(57)【要約】【課題】成膜当初の良好な物理的特性及び光学的を維持したミラー層を有する光学ＭＥＭＳ素子を提供することである。【解決手段】本光学ＭＥＭＳ素子５０は、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子であって、絶縁性基板５２と、絶縁性基板５２上に形成されている下部電極５４と、絶縁膜で形成されたブリッジ状のリボン５６と、リボン５６上に積層されている上部電極５８と、上部電極５８上に形成されたミラー層６０と備えている。リボン５６と上部電極５８との積層膜は、下部電極５４に交差してブリッジ状に設けられ、両端部が同じ積層膜からなる柱状部６２によって絶縁性基板５２上に支持されたビーム６１を構成し、両持ち梁として下部電極５４上に空隙部６４を介して電気的に絶縁されている。ミラー層６０は、光の反射及び回折のみを目的とする光学膜であって、上部電極５８のうち下部電極５４に対向する領域に設けられている。ミラー層６０は、マスクを使って選択的に所要領域だけに蒸着される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に形成された下部電極と、
絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する、絶縁膜からなるリボンと、
リボン上に形成された上部電極と、
マスクを介した蒸着法により上部電極の選択的領域上に設けられているミラー層と
を有し、上部電極と下部電極との間に働く静電引力又は静電反発力によりミラー層を駆動することを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
ミラー層が、Ａｌ金属膜、Ａｌ−Ｓｉ合金膜、Ａｌ−Ｃｕ合金膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜、Ａｌ−Ｈｆ合金膜、及びＡｌ−Ｚｒ合金膜の群から選択した金属膜、又は前記群から選択した少なくとも２層からなる積層金属膜で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
ミラー層が、ＳｉＯ２　膜、ＭｇＦ２　膜、及びＡｌ２　Ｏ３　膜の少なくとも１層の低屈折率誘電体膜又は低屈折率誘電体積層膜と、ＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜、ＴｉＯ２　膜、Ｔａ２　Ｏ５　膜、ＺｒＯ２　膜、及びＹ２　Ｏ３　膜の少なくとも１層の高屈折率誘電体膜又は積層高屈折率誘電体膜との積層誘電体膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
絶縁性基板上に形成された下部電極と、
絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する、絶縁膜からなるリボンと、
リボンの立脚部に沿って設けられた電極配線部と、
マスクを介した蒸着法によりリボンの選択的領域上に設けられ、電極配線層と電気的に接続しているミラー層兼上部電極と
を有し、上部電極と下部電極との間に働く静電引力又は静電反発力によりミラー層兼上部電極を駆動することを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
ミラー層兼上部電極が導電性中間層を介して電極配線部に電気的に接続していることを特徴とする請求項４に記載の光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
ミラー層兼上部電極が、Ａｌ金属膜、Ａｌ−Ｓｉ合金膜、Ａｌ−Ｃｕ合金膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜、Ａｌ−Ｈｆ合金膜、及びＡｌ−Ｚｒ合金膜の群から選択した金属膜又は積層金属膜で形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
ミラー層兼上部電極が、
Ａｌ金属膜、Ａｌ−Ｓｉ合金膜、Ａｌ−Ｃｕ合金膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金膜、Ａｌ−Ｈｆ合金膜、及びＡｌ−Ｚｒ合金膜の少なくとも１層の金属膜又は積層金属膜と、
ＳｉＯ２　膜、ＭｇＦ２　膜、及びＡｌ２　Ｏ３　膜の少なくとも１層の低屈折率誘電体膜又は低屈折率誘電体積層膜と、ＳｉＮ膜、ＡｌＮ膜、ＴｉＯ２　膜、Ｔａ２　Ｏ５　膜、ＺｒＯ２　膜、及びＹ２　Ｏ３　膜の少なくとも１層の高屈折率誘電体膜又は積層高屈折率誘電体膜との積層誘電体膜と
からなる複合膜であることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
絶縁性基板上に下部電極を形成する工程と、
下部電極上を犠牲層を形成する工程と、
犠牲層上を含めて絶縁性基板上に絶縁膜、次いで上部電極層を成膜する工程と、
上部電極層及び絶縁膜をパターニングして、絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する、絶縁膜からなるリボンと、リボン上に設けられた上部電極を形成する工程と、
犠牲層を除去して、リボンと下部電極との間に空隙部を設ける工程と、
マスクを介して上部電極上の選択的領域にミラー層を蒸着させる工程と
を有することを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子の作製方法。
【請求項９】
絶縁性基板上に下部電極を形成する工程と、
下部電極上を犠牲層を形成する工程と、
犠牲層上を含めて絶縁性基板上に絶縁膜、次いで電極配線層を成膜する工程と、
電極配線層をパターニングし、次いで絶縁膜をターニングして、絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する絶縁膜からなるリボンと、リボンの上面の少なくとも一部を露出させるようにリボンの立脚部に沿って設けられた電極配線部とを形成する工程と、
犠牲層を除去して、リボンと下部電極との間に空隙部を設ける工程と、
マスクを介してリボン上の選択的領域に、電極配線部に接続するミラー層兼上部電極を蒸着させる工程と
を有することを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子の作製方法。
【請求項１０】
それぞれ、光変調素子として構成され、並列配置された複数個の光学ＭＥＭＳ素子を備えるＧＬＶデバイスにおいて、
各光学ＭＥＭＳ素子が、請求項１から７に記載される光学ＭＥＭＳ素子であることを特徴とするＧＬＶデバイス。
【請求項１１】
レーザ装置と、レーザ装置から出射されたレーザ光の光軸上に配置され、レーザ光の光強度を変調するＧＬＶデバイスとを有するレーザディスプレイにおいて、
ＧＬＶデバイスが、請求項１０に記載のＧＬＶデバイスであることを特徴とするレーザディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ＭＥＭＳ素子、その作製方法、ＧＬＶデバイス、及びレーザディスプレイに関し、更に詳細には、光学特性が良好な光学ＭＥＭＳ素子、その作製方法、光学特性が良好なＧＬＶデバイス、及び光学特性が良好なＧＬＶデバイスを備えたレーザディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びそのようなＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。
ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００３】
光の反射や回折を利用した光学ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）デバイスでは、光の照射される上部の駆動電極層（以下、ミラー層と言う）の形状は、スイッチング特性となる光の反射効率や回折効率を左右する極めて重要なパラメータである。
【０００４】
ここで、図７及び図８を参照して、従来の光学ＭＥＭＳ素子の構造を説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、両持ち梁構造の従来の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す斜視図、及び図７（ａ）の線ＩＩＩ　−ＩＩＩ　での断面図であり、図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、片持ち梁構造の従来の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す斜視図、及び図８（ａ）の線ＩＶ−ＩＶでの断面図である。
両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子１０は、静電引力又は静電反発力を利用して光の反射や回折を制御する光スイッチ、光変調素子として使用される光学ＭＥＭＳ素子の代表的な例であって、図７に示すように、絶縁性基板１２と、絶縁性基板１２上に形成されている下部電極１４と、絶縁膜からなるブリッジ状のリボン１６と、リボン１６上に積層されている上部電極１８とを備えている。
リボン１６と上部電極１８とからなる積層膜は、下部電極１４に交差してブリッジ状に設けられ、両端部が同じ積層膜からなる柱状部２０によって絶縁性基板１２上に支持され、両持ち梁として下部電極１４上に空隙部２２を介して電気的に絶縁されている。
【０００５】
絶縁性基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性の基板などが用いられる。
下部電極１４は、例えば不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、Ｗ蒸着膜、Ｃｒ蒸着膜等の金属膜などで形成される。
リボン１６を形成する絶縁膜は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁膜であり、上部電極１８は、膜厚１００ｎｍ程度の例えばＡｌ膜からなる反射膜を兼ねる駆動側電極として構成されている。
【０００６】
光学ＭＥＭＳ素子１０では、下部電極３４と上部電極３８との間に与えられる電位に応じて生じる静電引力又は静電反発により、ブリッジ状のリボン１６と上部電極１８との積層膜が、例えば図７（ｂ）の破線と実線とで示すように、下部電極１４に対して凹み状態（点線）と平行状態とに変位する。
上部電極１８は、駆動側電極兼反射ミラーとして機能し、静電引力及び静電反発力を利用して駆動するリボン１６と上部電極１８の積層膜の力学的特性は、リボン１６を形成する絶縁膜の物性によってほぼ決定される。
【０００７】
また、リボンと上部電極の積層膜からなるビームの一端を支持した片持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子も、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子１０と同様に、静電引力又は静電反発力を利用して光の反射や回折を制御する光スイッチ、光変調素子等として利用される。
片持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子３０は、図８に示すように、絶縁性基板３２と、絶縁性基板３２上に形成されている下部電極３４と、絶縁膜からなるリボン３６と、リボン３６上に積層されている上部電極３８とを備えている。
リボン３６と上部電極３８からなる積層膜は、下部電極３４に交差して飛び板状に設けられ、一方の端部３６ａは自由端になっており、他方の端部３６ｂはリボン３６と上部電極３８との積層膜からなる柱状部４０によって絶縁性基板４２上に支持され、片持ち梁として下部電極３４上に空隙部４２を介して電気的に絶縁されている。
【０００８】
絶縁性基板３２、下部電極３４、リボン３６を形成する絶縁膜、及び上部電極３８の材料は、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子１０と同じである。
【０００９】
光学ＭＥＭＳ素子３０では、下部電極３４と上部電極３８との間に与えられる電位に応じて生じる静電引力又は静電反発により、片持ちビーム状のリボン３６と上部電極３８の積層膜が、例えば図８（ｂ）の破線と実線とで示すように、下部電極３４に対して傾斜状態（点線）と平行状態とに変位する。
上部電極３８は、駆動側電極兼反射ミラーとして機能し、静電引力及び静電反発力を利用して駆動するリボン３６と上部電極１８の積層膜の力学的特性は、リボン３６を形成する絶縁膜の物性によってほぼ決定される。
【００１０】
これらの光学ＭＥＭＳ素子１０、３０は、光反射膜を兼ねる上部電極１８、３８の表面に照射された光がリボン１６、３６の駆動位置に応じて異なる方向に反射することを利用して一方向の反射光を検出し、それにより電気入力をオン／オフするスイッチ機能を有する光スイッチとして適用される。
また、光学ＭＥＭＳ素子１０、３０は、複数のリボン１６、３６を並列配置して、光の回折を利用した光変調素子としても適用できる。
【００１１】
次に、図９を参照して、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子１０の作製方法を説明する。図９（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、従来の両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子１０を作製する際の工程毎の図７の線ＩＩＩ　−ＩＩＩ　での断面図である。
図９（ａ）に示すように、絶縁性基板１２上にＷ（タングステン）膜等の金属膜を成膜し、パターニングして下部電極１４を形成する。
次いで、図９（ｂ）に示すように、絶縁性基板１２全面にアモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜を成膜し、パターニングして、下部電極１４上に犠牲層２４を形成する。
犠牲層２４は、次のリボン１６を形成するための支持層として機能し、後述のように、最終的には除去される。そのため、犠牲層２４は、下部電極１４、リボン１６、及び上部電極１８を構成する酸化膜、窒化膜、及び金属膜に対して大きなエッチング選択比を有するアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜等で形成されている。
【００１２】
続いて、絶縁性基板１２全面に絶縁膜、例えばＳｉＮ膜を成膜し、パターニングして、図９（ｃ）に示すように、犠牲層２４に接して、かつ犠牲層２４上を跨ぎ、絶縁性基板１２上に立脚するリボン１６を形成する。
次いで、図９（ｄ）に示すように、リボン１６上を含めて絶縁性基板１２全面にＡｌ膜からなる上部電極１８を形成する。
次に、アモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜からなる犠牲層２４をＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチング法により除去して、図９（ｅ）に示すように、光学ＭＥＭＳ素子１０を形成する。犠牲層２４を除去したところは、空隙部２２となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
光学ＭＥＭＳ素子１０、３０の光学的特性を良好にするためには、ミラー層、つまり上部電極１８、３８の材料として、光反射率が高く加工性の優れた材料を使用することが重要である。そこで、上述のように、従来から、反射率が高く、加工性の優れたＡｌが用いられ、反射率が高いものの加工性に乏しいＡｇは敬遠されている。
Ａｌ膜の光反射率を高くするためには、Ａｌ膜の表面粗度を小さくすることが必要である。Ａｌ膜の表面凹凸は、ａｓｄｅｐｏ状態（堆積させた直後状態）では、例えばＡｌ膜の成長温度を制御することにより、比較的簡単に制御することができる。
例えば、Ａｌ膜をスパッタで成膜する際、成膜温度条件を３００℃程度にすると、１０ｎｍ程度の表面粗度（ＲＭＳ）を有する膜が形成される。これは、成膜中に結晶粒径（グレイン）が成長するためである。一方、室温レベルの低温条件で成膜すると、結晶粒径は大きく成長せず、ＲＭＳ値の小さな（２ｎｍ以下）膜を得ることができる。
３００℃程度の成膜温度でスパッタしたＡｌ膜の反射率は、室温レベルの成膜温度でスパッタしたＡｌ膜に比較して、数％以上の差で小さい。
【００１４】
例えば、相互に異なる成膜温度で堆積させたＡｌ−Ｃｕ合金膜の表面のＲＭＳ値（ｎｍ）と、波長（λ）３００ｎｍの光に対する表面の反射率（％）との関係を表１に示す。
【表１】
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表１に示すように、室温で堆積したＡｌ−Ｃｕ合金膜は、ＲＭＳ値が２．０ｎｍと小さく、反射率が９１．９％と高いのに対して、温度２５０℃で堆積させたＡｌ−Ｃｕ合金膜は、ＲＭＳ値が５．７ｎｍと大きくなり、反射率が８６．８％に低下する。
【００１５】
ところで、上述したように、従来の光学ＭＥＭＳ素子の作製プロセス工程では、上部電極を構成するＡｌ膜は、成膜後に様々な加工プロセスを経なければならない。
例えば、Ａｌ膜を成膜した後、パターニングして上部電極を形成するためには、フォトリソグラフィーによる露光工程、ドライエッチング法やウエットエッチング法によるエッチング工程、レジスト剥離のためのアッシング工程などの加工プロセスが必要になる。
これらの工程では、Ａｌ膜の表面は、種々の組成のエッチングガス、有機薬液や洗浄水に曝されることになる。この結果、例えばエッチングガスとして用いた塩素系ガスによりＡｌ膜のコロージョンが発生したり、水洗時の電池効果の発生によるＡｌ膜のコロージョンが発生したりする。これでは、ａｓｄｅｐｏ状態の表面形状を維持することは困難である。
【００１６】
また、電極配線箇所で、Ａｌ膜とＳｉのコンタクト抵抗を下げるために、シンタリング処理として３００℃〜４００℃程度の熱処理を施すことがある。
この際にも、既にミラー兼上部電極として形成されているＡｌ膜の表面状態は、熱処理により変化するので、Ａｌ膜の反射効率及び回折効率が成膜当初に比べて劣化する。
【００１７】
Ａｌ膜の形成の後、光学ＭＥＭＳ素子の作製プロセスでは、中空構造を形成するために犠牲層をエッチングする工程を行う。その結果、Ａｌ膜は犠牲層のエッチング工程の雰囲気に曝される。
通常、Ｓｉ系の膜が用いられている犠牲層のエッチングでは、プラズマレスで室温処理が可能なＸｅＦ２　ガスをエッチングガスとして使用するために、エッチング前処理としてＳｉ表面の自然酸化膜を除去している。
自然酸化膜を除去するためには、フッ化アンモニウムを含む薬液に浸すウエット処理や、フッ素系ガスに曝すドライ処理などを施すことになる。この場合にも、この工程以前に形成されているＡｌ膜が自然酸化膜除去処理の影響を受けることになる。
【００１８】
以上のように、従来の光学ＭＥＭＳ素子では、ミラー層を構成するＡｌ膜が成膜後にＡｌ膜にとって厳しい条件で実施される種々のプロセス工程の雰囲気に曝されるために、表面粗度や膜応力などの物理的特性及び反射率などの光学特性が成膜当初の良好なレベルに維持されているものは少なかった。
これでは、良好な物理的特性及び光学特性を有する光学ＭＥＭＳ素子を供給することは難しい。
そこで、本発明は、成膜当初の良好な物理的特性及び光学的特性を維持したミラー層を有する光学ＭＥＭＳ素子及びその作製方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子（以下、第１の発明と言う）は、絶縁性基板上に形成された下部電極と、
絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する、絶縁膜からなるリボンと、
リボン上に形成された上部電極と、
マスクを介した蒸着法により上部電極の選択的領域上に設けられているミラー層と
を有し、上部電極と下部電極との間に働く静電引力又は静電反発力によりミラー層を駆動することを特徴としている。
【００２０】
本発明に係る別の光学ＭＥＭＳ素子（以下、第２の発明と言う）は、絶縁性基板上に形成された下部電極と、
絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する、絶縁膜からなるリボンと、
リボンの立脚部に沿って設けられた電極配線部と、
マスクを介した蒸着法によりリボンの選択的領域上に設けられ、電極配線層と電気的に接続しているミラー層兼上部電極と
を有し、上部電極と下部電極との間に働く静電引力又は静電反発力によりミラー層兼上部電極を駆動することを特徴としている。
【００２１】
第１及び第２の発明では、マスクを介した蒸着法によりミラー層又はミラー層兼上部電極を上部電極又はリボンの選択的領域上に形成した後、従来のようなパターニング加工工程を経る必要なく、製品化できるので、ミラー層又はミラー層兼上部電極が物理的特性及び光学的特性が成膜当初の良好なレベルに維持されることができる。
【００２２】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の作製方法（以下、第１の発明方法）は、絶縁性基板上に下部電極を形成する工程と、
下部電極上を犠牲層を形成する工程と、
犠牲層上を含めて絶縁性基板上に絶縁膜、次いで上部電極層を成膜する工程と、
上部電極層及び絶縁膜をパターニングして、絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する、絶縁膜からなるリボンと、リボン上に設けられた上部電極を形成する工程と、
犠牲層を除去して、リボンと下部電極との間に空隙部を設ける工程と、
マスクを介して上部電極上の選択的領域にミラー層を蒸着させる工程と
を有することを特徴としている。
【００２３】
本発明に係る別の光学ＭＥＭＳ素子の作製方法（以下、第２の発明方法）は、絶縁性基板上に下部電極を形成する工程と、
下部電極上を犠牲層を形成する工程と、
犠牲層上を含めて絶縁性基板上に絶縁膜、次いで電極配線層を成膜する工程と、
電極配線層をパターニングし、次いで絶縁膜をターニングして、絶縁性基板に立脚して下部電極から離間し、かつ下部電極上に延在する絶縁膜からなるリボンと、リボンの上面の少なくとも一部を露出させるようにリボンの立脚部に沿って設けられた電極配線部とを形成する工程と、
犠牲層を除去して、リボンと下部電極との間に空隙部を設ける工程と、
マスクを介してリボン上の選択的領域に、電極配線部に接続するミラー層兼上部電極を蒸着させる工程と
を有することを特徴としている。
【００２４】
第１及び第２の発明方法では、マスクを介した蒸着法によりミラー層又はミラー層兼上部電極を選択的領域上に形成した後、従来のようにパターニング加工工程を経る必要なく製品化されるので、ミラー層又はミラー層兼上部電極の物理的特性及び光学的特性を成膜当初の良好なレベルに維持した光学ＭＥＭＳ素子を作製することができる。
【００２５】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子は、ＧＬＶデバイスやレーザディスプレイの光変調素子として最適である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は第１の発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の光学ＭＥＭＳ素子５０は、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子であって、図１に示すように、絶縁性基板５２と、絶縁性基板５２上に形成されている下部電極５４と、絶縁膜で形成されたブリッジ状のリボン５６と、リボン５６上に積層されている上部電極５８と、上部電極５８上に形成されたミラー層６０と備えている。
【００２７】
リボン５６と上部電極５８との積層膜は、下部電極５４に交差してブリッジ状に設けられ、両端部が同じ積層膜からなる柱状部６２によって絶縁性基板５２上に支持されたビーム６１を構成し、両持ち梁として下部電極５４上に空隙部６４を介して電気的に絶縁されている。
【００２８】
ミラー層６０は、後述するように、マスクを使って選択的に所要領域だけに蒸着される、光の反射及び回折のみを目的とする光学膜であって、上部電極５８のうち下部電極５４に対向する領域に設けられている。
ミラー層６０の蒸着領域は、光ビームが照射される領域のみでも、またはリボン５６の両端部の柱状部６２を含む上部電極５８の全域でも良く、またミラー層６０の平面形状にも制約は無い。
【００２９】
ミラー層６０は、可視光の反射率が９０％以上であれば、金属膜でも良い。例えばＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｈｆ、Ａｌ−Ｚｒなど等のＡｌを主成分とする金属層が好ましく、それらの金属膜の積層金属膜でも良い。更には、加工が困難なものの、Ａｇなどの高反射率金属でも良い。
また、上部電極５８が電極としてミラー層６０とは別に設けてあるので、ミラー層６０は導電性を必要とはしない。従って、例えばＳｉＯ２　、ＭｇＦ２　、Ａｌ２　Ｏ３　などの低屈折率誘電体膜の少なくとも一層と、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＯ２　、Ｔａ２　Ｏ５　、ＺｒＯ２　、Ｙ２　Ｏ３　などの高屈折率誘電体膜の少なくとも１層とを積層して、更に反射率を向上させた積層誘電体膜を用いることもできる。
【００３０】
また、ミラー層６０による光の反射、回折を可視光の光に限定する必要がないので、例えば赤外光の光スイッチングとして利用する場合は、ＡｌやＡｇよりも反射率が高いＣｕ、Ａｕなどの金属膜を使用することも有効である。
【００３１】
ミラー層６０を形成する際には、従来と同様に、先ず、絶縁性基板５２上に下部電極５４及び犠牲層を形成し、次いで絶縁膜及び上部電極層を成膜する。
本実施形態例では、次に上部電極層及び絶縁膜をパターニングして、絶縁性基板５２に柱状部６２で立脚して下部電極５４から離間し、かつ下部電極５４上に延在する、絶縁膜からなるリボン５６と、リボン５６上に設けられた上部電極５８を形成する。
続いて、犠牲層を除去してリボン５６と下部電極５４との間に空隙部６４を形成した後に、上部電極５８上にマスクを形成し、マスク蒸着法によりミラー層６０を上部電極５８の選択的領域上に蒸着させる。
【００３２】
本実施形態例では、マスクにより限定した領域にだけミラー層６０を蒸着させるので、蒸着後のパターニング等の加工プロセスが必要でない。
従って、加工プロセス中にミラー層６０が劣化するようなことがでない。よって、ミラー層となるＡｌ合金膜等の膜質が劣化することなく、成膜当初の良好な物理的特性及び光学的特性を維持することができる。
【００３３】
実施形態例２
本実施形態例は第２の発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の実施形態の一例であって、図２は本実施形態例の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の光学ＭＥＭＳ素子７０は、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子であって、図２に示すように、絶縁性基板７２と、絶縁性基板７２上に形成されている下部電極７４と、絶縁膜からなるリボン７６と、リボン７６の両端の柱状部８２に沿って設けられている電極配線層７８と、リボン７６上に形成されているミラー層兼上部電極８０と備えている。
【００３４】
リボン７６は、下部電極７４に交差してブリッジ状に設けられ、両端部がリボン７６と同じ絶縁膜からなる柱状部８２によって絶縁性基板７２上に支持されていて、下部電極７４との間に空隙部８４を有する。
電極配線層７８Ａ、Ｂは、リボン７６の柱状部８２に沿ってリボン７６の両側の絶縁性基板７２上に立っている。
ミラー層兼上部電極８０は、光の反射及び回折機能を有するミラー面と、駆動電極機能を有する電極層とを合わせ有し、実施形態例１のミラー層６０と同様にマスク蒸着法によりリボン７６の選択的領域上に蒸着され、両端部で電極配線層７８Ａ、Ｂに電気的に接続している。
リボン７６とミラー層兼上部電極８０の積層膜と、電極配線層７８Ａ、Ｂとは、両持ち梁構造のビーム８１を構成している。
【００３５】
ミラー層兼上部電極８０は、後述するように、マスクを使ってリボン７６上の所要領域だけに選択的に蒸着される。所要領域は、両端部で電極配線層７８Ａ、Ｂに電気的に接続する限り、光ビームが照射される領域でも、更には光ビーム照射領域に加えて、リボン７６の両端部の電極配線層７８Ａ、Ｂを覆う領域でも良い。
【００３６】
ミラー層兼上部電極８０は、単膜の場合は、ミラー機能と同時に駆動電極機能を有する導電性膜、例えばＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｈｆ、Ａｌ−Ｚｒなど等のＡｌを主成分とする金属膜が好ましい。また、それらの金属膜の積層膜でも良い。更には、加工が困難なもののＡｇなどの高反射率金属でも良い。また、例えば赤外光の光スイッチングとして利用する場合は、ＡｌやＡｇよりも反射率が高いＣｕ、Ａｕなどの金属膜を使用することが有効である。
積層膜の場合には、上述の金属膜上に、例えばＳｉＯ２　、ＭｇＦ２　、Ａｌ２　Ｏ３　などの低屈折率を有する誘電体膜の少なくとも一層と、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＯ２　、Ｔａ２　Ｏ５　、ＺｒＯ２　、Ｙ２　Ｏ３　などの高屈折率を有する誘電体膜の少なくとも一層とを積層する。これにより、ミラー層兼上部電極８０の反射率を更に向上させることができる。
【００３７】
ミラー層兼上部電極８０を形成する際には、従来と同様に、先ず、絶縁性基板７２上に下部電極７４及び犠牲層を形成し、次いで絶縁膜を成膜する。
本実施形態例では、次に、電極配線層を成膜する。続いて、電極配線層、次いで絶縁膜をパターニングして、リボン７６と、リボン７６の上面の少なくとも一部を露出させるようにリボン７６の柱状部８２に沿って設けられた電極配線部７８とを形成する。
次いで、犠牲層（図示せず）を除去して、下部電極７４とリボン７６との間に空隙部８４を形成した後、マスクを介してリボン７６上の選択的領域に、電極配線部７８に接続するミラー層兼上部電極８０を蒸着させる。
【００３８】
本実施形態例は、実施形態例１の効果に加え、リボン７６及びミラー層兼上部電極８０からなるビームの膜厚が従来の光学ＭＥＭＳ素子１０と同じであるから、ビーム８１に加わるストレス変動が実施形態例１に比べて小さい。
また、犠牲層除去等の加工プロセスが終了した後に、ミラー層兼上部電極８０を構成するＡｌなど導電性膜をリボン７６上に蒸着しているので、下地の膜の凹凸を反映することなく、実施形態例１よりも平坦性の良好なミラーを形成することができる。
【００３９】
実施形態例３
本実施形態例は第２の発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の実施形態の別の例であって、図３は本実施形態例の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例の光学ＭＥＭＳ素子８６は、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子であって、図３に示すように、実施形態例２の光学ＭＥＭＳ素子７０の電極配線層７８とミラー層兼上部電極８０との間に導電性膜からなる中間層８８を介在させていることを除いて、実施形態例２の光学ＭＥＭＳ素子７０と同じ構成を備えている。
リボン７６とミラー層兼上部電極８０の積層膜と、中間層８８と、電極配線層７８Ａ、Ｂとは、両持ち梁構造のビーム８７を構成している。
中間層８８は、導電性膜、例えばＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｈｆ、Ａｌ−Ｚｒなど等のＡｌを主成分とする金属膜が好ましい。金属膜の積層膜でも良い。
【００４０】
ミラー層兼上部電極８０は、リボン７６の形成層、及び中間層８８の形成層を成膜し、次いでパターニングし、更に犠牲層（図示せず）を除去して、下部電極７４とリボン７６との間に空隙部８４を形成した後、後述するように、マスクを使って所要領域だけに選択的に蒸着される。所要領域は、両端部で中間層８８に電気的に接続する限り任意である。
本実施形態例は、実施形態例２の効果に加えて、中間層８８の形状、層厚を調整することにより、ミラー層兼上部電極８０の形成が容易になる。
【００４１】
実施形態例１から３では、両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子を例に挙げて、本発明の実施形態例を説明したが、両持ち梁構造に限らず片持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子にも適用できる。
【００４２】
ＧＬＶデバイスの実施形態例
本実施形態例は本発明に係るＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ　）デバイスの実施形態の一例であって、図４（ａ）は本実施形態例のＧＬＶデバイスの構成を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）の線Ｉ−Ｉでの断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の線ＩＩ−ＩＩでの断面図である。
ＧＬＶデバイス９０は、光強度変換素子の１つであって、図４（ａ）に示すように、絶縁性基板９２と、絶縁性基板９２上に設けられた下部電極９４と、下部電極９４に交叉してブリッジ状に跨ぐ複数個（本例では６個）のビーム９６が並列配置されているデバイスである。
【００４３】
ビーム９６は、上面にミラー面９８を備えた両持ち梁構造として、実施形態例１から３の光学ＭＥＭＳ素子３０、５０、８４のビーム６１、８１、８７のいずれかと同じ構成を備えている。
本実施形態例のビーム９６は、実施形態例１の光学ＭＥＭＳ素子３０のビーム６１と同じ構成であって、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜からなるリボン５６と、Ａｌ膜からなる上部電極５８と、Ｔａ２　Ｏ５　とＭｇＦ２　の積層膜からなるミラー層６０の積層構造として構成されている。一方、ビーム９６の柱状部６４は、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＮ膜からなるリボン５６とＡｌ膜の上部電極５８の積層構造として構成されている。
【００４４】
本実施形態例のＧＬＶデバイス９０では、下部電極９４とビーム９６の上部電極５８との間に微小電圧を印加すると、前述した静電現象によってビーム９６が基板側の下部電極９４に向かって近接する。そして、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。
ＧＬＶデバイス９０は、複数個のビーム９６が、一つおきに、下部電極９４に対する近接、離間の動作により、ビーム９６上面のミラー面９８の高さを交互に変化させ、光の回折によってミラー面９８で反射する光の強度を変調する。
ビーム９６は、実施形態例１の光学ＭＥＭＳ素子３０のビーム６１と同じ構成である。
【００４５】
次に、図５を参照して、ＧＬＶデバイス９０の作製方法を説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＧＬＶデバイス９０を作製する際の工程の断面図である。
実施形態例１の光学ＭＥＭＳ素子３０のビーム６１と同じ構成のビーム９６を形成するときには、先ず、図９（ａ）から（ｄ）に示すように、絶縁性基板９２上に順次下部電極９４、犠牲層、リボン３６、及び上部電極３８を形成する（図９では符号が異なる）。
次いで、犠牲層をＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチング法により除去して、図９（ｅ）に示すように、リボン３６の下に空隙部６４を有するビーム９６を形成する。
【００４６】
本実施形態例では、次に、図５（ａ）に示すように、ビーム９６のうちミラー面９８の形成領域を開口したマスク１００を形成し、マスク１００を介してＡｌ合金膜をビーム９６上面、つまり上部電極３８上に蒸着させて、図５（ｂ）に示すように、ミラー面９８を有するミラー層６０を形成する。
本実施形態例では、マスク１００による限定領域にだけミラー層６０を蒸着させるので、蒸着後のパターニング等の加工プロセスが必要でない。従って、加工プロセス中にミラー面９８が劣化するようなことがでない。よって、ミラー部となるＡｌ合金膜等の膜質が劣化することなく、成膜当初の良好な物理的特性及び光学的特性を維持することができる。
【００４７】
尚、Ａｌ合金膜を蒸着させるとき、図５（ｂ）に示すように、ビーム９６間の隙間から侵入したＡｌ合金蒸気が基板側の下部電極９４に堆積して蒸着膜１０２を形成するが、下部電極９４と上部電極３８との間の絶縁性に支障が生じない限り、問題はない。例えば、事前に下部電極９４上にＳｉＯ２　などの絶縁膜を形成しておくことにより絶縁性を確保することもできる。
【００４８】
レーザディスプレイの実施形態例
本実施形態例は本発明に係るレーザディスプレイの実施形態の一例である。図６は本実施形態例のレーザディスプレイの構成を示す模式図である。
本実施形態例のレーザディスプレイ１１０は、実施形態例４のＧＬＶデバイスを光変調素子として利用したレーザディスプレイであって、例えば、大型スクリーン用プロジェクター、特にディジタル画像のプロジェクターとして、または、コンピュータ画像投影用として用いられるものである。
レーザディスプレイ１１０は、図６に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のレーザ光光源として設けられたレーザ装置１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂと、各光源に対して、それぞれ、光軸上に順次、設けられたミラー１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂ、照明光学系１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂ、及び光変調器として機能するＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂを備えている。
【００４９】
レーザ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂとして、例えば、Ｒ（波長６４２ｎｍ、光出力約３Ｗ）、Ｇ（波長５３２ｎｍ、光出力約２Ｗ）、Ｂ（波長４５７ｎｍ、光出力約１．５Ｗ）のレーザ装置がそれぞれ用いられている。
ＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂには、実施形態例４のＧＬＶデバイス９０が用いられている。
【００５０】
更に、レーザディスプレイ１１０は、ＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂでそれぞれ光強度が変調された赤色（Ｒ）レーザ光、緑色（Ｇ）レーザ光、及び青色（Ｂ）を合成する色合成フィルタ１２０、空間フィルタ１２２、ディフューザ１２４、ミラー１２６、ガルバノスキャナ１２８、投影光学系１３０、およびスクリーン１３２を備えている。
色合成フィルタ１２０は、例えばダイクロイックミラーで構成されている。
【００５１】
本実施形態例のレーザディスプレイ１１０では、レーザ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂから射出されたＲＧＢ各色のレーザ光は、それぞれ、ミラー１１４Ｒ、１１４Ｇ、１１４Ｂを経て照明光学系１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６ＢからＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂに入射される。各レーザ光は、色分類された画像信号であり、ＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂに同期入力するようになっている。
更に、各レーザ光は、ＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂによって回折されることにより空間変調され、これら３色の回折光が色合成フィルタ１２０によって合成され、続いて空間フィルタ１２２によって信号成分のみが取り出される。
次いで、このＲＧＢの画像信号は、ディフューザ１２４によってレーザスべックルが低減され、ミラー１２６を経て、画像信号と同期するガルバノスキャナ１２８により空間に展開され、投影光学系１３０によってスクリーン１３２上にフルカラー画像として投影される。
【００５２】
本実施形態例のレーザディスプレイ１１０では、各色のレーザ１１２に対応して、ＧＬＶデバイス１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂを備えているが、本発明に係るＧＬＶデバイスはこれ以外の構成を有する各種のディスプレイについても適用可能である。例えば、光源を白色光とする一方で、ＲＧＢそれぞれの波長の光のみを反射して（それ以外の光は回折する）各色を表示するようにメンブレンの幅が異なる光変調素子１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂが１画素を構成するようにしてもよい。
また、単一の光源からの白色光を、ＲＧＢの画素データからなる画像情報に同期したカラーホイールを通してＧＬＶデバイス１１８に入射させるようにすることもできる。
更に、例えば、単一の光変調素子１１８を用いて、ＲＧＢのＬＥＤ（発光ダイオード）からの光を回折し、画素毎の色の情報を再生するように構成すれば、簡単なハンディタイプのカラーディスプレイとなる。
【００５３】
本実施形態例のレーザディスプレイ１１０では、ＧＬＶデバイス９０のミラー層の反射面のＡｌ合金膜の膜質が成膜当初のレベルに維持され、劣化していないので、ＧＬＶデバイス９０の回折効率が向上し、スクリーン１３２上に鮮明な画像をフルカラー画像として投影することができる。
【００５４】
【発明の効果】
第１及び第２の発明によれば、上部電極の選択的領域上にマスクを介した蒸着法により設けられているミラー層を備えることにより、又はマスクを介した蒸着法によりリボンの選択的領域上に設けられ、電極配線層と電気的に接続しているミラー層兼上部電極を備えることにより、従来のようなパターニング加工工程を必要とすることなく、製品化できるので、ミラー層又はミラー層兼上部電極の物理的特性（表面平坦性、膜応力など）及び光学的特性が成膜当初の良好なレベルに維持されることができる。
また、マスクを介した蒸着法によりミラー層又はミラー層兼上部電極を上部電極又はリボンの選択的領域上に形成しているので、パターニング加工工程を必要としない。よって、加工性よりはむしろ、物理的特性及び光学的特性の見地から、ミラー層又はミラー兼上部電極の材料を選択することができる。例えば、Ａｌよりも反射率が高く、上部電極材料として適しているが、加工性に問題があったＡｇを材料とすることができる。
【００５５】
第１及び第２の発明方法によれば、第１及び第２の発明に係る光学ＭＥＭＳ素子を容易に作製する方法を実現している。
第１及び第２の発明に係る光学ＭＥＭＳ素子をＧＬＶデバイスに利用することにより、光学的特性の良好なＧＬＶデバイスを実現し、このようなＧＬＶデバイスを利用することにより、鮮明な画像を投影できるレーザディスプレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態例２の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
【図３】実施形態例３の光学ＭＥＭＳ素子の構成を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は本実施形態例のＧＬＶデバイスの構成を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）の線Ｉ−Ｉでの断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の線ＩＩ−ＩＩでの断面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＧＬＶデバイスを作製する際の工程の断面図である。
【図６】実施形態例のレーザディスプレイの構成を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、両持ち梁構造の従来の光学ＭＥＭＳ素子の構造を示す斜視図、及び図７（ａ）の線ＩＩＩ　−ＩＩＩ　での断面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、片持ち梁構造の従来の光学ＭＥＭＳ素子の構造を示す斜視図、及び図８（ａ）の線ＩＶ−ＩＶでの断面図である。
【図９】図９（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、従来の両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子を作製する際の工程毎の図７の線ＩＩＩ　−ＩＩＩ　での断面図である。
【符号の説明】
１０……従来の両持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子、１２……絶縁性基板、１４……下部電極、１６……リボン、１８……上部電極、２０……柱状部、２２……空隙部、３０……従来の片持ち梁構造の光学ＭＥＭＳ素子、３２……絶縁性基板、３４……下部電極、３６……リボン、３８……上部電極、４０……柱状部、４２……空隙部、５０……実施形態例１の光学ＭＥＭＳ素子、５２……絶縁性基板、５４……下部電極、５６……リボン、５８……上部電極、６０……ミラー層、６１……ビーム、６２……柱状部、６４……空隙部、５０……実施形態例１の光学ＭＥＭＳ素子、５２……絶縁性基板、５４……下部電極、５６……リボン、５８……上部電極、６０……ミラー層、６１……ビーム、６２……柱状部、６４……空隙部、７０……実施形態例２の光学ＭＥＭＳ素子、７２……絶縁性基板、７４……下部電極、７６……リボン、７８……電極配線部、８０……ミラー層兼上部電極、８１……ビーム、８２…………柱状部、８４……空隙部、８６……実施形態例３の光学ＭＥＭＳ素子、８７……ビーム、８８……中間層、９０……実施形態例のＧＬＶデバイス、９２……絶縁性基板、９４……下部電極、９６……ビーム、９８……ミラー面、１００……マスク、１０２……蒸着膜、１１０……実施形態例のレーザディスプレイ、１１２……レーザ光光源、１１４……ミラー、１１６……照明光学系、１１８……ＧＬＶデバイス、１２０……色合成フィルタ、１２２……空間フィルタ、１２４……ディフューザ、１２６……ミラー、１２８……ガルバノスキャナ、１３０……投影光学系、１３２……スクリーン。
【図１】
2004102150.tif 000004
【図２】
2004102150.tif 000005
【図３】
2004102150.tif 000006
【図４】
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【図５】
2004102150.tif 000008
【図６】
2004102150.tif 000009
【図７】
2004102150.tif 000010
【図８】
2004102150.tif 000011
【図９】
2004102150.tif 000012