JP2011137961A - 空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空間光変調器の特性を長期間にわたって安定させる。
【解決手段】電極を有する基板と、基板に対して一端を固定されて弾性変形する基板側捩じり軸部と、捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により電極に引き付けられて基板に対して揺動する枠体と、枠体に対して一端を固定されて弾性変形する枠側捩じり軸部と枠側捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により電極に引き付けられて枠体に対して揺動する可動部と可動部に支持されて、可動部と共に基板に対して揺動する反射鏡とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法に関する。

リソグラフィ技術により製造され、捩じりヒンジで支持されたミラーを静電力により駆動する電気機械変換器を備えた空間光変調器がある（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平０９−１０１４６７号公報

リソグラフィ技術により形成された機械電気変換器および空間光変調器は、部材が薄い薄膜により形成されるので、残留応力緩和等の影響を受けやすい。このため、長期間にわたっての特性を安定させることが難しい。

上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、電極を有する基板と、基板に対して一端を固定されて弾性変形する基板側捩じり軸部と、捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により電極に引き付けられて基板に対して揺動する枠体と、枠体に対して一端を固定されて弾性変形する枠側捩じり軸部と枠側捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により電極に引き付けられて枠体に対して揺動する可動部と可動部に支持されて、可動部と共に基板に対して揺動する反射鏡とを備える空間光変調器が提供される。

更に、本発明の第二態様として、上記空間光変調器を備えた露光装置が提供される。

また更に、本発明の第三態様として、電極を有する基板と、基板に対して一端を固定されて弾性変形する基板側捩じり軸部と、捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により電極に引き付けられて基板に対して揺動する枠体と、枠体に対して一端を固定されて弾性変形する枠側捩じり軸部と枠側捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により電極に引き付けられて枠体に対して揺動する可動部と可動部に支持されて、可動部と共に基板に対して揺動する反射鏡とを備える空間光変調器を製造する製造方法であって、下地の上にパターニングされた犠牲材料の層を形成する段階と、犠牲材料の層の上に枠体となる材料の層を堆積する段階と、犠牲材料の層を除去する段階とを備え、下地から離間した領域を有する枠体を形成する工程を含む製造方法が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

空間光変調器１００の外観を示す模式的な斜視図である。 単位素子２００の分解斜視図である。 単位素子２００の断面図である。 単位素子２００の断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。 単位素子２００の分解斜視図である。 単位素子２００の断面図である。 単位素子２００の断面図である。 空間光変調器１００の斜視図である。 露光装置４００の模式図である。 露光装置４００における空間光変調器１００の動作を示す図である。 単位素子２００の断面図である。 駆動部２２０の斜視図である。 単位素子２００の断面図である。 反射鏡２３０の斜視図である。 反射鏡２３０の斜視図である。 反射鏡２３０の断面図である。 反射鏡２３０の斜視図である。 反射鏡２３０の製造過程を示す断面図である。 反射鏡２３０の製造過程を示す断面図である。 反射鏡２３０の断面図である。 反射鏡２３０の斜視図である。 反射鏡２３０の製造過程を示す断面図である。 反射鏡２３０の製造過程を示す断面図である。 反射鏡２３０の断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、空間光変調器１００の外観を示す模式的斜視図である。空間光変調器１００は、基板２１０および反射鏡２３０を備える。

基板２１０上に二次元的に配列されてマトリクスを形成する複数の反射鏡２３０は、それぞれ数μｍから百数十μｍ程度の寸法を有し、基板２１０に対して個別に揺動させることができる。よって、図示のように一部の反射鏡２３０が揺動して傾斜した状態で光を反射させると、反射光の照度分布が変化する。よって、反射鏡２３０の揺動を制御することにより、任意の照度分布を形成できる。

図２は、単位素子２００の模式的分解斜視図である。単位素子２００は１枚の反射鏡２３０に係る構造物であり、空間光変調器１００においては、複数の反射鏡２３０のそれぞれが同様の構造物に支持される。

単位素子２００は、基板２１０の上に搭載される駆動部２２０と、駆動部２２０に搭載される反射鏡２３０とを有する。また、基板２１０の表面には、電極２１２、２１４、２１６が配される。

駆動部２２０は、固定枠２２２および可動部２２６を有する。固定枠２２２は、上面が開放された中空の部材により形成されて、単位素子２００の外周を包囲する方形の枠をなす。固定枠２２２は、基板２１０上で、電極２１６の上に固定される。なお、図１に示したように、空間光変調器１００では、単位素子２００が多数配列されるが、電極２１６は共通な電位、例えば接地電位に接続され、空間光変調器１００全体の基準電位を共通にする。

固定枠２２２が基板２１０に対して固定された場合、基板２１０上の一対の電極２１２、２１４は、図中に点線で示すように、可動部２２６の縁部近傍に位置する。よって、可動部２２６の下面と、電極２１２、２１４とは、互いに対向する。

可動部２２６は、固定枠２２２の内側において、固定枠２２２の内側の面から捩じり軸部２２４を介して支持される。捩じり軸部２２４の一端は、固定枠２２２の内面に対して固定される。

捩じり軸部２２４の他端は、可動部２２６の周縁部から下方に延在するリブ２２５に対して固定される。捩じり軸部２２４は、弾性的に捩じり変形するので、可動部２２６は、捩じり軸部２２４を揺動軸として基板２１０に対して揺動する。しかしながら、リブ２２５により高い曲げ剛性を有するので、可動部２２６は変形し難い。

なお、リブ２２５の下端には、可動部２２６の外方に向かって広がったフランジ様の部分がある。これは、リブ２２５を含む層をパターニングする場合に残った領域で、無くてもよい。しかしながら、可動部２２６の剛性を低下させるものではなく、むしろ向上させる場合もあるので残してもよい。これにより、パターニングの精度を著しく高くすることが避けられるので生産性向上にも寄与する。

反射鏡２３０は、上面に反射率の高い反射面２３４を有する。反射面２３４は、薄膜として堆積された金属、例えばアルミニウム薄膜により形成される。反射鏡２３０の下面には、下方に向かって突出したポスト２３２が配される。

ポスト２３２は、図中に点線で示す可動部２２６の略中央に固定される。これにより、可動部２２６が基板２１０に対して揺動した場合、反射鏡２３０も可動部２２６と共に揺動する。

このように、駆動部２２０と反射鏡２３０とを個別に形成できる構造を有するので、それぞれの機能に適した構造と材料を選択できる。また、駆動部２２０の面積よりも大きい面積の反射面２３４を形成できるので、反射効率の高い単位素子２００を形成できる。

図３は、単位素子２００の模式的断面図である。単位素子２００は、固定枠２２２を基板２１０に固定し、反射鏡２３０を可動部２２６に固定した状態で、図２に示したＡ−Ａ断面を示す。図２と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のように、可動部２２６は、下面に電極２２８を有する。電極２２８は、基板２１０上の電極２１２と対向する。

また、可動部２２６は、縁部から下方に延びたリブ２２５を有する。これにより、可動部２２６は、高い曲げ剛性を有する。一方、捩じり軸部２２４は、リブ２２５に相当する要素を有していない。よって、可動部２２６に後述する駆動力が作用した場合、捩じり軸部２２４が弾性変形して、可動部２２６は、変形することなく変位する。

図４は、単位素子２００模式的の断面図であり、図２に示したＢ−Ｂ断面を示す。なお、図２および図３と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のように、基板２１０上の一対の電極２１２、２１４のそれぞれは、可動部２２６の端部近傍に対向する。よって、電極２１２、２１４のいずれかに駆動電圧を印加した場合、電極２２８のいずれかの端部に静電力が作用する。

このように、可動部２２６は、捩じり軸部２２４により固定枠２２２に結合されている。よって、電極２１２、２１４のいずれかから電極２２８に静電力が作用した場合、可動部２２６は、捩じり軸部２２４を揺動軸として揺動する。よって、可動部２２６に対して固定された反射鏡２３０も揺動する。

なお、図示の例では、電極２１４に駆動電圧が印加され、電極２２８の図中右側が、基板２１０の方に引き付けられる。これにより、反射鏡２３０の反射面２３４は右方に傾く。

再び図１を参照すると、反射鏡２３０のそれぞれに設けた上記のような構造に対して駆動電力を個別に供給または遮断することにより、複数の反射鏡２３０のそれぞれを個別に制御できる。よって、空間光変調器１００にいったん反射させることにより任意の照射パターンを形成でき、可変光源、露光装置、画像表示装置、光スイッチ等として使用できる。

図５から図２６までは、図１から図４までに示した空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。なお、図５から図２６までに示すのは作製過程なので、空間光変調器１００の対応する要素が異なる形状または状態で含まれている場合がある。そこで、これらの図について固有の参照番号を付与して各図の内容を説明した上で、図２６において、図１から図４までに示した空間光変調器１００との対応関係を示す。

図５に示すように、空間光変調器１００が形成される基板２１０の表面直上には、下側の絶縁層３１２が堆積される。これにより、基板２１０の表面は絶縁層３１２により覆われる。

基板２１０の材料としては、シリコン単結晶基板の他、化合物半導体基板、セラミックス基板等、平坦な表面を有する部材を広く使用できる。絶縁層３１２の材料としては、例えば、基板２１０の材料の酸化物、窒化物等を使用できる。また、絶縁層３１２は、誘電率の高い多孔質体であってもよい。絶縁層３１２の成膜方法としては、絶縁層３１２の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。

次に、図６に示すように、絶縁層３１２の上に、パターニングした導体層３２０が形成される。導体層３２０は、空間光変調器１００において、電極２１２、２１４、２１６となる。導体層３２０の材料としては、アルミニウム、銅等の金属を例示できる。導体層３２０の成膜方法としては、導体層３２０の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等から適宜選択できる。

次に、図７に示すように、導体層３２０の表面および導体層３２０のパターンの間隙に露出する下側の絶縁層３１２の表面が、上側の絶縁層３１４により被覆される。このとき、上側の絶縁層３１４の下に導体層３２０が存在するか否かに応じて、上側の絶縁層３１４の表面には起伏が生じる。

次に、図８に示すように、上側の絶縁層３１４の表面に形成された起伏がレジスト層３３２により平坦化される。これにより、平坦な下地の上で、以下に説明する工程を実行できる。なお、レジスト層３３２の塗布は、スピンコート法、スプレイコート法等を適宜選択できる。

次に、図９に示すように、後述する非反射膜の成膜下地が形成される。成膜下地は２層からなり、図９に示す段階では、下側のレジスト層３３４が平坦化された絶縁層３１４上に形成される。また、レジスト層３３４には、レジスト材料の塗布、プリベイク、露光、現像、ポストベイクを順次実行することによりパターニングされて、２対の側壁３３５が形成される。

次に、図１０に示すように、下側のレジスト層３３４の上に、上側のレジスト層３３６が形成される。レジスト層３３６もパターニングされ、下側のレジスト層３３４の側壁３３５の上方にそれぞれ側壁３３７を、それとは別に更に２対の側壁３３９を形成している。これにより、上側のレジスト層３３６の表面から見ると、浅い側壁３３９と、深い側壁３３７、３３５とが形成される。

これら下側および上側のレジスト層３３４、３３６は、フォトリソグラフィによりパターニングできる。即ち、レジスト層３３４、３３６を感光性材料により形成して、設計仕様に従ったパターンで露光することにより、レジスト層３３４、３３６を要求に応じた形状に成形できる。また、プラズマエッチング等のドライエッチングの手法により、レジスト層３３４、３３６を加工してパターニングしてもよい。

ただし、フォトリソグラフィによるパターニングは平面的なものであり、側壁３３５、３３７、３３９のような立体的構造を形成する目的で、立体的な下地層を形成することは難しい。そこで、図９、図１０に示したように、複数のレジスト層３３４、３３６を用いることにより、立体的な成膜下地を形成できる。

次に、図１１に示すように、絶縁層３１４およびレジスト層３３４、３３６により形成された成膜下地の上に、非導体層３４２が堆積される。形成された非導体層３４２は、レジスト層３３４、３３６の形状に倣って立体的な形状を有する。これにより、形成された非導体層３４２を含む薄膜の構造物は、高い断面二次モーメントを有する。

非導体層３４２の材料としては、各種酸化物、窒化物を使用できる。また、非導体層３４２を形成する方法としては、非導体層３４２の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。

次に、図１２に示すように、レジスト層３３４、３３６の側壁３３５、３３７の内側底部を除去して、導体層３２０に到達するコンタクトホール３１５を形成する。コンタクトホール３１５は、例えば、ドライエッチングにより形成できる。

次に、図１３に示すように、非導体層３４２の上に、パターニングされた導体層３４４が形成される。これにより、コンタクトホール３１５の内側から側壁３３５、３３７の上端に到達する一対の柱状の構造物と、側壁３３９に挟まれたレジスト層３３６のランド上に形成された平坦な領域とが導体層３４４として残る。側壁３３５、３３７の内側に形成された導体層３４４の構造物は、導体層３２０のいずれかのランドと電気的に結合される。

次に、図１４に示すように、非導体層３４２および導体層３４４の表面全体を覆う導体層３４６が形成される。これにより、パターニングされた導体層３４４は、今度の導体層３４６により電気的に結合される。導体層３４６の材料は、導体層３４４の材料と同じであっても、異なっていてもよい。

次に、図１５に示すように、導体層３４６の表面全体を覆う上側の非導体層３４８が形成される。上側の非導体層３４８は、導体層３４４、３４６の下側に位置する非導体層３４２と同じ材料により形成される。成膜方法も、下側の非導体層３４２と同じ方法で成膜できる。

これにより、互いに同じパターンと形状を有する、下側の非導体層３４２、導体層３４４、３４６および上側の非導体層３４８により３層構造の非反射膜３４０が形成される。なお、非反射膜３４０の表面は、反射膜の材料には向かない非導体層３４２、３４８が現れているので、３層構造全体を非反射膜３４０と呼んでいる。しかしながら、後述する反射膜と区別する目的で非反射膜３４０と記載しているに過ぎない。

ここで、非反射膜３４０は、表裏に同じ材料で形成された非導体層３４２、３４８を有するので、温度変化により導体層３４４、３４６および非導体層３４２、３４８の間で生じるバイメタル効果が打ち消される。これにより、非反射膜３４０の形状が安定する。また、非反射膜３４０全体としては、後述する反射膜と同じ材料を用いて形成されているので、反射膜との熱膨張率差も生じない。

次に、図１６に示すように、非反射膜３４０の一部が除去され、駆動部２２０の外形が形成される。これにより、非反射膜３４０の両端において、非反射膜３４０の下層に位置するレジスト層３３４が露出される。非反射膜３４０は、ドライエッチングによりパターニングできる。

次に、図１７に示すように、非反射膜３４０の上面、即ち、非導体層３４８の表面を、レジスト層３５２により平坦化する。これにより、再び平坦な下地の上で、以下に説明する工程を実行できる。なお、レジスト層３３２の塗布は、スピンコート法、スプレイコート法等を適宜選択できる。

次に、再び２層構造のレジストにより成膜下地を生成する。即ち、まず、図１８に示すように、平坦化されたレジスト層３５２および非導体層３４８の表面に、２層構造のうち下側のレジスト層３５４が形成される。更に、レジスト層３５４はパターニングされ、略中央に側壁３５３が形成される。

次に、図１９に示すように、下側のレジスト層３５４の上に、２層構造のうち上側のレジスト層３５６が形成される。上側のレジスト層３５６もパターニングされており、下側のレジスト層３５４の側壁３５３の上方に形成された側壁３５５と、側方両端近傍に形成された側壁３５７とを有する。こうして、レジスト層３５４、３５６により、立体的な成膜下地が形成される。

次に、図２０に示すように、レジスト層３５４、３５６の表面全体に、反射膜材料層３６２が形成される。このとき、側壁３５３の内側では、反射膜材料層３６２が、非反射膜３４０の表面に結合される。

反射膜材料層３６２の形成に用いる反射膜材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を例示できる。また、反射膜材料として、非反射膜３４０の導体層３４４、３４６と同じ材料を用いてもよい。反射膜材料層３６２の形成方法としては、反射膜材料層３６２の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。

次に、図２１に示すように、反射膜材料層３６２の表面全体に、非反射膜材料層３６４を堆積させる。非反射膜材料層３６４を形成する非反射膜材料としては、非反射膜３４０の非導体層３４２、３４８と同じ材料を用いてもよい。非反射膜材料層３６４の形成方法としては、非反射膜材料層３６４の材料に応じて各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。

次に、図２２に示すように、反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４の一部が除去され、反射鏡２３０の外形状に形成される。これにより、反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４の両側端において、反射膜材料層３６２の下層に位置するレジスト層３５４が露出される。反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４は、ドライエッチングによりパターニングできる。

次に、図２３に示すように、非反射膜材料層３６４の表面と、露出したレジスト層３５４の表面との上に、反射膜材料層３６６が堆積される。こうして形成された、下側の反射膜材料層３６２、非反射膜材料層３６４および上側の反射膜材料層３６６により形成された３層構造では、非反射膜３４０の場合と同様に、反射膜材料層３６２、３６６および非反射膜材料層３６４の間で生じるバイメタル効果が打ち消される。よって、温度変化に起因する内部応力の作用に対して形状が安定する。

反射膜材料層３６６は、最終的に空間光変調器１００において入射光を反射する面となる。従って、反射膜材料層３６６の形成に先立って、その下地となる非反射膜材料層３６４の表面を化学機械研磨して鏡面化してもよい。また、反射膜材料層３６６そのものの表面を化学機械研磨して鏡面化してもよい。更に、非反射膜材料層３６４および反射膜材料層３６６の両方を化学機械研磨してもよい。

次に、図２４に示すように、反射膜材料層３６６の表面に保護層３６８が形成される。即ち、反射膜材料層３６６としてＡｌ等の金属層を形成した場合、その表面は大気中の酸素等と反応して径年変化する。これにより空間光変調器１００の特性も変化する。しかしながら、反射膜材料層３６６の表面を緻密な保護膜で被覆することにより、反射膜材料層３６６と雰囲気との反応を阻止または抑制できる。

保護層３６８の材料としては、アルミナ等の無機材料の薄膜を例示できる。なお、保護層３６８は、反射膜材料層３６６において反射される光に対して透明であるべきことはいうまでもなく、当該光を透過させる厚さで形成される。こうして、反射膜材料層３６２、３６６、非反射膜材料層３６４および保護層３６８が積層された反射膜３６０が形成される。

次に、図２５に示すように、反射膜３６０の一部が除去され、反射鏡２３０の外形状に形成される。これにより、反射膜３６０の両側端において、反射膜材料層３６２の下層に位置するレジスト層３５４が露出される。反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４は、ドライエッチングによりパターニングできる。

次に、図２６に示すように、非反射膜３４０の成膜下地となったレジスト層３３２、３３４、３３６と、反射膜３６０の成膜下地となったレジスト層３５２、３５４、３５６とを除去する。ここで、反射膜３６０の両側端においてレジスト層３５４の表面が露出している。反射膜３６０の内側にあるレジスト層３５６は、レジスト層３５４の上に積層されているので、両者は連続する。

また、レジスト層３５４は、レジスト層３５２の上に積層されているので、両者は連続する。非反射膜３４０の両側端においてレジスト層３５２とレジスト層３３４、３３２とは連続する。更に、非反射膜３４０の内側に位置するレジスト層３３６は、レジスト層３３４の上に積層されているので、両者は連続する。

このように、全てのレジスト層３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６が連続しているので、図２５に示した状態から一括して除去することができる。よって、反射面２３４を形成する反射膜３６０に、レジスト除去のためのエッチングホールを設けなくてもよい。これにより、反射面２３４の反射効率を向上させることができる。

レジスト層３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６の除去は、溶解材を用いたウェットプロセスであってもよい。また、プラズマを用いた灰化によるドライプロセスであってもよい。更に、レジスト層３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６は、犠牲材料の層の一例に過ぎず、他の犠牲材料を用いても同様のプロセスを実施できる。

こうして、図１から図４までに示した空間光変調器１００と同じ構造を有する空間光変調器１００を、リソグラフィ技術により製造できる。リソグラフィ技術で製造することにより微細な単位素子２００を形成できるので、解像度の高い空間光変調器１００を製造できる。

なお、各層の材料の組み合わせとしては、例えば、導体層３２０、３４４、３４６および反射膜材料層３６２、３６６をアルミニウムにより、非導体層３４２、３４８および非反射膜材料層３６４を窒化珪素により、保護層３６８をアルミナとすることができる。ただし、各部の材料が上記のものに限られるわけではなく、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ，Ａｌ，Ｃｒ，Ａｌ合金、などから適宜選択できる。

図２６に示した単位素子２００において、基板２１０上の導体層３２０は、電極２１２、２１４、２１６のいずれかに相当する。非反射膜３４０の中央部分は、可動部２２６に相当する。また、可動部２２６相当部分の下面に位置する導体層３４４は、電極２２８に相当する。更に、可動部２２６相当部分の側方外側に位置する部分は、一対の捩じり軸部２２４に相当する。更に、捩じり軸部２２４相当部分の外側は、固定枠２２２に相当する。

なお、非反射膜３４０の両側端は、固定枠２２２となる部分よりも更に外側まで水平に延在する。この部分は、隣接する単位素子２００との間隙から基板２１０に向かって差し込む光を遮断する遮光部３４１を形成する。これにより、空間光変調器１００における基板２１０の温度が照射光により上昇することが防止される。また、入射光により、基板２１０上のＣＭＯＳ素子等が劣化することが防止される。

また、図２６に示した単位素子２００において、反射膜３６０は、空間光変調器１００における反射鏡２３０に相当する。ここで、反射膜３６０の中央部に形成された陥没部３６１の下面は、反射鏡２３０のポスト２３２に相当する。また、反射膜３６０の上面は、反射面２３４に相当する。

図２７は、他の構造を有する単位素子２００の模式的分解斜視図である。なお、この単位素子２００は、以下に説明する部分を除くと、図２に示した単位素子２００と同じ構造を有する。そこで、図１と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

単位素子２００は、基板２１０の上に重ねて配される駆動部２２０および反射鏡２３０を有する。反射鏡２３０は、図１に示した単位素子２００と同じ形状を有する。一方、基板２１０の表面には、電極２１２、２１４、２１６に加えて、もう一対の電極２１３、２１５が配される。

駆動部２２０は、固定枠２２２および可動部２２６の間に、いわば同芯状に配された可動枠２２７を更に有する。可動枠２２７は、一対の捩じり軸部２２３を介して固定枠２２２から支持される。これにより、可動枠２２７は、固定枠２２２に対して、捩じり軸部２２３を揺動軸として揺動する。捩じり軸部２２３は、捩じり軸部２２４に対して直交する。

可動部２２６を支持する捩じり軸部２２４の一端は、可動枠２２７の内側に結合される。これにより、可動部２２６は、可動枠２２７に対して、捩じり軸部２２４を揺動軸として揺動する。よって、可動部２２６は、固定枠２２２に関して、互いに直交する二つの捩じり軸部２２３、２２４について揺動する。

なお、可動枠２２７は、外側および内側の縁部から下方に向かって延在するリブ２２９を有する。これにより、可動枠２２７を高い曲げ剛性および捩じり剛性を有する。よって、可動枠２２７および可動部２２６が個別に揺動して捩じり軸部２２３、２２４が弾性変形した場合も、可動枠２２７および可動部２２６は殆ど変形しない。また、残留応力の緩和等により内部応力が作用した場合も、可動枠２２７および可動部２２６は変形し難い。

図２８は、単位素子２００の模式的断面図である。単位素子２００は、固定枠２２２を基板２１０に固定し、反射鏡２３０を可動部２２６に固定した状態で、図２７に示したＣ−Ｃ断面を示す。なお、図２７と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のように、可動枠２２７は電極２２１を下面に有する。電極２２１は、基板２１０上の電極２１３、２１５と対向する。よって、電極２１３、２１５に駆動電圧が印加された場合、可動枠２２７の図中左側または右側が基板２１０に向かって引き付けられる。

また、可動枠２２７は、縁部から下方に延びたリブ２２９を有する。これにより、可動枠２２７は高い曲げ剛性を有する。一方、捩じり軸部２２４は、リブ２２５に相当する要素を有していない。よって、電極２１２、２１４に印加された電圧により可動部２２６に駆動力が作用した場合、捩じり軸部２２４が弾性変形して、可動部２２６は、可動枠２２７に対して揺動する。

なお、リブ２２９の下端には、可動枠２２７の外方および内方に向かって広がったフランジ様の部分がある。これは、リブ２２９を含む層をパターニングする場合に残った領域で、無くてもよい。しかしながら、可動枠２２７の剛性を低下させるものではなく、むしろ向上させる場合もあるので残してもよい。これにより、パターニングの精度を著しく高くすることが避けられるので生産性向上にも寄与する。

図２９は、単位素子２００の模式的断面図であり、図２７に示したＤ−Ｄ断面を示す。図２７および図２８と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のように、固定枠２２２および可動枠２２７を結合する捩じり軸部２２３は、リブ２２９に相当する要素を有していない。よって、電極２１３、２１５のいずれかに駆動電圧を印加した場合、可動枠２２７は、捩じり軸部２２３を揺動軸として、基板２１０に対して揺動する。

図３０は、上記のような単位素子２００を含む空間光変調器１００の外観を示す模式的斜視図である。反射鏡２３０のそれぞれに設けた上記のような構造に対して駆動電力を個別に供給または遮断することにより、複数の反射鏡２３０のそれぞれを個別に制御できる。各反射鏡２３０は、駆動部２２０の可動枠２２７と捩じり軸部２２３、２２４とにより形成されたジンバル構造によって、反射光の伝播方向をより広い範囲に変化させる。

図３１は、露光装置４００の模式図である。この露光装置４００は、空間光変調器１００を備え、光源マスク最適化法を実行する場合に、照明光学系６００に任意の照度分布を有する照明光を入射できる。即ち、露光装置４００は、照明光発生部５００、照明光学系６００および投影光学系７００を備える。

照明光発生部５００は、光源５２０、制御部５１０、空間光変調器１００、プリズム５３０、結像光学系５４０、ビームスプリッタ５５０および計測部５６０を含む。光源５２０は、照明光Ｌを発生する。光源５２０が発生した照明光Ｌは、光源５２０の発光機構の特性に応じた照度分布を有する。このため、照明光Ｌは、照明光Ｌの光路と直交する断面において原画像Ｉ_１を有する。

光源５２０から出射された照明光Ｌは、プリズム５３０に入射する。プリズム５３０は、照明光Ｌを空間光変調器１００に導いた後、再び外部に出射させる。空間光変調器１００は、制御部５１０の制御の下に入射した照明光Ｌを変調する。空間光変調器１００の構造と動作については、既に説明した通りである。

空間光変調器１００を経てプリズム５３０から出射された照明光Ｌは、結像光学系５４０を経て、後段の照明光学系６００に入射される。結像光学系５４０は、照明光学系６００の入射面６１２に照明光画像Ｉ_３を形成する。

ビームスプリッタ５５０は、結像光学系５４０および照明光学系の間において、照明光Ｌの光路上に配される。ビームスプリッタ５５０は、照明光学系６００に入射する前の照明光Ｌの一部を分離して計測部５６０に導く。

計測部５６０は、照明光学系６００の入射面６１２と光学的に共役な位置で照明光Ｌの画像を計測する。これにより、計測部５６０は、照明光学系６００に入射する照明光画像Ｉ_３と同じ画像を計測する。よって、制御部５１０は、計測部５６０により計測される照明光画像Ｉ_３を参照して、空間光変調器１００を帰還制御できる。

照明光学系６００は、フライアイレンズ６１０、コンデンサ光学系６２０、視野絞り６３０および結像光学系６４０を含む。照明光学系６００の出射端には、マスク７１０を保持したマスクステージ７２０が配される。

フライアイレンズ６１０は、並列的に緻密に配された多数のレンズ素子を備え、後側焦点面にレンズ素子の数と同数の照明光画像Ｉ_３を含む２次光源を形成する。コンデンサ光学系６２０は、フライアイレンズ６１０から出射された照明光Ｌを集光して視野絞り６３０を重畳的に照明する。

視野絞り６３０を経た照明光Ｌは、結像光学系６４０により、マスク７１０のパターン面に、視野絞り６３０の開口部の像である照射光画像Ｉ_４を形成する。こうして、照明光学系６００は、その出射端に配されたマスク７１０のパターン面を、照射光画像Ｉ_４によりケーラー照明する。

なお、照明光学系６００の入射面６１２でもあるフライアイレンズ６１０の入射端に形成される照度分布は、フライアイレンズ６１０の出射端に形成される２次光源全体の大局的な照度分布と高い相関を示す。よって、照明光発生部５００が照明光学系６００に入射させる照明光画像Ｉ_３は、照明光学系６００がマスク７１０に照射する照明光Ｌの照度分布である照射光画像Ｉ_４にも反映される。

投影光学系７００はマスクステージ７２０の直後に配され、開口絞り７３０を備える。開口絞り７３０は、照明光学系６００のフライアイレンズ６１０の出射端と光学的に共役な位置に配される。投影光学系７００の出射端には、感光性材料を塗布された基板８１０を保持する基板ステージ８２０が配される。

マスクステージ７２０に保持されたマスク７１０は、照明光学系６００により照射された照明光Ｌを反射または透過する領域と吸収する領域とからなるマスクパターンを有する。よって、マスク７１０に照明光画像Ｉ_４を照射することにより、マスク７１０のマスクパターンと照明光画像Ｉ_４自体の照度分布との相互作用により投影光画像Ｉ_５が生成される。投影光画像Ｉ_５は、基板８１０の感光性材料に投影されて、要求されたパターンを有するレジスト層を基板８１０の表面に形成する。

なお、図３１では照明光Ｌの光路を直線状に描いているが、照明光Ｌの光路を屈曲させることにより露光装置４００を小型化できる。また、図３１は、照明光Ｌがマスク７１０を透過するように描いているが、反射型のマスク７１０が用いられる場合もある。

図３２は、照明光発生部５００の部分拡大図であり、露光装置４００における空間光変調器１００の役割を示す図である。プリズム５３０は、一対の反射面５３２、５３４を有する。プリズム５３０に入射した照明光Ｌは、一方の反射面５３２により、空間光変調器１００に向かって照射される。

既に説明した通り、空間光変調器１００は、個別に揺動させることができる複数の反射鏡２３０を有する。よって、制御部５１０が空間光変調器１００を制御することにより、要求に応じた任意の光源画像Ｉ_２を形成できる。

空間光変調器１００から出射された光源画像Ｉ_２は、プリズム５３０の他方の反射面５３４により反射され、図中のプリズム５３０右端面から出射される。プリズム５３０から出射された光源画像Ｉ_２は、結像光学系５４０により、照明光学系６００の入射面６１２に照明光画像Ｉ_３を形成する。

図３３は、単位素子２００の模式的断面図であり、駆動部２２０の変形例を示す。以下に説明する部分を除くと図２９に示した単位素子２００と同じ構造を有するので、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図２９に示した単位素子２００では、捩じり軸部２２３が、可動枠２２７のリブ２２９の下端に結合されていた。これに対して、図３３に示す例では、捩じり軸部２２３が、リブ２２９の上端に結合される。また、捩じり軸部２２３の他端は、固定枠２２２の上端に結合される。

図３４は、駆動部２２０の模式的斜視図であり、図３３に示した駆動部２２０を抜き出して示す。図示のように、可動部２２６および可動枠２２７を結ぶ捩じり軸部２２４も、固定枠２２２および可動枠２２７を結合する捩じり軸部２２３と同様に、リブ２２５、２２９の上端に結合される。

これにより、可動枠２２７が固定枠２２２に対して揺動する場合の揺動軸と、可動部２２６が可動枠２２７に対して揺動する場合の揺動軸とが、反射鏡２３０に対して、いずれも相対的に上昇する。よって、反射鏡２３０を揺動させる場合の慣性モーメントが小さくなり、空間光変調器１００としての応答性を向上させることができる。

なお、図中に斜線で示す可動部２２６の上面に、直接に反射膜を設けても、単位素子２００を形成できる。これにより、個別の反射鏡２３０を設けた場合に対して反射面積こそ小さくなるものの、少ない工数で、応答速度の早い空間光変調器１００を形成できる。

図３５は、単位素子２００の模式的断面図であり、駆動部２２０を更に変形させた例を示す。以下に説明する部分を除くと図２９に示した単位素子２００と同じ構造を有するので、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のように、この単位素子２００では、捩じり軸部２２３の結合箇所が、固定枠２２２に対しては上端に、可動枠２２７に対してはリブ２２９の下端になっている。これにより、可動枠２２７は、固定枠２２２に対して、図中で上方に移動している。

更に、捩じり軸部２２４の図示は省いたが、捩じり軸部２２４は、可動枠２２７のリブ２２９の上端と、可動部２２６のリブ２２５の下端に結合される。これにより、可動部２２６は、更に上方に位置する。

このような構造により、可動部２２６の上面は、固定枠２２２および可動枠２２７に対して相対的に上方に位置する。よって、可動部２２６の上面に直接に反射面２３４を形成しても、反射面２３４に対する入射光および反射面２３４から出射される反射光が、固定枠２２２および可動枠２２７と干渉することがない。

また、反射鏡２３０を形成するプロセスが省けるので、生産性も向上される。このような構造により、空間光変調器１００としての応答性を更に向上させることができるので、光スイッチのように、ビーム径の限られた信号光を反射すれば足りる用途で公的に使用できる。

図３６は、反射鏡２３０の模式的斜視図であり、反射鏡２３０単独の変形例を示す。これまでに示した反射鏡２３０と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この反射鏡２３０は、反射面２３４の周縁部から垂下したリブ２３６に換えて、ポスト２３２と反射面２３４の周縁部との中程に配された褶曲部２３７を有する。このような形状によっても、反射面２３４の曲げ剛性あるいは捩れ剛性を向上させることができる。

図３７は、反射鏡２３０の模式的斜視図であり、反射鏡２３０の他の変形例を示す。この反射鏡２３０は、反射面２３４の周縁部に配されたリブ２３６と、その内側に配された褶曲部２３７とを両方有する。更に、中心に位置するポスト２３２から延在して、褶曲部２３７およびリブ２３６と交差する対角線状の褶曲部２３７も有する。このように、リブ２３６および褶曲部２３７を併せて設けることにより反射鏡２３０の剛性は更に高くなる。

図３８は、反射鏡２３０の断面形状を示す模式図である。図３７に記載した反射鏡２３０のＥ−Ｅ断面を示す。

図示のように、褶曲部２３７は、反射面２３４側からみると陥没して溝を形成する。このため、反射面２３４の一部が反射面として機能しなくなる。しかしながら、図１０等に示したように段差を形成したレジストを下地として、その上に反射鏡２３０となる材料を堆積させることにより、リブ２３６および褶曲部２３７は、反射鏡２３０と共通のプロセスで併せて形成できる。よって、リブ２３６および褶曲部２３７を設けたことによる反射鏡２３０の生産工数の増加を防止できる。

換言すれば、後述するように、反射鏡２３０を形成するプロセスの工数が増えることを厭わなければ、反射面２３４を平坦にしたまま、リブ２３６または褶曲部２３７を形成することもできる。よって、空間光変調器１００を、露光装置、画像表示装置等の用途に用いる場合は、反射面を平坦にして、反射光の品質と利用効率を向上させることができる。

また、ポスト２３２と共に上記のようなリブ２３６および褶曲部２３７の少なくとも一方を有する部材を、構造材として使用してもよい。即ち、リブ２３６、褶曲部２３７等を有して高い剛性を有する部材の上に平坦な反射面２３４を更に形成することにより、反射効率の高い単位素子２００を形成できる。

図３９は、反射鏡２３０の他の変形例を示す模式的斜視図である。これまでに示した反射鏡２３０と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この反射鏡２３０は、リブ２３６および褶曲部２３７に換えて、反射面２３４を裏面から支持する箱状の構造材２３８を有する。これにより、反射鏡２３０はモノコックシェルを形成して、高い曲げ剛性および捩れ剛性を有する。よって、反射鏡２３０の形態を長期にわたって安定させることができる。

また、構造材２３８は中空なので、反射鏡２３０および構造材２３８を含む組立体の慣性モーメントを増加させることがない。よって、反射鏡２３０を高剛性化したことによる空間光変調器１００の応答速度低下が防止される。

なお、構造材２３８に形成された抜き穴２３９は、構造材２３８の水平面を貫通して、構造材２３８の内外を連通させる。抜き穴２３９の用途については後述する。

図４０は、反射鏡２３０の製造過程を示す模式的断面図である。図９および図１０に示した段階と同じ要領で、レジストにより形成した段付きの下地に反射鏡２３０の材料を順次堆積させることにより、構造材２３８が形成される。なお、構造材２３８を反射鏡２３０と同じ材料で形成することにより、温度変化による膨張等の変化を反射鏡２３０と揃えることができる。

図４１は、反射鏡２３０の製造過程の次の段階を示す模式的断面図である。形成された構造材２３８の底面にあたる領域をエッチングして、抜き穴２３９を形成する。抜き穴２３９は、構造材２３８の表裏を貫通する。更に、図１７に示した段階と同じ要領で、構造材２３８の内側をレジストにより満たす。これにより、構造材２３８の上に、平坦な下地が形成される。

図４２は、反射鏡２３０の模式的断面図である。続いて、上記のようにして構造材２３８の上端に形成された平坦な下地の上に、反射鏡２３０の材料を順次堆積させる。更に、構造材２３８の内部に残ったレジストを抜き穴２３９から排出して、反射鏡２３０が完成する。

このような手順により、反射面２３４は全面にわたって平坦に形成できる。よって、有効な反射面が広くなり、入射光を効率よく反射する。また、画像表示装置等に用いた場合は、画素間の空隙が少ない空間光変調器１００を形成できる。

図４３は、反射鏡２３０の他の変形例を示す模式的斜視図である。これまでに示した反射鏡２３０と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

この反射鏡２３０も、反射面２３４を裏面から支持する立体的な形状の構造材２３８を有する。構造材２３８を備える反射鏡２３０は、互いに交差する複数の面を有して高い曲げ剛性および捩れ剛性を有する。よって、反射鏡２３０の形態を長期にわたって安定させることができる。

なお、この構造材２３８は下方に向かって開いた形状なので、製造過程で下地となるレジストは容易に除去できる。しかしながら、ポスト２３２の内部には閉じた空間が形成される。そこで、例えば、ポスト２３２の底面および可動部２２６に抜き穴２３９を設けることが好ましい。

図４４は、図４３に示した反射鏡２３０の製造過程を示す模式的断面図である。図９および図１０に示した段階と同じ要領で、レジストにより形成した段付きの下地に反射鏡２３０の材料を順次堆積させることにより、構造材２３８が形成される。構造材２３８は、反射鏡２３０と同じ材料で形成することにより、温度変化による膨張等の変化を反射鏡２３０と揃えることができる。

図４５は、反射鏡２３０の製造過程の次の段階を示す模式的断面図である。形成された構造材２３８において、ポスト２３２の底面に抜き穴２３９を形成する。図示は省くが、駆動部２２０の可動部２２６中央に連通穴を設けることにより、抜き穴２３９を通じてポスト２３２の内外を連通させることができる。

更に、図１７に示した段階と同じ要領で、構造材２３８の周囲をレジストにより満たす。これにより、構造材２３８の上面と連続した平坦な下地が形成される。

図４６は、反射鏡２３０の模式的断面図である。続いて、上記のようにして構造材２３８の上に反射鏡２３０の材料を順次堆積させる。更に、ポスト２３２の内部に残ったレジストを抜き穴２３９から排出さけることにより除去して反射鏡２３０が完成する。

このような手順により、反射面２３４は全面にわたって平坦に形成できる。よって、有効な反射面が広くなり、入射光を効率よく反射する。また、画像表示装置等に用いた場合は、画素間の空隙が少ない空間光変調器１００を形成できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置およびシステムの動作、手順、ステップおよび段階等の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、前の処理の出力を後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現し得る。特許請求の範囲、明細書および図面において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。

１００ 空間光変調器、２００ 単位素子、２１０ 基板、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２２１、２２８ 電極、２２０ 駆動部、２２２ 固定枠、２２３、２２４ 捩じり軸部、２２５、２２９、２３６ リブ、２２６ 可動部、２２７ 可動枠、２３０ 反射鏡、２３２ ポスト、２３４、５３２、５３４ 反射面、２３６ リブ、２３７ 褶曲部、２３８ 構造材、２３９ 抜き穴、３１２、３１４ 絶縁層、３１５ コンタクトホール、３２０、３４４、３４６ 導体層、３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６ レジスト層、３３５、３３７、３３９、３５３、３５５、３５７ 側壁、３４０ 非反射膜、３４１ 遮光部、３４２、３４８ 非導体層、３６０ 反射膜、３６１ 陥没部、３６２、３６６ 反射膜材料層、３６４ 非反射膜材料層、３６８ 保護層、４００ 露光装置、５００ 照明光発生部、５１０ 制御部、５２０ 光源、５３０ プリズム、５４０、６４０ 結像光学系、５５０ ビームスプリッタ、５６０ 計測部、６００ 照明光学系、６１２ 入射面、６１０ フライアイレンズ、６２０ コンデンサ光学系、６３０ 視野絞り、７００ 投影光学系、７１０ マスク、７２０ マスクステージ、７３０ 開口絞り、８１０ 基板、８２０ 基板ステージ

Claims (10)

1. 電極を有する基板と、
   前記基板に対して一端を固定されて弾性変形する基板側捩じり軸部と、
   前記捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により前記電極に引き付けられて前記基板に対して揺動する枠体と、
   前記枠体に対して一端を固定されて弾性変形する枠側捩じり軸部と
   前記枠側捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により前記電極に引き付けられて前記枠体に対して揺動する可動部と
   前記可動部に支持されて、前記可動部と共に前記基板に対して揺動する反射鏡と
   を備える空間光変調器。
2. 前記基板側捩じり軸部および前記枠側捩じり軸部は、互いに交差する方向に配される請求項１に記載の空間光変調器。
3. 前記反射鏡は、表面を気密に覆う透明な保護層を更に備える請求項１または請求項２に記載の空間光変調器。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の空間光変調器を備える露光装置。
5. 前記空間光変調器は、光源から入射した照明光を反射して、露光マスクに照射される照明光に照度分布を形成する請求項４に記載の露光装置。
6. 電極を有する基板と、
   前記基板に対して一端を固定されて弾性変形する基板側捩じり軸部と、
   前記捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により前記電極に引き付けられて前記基板に対して揺動する枠体と、
   前記枠体に対して一端を固定されて弾性変形する枠側捩じり軸部と
   前記枠側捩じり軸部の他端に支持されつつ、静電力により前記電極に引き付けられて前記枠体に対して揺動する可動部と
   前記可動部に支持されて、前記可動部と共に前記基板に対して揺動する反射鏡と
   を備える空間光変調器を製造する製造方法であって、
   下地の上にパターニングされた犠牲材料の層を形成する段階と、
   前記犠牲材料の層の上に前記枠体となる材料の層を堆積する段階と、
   前記犠牲材料の層を除去する段階と
   を備え、前記下地から離間した領域を有する前記枠体を形成する工程を含む製造方法。
7. 前記基板側捩じり軸部および前記枠側捩じり軸部の少なくとも一方は、前記枠体となる材料の層の一部として形成される請求項６に記載の製造方法。
8. 前記可動部に支持される反射膜材料の層を堆積する前に、当該反射膜材料の層の下地を化学機械研磨する段階を更に備える請求項６または請求項７に記載の製造方法。
9. 前記可動部に支持される反射膜材料の層の表面を化学機械研磨する段階を更に備える請求項６から請求項８までのいずれかに記載の製造方法。
10. 前記反射膜材料はアルミニウムにより形成される請求項８または請求項９に記載の製造方法。

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