JPH05188308A - 空間光変調器とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、新規な構成の撓むことが出来る
はりを持つ空間光変調器及びその製法を提案することを
目的とする。 【構成】 基板に立設された上端解放の筒状支持柱に４
つの素子がクローバ状に丁番結合される。該各素子は基
板と素子との間に印加される電圧に応じて変形し、もっ
て入力光を変調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空間光変調器（光
弁）、更に具体的に云えば電子式にアドレスされる偏向
可能なはり（梁）を持つ空間光変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術及び問題点】空間光変調器（ＳＬＭ）は入
射光を電気入力又は光入力に対応する空間パターンで変
調する変換器である。入射光の位相、強度、偏光又は方
向を変調することが出来、この光の変調は、種々の電気
光学効果又は磁気光学効果を持ついろいろな材料によ
り、並びに表面の変形によって光を変調する材料によっ
て行なうことが出来る。ＳＬＭは光情報処理、投射表示
装置及び静電印刷の分野で多数の用途がある。３０ Ｉ
ＥＥＥトランスアクションズ・オン・エレクトロニック
・デバイセズ誌５３９頁（１９８３年）所載のＬ．ホー
ンベックの論文「１２８×１２８変形自在のミラー装
置」に引用された文献を参照されたい。

【０００３】大形の明るい電子表示装置に使われる周知
のＳＬＭはアイドホール（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）である。
これは能動的な光学素子として静電作用によって凹みの
出来る油膜を使う装置である。２０Ｊ．ＳＭＰＴＥ誌３
５１頁（１９５３年）所載のＥ．バウマンの論文「ザ・
フィッシャー・ラージ・スクリーン・プロジェクション
・システム（アイドフォア）」参照。この装置では、連
続的な油膜を変調された電子ビームでラスタ式に走査し
て、油膜上の分解可能な各々の画素区域に沈積電荷の空
間的に周期的な分布を作り出す。この電荷分布により、
油膜の面と一定の電位に保たれた支持する基板との間の
静電引力により、各々の画素の中に位相回折格子が出来
る。この引力により、膜面が沈積電荷量に比例する量だ
け変形する。変形した油膜をキセノン・アーク灯からの
空間的にコヒーレントな光で照射する。油膜上の変調さ
れた画素に入射した光が局部的な位相格子の回折によ
り、個別の一組の規則的な間隔の次数になり、これを光
学系の一部分により、交互に透明及び不透明なバーの周
期的な配列で構成されたシュリーレン・ストッパに入射
させる。シュリーレン・ストッパのバーの間隔は、光の
通過の効率が高くなる様に、ストッパ平面に於ける回折
信号の次数の間隔と合う様に選ぶ。ライト・バルブの変
調していない領域に入射した光は、シュリーレン・スト
ッパの不透明なバーにより、投影レンズに達しない様に
遮られる。この為、シュリーレン結像装置によって、ラ
イト・バルブの変調されていない区域から投影スクリー
ン上に形成された像は暗いが、変調された電子ビームに
よって導入された位相摂動は、シュリーレン投影器によ
り、スクリーンの所で明るい光のスポットに変換され
る。電子照射による油の重合及び陰極の有機蒸気による
汚染に伴う数多くの技術的な難点があるにもかかわら
ず、この形式の油膜装置は、スクリーンに何千ルーメン
もの合計の光を必要とする場合に、殆んど世界的に使わ
れている装置になる点まで、開発に成功している。然
し、こういう装置は高価で嵩張り、部品の寿命が短い。

【０００４】多数の非油膜形ＳＬＭも開発されていて、
偏向可能な素子を使う形式、偏光面回転形及び光散乱形
がある。これらの各形式のＳＬＭは、金属、弾性体又は
弾性体−光導電体から成る反射層の変形、強誘電体、Ｐ
ＬＺＴセラミック及び液晶の偏光及び散乱の様な種々の
効果を用いている。例えば、２９９ Ｐｒｏｃ．ＳＰＩ
Ｅ６８頁（１９８１年）所載のＲ．スプレーグ他の論文
「レーザ印刷用の直線的な内部全反射空間光変調器」及
び２９９ Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ７６頁（１９８２年）所
載のＲ．スプレーグ他の論文「レーザ印刷用の一体化し
た内部全反射（ＴＩＲ）空間光変調器」及び米国特許第
４，３８０，３７３号には、レーザ光を線状の証明に形
成して、光変調器の線形配列に通した後、光感知媒質に
結像する様にして、光感知面に非衝撃形に印刷する装置
が記載されている。この配列は、ニオブ酸リチウムの様
な電気光学結晶の全反射面にあてて配置した集積駆動素
子の上に作った電極及び駆動回路を持つ内部全反射空間
光変調器として構成されている。夫々２つの電極の間の
フリンジ電界によって発生された屈折率の局部的な変化
をシュリーレン読出光学系を用いて読出す。この光学系
がＴＩＲ界面を光感知媒質に結像する。これは１次元の
像であり、光感知媒質を線形配列の像の下でドラム上で
回転させて、印刷用の２次元の像（例えば１頁の本文）
を発生する。然し、ＳＬＭ（ライト・バルブ）は、その
混成形の性格の為に、製造上の問題の影響を非常に受け
易い。フリンジ電界の強さ、従って変調された画素によ
って回折される光の量は、１／１０ミクロン未満の、ア
ドレス電極と電気光学結晶面との間の空隙の厚さの変化
によって左右される。この為、ごく小さい粒子が結晶と
電極構造の間に捕捉されても、光感知面に於ける照明の
非一様性の問題を招く惧れがある。ライト・バルブの変
調区域及び非変調区域の間の境界にある画素に対する装
置の光学応答も、アドレス方式の性格の為に、変調領域
の中心近くにある画素に対する応答よりも目立って低
い。この技術に基づくプリンタはこれまで市場に登場し
ていない。

【０００５】Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ Ｓｙｍｐ．２５０（１
９８２年４月号）所載のＭ．リトル他の論文「ＣＣＤア
ドレス形液晶ライト・バルブ」には、シリコン・チップ
の前側にＣＣＤ区域アレーを持つと共に、チップの裏側
に液晶アレーを持つＳＬＭが記載されている。アナログ
電荷データの完全なフレームが導入されるまで、ＣＣＤ
に電荷が入力される。その後、この電荷をチップの裏側
に放出し、そこで電荷が液晶を変調する。この装置は、
前側から裏側への転送によって電荷が拡がる為に、著し
い一定のパターン雑音と分解能の劣化にわずらわされ
る。

【０００６】１次元及び２次元の両方の配列に作ること
の出来る別の形式のＳＬＭが変形可能なミラー（反射
鏡）である。変形可能なミラーは３種類に分けることが
出来る。即ち、弾性体、隔膜及び片持ちばりである。弾
性体方式では、メタライズした弾性体を空間的に変化す
る電圧によってアドレスすると、この電圧が弾性体の圧
縮を通じて表面の変形を生ずる。１００又は２００ボル
ト程度のアドレス電圧を必要とする為、弾性体は高密度
シリコン・アドレス回路と集積化する為の良好な候補で
はない。全般的には、２４ ＩＥＥＥトランスアクショ
ンズ・オン・エレクトロニック・デバイセズ誌９３０頁
（１９７７年）所載のＡ．ラカトス及びＲ．ベルゲンの
論文「無定形Ｓｅ形ＲＵＴＩＣＯＮライト・バルブを用
いたＴＶ投影表示装置」を参照されたい。

【０００７】隔膜形の変形可能なミラーは種々の形式が
ある。１つの形式は、前に述べたアイドフォール装置の
油膜に代るものである。この装置では、支持格子構造に
より、陰極線管（ＣＲＴ）のフェースプレートに薄い反
射膜を取付ける。アドレス動作は、アイドフォールと同
じく、ラスタ走査の電子ビームによって行なう。ＣＲＴ
の硝子のフェースプレートの上に電子ビームによって沈
積された電荷が、一定電圧に保たれた膜を静電式にひき
つける。この引力により、膜が格子構造によって形成さ
れた井戸の中にたるみ、こうして変調された各々の画素
の場所でごく小さい球面鏡を形成する。この形式の変調
された画素から回折された光が、鏡面反射ビームの周り
に回転対称である比較的細い円錐に集中される。この
為、この形式のライト・バルブは、シュリーレン・スト
ッパと共に使われる。このシュリーレン・ストッパは、
ライト・バルブの変調されていない区域からの鏡面反射
の後、光学系によって形成された光源の像を遮る様に位
置ぎめされ且つそういう寸法の、１個の中心の遮蔽部で
構成される。変調された画素は、シュリーレン・ストッ
パの平面に光の円形パッチを生じ、これが中心の遮蔽部
より大きいが、それを中心としている。ストッパ効率、
即ち変調された画素のエネルギの内、シュリーレン・ス
トッパに遮られない部分は、変形可能な膜に基づく投影
器では、油膜アイドフォール投影器よりも一般的に幾分
低い。更に、この様な膜の変形し得るミラー装置は少な
くとも２つの大きな問題がある。比較的剛性の反射膜を
アドレスするのに高い電圧が必要であり、電子ビームの
ラスタと画素支持格子構造との間に僅かな整合外れがあ
ると、アドレスの問題を招く。この整合外れは、像のぼ
やけ並びに表示の明るさの非一様性の原因になる。

【０００８】別の形式の膜形の変形し得るミラーが、３
０ ＩＥＥＥトランスアクションズ・オン・エレクトロ
ニック・デバイセズ誌５３９頁（１９８３年）所載の
Ｌ．ホーンベックの論文及び米国特許第４，４４１，７
９１号に記載されているが、シリコン・アドレス回路に
結合されたメタライズした重合体ミラーの配列で構成さ
れる混成集積回路である。下側にあるアナログ・アドレ
ス回路がミラー素子から空隙によって隔てられていて、
静電引力により、選ばれた画素でミラーの配列を変位さ
せる。この結果生ずる２次元の変位パターンが反射光に
対して対応する位相変調パターンを生ずる。このパター
ンはシュリーレン投影方法によってアナログの強度の変
化に変換することは出来るし、或いは光情報処理装置に
対する入力変換器として使うことが出来る。然し、膜形
の変形し得るミラーは、ごく小さい、ミクロン寸法の粒
子が膜と下側の支持構造の間に捕捉された時に起る様な
欠陥の影響を受け易いという製造上の問題がある。膜が
この様な捕捉された粒子の上のテントを形成し、このテ
ントの横方向の範囲は粒子自体の寸法よりもずっと大き
く、こういうテントがシュリーレン結像装置によって明
るいスポットとして結像される。

【０００９】片持ちばりの変形し得るミラーは、変形可
能な片持ちばりの微小機械的な配列であり、何等かのア
ドレス手段によって静電式に個別に変形させて、入射光
を線形パターン又は面積パターンで変調することが出来
る。適当な投影光学系と共に使われた時、片持ちばりの
変形し得るミラーは、表示、光情報処理及び電子写真印
刷に用いることが出来る。真空蒸着によって硝子の上に
作られた金属の片持ちばりを用いた初期のものが、米国
特許第３，６００，７９８号に記載されている。この装
置は、装置が一体化していない構造であることにより、
前側及び後側の硝子基板の整合を含めた製造上の問題が
ある。

【００１０】片持ちばりの変形し得るミラー装置が、２
２ ＩＥＥＥトランスアクションズ・オン・エレクトロ
ニック・デバイセズ誌７６５頁（１９７５年）所載の
Ｒ．トーマス他の論文「ザ・ミラー・マトリクス・チュ
ーブ：ア・ノーベル・ライト・バルブ・フォ・プロジェ
クション・ディスプレイ」と米国特許第３，８８６，３
１０号及び同第３，８９６，３３８号に記載されてい
る。この装置は次の様にして作られる。サファイヤの基
板の上のシリコンの上に熱作用による２酸化シリコン層
を成長させる。この酸化物は、中心で結合された４つの
片持ちばりのクローバの葉形の配列のパターンにする。
酸化物にアンダカットが出来るまで、シリコンを等方性
に湿式エッチし、各々の画素の中に、中心のシリコン支
持柱によって支持された４つの酸化物の片持ちばりを残
す。次に、反射率を持たせる為、クローバの葉形の配列
をアルミニウムでメタライズする。サファイヤの基板の
上にデポジットされたアルミニウムが基準格子電極であ
り、これは直流バイアスに保つ。装置をアドレスするに
は、走査形電子ビームを用いる。この電子ビームがクロ
ーバの葉形のはりの上に電荷パターンをデポジットし、
静電引力によって、はりを基準格子に向って変形させ
る。消去は、密な間隔の外部格子に負のバイアスを加
え、エネルギの小さい電子で装置を溢れさせることによ
って行なわる。シュリーレン投影器を使って、はりの変
形を投影スクリーンに於ける明るさの変化に変換する。
この装置の重要な特徴は、クローバの葉形と云う形状
が、はりの間の開口から４５°回転した方向にはりを撓
ませることである。この為、簡単な断面を持つシュリー
レン・ストッパを使って、固定の回折背景信号を遮って
も、変調された回折信号を減衰させることがない。この
装置は１吋あたり５００個の画素という画素密度で製造
され、はりは４°まで撓ませることが出来る。光学系は
１５０ワットのキセノン・アーク灯、反射シュリーレン
光学系、及び５の利得を持つ２．５×３．５フィートの
スクリーンを用いた。３５フィート・ルーメンのスクリ
ーンの明るさ、１５対１のコントラスト比、及び４８％
のはり回折効率で、テレビジョンの走査線４００本の解
像度が実証された。１／３０秒未満の書込み時間が達成
され、消去時間は書込み時間の１／１０という短さであ
った。然し、この装置は、走査誤差による解像度の低
下、製造の歩留まりの悪さ、及び普通の投影形陰極線管
に較べて利点がないことを含めて問題がある。即ち、走
査毎の位置ぎめの精度が、個々の画素の書込みの再現性
が得られる程高くない。この結果、解像度が低下するこ
とにより、同等程度に書込まれた発光体に較べて、同じ
解像度を保つには、画素の数を少くとも４倍に増加する
ことが必要になる。更に、クローバの葉形の支持柱に対
するエッチ・ストッパがないこと、はりの湿式エッチン
グによってはりの破損が起ること、並びに酸化物のはり
上で応力ゼロの状態で通常引張り応力のかかったアルミ
ニウムを蒸着する必要があることの為、装置の歩留まり
が制限される。更に、この装置は、普通の投影形ＣＲＴ
に較べて、明白なコスト又は性能の利点がない。

【００１１】アドレス回路と共にシリコンの上に集積化
され、この為、前に説明した片持ちばり装置の高電圧回
路を用いた電子ビーム・アドレス及び真空外被を必要と
しない片持ちばりの変形し得るミラーが、３１アプライ
ド・フィジックス・レターズ誌５２１頁（１９７７年）
所載のＫ．ピーターセンの論文「シリコンの上に作られ
た微小機械的な光変調器配列」及び米国特許第４，２２
９，７３２号に記載されている。この内の最初の文献
は、飛込板形の片持ちばりの１６×１の配列が記載され
ており、これは次の様にして作る。ｐ＋基板（又は埋込
み層）の上に厚さ約１２ミクロンの＜１００＞の向きの
シリコン（ｐ形又はｎ形）のエピタキシャル層を成長さ
せる。このエピタキシャル層を約０．５ミクロンの厚さ
に酸化して、厚さ約５００ÅのＣｒ−Ａｕ被膜で覆う。
Ｃｒ−Ａｕをエッチングによって除いて、接点パッド及
びアドレス線を形成し、飛込板形のメタライズ部分を構
成する。第２のマスク工程で、酸化物をメタライズ部分
の周りでくし形パターンでエッチングによって除く。最
後に、シリコン自体を１２０℃でエチレンジアミン及び
カテコールの溶液でエッチする。結晶軸に対するマスク
の正しい向きが保たれていれば、金属でコートされた酸
化物の飛込板がエッチによってアンダカットされ、シリ
コンから解放される。このエッチは異方性であるから、
くし形パターンの矩形包絡線を限定する＜１１１＞面に
よって、それ以上の横方向のエッチングが停止される。
更に、エッチヤントがｐ＋材料によって抑制され、この
為飛込板の下の井戸の深さがエピタキシャル層の厚さに
よって限定される。基板と飛込板形のメタライズ部分の
間に直流電圧を印加すると、薄い酸化物の飛込板がエッ
チされた井戸に向って下向きに静電作用によって撓む。
長さ１０６ミクロン及び幅２５ミクロンの飛込板は、閾
値電圧が約６６ボルトであった。

【００１２】２番目に引用した文献、即ち米国特許第
４，２２９，７３２号には、飛込板装置（メタライズし
た２酸化シリコンの片持ちばりの下に井戸を形成する為
のエッチ・ストッパとしての埋込みｐ＋形層）と同様に
製造されるが、異なる構成を持つ装置が記載されてい
る。即ち、片持ちばりは、１つの隅で丁番結合された四
角なフラップの形をしている。フラップは、飛込板のよ
うに１次元の１列ではなく、２次元の配列を形成し、フ
ラップの下の井戸は接続されておらず、フラップに対す
るアドレス線は、行及び列のフラップの間でシリコンの
上面の上に形成することが出来る。勿論、フラップを隅
で丁番結合することは、米国特許第３，８８６，３１０
号及び同第３，８９６，３３８号のクローバの葉形の構
造からきたものであるが、完全なクローバの葉形の構造
を使うことが出来ない。これは、そうすると、クローバ
の葉形のフラップがシリコン表面から隔離された中心の
柱に丁番結合される為に、表面のアドレス線が出来ない
からである。更に、こういう装置は、密度の制約と小さ
な分数の活性区域の為に、解像度が不良で効率が低く、
製造の歩留まりが低く、アドレス回路の回折効果によっ
てコントラスト比が低下し、酸化物のフラップの充電効
果の為に残留像があるという問題がある。更に具体的に
云うと、アドレス回路が活性区域（フラップ）の周りに
押込められる。これは、ｐ＋形エッチ・ストッパまでエ
ピタキシャル層をエッチングによって除くことによっ
て、井戸が形成される為に、活性区域の下にアドレス回
路を配置する選択がとれないからである。この為、活性
区域が実質的に縮小しそれと共に回折効率が下がる。こ
れは、スクリーンの同じ明るさには、より多くの灯の電
力が必要であることを意味する。アドレス回路が余分の
面積を必要とする為、画素の寸法がフラップの面積より
大幅に増加し、その結果、達成し得る解像度が低下す
る。井戸を形成するのに必要な湿式エッチングは、電気
的にも機械的にも歩留まりが低くなることに通ずる。実
際、チップにダイス切りした後の様な湿式の清浄化がフ
ラップ及び飛込板を破壊する。これは、回転−洗滌／乾
燥サイクルの間、はりの下に捕捉された水が、表面から
回転してとび出す時に、はりを壊すからである。この代
りに、水を表面から蒸発させると、その後に残る表面の
残渣が、表面の漏れ電流を増加し、それが装置の変わり
易い動作を招く。更に、シリコン表面にあるアドレス回
路が入射光にさらされて変調され、トランジスタ・ゲー
トからの不所望の回折効果を生ずると共にコントラスト
比を下げる。更に、アドレス構造に漏れる光が光によっ
て発生された電荷を生じ、蓄積時間を短くする。最後
に、酸化物／金属のフラップは絶縁側が井戸を向いてお
り、井戸の前後に存在する強い電界の為に充電される。
これが残留（「バーンイン」）像を生ずる。この残留像
の問題を除く為に必要な交流駆動は、説明されているＮ
ＭＯＳ駆動回路から供給することが出来ない。更に、最
大の安定な撓みを通越してフラップを撓ませると、フラ
ップが壊れ、井戸の底に付着する。この為、崩壊電圧よ
り高い電圧は絶対に避けなければならない。

【００１３】変形の片持ちばり方式が２４ＩＢＭジャー
ナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント誌
６３１頁（１９８０年）所載のＫ．ピータセンの論文
「シリコン捩れ走査ミラー」及び４ ＩＥＥＥエレクト
ロニック・デバイセズ・レターズ誌３頁（１９８３年）
所載のＭ．キャドマン他の論文「薄い金属膜を用いた新
しい微小機械的な表示装置」に記載されている。この方
式は、向い合った２つの隅で周囲の反射面に接続された
金属フラップを形成し、この接続部によって形成された
軸線に沿ってフラップを捩らせることによって動作す
る。フラップはその下にあるアドレス用の基板とモノリ
シックに形成されておらず、前に述べた変形し得る膜装
置と同様に、基板に対して接着されている。

【００１４】上に引用した片持ちばりを記載した全ての
文献は、片持ちばり装置と共にシュリーレン投影光学系
を使うことを述べている。然し、こういう装置は達成し
得る光学的な性能の点で制約がある。第１に、結像レン
ズの開口直径が、信号エネルギだけを通過させるのに必
要な値よりも大きくしなければならない。この為、シュ
リーレン・ストッパの中心の遮蔽部の前後の全ての信号
エネルギを通過させる為に、レンズの速度を比較的高く
しなければならない（或いはこれと同等であるが、その
ｆナンバーを相対的に小さくしなければならない）。更
に、この作像形式では、信号がレンズの瞳の外側部分を
通過する。ＳＬＭ上の任意の所定の点から出て、結像レ
ンズの瞳の一番外側の区域を通過する光線は、どんな結
像レンズの光学的な設計でも、十分に補正された焦点に
持って来るのが最も困難な光線である。外側の光線を良
好に制御すれば、結像レンズの中心を通る光線は自動的
によく補正される。従って、結像レンズについては、一
層高いレベルの光学的な設計の複雑さが要求される。第
２に、片持ちばりのＳＬＭの軸外画素の十分に補正され
た像を結像レンズが形成し得る様な画角も制限されてい
る。どんなレンズの設計作業も、レンズの速度と良好な
像の品質でカバーし得る画角との間の兼合いである。高
速レンズは小さな視野にわたって作用する傾向があり、
広角レンズは比較的遅い傾向がある。シュリーレン結像
装置はその開口全体にわたって十分に補正されていなけ
ればならないし、この開口の直径が像を形成する光を通
過させるのに必要な値よりも大きいので、信号が遮蔽さ
れていない直径の一層小さいレンズの中心を通過する様
に異なる結像形式を工夫することが出来た場合よりも、
レンズによってカバーし得る画角は一層小さい。最後
に、所定の有限の速度を持つ結像レンズで、シュリーレ
ン・ストッパ形式を使うと、利用し得る光源の規模も制
限される。これによって撓ませた画素の像の所で、投影
スクリーン又は受光体に送出すことの出来る放射束密度
のレベルが制限される。この放射束密度のレベル、即
ち、単位面積あたりの送出されるエネルギは、光源のラ
ジアンス、光学系の透過率及び像を形成する光線の円錐
の立体角の積に関係する。光源のラジアンスは使う特定
の灯のみによって決定される。光学系の透過率は特定の
ＳＬＭ／シュリーレン・ストッパ形式のストッパ効率と
表面透過損失とに関係する。然し、像を構成する光の円
錐の立体角は、信号エネルギで充たされた結像レンズの
瞳の面積に正比例する。結像レンズの瞳の中心区域を遮
蔽するシュリーレン・ストッパを使うと、利用し得る瞳
の面積が制限され、この為、所定の速度のレンズ並びに
所定のラジアンスの光源で達成し得る像平面の放射束密
度のレベルが制限される。これが、利用し得る最大の光
の円錐が、はりの撓み角に等しい開口角を持つという放
射束密度の基本的な制約の他にある。

【００１５】この為、公知の片持ちばりのＳＬＭは、画
素の分数活性区域をアドレス回路が制限すること、処理
工程によって歩留まりが低くなること、はりの膜の応力
に影響されること、はりの絶縁体の帯電効果、はりの崩
壊に対する過電圧の保護がないこと、コストの安い光学
系の設計と性能とが両立しないこと、及び面に対する非
平面状のアドレス回路の為の低いコントラスト比を含め
た問題がある。

【００１６】

【問題点を解決する為の手段及び作用】この発明は撓む
ことが出来るはり及び電子式アドレス方式を持つ空間光
変調器と、大体最後の工程としてはりを処理用スペーサ
から解放するその製法に関する。これによって、処理の
際、はりが破損するという公知の方法の問題が解決され
る。好ましい実施例は、スペーサのプラズマ・エッチに
よってはりを解放する。このプラズマ・エッチは、基板
をチップにダイス切りする後に行なうことが出来、各々
のチップがＳＬＭと柱上のはりとを形成する。別の好ま
しい実施例もスペーサをプラズマ・エッチするが、途中
までしか行なわず、こうしてスペーサをＳＬＭの構造要
素として使うことが出来る様にする。こういう方法によ
り、基板アドレス方式を取入れたＳＬＭ構造が出来る様
になり、公知の方法の回折及び詰込みの問題が解決され
る。

【００１７】

【実施例】この発明の撓むことが出来るはりを用いた空
間光変調器（ＳＬＭ）は、典型的には画素の線形又は面
積配列で形成される。各々の画素は個別にアドレス可能
であって、撓むことが出来る反射片持ちばりを持ってい
る。画素はモノリシックのシリコンをベースとしたチッ
プの形に組合される。この発明の製法では、チップはシ
リコン・ウエーハを処理し、ウエーハをチップにダイス
切りした後、個々のチップを処理することによって製造
される。チップの寸法は用途に応じて変わる。例えば、
２４００×１の画素の線形配列（これは１吋あたりドッ
ト３００個のプリンタの部品にすることが出来る）を約
１３００×２５０ミルのチップに作ることが出来、画素
は約１２ミクロン平方である。ＳＬＭは画素が光を反射
することによって動作し、反射光は撓むことが出来るは
りの撓みを変えることによって変調される。以下の説明
は主にＳＬＭの個々の画素に関するものであるが、図面
は見易くする為に略図で示してある。

【００１８】この発明の第１の好ましい実施例の方法に
よって製造された撓むことが出来るはりを用いた空間光
変調器の第１の好ましい実施例の１個の画素が図１Ａに
簡略斜視図で示されており、図１Ｂに側面断面図で示さ
れており、図１Ｃに平面図で示されている。画素は全体
を２０で示してあるが、基本的には浅い井戸を覆うフラ
ップであって、基板２２、スペーサ２４、反射層２６及
び層２６内に形成されたフラップ２８を含む。フラップ
２８がプラズマ・エッチ・アクセス孔３０を持ってい
る。画素２０の典型的な寸法は次の通りである。フラッ
プ２８は１辺が１２乃至２５ミクロンの四角であり、ス
ペーサ２４は厚さが１乃至２．５ミクロンであり（この
為フラップ２８の底面から基板２２までの距離は１乃至
２．５ミクロンである）、層２６は厚さが０．１２ミク
ロン（１２００Å）であり、孔３０は２ミクロン平方で
あり、プラズマ・エッチ・アクセスすき間３２は２ミク
ロン幅である。

【００１９】基板２２は５乃至１０オームcmの比抵抗を
持つ＜１００＞配向のシリコンである。スペーサ２４は
絶縁体であるポジのフォトレジストである。層２６は４
％の銅と合金化したアルミニウムである。この合金の熱
膨張係数はスペーサ２４と大幅には違っておらず、これ
によって後で説明する様に、層２６の上に層２４をデポ
ジッションすることによって生ずる層２４，２６の間の
応力が最小になる。

【００２０】層２６及び基板２２の間に電圧を印加する
ことにより、画素２０を作動する。フラップ２８及び基
板２２の露出面が空隙キャパシタの２つの極板を形成
し、電圧によって２つの極板に誘起された反対の電荷
が、フラップ２８を基板２２に引きつける静電力を加え
る。この引力によってフラップ２８は丁番区域３４で曲
がり、基板２２に向って撓む。図２はこの撓みを誇張し
て示すと共に、一番小さなすき間の領域に電荷が集中す
ることを示している。２０乃至２５ボルトの範囲内の電
圧では、撓みは１°乃至２°の範囲内である（撓みが１
°の場合、２０ミクロンの寸法のフラップでは、丁番３
４から一番遠いフラップ２８の隅は約０．５ミクロン垂
直に移動する）。この撓みが電圧の著しい非直線関数で
あることに注意されたい。これは、丁番３４の曲げによ
って発生される復元力は撓みの大体直線関数であるが、
静電引力が、フラップ２８の一番近い隅と基板２２の間
の距離の逆数の対数に従って増加する為である（静電容
量が距離の減少と共に増加し、この為誘起される電荷が
量が増加すると共に一層接近することに注意された
い）。図３は電圧に対する撓みの依存性を示す。フラッ
プ２８が不安定になって、すっかり曲がって基板２２と
接触する電圧が崩壊電圧と呼ばれる。崩壊電圧より若干
小さい電圧では、撓みは大体電圧の直線関数（図３の点
線参照）であり、これがアナログ動作領域である。

【００２１】フラップ２８と基板２２の間に電圧を印加
すること（云い換えれば、画素２０をアドレスするこ
と）を、片持ちばりの空間光変調器の他の画素を考えた
時に起る回路の複雑性に関係なく例示したので、画素２
０は極めて簡単である。回路は後で述べる他の好ましい
実施例について説明する。ここでは、最初に画素２０の
製造方法について説明する。

【００２２】画素２０の製造工程は次の通りである。
(1) 最初に５乃至１０オームcmの比抵抗を持つ＜１００
＞配向のシリコン基板を用いる（典型的には基板は直径
３吋の円形ウエーハの形をしている）。(2) 層を約２ミ
クロンの厚さにする場合、クロロベンゼンに不溶性のポ
ジのフォトレジスト層（例えばノンバラック樹脂をベー
スとしたレジスト）を回転付着する。この回転付着は、
厚手の回転付着層で発生する表面の波を避ける為に３段
階に分けて行なうべきである。即ち、約０．７ミクロン
のレジストを回転付着し、焼成し、別の０．７ミクロン
のレジストを回転付着し、再び焼成し、最後の０．７ミ
クロンのレジストを回転付着し、最後に焼成する。(3)
温度の不整合と、その為に金属層とレジスト層の間に起
る応力を最小限に抑える為に、室温に近い温度で、４％
の銅と合金化した０．１２ミクロンのアルミニウム層を
スパッタリングによってデポジットする。(4) ポジのフ
ォトレジストを適用し、写真製版によってそのパターン
を定めて、プラズマ・エッチ・アクセス孔及びすき間を
限定する。(5) 露出したアルミニウム合金をプラズマ・
エッチし（例えば塩素−３塩化硼素−４塩化シリコンの
エッチ・ガスを使うことが出来る）、プラズマ・エッチ
・アクセス孔及びすき間を形成する。(6) この後の工程
の間の保護層として作用するＰＭＭＡ（ポリメチルメタ
クリレート）層を回転付着する。(7) 基板をチップにダ
イス切りする（各チップがＳＬＭになる）。(8) クロロ
ベンゼンを吹付けることによってＰＭＭＡを溶解し、直
ちに遠心分離によって、ダイス切りの破片を除去する。
ポジのレジストがＰＭＭＡ現像剤に溶解しないことに注
意されたい。(9) チップの等方性プラズマ・エッチを行
なって、フラップの下からスペーサ（ポジのフォトレジ
スト）を除去し、こうして井戸を形成する。このエッチ
によってフラップの頂部にあるレジスト層も除去され、
チップの処理が完了する。ダイス切り作業の間も保護Ｐ
ＭＭＡの清浄化の間も、フラップがダイス切りの破片に
直接的に露出しないことに注意されたい。工程９の便利
なプラズマ・エッチは酸素を基本とする。酸素がＰＭＭ
Ａ及びフォトレジストを急速にエッチかるが、シリコン
もアルミニウムもエッチしない。スペーサは約１２０℃
で軟化するので、このプラズマ・エッチは低温にしなけ
ればならない。

【００２３】勿論、工程９のプラズマ・エッチは、監視
又は調時しなければならない。これは、フラップと基板
の間のスペーサの部分を越えてまでスペーサを除去し続
けると、最終的には反射層に対する支持体が除去され、
隣りの画素に入り込むからである。これがフラップにプ
ラズマ・エッチ・アクセス孔を設ける理由である。図４
Ａ乃至図４Ｄに示す様に、スペーサの除去は向きに対す
る依存性がなく、フラップ２８をアンダカットするのと
同じ速度で層２６をアンダカットする。図４Ａはエッチ
の初期段階を示す。左側部分は平面図であり、アンダカ
ットの水平方向の範囲を破線で示してある。右側部分は
側面断面図であり（断面は丁番を通るフラップの対角線
に沿っている）、プラズマ・エッチ・アクセス孔３０の
効果を示している。図４Ｂ及び図４Ｃは相次ぐ段階を示
し、図４Ｄはエッチの完了した時を示す。図４Ｃから明
らかな様に、孔３０は浅い井戸、即ち薄いスペーサ２４
に対して最も効果がある。

【００２４】プラズマ・エッチ工程９の精密な監視は次
の様に行なうことが出来る。チップの隅（１つ又は複
数）にある各々のエッチ制御構造は図５に示すパターン
にする。その頂部を平面図、その底部を側面断面図で示
してある。層２６の残りの部分から隔離された層２６の
矩形部分３６はくり抜きばりと呼ばれ、数列形の増加す
る幅を持つ。スペーサのプラズマ・エッチによる除去の
際、チップの制御用の隅を明視野の顕微鏡の下で周期的
に観察する。図６はプラズマ・エッチが進行する時のく
り抜きばりがとる一連の位置を示している。明視野の顕
微鏡の下で観察した時、くり抜きばり３６が最初は明る
く見え、くり抜きばり３６の両側からのプラズマ・エッ
チによるアンダカットが出合うまで、引続いて明るく見
える。出合う時、くり抜きばり３６はスペーサ２４から
解放され、十分な角度だけ傾く。この時はり３６が暗く
見える。プラズマ・エッチを続けると、はり３６を支持
する三日月形のスペーサ２４が除去され、はり３６は中
間調を経由してから再び明るくなる。時間の関数として
エッチ制御構造を検査することにより、アンダカットの
程度並びに速度を精密に決定することが出来る。一旦は
り３６が傾くと、はり３６を支持する三日月形のスペー
サ２４のエッチングは片側だけから行なわれるので、は
りはもはや有用な情報を持たない。従って、はり３６を
再び明るく見える状態に持って来るのに要する余分の時
間は、ＳＬＭチップのフラップに対するアンダカット速
度を表わさない。くり抜きばりの臨界的な幅（スペーサ
が丁度フラップの下から全面的に離れる様にする様なは
りの傾きにする幅。図４Ｄ参照）は経験的に決定され
る。プラズマ・エッチのアンダカット速度が露出したス
ペーサ材料の面積に関係するので、簡単な形状で決まら
ない。プラズマ・エッチの進行度を監視する便宜の為、
この臨界的な幅の前後の或る分布した幅を持つはりが選
ばれる。

【００２５】同じ処理を使うが、形の異なるフラップ２
８を持つ画素２０を形成することも出来る。図７は種々
の代案の平面図である。勿論、プラズマ・エッチ・アク
セス孔の数はフラップ又は飛込板の寸法及びその下の井
戸の深さに関係する。フラップは主に丁番結合の点で曲
がるが、飛込板ははり全体に沿って曲がる。フラップは
略一定の角度で曲がるので、同等の寸法の飛込板よりも
回折効率が一層大きい。フラップの丁番は隅にあっても
よいし、或いは側面に沿っていてもよい。フラップの隅
の丁番は、フラップの周縁を限定するプラズマ・エッチ
・アクセスすき間に対して４５°のシュリーレン・スト
ッパ又は４５°の暗視野弁別を用いて、撓んだフラップ
のコントラストのよい投影像を発生することが出来る。
この弁別方式では、フラップの周縁の開口（プラズマ・
エッチ・アクセスすき間）からの全ての軸上回折光を遮
るが、フラップの４５°の撓みからの軸外光を通過させ
る様な光学的なストッパを設計する。プラズマ・エッチ
・アクセス孔が殆んど等方性をもって光を回折するの
で、この光の幾分かがシュリーレン・ストッパの周りを
通る。然し、各々の孔が回折するのは、各々の画素に入
射する全部の光エネルギの小さな一部分にすぎず、この
エネルギの小さな端数しかストッパを通過しないので、
この結果起る劣化は無視し得る。

【００２６】図７に示した代案の内の２つに示す様に、
丁番領域を延長することにより、フラップの撓み感度を
高めることが出来る。

【００２７】略同じ方法により、種々の変形の画素２０
を製造することが出来る。例えば図８Ａは、導電基板４
２、絶縁性又は導電性の何れであってもよいスペーサ４
４、誘電体層４６及び金属反射層４８を含む画素４０の
側面断面図てある。フラップ５０が、層２６のフラップ
２０と同様に、層４６，４８に形成され、プラズマ・エ
ッチ・アクセス孔５２及び丁番５４を持っている。唯一
の拘束は、基板４２又は誘電体４６をエッチしないプラ
ズマにより、スペーサ４４をエッチすることが出来なけ
ればならないことである。スペーサ４４をプラズマ・エ
ッチによって除去してフラップ５０の下に井戸を形成し
た後に、金属４８をデポジットすることが出来るが、こ
うすると、図８Ａに示す様に、井戸の底に金属のデポジ
ット５６が残る。然し、金属のデポジット５６は差支え
がなく、最後の処理工程として金属４８をデポジッショ
ンすることにより、非常にきれいな応力のない面が保証
される。これは純粋なアルミニウムを使うことが出来る
様にし、従って非常に高い反射率が得られる。金属４８
をエッチせずに、スペーサ４４をエッチすることが出来
れば、スペーサ４４を除去する前に、誘電体４６及び金
属４８の両方をデポジットしてパターンを定めることが
出来る。こうすると、金属のデポジット５６が避けられ
る。更に、スペーサ４４を除去するのに使ったプラズマ
・エッチによって基板４２がエッチされる場合、スペー
サ層４４を形成する前に、基板４２の上にエッチ・スト
ッパ層を形成し、同じ処理工程を使うことが出来る。こ
のエッチ・ストッパ層は絶縁性であってよい。例えば、
エッチ・ストッパ層及び誘電体層４６は両方共２酸化シ
リコンであってよく、スペーサ４４はポリシリコンであ
ってよい。

【００２８】画素４０の複合フラップ（金属が誘電体の
上にある）は、井戸に存在する強い電界の為、誘電体と
空気の界面で充電作用が起る。この充電作用を避ける
為、交流搬送波にアドレス信号をのせることにより、井
戸の前後の電界を周期的に逆転しなければならない。こ
の方法は画素の線形配列に対しては目立った欠点はない
が、各々の画素の場所に能動性スイッチング素子を持つ
画素の面積配列では、交流アドレス方式はかなりの複雑
化になり、この様な金属／誘電体の複合フラップは避け
るべきである。飛込板の場合、並びに基板４２の上に絶
縁性の絶縁性のエッチ・ストッパ層を使う場合にも、同
じ考慮が必要である。

【００２９】画素２０及び４０では、はっきりと述べな
かったが、基板が導電性であってＳＬＭの全ての画素に
対して共通である為、信号（アドレス）ははり（フラッ
プ又は飛込板）に印加することを必要とする。各々のは
りが、層２６，４８のパターンを定めることによって形
成された電極に接続される。このパターンを定めること
は、プラズマ・エッチ・アクセス孔及びすき間を形成す
る為に層２６，４８のパターンを定めるのと同じ工程で
行なうことが出来る。接続電極を持つ２，３の隣接する
画素の平面図を示した図９を参照されたい。勿論、これ
は、スペーサを除去するプラズマ・エッチの際、電極も
アンダカットされることを意味する。はりの下に井戸を
形成するプラズマ・エッチの後に、層２６，４８のパタ
ーンを定めることによって電極が形成される場合、はり
の破損により歩留まりの著しい低下が予想される。然
し、画素４０について前に述べた様に、プラズマ・エッ
チ・アクセス孔及びすき間と電極の両方に対して誘電体
層４６のパターンを定め、井戸を形成する為のスペーサ
４４のプラズマ・エッチによる除去を行ない、その後で
金属４８をデポジットすることが出来る。プラズマ・エ
ッチの際の誘電体のアンダカット作用の為、デポジット
した金属は短絡電極を形成せず、その代りに図８Ｂに示
す様に、電極の間の基板上にデポジットを残す。この様
なはりのアドレス方式は、画素の線形配列を持つＳＬＭ
に対しては実現可能であるが、面積配列を持つＳＬＭで
は、ＳＬＭの面積の内、電極に割当てられる分が多過ぎ
て、画素に割当てられる分が少なすぎるので、使うこと
が出来ない。更に、電極の間のすき間（図９参照）が
（全体を画素に集束することの出来ない）入射光を回折
し、こういうすき間の直線寸法が大きいことと合せて、
光学系のレンズのフレアの為、シュリーレン・ストッパ
でも、この回折光が、ＳＬＭ出力の固定パターンの雑音
として現われるのを完全に防ぐことが出来ない。

【００３０】第２の好ましい実施例の画素６０が図１０
Ａに側面断面図で示されており、はりの基板によるアド
レス作用を行なう。即ち、画素の配列内にあるはりは全
部電気的に相互接続されていて、信号電極がフラップの
下の井戸の底にある。これは、図９について説明した電
極のすき間が原因の回折を除くことが出来る。画素６０
がシリコン基板６２、絶縁層６４、電極層６６、スペー
サ６８及び反射層７０を持ち、この反射層の中にフラッ
プ７２がプラズマ・エッチ・アクセス孔７４及び丁番７
６と共に形成されている。絶縁層６４は基板６２の上に
成長させた２酸化シリコンであってよい。電極層はＬＰ
ＣＶＤによってデポジットしたポリシリコンのパターン
を定めたものであってよい。スペーサは回転付着による
ポジのフォトレジストであってよい。反射層は４％の銅
と合金化したアルミニウムにして、スペーサ層６８の上
にスパッタリングによってデポジットすることが出来
る。画素６０の製造工程（図１１Ａ乃至図１１Ｄに示
す）は画素２０と同様であって、次の通りである。＜１
００＞配向の基板の上に厚さ約２０００Åの熱酸化物層
を成長させる。ポリシリコンを３０００Åの厚さにデポ
ジットし、面積抵抗率が約５０オーム／スクエアになる
様に燐でドープする。電極パターンを用いてポリシリコ
ンをプラズマ・エッチする。次にポジのフォトレジスト
を３回の適用に分けて回転付着して焼成し、合計の厚さ
を約２．４ミクロンにする。非常に厚手の１層を回転付
着する時に起り得るレジストの表面の波を避ける為に、
この厚さを作り上げる為にレジストを３回に分けて適用
する。前の層がレジスト溶媒に溶解するのを防止する為
に、毎回の適用の間に約１８０℃に焼成することが必要
である。最後の層の後も、スペーサから過剰の溶媒を駆
逐する為に１８０℃の焼成が必要である。この最後の焼
成は、はりのパターンの写真製版の為のフォトレジスト
を焼成する際、はりの金属の下に溶媒の泡が形成するの
を避ける。その後、約１２００Åの４％Ｃｕ：Ａｌ合金
を出来るだけ室温に近い基板温度で、スパッタリングに
よってデポジットする。一般的に、有機（物質）のスペ
ーサはアルミニウムよりも膨張係数が大きいので、ウエ
ーハがスパッタリング温度から冷却する時、はりの金属
が圧縮状態になり、その枢着点ではりの座屈を招くこと
がある。（この熱によって誘起された外来の圧縮は、デ
ポジッション過程自体から生ずる固有の圧縮とは別にあ
るものであることに注意されたい。）スペーサ材料とし
ては、ポジのレジストの方が、アルミニウムに一層近い
膨張係数を持つので、ＰＭＭＡよりも好ましい。銅−ア
ルミニウム合金を選んだのは、写真製版用の焼成の際の
隆起部が形成されることに対する抵抗力と、はりの長期
間の動作後の疲労のし易さが小さい為である。ポジのレ
ジストをはりの金属の上に回転付着し、はりのパターン
内で現像する。はりの金属をプラズマ・エッチ（アルミ
ニウムをエッチする為の塩素に再結合剤を加えたもの）
して、プラズマ・エッチ・アクセス孔及びすき間を形成
する。はりの金属を限定し且つパターンを定める為のレ
ジストをウエーハの上に残す。厚さ約１．５ミクロンの
ＰＭＭＡの保護層を回転付着し、ダイヤモンドのこを用
いてチップをダイス切りする。各々のチップをスピナー
にのせ、スピナーを低い回転速度（１００ｒｐｍ）から
高い回転速度（８０００ｒｐｍ）まで周期的にパルス駆
動する間、表面にＰＭＭＡ溶媒を溢れさせる。このパル
ス動作は、ダイス切りの破片の除去が改善されるという
利点があり、このサイクルの低い回転速度部分の間、Ｐ
ＭＭＡ層が軟化する。その後、回転速度を突然に高い回
転速度に高めると、軟化層及び埋込まれたダイス切り破
片が強い遠心力によって投げとばされる。全部のＰＭＭ
Ａが除去されるまで、この回転サイクルを繰返すことに
より、プラズマ・エッチ・アクセス孔及びすき間に挟ま
って、近辺のプラズマ・エッチ速度に影響を与える惧れ
のあるダイス切り破片のない表面が保証される。チップ
は平面形プラズマ・エッチ装置の温度制御した陰極上で
酸素中でプラズマ・エッチする。温度は６０乃至１００
℃の範囲内に制御する。１００℃より上では、スペーサ
が軟化して応力除去をすることがあり、冷却した時、は
りの金属が圧縮状態になる。６０℃より低くなると、ア
ンダカット速度が著しく低下する。エネルギ密度及び圧
力は、アンダカット時間を最短にする為に、スペーサの
等方性エッチングが得られる様に選ぶ。はりをアンダカ
ットする初期段階の間、上に重なるポジのレジスト層を
エッチングによって除く。この結果、はりの機械的な破
損がなく、はりの金属に張力がかかった、きれいなアン
ダカットされたチップが得られる。

【００３１】画素６０の動作は画素２０と同様である
が、信号が井戸の底にある電極６６に印加され、フラッ
プ７２及び基板６２は両方共アースするか或いは直流バ
イアスする。この場合も、フラップ７２及び電極６６に
よって形成された空隙キャパシタの極板に誘起される電
荷が、静電力を加え、それがフラップ７２を撓ませると
共に、丁番７６の曲げによって発生された復元力がそれ
に対抗する。

【００３２】画素６０の変形は多数あって、直ぐに容易
に考えられるが、次のものがある。 (a) はりの形状は図７に示す様に、フラップ又は飛込
板であってよい。勿論、プラズマ・エッチ・アクセス孔
（ある場合）の数と場所は、はりの寸法、井戸の深さ、
及びはりをアンダカットしてもよい許容公差に関係す
る。 (b) はりは絶縁体の上の金属から成る複合体（例えば
画素４０とその関連した説明参照）であってもよいし或
いは耐火物の上のアルミニウムの様な２種類の金属の複
合体（アルミニウムは反射率の為、耐火物は降伏応力を
高くする為）であってもよい。耐火金属のパターンを定
め、プラズマ・エッチを行なった後にアルミニウムをデ
ポジットすることが出来ることに注意されたい。これは
井戸の底にアルミニウムがデポジットされること（図８
とその説明参照）があっても差支えなく、アルミニウム
のパターンが生ずるのを避け、それによって、フォトレ
ジストの焼成中に起り得る隆起の成長又はその他の応力
除去効果が避けられるからである。 (c) スペーサ６８はＰＭＭＡの様な回転付着する任意
の絶縁体であってよい。スペーサ６８は、電極６６にポ
リシリコンを用い、隔離の為、並びに電極６６と同じ高
さにする為に、電極の間に酸化物を熱成長（ＬＯＣＯＳ
又はＳＷＡＭＩ方式で十分である）場合に得られる様
に、アドレス電極６６が平面状である場合、窒化シリコ
ンの様な同形にデポジットとした絶縁体であってもよ
い。 (d) 電極６６はｐ形シリコンである基板６２内のｎ＋
形拡散部であってよい。電極を隔離する為に接合は逆バ
イアスする。絶縁体層６４は、絶縁スペーサ６８を使う
場合は省略することが出来る。 (e) スペーサ６８と反射層７０の間（(b) の絶縁体の
上の金属から成る複合はり又は画素４０の場合の様に）
又はスペーサ６８と電極６６の間に絶縁層が形成される
場合、スペーサ６８はポリシリコンの様な導体であって
よい。例えば、(d) の拡散形電極では、スペーサ６８の
デポジッションの前に、平面化用の酸化物７８（ＬＯＣ
ＯＳプロセス）を形成することが出来る。図１０Ｂ参
照。 (f) 電極６６のスイッチングの為のトランジスタは、
導電スペーサ６８の下に種々の方法で形成することが出
来る。例えば、図１０Ｂに示す様に、電極６６は図面の
左側に破線で示す様に、２つの部分に分けて形成し、電
界効果トランジスタのドレイン及びソースを形成して、
酸化物７８がゲート酸化物となり、スペーサ６８がゲー
トを含む様にすることが出来る。

【００３３】上に述べた多くの変形は、画素２０及び４
０にもそのままあてはまる。

【００３４】全体を参照数字８０で示す第３の好ましい
実施例の画素が図１２Ａ及び図１２Ｂの側面断面図及び
平面図に示されている。画素８０が基板８２、絶縁層８
４、電極８６、スペーサ８８、及びフラップ９２と丁番
９４をその中に形成した反射層９０を含む。電極８６が
図１２Ｂに破線で示されており、フラップ９２の内、丁
番９４から一番遠い部分の下に３角形の孔を持ってい
る。電極８６内のこの孔は、不安定性及び崩壊が起る前
に、フラップ９２がより大きく撓むことが出来る様にす
る。これは、引力を加える誘起された電荷が、この時フ
ラップ９２の中心に一層近い所にあり、この為力が、丁
番から最も遠い隅の電荷の場合よりも、撓みの関数とし
て変化するのがそれ程急速でなくなるからである。Ｋ．
ピーターセンが開発した飛込板形のはりのモデル（２５
ＩＥＥＥトランスアクションズ・オン・エレクトロニ
ック・デバイセズ誌１２４１頁（１９７８年）所載の論
文「ダイナミック・マイクロメカニックス・オン・シリ
コン：テクニクズ・アンド・デバイセズ」）は、一様な
荷重では、最大の安定な撓みは、はりの長さに関係な
く、井戸の深さ（スペーサの厚さ）の約４４％であると
述べられている。この為はりの自由端の下に孔を持つ電
極を使用を使うことにより、このモデルを使う場合のは
りの実効長は、はりの長さの端数にすぎず、この実効長
の末端は井戸の深さの４４％まで安定に撓むことが出来
る。この意味する所は、はりの末端が一層大きく撓むと
いうことである。

【００３５】第４の好ましい実施例の画素１００が図１
３Ａ及び図１３Ｂに夫々断面図及び平面図で示されてい
る。画素１００は基板１０２、絶縁層１０４、電極１０
６、スペーサ１０８及び反射層１１０を持ち、電極１０
６には図１３Ｂに破線で示す３角形の孔が設けられてお
り、反射層１１０の中には、プラズマ・エッチ・アクセ
ス孔１１４及び捩れ丁番１１６を持つ捩れフラップ１１
２が形成されている。画素１００は画素８０を作るのと
同様なプロセス工程によって製造される。２つの捩れ丁
番１１６を通る軸線に沿ってフラップ１１２を捩ること
により、画素１００が動作する。捩れトルクは電極１０
６に印加した信号によって生ずる。これが、電極１０６
に孔がある為、図１３Ａで見てフラップ１１２の左側部
分だけを引きつける。図１３Ａが捩れ軸線に沿って見た
図であり、この捩れが反時計廻りであることに注意され
たい。捩れ丁番のコンプライアンスは、捩れ丁番１１６
の長さと幅の比及び反射層１１０の厚さを変えることに
よって、調節することが出来る。

【００３６】画素１００が、フラップ１１２の周縁を限
定するプラズマ・エッチ・アクセスすき間に対して４５
°の角度で撓み、前に述べた様にこれによって画素１０
０と同様な画素で構成されたＳＬＭからの反射光の光学
的な処理の際、４５°のシュリーレン・ストッパ又は４
５°の暗視野弁別を使うことが出来る。単にフラップ１
１２が反射層１１０の上下に撓み、この為同じ寸法のフ
ラップよりも安定な撓み角が一層大きい為に、画素１０
０は曲げ形丁番のはりよりも、一層効率のよい回折作用
をする。前に述べた様に、最大の安定な撓みが、フラッ
プの隅が電極にどの位近づくかによって決定され、これ
が画素８０について説明した飛込板のモデルでは、井戸
の深さの４４％である。最後に、画素１００はフラップ
１１２の両端が取付けられており、この為、捩れ軸線の
周りの回転は、反射層１１０内の応力勾配又は圧縮によ
って影響されない。この為、画素１００は、１個の丁番
しか持たない片持ちばりの画素の場合よりも、層１１０
の一層広い範囲のデポジッション条件の下で動作し得
る。

【００３７】撓むことが出来るはりのＳＬＭに対する第
５の好ましい実施例の１個の画素が、図１４Ａに切欠き
斜視図で、図１４Ｂに断面図で、そして図１４Ｃに平面
図で示されている。この画素を全体的に１２０で示す
が、これは基本的に基板の上で中心柱に丁番結合された
４つのフラップから成るクローバの葉で構成されている
が、基板１２２、絶縁層１２４、フィールド・プレート
１２６、フラップ１２８、支持柱１３０及びフラップ・
アドレス拡散部１３２を持っている。支持柱１３０は円
柱形であって、隅の丁番１３４によって４つのフラップ
１２８を対称的に支持する。（図１４Ｃ参照）。画素１
２０の曲型的な寸法は次の通りである。フラップ１２８
は１辺の長さが１２乃至２５ミクロンの四角であり、フ
ラップの間のすき間は約１ミクロン幅であり、支持柱１
３０の直径は１乃至２ミクロンで、高さが１乃至２．５
ミクロンである。フラップ１２８の厚さは約０．１２ミ
クロン（１２００Å）であり、絶縁層１２４の厚さは
０．１５ミクロン（１５００Å）であり、フィールド・
プレート１２６の厚さは約０．１ミクロン（１０００
Å）である。

【００３８】基板１２２は＜１００＞配向のシリコン
で、比抵抗は５乃至１０オームcmである。フラップ１２
８及び支持柱１３０は、４％の銅と合金化した１個のア
ルミニウムである。この合金が、金属のデポジッション
及び処理の間、応力除去としてアルミニウムの隆起の成
長を最小限に抑えるが、それでも比較的高い反射率を持
っている。絶縁層１２４は２酸化シリコンであり、フィ
ールド・プレート１２６はアルミニウムである。

【００３９】フラップ１２８及びフィールド・プレート
１２６の間に電圧を印加することによって、画素１２０
が動作する。フラップ１２８及びフィールド・プレート
１２６は空隙キャパシタの２つの極板を形成し、電圧に
よって２つの極板に誘起された反対の電荷が、フラップ
１２８をフィールド・プレート１２６に引きつける静電
力を加える。この力が丁番１３４の所でフラップ１２８
を曲げ、フラップを基板１２２の方に撓ませる。図１５
はこの撓みを誇張して示す図であり、それと共に一番小
さなすき間の領域に集中する電荷を示している。２０乃
至２５ボルトの範囲内の電圧では、撓みは１乃至２°の
範囲内である。（１°の撓みでは、２０ミクロンの寸法
のフラップでは、丁番１３４から一番遠いフラップ１２
８の隅の垂直方向の移動は、約０．５ミクロンであ
る。）丁番１３４の曲げによって発生される復元トルク
が撓みの大体線形関数であるが、静電力によって加わる
トルクは、フィールド・プレート１２６と、丁番１３４
から一番遠いフラップ１２８の隅、即ち、フィールド・
プレート１２６に一番近い隅の間の距離の対数に近似的
に従って増加する為、この撓みが電圧に対して非常に比
直線性の強い関数であることに注意されたい。図１６は
印加電圧に対する撓みの依存性を示している。フラップ
１２８が不安定になって、すっかり曲がってフィールド
・プレート１２６に接触する時の電圧を崩壊電圧と呼
ぶ。崩壊電圧より若干小さい電圧では、撓みが近似的に
電圧の線形関数（図１６の点線参照）であり、これが画
素１２０のアナログ動作領域である。

【００４０】画素１２０の製造工程が図１７Ａ乃至第１
７Ｆ図に示されており、次の通りである。(1) 最初の比
抵抗が５乃至１０オームcm＜１００＞配向のシリコン基
板を用いる。（典型的には基板は直径３吋の円形ウエー
ハの形をしている。）(2) 拡散線１３２、絶縁層１２４
及びフィールド・プレート１２６を標準的な打込み、デ
ポジッション及び写真製版方法によって形成する。(3)
ポジのフォトレジストの様に平面化用スペーサ１４０を
１乃至２．５ミクロンの厚さに回転付着する。（これが
フラップ２８からフィールド・プレート２６までの距離
になる。）孔１４２をあける様にそのパターンを定め
る。(4) ４％の銅とアルミニウムの合金を０．１２ミク
ロンの厚さに、スペーサの上にスパッタリングによって
デポジットする。(5) フォトレジスト１４４を適用し、
写真製版によってそのパターンを定めて、フラップ１２
８の間のすき間並びにその周縁を限定する。(6) 露出し
たアルミニウムを（例えば塩素、３塩化硼素及び４塩化
シリコンの混合物の中で）プラズマ・エッチして、フラ
ップ１２８の間のすき間及びその周縁を形成する。(7)
この後の工程の間に保護層として作用するポリメチル・
メタクリレート（ＰＭＭＡ）の層１４６を回転付着す
る。(8) 基板をチップにダイス切りする。（各チップが
ＳＬＭになる。）(9) クロロベンゼンを吹付けることに
よってＰＭＭＡを溶解し、直ちに遠心作用によって、ダ
イス切り破片１４８を除去する。ポジのフォトレジスト
がクロロベンゼンに溶解しないことに注意されたい。(1
0)チップを（酸素中で）プラズマ・エッチして、スペー
サ１４０を含めてポジのフォトレジストを除去し、こう
して画素を形成する。

【００４１】支持柱１３０上の隣接するフラップ１２８
の間のすき間の幅と長さ（並びに柱１３０の直径と、フ
ラップ１２８及び柱１３０を形成する金属の厚さ）が、
丁番１３４の剛性を決定する。この為、画素１２０の感
度を調節することが出来る。フィールド・プレートが全
ての画素に対して共通電圧であって、隔離を必要としな
い為、図１４Ｃ及び図１７に破線で示す様に、画素１２
０を配列に密に詰込むことが出来る。

【００４２】支持柱１３０が、アルミニウムがシリコン
面をぬらすことにより、（拡散部１３２で）基板１２２
にしっかりと接着する。然し、この他の画素の形状も容
易に考えられ、支持柱１３０の基部に対する一層広い接
触が得られる。例えば、図１８は画素１６０を断面図で
示している。画素１６０はｐ形シリコン基板１６２、ｎ
＋形ソース領域１６４、ｎ＋形ドレイン１６６、ｐ＋形
チャネル・ストッパ１６８、ゲート酸化物１７０、金属
ゲート１７２、金属接点１７４、支持柱１７６及びはり
１７８を持っている。隣りの画素のはり１８０も示され
ている。画素１６０は本質的に画素１２０と同じ工程に
よって製造されるが、アドレス用の電界効果トランジス
タ（ソース１６４、ドレイン１６６及びゲート１７２）
に伴う余分の工程がある点が異なる。然し、ゲート１７
２の為の金属のデポジッションにより、金属接点１７４
もデポジットされ、その後の支持柱１７６のデポジッシ
ョンは、ソース１６４に対してではなく、金属接点１７
４に対して行なわれる。ゲート１７２がフィールド・プ
レートでもあることに注意されたい。

【００４３】普通、画素１２０のフラップ１２８及び画
素１６０のフラップ１７８を形成する為の金属のデポジ
ッションは、金属が圧縮されることにつながる。（スペ
ーサとの界面に於ける固有の圧縮と、場合によって、金
属がスペーサよりも膨張係数が小さいことによる外来性
の圧縮との両方がある。）然し、スペーサを完全に除去
すると、スペーサとの界面で金属の座屈が起る可能性が
なくなる。

【００４４】画素１２０及び１６０のフラップに対する
交代的な支持柱が図１９乃至図２１に示されている。図
１９Ａ乃至図１９Ｄは、支持柱１９０の製造工程を示
す。スペーサ（平面化用に回転付着するか、或いは基板
１９０の表面が平面化回路だけを持つ場合は、同形の）
を、支持柱１９０に対する場所でパターンを定める。図
１９Ａ参照。この図でスペーサを１９４で示してあり、
パターンを定めた円形孔１９６が示されている。支持柱
１９０に対する導電材料をスペーサ１９４の上に同形に
デポジットし又は蒸着し、パターンを定めて柱１９８を
限定する。図１９Ｂ参照。このデポジッションの厚さは
孔１９６を適切にカバーする様に選ぶ。はり金属２００
を蒸着し、スペーサ１９４及び柱１９８の両方をカバー
する。図１９Ｃ参照。残りの処理は画素１２０と同じで
あり、図１９Ｄに示す支持柱１９０及びフラップが出来
る。支持柱１９０が２種類の材料１９８及び２００から
成る構造であることにより、フラップに対応する剛性を
持たせずに、支持柱を非常に剛性の強いものにすること
が出来ると共に、スペーサ孔の縁の上の支持柱の材料の
段のカバーが改善される。

【００４５】図２０Ａ乃至図２０Ｄは支持柱２１０の製
造工程を示す。支持柱１３０，１７６及び１９０と対称
的に、支持柱２１０はスペーサのデポジッションの前に
限定される。最初に、導電材料をデポジットし、パター
ンを定めて柱２１２を形成する。図２０Ａ参照。柱の材
料はポリシリコン、金属、又はスペーサを除去する最終
的なプラズマ・エッチでエッチされないその他の導体に
することが出来る。次に、柱２１２の高さに相当する厚
さに平面化用のスペーサ２１４を回転付着する。スペー
サ材料の平面化作用により、柱２１２の上の厚さが減少
する。図２０Ｂ参照。次にスペーサ・マスク２１４をデ
ポジットし、パターンを定めて、柱２１２の上に孔２１
８をあける。図２０Ｂ参照。次に、柱２１２からスペー
サ材料がなくなるまで、露出したスペーサをプラズマ・
エッチする。図２０Ｃ参照。その後、スペーサ・マスク
２１６を取去り、はり材料２２０を蒸着する。残りの工
程は前に述べた所と同じであり、これによって図２０Ｄ
に示す支持柱２１０が出来る。

【００４６】マスク・アライメントの許容公差の為、柱
１９８の頂部のフランジと孔２１８を大きめの寸法にす
ることが必要である為、支持柱１９０及び２１０が両方
共大きな実効直径を持つことに注意されたい。然し、支
持柱１３０は孔１４２が十分なテーパを持っていて、は
り金属が孔の段をカバーすることが出来る様になってい
ることを必要とする。孔の直径が過度に大きくなる程の
大きなテーパをつけて孔１４２をエッチしなければなら
ない場合、支持柱１３０は支持柱２３０に変更すること
が出来る。支持柱２３０の製造工程が図２１図乃至図２
１Ｄに示されている。最初に、スペーサ２３２を回転付
着し、孔２３４のパターンを定める。図２１Ａ参照。次
に厚い金属層２３６をスペーサ２３２及び孔２３４の上
に蒸着する。図２１Ｂ参照。この後、金属２３６を異方
性エッチにかけて、図１Ｃに示す柱２３８を残す。金属
２３６がアルミニウムである場合、塩素、３塩化硼素及
び４塩化シリコンの混合物内でのプラズマ・エッチを使
って、所望の異方性を達成することが出来る。最後に、
はり金属２４０をデポジットし、前に述べた処理によ
り、図２１Ｄに示す支持柱２３０が得られる。支持柱２
３０は厚い金属の円柱形柱２３８とはり金属層２３０と
の複合体である。柱２３８が、それより細いはり金属を
その下にあるアドレス構造に接続するのを、機械的にも
電気的にも助ける。

【００４７】全体を２５０で示す第６の好ましい実施例
の画素が、夫々図２２Ａ乃至図２２Ｃに切欠き斜視図、
側面断面図及び平面図で示されている。画素２５０は基
板２５２、スペーサ２５４及び金属層２５６を持ち、こ
の金属層の中にフラップ２５８及び丁番２６０が形成さ
れている。フラップ２５８がプラズマ・エッチ・アクセ
ス孔２６２を持ち、この孔は後で説明する様に、フラッ
プ２５８の下からスペーサ２５４を急速に除去するのを
助ける。画素２５０に対するアドレス回路をフラップ２
５８の下方の基板２５２内に設けることが出来、フラッ
プ２５８を含む金属層２５６はＳＬＭ内にある全ての画
素に対する共通電圧に保つ。或いは基板２５２を共通電
圧にし、図２２Ｃに破線で示す様に、金属層２５６を各
フラップに対して１つずつの電極に分割することによっ
てアドレス動作を行なってもよい。金属層２５６と基板
２５２の間の絶縁物を含むアドレス回路の細部は、図面
を見易くする為に省略してある。

【００４８】図２２Ａ及び図２２Ｂの右側部分に示す様
に、画素２５０には、金属２５６で覆われたスペーサ２
５４の取囲む部分を形成することが出来る。画素２５０
は画素１２０を製造する場合と同様な工程によって製造
されるが、こういう取囲む部分のスペーサは、それに重
なる金属２５６がその保護をしている為、酸素内でのプ
ラズマ・エッチによって除去しない。図２３Ａ乃至図２
３Ｄは画素２５０を製造する為の処理工程を側面断面図
及び平面図で示している。最初に、その表面に形成した
回路（図面を見易くする為に示してない）と共に基板２
５２を平面化用の回転付着スペーサ層２５４で覆う。基
板２５２の表面の回路が平面状でなくても、層２５４が
平面状の面を持つことに注意されたい。層２５４は、画
素１２０について前に述べた処理の場合と同じ様に、ポ
ジのフォトレジストであってよく、典型的には１乃至
２．５ミクロンの厚さである。その後、層２５４のパタ
ーンを定め、スパッタリング・デポジッション等によ
り、金属層２５６で覆う。図２３Ｂ参照。次に金属層２
５６のパターンを定めて、フラップ２５８の周縁及びプ
ラズマ・エッチ・アクセス孔２６２を限定する。このパ
ターンを定めるのは、スペーサ２５４によって大きな段
が入り込んでいる為、多重工程の多重層のレジストを用
いるプロセスである。金属層２５６がアルミニウム合金
である場合、このパターンを決めるのは塩素を基本とし
たプラズマ・エッチを使うのが便利である。図２３Ｃ参
照。最後に、画素１２０の場合と同じく基板２５２をチ
ップにダイス切りし、その後酸素を基本としたプラズマ
・エッチにより、フラップ２５８の下からスペーサ２５
４を除去する。図２３Ｄ参照。図２３Ｄに示すスペーサ
２５４が最後のエッチで除去されないことに注意された
い。これは、それが金属層２５６によって保護されてい
るからであり、この為、ＳＬＭの絶縁体又はその他の構
造素子として使うことが出来る。

【００４９】画素２５０の幾つかの交代的な形状が図２
４Ａ乃至図２４Ｃに示されており、画素２５０の場合の
様に段の上ではなく、パターンを定めたスペーサ２５４
の平坦部分の上にあるフラップ２５８のパターンを示し
ている。この様なパターンにより、金属の縁２６４は基
板２５２に接着せず、もし金属２５６を圧縮状態（デポ
ジッションが非エピタキシャル性であることによる固有
の圧縮と、金属２５６及びスペーサ２５４の熱膨張係数
の違いと合せてデポジッションが高温であることによる
外来性の圧縮の両方）でデポジットされると、座屈する
ことがある。然し、フラップ２５８は、丁番２６０だけ
で拘束されていて、この丁番が最低モードの座屈のうら
ずけとなるにはその範囲が小さすぎる為に、フラップ２
５８は座屈しない。更に、丁番２６０自体は基板２５２
に接着し、従って自由に座屈出来ず、この為、フラップ
２５８は平坦で基板２５２に対して平行なままである。

【００５０】画素２５０の別の変形が図２５に示されて
おり、これは基板２５２の上の２レベルの金属及び絶縁
物を含む。第１レベルの金属２５５は、フラップを形成
する領域（反面図に破線で示してある）に対応する孔を
持つ様にパターンを定める。次に平面化用スペーサ２５
４を回転付着し、その中に丁番用の孔のパターンを定め
る。次に金属２５６をスペーサ２５４の上にデポジット
し、パターンを定めてフラップ２５８を限定する。最後
にスペーサ２５４を除去する。画素２５０のこの変形
は、全部のスペーサ２５４が除去される点で画素１２０
と非常によく似ている。

【００５１】画素１２０，１６０及び２５０は何れも隅
の丁番を持っていて、この為、フラップの周縁によって
形成された軸線に対して４５°回転した線に沿って曲が
る。この形状では、４５°のシュリーレン・ストッパ又
は４５°の暗視野弁別を用いて、撓んだフラップのコン
トラストの強い投影像を発生することが出来る。この弁
別方法では、フラップの周縁の開口及びそれがある場合
は周囲の覆われたスペーサ部分から来る全ての軸上回折
光を遮るが、フラップの４５°の撓みから来る軸外光を
通過する様な光学的なストッパを設計する。プラズマ・
エッチ・アクセス孔及び丁番が略等方性で光を回折する
ので、この若干の光がシュリーレン・ストッパの周りを
通過する。然し、その結果生ずる劣化は、孔及び丁番が
回折するのは、各々の画素に入射する全部の光の内の小
さな一部分にすぎないので無視し得る。

【００５２】全体を２７０で示す第７の好ましい実施例
の画素が図２６Ａ乃至図２６Ｃに切欠き斜視図、側面断
面図及び平面図で示されている。画素２７０が基板２７
２、フラップ２７６と丁番２７８を持つ金属層２７４、
及び絶縁層２８２によって基板２７２から隔離されたア
ドレス電極２８０を持っている。画素２７０は画素１２
０及び２５０について前に説明したのと同様なプロセス
工程によって製造される。丁番２７８を通る軸線に沿っ
てフラップ２７８を捩ることにより、画素２７０が動作
する。捩れトルクは電極２８０に印加された信号から生
ずる。これは図２６Ｂで見て、フラップ２７６の左側部
分だけを引きつける。即ち、図２６Ｂはこの捩れ軸線に
沿って見た図であり、信号によって発生されたトルクが
反時計廻りの回転を生ずる。デポジッションによって起
るフラップ２７６の金属の圧縮が、丁番２７８の曲げ並
びに基板２７２に対してフラップ２７６を平行に保つこ
とによって除去される。

【００５３】図２７Ａ及び図２７Ｂは、画素１２０のフ
ィールド・プレートの変形を示しているが、これは画素
１６０，２５０及び２７０にも用いることが出来、次に
述べる様に、スペーサの所定の厚さ（即ち、フラップか
らフィールド・プレートまでの距離）に対し、フラップ
の撓み角を一層大きくとれる様にする。隅の丁番を持つ
フラップに対する静電力及び復元力の簡単なモデルか
ら、一亘信号電圧がフラップの内、丁番から最も遠い先
端をフィールド・プレートまでの距離の５１％だけ撓め
る位に大きくなると、それ以上の電圧の増加はフラップ
を不安定にし、フィールド・プレートに対して崩壊する
ことが判る。この最大の安定なフラップ電圧を崩壊電圧
と名付けた図１６の説明を想起されたい。同じ簡単なモ
デルから、静電力がフラップの内、丁番に一番近い半分
だけに加えられると、フラップの先端はフィールド・プ
レートまでの距離の８３％だけ安定に撓ませることが出
来ることが判る。（勿論、この半分の作用状態のフラッ
プに対する崩壊電圧は、全体の作用状態のフラップに対
する崩壊電圧より高い。）この為、フィールド・プレー
ト１２６の内、先端の下にある部分を図２７Ａ及び図２
７Ｂに示す様に除去することにより、フラップ１２８は
一部分しか作用せず、これによって一層大きな安定な撓
みが得られる。更にこれによって同じ崩壊電圧に対し、
一層薄手のスペーサが使える。以上の説明の中で、寸
法、材料、構成等をいろいろ変更することが容易に考え
られよう。

【００５４】更に以下の事項を開示する。

【００５５】(1) (a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 前記層状構造は基板、該基板上のス
ペーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回
路を含んでおり、(c) 各々の前記画素は (i) 前記反射層内に形成された静電偏向可能な素子、
及び(ii) 前記スペーサ内に形成されていて、前記偏向
可能な素子並びに前記反射層の隣接部分の下方に配置さ
れた井戸を含んでおり、該井戸は前記基板及び前記反射
層の間で前記スペーサのプラズマ・エッチングによって
形成したことを特徴とする空間光変調器。

【００５６】(2) 第１項に記載した空間光変調器に於
いて、(a) 前記スペーサが平面状にする為の回転付着
材料である空間光変調器。

【００５７】(3) 第１項に記載した空間光変調器に於
て、(a) 前記画素の前記偏向可能な素子が電気的に相
互接続され(b) 前記アドレス回路が各々の画素に対
し、前記井戸の底で前記基板上にある電極を含んでいる
空間光変調器。

【００５８】(4) 第１項に記載した空間光変調器に於
て、(a) 前記反射層が何等絶縁材料がないことを特徴
とする空間光変調器。

【００５９】(5) 第１項に記載した空間光変調器に於
て、(a) 前記偏向可能な素子が少なくとも１つの孔を
持ち、該孔を介して前記スペーサの前記プラズマ・エッ
チングを進めることが出来る様にした空間光変調器。

【００６０】(6) (a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 該層状構造は基板、該基板上のスペ
ーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回路
を含んでおり、(c) 各々の画素は (i) 前記反射層内に形成された静電偏向可能な素子、
及び(ii) 前記スペーサ層内に形成されていて、前記偏
向可能な素子並びに前記反射層の隣接部分の下方にある
井戸を含んでおり、(d) 前記スペーサ層が平面状にす
る為の回転付着材料である空間光変調器。

【００６１】(7) (a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 該層状構造は基板、該基板上のスペ
ーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回路
を含んでおり、(c) 各々の前記画素は (i) 前記反射層内に形成された静電偏向可能な素子、
及び(ii) 前記スペーサ層内に形成されていて、前記偏
向可能な素子並びに前記反射層の隣接部分の下方にある
井戸を含んでおり、(d) 前記アドレス回路は、各々の
前記画素に対し、前記井戸の底で前記基板上にあって、
前記底の内、静電偏向の間、前記偏向可能な素子に最も
近い部分から離れた位置にある電極を含んでいる空間光
変調器。

【００６２】(8) (a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 該層状構造は基板、該基板上のスペ
ーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回路
を含んでおり、(c) 各々の前記画素は、 (i) 前記反射層内に形成されていて、略四角の形であ
って、その対角線上で向い合う２隅の各々に前記反射層
の残りの部分に対する接続部を持つ静電偏向可能な素
子、及び(ii) 前記スペーサ層内に形成されていて、前
記偏向可能な素子並びに前記反射層の隣接部分の下方に
ある井戸を含んでおり、(d) 前記アドレス回路は、各
々の前記画素に対し、前記井戸の底で基板上にあって、
前記偏向可能な素子の内、前記接続部を通る対角線の片
側にある部分の下に配置された電極を含んでいる空間光
変調器。

【００６３】(9) (a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 該層状構造は基板、該基板上のスペ
ーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回路
を含んでおり、(c) 各々の前記画素は、 (i) 前記反射層内に形成された静電偏向可能な素子、
及び(ii) 前記スペーサ層内に形成されていて、前記偏
向可能な素子並びに前記反射層の隣接部分の下方にある
井戸を含んでおり、(d) 前記反射層の底及び前記井戸
の底が共に電気導体である空間光変調器。

【００６４】(10)(a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 該層状構造は基板、該基板上のスペ
ーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回路
を含んでおり、(c) 各々の前記画素は、 (i) 前記反射層内に形成された静電偏向可能な素子、
及び(ii) 前記スペーサ層内に形成されていて、前記偏
向可能な素子及び前記反射層の隣接部分の下方にある井
戸を含んでおり、 (d) 前記反射層は第１の材料から成る少なくとも第１
の部分層を第２の部分層の上に持っており、(e) 前記
井戸は該井戸を形成した後、前記第２の部分層の上に前
記第１の材料の略一様なデポジッションを特徴とする第
１の材料のデポジットを含んでいる空間光変調器。

【００６５】(11)(a) 層状構造に形成された複数個の
画素を有し、(b) 該層状構造は基板、該基板上のスペ
ーサ層、該スペーサ層上の反射層及び電気アドレス回路
を含んでおり、(c) 各々の前記画素は、 (i) 前記反射層内に形成された静電偏向可能な素子、
及び(ii) 前記スペーサ層内に形成されていて、前記偏
向可能な素子及び前記反射層の隣接部分の下方にある井
戸を含んでおり、(d) 前記偏向可能な素子は丁番部分
によって前記反射層の残りの部分に接続された略四角の
部分を特徴としており、前記丁番部分は前記四角の部分
から前記残りの部分まで測った長さが前記丁番部分の幅
よりも大きい空間光変調器。

【００６６】(12) 空間光変調器を作る方法に於て、
(a) 基板の上に電気アドレス回路を形成し、(b) 前
記基板の上並びに前記回路の上にスペーサ層をデポジッ
トし、(c) 該スペーサ層の上に反射層をデポジット
し、(d) 該反射層のパターンを定めて、該反射層の残
りの部分に接続された複数個の画素素子を限定し、(e)
前記スペーサ層をプラズマ・エッチして前記画素素子
の下に井戸を形成し、こうして前記画素素子を前記スペ
ーサ層から解放すると共に、該画素素子を前記アドレス
回路の信号によって静電偏向させることが出来る様にす
る工程から成る方法。

【００６７】(13) 空間光変調器を作る方法に於て、
(a) 導電基板の上にスペーサ層をデポジットし、(b)
該スペーサ層の上に反射層をデポジットし、(c) 該
反射層のパターンを定めて複数個の画素素子及び電極を
限定し、(e) 前記スペーサ層をプラズマ・エッチして
前記画素素子の下に井戸を形成し、こうして該画素素子
をスペーサ層から解放すると共に該画素素子が前記電極
及び基板の間に印加された信号によって静電偏向出来る
様にする工程から成る方法。

【００６８】(14) 空間光変調器を作る方法に於て、
(a) 電気アドレス回路を持つ基板の上にスペーサをデ
ポジットし、(b) 該スペーサに前記基板に達する柱孔
のパターンを定め、(c) 前記スペーサの上及び柱孔に
金属層をデポジットし、(d) 該金属層のパターンを定
めて偏向可能な素子を限定し、各々の素子は１つの前記
柱孔にデポジットした金属に丁番結合されており、(e)
前記スペーサを除去する工程から成る方法。

【００６９】(15) 第１４項に記載した方法に於て、前
記除去がプラズマ・エッチングによって行なわれる方
法。

【００７０】(16) 空間光変調器を作る方法に於て、
(a) 反射材料及びスペーサの層の組合せの中に偏向可
能なはり及び支持構造を限定し、該反射材料は基板上の
前記スペーサの上にあり、(b) 前記限定したはりの上
に保護層を適用し、(c) 前記基板及び層をチップにダ
イス切りし、各々のチップが空間光変調器になるもので
あり、(d) 交互に前記保護層に対する溶媒を適用する
と共に前記チップを回転させて、前記保護層の内、前記
溶媒によって軟化し又は溶解した部分を脱落させ、(e)
前記スペーサの少なくとも一部分を除去して前記偏向
可能なはりを前記スペーサから解放する工程から成る方
法。

【００７１】(17) 基板と上側層の間にあるスペーサの
プラズマ・エッチのアンダカットを監視する方法に於
て、(a) 前記上側層内の略矩形領域のパターンを定
め、該矩形領域は既知の幅の数列を持ち、(b) 前記領
域を光の下に周期的に観測し、(c) アンダカットを、
前記光に対するその反射率が変化した最も幅の広い矩形
領域の幅の約半分と決定する工程から成る方法。

【００７２】(18) 偏向可能なはりを持つ空間光変調器
を作る方法に於て、(a) 電子式アドレス回路を持つ基
板の上にスペーサを適用し、(b) 該スペーサのパター
ンを定めて前記基板に達する柱孔を限定し、(c) 前記
スペーサの上及び柱孔に金属層をデポジットし、(d)
各々のはりが１つの柱孔の中で前記金属に丁番結合され
る様に前記金属に偏向可能なはりを限定し、(e) 前記
スペーサを取除く工程から成る方法。

【００７３】(19) 第１８項に記載した方法に於て、前
記取除くことがプラズマ・エッチによる方法。

【００７４】(20) 偏向可能なはりを持つ空間光変調器
を作る方法に於て、(a) 電子式アドレス回路を持つ基
板の上にスペーサを回転付着し、(b) 該スペーサのパ
ターンを定めて前記基板に達する柱孔を限定し、(c)
前記スペーサの上及び柱孔に金属をデポジットし、(d)
前記柱孔の近辺を除き、前記スペーサから前記金属を
除去し、(e) 前記スペーサの上並びにメタライズした
柱孔に第２の金属層を適用し、(f) 前記第２の金属層
の中に偏向可能なはりを限定し、(g) 前記スペーサを
取除く工程から成る方法。

【００７５】(21)(a) 電子式アドレス回路を持つ基板
の上に複数個の画素を有し、(b) 各々の画素は(i) 静
電偏向可能な反射素子、(ii)該素子を前記基板から離し
て保持する支持体を有し、(iii) 前記素子及び支持体は
共に電気導体であって、前記支持体が前記アドレス回路
に電気接続されている空間光変調器

【００７６】(22)(a) 電子式アドレス回路を持つ基板
の上に複数個の画素を有し、(b) 各々の前記画素は１
個の金属片を含み、該金属片は、前記基板に取付けられ
た支持部分、該支持部分に接続された丁番部分及び該丁
番部分に接続されていて前記基板から離して保持される
偏向可能な部分を持っており、(c) 前記支持部分が前
記アドレス回路に電気接続され、前記偏向可能な部分が
前記アドレス回路に接続された電極の上方にある空間光
変調器。

【００７７】(23) 第２２項に記載した空間光変調器に
於て、(a) 前記１個の金属片が４個の四角なフラップ
の形をしており、各フラップが中心柱に対して隅で接続
されている空間光変調器。

【００７８】(24) 第２２項に記載した空間光変調器に
於て、(a) 前記電極が前記偏向可能な部分の内、前記
支持体の近くにある部分の下だけを伸びている空間光変
調器。

【００７９】(25)(a) 電子式アドレス回路を持つ基板
の上に複数個の画素を有し、(b) 各々の前記画素は柱
及び丁番結合したフラップを含んでおり、(c) 前記柱
は前記基板に取付けられた第１の導電部分及び前記丁番
結合したフラップに隣接する、それと重なる金属部分を
持っている空間光変調器。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の好ましい実施例のＳＬＭ用画素を示す図
であって、Ａは簡略斜視図、Ｂは側面断面図、Ｃは平面
図である。

【図２】図１の画素の動作を例示する図。

【図３】図１の画素の応答曲線を示すグラフ。

【図４】図１の画素を製造する第１の好ましい実施例の
方法のプラズマ・エッチ工程を示す図。

【図５】図１の画素に対するくり抜きばりのプラズマ・
エッチの範囲の制御を示す図。

【図６】図５のくり抜きばりの動作を示す図。

【図７】図１の画素に使うはりの種々の形状を示す図。

【図８】図１の画素の変形の簡略側面断面図。

【図９】線形配列のＳＬＭ内にある隣接した３つの画素
を示す簡略平面図。

【図１０】第２の好ましい実施例の画素を示し、Ａは簡
略側面断面図、ＢはＡの画素の変形の簡略側面断面図。

【図１１】第２の好ましい実施例の方法の工程を示す一
連の簡略側面断面図。

【図１２】第３の好ましい実施例の画素を示し、Ａは簡
略断面図、Ｂは平面図。

【図１３】第４の好ましい実施例の画素を示し、Ａは簡
略断面図、Ｂは平面図。

【図１４】第５の好ましい実施例の画素を示し、Ａは簡
略切欠き斜視図、Ｂは断面図、Ｃは平面図。

【図１５】図１４の画素の断面図で、はりの撓みを例示
している。

【図１６】図１４の画素に対する応答曲線を示すグラ
フ。

【図１７】図１４の画素の製造工程を示す図。

【図１８】図１４の画素の変形の断面図。

【図１９】図１４の画素の変形に対するプロセス工程を
示す図、

【図２０】図１４の画素の別の変形に対するプロセス工
程を示す図。

【図２１】図１４の画素の更に別の変形に対するプロセ
ス工程を示す図。

【図２２】第６の好ましい実施例の画素を示し、Ａは簡
略斜視図、Ｂは断面図、Ｃは平面図。

【図２３】図２２の画素を製造する為のプロセス工程を
示す図。

【図２４】図２２の画素の変形を示す図。

【図２５】図２２の画素の変形を示す図。

【図２６】第７の好ましい実施例の画素を示す図。

【図２７】第５、第６及び第７の好ましい実施例の画素
に適用し得る変形を示す図。

【符号の説明】

２０ 画素 ２２ 基板 ２４ スペーサ ２６ 反射層 ２８ フラップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気アドレス回路をもつ基板と、 該基板に立設される支持柱と、 該支持柱の上端へ丁番結合された導電性の素子とを備え
   て成り、該素子はそれと前記基板との間に印加される電
   圧に応じて変形する構成の空間光変調器。
2. 【請求項２】 電気アドレス回路をもつ基板と、 該基板に立設される支持柱と、 該支持柱の上端へ丁番結合された導電性の素子とを備え
   てなる空間光変調器の製造方法であって、(a) 前記電
   気アドレス回路を持つ基板の上にスペーサをデポジット
   し、(b) 該スペーサに前記基板に達する孔のパターン
   を定め、(c) 前記スペーサの上へ及び前記支持柱を形
   成するために前記孔へそれぞれ金属層をデポジットし、
   (d) 前記スペーサ上の該金属層のパターンを定めて前
   記素子を形成し、(e) 前記スペーサを除去する工程か
   ら成る空間光変調器の製造方法。
3. 【請求項３】 導電基板と、 該基板に立設される支持柱と、 該支持柱の上端へ丁番結合された導電性の素子とを備え
   て成り、該素子はそれと前記基板との間に印加される電
   圧に応じて変形する構成の空間光変調器。
4. 【請求項４】 導電基板と、 該基板に立設される支持柱と、 該支持柱の上端へ丁番結合された導電性の素子と、から
   なる空間光変調器の製造方法であって、(a) 前記導電
   基板の上にスペーサをデポジットし、(b) 該スペーサ
   に前記基板に達する孔のパターンを定め、(c) 前記ス
   ペーサの上へ及び前記支持柱を形成するために前記孔へ
   それぞれ金属層をデポジットし、(d) 前記スペーサ上
   の該金属層のパターンを定めて前記素子を形成し、(e)
   前記スペーサを除去する工程から成る空間光変調器の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記工程(c) は、まず前記孔へ金属層を
   デポジットして前記支持柱を形成し、その後、前記スペ
   ーサの上へ前記金属層をデポジットすることを特徴とす
   る請求項４に記載の空間光変調器の製造方法。