(57)【要約】【課題】圧電駆動方式によりマイクロミラーの駆動を可能にして、変位、駆動速度、信頼性、線形性および低電圧駆動確保に優れた回折型薄膜圧電マイクロミラーおよびその製造方法を提供する。【解決手段】中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成されたシリコン基板と、リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着され、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、前記陥没部から離隔した部分が上下に駆動され、入射ビームを回折させる圧電ミラー層とを含んでなる。【選択図】図１０ｉ
2005141208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成された基板と、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着され、薄膜の圧電材料層を含み、前記薄膜の圧電材料層に電圧が印加されると、前記陥没部から離隔した部分が上下に駆動され、入射ビームを回折させる圧電ミラー層とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項２】
前記圧電ミラー層が、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に位置し、圧電電圧を提供するための下部電極層と、
前記下部電極層上に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して上下に駆動力を発生させる圧電材料層と、
前記圧電材料層上に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供し、入射ビームを回折させるための上部電極およびミラー層とを含むことを特徴とする請求項１記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項３】
リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着され、前記圧電ミラー層が上部に積層され、前記基板の陥没部に位置する部分が上下に移動可能な下側支持部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項４】
前記圧電ミラー層が、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に位置し、圧電電圧を提供するための第１電極層と、
前記第１電極層上に多層に積層され、各層に電圧が印加されると、電圧が印加された層が収縮および膨張して上下に駆動力を発生させる複数の圧電材料層と、
前記多層の圧電材料層間に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供するための複数の第２電極層と、
前記多層の圧電材料層の最上層上に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供し、入射光を回折させるための電極およびミラー層とを含むことを特徴とする請求項１記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項５】
中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成された基板と、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着され、前記基板の陥没部から離隔した部分が上下に移動可能な下側支持部と、
両端が前記基板の陥没部上に位置するように前記下側支持部に積層され、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層の両側に電圧が印加されると、前記陥没部から離隔した部分が上下に駆動され、入射ビームを回折させる圧電ミラー層とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項６】
前記圧電ミラー層が、
両端が前記基板の陥没部上に位置するように前記下側支持部に積層され、圧電電圧を提供するための下部電極層と、
前記下部電極層上に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して上下に駆動力を発生させる圧電材料層と、
前記圧電材料層上に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供し、入射ビームを回折させるための上部電極およびミラー層とを含むことを特徴とする請求項５記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項７】
前記圧電ミラー層が、
両端が前記基板の陥没部に位置するように前記下側支持部に積層され、圧電電圧を提供するための第１電極層と、
前記第１電極層上に多層に積層され、各層に電圧が印加されると、電圧が印加された層が収縮および膨張して上下に駆動力を発生させる複数の圧電材料層と、
前記多層の圧電材料層間に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供するための複数の第２電極層と、
前記多層の圧電材料層の最上層上に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供し、入射光を回折させるための電極およびミラー層とを含むことを特徴とする請求項５記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項８】
中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成された基板と、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着された下側支持部と、
一端が前記下側支持部の一端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第１圧電層と、
一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第２圧電層と、
前記下側支持部の中央部に位置し、入射ビームを回折させるためのマイクロミラー層とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項９】
前記第１圧電層が、
リボン形状を取っており、一端が前記下側支持部の一端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第１下部電極層と、
前記第１下部電極層上に積層され、一端が前記下側支持部の一端側に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して駆動力を発生させる第１圧電材料層と、
前記第１圧電材料層上に積層され、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第１上部電極層とを含み、
前記第２圧電層が、
リボン形状を取っており、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第２下部電極層と、
前記第２下部電極層上に積層され、一端が前記下側支持部の他端側に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して駆動力を発生させる第２圧電材料層と、
前記第２圧電材料層上に積層され、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第２上部電極層とを含むことを特徴とする請求項８記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１０】
前記第１圧電層および前記第２圧電層が多層に積層されることを特徴とする請求項８記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１１】
絶縁層が表面に形成された基板と、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板上に所定距離だけ立ち上がり、両端の下面がそれぞれ前記基板に付着され、前記基板から所定距離だけ離隔した部分が上下に移動可能な下側支持部と、
前記下側支持部に積層され、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層の両側に電圧が印加されると、収縮および膨張による上下駆動力を発生させて、前記基板から所定距離だけ離隔した中央部を上下に駆動させ、入射ビームを回折させるための圧電ミラー層とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１２】
前記圧電ミラー層の両端が、前記下側支持部の、前記基板から離隔した部分に位置することを特徴とする請求項１１記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１３】
前記圧電ミラー層が、
前記下側支持部に積層され、圧電電圧を提供するための下部電極層と、
前記下部電極層上に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下駆動力を発生させる圧電材料層と、
前記圧電材料層上に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供し、入射ビームを反射するための上部電極およびミラー層とを含んでなることを特徴とする請求項１１記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１４】
前記圧電ミラー層が、
前記下側支持部に積層され、圧電電圧を提供するための第１電極層と、
前記第１電極層上に多層に積層され、各層に電圧が印加されると、電圧印加層が収縮および膨張して上下駆動力を発生させる複数の圧電材料層と、
前記多層の圧電材料層間に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供するための複数の第２電極層と、
前記多層の圧電材料層の最上層に積層され、前記圧電材料層に圧電電圧を提供し、入射光を回折させる電極およびミラー層とを含んでなることを特徴とする請求項１１記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１５】
絶縁層が表面に形成された基板と、
リボン形状を取っており、中央部が前記基板から立ち上がり、両端の下面がそれぞれ前記基板の両側に付着され、前記基板から立ち上がった部分が上下移動可能な下側支持部と、
一端が前記下側支持部の一端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第１圧電層と、
一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第２圧電層と、
前記下側支持部の中央部に位置し、入射ビームを回折させるためのマイクロミラー層とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１６】
前記第１圧電層が、
リボン形状を取っており、一端が前記下側支持部の一端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第１下部電極層と、
前記第１下部電極層上に積層され、一端が前記下側支持部の一端側に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して駆動力を発生させる第１圧電材料層と、
前記第１圧電材料層上に積層され、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第１上部電極層とを含み、
前記第２圧電層が、
リボン形状を取っており、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第２下部電極層と、
前記第２下部電極層上に積層され、一端が前記下側支持部の他端側に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して駆動力を発生させる第２圧電材料層と、
前記第２圧電材料層上に積層され、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、圧電電圧を提供するための第２上部電極層とを含むことを特徴とする請求項１５記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１７】
前記第１圧電層および前記第２圧電層が多層に積層されることを特徴とする請求項１５記載の回折型薄膜圧電マイクロミラー。
【請求項１８】
基板上にマスク層を形成し、パターニングを行って陥没部を形成する第１段階と、
前記第１段階で形成された陥没部を埋め込むように犠牲層を形成する第２段階と、
前記陥没部が埋め込まれた基板上に圧電ミラー層を形成する第３段階と、
前記第３段階で形成された圧電ミラー層を、複数のリボン形状の配列となるように、エッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第４段階とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜マイクロミラーの製造方法。
【請求項１９】
前記第２段階の後、前記圧電ミラー層を積層するための下側支持部を前記陥没部の埋め込まれた基板上に形成する第５段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造方法。
【請求項２０】
前記第４段階の後、前記圧電ミラー層の両端が前記陥没部上に位置するように、前記圧電ミラー層の両側をエッチングする第６段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造方法。
【請求項２１】
基板上にマスク層を形成し、パターニングを行って陥没部を形成する第１段階と、
前記第１段階で形成された陥没部を埋め込むように犠牲層を形成する第２段階と、
前記陥没部が埋め込まれた基板上に下側支持部を形成する第３段階と、
前記第３段階で形成された下側支持部上に、一端の下面が前記陥没部の外側に位置し、他端の下面が前記陥没部の中央部から外側に所定距離だけ離隔して位置し、互いに対向するように形成された一対の圧電ミラー層を形成する第４段階と、
前記下側支持部の中央部にマイクロミラー層を形成する第５段階と、
前記一対の圧電ミラー層と下側支持部を、複数のリボン形状の配列となるようにエッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第６段階とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜マイクロミラーの製造方法。
【請求項２２】
基板上に犠牲層を積層し、マスク層を形成し、エッチングすることで、立ち上がり部を形成する第１段階と、
前記第１段階で立ち上がり部が形成された基板上に下側支持部を積層する第２段階と、
前記第２段階で形成された下側支持部上に圧電ミラー層を形成する第３段階と、
前記第３段階で形成された圧電ミラー層を、複数のリボン形状の配列となるように、エッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第４段階とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜マイクロミラーの製造方法。
【請求項２３】
前記第４段階の後、前記圧電ミラー層の両端が前記立ち上がり部上に位置するように、前記圧電ミラー層の両側をエッチングする第５段階をさらに含むことを特徴とする請求項２２記載の回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造方法。
【請求項２４】
基板上に犠牲層を積層し、マスク層を形成し、エッチングすることで、立ち上がり部を形成する第１段階と、
前記第１段階で立ち上がり部が形成された基板上に下側支持部を積層する第２段階と、
前記第２段階で形成された下側支持部上に、一端の下面が前記立ち上がり部の外側に位置し、他端の下面が前記立ち上がり部の中央部から外側に所定距離だけ離隔して位置し、互いに対向するように形成された一対の圧電ミラー層を形成する第３段階と、
前記下側支持部の中央部にマイクロミラー層を形成する第４段階と、
前記一対の圧電ミラー層と下側支持部を、複数のリボン形状の配列となるようにエッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第５段階とを含んでなることを特徴とする回折型薄膜マイクロミラーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折型薄膜圧電マイクロミラーおよびその製造方法に係り、より詳しくは圧電駆動方式によりマイクロミラーの駆動を可能にして、変位、駆動速度、信頼性、線形性および低電圧駆動確保に優れた回折型薄膜圧電マイクロミラーおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光信号処理は、データ量が多く実時間処理ができない既存のデジタル情報処理とは異なり、高速性、並列処理能力、大容量情報処理の利点を有し、空間光変調理論を用いて、二進位相フィルタ設計および製作、光論理ゲート、光増幅器などと、映像処理技法、光素子、光変調器などの研究が進んでいる。このうち、空間光変調器は、光メモリ、光ディスプレイ、プリンタ、光インターコネクション、ホログラムなどの分野に使用され、これを用いる表示装置の開発、研究が進んでいる。
【０００３】
このような空間光変調器の一例は図１に示すような反射型変形可能格子光変調器１０である（例えば、特許文献１参照）。この変調器１０は、反射表面部を有し、基板１６の上部に突出する複数の一定間隔で離隔する変形可能反射型リボン１８を含む。この変調器１０の製造において、絶縁層１１がシリコン基板１６上に蒸着される。ついで、犠牲二酸化シリコン膜１２および低応力窒化シリコン膜１４の蒸着が行われる。窒化物膜１４はリボン１８の形態にパターニングされ、二酸化シリコン層１２の一部がエッチングされることにより、リボン１８が窒化物フレーム２０により酸化物スペーサ層１２上に維持される。単一波長λの光を変調させるため、変調器は、リボン１８の厚さと酸化物スペーサ１２の厚さがλ／４となるように、設計される。
【０００４】
リボン１８上の反射表面２２と基板１６の反射表面間の垂直距離ｄにより決められる変調器１０の格子振幅は、リボン１８（第１電極としての役割をするリボン１８の反射表面２２）と基板１６（第２電極としての役割をする基板１６の下部伝導膜２４との間に電圧を印加することにより制御される。変形されていない状態で、すなわち、何の電圧も印加されていない状態で、格子振幅はλ／２となり、リボンと基板から反射された光間の全体経路差はλとなるので、このような反射光の位相を補強させる。したがって、変形されていない状態で、変調器１０は平面ミラーとして光を反射する。変形されていない状態での入射光と反射光を図２に２０で示す。
【０００５】
適正電圧がリボンと基板１６間に印加されるとき、静電気力がリボン１８を基板１６の表面方向に下方に変形させて、格子振幅がλ／４となる。全体経路差は波長の１／２であり、変形されたリボン１８から反射された光と基板１６から反射された光が干渉する。このような干渉の結果、変調器は入射光２６を回折させる。変形された状態が＋／−回折モード（Ｄ+1、Ｄ-1）に回折された光を図３に２８と３０で示す。
【０００６】
リボン１８の下部に空間を形成するのに用いられる湿式工程のうち、かつ変調器１０の動作のうち、リボン１８と基板１６間の付着がこのような装置に大きな問題点であることが判明された。このような付着を減少させるいろいろの方法としては、冷凍乾燥、フォトレジスト−アセトン犠牲層の乾式エッチング、ＯＴＳ断層処理、リボンの短縮による固いリボンおよび/またはぴんとした窒化物膜の使用、片面または両面を粗くするかまたは屈曲を形成する方法、リボンの下部に反転レールを形成する方法、および表面の化学特性を変化させる方法などがある。１９９４年６月にスコットランドのヒルトンヘッドアイランドで開催された固状センサおよびアクチュエータに関するワークショップでのサンデヤス等の“高分解能ディスプレイ用変形可能な格子光バルブの表面微細製造”およびアプテ（Apte）等の“高分解能ディスプレイ用格子光バルブ”で、ブリッジの下部に反転レールを形成することで接触領域を減少させ、粗いポリシリコン膜をそれぞれ使用することにより、このような付着を防止することに関して発表した。
【０００７】
さらに、アプテ等は、変調器１０の機械的動作の特性が印加された電圧の関数としてリボン１８の変形でのヒステリシスであることを見つけた。ヒステリシスに対する理論的根拠は、リボン１８と基板１６間の静電気的引力が変形量の非線形関数である反面、リボン１８の硬度と張力による復元力が実質的に線形関数であることによる。図４は、光出力（リボン１８の変形量の間接的な表示）が垂直軸上に示され、リボン１８と基板１６間の電圧が水平軸に示される誘導ヒステリシス特性を示す。したがって、リボン１８が基板１６と接触する下方への変形の際、これらはその位置にラッチされ、本来印加された電圧より小さい維持電圧を必要とする。
【０００８】
特許文献１は、変調器１０に活性素子なしで活性マトリックス設計の利点を提供するラッチング特性を開示する。さらに、特許文献１は、このような特性が使用可能な電力の効率的使用が非常に重要な低電力応用に好ましいことを開示する。しかし、付着問題点において、特許文献１は、接触領域を減少させるように、リボン１８の下部に小さなリッジを添加して付着問題を減少させることを開示している。しかし、変調器１０の基板が光表面として使用されるため、表面に小さなリッジを追加するための製造工程は、基板１６の反射部が高反射率を有するように滑らかでなければならなく、リボン１８に平行な平面内に位置しなければならない複雑性を有する。
【０００９】
通常のディスプレイは、画素の２次元アレイ内で形成される。複数の画素のそれぞれにより形成された不連続イメージは使用者の眼により統合され、全体イメージを表す画素の複合相を形成する。不幸にも、このようなディスプレイ装置の費用は、それぞれの画素が全体アレイを形成するために重複し、それぞれの画素を製造する費用も増加することにより、増加する。このような画素化されたディスプレイの例はテレビジョンまたはコンピュータシステムである。それぞれの画素はＬＣＤ装置またはＣＲＴにより形成できる。
【００１０】
したがって、反射エレメントと基板間の付着を減少させるための複雑な表面処理なしで、このような付着を減少または除去させることが可能な回折格子光バルブが必要である。
【００１１】
また、イメージ品質の低下なしで、システムを設計するのに必要な画素の数を減少させることにより製造費用を減少させるディスプレイが必要である。
【００１２】
このような必要性を満足させるための改善された従来技術としては、シリコンライトマシンズ社の特許文献２の“２次元イメージを形成するため、入射光ビームを変調させる方法および装置”がある。
【００１３】
特許文献２に開示された“２次元イメージを形成するため、入射光ビームを変調させる方法および装置”において、回折格子光バルブは、それぞれ反射表面を有する複数の細長いエレメントを含む。細長いエレメントは、基板上部で互いに平行であり、支持される端部を有し、隣接反射表面の列（ＧＬＶ（Grating Light Valve）アレイ）を形成するように整列される。細長いエレメントはディスプレイエレメントによって群を形成する。それぞれの群が基板に対して交互に電圧を印加することにより変形される。それぞれの変形された長細いエレメントのほぼ平面の中心部はそれぞれの変形されていないエレメントの中心部から、前もって設定された距離だけ実質的に平行である。前もって設定された距離は変形されていない反射表面と基板間の距離の１／３〜１／４に選択して、長細いエレメントが基板の表面と接触しないようにする。基板との接触を防止することにより、長細いエレメントが基板と付着することを防止する。さらに、前もって設定された距離を制限することで、長細いエレメントを変形させるヒステリシスを防止する。
【００１４】
図５は改善された従来技術による変形されていない状態のＧＬＶの長細いエレメント１００の側断面図を示す。同図において、長細いエレメント１００はその端部により基板（構成層含み）の表面上に突出する。図面で、図面符号１０２はエアスペースを示す。
【００１５】
図６は６本の長細いエレメント１００を含むＧＬＶお部分平面図を示す。同図に示すように、細長いエレメント１００は同じ幅を有し、互いに平行に配置される。細長いエレメント１００は小さい隙間を置いて互いに離隔される。したがって、それぞれの長細いエレメント１００がほかのエレメントに対して選択的に変形できるようにする。図６に示す六つの長細いエレメント１００は、好ましくは単一ディスプレイエレメント２００に相当する。したがって、１９２０本の長細いエレメントの列は、列内に配置された３２０のディスプレイを有するＧＬＶアレイに相当する。
【００１６】
図７は図５の線Ａ−Ａについて取った図面で、変形されていない長細いエレメント１００を有するディスプレイエレメント１００の断面図である。変形されていない状態は、導電体層１０６に対し、それぞれの長細いエレメント１００上のバイアスをイコライジングすることにより、選択される。長細いエレメント１００の反射表面が実質的に同一平面上にあるため、長細いエレメント１００に入射する光は反射される。
【００１７】
図８はＧＬＶの変形された長細いエレメント１００の側断面図を示す。図８は、変形された状態で、長細いエレメント１００が長細いエレメント１００の下部の後続層表面と接触せずに突出した状態を維持するものを示す。これは図１〜図３の従来の変調器とは対照される。細長いエレメント１００と基板表面間の接触を防止することにより、従来技術の変調器に関連した問題点が防止される。しかし、変形された状態で、長細いエレメント１００は垂れる傾向がある。これは、長細いエレメント１００がその長手方向に沿って一様に、長手方向に垂直な基板側への静電気引力を受け、反面長細いエレメント１００の張力は長細いエレメント１００の長手方向に受けるからである。したがって、長細いエレメントの反射表面は平面形でなく曲線形である。
【００１８】
しかし、細長いエレメント１００の中心部はほぼ平面状態を維持して、それぞれの細長いエレメント１００の中心部によってのみ得られた回折光のコントラスト比が満足な値となるようにする。実際に、ほぼ平面の中心部１０２はポストホール１１０間の距離の１／３である。したがって、ポストホール７５間の距離が７５ミクロンであるとき、ほぼ平面の中心部１０２の長さはおよそ２５ミクロンである。
【００１９】
図９は変形された細長いエレメント１００が交互に配置されたディスプレイエレメント２００の正面図を示す。図９は図８の線Ｂ−Ｂ′についての断面図である。実質的に除去されていない細長いリボン１００が、印加されたバイアス電圧により所望位置に維持される。移動する細長いリボン１００の変形状態は、導電体層１０６に対し長細いエレメント１００に交互に駆動電圧を印加することにより達成される。垂直距離ｄ1は、たいてい平面が中心部１０２（図８参照）に対して一定であり、これによりＧＬＶの格子振幅を限定する。格子振幅ｄ1は駆動される細長いエレメント１００上の駆動電圧を調整することで調整可能である。これは、最適のコントラスト比でＧＬＶの精密なチューニングを可能にする。
【００２０】
単一波長（λ1）を有する回折入射光に対し、ＧＬＶはディスプレイされるイメージでの最大コントラスト比のため、入射光波長の１／４（λ／４）と同一格子振幅ｄ1を有することが好ましい。しかし、格子振幅ｄ1は、波長λ1の１／２と波長λ1の全体数の合（すなわち、ｄ1＝λ1／４、３λ1／４、５λ1／４、・・・、Ｎλ1／２＋λ1／４）と同一の一周距離のみを必要とする。
【００２１】
図９を参照すると、それぞれの長細いエレメント１００の下部表面が距離ｄ2だけ基板から分離されていることが分かる。したがって、長細いエレメント１００はＧＬＶの動作のうちに基板と接触しない。これは、反射リボンと基板間での従来技術の変調器の付着に関連した問題点を防止する。
【００２２】
図４に示す履歴曲線を参照すると、細長いエレメント１００を基板表面に対して１／３ないし１／４の距離で移動させることで入射光を回折させるため、ヒステリシスが防止される。
【００２３】
しかし、シリコンライトマシンズ社製の光変調器は、マイクロミラーの位置制御のため、静電気方式を用いるが、この場合、動作電圧が比較的高く（通常３０Ｖ程度）印加電圧と変位の関係が線形的でないなどの欠点があるため、結果として光調節の信頼性が高くないという欠点がある。
【００２４】
【特許文献１】米国特許第５，３１１，３６０号明細書
【特許文献２】大韓民国特許出願第１０−２０００−７０１４７９８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、従来の静電駆動方式の反射回折型光変調器の構成とは異なり、圧電駆動方式でマイクロミラーを駆動することにより、変位、駆動速度、信頼性、線形性、および低電圧駆動確保に優れた回折型薄膜圧電マイクロミラーおよびその製造方法を提供することにその目的がある。
【００２６】
また、本発明のほかの目的は、薄膜圧電駆動方式でマイクロミラーを駆動して、シリコンウェーハ上の多様な構造設計を可能にする回折型薄膜圧電マイクロミラーおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記のような目的を達成するため、本発明は、中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成されたシリコン基板と、リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着され、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、前記陥没部から離隔した部分が上下に駆動され、入射ビームを回折させる圧電ミラー層とを含んでなる回折型薄膜圧電マイクロミラーを提供する。
【００２８】
また、前記目的を達成するため、本発明は、中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成された基板と、リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着され、前記基板の陥没部から離隔した部分が上下に移動可能な下側支持部と、両端が前記基板の陥没部上に位置するように前記下側支持部に積層され、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層の両側に電圧が印加されると、前記陥没部から離隔した部分が上下に駆動され、入射ビームを回折させる圧電ミラー層とを含んでなる回折型薄膜圧電マイクロミラーを提供する。
【００２９】
また、前記目的を達成するため、本発明は、中央部にエアスペースを提供するための陥没部が形成された基板と、リボン形状を取っており、中央部が前記基板の陥没部から離隔するように、両端の下面がそれぞれ前記基板の陥没部を外れた両側に付着された下側支持部と、一端が前記下側支持部の一端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第１圧電層と、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第２圧電層と、前記下側支持部の中央部に位置し、入射ビームを回折させるためのマイクロミラー層とを含んでなる回折型薄膜圧電マイクロミラーを提供する。
【００３０】
また、前記目的を達成するため、本発明は、絶縁層が表面に形成されたシリコン基板と、リボン形状を取っており、中央部が前記シリコン基板上に所定距離だけ立ち上がり、両端の下面がそれぞれ前記シリコン基板に付着され、前記シリコン基板から所定距離だけ離隔した部分が上下に移動可能な下側支持部と、前記下側支持部に積層され、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層の両側に電圧が印加されると、収縮および膨張による上下駆動力を発生させて、前記シリコン基板から所定距離だけ離隔した中央部を上下に駆動させ、入射ビームを回折させるための圧電ミラー層とを含んでなる回折型薄膜圧電マイクロミラーを提供する。
【００３１】
また、前記目的を達成するため、本発明は、絶縁層が表面に形成された基板と、リボン形状を取っており、中央部が前記基板から立ち上がり、両端の下面がそれぞれ前記基板の両側に付着され、前記基板から立ち上がった部分が上下移動可能な下側支持部と、一端が前記下側支持部の一端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から一端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第１圧電層と、一端が前記下側支持部の他端に位置し、他端が前記下側支持部の中央部から他端側に所定距離だけ離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層に電圧が印加されると、収縮および膨張により上下に駆動力を提供する第２圧電層と、前記下側支持部の中央部に位置し、入射ビームを回折させるためのマイクロミラー層とを含んでなる回折型薄膜圧電マイクロミラーを提供する。
【００３２】
また、前記目的を達成するため、本発明は、シリコンウェーハ上にマスク層を形成し、パターニングを行って陥没部を形成する第１段階と、前記第１段階で形成された陥没部を埋め込むように犠牲層を形成する第２段階と、前記陥没部が埋め込まれたシリコンウェーハ上に圧電ミラー層を形成する第３段階と、前記第３段階で形成された圧電ミラー層を、複数のリボン形状の配列となるように、エッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第４段階とを含んでなる回折型薄膜マイクロミラーの製造方法を提供する。
【００３３】
また、前記目的を達成するため、本発明は、シリコン基板上にマスク層を形成し、パターニングを行って陥没部を形成する第１段階と、前記第１段階で形成された陥没部を埋め込むように犠牲層を形成する第２段階と、前記陥没部が埋め込まれたシリコン基板上に下側支持部を形成する第３段階と、前記第３段階で形成された下側支持部上に、一端の下面が前記陥没部の外側に位置し、他端の下面が前記陥没部の中央部から外側に所定距離だけ離隔して位置し、互いに対向するように形成された一対の圧電ミラー層を形成する第４段階と、前記下側支持部の中央部にマイクロミラー層を形成する第５段階と、前記一対の圧電ミラー層と下側支持部を、複数のリボン形状の配列となるようにエッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第６段階とを含んでなる回折型薄膜マイクロミラーの製造方法を提供する。
【００３４】
また、前記目的を達成するため、本発明は、シリコン基板上に犠牲層を積層し、マスク層を形成し、エッチングすることで、立ち上がり部を形成する第１段階と、前記第１段階で立ち上がり部が形成されたシリコン基板上に下側支持部を積層する第２段階と、前記第２段階で形成された下側支持部上に圧電ミラー層を形成する第３段階と、前記第３段階で形成された圧電ミラー層を、複数のリボン形状の配列となるように、エッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第４段階とを含んでなる回折型薄膜マイクロミラーの製造方法を提供する。
【００３５】
また、前記目的を達成するため、本発明は、シリコン基板上に犠牲層を積層し、マスク層を形成し、エッチングすることで、立ち上がり部を形成する第１段階と、前記第１段階で立ち上がり部が形成されたシリコン基板上に下側支持部を積層する第２段階と、前記第２段階で形成された下側支持部上に、一端の下面が前記立ち上がり部の外側に位置し、他端の下面が前記立ち上がり部の中央部から外側に所定距離だけ離隔して位置し、互いに対向するように形成された一対の圧電ミラー層を形成する第３段階と、前記下側支持部の中央部にマイクロミラー層を形成する第４段階と、前記一対の圧電ミラー層と下側支持部を、複数のリボン形状の配列となるようにエッチングし、犠牲層を除去することで、回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成する第５段階とを含んでなる回折型薄膜マイクロミラーの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００３６】
以上のような本発明によると、従来技術による静電気方式は非線形的であるに対し、圧電素子を用いると、印加電圧と変位の関係が線形成を有する効果がある。
【００３７】
また、本発明によると、静電気方式に比べ、相対的に低い電圧で同等程度の変位を得ることができ、高い駆動速度を得ることができる効果がある。
【００３８】
また、本発明によると、信頼性のあるリボン変位の調節を可能にすることで、静電気方式によっては難しかったアナログコントロール（gray scale control）が可能である効果がある。
【００３９】
また、本発明によると、圧電マイクロミラーアレイの構成において、リボンの長さおよび幅に対する多様なデザインが可能であるので、当該アプリケーションで要求される光効率の調節が容易になる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図１０ａないし図１７ｃに基づいて本発明の好ましい一実施例を詳細に説明するとつぎのようである。
【００４１】
図１０ａ〜１０ｊは本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程の側断面図である。
【００４２】
図１０ａに示すように、シリコンウェーハ１００１上に、エッチングを行うため、熱酸化などの方法でマスク層１００２を０．１〜１．０μｍの厚さに形成し、パターニングを行うことで、シリコンエッチングを準備する。
【００４３】
図１０ｂに示すように、ＴＭＡＨまたはＫＯＨなどのシリコンをエッチングし得る溶液でシリコンを適当な厚さにエッチングした後、マスク層１００２を除去する。このエッチングにおいては、湿式エッチングだけでなく乾式エッチングも用いることができる。
【００４４】
図１０ｃに示すように、エッチングされたシリコンに、さらに熱酸化などの方法で絶縁および食刻防止層１００３を形成する。
【００４５】
図１０ｄに示すように、シリコンウェーハ１００１のエッチング部位に、低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）または化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）の方法でポリシリコンまたはアモルファスシリコンなどを蒸着して犠牲層１００４を形成した後、平坦にポリシングを行う。この際、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）を使用する場合は、ポリシリコンの蒸着およびポリシングなしでも可能である。
【００４６】
その後、Ｓｉ3Ｎ4などのシリコンナイトライド系列をＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤ方法で、一例として０．１〜５．０μｍの厚さ範囲に蒸着した後、ＳｉＯ2を熱酸化またはＰＥＣＶＤ法で０．１〜５μｍの範囲に蒸着するが、必要に応じて省略可能である。
【００４７】
ついで、図１０ｅに示すように、圧電材料を支持するための下側支持部１００５をシリコンウェーハ１００１に蒸着し、下側支持部１００５を構成する材料としてはＳｉ酸化物（一例として、ＳｉＯ2）、Ｓｉ窒化物系列（一例として、Ｓｉ3Ｎ4など）、セラミック基板（Ｓｉ、ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3）、Ｓｉカーバイドなどが可能である。このような下側支持部１００５は必要に応じて省略できる。
【００４８】
図１０ｆに示すように、下側支持部１００５上に下部電極１００６を形成する。この際、下部電極１００６の電極材料としては、Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、ＡｕＯ2などが使用でき、０．０１〜３μｍの範囲でスパッタリングまたは蒸発などの方法で蒸着する。
【００４９】
図１０ｇに示すように、下部電極１００６上に、圧電材料１００７を湿式法（スクリーンプリンティング、Sol-Gel coatingなど）および乾式法（スパッタリング、蒸発、ＭＯＣＶＤ、蒸着など）で０．０１〜２０．０μｍの範囲に形成する。そして、使用される圧電材料１００７としては、上下型圧電材料と左右型圧電材料を共に使用することができるが、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＬＺＴ、ＡＩＮ、ＺｎＯなどの圧電材料を使用することができ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｚｎまたはチタンなどを少なくとも１種以上含む圧電電解材料を対象とする。
【００５０】
図１０ｈに示すように、圧電材料１００７上に上部電極１００８を形成する。このときに使用可能な材料としては、Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ、ＩｒＯ2、ＲｕＯ2などが使用でき、０．０１〜３μｍの範囲でスパッタリングまたは蒸発などの方法で形成する。
【００５１】
図１０ｉに示すように、上部電極１００８上にマイクロミラー１００９を付着するが、その材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ／Ｃｒなどの光反射物質が使用される。
【００５２】
この際、上部電極１００８をマイクロミラーとして使用するか、または別途のマイクロミラーを上部電極１００８上に蒸着することができる。
【００５３】
図１０ｊに示すように、このように形成された回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体から、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイを形成するためには、フォトレジストなどのマスク層を介してパターニングを行った後、マイクロミラー１００９、上部電極１００８、圧電材料１００７、下部電極１００６、下側支持部１００５をエッチングすることにより、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイを形成する。その後、犠牲層１００４をＸｅＦ2ガスでエッチングする。
【００５４】
ここでは、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体から回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイを形成した後、犠牲層１００４を除去する過程を説明したが、犠牲層１００４を除去した後、マイクロミラーアレイを形成することもできる。
【００５５】
すなわち、まず回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体の、下側支持部１００５の形成されていない区間にホールを形成し、犠牲層１００４をＸｅＦ2ガスでエッチングした後、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体にフォトレジストなどのマスク層を介してパターニングを行った後、マイクロミラー１００９、上部電極１００８、圧電材料１００７、下部電極１００６、下側支持部１００５をエッチングしてマイクロミラーアレイを形成する。
【００５６】
図１１ａ〜１１ｃは変形されていない圧電材料を持っている多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【００５７】
図１１ａはシリコンウェーハの犠牲層がエアスペースで取り替えられているものを示す。したがって、圧電材料は、その端部により基板の表面上に懸架される。そして、下部電極層１００６ａ、圧電材料層１００７ａ、上部電極層１００８ａ、マイクロミラー１００９ａは下側支持部１００５ａ上に位置していることが分かる。
【００５８】
図１１ｂはシリコンウェーハの犠牲層がエアスペースで取り替えられているものを示す。したがって、圧電材料は、その端部により基板の表面上に懸架される。ここで、マイクロミラー１００９ｂは下側支持部１００５ｂの中央に位置していることが分かる。また、下部電極層１００６ｂ、圧電材料層１００７ｂ、上部電極層１００８ｂは下側支持部１００５ｂの両側に位置していることが分かる。このような形態の回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成するためには、上部電極層１００８ｂまで形成した後、中央部の下部電極層１００６ｂ、圧電材料層１００７ｂ、上部電極層１００８ｂをエッチングした後、エッチングされた中央部にマイクロミラー１００９ｂを形成する。
【００５９】
図１１ｃはシリコンウェーハの犠牲層がエアスペースで取り替えられているものを示す。したがって、圧電材料は、その端部により基板の表面上に懸架される。ここで、下部電極層１００６ｃ、圧電材料層１００７ｃ、上部電極層１００８ｃ、マイクロミラー１００９ｃは下側支持部１００５ｃ上に位置していることが分かる。
【００６０】
図１２ａ〜図１２ｃは変形された後の圧電材料を持っている多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【００６１】
図１２ａは、圧電材料１００７ａの上下に電圧が印加されることにより、圧電材料の収縮力および膨張力により、下側支持部１００５ａ、下部電極層１００６ａ、圧電材料層１００７ａ、上部電極層１００８ａ、マイクロミラー１００９ａが下方に垂れている上体を示す。この際、圧電材料１００７ａは左右に収縮して左右方向への力を発生させるが、下側支持部１００５ａに圧電材料１００７ａの下部が堅く固着されているため、左右方向に作用する力は究極に圧電材料１００７ａを下方に引き下げる。
【００６２】
図１２ｂは、下側支持部１００５ｂの両側に位置する圧電材料層１００７ｂの上下に電圧が印加されることにより、左右方向に収縮する力が発生することが分かる。この際、圧電材料１００７ｂは左右に収縮して左右方向への力を発生させるが、下側支持部１００５ｂに圧電材料１００７ｂの下部が堅く固着されているため、左右方向に作用する力は究極に圧電材料１００７ｂを上方に引き上げることになる。その結果、下側支持部１００５ｂは上方に膨らみ、下側支持部１００５ｂの中央に位置するマイクロミラー１００９ｂは上方に膨らむ。
【００６３】
図１２ｃは下側支持部１００５ｃの中央に位置する圧電材料１００７ｃの上下に電圧が印加されると、下部電極層１００６ｃ、圧電材料層１００７ｃ、上部電極層１００８ｃ、マイクロミラー１００９ｃが上方に立ち上がることが分かる。
【００６４】
図１３ａは陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一幅で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。回折型薄膜圧電マイクロミラーは電圧の印加により上下に移動する。
【００６５】
図１３ｂは陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが相違した幅で交互に配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。回折型薄膜圧電マイクロミラーは電圧の印加により上下に移動する。
【００６６】
図１３ｃは陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一間隔で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。ここで、絶縁層の上面にマイクロミラーが全面に形成されて、入射光を回折させる。
【００６７】
図１４ａ〜図１４ｈは本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【００６８】
図１４ａに示すように、シリコンに、熱酸化などの方法で絶縁および食刻防止層２００２を形成する。すなわち、シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ2などで絶縁および食刻防止層２００２を形成する。
【００６９】
そして、エアスペースを形成するため、シリコンウェーハ２００１の絶縁および食刻防止層２００２の上面に、ＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤの方法でポリシリコンまたはアモルファスシリコンなどを蒸着した後、平坦にポリシングを行って、犠牲層２００３を形成する。
【００７０】
その後、犠牲層２００３上に、エッチングのため、熱酸化などの方法でマスク層２００４を０．１〜３．０μｍの厚さに形成し、パターニングを行うことで、シリコンエッチングを準備する。
【００７１】
図１４ｂに示すように、ＴＭＡＨまたはＫＯＨなどのシリコンをエッチングし得る溶液でシリコンを適当な厚さにエッチングした後、マスク層２００４を除去する。
【００７２】
Ｓｉ3Ｎ4などのシリコンナイトライド系列をＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤ方法で、一例として０．１〜５．０μｍの厚さ範囲に蒸着した後、ＳｉＯ2を熱酸化またはＰＥＣＶＤ法で０．１〜３μｍの範囲に蒸着するが、必要に応じて省略可能である。
【００７３】
ついで、図１４ｃに示すように、圧電材料を支持するための下側支持部２００５を絶縁および食刻防止層２００２および犠牲層２００３上に蒸着し、下側支持部２００５を構成する材料としては、Ｓｉ酸化物（一例として、ＳｉＯ2）、Ｓｉ窒化物系列（一例として、Ｓｉ3Ｎ4など）、セラミック基板（一例として、Ｓｉ、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3）、シリコンカーバイドなどが可能である。このような下側支持部２００５は必要に応じて省略可能である。
【００７４】
図１４ｄに示すように、下側支持部２００５上に下部電極２００６を形成する。この際、下部電極２００６の電極材料としては、Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、ＡｕＯ2などが使用でき、０．０１〜３μｍの範囲でスパッタリングまたは蒸発などの方法で蒸着する。
【００７５】
図１４ｅに示すように、下部電極２００６上に、圧電材料２００７を湿式法（スクリーンプリンティング、Sol-Gel coatingなど）および乾式法（スパッタリング、蒸発、蒸着など）で０．０１〜２０．０μｍの範囲に形成する。そして、使用される圧電材料２００７としては、上下圧電材料と左右圧電材料を全て使用することができるが、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＬＺＴ、Ａ ＩＮ、ＺｎＯなどの圧電材料を使用することができ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｚｎまたはチタンなどを少なくとも１種以上含む圧電電解材料を対象とする。
【００７６】
図１４ｆに示すように、圧電材料２００７上に上部電極２００８を形成する。このときに使用可能な材料としては、Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ、ＩｒＯ2、ＲｕＯ2などが使用でき、０．０１〜３μｍの範囲でスパッタリングまたは蒸発などの方法で形成する。
【００７７】
図１４ｇに示すように、上部電極２００８上にマイクロミラー２００９を付着するが、その材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ／Ｃｒなどの光反射物質が使用される。
【００７８】
この際、上部電極２００８をマイクロミラーとして使用するか、または別途のマイクロミラーを上部電極２００８上に蒸着することができる。
【００７９】
図１４ｈに示すように、このように形成された回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体から、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイを形成するためには、フォトレジストなどのマスク層を介してパターニングを行った後、マイクロミラー２００９、上部電極２００８、圧電材料２００７、下部電極２００６、下側支持部２００５をエッチングすることにより、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイを形成する。その後、犠牲層２００３をＸｅＦ2ガスでエッチングする。
【００８０】
ここでは、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体から回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイを形成した後、犠牲層２００３を除去する過程を説明したが、犠牲層２００３を除去した後、マイクロミラーアレイを形成することもできる。
【００８１】
すなわち、まず回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体の、下側支持部２００５の形成されていない区間にホールを形成し、犠牲層２００３をＸｅＦ2ガスでエッチングした後、回折型薄膜圧電マイクロミラーアレイの母体にフォトレジストなどのマスク層を介してパターニングを行った後、マイクロミラー２００９、上部電極２００８、圧電材料２００７、下部電極２００６、下側支持部２００５をエッチングしてマイクロミラーアレイを形成する。
【００８２】
図１５ａ〜１５ｃは変形されていない圧電材料を持っている多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【００８３】
図１５ａはシリコンウェーハの犠牲層がエアスペースで取り替えられているものを示す。したがって、圧電材料は、その端部により基板の表面上に立ち上がる。そして、下部電極層２００６ａ、圧電材料層２００７ａ、上部電極層２００８ａ、マイクロミラー２００９ａは下側支持部２００５ａ上に位置していることが分かる。図１１ａと異なる点は、圧電材料が絶縁および食刻防止層上に立ち上がっていることである。
【００８４】
図１５ｂはシリコンウェーハの犠牲層がエアスペースで取り替えられているものを示す。したがって、圧電材料は、その端部により基板の表面上に立ち上がる。ここで、マイクロミラー２００９ｂは下側支持部２００５ｂの中央に位置していることが分かる。また、下部電極層２００６ｂ、圧電材料層２００７ｂ、上部電極層２００８ｂは下側支持部２００５ｂの両側に位置していることが分かる。このような形態の回折型薄膜圧電マイクロミラーを形成するためには、上部電極層２００８ｂまで形成した後、中央部の下部電極層２００６ｂ、圧電材料層２００７ｂ、上部電極層２００８ｂをエッチングした後、エッチングされた中央部にマイクロミラー２００９ｂを形成する。図１１ｂと異なる点は圧電材料が絶縁および食刻防止層上に立ち上がっていることである。
【００８５】
図１５ｃはシリコンウェーハの犠牲層がエアスペースで取り替えられているものを示す。したがって、圧電材料は、その端部により基板の表面上に立ち上がる。ここで、下部電極層２００６ｃ、圧電材料層２００７ｃ、上部電極層２００８ｃ、マイクロミラー２００９ｃは下側支持部２００５ｃ上に位置していることが分かる。図１１ｃと異なる点は、圧電材料が絶縁および食刻防止層上に立ち上がっていることである。
【００８６】
図１６ａ〜図１６ｃは変形された後の圧電材料を持っている多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【００８７】
図１６ａは、圧電材料２００７ａの上下に電圧が印加されることにより、圧電材料の収縮力および膨張力により、下側支持部２００５ａ、下部電極層２００６ａ、圧電材料層１００７ａ、上部電極層２００８ａ、マイクロミラー２００９ａが下方に垂れている状態を示す。この際、圧電材料２００７ａは左右に収縮して左右方向への力を発生させるが、下側支持部２００５ａに圧電材料２００７ａの下部が堅く固着されているため、左右方向に作用する力は究極に圧電材料２００７ａを下方に引き下げる。
【００８８】
図１６ｂは、下側支持部２００５ｂの両側に位置する圧電材料層２００７ｂの上下に電圧が印加されることにより、左右方向に収縮する力が発生することが分かる。この際、圧電材料２００７ｂは左右に収縮して左右方向への力を発生させるが、下側支持部２００５ｂに圧電材料２００７ｂの下部が堅く固着されているため、左右方向に作用する力は究極に圧電材料２００７ｂを上方に引き上げることになる。その結果、下側支持部２００５ｂは上方に膨らみ、下側支持部２００５ｃの中央に位置するマイクロミラー２００９ｂは上方に膨らむ。
【００８９】
図１６ｃは下側支持部２００５ｃの中央に位置する圧電材料２００７ｃの上下に電圧が印加されると、下部電極層２００６ｃ、圧電材料層２００７ｃ、上部電極層２００８ｃ、マイクロミラー２００９ｃが上方に膨らむことが分かる。
【００９０】
図１７ａは立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一幅で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。回折型薄膜圧電マイクロミラーは電圧の印加により上下に移動する。
【００９１】
図１７ｂは立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが相違した幅で交互に配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。回折型薄膜圧電マイクロミラーは電圧の印加により上下に移動する。
【００９２】
図１７ｃは立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一間隔配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。ここで、絶縁層の上面にマイクロミラーが上面に形成され、形成されたマイクロミラーは入射光を回折させる。
【００９３】
本発明においては、圧電材料層が単層の場合について説明したが、低電圧駆動のため、圧電材料層を多層に構成することができる。この際、下部電極層と上部電極層も多層に構成される。
【００９４】
すなわち、下から第１下部電極層、第１圧電材料層、第１上部電極層、および第２下部電極層、第２圧電材料層、第２上部電極層、および第３下部電極層、・・・などに構成可能である。
【００９５】
以上説明した本発明による回折型薄膜圧電マイクロミラーおよびその製造方法を実施するための一実施例に過ぎないもので、本発明は前記実施例に限定されなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明が属する分野の通常の知識を持った者であればだれでも本発明を多様に変更実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】従来技術の静電気方式格子光変調器を示す斜視図である。
【図２】従来技術の静電気方式格子光変調器が変形されていない状態で入射光を反射させることを示す断面図である。
【図３】従来技術の格子光変調器が静電気力により変形された状態で入射光を回折させることを示す断面図である。
【図４】従来技術の静電気方式格子光変調器に対する履歴曲線を示すグラフである。
【図５】従来の改善された技術によるコラム型静電気方式回折格子光バルブの側断面図である。
【図６】従来の改善された技術による単一ディスプレイエレメントに相当する６本の長細いエレメントを含むＧＬＶ（Grating Light Valve）の部分平面図である。
【図７】従来の改善された技術による変形されていない状態で入射光を反射させる６本の細長いエレメントを含むＧＬＶのディスプレイエレメントの断面図である。
【図８】従来の改善された技術によるＧＬＶの静電気力により変形された長細いエレメントの側断面図である。
【図９】従来の改善された技術による変形された状態で入射光を回折させる６本の細長いエレメントが交互に配置されたＧＬＶのディスプレイエレメントの断面図である。
【図１０ａ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｂ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｃ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｄ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｅ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｆ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｇ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｈ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｉ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１０ｊ】本発明の一実施例による陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの製造過程を示す側断面図である。
【図１１ａ】変形されていない圧電材料を有する多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１１ｂ】変形されていない圧電材料を有する多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１１ｃ】変形されていない圧電材料を有する多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１２ａ】変形された圧電材料を有する多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１２ｂ】変形された圧電材料を有する多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１２ｃ】変形された圧電材料を有する多様な形態の陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１３ａ】陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一幅で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。
【図１３ｂ】陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが相違した幅で交互に配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。
【図１３ｃ】陥没部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一間隔で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。
【図１４ａ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｂ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｃ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｄ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｅ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｆ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｇ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１４ｈ】本発明のほかの実施例による立ち上がり部を有する薄膜圧電光変調器の製造過程を示す側断面図である。
【図１５ａ】変形されていない圧電材料を有する多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１５ｂ】変形されていない圧電材料を有する多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１５ｃ】変形されていない圧電材料を有する多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１６ａ】変形された圧電材料を有する多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１６ｂ】変形された圧電材料を有する多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１６ｃ】変形された圧電材料を有する多様な形態の立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーの側断面図である。
【図１７ａ】立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一幅で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。
【図１７ｂ】立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが相違した幅で交互に配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。
【図１７ｃ】立ち上がり部を有する回折型薄膜圧電マイクロミラーが同一間隔で配置されたディスプレイエレメントの駆動例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００１、２００１    シリコンウェーハ
１００２、２００４    マスク層
１００３    絶縁および食刻防止層
１００４、２００３    犠牲層
１００５，００５    下側支持部
１００６、２００６    下部電極
１００７、２００７    圧電材料
１００８、２００８    上部電極
１００９、２００９    マイクロミラー
【図１】
2005141208.tif 000003
【図２】
2005141208.tif 000004
【図３】
2005141208.tif 000005
【図４】
2005141208.tif 000006
【図５】
2005141208.tif 000007
【図６】
2005141208.tif 000008
【図７】
2005141208.tif 000009
【図８】
2005141208.tif 000010
【図９】
2005141208.tif 000011
【図１０ａ】
2005141208.tif 000012
【図１０ｂ】
2005141208.tif 000013
【図１０ｃ】
2005141208.tif 000014
【図１０ｄ】
2005141208.tif 000015
【図１０ｅ】
2005141208.tif 000016
【図１０ｆ】
2005141208.tif 000017
【図１０ｇ】
2005141208.tif 000018
【図１０ｈ】
2005141208.tif 000019
【図１０ｉ】
2005141208.tif 000020
【図１０ｊ】
2005141208.tif 000021
【図１１ａ】
2005141208.tif 000022
【図１１ｂ】
2005141208.tif 000023
【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
2005141208.tif 000027
【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
2005141208.tif 000029
【図１３ｃ】
2005141208.tif 000030
【図１４ａ】
2005141208.tif 000031
【図１４ｂ】
2005141208.tif 000032
【図１４ｃ】
2005141208.tif 000033
【図１４ｄ】
2005141208.tif 000034
【図１４ｅ】
2005141208.tif 000035
【図１４ｆ】
2005141208.tif 000036
【図１４ｇ】
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【図１４ｈ】
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【図１５ａ】
2005141208.tif 000039
【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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