JP5609114B2 - マイクロアクチュエータ、光学デバイス、表示装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロアクチュエータ、光学デバイス、表示装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関するものである。

ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）技術の進展に伴い、この技術を応用したマイクロアクチュエータや、これを利用したＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の光学デバイスや、このような光学デバイスを利用した投影表示装置やこのような光学デバイスを可変整形マスク（アクティブマスクとも呼ばれる。）として用いた露光装置などが、種々提案されている。

例えば、下記特許文献１には、代表的なＤＭＤが開示されている。このＤＭＤでは、ミラーをトーションヒンジで保持し、静電力によりヒンジをねじれ変形させてミラーを回転させてその向きを変え、入射光の反射方向を変える。この基本単位を複数１次元状や２次元状に並べて空間光変調器とし、光学的情報処理装置、投影表示装置や静電写真印刷装置などに応用されている。

また、ミラーを設けた片持ち梁を静電力で撓ませて、入射光の反射方向を変える光学デバイスも、知られている（非特許文献１参照）。

ところが、トーションヒンジを用いたマイクロアクチュエータでは、ミラーの保持がトーションヒンジによるために、トーションヒンジの結合部に加わるねじりストレスによって破損し易く、その寿命を長くすることが困難であった。また、片持ち梁を用いたマイクロアクチュエータでは、片持ち梁の固有振動数が低いために応答速度を速くすることができなかった。

そこで、下記特許文献２には、Ｖ字形の凹部を有する基板上に両端を固定して前記凹部を掛け渡すように設けた両持ち梁を用いたマイクロミラーデバイスが、提案されている。このデバイスでは、両持ち梁に光反射膜が形成されて、ミラーが両持ち梁と全体的に一体化されている。静電力を加えない状態では、両持ち梁（すなわち、ミラー）は平板状をなす一方、静電力を加えると、両持ち梁（すなわち、ミラー）が静電力によってＶ字形の凹部に沿ってＶ字形に変形し、入射光の反射方向を変える。

このデバイスでは、両持ち梁が用いられているため、トーションヒンジを用いる場合に比べて破損が生じ難くなり長寿命化を図ることができるとともに、固有振動数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。
特許第３４９２４００号公報 特開２００５−２４９６６号公報 Design and Fabrication of the Thin-Film Micromirror Array-actuated for Large Projection Displays (Journal of the Korean Physical Society, Vol. 33, No., November 1998, pp. S467〜S470)

しかしながら、特許文献２に開示されているデバイスでは、ミラーが両持ち梁と一体化されているため、両持ち梁が静電力によってＶ字形に変形するときには、ミラーもＶ字形に変形してしまい、ミラーの反射面は向きの異なる２つの面（Ｖ字形の一方の面と他方の面）になってしまう。その結果、反射光の方向が入射光が入射する位置に応じて大きく異なってしまい、迷光等を引き起こし易く、迷光に対する吸光処理等が困難になる。

このように、特許文献２に開示されているデバイスでは、長寿命化及び応答速度の高速化の点で大変優れているものの、被駆動体であるミラーが両持ち梁と一体化されているので、被駆動体であるミラーも変形してしまい、これに起因して前記のような迷光などの不都合が生ずるのである。

また、特許文献２に開示されているようなミラーデバイスで用いられるマイクロアクチュエータに限らず、他の種々の用途において用いられるマイクロアクチュエータにおいても、被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することが要請される場合がある。

さらに、このようなマイクロアクチュエータでは、より駆動の高速化を図るためには、駆動する際の振動が減衰して静定するまでの時間（静定時間）が短いことが好ましい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、長寿命化及び応答速度の高速化を図ることができ、しかも被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することができ、更には静定時間を短縮して駆動をより高速化することができるマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなマイクロアクチュエータを用いた光学デバイス、表示装置、露光装置、並びに、このような露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様に従えば、被駆動体を駆動するためのマイクロアクチュエータであって、基体と、該基体に支持された撓み変形可能な板状部材と、前記被駆動体に駆動力を付与する駆動力付与装置とを備え、前記板状部材は、所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、前記板状部材の撓み変形可能な領域のうちの所定部位に前記被駆動体が接続され、前記駆動力付与装置は、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域を撓み変形させて前記板状部材の前記所定部位の傾きが第１の傾きと第２の傾きとの間で変化させ、前記所定部位の傾きが前記第１の傾きであるときに、前記板状部材の一部又は前記板状部材に対して固定された部材の一部が、前記基体とは異なる部材に当接し、前記所定部位の傾きが前記第２の傾きであるときに、前記板状部材の一部又は前記板状部材に対して固定された部材の一部が、前記基体に当接するマイクロアクチュエータが提供される。本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記板状部材は、前記板状部材の周辺部における全周又はその一部に渡る所定箇所で前記基体に対して固定され得、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり得る。前記所定箇所は、前記板状部材の前記周辺部において互いに対向する２箇所を含み得る。被駆動体が、前記板状部材の所定部位に局所的に機械的に接続され、前記基体とは異なる部材が基体に固定された部材または基体に対して変位可能に設けられた位置変更部材であり得る。後述する第６の実施形態のように、位置変更部材は被駆動体となり得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記被駆動体が主平面を有し、前記板状部材の主平面と前記被駆動体の主平面とが略平行であり得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記板状部材の前記所定部位は、前記板状部材の重心から偏心した部位であり得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記駆動力付与装置は、前記板状部材に設けられた第１の電極部と、前記第１の電極部の一方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第２の電極部と、前記第１の電極部の他方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第３の電極部と、を含み、前記第２の電極部は前記基体に設けられ、前記第３の電極部は、前記基体に対して固定された部材に設けられ得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記所定部位の傾きが前記第１の傾きであるときに、前記板状部材の一部が、前記位置変更部材に当接し得；前記駆動力付与装置は、前記板状部材に設けられた第１の電極部と、前記第１の電極部の一方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第２の電極部と、前記第１の電極部の他方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第３の電極部と、を含み得；前記第２の電極部は前記基体に設けられ、前記第３の電極部は前記位置変更部材に設けられ得；前記マイクロアクチュエータは前記位置変更部材の位置を前記所定位置に前記他の位置から変更して前記位置変更部材を前記所定位置に位置決めする位置決め機構を更に備え得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記被駆動体が主平面を有し、前記所定部位の傾きが前記第１の傾きのときに、前記被駆動体の主平面が前記基体の主平面と実質的に平行となり得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記位置決め機構は、前記基体に支持された撓み可能な部材と、該撓み可能な部材に設けられた第４の電極部と、前記基体に設けられ前記第４の電極部との間の電圧により前記第４の電極部との間に静電力を生じる第５の電極部とを含み得る。

本発明のマイクロアクチュエータにおいて、前記駆動力付与装置は、前記板状部材に設けられた第１の電極部と、前記基体に設けられ前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第２の電極部と、第３の電極部を含み、前記被駆動体は第４の電極部を有し、前記第３の電極部は、前記第４の電極部との間の電圧により前記第４の電極部との間に静電力を生じ得る。

本発明の光学デバイスは、前記マイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体が光学素子になり得る。

本発明の光学デバイスでは、前記光学素子がミラーであり得る。

本発明の光学デバイスは、前記マイクロアクチュエータ及び前記光学素子の組を複数備え得る。

本発明の第２の態様に従えば、基体と；該基体上に撓み変形可能に支持された可撓性板と；前記可撓性板に接続された光学素子と；前記可撓性板に設けられた第１電極と；前記基体に設けられた第２電極と；前記基板及び前記可撓性板とは異なる位置に設けられた第３電極と；前記光学素子又は前記可撓性板の変位を拘束する拘束部材とを備え、第１電極及び第２電極間に電圧が印加されると第１電極及び第２電極間に生じた静電力により前記可撓性板が基板に向かって撓んで且つ基板により拘束されて光学素子が第２の角度で配置し、第２電極及び第３電極間に電圧が印加されると第２電極及び第３電極間に生じた静電力により前記光学素子または前記可撓性板が拘束部材により拘束されて光学素子が第１の角度で配置する光学デバイスが提供される。

本発明の光学デバイスにおいて、前記拘束部材が前記可撓性板の基板とは反対側に設けられ、前記拘束部材に第３電極が設けられており、第１電極及び第２電極間に電圧が印加されたときの可撓性板の撓む方向が第２電極及び第３電極間に電圧が印加されたときの可撓性板の撓む方向が逆であり得る。

本発明の光学デバイスは、前記拘束部材に接続され、前記拘束部材の前記可撓性板に対する位置を変更する機構を備え得る。本発明の光学デバイスにおいて、前記機構により前記拘束部材が前記可撓性板と接する位置に変位され得る。本発明の光学デバイスにおいて、第３電極が前記拘束部材に設けられ得、第２電極及び第３電極間に電圧が印加されると第２電極及び第３電極間に生じた静電力により前記可撓性板が拘束部材により拘束されて光学素子が基板と平行に配置し得る。

本発明の光学デバイスにおいて、第３電極が前記拘束部材に設けられ得、第２電極及び第３電極間に電圧が印加されると第２電極及び第３電極間に生じた静電力により前記光学素子が拘束部材により拘束されて光学素子が基板と平行に配置し得る。また、前記光学部材の一部と第２電極が電気的に接続しており、第１電極及び第２電極間に電圧が印加されたときの可撓性板の撓む方向が第２電極及び第３電極間に電圧が印加されたときの可撓性板の撓む方向と同一になり得る。

本発明の表示装置は、空間光変調器を備えた表示装置であって、前記空間光変調器が本発明のマイクロアクチュエータを含む光学デバイスまたは本発明の光学デバイスである。

本発明の露光装置は、照明光を用いて、物体を露光する露光装置であって、前記照明光の光路上に配置される本発明のマイクロアクチュエータを含む光学デバイスまたは本発明の光学デバイスを備え、該光学デバイスを介した前記照明光を用いて前記物体を露光する。本発明の露光装置においては、前記光学デバイスは、前記照明光の照射により所定のパターンを生成する。本発明の露光装置は、前記物体を保持して移動する移動体を更に備え、前記光学デバイスの前記各マイクロアクチュエータの前記駆動力付与装置は、前記移動体の所定方向への移動に同期して制御される。

本発明のデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程は、前記露光装置を用いて基板を露光し、露光された基板を現像した後に加工することを含む。

本発明によれば、長寿命化及び応答速度の高速化を図ることができ、しかも被駆動体自体を変形させずに被駆動体の向きのみを変更することができ、更には静定時間を短縮してより駆動を高速化することができるマイクロアクチュエータを提供することができる。また、本発明によれば、このようなマイクロアクチュエータを用いた光学デバイス、表示装置、露光装置、並びに、このような露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することができる。本発明の光学デバイスは、簡単な構造でありながら、優れた耐久性及び高い応答速度を有し、短い静定時間による高速駆動が可能であり、しかもミラーなどの光学素子自体を変形させずに向きのみを変更することができる。

本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。 図１に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。 図１に示す単位素子の板状部材を模式的に示す概略平面図である。 図２中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 図２中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態による光学デバイスにおける単位画素の配置例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施の形態による光学デバイスの製造方法を示す工程図である。 （ａ）〜（ｃ）は図８に引き続く工程を示す工程図である。 （ａ）及び（ｂ）は図９に引き続く工程を示す工程図である。 （ａ）及び（ｂ）は図１０に引き続く工程を示す工程図である。 （ａ）及び（ｂ）は比較例による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態による投影表示装置（投射型表示装置）を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施の形態による露光装置を示す概略構成図である。 本発明の第４の実施の形態による光学デバイスの単位素子の板状部材を模式的に示す概略平面図である。 本発明の第５の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。 図１６に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。 所定の状態を示す図１７中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。 図１８と同じ状態を示す状態を示す図１７中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。 図１８と同じ状態を示す図１７中のＥ−Ｅ’線に沿った概略断面図である。 他の状態を示す図１７中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。 図２１と同じ状態を示す図１７中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。 図２１と同じ状態を示す図１７中のＥ−Ｅ’線に沿った概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第５の実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施の形態による光学デバイスの製造方法を示す工程図である。 本発明の第６の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。 図２６に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。 図２７中のＦ−Ｆ’線に沿った概略断面図である。 図２７中のＧ−Ｇ’線に沿った概略断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第６の実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第６の実施の形態による光学デバイスの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 基板
２ 板状部材
４ ミラー
５ 下部固定電極
１４ 梁部材

以下、本発明によるマイクロアクチュエータ、光学デバイス、表示装置、露光装置、及びデバイス製造方法について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態によるマイクロアクチュエータ及びそれを含む光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示す単位素子を模式的に示す概略平面図である。図１及び図２において、平坦化膜２０は省略して示している。図３は、図１に示す単位素子の板状部材２を模式的に示す概略平面図である。図３には、後述する接続部１１も併せて示している。図４は、図２中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図５は、図２中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。なお、図１乃至図５は、駆動力が発生していない状態を示している。

説明の便宜上、図１乃至図５に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。基板１の面がＸＹ平面と平行となっている。Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。なお、以下に説明する材料等は例示であり、これに限定されるものではない。

本実施の形態による光学デバイスは、図４に示すように、基体を構成するシリコン基板１と、シリコン基板１に脚部３を介して支持された板状部材２と、被駆動体である光学素子としてのミラー４と、下部固定電極（第２の電極部）５と、板状部材２の上側に配置された梁部材１４とを有している。基体は、シリコン基板１のみならず、シリコン基板１上に形成された絶縁膜６、下部固定電極５及び平坦化膜２０も含んでおり、下部固定電極５は基体に設けられている。なお、本発明によるマイクロアクチュエータが駆動する被駆動体は、ミラー４に限定されるものではなく、例えば、回折光学素子、光学フィルタやフォトニック結晶などの他の光学素子でもよいし、光学素子以外の任意の部材であってもよい。

本実施の形態では、板状部材２は、Ｚ軸方向から見た平面視で四角形状をなしている。駆動力としての後述する静電力が付与されていない場合は、板状部材２の主平面は、図１乃至図５に示すように、ＸＹ平面と平行になっている。

板状部材２は、板状部材２の周辺部において互いに対向する２箇所である＋Ｘ側の一辺付近及び−Ｘ側の一辺付近で、一対の脚部３を介して、基板１に対して固定されている。したがって、本実施の形態では、板状部材２は両持ち梁となっている。板状部材２における＋Ｘ側の脚部３と−Ｘ側の脚部３との間の領域が、撓み変形可能な領域となっている。一対の脚部３は、基板１上の酸化シリコン膜等の絶縁膜６上に形成されたアルミニウム膜からなる配線パターン７（図４参照。図１及び図２では省略。）及び酸化シリコン膜等の平坦化膜２０（図４及び図５参照。図１及び図２では省略。）に設けられている

板状部材２は、薄膜で構成され、下側の絶縁膜としての窒化シリコン膜８、中間のアルミニウム膜９及び上側の窒化シリコン膜１０を積層した３層膜で構成されている。

本実施の形態では、脚部３は、板状部材２を構成する窒化シリコン膜８，１０及びアルミニウム膜９が基板１の配線パターン７に向かって屈曲して延びることによって構成されている。アルミニウム膜９は、脚部３において窒化シリコン膜８及び平坦化膜２０にそれぞれ形成された開口を介して配線パターン７に接続されている。

本実施の形態では、ミラー４は、薄膜で構成され、アルミニウム膜１２で構成されている。ミラー４は、Ｚ軸方向から見た平面視で四角形状をなしている。駆動力としての後述する静電力が付与されていない場合は、ミラー４の主平面は、図１乃至図５に示すように、ＸＹ平面と平行になっており、板状部材２の主平面と平行になっている。なお、図面には示していないが、ミラー４の剛性を高めるため、必要に応じて、その周囲には段差（立ち上がり部又は立ち下がり部）を形成して補強することが好ましい。

ミラー４は、接続部１１を介して、板状部材２の撓み変形可能な領域のうちの、板状部材２の中心（重心）から−Ｘ方向へ偏心した部位で機械的に接続されている。すなわち、ミラー４と板状部材２は、接続部１１を介して、部分的に（局所的に）接合されている。接続部１１は、ミラー４からそのまま延びたアルミニウム膜１２と、その下側のアルミニウム膜１３とから構成されている。

本実施の形態では、下部固定電極５は、板状部材２のＸ軸方向の中央付近において板状部材２のＹ軸方向の全体に渡って板状部材２と重なるように、アルミニウム膜によって形成されている。板状部材２を構成するアルミニウム膜９の、下部固定電極５と対向する領域が、下部固定電極５との間の電圧により固定電極５との間に静電力を生じ得る可動電極（第１の電極部）となっている。本実施の形態では、この可動電極は、後述する上部固定電極（第３の電極部）との間の電圧により上部固定電極との間に静電力を生じ得るようになっている。アルミニウム膜９の残りの領域は、可動電極を配線パターン７へ接続するための配線パターンとなっている。

梁部材１４は、薄膜で構成され、アルミニウム膜１５で構成されている。梁部材１４は、板状部材２のＸ軸方向の中央付近において板状部材２のＹ軸方向の全体に渡って板状部材２と重なり、かつ、板状部材２の上側に配置されて、下部固定電極５と共に板状部材２を挟むように、設けられている。梁部材１４を構成するアルミニウム膜１５の、板状部材２の前記可動電極と対向する領域が、前記可動電極との間の電圧により前記可動電極との間に静電力を生じ得る上部固定電極（第３の電極部）となっている。

梁部材１４は、＋Ｙ側端部付近及び−Ｙ側端部付近で、基板１から立ち上がる一対の脚部１６を介して、基板１に対して固定されている。これにより、梁部材１４は、基体に対して固定された部材となっている。脚部１６は、基板１上の絶縁膜６上に形成されたアルミニウム膜からなる配線パターン１８（図５参照。図１及び図２では省略。）上に設けられてり、梁部材１４から基板１に向かって屈曲して延びたアルミニウム膜１５と、その下側及び側部を覆うアルミニウム膜１７とから構成されている。アルミニウム膜１７は、脚部１６において平坦化膜２０に形成された開口を介して配線パターン１８に接続されている。

本実施の形態では、前述したように、ミラー４の板状部材２に対する固定部位が−Ｘ方向へ偏心しているとともに、下部固定電極５、前記可動電極及び前記上部固定電極が板状部材２のＸ軸方向の中央に配置されている。本実施の形態では、これにより、下部固定電極５、前記可動電極及び前記上部固定電極が、信号（本実施の形態では、下部固定電極５と可動電極との間の電圧及び可動電極と上部固定電極との間の電圧）に応じて、板状部材２の前記撓み変形可能な領域が撓み変形して、ミラー４の板状部材２に対する固定部位の傾きが第１の傾きと第２の傾きとの間で変化するように、所定の部分（本実施の形態では、板状部材２の一部）に駆動力（本実施の形態では、静電力）を付与し得る駆動力付与装置（駆動力付与手段）を、構成している。もっとも、本発明では、駆動力付与装置は、静電力以外の任意の駆動力を付与し得るように構成してもよい。例えば、駆動力付与装置として、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずる電流路を板状部材２に設けたり、圧電素子を設けて圧電素子による駆動力を利用したりしてもよい。後者の場合、例えば、板状部材２にＰＺＴ膜を複数の電極を介在させて積層させ、電極間に電圧を印加させてＰＺＴ膜を撓ませることができる。

ここで、本実施の形態による光学デバイスの動作（特に、単位素子の動作）について、図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図４を大幅に簡略化した断面図に相当している。

図６（ａ）は、下部固定電極５及び前記可動電極（板状部材２のアルミニウム膜９の、下部固定電極５及び上部固定電極と対向する領域）に電位−Ｖを印加するとともに、前記上部固定電極（梁部材１４のアルミニウム膜１５の、板状部材２のアルミニウム膜９と対向する領域）に電位＋Ｖを印加することで、下部固定電極５と前記可動電極との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させずに、前記可動電極と前記上部固定電極との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は梁部材１４に当接するまで変形して、その当接したところで静止している。すなわち、板状部材２の上面は梁部材１４により拘束されている。その結果、ミラー４が、ミラー４の接続部１１とは反対側の先端が基板１に近づく方向に変位(揺動)し、基板１に対して所定の角度（第1の角度）で傾いている。

図６（ｂ）は、前記可動電極及び前記上部固定電極に電位＋Ｖを印加するとともに、下部固定電極５に電位−Ｖを印加することで、前記可動電極と前記上部固定電極との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させずに、前記可動電極と下部固定電極５との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は基板１側に当接するまで変形して、その当接したところで静止している。すなわち、板状部材２の下面は基板１により拘束されている。その結果、ミラー４の接続部１１とは反対側の先端が基板１から離れる方向に（図６（ａ）の場合とは逆側に）変位(揺動)し、基所定の角度（第２の角度）で基板１に対して傾いている。

なお、本実施の形態では、電極間に直流電圧を印加する直流駆動を採用してもよいし、両電極に交流パルスを印加する交流駆動を採用してもよい。チャージアップ等の影響を避けるためには、交流駆動を採用することが好ましい。

ここで、本実施の形態による光学デバイスと比較される比較例による光学デバイスについて、図１２を参照して説明する。図１２は、例えば、特開２００７−３１２５５３に開示された構造であり、この比較例による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図６に対応している。この比較例が本実施の形態と構造上異なる所は、梁部材１４（ひいては、上部固定電極）が取り除かれている点のみである。

図１２（ａ）は、下部固定電極５及び前記可動電極に電位−Ｖを印加することで、下部固定電極５と前記可動電極との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させない状態を示している。この状態では、板状部材２は変形しておらず、平坦形状になっている。このため、ミラー４は、基板１に対して平行を維持している。

図１２（ｂ）は、前記可動電極に電位＋Ｖを印加するとともに、下部固定電極５に電位−Ｖを印加することで、前記可動電極と下部固定電極５との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加して、その間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は基板１側に当接するまで変形して、その当接したところで静止している。その結果、ミラー４が、基板１に対して傾いている。図１２（ｂ）に示す状態は、図６（ｂ）に示す状態と同じである。

この比較例では、駆動に際して、図１２（ｂ）に示す状態から図１２（ａ）に示す状態に切り換えると、板状部材２の変形可能な領域が上下に撓み変形して振動し、次第に撓み量が減衰する。即ち、板状部材２が他の部材に当接せずに自由に振動するので、図１２（ａ）に示す状態に戻るまでの静定時間が長くなる。

これに対し、本実施の形態では、図６（ｂ）に示す状態から図６（ａ）に示す状態に切り換えると、板状部材２が梁部材１４に瞬時に当接して押さえ付けられるので（拘束されるので）、図６（ａ）に示す状態に戻るまでの静定時間が短縮される。したがって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、駆動をより高速化することができる。

以上、本実施の形態による光学デバイスの単位素子について説明したが、前述した単位素子の構造のうちミラー４以外の構成要素によって、ミラー４を駆動するマイクロアクチュエータが構成されている。

本実施の形態による光学デバイスでは、図７に示すように、前述した図１乃至図５に示す単位素子が基板１上に２次元状に配置されている。これにより、本実施の形態による光学デバイスは、空間光変調器を構成している。なお、図７では、簡単のため、４×４個の単位素子をアレイ化したものとしたが、その数は幾つでも構わない。図７において、１つのミラー４は、１つの単位素子に対応しているが、簡単のため、各単位素子のミラー４以外の構成要素の図示は省略している。なお、単位素子の並べ方は、図７に示す例に限定されるものではなく、例えば、列毎または行毎に半ピッチづつずらすなどの並べ方を採用してもよい。また、単位素子を１次元状に並べてもよい。なお、図７では、２行目２列目のミラー４が図６（ｂ）に示す状態になっているとともに、他のミラー４は図６（ａ）に示す状態になっている。ただし、図７では、図面表記の便宜上、他のミラー４はあたかも基板１と平行となっているかのように記載している。

なお、本実施の形態による光学デバイスでは、図面には示していないが、各単位素子のミラー４の状態が制御信号に応じた状態となるように、各単位素子の電極間の電圧状態を決定する駆動回路が採用される。このような駆動回路としては、例えばＤＭＤ等と同様の駆動回路を採用することができる。あるいは、例えば、特開２００４−１８４５６４号公報に開示されているような駆動方式を採用してもよい。

ここで、本実施の形態による光学デバイスの製造方法の一例について、特に前記単位素子に着目して、図８乃至図１１を参照して説明する。図８乃至図１１は、各製造工程を示す断面図であり、図１１（ｂ）を除いて図４に対応している。図１１（ｂ）は図５に対応している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は同じ工程を示している。以下に説明する他の工程に関しても、必要に応じて図１１（ｂ）も参照されたい。

まず、シリコン基板上１に、酸化シリコン膜６を成膜する。次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム膜を、下部固定電極５及び配線パターン７，１８の形状にパターニングする（図８（ａ））。

次に、平坦化膜となるべき酸化シリコン膜２０を成膜する（図８（ｂ））。引き続いて、酸化シリコン膜２０をＣＭＰにより平坦化して平坦化膜とし、この平坦化膜２０において、脚部３，１６を形成すべき位置にコンタクトホール２０ａを、フォトリソグラフィにより形成する（図８（ｃ））。

引き続いて、スピン塗布によりフォトレジスト等の犠牲層２１を形成し、犠牲層２１において脚部３，１６を形成すべき位置に開口２１ａをフォトリソグラフィにより形成する（図９（ａ））。

その後、窒化シリコン膜８を成膜し、フォトリソエッチング法により、この膜８を板状部材２の形状にパターニングする。このとき、脚部３においてアルミニウム膜９が配線パターン７と電気的に接続されるように、窒化シリコン膜８には脚部３において開口を形成しておく。次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、このアルミニウム膜を、板状部材２のアルミニウム膜９の形状及び脚部１６のアルミニウム膜１７の形状にパターニングする。引き続いて、窒化シリコン膜１０を成膜し、フォトリソエッチング法により、この膜１０を板状部材２の形状にパターニングする（図９（ｂ））。

次に、フォトレジスト等の犠牲層２２を形成し、犠牲層２２において接続部１１，１６を形成すべき位置に開口２２ａをフォトリソグラフィにより形成する（図９（ｃ））。

次いで、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、このアルミニウム膜を、梁部材１４のアルミニウム膜１５の形状及び接続部１１のアルミニウム膜１３の形状にパターニングする（図１０（ａ））。

引き続いて、フォトレジスト等の犠牲層２３を形成し、犠牲層２３において脚部１６を形成すべき位置に開口２３ａをフォトリソグラフィにより形成する（図１０（ｂ））。

その後、アルミニウム膜を成膜し、フォトリソエッチング法により、このアルミニウム膜１２をミラー４の形状にパターニングする（図１１（ａ）（ｂ））。最後に、プラズマアッシング等により、犠牲層２１〜２３を除去する。これにより、本実施の形態による光学デバイスが完成する。

本実施の形態によれば、板状部材２が両持ち梁となっているので、前述した特許文献２に開示されたデバイスと同様に、トーションヒンジを用いる場合に比べて破損が生じ難くなり長寿命化を図ることができるとともに、固有振動数を高くすることができ、応答速度を速くすることができる。

そして、本実施の形態によれば、前述した特許文献２に開示されたデバイスと異なり、ミラー４は、板状部材２と全体的に一体化されるのではなく、接続部１１を介して、板状部材２の撓み変形可能な領域のうちの一部の部位に、局所的に機械的に接続されている。したがって、前述した図６に示すように、ミラー４自体を変形させずに、ミラー４の向きのみを変更することができる。

さらに、本実施の形態によれば、前述したように、図６（ｂ）に示す状態から図６（ａ）に示す状態に切り換える際に、図６（ａ）に示すように、板状部材２が梁部材１４に当接して押さえ付けられるので、静定時間が短縮されて駆動をより高速化することができる。

なお、本発明では、必ずしも前述した単位素子を基板１上に複数配置する必要はなく、前述した単位素子を基板１上に１つだけ配置してもよい。

［第２の実施の形態］

図１３は、本発明の第２の実施の形態による投影表示装置（投射型表示装置）を示す概略構成図である。

本発明による投影表示装置は、光源３１と、照明光学系３２と、空間光変調器３３と、吸光板３４と、投影光学系３５と、スクリーン３６と、制御部３７とを備えている。本実施の形態では、空間光変調器３３として、前述した第１の実施の形態による光学デバイスが用いられている。

光源３１から発せられた照明光は、照明光学系３２を通過した後、空間光変調器３３に照射される。空間光変調器３３の各単位素子はそれぞれそのミラー４が第１の角度（図６（ａ）に示す状態）あるいは第２の角度（図６（ｂ）に示す状態）を有しているとする。第１の角度では、入射光は第１の方向へ反射され、吸光板３４に到達し、その光は消滅する。第２の角度では、入射光は第２の方向へ反射され、投影光学系３５を通過した後、スクリーン３６上に投影される。制御部３７は、画像信号に従って空間光変調器３３に制御信号を送って空間光変調器３３を制御し、各単位素子のミラー４の角度を画像信号に応じて変更させる。この制御により、入力された画像信号が示す静止画像や動画像がスクリーン３６上に形成できる。

本実施の形態は、いわゆる白黒の表示装置の例であったが、カラー化も従来技術を流用することにより達成可能である。図示していないが、例えば、照明光学系３２の中に、あるいは照明光学系３２と空間光変調器３３との間に、カラーホイールを設置する、あるいは、光源３１を赤・青・緑の三色が時間分割制御できるようなものであるとし、空間光変調器３３と同期させることによりカラー化が達成可能である。

なお、本発明による光学デバイスを用いた投影表示装置は、本実施の形態のようなタイプの表示装置に限定されるものではなく、種々のタイプの投影表示装置に用いることができる。投影画像表示装置の構成例としては、空間光変調器として、液晶パネルやＤＭＤなどを用いたものが種々提案されている。ＤＭＤを用いた投影画像表示装置で使われる光学系については、本発明の光学デバイスによる空間光変調器がＤＭＤと同様のミラー角度を変更するミラーデバイスであるため、基本的に全く同等のものが使用できる。液晶パネルを用いた投影画像表示装置は、原理的に偏光した光線を用い、また、反射型だけでなく、透過型のものもある。このため、本発明による光学デバイスによる空間光変調器にこれらの光学系を適応させる場合は、それらの点に関して変更を伴えばよい。

なお、空間光変調器を用いた応用用途としては、投影画像表示装置などの映像用途や、後述する露光装置のみならず、前述した光学的情報処理装置や静電写真印刷装置、さらに、光通信に使われる光スイッチやSwitched Blazed Grating Device、印刷分野で使われるプレートセッターなど様々な用途があるが、本発明もこれらに適応できる。

［第３の実施の形態］

図１４は、本発明の第３の実施の形態による露光装置１００を示す概略構成図である。

本実施の形態による露光装置１００は、照明系４１、パターン生成装置４２、投影光学系ＰＬ、ステージ装置４３、反射ミラー４４及び制御系等を含んでいる。この露光装置１００は、パターン生成装置４２で生成されたパターンの像（パターン像）をステージ装置４３の一部を構成するステージＳＴに載置されたウエハＷ上に投影光学系ＰＬを用いて形成するものである。前記制御系は、マイクロコンピュータを含み、装置全体を統括的に制御する主制御装置４５を中心として構成されている。

照明系４１は、光源ユニット及び光源制御系を含む光源系、並びにコリメートレンズ、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッド型インテグレータあるいは回折素子など）、集光レンズ、視野絞り、リレーレンズ等を含む照明光学系等（いずれも不図示）を含んでいる。この照明系４１からは、照明光ＩＬが射出される。

光源ユニットとしては、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号パンフレット（対応米国特許第７，０２３，６１０号明細書）に開示されているように、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバレーザなどの固体レーザ光源、ファイバーアンプなどを有する光増幅部、及び波長変換部などを含み、波長１９３ｎｍのパルス光を出力する高調波発生装置が用いられている。なお、光源ユニットは、例えば波長４４０ｎｍの連続光又はパルス光を発生するレーザダイオードなどでも良い。

反射ミラー４４は、照明系４１から射出される照明光ＩＬをパターン生成装置４２の後述する可変成形マスクＶＭに向けて反射する。なお、この反射ミラー４４は、実際には、照明系４１内部の照明光学系の一部を構成するものであるが、ここでは、説明の便宜上から照明系４１の外部に取り出して示されている。

パターン生成装置４２は、可変成形マスクＶＭ及びミラー駆動系５１等を含んでいる。可変成形マスクＶＭは、前記投影光学系ＰＬの−Ｚ側で、かつ反射ミラー４４で反射された照明光ＩＬの光路上に配置されている。本実施の形態では、可変成形マスクＶＭとして、前述した第１の実施の形態による光学デバイスが用いられている。本実施の形態では、図６（ａ）に示す状態の場合に、当該単位素子のミラー４に照明光ＩＬが照射されると、照明光ＩＬはミラー４で反射して、投影光学系ＰＬに入射するとともに、図６（ｂ）に示す状態の場合に、当該単位素子のミラー４に照明光ＩＬが照射されると、当該単位素子のミラー４で反射された照明光は、投影光学系ＰＬには入射しないようになっている。ミラー駆動系５１は、主制御装置４５の指示の下で可変成形マスクＶＭを駆動するものであり、前述した第１の実施の形態で説明した外部制御回路に相当する回路を含んでいる。

ミラー駆動系５１は、不図示のインターフェースを介して不図示の上位装置からパターン像の形成に必要なデータのうちパターンの設計データ（例えば、ＣＡＤデータ）を取得する。そして、ミラー駆動系５１は、取得した設計データに基づいて、ウエハＷ上における露光対象の区画領域部分に可変成形マスクＶＭからの光が投影光学系ＰＬを介して照射され、ウエハＷ上における露光対象の区画領域部分以外の部分に可変成形マスクＶＭからの光が照射されないように、各単位素子を駆動する信号を生成し、可変成形マスクＶＭに供給する。これにより、パターン生成装置４２で、設計データに応じたパターンが生成される。なお、パターン生成装置４２で生成されるパターンは、ウエハＷの走査方向（ここでは、Ｘ軸方向）への移動に伴って変化する。

投影光学系ＰＬは、鏡筒の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子を有する。投影光学系ＰＬは、パターン生成装置４２で生成されたパターンを、被露光面上に配置されたウエハＷ上に投影倍率βで縮小投影する。

ステージ装置４３は、露光対象のウエハＷを投影光学系ＰＬに対してアライメントした状態でＸＹ面内で移動させるためのものであり、ステージＳＴと、該ステージＳＴの駆動を制御するステージ駆動系５２とを備えている。

ステージＳＴは、ステージ駆動系５２により駆動されてＸＹ面内及びＺ軸方向に３次元的に移動し、あるいは投影光学系ＰＬの像面に対して適宜傾斜することによって投影光学系ＰＬを介したパターン像に対してウエハＷをアライメント可能である。さらに、ステージＳＴは、ステージ駆動系５２により駆動されて走査方向に所望の速度で移動させることができる。

主制御装置４５は、照明系４１、パターン生成装置４２、ステージ装置４３等を適当なタイミングで動作させて、ウエハＷ上の適所にパターン生成装置４２で生成されたパターンの像を投影光学系ＰＬを介して投影する。このとき、主制御装置４５は、ステージ装置４３によるウエハＷの移動に同期して、ミラー駆動系５１に可変成形マスクＶＭを制御させる。

本発明の一実施の形態によるデバイス製造方法では、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、シリコン材料からウエハを形成する工程、上記の実施の形態の露光装置１００により可変成形マスクＶＭを介してウエハＷを露光し、現像する工程を含むリソグラフィ工程、エッチング等の回路パターンを形成する工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む加工工程）、及び検査工程等を経て製造される。なお、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置のみならず、他の種々のデバイスを製造するための露光装置にも適用することができる。

上記実施形態では光学素子としてミラーを採用しているが、これに限らず、レンズなどの他の光学素子を用いることも可能である。また、上記実施形態では、一対の可変成形マスクVM及び投影光学系ＰＬを設けたが、可変成形マスクＶＭと投影光学系ＰＬとを複数対設けても良いし、あるいは可変成形マスクＶＭと投影光学系ＰＬの数を互いに異ならせて設けても良い。さらに、上記の実施形態では、第１の実施形態にかかる光学デバイスを可変成形マスクＶＭとして用いたが、該光学デバイスは、被照射面を照明する照明装置において変形照明(modified illumination)を行う際の瞳強度分布を生成するための空間光変調器として用いることもできる。このような照明装置は、例えば、特開２００２−３５３１０５号公報や米国特許第６，７３７，６６２号公報に開示されている。

［第４の実施の形態］

図１５は、本発明の第４の実施の形態による光学デバイスの単位素子の板状部材２を模式的に示す概略平面図であり、図３に対応している。図１５において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による光学デバイスが前記第１の実施の形態による光学デバイスと異なる所は、前記第１の実施の形態では、板状部材２がその２辺付近のみで脚部３を介して基板１に対して固定されていたのに対し、本実施の形態では、板状部材２がその４辺付近で脚部３を介して基板１に対して固定されている点のみである。すなわち、板状部材２は、その外周部（Ｙ方向に延在する辺のみならず、Ｘ方向に延在する辺）が基板１に支持される。こうすることにより、板状部材２の撓む領域がその中央領域に限定されることになり、板状部材２の共振周波数が高くなるので、より高い駆動速度を得られる。本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

［第５の実施の形態］

図１６は、本発明の第５の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図であり、図１に対応している。図１７は、図１６に示す単位素子を模式的に示す概略平面図であり、図２に対応している。図１８は、図１７中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。図１９は、図１７中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。図２０は、図１７中のＥ−Ｅ’線に沿った概略断面図である。図１６乃至図２０は、使用前の状態（駆動力が発生していないとともに梁部材１４が使用中の位置に位置決めされる前の状態）を示している。図２１も図１７中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図、図２２も図２中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図、図２３も図２中のＥ−Ｅ’線に沿った概略断面図であるが、これらの図は、所定の使用中の状態（上向きの駆動力が発生しているとともに梁部材１４が使用中の位置に位置決めされた状態であり、後述する図２４（ａ）に示す状態と同じ状態。）を示している。図１６乃至図２３において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による光学デバイスは、梁部材１４が脚部１６を介して基板１に対して固定されて梁部材１４の位置が不変である前記第１の実施の形態に対し、梁部材１４のＺ軸方向の位置を、図１８乃至図２０に示す位置から図２１乃至図２３に示す位置に変更して、梁部材１４を図２１乃至図２３に示す位置に位置決めする位置決め機構が設けられている点で前記第１の実施の形態による光学デバイスと基本的に異なる。本実施の形態では、この位置決め機構によって、梁部材１４は、基板１に対する所定位置（図２１乃至図２３に示す位置）に他の位置（図１８乃至図２０に示す位置）から位置が変更される。それゆえ、梁部材１４は位置変更部材または位置決めされる被位置決め部材となる。

本実施の形態では、この位置決め機構は、梁部材１４の＋Ｙ側端部付近及び−Ｙ側端部付近をそれぞれ支持する２つの撓み可能な支持梁部材６２を有している。各支持梁部材６２は、Ｘ軸方向に延びるように薄膜で帯板状に構成され、下側の絶縁膜としての窒化シリコン膜６８、中間のアルミニウム膜６９及び上側の窒化シリコン膜７０を積層した３層膜で構成されている。

各支持梁部材６２は、＋Ｘ側端部付近及び−Ｘ側端部付近で、基板１上の酸化シリコン膜等の絶縁膜６上に形成されたアルミニウム膜からなる配線パターン７１（図２０及び図２３参照。図１６及び図１７では省略。）及び平坦化膜２０を介して基板１から立ち上がる一対の脚部６３を介して、基板１に対して固定されている。したがって、本実施の形態では、支持梁部材６２は両持ち梁となっている。

脚部６３は、支持梁部材６２を構成する窒化シリコン膜６８，７０及びアルミニウム膜６９が基板に１向かって屈曲して延びることによって形成されている。アルミニウム膜６９は、脚部６３において窒化シリコン膜６８及び平坦化膜２０にそれぞれ形成された開口を介して配線パターン７１に接続されている。

梁部材１４は、＋Ｙ側端部付近及び−Ｙ側端部付近で、脚部３に代わる接続部６１を介して、各支持梁部材６２に固定されている。接続部６１は、梁部材１４を構成するアルミニウム膜１５が基板1に向かって屈曲して延びることによって形成されている。アルミニウム膜１５は、接続部６１において窒化シリコン膜７０に形成された開口を介してアルミニウム膜６９に接続されている。したがって、梁部材１４のアルミニウム膜１５は、アルミニウム膜６９を介して配線パターン７１に接続されている。

下部固定電極５が、Ｘ軸方向に延ばされて各支持梁部材６２の下側に及んでいる。下部固定電極５における各支持梁部材６２の下側で各支持梁部材６２と対向する領域５ａが、梁部材１４のＺ軸方向の位置決めを行う静電力を発生するための一方の電極（第５の電極部）を画成する。各支持梁部材の６２を構成するアルミニウム膜６９の、下部固定電極５の各領域５ａと対向する領域が、当該位置決めを行う静電力を発生するための他方の電極（第４の電極部）を画成する。これらの電極間に比較的高い電圧を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させることで、図２３に示すように、支持梁部材６２の中央部が基板1に押し付けられるまで下方に撓む。すなわち、基板１側にプルインされる。本実施の形態では、このプルイン状態において、梁部材１４が、基板１と平行となっている板状部材２にちょうど接するＺ軸方向の位置に位置するように、設定されている。すなわち、梁部材１４の底面と板状部材２の上面が同じ高さ位置となる。このため、板状部材２は梁部材１４により拘束され、上方に撓むことができなくなる。この意味で、梁部材１４は拘束部材として機能する。本実施の形態では、使用中は、このプルイン状態が維持され、梁部材１４のＺ軸方向の位置は図２１乃至図２３に示す位置に位置決めされ続ける。なお、このようにプルイン状態を利用して梁部材１４のＺ軸方向の位置決めを行うことが好ましいが、プルイン状態を利用せずに、電極間の電圧を適当な電圧にしたときに、梁部材１４が、基板１と平行となっている板状部材２にちょうど接するＺ軸方向の位置に位置するように、設定することも可能である。

なお、本実施の形態では、支持梁部材６２は、前述したように両持ち梁とされているが、例えば片持ち梁としてもよい。また、本実施の形態では、前記位置決め機構として、静電力を用いる構成を採用したが、ローレンツ力を利用する位置決め装置や圧電素子を用いる位置決め装置を採用してもよい。例えば、支持梁部材６２を剛性の板とし、脚部６３に圧電素子を設けて脚部の長さを圧電素子に印加する電圧を変化させることで調整することができる。

図２４は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図２１を大幅に簡略化した断面図に相当している。本実施の形態では、前述したように使用中は、図２４（ａ）の状態及び図２４（ｂ）の状態のいずれにおいても、梁部材１４のＺ軸方向の位置は図２１乃至図２３に示す位置に位置決めされ続ける。

図２４（ａ）は、図６（ａ）と同じく、下部固定電極５及び前記可動電極（板状部材２のアルミニウム膜９の、下部固定電極５及び上部固定電極と対向する領域）に電位−Ｖを印加するとともに、前記上部固定電極（梁部材１４のアルミニウム膜１５の、板状部材２のアルミニウム膜９と対向する領域）に電位＋Ｖを印加することで、下部固定電極５と前記可動電極との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させずに、前記可動電極と前記上部固定電極との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させた状態を示している。この状態では、板状部材２は梁部材１４に当接し、その当接したところで静止している。本実施の形態では、前記第１の実施の形態と異なり、梁部材１４のＺ軸方向の位置が前述した位置に位置決めされているので、板状部材２が梁部材１４によりその上方から拘束される。この結果、板状部材２は基板に対して平行な姿勢を維持し、ミラー４が基板１に対して平行（第1の角度）となっている。

図２４（ｂ）に示すように（図６（ｂ）と同じく）、前記可動電極及び前記上部固定電極に電位＋Ｖを印加するとともに、下部固定電極５に電位−Ｖを印加する。このことで、前記可動電極と前記上部固定電極との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させずに、前記可動電極と下部固定電極５との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させる。この状態では、図２４（ｂ）に示すように、板状部材２は基板１側に当接するまで変形して、その当接したところで静止している。その結果、ミラー４が、図６（ｂ）と同じく、基板１に対して(第2の角度で)傾いている。この点で、基板１、特に基板に設けられた下部固定電極５は、板状部材２（あるいはミラー４）の拘束部材とみなすことができる。

前記第１の実施の形態では、梁部材１４が基板１に対して固定されていたので梁部材１４は、板状部材２からＺ軸方向に一定間隔を隔てて上方に位置されていた。もし、梁部材１４と板状部材２との間の隙間（犠牲層２２に相当する隙間）をなくし、すなわち、梁部材１４と板状部材２を同一高さ（Ｚ軸方向における同一位置）に配置できれば、ミラー４を水平位置（基板１と平行な位置）で固定することができる。しかし、第1の実施形態で用いたようなフォトリフォグラフィーによる製造プロセスでは、梁部材１４と板状部材２を同一高さ（Ｚ軸方向における同一位置）に、即ち、梁部材１４と板状部材２を隙間なく形成することは困難である。本実施の形態によれば、梁部材１４を板状部材２からＺ軸方向に一定間隔を隔てて上方に位置するように形成し、変形可能な支持梁部材６２を用いて梁部材１４を板状部材２と同一高さになるように変更しているので、図２４（ａ）に示すように、ミラー４を水平位置に固定することができる。それゆえ、製造プロセスも複雑化させること無く、梁部材１４と板状部材２を隙間なく配置させることが実現できる。また、この実施形態の光学デバイスは、特にミラー４を水平位置から傾斜位置へあるいはその逆に変化させたい用途に有効である。その他の点については、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

本実施の形態による光学デバイスも、前記第１の実施の形態による光学デバイスと同様に、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。図２５は、犠牲層２１〜２３を除去する直前の工程を示す断面図である。図２５（ａ）は図１８に対応し、図２５（ｂ）は図１９に対応し、図２５（ｃ）は図２０に対応している。

［第６の実施の形態］

図２６は、本発明の第６の実施の形態による光学デバイスの単位素子を模式的に示す概略斜視図であり、図１に対応している。図２７は、図２６に示す単位素子を模式的に示す概略平面図であり、図２に対応している。図２８は、図２７中のＦ−Ｆ’線に沿った概略断面図である。図２９は、図２７中のＧ−Ｇ’線に沿った概略断面図である。図２６乃至図２９において、図１乃至図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による光学デバイスは、板状部材２の上側に配置されていた梁部材１４が取り除かれ、その代わりに梁部材８１が設けられている点と、アルミニウム膜１３が、接続部１１において窒化シリコン膜１０に形成された開口を介してアルミニウム膜９に接続されている点で前記第１の実施の形態による光学デバイスと基本的に異なる。

梁部材８１は、板状部材２に固定された部材としての被駆動体であるミラー４の−Ｘ側の一辺付近で、ミラー４の下側に配置されている。梁部材８１は、薄膜で構成され、アルミニウム膜８３で構成されている。梁部材８１は、もう１つの固定電極（第３の電極部）となっている。梁部材８１は、＋Ｙ側端部付近及び−Ｙ側端部付近で、基板１上の絶縁膜６上に形成されたアルミニウム膜からなる配線パターン８５（図２９参照。図２６及び図２７では省略。）を介して基板１から立ち上がる脚部８２を介して、基板１に対して固定されている。これにより、梁部材８１は、基体に対して固定された部材となっている。脚部８２は、梁部材８１から基板1に向かって屈曲して延びたアルミニウム膜８３と、その下側と側部を覆うアルミニウム膜８４とから構成されている。アルミニウム膜８４は、脚部８２において平坦化膜２０に形成された開口を介して配線パターン８５に接続されている。ミラー４を構成するアルミニウム膜の、梁部材８１と対向する領域が、梁部材８１との間に静電力を生じ得る電極（第４の電極部）となっている。ミラー４の接続部１１は前述のようにアルミニウム膜１２及び１３から形成されており、板状部材２のアルミニウム膜１２と接続されているので、配線パターン７とも電気的に接続されている。

図３０は、本実施の形態による光学デバイスの各動作状態を模式的に示す図であり、図２８を大幅に簡略化した断面図に相当している。

図３０（ａ）に示すように、下部固定電極５、前記可動電極（板状部材２のアルミニウム膜９の、下部固定電極５と対向する領域）及びミラー４の一部がなす前記電極に電位−Ｖを印加するとともに、梁部材８１に電位＋Ｖを印加する。このことで、下部固定電極５と前記可動電極との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させずに、ミラー４の一部がなす前記電極と梁部材８１との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させる。この状態では、ミラー４の一部がなす前記電極が静電力により梁部材８１に吸引されるため、図３０（ａ）に示すように、板状部材２はミラー４が梁部材８１に当接するまで変形して、その当接したところで静止している。すなわち、ミラー４がその下方にて梁部材８１により水平に拘束されている。その結果、ミラー４が基板１に対して水平になっている。この点で、梁部材８１はミラー４（あるいは板状部材２）の拘束部材とみなすことができる。

図３０（ｂ）に示すように、前記可動電極、ミラー４の一部がなす前記電極及び梁部材８１に電位＋Ｖを印加するとともに、下部固定電極５に電位−Ｖを印加する。このことで、ミラー４の一部がなす前記電極と梁部材８１との間の電圧をゼロにしてその間に静電力を発生させずに、前記可動電極と下部固定電極５との間に比較的高い電圧（２×Ｖ）を印加してその間に比較的大きい静電力を発生させることができる。この状態では、板状部材２は基板１側に当接するまで変形して、その当接したところで静止している。その結果、ミラー４が、基板１に対して傾いている。この点で、基板１、特に基板に設けられた下部固定電極５は、板状部材２（あるいはミラー４）の拘束部材とみなすことができる。

この実施形態の光学デバイスは、第５実施形態の光学デバイスと同様に、ミラー４を水平位置から傾斜位置へあるいはその逆に変化させたい用途に有効である。また、ミラー４の下方空間に下部固定電極５を設置しているので、板状部材２の上部空間の自由度を増している。さらに、さらに、前記第１の実施の形態と同様の利点も得られる。

本実施の形態による光学デバイスも、前記第１の実施の形態による光学デバイスと同様に、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。図３１は、犠牲層２１〜２３を除去する直前の工程を示す断面図である。図３１（ａ）は図２８に対応し、図３１（ｂ）は図２９に対応している。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、前記第２又は第３の実施の形態による装置において、前記第１の実施の形態による光学デバイスに代えて、前記第４乃至第６のいずれかの実施の形態による光学デバイスを採用してもよい。光学デバイスを構成する部材の材料は、本発明を実施することができる任意の材料に変更することができる。

本明細書中に米国特許又は米国特許公開公報を記載したが、国際出願の指定国又は選択国の法令の許す範囲において、それら援用して本文の記載の一部とする。

本発明のマイクロアクチュエータ及びそれを有する光学デバイス並びに表示装置は、高速駆動が可能であり、光学素子自体を変形させずに向きのみ変更可能であるために、幅広い用途において、適用可能である。このため、本発明の光学デバイス用いた及び露光装置は、高機能デバイスを高スループットで製造するでき、それゆえ、本発明は、半導体産業を含む精密機器産業の国際的な発展に著しく貢献するであろう。

Claims (22)

1. 被駆動体と、
   前記被駆動体を駆動するためのマイクロアクチュエータであって、
   基体と、
   該基体に支持された撓み変形可能な板状部材と、
   前記被駆動体に駆動力を付与する駆動力付与装置とを備え、
   前記板状部材は、所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、
   前記板状部材の撓み変形可能な領域のうちの所定部位に前記被駆動体が接続され、
   前記駆動力付与装置は、前記板状部材の前記撓み変形可能な領域を撓み変形させて前記板状部材の前記所定部位の傾きが第１の傾きと第２の傾きとの間で変化させ、
   前記所定部位の傾きが前記第１の傾きであるときに、前記板状部材の一部又は前記板状部材に対して固定された部材の一部が、前記基体とは異なる部材に当接し、前記所定部位の傾きが前記第２の傾きであるときに、前記板状部材の一部又は前記板状部材に対して固定された部材の一部が、前記基体に当接し、前記基体とは異なる部材は、前記板状部材の前記基体とは反対側に設けられた梁部材であるマイクロアクチュエータとを備え、
   前記被駆動体が光学素子である光学デバイス。
2. 前記板状部材は、前記板状部材の周辺部における全周又はその一部に渡る所定箇所で前記基体に対して固定されて、前記板状部材における前記所定箇所以外の領域で撓み変形可能であり、前記所定箇所は、前記板状部材の前記周辺部において互いに対向する２箇所を含み、被駆動体が、前記板状部材の所定部位に局所的に機械的に接続され、前記基体とは異なる部材が基体に固定された部材または基体に対して変位可能に設けられた位置変更部材である請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記板状部材に対して固定された部材が前記被駆動体である請求項２に記載の光学デバイス。
4. 前記被駆動体が主平面を有し、前記板状部材の主平面と前記被駆動体の主平面とが略平行である請求項２記載の光学デバイス。
5. 前記板状部材の前記所定部位は、前記板状部材の重心から偏心した部位である請求項２又は４記載の光学デバイス。
6. 前記駆動力付与装置は、前記板状部材に設けられた第１の電極部と、前記第１の電極部の一方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第２の電極部と、前記第１の電極部の他方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第３の電極部と、を含み、
   前記第２の電極部は前記基体に設けられ、
   前記第３の電極部は、前記基体に対して固定された部材に設けられた請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
7. 前記所定部位の傾きが前記第１の傾きであるときに、前記板状部材の一部が、前記位置変更部材に当接し、
   前記駆動力付与装置は、前記板状部材に設けられた第１の電極部と、前記第１の電極部の一方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第２の電極部と、前記第１の電極部の他方側に配置され前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第３の電極部と、を含み、
   前記第２の電極部は前記基体に設けられ、
   前記第３の電極部は、前記位置変更部材に設けられ、
   前記位置変更部材を前記所定位置に前記他の位置から変更するために位置決めする位置決め機構を、更に備えた請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
8. 前記被駆動体が主平面を有し、前記所定部位の傾きが前記駆動力によって前記第１の傾きのときに、前記被駆動体の主平面が前記基体の主平面と実質的に平行となる請求項７記載の光学デバイス。
9. 前記位置決め機構は、前記基体に支持された撓み可能な部材と、該撓み可能な部材に設けられた第４の電極部と、前記基体に設けられ前記第４の電極部との間の電圧により前記第４の電極部との間に静電力を生じる第５の電極部と、を含む請求項７又は８記載の光学デバイス。
10. 前記駆動力付与装置は、前記板状部材に設けられた第１の電極部と、前記基体に設けられ前記第１の電極部との間の電圧により前記第１の電極部との間に静電力を生じる第２の電極部と、第３の電極部を含み、
    前記被駆動体は第４の電極部を有し、
    前記第３の電極部は、前記第４の電極部との間の電圧により前記第４の電極部との間に静電力を生じる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学デバイス。
11. 前記光学素子がミラーである請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学デバイス。
12. 前記マイクロアクチュエータ及び前記光学素子の組を複数備えた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学デバイス。
13. 基体と；
    該基体上に撓み変形可能に支持された可撓性板と；
    前記可撓性板に接続された光学素子と；
    前記可撓性板に設けられた第１電極と；
    前記基体に設けられた第２電極と；
    前記基板及び前記可撓性板とは異なる位置に設けられた第３電極と；
    前記光学素子又は前記可撓性板の変位を拘束する拘束部材とを備え、
    第１電極及び第２電極間に電圧が印加されると第１電極及び第２電極間に生じた静電力により前記可撓性板が基板に向かって撓んで且つ基板により拘束されて光学素子が第２の角度で配置し、第１電極及び第３電極間に電圧が印加されると第１電極及び第３電極間に生じた静電力により前記光学素子または前記可撓性板が拘束部材により拘束されて光学素子が第１の角度で配置し、前記拘束部材は前記可撓性板の基板とは反対側に設けられ、前記拘束部材に前記第３電極が設けられており、前記第１電極及び前記第２電極間に電圧が印加されたときの前記可撓性板の撓む方向と前記第１電極及び前記第３電極間に電圧が印加されたときの前記可撓性板の撓む方向とが逆である光学デバイス。
14. 前記拘束部材に接続され、前記拘束部材の前記可撓性板に対する位置を変更する機構を備える請求項１３に記載の光学デバイス。
15. 前記機構により前記拘束部材が前記可撓性板と接する位置に変位される請求項１４に記載の光学デバイス。
16. 第３電極が前記拘束部材に設けられており、第１電極及び第３電極間に電圧が印加されると第１電極及び第３電極間に生じた静電力により前記可撓性板が拘束部材により拘束されて光学素子が基板と平行に配置する請求項１４に記載の光学デバイス。
17. 第３電極が前記拘束部材に設けられており、第１電極及び第３電極間に電圧が印加されると第１電極及び第３電極間に生じた静電力により前記光学素子が前記拘束部材により拘束されて光学素子が基板と平行に配置する請求項１３に記載の光学デバイス。
18. 空間光変調器を備えた表示装置であって、前記空間光変調器が請求項１２、１３乃至１７のいずれか一項に記載の光学デバイスである表示装置。
19. 照明光を用いて、物体を露光する露光装置であって、
    前記照明光の光路上に配置される請求項１２または１３乃至１７のいずれか一項に記載の光学デバイスを備え、
    該光学デバイスを介した前記照明光を用いて前記物体を露光する露光装置。
20. 前記光学デバイスは、前記照明光の照射により所定のパターンを生成する請求項１９に記載の露光装置。
21. 前記物体を保持して移動する移動体を更に備え、
    前記光学デバイスの前記各マイクロアクチュエータの前記駆動力付与装置は、前記移動体の所定方向への移動に同期して制御される請求項１９又は２０記載の露光装置。
22. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程は、請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光し、露光された基板を現像した後に加工することを含むデバイス製造方法。

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