JP4406549B2 - 光変調素子及び光変調アレイ素子並びにそれを用いた露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、光変調素子及び光変調アレイ素子並びにそれを用いた露光装置に関する。

空間光変調器（ＳＬＭ）は、空間パターンの入射光を変調し、電気的又は光学的入力に対応する光画像を形成する装置である。このＳＬＭの一つに、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを作製し、このマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）がある。ＤＭＤは、モノリシック単一チップ集積回路ＳＬＭであり、例えば１６ミクロン四方程度の可動マイクロミラーの高密度アレイからなる。これらのミラーは、アドレス回路上に形成され、ＤＭＤアレイの１画素を形成し、２つの位置のうち一方の位置で、入射光を投射レンズに反射し、他方の位置で入射光を光アブソーバーに偏向する。投射レンズは、表示スクリーン上へ変調光をフォーカスして画像を形成する。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開平８−３３４７０９号公報 特開２００１−２４２３９５号公報 Dual-Mode micromirrors for Optical Phased Array Applications TRANSDUCERS 01 EUROSENSORS XV (The 11th International Conference on Solid-Sensors and Actuators(2001))

上記特許文献１に開示される空間光変調器は、支持ポストによって、ヨークの上に支持され、上に持ち上げられる四角形ミラーを有する。支持ポストは、ミラーの中央から下方へ伸び、そのねじれ軸にそってヨークの中央に取付けられ、ヨーク上のミラーの質量の中心バランスをとる。この空間光変調器では、ミラーと高架アドレス電極との間、及びヨークと下部アドレス電極との間に電圧を印加すると、それぞれの電極間に働く静電気力により、ヨーク及びミラーが回転され、ヨークの一方の着地片が下部アドレス電極上に着地して、印加する電極により、左右両方への自在な回転を可能にしている。

ところが、上記の空間光変調器は、ヨークの着地片が下部アドレス電極上に接触するため、ファンデルワールス力や、周囲の不純物・有機系ガスによる固着が発生し、素子の信頼性を低下させる問題があった。

このような問題を解消するため、上記特許文献２に開示される空間光変調器１は、図３７に示すように、ミラー支持ポスト３によりヨーク５に取り付けられたミラー７と、ミラーアドレス電極９とヨークアドレス電極１１からなり、ミラーアドレス電極９と同じ製造プロセス位置に、新たに捕獲電極１３が付け加えられている。動作中はミラー７とミラーアドレス電極９の間と、ヨーク５とヨークアドレス電極１１の間に働く静電力により発生する引力のために、ミラーが回転し、ヨーク５の端部と付け加えられた捕獲電極１３の間の強い引力をもつ静電力によって所望の角度で止まる。

図３８は、ミラー７を透明に（破線で示すように）描いた、端部結合ＤＭＤ構造の透視図である。本図では、また、トーションヒンジ１５も併せて示している。これは、回転するミラー７の上端部（右側）での弱い引力に比べ、回転するミラー７の下端部（左側）での強い引力を図示するものであり、ここでは、ヨーク５と図中左側の捕獲電極１３は極めて近接している。この引力は、ヨーク５の端部と捕獲電極１３の端部との間の静電容量と距離の関数となる。これは、ヨーク５と捕獲電極１３の端面の面積と両者間の距離とに大いに依存しており、この距離は、二次関数的にｆ＝１／ｄ²として表わされる。本構成では、ミラー７は、捕獲電極１３に隣接し極めて近くにあるミラー７又はヨーク５の端部全体に位置する直交軸に沿って回転する。

従って、このＤＭＤ構造では、素子表面上の適度な高さ位置にミラー７が所望の角度の領域に回転した際に、ミラー７又はヨーク５の連続した端部と近接するように捕獲電極１３が設けられるので、この捕獲電極１３とミラーアセンブリは、これらの間に極めて高い静電引力を生み出し、ミラー７が捕獲電極１３の平面に近づいた際にはミラー７を止めるようにバイアスされる。これにより、ミラーアセンブリのパルス波形を調整することにより、ミラー７は確実に減衰され、ミラーアセンブリが所望の回転角で停止される。

また、上記非特許文献１に開示される光偏向装置は、揺動軸の中央部にミラーが固設され、揺動軸の両端には直交する支持軸が固着されている。この支持軸のそれぞれの端部には駆動手段である所謂コムドライブが設けられている。コムドライブは、櫛歯状の上部電極板と下部電極とを相互に差し入れて配向させ、この対向電極間に作用する静電気力によって支持軸の両端を上下に移動させ、結果として、揺動軸を回転させてミラーの左右両方への自在な回転を可能にしている。

しかしながら、上記特許文献２に開示される空間光変調器は、捩れヒンジ上にヨークとミラーとを二段構造で設けているため、可動部全体の質量が大きくなり、その結果、慣性モーメントが増大して高速可動に制限があった。そして、アドレス電極とヨークとが同一平面に配置されるため、各電極の面積が小さくなり、画素ミラーとアドレス電極とに働く静電気力、及びヨークとアドレス電極とに働く静電気力が共に小さくなり、低電圧化と高速駆動に制限があった。
また、単数の捕獲電極が端部のみで作用するため、捕獲する電界の作用範囲が狭くなる不利があった。
更に、上記非特許文献１に開示される光偏向装置は、コムドライブの構造が複雑であり、これに加えて４個のコムドライブが必要となるため、ドライブ構造の占有面積も大きくなり、小型化、高解像度化が困難となって、光利用効率も悪い問題があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、非接触で光反射体の変位を可能にする素子において、低電圧で高速駆動が可能となり、しかも、小型化、高解像度化が容易な光変調素子及び光変調アレイ素子並びにそれを用いた露光装置を得ることにある。

上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の光変調素子は、基板と、
該基板上で変位可能に架設され少なくとも一部に導電部を有する可動部材と、
該可動部材の変位に従動し該可動部材に固定された光学機能膜と、
駆動電圧制御によらず前記可動部材の支持構造により決定される機械的変位が可能な変位軌道範囲の外に配置され、該可動部材を変位駆動させる駆動用固定電極とを備え、
前記可動部材の導電部と前記駆動用固定電極への駆動電圧印加により、前記可動部材と前記駆動用固定電極との間に静電吸引力を作用させ、該可動部材を前記駆動用固定電極に対して非接触状態を維持しつつ変位駆動して静止させ、前記光学機能膜に照射された光を変調する光変調素子であって、
前記光学機能膜が、前記基板上に架設された梁体の撓みによって該梁体に対する垂直変位が可能であり、
前記梁体の撓みによる前記可動部材の変位軌道範囲の外側に、前記駆動用固定電極が前記梁体を中心として前記可動部材を両側方から挟む位置関係となる両脇側に配置され、前記駆動電圧印加によって前記光学機能膜を垂直変位させることを特徴とする。

この光変調素子では、可動部材が光学機能膜と導電部とを備えた変位可能な梁体からなり、駆動用固定電極が可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外、即ち、駆動電圧制御によらず、外力によって構造的に変位が可能となる変位軌道の範囲外に配置されることで、可動部材と駆動用固定電極への駆動電圧印加により、可動部材と駆動用固定電極との間に静電吸引力を作用させて、可動部材を非接触で変位駆動して静止させることができる。これにより、光学機能膜に照射された光を変調することが可能となる。このように、非接触で光学機能膜の変位が可能となり、可動部全体の質量を小さくすることで慣性モーメントを小さくし、低電圧・高速駆動が可能となる。
また、可動部材と駆動用固定電極とが接触することなく光学機能膜が変位可能となり、駆動用固定電極への固着が防止されて、素子の信頼性が向上する。
更に、所謂コムドライブ構造を有する従来の素子に対し、構造が簡素となるので、小型化が容易となり、１次元・２次元アレイ化が容易となる。これに加えて、ドライブ構造の占有面積も小さくなるので（即ち、ドライブ構造形成部位による光の遮蔽がなくなるので）、光利用効率も向上し、高解像度化が容易となる。
また、この光変調素子では、可動部材が、光学機能膜を備えた垂直変位可能な梁体からなることで、可動部全体の質量が小さくなり、慣性モーメントを小さくして、低電圧・高速駆動が可能となる。
更に、この光変調素子では、可動部材の垂直変位軌道範囲の外側に配置される駆動用固定電極の位置が、梁体を中心とした両脇側に設定される。

請求項２記載の光変調素子は、請求項１記載の光変調素子であって、前記駆動用固定電極が、前記梁体の非駆動位置に対して、前記基板側に配置された下部電極と、前記基板側とは反対側に配置された上部電極とを有することを特徴とする。

この光変調素子では、両脇側の固定電極が、梁体の非駆動位置に対して下部電極と、上部電極とを有することで、例えば、梁体の下側に、梁体を中心として二つの下部電極、及び梁体の上側に、梁体を中心として二つの上部電極の、合計四つの電極が配設された構成となる。従って、垂直方向に平行移動される可動部材の移動端に、静電気力を有効に付与する電極（即ち、二つの下部電極と二つの上部電極）が省スペースで配設可能となる。

請求項３記載の光変調素子は、請求項２記載の光変調素子であって、
前記下部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配置された第１下部電極と第２下部電極とからなり、
前記上部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配置された第１上部電極と第２上部電極とからなり、
前記第１下部電極と前記第２下部電極とが電気的に接続され、前記第１上部電極と前記第２上部電極とが電気的に接続されることを特徴とする光変調素子。

この光変調素子では、可動部材の周りに配設された四方の第１下部電極、第２下部電極、第１上部電極及び第２上部電極のうち、下側の第１下部電極と第２下部電極とが電気的に接続されるとともに、上側の第１上部電極と第２上部電極が電気的に接続され、これら上下一対の駆動用固定電極と可動部材とに駆動電圧が印加されることで、可動部材の左右に上下方向の静電気力が付与可能となり、大きな垂直駆動力が得られるようになる。また、一動作が３電極で制御可能となる。

請求項４記載の光変調素子は、請求項３記載の光変調素子であって、
前記下部電極と前記上部電極との間に、中間電極を設けたことを特徴とする。

この光変調素子では、可動部材に対する静電気力の付与位置が増え、より高精度に可動部材を安定制御可能にすることができる。

請求項５記載の光変調素子は、請求項３または請求項４記載の光変調素子であって、
前記光学機能膜が、照射された光を反射する光反射体であることを特徴とする。

この光変調素子は、可動部材の変位により光反射体による光の反射方向を変化させ、光変調を行うことができる。

請求項６記載の光変調アレイ素子は、請求項５記載の光変調素子であって、
前記基板上に形成した第１のハーフミラーを備え、
前記光学機能膜が第２のハーフミラーであることを特徴とする。

この光変調素子では、梁体が垂直変位することで、基板上の第１のハーフミラーと、梁体に設けられた第２のハーフミラーとの間の光路長が変化し、光の干渉作用（例えばファブリペロー干渉）によってこれら第１のハーフミラー及び第２のハーフミラーに照射された光の透過・非透過が制御可能（即ち、光変調可能）となる。

請求項７記載の光変調アレイ素子は、
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光変調素子を備えた光変調アレイ素子であって、
複数の前記光変調素子が、１次元状又は２次元状に配列されたことを特徴とする。

この光変調アレイ素子では、同一構造の光変調素子が、同一の基板上に１次元状又は２次元状に配列されることで、一つの反射型光偏向デバイスとして機能するようになる。従って、例えば光変調素子が表示デバイスや露光デバイスとしてアレイ化されれば、半導体プロセス工程により多数の光変調素子が、同質に且つ高精度に配置されて、画素に対応するそれぞれの光変調素子からの出力光が強度的、位相的、位置的に揃い易くなる。これにより、高解像度、高い走査精度が得られるようになる。

請求項８記載の光変調アレイ素子は、
請求項３記載の光変調素子を１次元状又は２次元状に配列して形成した光変調アレイ素子であって、
前記第１下部電極と前記第２下部電極とが第１駆動電極となり、
前記第１上部電極と前記第２上部電極とが第２駆動電極となり、
前記可動部材の導電部が可動体電極となり、
複数の前記光変調素子の前記可動体電極が共通に接続され、
且つそれぞれの前記光変調素子の前記第１駆動電極と前記第２駆動電極に印加される駆動電圧によって前記光変調素子が独立に駆動されることを特徴とする。

この光変調アレイ素子では、それぞれの光変調素子の三つの第１駆動電極、第２駆動電極及び可動体電極のうち、可動体電極が共通配線となり、他の二つの第１駆動電極及び第２駆動電極でそれぞれの光変調素子が独立に駆動制御される。従って、ｎ個の光変調素子を有する光変調アレイ素子では、本来の３×ｎ本の配線数に対して、２×ｎ＋１本の少ない配線数で配線パターンが形成可能となる。

請求項９記載の光変調アレイ素子は、
請求項８記載の光変調アレイ素子であって、
前記光学機能膜が、照射された光を反射する光反射体であり、
複数のマイクロレンズの形成されたマイクロレンズアレイを備え、該マイクロレンズが、１次元状又は２次元状に配列された前記光変調素子のそれぞれの前記光反射体に対向配置されたことを特徴とする。

この光変調アレイ素子では、マイクロレンズにて集光された光が可動部材の光反射体に入射される。マイクロレンズを有しない素子では、光反射体の光入射側に上部電極が配置されると、光変調素子への光の入射開口面積が小さくなり、入射光が上部電極によって遮られ（若しくは強度が低下され）、光の利用効率が低下する。これに対し、本構成のようにマイクロレンズにて集光された光が可動部材の光反射体に入射されれば、小さな開口面積であっても上部電極によって入射光が遮られることなく光反射体への入射が可能となる。これにより、光の利用効率が高まり、小さな開口面積においても、高効率で明るい偏向光が得られるようになる。

請求項１０記載の露光装置は、請求項９記載の光変調アレイ素子を用いた露光装置であって、
光源からの光がビームスプリッタと前記マイクロレンズアレイとを介して前記光変調アレイ素子に入射され、該光変調アレイ素子によって反射された反射光が、再び前記マイクロレンズアレイを介して前記ビームスプリッタへ入射されるとともに、前記ビームスプリッタを透過して露光対象物へ照射されることを特徴とする。

この露光装置では、光変調素子の可動部材と駆動用固定電極とが接触することなく光学機能膜が変位可能であり、駆動用固定電極への固着が防止されて、素子の信頼性が向上し、装置の耐久性が向上する。また、ドライブ構造の占有面積が小さい為、光利用効率の高い露光装置が得られる。

本発明に係る光変調素子によれば、可動部材が光学機能膜と導電部とを備えた変位可能な梁体からなり、駆動用固定電極が可動部材の機械的変位可能な軌道範囲外に配置されることで、可動部材の導電部と駆動用固定電極への駆動電圧印加により、可動部材と駆動用固定電極との間に静電吸引力を作用させて、可動部材を非接触で変位駆動して静止させることができる。これにより、可動部全体の質量を小さくでき、慣性モーメントを小さくして、低電圧・高速駆動を可能にすることができる。
また、可動部材の導電部と、可動部材の変位軌道範囲の外側に配置される固定電極とに電圧を印加するので、光学機能膜を非接触で変位させ、他の部位との固着を防止して素子の信頼性を向上させることができる。
更に、小型化、高解像度化が容易となり、１次元・２次元アレイ化を容易にすることができる。

本発明に係る光変調アレイ素子によれば、同一構造の光変調素子が、同一の基板上に１次元状又は２次元状に配列されて、一つの反射型光偏向デバイスとして機能するようになる。例えば表示デバイスや露光デバイスとしてのアレイ化であれば、半導体プロセス工程により多数の素子が、同質に且つ高精度に配置されて、画素に対応するそれぞれの光変調素子からの出力光が強度的、位相的、位置的に揃い易くなり、高解像度、高い走査精度を得ることができる。

以下、本発明に係る光変調素子及び光変調アレイ素子並びにそれを用いた露光装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る光変調素子の第１の実施の形態の平面図、図２は図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に表した断面図、図３は図１に示した基板の断面図、図４は図１に示した光変調素子の電極配線図である。

本実施の形態による光変調素子１００は、図１、図２に示すように、基本的な構成要素として、基板２１と、この基板２１上に空隙２３を介して梁体（以下、「ヒンジ」とも称す。）２５が架設されヒンジ２５の捩れによって回転変位が可能な光学機能膜としての光反射体（以下、「ミラー部」とも称す。）２７を有し、少なくとも一部分に導電部２９を備えた可動部材３１と、ヒンジ２５の捩れによる可動部材３１の回転軌道範囲の外側に配置される固定電極３３とを有してなる。つまり、駆動電圧制御によらず、可動部材３１の支持構造により決定される機械的変位が可能となる軌道範囲の外に固定電極３３が配置されている。なお、導電部２９は、図中、ミラー部２７と別体に表しているが、ミラー部２７が例えばアルミ薄膜などの導電性材料からなる場合には、導電部２９とミラー部２７とは一体かつ同質のものとなる。

基板２１は、Ｓｉ基板、ガラス基板などのいずれの素材を用いてもよい。具体例としては、図３に示す本実施の形態のように、Ｓｉ基板３５上に素子を駆動するための回路（通常はＣＭＯＳ回路３７及びその配線回路３９）が形成され、その上面が絶縁層４１によって平坦化された基板であることが好ましい。なお、平坦化された絶縁層４１の上面には上記の可動部材３１、固定電極３３が設けられるが、これらは絶縁層４１に設けられた図示しないコンタクトホールを介して電気的に接続されることになる。

駆動用固定電極（以降は単に固定電極ともいう）３３は、ヒンジ２５を中心とした両脇側に配置されている。両脇側とは、可動部材３１と非接触で、可動部材３１を両側方（図２（ａ）の両側方）から挟む位置関係で、両側方に配置される固定電極３３同士の相対位置関係は特に限定されない。本実施の形態では、後述するように両脇側の固定電極３３が、下部電極と上部電極とからなる。このように、ヒンジ２５を中心とした両側に固定電極３３が配設されることで、非接触で可動部材３１を揺動させるための静電吸引力が最適に形成可能となる。

固定電極３３は、ヒンジ２５の非駆動位置に対して、基板２１側に配置された下部電極４３と、基板２１側とは反対側に配置された上部電極４５とを有する。ここで、ヒンジ２５の非駆動位置とは、駆動電極と稼動部材の導電部に電圧が印加されていない状態におけるヒンジの位置である。更に、下部電極４３は、ヒンジ２５を中心として両側に配設された第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂとからなる。また、上部電極４５は、ヒンジ２５を中心として両側に配設された第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂとからなる。下部電極４３及び上部電極４５のそれぞれは、ヒンジ２５を中心として両側に配設された構造となっている。

即ち、ヒンジ２５の下側に、ヒンジ２５を中心として二つの下部電極（第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂ）、及びヒンジ２５の上側に、ヒンジ２５を中心として二つの上部電極（第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂ）の、合計四つの電極が配設される。つまり、上下左右の四方に配置された対角電極（第１下部電極４３ａと第２上部電極４５ｂ、及び第２下部電極４３ｂと第１上部電極４５ａ）を結ぶ一対の対角線の交点に、ヒンジ２５の捩れ中心４７が位置する。従って、一軸を中心に揺動される可動部材３１の捩れ中心４７軸周りに、静電気力を有効に付与する電極（第１下部電極４３ａ、第２下部電極４３ｂ、第１上部電極４５ａ、第２上部電極４５ｂ）が省スペースで配設可能となっている。

第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂは、ミラー部２７の回転変位軌道より外に、ミラー部２７の下方に近接して配置され、基板２１上に固定される。第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂは、Ｓｉ基板３５において、絶縁層４１に形成された各々のコンタクトホールｃｈを介して、ＣＭＯＳ回路３７の出力にそれぞれ接続される。また、第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂは、金属、半導体など導電性を有するものであればよい。更に、この上に絶縁層があってもよい。

基板２１上には下部電極４３と上部電極４５との間に介在するようにして絶縁層４９が設けられている。絶縁層４９は、上部電極４５を支持し、下部電極４３と電気的に絶縁するために用いられている。絶縁層４９は、複数の層からなるものの他、任意な端部、側面形状とすることができる。

ヒンジ２５は、第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂの上方に、空隙２３を介して基板２１と略平行に形成されている。ヒンジ２５の両端は、ヒンジ２５の支持部５１によって固定される。支持部５１は、帯板形状に形成したヒンジ２５の端部を、略四角錐状に凹ませた形状とすることができる。従って、支持部５１の断面形状は、下部に平坦部を有する逆三角形状となる。ヒンジ２５は、この平坦部が絶縁層４１に穿設したコンタクトホールｃｈを介して配線回路３９に接続される。第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂの位置は、ヒンジ２５の捩れ中心４７に対して略対称に配置される。ヒンジ２５は、導電性を有するものであればよい。例えば、金属、半導体が好適である。また、絶縁体と導電体の複合であってもよい。

ヒンジ２５は、その両端が固定され、ヒンジ２５自身が捩れることによりヒンジの軸を中心に回転変位可能である。その弾性力はヒンジ２５の形状（膜厚、幅、長さ）と、材料物性（ヤング率、ポアソン比など）などで任意に決定される。なお、可動部材３１は上下に配設した電極による静電気力で、右回転及び左回転にアクティブ駆動が可能なため、ヒンジ２５の弾性力は小さく設定できる。また、ヒンジ２５の支持部５１の構造は、基板２１と固定されていればよく、本実施の形態以外の如何なる構造であってもよい。

可動部材３１の中央部には、ヒンジ２５と一体にミラー部２７が形成され、ミラー部２７はヒンジ２５の捩れ中心４７を中心に回転変位（揺動）可能となっている。ヒンジ２５の中央部は、両端部に対し拡幅され、水平左右方向（図１の左右方向）に延出された翼形状となり、更に左右の翼前後部がヒンジ２５に沿って延在した平面視略Ｈ形状となっている。ミラー部２７は、このヒンジ中央部と略同形状のＨ形状となっている。ミラー部２７、又はミラー部２７とヒンジ２５は、金属、半導体などからなり、導電性を有し、基板２１と反対側の表面（光入射面）が反射性を有している。

ミラー部２７は、導電体と絶縁体の複合でもよい。例えば、ミラー部２７をヒンジ２５と一体又は別体で、金属、半導体など導電体により形成し、その上に多層膜ミラーを積層して形成してもよい。多層膜ミラーとしては、例えば誘電体の多層膜、又は誘電体／金属の多層膜である干渉ミラーを用いることができ、これにより入射光による反射面の吸収を極力低減し、反射率を極めて高くする効果や、特定の波長の光を反射させる効果が得られるようになる。また、ミラー部２７は導電体と絶縁体の複合であって、反射性を有する部材がミラー部２７の一部に形成されてもよい。また、ミラー部２７はヒンジ２５と同じ材料であってもよい。本実施の形態では、上記の何れかの構成によって、ミラー部２７の一部に導電部２９が形成されている。

ミラー部２７、又はミラー部２７とヒンジ２５は導電性を有し、ヒンジ２５の支持部５１を介して基板２１上で電気的に接続可能となっている。以上のように、ミラー部２７とヒンジ２５は、ミラー部２７がヒンジ構造により、ヒンジ軸（捩れ中心４７）を中心に回転変位可能で、ミラー部２７、又はミラー部２７とヒンジ２５が導電性を有し、且つ支持部５１を介して基板２１上に電気的に接続可能であれば、如何なる構造、材料であってもよい。

第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂは、可動部材３１（ヒンジ２５、ミラー部２７）の回転変位軌道より外で、可動部材３１の上方に近接して配置される。両電極ともに、金属、半導体など導電性を有するのものであればよい。また、両電極とも両端部に、上記の支持部５１と略同形状の支持部５３が形成され、この支持部５３を介して基板２１に支持される。従って、この第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂの場合も、ヒンジ２５と同様に、この支持部５３が、絶縁層４１に穿設されたコンタクトホールｃｈを介して配線回路３９に電気的に接続される。

第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂの位置は、ヒンジ２５の捩れ中心４７に対して対称に配置される。第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂは、絶縁層４９が介在することで、ヒンジ２５及びミラー部２７と比較して、相対的な変位量は無いか、僅かになるように構造的な剛性が確保されて支持される。

図４に示すように、光変調素子１００は、第１下部電極４３ａと第２上部電極４５ｂとが電気的に接続されて第１駆動電極５５となり、第２下部電極４３ｂと第１上部電極４５ａとが電気的に接続されて第２駆動電極５７となり、可動部材３１の導電部２９が可動体電極５９となっている。

可動部材３１の捩れ中心４７軸周りに配設された四方の第１下部電極４５ａと第２下部電極４５ｂ、第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂのうち、対角線上の第１下部電極４３ａと第２上部電極４５ｂ、及び第２下部電極４３ｂと第１上部電極４５ａがそれぞれ電気的に接続され、これら対角電極と、可動部材３１の導電部２９とに電圧が印加されることで、捩れ中心４７を挟む可動部材３１の左右方向（図１の左右方向）両端に上下（図２（ａ）の上下）逆方向の回転モーメントが付与可能となり、大きな回転駆動力が得られるようになる。また、一動作が３電極で制御可能となっている。

次に、上記のように構成された光変調素子の動作を説明する。
図５は図１に示した光変調素子の左側傾斜状況を表した動作説明図、図６は図１に示した光変調素子の右側傾斜状況を表した動作説明図である。
光変調素子１００は、基本動作として、下部電極４３、上部電極４５、導電部２９への電圧印加によって、ミラー部２７を揺動変位させて、光の反射方向を偏向させる。

即ち、ミラー部・ヒンジ複合体の導電体（導電部２９）に対し、第１下部電極４３ａ、第２下部電極４３ｂ、第１上部電極４５ａ、第２上部電極４５ｂに電位差を与えると、それぞれの電極と、ミラー部・ヒンジ複合体の導電体との間に静電気力が発生し、その静電吸引力によって、ヒンジ２５の捩れ中心４７（図２（ａ）参照）軸を中心に回転トルクが働く。従って、それぞれの電極の電位を制御することにより、ミラー部２７を左右に回転変位させることが可能となる。変位する位置は、ミラー部２７の状態と、その時にそれぞれの電極により発生する静電気力と、ヒンジ２５の弾性力とによって決まる。

例えば、図４に示すように、第１下部電極４３ａと第２上部電極４５ｂを基板２１上で接続した第１駆動電極５５に電位Ｖ１を印加する。また、第２下部電極４３ｂと第１上部電極４５ａを基板２１上で接続した第２駆動電極５７に電位Ｖ２を印加する。更に、ミラー部２７及びヒンジ２５の導電部２９である可動体電極５９に電位Ｖｍを印加する。電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍは、基板２１上に形成された半導体集積回路（例えばＣＭＯＳ回路３７）で供給、制御される。

ここで、Ｖｍに対するＶ１の電位差をＶ（１）、Ｖｍに対するＶ２の電位差をＶ（２）とする。Ｖ（１）＝Ｖ（２）＝０のときは、ミラー部２７に発生する外力はゼロであり、素子形成時の状態を維持し、ミラー部２７は、図４に示すように、基板２１に対し略水平となる。この状態はヒンジ２５の弾性力により安定である。

Ｖ（１）＝Ｖ（２）≠０のとき、ミラー部２７に発生する静電気力はヒンジ２５の捩れ中心４７を中心に対称となり、やはり素子形成時の状態を維持してミラー部２７は基板２１に対し略水平となる。

Ｖ（１）、Ｖ（２）の少なくとも一方がゼロでなく、それぞれ異なる場合、ミラー部２７に発生する静電気力はヒンジ２５の捩れ中心４７軸を中心に非対称となり、ミラー部２７は基板２１に対して傾く。

例えば、Ｖ（１）＞Ｖ（２）のときには、図５に示すように第１下部電極４３ａと第２上部電極４５ｂにより発生する静電気力Ｆが、第２下部電極４３ｂと第１上部電極４５ａにより発生する静電気力ｆより大きくなり、ミラー部２７は左側に傾く。逆に、Ｖ（１）＜Ｖ（２）のときは、図６のように第２下部電極４３ｂと第１上部電極４５ａにより発生する静電気力Ｆが、第１下部電極４３ａと第２上部電極４５ｂにより発生する静電気力ｆより大きくなり、ミラー部２７は右側に傾く。

この時、Ｖ（１）、Ｖ（２）が十分大きいと、Ｖ（１）とＶ（２）の差が小さくても、ミラー部２７をフラット状態から任意の方向に回転変位させることが容易に可能である。このことは、例えば制御する電位をＶ１とＶ２とした場合、その電位差が小さくて済むため、制御回路の電圧を低くすることができ、コストや集積性に優位となる利点を有する。

また、本発明の大きな特徴は、可動部材３１であるヒンジ２５、ミラー部２７が光学部材に対して非接触で安定に変位して、位置決めできることである。例えば、図５のように、Ｖ（１）＞Ｖ（２）の条件で、Ｖ（１）の絶対値が十分に大きいと、可動部材３１の端面（側面）と第１下部電極４３ａの端面（側面）、及び可動部材３１の端面（側面）と第２上部電極４５ｂの端面（側面）が最も近づくところで静電気力が最大となり、このとき、可動部材３１の変位は安定に停止する。従って、可動部材３１と各電極との構造上の位置により、可動部材３１の変位角が安定に決定され、高精度なミラー偏向角度の制御が可能となる。更に、可動部材３１は固定電極３３などに対して非接触であるので、貼り付き（固着）などの課題がなく、高い信頼性の下で高速制御が可能となる。

このように、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍに適宜電位を供給することにより、それぞれの電極に発生する静電気力と、ヒンジ２５の弾性力から、ミラー部２７を左回転、右回転、フラットなど任意の位置に変位させることが可能となる。また、この時の駆動方法は、アナログ制御（任意の変位に制御）、デジタル制御（例えば２値の変位に制御）の何れであってもよい。

なお、上記した電極配線、及び各電位制御によるミラー部２７の変位動作方法は実施例であり、これに限定されるものではない。

次に、上記の反射型光偏向素子１００の製造方法を説明する。
図７は図１に示した光変調素子の製造工程例をＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ断面別で（ａ）〜（ｆ）に表した説明図である。
図７（ａ）に示すように、基板２１はＳｉ基板３５上にＣＭＯＳ回路（図示せず）を形成し、その上に第１のＳｉＯ₂絶縁膜（図示せず）を形成する。その表面をＣＭＰなどで平坦化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成して構成される。

基板２１上に、図示しない第１のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）をスパッタで成膜し、通常のフォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして図７（ｂ）に示すように、第１下部電極４３ａ、第２下部電極４３ｂを形成する。なお、この時、上記の絶縁層４１（図３参照）にはコンタクトホールが形成されていて、第１下部電極４３ａ、第２下部電極４３ｂとも配線回路３９の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。なお、下部電極４３と後述のヒンジ２５、ミラー部２７は高精度に近接させる必要があるので、フォトリソはステッパ露光で行い、エッチングはドライエッチングで行うことが好ましい。

次いで、図７（ｃ）に示すように、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）により、ＳｉＯ₂、又はＳｉＮ_xの絶縁層４９を形成する。この絶縁層４９は、下部電極４３と、後述する上部電極４５との層間絶縁膜として機能すると同時に、その層厚は上部電極４５の位置を決定する。その後、通常のフォトリソエッチングにより絶縁層４９をパターニングする。また、絶縁層４９の端面はヒンジ２５、ミラー部２７と高精度に近接させる必要があるので、フォトリソはステッパ露光で行い、エッチングはドライエッチングで行うことが好ましい。

図７（ｄ）に示すように、基板２１上にポジ型のレジスト６１を塗布し、ヒンジ２５の支持部５１となる箇所をパターニングしてハードベークする。レジスト成膜時の表面張力により、下地膜の段差によらずレジスト表面は平坦となる。このレジスト層は犠牲層として機能し、後述の工程で除去されて空隙２３となる。従って、ハードベーク後のレジスト６１の膜厚は将来の可動部材３１（ヒンジ２５及びミラー部２７）の空間的な位置を決定する。なお、レジスト６１の代わりに感光性ポリイミドも好適に用いることができる。

図７（ｅ）に示すように、第２のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）をスパッタにより成膜する。その後、フォトリソエッチングにより第１上部電極４５ａ及び第２上部電極４５ｂ、並びにヒンジ２５、その支持部５１及びミラー部２７を形成する。また、第１上部電極４５ａ、第２上部電極４５ｂを、コンタクトホールを介して、基板２１の配線回路３９に配線する。本実施の形態において、第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂは、基板２１上で第２下部電極４３ｂと第１下部電極４３ａにそれぞれ接続される。また、ヒンジ２５は支持部５１を介して基板２１でＣＭＯＳ回路３７の出力に接続されて電位が供給される。なお、それぞれの上部電極４５と可動部材３１は高精度に近接させる必要があるので、フォトリソはステッパ露光で行い、エッチングはドライエッチングで行うことが好ましい。

なお、図７には導電部２９が示されていないが、本実施の形態ではミラー部２７と導電部２９が一体かつ同質で形成されていることから、ミラー部２７が導電部２９としての機能も兼ね備えたものとなっている。

最後に、図７（ｆ）に示すように、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層であるレジスト６１を除去して空隙２３を形成する。これにより、ヒンジ２５、ミラー部２７は、ヒンジ２５の捩れ中心４７に回転変位可能となる。

なお、光変調素子１００の製造方法は、上記以外に以下のプロセスバリエーションを有する。
即ち、下部電極４３、上部電極４５、ヒンジ２５の構造材料は、導電性を有するものであアルミ以外の材料であってもよい。例えば結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉなど）、金属シリサイド、導電性有機材料などが好適に使用可能である。

また、基板２１上に保護用の絶縁膜（例えばＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x）を積層してもよい。また、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に金属などの導電性薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。

絶縁層４９も上記以外の材料が使用可能で、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に金属などの導電性薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。

また、上記では、犠牲層としてレジスト材を用いたが、これに限らない。例えば、アルミ、Ｃｕなどの金属、ＳｉＯ₂などの絶縁性材料なども犠牲層として好適である。この場合、構造材には犠牲層を除去する際に腐食やダメージを受けない材料が適宜選択させる。

また、犠牲層除去方法には、上記のドライエッチング（プラズマエッチンク）の他に公知の構造材と犠牲層の組合せによってはウェットエッチングも使用可能である。なお、ウェットエッチングの場合は、エッチング後のリンス・乾燥工程で構造体が表面張力によりスティッキングを起こさないために、超臨界乾燥法、又は凍結乾燥法による乾燥法が好ましい。
その他、本発明の主旨に沿うものであれば、構造・材料・プロセスは上記の例に挙げた限りではない。

従って、この光変調素子１００によれば、可動部材３１が、光学部材に対して非接触状態となり、固定電極によって所定の位置に非接触で位置決め可能となる。そして、ミラー部２７と導電部２９とを備えた捩れ可能なヒンジ２５からなることで、可動部全体の質量が小さくなり、慣性モーメントを小さくして、低電圧・高速駆動が可能となる。
また、可動部材３１の導電部２９と、可動部材３１の回転軌道範囲の外側に配置される固定電極３３とに電圧が印加され、可動部材３１と固定電極３３とが接触することがない。これにより、ミラー部２７が非接触で揺動変位可能となり、固定電極３３への固着が防止されて、素子の信頼性が向上する。

更に、所謂コムドライブ構造を有する従来の素子に対し、構造が簡素となるので、小型化が容易となり、１次元・２次元アレイ化が容易となる。これに加えて、ドライブ構造の占有面積も小さくなるので（即ち、ドライブ構造形成部位による光の遮蔽がなくなるので）、光利用効率も向上し、高解像度化が容易となる。

そして、ヒンジ２５のバネ力によらず、可動部材３１の回転軌道範囲の外側に上下左右で配置した４つの固定電極３３によって能動的に（アクティブに）可動部材３１が揺動される。このことから、バネ力を利用して可動部材３１を復帰作動させる構造の場合に必要となるヒンジ２５のバネ力が不要となり、バネ力を強くした場合の駆動抵抗が低減されて、高速且つ低電圧での駆動が可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態による光変調素子を説明する。
図８は別体のミラー部を梁体に付設した第２の実施の形態による光変調素子の平面図、図９は図８のＤ−Ｄ断面図である。なお、以下の各実施の形態及び変形例において、図１〜図７に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。

この実施の形態による光変調素子２００は、可動部材６３が、上記の可動部材３１と異なる。即ち、光反射体が、ヒンジ２５に付設された別体のミラー部６５となっている。このミラー部６５は、ヒンジ２５上の少なくとも入射開口部に設けられる。例えば、アルミなどの金属よりなるヒンジ２５上に、同じ材料でミラー部６５を新たに形成する。また、アルミなどの金属よりなるヒンジ２５上に多層膜よりなるミラー部６５を形成するものであってもよい。

多層膜ミラーとしては、例えば誘電体の多層膜、又は誘電体／金属の多層膜である干渉ミラーが公知であり、入射光による反射面の吸収を極力低減し、反射率を極めて高くする効果や、特定の波長の光を反射させる効果がある。

また、ミラー部６５は、導電部２９と絶縁体の複合であって、反射性を有する部材がミラー部の一部に形成されてもよい。ミラー部６５、又はミラー部６５とヒンジ２５は導電生を有し、支持部５１を介して基板２１上で電気的に接続可能となっている。このようにミラー部６５とヒンジ２５は、ヒンジ２５の捩れ中心４７に回転変位可能で、導電性を有し、支持部５１を介して基板２１上に電気的に接続可能であれば、如何なる構造、材料でもよい。

このように構成した光変調素子２００によれば、ミラー部６５が、ヒンジ２５と同じ材質、或いは異なる材質の任意の材質により形成可能となり、材質の選択自由度が高められる。また、ミラー部６５に多層膜を容易に適用でき、これにより、反射面での吸収を低減させたり、反射率を高めることが可能となり、更には、特定の波長の光のみを反射させる作用も付与することができる。

次に、第１、第２の実施の形態における変形例を説明する。
［第１、第２の実施の形態の変形例１］
図１０は第１、第２の実施の形態において上下電極間に空隙を設けた変形例１のＤ−Ｄ断面図である。
光変調素子１００（又は光変調素子２００）は、下部電極４３と上部電極４５との間の絶縁層４９を省略して、空隙６７としてもよい。この場合、上部電極４５は、延在方向（図１０の紙面垂直方向）の両端に形成された支持部５３によって支持固定される。
この変形例１によれば、電極間の静電量が低減され、電力効率を向上させ、電気的遅延の低減による高速化を可能にすることができる。

［第１、第２の実施の形態の変形例２］
図１１は第１、第２の実施の形態において上下電極の間に中間電極を設けた変形例２のＤ−Ｄ断面図である。
光変調素子１００（又は光変調素子２００）は、制御電極の数は問わない。例えば図１１に示すように、下部電極４３と上部電極４５との間に、中間電極６９ａ、６９ｂを設け、それぞれの電極を適宜に接続して制御するものであってもよい。
このような変形例２によれば、可動部材３１（又は可動部材６３）に対する静電気力の付与位置が増え、より高精度に可動部材３１（又は可動部材６３）を安定制御可能にすることができる。

［第１、第２の実施の形態の変形例３］
図１２は第１、第２の実施の形態において第１下部電極と第２下部電極との間に補助電極を設けた変形例３のＤ−Ｄ断面図である。
光変調素子１００（又は光変調素子２００）は、図１２に示すように、補助電極７１ａ、７１ｂを設けてもよい。上記の電極構成では電極の端面（又は側面）にのみ静電気力が働くので、ヒンジ２５、ミラー部２７との距離が離れている場合（偏向角が大きい場合）は、初期に発生する静電気力は小さくなり、そのため駆動電圧が高くなり、応答時間も長くなる。

これに対し、本変形例３では、ヒンジ２５、ミラー部２７の下部に補助電極７１ａ、７１ｂを設け、ヒンジ２５、ミラー部２７と対面する面積を大きくし、距離（空隙）を短くする。そして、駆動電圧印加の初期時には、主にこの補助電極７１ａ、７１ｂにより回転トルクを発生させる。また、ヒンジ２５、ミラー部２７が回転して、その端面が上部電極４５（又は下部電極４３）の端面に近づいたとき、補助電極７１ａ、７１ｂによる静電気力を低減させ、主に上部電極４５（又は下部電極４３）による静電気力を増加させる。これにより、ヒンジ２５、ミラー部２７を絶縁層４１に接触させることなく、非接触状態を維持させる。
このようにして、ヒンジ２５、ミラー部２７を所定の位置に他の光学部材に対して非接触で安定に位置決め・停止させることができると同時に、低電圧・高速駆動が可能となる。

次に、本発明の第３の実施の形態による光変調素子を説明する。
図１３は本発明に係る光変調素子の第３の実施の形態の平面図、図１４は図１３のＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｇ−Ｇの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に表した断面図、図１５は図１３に示した光変調素子の電極配線図である。
この実施の形態による光変調素子３００は、基板２１と、基板２１上に架設されるヒンジ２５を有するとともに、このヒンジ２５の撓みによって垂直変位が可能な光反射体であるミラー部２７を有し、少なくとも一部分に導電部２９を備えた可動部材７３と、ヒンジ２５の撓みによる可動部材７３の垂直変位軌道範囲の外側に配置される固定電極３３とを具備し、可動部材７３の導電部２９と固定電極３３への電圧印加によって、ミラー部２７を垂直変位させて、光の光路長を変化可能としている。

本実施の形態による光変調素子３００は、基本的に上記の光変調素子１００と同様の構成を有する。但し、可動部材７３の変位方向が、上記の光変調素子１００の場合では捩れであったのに対し、本実施の形態による光変調素子３００の場合では基板２１に対して垂直な変位となる。従って、各構成要素は、上記の光変調素子１００と略同一のものを用いることができる。

即ち、基板２１は、ＣＭＯＳ回路３７及びその配線回路３９を有し、その上面が絶縁層４１によって平坦化される。平坦化された絶縁層４１の上面には固定電極３３が設けられるが、絶縁層４１に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続される。

固定電極３３は、ヒンジ２５の非駆動位置に対して、下部電極４３と、基板２１側とは反対側に配置された上部電極４５とを有する。更に、下部電極４３は、ヒンジ２５を中心として両側に配設された第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂとからなる。また、上部電極４５は、ヒンジ２５を中心として両側に配設された第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂとからなる。

基板２１上には下部電極４３と上部電極４５との間に介在するようにして絶縁層４９が設けられている。絶縁層４９は、上部電極４５を支持し、下部電極４３と電気的に絶縁するために用いられている。

ヒンジ２５は、第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂの上方に、空隙２３を介して基板２１と略平行に形成されている。ヒンジ２５の両端は、ヒンジ２５の支持部５１によって固定される。ヒンジ２５は、絶縁層４１に穿設したコンタクトホールｃｈを介して配線回路３９に接続される。

ヒンジ２５は、その両端が固定され、ヒンジ２５自身が上下に撓むことにより垂直変位可能である。その弾性力はヒンジ２５の形状（膜厚、幅、長さ）と、材料物性（ヤング率、ポアソン比など）などで任意に決定される。なお、可動部材７３は上下に配設した電極による静電気力で、上方及び下方にアクティブ駆動が可能なため、ヒンジ２５の弾性力は小さく設定できる。

可動部材７３の中央部には、ヒンジ２５と一体にミラー部２７が形成され、ミラー部２７はヒンジ２５の撓みによって垂直変位可能となっている。ヒンジ２５の中央部は、両端部に対し拡幅され、水平左右方向（図１３の左右方向）に延出された翼形状となり、更に左右の翼前後部がヒンジ２５に沿って延在した平面視略Ｈ形状となっている。ミラー部２７は、このヒンジ中央部と略同形状のＨ形状となっている。

ミラー部２７、又はミラー部２７とヒンジ２５は導電性を有し、ヒンジ２５の支持部５１を介して基板２１上で電気的に接続可能となっている。以上のように、ミラー部２７とヒンジ２５は、ミラー部２７がヒンジ構造により、上下に垂直変位可能で、ミラー部２７、又はミラー部２７とヒンジ２５が導電性を有し、且つ支持部５１を介して基板２１上に電気的に接続可能であれば、如何なる構造、材料であってもよい。

第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂは、可動部材７３（ヒンジ２５、ミラー部２７）の垂直変位軌道より外で、可動部材７３の上方に近接して配置される。両電極とも両端部に、上記の支持部５１と略同形状の支持部５３が形成され、この支持部５３を介して基板２１に支持される。従って、この第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂの場合も、ヒンジ２５と同様に、この支持部５３が、絶縁層４１に穿設されたコンタクトホールｃｈを介して配線回路３９に電気的に接続される。

図１５に示すように、光変調素子３００は、第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂとが電気的に接続されて第１駆動電極７５となり、第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂとが電気的に接続されて第２駆動電極７７となり、可動部材３１の導電部２９が可動体電極７９となっている。

可動部材７３を中心に四方に配設された第１下部電極４５ａと第２下部電極４５ｂ、第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂのうち、下側の下部電極４３同士、上側の上部電極４５同士がそれぞれ電気的に接続され、これらの電極と、可動部材７３の導電部２９とに電圧が印加されることで、可動部材７３の左右両端（図１５の左右両端）に上下方向の静電気力が付与可能となり、大きな垂直駆動力が得られるようになる。また、一動作が３電極で制御可能となっている。

次に、上記のように構成された光変調素子３００の動作を説明する。
図１６は図１３に示した光変調素子の下側垂直変位状況を表した動作説明図、図１７は図１３に示した光変調素子の上側垂直変位状況を表した動作説明図である。
可動部材７３の導電部２９に対し、第１上部電極４５ａ、第２上部電極４５ｂ、第１下部電極４３ａ、第２下部電極４３ｂに電位差を与えると、各々の電極の端面（又は側面）と可動部材７３の導電部２９の端面（又は側面）との間に静電気力が発生する。従って、各々の電極の電位を制御することにより、ミラー部２７は基板２１に対して略垂直方向に変位可能となる。変位する位置は、ミラー部２７の状態とその時に各々の電極により発生する静電気力とヒンジ２５の弾性力によって決まる。

例えば、図１６のように、第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂを基板２１上で接続し、電位Ｖ１を印加する。また、第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂを基板２１上で接続し、電位Ｖ２を印加する。更にヒンジ２５、ミラー部２７の導電部２９に電位Ｖｍを印加する。電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍは、基板２１上に形成された半導体集積回路（例えばＣＭＯＳ回路３７）で供給、制御される。

ここで、Ｖｍに対するＶ１の電位差をＶ（１）、Ｖｍに対するＶ２の電位差をＶ（２）とする。
Ｖ（１）＝Ｖ（２）＝０のときは、ミラー部２７に発生する外力はゼロであり、素子形成時の状態を維持し、ミラー部２７は上下電極に対し略中央の位置となる。この状態はヒンジ２５の弾性力により安定である。

Ｖ（１）＝Ｖ（２）≠０のとき、ミラー部２７に発生する静電気力は上下方向で対称となり、やはり素子形成時の状態を維持してミラー部２７は上下電極に対し略中央の位置となる。

Ｖ（１）、Ｖ（２）の少なくとも一方がゼロでなく、それぞれ異なる場合、ミラー部２７に発生する静電気力は上下方向で非対称となり、ミラー部２７は静電気力の大きな方向へ変位する。例えば、Ｖ（１）＞Ｖ（２）のときは、図１６のように第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂにより発生する静電気力が、第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂにより発生する静電気力より大きくなり、ミラー部は下方に変位する。逆に、Ｖ（１）＜Ｖ（２）のときは、図１７のように第１上部電極４５ａと第２上部電極４５ｂにより発生する静電気力が、第１下部電極４３ａと第２下部電極４３ｂにより発生する静電気力より大きくなり、ミラー部は上方に変位する。

この時、Ｖ（１）、Ｖ（２）が十分大きいと、Ｖ（１）とＶ（２）の差が小さくても、ミラー部２７を中央の位置から任意の方向に垂直変位させることが可能である。これは、例えば制御する電位をＶ１とＶ２とした場合、その電位差が小さいため、制御回路の電圧を低くすることができ、コストや集積性に優位となる。

また、本発明の大きな特徴は、可動部材７３であるヒンジ２５、ミラー部２７が光学部材に対して非接触で安定に変位して、位置決めできることである。例えば、図１６のように、Ｖ（１）＞Ｖ（２）の条件で、Ｖ（１）の絶対値が十分に大きいと、ヒンジ２５、ミラー部２７の端面（側面）と第１下部電極４３ａの端面（側面）、及びヒンジ２５、ミラー部２７の端面（側面）と第２下部電極４３ｂの端面（側面）が最も近づくところで静電気力が最大となり、このとき、ヒンジ２５、ミラー部２７の変位は安定に非接触で停止する。

従って、ヒンジ２５、ミラー部２７と各電極との構造上の位置により、可動部材７３の変位が安定に決定され、高精度なミラー部２７の垂直変位制御が可能である。更に、可動部材７３は非接触であるので、貼り付きなどの問題の生じることがなく、高い信頼性の下で高速制御が可能となる。

光変調素子３００では、このような高精度での高速、高信頼のミラー変位制御により、干渉、回折など高精度な位置精度が要求される位相制御を利用した光変調素子が可能となる。例えば、本構成で、光をミラー部２７に入射させる。最初にＶ（１）＞Ｖ（２）の条件でＶ（１）に十分大きな電圧を加えてミラー部２７を下部電極４３の位置に変位させる。この時のミラー位置を第１のミラー位置とし、逆にＶ（１）＜Ｖ（２）の条件でＶ（２）に十分大きな電圧を加えてミラー部２７を上部電極４５の位置に変位させる。この時のミラー位置を第２のミラー位置とする。第１のミラー位置と第２のミラー位置との光学長を１／４λになるように構造的に調整すると、干渉、回折によりコントラストが最大の光変調が可能となる。

以上のように、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍに適宜電位を供給することにより、各電極に発生する静電気力と、ヒンジ２５の弾性力から、ミラー部２７を上下・中央など意の位置に変位させることが可能である。また、この時の駆動方法は、アナログ制御（任意の変位に制御）でもデジタル制御（例えば２値の変位に制御）でもよい。
なお、上記の各々の電極配線、及び各電位制御によるミラー部２７の変位動作方法は例示であり、これに限定されるものではない。

このような構成を有する光変調素子３００は、上記した光変調素子１００の製造方法と略同様にして製造することができるため、重複する説明は省略する。

この光変調素子３００によれば、可動部材７３が、ミラー部２７と導電部２９とを備えた垂直変位可能なヒンジ２５からなることで、可動部全体の質量が小さくなり、慣性モーメントを小さくして、低電圧・高速駆動が可能となる。
また、可動部材７３の導電部２９と、可動部材７３の垂直変位軌道範囲の外側に配置される固定電極３３とに電圧が印加され、可動部材７３と固定電極３３とが接触することがない。これにより、ミラー部２７が非接触で垂直変位可能となり、固定電極３３への固着が防止されて、素子の信頼性が向上する。

更に、所謂コムドライブ構造を有する従来の素子に対し、構造が簡素となるので、小型化が容易となり、１次元・２次元アレイ化が容易となる。これに加えて、ドライブ構造の占有面積も小さくなるので（即ち、ドライブ構造形成部位による光の遮蔽がなくなるので）、光利用効率も向上し、高解像度化が容易となる。

次に、第３の実施の形態における変形例を説明する。
［第３の実施の形態の変形例１］
図１８は第３の実施の形態において上下電極間に空隙を設けた変形例１のＥ−Ｅ断面図である。
光変調素子３００は、下部電極４３と上部電極４５との間の絶縁層４９を省略して、空隙６７としてもよい。この場合、上部電極４５は、延在方向（図１８の紙面垂直方向）の両端に形成された支持部５３によって支持固定される。
この変形例１によれば、電極間の静電量が低減され、電力効率を向上させ、電気的遅延の低減による高速化を可能にすることができる。

［第３の実施の形態の変形例２］
図１９は第３の実施の形態において上下電極の間に中間電極を設けた変形例２のＥ−Ｅ断面図である。
光変調素子３００は、制御電極の数は問わない。例えば図１９に示すように、下部電極４３と上部電極４５との間に、中間電極６９ａ、６９ｂを設け、それぞれの電極を適宜に接続して制御するものであってもよい。
このような変形例２によれば、可動部材７３に対する静電気力の付与位置が増え、より高精度に可動部材７３を安定制御可能にすることができる。

［第３の実施の形態の変形例３］
図２０は第３の実施の形態において第１下部電極と第２下部電極との間に補助電極を設けた変形例３のＥ−Ｅ断面図である。
光変調素子３００は、図２０に示すように、補助電極７１ａ、７１ｂを設けてもよい。上記の電極構成では電極の端面（又は側面）にのみ静電気力が働くので、ヒンジ２５、ミラー部２７との距離が離れている場合（偏向角が大きい場合）は、初期に発生する静電気力は小さくなり、そのため駆動電圧が高くなり、応答時間も長くなる。

これに対し、本変形例３では、ヒンジ２５、ミラー部２７の下部に補助電極７１ａ、７１ｂを設け、ヒンジ２５、ミラー部２７と対面する面積を大きくし、距離（空隙）を短くする。そして、駆動電圧印加の初期時には、主にこの補助電極７１ａ、７１ｂにより静電吸引力を発生させる。また、ヒンジ２５、ミラー部２７が変位して、その端面が上部電極４５（又は下部電極４３）の端面に近づいたとき、補助電極７１ａ、７１ｂによる静電気力を低減させ、主に上部電極４５（又は下部電極４３）による静電気力を増加させる。これにより、ヒンジ２５、ミラー部２７を絶縁層４１に接触させることなく、非接触状態を維持させる。
このようにして、ヒンジ２５、ミラー部２７を所定の位置に他の光学部材に対して非接触で安定に位置決め・停止させることができると同時に、低電圧・高速駆動が可能となる。

次に、本発明の第４の実施の形態による光変調素子を説明する。
図２１は本発明に係る光変調素子の第４の実施の形態のＥ−Ｅ断面図である。
この実施の形態による光変調素子４００は、基板２１上に形成した第１のハーフミラー８１と、基板２１上に架設されるヒンジ８３を有するとともにこのヒンジ８３の撓みによって垂直変位が可能な第２のハーフミラー８５を有し、少なくとも一部分に導電部８７を備えた可動部材８９と、ヒンジ８３の撓みによる可動部材８９の垂直変位軌道範囲の外側に配置される固定電極３３とを具備し、可動部材８９の導電部８７と固定電極３３への電圧印加によって第２のハーフミラー８５を垂直変位させて、第１のハーフミラー８１との間の光路長を変化可能としている。

ヒンジ８３、導電部８７は、導電性を有する透明薄膜（例えばＩＴＯなど）によって形成される。なお、図２１にはヒンジ８３、第２のハーフミラー８５、導電部８７とが別途に表されているが、導電性を有する半透明材料を用いれば、当該材料を単体で用いて第２のハーフミラー８５として形成してもよい。

本光変調素子４００では、基板２１に第１のハーフミラー８１が設けられ、可動部材８９に第２のハーフミラー８５が設けられ、可動部材８９の垂直変位によりこのハーフミラー間の距離を異ならせ、平行ミラー間で繰り返し反射させた合成波の強度を変化させることによって、光源からの光が透過又は反射される。

このように構成した光変調素子４００によれば、ヒンジ８３が垂直変位することで、基板２１上の第１のハーフミラー８１と、可動部材８９に設けられた第２のハーフミラー８５との間の光路長が変化し、光の干渉作用（例えばファブリペロー干渉）によってこれら第１のハーフミラー８１及び第２のハーフミラー８５に照射された光の透過・非透過を、低電圧かつ高速で制御（即ち、光変調可能）することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態による光変調素子を説明する。
図２２はアレイ化及びマイクロレンズ一体化を図った第５の実施の形態による光変調アレイ素子の断面図である。
上記した光変調素子１００、光変調素子２００、光変調素子３００、又は光変調素子４００は、１次元状又は２次元状に配列することで、光変調アレイ素子５００として構成することができる。

この光変調アレイ素子５００は、同一構造の例えば光変調素子１００が、同一のアレイ基板１１１上に１次元状又は２次元状に配列されることで、一つの反射型光偏向デバイスとして機能するようになる。従って、光変調素子１００が例えば表示デバイスや露光デバイスとしてアレイ化されれば、半導体プロセス工程により多数の光変調素子１００が同質且つ高精度に配置されて、画素に対応するそれぞれの光変調素子１００からの出力光が強度的、位相的、位置的に揃い易くなる。その結果、高解像度、高い走査精度が得られるようになる。

また、複数の光変調素子１００を配列した光変調アレイ素子５００は、それぞれの光変調素子１００の図４に示した可動体電極５９が共通に接続され、且つそれぞれの光変調素子１００の第１駆動電極５５と第２駆動電極５７に印加される電圧によって光変調素子１００が独立に駆動される。

このような配線構造を有する光変調アレイ素子５００によれば、光変調素子１００の三つの第１駆動電極５５、第２駆動電極５７及び可動体電極５９のうち、可動体電極５９が共通配線で接続されているので、他の二つの第１駆動電極５５及び第２駆動電極５７でそれぞれの光変調素子１００が独立に駆動制御可能となる。従って、ｎ個の光変調素子１００を有する光変調アレイ素子５００では、本来の３×ｎ本の配線数に対して、２×ｎ＋１本の少ない配線数で配線パターンが形成可能となる。

光変調アレイ素子５００は、入射側の自由空間にマイクロレンズアレイ１１３が一体に設けられている。マイクロレンズアレイ１１３は、少なくとも１次元方向に延びるレンズアレイであり、例えば、略矩形形状の輪郭を有する平凸状の微小レンズ（マイクロレンズ）１１５を、１次元方向に、又は２次元方向にマトリクス状に配置して構成される。

マイクロレンズアレイ１１３は透明体からなり、板面に垂直に入射する光を、マイクロレンズ１１５の屈折端面における光の屈折で集光する。マイクロレンズアレイ１１３は、この集光領域がミラー開口部１１７に一致するように、基板１１１に対して支持壁１１９を介して対向配置される。マイクロレンズアレイ１１３は、ガラスやプラスチックからなり、モールド法、プレス法、フォトリソ・ドライエッチングによるレジスト転写法などによって得ることができる。

このように、マイクロレンズアレイ１１３を備えた光変調アレイ素子５００では、マイクロレンズ１１５にて集光された光が可動部材３１のミラー部２７に入射される。マイクロレンズ１１５を有しない素子では、ミラー部２７の光入射側に上部電極４５が配置されると、光変調素子１００への光の入射開口面積が小さくなり、入射光が上部電極４５によって遮られ（若しくは強度が低下され）、光の利用効率が低下する。これに対し、マイクロレンズ１１５にて集光された光が入射されれば、小さなミラー開口部１１７であっても上部電極４５によって入射光が遮られることなくミラー部２７への入射が可能となる。これにより、光の利用効率が高まり、小さな開口面積においても、高効率で明るい偏向光が得られるようになる。

次に、本発明の第６の実施の形態による露光装置を説明する。
図２３は光変調アレイ素子を用いた第６の実施の形態による露光装置の構成図、図２４は図２３に示した露光装置のブロック図、図２５は図２３に示した露光ヘッドの構成図、図２６は図２５に示した光変調アレイ素子近傍の拡大図である。
上記した光変調アレイ素子５００は、例えば露光装置６００に、好適に用いることができる。
この露光装置６００は、図２３に示すように、露光対象物１２１を外周面に吸着して保持するドラム１２３と、ドラム１２３の回転軸に沿って延在するガイド軸１２５に移動自在に支持される副走査ユニット１２７とを基本構成として備える。ドラム１２３は図示しない回転駆動モータによって図２３の反時計回りに回転される。副走査ユニット１２７は、図示しない水平駆動モータによって図２３の左右方向に移動される。ここで、露光対象物１２１は、ドラム１２３の回転によるＤ方向が主走査方向となり、副走査ユニット１２７の移動によるＬ方向が副走査方向となる。

副走査ユニット１２７は、図２４に示すように、光源・ＳＬＭユニット１２９と、結像レンズ系１３１を備える。ドラム１２３の回転位置は主走査位置検出器１３３によって検出され、副走査ユニット１２７の移動位置は副走査位置検出器１３５によって検出される。これら主走査位置検出器１３３及び副走査位置検出器１３５によって検出された位置信号は、信号発生器１３７に入力される。信号発生器１３７は、これらの位置信号に基づき、上位制御部から送られる画像信号に応じて変調信号、光源信号を光源・ＳＬＭユニット１２９へ出力する。結像レンズ系１３１は、光源・ＳＬＭユニット１２９から変調されて出射されたレーザ光を露光対象物１２１の表面に倍率を変えて結像させる組合ズームレンズ１３１ａ、１３１ｂで構成される。

光源・ＳＬＭユニット１２９は、上記の光変調アレイ素子５００において、光変調素子１００が副走査方向に複数配列されている。従って、この配列方向に直行する方向（主走査方向）で露光対象物１２１と副走査ユニット１２７とを相対移動させると、光変調素子１００の配列数と同数の画素数で、１ライン分を露光対象物１２１の同方向に露光することができる。

露光対象物１２１の主走査方向への移動と共に、画像信号が１ライン分、変調信号、光源信号として光変調アレイ素子５００へ送出され、それぞれの光変調素子１００がオンオフ制御される。これにより副走査ユニット１２７から出射される露光光がオンオフされて、露光対象物１２１が、主走査方向に光変調素子１００の数と同数の画素単位で露光され、１ライン分の走査露光が行われる。その後、副走査ユニット１２７が副走査方向に移動され、同様にして次の１ライン分が順次に露光されて行く。

ところで、光源・ＳＬＭユニット１２９は、図２５に示すように、光源からの光と、光変調アレイ素子５００からの光を偏光合波する偏光素子である偏光ビームスプリッタ１４１を備える。光源から偏光ビームスプリッタ１４１に至る光路には、光源側から順に、第一のレンズアレイ板１４３、光源からの光を全てＰ偏光に変換する偏光変換素子１４５、及び偏光変換素子１４５によって偏光光とされた光を平行光束とする第二のレンズアレイ板１４７が配置されている。また、偏光ビームスプリッタ１４１の光源光入射面と直交する隣接面には上記マイクロレンズアレイ１１３を備えた光変調アレイ素子５００が対向配置されている。

つまり、光源・ＳＬＭユニット１２９は、光源からの光が偏光ビームスプリッタ１４１とマイクロレンズアレイ１１３とを介して光変調アレイ素子５００に入射され、光変調アレイ素子５００によって反射された反射光が、再びマイクロレンズアレイ１１３を介して偏光ビームスプリッタ１４１へ入射されるとともに、偏光ビームスプリッタ１４１を透過して露光対象物１２１へ照射されるようになっている。そして、光源から入射した光は、偏光変換素子１４５によって、Ｐ偏光のみ又はＳ偏光のみの光束に変換されて、偏光ビームスプリッタ１４１へ出射されるようになっている。

即ち、第一のレンズアレイ板１４３は、それぞれ、少なくとも１次元方向に延びるレンズアレイであり、図２５に示すように、光源から射出された無偏光の光（ランダム偏光）から、その後側焦点面の近傍に線状または点状のアレイを生成するものである。第一のレンズアレイ板１４３は、例えば、略矩形形状の輪郭を有する平凸状の微小レンズを、１次元方向に、又は２次元方向にマトリクス状に配置して構成される。

光源からの光の光路中に配置される偏光変換素子１４５は、第一のレンズアレイ板１４３によって、その後側焦点面近傍に生成される線状または点状のアレイのピッチに略等しいピッチを有し、上記焦点面近傍に配置され、光源から射出された光を、全てＰ偏光に変換する。図２５中の丸枠内に偏光変換素子１４５の一部を拡大して、その構成を示す。偏光変換素子１４５は、Ｐ偏光とＳ偏光を分離する誘電体多層膜をコーティングした偏光分離面１４５ａ及び全反射面１４５ｂと半波長板１４５ｃを有して構成される。両方向きの矢印の記号及び白丸の中に点を打った記号は、それぞれの光の偏光方向を表したものである。即ち、両方向きの矢印記号は、図の左右方向の偏光（Ｐ偏光光）を表し、白丸の中に点を打った記号は、図の紙面に垂直な方向の偏光（Ｓ偏光光）を表している。なお、図中、ミラー部２７の左方に記載した黒丸のみ及び白丸のみは仮想点光源を表す。

第一のレンズアレイ板１４３を透過して偏光変換素子１４５に入射した光束１５１は、偏光分離面１４５ａで、それぞれ互いに直交する２つの直線偏光成分の光束に分離される。即ち、光束１５１のうち、Ｐ偏光１５３は偏光分離面１４５ａを通過し、Ｓ偏光１５５は偏光分離面１４５ａで反射される。偏光分離面１４５ａを透過したＰ偏光１５３は、半波長板１４５ｃを通過することにより、Ｓ偏光に変換されて偏光変換素子１４５から射出される。また、偏光分離面１４５ａで反射されたＳ偏光１５５は、反射面１４５ｂで反射された後、そのまま偏光変換素子１４５から射出される。従って、偏光変換素子１４５に入射される光束１５１は、全てＳ偏光に変換されて射出される。

光源からの光の光路中に配置される第二のレンズアレイ板１４７は、偏光変換素子１４５のピッチの約１／２のピッチを持ち、その前側焦点面が第一のレンズアレイ板１４３の後側焦点面に略一致するように配置される。これにより、第二のレンズアレイ板１４７からの射出光束が略平行光となり、この平行光束が偏光ビームスプリッタ１４１に入射される。

偏光ビームスプリッタ１４１は、光量ロスを抑制した合波を行う偏光素子であり、光源から射出され偏光変換素子１４５によりＳ偏光光に変換された光と、一旦偏光ビームスプリッタ１４１から出射され光変調アレイ素子５００によって反射された光を合波するものである。偏光ビームスプリッタ１４１は、光源からのＳ偏光光を反射し、光変調アレイ素子５００からの光を透過させる光学特性を有する偏光分離面１４１ａを有している。従って、図２６に示すように、光源側から偏光ビームスプリッタ１４１に入射されたＳ偏光光は、偏光分離面１４１ａで反射され、光変調アレイ素子５００へ向けて出射され、光変調アレイ素子５００よって反射された入射光は偏光ビームスプリッタ１４１を透過して射出される。

また、偏光ビームスプリッタ１４１の光変調アレイ素子５００との対向面には１／４波長板１４１ｂが設けられている。従って、偏光分離面１４１ａで反射されたＳ偏光光は、１／４波長板１４１ｂを透過して光変調アレイ素子５００で反射された後、再び１／４波長板１４１ｂを透過することで、偏光角が９０°変換され、Ｐ偏光光となって偏光ビームスプリッタ１４１から射出されることになる。

このようにして光変調されたＰ偏光光は、結像レンズ系１３１により、露光対象物１２１に照射される。従って、反射光を結像レンズ系１３１を介して露光対象物１２１に露光し、画像記録すれば、露光或いは画像記録が可能となる。なお、露光対象物１２１は、ドラム１２３に保持される記録媒体の他、スクリーンであってもよい。この場合、画像信号に応じて光変調アレイ素子５００を駆動制御し、光変調アレイ素子５００に反射される光を、投影レンズを介してスクリーンに投影すれば、本発明の光変調アレイ素子を用いたプロジェクターが得られる。

この露光装置６００によれば、光源から偏光ビームスプリッタ１４１へ出射される光が、偏光変換素子１４５によってＰ偏光のみ又はＳ偏光のみの光束に変換され、戻り光成分を生じさせることなく偏光ビームスプリッタ１４１を透過する。即ち、偏光変換素子１４５によって反射光の偏光が揃うことで、反射光が無偏光光である場合に生じる偏光ビームスプリッタ１４１のミラー面（偏光分離面１４１ａ）から光源側に向かう戻り光成分の発生が防止される。これにより、光源（レーザダイオード）から出射された光の一部を、偏光ビームスプリッタ１４１を介してフォトダイオードにて検知する補償回路（図示せず）が備えられている露光装置６００においては、補償回路が上記戻り光を検出しなくなる。この結果、フォトダイオードが上記戻り光を余分な光量として受光してしまうことで生じる、補償回路によるレーザダイオードの出力制御異常を防止することができる。

次に、上記第４の実施の形態による露光装置６００の種々の変形例を説明する。なお、以下の各変形例において、図２３〜図２６に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
［変形例１］
図２７は図２６のマイクロレンズアレイにプリズムを設けた変形例１の要部拡大図である。
この変形例では、光源・ＳＬＭユニット１２９に設けられた光変調アレイ素子５００のマイクロレンズアレイ１１３に、プリズム１６１が、それぞれのマイクロレンズ１１５に対応して配列されている。プリズム１６１は、マイクロレンズ１１５を透過した光を所定の屈折角度でミラー部２７へ出射させる。この屈折角度でミラー部２７へ入射した光は、ミラー部２７がｏｆｆ傾斜位置であるとき当該入射方向と異なる方向に反射され、ミラー部２７がｏｎ傾斜位置であるとき当該入射方向と同一方向に反射される。

従って、この変形例によれば、プリズム１６１を設けることにより、ミラー部２７とマイクロレンズ１１５とを対向配置させた状態において、ミラー部２７を水平位置に保持しなくても入射光の反射が可能となり、ミラー部２７のｏｆｆ傾斜位置又はｏｎ傾斜位置の安定的な両端傾斜位置で反射光の取り出しが可能となる。

［変形例２］
図２８はマイクロレンズアレイへの入射光を傾斜させた変形例２の要部拡大図である。
この変形例では、偏光ビームスプリッタ１６３が、光源からの入射光を直角以外の角度で反射させる偏光分離面１６３ａを有している。この偏光分離面１６３ａの角度αは、マイクロレンズ１１５及び光変調素子１００の位置に応じて任意に設定される。

従って、この変形例によれば、偏光分離面１６３ａの角度αが４５度以上に設定されれば、偏光分離面１６３ａでの反射角が鈍角となり、偏光ビームスプリッタ１６３の厚みＴの薄厚化が可能となる。また、隣接する二つのマイクロレンズ１１５、１１５に、入射光路と反射光路とが形成されるように、偏光分離面１６３ａの角度αが設定されることで、上記の変形例１と同様に、ミラー部２７のｏｆｆ傾斜位置又はｏｎ傾斜位置の安定的な両端傾斜位置で反射光の取り出しが可能となる。

［変形例３］
図２９はビームスプリッタの光出射側にマイクロレンズアレイを設けた変形例３の構成図である。
この変形例では、偏光ビームスプリッタ１４１の露光光出射側の面に、第三のレンズアレイ板１６５が配設されている。第三のレンズアレイ板１６５は、それぞれのミラー部２７に反射され、偏光ビームスプリッタ１４１を透過した光束を集束する。
従って、この変形例によれば、変調光を露光対象物１２１に直接露光可能となり、密着露光に近い光学系が構成可能となる。

［変形例４］
図３０は偏光変換素子が一対のビームスプリッタ及び一対の半波長板からなる変形例４の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子１６７が、一対の偏光ビームスプリッタ１６９、１６９と、半波長板１７１を備えた一対のプリズム１７３、１７３とから構成される。光源１７５からのランダム偏光光がリフレクタ（凹面鏡）１７７によって略平行な光線束として偏光ビームスプリッタ１６９、１６９に入射すると、偏光ビームスプリッタ１６９、１６９によりＳ偏光光は透過し、Ｐ偏光光は光路を平行にずらされてかつ半波長板１７１により位相変換を受けてＳ偏光光に変換され、全体として偏光面の揃った出射光１７９が得られる。

［変形例５］
図３１は偏光変換素子が一つのビームスプリッタ及び一つの半波長板からなる変形例５の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子１８１が、偏光ビームスプリッタ１６９と、半波長板１７１を備えたプリズム１７３とから構成され、光源１７５及びリフレクタ１７７と、偏光ビームスプリッタ１６９との間に凸レンズ１８３が設けられ、偏光ビームスプリッタ１６９及び半波長板１７１の光出射側にもそれぞれ凸レンズ１８５、１８５が設けられている。

光源１７５からのランダム偏光光は、リフレクタ１７７によって略平行な光束となり、凸レンズ１８３によって集束されて偏光ビームスプリッタ１６９に入射する。入射したランダム偏光は、偏光ビームスプリッタ１６９によりＳ偏光光が透過し、Ｐ偏光光が光路を平行にずらされてかつ半波長板１７１により位相変換を受けてＳ偏光光に変換される。そして、偏光ビームスプリッタ１６９及び半波長板１７１から偏光面の揃った出射光１７９となる。この出射光１７９は、集束した後拡散し、凸レンズ１８５に入射して平行光となる。
従って、この変形例によれば、集束光を偏光変換素子１８１へ透過でき、偏光変換素子１８１の小型化が可能となる。

［変形例６］
図３２は偏光変換素子が偏光変換プリズムを用いてなる変形例６の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子１８７が、偏光変換プリズム１８９と、複数の半波長板１９１を備えた位相板１９３とからなる。また、図示しない光源と偏光変換プリズム１８９との間にはレンズアレイ板１９５が設けられている。偏光変換プリズム１８９は、平行な二つの偏光分離面１８９ａと、１８９ｂとを有している。偏光変換プリズム１８９に入射したランダム偏光は、Ｓ偏光光が偏光分離面１８９ａに反射されて出射され、Ｐ偏光光が偏光分離面１８９ｂに反射されて出射される。従って、偏光分離面１８９ａと、１８９ｂが入射方向に所定角度で傾斜しているため、交互に分離されて偏光変換プリズム１８９から出射される。
半波長板１９１は、位相板１９３の偏光変換プリズム対向面に、この分離ピッチの二倍のピッチで配設されている。つまり、例えばＰ偏光光のみに対応して配置されている。

従って、この変形例によれば、ランダム偏光が偏光変換プリズム１８９に入射されると、入射光が偏光分離面１８９ａ、１８９ｂによって偏光方向の異なる２つの直線偏光に分離され、一方のＰ偏光光が半波長板１９１によって他方の偏光方向に揃えられて、自然光の照明光が特定の直線偏光（図示の場合、Ｓ偏光光）へと変換される。

［変形例７］
図３３は偏光変換素子が複屈折性結晶からなる変形例７の構成図、図３４は図３３に示した偏光変換素子による直線偏光の生成の説明図である。
この変形例では、偏光変換素子１９７が、集光レンズを一定の周期で配列したレンズアレイ１９９と、レンズアレイ１９９の周期性の方向に常光（例えばＳ偏光光）と異常光（例えばＰ偏光光）の分離を生じるよう配置された複屈折性結晶２０１と、レンズアレイ１９９と同じ周期性で配列され、複屈折性結晶２０１で分離されたＳ偏光光とＰ偏光光の偏光方向を同じ向きに揃えるようにする半波長板２０３とからなる。

ここで、複屈折性結晶２０１としては、方解石などが用いられる。方解石などは内部を伝搬する光が、Ｓ偏光光とＰ偏光光に分かれる。このＳ偏光光とＰ偏光光は、共に直線偏光の光であり、偏光方向は互いに直交している。このように、複屈折性結晶２０１で分離された光の一方（Ｐ偏光光）を、図３４に示すように、半波長板２０３によって偏光の方向を９０度回転させることにより、二つの光線の偏光方向を揃えることができる。従って、複屈折性結晶２０１と半波長板２０３を用いることによって、ランダム偏光から直線偏光の光２０４を生成できる。

ところで、複屈折性結晶２０１に入射する光が線の場合には、図３４に示すように容易に直線偏光の光に変換することができるが、光が束で入射する場合には、複屈折性結晶２０１を透過した後もＳ偏光光とＰ偏光光は、互いに重なり合っているため、一方の光だけを選択的に半波長板２０３に入射させることはできない。

そこで、複屈折性結晶２０１の入射面にレンズアレイ１９９を配置した偏光変換素子１９７とする。複屈折性結晶２０１の入射面にレンズアレイ１９９を配置した場合、Ｓ偏光光とＰ偏光光で異なる位置に焦点を作ることができる。これによって、Ｓ偏光光とＰ偏光光の一方の光だけを選択的に半波長板２０３に入射させることができ、従って、ランダム偏光の入射光束を直線偏光の光に変換することができる。

レンズアレイ１９９は、一定の周期で配列されており、その１周期の長さは、複屈折性結晶２０１を透過した後のＳ偏光光とＰ偏光光の分離の幅の約２倍が好ましい。更に、レンズアレイ１９９の焦点距離は、集光される光が複屈折性結晶２０１を透過した後に配置されている半波長板２０３の近傍に焦点を結ぶ程度であることが好ましい。

これらの条件を満たすことによって、複屈折性結晶２０１を透過した後のＳ偏光光とＰ偏光光の位置を最も明瞭に分離することができる。つまり、Ｓ偏光光とＰ偏光光の一方の光だけを選択的に半波長板２０３に入射させることが容易となる。これによって、ランダム偏光の光から直線偏光の光２０４への変換の効率を高くすることができる。

［変形例８］
図３５は偏光変換素子が第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイを一体に設けてなる変形例８の構成図である。
この変形例では、光源からの光を偏光光に変換して上記偏光ビームスプリッタ１４１（偏光ビームスプリッタ１６３又１６９であってもよい。）に入射させる光学系が、第一のレンズアレイ板１４３、偏光変換素子１４５及び第二のレンズアレイ板１４７を例えば接着などにより一体化して構成されている。

これは、レンズアレイ板への入射光束の角度変化、或いは、温度や経時などに起因する第一、第二レンズアレイ板１４３、１４７及び偏光変換素子１４５の相対位置変化などの変化により合波効率が変化するからである。例えば、第一レンズアレイ板１４３と偏光変換素子１４５の位相がずれると、Ｐ偏光がＳ偏光となってしまい、当初予定していたような合波ができない場合がある。また、第一レンズアレイ板１４３及び第二レンズアレイ板１４７の位相がずれると、第二レンズアレイ板１４３からの射出光束の射出方向がずれてしまい、やはりうまく合波ができない場合がある。そこで、この変形例では、偏光変換素子１４５などを一体型の構成とすることにより、合波効率の変化を抑制し、光量や光量分布について安定した照明光を得ることができるようにしている。

［変形例９］
図３６は偏光変換素子が４個の直角プリズム及び２個の合成用プリズムからなる変形例９の構成図である。
この変形例では、偏光変換素子２０５が、４個の直角プリズム２０７ａ、２７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄ及び２個の合成用プリズム２０９ａ、２０９ｂから成っている。反射面にはミラーの代わりに直角プリズムを用いている。

光源１７５からの自然光はリフレクタ１７７によって平行光となり、偏光ビームスプリッタ２１１で偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光光（Ｓ偏光光、Ｐ偏光光）に分離される。偏光ビームスプリッタ２１１を透過したＰ偏光光は、直角プリズムの斜面で全反射を２回行う過程で偏光方向が９０°回転する。一方、偏光ビームスプリッタ２１１の偏光分離面で反射したＳ偏光光は、直角プリズム２０７ｃ、２０７ｄに順次入射し、直角プリズムの斜面で２回全反射するが、反射面の配置が互いに並行であるため、偏光方向は変化しない。この結果、偏光ビームスプリッタ２１１で分けられた２つの直線偏光光はどちらも同じ偏光方向をもち、かつ進行方向が等しくなる。最後に、合成用プリズム２０９ａ、２０９ｂを用い、２つの直線偏光光が上記光変調アレイ素子３００上で重なるように合成される。

本発明に係る光変調素子の第１の実施の形態の平面図である。 図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に表した断面図である。 図１に示した基板の断面図である。 図１に示した光変調素子の電極配線図である。 図１に示した光変調素子の左側傾斜状況を表した動作説明図である。 図１に示した光変調素子の右側傾斜状況を表した動作説明図である。 図１に示した光変調素子の製造工程例をＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ断面別で（ａ）〜（ｆ）に表した説明図である。 別体のミラー部を梁体に付設した第２の実施の形態による光変調素子の平面図である。 図８のＤ−Ｄ断面図である。 第１、第２の実施の形態において上下電極間に空隙を設けた変形例１のＤ−Ｄ断面図である。 第１、第２の実施の形態において上下電極の間に中間電極を設けた変形例２のＤ−Ｄ断面図である。 第１、第２の実施の形態において第１下部電極と第２下部電極との間に補助電極を設けた変形例３のＤ−Ｄ断面図である。 本発明に係る光変調素子の第３の実施の形態の平面図である。 図１３のＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｇ−Ｇの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に表した断面図である。 図１３に示した光変調素子の電極配線図である。 図１３に示した光変調素子の下側垂直変位状況を表した動作説明図である。 図１３に示した光変調素子の上側垂直変位状況を表した動作説明図である。 第３の実施の形態において上下電極間に空隙を設けた変形例１のＥ−Ｅ断面図である。 第３の実施の形態において上下電極の間に中間電極を設けた変形例２のＥ−Ｅ断面図である。 第３の実施の形態において第１下部電極と第２下部電極との間に補助電極を設けた変形例３のＥ−Ｅ断面図である。 本発明に係る光変調素子の第４の実施の形態のＥ−Ｅ断面図である。 アレイ化及びマイクロレンズ一体化を図った第５の実施の形態による光変調アレイ素子の断面図である。 光変調アレイ素子を用いた第６の実施の形態による露光装置の構成図である。 図２３に示した露光装置のブロック図である。 図２３に示した露光ヘッドの構成図である。 図２５に示した光変調アレイ素子近傍の拡大図である。 図２５のマイクロレンズアレイにプリズムを設けた第６の実施の形態における変形例１の要部拡大図である。 マイクロレンズアレイへの入射光を傾斜させた第６の実施の形態における変形例２の要部拡大図である。 ビームスプリッタの光出射側にマイクロレンズアレイを設けた第６の実施の形態における変形例３の構成図である。 偏光変換素子が一対のビームスプリッタ及び一対の半波長板からなる第６の実施の形態における変形例４の構成図である。 偏光変換素子が一つのビームスプリッタ及び一つの半波長板からなる第６の実施の形態における変形例５の構成図である。 偏光変換素子が偏光変換プリズムを用いてなる第６の実施の形態における変形例６の構成図である。 偏光変換素子が複屈折性結晶からなる第６の実施の形態における変形例７の構成図である。 図３３に示した偏光変換素子による直線偏光の生成の説明図である。 偏光変換素子が第１マイクロレンズアレイ及び第２マイクロレンズアレイを一体に設けてなる第６の実施の形態における変形例８の構成図である。 偏光変換素子が４個の直角プリズム及び２個の合成用プリズムからなる第６の実施の形態における変形例９の構成図である。 ヨーク上にミラーを二段構造で設けた従来の空間光変調器の断面図である。 図３７に示した空間光変調器の透視図である。

符号の説明

２１ 基板
２５、８３ ヒンジ（梁体）
２７、６５ ミラー部（光反射体）
２９、８７ 導電部
３１、６３、７３、８９ 可動部材
３３ 固定電極
４３ 下部電極
４３ａ 第１下部電極
４３ｂ 第２下部電極
４５ 上部電極
４５ａ 第１上部電極
４５ｂ 第２上部電極
５５、７５ 第１駆動電極
５７、７７ 第２駆動電極
５９、７９ 可動体電極
８１ 第１のハーフミラー
８５ 第２のハーフミラー
１００、２００、３００、４００ 光変調素子
１１３ マイクロレンズアレイ
１１５ マイクロレンズ
１４１ ビームスプリッタ
１４５、１６７、１８１、１８７、１９７、２０５ 偏光変換素子
１７５ 光源
５００ 光変調アレイ素子
６００ 露光装置

Claims (10)

1. 基板と、
   該基板上で変位可能に架設され少なくとも一部に導電部を有する可動部材と、
   該可動部材の変位に従動し該可動部材に固定された光学機能膜と、
   駆動電圧制御によらず前記可動部材の支持構造により決定される機械的変位が可能な変位軌道範囲の外に配置され、該可動部材を変位駆動させる駆動用固定電極とを備え、
   前記可動部材の導電部と前記駆動用固定電極への駆動電圧印加により、前記可動部材と前記駆動用固定電極との間に静電吸引力を作用させ、該可動部材を前記駆動用固定電極に対して非接触状態を維持しつつ変位駆動して静止させ、前記光学機能膜に照射された光を変調する光変調素子であって、
   前記光学機能膜が、前記基板上に架設された梁体の撓みによって該梁体に対する垂直変位が可能であり、
   前記梁体の撓みによる前記可動部材の変位軌道範囲の外側に、前記駆動用固定電極が前記梁体を中心として前記可動部材を両側方から挟む位置関係となる両脇側に配置され、前記駆動電圧印加によって前記光学機能膜を垂直変位させることを特徴とする光変調素子。
2. 請求項１記載の光変調素子であって、
   前記駆動用固定電極が、前記梁体の非駆動位置に対して、前記基板側に配置された下部電極と、前記基板側とは反対側に配置された上部電極とを有することを特徴とする光変調素子。
3. 請求項２記載の光変調素子であって、
   前記下部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配置された第１下部電極と第２下部電極とからなり、
   前記上部電極が、前記梁体を中心として両脇側に配置された第１上部電極と第２上部電極とからなり、
   前記第１下部電極と前記第２下部電極とが電気的に接続され、前記第１上部電極と前記第２上部電極とが電気的に接続されることを特徴とする光変調素子。
4. 請求項３記載の光変調素子であって、
   前記下部電極と前記上部電極との間に、中間電極を設けたことを特徴とする光変調素子。
5. 請求項３または請求項４記載の光変調素子であって、
   前記光学機能膜が、照射された光を反射する光反射体であることを特徴とする光変調素子。
6. 請求項５記載の光変調素子であって、
   前記基板上に形成した第１のハーフミラーを備え、
   前記光学機能膜が第２のハーフミラーであることを特徴とする光変調素子。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光変調素子を備えた光変調アレイ素子であって、
   複数の前記光変調素子が、１次元状又は２次元状に配列されたことを特徴とする光変調アレイ素子。
8. 請求項３記載の光変調素子を１次元状又は２次元状に配列して形成した光変調アレイ素子であって、
   前記第１下部電極と前記第２下部電極とが第１駆動電極となり、
   前記第１上部電極と前記第２上部電極とが第２駆動電極となり、
   前記可動部材の導電部が可動体電極となり、
   複数の前記光変調素子の前記可動体電極が共通に接続され、
   且つそれぞれの前記光変調素子の前記第１駆動電極と前記第２駆動電極に印加される駆動電圧によって前記光変調素子が独立に駆動されることを特徴とする光変調アレイ素子。
9. 請求項８記載の光変調アレイ素子であって、
   前記光学機能膜が、照射された光を反射する光反射体であり、
   複数のマイクロレンズの形成されたマイクロレンズアレイを備え、該マイクロレンズが、１次元状又は２次元状に配列された前記光変調素子のそれぞれの前記光反射体に対向配置されたことを特徴とする光変調アレイ素子。
10. 請求項９記載の光変調アレイ素子を用いた露光装置であって、
    光源からの光がビームスプリッタと前記マイクロレンズアレイとを介して前記光変調アレイ素子に入射され、該光変調アレイ素子によって反射された反射光が、再び前記マイクロレンズアレイを介して前記ビームスプリッタへ入射されるとともに、前記ビームスプリッタを透過して露光対象物へ照射されることを特徴とする露光装置。

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