(57)【要約】【課題】  光変調素子等のヒンジが故障し難い両端部の補強されたヒンジを簡単に形成する形成方法を提供する。【解決手段】  基板の上に若しくは基板の上方にマスクを形成するマスク形成工程と、該マスクの上面に製膜する製膜工程と、該製膜を除去するエッチング工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程とを含み、前記マスクの少なくとも側面方向に前記製膜された膜の一部を構造体として形成するようにした。【選択図】    図６
2007030090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に若しくは基板の上方に（以後、「基板上へ」という）マスクを形成するマスク形成工程と、該マスクの上面に製膜する製膜工程と、該製膜を除去するエッチング工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程とを含み、前記マスクの少なくとも側面方向に前記製膜された膜の一部を構造体として形成することを特徴とする基板上への微小構造体形成方法。
【請求項２】
前記製膜工程で使用する材料に弾性材料を使用することにより、前記微小構造体が可動であることを特徴とする請求項１記載の基板上への微小構造体形成方法。
【請求項３】
前記いずれかの工程の前に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記いずれかの工程の後に前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の基板上への微小構造体形成方法。
【請求項４】
前記エッチングをテーパ状に行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の基板上への微小構造体の形成方法。
【請求項５】
長尺状の弾性梁体であってその長尺方向に対する直角方向の断面形状で見てその両端部が突部で中央部が厚みの薄い又は中央部が無い長尺状の弾性梁体を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の基板上への長尺状弾性梁体形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小構造体の形成方法に関し、特に微小電気機械素子に適用可能な微小構造体の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器（ＳＬＭ）は、空間パターンの入射光を変調し、電気的又は光学的入力に対応する光画像を形成する装置である。このＳＬＭの一つに、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを作製し、このマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）がある。ＤＭＤは、モノリシック単一チップ集積回路ＳＬＭであり、例えば１６ミクロン四方程度の可動マイクロミラーの高密度アレイからなる。これらのミラーは、アドレス回路上に形成され、ＤＭＤアレイの１画素を形成し、２つの位置のうち一方の位置で、入射光を投射レンズに反射し、他方の位置で入射光を光アブソーバーに偏向する。投射レンズは、表示スクリーン上へ変調光をフォーカスして画像を形成する。
【０００３】
図１１は反射型光変調素子の従来例で、反射型光変調素子の平面図、図１２は図１１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各断面視をそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に表した断面図、図１３は図１１に示した基板の断面図、図１４は図１１に示した反射型光変調素子 の電極配線図である。
図１１および図１２において、反射型光変調素子１００は、基板１０と、基板１０に配設された下部電極２０（図で左右の２０ａ、２０ｂ）と、この基板１０から空隙Ｇ（図１２）を介して梁体（以下、「ヒンジ 」と称す。）４０と、ヒンジ４０に形成された可動部材３０とから成っている。ヒンジ４０は長尺状をしたブリッジ（図１２（ｃ）参照）で、長尺方向両端の支持部４１で基板１０の上に立脚し、中央部分４０は下部電極２０ａと下部電極２０ｂとの隙間の上方に空隙Ｇを介して基板１０と略平行に架設されている。可動部材３０は導電部３１とその上に形成された光反射体（以下、「ミラー部」と称す。）３２とで構成され、導電部３１の中央部とヒンジ４０は一体となっている。
したがって、ヒンジ４０の捩れによって可動部材３０が回転変位し、ミラー部３２も回転変位する。図１２（ｂ）が示すように、ヒンジ４０は断面形状が主として矩形形状とされている。
【０００４】
基板１０は、Ｓｉ基板、ガラス基板等のいずれの素材が用いられる。基板１０の具体例としては、図１３のように、Ｓｉ基板７０上に素子を駆動するための回路（通常はＣＭＯＳ回路７１及びその配線回路７３）が形成され、その上面が絶縁層７５によって平坦化された基板であることが好ましい。そして、平坦化された絶縁層７５の上面に下部電極２０が設けられ、さらにその上方に空隙Ｇを介して前述の可動部材３０が設けられる。これらは絶縁層７５に設けられた図示しないコンタクトホールを介して電気的に接続されている。
【０００５】
下部電極２０は、ヒンジ４０を中心として両脇側に第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂとを配設されてなる。つまり、軸を中心に揺動される可動部材３０の捩れ中心４０Ｃ軸（図１２（ｂ））の周りに、静電気力を有効に付与する電極（第１下部電極２０ａ、第２下部電極２０ｂ）が省スペースで配設されている。第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂは基板１０上に固定されて形成される。第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂは、金属、半導体など導電性を有するものであればよい。また、この上に絶縁層があってもよい。
【０００６】
ヒンジ４０の両端の支持部４１は、長尺状に形成したヒンジ４０の端部を、略四角錐状に凹ませた形状とすることができる。従って、支持部４１（図１２（ｃ））の断面形状は、下部に平坦部を有する逆三角形状となる。ヒンジ４０は、この平坦部が絶縁層７５（図１３）に穿設した図示しないコンタクトホールを介して配線回路７３（図１３）に接続されている。ヒンジ４０は、導電性を有するものであればよい。例えば、金属、半導体が好適である。また、絶縁体と導電体の複合体であってもよい。
ヒンジ４０は、長尺状の長尺方向の両端が固定され、ヒンジ４０自身が捩れることによりヒンジの軸を中心に回転変位可能である。その弾性力はヒンジ４０の形状（膜厚、幅、長さ）と、材料物性（ヤング率、ポアソン比など）などで任意に決定される。なお、可動部材３０は左右に配設した電極による静電気力で、右回転及び左回転にアクティブ駆動が可能なため、ヒンジ４０の弾性力は小さく設定できる。また、ヒンジ４０の支持部４１は基板１０に固定されていれば如何なる構造であってもよい。
【０００７】
ヒンジ４０（導電部３１）の中央部は、両端部に対し拡幅され、水平左右方向（図１１の左右方向）に延出された翼形状となり、更に左右の翼前後部がヒンジ４０に沿って延在した平面視略Ｈ形状となっている。ミラー部３２は、このヒンジ中央部と略同形状のＨ形状となっている。ミラー部３２、又はミラー部３２とヒンジ４０は、金属、半導体などからなり、導電性を有し、基板１０と反対側の表面（光入射面）が反射性を有している。
【０００８】
図１４は図１１に示した反射型光変調素子の構成およびその動作を説明する図で、（１）はその電極配線を示す図、（２）は反射型光変調素子の左側傾斜状況、（３）はその右側傾斜状況をそれぞれ表した動作説明図である。
（１）に示すように、反射型光変調素子１００は、第１下部電極２０ａが電気的に接続されて第１駆動電極８１ａとなり、第２下部電極２０ｂが電気的に接続されて第２駆動電極８１ｂとなり、可動部材３０の導電部３１が可動体電極８０となっている。
可動部材３０の捩れ中心４０Ｃ軸周りに配設された第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂのうち、第１下部電極２０ａ及び第２下部電極２０ｂがそれぞれ別の電源に接続され、それぞれ別の電位が与えられ得るようになっている。これらの電極と、可動部材３０の導電部３１とに電圧が印加されることで、捩れ中心４０Ｃを挟む可動部材３０の左右方向両端に上下方向の回転モーメントが付与可能となり、大きな回転駆動力Ｆが得られるようになる。また、一動作が３電極で制御可能となっている。
【０００９】
次に、上記のように構成された反射型光変調素子１００の傾斜動作を図１４の（２）及び（３）を用いて説明する。
反射型光変調素子１００は、基本動作として、下部電極２０と導電部３１への電圧印加によって、ミラー部３２を揺動変位させて、光の反射方向を偏向させるものである。
ミラー部・ヒンジ複合体の導電体（導電部３１）に対し、第１下部電極２０ａ、第２下部電極２０ｂに電位差を与えると、それぞれの電極と、ミラー部・ヒンジ複合体の導電体との間に静電気力が発生し、ヒンジ４０の捩れ中心４０Ｃ軸を中心に回転トルクが働く。従って、それぞれの電極の電位を制御することにより、ミラー部３２を回転変位させることが可能となる。変位する位置は、ミラー部３２の状態と、その時にそれぞれの電極により発生する静電気力と、ヒンジ４０の弾性力とによって決まる。
【００１０】
例えば、図１４（２）に示すように、第１下部電極２０ａを基板１０上で接続した第１駆動電極８１ａに電位Ｖ１を印加する。また、第２下部電極２０ｂを基板１０上で接続した第２駆動電極８１ｂに電位Ｖ２を印加する。更に、ミラー部３２及びヒンジ４０の導電部３１である可動体電極８０に電位Ｖｍを印加する。電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍは、基板１０上に形成された半導体集積回路（例えばＣＭＯＳ回路７１）で供給、制御される。
ここで、Ｖｍに対するＶ１の電位差をＶ（１）、Ｖｍに対するＶ２の電位差をＶ（２）とする。Ｖ（１）＝Ｖ（２）＝０のときは、ミラー部３２に発生する外力はゼロであり、素子形成時の状態を維持し、ミラー部３２は、図１４（１）に示すように、基板１０に対し略水平となる。この状態はヒンジ４０の弾性力により安定である。
【００１１】
Ｖ（１）＝Ｖ（２）≠０のとき、ミラー部３２に発生する静電気力はヒンジ４０の捩れ中心４０Ｃを中心に対称となり、依然として素子形成時の状態を維持してミラー部３２は基板１０に対し略水平となる。
【００１２】
Ｖ（１）、Ｖ（２）の少なくとも一方がゼロでなく、それぞれ異なる場合、ミラー部３２に発生する静電気力はヒンジ４０の捩れ中心４０Ｃ軸を中心に非対称となり、ミラー部３２は基板１０に対して傾く。
【００１３】
例えば、Ｖ（１）＞Ｖ（２）のときには、図１４（２）に示すように第１下部電極２０ａにより発生する静電気力Ｆが、第２下部電極２０ｂにより発生する静電気力ｆより大きくなり、ミラー部３２は左側に傾く。逆に、Ｖ（１）＜Ｖ（２）のときは、図１４（３）のように第２下部電極２０ｂにより発生する静電気力Ｆが、第１下部電極２０ａにより発生する静電気力ｆより大きくなり、ミラー部３２は右側に傾く。
このように、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍに適宜電位を供給することにより、それぞれの電極に発生する静電気力と、ヒンジ４０の弾性力から、ミラー部３２を時計回り回転、反時計回り回転、フラットなど任意の位置に変位させることが可能となる。また、この時の駆動方法は、アナログ制御（任意の変位に制御）、デジタル制御（例えば２値の変位に制御）の何れかとすることができる。
【００１４】
そして、上記の回転駆動にあっては、適当な回転ストッパを設け、ミラー部３２をストッパに接触するまで回転変位させることで、回転角を精度よく制御することができる。また、電圧と変位特性のリニア領域を用いて、ミラー部３２を接触させずに回転変位させることも可能である。
【００１５】
なお、基板１０側に下部電極２０が配設され、可動部材３０を挟んで下部電極２０の反対側にさらに上部電極を架設すると、ヒンジ４０のバネ力によらず、上下からの静電気力によって能動的に（アクティブに）可動部材３０が揺動されることができる。このことから、バネ力を利用して可動部材３０を復帰作動させる構造の場合に必要となるヒンジ４０のバネ力が大きくなくてもよくなり、バネ力を強くした場合の駆動抵抗が低減されて、高速かつ低電圧での駆動が可能となる。
【００１６】
以上のように、４０は長尺方向に直角な面での断面で見て矩形状のものが用いられていた。しかしながら、断面矩形状のヒンジは、ヒンジ部の曲げ剛性を高めようとするとヒンジ部の捩り剛性も同様に高くなってしまい、マイクロミラー装置のサーボ帯域の広域化を図ることが困難であった。
この欠点を解決するものとして、ヒンジ部の捩り剛性をさほど変化させることなく曲げ剛性のみが大幅に高められる発明が開示された（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１７０２６
【００１７】
図１５の（ｂ）は、マイクロミラー装置（光変調素子）の特許文献１記載のヒンジ部近傍の斜視図である。図において、２００は特許文献１記載の発明に係るマイクロミラー装置（光変調素子）、２３０は可動部材、２４０はヒンジ、２４０ａはベース、２４０ｂはベース２４０の長尺方向に沿った中央部に形成された突部である。
従来のヒンジ４０（図１２（ｂ））は断面矩形であったので、長尺方向（図１２で紙面に垂直方向）の撓み剛性が弱かったのであるが、このように、ヒンジ２４０のベース２４０ａの長尺方向の中央部に、その厚み方向に突出する突部２４０ｂを形成することにより、ヒンジ２４０の長尺方向の撓み剛性を高めるようにしている。
【００１８】
しかしながら、このように製造した光変調素子においては、それまでの従来装置と同じく、ヒンジの製造プロセスのドライエッチング工程や長年の使用において、ヒンジが破損することがおきて、光変調素子が機能しなくなることがあった。
【００１９】
本出願人は、そのヒンジ破損の原因を検査したところ、ヒンジのエッジ部分に亀裂が生じやすく、ヒンジ破損の大部分がエッジ部分の亀裂に起因していることが判明した。
そして、いろいろ試行錯誤の結果、後述詳細説明のように、図１５の（ａ）に示すような構造の弾性梁体、すなわち、弾性梁体の両端部にその厚み方向に突出する突部を形成すると、ヒンジのエッジ部分における亀裂を生じ難くなり、特許文献１記載の発明の持つ欠点を克服して光変調素子の生産性を高めると共に、しかも特許文献１記載の発明の長所であるヒンジ部の捩り剛性をさほど変化させることなく撓み剛性のみを大幅に高めることができるということを解明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上述した弾性梁体の両端部にその厚み方向に突出する突部を形成する構造の弾性梁体およびその各種変形例、および各種構造体を効率よくかつ正確に形成することのできる微小構造体の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の発明は基板上への微小構造体形成方法に係り、基板の上に若しくは基板の上方に（以後、「基板上へ」という）マスクを形成するマスク形成工程と、該マスクの上面に製膜する製膜工程と、該製膜を除去するエッチング工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程とを含み、前記マスクの少なくとも側面方向に前記製膜された膜の一部を構造体として形成することを特徴としている。
【００２２】
請求項２記載の発明は請求項１記載の基板上への微小構造体形成方法において、前記製膜工程で使用する材料に弾性材料を使用することにより、前記微小構造体が可動であることを特徴としている。
【００２３】
請求項３記載の発明は請求項１又は２記載の基板上への微小構造体形成方法において、前記いずれかの工程の前に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記いずれかの工程の後に前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程とを含むことを特徴としている。
【００２４】
請求項４記載の発明は請求項１〜３のいずれか１項記載の基板上への微小構造体の形成方法において、前記エッチングをテーパ状に行なうことを特徴としている。
【００２５】
請求項５記載の発明は請求項１〜４のいずれか１項記載の基板上への微小構造体の形成方法において、長尺状の弾性梁体であってその長尺方向に対する直角方向の断面形状で見てその両端部が突部で中央部が厚みの薄い又は中央部が無い長尺状の弾性梁体を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
上記のように本発明によれば、長尺状の梁体の長尺方向に対して直角方向の両端部に、その厚み方向に突部を突出させて状の梁体の端部を補強ヒンジを簡単に、効率よくかつ正確に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本出願人が見い出した両端の補強された梁を有する反射型光変調素子について説明する。
図１６は本出願人が見い出した両端の補強された梁を有する反射型光変調素子の平面図、図１７は図１６のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各断面視をそれぞれ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に表した断面図である。
図１６および図１７において、反射型光変調素子１００は、基板１０と、この基板１０上に空隙Ｇ（図１７）を介して梁体（以下、「ヒンジ 」と称す。）４０（導電部３１と一体）が架設され、ヒンジ４０の捩れによって回転変位が可能な光反射体（以下、「ミラー部」と称す。）３２を有し、少なくとも一部分に導電部３１を備えた可動部材３０と、基板１０側に配設され空隙Ｇを介して可動部材３０に対向する下部電極２０とを有してなる。図１２の従来装置と重複する説明は省略する。
【００２８】
ヒンジ４０はベース部４０ａと突部４０ｂから成り（図１７（ｂ）参照）、しかもその突部４０ｂはベース部４０ａの両端（すなわち、ベース部４０ａの長尺方向と直角方向の端部）に形成して、その断面は全体として凹部状になっているのが特徴である。そして突部４０ｂは、ヒンジ４０の長尺方向の両端まで達している（図１７（ｃ）参照）。
【００２９】
図１５の（ａ）は、両端部の補強されたヒンジのマイクロミラー装置（光変調素子）ヒンジ部近傍の斜視図である。図において、１００は光変調素子、３０は可動部材、４０はヒンジ、４０ａはベース、４０ｂはベース４０の長尺方向に沿って両端部に形成された突部である。
図１５（ｂ）のヒンジ２４０は、長尺方向に沿って中央部に突部２４０ｂが形成されていたが、ここではヒンジ４０のベース４０ａの両端部に突出する突部４０ｂを形成することにより、ヒンジ２４０よりもさらに長尺方向の撓み剛性を高めることができる。
【００３０】
図１８は、両端の補強された素子（図１５（ａ））と従来素子（図１５（ｂ））のヒンジの撓み剛性と捩れ剛性についてのシミュレーション結果を示す線図である。
図において、縦軸は変位、横軸は電圧、撓みの線図の黒三角は両端の補強されたヒンジを備えた素子、黒丸は従来素子、捩りの線図の※は両端の補強されたヒンジを備えた素子、黒四角は従来素子である。
図から判るように、撓みに関して、両端の補強されたヒンジを備えた素子（黒三角）は従来素子（黒丸）と同じく、電圧を加えても撓み難く、捩れに関しては両端の補強されたヒンジを備えた素子（※）は従来素子（黒四角）と比べて、わずかな電圧で捩れ易くなることが判る。
【００３１】
このように両端の補強されたヒンジによれば、ヒンジのエッジ部分を突部４０ｂに形成するので、ヒンジの製造プロセスのドライエッチング工程や長年の使用によってもヒンジ端部から破損が始まろうとしても、ヒンジ端部が補強されているため、破損し難くくなる。
また、ヒンジ４０の長尺方向に突部４０ｂが延びているので、撓み剛性を大幅に高めることができ、しかも２本の突部４０ｂが平行に延びているのでヒンジ部の捩り剛性は従来装置と比較して変わることがない。
【００３２】
次に、本発明による両端の補強されたヒンジの反射型光変調素子１００の製造方法を複数種類図面を用いて詳細に説明する。
図１は、まず、反射型光変調素子の一般的な製造工程例をＡ−Ａ、Ｃ−Ｃ断面別で（ａ）〜（ｄ）に表した説明図である。
図１（ａ）に示すように、駆動回路基板１０はＳｉ基板７０の上にＣＭＯＳ回路７１（図１３）を形成し、その上に第１のＳｉＯ2絶縁膜（図示せず）を形成する。その表面をＣＭＰ等で平担化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成し構成されている。
駆動回路基板１０上に、図示しない第１のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）をスパッタで成膜し、通常のフォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂを形成する。なお、この時、上記の絶縁層７５（図１３参照）にはコンタクトホールが形成されていて、第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂとも配線回路７３を介してＣＭＯＳ回路７１の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。
【００３３】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１のポジ型のレジスト６１を塗布し、ヒンジ４０の支持部４１となる箇所をパターニングしてハードベークする。レジスト成膜時の表面張力により、下地膜の段差によらずレジスト表面は平坦となる。この第１レジスト層６１は犠牲層として機能し、後述の工程で除去される。従って、ハードベーク後のレジストの膜厚は将来の下部電極２０とヒンジ４０（及びミラー部３２）の空隙Ｇを決定する。なお、レジスト６１の代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。
【００３４】
そして、図１（ｃ）に示すように、ヒンジ４０及びその支持部４１となる第２のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）９３をスパッタにより成膜する。その後、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2を成膜する（図示せず）。このＳｉＯ2膜は第２アルミ薄膜９３のエッチングマスクとして機能する。次に、フォトリソエッチングにより所望のヒンジ４０及びその支持部４１の形状になるようにＳｉＯ2膜をパターニングする（なお、ヒンジ４０の両端への突部の形成については、別図を用いて説明する。）。
次に、ミラー部３２となる第３のアルミ薄膜（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）９５をスパッタにより成膜する。その後、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2を成膜する（図示せず）。このＳｉＯ2膜は第３アルミ薄膜９５のエッチングマスクとして機能する。次に、フォトリソエッチングにより所望のミラー部形状になるようにＳｉＯ2膜をパターニングする。
さらに、上記ＳｉＯ2膜をエッチングマスクとして、第３アルミ薄膜９５及び第２アルミ薄膜９３を連続してエッチングし、最後にＳｉＯ2膜をプラズマエッチングにより除去する。なお、アルミ薄膜のエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウエットエッチング、又は塩素系ガスによるプラズマエッチングによってなされる。また、上記第１のＳｉＯ2絶縁膜にはコンタクトホールが形成されていて、ヒンジ４０（ミラー部３２）は駆動回路の出力に接続されて電位が供給される。
【００３５】
最後に、図１（ｄ）に示すように、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層である第１のレジスト層９１を除去して空隙Ｇを形成する。これにより、第１下部電極２０ａと第２下部電極２０ｂの設けられた基板１０上に、空隙Ｇを介して可動部材３０が配置された反射型光変調素子１００が得られる。
【００３６】
なお、反射型光変調素子１００の製造方法は、上記以外に以下のプロセスバリエーションを有する。即ち、ヒンジ４０とミラー部３２とは、単一のアルミ薄膜で構成してもよい。この場合、ヒンジ４０の厚みとミラー部３２の厚みが等しくなるが、工程を低減させることができる利点がある。
【００３７】
ミラー部３２は、導電体と絶縁体の複合体でもよい。例えば、ミラー部３２をヒンジ４０と一体又は別体で、金属、半導体など導電体により形成し、その上に多層膜ミラーを積層して形成してもよい。多層膜ミラーとしては、例えば誘電体の多層膜、又は誘電体／金属の多層膜である干渉ミラーを用いることができ、これにより入射光による反射面の吸収を極力低減し、反射率を極めて高くする効果や、特定の波長の光を反射させる効果が得られるようになる。また、ミラー部３２は導電体と絶縁体の複合であって、反射性を有する部材がミラー部３２の一部に形成されてもよい。また、ミラー部３２はヒンジ４０と同じ材料であってもよい。上記の何れかの構成によってミラー部３２の一部（ここでは下面）に導電部３１が形成されている。
【００３８】
ミラー部３２、又はミラー部３２とヒンジ４０は導電性を有し、ヒンジ４０の支持部４１（図１７（ｃ））を介して基板１０上で電気的に接続可能となっている。  以上のように、ミラー部３２とヒンジ４０は、ミラー部３２がヒンジ構造により、ヒンジ軸（捩れ中心４０Ｃ）を中心に回転変位可能で、ミラー部３２、又はミラー部３２とヒンジ４０が導電性を有し、且つ支持部４１を介して基板１０上に電気的に接続可能であれば、如何なる構造、材料であってもよい。
【００３９】
下部電極２０、ヒンジ４０の構造材料は、アルミ以外の導電性を有する材料であってもよい。例えば結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉなど）、金属シリサイド、導電性有機材料などが好適に使用可能である。また、導電部３１は、その上に保護用の絶縁膜（例えばＳｉＯ2、ＳｉＮｘ）を積層してもよい。この場合、ＳｉＯ2、ＳｉＮｘ、ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に金属などの導電性薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。
【００４０】
また、上記では、犠牲層としてレジスト材を用いたが、これに限らない。例えば、アルミ、Ｃｕ等の金属、ＳｉＯ2等の絶縁性材料なども犠牲層としで好適である。この場合、構造材には犠牲層を除去する際に腐食やダメージを受けない材料が適宜選択される。
なお、上記実施例ではマスクをＳｉＯ2としているが、構造材料と選択比がとれれば、どのような材料でもよい（例：レジスト）。
【００４１】
また、犠牲層除去方法には、上記のドライエッチング（プラズマエッチング）の他に、構造材と犠牲層の組合せによってはウェットエッチングも使用可能である。なお、ウェットエッチングの場合は、エッチング後のリンス・乾燥工程で構造体が表面張力によりスティッキングを起こさないようにするため、超臨界乾燥法、又は凍結乾燥法による乾燥法が好ましい。
その他、本発明の主旨に沿うものであれば、構造・材料・プロセスは上記の例に限定されるものではない。
【００４２】
次に、上記反射型光変調素子の製造工程例において、特にその梁（ヒンジ）の両端に厚み方向の突部を形成するプロセスに絞って数種の実施例を説明することにする。
〈実施例１〉：断面凹状の長尺梁を基板から浮かして架橋形成する方法。
次に、両端の補強された断面が凹部の長尺梁（ヒンジ）の形成プロセスについて、図２〜図４の斜視図で説明する。
図２（１）のＳｉ基板Ｋには、上述したように、内部にＣＭＯＳ回路を形成し、その上に第１のＳｉＯ2絶縁膜を形成し、その表面をＣＭＰ等で平担化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成し、駆動回路基板１０上に、アルミ薄膜で成膜し、フォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして第１下部電極と第２下部電極が形成されている。絶縁層にはコンタクトホールが形成されていて、第１下部電極と第２下部電極とも配線回路を介してＣＭＯＳ回路の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。
【００４３】
図２（２）において、両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジがＳｉ基板Ｋの架設される空隙Ｇの幅に等しい厚みに犠牲層（レジストＧ）を塗布し、ヒンジの支持部となる箇所をパターニングしてハードベークする。この犠牲層Ｇは後の工程で除去される。ハードベーク後のレジストの膜厚は下部電極とヒンジの空隙を決定する。
【００４４】
図２（３）において、ヒンジ及びその支持部となるアルミ薄膜で第１材料Ｄ１をスパッタにより成膜する。このアルミ薄膜部分は両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジの中央部の厚さとなる。
【００４５】
その後、図３（４）で、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2を成膜して第１マスクを形成し、次に、フォトリソエッチングにより両端の補強されたヒンジの凹部の中央窪みとなる部分の形状になるように第１マスク（ＳｉＯ2膜）をパターニングして、図のような第１マスクＭ１を得る。第１マスクＭ１の横幅は両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジの窪みの横幅となる。
【００４６】
次に、図３（５）で、第２材料Ｄ２（アルミ薄膜）をスパッタにより成膜する。この厚みは両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジの突部の高さとなる。
【００４７】
さらに、図３（６）で、この上にＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2膜でマスクを形成し、次に、フォトリソエッチングにより両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジの突部の幅になるようにＳｉＯ2膜をパターニングして第２マスクＭ２を形成する。
【００４８】
その後、図４（７）で、上記ＳｉＯ2膜をエッチングマスクとして、アルミ薄膜を垂直方向に連続してエッチングして、２層のマスクＭ１、Ｍ２の下部に両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジを形成する。
【００４９】
図４（８）で、２層のマスクＭ１、Ｍ２を除去すると、両端の補強されたヒンジの凹部状ヒンジが第１材料（アルミ薄膜）Ｄ１によりベースと、第２材料（アルミ薄膜）Ｄ２により突部とからできあがる。
【００５０】
最後に、図４（９）に示すように、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層Ｇを除去すると空隙Ｇができ、ブリッジ状のヒンジが得られる（なお、図ではヒンジの架橋部が描かれており、両端の支持部は描かれていないので、Ｓｉ基板Ｋから宙に浮いたように見えている。）。
【００５１】
以上の実施例は、両端の補強された断面凹部のヒンジの製造方法を示したが、両端の補強されたヒンジはこれに限定されるものではなく、両端突部がテーパ状に補強されたヒンジのであってもよい。
そこで、次に、両端突部がテーパ状に補強された長尺梁（ヒンジ）の形成プロセスについて各種実施例を説明する。
【００５２】
〈実施例２〉：テーパ状長尺梁を基板から浮かして架橋形成する方法。
テーパ状長尺梁を基板から浮かして架橋形成する長尺梁（ヒンジ）の形成プロセスについて、図５および図６の斜視図で説明する。
図３（１）のＳｉ基板Ｋには、上述したように、内部にＣＭＯＳ回路を形成し、その上に第１のＳｉＯ2絶縁膜を形成し、その表面をＣＭＰ等で平担化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成し、駆動回路基板１０上に、アルミ薄膜で成膜し、フォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして第１下部電極と第２下部電極が形成されている。絶縁層にはコンタクトホールが形成されていて、第１下部電極と第２下部電極とも配線回路を介してＣＭＯＳ回路の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。
【００５３】
図５（２）において、両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジがＳｉ基板Ｋの架設される空隙Ｇの幅に等しい厚みに犠牲層（レジストＧ）を塗布し、ヒンジの支持部となる箇所をパターニングしてハードベークする。この犠牲層Ｇは後の工程で除去される。ハードベーク後のレジストの膜厚は下部電極とヒンジの空隙を決定する。
【００５４】
図５（３）において、ヒンジ及びその支持部となるアルミ薄膜で第１材料Ｄ１をスパッタにより成膜する。このアルミ薄膜部分Ｄ１は両端の補強されたヒンジの中央部の厚さとなる。
【００５５】
その後、図５（４）で、ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によりＳｉＯ2を成膜して第１マスクを形成し、次に、フォトリソエッチングにより両端の補強されたヒンジの凹部の中央窪みとなる部分の形状になるようにマスク（ＳｉＯ2膜）をパターニングして、図のようなマスクＭを得る。マスクＭの横幅は両端の補強されたヒンジの中央窪みの横幅となる。
【００５６】
次に、図６（５）で、第２材料Ｄ２（アルミ薄膜）をスパッタにより成膜する。この厚みは両端の補強されたヒンジの凹部ヒンジの突部の高さとなる。
【００５７】
さらに、図６（６）で、第２材料Ｄ２および第１材料Ｄ１を２層エッチングすると、マスクＭの下に第１材料Ｄ１から成る基部とその両端にテーパ（断面Δ）状に形成された長尺梁Ｄ２１、Ｄ２２から成るヒンジが犠牲層Ｇの上に形成される。テーパ状の形成およびその角度制御は、電力・圧力・ガス流量・ガス比等のエッチング条件により可能である。また、ヒンジだけでなく、補強したい部分、例えばミラー周辺部、カンチレバー端部等にも形成可能である。
【００５８】
そして、図６（７）で、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層Ｇを除去すると基板Ｋの上に空隙をおいて第１材料製の基部Ｄ１とその上部両端に第２材料製のテーパ（断面Δ）Ｄ２が形成されたヒンジが得られる。
【００５９】
〈実施例３〉：基板にテーパ（断面Δ）状構造体を形成する方法。
図７は基板（例えばＳｉ基板）Ｋにテーパ（断面Δ）状の構造体（ヒンジ）を２本平行に形成する形成方法である。
図７（１）で基板ＫにＳｉＯ2を成膜してマスクを形成し、フォトリソエッチングにより平行な２本の構造体間の互いの間隔に相当する部位にマスクをパターニングして、図のようなマスクＭを得る。このようにしてマスクＭの横幅（図で左右方向の間隔）は、後に、断面Δ状の２本の構造体間の間隔となる。
図７（２）で第１材料Ｚ（例えば、アルミ薄膜）をスパッタにより成膜する。この厚みは断面Δ状の２本の構造体の突部の高さとなる。
さらに、図７（３）で、アルミ薄膜をエッチングして、マスクＭの両端にテーパ（断面Δ）状の構造体Ｚ１、Ｚ２を形成する。
そして、図７（４）で、マスクＭを除去すると、基板Ｋ上に第１材料Ｚ製のテーパ（断面Δ）状の構造体Ｚ１、Ｚ２ができあがる。
【００６０】
〈実施例４〉：基板に半円状構造体を形成する方法。
図８は基板（例えばＳｉ基板）Ｋに図７のテーパＺ１，Ｚ２に代えて半円状構造体（ヒンジ）を２本平行に形成する形成方法である。
図８（１）で基板ＫにＳｉＯ2を成膜してマスクを形成し、フォトリソエッチングにより平行な２本の構造体間の互いの間隔に相当する部位にマスクをパターニングして、図のようなマスクＭを得る。このようにしてマスクＭの横幅（図で左右方向の間隔）は、後に、断面Δ状の２本の構造体間の間隔となる。
図８（２）で第１材料Ｚ（例えば、アルミ薄膜）をスパッタにより成膜する。この厚みは断面Δ状の２本の構造体の突部の高さとなる。
さらに、図８（３）で、アルミ薄膜をエッチングして、マスクＭの両端に半円状の構造体Ｚ３、Ｚ４を形成する。
そして、図８（４）で、マスクＭを除去すると、基板Ｋ上に第１材料Ｚ製の半円状の構造体Ｚ３、Ｚ４ができあがる。
テーパ梁以外の半円状梁等の形成は、構造材料Ｚ３，Ｚ４の選定や電力・圧力・ガス流量・ガス比等エッチング条件を適宜選択することで、可能となる。
【００６１】
〈実施例５〉：基板に基板を含む断面Δ状構造体を形成する方法。
図９は基板に、基板の一部を含むテーパ（断面Δ）状の構造体（ヒンジ）を２本平行に形成する形成方法である。
図９（１）で第１材料から成る基板ＫにＳｉＯ2を成膜してマスクを形成し、フォトリソエッチングにより平行な２本の構造体間の互いの間隔に相当する部位にマスクをパターニングして、図のようなマスクＭを得る。このようにしてマスクＭの横幅（図で左右方向の間隔）は、後に、断面Δ状の２本の構造体間の間隔となる。
図９（２）で第２材料Ｚ（例えば、アルミ薄膜）をスパッタにより成膜する。この厚みは断面Δ状の２本の構造体の突部の高さとなる。
さらに、図９（３）で、アルミ薄膜Ｚ、および基板Ｋの表面から所定の部位までを２層エッチングして、マスクＭの両端にテーパ（断面Δ）状の構造体Ｚ１、Ｚ２を形成する。
そして、図９（４）で、マスクＭを除去すると、基板Ｋの段付テーパ上にアルミ薄膜から成るテーパ（断面Δ）状の構造体Ｚ１、Ｚ２ができあがる。
【００６２】
〈実施例６〉：基板に浮かしてテーパ（断面Δ）状構造体を架橋形成する方法。
図１０は基板Ｋにテーパ（断面Δ）状の構造体（ヒンジ）を２本平行に形成する形成方法である。
図１０（１）で基板Ｋの上に犠牲層Ｇを塗布し、ヒンジの支持部（図では現れていないが、紙面に対して垂直方向に存在）となる箇所をパターニングしてハードベークする。この犠牲層Ｇは後の工程で除去される。さらに、犠牲層Ｇの上に、ＳｉＯ2を成膜してマスクを形成し、フォトリソエッチングによりマスクをパターニングして、図のようなマスクＭを得る。このマスクＭの横幅（図で左右方向の間隔）は、後に、断面Δ状の２本の構造体間の間隔となる。
図１０（２）で第１材料Ｚ（例えば、アルミ薄膜）をスパッタにより成膜する。第１材料Ｚの厚みは断面Δ状の２本の構造体の突部の高さとなる。
さらに、図１０（３）で、アルミ薄膜をエッチングして、マスクＭの両端に第１材料Ｚ製のテーパ（断面Δ）状の構造体Ｚ１、Ｚ２を形成する。
そして、図１０（４）で、マスクＭを除去すると、基板Ｋ上にテーパ（断面Δ）状の構造体Ｚ１、Ｚ２だけが犠牲層Ｇの上に残り、最後に、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層Ｇを除去すると基板Ｋの上に空隙をおいたヒンジが得られる（なお、図ではヒンジの架橋部（中央部）が描かれており、両端の支持部（紙面の垂直方向）は描かれていないので、基板Ｋから宙に浮いたように見えている。）。
【００６３】
以上のようにして、両端の突部がテーパ状に補強されたヒンジおよび構造体を簡単に形成することができ、この製造方法は微小電気機械光変調素子の分野に広く応用されることができる。
また、このように両端の補強されたヒンジは光変調素子に限らず、他の分野、例えば、２枚の平行電極の接触・非接触による微小電気機械素子のマイクロスイッチに適用すれば、故障し難いスイッチが得られる。
【００６４】
このように両端の補強されたヒンジによれば、ヒンジのエッジ部分を突部に形成することで、反射型光変調素子、平行平板型光変調素子、片持ち形光変調素子のいずれにおいても、ヒンジの製造プロセスのドライエッチング工程や長年の使用によってもヒンジ端部から破損が生じようとしても、ヒンジ端部が補強されているため、破損し難くくなる。
また、ヒンジの長尺方向に突部が延びているので、撓み剛性を大幅に高めることができ、しかも２本の突部が平行に延びているのでヒンジ部の捩り剛性は従来装置と比較して変わることがない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１６に示した反射型光変調素子 の製造工程例をＡ−Ａ、Ｃ−Ｃ断面別で（ａ）〜（ｄ）に表した説明図である。
【図２】図１６に示した反射型光変調素子の製造工程例の工程（１）〜（３）の斜視図である。
【図３】図１６に示した反射型光変調素子の製造工程例の工程（４）〜（６）の斜視図である。
【図４】図１６に示した反射型光変調素子の製造工程例の工程（７）〜（９）の斜視図である。
【図５】基板に基板の一部を含むテーパ状の構造体を２本平行に架橋形成する形成方法の前半である。
【図６】テーパ状の構造体を２本平行に架橋形成する図５に続く後半である。
【図７】基板にテーパ状の構造体を２本平行に形成する形成方法である。
【図８】基板にテーパ状以外の半円状構造体を２本平行に形成する形成方法である。
【図９】基板に基板の一部を含むテーパ状の構造体を２本平行に形成する形成方法である。
【図１０】基板にテーパ状の構造体を２本平行に架橋形成する形成方法である。
【図１１】従来装置に係る反射型光変調素子の平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に表した断面図である。
【図１３】図１１に示した基板の断面図である。
【図１４】図１１に示した反射型光変調素子 の電極配線を示す図（１）、および反射型光変調素子の左側傾斜状況を表した動作説明図（２）と、右側傾斜状況を表した動作説明図（３）である。
【図１５】は、マイクロミラー装置（光変調素子）の両端の補強されたヒンジ部近傍（ａ）と特許文献１記載のヒンジ部近傍（ｂ）のそれぞれ斜視図である。
【図１６】両端の補強されたヒンジを適用した反射型光変調素子の平面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各断面視を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に表した断面図である。  両端の補強されたヒンジを備えた素子（図１５（ａ））と従来素子（図１５（ｂ））のヒンジの撓み剛性と捩れ剛性についての結果を示す線図である。
【図１８】両端の補強された素子（図１５（ａ））と従来素子（図１５（ｂ））のヒンジの撓み剛性と捩れ剛性についてのシミュレーション結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  基板
２０  下部電極
２０ａ  第１下部電極
２０ｂ  第２下部電極
３０  可動部材
３１  導電部
３２  ミラー部（光反射体）
４０  ヒンジ（梁体）
４０ａ  ベース部
４０ｂ  突部
４１  支持部
８０  可動体電極
８１ａ  第１駆動電極
８１ｂ  第２駆動電極
１００  反射型光変調素子
Ｇ  空隙
Ｚ１、Ｚ２  テーパ状構造体
Ｚ３、Ｚ４  半円状構造体
【図１】
2007030090.tif 000003
【図２】
2007030090.tif 000004
【図３】
2007030090.tif 000005
【図４】
2007030090.tif 000006
【図５】
2007030090.tif 000007
【図６】
2007030090.tif 000008
【図７】
2007030090.tif 000009
【図８】
2007030090.tif 000010
【図９】
2007030090.tif 000011
【図１０】
2007030090.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2007030090.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2007030090.tif 000016
【図１５】
2007030090.tif 000017
【図１６】
2007030090.tif 000018
【図１７】
2007030090.tif 000019
【図１８】
2007030090.tif 000020