JP3941205B2 - マイクロシャッタアレイ及びその製造方法 - Google Patents
マイクロシャッタアレイ及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3941205B2 JP3941205B2 JP03227598A JP3227598A JP3941205B2 JP 3941205 B2 JP3941205 B2 JP 3941205B2 JP 03227598 A JP03227598 A JP 03227598A JP 3227598 A JP3227598 A JP 3227598A JP 3941205 B2 JP3941205 B2 JP 3941205B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- film
- thin
- shutter array
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の通過をオンオフする微小な光学素子に関するものであり、更に詳しくは、１次元又は２次元方向に亘って光の通過を制御できるマイクロシャッタアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術（マイクロマシニング技術）を利用して、様々な微小機械の研究開発が活発に行われている。面内に微小なミクロサイズミラーを集積化した光学素子についても研究の成果が活用されている。従来報告されている微小光学素子においては、十数μm角の金属ミラーを基板面上に多数個集積し、これらのミラーを基板上に設けた電極とミラー間の静電気力により駆動してミラーの角度を変化させ、個々のミラーの反射角度を制御する方式が用いられている。（例えば、Technical Digest of the 14th Sensor Symposium,1996,pp297.）
【０００３】
図９は、従来の微小光学素子の概略断面構造を示す図である。図９において、８１は基板、８２は電極層、８３は駆動電極膜、８４は反射ミラー部、８５はポスト部である。基板８１上に電極層８２を設け、駆動電極膜８３を電極層８２に対向させて設ける。電極８２上にポスト部８２で支えられた可動ミラー部を形成する。それにより、可動ミラー部を、駆動電極膜８３とポスト部８５で連結された反射ミラー部８４とから構成する。片側の電極層８２に電圧を印加すると駆動電極膜８３が基板側に引き寄せられ、ポスト部８５の基部を中心にした回転力が発生し、可動ミラー部８３、８４が傾く。すなわち、反射ミラー部８４が傾く。これにより反射ミラーに入射した光の反射方向が制御される。このように、図９に示す微小光学素子は、特定の反射方向に反射した光のみを投影することにより投影機用の光学素子として利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のマイクロミラーでは、自立した薄膜部からの反射光を用いるため、入射する光により反射ミラー部８４の温度が上昇し、反射ミラー部８４が反る等の経時的変化が生じやすい等の問題点がある。このため、入射する光強度に制限が生じ、明るい投影機器を実現する妨げになっている。また、反射ミラー部８４のうねりや初期撓みのばらつきにより、反射性能が面内でばらつくという問題も有している。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、入射光の光量を大きくすることができ、かつ、光照射で生ずる構造体の発熱が生じても光学性能への影響が少ないマイクロシャッタアレイを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決する手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイであって、前記反射面が回転可能であり、当該マイクロシャッタアレイに入力する光が、前記開口部を通過してから前記反射面で反射されることを特徴とするマイクロシャッタアレイ（請求項１）である。
前記課題を解決するための第２の手段は、光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイを、前記反射面の方向が接合面に対して対称になるようにして２個接合し、接合面に中心を有する回動軸を設けたことを特徴とするマイクロシャッタアレイ（請求項２）である。
前記課題を解決するための第３の手段は、光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイであって、前記反射面とは別の第２の反射面を有し、第２の反射面の位置が変化することにより、光の照射方向が変化し、当該マイクロシャッタアレイに入力する光が、前記開口部を通過してから前記反射面で反射し、その後で、前記第２の反射面で反射することを特徴とするマイクロシャッタアレイ（請求項３）である。
【０００７】
これらの手段においては、光が反射面で反射され、スリット列に照射される。又は、逆にスリット列を通過した光は反射面で反射される。スリット列の開口部を通過した光は、スリット列の開口部を覆うように設けられた薄膜遮光部材によって遮断される。薄膜遮光部材を電気的に駆動すると、薄膜遮光部材が変形したり、移動したりしてスリット列の開口部を覆わないようになり、対応する部分の光が通過して外部に投射される。駆動する薄膜遮光部材を選択することにより、１次元のシャッタアレイとして作動させることができる。
【０００８】
これらの手段においては、強力な光を入射して薄膜遮光部材の形状に経時変化が生じたとしても、薄膜遮光部材が光を遮りさえすればよいので素子の光学性能には影響が無い。よって、強い光をオンオフすることができる。
【０００９】
また、これらの手段においては、反射面、スリット列及び薄膜遮光部材がマイクロマシニング工程により一体として製作されるので、微小な構造のものとすることができ、かつ、多数のマイクロシャッタアレイを容易に製作することができる。なお、マイクロマシニング工程とは、リソグラフィ、エッチング、リフトオフ法、気相成長法等、半導体製造に使用される技術を利用して微小な機械部品、電気部品を製造する工程のことをいう。
さらに、前記第１の手段においては、反射面を回転させることにより、マイクロシャッタアレイから投射される光の方向が変化する。反射面の回転軸とスリット列の並び方向とが同じになるようにしておけば、例えばｘ軸方向位置の光のオンオフ制御を薄膜遮光部材で制御し、それを反射面の回転でｙ軸方向にスキャニングすることにより、２次元の光シャッタとして使用できる。
前記第２の手段に係るマイクロシャッタアレイに光を投射すると、光は前記接合面を境にして分割され、それぞれマイクロシャッタアレイの反射面で反射される。そして、第１のマイクロシャッタアレイの反射面で反射された光は、第１のマイクロシャッタアレイの薄膜遮光部材で制御され、第２のマイクロシャッタアレイの反射面で反射された光は、第２のマイクロシャッタアレイの薄膜遮光部材で制御される。光学系により、これら２分割されて、各々のマイクロシャッタアレイで制御された光を、光学系により、再び結合した光として投影する。
このようにすれば、マイクロシャッタアレイが１つのときの１／２の角度の回動により、同じ投影面積をカバーすることができる。これにより、薄膜遮光部材から光線が外れることなく、投影面積を大きくとることができる。
前記第３の手段においては、第２の反射面の位置変化により光の照射方向が変化するので、光の照射の変化方向を、スリット列の並び方向と直角になるようにしておけば、例えばｘ軸方向位置の光のオンオフ制御を薄膜遮光部材で制御し、それを第２の反射面の位置変化でｙ軸方向にスキャニングすることにより、２次元の光シャッタとして使用できる。第２の反射面は、前記（第１の）反射面、スリット、薄膜遮光部材を製作するのと同一のマイクロマシニング工程で製作することもできる。
【００１０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、反射面が、異方性エッチングで形成されたシリコン基板面であることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１１】
本手段においては、反射面をシリコン基板を異方性エッチングで形成することにより、容易に鏡面特性を持つ反射面を製造することができる。また、異方性エッチングで形成された反射面は、シリコン基板の厚み方向に対して傾いているので、シリコン基板面方向（厚み方向に直角な方向）から投射された光を、略厚み方向へ向かう光に変換することができる。マイクロマシニング工程を利用して、光発生機構を同じ基板に組み込む場合、光発生機構から投射される光は基板面方向への光とすることが製作上好ましい。よって、前記のような反射面とすることにより、このような光発生機構からの光を、基板面から投射される光に変換することができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、薄膜遮光部材は熱膨張率の異なる薄膜を積層して構成され、通電により発生する熱によりバイモルフ動作をすることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００１３】
本手段においては、例えば薄膜遮光部材に電熱発熱部（薄膜ニクロム線等）を一体形成しておき、通常の状態では、薄膜遮光部材がスリットの開口部を覆うようにしておく。電熱発熱部に通電することにより熱を発生させると、薄膜遮光部材は、それを構成する積層薄膜の熱膨張率の違いにより変形し、シャッタの開口部を覆わなくなる。よって、通電によりシャッタの開閉を制御できる。
【００１４】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、薄膜遮光部材には薄膜コイルが一体形成され、前記薄膜遮光部材は、前記薄膜コイルに流れる電流と外部磁場とで発生するローレンツ力により駆動されることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００１５】
薄膜コイルに電流を流すと、外部磁場の影響によりローレンツ力が発生し、それにより薄膜遮光部材が変形又は移動する。よって、通電によりシャッタの開閉を制御することができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、薄膜遮光部材は、静電気力により駆動されることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００１７】
この手段においては、静電アクチュエータにより薄膜遮光部材を変形又は移動させる。よって、通電によりシャッタの開閉を制御することができる。
【００２７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第３の手段の内第７の手段の製造方法であって、
(a)基板材料として（１００）面方位のシリコン基板を用意し、基板の両面に窒化珪素膜を成膜し、次にこの窒化珪素膜をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリットを形成する工程
(b)酸化珪素膜を上面全面に形成し、次にこの酸化珪素膜をドライエッチング法によりパターニングして、犠牲層のパターンを形成する工程
(c)この上面にポリシリコン膜を成膜し、更に、このポリシリコン膜をドライエッチング法によりパターニングして、静電駆動方式の櫛歯型アクチュエータの固定極と可動極を形成する工程
(d)基板異方性エッチング液に浸漬して、窒化珪素膜をエッチングマスクとして基板のシリコン部分をエッチングする工程
(e)基板のシリコン部分を熱酸化法により酸化し、シリコン酸化膜を形成する工程
(f)この基板の上面から、メカニカルマスクを用いて部分的にポリシリコン膜を成膜し、次に、ポリシリコン膜をドライエッチング法によりパターニングして、スキャナ用ミラーを形成する工程
(g)湿式のエッチング液によりシリコン酸化膜を除去してスキャナ用ミラーをリリースする工程
を有してなるマイクロシャッタアレイの製造方法（請求項８）である。
【００２８】
この手段においても、反射面、スリット列、薄膜遮光部材、スキャナ用ミラーがマイクロマシニング工程により一体として製作されるので、微小な構造のものとすることができ、かつ、多数のマイクロシャッタアレイを容易に製作することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態によるマイクロシャッタアレイについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す図で、（a）は平面図、（b）は断面図である。図１において、１０は基板部、１１はスリット列、１２は薄膜遮光部材、１３は駆動用の薄膜コイル、１４、１５は駆動用電極、１６は反射面、１７はスペーサである。
【００３０】
本素子は、シリコンからなる基板部１０と、スリット列１１と、薄膜遮光部材１２とを有し、薄膜遮光部材１２上には、駆動用薄膜コイル１３が一体形成されている。駆動用電極１４及び１５に電圧を印加すると、薄膜遮光部材１２上の薄膜コイル１３に通電される。また、薄膜遮光部材１２の長手方向と平行に外部磁場Ｂが印加されている。よって、薄膜コイル１３に通電された薄膜遮光部材１２にはローレンツ力が働き、その厚み方向に変形する。この例では、aからlまでの合計12点の光が制御される。図示の状態では、a,d,gの３カ所の薄膜遮光材の薄膜コイルに通電され、薄膜遮光材がローレンツ力によりベンディングして、光が透過した状態を示している。ここで、該薄膜遮光材を熱膨張率の異なる2種の材料（例えば窒化珪素薄膜又は酸化珪素薄膜と、ニクロム薄膜）で構成し、同様なコイルに通電して生ずる熱により、発生するベンディンクを利用しても構わない。
【００３１】
駆動されていない薄膜遮光部材では、図1（b）に示すように、紙面左から帯状光が入射され、異方性エッチングで形成したシリコン斜面からなる反射面１６で反射し、スリット列１１を透過するが、薄膜遮光部材１２で遮光される。このように、本発明のマイクロシャッタアレイによれば、個々の薄膜遮光部材１２の駆動により光の透過の有無が制御される。本実施の形態では、強力な光を入射して薄膜遮光材の形状に経時変化が生じたとしても、遮光材が光を遮りさえすればよいので素子の光学性能には影響が無い。また、用いたい光即ち通過した光はシリコン斜面からの反射光であるため素子が経時変化を持つことは無い。
【００３２】
図２は、本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す図であり、（a）は平面図、（b）は断面図である。図２において、２１は基板部、２２はスキャナー、２３はスリット列、２４は薄膜遮光部材、２５は静電アクチュエータ、２６は駆動電極、２７は可撓性ばね、２８はスペーサ、２９は反射面、３０はポストである。
【００３３】
本素子は、シリコンからなる基板２１と、スリット列２３と、薄膜遮光部材２４とを有しており、薄膜遮光部材２４は、基板２１に固定されたポスト３０に接続された可撓性バネ２７により柔らかく連結されている、又薄膜遮光部材２４の端部は静電アクチュエータ２５に連結され、端子２６に電圧を印加することにより静電気力により端子側に引き寄せられる。実施例では、aからlまでの合計12点の光が制御される。図示の状態では、a,d,gの３カ所の薄膜遮光材が駆動されている。
【００３４】
図２（b）に示すように、紙面上部から帯状光が入射され、透過した光はスリット列２３を通過し、異方性エッチングで形成したシリコン斜面からなる反射面２９で反射し、静電駆動スキャナー２２に入射される。静電駆動スキャナーはスキャナー２２の電位を制御することにより、入射光の反射方向を変化させることが可能である。このように、本実施の形態の薄膜マイクロミラーによれば、個々の薄膜遮光部材２４の駆動により一方向（例えばｘ軸方向）の光の透過の有無が制御される。そして、静電スキャナ２２の駆動により、それと直角な方向（ｙ方向）への光の投射が制御される。よって、本実施の形態は、２次元の光シャッタアレイとして用いることができる。
【００３５】
本実施の形態では、強力な光を入射して薄膜遮光材の形状に経時変化が生じたとしても、遮光材が光を遮りさえすればよいので素子の光学性能には影響が無い。また、用いたい光即ち通過した光はシリコン斜面からの反射光或いは厚膜構造のスキャナーで反射するため素子が経時変化を持つことは無い。
実際、本実施の形態において、白色光源の光量を従来の2倍の光量としても、投影画像の劣化が生じることが無かった。
【００３６】
図３は、本発明の第３の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す断面図である。本素子は、シリコンからなる基板３１と、スリット列３２と、薄膜遮光部材３３とを有しており、光のオンオフについての作動原理は第１の実施の形態で示したものと同じである。
【００３７】
紙面上部から帯状光が入射され、透過した光はスリット３２を通過し、異方性エッチングで形成したシリコン斜面からなる反射面３５で反射される。さらに本実施の形態においては、基板３１に接続された回転軸３４を、外部駆動により回転させることができる。従って、反射面３５で反射した光を紙面の上下方向に走査することができるので、２次元光シャッタアレイとして使用できる。
【００３８】
本発明のマイクロシャッタアレイを用いた光学システムの例を図４示す。図４は、マイクロシャッタアレイを投影機に用いた例のシステム構成図である。
【００３９】
レーザ光源４１から出た発散光をコリメートレンズ４２により帯状の平行光とし、マイクロシャッタアレイ４３に入射する。制御装置４６により、マイクロシャッタアレイ４３を動作させ入射光を紙面上方に二次元的に反射させ、カラーフィルター４４と投影レンズ４５を介して、カラー画像をスクリーン４７上に投影することができる。
【００４０】
図５は、本発明の第４の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す断面図である。図５に示す実施の形態では、図３に示した実施の形態と同様なマイクロシャッタアレイが２個、反射面の方向が接合面に対して対称になるようにして接合され、接合面に中心を有する回動軸が設けられている。図４において、９１は複合マイクロシャッタアレイ、９２は光源、９３はレンズ、９４はカラーフィルタ、９５、９５’はミラー、９６は投影レンズ、９７はスクリーン、１０１、１０１’はシリコンからなる基板、１０２、１０２’は紙面に垂直な方向へ形成されたスリット列、１０３、１０３’はスリット列に対応させた薄膜遮光部材、１０４、１０４’はシリコンからなる反射面、１０５は回動軸である。
【００４１】
基板１０１、１０１’は台形状の側面形状を有し、互いに底面が接合されて接合面を形成している。基板１０１、１０１’の底面（接合面）は、複合マイクロシャッタアレイ９１の平衡状態で、レンズ９３の光軸とほぼ同一平面状にあり、基板１０１、１０１’と反射面１０４、１０４’のなす角度は、54.7°（ウエットエッチングによる結晶特有の角度）である。基板１０１、１０１’の底面と平行な上面には、スリット列１０２、１０２’、薄膜遮光部材１０３、１０３’が形成されている。
【００４２】
光源９２から出た光は、レンズ９３により平行光束とされて、カラーフィルタ９４を通過した後、イメージスキャナ１の反射面１０４、１０４’に入射し、イメージスキャナの接合面を境にして上下に２分割される。そして、上側の反射面１０４で反射された光は上側のマイクロシャッタアレイ（スリット列１０２、薄膜遮光部材１０３）で制御され、下側の反射面１０４’で反射された光は下側のマイクロシャッタアレイ（スリット列１０２’、薄膜遮光部材１０３’）で制御される。
【００４３】
駆動用電極に通電しない状態では、薄膜遮光部材１０３，１０３’は真っ直ぐな状態であり、反射面１０４、１０４’で反射した光は薄膜遮光部材１０３、１０３’に遮られる。各マイクロシャッタアレイにおいては、駆動用電極（図１において図示せず、図２参照）に電圧を印加すると、薄膜遮光部材１０３、１０３’上の薄膜コイル（図１において図示せず、図２参照）に通電される。薄膜遮光部材１０３、１０３’の長手方向と平行に外部磁場が設けられているので、薄膜遮光部材１０３、１０３’がローレンツ力により、図示のようにベンディングして、光を通過させる。薄膜遮光部材１０３、１０３’を、熱膨張率の異なる２種の材料を張り合わせて構成し、コイルに通電して発生する熱によりベンデリングさせるようにしてもよい。
【００４４】
薄膜遮光部材１０３、１０３’を通過した光は、ミラー９５、９５’で反射され、投影レンズ９６を介してスクリーン９７に投影される。この際、複合マイクロシャッタアレイ９１で上下に分割された光は、ミラー９５、９５’、レンズ９６を介して光学的に結合されて、もとの光束に戻る。
【００４５】
複合マイクロシャッタアレイ９１は、回動軸１０５の周りに、ある周波数で回動される。これにより、平面状の光が紙面上下方向に走査されることになる。走査に合わせて、マイクロシャッタアレイの薄膜遮光部材１０３、１０３’を動作させることにより、２次元の画像が得られる。
【００４６】
このように、複合マイクロシャッタアレイ９１は、２つのマイクロシャッタアレイを接合して構成されているので、同じ投影面を得るのに、マイクロシャッタアレイを１つ使用した場合の半分の回動角を与えればよい。逆にいえば、同じ回動角で２倍の走査範囲が得られるので、投影面積を大きくすることが可能である。
【００４７】
次に、図１を用いて説明した本発明の第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法の例を図６を用いて説明する。
【００４８】
はじめに、基板材料として（１００）面方位のシリコン基板５１を用意し、この基板５１の両面に窒化珪素膜５２を厚さ２μｍ成膜する（５ａ）。次に、この窒化珪素膜５２をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリット５２を形成する（５ｂ，５ｉ）。更に、厚さ500nmの酸化珪素膜５３を上面全面に形成する（５ｃ、５ｊ）。次に、この上面に窒化珪素膜５４を２μｍ成膜する（５ｄ）。更に、リフトオフ法により、ニクロム、金等の金属膜をパターニングして駆動用のコイル５５を製作する（５ｅ、５ｋ）。
【００４９】
その後、上面の窒化珪素膜を５４を、レジストをマスクとしてドライエッチング法により部分的に除去してカンチレバー構造体をパターニングする（５ｆ、５ｌ）。次に、基板５１の酸化珪素膜５３を湿式のエッチング液で除去する。このとき、右端の酸化珪素膜５３は、上下の窒化珪素膜５２、５４に挟まれて保護されているため、除去されずに残る（５ｇ、５ｍ）。最後に、基板５１を、シリコンの異方性エッチング液であるＴＭＡＨ又はＫＯＨの水溶液に浸漬して不要なシリコン部分をエッチングする。このとき、エッチング除去されるシリコン斜面は、エッチング速度が極めて遅い（１１１）面で構成される（５ｈ）。
このようにして、マイクロマシニング工程を用いて、第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイを一括して多量に製作することが可能である。
【００５０】
次に、図２を用いて説明した、本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法の例を図７、図８を用いて説明する。
【００５１】
はじめに、基板材料として（１００）面方位のシリコン基板６１を用意し、基板６１の両面に窒化珪素膜６２を厚さ２μｍ成膜する（６ａ）。次に、窒化珪素膜６２をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリット６２を形成する（６ｂ、６ｇ）。更に、厚さ500nmの酸化珪素膜６３を上面全面に成膜する（６ｃ、６ｈ）。次に、酸化膜６３をドライエッチング法によりパターニングして、犠牲層のパターン６３を形成する（６ｄ、６ｉ）。なお、図６ｉにおいて、楕円状の形状は、窒化珪素膜が露出している部分で、基板６１に固定されるポストの付け根になる部分である。
【００５２】
次に、この上面にポリシリコン膜６４を２μｍ成膜する（６ｅ、６ｊ）。更に、ポリシリコン膜６４をドライエッチング法によりパターニングして、静電駆動方式の櫛歯型アクチュエータの固定極６５と可動極６６を形成する（６ｆ、６ｋ）。図６ｋにおいて楕円状の形状をしている部分は、窒化珪素膜を介して基板６１に固定されたポストであり、ポストと可動極６６を結合している線状の部分は弾性体となる部分である。これらは、共にポリシリコンで形成されている。
【００５３】
次に、基板６１をＴＭＡＨ等の水溶液に浸して、基板６１のシリコン部分をエッチングする。このときのエッチングマスクは窒化珪素膜であり、（１１１）面で構成される斜面が形成される（７ａ、７ｆ）。次に、基板６１のシリコン部分を熱酸化法により酸化し、酸化膜６７を形成する（７ｂ）。この基板の上面から、メカニカルマスクを用いて部分的にポリシリコン膜６８を成膜する（７ｃ、７ｇ）。次に、ポリシリコン膜６８をドライエッチング法によりパターニングして、スキャナ用ミラー６９を形成する（７ｄ、７ｈ）。最後に、湿式のエッチング液により酸化膜を除去してスキャナ用ミラー６９をリリースする（７ｅ、７ｉ）。
このようにして、マイクロマシニング工程を用いて、第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイを一括して多量に製作することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入射光の光量の制約が大きく、かつ、光照射で生ずる構造体の発熱が生じても経時変化が少ないマイクロシャッタアレイを実現することができる。さらに、本発明のマイクロシャッタアレイは、マイクロマシニング工程を用いて製造することが可能であり、大量生産が可能なため、低価格なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図４】本発明のマイクロシャッタアレイを用いた光学システムの例を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法を示す図である。
【図９】従来の微小光学素子の概略断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１０…基板部（シリコン）、１１…スリット列、１２…薄膜遮光部材、１３…駆動コイル、１４…駆動電極、１５…駆動電極、１６…シリコン斜面、１７…スペーサ、２１…基板部（シリコン）、２２…スキャナー、２３…スリット列、２４…薄膜遮光部材、２５…静電アクチュエータ、２６…駆動電極、２７…可撓性ばね、２８…スペーサ、２９…反射面（シリコン斜面）、３１…基板部（シリコン）、３２…スリット列、３３…薄膜遮光部材、３４…回転軸、３５…反射面（シリコン斜面）、９１…複合マイクロシャッタアレイ、９２…光源、９３…レンズ、９４…カラーフィルタ、９５、９５’…ミラー、９６…投影レンズ、９７…スクリーン、１０１、１０１’…基板、１０２、１０２’…スリット列、１０３、１０３’…薄膜遮光部材、１０４、１０４’…反射面、１０５…回動軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の通過をオンオフする微小な光学素子に関するものであり、更に詳しくは、１次元又は２次元方向に亘って光の通過を制御できるマイクロシャッタアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術（マイクロマシニング技術）を利用して、様々な微小機械の研究開発が活発に行われている。面内に微小なミクロサイズミラーを集積化した光学素子についても研究の成果が活用されている。従来報告されている微小光学素子においては、十数μm角の金属ミラーを基板面上に多数個集積し、これらのミラーを基板上に設けた電極とミラー間の静電気力により駆動してミラーの角度を変化させ、個々のミラーの反射角度を制御する方式が用いられている。（例えば、Technical Digest of the 14th Sensor Symposium,1996,pp297.）
【０００３】
図９は、従来の微小光学素子の概略断面構造を示す図である。図９において、８１は基板、８２は電極層、８３は駆動電極膜、８４は反射ミラー部、８５はポスト部である。基板８１上に電極層８２を設け、駆動電極膜８３を電極層８２に対向させて設ける。電極８２上にポスト部８２で支えられた可動ミラー部を形成する。それにより、可動ミラー部を、駆動電極膜８３とポスト部８５で連結された反射ミラー部８４とから構成する。片側の電極層８２に電圧を印加すると駆動電極膜８３が基板側に引き寄せられ、ポスト部８５の基部を中心にした回転力が発生し、可動ミラー部８３、８４が傾く。すなわち、反射ミラー部８４が傾く。これにより反射ミラーに入射した光の反射方向が制御される。このように、図９に示す微小光学素子は、特定の反射方向に反射した光のみを投影することにより投影機用の光学素子として利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のマイクロミラーでは、自立した薄膜部からの反射光を用いるため、入射する光により反射ミラー部８４の温度が上昇し、反射ミラー部８４が反る等の経時的変化が生じやすい等の問題点がある。このため、入射する光強度に制限が生じ、明るい投影機器を実現する妨げになっている。また、反射ミラー部８４のうねりや初期撓みのばらつきにより、反射性能が面内でばらつくという問題も有している。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、入射光の光量を大きくすることができ、かつ、光照射で生ずる構造体の発熱が生じても光学性能への影響が少ないマイクロシャッタアレイを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決する手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイであって、前記反射面が回転可能であり、当該マイクロシャッタアレイに入力する光が、前記開口部を通過してから前記反射面で反射されることを特徴とするマイクロシャッタアレイ（請求項１）である。
前記課題を解決するための第２の手段は、光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイを、前記反射面の方向が接合面に対して対称になるようにして２個接合し、接合面に中心を有する回動軸を設けたことを特徴とするマイクロシャッタアレイ（請求項２）である。
前記課題を解決するための第３の手段は、光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイであって、前記反射面とは別の第２の反射面を有し、第２の反射面の位置が変化することにより、光の照射方向が変化し、当該マイクロシャッタアレイに入力する光が、前記開口部を通過してから前記反射面で反射し、その後で、前記第２の反射面で反射することを特徴とするマイクロシャッタアレイ（請求項３）である。
【０００７】
これらの手段においては、光が反射面で反射され、スリット列に照射される。又は、逆にスリット列を通過した光は反射面で反射される。スリット列の開口部を通過した光は、スリット列の開口部を覆うように設けられた薄膜遮光部材によって遮断される。薄膜遮光部材を電気的に駆動すると、薄膜遮光部材が変形したり、移動したりしてスリット列の開口部を覆わないようになり、対応する部分の光が通過して外部に投射される。駆動する薄膜遮光部材を選択することにより、１次元のシャッタアレイとして作動させることができる。
【０００８】
これらの手段においては、強力な光を入射して薄膜遮光部材の形状に経時変化が生じたとしても、薄膜遮光部材が光を遮りさえすればよいので素子の光学性能には影響が無い。よって、強い光をオンオフすることができる。
【０００９】
また、これらの手段においては、反射面、スリット列及び薄膜遮光部材がマイクロマシニング工程により一体として製作されるので、微小な構造のものとすることができ、かつ、多数のマイクロシャッタアレイを容易に製作することができる。なお、マイクロマシニング工程とは、リソグラフィ、エッチング、リフトオフ法、気相成長法等、半導体製造に使用される技術を利用して微小な機械部品、電気部品を製造する工程のことをいう。
さらに、前記第１の手段においては、反射面を回転させることにより、マイクロシャッタアレイから投射される光の方向が変化する。反射面の回転軸とスリット列の並び方向とが同じになるようにしておけば、例えばｘ軸方向位置の光のオンオフ制御を薄膜遮光部材で制御し、それを反射面の回転でｙ軸方向にスキャニングすることにより、２次元の光シャッタとして使用できる。
前記第２の手段に係るマイクロシャッタアレイに光を投射すると、光は前記接合面を境にして分割され、それぞれマイクロシャッタアレイの反射面で反射される。そして、第１のマイクロシャッタアレイの反射面で反射された光は、第１のマイクロシャッタアレイの薄膜遮光部材で制御され、第２のマイクロシャッタアレイの反射面で反射された光は、第２のマイクロシャッタアレイの薄膜遮光部材で制御される。光学系により、これら２分割されて、各々のマイクロシャッタアレイで制御された光を、光学系により、再び結合した光として投影する。
このようにすれば、マイクロシャッタアレイが１つのときの１／２の角度の回動により、同じ投影面積をカバーすることができる。これにより、薄膜遮光部材から光線が外れることなく、投影面積を大きくとることができる。
前記第３の手段においては、第２の反射面の位置変化により光の照射方向が変化するので、光の照射の変化方向を、スリット列の並び方向と直角になるようにしておけば、例えばｘ軸方向位置の光のオンオフ制御を薄膜遮光部材で制御し、それを第２の反射面の位置変化でｙ軸方向にスキャニングすることにより、２次元の光シャッタとして使用できる。第２の反射面は、前記（第１の）反射面、スリット、薄膜遮光部材を製作するのと同一のマイクロマシニング工程で製作することもできる。
【００１０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、反射面が、異方性エッチングで形成されたシリコン基板面であることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１１】
本手段においては、反射面をシリコン基板を異方性エッチングで形成することにより、容易に鏡面特性を持つ反射面を製造することができる。また、異方性エッチングで形成された反射面は、シリコン基板の厚み方向に対して傾いているので、シリコン基板面方向（厚み方向に直角な方向）から投射された光を、略厚み方向へ向かう光に変換することができる。マイクロマシニング工程を利用して、光発生機構を同じ基板に組み込む場合、光発生機構から投射される光は基板面方向への光とすることが製作上好ましい。よって、前記のような反射面とすることにより、このような光発生機構からの光を、基板面から投射される光に変換することができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、薄膜遮光部材は熱膨張率の異なる薄膜を積層して構成され、通電により発生する熱によりバイモルフ動作をすることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００１３】
本手段においては、例えば薄膜遮光部材に電熱発熱部（薄膜ニクロム線等）を一体形成しておき、通常の状態では、薄膜遮光部材がスリットの開口部を覆うようにしておく。電熱発熱部に通電することにより熱を発生させると、薄膜遮光部材は、それを構成する積層薄膜の熱膨張率の違いにより変形し、シャッタの開口部を覆わなくなる。よって、通電によりシャッタの開閉を制御できる。
【００１４】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、薄膜遮光部材には薄膜コイルが一体形成され、前記薄膜遮光部材は、前記薄膜コイルに流れる電流と外部磁場とで発生するローレンツ力により駆動されることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００１５】
薄膜コイルに電流を流すと、外部磁場の影響によりローレンツ力が発生し、それにより薄膜遮光部材が変形又は移動する。よって、通電によりシャッタの開閉を制御することができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、薄膜遮光部材は、静電気力により駆動されることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００１７】
この手段においては、静電アクチュエータにより薄膜遮光部材を変形又は移動させる。よって、通電によりシャッタの開閉を制御することができる。
【００２７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第３の手段の内第７の手段の製造方法であって、
(a)基板材料として（１００）面方位のシリコン基板を用意し、基板の両面に窒化珪素膜を成膜し、次にこの窒化珪素膜をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリットを形成する工程
(b)酸化珪素膜を上面全面に形成し、次にこの酸化珪素膜をドライエッチング法によりパターニングして、犠牲層のパターンを形成する工程
(c)この上面にポリシリコン膜を成膜し、更に、このポリシリコン膜をドライエッチング法によりパターニングして、静電駆動方式の櫛歯型アクチュエータの固定極と可動極を形成する工程
(d)基板異方性エッチング液に浸漬して、窒化珪素膜をエッチングマスクとして基板のシリコン部分をエッチングする工程
(e)基板のシリコン部分を熱酸化法により酸化し、シリコン酸化膜を形成する工程
(f)この基板の上面から、メカニカルマスクを用いて部分的にポリシリコン膜を成膜し、次に、ポリシリコン膜をドライエッチング法によりパターニングして、スキャナ用ミラーを形成する工程
(g)湿式のエッチング液によりシリコン酸化膜を除去してスキャナ用ミラーをリリースする工程
を有してなるマイクロシャッタアレイの製造方法（請求項８）である。
【００２８】
この手段においても、反射面、スリット列、薄膜遮光部材、スキャナ用ミラーがマイクロマシニング工程により一体として製作されるので、微小な構造のものとすることができ、かつ、多数のマイクロシャッタアレイを容易に製作することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態によるマイクロシャッタアレイについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す図で、（a）は平面図、（b）は断面図である。図１において、１０は基板部、１１はスリット列、１２は薄膜遮光部材、１３は駆動用の薄膜コイル、１４、１５は駆動用電極、１６は反射面、１７はスペーサである。
【００３０】
本素子は、シリコンからなる基板部１０と、スリット列１１と、薄膜遮光部材１２とを有し、薄膜遮光部材１２上には、駆動用薄膜コイル１３が一体形成されている。駆動用電極１４及び１５に電圧を印加すると、薄膜遮光部材１２上の薄膜コイル１３に通電される。また、薄膜遮光部材１２の長手方向と平行に外部磁場Ｂが印加されている。よって、薄膜コイル１３に通電された薄膜遮光部材１２にはローレンツ力が働き、その厚み方向に変形する。この例では、aからlまでの合計12点の光が制御される。図示の状態では、a,d,gの３カ所の薄膜遮光材の薄膜コイルに通電され、薄膜遮光材がローレンツ力によりベンディングして、光が透過した状態を示している。ここで、該薄膜遮光材を熱膨張率の異なる2種の材料（例えば窒化珪素薄膜又は酸化珪素薄膜と、ニクロム薄膜）で構成し、同様なコイルに通電して生ずる熱により、発生するベンディンクを利用しても構わない。
【００３１】
駆動されていない薄膜遮光部材では、図1（b）に示すように、紙面左から帯状光が入射され、異方性エッチングで形成したシリコン斜面からなる反射面１６で反射し、スリット列１１を透過するが、薄膜遮光部材１２で遮光される。このように、本発明のマイクロシャッタアレイによれば、個々の薄膜遮光部材１２の駆動により光の透過の有無が制御される。本実施の形態では、強力な光を入射して薄膜遮光材の形状に経時変化が生じたとしても、遮光材が光を遮りさえすればよいので素子の光学性能には影響が無い。また、用いたい光即ち通過した光はシリコン斜面からの反射光であるため素子が経時変化を持つことは無い。
【００３２】
図２は、本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す図であり、（a）は平面図、（b）は断面図である。図２において、２１は基板部、２２はスキャナー、２３はスリット列、２４は薄膜遮光部材、２５は静電アクチュエータ、２６は駆動電極、２７は可撓性ばね、２８はスペーサ、２９は反射面、３０はポストである。
【００３３】
本素子は、シリコンからなる基板２１と、スリット列２３と、薄膜遮光部材２４とを有しており、薄膜遮光部材２４は、基板２１に固定されたポスト３０に接続された可撓性バネ２７により柔らかく連結されている、又薄膜遮光部材２４の端部は静電アクチュエータ２５に連結され、端子２６に電圧を印加することにより静電気力により端子側に引き寄せられる。実施例では、aからlまでの合計12点の光が制御される。図示の状態では、a,d,gの３カ所の薄膜遮光材が駆動されている。
【００３４】
図２（b）に示すように、紙面上部から帯状光が入射され、透過した光はスリット列２３を通過し、異方性エッチングで形成したシリコン斜面からなる反射面２９で反射し、静電駆動スキャナー２２に入射される。静電駆動スキャナーはスキャナー２２の電位を制御することにより、入射光の反射方向を変化させることが可能である。このように、本実施の形態の薄膜マイクロミラーによれば、個々の薄膜遮光部材２４の駆動により一方向（例えばｘ軸方向）の光の透過の有無が制御される。そして、静電スキャナ２２の駆動により、それと直角な方向（ｙ方向）への光の投射が制御される。よって、本実施の形態は、２次元の光シャッタアレイとして用いることができる。
【００３５】
本実施の形態では、強力な光を入射して薄膜遮光材の形状に経時変化が生じたとしても、遮光材が光を遮りさえすればよいので素子の光学性能には影響が無い。また、用いたい光即ち通過した光はシリコン斜面からの反射光或いは厚膜構造のスキャナーで反射するため素子が経時変化を持つことは無い。
実際、本実施の形態において、白色光源の光量を従来の2倍の光量としても、投影画像の劣化が生じることが無かった。
【００３６】
図３は、本発明の第３の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す断面図である。本素子は、シリコンからなる基板３１と、スリット列３２と、薄膜遮光部材３３とを有しており、光のオンオフについての作動原理は第１の実施の形態で示したものと同じである。
【００３７】
紙面上部から帯状光が入射され、透過した光はスリット３２を通過し、異方性エッチングで形成したシリコン斜面からなる反射面３５で反射される。さらに本実施の形態においては、基板３１に接続された回転軸３４を、外部駆動により回転させることができる。従って、反射面３５で反射した光を紙面の上下方向に走査することができるので、２次元光シャッタアレイとして使用できる。
【００３８】
本発明のマイクロシャッタアレイを用いた光学システムの例を図４示す。図４は、マイクロシャッタアレイを投影機に用いた例のシステム構成図である。
【００３９】
レーザ光源４１から出た発散光をコリメートレンズ４２により帯状の平行光とし、マイクロシャッタアレイ４３に入射する。制御装置４６により、マイクロシャッタアレイ４３を動作させ入射光を紙面上方に二次元的に反射させ、カラーフィルター４４と投影レンズ４５を介して、カラー画像をスクリーン４７上に投影することができる。
【００４０】
図５は、本発明の第４の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの概略構造を示す断面図である。図５に示す実施の形態では、図３に示した実施の形態と同様なマイクロシャッタアレイが２個、反射面の方向が接合面に対して対称になるようにして接合され、接合面に中心を有する回動軸が設けられている。図４において、９１は複合マイクロシャッタアレイ、９２は光源、９３はレンズ、９４はカラーフィルタ、９５、９５’はミラー、９６は投影レンズ、９７はスクリーン、１０１、１０１’はシリコンからなる基板、１０２、１０２’は紙面に垂直な方向へ形成されたスリット列、１０３、１０３’はスリット列に対応させた薄膜遮光部材、１０４、１０４’はシリコンからなる反射面、１０５は回動軸である。
【００４１】
基板１０１、１０１’は台形状の側面形状を有し、互いに底面が接合されて接合面を形成している。基板１０１、１０１’の底面（接合面）は、複合マイクロシャッタアレイ９１の平衡状態で、レンズ９３の光軸とほぼ同一平面状にあり、基板１０１、１０１’と反射面１０４、１０４’のなす角度は、54.7°（ウエットエッチングによる結晶特有の角度）である。基板１０１、１０１’の底面と平行な上面には、スリット列１０２、１０２’、薄膜遮光部材１０３、１０３’が形成されている。
【００４２】
光源９２から出た光は、レンズ９３により平行光束とされて、カラーフィルタ９４を通過した後、イメージスキャナ１の反射面１０４、１０４’に入射し、イメージスキャナの接合面を境にして上下に２分割される。そして、上側の反射面１０４で反射された光は上側のマイクロシャッタアレイ（スリット列１０２、薄膜遮光部材１０３）で制御され、下側の反射面１０４’で反射された光は下側のマイクロシャッタアレイ（スリット列１０２’、薄膜遮光部材１０３’）で制御される。
【００４３】
駆動用電極に通電しない状態では、薄膜遮光部材１０３，１０３’は真っ直ぐな状態であり、反射面１０４、１０４’で反射した光は薄膜遮光部材１０３、１０３’に遮られる。各マイクロシャッタアレイにおいては、駆動用電極（図１において図示せず、図２参照）に電圧を印加すると、薄膜遮光部材１０３、１０３’上の薄膜コイル（図１において図示せず、図２参照）に通電される。薄膜遮光部材１０３、１０３’の長手方向と平行に外部磁場が設けられているので、薄膜遮光部材１０３、１０３’がローレンツ力により、図示のようにベンディングして、光を通過させる。薄膜遮光部材１０３、１０３’を、熱膨張率の異なる２種の材料を張り合わせて構成し、コイルに通電して発生する熱によりベンデリングさせるようにしてもよい。
【００４４】
薄膜遮光部材１０３、１０３’を通過した光は、ミラー９５、９５’で反射され、投影レンズ９６を介してスクリーン９７に投影される。この際、複合マイクロシャッタアレイ９１で上下に分割された光は、ミラー９５、９５’、レンズ９６を介して光学的に結合されて、もとの光束に戻る。
【００４５】
複合マイクロシャッタアレイ９１は、回動軸１０５の周りに、ある周波数で回動される。これにより、平面状の光が紙面上下方向に走査されることになる。走査に合わせて、マイクロシャッタアレイの薄膜遮光部材１０３、１０３’を動作させることにより、２次元の画像が得られる。
【００４６】
このように、複合マイクロシャッタアレイ９１は、２つのマイクロシャッタアレイを接合して構成されているので、同じ投影面を得るのに、マイクロシャッタアレイを１つ使用した場合の半分の回動角を与えればよい。逆にいえば、同じ回動角で２倍の走査範囲が得られるので、投影面積を大きくすることが可能である。
【００４７】
次に、図１を用いて説明した本発明の第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法の例を図６を用いて説明する。
【００４８】
はじめに、基板材料として（１００）面方位のシリコン基板５１を用意し、この基板５１の両面に窒化珪素膜５２を厚さ２μｍ成膜する（５ａ）。次に、この窒化珪素膜５２をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリット５２を形成する（５ｂ，５ｉ）。更に、厚さ500nmの酸化珪素膜５３を上面全面に形成する（５ｃ、５ｊ）。次に、この上面に窒化珪素膜５４を２μｍ成膜する（５ｄ）。更に、リフトオフ法により、ニクロム、金等の金属膜をパターニングして駆動用のコイル５５を製作する（５ｅ、５ｋ）。
【００４９】
その後、上面の窒化珪素膜を５４を、レジストをマスクとしてドライエッチング法により部分的に除去してカンチレバー構造体をパターニングする（５ｆ、５ｌ）。次に、基板５１の酸化珪素膜５３を湿式のエッチング液で除去する。このとき、右端の酸化珪素膜５３は、上下の窒化珪素膜５２、５４に挟まれて保護されているため、除去されずに残る（５ｇ、５ｍ）。最後に、基板５１を、シリコンの異方性エッチング液であるＴＭＡＨ又はＫＯＨの水溶液に浸漬して不要なシリコン部分をエッチングする。このとき、エッチング除去されるシリコン斜面は、エッチング速度が極めて遅い（１１１）面で構成される（５ｈ）。
このようにして、マイクロマシニング工程を用いて、第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイを一括して多量に製作することが可能である。
【００５０】
次に、図２を用いて説明した、本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法の例を図７、図８を用いて説明する。
【００５１】
はじめに、基板材料として（１００）面方位のシリコン基板６１を用意し、基板６１の両面に窒化珪素膜６２を厚さ２μｍ成膜する（６ａ）。次に、窒化珪素膜６２をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリット６２を形成する（６ｂ、６ｇ）。更に、厚さ500nmの酸化珪素膜６３を上面全面に成膜する（６ｃ、６ｈ）。次に、酸化膜６３をドライエッチング法によりパターニングして、犠牲層のパターン６３を形成する（６ｄ、６ｉ）。なお、図６ｉにおいて、楕円状の形状は、窒化珪素膜が露出している部分で、基板６１に固定されるポストの付け根になる部分である。
【００５２】
次に、この上面にポリシリコン膜６４を２μｍ成膜する（６ｅ、６ｊ）。更に、ポリシリコン膜６４をドライエッチング法によりパターニングして、静電駆動方式の櫛歯型アクチュエータの固定極６５と可動極６６を形成する（６ｆ、６ｋ）。図６ｋにおいて楕円状の形状をしている部分は、窒化珪素膜を介して基板６１に固定されたポストであり、ポストと可動極６６を結合している線状の部分は弾性体となる部分である。これらは、共にポリシリコンで形成されている。
【００５３】
次に、基板６１をＴＭＡＨ等の水溶液に浸して、基板６１のシリコン部分をエッチングする。このときのエッチングマスクは窒化珪素膜であり、（１１１）面で構成される斜面が形成される（７ａ、７ｆ）。次に、基板６１のシリコン部分を熱酸化法により酸化し、酸化膜６７を形成する（７ｂ）。この基板の上面から、メカニカルマスクを用いて部分的にポリシリコン膜６８を成膜する（７ｃ、７ｇ）。次に、ポリシリコン膜６８をドライエッチング法によりパターニングして、スキャナ用ミラー６９を形成する（７ｄ、７ｈ）。最後に、湿式のエッチング液により酸化膜を除去してスキャナ用ミラー６９をリリースする（７ｅ、７ｉ）。
このようにして、マイクロマシニング工程を用いて、第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイを一括して多量に製作することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入射光の光量の制約が大きく、かつ、光照射で生ずる構造体の発熱が生じても経時変化が少ないマイクロシャッタアレイを実現することができる。さらに、本発明のマイクロシャッタアレイは、マイクロマシニング工程を用いて製造することが可能であり、大量生産が可能なため、低価格なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図４】本発明のマイクロシャッタアレイを用いた光学システムの例を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の概略構造を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態であるマイクロシャッタアレイの製造方法を示す図である。
【図９】従来の微小光学素子の概略断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１０…基板部（シリコン）、１１…スリット列、１２…薄膜遮光部材、１３…駆動コイル、１４…駆動電極、１５…駆動電極、１６…シリコン斜面、１７…スペーサ、２１…基板部（シリコン）、２２…スキャナー、２３…スリット列、２４…薄膜遮光部材、２５…静電アクチュエータ、２６…駆動電極、２７…可撓性ばね、２８…スペーサ、２９…反射面（シリコン斜面）、３１…基板部（シリコン）、３２…スリット列、３３…薄膜遮光部材、３４…回転軸、３５…反射面（シリコン斜面）、９１…複合マイクロシャッタアレイ、９２…光源、９３…レンズ、９４…カラーフィルタ、９５、９５’…ミラー、９６…投影レンズ、９７…スクリーン、１０１、１０１’…基板、１０２、１０２’…スリット列、１０３、１０３’…薄膜遮光部材、１０４、１０４’…反射面、１０５…回動軸
Claims (8)
- 光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイであって、前記反射面が回転可能であり、当該マイクロシャッタアレイに入力する光が、前記開口部を通過してから前記反射面で反射されることを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイを、前記反射面の方向が接合面に対して対称になるようにして２個接合し、接合面に中心を有する回動軸を設けたことを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 光を反射する反射面と、前記反射面を通過する光が通過する位置に設けられたスリット列と、前記スリット列の開口部を覆うように設けられた複数の薄膜遮光部材を有してなり、前記薄膜遮光部材は電気的に駆動され、前記スリット列の開口部を通過する光を遮光したり通過させたりするものであり、前記反射面、前記スリット列及び前記薄膜遮光部材が、マイクロマシニング工程により一体のものとして製作されたものであるマイクロシャッタアレイであって、前記反射面とは別の第２の反射面を有し、第２の反射面の位置が変化することにより、光の照射方向が変化し、当該マイクロシャッタアレイに入力する光が、前記開口部を通過してから前記反射面で反射し、その後で、前記第２の反射面で反射することを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のマイクロシャッタアレイであって、前記反射面が、異方性エッチングで形成されたシリコン基板面であることを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のマイクロシャッタアレイであって、前記薄膜遮光部材は熱膨張率の異なる薄膜を積層して構成され、通電により発生する熱によりバイモルフ動作をすることを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のマイクロシャッタアレイであって、前記薄膜遮光部材には薄膜コイルが一体形成され、前記薄膜遮光部材は、前記薄膜コイルに流れる電流と外部磁場とで発生するローレンツ力により駆動されることを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のマイクロシャッタアレイであって、前記薄膜遮光部材は、静電気力により駆動されることを特徴とするマイクロシャッタアレイ。
- 請求項３に記載のマイクロシャッタアレイの内、請求項７に係るものの製造方法であって、
(a)基板材料として（１００）面方位のシリコン基板を用意し、基板の両面に窒化珪素膜を成膜し、次にこの窒化珪素膜をドライエッチング法によりパターニングして、遮光スリットを形成する工程
(b)酸化珪素膜を上面全面に形成し、次にこの酸化珪素膜をドライエッチング法によりパターニングして、犠牲層のパターンを形成する工程
(c)この上面にポリシリコン膜を成膜し、更に、このポリシリコン膜をドライエッチング法によりパターニングして、静電駆動方式の櫛歯型アクチュエータの固定極と可動極を形成する工程
(d)基板異方性エッチング液に浸漬して、窒化珪素膜をエッチングマスクとして基板のシリコン部分をエッチングする工程
(e)基板のシリコン部分を熱酸化法により酸化し、シリコン酸化膜を形成する工程
(f)この基板の上面から、メカニカルマスクを用いて部分的にポリシリコン膜を成膜し、次に、ポリシリコン膜をドライエッチング法によりパターニングして、スキャナ用ミラーを形成する工程
(g)湿式のエッチング液によりシリコン酸化膜を除去してスキャナ用ミラーをリリースする工程
を有してなるマイクロシャッタアレイの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03227598A JP3941205B2 (ja) | 1997-12-10 | 1998-01-30 | マイクロシャッタアレイ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-356380 | 1997-12-10 | ||
| JP35638097 | 1997-12-10 | ||
| JP03227598A JP3941205B2 (ja) | 1997-12-10 | 1998-01-30 | マイクロシャッタアレイ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11231233A JPH11231233A (ja) | 1999-08-27 |
| JP3941205B2 true JP3941205B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=26370823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03227598A Expired - Fee Related JP3941205B2 (ja) | 1997-12-10 | 1998-01-30 | マイクロシャッタアレイ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3941205B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002244053A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Sony Corp | マイクロミラーおよびその製造方法 |
| AU2003281408A1 (en) * | 2002-07-09 | 2004-01-23 | Nikon Corporation | Cantilever, light beam control device, variable light attenuator, and variable light attenuating device |
| JP3715611B2 (ja) * | 2002-10-11 | 2005-11-09 | エヌティティエレクトロニクス株式会社 | マイクロアクチュエータ装置及びこれを用いた光スイッチシステム |
| KR101230314B1 (ko) | 2006-05-30 | 2013-02-06 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 장치 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP03227598A patent/JP3941205B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11231233A (ja) | 1999-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5898515A (en) | Light reflecting micromachined cantilever | |
| JP4362251B2 (ja) | マイクロエレクトリカルメカニカルシステム（ｍｅｍｓ）光変調器、ｍｅｍｓ光モジュール、ｍｅｍｓ光ディスプレイシステム、および、ｍｅｍｓ光変調方法 | |
| KR100424548B1 (ko) | 출력효율제어장치와투사형디스플레이장치와적외선센서와비접촉온도계 | |
| KR100277450B1 (ko) | 비임 조향 디바이스 및 제조 방법 | |
| JP2004145334A (ja) | Ｍｅｍｓ駆動式のカラー光変調器および方法 | |
| KR20020068959A (ko) | 요동체장치, 광편향기 및 그 제조방법 | |
| JP4318684B2 (ja) | オープンホールを基盤とする回折光変調器 | |
| JP2004261884A (ja) | Ｍｅｍｓ素子とその製造方法、回折型ｍｅｍｓ素子 | |
| JP2011138046A (ja) | 空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 | |
| JP3941205B2 (ja) | マイクロシャッタアレイ及びその製造方法 | |
| WO2011080883A1 (ja) | 電気機械変換器、空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 | |
| JP2003241120A (ja) | 光デバイス | |
| JP2011137961A (ja) | 空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 | |
| JP5549222B2 (ja) | 空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 | |
| JP2002323669A (ja) | 揺動体装置、光偏向器、及び光偏向器を用いた光学機器 | |
| EP1473582B1 (en) | Optical element, thin-film structural body, optical switch, and optical element manufacturing method | |
| WO2013027405A1 (ja) | 空間光変調素子および露光装置 | |
| US7177065B2 (en) | Optical element, thin film structure, optical switch, and method of manufacturing optical element | |
| JP5509912B2 (ja) | 空間光変調器、照明装置、露光装置およびそれらの製造方法 | |
| WO2020202491A1 (ja) | 光走査装置およびその製造方法 | |
| JPH11249037A (ja) | 空間光変調器及びそれを用いた表示光学装置 | |
| JPH11160635A (ja) | 光学素子及びその製造方法並びにそれを用いた装置 | |
| JP5171489B2 (ja) | 異方性エッチングによる構造体の作製方法、及びエッチングマスク付きシリコン基板 | |
| JP2004198798A (ja) | 揺動体 | |
| JP3537408B2 (ja) | 光スイッチングのためのマイクロアクチュエータ及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041104 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061213 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070116 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070313 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070326 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130413 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |