(57)【要約】【課題】駆動用配線と弾性膜の間の残留応力に起因する反射面品位の劣化が改善された電磁駆動型の可変形状ミラーを提供する。【解決手段】可変形状ミラーは、磁界発生手段と、磁界発生手段で発生される磁界中に配置される光変調素子１２０とを備えており、光変調素子１２０は、反射面を有する反射膜１２２と、反射膜１２２を支持している弾性膜１２４と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠１２６と、反射膜１２２が位置する部分の弾性膜１２４の内部に設けられた駆動用配線１２８とを有している。弾性膜１２４は、反射膜１２２が位置している部分が、反射膜１２２と支持枠１２６の間に延びている部分よりも厚い。【選択図】    図２
2004226479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な反射面を有する可変形状ミラーであって、
磁界発生手段と、
磁界発生手段で発生される磁界中に配置された光変調素子とを備えており、
光変調素子は、反射面を有する反射膜と、反射膜を支持している弾性膜と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠と、反射膜が位置している部分の弾性膜の内部に設けられた駆動用配線とを有しており、弾性膜は、反射膜が位置している部分が、反射膜と支持枠の間に延びている部分よりも厚い、可変形状ミラー。
【請求項２】
弾性膜は、その全体に広がっている第一の弾性材料層と、反射膜が位置している部分に選択的に形成された第二の弾性材料層とを有している、請求項１に記載の可変形状ミラー。
【請求項３】
第二の弾性材料層は第一の弾性材料層の弾性材料よりも大きい弾性定数を持つ弾性材料で作られている、請求項２に記載の可変形状ミラー。
【請求項４】
弾性膜は反射膜と支持枠の間に延びている部分がメッシュ構造をしている、請求項１〜請求項３のいずれかひとつに記載の可変形状ミラー。
【請求項５】
変形可能な反射面を有する可変形状ミラーであって、
磁界発生手段と、
磁界発生手段で発生される磁界中に配置された光変調素子とを備えており、
光変調素子は、反射面を有する反射膜と、反射膜を支持している弾性膜と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠と、反射膜が位置している部分の弾性膜の内部に設けられた駆動用配線とを有しており、弾性膜はその全体に広がっている熱可塑性樹脂層を有している、可変形状ミラー。
【請求項６】
弾性膜は、反射膜が位置している部分に選択的に形成された加熱によって軟化しない層を更に有している、請求項５記載の可変形状ミラー。
【請求項７】
加熱によって軟化しない層は熱硬化性樹脂で構成されている、請求項６に記載の可変形状ミラー。
【請求項８】
可変形状ミラーに含まれる光変調素子の製造方法であって、光変調素子は、反射面を有する反射膜と、反射膜を支持している弾性膜と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠と、反射膜が位置している部分の弾性膜の内部に設けられた駆動用配線とを有しており、弾性膜はその全体に広がっている熱可塑性樹脂層を有しており、その製造方法は、
基板の表面に一層目の熱可塑性樹脂層と駆動用配線を含む配線層と二層目の熱可塑性樹脂層とを順次形成することにより、内部に駆動用配線を有する弾性膜を形成する工程と、
熱可塑性樹脂層を軟化させる工程と、
基板を選択的に除去して支持枠を形成する工程と、
弾性膜に反射面を有する反射膜を形成する工程とを有している、光変調素子の製造方法。
【請求項９】
弾性膜を形成する工程は、後に反射膜を形成する領域に、加熱によって軟化しない層を選択的に形成する工程を含んでいる、請求項８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動型の可変形状ミラーと、それに含まれる光変調素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁駆動型のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）可変形状ミラーは、凹面と凸面のいずれの形状にも変形可能であり、変形量の向上が比較的容易であるという利点を有していることから、光を使用する様々な装置への応用が期待されている。
【０００３】
特開２００２−１５６５１３号公報は、このような電磁駆動型可変形状ミラーの一例を開示している。図２７〜図２９は、同文献に開示されたものと要部が類似した構成の電磁駆動型可変形状ミラーを示している。図２７は電磁駆動型可変形状ミラーの斜視図、図２８は可変形状ミラーに含まれる光変調素子の部分断面斜視図、図２９は図２８の光変調素子のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線に沿った断面図である。
【０００４】
可変形状ミラー９００は、図２７に示されるように、一対の永久磁石９１０と、光変調素子９２０とで構成されている。光変調素子９２０は、図２７〜図２９に示されるように、反射面を有する反射膜９２２と、反射膜９２２を支持している弾性膜９２４と、弾性膜の周囲部分を支持している矩形の開口を有する支持枠９２６とを有している。
【０００５】
弾性膜９２４は、図２８と図２９に示されるように、一層目の弾性材料層９３２と二層目の弾性材料層９３４とで構成されている。図２９に示されるように、一層目の弾性材料層９３２と二層目の弾性材料層９３４の間には、反射膜９２２が位置している部分に設けられた駆動用配線９２８と、駆動用配線９２８から延びている配線９３０とが設けられている。駆動用配線９２８は、図２８に示されるように、互いに平行に一列に並んでいる。
【０００６】
光変調素子９２０は、図２７から分かるように、永久磁石９１０で発生される磁界中に配置される。従って、駆動用配線９２８は、図３０に示されるように、永久磁石９１０で発生される磁界９６２を横切って延びている。駆動用配線９２８に電流９６４を流すと、電流９６４と磁界９６２との相互作用によって、駆動用配線９２８は、電流９６４と磁界９６２の両方に垂直な方向にローレンツ力９６６を受ける。このローレンツ力９６６によって、弾性膜９２４と反射膜９２２とが膜面に垂直な方向に変形される。駆動用配線９２８のそれぞれに流す電流を独立に制御することにより、弾性膜９２４の所望の部分を所望の量変形させることができるため、反射膜９２２を駆動用配線９２８の並んでいる方向に対して任意の形状に変形させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１５６５１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弾性膜９２４の内部に形成されている駆動用配線９２８と弾性膜９２４の接する界面には、通常、応力が残留する。このため、反射膜９２２の反射面に駆動用配線９２８に沿った凹凸が形成され、これが反射面の品位を低下させるという不具合がある。
【０００９】
内部に駆動用配線９２８を有する弾性膜９２４は、通常、図３１に示されるように、シリコン等の基板９７２の表面に第一の弾性材料層９３２と駆動用配線９２８と第二の弾性材料層９３４を積層した後、基板９７２を除去して形成される。一般に、駆動用配線９２８と弾性材料層９３２と９３４との間には成膜時に応力が残留する。例えば、一般に広く用いられているポリイミド製の弾性膜９２４では、駆動用配線９２８が弾性材料層９３２と９３４を縮ませる応力が残留する。このため、基板９７２を除去すると、弾性材料層９３２と基板９７２の間の拘束が無くなり、図３２に示されるように、駆動用配線９２８の近くの弾性膜９２４の膜厚が増大する。このため、弾性膜９２４の表面に設けられた反射膜９２２の反射面に凹凸が形成される。この凹凸の影響を駆動電流の最適化によって除去することは無理である。
【００１０】
本発明の目的は、駆動用配線と弾性膜の間に残留する応力による反射面品位の劣化の改善された可変形状ミラーを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、変形可能な反射面を有する可変形状ミラーに向けられている。
【００１２】
本発明に従うひとつの可変形状ミラーは、磁界発生手段と、磁界発生手段で発生される磁界中に配置された光変調素子とを備えており、光変調素子は、反射面を有する反射膜と、反射膜を支持している弾性膜と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠と、反射膜が位置している部分の弾性膜の内部に設けられた駆動用配線とを有しており、弾性膜は、反射膜が位置している部分が、反射膜と支持枠の間に延びている部分よりも厚い。
【００１３】
弾性膜は、例えば、その全体に広がっている第一の弾性材料層と、反射膜が位置している部分に選択的に形成された第二の弾性材料層とを有している。
【００１４】
第二の弾性材料層は、好ましくは、第一の弾性材料層の弾性材料よりも大きい弾性定数を持つ弾性材料で作られている。
【００１５】
好適な弾性膜は、反射膜と支持枠の間に延びている部分がメッシュ構造をしている。
【００１６】
本発明に従う別の可変形状ミラーは、磁界発生手段と、磁界発生手段で発生される磁界中に配置された光変調素子とを備えており、光変調素子は、反射面を有する反射膜と、反射膜を支持している弾性膜と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠と、反射膜が位置している部分の弾性膜の内部に設けられた駆動用配線とを有しており、弾性膜はその全体に広がっている熱可塑性樹脂層を有している。
【００１７】
弾性膜は、好ましくは、反射膜が位置している部分に選択的に形成された加熱によって軟化しない層を更に有している。
【００１８】
加熱によって軟化しない層は、例えば、熱硬化性樹脂で構成されている。
【００１９】
本発明は、ひとつには、可変形状ミラーに含まれる光変調素子の製造方法に向けられており、その光変調素子は、反射面を有する反射膜と、反射膜を支持している弾性膜と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠と、反射膜が位置している部分の弾性膜の内部に設けられた駆動用配線とを有しており、弾性膜はその全体に広がっている熱可塑性樹脂層を有している。
【００２０】
本発明に従うその製造方法は、基板の表面に一層目の熱可塑性樹脂層と駆動用配線を含む配線層と二層目の熱可塑性樹脂層とを順次形成することにより、内部に駆動用配線を有する弾性膜を形成する工程と、熱可塑性樹脂層を軟化させる工程と、基板を選択的に除去して支持枠を形成する工程と、弾性膜に反射面を有する反射膜を形成する工程とを有している。
【００２１】
弾性膜を形成する工程は、好ましくは、後に反射膜を形成する領域に、加熱によって軟化しない層を選択的に形成する工程を含んでいる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
第一実施形態
図１は本実施形態の可変形状ミラーの斜視図であり、図２は図１の光変調素子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００２４】
本実施形態の可変形状ミラー１００は、図１に示されるように、一対の永久磁石１１０から成る磁界発生手段と、磁界発生手段で発生される磁界中に配置される光変調素子１２０とを備えている。光変調素子１２０は、図２に示されるように、反射面を有する反射膜１２２と、反射膜１２２を支持している弾性膜１２４と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠１２６と、反射膜１２２が位置する部分の弾性膜１２４の内部に設けられた駆動用配線１２８とを有している。
【００２５】
弾性膜１２４は、ポリイミド樹脂等の絶縁性の弾性材料製で、弾性変形し得る。弾性膜１２４は、図２に示されるように、反射膜１２２が位置している部分が、反射膜１２２と支持枠１２６の間に延びている部分よりも厚い。弾性膜１２４は、図３に示されるように、反射膜１２２と支持枠１２６の間に延びている部分がメッシュ構造をしている。
【００２６】
駆動用配線１２８は、図示されていないが、永久磁石１１０で発生される磁界の方向に沿って、互いに平行に並んでいる。言い換えれば、駆動用配線１２８は、永久磁石１１０で発生される磁界の方向に直交して、互いに平行に延びている。
【００２７】
図２と図３に示されるように、光変調素子１２０は、駆動用配線１２８に電流を供給するために、駆動用配線１２８と電気的に接続されている配線１３０を更に有している。配線１３０は、弾性膜１２４の内部を通って、支持枠１２６まで延びている。
【００２８】
弾性膜１２４の厚い部分は、例えば、弾性材料層を部分的に積層することにより作られる。すなわち、弾性膜１２４は、図２に示されるように、弾性膜１２４の全体に広がっている第一の弾性材料層１３２と、反射膜１２２が位置している部分に選択的に形成された第二の弾性材料層１３４とを有している。第二の弾性材料層１３４は支持枠１２６が位置する部分にも形成されていてもよい。なお、第一の弾性材料層１３２は、後述する製造プロセスから分かるように、二つの弾性材料層を積層して作られる。
【００２９】
図２において、第二の弾性材料層１３４は、第一の弾性材料層１３２の上下に設けられているが、いずれか一方のみに設けられていてもよい。第一の弾性材料層１３２と第二の弾性材料層１３４は同じ弾性材料で作られていてもよいが、好ましくは、第二の弾性材料層１３４は第一の弾性材料層１３２の弾性材料よりも大きい弾性定数を持つ弾性材料で作られているとよい。
【００３０】
このような構造の光変調素子１２０において、続く説明では、図２に示されるように、反射膜１２２の位置する部分をミラー部分１５２、支持枠１２６の位置する部分を枠部分１５６、反射膜１２２と支持枠１２６の間に位置する弾性膜１２４の部分をミラー支持部分１５４と呼称する。
【００３１】
可変形状ミラー１００は、ミラー部分１５２に位置する多数の駆動用配線１２８に選択的に電流を供給することにより、ミラー部分１５２が様々な形状に変形される。より詳しくは、駆動用配線１２８を流れる電流と永久磁石１１０で発生される磁界との相互作用により、電流が流れている駆動用配線１２８がローレンツ力を受ける。そのため、電流が流れている駆動用配線１２８の近くの部分が変位し、その結果としてミラー部分１５２が変形する。ミラー部分１５２の変形形状は、電流を供給する駆動用配線１２８を変えたり、駆動用配線１２８に供給する電流の大きさを変えたりすることによって、様々に変更され得る。
【００３２】
本実施形態の可変形状ミラー１００の光変調素子１２０では、図２に示されるように、弾性膜１２４は、ミラー部分１５２がミラー支持部分１５４よりも厚い。このため、弾性膜１２４のミラー部分１５２は、弾性膜１２４のミラー支持部分１５４と比較して、伸縮変形に対して大きい弾性率を持つ。このため、弾性膜１２４と駆動用配線１２８の間に応力が残留している場合であっても、図３２に示したようなミラー部分の不所望な局所的な伸縮変形が減少する。これにより、反射膜１２２の反射面の凹凸の発生が抑えられる。
【００３３】
本実施形態では、ミラー部分１５２の弾性膜１２４を厚くしたことによる駆動効率の低下が懸念されるが、ミラー部分１５２を変形させるために必要な力は、ミラー支持部分１５４を変形させるために必要な力に比べて非常に小さいため、ミラー部分１５２の厚さ増大によるミラーの弾性率増大が駆動効率に及ぼす影響は小さい。
【００３４】
すなわち、光変調素子１２０において、図４に示されるように、ミラー支持部分１５４の弾性膜１２４が伸縮方向に変形するのに対して、ミラー部分１５２の弾性膜１２４は曲げ方向に変形する。一般に薄膜状の弾性体は、伸縮方向より曲げ方向の方が格段に変形し易い。従って、駆動効率への寄与は、ミラー支持部分１５４の弾性膜１２４の伸縮変形に対する弾性反発力が大部分を占め、ミラー部分１５２の弾性膜１２４の曲げ変形に対する弾性反発力はこれに比べて小さく、駆動効率には殆ど影響しない。
【００３５】
従って、本実施形態の可変形状ミラー１００は、光変調素子１２０のミラー部分１５２の弾性膜１２４がミラー支持部分１５４の弾性膜１２４に比べて厚く形成されていることにより、駆動効率の低下を伴うことなく、反射膜１２２の反射面の品位が向上されている。
【００３６】
本実施形態の光変調素子１２０の製造プロセスについて図５〜図１０を参照しながら説明する。
【００３７】
まず図５に示されるように、シリコン基板２０２の一方の面にエッチング停止層２０４を、他方の面にシリコンエッチングマスク２０６をそれぞれ形成する。
以下、シリコン基板２０２に対してエッチング停止層２０４の形成されている面を表側、シリコンエッチングマスク２０６の形成されている面を裏側と呼称する。エッチング停止層２０４とシリコンエッチングマスク２０６には、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等、シリコン基板のエッチングに対して耐性のある材料が用いられる。
【００３８】
次に図６に示されるように、エッチング停止層２０４の表側全面に一層目のポリイミド層２０８を形成し、形成したポリイミド層のミラー部分に相当する部分を除いた他の部分を除去する。
【００３９】
次に図７に示されるように、シリコン基板２０２の表側に、二層目のポリイミド層２１０と配線層２１２と三層目のポリイミド層２１４と四層目のポリイミド層２１６とポリイミドエッチングマスク２１８とを順次形成する。配線層２１２は、駆動用配線１２８や配線１３０等を含んでおり、スパッタリング法等により導電膜を形成し、形成された導電膜をパターニングして形成される。二層目のポリイミド層２１０と三層目のポリイミド層２１４はシリコン基板２０２の表側全面に形成される。四層目のポリイミド層２１６は、一層目のポリイミド層２０８と同様にして、ミラー部分に相当する領域のみに形成される。ポリイミドエッチングマスク２１８には、ＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成した酸化シリコン膜等、ポリイミド層や配線層の耐熱温度より低い温度で成膜でき、後述するポリイミド層のエッチングに耐え、他の構成要素を侵さずに除去できる材料が用いられる。
【００４０】
次に図８に示されるように、基板の表側を所望の方法で保護した状態で、シリコン基板２０２を裏側から、シリコンエッチングマスク２０６を介してエッチング停止層２０４が完全に露出するまでエッチングして、支持枠を形成する。このエッチングは、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）等のアルカリエッチング液を使用したウエットエッチングや、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によるドライエッチング等で行なわれる。
【００４１】
次に図９に示されるように、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって二層目のポリイミド層２１０と三層目のポリイミド層２１４をポリイミドエッチングマスク２１８を介して表側からエッチングして、ミラー部分とメッシュ構造のミラー支持部分とを形成する。
【００４２】
最後に図１０に示されるように、シリコンエッチングマスク２０６とポリイミドエッチングマスク２１８とエッチング停止層２０４の露出している部分を除去した後、ミラー部分の裏側に真空蒸着法等により反射膜２２０を形成して、図１と図２に示した光変調素子１２０が完成する。
【００４３】
本実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００４４】
例えば、本実施形態では、弾性膜１２４のミラー部分を厚く形成するために、ミラー部分に二層のポリイミド層すなわち一層目のポリイミド層２０８と四層目のポリイミド層２１６を形成しているが、どちらか１層のみを形成してもよい。
また、一層目のポリイミド層２０８と四層目のポリイミド層２１６には、他の層より弾性率の大きい材料を使用することが望ましい。この場合、必要な反射面品位に対して一層目のポリイミド層２０８と四層目のポリイミド層２１６を薄く形成できる。特に一層目のポリイミド層２０８を薄く形成できるため、一層目のポリイミド層２０８の周縁の段差に起因する配線層２１２の段切れ等の問題が改善される。
【００４５】
また、本実施形態では、絶縁性の弾性膜１２４はポリイミド樹脂で構成されているが、シリコーン樹脂やフッ素樹脂やパリレン等の有機絶縁材料、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁材料等、他の材料で構成されてもよい。一般に、ミラー部分に形成される弾性材料層は弾性率が大きい材料で形成し、ミラー支持部分に形成される弾性材料層は弾性率が小さい材料で形成することが望ましい。
【００４６】
また、本実施形態では、光変調素子１２０の弾性膜１２４は、ミラー支持部分がメッシュ構造をしているが、必ずしもメッシュ構造をしている必要はない。図１１は本実施形態の一変形例の光変調素子の斜視図であり、図１２は図１１の光変調素子のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。この光変調素子３２０は、図１１と図１２に示されるように、反射面を有する反射膜３２２と、反射膜３２２を支持している弾性膜３２４と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠３２６とを有しており、さらに、弾性膜３２４の内部に、反射膜３２２が位置する部分に設けられた駆動用配線３２８と、駆動用配線３２８から支持枠２３６まで延びている配線３３０とを有している。弾性膜３２４は、図１２に示されるように、反射膜３２２と支持枠３２６の間に延びている部分が、反射膜３２２が位置している部分よりも薄い平板状をしている。
【００４７】
また、本実施形態は、矩形の一次元的に変形可能な反射面を有する可変形状ミラーに向けられているが、例えば図２６に示されるように、円形の二次元的に変形可能な反射面を有する可変形状ミラーに適用されてもよい。図２６は、本実施形態が適用され得る別の可変形状ミラーを示している。図２６に示されるように、この可変形状ミラー８００は、永久磁石８１０と、光変調素子８２０とを備えており、光変調素子８２０は、反射膜を支持している弾性膜８２４と、弾性膜の周囲部分を支持している円形の開口を有する支持枠８２２と、弾性膜８３４の内部に設けられた駆動用配線８２８とを有しており、弾性膜８２４には、図２６では裏側になるために見えないが、駆動用配線８２８が位置する部分に、反射面を有する反射膜が設けられている。
【００４８】
本実施形態によれば、ミラー部分の内部に駆動用配線を有する電磁駆動型の可変形状ミラーにおいて、駆動用配線と弾性膜の間の残留応力に起因する反射面品位の劣化が改善される。
【００４９】
第二実施形態
図１３は本発明の第二実施形態の可変形状ミラーの斜視図であり、図１４は図１３の光変調素子のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。
【００５０】
本実施形態の可変形状ミラー５００は、図１３に示されるように、一対の永久磁石５１０から成る磁界発生手段と、磁界発生手段で発生される磁界中に配置される光変調素子５２０とを備えている。光変調素子５２０は、図１４に示されるように、反射面を有する反射膜５２２と、反射膜５２２を支持している弾性膜５２４と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠５２６と、反射膜５２２が位置する部分の弾性膜５２４の内部に設けられた駆動用配線５２８とを有している。
【００５１】
弾性膜５２４は、フッ素樹脂等の熱可塑性の絶縁性の弾性材料製で、弾性変形し得る。弾性膜５２４は、図１５に示されるように、反射膜５２２と支持枠５２６の間に延びている部分がメッシュ構造をしている。
【００５２】
駆動用配線５２８は、図示されていないが、永久磁石５１０で発生される磁界の方向に沿って、互いに平行に並んでいる。言い換えれば、駆動用配線５２８は、永久磁石５１０で発生される磁界の方向に直交して、互いに平行に延びている。
【００５３】
図１４と図１５に示されるように、光変調素子５２０は、駆動用配線５２８に電流を供給するために、駆動用配線５２８と電気的に接続されている配線５３０を更に有している。配線５３０は、弾性膜５２４の内部を通って、支持枠５２６まで延びている。
【００５４】
このような構造の光変調素子５２０において、続く説明では、図１４に示されるように、反射膜５２２の位置する部分をミラー部分５５２、支持枠５２６の位置する部分を枠部分５５６、反射膜５２２と支持枠５２６の間に位置する弾性膜５２４の部分をミラー支持部分５５４と呼称する。
【００５５】
可変形状ミラー５００は、ミラー部分５５２に位置する多数の駆動用配線５２８に選択的に電流を供給することにより、ミラー部分５５２が様々な形状に変形される。より詳しくは、駆動用配線５２８を流れる電流と永久磁石５１０で発生される磁界との相互作用により、電流が流れている駆動用配線５２８がローレンツ力を受ける。そのため、電流が流れている駆動用配線５２８の近くの部分が変位し、その結果としてミラー部分５５２が変形する。ミラー部分５５２の変形形状は、電流を供給する駆動用配線５２８を変えたり、駆動用配線５２８に供給する電流の大きさを変えたりすることによって、様々に変更され得る。
【００５６】
本実施形態の可変形状ミラー５００の光変調素子５２０では、弾性膜５２４がフッ素樹脂等の熱可塑性の絶縁性の弾性材料で構成されている。熱可塑性の弾性膜５２４は、後述する製造プロセスから分かるように、成膜後に一旦軟化される。その結果、弾性膜５２４と駆動用配線５２８の間に残留する応力が低減される。これにより、図３２に示したようなミラー部分の不所望な局所的な伸縮変形が減少する。これにより、反射膜５２２の反射面の凹凸の発生が抑えられる。
【００５７】
光変調素子５２０において、駆動用配線５２８と反射膜５２２の材料によっては、反射膜５２２の反射面の凹凸が十分に低減されない場合がある。このような不具合を改善するため、弾性膜５２４は、好ましくは、フッ素樹脂等の熱可塑性の絶縁性の弾性材料層に加えて、図１６に示されるように、反射膜が位置している部分に、加熱によって軟化しない層を有しているとよい。つまり、弾性膜５２４は、その全体に広がっているフッ素樹脂等の熱可塑性の絶縁性の弾性材料層５３２と、反射膜が位置している部分に選択的に形成された、加熱によって軟化しない層５３４とを有しているとよい。加熱によって軟化しない層５３４は、例えば、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂で構成される。このような加熱によって軟化しない層５３４は、反射膜の反射面の平坦性を改善する。
【００５８】
従って、本実施形態の可変形状ミラー５００は、弾性膜５２４が熱可塑性の弾性材料で形成されており、成膜後に弾性膜５２４が一旦軟化されていることにより、駆動効率の低下を伴うことなく、反射膜５２２の反射面の品位が向上されている。
【００５９】
本実施形態の光変調素子５２０の製造プロセスについて図１７〜図２２を参照しながら説明する。
【００６０】
まず図１７に示されるように、シリコン基板６０２の一方の面にエッチング停止層６０４を、他方の面にシリコンエッチングマスク６０６をそれぞれ形成する。以下、シリコン基板６０２に対してエッチング停止層６０４の形成されている面を表側、シリコンエッチングマスク６０６の形成されている面を裏側と呼称する。エッチング停止層６０４とシリコンエッチングマスク６０６には、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等、シリコン基板のエッチングに対して耐性のある材料が用いられる。
【００６１】
次に図１８に示されるように、エッチング停止層６０４の表側全面に一層目のフッ素樹脂層６１０と配線層６１２と二層目のフッ素樹脂層６１４を順次形成する。配線層６１２は、駆動用配線５２８や配線５３０等を含んでおり、スパッタリング法等により導電膜を形成し、形成された導電膜をパターニングして形成される。次に一層目のフッ素樹脂層６１０と二層目のフッ素樹脂層６１４が軟化する温度まで加熱する熱処理を行なう。この熱処理工程を行なうことにより、配線層６１２と一層目のフッ素樹脂層６１０と二層目のフッ素樹脂層６１４との界面に残留する応力が緩和される。その結果、完成品の光変調素子５２０において、駆動用配線５２８とミラー部分５５２の弾性膜５２４との界面に残留する応力が低減される。
【００６２】
次に図１９に示されるように、シリコン基板６０２の表側にフッ素樹脂のエッチングマスク６１８を形成する。エッチングマスク６１８には、ＰＣＶＤ法やスパッタリング法によって形成した酸化シリコン膜等、フッ素樹脂層６１０と６１４の軟化温度より低い温度で成膜でき、後述するフッ素樹脂層のエッチングに耐え、他の構成要素を侵さずに除去できる材料が用いられる。
【００６３】
次に図２０に示されるように、基板の表側を所望の方法で保護した状態で、シリコン基板６０２を裏側から、シリコンエッチングマスク６０６を介してエッチング停止層６０４が完全に露出するまでエッチングして、支持枠を形成する。このエッチングは、ＴＭＡＨ等のアルカリエッチング液を使用したウエットエッチングや、ＤＲＩＥ法によるドライエッチング等で行なわれる。
【００６４】
次に図２１に示されるように、ＲＩＥ法によって一層目のフッ素樹脂層６１０と二層目のフッ素樹脂層６１４をエッチングマスク６１８を介して表側からエッチングして、ミラー部分とメッシュ構造のミラー支持部分とを形成する。
【００６５】
最後に図２２に示されるように、シリコンエッチングマスク６０６とエッチングマスク６１８とエッチング停止層６０４の露出している部分を除去した後、ミラー部分の裏側に真空蒸着法等により反射膜６２０を形成して、図１３と図１４に示される光変調素子５２０が完成する。
【００６６】
上述した製造プロセスでは、二層目のフッ素樹脂層６１４の成膜後にフッ素樹脂層６１０と６１４を軟化させる熱処理を行なう工程を特別に設けているが、それ以降の工程、例えばエッチングマスク６１８の形成工程等における処理がフッ素樹脂の軟化温度より高い温度で行なわれる場合には、フッ素樹脂層を軟化させる工程を特別に設けなくてもよい。
【００６７】
フッ素樹脂層を軟化させる際に、配線層６１２が下地から剥離することがある。このような剥離を防止するため、図２３に示されるように、一層目のフッ素樹脂層６１０の一部を予め除去して開口６２２を形成しておき、配線層６１２をエッチング停止層６０４に接合させておくとよい。
【００６８】
前述したように、反射膜５２２の反射面の高い品位を得るために、図１６に示されるように、熱可塑性樹脂層５３２と反射膜５２２の間に、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂層５３４を形成するとよい。この熱硬化性樹脂層５３４は、上述した製造プロセス中の図１７の工程の直後に、後に反射膜を形成する領域に選択的に形成すればよい。
【００６９】
本実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形が可能である。
【００７０】
例えば、本実施形態では、弾性膜５２４はフッ素樹脂で構成されているが、熱可塑性の絶縁性の他の材料で構成されてもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、光変調素子５２０の弾性膜５２４は、ミラー支持部分がメッシュ構造をしているが、必ずしもメッシュ構造をしている必要はない。図２４は本実施形態の一変形例の光変調素子の斜視図であり、図２５は図２４の光変調素子のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った断面図である。この光変調素子７２０は、図２４と図２５に示されるように、反射面を有する反射膜７２２と、反射膜７２２を支持している弾性膜７２４と、弾性膜の周囲部分を支持している支持枠７２６とを有しており、さらに、弾性膜７２４の内部に、反射膜７２２が位置する部分に設けられた駆動用配線７２８と、駆動用配線７２８から支持枠７３６まで延びている配線７３０とを有している。弾性膜７２４は熱可塑性樹脂で構成されており、反射膜７２２と支持枠７２６の間に延びている部分は平板状をしている。
【００７２】
また、本実施形態は、矩形の一次元的に変形可能な反射面を有する可変形状ミラーに向けられているが、例えば図２６に示されるように、円形の二次元的に変形可能な反射面を有する可変形状ミラーに適用されてもよい。図２６は、本実施形態が適用され得る別の可変形状ミラーを示している。図２６に示されるように、この可変形状ミラー８００は、永久磁石８１０と、光変調素子８２０とを備えており、光変調素子８２０は、反射膜を支持している弾性膜８２４と、弾性膜の周囲部分を支持している円形の開口を有する支持枠８２２と、弾性膜８２４の内部に設けられた駆動用配線８２８とを有しており、弾性膜８２４には、図２６では裏側になるために見えないが、駆動用配線８２８が位置する部分に、反射面を有する反射膜が設けられている。
【００７３】
本実施形態によれば、ミラー部分の内部に駆動用配線を有する電磁駆動型の可変形状ミラーにおいて、駆動用配線と弾性膜の間の残留応力に起因する反射面品位の劣化が改善される。
【００７４】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動用配線と弾性膜の間の残留応力に起因する反射面品位の劣化が改善された電磁駆動型の可変形状ミラーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の可変形状ミラーの斜視図である。
【図２】図１中の光変調素子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示される弾性膜の反射膜と支持枠の間に延びている部分のメッシュ構造を示している。
【図４】図１に示される光変調素子の弾性膜の変形の様子を模式的に示している。
【図５】第一実施形態の光変調素子の製造プロセスの最初の工程を示している。
【図６】第一実施形態の光変調素子の製造プロセスの図５の工程に続く工程を示している。
【図７】第一実施形態の光変調素子の製造プロセスの図６の工程に続く工程を示している。
【図８】第一実施形態の光変調素子の製造プロセスの図７の工程に続く工程を示している。
【図９】第一実施形態の光変調素子の製造プロセスの図８の工程に続く工程を示している。
【図１０】第一実施形態の光変調素子の製造プロセスの図９の工程に続く最終工程を示している。
【図１１】第一実施形態の一変形例の光変調素子の斜視図である。
【図１２】図１１の光変調素子のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【図１３】本発明の第二実施形態の可変形状ミラーの斜視図である。
【図１４】図１３の光変調素子のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。
【図１５】図１３に示される弾性膜の反射膜と支持枠の間に延びている部分のメッシュ構造を示している。
【図１６】第二実施形態の光変調素子において反射面の高い品位を得るための好適な変形例を示している。
【図１７】第二実施形態の光変調素子の製造プロセスの最初の工程を示している。
【図１８】第二実施形態の光変調素子の製造プロセスの図１７の工程に続く工程を示している。
【図１９】第二実施形態の光変調素子の製造プロセスの図１８の工程に続く工程を示している。
【図２０】第二実施形態の光変調素子の製造プロセスの図１９の工程に続く工程を示している。
【図２１】第二実施形態の光変調素子の製造プロセスの図２０の工程に続く工程を示している。
【図２２】第二実施形態の光変調素子の製造プロセスの図２１の工程に続く最終工程を示している。
【図２３】第二実施形態の製造プロセスにおいて配線層の剥離を防止するための好適な変形例を示している。
【図２４】第二実施形態の一変形例の光変調素子の斜視図である。
【図２５】図２４の光変調素子のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った断面図である。
【図２６】第一実施形態と第二実施形態が適用され得る、円形の二次元的に変形可能な反射面を有する可変形状ミラーを示している。
【図２７】従来の電磁駆動型可変形状ミラーの斜視図である。
【図２８】図２７の可変形状ミラーに含まれる光変調素子の部分断面斜視図である。
【図２９】図２８の光変調素子のＸＸＩＸ−ＸＸＩＸ線に沿った断面図である。
【図３０】図２７の可変形状ミラーにおいて、駆動用配線を流れる電流と永久磁石で発生される磁界とそれらの相互作用により生じるローレンツ力とを模式的にベクトル的に示している。
【図３１】図２８や図２９に示されるような内部に駆動用配線を有する弾性膜を形成する工程時の断面図である。
【図３２】駆動用配線と弾性膜との間に残留する応力によって弾性膜が不所望な変形を起こす様子を示している。
【符号の説明】
１００…可変形状ミラー、１１０…永久磁石、１２０…光変調素子、１２２…反射膜、１２４…弾性膜、１２６…支持枠、１２８…駆動用配線、１３０…配線、１３２…第一の弾性材料層、１３４…第二の弾性材料層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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