(57)【要約】【課題】マイクロミラーを傾動させるための電力を低減すると共に、マイクロミラーの変形等を抑制する。【解決手段】マイクロミラーデバイスは、基板と、基板上に配置された複数のマイクロミラー単位とを備える。各マイクロミラー単位は、マイクロミラーと、マイクロミラーの表面に対向する一対の電極と、一対の電極の電位に応じてマイクロミラーが傾動可能となるようにマイクロミラーを支持するヒンジと、マイクロミラーの表面に接触してマイクロミラーの傾動を規制することによりマイクロミラーの傾斜姿勢を規定するストッパとを有する。各マイクロミラーの表面における電極に対向する領域には、電極側に突出する凸部が形成されている。各マイクロミラーが基本姿勢にあるときに、マイクロミラーの凸部と電極との間の距離は、マイクロミラーの表面におけるストッパに対向する部分とストッパとの間の距離より大きい。【選択図】図３
2020160105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された複数のマイクロミラー単位であって、それぞれ、
前記基板に対向する第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有するマイクロミラーと、
前記マイクロミラーの前記第１の表面に対向する一対の電極と、
前記一対の電極の電位に応じて、前記マイクロミラーが、前記マイクロミラーの前記第１の表面と前記一対の電極の一方との間の第１の距離と、前記マイクロミラーの前記第１の表面と前記一対の電極の他方との間の第２の距離と、が略等しい基本姿勢と、前記第１の距離が前記第２の距離より小さい第１の傾斜姿勢と、前記第２の距離が前記第１の距離より小さい第２の傾斜姿勢と、の間で傾動可能となるように、前記マイクロミラーを支持するヒンジと、
前記マイクロミラーの前記第１の表面に接触して前記マイクロミラーの傾動を規制することにより、前記第１の傾斜姿勢および前記第２の傾斜姿勢を規定するストッパと、
を有する、複数のマイクロミラー単位と、
を備えるマイクロミラーデバイスにおいて、
各前記マイクロミラーの前記第１の表面における前記一対の電極のそれぞれに対向する領域には、前記電極側に突出する凸部が形成されており、
各前記マイクロミラーが前記基本姿勢にあるときに、前記マイクロミラーの前記凸部と前記電極との間の距離は、前記マイクロミラーの前記第１の表面における前記ストッパに対向する部分と前記ストッパとの間の距離より大きい、
ことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロミラーデバイスにおいて、
各前記マイクロミラーの前記第１の表面において、前記凸部は、前記ストッパに対向する部分より外周側に位置している、
ことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロミラーデバイスにおいて、
各前記マイクロミラーの前記凸部における角部は、Ｒ形状である、
ことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のマイクロミラーデバイスにおいて、
各前記マイクロミラーの前記第１の表面における前記ストッパに対向する領域には、前記ストッパ側に突出する第２の凸部が形成されている、
ことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される技術は、マイクロミラーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばプロジェクタ用の表示素子として、空間光変調器であるマイクロミラーデバイスが用いられている。マイクロミラーデバイスは、多数の微小なマイクロミラーを有するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスである。より詳細には、マイクロミラーデバイスは、基板と、基板上に配置された複数のマイクロミラー単位とを備える。各マイクロミラー単位は、マイクロミラーと、一対の電極と、一対の電極の電位に応じてマイクロミラーが傾動可能となるようにマイクロミラーを支持するヒンジとを有する。
【０００３】
マイクロミラーデバイスでは、複数のマイクロミラー単位のそれぞれについて個別に、一対の電極の電位が制御される。複数のマイクロミラー単位のそれぞれを構成するマイクロミラーは、一対の電極の電位に応じて傾動する。各マイクロミラーの傾きに応じて、光源からの入射光が該マイクロミラーによって反射された反射光の方向が変動する。具体的には、マイクロミラーが一対の電極の一方に引き寄せられた第１の傾斜姿勢であるときには、反射光の方向は、光が外部に投射される方向（例えば、投射光学系を構成するレンズが位置する方向）となる。一方、マイクロミラーが一対の電極の他方に引き寄せられた第２の傾斜姿勢であるときには、反射光の方向は、光が吸収される方向（例えば、光吸収体が位置する方向）となる。このように、マイクロミラーデバイスが備える複数のマイクロミラーの内、第１の傾斜姿勢にあるマイクロミラーに反射された反射光は外部に投射され、第２の傾斜姿勢にあるマイクロミラーに反射された反射光は吸収されて外部に投射されない。このような各マイクロミラーの傾きの切り替え（すなわち、反射光の方向の切り替え）を、例えばＰＷＭ方式に従って高速で行うことにより、マイクロミラー毎に階調表現を行うことができ、その結果、マイクロミラーの個数に相当するサイズのグレースケール画像の表示を実現することができる。また、マイクロミラーデバイスとカラーホイールを併用したり、３つのマイクロミラーデバイスを用いたりすることにより、いわゆるフルカラー画像の表示を実現することができる。
【０００４】
従来、マイクロミラーデバイスを構成する各マイクロミラーは、厚さの一定な平板形状である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のマイクロミラーデバイスでは、各マイクロミラーが厚さの一定な平板形状であるため、マイクロミラーと電極との間の距離が比較的大きく、マイクロミラーを傾動させるために必要な電力が大きくなる。また、従来のマイクロミラーデバイスでは、各マイクロミラーが厚さの一定な平板形状であるため、マイクロミラーの剛性が十分ではなく、マイクロミラーの変形や破損等が発生するおそれがある。
【０００７】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（１）本明細書に開示されるマイクロミラーデバイスは、基板と、前記基板上に配置された複数のマイクロミラー単位であって、それぞれ、前記基板に対向する第１の表面と、前記第１の表面とは反対側の第２の表面と、を有するマイクロミラーと、前記マイクロミラーの前記第１の表面に対向する一対の電極と、前記一対の電極の電位に応じて、前記マイクロミラーが、前記マイクロミラーの前記第１の表面と前記一対の電極の一方との間の第１の距離と、前記マイクロミラーの前記第１の表面と前記一対の電極の他方との間の第２の距離と、が略等しい基本姿勢と、前記第１の距離が前記第２の距離より小さい第１の傾斜姿勢と、前記第２の距離が前記第１の距離より小さい第２の傾斜姿勢と、の間で傾動可能となるように、前記マイクロミラーを支持するヒンジと、前記マイクロミラーの前記第１の表面に接触して前記マイクロミラーの傾動を規制することにより、前記第１の傾斜姿勢および前記第２の傾斜姿勢を規定するストッパと、を有する、複数のマイクロミラー単位と、を備えるマイクロミラーデバイスにおいて、各前記マイクロミラーの前記第１の表面における前記一対の電極のそれぞれに対向する領域には、前記電極側に突出する凸部が形成されており、各前記マイクロミラーが前記基本姿勢にあるときに、前記マイクロミラーの前記凸部と前記電極との間の距離は、前記マイクロミラーの前記第１の表面における前記ストッパに対向する部分と前記ストッパとの間の距離より大きい。本マイクロミラーデバイスでは、各マイクロミラーの第１の表面（基板に対向する側の表面）における電極に対向する領域に、電極側に突出する凸部が形成されている。そのため、本マイクロミラーデバイスによれば、マイクロミラーが厚さの一定な平板形状である構成と比較して、マイクロミラーと電極との間の距離を小さくすることができ、マイクロミラーを傾動させるために必要な電力を低減することができる。また、本マイクロミラーデバイスによれば、各マイクロミラーの第１の表面における電極に対向する領域に形成された凸部の存在により、マイクロミラーの厚さを部分的に厚くすることができ、マイクロミラーの重量増加を抑制しつつマイクロミラーの剛性を向上させることができ、マイクロミラーの変形や破損等の発生を抑制することができる。
【００１０】
（２）上記マイクロミラーデバイスにおいて、各前記マイクロミラーの前記第１の表面において、前記凸部は、前記ストッパに対向する部分より外周側に位置している構成としてもよい。本マイクロミラーデバイスによれば、構成を複雑化することなく、各マイクロミラーが基本姿勢にあるときに、マイクロミラーの凸部と電極との間の距離が、マイクロミラーの第１の表面におけるストッパに対向する部分とストッパとの間の距離より大きい、という関係を満たす構成を実現することができる。
【００１１】
（３）上記マイクロミラーデバイスにおいて、各前記マイクロミラーの前記凸部における角部は、Ｒ形状である構成としてもよい。本マイクロミラーデバイスによれば、マイクロミラーの凸部の角部がＲ形状ではない構成と比較して、マイクロミラーの凸部が電極と接触することを抑制することができ、該接触によるマイクロミラーの破損（ジュール熱による溶解等）の発生を抑制することができる。
【００１２】
（４）上記マイクロミラーデバイスにおいて、各前記マイクロミラーの前記第１の表面における前記ストッパに対向する領域には、前記ストッパ側に突出する第２の凸部が形成されている構成としてもよい。本マイクロミラーデバイスによれば、第２の凸部の存在により、マイクロミラーにおけるストッパに接触する部分の厚さを部分的に厚くすることができ、マイクロミラーの重量増加を抑制しつつマイクロミラーの該部分の剛性を向上させることができ、ストッパとの接触によるマイクロミラーの変形や破損等の発生を抑制することができる。
【００１３】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、マイクロミラーデバイス、マイクロミラーデバイスを備える表示装置、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の外観構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図３】マイクロミラーデバイス１０の動作を概略的に示す説明図である。
【図４】第１実施形態におけるマイクロミラー１１０の詳細構成を示す説明図である。
【図５】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図６】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図７】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図８】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図９】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１０】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１１】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１２】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１３】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１４】第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１５】第２実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の断面構成を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．マイクロミラーデバイス１０の構成：
図１は、第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の断面構成を概略的に示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、マイクロミラーデバイス１０は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。
【００１６】
マイクロミラーデバイス１０は、多数の微小なマイクロミラー１１０を有するＭＥＭＳデバイスであり、例えば、プロジェクタ用の表示素子として用いられる。マイクロミラーデバイス１０は、基板２００と、基板２００上に配置された複数のマイクロミラー単位１００とを備える。なお、図１および図２では、便宜上、マイクロミラーデバイス１０の一部分の構成のみが示されている。
【００１７】
基板２００は、略平板状部材であり、例えば、ＳｉやＳｉＯ２（ガラス）により形成されている。Ｚ軸方向視での基板２００の幅および高さは、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、基板２００の厚さは、例えば６００μｍ〜８００μｍ程度である。図１および図２では図示を省略しているが、基板２００の内部には、金属配線層１１，１２やビア１３等により構成された駆動回路３１０が配置されている（図１４のＢ欄参照）。
【００１８】
複数のマイクロミラー単位１００は、互いに直交する２方向（本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向）に沿って、二次元的に並べて配置されている。マイクロミラーデバイス１０が備えるマイクロミラー単位１００の個数は、例えば、数十万個〜数百万個程度である。１つのマイクロミラー単位１００は、１つの画素に相当する。
【００１９】
各マイクロミラー単位１００は、図２に示すように、マイクロミラー１１０と、中央電極１２２と、一対の周辺電極１２０（第１の周辺電極１２０ａおよび第２の周辺電極１２０ｂ）と、支持柱１５０と、ストッパ１４０と、ヒンジ１３０とを有する。
【００２０】
マイクロミラー１１０は、基板２００に対向する下面Ｓ１と、下面Ｓ１とは反対側の上面Ｓ２とを有する略平板状部材である。Ｚ軸方向視でのマイクロミラー１１０の形状は、略矩形である（図１参照）。Ｚ軸方向視でのマイクロミラー１１０の幅および高さは、例えば３μｍ〜１０μｍ程度である。マイクロミラー１１０の下面Ｓ１は、特許請求の範囲における第１の表面に相当し、マイクロミラー１１０の上面Ｓ２は、特許請求の範囲における第２の表面に相当する。マイクロミラー１１０の構成については、後に詳述する。
【００２１】
中央電極１２２および一対の周辺電極１２０（第１の周辺電極１２０ａおよび第２の周辺電極１２０ｂ）は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１に対向する位置に配置されている。より具体的には、中央電極１２２は、基板２００の上面Ｓ３における、Ｚ軸方向視でマイクロミラー１１０の中心に重なる位置付近に配置されている。また、第１の周辺電極１２０ａは、基板２００の上面Ｓ３における、Ｚ軸方向視でマイクロミラー１１０の一方の端部に重なる位置付近に配置されており、第２の周辺電極１２０ｂは、基板２００の上面Ｓ３における、Ｚ軸方向視でマイクロミラー１１０の他方の端部に重なる位置付近に配置されている。すなわち、一対の周辺電極１２０は、中央電極１２２を挟んで略対称の位置に配置されている。一対の周辺電極１２０は、特許請求の範囲における一対の電極に相当する。
【００２２】
中央電極１２２および一対の周辺電極１２０は、例えば、タングステンや銅等の導電性材料により形成されている。また、中央電極１２２および一対の周辺電極１２０は、同様の導電性材料により形成されたビア１５を介して、基板２００の内部に配置された上述の駆動回路３１０と接続されている（図１４のＢ欄参照）。以下の説明では、中央電極１２２および一対の周辺電極１２０を、まとめて、電極１２２，１２０とも呼ぶ。
【００２３】
支持柱１５０は、中央電極１２２の上端部から上方に延びる柱状部材である。また、ストッパ１４０は、支持柱１５０の上端面上に配置された略平板状部材である。中央電極１２２と支持柱１５０とストッパ１４０とは、Ｚ軸方向視で略同心となるように配置されている。Ｚ軸方向視でのストッパ１４０の幅（径）は、支持柱１５０の幅（径）より大きい。支持柱１５０およびストッパ１４０は、中央電極１２２と同様の導電性材料により形成されている。
【００２４】
ヒンジ１３０は、ストッパ１４０の上端面の中心付近からマイクロミラー１１０の下面Ｓ１まで延びる柱状部材である。ヒンジ１３０は、弾性変形可能に構成されており、一対の周辺電極１２０の電位に応じてマイクロミラー１１０が傾動可能となるように、マイクロミラー１１０を支持している。ヒンジ１３０は、例えば、金属（例えば、ニッケル）や半導体（例えば、アモルファスシリコン）により形成されている。
【００２５】
Ａ−２．マイクロミラーデバイス１０の動作：
次に、本実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の動作を説明する。図３は、マイクロミラーデバイス１０の動作を概略的に示す説明図である。上述したように、基板２００の内部には駆動回路３１０が配置されており、該駆動回路３１０は、ビア１５を介して接続された一対の周辺電極１２０の電位を、マイクロミラー単位１００毎に個別に制御する。各マイクロミラー単位１００を構成するマイクロミラー１１０は、一対の周辺電極１２０の電位に応じて、所定の軸廻りに傾動する。具体的には、各マイクロミラー１１０は、一対の周辺電極１２０の電位に応じて、基本姿勢と、第１の傾斜姿勢と、第２の傾斜姿勢とのいずれかを取る。
【００２６】
マイクロミラー１１０の基本姿勢は、図２に示すように、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１と一対の周辺電極１２０の内の一方（第１の周辺電極１２０ａ）との間の第１の距離Ｌ１と、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１と一対の周辺電極１２０の内の他方（第２の周辺電極１２０ｂ）との間の第２の距離Ｌ２とが略等しい姿勢である。駆動回路による一対の周辺電極１２０の電位の制御が行われていないとき（すなわち、マイクロミラーデバイス１０が駆動されていないとき）には、マイクロミラー１１０は基本姿勢を取る。
【００２７】
マイクロミラー１１０の第１の傾斜姿勢は、図３に示す２つのマイクロミラー単位１００の内の左側のマイクロミラー単位１００Ａを構成するマイクロミラー１１０のように、第１の距離Ｌ１が第２の距離Ｌ２より小さい姿勢である。駆動回路３１０によって一対の周辺電極１２０の電位が所定の電位に制御され、第１の周辺電極１２０ａにマイクロミラー１１０を引き寄せる静電気力が生ずると、マイクロミラー１１０が第１の周辺電極１２０ａに引き寄せられるように傾動して第１の傾斜姿勢を取る。なお、第１の傾斜姿勢では、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１がストッパ１４０に接触している。すなわち、ストッパ１４０は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１に接触してマイクロミラー１１０の傾動を規制することにより、第１の傾斜姿勢を規定する。基本姿勢のマイクロミラー１１０に対する第１の傾斜姿勢のマイクロミラー１１０の傾きは、例えば１０度程度である。
【００２８】
マイクロミラー１１０の第２の傾斜姿勢は、図３に示す２つのマイクロミラー単位１００の内の右側のマイクロミラー単位１００Ｂを構成するマイクロミラー１１０のように、第２の距離Ｌ２が第１の距離Ｌ１より小さい姿勢である。駆動回路３１０によって一対の周辺電極１２０の電位が所定の電位に制御され、第２の周辺電極１２０ｂにマイクロミラー１１０を引き寄せる静電気力が生ずると、マイクロミラー１１０が第２の周辺電極１２０ｂに引き寄せられるように傾動して第２の傾斜姿勢を取る。なお、第２の傾斜姿勢では、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１がストッパ１４０に接触している。すなわち、ストッパ１４０は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１に接触してマイクロミラー１１０の傾動を規制することにより、第２の傾斜姿勢を規定する。基本姿勢のマイクロミラー１１０に対する第２の傾斜姿勢のマイクロミラー１１０の傾きは、例えば−１０度程度である。
【００２９】
図３に示すように、マイクロミラー１１０の傾きに応じて、光源ＬＳからの入射光ＩＬがマイクロミラー１１０によって反射された反射光ＲＬの方向が変動する。具体的には、図３に示す２つのマイクロミラー単位１００の内の左側のマイクロミラー単位１００Ａを構成するマイクロミラー１１０のように、マイクロミラー１１０が第１の傾斜姿勢にあるときには、反射光ＲＬの方向は、光が外部に投射される方向（例えば、投射光学系を構成するレンズＬＥが位置する方向）となる。すなわち、このときには、このマイクロミラー単位１００に対応する画素がＯＮ状態となる。一方、図３に示す２つのマイクロミラー単位１００の内の右側のマイクロミラー単位１００Ｂを構成するマイクロミラー１１０のように、マイクロミラー１１０が第２の傾斜姿勢にあるときには、反射光ＲＬの方向は、光が吸収される方向（例えば、光吸収体ＬＡが位置する方向）となる。すなわち、このときには、このマイクロミラー単位１００に対応する画素がＯＦＦ状態となる。
【００３０】
このように、マイクロミラーデバイス１０が備える複数のマイクロミラー１１０の内、第１の傾斜姿勢にあるマイクロミラー１１０に反射された反射光ＲＬは外部に投射され、第２の傾斜姿勢にあるマイクロミラー１１０に反射された反射光ＲＬは吸収されて外部に投射されない。このようなマイクロミラー１１０の傾きの切り替え（すなわち、反射光ＲＬの方向の切り替え）を、例えばＰＷＭ方式に従って高速で行うことにより、マイクロミラー単位１００毎に（すなわち、画素毎に）階調表現を行うことができ、その結果、マイクロミラー単位１００の個数に相当するサイズのグレースケール画像の表示を実現することができる。また、マイクロミラーデバイス１０とカラーホイールを併用したり、３つのマイクロミラーデバイス１０を用いたりすることにより、いわゆるフルカラー画像の表示を実現することができる。
【００３１】
Ａ−３．マイクロミラー１１０の詳細構成：
次に、本実施形態におけるマイクロミラー１１０の詳細構成を説明する。図４は、第１実施形態におけるマイクロミラー１１０の詳細構成を示す説明図である。図４には、マイクロミラーデバイス１０が備える複数のマイクロミラー１１０の内の１つのＸＹ平面構成が示されている。
【００３２】
図２および図４に示すように、本実施形態では、マイクロミラー１１０は、平板部１１１と、凸部１１２と、凸部接着部１１３と、ヒンジ接着部１１４とを有する。
【００３３】
マイクロミラー１１０の平板部１１１は、マイクロミラー１１０の上面Ｓ２を含む略平板状の部分である。平板部１１１は、例えばアルミニウムにより形成されている。平板部１１１の厚さは、例えば１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
【００３４】
マイクロミラー１１０の凸部１１２は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１における一対の周辺電極１２０に対向する領域に形成され、周辺電極１２０側に突出した部分である。本実施形態では、一対の周辺電極１２０が、Ｚ軸方向視でマイクロミラー１１０の端部に重なる位置付近に配置されているため、マイクロミラー１１０の凸部１１２は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１のうち、ストッパ１４０に対向する部分より外周側に位置している。また、図２に示すように、凸部１１２における角部ＣＰは、Ｒ形状となっている。なお、図４に示すように、本実施形態では、凸部１１２は、Ｚ軸方向視で環状に（すなわち、連続的に）形成されている。凸部１１２は、例えばアルミニウムにより形成されている。凸部１１２の厚さ（突出高さ）は、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
【００３５】
図２に示すように、マイクロミラー１１０が基本姿勢にあるときに、マイクロミラー１１０の凸部１１２と周辺電極１２０との間の距離Ｌ１，Ｌ２は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する部分とストッパ１４０との間の距離Ｌ３より大きい。そのため、上述したように、マイクロミラー１１０が傾動する際には、マイクロミラー１１０の凸部１１２が周辺電極１２０に接触する前に、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する部分がストッパ１４０に接触し、第１および第２の傾斜姿勢が規定される。
【００３６】
マイクロミラー１１０の凸部接着部１１３は、平板部１１１と凸部１１２との間に介在する略平板状の部分である。凸部接着部１１３は、平板部１１１と凸部１１２との剥離を防止するために設けられており、例えばチタンにより形成されている。なお、凸部接着部１１３が省略され、平板部１１１と凸部１１２とが直接的に接合されていてもよい。また、平板部１１１と凸部１１２とが一体に形成されていてもよい。
【００３７】
マイクロミラー１１０のヒンジ接着部１１４は、平板部１１１とヒンジ１３０との間に介在する略平板状の部分である。ヒンジ接着部１１４は、平板部１１１とヒンジ１３０との剥離を防止するために設けられており、例えばチタンにより形成されている。なお、ヒンジ接着部１１４が省略され、平板部１１１とヒンジ１３０とが直接的に接合されていてもよい。
【００３８】
Ａ−４．マイクロミラーデバイス１０の製造方法：
次に、本実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を説明する。図５から図１４は、第１実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の製造方法の一例を示す説明図である。以下では、マイクロミラーデバイス１０の備える複数のマイクロミラー単位１００の内、１つのマイクロミラー単位１００の周辺部分に着目して、マイクロミラーデバイス１０の製造方法を説明する。
【００３９】
はじめに、図５のＡ欄に示すように、Ｓｉ基板２１０上に、例えばＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ、Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、ＳｉＯ２（ガラス）層２２１を成膜する。次に、図５のＢ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２１上に、例えばスパッタリングにより、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属配線層１１を成膜する。次に、図５のＣ欄に示すように、金属配線層１１に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、金属配線層１１を所定の配線パターンにパターニングする。
【００４０】
次に、図５のＤ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２１および金属配線層１１上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２２を成膜する。次に、図５のＥ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２２に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、金属配線層１１まで至るビア用の穴２１を形成する。次に、図５のＦ欄に示すように、ビア用の穴２１が形成されたＳｉＯ２層２２２上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、タングステンや銅等の導電性材料層３１を成膜する。
【００４１】
次に、図６のＡ欄に示すように、導電性材料層３１に対してＣＭＰ（化学機械研磨、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行うことにより、金属配線層１１と接続されたビア１３を形成する。次に、図６のＢ欄に示すように、ビア１３が形成されたＳｉＯ２層２２２上に、例えばスパッタリングにより、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属配線層１２を成膜する。次に、図６のＣ欄に示すように、金属配線層１２に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、金属配線層１２を所定の配線パターンにパターニングする。本実施形態では、パターニングされた金属配線層１１，１２およびビア１３により、各マイクロミラー１１０を駆動する駆動回路３１０が構成される。
【００４２】
次に、図６のＤ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２２および金属配線層１２上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２３を成膜する。次に、図６のＥ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２３上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、エッチング保護層２３０を成膜する。エッチング保護層２３０は、エッチングから駆動回路３１０（金属配線層１１，１２およびビア１３）を保護する層であり、ＳｉＯ２用のエッチング液（例えば、フッ酸）に対する耐性を有する材料（例えば、アルミナ等のセラミックスやアモルファスシリコン等の半導体）により形成される。次に、図６のＦ欄に示すように、エッチング保護層２３０に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、エッチング保護層２３０を所定の保護パターンにパターニングする。
【００４３】
次に、図７のＡ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２３およびエッチング保護層２３０上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２４を成膜する。次に、図７のＢ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２４に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、電極（中央電極１２２、一対の周辺電極１２０）用の穴２２を形成する。次に、図７のＣ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２４に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、金属配線層１２まで至るビア用の穴２３を形成する。次に、図７のＤ欄に示すように、電極用の穴２２およびビア用の穴２３が形成されたＳｉＯ２層２２４上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、タングステンや銅等の導電性材料層３２を成膜する。
【００４４】
次に、図８のＡ欄に示すように、導電性材料層３２に対してＣＭＰを行うことにより、中央電極１２２と、一対の周辺電極１２０と、各電極１２２，１２０と金属配線層１２とを接続するビア１５とを形成する。次に、図８のＢ欄に示すように、各電極１２２，１２０が形成されたＳｉＯ２層２２４上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２５を成膜する。次に、図８のＣ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２５に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、ストッパ１４０用の穴２４を形成する。次に、図８のＤ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２５に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、中央電極１２２まで至る支持柱１５０用の穴２５を形成する。
【００４５】
次に、図９のＡ欄に示すように、ストッパ１４０用の穴２４および支持柱１５０用の穴２５が形成されたＳｉＯ２層２２５上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、タングステンや銅等の導電性材料層３３を成膜する。次に、図９のＢ欄に示すように、導電性材料層３３に対してＣＭＰを行うことにより、支持柱１５０およびストッパ１４０を形成する。次に、図９のＣ欄に示すように、ストッパ１４０が形成されたＳｉＯ２層２２５上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２６を成膜する。次に、図９のＤ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２６に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、ストッパ１４０まで至るヒンジ１３０用の穴２６を形成する。
【００４６】
次に、図１０のＡ欄に示すように、ヒンジ１３０用の穴２６が形成されたＳｉＯ２層２２６上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、金属（例えば、ニッケル）や半導体（例えば、アモルファスシリコン）等のヒンジ用材料層４１を成膜する。次に、図１０のＢ欄に示すように、ヒンジ用材料層４１に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、ストッパ１４０上にヒンジ１３０を形成する。次に、図１０のＣ欄に示すように、ヒンジ１３０が形成されたＳｉＯ２層２２６上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２７を成膜する。
【００４７】
次に、図１１のＡ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２７，２２６に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、マイクロミラー１１０の凸部１１２用の穴２７を形成する。次に、図１１のＢ欄に示すように、マイクロミラー１１０の凸部１１２用の穴２７が形成されたＳｉＯ２層２２７，２２６上に、例えばスパッタリングにより、アルミニウム等のミラー用材料層５１を成膜する。次に、図１１のＣ欄に示すように、ミラー用材料層５１に対してＣＭＰを行うことにより、マイクロミラー１１０の凸部１１２を形成する。
【００４８】
次に、図１２のＡ欄に示すように、ＳｉＯ２層２２７に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、ヒンジ１３０まで至るマイクロミラー１１０のヒンジ接着部１１４用の穴２８を形成する。次に、図１２のＢ欄に示すように、マイクロミラー１１０のヒンジ接着部１１４用の穴２８が形成されたＳｉＯ２層２２７上に、例えばスパッタリングにより、チタン等の接着材料層６１を成膜する。次に、図１２のＣ欄に示すように、接着材料層６１に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、ヒンジ接着部１１４および凸部接着部１１３を形成する。
【００４９】
次に、図１３のＡ欄に示すように、ヒンジ接着部１１４および凸部接着部１１３が形成されたＳｉＯ２層２２７上に、例えばスパッタリングにより、アルミニウム等のミラー用材料層７１を成膜する。次に、図１３のＢ欄に示すように、ミラー用材料層７１に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、マイクロミラー１１０の平板部１１１を形成する。これにより、マイクロミラー１１０が形成される。次に、図１３のＣ欄に示すように、マイクロミラー１１０が形成されたＳｉＯ２層２２７上に、例えばＰＥ−ＣＶＤにより、ＳｉＯ２層２２８を成膜する。
【００５０】
次に、図１４のＡ欄に示すように、ＳｉＯ２層に対してフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、金属配線層１２まで至る通電パッド１４用の穴２９を形成する。次に、図１４のＢ欄に示すように、例えばＶａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  ＨＦ（気相フッ酸）エッチングにより、各ＳｉＯ２層（犠牲層）を除去する。このとき、各ＳｉＯ２層の内、エッチング保護層２３０に保護された部分は除去されずに残る。その結果、Ｓｉ基板２１０と、エッチング保護層２３０と、両者の間に残ったＳｉＯ２層２２０とから、基板２００が構成される。また、基板２００の内部には、金属配線層１１，１２およびビア１３により構成された駆動回路３１０が形成され、該駆動回路３１０はビア１５を介して各電極１２２，１２０と電気的に接続される。また、金属配線層１２の内、通電パッド１４用の穴２８から露出した部分が、通電パッド１４として機能する。図示しないが、マイクロミラーデバイス１０は複数の通電パッド１４を備えており、各通電パッド１４は、各金属配線層１１，１２に電気的に接続されている。通電パッド１４から各金属配線層１１，１２および各ビア１３，１５を介して、各電極１２２，１２０への給電が行われる。以上の製造方法により、上述した構成のマイクロミラーデバイス１０が製造される。
【００５１】
Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０は、基板２００と、基板２００上に配置された複数のマイクロミラー単位１００とを備える。各マイクロミラー単位１００は、マイクロミラー１１０と、一対の周辺電極１２０と、ヒンジ１３０と、ストッパ１４０とを有する。マイクロミラー１１０は、基板２００に対向する下面Ｓ１と、下面Ｓ１とは反対側の上面Ｓ２とを有する。一対の周辺電極１２０は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１に対向している。ヒンジ１３０は、一対の周辺電極１２０の電位に応じて、マイクロミラー１１０が、基本姿勢と第１の傾斜姿勢と第２の傾斜姿勢との間で傾動可能となるようにマイクロミラー１１０を支持する。マイクロミラー１１０の基本姿勢は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１と一対の周辺電極１２０の内の一方（第１の周辺電極１２０ａ）との間の第１の距離Ｌ１と、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１と一対の周辺電極１２０の内の他方（第２の周辺電極１２０ｂ）との間の第２の距離Ｌ２とが略等しい姿勢であり、マイクロミラー１１０の第１の傾斜姿勢は、第１の距離Ｌ１が第２の距離Ｌ２より小さい姿勢であり、マイクロミラー１１０の第２の傾斜姿勢は、第２の距離Ｌ２が第１の距離Ｌ１より小さい姿勢である。ストッパ１４０は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１に接触してマイクロミラー１１０の傾動を規制することにより、第１の傾斜姿勢および第２の傾斜姿勢を規定する。また、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０では、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１における一対の周辺電極１２０のそれぞれに対向する領域に、周辺電極１２０側に突出する凸部１１２が形成されている。また、各マイクロミラー１１０が基本姿勢にあるときに、マイクロミラー１１０の凸部１１２と周辺電極１２０との間の距離Ｌ１，Ｌ２は、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する部分とストッパ１４０との間の距離Ｌ３より大きい。
【００５２】
このように、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０では、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１（基板２００に対向する側の表面）における周辺電極１２０に対向する領域に、周辺電極１２０側に突出する凸部１１２が形成されている。そのため、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０によれば、マイクロミラー１１０が厚さの一定な平板形状である構成と比較して、マイクロミラー１１０と周辺電極１２０との間の距離を小さくすることができ、マイクロミラー１１０を傾動させるために必要な電力を低減することができる。また、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０によれば、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１における周辺電極１２０に対向する領域に形成された凸部１１２の存在により、マイクロミラー１１０の厚さを部分的に厚くすることができ、マイクロミラー１１０の重量増加を抑制しつつマイクロミラー１１０の剛性を向上させることができ、マイクロミラー１１０の変形や破損等の発生を抑制することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、凸部１１２が、Ｚ軸方向視で環状に（すなわち、連続的に）形成されているため、凸部１１２がマイクロミラー１１０の平板部１１１を支えるフレームの役割を果たし、マイクロミラー１１０の剛性を効果的に向上させることができ、マイクロミラー１１０の変形や破損等の発生を効果的に抑制することができる。
【００５４】
また、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０では、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１において、凸部１１２は、ストッパ１４０に対向する部分より外周側に位置している。そのため、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０によれば、構成を複雑化することなく、各マイクロミラー１１０が基本姿勢にあるときに、マイクロミラー１１０の凸部１１２と周辺電極１２０との間の距離Ｌ１，Ｌ２が、マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する部分とストッパ１４０との間の距離Ｌ３より大きい、という関係を満たす構成を実現することができる。
【００５５】
また、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０では、各マイクロミラー１１０の凸部１１２における角部ＣＰは、Ｒ形状である。そのため、本実施形態のマイクロミラーデバイス１０によれば、マイクロミラー１１０の凸部１１２の角部ＣＰがＲ形状ではない構成と比較して、マイクロミラー１１０の凸部１１２が周辺電極１２０と接触することを抑制することができ、該接触によるマイクロミラー１１０の破損（ジュール熱による溶解等）の発生を抑制することができる。
【００５６】
Ｂ．第２実施形態：
図１５は、第２実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の断面構成を概略的に示す説明図である。以下では、第２実施形態のマイクロミラーデバイス１０の構成の内、上述した第１実施形態のマイクロミラーデバイス１０の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。
【００５７】
図１５に示すように、第２実施形態のマイクロミラーデバイス１０は、第１実施形態のマイクロミラーデバイス１０と比較して、各マイクロミラー１１０の構成が異なっている。具体的には、第２実施形態のマイクロミラーデバイス１０では、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する領域に、ストッパ１４０側に突出する第２の凸部１１５が形成されている。なお、本実施形態では、第２の凸部１１５は、Ｚ軸方向視で環状に（すなわち、連続的に）形成されている。第２の凸部１１５は、例えば、金属（例えば、アルミニウム）や半導体（例えば、アモルファスシリコン）により形成されている。
【００５８】
このように、第２実施形態のマイクロミラーデバイス１０では、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する領域に、ストッパ１４０側に突出する第２の凸部１１５が形成されている。そのため、第２実施形態のマイクロミラーデバイス１０によれば、第２の凸部１１５の存在により、マイクロミラー１１０におけるストッパ１４０に接触する部分の厚さを部分的に厚くすることができ、マイクロミラー１１０の重量増加を抑制しつつマイクロミラー１１０の該部分の剛性を向上させることができ、ストッパ１４０との接触によるマイクロミラー１１０の変形や破損等の発生を抑制することができる。また、第２の凸部１１５をＺ軸方向視で環状に（すなわち、連続的に）形成することで、ストッパ１４０とマイクロミラー１１０とが接触した際のマイクロミラー１１０にかかる外力を第２の凸部１１５全体に分散することができる。従って、マイクロミラー１１０とストッパ１４０との接触によるマイクロミラー１１０の変形や破損等の発生を抑制することができる。
【００５９】
Ｃ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【００６０】
上記実施形態におけるマイクロミラーデバイス１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ストッパ１４０がヒンジ１３０の下に設けられているが、ストッパ１４０がヒンジ１３０とは独立して基板２００上に設けられてもよい。また、上記実施形態では、各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１において、凸部１１２は、ストッパ１４０に対向する部分より外周側に位置しているが、反対に、凸部１１２が、ストッパ１４０に対向する部分より中心側に位置していてもよい。また、上記実施形態では、各マイクロミラー１１０の凸部１１２における角部ＣＰはＲ形状であるが、必ずしも角部ＣＰがＲ形状である必要はない。
【００６１】
また、上記実施形態では、マイクロミラー１１０の凸部１１２が、Ｚ軸方向視で環状に（すなわち、連続的に）形成されているが、凸部１１２は、少なくとも各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１における周辺電極１２０に対向する領域に形成されていればよく、凸部１１２が離散的に形成されていてもよい。
【００６２】
同様に、上記第２実施形態では、マイクロミラー１１０の第２の凸部１１５が、Ｚ軸方向視で環状に（すなわち、連続的に）形成されているが、第２の凸部１１５は、少なくとも各マイクロミラー１１０の下面Ｓ１におけるストッパ１４０に対向する領域に形成されていればよく、第２の凸部１１５が離散的に形成されていてもよい。
【００６３】
上記実施形態のマイクロミラーデバイス１０における各部材の形成材料は、あくまで一例であり、種々変形可能である。
【００６４】
上記実施形態のマイクロミラーデバイス１０の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。
【００６５】
本発明は、プロジェクタ用の表示素子として利用されるマイクロミラーデバイス１０に限らず、他の用途に利用されるマイクロミラーデバイス１０にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
２：ＳｉＯ  １１，１２：金属配線層  １３，１５：ビア  １４：通電パッド  ２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９：穴  ３１，３２，３３：導電性材料層  ４１：ヒンジ用材料層  ５１：ミラー用材料層  ６１：接着材料層  ７１：ミラー用材料層  １００：マイクロミラー単位  １１０：マイクロミラー  １１１：平板部  １１２：凸部  １１３：凸部接着部  １１４：ヒンジ接着部  １１５：第２の凸部  １２０ａ：第１の周辺電極  １２０ｂ：第２の周辺電極  １２２：中央電極  １３０：ヒンジ  １４０：ストッパ  １５０：支持柱  ２００：基板  ２１０：Ｓｉ基板  ２２０，２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６，２２７，２２８：ＳｉＯ２層  ２３０：エッチング保護層  ３１０：駆動回路  ＣＰ：角部  ＩＬ：入射光  Ｌ１：第１の距離  Ｌ２：第２の距離  Ｌ３：距離  ＬＡ：光吸収体  ＬＥ：レンズ  ＬＳ：光源  ＲＬ：反射光  Ｓ１：下面  Ｓ２：上面  Ｓ３：上面
【図１】
2020160105.tif 000003
【図２】
2020160105.tif 000004
【図３】
2020160105.tif 000005
【図４】
2020160105.tif 000006
【図５】
2020160105.tif 000007
【図６】
2020160105.tif 000008
【図７】
2020160105.tif 000009
【図８】
2020160105.tif 000010
【図９】
2020160105.tif 000011
【図１０】
2020160105.tif 000012
【図１１】
2020160105.tif 000013
【図１２】
2020160105.tif 000014
【図１３】
2020160105.tif 000015
【図１４】
2020160105.tif 000016
【図１５】
2020160105.tif 000017