KR20160104754A - 공간 광변조기 및 노광 장치 - Google Patents
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Abstract
공간 광변조기로서, 기판과, 기판의 표면에 배치된 고정 전극과, 표면에 일단이 연결된 연결부와, 연결부의 타단에 연결되고, 연결부의 탄성 변형에 의해 기판에 대해 요동하는 가동부와, 가동부에 일단이 결합되어 기판의 두께 방향으로 연장되고, 가동부와 일체적으로 요동하는 지주부와, 지주부의 타단에 결합되고, 가동부 및 지주부와 일체적으로 요동하는 반사면을 가지는 반사 부재와, 반사 부재에서 고정 전극에 대향하는 면에 배치된 가동 전극과, 가동 전극의 막 두께보다 큰 막 두께를 갖고 지주부에 배치되고, 가동부 및 가동 전극의 사이를 전기적으로 결합하는 도체층을 구비한다.
Description
본 발명은 공간 광변조기 및 노광 장치에 관한 것이다.
리소그래피 기술에 의해 제조되고, 비틀림 힌지로 지지된 미러를 정전력으로 구동하는 공간 광변조기가 있다(특허문헌 1 참조).
공간 광변조기는, 기판으로부터 떠있는 미러를 지지하는 입체적인 구조를 가지므로, 제조 과정에서, 기판으로부터 미러에 이르는 양호한 전기적 결합이 형성되지 않는 경우가 있다.
본 발명의 제 1 형태에 따르면, 기판과, 기판의 표면에 배치된 고정 전극과, 표면에 일단이 연결된 연결부와, 연결부의 타단에 연결되어, 연결부의 탄성 변형에 의해 기판에 대해 요동(搖動)하는 가동부와, 가동부에 일단이 결합되고 기판의 두께 방향으로 연장되고, 가동부와 일체적으로 요동하는 지주부와, 지주부의 타단에 결합되고, 가동부 및 지주부와 일체적으로 요동하는 반사면을 가지는 반사 부재와, 반사 부재에서 고정 전극에 대향하는 면에 배치된 가동 전극과, 가동 전극의 막 두께보다 큰 막 두께를 갖고 지주부에 배치되고, 가동부 및 가동 전극의 사이를 전기적으로 결합하는 도체층을 구비하는 공간 광변조기가 제공된다.
본 발명의 제 2 형태에 따르면, 기판과 기판의 표면에 배치된 고정 전극과, 표면에 일단이 연결된 연결부와, 연결부의 타단에 연결되어, 연결부의 탄성 변형에 의해 기판에 대해 요동하는 가동부와, 반도체층을 포함하고, 가동부와 일체적으로 요동하는 반사면을 가지는 반사 부재와, 상기 반도체층에 인접하는 금속층과, 반도체층 및 금속층을 오믹 접합하는 오믹 접합부를 구비하는 공간 광변조기가 제공된다.
본 발명의 제 3 형태에 따르면, 기판과, 기판의 표면에 일단이 연결된 연결부와, 연결부의 타단에 연결되어, 연결부의 탄성적인 뒤틀림 변형에 의해 연결부를 요동축으로 하여 기판에 대해 요동하는 가동부와, 가동부와 일체적으로 요동하는 반사 부재와, 반사 부재에서 표면에 대향하는 면에 배치된 가동 전극과, 표면에서, 연결부 및 가동부에 차단되는 일없이 가동 전극에 대향하는 영역에 배치된 고정 전극을 구비하는 공간 광변조기가 제공된다.
본 발명의 제 4 형태로서, 상기 공간 광변조기를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
상기의 발명의 개요는 본 발명의 필요한 특징의 모두를 열거한 것은 아니다. 또한, 이들 특징군의 서브 콤비네이션도 발명이 될 수 있다.
도 1은 공간 광변조기(100)의 외관을 나타내는 모식도이다.
도 2는 공간 광변조 소자(200) 단독의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 공간 광변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 4는 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 5는 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 6은 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 7은 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 8은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 9는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 10은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 11은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 12는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 13은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 14는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 15는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 16은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 17은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 18은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 19는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 20은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 21은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 22는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 23은 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 24는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 25는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 26은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 27은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 28은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 29는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 30은 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 31은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 32는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 33은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 34는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 35는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 36은 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 37은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 38은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 39는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 40은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 41은 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 42는 공간 광변조 소자(204)의 단면도이다.
도 43은 공간 광변조 소자(205)의 단면도이다.
도 44는 공간 광변조 소자(206)의 단면도이다.
도 45는 노광 장치(400)의 모식도이다.
도 46은 노광 장치(400)에 있어서의 공간 광변조기(100)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 공간 광변조 소자(200) 단독의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 공간 광변조 소자(200)의 분해 사시도이다.
도 4는 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 5는 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 6은 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 7은 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 8은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 9는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 10은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 11은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 12는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 13은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 14는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 15는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 16은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 17은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 18은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 19는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 20은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 21은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 22는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(200)의 단면도이다.
도 23은 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 24는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 25는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 26은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 27은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 28은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 29는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 30은 공간 광변조 소자(201)의 단면도이다.
도 31은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 32는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 33은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 34는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 35는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 36은 공간 광변조 소자(202)의 단면도이다.
도 37은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 38은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 39는 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 40은 제조 과정에 있어서의 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 41은 공간 광변조 소자(203)의 단면도이다.
도 42는 공간 광변조 소자(204)의 단면도이다.
도 43은 공간 광변조 소자(205)의 단면도이다.
도 44는 공간 광변조 소자(206)의 단면도이다.
도 45는 노광 장치(400)의 모식도이다.
도 46은 노광 장치(400)에 있어서의 공간 광변조기(100)의 동작을 나타내는 도면이다.
이하, 발명의 실시 형태를 통해 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 특허청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시 형태 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.
도 1은 공간 광변조기(100)의 외관을 나타내는 모식적 사시도이다. 공간 광변조기(100)는 기판(210) 및 반사부(240)를 구비한다.
복수의 반사부(240)는 기판(210) 상에 2차원적으로 배열되어 매트릭스를 형성한다. 반사부(240)의 각각은 1변 수㎛로부터 수백수십 ㎛ 정도의 정방형의 반사면을 가지며, 기판(210)에 대해 개별적으로 요동하는 공간 광변조 소자(200)의 일부를 이룬다.
도시한 바와 같이, 반사부(240)가 서로 다른 요동을 일으켜 경사진 상태에서 공간 광변조기(100)로 광을 반사시키면, 반사광에 조도 분포가 생긴다. 따라서, 반사부(240)의 요동을 제어하는 것에 의해, 반사광에 여러 조도 분포를 형성할 수 있다.
도 2는 단일의 공간 광변조 소자(200)를 취출하여 나타내는 사시도이다. 공간 광변조 소자(200)는 기판(210) 상에 2층으로 적층된 구조물을 가진다.
기판(210) 상의 구조물의 하층측은 차폐판(222) 및 지주(支柱)(224)를 포함하는 차폐부(220)를 가진다. 차폐판(222)은 공간 광변조 소자(200)의 4변을 따라 배치된다. 지주(224)는 기판(210) 상에 차폐판(222)을 지지한다. 이것에 의해, 차폐판(222)은 공간 광변조 소자(200)를 포위한 상태에서 기판(210)에 대해 고정되고, 공간 광변조기(100)에서 인접하는 공간 광변조 소자(200)와의 전자적인 간섭을 방지한다.
또한, 도 1에 나타낸 공간 광변조기(100)에서 복수의 공간 광변조 소자(200)를 인접하여 배치한 경우에, 차폐판(222)은 서로 인접하는 반사부(240)의 사이로부터 기판(210)을 향해 억지로 들어가는 광을 차단할 수 있다. 이것에 의해, 조사광에 의한 기판(210)의 가열을 억제할 수 있다.
기판(210) 상의 구조물의 상층측은 지지층(242), 반사층(244) 및 가동 전극(246)을 포함하는 반사부(240)를 가진다. 지지층(242)은 도면 중 상면에 평탄면을 갖고, 반사층(244)을 지지한다. 가동 전극(246)은 지지층(242)의 도면 중 하면에 배치된다. 반사부(240)는 기판(210)에 대해 전체적으로 요동 자유롭게 기판(210)으로부터 지지된다.
도 3은 공간 광변조 소자(200)의 구조를 나타내는 모식적인 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2로 공통의 요소에는 동일한 참조번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
공간 광변조 소자(200)는 기판(210), 차폐부(220), 짐발부(230) 및 반사부(240)를 구비한다. 차폐부(220) 및 짐발부(230)는 기판(210)의 상면에 고정된다. 반사부(240)는 짐발부(230)에 대해 부착된다.
기판(210) 상에는, 서로 동일한 형상을 가지는 2쌍의 고정 전극(212, 214)이 배치된다. 기판(210)은, 예를 들면 실리콘 단결정에 의해 형성되고, 고정 전극(212, 214)에 구동 전력을 공급하는 CMOS 회로를 포함한다. 고정 전극(212, 214)은 금속 등의 도전성 재료에 의해 형성되고, 기판(210)의 4변과 평행하게, 기판(210)의 중심에 대해 대칭으로 배치된다.
차폐부(220)는 기판(210)의 4변을 따라 배치된 차폐판(222)과, 차폐판(222)을 지지하는 지주(224)를 가진다. 차폐판(222)은 고정 전극(212, 214)이 배치된 영역의 외측에서, 기판(210)의 4변을 따라서 배치된다. 또한, 지주(224)는, 기판(210)의 표면에서, 고정 전극(212, 214)이 배치된 영역보다 외측에 있어, 기판(210)의 4코너에 배치된다.
또, 공간 광변조 소자(200)에 있어서의 기판(210)은 공간 광변조기(100)를 형성하는 기판(210)의 일부이다. 따라서, 기판(210)은 도시한 바와 같은 형상을 가지는 것은 아니지만, 단일의 공간 광변조 소자(200)에 주목한 경우, 당해 공간 광변조 소자(200)가 점유하는 기판(210)의 형상은, 도시한 바와 같이, 반사부(240)보다 조금 큰 직사각형으로 된다.
짐발부(230)는 지주(232), 고정 프레임(234), 가동 프레임(236) 및 요동부(238)를 가지며, 기판(210)의 표면에서 고정 전극(212, 214)이 배치된 영역의 내측에 배치된다. 지주(232)는 짐발부(230) 자체의 4코너에서, 고정 프레임(234)을 기판(210)에 대해 고정한다.
가동 프레임(236)은 고정 프레임(234)과 동심(同心)으로 고정 프레임(234)의 내측에 배치되고, 뒤틀림축부(235)에 의해 고정 프레임(234)에 결합된다. 가동 프레임(236)은 뒤틀림축부(235)의 탄성적인 뒤틀림 변형에 의해, 고정 프레임(234)에 대해 요동한다.
요동부(238)는 고정 프레임(234) 및 가동 프레임(236)과 동심으로 가동 프레임(236)의 내측에 배치되고, 뒤틀림축부(237)에 의해 가동 프레임(236)에 결합된다. 요동부(238)는 뒤틀림축부(237)의 탄성적인 뒤틀림 변형에 의해, 가동 프레임(236)에 대해 요동한다. 따라서, 가동 프레임(236) 자체의 요동과, 가동 프레임(236)에 대한 요동부(238)의 요동을 조합하는 것에 의해, 요동부(238)를 기판(210)에 대해 임의의 방향으로 기울일 수 있다.
또, 요동부(238)는 뒤틀림축부(235, 237)의 탄성 변형에 의해 요동한다. 따라서, 가동 프레임(236)을 고정 프레임(234)에 대해 요동시키는 뒤틀림축부(235)와, 요동부(238)를 가동 프레임(236)에 대해 요동시키는 뒤틀림축부(237)는 동일한 재료, 동일한 형상 및 동일한 치수로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 요동부(238)를 요동시키는 경우의 부하가 안정되어, 공간 광변조 소자(200)의 제어성이 향상된다.
반사부(240)는 가동 전극(246)이 마련된 지지층(242)의 하면 중앙에 지주(248)를 가진다. 상단을 지지층(242)에 결합된 지주(248)의 하단은 짐발부(230)의 요동부(238)에 결합된다. 이것에 의해, 반사부(240)를 기판(210)에 대해 임의의 방향으로 기울일 수 있는 상태로, 기판(210) 상에 지지할 수 있다.
또, 상기 공간 광변조 소자(200)에 있어서, 짐발부(230)는 기판(210)에 대해 차폐부(220)와 동일한 높이로 배치된다. 따라서, 리소그래피 기술에 의해 공간 광변조 소자(200)를 제조하는 경우는 짐발부(230)와 차폐부(220)를 병행하여 형성할 수 있다.
차폐부(220)는 전자 차폐 기능을 갖게 할 목적으로, 또한 짐발부(230)는 기판(210) 상의 회로와 가동 전극을 전기적으로 도통시킬 목적으로, 모두 도체에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 차폐부(220) 및 짐발부(230)는 TiAl 합금 등의 금속과 같이 도전성 재료에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 반사부(240)의 지지층(242)은 강성이 높고 경량인 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면 박막으로서 체적시킨 산화물, 질화물, 탄화물에 의해 형성할 수 있다. 또한, 아몰퍼스 실리콘에 의해 지지층(242)을 형성해도 좋다. 아몰퍼스 실리콘은, 두꺼운 박막을 저온에서 성막할 수 있으므로, 기존의 구조물에 데미지를 부여하는 일없이, 경량이면서 휨 강성이 높은 지지층(242)을 형성할 수 있다.
반사층(244)은 지지층(242) 상에 박막으로서 적층한 금속막, 유전체 다층막 등에 의해 형성할 수 있다. 반사층(244)을 형성하는 경우는 하지(下地)로 되는 지지층(242)의 표면을 미리 경면(鏡面) 연마하여 고정밀도로 평탄화해도 좋다.
가동 전극(246)은 금속 등의 전도체 재료에 의해 형성할 수 있다. 지지층(242)을 아몰퍼스 실리콘에 의해 형성한 경우에는, 그 자체를 가동 전극(246)으로 할 수도 있지만, 가동 전극(246)을 금속에 의해 형성하는 것에 의해, 전극으로서의 전기적 특성을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 가동 전극(246)을 금속제로 하는 것에 의해, 반사부(240)를 구부릴 수 있는 원인으로 되는 열응력을 지지층(242)의 표리에서 밸런싱시켜, 반사부(240)의 변형을 억제할 수 있다.
도 4는 공간 광변조 소자(200)의 모식적 단면도이며, 도 3에 나타낸 A-A 단면을 나타낸다. 도 3과 공통되는 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
공간 광변조 소자(200)의 기판(210) 상에서, 차폐판(222)은 고정 전극(214)보다 가장자리측에 배치된다. 또한, 짐발부(230)는 고정 전극(214)보다 기판(210)의 중심 근처에 배치된다.
따라서, 차폐판(222), 고정 프레임(234), 가동 프레임(236) 등이 기판(210)과 수직인 방향에 대해 고정 전극(214)과 겹칠 일은 없다. 이것에 의해, 고정 전극(214)은 도면 중 위쪽에 위치하는 가동 전극(246)에 대해 전면(全面)에서 대향한다.
도 5는 공간 광변조 소자(200)의 모식적 단면도이며, 도 4와 동일한 단면에서, 도면 중 좌측에 위치하는, 고정 전극(214)의 한쪽에 구동 전력을 공급한 상태를 나타낸다. 구동 전력이 인가된 고정 전극(214)과 가동 전극(246)의 사이에는 정전력이 작용하여, 가동 전극(246)과 함께, 반사부(240)가 고정 전극(214)으로 향해 끌어당겨진다. 이것에 의해, 뒤틀림축부(235)가 변형하여, 반사부(240)는 전체적으로 요동한다.
도 6은 공간 광변조 소자(200)의 모식적 단면도이며, 도 3에 나타낸 B-B 단면을 나타낸다. 도 3과 공통되는 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
공간 광변조 소자(200)의 기판(210) 상에서, 차폐판(222)은 고정 전극(212)보다 가장자리측에 배치된다. 또한, 짐발부(230)는 고정 전극(212)보다 기판(210)의 중심 근방에 배치된다.
따라서, 차폐판(222), 고정 프레임(234), 가동 프레임(236) 등이 기판(210)과 수직인 방향에 대해 고정 전극(212)과 겹치는 일은 없다. 이것에 의해, 고정 전극(212)은 도면 중 위쪽에 위치하는 가동 전극(246)에 대해 전면에서 대향한다.
도 7은 공간 광변조 소자(200)의 모식적 단면도이며, 도 6과 동일한 단면에서, 도면 중 좌측에 위치하는, 고정 전극(212)의 한쪽에 구동 전력을 공급한 상태를 나타낸다. 구동 전력이 인가된 고정 전극(212)과 가동 전극(246)의 사이에는 정전력이 작용하여, 가동 전극(246)과 함께, 반사부(240)가 고정 전극(214)으로 향해 끌어당겨진다. 이것에 의해, 뒤틀림축부(237)가 변형하여, 반사부(240)는 전체적으로 요동한다.
상기와 같이, 공간 광변조 소자(200)에서는, 고정 전극(212, 214)의 어느 하나에 구동 전력을 인가하는 것에 의해, 반사부(240)를 요동시킬 수 있다. 또한, 고정 전극(212, 214) 중, 서로 인접하는 1쌍의 고정 전극(212, 214)에 동시에 구동 전력을 인가하는 것에 의해, 반사부(240)의 기울기 방향을 임의적으로 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 공간 광변조 소자(200)는 반사부(240)의 반사층(244)의 기판(210)에 대한 기울기를 전기적으로 제어할 수 있다.
또한, 정전력에 의해 구동하는 공간 광변조 소자(200)에서는, 고정 전극(212, 214) 및 가동 전극(246)의 간격을, 양자를 직접 접촉할 수 있는 간격보다 넓게 하고, 가동 전극(246)이 고정 전극(212, 214)측에 고착되는 풀인 현상을 회피한다. 공간 광변조 소자(200)에서는, 가동 전극(246)이, 기판(210)으로부터 떨어진 반사부(240)의 아래면에 배치되어 있으므로, 풀인 현상이 생길 때까지의 마진이 크다. 환언하면, 풀인 현상이 생기는 일없이 반사부(240)를 요동시킬 수 있는 범위가 넓어진다.
또한, 공간 광변조 소자(200)에서는, 뒤틀림축부(235, 237)의 각각이, 고정 전극(212, 214) 및 가동 전극(246)의 사이에 형성되는 전계의 밖에 배치된다. 따라서, 정전력의 뒤틀림축부(235, 237)에 대한 영향이 억제되어, 뒤틀림축부(235, 237)에 매달려진 가동 프레임(236), 요동부(238) 및 반사부(240)가 정전력에 의해 인하(引下)되는 것이 억제된다.
또한, 공간 광변조 소자(200)에서는, 기판(210)의 외부 가장자리 근방에 배치된 고정 전극(212, 214)에 의해 반사부(240)를 구동하므로, 고정 전극(212, 214)에 인가한 구동 전력에 의해 반사부(240)를 더 효율 좋게 구동할 수 있다. 또, 서로 동일한 형상과 면적을 가지는 고정 전극(212, 214)이 대칭으로 배치되므로, 고정 전극(212, 214) 상호의 구동 조건이 동일하고, 반사부(240)를 제어성 좋게 구동할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 공간 광변조기(100)에서는, 개개의 공간 광변조 소자(200)에 인가하는 구동 전력을 제어하는 것에 의해, 복수의 반사부(240)의 기울기를 개별적으로 제어할 수 있다. 또한, 개개의 공간 광변조 소자(200)에서, 인접하는 다른 공간 광변조 소자(200)와의 전자적인 상호 간섭을 차폐부(220)가 차단하므로, 개개의 공간 광변조 소자(200)의 동작이 안정된다. 따라서, 공간 광변조기(100)에 반사시키는 것에 의해 임의의 조사 패턴을 형성할 수 있으므로, 공간 광변조기(100)를 가변 광원, 노광 장치, 화상 표시 장치, 광스위치 등으로서 사용할 수 있다.
도 8로부터 도 24까지는 공간 광변조 소자(200)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
또, 도 8로부터 도 23까지는, 도 3에 화살표 C로 나타내는 단면에 의해 그려져 있다. 이 때문에, 이들 도면에 나타내는 단면에는, 차폐부(220) 및 짐발부(230)의 지주(224, 232)가 나타나 있지만, 기판(210) 상의 고정 전극(212, 214) 및 짐발부(230)의 뒤틀림축부(235, 237)은 나타나 있지 않다.
또한, 도 8로부터 도 22까지는 제작 과정을 나타내므로, 공간 광변조 소자(200)에서 대응하는 요소가, 도 7까지와는 다른 형상으로 포함되어 있는 경우가 있다. 그래서, 제작 과정을 나타내는 각 도면에서는 각 요소에 고유의 참조 번호를 부여하여 설명하고, 도 23에서 공간 광변조 소자(200)가 완성된 단계에서 공간 광변조 소자(200)의 요소와의 대응 관계를 설명한다.
우선, 도 8에 나타내는 바와 같이, 평탄한 기판(210)을 준비한다. 기판(210)의 재료로서는, 실리콘 단결정 기판 외에, 화합물 반도체 기판, 세라믹 기판 등, 평탄한 표면을 가지는 부재를 널리 사용할 수 있다.
또, 기판(210)에는, 고정 전극(212, 214)에 구동 전력을 공급하는 CMOS 회로가 이미 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, C-C 단면에는 나타내지 않은 고정 전극(212, 214)은 기판(210)에 이미 형성되어 있는 것으로 한다.
고정 전극(212, 214)은, 예를 들면 알루미늄, 구리 등의 금속을 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 기판(210)에 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다. 또, 기판(210)에 퇴적시킨 금속층은 레지스트를 이용하여 고정 전극(212, 214)의 형상으로 패터닝할 수 있다.
다음으로, 도 9에 나타내는 바와 같이, 고정 전극(212, 214)이 매몰(埋沒)되는 두께까지 레지스트재를 퇴적시키고, 기판(210) 상에 제 1 희생층(311)이 형성된다. 제 1 희생층(311)의 두께는 공간 광변조 소자(200)에서의 차폐부(220) 및 짐발부(230)의 지주(224, 232)의 높이에 대응한다. 제 1 희생층(311)은 스핀 코트, 스프레이 코트 등에 의해 레지스트재를 도포하여 프리베이크하는 것에 의해 형성할 수 있다. 이것에 의해, 기판(210)의 표면이 평탄화된다.
계속해서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 희생층(311)을 패터닝한다. 제 1 희생층(311)은 도포한 레지스트재에 대해, 노광, 현상, 프리베이크를 순차적으로 실행하는 것에 의해 패터닝될 수 있다. 또한, 플라즈마 에칭 등의 드라이 에칭법에 의해 레지스트재를 가공하여도 좋다.
패터닝에 의해, 제 1 희생층(311)에는, 기판(210)의 표면까지 관통하는 콘택트 홀(321)이 형성된다. 콘택트 홀(321)은 차폐부(220) 및 짐발부(230)의 지주(224, 232)가 배치되는 영역에 형성된다.
다음으로, 도 11에 나타내는 바와 같이, 금속을 퇴적시켜 콘택트 홀(321)을 묻는 것에 의해, 차폐부(220) 및 짐발부(230)의 지주(224, 232)의 일부로 되는 제 1 금속층(331)이 형성된다. 제 1 금속층(331)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다.
다음으로, 도 12에 나타내는 바와 같이, 제 1 금속층(331) 및 제 1 희생층(311)의 표면 전체에 제 2 금속층(332)이 형성된다. 제 2 금속층(332)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다.
계속해서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제 2 금속층(332)이 패터닝된다. 제 2 금속층(332)의 패터닝 방법은 각종 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 적절히 선택할 수 있다. 이렇게 해서, 기존의 제 1 금속층(331)의 각 패턴이 증가됨과 아울러, 도시한 단면에는 나타내어지지 않은 차폐판(222)이 형성된다.
다음으로, 도 14에 나타내는 바와 같이, 남겨진 제 2 금속층(332)의 사이에 노출한 제 1 희생층(311)의 표면에 제 2 희생층(312)이 퇴적되고, 표면 전체가 평탄화된다. 제 2 희생층(312)도, 스핀 코트, 스프레이 코트 등에 의해 레지스트재를 도포하여 프리베이크하는 것에 의해 형성될 수 있다.
또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 제 2 금속층(332) 및 제 2 희생층(312)의 표면 전체에 금속을 퇴적시키고, 짐발부(230)의 고정 프레임(234), 가동 프레임(236) 및 요동부(238)로 되는 제 3 금속층(333)이 형성된다. 제 3 금속층(333)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를, 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
계속해서, 도 16에 나타내는 바와 같이, 제 3 금속층(333)이 패터닝된다. 이것에 의해, 짐발부(230)의 고정 프레임(234), 가동 프레임(236) 및 요동부(238)가 형성된다. 제 3 금속층(333)의 패터닝 방법은 각종의 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 적절히 선택할 수 있다.
계속해서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 제 3 금속층(333) 및 제 2 희생층(312)의 표면 전체가 제 3 희생층(313)에 의해 평탄화된다. 제 3 희생층(313)도, 스핀 코트, 스프레이 코트 등에 의해 레지스트재를 도포하여 프리베이크하는 것에 의해 형성될 수 있다.
제 3 금속층(333)의 위쪽에서의 제 3 희생층(313)의 두께는 공간 광변조 소자(200)의 반사부(240)에서의 지주(248)의 높이에 대응한다. 이 때문에, 제 3 희생층(313)은 제 3 금속층(333)의 두께보다 두껍게 퇴적되고, 제 3 금속층(333)은 제 3 희생층(313)의 내부에 매립된다.
다음으로, 도 18에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)을 패터닝하여, 제 3 금속층(333)의 정면(頂面)에 이르는 콘택트 홀(322)이 형성된다. 콘택트 홀(322)은 공간 광변조 소자(200)에서의 반사부(240)의 지주(248)가 형성되는 영역에 마련된다. 제 3 희생층(313)은 플라즈마 에칭 등의 드라이 에칭법에 의해 패터닝될 수 있다.
계속해서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)의 표면과, 콘택트 홀(322)의 내면 및 바닥면 전체에 금속을 퇴적시키고, 반사부(240)의 가동 전극(246)으로 되는 제 4 금속층(334)이 형성된다. 제 4 금속층(334)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 20에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334) 전체에, 반사부(240)의 지지층(242)으로 되는 아몰퍼스 실리콘층(340)을 퇴적시킨다. 아몰퍼스 실리콘층(340)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다. 또, 제 3 희생층(313)에 형성된 콘택트 홀(322)은 깊기 때문에, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면에는 콘택트 홀(322)의 형상에 맞추어 함몰부가 형성되는 경우가 있다.
또, 도 21에 나타내는 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면 전체에 반사층(244)으로 되는 반사막(350)이 형성된다. 반사막(350)은 금속 재료에 의해 형성하여도 좋다. 또한, 반사막(350)은 유전체 다층막에 의해 형성하여도 좋다. 반사막(350)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다.
또, 반사막(350)이 형성되기 전에, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면을 경면 연마해도 좋다. 이것에 의해, 반사막(350) 표면의 평탄성을 향상시켜, 반사막(350)에서의 반사율을 향상시킬 수 있다.
계속해서, 도 22에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334), 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 반사막(350)을 일괄하여 트리밍한다. 트리밍은 플라즈마 에칭 등의 드라이 에칭법을 적절히 이용할 수 있다. 이것에 의해, 제 4 금속층(334)의 가장자리부 근방에 제 3 희생층(313)의 표면이 노출된다.
다음으로, 도 23에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층을 제거하고 공간 광변조 소자(200)가 완성된다. 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층은 직접 또는 간접적으로 모두 연속되어 있으므로, 기체 또는 액체를 이용한 에칭에 의해 일괄적으로 제거할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제작한 공간 광변조 소자(200)에서, 가동 전극(246)은 금속제의 짐발부(230)를 통해 기판(210)의 표면까지 전기적으로 결합된다. 따라서, 기판(210) 상의 회로를 통해, 가동 전극(246)을 기준 전압, 예를 들면 접지 전위로 결합된다. 이것에 의해, 가동 전극(246)에 대향하여 구동 전력이 인가된 고정 전극(212, 214)과의 사이에 안정된 전계를 형성할 수 있다.
또한, 공간 광변조 소자(200)에서, 그 자체가 금속제의 차폐부(220)가 기판(210) 상에 형성된다. 따라서, 차폐부(220)는 기판(210) 상의 회로를 통해 기준 전압, 예를 들면 접지 전위로 결합된다. 이것에 의해, 차폐부(220)는 외부로부터의 전자파의 침입을 효과적으로 저지할 수 있음과 아울러, 공간 광변조 소자(200) 자체로부터 외부로의 전자파의 방사도 차단한다. 따라서, 많은 공간 광변조 소자(200)를 인접하여 배치한 공간 광변조기(100)에서, 개개의 공간 광변조 소자(200)의 동작이 안정된다.
또한, 공간 광변조 소자(200)에서는, 가동 전극(246)이 기판(210)으로부터 떨어진 반사부(240)의 아래면에 배치되어 있으므로, 풀인 현상이 생길 때까지의 마진이 크다. 따라서, 희생층을 두껍게 하여 고정 전극(212, 214)과 가동 전극(246)의 간격을 넓히지 않아도 좋다.
이것에 의해, 희생층을 두껍게 한 경우에 생기는 크랙 등을 회피할 수 있어, 프로세스 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 요동하는 반사부(240)의 높이를 너무 크게 하지 않아도 되기 때문에, 기판(210)의 면 방향에 관한 반사부(240)의 변위량 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 공간 광변조기(100)에서 복수의 공간 광변조 소자(200)를 배열한 경우에, 서로 인접하는 공간 광변조 소자(200)의 간격을 채우고, 공간 광변조기(100)의 개구율을 향상시킬 수 있다.
또, 상기의 일련의 제조 과정에 있어서, 도 23에 나타낸 제 1 희생층(311), 제 2 희생층(312) 및 제 3 희생층(313)을 제거하는 단계 전에, 반사막(350)의 표면을 경면 연마할 단계를 도입해도 좋다. 이것에 의해, 반사막(350)에 있어서의 반사율을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 단독의 공간 광변조 소자(200)의 제조 과정에 대해 설명했지만, 하나의 기판(210) 위에 다수의 공간 광변조 소자(200)를 동시에 제작하여도 좋다. 또, 하나의 기판(210) 상에 보다 많은 공간 광변조 소자(200)를 제작한 후에 기판(210)마다 다이싱하고, 각각이 복수의 공간 광변조 소자(200)를 가지는 공간 광변조기(100)를 동축(同軸)으로 복수 제조할 수 있다. 이것에 의해, 생산성을 향상시키고, 공간 광변조기(100)를 저렴하게 공급할 수 있다.
도 24로부터 도 30은 다른 공간 광변조 소자(201)의 제조 과정을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 공간 광변조 소자(200)의 제조 과정과 공통된 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
또한, 공간 광변조 소자(200)에 대해 도 8로부터 도 18까지를 참조하여 설명한 단계는 공간 광변조 소자(201)의 제조 과정과 공통으로 된다. 따라서, 도 24는 도 18에 나타낸 단계에 연속하는 단계를 나타낸다.
공간 광변조 소자(201)의 제조 과정에서는, 도 24에 나타내는 바와 같이, 콘택트 홀(322)을 마련한 제 3 희생층(313)의 표면과, 콘택트 홀(322)의 내부에 나타난 제 3 금속층(333)의 표면의 전체에 금속이 퇴적된다. 이것에 의해, 반사부(240)의 지주(248)의 일부로 되는 제 5 금속층(335)이 형성된다.
제 5 금속층(335)은 콘택트 홀(322)의 측벽에서도 중단되는 일없이 형성되어 있다. 환언하면, 제 5 금속층(335)은 콘택트 홀(322)의 측벽에서 직립된 부분에서도 중단되지 않는 두께로 될 때까지 퇴적된다.
제 5 금속층(335)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다. 또, 제 5 금속층(335)은 기출(旣出)의 다른 금속층과 구별할 목적으로 「제 5」라고 명칭하고 있으며, 후술하는 제 4 금속층(334)보다 이후에 형성되는 것을 의미하는 것은 아니다.
또, 도 25에 나타내는 바와 같이, 제 5 금속층(335)이 패터닝되고, 콘택트 홀(322)의 내부와 주위 이외의 부분이 제거된다. 제 5 금속층(335)의 패터닝 방법은 각종의 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 적절히 선택할 수 있다.
계속해서, 도 26에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313) 및 제 5 금속층(335)의 표면 전체에 금속을 퇴적시키고, 반사부(240)의 가동 전극(246)으로 되는 제 4 금속층(334)이 형성된다. 제 4 금속층(334)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다. 제 4 금속층(334)의 막 두께는 제 5 금속층(335)의 막 두께보다 얇다.
다음으로, 도 27에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334) 전체에, 반사부(240)의 지지층(242)으로 되는 아몰퍼스 실리콘층(340)을 퇴적시킨다. 아몰퍼스 실리콘층(340)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다.
또, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 성막 하지(下地)인 제 3 희생층(313) 및 제 5 금속층(335)에서는 제 5 금속층(335)이 돌출하고 있다. 이 때문에, 제 5 금속층(335)의 도면 중 위쪽에서, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면이 조금 융기하는 경우가 있다.
다음으로, 도 28에 나타내는 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면 전체에 반사층(244)으로 되는 반사막(350)이 형성된다. 아몰퍼스 실리콘층(340)의 일부가 융기하고 있는 경우는, 반사막(350)의 표면에서도, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 융기가 반복된다.
반사막(350)은 금속 재료에 의해 형성하여도 좋다. 또한, 반사막(350)은 유전체 다층막에 의해 형성하여도 좋다. 반사막(350)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다.
또, 반사막(350)이 형성되기 전에, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면을 경면 연마하여도 좋다. 이것에 의해, 반사막(350) 표면의 평탄성을 향상시켜, 반사막(350)에서의 반사율을 향상시킬 수 있다.
계속해서, 도 29에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334), 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 반사막(350)을 일괄하여 트리밍한다. 트리밍은 플라즈마 에칭 등의 드라이 에칭법을 적절히 이용할 수 있다. 이것에 의해, 제 4 금속층(334)의 가장자리부 근방에 제 3 희생층(313)의 표면이 노출된다.
다음으로, 도 30에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층을 제거하고, 공간 광변조 소자(201)가 완성된다. 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층은 직접 또는 간접적으로 모두 연속되어 있으므로, 기체 또는 액체를 이용한 에칭에 의해 일괄하여 제거될 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제작한 공간 광변조 소자(201)에 있어서, 가동 전극(246)은 지주(248)의 일부를 형성하는 제 5 금속층(335)을 거쳐서 짐발부(230)에 결합된다. 이미 설명한 바와 같이, 제 5 금속층(335)은 가동 전극(246)을 형성하는 제 4 금속층(334)의 막 두께보다 큰 막 두께를 갖고, 지주(248)의 측벽에서도 중단되는 일없이 형성되어 있다.
따라서, 공간 광변조 소자(201)에 있어서, 가동 전극(246)과 짐발부(230)는 전기적으로 확실히 결합된다. 또한, 지주(248)에서의 전기 저항도 낮고, 가동 전극(246)과 짐발부(230)의 전위가 동일해진다. 이것에 의해, 공간 광변조 소자(201)의 전기적인 특성이 안정되어, 제어성이 향상된다.
또한, 지주(248)를 형성하는 경우의 콘택트 홀(322)이 제 5 금속층(335)에 의해 매립될 수 있으므로, 반사막(350)의 성막 하지로 되는 아몰퍼스 실리콘층(340) 표면은 대략 평탄하게 된다. 따라서, 반사막(350)의 평탄성이 향상되고, 공간 광변조 소자(201)로서의 실효적인 개구율이 높아진다.
도 31로부터 도 36은 다른 공간 광변조 소자(202)의 제조 과정을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 공간 광변조 소자(200, 201)와 공통되는 요소에는, 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 공간 광변조 소자(200)에 대해 도 8로부터 도 18까지를 참조하여 설명한 단계는 공간 광변조 소자(202)의 제조 과정과 공통으로 된다. 따라서, 도 31은 도 18에 나타낸 단계에 계속하는 단계를 나타낸다.
공간 광변조 소자(202)의 제조 과정에서는, 도 31에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)에 형성한 콘택트 홀(322) 내에 금속 재료가 퇴적된다. 이것에 의해, 제 3 희생층(313)의 막 두께와 동일한 막 두께를 가지고, 공간 광변조 소자(202)에서 반사부(240)의 지주(248)로 되는 제 6 금속층(336)이 형성된다.
제 6 금속층(336)은, 예를 들면 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다. 또, 제 6 금속층(336)은 기출의 제 4 금속층(334) 및 제 5 금속층(335)으로부터 구별할 목적으로 「제 6」이라고 명칭되어 있으며, 제 4 금속층(334)보다 이후에 형성되는 것을 의미하는 것은 아니다.
계속해서, 도 32에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313) 및 제 5 금속층(335)의 표면 전체에 금속을 퇴적시키고, 가동 전극(246)으로 되는 제 4 금속층(334)이 형성된다. 제 4 금속층(334)은 TiAl 합금 등의 금속 재료를 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법, 도금법 등으로 퇴적시키는 것에 의해 형성할 수 있다.
다음으로, 도 33에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334) 전체에, 지지층(242)으로 되는 아몰퍼스 실리콘층(340)을 퇴적시킨다. 아몰퍼스 실리콘층(340)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다.
또, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 성막 하지인 제 3 희생층(313) 및 제 6 금속층(336)의 표면은 대략 평탄하기는 하지만, 하지 재료의 차이에 따라, 제 6 금속층(336)의 도면 중 위쪽에서 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면이 조금 융기하는 경우가 있다.
다음으로, 도 34에 나타내는 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면 전체에 반사층(244)으로 되는 반사막(350)이 형성된다. 아몰퍼스 실리콘층(340)의 일부가 융기하고 있는 경우는, 반사막(350)의 표면에서도, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 융기가 반복된다.
반사막(350)은 금속 재료에 의해 형성해도 좋다. 또한, 반사막(350)은 유전체 다층막에 의해 형성해도 좋다. 반사막(350)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다. 또한, 반사막(350)이 형성되기 전에, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면을 경면 연마해도 좋다. 이것에 의해, 반사막(350) 표면의 평탄성을 향상시켜, 반사막(350)에서의 반사율을 향상시킬 수 있다.
계속해서, 도 35에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334), 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 반사막(350)을 일괄하여 트리밍한다. 트리밍은 플라즈마 에칭 등의 드라이 에칭법을 적절히 이용할 수 있다. 이것에 의해, 제 4 금속층(334)의 가장자리부 근방에 제 3 희생층(313)의 표면이 노출된다.
다음으로, 도 36에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층을 제거하고, 공간 광변조 소자(202)가 완성된다. 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층은 직접 또는 간접적으로 모두 연속하고 있으므로, 기체 또는 액체를 이용한 에칭에 의해 일괄하여 제거할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제작한 공간 광변조 소자(202)에 있어서, 가동 전극(246)은 지주(248)를 형성하는 제 6 금속층(336)을 거쳐서 짐발부(230)에 결합된다. 여기서, 지주(248)는 전체적으로 금속으로 형성되어 있으므로, 가동 전극(246)과 짐발부(230)는 전기적으로 확실히 결합된다.
또한, 지주(248)에 있어서의 전기 저항도 낮고, 가동 전극(246)과 짐발부(230)의 사이에서 전위차가 생기기 어렵다. 이것에 의해, 공간 광변조 소자(202)의 전기적인 특성이 안정되어, 제어성이 향상된다.
또한, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 성막 하지는 평탄하기 때문에, 반사막(350)의 표면은 평탄하게 된다. 따라서, 반사막(350)의 평탄성이 향상되어, 공간 광변조 소자(202)로서의 실효적인 개구율이 향상된다.
도 37로부터 도 41은 다른 공간 광변조 소자(203)의 제조 과정을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 공간 광변조 소자(200)의 제조 과정과 공통된 요소에는, 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
또한, 공간 광변조 소자(200)에 대해 도 8로부터 도 19까지를 참조하여 설명한 단계는 공간 광변조 소자(203)의 제조 과정과 공통으로 된다. 따라서, 도 37은 도 19에 나타낸 단계에 연속하는 단계를 나타낸다.
공간 광변조 소자(203)의 제조 과정에서는, 도 37에 나타내는 바와 같이, 가동 전극(246)으로 되는 제 4 금속층(334)에 적층되어, 고농도 p형층(344)이 형성된다. 고농도 p형층(344)은 지지층(242)의 형성과 동일한 방법으로 아몰퍼스 실리콘을 퇴적시킨 후, 이온 주입에 의해 도펀트 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된다.
다음으로, 도 38에 나타내는 바와 같이, 고농도 p형층(344)의 표면 전체에, 지지층(242)으로 되는 아몰퍼스 실리콘층(340)을 퇴적시킨다. 아몰퍼스 실리콘층(340)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다.
그 다음으로, 도 39에 나타내는 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면 전체에 반사층(244)으로 되는 반사막(350)이 형성된다. 반사막(350)은 금속 재료 또는 유전체 다층막에 의해 형성할 수 있다. 반사막(350)의 형성 방법은 각종의 물리 기상 석출법, 화학 기상 석출법 중에서 선택할 수 있다. 또한, 반사막(350)이 형성되기 전에, 아몰퍼스 실리콘층(340)의 표면을 경면 연마해도 좋다. 이것에 의해, 반사막(350)의 반사율을 향상시킬 수 있다.
계속해서, 도 40에 나타내는 바와 같이, 제 4 금속층(334), 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 반사막(350)을 일괄하여 트리밍한다. 트리밍은 플라즈마 에칭 등의 드라이 에칭법을 이용할 수 있다. 이것에 의해, 제 4 금속층(334)의 가장자리부 근방에 제 3 희생층(313)의 표면이 노출된다.
다음으로, 도 41에 나타내는 바와 같이, 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층을 제거하고 공간 광변조 소자(203)가 완성된다. 제 3 희생층(313)으로부터 제 1 희생층(311)까지의 희생층은 직접 또는 간접적으로 모두 연속되어 있으므로, 기체 또는 액체를 이용한 에칭에 의해 일괄하여 제거할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제작한 공간 광변조 소자(203)에서, 아몰퍼스 실리콘층(340)과 가동 전극(246)의 계면에는, 고농도 p형층(344)이 개재된다. 이것에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 가동 전극(246)의 사이에는 오믹 접합이 형성된다.
반도체인 아몰퍼스 실리콘층(340)과 금속인 가동 전극(246)이 직접 접한 경우에는, 양자 사이에 쇼트키 결합이 형성되고, 정류 효과가 생긴다. 그러나, 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 가동 전극(246)의 계면에 오믹 접합을 형성한 경우는, 정류 효과가 생기지 않기 때문에 가동 전극(246)의 전위가 안정되어, 인가한 구동 전력에 대한 응답이 안정된다.
또, 공간 광변조 소자(203)는 아몰퍼스 실리콘층(340)과 가동 전극(246)의 계면 전체에 고농도 p형층(344)을 형성한 구조를 가진다. 그러나, 도 42에 나타내는 공간 광변조 소자(204)와 같이, 계면의 일부에 고농도 p형층(346)이 형성되어 있으면, 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 가동 전극(246)의 사이에 오믹 접합이 형성되어, 쇼트키 접합에 의한 정류 효과는 무효가 된다. 따라서, 부분적인 이온 주입에 의해, 아몰퍼스 실리콘층(340) 및 가동 전극(246)의 계면의 일부에 고농도 p형층(346)을 형성해도 같은 작용이 생긴다.
또한, 공간 광변조 소자(204, 205)는 고농도 p형층(344, 346)을 가지는 것을 제외하면, 도 23 등에 나타낸 공간 광변조 소자(200)와 동일한 구조를 가진다. 그러나, 도 30에 나타낸 공간 광변조 소자(201), 도 36에 나타낸 공간 광변조 소자(202) 등에서도, 반도체인 아몰퍼스 실리콘층(340)과 금속인 가동 전극(246)의 계면에 고농도 p형층(344, 346)을 마련여 오믹 접합을 형성하는 것에 의해, 계면의 정류 효과를 무효로 하고, 반사부(240)를 전기적으로 안정으로 할 수 있다. 또, 짐발부(230)를 이용한 공간 광변조 소자(200, 201, 202)와는 다른 구조, 예를 들면 프레셔 등으로 반사부(240)를 지지한 것이어도, 고농도 p형층(344, 346)에 의해 정류 효과를 상쇄하는 구조를 적용할 수 있다.
도 43은 다른 공간 광변조 소자(205)의 모식적 평면도이다. 공간 광변조 소자(205)는 다음에 설명하는 부분을 제외하면, 도 3등에 나타낸 공간 광변조 소자(200)와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 공통의 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
공간 광변조 소자(205)에서, 짐발부(231)는 공간 광변조 소자(200)의 짐발부(230)와 상이한 구조를 가진다. 즉, 짐발부(231)는 뒤틀림축부(235)을 거쳐서 1쌍의 지주(232)로부터 직접 지지된 가동 프레임(236)과, 가동 프레임(236)으로부터 뒤틀림축부(237)를 거쳐서 지지된 요동부(238)를 가진다.
이것에 의해, 공간 광변조 소자(205)의 짐발부(231)는 고정 프레임(234)을 구비한 공간 광변조 소자(200)의 짐발부(230)보다, 기판(210)의 표면에서의 점유 면적이 작다. 따라서, 짐발부(231)와 겹치지 않도록 배치한 고정 전극(212, 214)의 면적을 넓게 할 수 있어, 반사부(240)의 가동 전극(246)에 대해 큰 구동력을 작용시킬 수 있다.
또, 공간 광변조 소자(205)에서는, 예를 들면, 뒤틀림축부(235)를 요동축으로 하여 반사부(240)를 요동시키는 경우에, 인접하는 2매의 고정 전극(212, 214)으로부터 정전력을 작용시킨다. 이것에 의해, 가동 전극(246)에 작용시키는 구동력은 1매의 고정 전극에 의해 정전력을 작용시키는 경우와 비교하여 더 커진다.
도 44는 또 다른 공간 광변조 소자(206)의 모식적 평면도이다. 공간 광변조 소자(206)는 다음에 설명하는 부분을 제외하면, 도 43 등에 나타낸 공간 광변조 소자(205)와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 공통의 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
공간 광변조 소자(206)의 짐발부(233)는, 가동 프레임(236)이, 뒤틀림축부(237)를 거쳐서 지주(232)로부터 지지되어 있는 점에서, 공간 광변조 소자(205)의 짐발부(231)와 공통된다. 단, 공간 광변조 소자(206)의 짐발부(233)에서는, 차폐판(222)의 길이 방향과 평행하게 1쌍의 지주(232)가 배열되고, 뒤틀림축부(235, 237)의 각각이 차폐판(222)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배치된다.
이러한 지주의 배치에 의해, 기판(210)의 표면에 배치된 고정 전극(212, 214) 상호의 간격은 기판(210)의 대각선상이 아니고, 차폐부(220)에 포위된 직사각형 영역의 각 변의 중앙에 각 변과 직교하여 배치된다. 이것에 의해, 고정 전극(212, 214)의 간격의 길이가 짧아져, 고정 전극의 유효 면적이 증가한다.
또한, 기판(210) 상에서 요동부(238)의 요동 중심으로부터 가장 떨어진, 기판(210)의 각 코너부에 고정 전극(212, 214)이 배치된다. 따라서, 고정 전극(212, 214) 및 가동 전극(246)의 사이에 생긴 정전력은 반사부(240)를 효율적으로 구동한다.
도 45는 노광 장치(400)의 모식도이다. 노광 장치(400)는 조명광 발생부(500), 조명 광학계(600) 및 투영 광학계(700)를 구비한다. 노광 장치(400)는 공간 광변조기(100)를 구비하고, 광원 마스크 최적화법을 실행하는 경우에, 조명 광학계(600)에 임의의 조도 분포를 가지는 조명광을 입사할 수 있다.
조명광 발생부(500)는 제어부(510), 광원(520), 공간 광변조기(100), 프리즘(530), 결상 광학계(540), 빔 스플리터(550) 및 계측부(560)를 포함한다. 광원(520)은 조명광 L을 발생한다. 광원(520)이 발생한 조명광 L은 광원(520)의 발광 기구의 특성에 따른 조도 분포를 가진다. 이 때문에, 조명광 L은 조명광 L의 광로와 직교하는 단면에서 원화상 I1을 가진다.
광원(520)으로부터 출사된 조명광 L은 프리즘(530)에 입사한다. 프리즘(530)은 조명광 L을 공간 광변조기(100)로 유도한 후, 다시 외부에 출사시킨다. 공간 광변조기(100)는 제어부(510)의 제어 하에 입사한 조명광 L을 변조한다. 공간 광변조기(100)의 구조와 동작에 대해서는 이미 설명한 바와 같다.
공간 광변조기(100)를 거쳐 프리즘(530)으로부터 출사된 조명광 L은 결상 광학계(540)를 거쳐 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 사이에서, 조명광 L의 광로 상에 배치된다. 빔 스플리터(550)는 조명 광학계(600)에 입사하기 전의 조명광 L의 일부를 분리하여 계측부(560)로 인도한다.
계측부(560)는 조명 광학계(600)의 입사면(612)과 광학적으로 공액인 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, 공간 광변조기(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 상(像)인 조사광 화상 I4를 형성한다. 이렇게 해서, 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 공액인 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 가진다. 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 투영되고, 요구된 패턴을 가지는 레지스트층을 기판(810)의 표면에 형성한다.
또, 도 44에서는 조명광 L의 광로를 직선 모양으로 그리고 있지만, 조명광 L의 광로를 굴곡시키는 것에 의해 노광 장치(400)를 소형화할 수 있다. 또한, 도 44는 조명광 L이 마스크(710)를 투과하도록 그리고 있지만, 반사형의 마스크(710)가 이용되는 경우도 있다.
도 46은 조명광 발생부(500)의 부분 확대도이며, 노광 장치(400)에 있어서의 공간 광변조기(100)의 역할을 나타내는 도면이다. 프리즘(530)은 1쌍의 반사면(532, 534)를 가진다. 프리즘(530)에 입사한 조명광 L은, 한쪽의 반사면(532)에 의해, 공간 광변조기(100)로 향해 조사된다.
이미 설명한 바와 같이, 공간 광변조기(100)는 개별적으로 요동시킬 수 있는 복수의 반사부(240)를 가진다. 따라서, 제어부(510)가 공간 광변조기(100)를 제어하는 것에 의해, 요구에 따른 임의의 광원 화상 I2를 형성할 수 있다.
공간 광변조기(100)로부터 출사된 광원 화상 I2는 프리즘(530)의 다른쪽의 반사면(534)에 의해 반사되고, 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 실시 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있는 것은 당업자에게 자명하다. 그러한 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것은 특허청구범위의 기재로부터 자명하다.
특허처구범위, 명세서, 및 도면 중에서 나타낸 장치 및 시스템의 동작, 순서, 스텝 및 단계 등의 실행 순서는 특별히 「보다 전에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않으며, 이전의 처리의 출력을 이후의 처리에서 이용하는 경우가 아닌 한, 임의의 순서로 실현할 수 있다. 특허청구범위, 명세서 및 도면에 있어서, 편의상 「우선」, 「다음으로」 등을 이용하여 설명했다고 하여도, 이 순서로 실시하는 것이 필수인 것을 의미하는 것은 아니다.
100: 공간 광변조기
200, 201, 202, 203, 204, 205, 206: 공간 광변조 소자
210: 기판
212, 214: 고정 전극
220: 차폐부
222: 차폐판
224, 232, 248: 지주
230, 231, 233: 짐발부
234: 고정 프레임
235, 237: 뒤틀림축부
236: 가동 프레임
238: 요동부
240: 반사부
242: 지지층
244: 반사층
246: 가동 전극
311: 제 1 희생층
312: 제 2 희생층
313: 제 3 희생층
321, 322: 콘택트 홀
331: 제 1 금속층
332: 제 2 금속층
333: 제 3 금속층
334: 제 4 금속층
335: 제 5 금속층
336: 제 6 금속층
340: 아몰퍼스 실리콘층
344, 346: 고농도 p형층
350: 반사막
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
200, 201, 202, 203, 204, 205, 206: 공간 광변조 소자
210: 기판
212, 214: 고정 전극
220: 차폐부
222: 차폐판
224, 232, 248: 지주
230, 231, 233: 짐발부
234: 고정 프레임
235, 237: 뒤틀림축부
236: 가동 프레임
238: 요동부
240: 반사부
242: 지지층
244: 반사층
246: 가동 전극
311: 제 1 희생층
312: 제 2 희생층
313: 제 3 희생층
321, 322: 콘택트 홀
331: 제 1 금속층
332: 제 2 금속층
333: 제 3 금속층
334: 제 4 금속층
335: 제 5 금속층
336: 제 6 금속층
340: 아몰퍼스 실리콘층
344, 346: 고농도 p형층
350: 반사막
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 (10)
- 기판과,
상기 기판의 표면에 배치된 고정 전극과,
상기 표면에 일단이 연결된 연결부와,
상기 연결부의 타단에 연결되어, 상기 연결부의 탄성 변형에 의해 상기 기판에 대해 요동하는 가동부와,
상기 가동부에 일단이 결합되어 상기 기판의 두께 방향으로 연장되고, 상기 가동부와 일체적으로 요동하는 지주부와,
상기 지주부의 타단에 결합되고, 상기 가동부 및 상기 지주부와 일체적으로 요동하는 반사면을 가지는 반사 부재와,
상기 지주부에 배치되고, 상기 반사 부재의 상기 고정 전극에 대향하는 면과 상기 가동부를 전기적으로 결합하는 도체층
을 구비하되,
상기 반사 부재는 반사층과 지지층을 포함하며,
상기 지지층은 반도체에 의해 형성되고 상기 고정 전극에 대향하는 가동 전극으로서 작동하는
공간 광변조기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 지주부는 금속에 의해 형성되는 공간 광변조기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고정 전극은 상기 연결부 및 상기 가동부에 차단되는 일없이 상기 가동 전극에 대향하는 영역에 배치되는 공간 광변조기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 고정 전극은 전기적으로 서로 절연되고, 서로 대칭적인 형상을 가지는 복수의 영역을 포함하는 공간 광변조기.
- 제 4 항에 있어서,
상기 고정 전극은 서로 동일한 형상을 가지는 복수의 영역을 포함하는 공간 광변조기.
- 기판과,
상기 기판의 표면에 일단이 연결된 연결부와,
상기 연결부의 타단에 연결되어, 상기 연결부의 탄성적인 뒤틀림 변형에 의해 상기 기판에 대해서 요동하는 가동부와,
상기 가동부와 일체적으로 요동하는 반사 부재와,
상기 표면에 있어서, 상기 연결부 및 상기 가동부에 차단되는 일없이, 상기 반사 부재의 상기 표면에 대향하는 면에 대향하는 영역에 배치되고, 서로 동일하고 또한 대칭적인 형상을 갖는 복수의 영역을 포함하는 고정 전극을 구비하고,
상기 반사 부재는 반사층 및 반도체로부터 이루어지는 지지층을 포함하며,
상기 지지층은 반도체에 의해 형성되고 상기 고정 전극에 대향하는 가동 전극으로서 작동하고,
상기 연결부가, 고정 프레임과, 가동 프레임과, 상기 가동 프레임을 상기 고정 프레임에 대해서 요동시키는 제 1 뒤틀림축부와, 상기 가동부를 상기 가동 프레임에 대해서 요동시키는 제 2 뒤틀림축부를 갖고, 상기 제 1 뒤틀림축부와 상기 제 2 뒤틀림축부의 연장 방향이 직교하고 있고, 상기 제 1 뒤틀림축부와 상기 제 2 뒤틀림축부는 동일 형상 및 동일 치수로 형성되는 공간 광변조기.
- 청구항 1, 2, 6중 어느 한 항에 기재된 공간 광변조기를 구비하는 노광 장치.
- 청구항 3에 기재된 공간 광변조기를 구비하는 노광 장치.
- 청구항 4에 기재된 공간 광변조기를 구비하는 노광 장치.
- 청구항 5에 기재된 공간 광변조기를 구비하는 노광 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A107 | Divisional application of patent | ||
| PA0104 | Divisional application for international application |
Comment text: Divisional Application for International Patent Patent event code: PA01041R01D Patent event date: 20160826 Application number text: 1020157002678 Filing date: 20150130 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20180517 Comment text: Request for Examination of Application |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20180730 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20190111 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20180730 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |