」という。）を考え、特許出願（特願２００３−１４６５６０）した。
先行発明の目的はＳｉ基板に貫通孔を設ける必要のない、したがって微細化および集積性に制限のない、簡単なプロセスで上記と同じ機能で安価で高性能の透過型光変調素子とその製造方法を提供することにあった。
上記課題を解決するため、請求項１記載の透過型光変調素子の発明は、透明基板と、該透明基板上の光透過領域以外の領域に設けられた薄膜の画素駆動回路と、該画素駆動回路によって制御され該画素駆動回路の上に設けられる微小電気機械要素による透過型光変調部とから成るものであり、
これを製造する方法としては、絶縁層と第２シリコン層とから成るＳＯＩ基板の上に、まず画素駆動回路を形成し、次に該画素駆動回路側を支持した状態で前記ＳＯＩ基板を除去した後、ここに透明基板を接合し、前記画素駆動回路の上に微小電気機械要素による透過型光変調部を形成するものであった。
このような構成により、光変調部を備える基板全体を透明な物質で支持することで、公知文献１に記載のようなＳｉ基板（不透明基板）に貫通孔を設ける必要の無い、微細化および集積性に制限のない透過型光変調素子を簡単なプロセスで得られることが可能となった。

しかしながら、先行発明においては次のような克服すべき課題があることに、本出願人はその後、気がついた。
（１） ＭＥＭＳ工程がガラス基板となり、シリコン基板を対象とした一般の半導体製造ラインを利用してＭＥＭＳ工程を実施することができなくなり、コスト的およびフレキシビリティ的に不利となること、
（２） 転写する透明基板がＭＥＭＳ工程に適する特性を有する必要があること。例えば、ＭＥＭＳの製造工程で基板が高温に曝される可能性があるため基板の高耐熱性や、基板の伸び縮みによって可撓膜の応力やアライメント性能が変化するため基板の少熱伸縮性、製品の品質に直接影響する基板の高平坦性などが要求される。そして、これらの要求を満たす基板は高価となることである。

そこで、本発明は、上記課題を解決するもので、ＭＥＭＳ形成工程に一般の半導体製造ラインを利用できるようにしてコスト的およびフレキシビリティ的に有利にすると共に、転写で用いる透明基板に高耐熱性や少熱伸縮性、高平坦性といった高価な基板を使用する必要のないを透過型光変調素子の製造方法を提供することである。

このような課題を解決するため、請求項１記載の発明は、透過型光変調素子の製造方法に係り、透明基板と、該透明基板上の光透過領域以外の領域に設けられた薄膜の画素駆動回路と、該画素駆動回路によって制御され該画素駆動回路の上に設けられる微小電気機械要素による透過型光変調部とから成る透過型光変調素子、又は、該透過型光変調素子にさらに前記微小電気機械要素による透過型光変調部の少なくとも入射側に光学機能体を設け、該光学機能体により、入射光の少なくとも一部が回路基板上の光透過領域及び光変調部に収束されるようにした透過型光変調素子の製造方法において、まず、シリコン基板上に駆動回路を形成し、次に、その上に透過型光変調部を形成し、その後、前記駆動回路と前記透過型光変調部を前記シリコン基板から透明基板上に転写することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の透過型光変調素子の製造方法において、前記転写工程が、前記駆動回路と前記透過型光変調部を支持した状態で前記シリコン基板を除去し、前記透明基板を接合することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の透過型光変調素子の製造方法において、前記Ｓｉ基板がＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板であることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法において、前記透過型光変調部を形成する段階において、前記駆動回路と可動膜との間に犠牲層を形成しておき、前記透明基板に転写後に前記犠牲層を除去することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法において、前記透明基板に予め光学機能体を形成しておき、その後転写することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法において、前記透過型光変調部の形成を、成膜とパターニングによって行なうことを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法において、前記光学機能体がマイクロレンズアレイであることを特徴としている。

以上の構成によって、次の（１）〜（３）のような格別の効果が得られることとなる。
（１） Ｓｉ基板の状態で、ＣＭＯＳ回路形成およびＭＥＭＳ形成の各工程が可能であり、ガラス基板上に形成する場合より高精度でかつ高品質の製造が可能である。ここで言うＭＥＭＳ形成工程とは、通常、半導体製造工程で行われている成膜とフォトリソエッチング（パターニング）のことを指している。
（イ） 上記工程Ａ〜Ｃの各工程は高精度なフォトリソグラフィ工程や成膜、エッチング工程を必要とし、また歩留りを高めるために高いクリーン度が要求される。そして、一般の半導体ラインは、これらの要求を全て満たすように製造可能である。
（ロ） 一方、上記基板転写といったＤ〜Ｇ工程におけるガラス基板、仮支持体（一般的には樹脂等が用いられることができる。）など一般半導体ラインではコンタミネーション、塵埃等による製造が困難な工程や、有機材料を使用した犠牲層の除去などＭＥＭＳ形成固有の工程が一般半導体ラインとは別の後工程として一貫製造可能であり、製造の効率化や品質管理維持が容易となる。
（ハ） Ｓｉ基板のサイズや設計ルールを自在に選択でき、生産のフレキシビリティが向上する。
（２） 透明基板の特性許容が広がる（耐熱性、熱伸縮、平坦性など）。なぜなら、本発明によれば、成膜やエッチング工程などの高温プロセスやフォトリソグラフィ工程などの高精度な工程をすべて終えた後に透明基板を転写するのであるから、そのとき以降は透明基板はもはや高耐熱性や少熱伸縮性・高平坦性などが要求されなくなり、低価格の透明基板で十分だからである。
（３） 本発明によれば、透明基板を最終工程Ｆで接合すればよいので、接合前の透明基板にはいろいろな細工をすることが簡単にできる。そこで、例えば、透明基板の裏面（接合面の反対側）に予めマイクロレンズアレイ等の光学機能体を形成することが簡単にでき、その後、転写することが可能である。したがって、高度で多様な光学機能体を変調素子と一体化でき、高機能・高集積化が簡単に図れる。

以下、本発明について図１および図２に基づいて説明する。なお、以下に記載するＭＥＭ光変調部は、ファブリペロー干渉型の例である。
（１） 半導体製造ラインで次のＡ〜Ｃ各工程を順次行なう。
〈Ａ工程：ＳＯＩ基板の投入工程〉
図１（Ａ）において、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板１０を出発基板として用いる。すなわち、ＳＯＩ基板１０は、図のように、Ｓｉ（シリコン）層１１の上に、例えばＳｉＯ２（二酸化シリコン）の絶縁層１２を被覆し、さらにその上にＳｉ層１３を設けて成るものである。
Ｓｉ基板よりも特にＳＯＩ基板１０の方がよい理由は、後述するＥ工程（シリコンの電気化学エッチングや研削・研磨といった工程）のようにＳｉ基板を剥離することが容易であり、また、Ｓｉ基板上に直にＣＭＯＳ回路を形成しているとＳｉ基板を削り取る場合はＣＭＯＳ回路を削り取る危険性があるけれども、ＳＯＩ基板１０であれば絶縁層があるのでＣＭＯＳ回路を削り取る危険性が解消することにある。

〈Ｂ工程：ＣＭＯＳ回路２０および下部電極２２を形成する工程〉
次に、図１（Ｂ）において、Ｓｉ層１３の上に通常の半導体製造プロセスによって画素駆動回路（例えば、ＣＭＯＳ−ＳＲＡＭ）２０を形成し、そして画素駆動回路２０を絶縁膜２１で覆い、その上に下部電極３１を形成し、下部電極３１を駆動する画素駆動回路２０との接続線を絶縁膜２１内に形成する。透明な絶縁膜２１はＳｉＯ２や窒化膜で作られる。下部電極３１は、後に上部に形成されるＭＥＭの下部電極となるもので画素電極となる。

〈Ｃ工程：ＭＥＭ光変調部を形成する工程〉
図１（Ｃ）において、ＭＥＭ光変調部を形成する。
図において、２２は光学スペーサ、３１は下部電極（画素電極）、３２は可動膜、３３はハーフミラー、３４は上部電極［共通電極］、４０は犠牲層である。
絶縁膜２１、下部電極３１、およびハーフミラー（下部）３３の上を一面に光学スペーサ２２で覆い、さらにこの上を犠牲層４０で被覆する。この犠牲層４０の上に、先のハーフミラー（下部）３３に対向してハーフミラー（上部）３３、および可動膜３２を形成する。さらに、下部電極３１に対向して可動膜３２の上に上部電極３４を形成し、ＭＥＭ光変調部３０を作る。
図Ｃで可動膜３２は絶縁膜２１上に浮上しているように描かれているがこれはＭＥＭ光変調部３０の中央縦断面であるからであり、紙面の前後で可動膜３２は絶縁膜２１の上に延びて（全体でブリッジ状になって）いる。また、上部電極３４も紙面の前後で接続線にて画素駆動回路２０に接続されている。
光学スペーサ２２としてはＳｉＮ、ＭｇＦ2などの透明な誘電体、下部電極３１としてはアルミ、アルミ合金、Ｍｏなどの金属やポリシリコン、金属シリサイド、可動膜３２としてはＳｉＮ、ハーフミラー３３としては金属酸化膜の誘電体多層膜、上部電極３４としてはアルミ、アルミ合金などの金属やポリシリコン、金属シリサイド、犠牲層４０としてはＳｉＯ2、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳＯＧなどガラス材であるが、もちろんこれに限るものではない。

以上のＡ〜ＣのＭＥＭ光変調部作成３０形成までの工程は、シリコン基板を対象とした一般の半導体製造ラインを利用して実施することができ、コスト的およびフレキシビリティ的に有利となる。

次からのＤ〜Ｇ工程は、専用ラインで実施する。
〈Ｄ工程：仮支持体を接着する工程〉
図２（Ｄ）において、仮支持体５０がＭＥＭ光変調部３０側に接着される。仮支持体５０としては、ガラス又は樹脂が好適で、接着テープ（図示なし）により貼り合わせる。

〈Ｅ工程：ＳＯＩ基板の基板Ｓｉ層を除去する工程〉
図２（Ｅ）において、仮支持体５０を支持した状態で、Ｓｉ層１１が除去される。除去方法としては、Ｓｉ層１１の電気化学エッチングや、研削・研磨などの方法が用いられる。その他、リフトオフ法によるＳｉ基板の剥離も可能である。
例えば、Ｓｉ層１１の上に予めリフトオフ層を形成しておき、図２（Ｅ）において、このリフトオフ層を除去するようにすればよい。

〈Ｆ工程：ガラス基板の接合を行なう工程〉
図２（Ｆ）において、除去されたＳｉ層１１に代えて透明なガラス基板６０を接合する。これによって基板全体が透明物質で支持されることになるので、公知文献１に記載のようなＳｉ基板（不透明基板）に貫通孔を設ける必要が無くなる。

〈Ｇ工程：ＭＥＭ基板の完成工程〉
図２（Ｇ）において、先のＤ工程でＭＥＭ光変調部３０側に接着した仮支持体５０および両者間の貼り合わせに用いられた接着テープ（図示なし）を剥離し、犠牲層４０をエッチング除去して、ＭＥＭ基板が完成する。犠牲層４０をあらかじめ形成しておき、これを最後に除去するようにした理由は、通常、犠牲層除去はウエットエッチングやドライエッチングをウエハレベルでハンドリングで行うが、その際に薄膜の構造体を損傷したり、途中の工程で異物や塵埃が混入したりする可能性があり、最終工程で犠牲層除去を行なうようにすればその可能性が低くなり、品質安定に効果が大きいからである。

ＭＥＭ光変調部３０は、下部電極３１と、これと可動膜３２との間に空隙をつくるために介在する絶縁性支柱（図示なし）と、絶縁性支柱の上にそれぞれ橋絡延設される可動膜３２と、可動膜３２の上にそれぞれ延設される上部電極（可動部電極）３４と、空隙に配置されるハーフミラー（多層膜）３３とから構成されている。そこで下部電極３１と上部電極（可動部電極）３４との間に電圧が与えられることにより、可動膜３２が空隙内を上下方向に可動し、これに随伴して上部ハーフミラー３３が変位するので下部ハーフミラー３３との光学的距離が変化して、所謂ファブリペロー干渉の原理により特定波長域の光の透過率を変化させることができることとなる。
ここに用いられるＭＥＭ光変調素子３０としては、干渉型やメカシャッタが適用可能であるが、その他の方式のＭＥＭ光変調素子においても適用可能である。

〈Ｈ工程：マイクロレンズアレイ基板の接合工程〉
さらに、用途によっては、ＭＥＭ光変調部３０の上にマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）基板を接合することも考えられる。このために、図３（Ｈ）のステップが設けられる。図３（Ｈ）において、周囲にスペーサ７０を設けてその上にＭＬＡ基板８０が取り付けられ、希ガスを封入した後、封止される。その後、ダイシングして、電極をボンディングし、実装する。
ＭＥＭ光変調素子基板とＭＬＡ基板との接合は、ＭＥＭ光変調部の開口面積を大きくすることにより、アライメント精度の許容度を下げることが可能となる。

〈Ｈ工程の簡易化工程〉
ところで、本発明によれば、上記Ｈ工程を簡易化することが可能となる。
図３（Ｆ’）はＨ工程の簡易化ステップを示している。図３（Ｆ’）のＦ’工程を上記Ｆ工程に替えることでＨ工程の簡易化が可能となる。すなわち、Ｆ工程において接合する透明基板（ガラス基板）６０’に、前もってＭＬＡを形成しておくことにより、ＭＥＭＳ基板とＭＬＡが一体であるのでＦ’工程においてガラス基板６０’を接合するだけで光学的に高精度となり、したがってこの場合のＨ工程は、ＭＥＭＳ上部のガラス窓付き蓋がＭＬＡレスのためスペーサの厚み精度や接合時のアライメント精度の許容が大きく、低コスト化を図ることができる。
ガラス基板６０’は、そこに垂直に到来する平行光線が所望の１点（開口部）に集光するようにＭＬＡ付きガラス基板の各凸レンズの数、形状、大きさ、レンズ間間隔、開口部との距離を決めればよい。
このように、本発明によればガラス基板を最終工程Ｆで接合すればよいので、接合前のガラス基板に予めマイクロレンズアレイの光学機能体を形成することが簡単にでき、ＭＥＭＳ基板とＭＬＡが一体となるので上述のように低コスト化を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、まず、ＳＯＩ基板の上に画素駆動回路およびこの画素駆動回路の上にＭＥＭ光変調部を形成し、その後、不透明なＳｉ層を除去して、代わりに透明なガラス基板に置き替えるものであり、ＭＥＭ光変調部を備える基板全体が透明物質で支持されているので、公知文献１に記載のようなＳｉ基板（不透明基板）に貫通孔を設ける必要が無くなり、微細化および集積性に制限のない、簡単なプロセスで同じ機能の透過型光変調素子が得られ、さらに、先行発明との比較で言えば、（１）本発明ではＳｉ基板の状態でＭＥＭＳ形成するので、先行発明のガラス基板上に形成する場合より高精度でかつ高品質の製造が可能であり、（２）本発明では成膜やエッチング工程などの高温プロセスやフォトリソグラフィ工程などの高精度な工程をすべて終えた後に透明基板を転写するのであるから、そのとき以降は透明基板はもはや高耐熱性や少熱伸縮性・高平坦性などが要求されなくなり、先行発明の高温プロセスや高精度工程を透明基板の上で行なう場合と比べると低価格の透明基板で十分となり、さらに、（３）透明基板を最終工程Ｆで接合すればよいので、接合前の透明基板にはいろいろな細工をすることが簡単にでき、したがって、透明基板の裏面に予めマイクロレンズアレイ等の光学機能体を形成することが簡単にできる、といった効果がある。

図４は前述のＳＯＩ基板によるＣＭＯＳ回路のより詳しい具体的な製造プロセスの１例を示す。
Ａ）は出発基板として公知のＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）６００を用いる。ＳＯＩ基板６００はＳｉ基板６０ａ上にＳｉＯ２等の絶縁層６０ｂが形成され、その上に結晶Ｓｉ又は結晶Ｓｉと同程度のＳｉ薄膜層６０ｃが形成されたものである。ＳＯＩ基板６００は種々の製法により得られるが、代表的な製法としては再結晶化法、エピタキシャル成長法、絶縁膜埋め込み法（ＳＩＭＯＸ、ＦＩＰＯＳ等）、貼り合せ法等が知られており、何れも使用可能である。
絶縁膜６０ｂの厚さは２００ｎｍ〜２μｍ、Ｓｉ薄膜層６０ｃの厚さは１００ｎｍ〜数十μｍ程度が可能であるが、ＣＭＯＳ回路形成用としてのＳｉ薄膜層６０ｃの厚さは１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好適である。
なお、このようなＳＯＩ基板６００によるＣＭＯＳ回路は、従来のバルクＳｉ基板によるＣＭＯＳ回路に比べ、高速応答性、高耐圧性、高集積性に優れる特徴を有する。

Ｂ）ではトランジスタ素子の横方向の分離のため、熱酸化処理により半導体基板の一部を選択的に酸化させるＬＯＣＯＳ法を用いて素子の分離領域にフィールド酸化膜６１を形成する。

Ｃ）ではＳｉ領域に不純物イオンＢ＋、Ｐ＋をそれぞれ注入し、ｐ型Ｓｉ半導体６２ｐ、ｎ型Ｓｉ半導体領域６２ｎを形成する。

Ｄ）では前記のｐ型Ｓｉ半導体６２ｐ、ｎ型Ｓｉ半導体６２ｎ領域上にゲート酸化膜（ＳｉＯ２）６３ａを熱酸化等により形成した後、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をＣＶＤ等により成膜し、ＲＩＥ等によりパターニングしてゲート電極６３ｂを形成する。その後、絶縁膜（ＳｉＯ２）をＣＶＤにより成膜し、ＲＩＥ等によりゲート電極の両サイドにサイドウオール６３ｃを形成する。

次に、Ｅ）では、サイドウオールを利用したセルフアラインにより、ｐ型Ｓｉ半導体、ｎ型Ｓｉ半導体領域に高濃度の不純物イオンＰ＋、Ｂ＋をそれぞれ注入し、各々、ｎ＋型Ｓｉ半導体、ｐ＋型Ｓｉ半導体からなるソース領域６４ｓ、ドレイン領域６４ｄを形成する。その後、後述する金属配線層との電気的な接続を確実にするため、ゲート電極、ソース、ドレイン領域の上部にシリサイド層を形成する（図示せず）。これにより、それぞれ、ｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴ（６５ｎ）、ｐ型ＭＯＳ−ＦＥＴ（６５ｐ）が形成される。

次に、Ｆ）では、ＣＶＤ等により成膜された層間絶縁膜（ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、シリコン窒化膜など）６６を介してゲート電極、ソース、ドレイン領域に各々接続された金属配線（アルミなど）６７が形成される。

なお、Ｇ）のように、層間絶縁膜６６と金属配線６７は回路構成や集積度に応じて層間絶縁膜６６'と金属配線６７'のように積層されてもよい。
以上のようにして、所望のＣＭＯＳ回路が形成され、後述するＭＥＭ光変調素子を制御、駆動する回路となる。

図５は図４の駆動回路及び配線回路の上にＭＥＭ光変調部を形成するプロセスを簡単に説明する図である。
まず、駆動回路及び配線回路の上部にＭＥＭ光変調部の下地となる絶縁膜（ＳｉＯ２等）７１をＣＶＤ等により設ける。その後、駆動回路の出力配線とＭＥＭ光変調素子の駆動電極を接続するためのコンタクトホール７２（図Ｉ）設け、金属７３を埋め込む。なお、平坦性を高めるために必要に応じて絶縁膜及び埋め込み金属層をＣＭＰ等により平坦化する。

Ｉ）では、ＭＥＭ光変調素子を形成する。
Ｈ）では、前記の駆動回路及び配線回路の上部にＭＥＭ光変調部の下地となる絶縁膜（ＳｉＯ２等）７１をＣＶＤ等により設ける。その後、駆動回路の出力配線とＭＥＭ光変調素子の駆動電極を接続するためのコンタクトホール７２（図Ｉ）設け、金属７３を埋め込む。なお、平坦性を高めるために必要に応じて絶縁膜及び埋め込み金属層をＣＭＰ等により平坦化する。

ＭＥＭ光変調素子は目的に応じて様々な構造、方式がある。実施例ではＣｏｍｂ（櫛歯）型駆動による機械式光シャッタのＭＥＭ光変調素子を示す（なお、櫛歯型駆動による機械式光シャッタ自体の詳細は後述。）。櫛歯型駆動による機械式光シャッタのＭＥＭ光変調素子は、固定電極７４と、一部が支持された可動電極７５より構成され、さらに可動電極７５は遮光部７５ａと開口部７５ｂとからなる。また、７６は保護膜である。固定電極７４と可動電極７５は、下地の駆動回路の出力に各々接続され、固定電極７４と可動電極７５との間の電圧印加により可動電極７５が基板と水平な方向に変位する。この変位動作により可動電極７５が図の右側へ変位すれば開口部７５ｂに入射光Ｌが入るので透過し（ａ）、また可動電極７５が図の左側へ変位すれば遮光部７５ａに入射光Ｌが当たるので遮光する（ｂ）。このようにしてして光変調を行う。

ここで、ＭＥＭ光変調素子は、下部駆動回路上に形成されてもよく、また下部駆動回路以外の上に形成されてもよい。但し、光変調領域は下部駆動回路以外の領域（透明領域）に設けられ、駆動回路が入射光を遮ることはない。
製法としては、先ず、エッチング保護層となるＳｉＮ膜をＣＶＤで成膜し、その上に犠牲層となるＳｉＯ２（又はＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳＯＧなど）をＣＶＤ等により成膜する。
その後、固定電極形成領域をエッチングにより除去する。
次に、固定電極及び可動電極となるｐｏｌｙ−Ｓｉ層をＣＶＤにより成膜する。
その後、フォトリン・エッチングにより、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層をパターニングし、所望形状の固定電極と可動電極を形成する。
最後に、犠牲層（ＳｉＯ２等）をＨＦ等でエッチング除去してＭＥＭ光変調素子を形成する。なお、犠牲層除去後の乾燥工程で可動電極が基板に対して貼り付かないようにＣＯ２による超臨界乾燥を行うのが好ましい。

図６は公知の櫛歯型静電アクチュエータを光シャッタに用いた例である。
本発明の製法により、透明基板（例えばガラス基板、石英基板、サファイア基板など）８８１（図（２））の上に絶縁層（ＳｉＯ２等）８８２を介して駆動回路８８５を形成する。これは例えばＳｉプロセスによるトランジスタ回路、特にＣＭＯＳ回路などで実現できる。層間絶縁膜８８３、配線回路８８４、平坦化絶縁膜８８７などを配置する。この時、駆動回路８８５、配線回路８８４などの遮光性部材は光透過部８８６以外に配置する。光透過部８８６には絶縁層（例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物など）などの透明材料が形成される。

駆動回路８８５及び平坦化絶縁膜８８７の上部にアクチュエータ部を形成する。
図の実施例は櫛歯型静電アクチュエータによる光シャッタの例で、第１固定電極８１、第２固定電極８２、可動電極８３、およびこの可動電極８３を基板８８に支持する支持部８４からなる。
第１固定電極８１、第２固定電極８２、それに可動電極８３は図から見て取れるように、第１固定電極８１と可動電極８３の各対向辺、および第２固定電極８２と可動電極８３の各対向辺をそれぞれ櫛型の出入りのある形状に形成し、各櫛部分を接触しないように噛み合わせて成るものである。このようにすることにより、小さな駆動電圧でも有効な駆動力が発生するようになる。
なお、上記可動電極８３および可動電極８３は、金属、半導体など導電性材料から形成されることが好ましいが、絶縁材料と導電性材料の組合せでもよい。各々の電極は、基板８８上の駆動回路８８５の出力に配線回路８８４を介して各々接続され、各電極の電位を任意に制御できる。

図６は基板８８の側（図で下方）から光を入射させた場合である。
この場合は、透明基板８８１の側に開口部８８６を有する遮光層８８４を設け、その開口部８８６を透過する光路に可動電極８３を変位させてその遮光部８３１か開口部８３２かのいずれかを合わせることにより、光シャッタ制御を行うものである。
基板側および可動電極側の遮光機能は、光吸収性、光反射性の何れでもよい。
好ましくは光反射性が良く、吸収による熱の発生を防止できる。また、光反射性の場合は金属、半導体の他、多層膜ミラーが好ましい。

次に、図６の例で動作を説明する。
各電極の電位差を、
Ｖ１＝第１固定電極８１と可動電極８３の電位差
Ｖ２＝第２固定電極８２と可動電極８３の電位差、とした場合、
Ａ）Ｖ１＞Ｖ２のときは、可動電極８３が第１固定電極８１側に変位する。
この時、基板側の開口部８８６は可動電極８３の遮光部８３１と重なり、光Ｌは遮光される。
Ｂ）Ｖ１＝Ｖ２のときは、可動電極８３が第１固定電極８１と第２固定電極８３の中間で安定となり、この時も、基板側の開口部８８６は可動電極８３の遮光部８３１と重なり、光Ｌは遮光される。
Ｃ）Ｖ１＜Ｖ２のときは、可動電極８３が第２固定電極８２側に変位する。
この時、基板側の開口部８８６は可動電極８３の開口部８３２と一致し、光Ｌは透過される。

なお、上記は実施例であり、機械式光シャッタの構成、方式、材料、駆動方法などは本発明の主旨に沿う限り何れでもよい。例えば、回転変位可能な遮光膜を回転変位させ、入射光を透過／遮光させるフラップ型なども有効である。
また、実施例では基板８８側の光透過部８８６の光路上に絶縁膜などの透明部材を形成したが、空隙でも良い。この場合は、光透過部８８６の箇所に絶縁膜のエッチング等を施すことにより容易に空隙を形成できる。
また、基板と反対側から光を入射してもよい。

図７はマイクロレンズアレイ（以下、ＭＬＡと言う）をガラス基板で形成した透過型光変調素子の例を示している。
図において、前述の駆動回路（例えばＣＭＯＳ）を形成して成る基板の上に、前述の櫛歯型静電アクチュエータを配置したもので、第１固定電極８１と第２固定電極８２との間を水平方向に変位できる可動電極８３に設けられた開口部８３２が開口部８８６と一致すれば光Ｌ１は透光となり、遮光部８３１'が開口部８８６'と一致すれば光Ｌ２は遮光となる。一方、ガラス基板８８に対して垂直に到来する平行光線が開口部８８６に集光するようにＭＬＡ付きガラス基板８８の各凸レンズの数、形状、大きさ、レンズ間間隔、開口部８８６との距離が決められている。したがって、ガラス基板８８に対して垂直に到来する平行光線のほとんどが各開口部８８６に集光するようになり、光を有効に利用することが可能となる。
このように、本発明によればガラス基板８８を最終工程で接合すればよいので、接合前のガラス基板に予めマイクロレンズアレイの光学機能体を形成することが簡単にでき、ＭＥＭＳ基板とＭＬＡが一体となるので簡単に光学的高精度が得られ、しかもＭＥＭＳ上部のガラス窓付き蓋がＭＬＡレスのためスペーサの厚み精度や接合時のアライメント精度の許容が大きく、低コスト化を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、透過光路以外の領域に必要な駆動回路や配線回路を形成することにより、透過光路部を透明とすることができるので、従来のように不透明基板（例えばＳｉ基板など）に貫通孔を設けて透過光路を透明にすることが無く、工程を簡略化でき、また、駆動回路や変調素子を形成する面積を有効に活用でき、
さらに、ＭＥＭＳ光変調部をガラス基板上において形成する先行発明と比較しても、シリコン基板を対象とした一般の半導体製造ラインを利用してＭＥＭＳ工程を実施することができるので、コスト的およびフレキシビリティ的に有利となり、また、転写する透明基板が低価格の透明基板で十分となり、さらに、透明基板上へのマイクロレンズアレイの光学機能体の形成が簡単にできるため、ＭＥＭＳ基板とＭＬＡが一体にでき簡単に光学的高精度が得られ、しかもＭＥＭＳ上部のガラス窓付き蓋がＭＬＡレスのためスペーサの厚み精度や接合時のアライメント精度の許容が大きく、低コスト化を図ることができる、といった効果がある。

本発明に係る透過型光変調素子の半導体製造ラインでの製造ステップを説明する図である。 本発明に係る透過型光変調素子の専用ラインでの製造ステップを説明する図である。 ＭＥＭ光変調部の上にマイクロレンズアレイ基板を接合するステップを説明する図である。 ＳＯＩ基板によるＣＭＯＳ回路の具体的な製造プロセスの１例を示す図である。 図４の駆動回路及び配線回路の上にＭＥＭ光変調部を形成するプロセスを説明する図である。 公知の櫛歯型静電アクチュエータを光シャッタに用いた例である。 マイクロレンズアレイを光変調素子の入射側に設けた例を示している。

符号の説明

１０ ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板
１１ Ｓｉ（シリコン）層
１２ 絶縁層（例えばＳｉＯ２）
１３ Ｓｉ層
２０ 画素駆動回路（例えば、ＣＭＯＳ−ＳＲＡＭ）
２１ 絶縁膜
２７ スペーサ２７
２８ マイクロレンズアレイ基板
２２ 光学スペーサ
３０ ＭＥＭ光変調部
３１ 下部電極（画素電極）
３２ 可動膜
３３ ハーフミラー
３４ 上部電極［共通電極］
４０ 犠牲層
５０ 仮支持体
６０ 透明基板（例えば、ガラス）
６０’ＭＬＡ付き透明基板
６００ ＳＯＩ基板
６０ａ Ｓｉ基板
６０ｂ 絶縁層
６０ｃ Ｓｉ薄膜層
６１ フィールド酸化膜
６２ｐ ｐ型Ｓｉ半導体
６２ｎ ｎ型Ｓｉ半導体
６３ａ ゲート酸化膜
６３ｂ ゲート電極
６３ｃ サイドウオール
６４ｓ ソース領域
６４ｄ ドレイン領域
６５ｎ ｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴ
６５ｐ ｐ型ＭＯＳ−ＦＥＴ
６６、６６' 層間絶縁膜
６７、６７' 金属配線
７０ スペーサ
７１ 絶縁膜
７２ コンタクトホール
７３ 金属
７４ 固定電極
７５ 可動電極
７５ａ 遮光部
７５ｂ 開口部
７６ 保護膜
８０ マイクロレンズアレイ基板
８１ 第１固定電極
８２ 第２固定電極
８３ 可動電極
８３１ 遮光部
８３２ 開口部
８４ 支持部
８８ 基板
８８１ 透明基板
８８２ 絶縁層
８８３ 層間絶縁膜
８８４ 配線回路
８８５ 駆動回路
８８６ 光透過部（開口部）
８８７ 平坦化絶縁膜

Claims (7)

1. 透明基板と、該透明基板上の光透過領域以外の領域に設けられた薄膜の画素駆動回路と、該画素駆動回路によって制御され該画素駆動回路の上に設けられる微小電気機械要素による透過型光変調部とから成る透過型光変調素子、又は、該透過型光変調素子にさらに前記微小電気機械要素による透過型光変調部の少なくとも入射側に光学機能体を設け、該光学機能体により、入射光の少なくとも一部が回路基板上の光透過領域及び光変調部に収束されるようにした透過型光変調素子の製造方法において、まず、シリコン基板上に駆動回路を形成し、次に、その上に透過型光変調部を形成し、その後、前記駆動回路と前記透過型光変調部を前記シリコン基板から透明基板上に転写することを特徴とする透過型光変調素子の製造方法。
2. 前記転写工程は、前記駆動回路と前記透過型光変調部を支持した状態で前記シリコン基板を除去し、前記透明基板を接合することを特徴とする請求項１記載の透過型光変調素子の製造方法。
3. 前記Ｓｉ基板はＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の透過型光変調素子の製造方法。
4. 前記透過型光変調部を形成する段階において、前記駆動回路と可動膜との間に犠牲層を形成しておき、前記透明基板に転写後に前記犠牲層を除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法。
5. 前記透明基板に予め光学機能体を形成しておき、その後転写することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法。
6. 前記透過型光変調部の形成を、成膜とパターニングによって行なうことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法。
7. 前記光学機能体がマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の透過型光変調素子の製造方法。

Images