KR20140014293A - 공간광 변조 소자의 제조 방법, 공간광 변조 소자, 공간광 변조기 및 노광 장치 - Google Patents
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Abstract
공간광 변조 소자로서, 기판과, 기판에 대하여 가동하는 평탄부와, 평탄부에 부착된 평판과, 평판에 있어서의 부착면과 반대쪽의 면에 형성되고, 입사광을 반사하는 유전체막을 구비한다. 상기 공간광 변조 소자에 있어서, 유전체막은, 서로 적층되고, 인접하는 층과 굴절률이 다른 2종 이상의 유전체층을 포함하더라도 좋다. 또한, 상기 공간광 변조 소자에 있어서, 유전체막은, Al2O3의 막과 SiO2의 막이 번갈아 적층되어 형성되더라도 좋다.
Description
본 발명은, 공간광 변조 소자의 제조 방법, 공간광 변조 소자, 공간광 변조기 및 노광 장치에 관한 것이다.
리소그래피 기술에 의해 제조되어, 토션 힌지(torsion hinge)로 지지된 미러를 정전력에 의해 구동하여, 조사 광속에 패턴을 형성하는 공간광 변조 소자가 있다(특허 문헌 1 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평 09-101467호 공보
공간광 변조 소자는, 강한 광에 노출되므로 특성이 변화하기 쉽다. 또한, 공간광 변조기는, 제조 프로세스 및 완성 후의 사용 중에 반사막이 열화되어 성능이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, 공간광 변조기의 실효적인 수명은 짧다.
본 발명의 제 1 형태에 있어서는, 기판과, 기판에 대하여 가동하는 평탄부와, 평탄부에 부착된 평판과, 평판에 있어서의 부착면과 반대쪽의 면에 형성되고, 입사광을 반사하는 유전체막을 구비하는 공간광 변조 소자가 제공된다.
본 발명의 제 2 형태에 있어서는, 기판과, 기판에 대하여 요동(搖動)하는 평탄부와, 평탄부와 함께 요동하고, 서로 적층된 복수의 유전체층을 갖고 입사광을 반사하는 유전체 다층막과, 복수의 유전체층 중 하나와 동일한 재료를 포함하고, 또한, 그 유전체층보다 두꺼운, 유전체층에 있어서의 평탄부와 반대쪽의 면의 적어도 일부를 덮는 보호층을 구비하는 공간광 변조 소자가 제공된다.
본 발명의 제 3 형태에 있어서는, 기판과, 기판에 대하여 요동하는 평탄부와, 평탄부와 함께 요동하고, 서로 적층된 복수의 유전체층을 갖고 입사광을 반사하는 유전체 다층막과, 복수의 유전체층 중 하나와 동일한 재료를 포함하고, 또한, 유전체 다층막의 측단면을 덮는 보호층을 구비하는 공간광 변조 소자가 제공된다.
본 발명의 제 4 형태에 있어서는, 상기 공간 변조 소자가 복수 배열된 공간광 변조기가 제공된다.
본 발명의 제 5 형태에 있어서는, 상기 공간광 변조기를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 6 형태에 있어서는, 공간광 변조 소자의 제조 방법으로서, 기판 및 기판에 대하여 가동하는 평탄부를 준비하는 단계와, 평판의 한 면에 입사광을 반사하는 유전체막을 성막하는 단계와, 평판의 유전체막이 형성되어 있지 않은 쪽의 면을 평탄부에 접합하는 단계를 구비하는 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 7 형태에 있어서는, 공간광 변조 소자의 제조 방법으로서, 기판 위에, 지지부와, 지지부에 요동 가능하게 지지되는 평탄부를 형성하는 단계와, 지지부 및 평탄부의 적어도 한쪽이 희생층에 접한 상태에서, 입사광을 반사하는 유전체 다층막을, 평탄부의 한 면에 형성하는 단계와, 희생층의 존재 하에, 희생층을 제거하는 에천트에 대하여 내성을 갖는 보호층에 의해 유전체 다층막의 표면의 적어도 일부를 덮는 단계와, 보호층의 존재 하에 에천트에 의해 희생층을 제거하는 단계를 구비하는 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 8 형태에 있어서는, 상기 제조 방법으로 제조된 공간광 변조 소자가 제공된다.
본 발명의 제 9 형태에 있어서는, 상기 공간광 변조 소자를 복수 구비하는 공간광 변조기가 제공된다.
본 발명의 제 10 형태에 있어서는, 상기 공간광 변조기를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
상기 발명의 개요는, 본 발명의 필요한 특징의 전부를 열거한 것은 아니다. 또한, 이들의 특징군의 부조합(subcombination)도 발명이 될 수 있다.
도 1은 공간광 변조기(100)의 외관을 나타내는 모식적 사시도이다.
도 2는 공간광 변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 3은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 4는 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 5는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 7은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 8은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 9는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 10은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 11은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 12는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 13은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 14는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 15는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 16은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 17은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 18은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 19는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 20은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 21은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 22는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 23은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 24는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 25는 하부 구조물(201)의 단면도이다.
도 26은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 27은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 28은 유전체막(380)의 단면도이다.
도 29는 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 30은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 31은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 32는 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 33은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 34는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 35는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 36은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 37은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 38은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 39는 공간광 변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 40은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 41은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 42는 공간광 변조기(100)의 사시도이다.
도 43은 공간광 변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 44는 지지부(250)의 평면도이다.
도 45는 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 46은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 47은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 48은 공간광 변조 소자(200)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 49는 공간광 변조 소자(200)의 도 48에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 50은 공간광 변조 소자(200)의 도 49에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 51은 공간광 변조 소자(200)의 도 50에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 52는 공간광 변조 소자(200)의 도 51에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 53은 공간광 변조 소자(200)의 도 52에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 54는 공간광 변조 소자(200)의 도 53에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 55는 공간광 변조 소자(200)의 도 54에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 56은 공간광 변조 소자(200)의 도 55에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 57은 공간광 변조 소자(200)의 도 56에 계속되는 다른 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 58은 공간광 변조 소자(200)의 도 57에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 59는 공간광 변조 소자(200)의 도 58에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 60은 공간광 변조 소자(200)의 도 59에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 61은 유전체 다층막(381)의 모식적인 단면도이다.
도 62는 공간광 변조 소자(200)의 도 60에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 63은 공간광 변조 소자(200)의 도 62에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 64는 공간광 변조 소자(200)의 도 63에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 65는 공간광 변조 소자(200)의 도 64에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 66은 공간광 변조 소자(200)의 도 65에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 67은 공간광 변조 소자(200)의 도 66에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 68은 유전체 다층막(383)의 모식적인 단면도이다.
도 69는 유전체 다층막(385)의 모식적인 단면도이다.
도 70은 공간광 변조 소자(202)의 단면도이다.
도 71은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 72는 공간광 변조기(100)의 도 70에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 73은 공간광 변조기(100)의 단면도이다.
도 74는 노광 장치(400)의 모식도이다.
도 75는 조명광 발생부(500)의 모식도이다.
도 2는 공간광 변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 3은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 4는 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 5는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 7은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 8은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 9는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 10은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 11은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 12는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 13은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 14는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 15는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 16은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 17은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 18은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 19는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 20은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 21은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 22는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 23은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 24는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 25는 하부 구조물(201)의 단면도이다.
도 26은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 27은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 28은 유전체막(380)의 단면도이다.
도 29는 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 30은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 31은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 32는 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 33은 반사부(240)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 34는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 35는 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 36은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 37은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 38은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 39는 공간광 변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 40은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 41은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 42는 공간광 변조기(100)의 사시도이다.
도 43은 공간광 변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 44는 지지부(250)의 평면도이다.
도 45는 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 46은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 47은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이다.
도 48은 공간광 변조 소자(200)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 49는 공간광 변조 소자(200)의 도 48에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 50은 공간광 변조 소자(200)의 도 49에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 51은 공간광 변조 소자(200)의 도 50에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 52는 공간광 변조 소자(200)의 도 51에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 53은 공간광 변조 소자(200)의 도 52에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 54는 공간광 변조 소자(200)의 도 53에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 55는 공간광 변조 소자(200)의 도 54에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 56은 공간광 변조 소자(200)의 도 55에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 57은 공간광 변조 소자(200)의 도 56에 계속되는 다른 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 58은 공간광 변조 소자(200)의 도 57에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 59는 공간광 변조 소자(200)의 도 58에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 60은 공간광 변조 소자(200)의 도 59에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 61은 유전체 다층막(381)의 모식적인 단면도이다.
도 62는 공간광 변조 소자(200)의 도 60에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 63은 공간광 변조 소자(200)의 도 62에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 64는 공간광 변조 소자(200)의 도 63에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 65는 공간광 변조 소자(200)의 도 64에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 66은 공간광 변조 소자(200)의 도 65에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 67은 공간광 변조 소자(200)의 도 66에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 68은 유전체 다층막(383)의 모식적인 단면도이다.
도 69는 유전체 다층막(385)의 모식적인 단면도이다.
도 70은 공간광 변조 소자(202)의 단면도이다.
도 71은 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 72는 공간광 변조기(100)의 도 70에 계속되는 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 73은 공간광 변조기(100)의 단면도이다.
도 74는 노광 장치(400)의 모식도이다.
도 75는 조명광 발생부(500)의 모식도이다.
이하, 발명의 실시의 형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 하기의 실시의 형태는 청구범위에 따른 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시의 형태 중에서 설명되어 있는 특징의 조합의 전부가 발명의 해결 수단에 필수인 것으로는 한정되지 않는다.
도 1은 공간광 변조기(100)의 외관을 나타내는 모식적 사시도이다. 공간광 변조기(100)는, 기판(211) 및 반사부(240)를 구비한다.
기판(211) 위에 이차원적으로 배열되어 매트릭스를 형성하는 복수의 반사부(240)는, 각각 한 변이 수 ㎛로부터 백 수십 ㎛ 정도인 정사각형의 반사면을 갖고, 기판(211)에 대하여 개별적으로 요동시킬 수 있다. 이것에 의해, 도시한 바와 같이 일부의 반사부(240)가 요동하여 경사한 상태에서 광을 반사시키면, 반사광의 조도 분포가 변화한다. 따라서, 반사부(240)의 요동을 제어하는 것에 의해 임의의 조도 분포를 형성할 수 있다.
도 2는 공간광 변조 소자(200)의 모식적 분해 사시도이다. 공간광 변조 소자(200)는 1개의 반사부(240)에 대응하여 형성된다. 공간광 변조기(100)에 있어서는, 복수의 반사부(240)의 각각에 대하여 같은 구조가 형성된다. 공간광 변조 소자(200)의 각각은, 기판(211), 구동부(220), 평탄부(230) 및 반사부(240)를 갖는다.
기판(211)은, 복수의 전극(212, 214, 216)과, 그 전극(212, 214)에 구동 전력을 공급하는 CMOS 회로를 갖는다. 또, 공간광 변조기(100)에 있어서는, 공간광 변조 소자(200)가 다수 배열되지만, 전극(216)은 공통의 전위, 예컨대 접지 전위에 접속되고, 공간광 변조기(100) 전체의 기준 전위를 공통으로 한다.
구동부(220)는, 기판(211) 위에 형성되고, 고정 프레임(222) 및 가동부(226)를 갖는다. 고정 프레임(222)은, 상면이 개방된 중공(中空) 부재에 의해 형성되어, 공간광 변조 소자(200)의 외주를 포위하는 사각형의 테두리를 이룬다. 고정 프레임(222)은, 기판(211) 위에서, 전극(216)의 위에 고정된다.
고정 프레임(222)이 기판(211)에 대하여 고정된 경우, 기판(211) 위의 한 쌍의 전극(212, 214)은, 도면 중에 점선으로 나타내는 바와 같이, 가동부(226)의 가장자리 근방에 위치한다. 따라서, 가동부(226)의 하면과, 전극(212, 214)은, 서로 대향한다.
가동부(226)는, 고정 프레임(222)의 내측에 있어서, 고정 프레임(222)의 내측의 면으로부터 비틀림축부(224)를 사이에 두고 지지된다. 비틀림축부(224)의 한쪽 단은, 고정 프레임(222)의 내면에 대하여 고정된다.
비틀림축부(224)의 다른 쪽 단은, 가동부(226)의 주연부로부터 아래쪽으로 연장되는 리브(225)에 대하여 고정된다. 비틀림축부(224)는, 탄성적으로 비틀려 변형하므로, 가동부(226)는, 비틀림축부(224)를 요동축으로 하여 기판(211)에 대하여 요동한다. 그렇지만, 리브(225)에 의해 높은 굽힘 강성을 가지므로, 가동부(226)는 변형하기 어렵다.
또, 리브(225)의 하단에는, 가동부(226)의 바깥쪽을 향해 넓어지는 플랜지의 부분이 있다. 이것은, 리브(225)를 포함하는 층을 패터닝하는 경우에 남은 영역이고, 없더라도 좋다. 그렇지만, 가동부(226)의 강성을 저하시키는 것이 아니고, 오히려 향상시키는 경우도 있으므로 남기더라도 좋다.
평탄부(230)는, 평탄면(234)과 포스트(232)를 포함한다. 평탄면(234)은, 도면 중 위쪽을 향한 평활한 평면을 이룬다. 포스트(232)는, 도면 중 아래쪽을 향해 돌출하여, 도면 중에 점선으로 나타내는 가동부(226)의 대략 중앙에 고정된다.
이것에 의해, 평탄부(230)는 가동부(226)로부터 이간한 상태에서, 가동부(226)에 대하여 연결된다. 또한, 가동부(226)가 기판(211)에 대하여 요동한 경우, 평탄부(230)도 가동부(226)와 함께 요동한다. 또, 평탄부(230)는, 예컨대, 박막으로서 퇴적된 산화물, 질화물, 탄화물 등에 의해 형성된다.
또, 평탄부(230)는, 주연부를 따라 형성된 리브(236)를 갖는다. 이것에 의해, 평탄부(230)는, 재료의 물성과 치수에 의해 정해지는 강성을 넘는 높은 굽힘 강성을 갖는다.
반사부(240)는, 평판부(242) 및 유전체막(244)을 갖는다. 평판부(242)는, 평활한 판 형상의 부재이고, 구동부의 평탄면(234)에 의해 지지된다. 따라서, 평탄부(230)가 요동한 경우는, 평판부(242)도 함께 요동한다.
유전체막(244)은, 평판부(242)의 도면 중 상면에 배치되어, 평판부(242)에 의해 지지된다. 유전체막(244)은, 서로 굴절률이 다른 재료를 번갈아 적층시켜 형성된다. 이것에 의해, 입사광에 대하여 매우 높은 반사율을 갖는다. 또한, 바꿔 말하면, 입사광에 대한 반사율이 높으므로, 입사광의 에너지를 흡수하는 것에 의한 온도 상승이 적다.
이와 같이, 공간광 변조 소자(200)를 갖는 공간광 변조기(100)는, 평탄부(230)와 반사부(240)를 개별적으로 형성하는 구조이므로, 각각의 기능에 적합한 구조, 재료, 제법을 개별적으로 선택할 수 있다. 또한, 평탄부(230)의 면적보다 큰 반사 면적을 갖는 반사부(240)를 형성할 수 있으므로, 공간광 변조기(100)의 반사 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 공간광 변조 소자(200)의 모식적 단면도이다. 공간광 변조 소자(200)는, 고정 프레임(222)을 기판(211)에 고정하고, 평탄부(230)를 가동부(226)에 고정한 상태에서, 도 2에 나타낸 A-A 단면을 나타낸다. 도 2와 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙여서 중복하는 설명을 생략한다.
도시한 바와 같이, 가동부(226)는, 하면에 전극(228)을 갖는다. 전극(228)은, 기판(211) 위의 전극(212)과 대향한다.
또한, 가동부(226)는, 테두리로부터 아래쪽으로 연장된 리브(225)를 갖는다. 이것에 의해, 가동부(226)는, 높은 굽힘 강성을 갖는다. 한편, 비틀림축부(224)는, 리브(225)에 상당하는 요소를 갖고 있지 않다. 따라서, 가동부(226)에 후술하는 구동력이 작용한 경우, 비틀림축부(224)가 탄성 변형하여, 가동부(226)는, 변형하지 않고 변위한다.
도 4는 공간광 변조 소자(200)의 모식적 단면도이고, 도 2에 나타낸 B-B 단면을 나타낸다. 또, 도 2 및 도 3과 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙여서 중복하는 설명을 생략한다.
도시한 바와 같이, 기판(211) 위의 한 쌍의 전극(212, 214)의 각각은, 가동부(226)의 단부 근방에 대향한다. 따라서, 전극(212, 214) 중 하나에 구동 전압을 인가한 경우, 전극(228)의 어느 하나의 단부에 정전력이 작용한다.
가동부(226)는, 비틀림축부(224)에 의해 고정 프레임(222)에 결합되어 있다. 따라서, 전극(212, 214) 중 하나로부터 전극(228)에 정전력이 작용한 경우, 가동부(226)는, 비틀림축부(224)를 요동축으로 하여 요동한다. 이것에 의해, 가동부(226)에 대하여 고정된 평탄부(230)도 요동한다. 이것에 의해, 반사부(240)도 요동한다.
또, 도시한 예에서는, 전극(214)에 구동 전압이 인가된 경우, 전극(228)의 도면 중 우측이, 기판(211) 쪽으로 끌어당겨진다. 이것에 의해, 평탄부(230)의 평탄면(234)은 오른쪽으로 기운다.
다시 도 1을 참조하면, 반사부(240)의 각각에 마련한 상기와 같은 구조에 대하여 구동 전력을 개별적으로 공급 또는 차단하는 것에 의해, 복수의 반사부(240)의 기울기의 각각을 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서, 공간광 변조기(100)에 일단 반사시키는 것에 의해 임의의 조사 패턴을 형성할 수 있고, 가변 광원, 노광 장치, 화상 표시 장치, 광 스위치 등으로서 사용할 수 있다.
도 5로부터 도 38까지는, 도 1로부터 도 4까지 나타낸 공간광 변조기(100)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다. 도 5로부터 도 17까지는, 기판(211) 위에, 전극(212, 214, 216) 및 구동부(220)를 형성하는 과정을 나타낸다. 도 18로부터 도 26까지는, 구동부(220)에 평탄부(230)를 탑재하는 과정을 나타낸다. 도 27로부터 도 33까지는, 반사부(240)를 제작하는 과정을 나타낸다. 도 34로부터 도 38까지는, 반사부(240)를 평탄부(230)에 설치하는 과정을 나타낸다.
또, 도 5로부터 도 38까지 나타내는 것은 공간광 변조기(100)의 제작 과정이므로, 공간광 변조기(100)에 있어서 대응하는 요소가 다른 형상 또는 상태로 포함되어 있는 경우가 있다. 그래서, 이들의 도면에 대하여 고유의 참조 번호를 부여하여 각 도면의 내용을 설명한 후에, 각 요소가 완성된 단계에서, 도 1로부터 도 4까지 나타낸 공간광 변조기(100)와의 대응 관계를 수시로 설명한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 공간광 변조기(100)가 형성되는 기판(211)의 표면 바로 위에는, 아래쪽의 절연층(312)이 퇴적된다. 이것에 의해, 기판(211)의 표면은 절연층(312)에 의해 덮인다.
기판(211)의 재료로서는, 실리콘 단결정 기판 외에, 화합물 반도체 기판, 세라믹스 기판 등, 평탄한 표면을 갖는 부재를 널리 사용할 수 있다. 절연층(312)의 재료로서는, 예컨대, 기판(211)의 재료의 산화물, 질화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연층(312)은, 유전율이 높은 다공질체이더라도 좋다. 절연층(312)의 성막 방법으로서는, 절연층(312)의 재료에 따라, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 절연층(312)의 위에, 패터닝한 도체층(320)을 형성한다. 도체층(320)은, 공간광 변조기(100)에 있어서, 전극(212, 214, 216)이 된다. 도체층(320)의 재료로서는, 알루미늄, 구리 등의 금속을 예시할 수 있다. 도체층(320)의 성막 방법으로서는, 도체층(320)의 재료에 따라, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 7에 나타내는 바와 같이, 도체층(320)의 표면 및 도체층(320)의 패턴의 간극에 노출되는 아래쪽의 절연층(312)의 표면을, 위쪽의 절연층(314)에 의해 피복한다. 이때, 위쪽의 절연층(314)의 아래에 도체층(320)이 존재하는지 여부에 따라, 위쪽의 절연층(314)의 표면에는 기복이 생긴다.
다음으로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 위쪽의 절연층(314)의 표면에 형성된 기복이 레지스트층(332)에 의해 평탄화된다. 이것에 의해, 평탄한 베이스의 위에서, 이하에 설명하는 공정을 실행할 수 있다. 또, 레지스트층(332)의 도포는, 스핀코트법, 스프레이코트법 등을 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 9에 나타내는 바와 같이, 비반사막을 형성하는 경우의 성막 베이스를 형성한다. 성막 베이스는 2층으로 이루어지고, 도 9에 나타내는 단계에서는, 아래쪽의 레지스트층(334)이 평탄화된 절연층(314) 위에 형성된다. 레지스트층(334)은, 레지스트 재료의 도포, 프리베이크, 노광, 현상, 포스트베이크를 순차적으로 실행하는 것에 의해 패터닝할 수 있고, 2쌍의 측벽(335)이 형성된다.
다음으로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 아래쪽의 레지스트층(334)의 위에, 위쪽의 레지스트층(336)을 형성한다. 레지스트층(336)도 패터닝되고, 아래쪽의 레지스트층(334)의 측벽(335)의 위쪽에 각각 측벽(337)을, 그것과는 별도로 2쌍의 측벽(339)을 더 형성한다. 이것에 의해, 위쪽의 레지스트층(336)의 표면으로부터 보면, 얕은 측벽(339)과, 깊은 측벽(337, 335)이 형성된다.
이들 아래쪽 및 위쪽의 레지스트층(334, 336)은, 포토리소그래피에 의해 패터닝할 수 있다. 즉, 레지스트층(334, 336)을 감광성 재료에 의해 형성하여, 설계 사양에 따른 패턴으로 노광하는 것에 의해, 레지스트층(334, 336)을 요구에 따른 형상으로 성형할 수 있다. 또한, 플라즈마 에칭 등의 건식 에칭의 수법에 의해, 레지스트층(334, 336)을 가공하여 패터닝하더라도 좋다.
단, 포토리소그래피에 의한 패터닝은 평면적인 것이고, 측벽(335, 337, 339)과 같은 입체적 구조를 형성할 목적으로, 입체적인 베이스층을 형성하는 것은 어렵다. 그래서, 도 9, 도 10에 나타낸 바와 같이, 복수의 레지스트층(334, 336)을 이용하는 것에 의해, 입체적인 성막 베이스를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11에 나타내는 바와 같이, 절연층(314) 및 레지스트층(334, 336)에 의해 형성된 성막 베이스의 위에, 비도체층(342)을 퇴적한다. 형성된 비도체층(342)은, 레지스트층(334, 336)의 형상에 따라 입체적인 형상을 갖는다. 이것에 의해, 형성된 비도체층(342)을 포함하는 박막의 구조물은, 높은 단면 이차 모멘트를 갖는다.
비도체층(342)의 재료로서는, 각종 산화물, 질화물을 사용할 수 있다. 또한, 비도체층(342)을 형성하는 방법으로서는, 비도체층(342)의 재료에 따라, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 12에 나타내는 바와 같이, 레지스트층(334, 336)의 측벽(335, 337)의 내측 저부를 제거하여, 도체층(320)에 도달하는 콘택트홀(315)을 형성한다. 콘택트홀(315)은, 예컨대, 건식 에칭에 의해 형성할 수 있다.
다음으로, 도 13에 나타내는 바와 같이, 비도체층(342)의 위에, 패터닝된 도체층(344)을 형성한다. 이것에 의해, 콘택트홀(315)의 내측으로부터 측벽(335, 337)의 상단에 도달하는 한 쌍의 기둥 형상의 구조물과, 측벽(339)에 끼워진 레지스트층(336)의 랜드 위에 형성된 평탄한 영역이 도체층(344)으로서 남는다. 측벽(335, 337)의 내측에 형성된 도체층(344)의 구조물은, 도체층(320)의 어느 하나의 랜드와 전기적으로 결합된다.
다음으로, 도 14에 나타내는 바와 같이, 비도체층(342) 및 도체층(344)의 표면 전체를 덮는 도체층(346)을 형성한다. 이것에 의해, 패터닝된 도체층(344)은, 이번의 도체층(346)에 의해 전기적으로 결합된다. 도체층(346)의 재료는, 도체층(344)의 재료와 같더라도, 다르더라도 좋다.
다음으로, 도 15에 나타내는 바와 같이, 도체층(346)의 표면 전체를 덮는 위쪽의 비도체층(348)을 형성한다. 위쪽의 비도체층(348)은, 도체층(344, 346)의 아래쪽에 위치하는 비도체층(342)과 같은 재료에 의해 형성된다. 성막 방법도, 아래쪽의 비도체층(342)과 같은 방법으로 성막할 수 있다.
이것에 의해, 서로 같은 패턴과 형상을 갖는, 아래쪽의 비도체층(342), 도체층(344, 346) 및 위쪽의 비도체층(348)에 의해 3층 구조의 불투명막(340)이 형성된다. 또, 불투명막(340)의 표면이 광학적인 기능에는 적합하지 않은 비도체층(342, 348)에 의해 형성되므로, 다른 막 구조와 구별할 목적으로, 3층 구조 전체를 여기서는 불투명막(340)이라고 부른다. 그렇지만, 미리 정한 광학 특성을 목적으로 하여 형성한 것은 아니다.
불투명막(340)은, 표면과 이면에 같은 재료로 형성된 비도체층(342, 348)을 가지므로, 온도 변화에 의해 도체층(344, 346) 및 비도체층(342, 348)의 사이에서 생기는 바이메탈 효과가 없어진다. 이것에 의해, 불투명막(340)의 형상이 안정된다. 또한, 불투명막(340) 전체로서는, 후술하는 평탄막과 같은 재료를 이용하여 형성되어 있으므로, 평탄막과의 열팽창률의 차이도 생기지 않는다.
다음으로, 도 16에 나타내는 바와 같이, 불투명막(340)의 일부를 제거하여, 구동부(220)의 외형을 형성한다. 이것에 의해, 불투명막(340)의 양단에 있어서, 불투명막(340)의 하층에 위치하는 레지스트층(334)이 노출된다. 불투명막(340)은, 건식 에칭에 의해 패터닝할 수 있다. 이렇게 하여, 도 2에 나타낸 기판(211) 및 구동부(220)의 구조가 형성된다.
다음으로, 도 17에 나타내는 바와 같이, 불투명막(340)의 상면, 즉, 비도체층(348)의 표면을, 레지스트층(352)에 의해 평탄화한다. 이것에 의해, 기존의 구동부(220)의 구조를 보호하여, 후술하는 반사경 부착 단계에 대비한다. 또, 레지스트층(332)의 도포는, 스핀코트법, 스프레이코트법 등을 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 다시 2층 구조의 레지스트에 의해 성막 베이스를 생성한다. 즉, 도 18에 나타내는 바와 같이, 평탄화된 레지스트층(352) 및 비도체층(348)의 표면에, 2층 구조 중 아래쪽의 레지스트층(354)이 형성된다. 또한, 레지스트층(354)은 패터닝되고, 대략 중앙에 측벽(353)이 형성된다.
다음으로, 도 19에 나타내는 바와 같이, 아래쪽의 레지스트층(354)의 위에, 2층 구조 중 위쪽의 레지스트층(356)을 형성한다. 위쪽의 레지스트층(356)도 패터닝되어 있고, 아래쪽의 레지스트층(354)의 측벽(353)의 위쪽에 형성된 측벽(355)과, 측방 양단 근방에 형성된 측벽(357)을 갖는다. 이렇게 하여, 레지스트층(354, 356)에 의해, 입체적인 성막 베이스가 형성된다.
다음으로, 도 20에 나타내는 바와 같이, 레지스트층(354, 356)의 표면 전체에, 비도체층(362)을 형성한다. 이때, 측벽(353)의 내측에서는, 비도체층(362)이, 불투명막(340)의 표면에 결합된다.
비도체층(362)의 재료로서는, SiNX 등의 각종 산화물, 질화물, 탄화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 비도체층(342)을 형성하는 방법으로서는, 비도체층(342)의 재료에 따라, 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 21에 나타내는 바와 같이, 비도체층(362)의 표면 전체에, 평탄 구조층(364)을 퇴적시킨다. 평탄 구조층(364)은, 평탄부(230)에 접합하는 반사부(240)의 포스트(232)의 재료와 상성이 좋은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
평탄 구조층(364)은, 알루미늄 등, 불투명막(340) 또는 비도체층(342, 348)과 같은 재료로 형성하더라도 좋다. 또한, 평탄 구조층(364)의 형성 방법으로서는, 평탄 구조층(364)의 재료에 따라 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 22에 나타내는 바와 같이, 비도체층(362) 및 평탄 구조층(364)의 측단부가 제거되고, 평탄부(230)의 외형이 형성된다. 이것에 의해, 비도체층(362) 및 평탄 구조층(364)의 양 측단에 있어서, 비도체층(362)의 하층에 위치하는 레지스트층(354)이 노출된다. 비도체층(362) 및 비도체층(362)은, 건식 에칭에 의해 패터닝할 수 있다.
다음으로, 도 23에 나타내는 바와 같이, 평탄 구조층(364)의 표면과, 노출된 레지스트층(354)의 표면의 위에, 비도체층(366)이 퇴적된다. 이렇게 하여, 아래쪽의 비도체층(362), 평탄 구조층(364) 및 위쪽의 비도체층(366)에 의해 형성된 3층 구조가 형성된다.
불투명막(340)의 경우와 마찬가지로, 3층 구조를 형성하는 것에 의해, 비도체층(362, 366) 및 평탄 구조층(364)의 사이에서 생기는 바이메탈 효과가 없어진다. 따라서, 온도 변화에 기인하는 내부 응력의 작용에 대하여 형상이 안정된다. 단, 평탄막(360)의 구조는 3층 구조로 한정되는 것이 아니고, 후술하는 반사부(240)의 접합에 적합한 표면 성상을 갖는 재료가 표면에 존재한다면, 단층 구조이더라도, 보다 다층의 구조이더라도 좋다.
다음으로, 도 24에 나타내는 바와 같이, 비도체층(366)의 가장자리를 제거하는 것에 의해 평탄막(360)의 외연 형상이 형성된다. 비도체층(366)은, 건식 에칭에 의해 패터닝할 수 있다. 이것에 의해, 평탄막(360)의 양 측단에 있어서, 비도체층(362)의 하층에 위치하는 레지스트층(354)이 노출된다.
도 25는 도 24까지의 수순으로 제작된 하부 구조물(201)의 단면도이다. 도 25에서는, 레지스트층(332, 334, 336, 352, 354, 356)을 제외하고, 제작된 하부 구조물(201)을 단독으로 나타낸다.
단, 공간광 변조기(100)의 제조에 있어서의 이 단계에서는, 이후의 공정에 있어서 하부 구조물(201)을 보호할 목적으로, 도 22까지 나타낸 레지스트층(332, 334, 336, 352, 354, 356)을 남겨 둔다. 또한, 명세서를 간결하게 할 목적으로, 이후의 기재에 있어서 복수의 레지스트층(332, 334, 336, 352, 354, 356)을 합쳐서 레지스트층(350)이라고 기재하는 경우가 있다.
하부 구조물(201)에 있어서, 기판(211) 위의 도체층(320)은, 전극(212, 214, 216) 중 하나에 상당한다. 불투명막(340)의 중앙 부분은, 가동부(226)에 상당한다. 또한, 가동부(226) 상당 부분의 하면에 위치하는 도체층(344)은, 전극(228)에 상당한다. 또한, 가동부(226) 상당 부분의 측방 외측에 위치하는 부분은, 한 쌍의 비틀림축부(224)에 상당한다. 또한, 비틀림축부(224) 상당 부분의 외측은, 고정 프레임(222)에 상당한다.
또한, 하부 구조물(201)에 있어서, 평탄막(360)은, 공간광 변조기(100)에 있어서의 평탄부(230)에 상당한다. 여기서, 평탄막(360)의 중앙부에 형성된 함몰부(361)의 하면은, 평탄부(230)의 포스트(232)에 상당한다. 또한, 평탄막(360)의 상면은, 평탄면(234)에 상당한다.
또, 불투명막(340)의 양 측단은, 고정 프레임(222)이 되는 부분보다 더 외측까지 수평으로 연장된다. 이 부분은, 인접하는 공간광 변조 소자(200)와의 간극으로부터 기판(211)을 향해 들어오는 광을 차단하는 차광부(341)를 형성한다. 이것에 의해, 기판(211) 위의 CMOS 소자 등에 입사광이 들어가 열화되는 것이 방지된다.
도 26은, 상기와 같은 하부 구조물(201)이 형성된 기판(211)의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 기판(211) 위에 복수의 하부 구조물(201)이 일괄하여 형성된다.
복수의 하부 구조물(201)은, 하나의 공간광 변조기(100)를 형성하는 개수마다 모여, 복수의 군을 형성한다. 이것에 의해, 1매의 기판(211)에 대한 웨이퍼 프로세스로, 다수의 공간광 변조기(100)를 일괄하여 제조할 수 있다. 또, 도시한 단계에서는, 하부 구조물(201)의 각각은 레지스트층(350)에 매설되고, 노출된 평탄면(234)의 표면과 레지스트층(350)의 표면이 대략 동일 평면으로 되어 있다.
계속하여, 도 27로부터 도 33까지를 참조하여, 반사부(240)의 제작 과정을 설명한다. 우선, 도 27에 나타내는 바와 같이, 준비된 벌크 기판(372)의 표면에, 유전체막(380)이 형성된다. 벌크 기판(372)은, 예컨대 실리콘 단결정 기판이고, 고도로 평활화된 표면 성상을 갖는다. 따라서, 벌크 기판(372)의 표면에는, 반사막으로서 고품질의 유전체층을 형성할 수 있다.
도 28은 유전체막(380)의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 유전체막(380)은, 굴절률이 다른 2종 이상의 유전체 박막, 예컨대 Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)을 번갈아 퇴적시키는 것에 의해 형성된다. Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)의 조(組)는 수십 조 이상에 달하는 경우도 있다. 유전체막(380)의 성막 방법으로서는, 이온 빔 스퍼터법을 예시할 수 있지만, 이 방법으로 한정되는 것은 아니다.
또, 벌크 기판(372) 위에 형성된 유전체막(380)에는 불가피하게 잔류 응력이 생기고 있다. 따라서, 유전체막(380)을 퇴적시킨 벌크 기판(372)을 어닐 처리하는 것에 의해, 잔류 응력을 대폭 완화할 수 있다. 이것에 의해, 사용시에 가열과 냉각을 반복하는 유전체막(380)의 안정성을 향상시켜, 공간광 변조기(100)의 수명을 연장시킬 수 있다.
다음으로, 도 29에 나타내는 바와 같이, 벌크 기판(372)의 내부에, 표면과 평행하게 박리층(374)을 형성한다. 박리층(374)은, 예컨대, 이온 주입법에 의해 수소 이온을 벌크 기판(372)의 내부에 주입하여 형성할 수 있다.
계속하여, 도 30에 나타내는 바와 같이, 가접착층(392)을 사이에 두고 유전체막(380)을 더미 기판(390)에 가접착한다. 또한, 유전체막(380)을 포함하는 벌크 기판(372)을 가열한 상태에서 부하를 거는 것에 의해, 벌크 기판(372)은, 박리층(374)을 벽개면으로 하여 두께 방향으로 박리된다. 이것에 의해, 유전체막(380) 쪽에는, 얇은 평판막(370)이 남는다.
또, 평판막(370)은, 기계 연마 혹은 화학 기계 연마에 의해 벌크 기판(372)을 박형화하여 형성하더라도 좋다. 또한, 스마트컷법에 의해 형성한 평판막(370)을, 기계 연마 혹은 화학 기계 연마에 의해 더 박형화하더라도 좋다.
또, 가접착층(392)은, 예컨대 레지스트재에 의해 형성할 수 있다. 또한, 더미 기판(390)에는, 그 자체를 두께 방향으로 관통하는 스루홀(394)을 마련하여 두더라도 좋다. 스루홀(394)은, 이후의 공정에 있어서 더미 기판(390)을 박리하는 경우에 이용할 수 있다.
다음으로, 도 31에 나타내는 바와 같이, 더미 기판(390)에 유지된 평판막(370) 및 유전체막(380)을, 공간광 변조기(100)에 있어서의 반사부(240)의 형상에 맞추어 패터닝한다. 패터닝 방법은, 건식 에칭 또는 습식 에칭의 각종 방법을 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 32에 나타내는 바와 같이, 패터닝된 평판막(370)의 각각의 하면에, 접합층(376)을 형성한다. 접합층(376)으로서는, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Pb, Sn-Bi, Sn-Zn-Bi, Sn-Au 등의 합금 재료를 사용할 수 있다.
또, 상기의 예에서는, 평판막(370)을 패터닝한 후에 접합층(376)을 마련했다. 그렇지만, 패터닝하기 전의 평판막(370)에 접합층(376)을 형성한 후에, 접합층(376)을 평판막(370)과 함께 패터닝하더라도 좋다.
다음으로, 도 33에 나타내는 바와 같이, 더미 기판(390)을 다이싱한다. 이것에 의해, 더미 기판(390)에 유지된 평판막(370) 및 유전체막(380)의 칩은, 단일 공간광 변조기(100)에 상당하는 몫씩, 분할된 더미 기판(390)에 유지된다.
도 34로부터 도 38은, 공간광 변조기(100)의 조립 과정을 나타낸다. 우선, 도 34에 나타내는 바와 같이, 기판(211) 위에 형성된 하부 구조물(201)에 대하여, 더미 기판(390)에 유지된 평판막(370) 및 유전체막(380)을 위치 정렬한다.
다음으로, 도 35에 나타내는 바와 같이, 용융시킨 상태에서 접합층(376)을 하부 구조물(201)의 평탄면(234)에 맞대어, 평판막(370) 및 평탄면(234)을 접합한다. 이것에 의해, 평판막(370) 및 평탄면(234)은 일체화된다.
다음으로, 도 36에 나타내는 바와 같이, 더미 기판(390)을 제거한다. 여기서, 더미 기판(390)은, 가접착층(392)을 용융시키는 것에 의해 박리할 수 있다. 용제는, 더미 기판(390)의 스루홀(394)을 통하여, 유전체막(380)에 접한 부분에도 작용한다.
이렇게 하여, 기판(211) 위에서는, 하부 구조물(201)의 위에 평판막(370)이 접합되고, 평판막(370)의 표면에 유전체막(380)이 위쪽을 향해 노출된다. 유전체막(380)은, 도 2로부터 도 4에 나타낸 유전체막(244)에 상당하고, 공간광 변조기(100)에 있어서의 반사부(240)가 된다.
다음으로, 도 37에 나타내는 바와 같이, 다이싱에 의해, 기판(211)은 공간광 변조기(100)의 개수만큼 절단된다. 계속하여, 도 38에 나타내는 바와 같이, 하부 구조물(201)을 보호하고 있던 레지스트층(350)을 제거한다.
여기서, 다시 도 22를 참조하면, 평탄막(360)의 양 측단에 있어서 레지스트층(354)의 표면이 노출되어 있다. 평탄막(360)의 내측에 있는 레지스트층(356)은, 레지스트층(354)의 위에 적층되어 있으므로, 양자는 연속하고 있다.
또한, 레지스트층(354)은, 레지스트층(352)의 위에 적층되어 있으므로, 양자는 연속한다. 불투명막(340)의 양 측단에 있어서 레지스트층(352)과 레지스트층(334, 332)은 연속한다. 또한, 불투명막(340)의 내측에 위치하는 레지스트층(336)은, 레지스트층(334)의 위에 적층되어 있으므로, 양자는 연속한다.
이와 같이, 모든 레지스트층(332, 334, 336, 352, 354, 356)이 연속하고 있으므로, 도 37에 나타낸 상태로부터 일괄하여 제거할 수 있다. 따라서, 평탄면(234)을 형성하는 평탄막(360)에, 레지스트 제거를 위한 에칭홀을 마련하지 않더라도 좋다.
또, 레지스트층(332, 334, 336, 352, 354, 356)의 제거는, 용해재를 이용한 습식 프로세스이더라도 좋다. 또한, 플라즈마를 이용한 회화(灰化)에 의한 건식 프로세스이더라도 좋다. 또한, 레지스트층(332, 334, 336, 352, 354, 356)은, 희생 재료의 층의 일례에 지나지 않고, 다른 희생 재료를 이용하더라도 같은 프로세스를 실시할 수 있다.
이렇게 하여, 도 1로부터 도 4까지 나타낸 공간광 변조기(100)와 같은 구조를 갖는 공간광 변조기(100)를, 리소그래피 기술에 의해 제조할 수 있다. 리소그래피 기술로 제조하는 것에 의해 미세한 공간광 변조 소자(200)를 형성할 수 있으므로, 해상도가 높은 공간광 변조기(100)를 제조할 수 있다.
또한, 반사부(240)에 있어서 반사면이 되는 유전체막(380)을, 하부 구조물(201)의 제작과는 별도의 공정으로 제작하므로, 유전체막(380)의 성막 조건을 최적화할 수 있고, 또한 성막 후에 어닐 처리하여 잔류 응력을 완화할 수 있다. 이것에 의해, 열이력에 대하여 안정성이 높은 공간광 변조기(100)를 형성할 수 있다.
또한, 평탄한 평판막(370)에 형성한 유전체막(380)을 그대로 반사면으로 할 수 있다. 따라서, 반사면으로서의 유전체막(380)도 평탄하게 마무리할 수 있고, 공간광 변조기(100)에 있어서의 유효한 반사 면적을 보다 넓게 할 수 있다.
또, 각 층의 재료의 조합으로서는, 예컨대, 도체층(320, 344, 346)을 알루미늄에 의해, 비도체층(342, 348) 및 평탄 구조층(364)을 질화규소에 의해, 형성하는 것을 예시할 수 있다. 단, 각 부의 재료가 상기한 것으로 한정되는 것은 아니고, 예컨대, SiOx, SiNx, Al, Cr, Al 합금 등으로부터 적절히 선택하더라도 좋다.
또한, 상기의 예에서는, 복수의 하부 구조물(201)이 형성된 기판(211)에 대하여, 공간광 변조기(100)의 개수마다 복수의 반사부(240)를 탑재하는 수순으로 했다. 그렇지만, 일괄하여 제작한 반사부(240)를 유지한 더미 기판(390)을 다이싱하는 일 없이, 하부 구조물(201)의 기판(211)과 반사부(240)의 기판을 일괄하여 접합하더라도 좋다.
반대로, 하부 구조물(201) 쪽의 기판(211)을, 공간광 변조기(100)의 개수마다 다이싱하여, 소위 칩투칩으로 반사부(240)와 접합하더라도 좋다. 또한, 하나의 하부 구조물(201)을 단위로 하고, 반사부(240)도 개수마다 절단하여 개별적으로 설치하더라도 좋다. 이와 같은 조립 수순의 선택은, 하부 구조물(201) 및 반사부(240)의 제조 수량비, 완성되는 공간광 변조기(100)에 대한 요구 정밀도 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.
도 39는 다른 구조를 갖는 공간광 변조 소자(200)의 모식적 분해 사시도이다. 또, 이 공간광 변조 소자(200)는, 이하에 설명하는 부분을 제외하면, 도 2에 나타낸 공간광 변조 소자(200)와 같은 구조를 갖는다. 그래서, 도 1과 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
공간광 변조 소자(200)는, 기판(211)의 위에 포개어 배치되는 구동부(220), 평탄부(230) 및 반사부(240)를 갖는다. 반사부(240)는, 도 1에 나타낸 공간광 변조 소자(200)와 동일한 형상을 갖는다. 한편, 기판(211)의 표면에는, 전극(212, 214, 216) 외에, 또 한 쌍의 전극(213, 215)이 배치된다.
구동부(220)는, 고정 프레임(222) 및 가동부(226)의 사이에, 이른바 동심 형상으로 배치된 가동 프레임(227)을 더 갖는다. 가동 프레임(227)은, 한 쌍의 비틀림축부(223)를 통해서 고정 프레임(222)으로부터 지지된다. 이것에 의해, 가동 프레임(227)은, 고정 프레임(222)에 대하여, 비틀림축부(223)를 요동축으로 하여 요동한다. 비틀림축부(223)는, 비틀림축부(224)에 대하여 직교한다.
가동부(226)를 지지하는 비틀림축부(224)의 한쪽 단은, 가동 프레임(227)의 내측에 결합된다. 이것에 의해, 가동부(226)는, 가동 프레임(227)에 대하여, 비틀림축부(224)를 요동축으로 하여 요동한다. 따라서, 가동부(226)는, 고정 프레임(222)에 관하여, 서로 직교하는 2개의 비틀림축부(223, 224)에 대하여 요동한다.
또, 가동 프레임(227)은, 외측 및 내측의 가장자리로부터 아래쪽을 향해 연장되는 리브(229)를 갖는다. 이것에 의해, 가동 프레임(227)을 높은 굽힘 강성 및 비틀림 강성을 갖는다. 따라서, 가동 프레임(227) 및 가동부(226)가 개별적으로 요동하여 비틀림축부(223, 224)가 탄성 변형한 경우도, 가동 프레임(227) 및 가동부(226)는 거의 변형하지 않는다. 또한, 잔류 응력의 완화 등에 의해 내부 응력이 작용한 경우도, 가동 프레임(227) 및 가동부(226)는 변형하기 어렵다.
도 40은 공간광 변조 소자(200)의 모식적 단면도이다. 공간광 변조 소자(200)는, 고정 프레임(222)을 기판(211)에 고정하고, 반사부(240)를 평탄부(230)에, 평탄부(230)를 가동부(226)에 순차적으로 고정한 상태에서, 도 39에 나타낸 C-C 단면을 나타낸다. 또, 도 39와 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
도시한 바와 같이, 가동 프레임(227)은 전극(221)을 하면에 갖는다. 전극(221)은, 기판(211) 위의 전극(213, 215)과 대향한다. 따라서, 전극(213, 215)에 구동 전압이 인가된 경우, 가동 프레임(227)의 도면 중 좌측 또는 우측이 기판(211)을 향해 끌어당겨진다.
또한, 가동 프레임(227)은, 가장자리로부터 아래쪽으로 연장된 리브(229)를 갖는다. 이것에 의해, 가동 프레임(227)은 높은 굽힘 강성을 갖는다. 한편, 비틀림축부(224)는, 리브(225)에 상당하는 요소를 갖고 있지 않다.
따라서, 전극(212, 214)에 인가된 전압에 의해 가동부(226)에 구동력이 작용한 경우, 비틀림축부(224)가 탄성 변형하여, 가동부(226)는, 가동 프레임(227)에 대하여 요동한다. 또한, 가동부(226)에 지지되는 평탄부(230) 및 반사부(240)도 요동한다.
또, 리브(229)의 하단에는, 가동 프레임(227)의 바깥쪽 및 안쪽을 향해 넓어지는 플랜지의 부분이 있다. 이것은, 리브(229)를 포함하는 층을 패터닝하는 경우에 남은 영역이고, 없더라도 좋다.
그렇지만, 가동 프레임(227)의 강성을 저하시키는 것이 아니고, 오히려 향상시키는 경우도 있으므로 남기더라도 좋다. 이것에 의해, 패터닝의 정확도를 현저히 높게 하는 것을 피할 수 있으므로 생산성 향상에도 기여한다.
도 41은 공간광 변조 소자(200)의 모식적 단면도이고, 도 39에 나타낸 D-D 단면을 나타낸다. 도 39 및 도 40과 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
도시한 바와 같이, 고정 프레임(222) 및 가동 프레임(227)을 결합하는 비틀림축부(223)는, 리브(229)에 상당하는 요소를 갖고 있지 않다. 따라서, 전극(213, 215) 중 하나에 구동 전압을 인가한 경우, 가동 프레임(227)은, 비틀림축부(223)를 요동축으로 하여, 기판(211)에 대하여 요동한다. 또한, 가동부(226)에 지지되는 평탄부(230) 및 반사부(240)도 요동한다.
도 42는 공간광 변조기(100)를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 공간광 변조기(100)는, 단일 기판(211)과, 기판(211) 위에 배치된 복수의 반사부(240)를 구비한다. 반사부(240)의 표면은 입사광을 반사하는 반사면을 이룬다.
복수의 반사부(240)는, 기판(211) 위에 매트릭스 형상으로 배치된다. 복수의 반사부(240)의 하나하나는, 각각이 공간광 변조 소자(200)의 일부이고, 기판(211)에 대하여 개별적으로 요동한다. 이것에 의해, 공간광 변조기(100)는, 반사광에 조도 분포를 형성할 수 있다.
따라서, 예컨대, 균일한 조도 분포를 갖는 광원광을 공간광 변조기(100)로 반사하는 것에 의해, 반사광의 전파 방향을 이차원적으로 변화시켜, 의도적으로 치우친 조사 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 불균일한 조도 분포를 갖는 광원광을 공간광 변조기(100)로 반사하여 균일한 조사 패턴으로 바꿀 수도 있다. 이것에 의해, 목적의 조사 패턴을 형성하는 경우의 구동 패턴의 자유도가 넓어진다.
이와 같은 공간광 변조기(100)는, 리소그래피 기술을 이용하여 마이크로머신으로서 제조할 수 있다. 이것에 의해, 미소한 공간광 변조 소자(200)를 수백 개에서 수백만 개 구비한, 해상도가 높은 공간광 변조기(100)를 제조할 수 있다. 그와 같은 공간광 변조기(100)는, 가변 광원, 노광 장치, 화상 표시 장치, 광스위치 등으로서 이용할 수 있다.
공간광 변조기(100)를 이용하는 경우의 조사광의 이용 효율은, 공간광 변조 소자(200)의 반사부(240)에 있어서의 반사율에 의존하므로, 반사율은 높은 것이 바람직하다. 또한, 제조 후의 공간광 변조 소자(200)에 있어서는, 반사부(240)의 열화에 의한 반사율 저하를 억제하는 것에 의해, 공간광 변조기(100)의 수명을 길게 할 수 있다.
도 43은 상기 공간광 변조 소자(200)의 구조를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다. 공간광 변조 소자(200)는, 순차적으로 적층된 회로부(210), 지지부(250) 및 반사부(260)를 구비한다.
회로부(210)는, 기판(211)과 전극(212, 213, 214, 215, 216)을 갖는다. 기판(211)은, 도 42에 나타낸 공간광 변조기(100)의 기판(211)의 일부이고, CMOS 회로가 내장되어 있다.
일부의 전극(212, 213, 214, 215)은, 2쌍의 대향한 위치에 배치된다. 이들 2쌍의 전극(212, 213, 214, 215)은, 기판(211)에 내장된 CMOS 회로로부터 구동 전압이 공급된다. 다른 전극(216)은, 기판(211)의 주변부를 전체적으로 덮고, 기준 전압, 예컨대 접지 전압에 결합된다.
도 44는 지지부(250)의 형상을 단독으로 나타내는 평면도이다. 도 43과 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙인다. 지지부(250)에 대하여, 도 43 및 도 44를 합쳐서 참조하면서 설명한다.
지지부(250)는, 하부 포스트(252), 쇼트 플렉셔(253), 지지 프레임(254), 롱 플렉셔(256) 및 요동판(258)을 갖는다. 4개의 하부 포스트(252)는, 공간광 변조 소자(200) 하나의 기판(211)의 네 구석에 고정되고, 기판(211)의 표면에 대하여 직립한다.
지지 프레임(254)은 전체적으로 사각형 형상을 갖고, 네 구석이 하부 포스트(252)의 근방에 배치된다. 지지 프레임(254)의 구석은, 지지 프레임(254)의 외측에 배치된 쇼트 플렉셔(253)에 의해, 하부 포스트(252)의 상단에 각각 결합된다.
쇼트 플렉셔(253)는, 굴곡을 반복하는 선 형상을 갖는다. 이것에 의해, 쇼트 플렉셔(253)는 작은 탄성률을 가지므로 용이하게 변형한다.
지지 프레임(254)의 내측에는, 지지 프레임(254)의 대각선 방향으로 2쌍의 롱 플렉셔(256)가 배치된다. 롱 플렉셔(256)도, 굴곡을 반복하는 선 형상을 갖는다. 또한, 롱 플렉셔(256)는, 쇼트 플렉셔(253)보다 길기 때문에, 쇼트 플렉셔(253)보다 더 변형하기 쉽다.
요동판(258)은, 롱 플렉셔(256)를 통해, 지지 프레임(254)의 네 구석에 결합된다. 이것에 의해, 요동판(258)은, 기판(211)과 평행하게, 기판(211)의 대략 중앙에 위치가 정해진다.
다시 도 43을 참조하면, 반사부(260)는, 상부 포스트(262) 및 평탄부(264)를 갖는다. 평탄부(264)는, 도면 중 위쪽에 평면을 갖는다.
상부 포스트(262)는, 평탄부(264)의 도면 중 하면 중앙으로부터 도면 중 아래쪽을 향해 돌출한다. 상부 포스트(262)의 하단면은, 요동판(258)과 대략 같은 형상을 갖고, 요동판(258)에 결합된다.
또, 도 43에 있어서, 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 지지부(250)의 형상과 위치를, 회로부(210)의 표면에 점선으로 나타낸다. 이것에 의해, 지지부(250)의 각 부와 전극(212, 213, 214, 215)의 위치 관계를 알 수 있다. 즉, 기판(211) 위의 전극(212, 213, 214, 215)과 롱 플렉셔(256)는, 서로 겹치는 위치를 피하여 배치된다. 이것에 의해, 전극(212, 213, 214, 215)에 있어서 생긴 정전력이 평탄부(264)에 효율적으로 작용한다.
도 45는 공간광 변조 소자(200)의 모식적 단면도이다. 도 45에는, 도 43에 화살표 A로 나타내는 단면이 나타난다. 도 45에 있어서, 도 43과 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
하부 포스트(252)의 하단은, 기판(211)의 전극(216)에 대하여 고정된다. 하부 포스트(252)의 상단은, 쇼트 플렉셔(253)를 통해 지지 프레임(254)에 결합된다. 하부 포스트(252)의 높이는 지지 프레임(254)의 두께보다 크므로, 지지 프레임(254)은, 기판(211)으로부터 이간한 상태에서, 기판(211)과 평행하게 위치가 정해진다.
쇼트 플렉셔(253)는 용이하게 변형하므로, 기판(211)의 열팽창 등이 생긴 경우에도, 지지 프레임(254)에 변위를 주지 않는다. 이와 같이, 쇼트 플렉셔(253)가, 하부 포스트(252)를 포함하는 기판(211)측으로부터의 기계적인 영향을 차단하므로, 공간광 변조 소자(200)의 온도 특성이 안정된다.
또한, 지지 프레임(254)은, 쇼트 플렉셔(253)의 두께에 비하여 큰 두께를 갖는다. 따라서, 지지 프레임(254)은, 쇼트 플렉셔(253)에 비하여 상대적으로 높은 강성을 갖는다. 따라서, 기판(211)의 열팽창 등에 의해 하부 포스트(252)가 변위한 경우에도, 지지 프레임(254)은 변형하기 어렵다.
요동판(258)은, 롱 플렉셔(256)를 통해 지지 프레임(254)에 결합된다. 롱 플렉셔(256)는 변형하기 쉬우므로, 요동판(258)은 기판(211)에 대하여 용이하게 요동할 수 있다.
요동판(258)은 롱 플렉셔(256)와 같은 정도의 두께를 가지므로, 그 자체의 굽힘 강성은 낮다. 그렇지만, 상부 포스트(262)와 결합된 상태에서는, 거의 변형하지 않게 된다.
요동판(258)의 상면에는, 반사부(260)의 상부 포스트(262) 하단이 일체적으로 결합된다. 이것에 의해, 반사부(260)의 평탄부(264)는 지지부(250)의 위쪽에 수평으로 지지된다. 또한, 요동판(258)에 결합된 반사부(260)는, 요동판(258)과 함께 기판(211)에 대하여 요동한다.
반사부(260)에 있어서의 평탄부(264)의 도면 중 상면에는, 반사막(266)이 배치된다. 반사막(266)은, 입사광에 대하여 높은 반사율을 갖는다. 반사부(260)가 요동한 경우는 반사막(266)도 요동하므로, 반사광의 조사 방향은, 반사부의 요동에 따라 변화한다.
도 46은 공간광 변조 소자(200)의 모식적 단면도이다. 도 46에는, 도 43에 화살표 B로 나타내는 단면이 나타난다. 도 46에 있어서, 도 43, 도 44 및 도 45와 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
도시한 단면에 있어서, 지지 프레임(254) 및 요동판(258)은, 기판(211)으로부터 이간한 상태에서, 기판(211)에 대하여 대략 평행하게 지지된다. 전극(213, 215)은, 상부 포스트(262)의 중심을 대칭축으로 하여 서로 대칭의 위치에 배치된다. 전극(213, 215)은, 회로부(210)의 CMOS 회로를 통해, 구동 전압이 인가된다.
또한, 전극(213, 215)은, 평탄부(264)의 하면에 대향한다. 평탄부(264)는, 전극(216), 지지부(250) 및 상부 포스트(262)를 통하여 기준 전위에 전기적으로 결합된다. 따라서, 전극(213, 215)에 구동 전압이 인가된 경우, 전극(213, 215)과 평탄부(264)의 사이에는 정전력이 작용한다.
도 47은 공간광 변조 소자(200)의 단면도이고, 도 46과 같은 단면을 나타낸다. 도 46과 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
공간광 변조 소자(200)에 있어서, 한 쌍의 전극(213, 215)에 극성이 반전된 구동 전압이 인가된 경우, 정전력의 작용에 의해 평탄부(264)는 요동하여 경사한다. 이것에 의해, 반사막(266)도 경사하므로, 반사막(266)에 의해 반사된 입사광의 조사 방향이 변화한다. 평탄부(264)의 기울기는, 전극(213, 215)에 인가하는 구동 전압의 높이에 따라 변화한다. 이와 같이, 공간광 변조 소자(200)는, 전기적인 제어에 의해 반사광의 조사 방향을 변화시킬 수 있다.
또, 전극(213, 215)에 대한 구동 전압의 인가가 정지한 경우는, 롱 플렉셔(256)의 탄성에 의해, 요동판(258) 및 반사부(260)는, 기판(211)에 대하여 대략 평행한 상태로 되돌아간다. 따라서, 구동 전압이 해제된 경우는, 공간광 변조 소자(200)의 반사 특성은 초기 상태로 되돌아간다.
도 61을 제외한 도 48로부터 도 67까지는, 공간광 변조 소자(200)의 제조 과정을, 도 45와 같은 단면에 있어서 단계적으로 나타내는 단면도이다. 도 48 및 도 49는 회로부(210)를 제작하는 과정의 일부를, 도 50으로부터 도 56까지는, 지지부(250)를 제작하는 과정을, 도 57로부터 도 62까지는 반사부(260)를 제작하는 과정을 각각 나타낸다. 또한, 도 63 이후는, 반사막(266)의 보호에 관련하는 과정을 나타낸다.
또, 제작 과정의 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 각 요소는, 완성한 공간광 변조 소자(200)에 있어서 대응하는 요소와 다른 형상 또는 상태로 포함되어 있는 경우가 있다. 그래서, 하기의 설명에 있어서는, 제작 단계의 요소에 고유의 참조 번호를 붙이고 설명한 후에, 각 요소가 완성된 단계에서, 그때까지 설명한 공간광 변조 소자(200)의 요소와의 대응 관계를 설명한다.
우선, 도 48에 나타내는 바와 같이, 공간광 변조 소자(200)를 형성하는 기판(211)을 준비하여, 전극(212, 213, 214, 215, 216)이 되는 도체층(322)을 전면에 퇴적시킨다. 기판(211)의 재료로서는, 실리콘 단결정 기판 외에, 화합물 반도체 기판, 세라믹스 기판 등, 평탄한 표면을 갖는 부재를 널리 사용할 수 있다. 기판(211)에는, 구동 전력을 공급하는 배선, CMOS 회로 등이 미리 형성되어 있다.
도체층(322)은, Al, Cu 등의 일반적인 도체 재료 외에, Ti를 주체로 하는 합금, Al을 주체로 하는 합금, Cu를 주체로 하는 합금 등의 금속에 의해 형성할 수 있다. 도체층(322)의 성막 방법은, 도체층(322)의 재료에 따라, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 49에 나타내는 바와 같이, 도체층(322)이 패터닝된다. 이것에 의해, 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 전극(216)이 형성된다. 또, 도시한 단면에는 나타나 있지 않지만, 다른 전극(212, 213, 214, 215)도 동시에 형성된다.
또한, 전극(212, 214, 216)으로 패터닝된 도체층(322)의 표면을, 절연성의 박막에 의해 더 피복하더라도 좋다. 이것에 의해, 전극(212, 213, 214, 215)의 단락에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.
절연층의 재료로서는, 예컨대, 기판(211)의 재료의 산화물, 질화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연층은, 유전율이 높은 다공질체이더라도 좋다. 절연 재료층의 성막 방법은, 재료에 따라, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 50에 나타내는 바와 같이, 기판(211) 및 도체층(322)을 희생층(393)에 의해 덮어, 기판(211) 및 도체층(322)의 표면보다 위쪽에 평탄한 성막 베이스가 형성된다. 희생층(393)은, 예컨대 산화규소를 이용하는 것에 의해 평탄한 성막 베이스를 형성할 수 있다. 희생층(393)의 성막 방법은, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법으로부터 적절히 선택할 수 있다.
그 다음에, 희생층(393)에 의해 형성한 성막 베이스의 표면에 금속층(323)을 적층시킨다. 금속층(323)은, 예컨대 Ti를 주체로 하는 합금, Al을 주체로 하는 합금 등을 재료로 하여, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등에 의해 형성할 수 있다.
계속하여, 도 51에 나타내는 바와 같이, 건식 에칭 등에 의해 금속층(323)이 패터닝된다. 이것에 의해, 공간광 변조 소자(200)에 있어서 지지 프레임(254)의 일부가 되는 금속 패턴이 형성된다.
다음으로, 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 지지부(250)의 지지 프레임(254) 이외의 부분이 형성된다. 우선, 도 52에 나타내는 바와 같이, 희생층(393) 및 금속층(323)의 표면 전체에 새로운 희생층(395)을 퇴적시킨다. 이것에 의해, 금속층(323)이 희생층(395)에 메워진다. 희생층(395)의 재료 및 성막 방법은, 최초의 희생층(393)과 동일하더라도 좋지만, 다르더라도 좋다.
계속하여, 도 53에 나타내는 바와 같이, 희생층(395)의 표면의 높이가 조정되어, 희생층(395)의 표면과 금속층(323)의 표면이 연속한 표면을 이루는 상태가 된다. 희생층(395) 표면의 높이는, 예컨대, 희생층(395)의 표면을 HF 증기법에 의해 두께 방향으로 일부 제거하는 것에 의해 조정할 수 있다.
다음으로, 도 54에 나타내는 바와 같이, 2개의 희생층(393, 395)이 합쳐져 패터닝되어, 도체층(322)에 도달하는 콘택트홀(317)이 형성된다. 콘택트홀(317)은, 예컨대, 건식 에칭에 의해 형성할 수 있다. 이렇게 하여, 기판(211) 위에는, 입체적인 형상을 갖는 성막 베이스가 형성된다.
다음으로, 도 55에 나타내는 바와 같이, 노출되어 있는 도체층(322), 희생층(395) 및 금속층(323)의 표면 전체에, 새로운 금속층(325)이 퇴적된다. 이것에 의해, 금속층(325)의 일부는, 금속층(323)과 일체화된다.
이렇게 하여, 두께가 다른 영역을 포함하는 일체적인 금속층이 형성된다. 금속층(325)은, 예컨대 Ti를 주체로 하는 합금, Al을 주체로 하는 합금 등, 일부의 베이스가 되는 금속층(323)과 동일한 재료가, 적어도 친화성이 높은 재료에 의해 형성할 수 있다. 성막 방법은, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로부터 적절히 선택할 수 있다.
다음으로, 도 56에 나타내는 바와 같이, 금속층(325)이, 건식 에칭 등에 의해 패터닝된다. 이것에 의해, 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 지지부(250)의 요소가 형성된다. 즉, 도면 중에 괄호로 둘러싸 나타내는 바와 같이, 하부 포스트(252), 쇼트 플렉셔(253), 지지 프레임(254), 롱 플렉셔(256) 및 요동판(258)이, 금속층(323, 325)에 의해 형성된다.
금속층(325)과 하층의 금속층(323)은 일체화되어 있으므로, 지지 프레임(254)은, 쇼트 플렉셔(253), 롱 플렉셔(256) 및 요동판(258)보다 막 두께가 크고, 지지 프레임(254)은 높은 강성을 갖는다. 이와 같이, 2층의 희생층(393, 395)을 성막 베이스로서 이용하는 것에 의해, 리소그래피 기술로 입체적인 구조를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 57에 나타내는 바와 같이, 새로운 희생층(397)을 퇴적한다. 이것에 의해, 금속층(325) 및 희생층(395)의 표면이, 희생층(397)에 메워진다. 희생층(395)의 재료 및 성막 방법은, 최초의 희생층(393)과 동일하더라도 좋지만, 다르더라도 좋다.
또한, 도 58에 나타내는 바와 같이, 희생층(397)이 패터닝되어, 콘택트홀(319)이 형성된다. 콘택트홀(319)은, 금속층(325)에 의해 형성된 요동판(258)의 표면에 도달한다. 콘택트홀(319)은, 예컨대, 건식 에칭에 의해 형성할 수 있다. 이렇게 하여, 기판(211) 위의 최표면(最表面)에는, 다시 입체적인 형상을 갖는 성막 베이스가 형성된다.
계속하여, 도 59에 나타내는 바와 같이, 희생층(397) 및 금속층(325)의 표면 전체에, 새로운 금속층(327)이 퇴적된다. 금속층(327)은, 예컨대 Ti를 주체로 하는 합금, Al을 주체로 하는 합금 등에 의해 형성할 수 있다. 성막 방법으로서는, 각종 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로부터 적절히 선택할 수 있다.
이렇게 하여 형성된 금속층(327)은, 금속층(325)이 형성하는 요동판(258)에 인접하는 부분에서는, 반사부(260)의 상부 포스트(262)가 된다. 또한, 금속층(327) 중, 희생층(397)의 상면에 퇴적된 부분은, 반사부(260)에 있어서의 평탄부(264)가 된다.
또, 상기의 예에서는, 금속층(327)에 의해 상부 포스트(262) 및 평탄부(264)를 일괄하여 형성했다. 이 때문에, 평탄부(264)의 중앙에 함몰부가 생겨 있다. 이와 같은 함몰부가 생기는 것을 피하는 경우는, 함몰부를 다른 희생층으로 메운 후에 새로 평탄부(264)를 형성하더라도 좋다. 이것에 의해, 전체에 평탄한 평탄부(264)를 형성할 수 있다.
계속하여, 도 60에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막(381)이, 금속층(327)의 표면에 퇴적된다. 유전체 다층막(381)은, 공간광 변조 소자(200)에 있어서 반사막(266)이 된다.
도 61은 유전체 다층막(381)의 구조를 나타내는 모식적인 단면도이다. 유전체 다층막(381)은, 굴절률이 다른 2종 이상의 유전체 박막, 예컨대 Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)을 번갈아 퇴적시키는 것에 의해 형성된다.
Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)의 조를 적층한다. Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)의 각각의 막 두께는, 수십~수백 ㎚ 정도이고, 적층수는 수십 조 이상에 이르는 경우도 있다. 유전체 다층막(381)의 성막 방법은, 이온 빔 스퍼터법을 예시할 수 있지만 이 방법으로 한정되는 것은 아니다.
또, 재료의 조합에 따라, 금속층(327)과 유전체 다층막(381)의 최하층의 사이에서 화학 반응, 확산 등이 생기는 경우가 있다. 이와 같은 경우는, 금속층(327)의 표면에 유전체 다층막(381)을 퇴적시키기 전에, 금속층(327)의 표면에 장벽층을 마련하고, 그 장벽층의 표면에 유전체 다층막(381)을 퇴적시키는 것이 바람직하다.
또한, 유전체 다층막(381)의 평탄성은, 반사막(266)으로서의 반사율에 영향을 준다. 또한, 유전체 다층막(381)의 평탄성은, 베이스가 되는 금속층(327)의 평탄성의 영향을 받는다. 따라서, 유전체 다층막(381)의 형성에 앞서, 연마 등에 의해 금속층(327)의 표면을 평탄하게 하는 처리를 하더라도 좋다.
또한, 금속층(327)의 표면에 형성한 유전체 다층막(381)에는 잔류 응력이 생기는 경우가 있다. 따라서, 유전체 다층막(381)을 퇴적시킨 후에 가열하는 등 하여 잔류 응력을 완화시키더라도 좋다. 이것에 의해 반사막(266)의 평탄성이 안정되므로, 반사 효율을 향상시킬 수 있다.
계속하여, 도 62에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막(381)의 가장자리가 트리밍된다. 이것에 의해, 금속층(327)의 일부가 노출된다. 유전체 다층막(381)은, 예컨대 건식 에칭에 의해 트리밍할 수 있다.
다음으로, 도 63에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막(381)의 표면과, 그 주위에 노출된 금속층(327)의 표면에, 희생 보호층(396)이 퇴적된다. 상기 트리밍에 의해 금속층(327)이 유전체 다층막(381)의 측방으로 연장되어 있으므로, 희생 보호층(396)은, 유전체 다층막(381)의 상면과 측면을 극간 없이 덮는다.
희생 보호층(396)의 재료로서는, 금속층(327)의 하층에 형성된 희생층(393, 395, 397)을 제거하는 경우에 이용하는 에천트에 대하여 내성을 갖는 것이면, 임의의 재료를 선택할 수 있다. 단, 희생 보호층(396)의 재료는, 그 자체가 유전체 다층막(381)에 대하여 화학적으로 안정한 것이 바람직하다.
그와 같은 재료로서는, 예컨대 포지형 레지스트, 나노임프린트용 유기막 등을 예시할 수 있다. 희생 보호층(396)으로서 레지스트를 이용하는 경우는, 스핀코트에 의해 도포할 수 있다.
다음으로, 도 64에 나타내는 바와 같이, 희생 보호층(396)의 가장자리가 트리밍된다. 희생 보호층(396)은, 예컨대 건식 에칭에 의해 트리밍할 수 있다. 이것에 의해, 희생 보호층(396)의 주위에 금속층(327)의 일부가 노출된다.
희생 보호층(396)을 트리밍하는 경우는, 희생 보호층(396)이, 유전체 다층막(381)보다 넓은 영역에 남는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 희생 보호층(396)은, 유전체 다층막(381)의 측단면을 보호할 수 있다.
다음으로, 도 65에 나타내는 바와 같이, 희생 보호층(396)을 마스크로 하여, 금속층(327)을 패터닝한다. 금속층(327)은, 예컨대 건식 에칭에 의해 패터닝할 수 있다. 이것에 의해, 금속층(327) 및 희생 보호층(396)의 외측의 영역에, 희생층(397)의 상면이 노출된다. 유전체 다층막(381)의 표면은, 측단면도 포함시켜, 모든 금속층(327) 또는 희생 보호층(396)에 덮여 있다.
또, 희생층(397)을 노출시킨다고 하는 관점으로부터는, 금속층(327)의 일부가 제거되면 충분하지만, 1매의 기판(211)의 위에 복수의 공간광 변조 소자(200)를 일괄하여 형성하는 경우는, 이 단계에서, 인접하는 공간광 변조 소자(200)의 금속층(327)이 절단된다. 이것에 의해, 공간광 변조 소자(200)마다 독립한 평탄부(264)가 형성된다.
계속하여, 도 66에 나타내는 바와 같이, 희생층(393, 395, 397)이 제거된다. 3층의 희생층(393, 395, 397)은 서로 연속하여 형성되어 있으므로, 기체의 에천트를 이용하는 HF 증기법으로 일괄하여 제거할 수 있다.
이 단계에서는, 유전체 다층막(381)은, 희생 보호층(396)에 덮여 있으므로, 에천트에 접촉하지 않는다. 희생 보호층(396)은, HF 증기 등의 에천트에 대하여 내성을 가지므로, 유전체 다층막(381)을 에천트로부터 보호할 수 있다.
다음으로, 도 67에 나타내는 바와 같이, 희생 보호층(396)이 제거된다. 희생 보호층(396)은, 예컨대 산소 플라즈마를 이용한 건식 에칭에 의해, 유전체 다층막(381)에 영향을 주는 일 없이 제거할 수 있다. 이렇게 하여, 높은 반사율을 갖는 유전체 다층막(381)에 의해 형성된 반사막(266)을 구비하는 공간광 변조 소자(200)가 완성된다.
상기 제조 과정에서는, 희생 보호층(396)에 의해 보호되는 것에 의해, 희생층(393, 395, 397)을 제거하는 경우에 이용하는 에천트로부터 유전체 다층막(381)의 열화가 방지된다. 따라서, 이와 같은 공간광 변조 소자(200)를, 단일 기판(211)에 복수 일괄하여 형성하는 것에 의해, 반사율이 높은 공간광 변조기(100)를 제조할 수 있다.
또한, 유전체 다층막(381)을 보호한 희생 보호층(396)을 제거하는 것에 의해, 희생 보호층(396)의 표면에 잔류하고 있던 에천트의 성분도 완전히 제거된다. 이것에 의해, 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 반사 효율의 시간에 따른 열화가 억제된다.
또, 상기 예에서는, 도 64에 나타낸 단계에서 희생 보호층(396)을 트리밍한 후에, 도 65에 나타낸 단계에서 금속층(327)을 패터닝했다. 그렇지만, 유전체 다층막(381)을 상하게 하는 프로세스만 피하면, 금속층(327)을 먼저 패터닝한 후에 희생 보호층(396)을 형성하고, 희생 보호층(396)을 더 패터닝하는 수순이더라도 좋다. 어느 경우도, 희생 보호층(396)의 존재 하에서 희생층(393, 395, 397)을 제거하는 것에 의해, 유전체 다층막(381)을 에천트로부터 보호하는 것이 바람직하다.
도 68은 상기 예와는 다른 구조를 갖는 유전체 다층막(383)의 단면도이다. 유전체 다층막(383)은, 도 60에 나타낸 단계에서, 금속층(327)의 표면에 형성된다.
도시한 유전체 다층막(383)은, 서로 수평으로 적층된 굴절률이 다른 2종 이상의 유전체 박막, 예컨대 Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)을 번갈아 퇴적하여 형성된다. 또한, 유전체 다층막(383)에 있어서의 최상층의 Al2O3 박막(382)은, 유전체 다층막(383)의 측면으로 돌아들어가서, 금속층(327)의 표면까지 연속하여 형성된다.
유전체 다층막(383)을 형성하는 Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384) 중, Al2O3 박막(382)은, 희생층(393, 395, 397)을 제거하는 경우에 이용하는 HF 증기와 같은 에천트에 대하여 화학적 내성을 갖는다. 따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 유전체 다층막(383)은, 그 자체의 Al2O3 박막(382)을 영구 보호층(398)으로 할 수 있다. 또, Al2O3 박막(382)을, 예컨대 스퍼터링법, 화학 기상 석출법 등의 성막법으로 퇴적시키는 것에 의해, 유전체 다층막(383)의 표면으로부터 측단면까지 연속한 영구 보호층(398)을 성막할 수 있다.
이것에 의해, 도 63으로부터 도 66까지 나타낸 희생 보호층(396)의 형성, 패터닝 및 제거의 단계를 생략할 수 있다. 또한, 영구 보호층(398)은, 유전체 다층막(381)의 일부와 동일한 재료로 형성되므로, 유전체 다층막(381)의 성막 환경에서 계속해서 성막할 수 있다. 따라서, 공간광 변조 소자(200)의 제조 과정을 한층 간소화할 수 있다.
또한, Al2O3 박막(382)에 의한 영구 보호층(398)은, 공간광 변조 소자(200)의 완성 후에도, 유전체 다층막(381)의 보호층으로서 영구적으로 이용할 수 있다. 이것에 의해, 공간광 변조 소자(200)의 시간에 따른 특성 열화를 억제하여, 수명을 길게 할 수 있다.
영구 보호층(398)으로서의 Al2O3 박막(382)은, 다른 Al2O3 박막(382)보다 막 두께를 크게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 영구 보호층(398)으로서 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 영구 보호층(398)은, 공간광 변조 소자(200)의 완성 후에도 유전체 다층막(381)의 표면에 남아, 조사광 및 반사광을 투과시킨다. 따라서, 조사광 및 반사광에 대하여 광학적인 영향이 생기는 것을 방지할 목적으로, 영구 보호층(398)은, 유전체 다층막(381)이 반사하는 입사광의 파장에 대하여 1/2 파장의 정수배가 되는 막 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 69는 다른 유전체 다층막(385)의 단면도이다. 도 60에 나타낸 단계에서, 금속층(327)의 표면에 형성된다.
도시한 유전체 다층막(385)은, 서로 수평으로 적층된 굴절률이 다른 2종 이상의 유전체 박막, 예컨대 Al2O3 박막(382) 및 SiO2 박막(384)을 번갈아 퇴적하여 형성된다. 단, 유전체 다층막(385)에 있어서의 최상층은, 희생층(393, 395, 397)의 에천트에 대하여 내성을 갖는 Al2O3 박막(382)이 할당된다.
또한, 유전체 다층막(385)은, 유전체 다층막(383)의 측단면을 상단으로부터 금속층(327)의 표면까지 연속하여 덮는 영구 보호층(398)을 더 갖는다. 이것에 의해, 희생층(393, 395, 397)의 에천트에 대한 내성이 없는 SiO2 박막(384)을, 외부로부터 차단할 수 있다.
따라서, 도 68에 나타낸 유전체 다층막(383)의 경우와 마찬가지로, 희생 보호층(396)을 이용하는 일 없이, 희생층(393, 395, 397)을 제거할 수 있다. 또한, 영구 보호층(398)을, 유전체 다층막(381)의 성막 환경에서 연속하여 형성할 수 있다. 또한, 공간광 변조 소자(200)의 완성 후에도 유전체 다층막(381)을 보호할 수 있다.
또, 유전체 다층막(381)의 측면에 형성되는 영구 보호층(398)은, 유전체 다층막(381)의 반사막(266)으로서의 특성에 영향을 주지 않는다. 따라서, 영구 보호층(398)의 두께 및 형상은 자유롭게 선택할 수 있다.
도 70은 공간광 변조 소자(202)의 단면도이다. 공간광 변조 소자(202)는, 유전체 다층막(381)에 의해 형성된 반사막(266)의 표면을 덮는 영구 보호층(398)을 구비하는 점을 제외하고, 도 67에 나타낸 공간광 변조 소자(200)와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
공간광 변조 소자(200)를 제조하는 경우는, 희생 보호층(396)을 제거한 후, 새로 영구 보호층(398)을 형성한다. 이것에 의해, 이미 설명한 것과 같이, 희생층(393, 395, 397)을 제거하는 경우에 희생 보호층(396)의 표면에 잔류한 에천트의 성분을 제거할 수 있다. 또한, 영구 보호층(398)을 마련하는 것에 의해, 대기 중의 산소 등으로부터 유전체 다층막(381)을 영구적으로 보호하여, 공간광 변조 소자(202)의 수명을 늘릴 수 있다.
여기까지, 단독의 공간광 변조 소자(200)에 대하여 제작 과정을 설명했다. 그렇지만, 공간광 변조 소자(200)는, 하나의 기판(211) 위에 복수 일괄하여 제작하는 것에 의해 공간광 변조기(100)로 할 수 있다. 또한, 대형의 기판(211)을 이용하여, 각각이 복수의 공간광 변조 소자(200)를 갖는, 복수의 공간광 변조기(100)를 제조할 수도 있다.
도 71로부터 도 73은 복수의 공간광 변조기(100)를 제조하는 경우의 제조 과정의 일부를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 70까지와 공통의 요소에는 같은 참조 번호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다. 또, 도 71로부터 도 73에 있어서의 희생층(391)은, 도 65까지에 있어서 나타낸 3층의 희생층(393, 395, 397)을 합쳐서 나타내고 있다.
도 71에 나타내는 상태에 있어서는 도 65에 나타낸 상태와 마찬가지로, 금속층(327)의 패터닝을 포함시켜 공간광 변조 소자(200)에 대한 가공은 이미 완료되어 있다. 그렇지만, 공간광 변조 소자(200)의 평탄부(264)보다 아래쪽의 부분은 희생층(391)에 묻혀 있다. 또한, 금속층(327) 및 유전체 다층막(381)의 표면은, 희생 보호층(396)에 의해 덮여 있다.
이미 설명한 바와 같이, 희생 보호층(396)의 존재 하에서 희생층(391)을 제거하는 것에 의해 기판(211) 위에 공간광 변조 소자(200)가 완성된다. 그렇지만, 희생층(391)을 제거하여 버리면, 공간광 변조 소자(200)에 있어서의 반사부(260)가 요동하기 쉽게 된다.
그래서, 도 72에 점선 D로 나타내는 바와 같이, 희생층(391) 및 희생 보호층(396)을 남긴 채로 기판(211)을 다이싱하더라도 좋다. 이것에 의해, 다이싱 및 반송에 의해 생기는 진동 등의 기계적 부하로부터 공간광 변조 소자(200)의 지지부(250), 반사부(260) 등을 보호할 수 있다.
다이싱하여 절단된 공간광 변조기(100)에는 희생 보호층(396)이 남아 있으므로, 도 73에 나타내는 바와 같이, HF 증기법 등의 방법으로 희생층(391)을 제거하더라도, 유전체 다층막(381)을 열화시키는 일은 없다. 이렇게 하여, 공간광 변조기(100)의 제조 수량비를 향상시킬 수 있다.
또, 상기의 예에서는, 공간광 변조 소자(200)에 있어서, 유전체 다층막(381) 이외의 구조물을 주로 금속 재료를 이용하여 형성했다. 그렇지만, 공간광 변조 소자(200)의 재료는 금속 재료로 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 기판(211)을 형성하는 재료의 산화물, 질화물, 탄화물 등을 이용할 수도 있다. 또한, 각각의 층을, 복수의 재료를 이용한 라미네이트 구조로 하여, 부재의 경량화 등을 도모할 수도 있다.
또, 상기와 같은 공간광 변조 소자(200)에 있어서, 유전체막(380)을 형성하는 유전체 박막의 각 층의 막 두께 T는, 입사 광선의 파장 λ, 유전체 박막의 굴절률 n, 입사 광선의 입사각 θ에 대하여, 하기의 식으로 나타내는 값을 포함하는 범위로 하는 것이 바람직하다.
T=λ/(4ncosθ)[㎚]
예컨대, 입사 광선의 파장 λ가 193㎚인 경우, 유전체막(380)에 있어서 고굴절률층을 Al2O3로 형성하고, 저굴절률층을 SiO2로 형성하면, 고굴절률층 Al2O3의 두께는 25㎚ 정도, 저굴절률층 SiO2의 두께는 30㎚ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 유전체막(380)을, 고반사율을 갖는 반사 기재의 위에 포개어 형성하더라도 좋다. 이것에 의해, 유전체 다층막의 층수를 줄이면서, 높은 반사율을 얻을 수 있다. 또한, 반사 기재를 마련하지 않는 경우와 비교하여 유전체 다층막의 층수를 적게 할 수 있으므로, 유전체 다층막의 응력에 의한 반사부(240, 260)의 휨을 저감할 수 있다.
입사광의 파장 λ가 193㎚인 경우를 예로 들면, 반사 기재의 재료로서 높은 반사율을 갖는 재료로서는 Al 또는 Al 합금을 예시할 수 있다. 또한, Al과 비교하면 반사율은 낮지만, 193㎚에서 비교적 높은 반사율을 갖는 재료로서 실리콘도 예시할 수 있다.
실리콘에는, 단결정 실리콘과 비결정 실리콘이 있고, 비결정 실리콘은 단결정 실리콘에 비하면 반사율이 약간 낮다. 그렇지만, 수 마이크로미터미터 정도의 후막(厚膜)으로 성막할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 후막의 비결정 실리콘 위에 박막의 Al 합금을 형성하는 등 하여, 기재의 후막화와 고반사율화의 양립을 도모할 수도 있다.
예컨대, 알루미늄(Al)에 의해 형성한 반사 기재에, Al2O3에 의해 형성한 고굴절률층과, SiO2에 의해 형성한 저굴절률층을, 반사 기재의 바로 위를 Al2O3로 하여 번갈아 적층한 구조로 한 경우, 9층 이상에서는 95％ 이상의 반사율이 얻어진다. 또한, 층수를 늘리면 반사율도 증가하지만, 19층 이상에서는 반사율의 증가율이 둔해진다. 또한, 미러의 휨 증대도 감안하면 유전체 다층막의 층수는 19층 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시의 형태에 있어서는, 반사부(240)의 경사 방향 및 경사 각도를 개별적으로 변경할 수 있는 공간광 변조 소자(200)를 이차원적으로 배열하는 것에 의해 공간광 변조기(100)를 형성했다. 그렇지만, 공간광 변조기(100)를 형성하는 경우에는, 다른 구조를 갖는 공간광 변조 소자(200)를 이용할 수도 있다.
다른 공간광 변조 소자(200)로서는, 미국 특허 제 7,206,117호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 기판(211)에 대한 반사부(240)의 높이를 변화시키는 것에 의해 반사광의 광로를 변화시키는 소자를 예시할 수 있다. 이와 같이, 공간광 변조 소자(200)로서는, 일차원적 또는 이차원적으로 배열한 경우에, 반사부(240)의 위치 및 자세를 개별적으로 변경할 수 있는 것을 널리 선택할 수 있다.
도 74는 공간광 변조기(100)를 포함하는 노광 장치(400)의 모식도이다. 노광 장치(400)는, 조명광 발생부(500), 조명 광학계(600) 및 투영 광학계(700)를 구비한다. 공간광 변조기(100)는, 조명광 발생부(500)에 배치된다.
조명광 발생부(500)는, 제어부(510), 광원(520), 공간광 변조기(100), 프리즘(530), 결상 광학계(540), 빔 스플리터(550) 및 계측부(560)를 갖는다. 광원(520)은, 조명광 L을 발생시킨다. 광원(520)이 발생시킨 조명광 L은, 광원(520)의 발광 기구의 특성에 따른 조도 분포를 갖는다. 이 때문에, 조명광 L은, 조명광 L의 광로와 직교하는 단면에 있어서 원화상 I1을 갖는다.
광원(520)으로부터 출사된 조명광 L은, 프리즘(530)에 입사한다. 프리즘(530)은, 조명광 L을 공간광 변조기(100)에 인도한 후, 공간광 변조기(100)에 의해 반사된 조명광 L을 다시 외부에 사출한다. 공간광 변조기(100)는, 제어부(510)의 제어에 의해 입사한 조명광 L을 변조하여 반사한다. 공간광 변조기(100)의 구조와 동작에 대해서는, 도 42를 참조하여 이미 설명한 것과 같다.
공간광 변조기(100)를 거쳐서 프리즘(530)으로부터 출사된 조명광 L은, 결상 광학계(540)를 거쳐서, 후단의 조명 광학계(600)에 입사된다. 결상 광학계(540)는, 조명 광학계(600)의 입사면(612)에 조명광 화상 I3을 형성한다.
빔 스플리터(550)는, 결상 광학계(540) 및 조명 광학계의 사이에 있어서, 조명광 L의 광로상에 배치된다. 빔 스플리터(550)는, 조명 광학계(600)에 입사하기 전의 조명광 L의 일부를 분리하여 계측부(560)에 인도한다.
계측부(560)는, 조명 광학계(600)의 입사면(612)과 광학적으로 공역인 위치에서 조명광 L의 화상을 계측한다. 이것에 의해, 계측부(560)는, 조명 광학계(600)에 입사하는 조명광 화상 I3과 동일한 화상을 계측한다. 따라서, 제어부(510)는, 계측부(560)에 의해 계측되는 조명광 화상 I3을 참조하여, 공간광 변조기(100)를 귀환 제어할 수 있다.
조명 광학계(600)는, 플라이아이 렌즈(610), 콘덴서 광학계(620), 시야 조리개(630) 및 결상 광학계(640)를 포함한다. 조명 광학계(600)의 출사단에는, 마스크(710)를 유지한 마스크 스테이지(720)가 배치된다.
플라이아이 렌즈(610)는, 병렬적으로 치밀하게 배치된 다수의 렌즈 소자를 구비하고, 후측 초점면에 렌즈 소자의 수와 동수의 조명광 화상 I3을 포함하는 2차 광원을 형성한다. 콘덴서 광학계(620)는, 플라이아이 렌즈(610)로부터 출사된 조명광 L을 집광하여 시야 조리개(630)를 중첩적으로 조명한다.
시야 조리개(630)를 거친 조명광 L은, 결상 광학계(640)에 의해, 마스크(710)의 패턴면에, 시야 조리개(630)의 개구부의 상인 조사광 화상 I4를 형성한다. 이렇게 하여, 조명 광학계(600)는, 그 출사단에 배치된 마스크(710)의 패턴면을, 조사광 화상 I4에 의해 쾰러 조명한다.
또, 조명 광학계(600)의 입사면(612)이기도 한 플라이아이 렌즈(610)의 입사단에 형성되는 조도 분포는, 플라이아이 렌즈(610)의 출사단에 형성되는 2차 광원 전체의 대국적인 조도 분포와 높은 상관을 나타낸다. 따라서, 조명광 발생부(500)가 조명 광학계(600)에 입사시키는 조명광 화상 I3은, 조명 광학계(600)가 마스크(710)에 조사하는 조명광 L의 조도 분포인 조사광 화상 I4에도 반영된다.
투영 광학계(700)는 마스크 스테이지(720)의 직후에 배치되고, 개구 조리개(730)를 구비한다. 개구 조리개(730)는, 조명 광학계(600)의 플라이아이 렌즈(610)의 출사단과 광학적으로 공역인 위치에 배치된다. 투영 광학계(700)의 출사단에는, 감광성 재료가 도포된 기판(810)을 유지하는 기판 스테이지(820)가 배치된다.
마스크 스테이지(720)에 유지된 마스크(710)는, 조명 광학계(600)에 의해 조사된 조명광 L을 반사 또는 투과하는 영역과 흡수하는 영역으로 이루어지는 마스크 패턴을 갖는다. 따라서, 마스크(710)에 조명광 화상 I4를 조사하는 것에 의해, 마스크(710)의 마스크 패턴과 조명광 화상 I4 자체의 조도 분포의 상호 작용에 의해 투영광 화상 I5가 생성된다.
투영광 화상 I5는, 기판(810)의 감광성 재료에 투영되어, 요구된 패턴에 따라 감광 재료를 감광시킨다. 이와 같이, 공간광 변조기(100)를 구비한 노광 장치(400)는, 광원 마스크 최적화법을 실행할 수 있다.
또, 도 74에서는 조명광 L의 광로를 직선 형상으로 그리고 있지만, 조명광 L의 광로를 굴곡시키는 것에 의해 노광 장치(400)를 소형화할 수 있다. 또한, 도 74는, 조명광 L이 마스크(710)를 투과하도록 그리고 있지만, 반사형 마스크(710)가 이용되는 경우도 있다.
도 75는 조명광 발생부(500)의 부분 확대도이고, 노광 장치(400)에 있어서의 공간광 변조기(100)의 역할을 나타내는 도면이다. 프리즘(530)은, 한 쌍의 반사면(532, 534)을 갖는다. 프리즘(530)에 입사한 조명광 L은, 한쪽의 반사면(532)에 의해, 공간광 변조기(100)를 향해 조사된다.
이미 설명한 바와 같이, 공간광 변조기(100)는, 개별적으로 요동시킬 수 있는 복수의 반사부(260)를 갖는다. 따라서, 제어부(510)가 공간광 변조기(100)를 제어하는 것에 의해, 요구에 따른 임의의 광원 화상 I2를 형성할 수 있다.
공간광 변조기(100)로부터 출사된 광원 화상 I2는, 프리즘(530)의 다른 쪽의 반사면(534)에 의해 반사되어, 도면 중의 프리즘(530) 우단면으로부터 출사된다. 프리즘(530)으로부터 출사된 광원 화상 I2는, 결상 광학계(540)에 의해, 조명 광학계(600)의 입사면(612)에 조명광 화상 I3을 형성한다.
이상, 본 발명을 실시의 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시의 형태에 기재된 범위로는 한정되지 않는다. 상기 실시의 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있는 것이 당업자에 명백하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이, 청구범위의 기재로부터 명백하다.
청구범위, 명세서, 및 도면 중에 있어서 나타낸 장치 및 시스템의 동작, 수순, 스텝 및 단계 등의 실행 순서는, 특별히 「보다 앞에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않고, 앞의 처리의 출력을 뒤의 처리에서 이용하는 경우가 아닌 한, 임의의 순서로 실현할 수 있다. 청구범위, 명세서 및 도면에 있어서, 편의상 「우선」, 「다음으로」 등을 이용하여 설명했다고 하더라도, 이 순서로 실시하는 것이 필수인 것을 의미하는 것은 아니다.
100 : 공간광 변조기 200, 202 : 공간광 변조 소자
201 : 하부 구조물 210 : 회로부
211 : 기판 212, 213, 214, 215, 216, 221, 228 : 전극
220 : 구동부 222 : 고정 프레임
223, 224 : 비틀림축부 225, 229, 236 : 리브
226 : 가동부 227 : 가동 프레임
230, 264 : 평탄부 232 : 포스트
234 : 평탄면 240, 260 : 반사부
242 : 평판부 244 : 유전체막
250 : 지지부 252 : 하부 포스트
253 : 쇼트 플렉셔 254 : 지지 프레임
256 : 롱 플렉셔 258 : 요동판
262 : 상부 포스트 266 : 반사막
312, 314 : 절연층 315, 317, 319 : 콘택트홀
320, 322, 344, 346 : 도체층
323, 325, 327 : 금속층
332, 334, 336, 350, 352, 354, 356 : 레지스트층
335, 337, 339, 353, 355, 357 : 측벽
340 : 불투명막 341 : 차광부
342, 348, 362, 366 : 비도체층
360 : 평탄막 361 : 함몰부
364 : 평탄 구조층 370 : 평판막
372 : 벌크 기판 374 : 박리층
376 : 접합층 380 : 유전체막
381, 383, 385 : 유전체 다층막
382 : Al2O3 박막 384 : SiO2 박막
390 : 더미 기판 391, 393, 395, 397 : 희생층
392 : 가접착층 394 : 스루홀
396 : 희생 보호층 398 : 영구 보호층
400 : 노광 장치 500 : 조명광 발생부
510 : 제어부 520 : 광원
530 : 프리즘 532, 534 : 반사면
540, 640 : 결상 광학계 550 : 빔 스플리터
560 : 계측부 600 : 조명 광학계
612 : 입사면 610 : 플라이아이 렌즈
620 : 콘덴서 광학계 630 : 시야 조리개
700 : 투영 광학계 710 : 마스크
720 : 마스크 스테이지 730 : 개구 조리개
810 : 기판 820 : 기판 스테이지
201 : 하부 구조물 210 : 회로부
211 : 기판 212, 213, 214, 215, 216, 221, 228 : 전극
220 : 구동부 222 : 고정 프레임
223, 224 : 비틀림축부 225, 229, 236 : 리브
226 : 가동부 227 : 가동 프레임
230, 264 : 평탄부 232 : 포스트
234 : 평탄면 240, 260 : 반사부
242 : 평판부 244 : 유전체막
250 : 지지부 252 : 하부 포스트
253 : 쇼트 플렉셔 254 : 지지 프레임
256 : 롱 플렉셔 258 : 요동판
262 : 상부 포스트 266 : 반사막
312, 314 : 절연층 315, 317, 319 : 콘택트홀
320, 322, 344, 346 : 도체층
323, 325, 327 : 금속층
332, 334, 336, 350, 352, 354, 356 : 레지스트층
335, 337, 339, 353, 355, 357 : 측벽
340 : 불투명막 341 : 차광부
342, 348, 362, 366 : 비도체층
360 : 평탄막 361 : 함몰부
364 : 평탄 구조층 370 : 평판막
372 : 벌크 기판 374 : 박리층
376 : 접합층 380 : 유전체막
381, 383, 385 : 유전체 다층막
382 : Al2O3 박막 384 : SiO2 박막
390 : 더미 기판 391, 393, 395, 397 : 희생층
392 : 가접착층 394 : 스루홀
396 : 희생 보호층 398 : 영구 보호층
400 : 노광 장치 500 : 조명광 발생부
510 : 제어부 520 : 광원
530 : 프리즘 532, 534 : 반사면
540, 640 : 결상 광학계 550 : 빔 스플리터
560 : 계측부 600 : 조명 광학계
612 : 입사면 610 : 플라이아이 렌즈
620 : 콘덴서 광학계 630 : 시야 조리개
700 : 투영 광학계 710 : 마스크
720 : 마스크 스테이지 730 : 개구 조리개
810 : 기판 820 : 기판 스테이지
Claims (35)
- 기판과,
상기 기판에 대하여 가동하는 평탄부와,
상기 평탄부에 부착된 평판과,
상기 평판에 있어서의 부착면과 반대쪽의 면에 형성되고, 입사광을 반사하는 유전체막
을 구비하는 공간광 변조 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유전체막은, 서로 적층되고, 인접하는 층과 굴절률이 다르고, 반복하여 적층된 2종 이상의 유전체층을 포함하는 공간광 변조 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유전체막은, Al2O3의 막과 SiO2의 막이 번갈아 적층되어 형성되는 공간광 변조 소자.
- 제 3 항에 있어서,
상기 평탄부의 표면은, SiNX 박막을 포함하는 공간광 변조 소자.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평판의 두께는, 상기 평탄부의 두께보다 큰 공간광 변조 소자.
- 제 5 항에 있어서,
상기 평판은, 벌크재를 박형화하는 것에 의해 형성되는 공간광 변조 소자.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평판에 있어서의 반사 유효 영역은, 단일 평탄면을 갖는 공간광 변조 소자.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은, 상기 평탄부를 가동시키는 가동부와, 상기 평탄부를 상기 가동부로부터 이간시키는 연결부를 더 갖는 공간광 변조 소자.
- 기판과,
상기 기판에 대하여 요동하는 평탄부와,
상기 평탄부와 함께 요동하고, 서로 적층된 복수의 유전체층을 갖고 입사광을 반사하는 유전체 다층막과,
상기 복수의 유전체층 중 하나와 동일한 재료를 포함하고, 또한, 해당 유전체층보다 두꺼운, 상기 유전체층에 있어서의 상기 평탄부와 반대쪽의 면의 적어도 일부를 덮는 보호층
을 구비하는 공간광 변조 소자.
- 기판과,
상기 기판에 대하여 요동하는 평탄부와,
상기 평탄부와 함께 요동하고, 서로 적층된 복수의 유전체층을 갖고 입사광을 반사하는 유전체 다층막과,
상기 복수의 유전체층 중 하나와 동일한 재료를 포함하고, 또한, 상기 유전체 다층막의 측단면을 덮는 보호층
을 구비하는 공간광 변조 소자.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 보호층은, 불소 및 산소, 및, 불소 및 산소의 적어도 한쪽을 포함하는 화합물 중 적어도 하나에 대하여 장벽이 되는 공간광 변조 소자.
- 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호층은, 상기 유전체 다층막의 측단면까지 덮는 공간광 변조 소자.
- 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호층은, Al2O3를 포함하는 공간광 변조 소자.
- 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호층은, 상기 유전체 다층막이 반사하는 입사광의 파장에 대하여 1/2 파장의 정수배의 막 두께를 갖는 공간광 변조 소자. - 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 공간광 변조 소자가 복수 배열된 공간광 변조기.
- 청구항 15에 기재된 공간광 변조기를 구비하는 노광 장치.
- 공간광 변조 소자의 제조 방법으로서,
기판 및 상기 기판에 대하여 가동하는 평탄부를 준비하는 단계와,
평판의 한 면에 입사광을 반사하는 유전체막을 성막하는 단계와,
상기 평판의 상기 유전체막이 형성되어 있지 않은 쪽의 면을 상기 평탄부에 접합하는 단계
를 구비하는 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,
상기 유전체막의 성막 단계에 있어서 상기 평판은 벌크재이고,
상기 유전체막의 성막 단계의 이후이고 상기 접합 단계의 이전에, 상기 벌크재를 박형화하는 단계를 더 구비하는
제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 유전체막을 성막하는 단계의 이후이고 상기 평판을 박형화하는 단계의 이전에, 상기 유전체막이 성막된 상기 평판을 어닐하는 단계를 더 구비하는 제조 방법.
- 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 단계의 이전에, 상기 평판을 패터닝하는 단계를 더 구비하는 제조 방법.
- 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평탄부가 박막의 성막으로 형성되는 제조 방법.
- 공간광 변조 소자의 제조 방법으로서,
기판 위에, 지지부와, 상기 지지부에 요동 가능하게 지지되는 평탄부를 형성하는 단계와,
상기 지지부 및 상기 평탄부의 적어도 한쪽이 희생층에 접한 상태에서, 입사광을 반사하는 유전체 다층막을, 상기 평탄부의 한 면에 형성하는 단계와,
상기 희생층의 존재 하에서, 상기 희생층을 제거하는 에천트에 대하여 내성을 갖는 보호층에 의해 상기 유전체 다층막의 표면의 적어도 일부를 덮는 단계와,
상기 보호층의 존재 하에서 상기 에천트에 의해 상기 희생층을 제거하는 단계
를 구비하는 제조 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 희생층이 제거된 후에, 상기 보호층을 제거하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
- 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 희생층을 베이스로 하여 상기 평탄부를 형성하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
- 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 희생층의 존재 하에서, 상기 보호층을 패터닝하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
- 제 25 항에 있어서,
패터닝된 상기 보호층을 마스크로 하여, 상기 평탄부를 패터닝하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
- 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체 다층막을 패터닝하는 단계와,
상기 희생층의 존재 하에서, 상기 패터닝된 상기 유전체 다층막의 적어도 측단을 덮는 보호층을 형성하는 단계
를 포함하는 제조 방법.
- 제 27 항에 있어서,
상기 유전체 다층막에 있어서 노출된 표면을 전부 덮는 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
- 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호층은, 상기 평탄부가 패터닝된 후에 형성되는 제조 방법.
- 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호층이 형성되기 전에 상기 유전체 다층막의 잔류 응력을 완화하는 단계를 포함하는 제조 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 유전체 다층막의 최표면(最表面)의 유전체층을, 상기 에천트에 대한 내성을 갖는 재료로 형성하여 상기 보호층으로 하는 단계를 포함하는 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서,
상기 최표면의 유전체층은, 상기 유전체 다층막을 형성하는 다른 유전체층보다 두꺼운 막 두께를 갖는 제조 방법. - 청구항 17 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 제조된 공간광 변조 소자.
- 청구항 33에 기재된 공간광 변조 소자를 복수 구비하는 공간광 변조기.
- 청구항 34에 기재된 공간광 변조기를 구비하는 노광 장치.
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