(57)【要約】  マイクロミラー装置のアレイを備えた空間光変調器が、そのような空間光変調器を作製する方法とともに開示される。隣接するマイクロミラー装置の中心間の距離と隙間とが、光学効率と性能の質を最適化するために用いられる光源と対応して決定される。マイクロミラー装置は基板上で形成されたヒンジ支持体とヒンジ支持体によって保持されるヒンジとを備える。ミラープレートはコンタクトを介してヒンジと接続され、ミラープレートとヒンジとの間の距離はミラープレートの所望の最大回転角度と隣接するマイクロミラー間の最適な隙間とピッチとによって決定される。このような空間光変調器を製造する方法では、１つの犠牲層が基板上に堆積され、次いでミラープレートを形成し、別の犠牲層がミラープレート上に堆積され、次いでヒンジ支持体を形成する。２つの犠牲層は、自発的な気相化学エッチャントを用いて、隣接するミラー装置間の小さい隙間を介して除去される。このような空間光変調器および光源と、光源からの光をマイクロミラーのアレイ上で集光する集光光学系と、マイクロミラーのアレイから選択的に反射された光をターゲット上に投射する投射光学系と、マイクロミラーをアレイで選択的に作動するための制御器とを備えた投射システムも開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の犠牲層を、当該第１および第２の犠牲層のうちの一方の上のヒンジ層に形成されたヒンジと、当該第１および第２の犠牲層のうちの他方の上のミラープレート層に形成されたミラープレートとともに形成することであって、
前記ミラープレートは、隣接するミラープレート間に０．１５から０．５μｍの隙間を有し、
前記第１および第２の犠牲層のうちの一方は、前記ミラープレート層と前記ヒンジ層との間にあり、０．１５から１．５μｍの厚さを有していることと、
各ミラープレートについて、前記ミラープレートを支持するために前記第２の犠牲層の上にヒンジ支持体を形成することと、
前記第１および第２の犠牲層のうちの一方または両方の少なくとも一部を自発的な気相化学エッチャントを用いて除去することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の犠牲層上の前記ミラープレートのアレイを形成する工程は、隣接するミラープレートの中心間の距離が４．３８から１０．１６μｍであるように前記第１の犠牲層上の前記ミラープレートのアレイを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２の犠牲層を前記自発的な気相化学エッチャントを用いて除去する工程は、
前記自発的な気相化学エッチャントを用いて隣接するミラープレート間の前記隙間を介して前記第１の犠牲層を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記隙間は０．１５から０．２５μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記隙間は０．２５から０．５μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の犠牲層の厚さは０．５から１．５μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各ミラープレートについて前記第２の犠牲層の上に前記ヒンジ支持体を形成する工程は、前記第１および第２の犠牲層を除去した後に、ａ）前記ミラープレートを上から見たときに前記ミラープレートの対角線と平行であるが対角線からオフセットした回転軸に沿って前記基板に対して前記ミラープレートが回転することができ、ｂ）前記ミラープレーが前記基板に対して少なくとも１４°の角度まで回転することができるように前記ミラープレートに対してヒンジを形成することをさらに含み、
前記第１の犠牲層の上に前記ミラープレートのアレイを形成する工程は、
隣接するミラープレート間の隙間が０．１５から０．５μｍであるように前記第１の犠牲層の上に前記ミラープレートのアレイを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
各ミラープレートについて前記第２の犠牲層の上にヒンジ支持体を形成する工程は、
前記第１および第２の犠牲層を除去した後に、前記ミラープレートが前記基板に対して少なくとも１４°の角度で前記基板の上方で回転することができるように前記ミラープレート用のヒンジを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
各ミラープレート用の電極を形成することと、
前記ミラープレートを静電的に偏向するために前記ミラープレートに近接して前記電極を配置することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板は、可視光透過性のガラスまたは石英である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板の表面上に反射防止膜を堆積することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板の縁部周りに光吸収フレームを堆積することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の犠牲層を除去する工程は、残留ガス分析器を用いて除去される前記犠牲層の終点をモニターすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の犠牲層または前記第２の犠牲層は、アモルファスシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記自発的な気相化学エッチャントはハロゲン間化合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記気相化学エッチャントはＨＦである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記自発的な気相エッチャントは希ガスハロゲン化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記希ガスハロゲン化物は二フッ化キセノンである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ハロゲン間化合物は、三塩化臭素または三フッ化臭素を包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２の犠牲層を除去する際に、希釈剤が前記自発的な気相化学エッチャントと混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記希釈剤は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅから選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記希釈剤は、Ｎ２とＨｅとから選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
基板上に形成された可動式ミラープレートのアレイであって、前記ミラープレートに入射する光線を選択的に反射するミラープレートを備える空間光変調器であって、
隣接するミラープレートが前記基板と平行である場合に、前記隣接するミラープレートの隙間は０．１５から０．５μｍである、空間光変調器。
【請求項２４】
前記ミラープレートが前記基板に対して回転することができるように各ミラープレートに取り付けられるヒンジをさらに備え、
前記ヒンジと前記ミラープレートとは０．５から１．５μｍ離れている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項２５】
前記隣接するミラープレートの中心間の距離は４．２８から１０．１６μｍである、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項２６】
前記ミラープレートのアレイは、前記ミラープレートアレイの長さに沿って少なくとも１２８０個のミラープレートを備える、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項２７】
前記ミラープレートのアレイは、前記ミラープレートアレイの長さに沿って少なくとも１４００個のミラープレートを備える、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項２８】
前記ミラープレートのアレイは、前記ミラープレートアレイの長さに沿って少なくとも１６００個のミラープレートを備える、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項２９】
前記ミラープレートのアレイは、前記ミラープレートアレイの長さに沿って少なくとも１９２０個のミラープレートを備える、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項３０】
前記隣接するミラープレートは、前記隣接するミラープレートが前記基板と平行である場合に、間に０．５μｍ以下の隙間を有する、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項３１】
前記ヒンジと前記ミラープレートとの間の距離は０．５から０．８μｍである、請求項２４に記載の空間光変調器。
【請求項３２】
前記ヒンジと前記ミラープレートとの間の距離は０．８から１．２５μｍである、請求項２４に記載の空間光変調器。
【請求項３３】
前記ヒンジと前記ミラープレートとの間の距離は１．２５から１．５μｍである、請求項２４に記載の空間光変調器。
【請求項３４】
前記隣接するミラープレートの中心間の距離は６．２３から９．３４μｍである、請求項２５に記載の空間光変調器。
【請求項３５】
前記隣接するミラープレートの中心間の距離は４．３８から６．５７μｍである、請求項２５に記載の空間光変調器。
【請求項３６】
前記隣接するミラープレートの中心間の距離は４．３８から９．３４μｍである、請求項２５に記載の空間光変調器。
【請求項３７】
前記ミラープレートを上から見たときに前記ミラープレートの対角線と平行であるが対角線からオフセットした回転軸に沿って前記基板に対して前記ミラープレートが回転することができるように前記ミラープレートに取り付けられたヒンジをさらに備え、
前記ミラープレートは前記基板に対して少なくとも１４°の角度で回転でき、
前記隣接するミラープレートの中心間の距離は４．３８から１０．１６μｍであり、
前記ヒンジと前記ミラープレートとは、０．５から１．５μｍ離れている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項３８】
前記ミラープレートを静電的に偏向するために各ミラープレートに近接して電極をさらに備える、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項３９】
前記基板は可視光透過性のガラスまたは石英である、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項４０】
前記基板は、前記基板の表面上に反射防止膜を備える、請求項３９に記載の空間光変調器。
【請求項４１】
前記基板は、前記基板の縁部周りに光吸収フレームを備える、請求項３９に記載の空間光変調器。
【請求項４２】
各ミラープレートは面積を有し、前記基板の面積に対する前記ミラープレートの全面積の合計の比率は９０％以上である、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項４３】
各ミラープレートは、静電界に応じて前記基板に対して回転する、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項４４】
前記基板に対して第１の回転方向に回転させるよう前記ミラープレートを駆動する第１の電極と、
前記基板に対して第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に回転させるよう前記ミラープレートを駆動する第２の電極と、
をさらに備える、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項４５】
前記第１の電極と前記第２の電極とは、前記ミラープレートの前記回転軸に対して同じ側にある、請求項４４に記載の空間光変調器。
【請求項４６】
前記第１の電極と前記第２の電極とは、前記ミラープレートの前記回転軸に対して反対側にある、請求項４４に記載の空間光変調器。
【請求項４７】
前記基板は半導体である、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項４８】
前記隣接するミラープレート間の前記隙間は０．１５から０．２５μｍである、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項４９】
前記隣接するミラープレート間の前記隙間は０．２５から０．５μｍである、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５０】
前記隣接するミラープレート間の前記隙間は０．５μｍ以下である、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５１】
前記ヒンジと前記ミラープレートとの間の前記距離は０．１５から０．２５μｍである、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５２】
前記ミラープレートは、前記基板に対して１５°から２７°の角度まで第１の方向で前記ミラープレートが回転するようにヒンジに取り付けられている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５３】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項５２に記載の空間光変調器。
【請求項５４】
前記ミラープレートは、前記基板に対して１７．５°から２２．５°の角度まで第１の方向で前記ミラープレートが回転するようにヒンジに取り付けられている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５５】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項５４に記載の空間光変調器。
【請求項５６】
前記ミラープレートは、前記基板に対して約２０°の角度まで第１の方向で前記ミラープレートが回転するようにヒンジに取り付けられている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５７】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項５６に記載の空間光変調器。
【請求項５８】
前記ミラープレートは、前記基板に対して３０°程度まで第１の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項５９】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項５８に記載の空間光変調器。
【請求項６０】
前記ミラープレートは、前記基板に対して１２°から２０°の角度まで第１の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項２５に記載の空間光変調器。
【請求項６１】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項６０に記載の空間光変調器。
【請求項６２】
前記ミラープレートは、前記基板に対して１２°から２０°の角度まで第１の回転方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項２４に記載の空間光変調器。
【請求項６３】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項６２に記載の空間光変調器。
【請求項６４】
前記ミラープレートは、前記基板に対して１２°から２０°の角度まで第１の回転方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられ、
前記ヒンジと前記ミラープレートとは０．５から１．５μｍ離れている、請求項２５に記載の空間光変調器。
【請求項６５】
前記ミラープレートは、前記基板に対して２°から９°の角度まで第２の方向で前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項６４に記載の空間光変調器。
【請求項６６】
各ミラープレートは、隙間によって各々のミラープレートと分離されているヒンジで前記基板上に保持されている、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項６７】
前記ミラープレートと前記ヒンジとの間の前記隙間は０．１５から１．５μｍである、請求項２３に記載の空間光変調器。
【請求項６８】
前記ミラープレートと前記ヒンジとの間の前記隙間は０．１５から０．４５μｍである、請求項６７に記載の空間光変調器。
【請求項６９】
前記ミラープレートと前記ヒンジとの間の前記隙間は０．５から１．５μｍである、請求項６７に記載の空間光変調器。
【請求項７０】
光源と、
請求項２３に記載の空間光変調器と、
前記光源から前記空間光変調器へ光を向けるための第１のレンズと、
前記空間光変調器から反射された光を表示ターゲット上へ向けるための第２のレンズと、
を備える投射システム。
【請求項７１】
前記光源は、有効アーク長さが１．０ｍｍ程度のアーク燈である、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記光源は、有効アーク長さが１．０ｍｍ未満のアーク燈である、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７３】
前記光源は、有効アーク長さが約０．７ｍｍのアーク燈である、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７４】
複数の動画信号を入力する動画信号入力部をさらに備え、当該複数の動画信号に基づいて、前記空間光変調器の前記ミラープレートは、前記ミラープレートから反射された光が前記表示ターゲット上で複数の動画を形成するように、選択的に光を反射する、請求項７０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、微小電気機械システムの技術に関し、特に、表示システムで使用するための複数のマイクロミラーを備えるマイクロミラーアレイ装置に関する。
【発明の背景】
【０００２】
本発明は、例えば投射型表示装置用（またはステアリング・ライト・ビーム、マスクレスリソグラフィーおよびマスクレスマイクロアレイ製造用）のマイクロミラーアレイ内に設けられる反射マイクロミラーを有する空間光変調器に関する。簡略化された当該表示システムを図１に示す。非常に基本的な構成において、表示装置１００は、光源１０２と、光学デバイス（例えばライトパイプ１０４、集光レンズ１０６および投射レンズ１０８）と、表示ターゲット１１２と、複数のマイクロミラー装置（例えばマイクロミラー装置のアレイ）をさらに備えた空間光変調器１１０とを備えている。光源１０２（例えばアーク燈）は、光積分器／パイプ１０４および集光レンズ１０６を通って空間光変調器１１０上に光を出射する。空間光変調器１１０のマイクロミラーは、（例えば２００２年５月１４日付で発行され、本願において援用される米国特許第６，３８８，６６１号に開示されているように）制御器によって、「ＯＮ」位置では入射光を投射光学系１０８内へ反射するよう選択的に作動され、その結果、表示ターゲット１１２（スクリーン、観察者の目、感光性材料など）上で画像となる。概して、（各々が赤、緑、赤色の３色の原色のうちの１つを変調するよう指定されている）４つ以上の空間光変調器を採用したシステムなど、より複雑な光学システムが、特にカラー画像を表示する用途で用いられることが多い。
【０００３】
表示システムの画像は明るいことが望ましい場合が多い。明るい画像は、マイクロミラーアレイ自体の光学効率（ミラーの充填率、回折、反射率など）および投射システムの光学効率（光源、フィルターおよびレンズを介した光の損失、マイクロミラーアレイの光学効率など）を含む多数の要因によって作ることができる。投射表示システムの輝度を上げる１つの方法は、より短いアーク長さのアーク燈を用いることである。例えば、アーク長さが０．７ｍｍまたは１．０ｍｍだと、アーク長さが１．３ｍｍまたは１．６ｍｍのランプよりも高輝度である。というのは、アーク長さがより短いランプによって発生した光線は、光学システムをより簡単に通過することができるからである。
【０００４】
ただし、投射システムでアーク燈を使用するには、好適な寸法のマイクロミラーアレイを利用することが好ましい。特に、投射システムの光学効率（またはより具体的にはアレイに対する光源の光学結合効率で、その効率で空間光変調器によって画像の明るさが作られる）が低下されるべきではない場合には、所定のアーク長さを有するアーク燈に対して、空間光変調器はサイズが十分大きいことが望ましい。しかしながら、大きな空間光変調器は、製造および光学素子（例えば、集光および投射レンズ）の費用が高くなるなど多くの要因により、費用効率が良くない。表示システムおよび空間光変調器の実際の設計では、費用効率と光学効率はバランスを取る必要があり、それによって空間光変調器の最適な大きさができる。
【０００５】
マイクロミラーアレイの径（ｄｉａｍｅｔｅｒ；差し渡し）は、（マイクロミラーアレイのマイクロミラーの数として規定される）マイクロミラーアレイの所定の解像度については、（隣接するマイクロミラーの中心間の距離と規定される）マイクロミラーピッチに比例する。最適なサイズの空間光変調器を考えると、より高い解像度を望むのであれば、マイクロミラーピッチを小さくする必要がある。ミラーピッチは、隣接するマイクロミラー間の隙間とマイクロミラーのサイズとの合計であるので、（全体のアレイサイズに対する反射面積の割合で、ピッチに対するミラーサイズの比率によって測定される）充填率が損なわれるべきでない場合にミラーピッチを小さくするためには、隣接するマイクロミラー間の隙間を小さくすることが求められる。
【０００６】
したがってマイクロミラー装置のアレイを有する空間光変調器とそのような空間光変調器を作製する方法とが必要とされ、それによって同じ最適なサイズを維持しながら解像度をより高くすることができる。
【発明の概略】
【０００７】
本発明では、空間光変調器のマイクロミラーアレイの設計とその作製方法との両方が提供される。この空間光変調器によって、良好な解像度と光学効率とを可能にしながら、全体的な寸法が小さいマイクロミラーアレイが可能となる。さらに、この空間光変調器によって、マイクロミラーアレイの寸法を同じにしながら、解像度と光学効率をより高くすることができる。本発明の多数の実施形態においては、マイクロミラーアレイは１０．１６μｍ以下のピッチを有するよう構成されている。他の実施形態においては、マイクロミラーアレイの設計は、隣接するマイクロミラー間の隙間が０．５μｍ以下であるマイクロミラーアレイを含む。その他の実施形態では、その隙間は０．１から０．５μｍである。さらに別の実施形態では、マイクロミラーは、ＯＮ位置とＯＦＦ位置が対称でないように構成されている。さらなる実施形態においては、ミラーアレイを作製する方法は、自発的な気相化学エッチャントを用いて、通常の寸法よりも小さいミラーを提供する。
【０００８】
本発明の一実施形態においては、ある方法が開示されている。この方法は、基板の上に第１の犠牲層を堆積することと、第１の犠牲層の上にミラープレートのアレイを形成し、ミラープレートアレイの隣接するミラープレート間の隙間は０．１５から０．５μｍであることと、ミラープレートの上に厚さが０．５から１．５μｍの第２の犠牲層を堆積することと、各ミラープレートについて、ミラープレートを支持するために第２の犠牲層の上にヒンジ支持体を形成することと、自発的な気相化学エッチャントを用いて第１および第２の犠牲層の一方または両方の少なくとも一部を除去することとを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態においては空間光変調器が開示されている。この空間光変調器は、ミラー装置に入射する光を選択的に反射するために基板上に形成されたミラー装置のアレイを備え、各ミラー装置は、光を反射するためのミラープレートと、基板に対してミラープレートが回転できるようにミラープレートに取り付けられたヒンジであって、ヒンジとミラープレートとは０．５から１．５μｍ離れているヒンジと、ヒンジを基板上で保持するための基板上のヒンジ支持体とを備え、隣接するミラープレートの隙間は０．１５から０．５μｍである。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態において空間光変調器が開示されている。空間光変調器は、ミラープレート上に入射する光線を選択的に反射するために基板上に形成された可動式ミラープレートのアレイを備え、隣接するミラープレートが基板と平行である場合に、隣接するミラープレートの隙間は０．１５から０．５μｍである。
本発明のさらに別の実施形態においてはプロジェクターが開示されている。このプロジェクターは、光源と；空間光変調器であって、ミラー装置への入射光を選択的に反射するために基板上に形成されたミラー装置のアレイをさらに備え、各ミラー装置は、光を反射するためのミラープレートと、基板に対してミラープレートが回転できるようにミラープレートに取り付けられたヒンジであって、ヒンジとミラープレートとは０．５から１．５μｍ離れているヒンジと、基板上でヒンジを保持するために基板の上にあるヒンジ支持体とを備え、隣接するミラープレートの隙間は０．１５から０．５μｍであるミラー装置を備えた空間光変調器と；光源からの光を空間光変調器に向けるための集光レンズと；空間光変調器から反射した光を集光し表示ターゲット上に向ける投射レンズとを備えている。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態においてはプロジェクターが開示されている。このプロジェクターは、光源と空間光変調器とを備え、空間光変調器は、基板上に形成され、ミラープレートに入射する光線を選択的に反射するための可動式ミラープレートのアレイをさらに備え、ミラープレートが基板と平行である場合に隣接するミラープレートの隙間は０．１５から０．５μｍである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
添付の特許請求の範囲に本発明の特徴を特に記載しているが、本発明は、その目的および利点とともに、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明から最も良く理解されよう。
【００１３】
図１は、空間光変調器を採用した例示的な表示システムを概略的に示す。
【００１４】
図２は、マイクロミラーのアレイを有する例示的な空間光変調器を示す。
【００１５】
図３は、マイクロミラーアレイの径に対する、マイクロミラーアレイによって生成された画像の明るさと、マイクロミラーアレイの製造費と、（費用ごとの明るさと規定された）値を概略的に示す図である。
【００１６】
図４は、種々の解像度でのマイクロミラーアレイの径を備えるピッチサイズの変動を計算する。
【００１７】
図５は、画素ピッチに対するマイクロミラーアレイ装置の照射効率の変動を計算する。
【００１８】
図６ａは、対称的に回転する２つの隣接するミラープレートで規定される最小の隙間を概略的に示す。
【００１９】
【００２０】
図６ｂは、対称的に回転する２つの隣接するミラープレートで規定される別の最小の隙間を概略的に示し、ミラープレートとヒンジとの間の距離は図６ａの距離よりも小さい。
【００２１】
図６ｃは、非対称的に回転する２つの隣接するミラープレートで規定されるさらに別の最小の隙間を概略的に示し、ミラープレートとヒンジとの間の距離は図６ｂの距離と同じである。
【００２２】
図７は、一方のマイクロミラーがＯＦＦ状態で他方がＯＮ状態であるときの２つの隣接するミラープレートの相対的な回転位置を示す２つの隣接するマイクロミラーの断面図である。
【００２３】
図８ａは、本発明の一実施形態にかかる例示的なマイクロミラーアレイを示す。
【００２４】
図８ｂは、図８ａのマイクロミラーアレイのマイクロミラー装置を示す。
【００２５】
図９ａは、本発明の一実施形態にかかる別の例示的なマイクロミラーアレイを示す。
【００２６】
図９ｂは、図９ａのマイクロミラーアレイのマイクロミラー装置を示す。
【００２７】
図１０ａから図１０ｃは、例示的な製造プロセス中のマイクロミラーの断面図である。
【００２８】
図１１は、犠牲層を除去するためのエッチングプロセスで実行される工程を示すフローチャートである。
【００２９】
図１２は、図１１のエッチングプロセスで使用される主な構成部品を示すブロック図である。
【００３０】
図１３は、エッチングプロセスの最中のミラー装置の断面図である。
【発明の詳細な説明】
【００３１】
本発明では、空間光変調器のマイクロミラーアレイの設計とその作製方法との両方が提供される。この空間光変調器によって、解像度と光学効率とを良好にしながら、全体の寸法が小さいマイクロミラーアレイが可能となる。さらに、この空間光変調器によって、空間光変調器のマイクロミラーアレイの全体の寸法を同じにしながら、解像度と光学効率をより高くすることができる。
【００３２】
本発明によると、表示システムの光源は、好ましくは１．６ｍｍ以下、より好ましくは１．３ｍｍ以下、さらに好ましくは１．０ｍｍ以下の短いアーク長さを有するアーク燈である。アーク燈の電力は１００から２５０ワットであるのが好ましい。
【００３３】
図２を参照すると、マイクロミラーアレイと空間光変調器の寸法が規定されている。空間光変調器１１０は、ｍ×ｎのマイクロミラー（例えばマイクロミラー装置１１４）を有するマイクロミラーのアレイを備えている。なお、ｍおよびｎは、アレイの列と行のマイクロミラー装置の数をそれぞれ表している。マイクロミラーアレイはまた、一般にインチで測定される明確な対角線を有している。挿入図で示されているように、隙間とピッチが２つの隣接するマイクロミラーによって規定されている。Ｌｐｌａｔｅはマイクロミラーのサイズを示し、Ｗｐｏｓｔはマイクロミラーのポスト面積を示している。ポスト面積は、ミラープレートを保持するためのポスト（例えば図８ｂおよび図９ｂのポスト２１９）が形成された面積である。挿入図は、矩形状のマイクロミラーの寸法と隣接するマイクロミラーの寸法を示しているが、それらの寸法規定は任意のマイクロミラーおよびマイクロミラーアレイに適用されることができる。
【００３４】
費用効率の要求を満たしながらアーク燈を表示システムの光源として適合させるために、空間光変調器のマイクロミラーアレイにとって最適な径（ｄｉａｍｅｔｅｒ）が決定される。例えば、アーク長さが約１．０ｍｍのアーク燈を用いた表示システムでは、アーク燈からの光を変調する空間光変調器によって生成された画像の明るさと、空間光変調器の費用と、（費用ごとの明るさとして規定された）値とが、空間光変調器の全体の径に対して、図３にてプロットされている。図３を参照すると、明るさと費用は、右側のＹ軸に対して破線と点線でそれぞれプロットされている。値は左側のＹ軸に対して実線でプロットされている。この図面からわかるように、明るさは、マイクロミラーアレイの径が大きくなるにつれて大きくなり、マイクロミラーアレイの径が約０．８インチを超えると飽和になる。単純近似として、費用はマイクロミラーアレイの径に直線的に比例する。費用ごとの明るさとして規定された値はマイクロミラーアレイの径とともに変動し、径が約０．７インチのときに最大値を示す。本発明によると、マイクロミラーアレイの径は０．５５から０．８インチであるのが好ましく、０．６５から０．７５インチであるのがより好ましく、約０．７インチであるのがより好ましい。
【００３５】
空間光変調器内のマイクロミラーアレイの径を考えると、マイクロミラーアレイの（隣接するマイクロミラーの中心間の距離として規定される）ピッチは、マイクロミラーアレイの解像度に依存する。ピッチは以下のように表されることができる。
【数１】
2006528794.tif 000002
図４は、種々の解像度でのマイクロミラーアレイのピッチ対径の変動を示している。図４を参照すると、白丸、白四角、白三角および黒丸は、１２８０×７２０、１４００×１０５０、１６００×１２００および１９２０×１０８０をそれぞれ表している。径が約０．３８インチの場合、最適なピッチサイズは４．３８から６．５７μｍで、解像度は１９２０×１０８０から１２８０×７２０まで変化することが図からわかる。マイクロミラーアレイの径が約０．５４インチの場合、最適なピッチサイズは６．２３から９．３４μｍで、解像度は１９２０×１０８０から１２８０×７２０まで変化する。マイクロミラーアレイの径が約０．７インチの場合、最適なピッチサイズは８．０７から１２．１１μｍで、解像度は１９２０×１０８０から１２８０×７２０まで変化する。マイクロミラーアレイの径が約０．８６インチの場合、最適なピッチサイズは９．９２から１４．８７μｍで、解像度は１９２０×１０８０から１２８０×７２０まで変化する。
【００３６】
マイクロミラーアレイの径は、２つの寸法パラメータ、すなわち、図２で規定するように、マイクロミラーのミラープレート（Ｌｐｌａｔｅ）の対角線と、隣接するマイクロミラー間の隙間とに依存する。２つのパラメータのうち隙間は、光を反射する際のマイクロミラーの光学効率を低下させる。この種の低下は、照射効率の観点から分析することができる（照射効率は、マイクロミラーアレイの全面積に対する全有効反射面積の割合として規定されるため）。具体的には、照射効率（ｅｆｆ）は以下のように表すことができる。
【数２】
2006528794.tif 000003
ここで、項（ｐｉｔｃｈ−ｇａｐ）２−２×Ｗｐｏｓｔ２は、マイクロミラーアレイのマイクロミラーの全有効反射面積であり、ｐｉｔｃｈ２は、マイクロミラーアレイのマイクロミラーの全面積である。図５は、ポストのサイズが固定され（Ｗｐｏｓｔ＝１．０μｍ）、隙間のサイズが０．５μｍ、０．２５μｍおよび０．１５μｍである、照射効率対ピッチサイズをプロットしている。具体的には、黒三角の線、黒丸の線および黒丸の線は、それぞれ、隙間が０．２５μｍ、０．５μｍおよび０．１５μｍでポストサイズが０．５μｍであるときの画素ピッチへの照射効率の依存度をプロットしている。この図から、隙間が約０．２５μｍである場合、８５％よりも高い照射効率を得るためにマイクロミラーアレイのピッチサイズは少なくとも４．３８μｍであることが理解できる。そして、隙間が約０．５μｍである場合、８５％よりも高い照射効率を得るためにマイクロミラーアレイのピッチサイズは少なくとも８．０７μｍである。照射効率が９０％よりも高いことが望まれている場合、隙間のサイズが約０．１５μｍ、０．２５μｍおよび０．５μｍであると、ピッチサイズはそれぞれ少なくとも４．３８μｍ、６．２３μｍおよび１０．１６μｍである。本発明において、マイクロミラーアレイ装置のピッチサイズは４．３８から１０．１６μｍであるのが好ましく、４．３８から９．３４μｍであるのが好ましく、４．３８から６．５７μｍであるのが好ましく、６．２３から９．３４μｍであるのが好ましく、８．０７から１０．１６μｍであるのがより好ましい。また、隣接するマイクロミラー間の隙間は０．５μｍ以下であるのが好ましく、０．２５から０．５μｍであるのがより好ましく、０．１５から０．２５μｍであるのがより好ましい。
【００３７】
上述のように、表示システムの光学効率および費用効果の点において、表示システムの空間光変調器内のマイクロミラーアレイは、最適な径を有している。径が最適なマイクロミラーアレイに対しては、より多くのマイクロミラーを収容してより高い解像度を達成するためにマイクロミラーアレイのピッチサイズを小さくすることが望まれる。ピッチはマイクロミラーの長さと隣接するマイクロミラー間の隙間との合計であるので、ピッチは、マイクロミラーサイズを小さくするかまたは隣接するマイクロミラー間の隙間を小さくするかのいずれかによって小さくすることができる。しかしながら、隙間のサイズを小さくせずにマイクロミラーのサイズを小さくすると、図５を参照して述べたように、マイクロミラーアレイの照射効率が低下する。それゆえ、ミラーサイズを小さくすることだけでなく、隙間を小さくすることは、所定の最適径のマイクロミラーアレイに対してより高い解像度を達成するのに好まれる。隙間サイズとミラーサイズを小さくすることによってピッチを小さくすることができるが、隙間サイズとミラーサイズの双方が小さくされる必要はない。特に、隙間を小さくすることは、それが達成可能であるならば、ピッチを小さくするために好まれる。所望の小さいピッチが隙間を小さくするだけでは達成できない場合、ミラーサイズが小さくされる。
【００３８】
マイクロミラーアレイの隣接するマイクロミラー間の隙間を小さくすることを可能にするために、本発明のマイクロミラーは、マイクロミラーのミラープレートが回転軸に沿って非対称に回転するよう構成されている。なぜならば、本発明のマイクロミラーは、非対称な回転によって、対称的な回転より隙間を小さくすることができるからである。さらに、ミラープレートと回転軸との間の距離は、ミラープレートとミラープレートが形成される基板との間の距離と比較すると同じくらい小さい。詳細な実施形態を図６ａ、図６ｂおよび図６ｃを参照して以下に述べる。本発明の任意の特徴として、そのように非対称は、隣接するマイクロミラーを互いに衝突させずにピッチと隙間とが小さいマイクロミラーアレイの達成に役立つ。
【００３９】
図６ａは、各々が対称的に回転する、２つの隣接するマイクロミラーの断面図を示している。各マイクロミラーの黒丸はミラープレートの回転軸を表している。ｐｉｔｃｈ１は隣接するマイクロミラー間の（２つの回転軸間の距離と等しい）ピッチを示し、ｔｓａｃはミラープレートと回転軸間の距離である。各ミラープレートの両端の軌跡が点線の円でプロットされている。マイクロミラー２は固定され、そのミラープレートは、マイクロミラーのＯＦＦ状態と対応するＯＦＦ状態角度まで時計回りに回転する。マイクロミラー１は、マイクロミラー２により近いかまたはさらに離れるように製造され得る。それゆえｐｉｔｃｈ１は可変である。この図では、マイクロミラー１は、マイクロミラー１のミラープレートがＯＮ状態角度の方へ反時計回りに回転する間、ミラープレートの「右側」端部は接触しているがマイクロミラー２のミラープレートの「左側」端部と衝突しないように、ある位置で配置される。この状況から、ｇａｐ１は、２つの隣接するマイクロミラーの２つのミラープレートが「平坦」である（例えば基板に対して平行または偏向していない）場合に、その２つのミラープレートによって規定されている。
【００４０】
図６ｂは、各々が対称に回転する、２つの隣接するマイクロミラーの断面図を示している。ミラープレートと回転軸との間の距離ｔｓａｃ２は、図６ａにおける距離よりも小さく、すなわちｔｓａｃ２＜ｔｓａｃ１である。図６ａと図６ｂの隙間とピッチとを比較すると、ｇａｐ２＜ｇａｐ１およびｐｉｔｃｈ２＜ｐｉｔｃｈ１となることがわかる。つまり、ｔｓａｃ２がより小さいと、マイクロミラーアレイの隙間とピッチを小さくすることができる。
【００４１】
図６ｂの隣接するマイクロミラー間の隙間およびピッチは、図６ｃに示されるように、ミラープレートをヒンジに非対称に取り付けることによってさらに小さくすることができる。図６ｃを参照すると、２つの隣接するマイクロミラーの断面図が示され、各々のマイクロミラーは、ミラープレートが回転軸に沿って非対称に回転するようにヒンジに取り付けられている。具体的には、各ミラープレートはヒンジに取り付けられ、取り付け点はミラープレートの一端に他端よりも近づいて位置する。例えば、マイクロミラー１のミラープレートの取り付け点は、ミラープレートの「右側」端部Ａから離れて位置している。また、マイクロミラー２のミラープレートの取り付け点は、マイクロミラー２の「左側」端部Ｂの方に位置している。それ以外は、ミラープレートは図６ａおよび図６ｂのミラープレートと同一である（例えば、図６ｃのミラープレートと回転軸との間の距離は図６ｂの距離と同じである）。ミラープレートの端部Ａおよび端部Ｂの軌跡が点線の円で示されている。回転軸に沿ったミラープレートの回転は非対称であるため、端部Ａと端部Ｂの軌跡の円は異なる。図６ｂと図６ｃの隙間とピッチを比較すると、図６ｃのｇａｐ３とｐｉｔｃｈ３は図６ｂおよび図６ａのｇａｐおよびｐｉｔｃｈよりも小さいことがわかる。特に、ｇａｐ3＜ｇａｐ2＜ｇａｐ1およびｐｉｔｃｈ3＜ｐｉｔｃｈ2＜ｐｉｔｃｈ1である。本発明において、ミラープレートと回転軸との間の距離が短くなくてもよく、また回転は非対称でなくてもよいので、それらは、ピッチと隙間が小さいマイクロミラーアレイを、特に本発明における寸法範囲の下限で達成することに役立つ。
【００４２】
図７を参照すると、２つの隣接するマイクロミラーの断面図が示されている。マイクロミラーの各ミラープレート（例えばミラープレート１１６）は回転軸に沿って非対称に回転する。具体的には、ミラープレート（例えばミラープレート１１６）はヒンジコンタクト（例えばヒンジコンタクト１１８）を介してヒンジ（例えばヒンジ１２０）に取り付けられる。ミラープレートとヒンジとの間の距離はｔｓａｃで示されている。この図からわかるように、ミラープレートはヒンジに非対称に取り付けられている。具体的には、ヒンジコンタクトへのミラープレートの取り付け点は、ミラープレートをＯＮ状態またはＯＦＦ状態に非対称に回転させることができるように、ミラープレートの一端へ延びている。ＯＮ状態とは、ミラープレートで反射された光が投射レンズ（例えば、図１の投射レンズ１０８）で集光され、表示ターゲット（例えば、図１の表示ターゲット１１２）上で画像の「明るい（ｂｒｉｇｈｔ）」画素を生成する状態と規定される。ＯＦＦ状態とは、光がミラープレートによって投射レンズから離れて反射され、表示ターゲット上で「暗い（ｄａｒｋ）」画素となる状態と規定される。
【００４３】
ＯＮ状態角度とＯＦＦ状態角度は、画像のコントラスト比など、生成された画像の質に影響を及ぼす。高コントラスト比を得るために、ＯＮ状態に対応する大きなＯＮ状態角度とＯＦＦ状態に対応するゼロでないＯＦＦ状態角度とが好まれる。具体的には、ＯＮ状態角度は１２°から１８°、ＯＦＦ状態角度は−２°から−８°であるのが好ましい。なお、「＋」と「−」の記号は、この図に示されるように、ミラープレートの対向する回転方向を表している。
【００４４】
ＯＮ状態回転角度とＯＦＦ状態回転角度とは、ミラープレートに静電力を印加し、ミラープレートがＯＮ状態角度またはＯＦＦ状態角度まで回転すると、ミラープレートの回転を止めるための停止機構を設けることによって達成される。例えば、停止機構は、ミラープレートが形成された基板（例えば図８ｂの基板２１０）または指定されたストップ（例えば図８ｂのストップ２１６）であり得る。どちらの場合でも、ＯＮ状態では回転角度を大きく、ＯＦＦ状態では回転角度を小さくする利益を得るために、ミラープレートとヒンジとの間の距離は小さいことが望まれる。本発明によると、ミラープレートとヒンジとの間の距離は０．１５から０．４５μｍ、例えば０．１５から０．２５μｍ、または０．２５から０．４５μｍであるのが好ましい。０．５から１．５μｍ、または０．５から０．８μｍ、または０．８から１．２５μｍ、または１．２５から１．５μｍなど、ミラープレートとヒンジとの間の距離がより大きくてもよい。
【００４５】
図８ａを参照すると、例示的なマイクロミラーアレイ装置１１０が示されている。マイクロミラーアレイ装置は、ｍ×ｎのマイクロミラーを備えている。なお、ｍおよびｎは、アレイの列と行のマイクロミラー装置の数をそれぞれ表している。ｍとｎの値は、表示される画像の解像度を示す。本発明の実施形態において、ｍ×ｎは、１２８０×７２０、１４００×１０５０、１６００×１２００、１９２０×１０８０、２０４８×１５３６またはそれより高いことが好ましい。マイクロミラーアレイ装置の列または行において隣接するマイクロミラーは、それらの間で隙間を規定する。隙間によってマイクロミラーアレイの充填率が決まる。なお、充填率とは、マイクロミラーアレイの面積に対するマイクロミラーのミラープレートの全面積の割合と規定される。例えば、充填率は、マイクロミラーのミラープレートが同じでピッチサイズが全体のマイクロミラーアレイに亘って一様であるならば、ピッチの二乗で割ったマイクロミラーのマイクロミラープレートの面積によって算出されることができる。本発明の実施形態において、マイクロミラーアレイ装置の充填率は８５％以上で９０％以上であるのがより好ましい。マイクロミラーアレイ２２０に近接して、電極アレイ２２５がマイクロミラーを選択的に作動させるために配置されている。例えば、選択されたマイクロミラーと、選択されたマイクロミラーに近接して配置され、それを回転するよう指定された電極との間に静電界が作られている。（マイクロミラーが基板２１０に対して角度を持つとＯＦＦ状態を規定する場合に、）基板２１０を通って選択されたマイクロミラーに入射する光が投射レンズ（例えば図１ａの投射レンズ１０８）へまたは投射レンズから離れて反射され得るように、マイクロミラーは静電界に応じて、基板２１０に対してＯＮ状態またはＯＦＦ状態のどちらかまで回転する。
【００４６】
この特別な例では、マイクロミラーは、可視光を透過する石英またはガラスなどの基板２１０上に形成される。また、電極アレイは、標準的な半導体ウェハである基板２１５上に形成される。電極アレイに加えて、ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭアレイなどの回路アレイも基板２１５上に形成される。各回路は電圧信号を維持し、電極の電圧が回路内の電圧信号で規定されるよう１つの電極に接続される。このようにして、ミラープレートと電極との間の静電界が回路によって制御される。
【００４７】
図８ｂはマイクロミラーアレイ１１０のマイクロミラーの背面図を概略的に示している。図からわかるように、マイクロミラーは、ミラープレート２１２とヒンジ２２２とヒンジコンタクト２２４とヒンジ支持体２１８とを備える。ミラープレートは、コンタクトを介してヒンジに接続されている。また、ヒンジは、基板２１０上に形成されたヒンジ支持体に取り付けられる。ミラープレートは、基板の上から見たときにミラープレートの対角線と平行であるが対角線からオフセットした回転軸に沿って、基板に対して回転することができるようにヒンジに取り付けられていることに留意されたい。「対角線と平行であるが対角線からオフセットした」とは、上から見ると、回転軸がマイクロミラーの対角線と完全に平行であるかまたは実質的に平行（±１９°）であることを意味する。この構成によって、ミラープレートは２つの対向する回転方向で回転軸に沿って非対称に回転することができ、対称に回転するマイクロミラーで達成されるＯＮ状態角度と比べてＯＮ状態角度を大きくすることができる。本発明では、ＯＮ状態角度は＋１２°以上であるのが好ましく、＋１６°以上がさらに好ましく、＋１８°以上がさらに好ましく、＋２０°以上がさらに好ましい。また、ＯＦＦ状態角度は−１°から−８°であるのが好ましく、約−４°であるのが好ましい。ヒンジとコンタクトとに加えて、他の特徴物がヒンジ支持体上に形成されてもよい。例えば、ミラープレートがＯＮ状態およびＯＦＦ状態角度を達成する際にミラープレートの回転を止めるために、ストップ２１６、２１７をヒンジ支持体上に形成することができる。具体的には、ストップ２１６、２１７は、ＯＮ状態の方向およびＯＦＦ状態の別の方向で回転する際にミラープレートを止めるようそれぞれ指定されている。ミラーストップの長さと位置およびミラープレートとヒンジとの間の距離とを適切に設定することによって、全てのマイクロミラーのＯＮ状態角度とＯＦＦ状態角度とを均一に達成することができる。均一なＯＦＦ状態角度およびＯＮ状態角度によって、確かにマイクロミラーアレイ装置の性能の質が向上する。表示された画像の質が向上する。
【００４８】
ミラープレートとミラープレートに関連付けられた電極との間の静電界に応じてミラープレートが回転する。具体的には、電極は、ＯＮ状態まで回転するようミラープレートを駆動するためにミラープレートに関連付けられている。マイクロミラーのＯＦＦ状態がゼロでないＯＦＦ状態角度に対応する場合、別々の電極（図示せず）が設けられ得る。第２の電極がミラープレートをゼロでないＯＦＦ状態角度まで回転するよう駆動する限り、適切な位置であればどのような位置にも置かれ得る。例えば、第２の電極はＯＮ状態の第１の電極が置かれた基板と同じ基板上にあるが、ミラープレートの回転軸の反対側の一位置に置かれ得る。別の例では、第２の電極は、ＯＮ状態の第１の電極に対してミラープレートの対向側に配置され得る。ＯＮ状態の第１の電極が形成されている基板と同じ基板上に第２の電極を形成し得る代わりに、第２の電極はマイクロミラーが形成されたガラス基板上に形成されてもよい。この場合、第２の電極は、電極グリッドまたは各マイクロミラーの下の電極フレーム（またはストライプなどの部分）であるのが好ましい。第２の電極はガラス基板の表面上の電極膜として形成されてもよい。その場合、電極膜は可視光に対して透過である。ミラープレートを回転するよう駆動させるための電極として用いられることに加え、ガラス基板上の第２の電極は、光吸収グリッド（またはフレームまたは部分）または反射防止膜として用いられることもできる。あるいは、第２の電極なしに、ゼロでないＯＦＦ状態角度に対応するＯＦＦ状態が達成され得る。例えば、ヒンジ構造体の一部が、その一部が自然な停止状態で基板と平行せずに屈折するように作られ得る。屈折部に取り付けられたミラープレートは自然な停止状態で基板に対して角度を呈している。
【００４９】
図９ａおよび図９ｂを参照すると、別の例示的なマイクロミラーアレイ装置とマイクロミラーが示されている。図９ｂでわかるように、ミラープレートの形状、ヒンジ構造体の形状およびマイクロミラーのミラープレートとヒンジ構造体との相対的な配置は、図８のそれらとは異なる。実際、マイクロミラーアレイ装置のマイクロミラーとマイクロミラーアレイは多くの適切な形状を取り得る。例えば、マイクロミラーアレイ装置のマイクロミラーおよび電極は同一基板（例えば図９ａの基板２１０）上に形成されてもよい。さらに、２つ以上の電極が、マイクロミラーのミラープレートを回転するために各マイクロミラーに近接して配置され得る。この場合、少なくとも１つの電極がミラープレートを第１の回転方向に回転するように駆動するよう指定され、少なくとも別の電極がミラープレートを、第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に回転するように駆動するよう指定されている。
【００５０】
米国特許第５，８３５，２５６号および第６，０４６，８４０号（いずれもＨｕｉｂｅｒｓ）に記載され、各々の主題が参照によって本明細書に援用されている製造方法などの、上記のマイクロミラー装置を構成する種々の方法がある。製造プロセスに関わらず、犠牲材料がマイクロミラーの構造体間に堆積され、後に除去される。例えば、犠牲材料はミラープレートとミラープレートが取り付けられるヒンジとの間に堆積される。ミラープレートとヒンジの製造工程の順序は、選択された製造プロセスと、基板などその他の要因による。特に、ミラープレートはヒンジの前に製造され得る。あるいは、ミラープレートがヒンジの後に製造されてもよい。例えば、基板がシリコンウェアである場合、ヒンジはミラープレートの前にシリコンウェハ上に製造される。別の例では、可視光を透過するガラス基板が使用される場合、ミラープレートはヒンジを形成する前にガラス基板上に製造される。犠牲材料はまた、マイクロミラーアレイの隣接するマイクロミラー間の隙間など、空間を充填する。しかし、それらの犠牲材料を除去することはありふれたプロセスではない。先に述べたように、ヒンジとミラープレートとの間の距離は、本発明によると０．１５から１．５ミクロンであり得るが、ヒンジとミラープレートとの間の隙間のサイズは、０．１５から０．４５ミクロンであるのが好ましい。マイクロミラーの構造体間の犠牲材料を効率的に除去するために、自発的な気相化学エッチングプロセスが採用される。自発的な気相化学エッチングプロセスが例示的な製造プロセスに関する以下の記載で説明される。
【００５１】
本発明のマイクロミラーおよびマイクロミラーアレイ装置を作製する例証的な製造プロセスが、図１０ａから図１０ｃを参照して以下に説明される。２００１年７月２０日付で出願された米国特許出願第０９／９１０，５３７号および２００１年６月２２日付で出願された第６０／３００，５３３号（いずれもＲｅｉｄ）は、本発明の種々の部品に用いられ得る材料の例を含んでいる。これらの出願を本願に援用する。例示的なプロセスは説明のためだけであって、限定するものと解釈されるべきではないことが当業者に理解されよう。特に、それに限定されないが、例示的なマイクロミラーが、可視光を透過するガラス基板上に形成されている。また、電極と回路が、シリコンウェハなどの別々の基板上に形成されている。あるいは、マイクロミラーと電極と回路は同一基板上に形成されてもよい。
【００５２】
図１０ａを参照すると、例示的な製造プロセス中の図８ｂのマイクロミラーの断面図が示されている。マイクロミラーは基板２１０上に形成され、基板２１０は可視光を透過するガラス（例えば１７３７Ｆ、Ｅａｇｌｅ２０００、石英、パイレックス（登録商標）およびサファイア）であり得る。第１の犠牲層２４０が基板２１０上に堆積され、次いでミラープレート２３２が形成される。第１の犠牲層２４０は、アモルファスシリコンなどの適切な材料であればいかなる材料でもあり得るか、あるいは、ポリマーまたはポリイミドもしくはポリシリコン、窒化シリコン、二酸化シリコンおよびタングステンであり得て、犠牲材料の選択によって、エッチャントが選択される。本発明の実施形態では、第１の犠牲層はアモルファスシリコンであって、３００から３５０℃で堆積されるのが好ましい。第１の犠牲層の厚さは、マイクロミラーのサイズとマイクロ−マイクロミラーの所望の主題角度（ｔｉｔｌｅ  ａｎｇｌｅ）によって広範囲であり得て、５００から５０，０００Åの厚さが好ましいが、２５，０００Åに近いことが好ましい。第１の犠牲層は、ＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤなどの適切な方法であればどのような方法を用いて基板上に堆積されてもよい。
【００５３】
本実施形態の代替特徴として、反射防止膜が基板２１０の表面上に堆積され得る。反射防止膜は、基板の表面からの入射光の反射を低減するために堆積される。もちろん、必要に応じて、その他の光学向上膜をガラス基板のいずれかの面に堆積してもよい。光学向上膜に加えて、電極が基板２１０の表面上に堆積されてもよい。電極は、ミラープレートの周りで電極グリッドまたは電極部分のアレイ（例えば電極ストリップ）として形成され得る。あるいは、電極は基板２１０の表面上で電極膜として形成され得て、その場合、電極膜は可視光に対して透過である。電極は、ミラープレートをＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかまで駆動するために用いられ得る。あるいは、光吸収グリッドがガラス基板の表面上および各マイクロミラーの周囲または下に堆積されてもよい。光吸収フレームはマイクロミラーへの入射光および／またはマイクロミラーの端部からの散乱光を吸収する。散乱光の吸収によって、コントラスト比などマイクロミラーの性能の質が向上する。
【００５４】
第１の犠牲層を堆積した後、ミラープレート２３２が第１の犠牲層上に堆積され、パターニングされる。マイクロミラーは、対象となるスペクトル（例えば可視光スペクトル）の入射光を反射するように指定されているため、マイクロミラープレート層は、入射光に対して高反射性（好ましくは９０％以上）を示す１つ以上の材料でできていることが好ましい。マイクロミラープレートの厚さは、ミラープレートの所望の機械的（例えば弾性モジュール）特性、マイクロミラーの大きさ、所望のＯＮ状態角度とＯＦＦ状態角度およびミラープレートの電気的（例えば導電性）特性およびマイクロミラープレートを形成するために選択された材料の特性とによって広範囲であり得る。本発明によると、ミラープレートの厚さは５００Åから５０，０００Åであるのが好ましく、約２５００Åであるのが好ましい。本発明の実施形態では、ミラープレート２３２は多層積層構造であり、約４００Åの厚さであるのが好ましいＳｉＯｘ層と、約２５００Åの厚さであるのが好ましいアルミニウムでできた光反射層と、約８０Åの厚さであるのが好ましいチタン層と、２００ÅのＴｉＮｘ層とを含む。アルミニウムに加えて、可視光に対して高反射性を有するＴｉ、ＡｌＳｉＣｕおよびＴｉＡｌなどの他の材料が光反射層に用いられてもよい。これらのミラープレート層は、好ましくは約１５０℃の温度でＰＶＤによって堆積されることができる。
【００５５】
堆積後、ミラープレート２３２はパターニングされて図８ｂまたは図９ｂのミラープレートのような所望の形状となる。マイクロミラーのパターニングは、標準的なフォトレジストパターニングを用いた後、マイクロミラープレート層の特定の材料に応じて、例えばＣＦ４、Ｃｌ２またはその他の適切なエッチャントを用いてエッチングすることによって達成されることができる。
【００５６】
ミラープレート２３２をパターニングした後、第２の犠牲層２４２がミラープレート２３２と第１の犠牲層２４０との上に堆積される。第２の犠牲層はアモルファスシリコンを含み得るか、あるいは第１の犠牲層に関する上述の種々の材料のうちの１つまたは複数を含んでもよい。第１および第２の犠牲層は同じでなくてもよいが、好適実施形態においては同一であり、後にこれらの犠牲材料を除去するためのエッチングプロセスを簡略化できる。第１の犠牲層と同様に、第２の犠牲層はＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤなどの適切な方法であればどのような方法を用いて堆積されてもよい。本発明の実施形態において、第２の犠牲層は、約３５０℃で堆積されたアモルファスシリコンを含む。第２の犠牲層の厚さは１２，０００Å程度であり得るが、マイクロミラープレートとヒンジとの間の（マイクロミラープレートと基板とに対して垂直な方向において）所望の距離に応じて、例えば２，０００Åから２０，０００Åの合理的な厚さであればいかなる厚さに調節されてもよい。ヒンジとミラープレートとは、０．１から１．５ミクロン、より好ましくは０．１から０．４５ミクロン、さらに好ましくは０．２５から０．４５ミクロンの大きさの隙間によって隔てられていることが好ましい。例えば０．５から１．５μｍ、または０．５から０．８μｍ、または０．８から１．２５μｍ、または１．２５から１．５μｍの隙間など、より大きな隙間が用いられてもよい。
【００５７】
本発明の好適実施形態において、マイクロミラープレートはアルミニウムを含み、犠牲層（例えば第１および第２の犠牲層）はアモルファスシリコンである。しかし、この設計は、特にミラープレートの縁部あたりで、アルミニウムおよびシリコンの拡散に起因する欠陥の原因となり得る。この問題を解決するために、アルミニウム層がシリコン犠牲層から隔離されるように、第２の犠牲シリコン層を堆積する前にパターニングされたマイクロミラープレート上に保護層（図示せず）を堆積してもよい。この保護層は犠牲材料の除去後に除去されてもされなくてもよい。保護層が除去されない場合は、保護層はミラープレート上に堆積した後パターニングされる。
【００５８】
その後、堆積された第２の犠牲層は、この図に示すように、標準的なリソグラフィー技術を用いて２つの深ビア領域２４８と浅ビア領域２４６とを形成するためにパターニングされ、次いでエッチングされる。エッチング工程は、第２の犠牲層の特定の材料（複数可）に応じて、Ｃｌ２、ＢＣｌ３またはその他の適切なエッチャントを用いて行われ得る。２つの深ビア領域に跨る距離はマイクロミラープレートの規定された対角線の長さによる。本発明の一実施形態において、パターニング後の２つの深ビア領域に跨る距離は約１０μｍであるのが好ましいが、必要に応じて適切な距離であればどのような距離であってもよい。浅ビア領域を形成するために、ＣＦ４または他の適切なエッチャントを用いたエッチング工程が実施され得る。浅ビア領域は、適切な大きさであればどのような大きさでもあり得るが、２．２平方ミクロン程度であるのが好ましい。また、各深ビアの大きさは約１．０ミクロンである。
【００５９】
第２の犠牲層をパターニングした後、ヒンジ構造層２５０がパターニングされた第２の犠牲層の上に堆積される。ヒンジ構造体は、ヒンジ（例えば図８ｂのヒンジ２２２）とミラープレート（例えば図８ｂのミラープレート２３２）とを保持するように指定されているので、ヒンジ構造層は少なくとも弾性係数が大きい材料でできることが望ましい。本発明の一実施形態によると、ヒンジ構造層２５０は、ＰＶＤによって堆積された厚さが４００ÅのＴｉＮｘ（ＴｉＮｘを含み、１００Åから２０００Åの厚さを有していてもよいが）層と、ＰＥＣＶＤによって堆積された厚さが３５００ÅのＳｉＮｘ（ＳｉＮｘ層の厚さは２０００Åから１０，０００Åであってもよい）層３５０とを備える。もちろんその他の適切な材料および堆積方法（例えばＬＰＣＶＤまたはスパッタリングなどの方法）を用いてもよい。ＴｉＮｘ層は本発明には必要ではないが、少なくとも電荷に起因する静止摩擦を減少させるために、マイクロミラーとヒンジとの間の導電的な接触面を提供する。
【００６０】
堆積後、ヒンジ構造層２５０が、例えば図８ｂのヒンジ構造体２１８などの所望の構成にパターニングされる。ヒンジ構造層をパターニングする際に、１つまたは複数の適切なエッチャントを用いたエッチング工程が行われる。特に、この層は塩素の化学的作用またはフッ素の化学的作用を用いてエッチングされ得る。ここで、エッチャントは、ヒンジ支持層を化学的および物理的に選択的にエッチングするようエネルギーを与えられたペルフルオロカーボンまたはハイドロフルオロカーボン（またはＳＦ６）である（例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ3Ｆ8、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６など、あるいはより現実的には上記の組み合わせまたは追加的なガスとの組み合わせ（ＣＦ４／Ｈ２、ＳＦ６／Ｃｌ２など）、またはＣＦ２Ｃｌ２など、２つ以上のエッチング種を用いたガスを有するプラズマ／ＲＩＥエッチング、いずれも任意で１つ以上の不活性希釈剤とともに用いてもよい）。もちろん、各ヒンジ支持層をエッチングするために種々のエッチャントが採用されてもよい（例えば、塩素化学を金属層に、ハイドロカーボンまたはフルオロカーボン（またはＳＦ６）プラズマをシリコンまたはシリコン化合物層になど）。
【００６１】
図１０ｂを参照すると、ヒンジ構造層をパターニングした後、接触領域２３６の底部分が除去され、それゆえ接触領域の下のマイクロミラープレートの一部が、パターニングされたヒンジ構造層上に堆積されたヒンジ層２３８に露出されて、外部電源との電気的接触を形成する。接触領域２３６の側壁に、パターニング後、ヒンジ構造層の残渣が残される。側壁上の残渣は、ヒンジの機械的および電気的特性を向上させる助けとなる。ミラーの片側の２つの深ビア領域２３４はそれぞれアレイの隣接するマイクロミラーに対応する深ビア領域とともに連続した要素を形成し得る。
【００６２】
本発明の実施形態では、ヒンジ層はマイクロミラープレートに対して電気的なコンタクトとしても用いられる。ヒンジ層の材料は電気的に導電性であることが望ましい。ヒンジ層の適切な材料の例として、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、ポリシリコン、Ａｌ、Ｉｒ、チタン、窒化チタン、酸化チタン（複数可）、炭化チタン、ＣｏＳｉＮｘ、ＴｉＳｉＮｘ、ＴａＳｉＮｘまたはその他の三元以上の化合物である。チタンがヒンジ層に選択される場合、１００℃で堆積され得る。あるいは、ヒンジ層は、１００ÅのＴｉＮｘおよび４００ÅのＳｉＮｘなどの積層からできてもよい。
【００６３】
その後、堆積後、エッチングを用いてヒンジ層が所望の通りにパターニングされる。ヒンジ構造層と同様に、ヒンジ層は、塩素の化学作用またはフッ素の化学作用でエッチングされ得る。なお、エッチャントは、化学的および物理的にヒンジ層を選択的にエッチングするようにエネルギーを与えられたペルフルオロカーボンまたはハイドロフルオロカーボン（またはＳＦ６）である（例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ3Ｆ8、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６など、あるいはより現実的には上記の組み合わせまたは追加的なガスとの組み合わせ（ＣＦ４／Ｈ２、ＳＦ６／Ｃｌ２など）、またはＣＦ２Ｃｌ２など、２つ以上のエッチング種を有するガスを有するプラズマ／ＲＩＥエッチング、いずれも任意で１つ以上の不活性希釈剤とともに用いてもよい）。もちろん、各ヒンジ層をエッチングするために種々のエッチャントが採用されてもよい（例えば、塩素化学を金属層に、ハイドロカーボンまたはフルオロカーボン（またはＳＦ６）プラズマをシリコンまたはシリコン化合物層になど）。
【００６４】
ヒンジが形成された後、マイクロミラーは第１および第２の犠牲層の犠牲材料を除去することによって解放される。このことが図１１および図１２を参照して以下に詳細に説明される。解放されたマイクロミラー装置の断面図が図１０ｃに表されている。
【００６５】
犠牲材料（例えばアモルファスシリコン）を効率よく除去するために、解放エッチングは、犠牲材料の自発的な化学エッチング、好ましくは犠牲材料を（物理的ではなく）化学的に除去する等方性エッチングが可能な、エッチャントガスを利用する。そのような化学的エッチングおよびそのような化学エッチングを行うための装置が、Ｐａｔｅｌらの１９９９年１０月２６日付で出願された米国特許出願第０９／４２７，８４１号、およびＰａｔｅｌらの２０００年８月２８日付で出願された米国特許出願第０９／６４９，５６９号に開示されている。これら各々の内容を本願において援用する。解放エッチングのための好ましいエッチャントは、任意で温度を加える以外にはエネルギーを与えられない、気相フッ化物エッチャントである。例として、ＨＦガス、二フッ化キセノンなどの希ガスハロゲン化物、ならびにＩＦ５、ＢｒＣｌ３、ＢｒＦ３、ＩＦ７およびＣｌＦ３などのハロゲン間化合物がある。解放エッチングは、Ｎ２、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅなどの不活性ガス成分を含んでもよい。このようにして、残存する犠牲材料を除去し、微小機械構造が解放される。このような実施形態の一態様において、エッチング室でＸｅＦ２が希釈剤（例えばＮ２およびＨｅ）とともに供給される。ＸｅＦ２の濃度は好ましくは８Ｔｏｒｒであるが、濃度は１Ｔｏｒｒから３０Ｔｏｒｒ以上まで変化し得る。この非プラズマエッチングは好ましくは９００秒採用されるが、温度、エッチャントの濃度、圧力、除去すべき犠牲材料の量、またはその他の要因によって、時間は６０から５０００秒まで変化し得る。エッチングレートは１８Å／ｓ／Ｔｏｒｒで一定に保たれ得るが、エッチングレートは１Å／ｓ／Ｔｏｒｒから１００Å／ｓ／Ｔｏｒｒまで変化してもよい。解放プロセスの各工程は、室温で行われることができる。
【００６６】
最終的な解放または中間のエッチング工程における使用について述べた上記のエッチャントおよびエッチング方法に加えて、単独または組み合わせで用いられ得る他の方法がある。これらの方法のうちいくつかは、ＡＣＴ、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＨＦ（液体）などのウェットエッチング、酸素プラズマ、ＳＣＣＯ２あるいは超臨界ＣＯ２（エッチャントとして超臨界ＣＯ２を用いることは、米国特許出願第１０／１６７，２７２号に記載され、本願において援用する）を含む。しかしながら、自発的な気相化学エッチャントがより好ましい。というのは、小さい空間（例えば、図１３における（ミラープレートとヒンジとの間の）横方向の隙間２４２と（基板とミラープレートとの間の）小さい隙間２４０）内のアモルファスシリコンなどの犠牲材料は、他の犠牲材料（例えば有機材料）と他のエッチング方法と比べて、隣接するミラープレート間の隙間と横方向の隙間とを通って効率よく除去されることができる。本発明の全ての実施形態で必要とされるわけではないが、そのような自発的な気相化学エッチャントを用いて、隙間が小さく、ピッチが小さく、ヒンジとミラープレートとの間の距離が小さいマイクロミラーアレイがより簡単に製造することができる。
【００６７】
図１１を参照すると、フローチャートは、犠牲材料（アモルファスシリコン）を除去するための例示的なエッチングプロセスで実行される工程を示している。エッチングプロセスは、マイクロミラーの表面上の酸化層を除去するために、エッチングシステムのブレークスルーエッチング室（図１２の２７２）でブレークスルーエッチング（ステップ２５４）で始まる。このエッチング工程は何十秒間か続き得る。本発明の好適実施形態では、マイクロミラーは約３０秒間ブレークスルーエッチングされる。その後、犠牲材料をエッチングするためにエッチングシステムのエッチング室（例えば図１２の２７８）でマイクロミラーが入れられる。エッチャントを蒸発するためのビルディング室（例えば図１２の２７４）と、気相エッチャントをある圧力に対して設定するための膨張室（例えば図１２の２７６）とで１つまたは複数の気相エッチャントが準備される。その後、膨張した気相エッチャントがエッチング室（例えば図１２のエッチング室２７８）に注ぎこまれる（ステップ２５８）。その後、マイクロミラーは、犠牲材料を完全に除去するために、ある時間、好ましくは約１２００秒間エッチング室でエッチングされる。エッチング室内のマイクロミラーのエッチングは、エッチング室でのエッチングプロセスを実時間でモニターするための終点検知技術を用いて行われ得る。特に、エッチング室からのガスを分析する残留ガスの分析器が用いられることが好ましい。残留ガスの分析器は、エッチング室からのガスの化学的な成分とある成分の密度を測定する（ある成分の密度の変動率も測定され得る）。この測定から、エッチング室内の犠牲材料の量が得られる。終点検知を用いると、オーバーエッチングや不完全なエッチングが避けられ得る。エッチング室でのエッチングが終わると（犠牲材料がマイクロミラーから除去されると）、エッチング室はエッチング室内のガスを排出することによって洗浄される（ステップ２６２）。その後、エッチングされたマイクロミラーはエッチング室から出される（ステップ２６４）。実施形態の任意の特徴として、エッチング後のマイクロミラーは、（例えばトリクロロシランまたはトリアルカンシラン先駆体から）マイクロミラーを保護するために自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）で覆われる。ＳＡＭの被膜はステップ２６４から２７０で行われる。マイクロミラーがエッチング室から出されるステップ２６３に続いて、マイクロミラーはＳＡＭ室（例えば図１２のＳＡＭ室２８０）に入れられる（ステップ２６４）。その後、ＳＡＭ材料がＳＡＭ室に注ぎ込まれる（ステップ２６６）。ＳＡＭ室内のマイクロミラーが約６０秒間ＳＡＭ材料に晒され、それによってＳＡＭ材料で覆われる。最後に、マイクロミラーがＳＡＭ室から出される（ステップ２７０）。
【００６８】
新規で有用な空間光変調器とその空間光変調器の製造方法とが本明細書で説明されてきたことが当業者に理解されよう。しかし、本発明の原理が適用され得る多くの可能な実施形態に鑑みて、本明細書において図面を参照して記載した実施形態は例示のためだけであって、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが理解される。例えば、本発明の趣旨から逸脱することなく、例示した実施形態を構成および詳細について改変できることを当業者は理解するであろう。特に、マイクロミラーと電極と回路とが同一基板上に形成され得る。また、ＰＶＤおよびＣＶＤが上記で述べられているが、スピンオン、スパッタリング、陽極酸化、酸化、電気めっきおよび蒸発を含むその他の薄膜堆積方法が層を堆積するために用いられてもよい。したがって、本明細書で記載した発明は、以下の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるような実施形態全てを想定したものである。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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