(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に配置された少なくとも１つの駆動用のアクチュエータと、このアクチュエータにより駆動される光学素子と、入射した光を伝達する全反射面を備えた光ガイドと、前記アクチュエータおよび前記光学素子を囲むように配置され、前記光ガイドを前記基板に対し支持する壁を有し、前記アクチュエータは、弾性機能を備え、前記光学素子の抽出面を、前記光ガイドに押し付ける方向の弾性力を持った状態で前記光ガイドの前記全反射面に密着させる位置と、前記光ガイドの前記全反射面に対し離れた位置とに駆動する空間光変調装置の製造方法であって、
前記光学素子の抽出面および前記壁の上面が前記基板に対し同じ高さとなるように製造する工程と、
前記抽出面に接触する前記全反射面が前記壁に接触する面より前記基板の側に突き出た前記光ガイドを前記壁の上面に装着する工程とを有する空間光変調装置の製造方法。
【請求項２】
基板と、この基板上に配置された少なくとも１つの駆動用のアクチュエータと、このアクチュエータにより駆動される光学素子と、入射した光を伝達する全反射面を備えた光ガイドと、前記アクチュエータおよび前記光学素子を囲むように配置され、前記光ガイドを前記基板に対し支持する壁を有し、前記アクチュエータは、弾性機能を備え、前記光学素子の抽出面を、前記光ガイドに押し付ける方向の弾性力を持った状態で前記光ガイドの前記全反射面に密着させる位置と、前記光ガイドの前記全反射面に対し離れた位置とに駆動する空間光変調装置の製造方法であって、
前記光学素子の抽出面および前記壁の上面が前記基板に対し同じ高さとなるように製造する工程と、
前記抽出面に対し前記壁の上面が前記基板の側に低くなり段差が形成されるように前記壁の上面を加工する工程と、
前記抽出面に接触する全反射面と前記壁に接触する面が同一平面となった前記光ガイドを前記壁の上面に装着する工程とを有する空間光変調装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記同じ高さとなるように製造する工程では、前記アクチュエータの上部に前記光学素子の上部を形成する上部層をスピンコートまたは化学蒸着法で形成する第１の工程と、
その上部層の表面をＣＭＰ法により表面処理する第２の工程とを備えている空間光変調装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記第１の工程では、前記光学素子は抽出された光を前面に反射するためのマイクロプリズムを形成し、前記第２の工程では、該マイクロプリズムの頂点が前記抽出面とほぼ一致するまで平坦化する空間光変調装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光ガイド。
【請求項６】
請求項１または２に記載の空間光変調装置の製造方法により形成された空間光変調装置であって、前記光学素子はマイクロプリズムを備えており、そのマイクロプリズムの頂点が前記抽出面とほぼ一致している空間光変調装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空間光変調装置と、前記光ガイドに映像を形成するための光を入出力する手段とを有する映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造体である光スイッチングデバイスに光ガイドが装着された空間光変調装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタなどの映像表示装置のライトバルブとして光をオンオフ制御できる映像表示デバイスとしては、液晶を用いたものが知られている。しかしながら、この液晶を用いた映像表示デバイスは、高速応答特性が悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度でしか動作しない。このため、高速応答を要求されるような高解像度の映像を表示する装置、さらには、光通信、光演算、ホログラムメモリー等の光記録装置、光プリンターは、液晶を用いたスイッチングデバイスで実現するのは難しい。
【０００３】
そこで、上記のような用途に対応できる高速動作可能なスイッチングデバイスあるいは映像表示デバイスが求められており、ミクロンオーダあるいはさらに小さなサブミクロンオーダの微細構造（マイクロストラクチャ）を備えたスイッチングデバイスの開発が鋭意進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に、本願出願人が開発を進めているエバンセント波（エバネセント光）を利用して光を変調する映像表示装置に用いる空間光変調装置９０の概要を示してある。この空間光変調装置９０は、複数の光スイッチング素子１０が２次元に配列されたデバイス（光スイッチングデバイス）５５を有し、さらに、この光スイッチングデバイス５５に、導入した光２を全反射して伝達可能なほぼ平坦な全反射面１ａを備えた導光板（光ガイド）１が装着されている。これらの個々の光スイッチング素子１０は、上方の光ガイド１に接近および離反して光を変調可能な光学素子３と、この光学素子部３を駆動するアクチュエータ６とを備えている。そして、光学素子（マイクロ光学素子）およびアクチュエータ（マイクロアクチュエータ）をミクロンオーダあるいはサブミクロンオーダで製造し、これらを２次元にアレイ状に配置すると共に、これら光学素子３の層およびアクチュエータ６の層をアクチュエータを駆動する駆動回路およびデジタル記憶回路（記憶ユニット）が作りこまれた半導体基板２０の上に積層することにより、１つの映像表示デバイスをチップサイズに集積化されたものを提供することができる。
【０００５】
エバネセント光を利用した本例の空間光変調装置９０についてさらに詳しく説明しておく。図１２の左側に示した光スイッチング素子１０ａはオン状態であり、右側に示した光スイッチング素子１０ｂがオフ状態である。光学素子３は、導波路としての機能を果たす透明部材である光ガイド１の面（全反射面）１ａに密着する面（接触面または抽出面）３ａと、この面３ａが全反射面１ａに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽出して内部で光ガイド１に対し、ほぼ垂直な方向に反射するＶ字型の反射プリズム（マイクロプリズム）４と、このＶ字型のプリズム４を支持するサポート構造５とを備えている。
【０００６】
アクチュエータ６は、光学素子３を静電駆動できるようになっており、光学素子３のサポート構造５が機械的に連結された上電極７と、この上電極７と対峙した下電極８とを備えている。そして、下電極８と、上電極７のアンカープレート９は半導体基板２０の最上面に積層されている。上電極７はアンカープレート９から上方に伸びたポスト１１により支持されており、下電極８と上電極７との間に空間が形成されている。したがって、たとえば、アンカープレート９を介して上電極７を接地し、下電極８に対し駆動ユニット２１から電位あるいは電荷を加えると上電極７が下方に動き、これに連動して光学素子部３が光ガイド１から離れる（第２の位置）。一方、上電極７は弾性部材としての機能を部分的に備えており、下電極８に記憶ユニット２１から加えられていた電位あるいは電荷が除去されると、下電極８から上電極７が離れ、上電極７の弾性により光学素子部３が光ガイド１に密着する（第１の位置）。
【０００７】
図１２に示したように、光ガイド１には光源から照明光２が全反射面１ａで全反射する角度で供給されており、その内部の全ての界面、すなわち、光学素子部（光スイッチング部）３に面した側１ａと、上方の面（出射面）において光が繰り返し全反射し、光ガイド１の内部が光線で満たされる。したがって、この状態で巨視的には照明光２は光ガイド１の内部に閉じ込められ、その中を損失なく伝播している。一方、微視的には、光ガイド１の全反射している面１ａの付近では、光ガイド１から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、照明光２が一度漏出し、進路を変えて再び光ガイド１の内部に戻るという現象が起きている。このように面１ａから漏出したエバネッセント波は、全反射面１ａに光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。本例の光スイッチング素子１０は、この現象を利用して光ガイド１を伝達する光を高速で変調、すなわち、スイッチング（オンオフ）する。
【０００８】
例えば、光スイッチング素子１０ａでは、光学素子３が光ガイド１の全反射面１ａに接触した第１の位置にあるので、光学素子３の面３ａによりエバネセント波を抽出することができる。このため、光学素子３のマイクロプリズム４で抽出した光２は角度が変えられて出射光２ａとなる。一方、光スイッチング素子１０ｂでは、駆動ユニット２１により上下電極７および８に極性の異なる電圧が印加され、これらの電極７および８の間に働く静電力により光学素子３が光ガイド１から離れた第２の位置に動かされる。したがって、光学素子３によってエバネセント波は抽出されず、光２は光ガイド１の内部から出ない。
【０００９】
さらに、この光スイッチングデバイス５５では、駆動回路などが作りこまれた半導体集積基板２０にアレイ状に配置されたアクチュエータ６および光学素子３が積層された構成の映像表示デバイス５５を１チップで提供することが可能である。すなわち、半導体基板２０の上にアクチュエータ６および光学素子３といったマイクロストラクチャが構築されたマイクロマシンあるいは集積化デバイスである光スイッチングデバイス５５と光ガイド１とを組み立てることにより空間光変調装置９０を供給できる。さらに、これを、光ガイドに映像を形成するための光を入出力する手段に組み込むことにより動作速度が速く高解像で、さらに、高コントラストの映像を表示できるプロジェクタや直視型の映像表示装置を提供できる。
【００１０】
図１３に、エバネセント光によるスイッチングを行う空間変調装置（画像表示デバイス）９０を用いたプロジェクタ１１０の概略を示してある。このプロジェクタ１１０は、白色光源１１１と、この白色光源１１１からの光を３原色に分解して光ガイド１に入射させる回転色フィルタ１１２と、各色の光を変調して出射する画像表示ユニットである空間変調装置９０と、出射された光１１５を投映する投写用レンズ１１６とを備えている。そして、各色毎の変調された光１１５がスクリーン１１９に投写され、時間的に混色されることにより多諧調マルチカラーの画像が出力される。プロジェクタ１１０は、さらに、空間変調装置９０および回転色フィルタ１１２のモータ１１３を制御してカラー画像を表示する制御回路１１４を備えており、カラー画像を表示するためのデータφが画像表示ユニットである空間変調装置９０に供給される。
【００１１】
なお、アクチュエータ６は、図１２の上下１対の電極を備えたものに限定されず、上電極７および下電極８に加え、これらの間で動く中間電極を備えたもの、さらに、電極対を使用した静電アクチュエータの代わりに、ピエゾ素子などの他の電気信号により駆動力を供給可能な機構を用いてアクチュエータを構成することも可能でありアクチュエータとしてはいくつかのものが考えられている。したがって、以下、本明細書では、簡単のため上下電極の静電駆動タイプのアクチュエータに基づき説明するが、アクチュエータの構成はこれに限定されるものではない。
【００１２】
エバネセント光を利用した空間光変調装置９０、さらにこれを用いた映像表示装置は、上述したように多数の光学素子３をアクチュエータ６で駆動するタイプであり、光ガイドの全反射面に対し、サブミクロンオーダあるいはそれ以下の動きにより光をオンオフする。したがって、高速化が容易である反面、寸法精度の高いマイクロ光学素子が要求される。さらに、エバネセント光をオンオフする光スイッチング素子１０では、光学素子３（マイクロプリズム４）が、第１の位置で光ガイド１の底側の全反射面１ａに接することにより、光ガイド１から出射させる光２の方向を変える。このため、光学素子３の光ガイド１への押し付け力を十分に確保することが重要である。すなわち、オンとなる第１の位置で、光学素子３の抽出面３ａと、光ガイド１の全反射面１ａが確実に密着させることが要求される。
【００１３】
したがって、図１４の製造方法に示したように、製造途中で光学素子３（マイクロプリズム４）とそれを囲む壁８０との間に段差Ｌを作り込み、この段差Ｌにより、オン状態となる第１の位置における光ガイド１（全反射面１ａ）への密着、押し付け力を強めるようにしている。すなわち、先ず、図１４（ａ）に示すように、フォトリソ技術を用いて、基板上にアクチュエータ層６を形成する。この工程により、下電極８および弾性部材としての機能を部分的に備えた上電極７、さらに、光学素子３と接続するための支柱１１が形成される。このアクチュエータ層６の上に犠牲層１０１を重ね、光学素子３のサポート部５を形成する部分をパターニングする。
【００１４】
次に、図１４（ｂ）に示すように、このアクチュエータ層６の上に、樹脂を型転写して、光学素子３のマイクロプリズム４を支持するＶ字型のサポート構造５を形成し、このサポート構造５の表面に沿って、アルミニウムなどの反射膜４６をスパッタリングなどにより成膜する。それと同時に、後に光ガイド１を支持する壁８０となる部分を形成する。
【００１５】
次に、図１４（ｃ）に示すように、樹脂をＶ型の溝に充填し、プリズム４を形成する。この際に、プリズム４の上面、すなわち、抽出面３ａを、周囲の壁８０の上面８１より高く、基板２０から離れたレベルに形成し、抽出面３ａと上面８１との間に段差Ｌを形成する。
【００１６】
そして、図１４（ｄ）に示すように、光スイッチング素子１０の単位になるように画素分離し、また、壁８０を分離する。その後、図１４（ｅ）に示すように、犠牲層１０１を除去する。このような製造方法により、光学素子３の上面（抽出面）３ａと、壁８０の上面８１と間に所望の厚みの段差Ｌが形成された光スイッチングデバイス５５を製造できる。
【００１７】
この光スイッチングデバイス５５に、さらに、図１４（ｆ）に示すように、ガラスなどにより形成された平坦な全反射面１ａを備えた光ガイド１を、壁８０の上面８１に装着する。これにより、図１２に示した空間光変調装置９０を製造することができる。そして、光ガイド１を装着する前は、抽出面３ａが壁８０の上面８１より段差Ｌの分だけ上方に突き出た状態になっているものを、光ガイド１を装着することにより同じ高さに揃えているので、上電極７は下、すなわち基板２０の側に圧迫され、変位された状態となり、光学素子３の抽出面３ａは全反射面１ａに加圧される。したがって、この空間光変調装置９０においては、光学素子３の抽出面３ａと光ガイド１の全反射面１ａとの密着を高めることができ、光利用効率の高い空間光変調装置９０を提供することができる。
【００１８】
しかしながら、この製造方法では、転写を用いているため、型を転写する際に加圧して、１ウェハ（１基板）あたりでの光学素子３の膜厚を均一に制御することが難しい。また、転写型を剥離する際の治具あるいは応力などによって、光学素子３の表面が荒れることがある。したがって、ＣＭＰ法などにより光学素子３の表面を研磨して平坦な抽出面３ａを製造することが望ましいが、壁の上面８１との間に段差Ｌがあり、それを無くすことができないので全面をフラットにできず、研磨により平坦度をだすことは現実的に不可能である。このため、密着するような平坦度の高い抽出面３ａを製造することが難しく光のロスが発生しやすい。また、映像を形成する単位である画素となる光スイッチング素子１０を分離する際に、予め段差Ｌのある状況で、レジストを塗布しなければならず、１つのウエハー内で、均一にレジストを塗布することが難しいという面もある。
【００１９】
さらに、壁の上面８１よりも抽出面３ａが上方に突き出た状態にして段差Ｌを確保するために、図１２に示したように、Ｖ字形のマイクロプリズム４の頂点４ａと抽出面３ａとは高さが合致せず、図１２の左側の光スイッチング素子１０ａに示すように、光学素子３の端３ｂへ到達した光２は、反射膜４６では反射されず、光ガイド１の方へ出力しない迷光２Ｌとなり損失となる。したがって、光の利用効率が低下する要因となる。このようなロスを無くすためには、マイクロプリズム４の頂点４ａと抽出面３ａとのレベルを一致させることが望ましいが、上記の製造方法では、段差Ｌが確保できず、抽出面３ａを全反射面１ａに圧迫できないので、逆に光の利用効率が低下してしまう。
【００２０】
そこで、本発明においては、抽出面３ａを平坦に製造でき、また、その面を十分な圧力で全反射面１ａに押し付けることが可能であると共に、光学素子３の側面からの光のロスも低減することができる空間光変調装置の製造方法を提供することを目的としている。そして、光ガイドの全反射面に、光学素子の抽出面を密着させることができ、光の抽出効率の高い空間光変調装置の製造方法を提供することを目的としている。さらに、このような空間光変調装置を用いて、コントラストの高い、明るく綺麗な高画質な映像表示装置を提供することができるようにすることを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、光ガイドの側に段差を設けるか、あるいは壁の上面を後で加工して段差を設けることにより、光学素子の抽出面と壁の上面とを同じレベル、すなわち、基板に対し同じ高さで製造できるようにすることで、これらの面を平坦に研磨できる工程を設けるようにしている。そして、抽出面の平坦度を上げて密着度を上げると共に、光ガイドに対し抽出面を押し付け力を確保して密着性を高め、さらに、プリズムの頂点と抽出面との段差を無くして光の利用効率を向上できるようにしている。
【００２２】
すなわち、本発明は、基板と、この基板上に配置された少なくとも１つの駆動用のアクチュエータと、このアクチュエータにより駆動される光学素子と、入射した光を伝達する全反射面を備えた光ガイドとを有し、この光ガイドの全反射面に対し、アクチュエータにより光学素子の抽出面が密着する位置と離れた位置に駆動され、さらに、アクチュエータおよび光学素子を囲むように配置された壁であって、光ガイドを基板に対し支持する壁を有する空間光変調装置の製造方法であって、光学素子の抽出面および壁の上面が基板に対し同じ高さとなるように製造する工程と、抽出面に接触する全反射面が壁に接触する面より基板側に突き出た光ガイドを、壁の上面に装着する工程とを有している。
【００２３】
この製造方法によると、光ガイドの側に、抽出面に接触する部分が基板側に凸となった段差を設けてある。このため、光ガイドを装着することにより、アクチュエータを撓ませて光学素子の抽出面が全反射面と密着するような関係にできる。したがって、製造する過程では、光学素子の抽出面と、壁の上面との間に段差を設けることは不要となり、光学素子の抽出面と壁の上面を同じレベルで平面となるように製造できる。したがって、これら抽出面と壁の上面が平面になった工程で、抽出面をＣＭＰなどにより研磨することにより容易に平坦度を上げることができる。すなわち、１ウェハ当たりで、光学素子を形成する膜厚の均一性を高めることができる。このため、抽出面の面精度を向上でき、同時に光ガイドの側に設けられた段差により抽出面を押し付ける力を確保することができる。したがって、光学素子の抽出面と、光ガイドの全反射面との密着性が高く、光の利用効率の高い空間光変調装置を提供できる。
【００２４】
また、抽出面を壁の上面よりも突き出た段差を形成して抽出面を全反射面に押し付ける圧力を得る代わりに、抽出面に対して壁の上面を一段下がったレベルに形成することによっても段差を作ることができ、この製造方法であると、いったん、抽出面と壁の上面とが平面になる工程を設けることができる。すなわち、光学素子の抽出面および壁の上面が基板に対し同じ高さとなるように製造する工程と、抽出面に対し壁の上面が基板の側に低くなり段差が形成されるように壁の上面を加工する工程と、抽出面に接触する全反射面と壁に接触する面が同一平面となった光ガイドを壁の上面に装着する工程とを有する空間光変調装置の製造方法も本発明に含まれる。この製造方法でも、光学素子の抽出面と壁の上面を同じレベルで形成する過程があるので、この段階でこれらの面を均一に研磨することが可能であり、上記の製造方法と同様に抽出面の平坦度を高めることができる。そして、その後、段差を形成することにより抽出面を全反射面に押し付けるための圧力を得ることができるので、抽出面と全反射面の密着度が高く、光の利用効率の高い空間光変調装置を提供できる。
【００２５】
さらに、抽出面と壁の上面とを同じレベル、すなわち，基板に対して同じ高さとなるように製造する工程を設けられるので、転写型を用いて型成形しなくても良く、簡単に平坦度の高い層を形成することができるスピンコートやＣＶＤを用いて光学素子の層を形成することができる。すなわち、上記の面を同じレベルで製造する工程では、アクチュエータの上部に光学素子の上面を形成する層をスピンコートまたは化学蒸着法（ＣＶＤ）で形成することができ、平坦度の高い抽出面が形成できる。そして、このスピンコートまたはＣＶＤで層を形成する第１の工程に続いて、全体が平面になっているので、その層の表面をＣＭＰ法により表面処理する第２の工程を設けることができる。したがって、層の表面を研磨することにより、さらに面精度の高い抽出面を形成できる。そして、このような技術を用いることで、樹脂などの有機物質に限らず、転写型を用いた製造方法では使用できない酸化シリコンなどの無機物質を採用して、精度良く光学素子の層を形成することができ、さらに、これらの表面を容易に平坦化できる。したがって、面精度の高い光学素子を形成できる。また、特別な真空装置を用いずに、樹脂をスピンコータ装置のみで光学素子となる層（膜）を形成することが可能であり、低コストで空間光変調装置を製造できるというメリットもある。
【００２６】
また、ＣＶＤにより光学素子を無機物質により形成することで、空間光変調装置全体を無機物質のみで構成することが可能であり、長期間に渡る強い光の照射に対して耐久性を向上できる。さらに、空間光変調装置を組み立てた後に、装置内から有機系ガスの放出を防止できる。
【００２７】
このように、本発明の製造方法によると、マイクロストラクチャである空間光変調装置（光学素子）を、型転写に限ることなく、上記のような製造方法で形成できるので、光学素子として用いる材料も樹脂などの有機物質に限定されることなく、様々な材料を使うことができる。このため、製造方法による材料の制限がなくなり、あるいは少なくなり、無機物も含めた材料の中からエバネセント光を用いたスイッチング素子の最適な性質の材料を選択することができるようになる。
【００２８】
さらに、本発明の製造方法では、光学素子の抽出面を壁の上面から突き出して形成する必要がなくなるので、抽出された光を前面に反射するためのマイクロプリズムの頂点が抽出面とほぼ一致するように形成できる。したがって、抽出された光が光学素子を透過して損失となることのない光学素子を提供することが可能となり、さらに、光利用効率の高い空間光変調装置を提供することができる。
【００２９】
そして、本発明により光の利用効率の高い空間光変調装置を提供できるので、この空間光変調装置の光ガイドへ映像を形成するための光を入出力する手段と組み合わせることにより、コントラストの高い映像を表示することができる映像表示装置を提供できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明についてさらに説明する。図１は本発明により製造された空間光変調装置５０である。この空間光変調装置５０も、図１２に基づき説明した空間光変調装置と同様にエバネセント光を用いた光スイッチング素子１０がアレイ状に配置されたものであり、スイッチングの原理は共通する。
【００３１】
図１に示した空間光変調装置５０は、基板２０の表面に複数の光スイッチング素子１０がアレイ状に配列されたスイッチングデバイス５５を備えており、これら光スイッチング素子１０の回りには壁３０が設けてある。そして、光ガイド（光導入プリズム）４１を、基板２０に対し垂直に延びた壁３０の上面３１に装着し、空間光変調装置５０を形成している。したがって、スイッチング素子１０ｂに示すように、光学素子３がアクチュエータ６によって下方の第２の位置に移動している時には、光学素子３の上面３ａが光ガイド４１の下面４１ａから離れ、これらの面に間隔が生じるので、全反射面４１ａに入射した光線２は光ガイド４１の下面４１ａで全反射される。一方、スイッチング素子１０ａに示すように、光学素子３がアクチュエータ６によって上方に移動し、光学素子３の上面３ａが光ガイド４１の下面４１ａに密着した第１の位置になると、光ガイド４１の下面４１ａに斜入射した光線２は、光学素子３の上面３ａを透過し、光学素子３のプリズム４の反射膜４６によって反射され出射光線２ａとなり上方に出射する。
【００３２】
図２〜図７を参照しながら、この空間光変調装置５０の製造方法を説明する。図２に示すように、半導体基板２０の上に光学素子３を動かす為のアクチュエータ構造６をフォトリソ工程を用いて作成する。すなわち、フォトリソ工程により、犠牲層１０１をパターニングしながら下電極８、ばね性を備えた上電極７および支柱１１を形成する。それと共に、光学素子３のサポート部５を形成するために、アクチュエータ層６の上に犠牲層１０１を重ねてパターニングする。
【００３３】
次に、図３に示すように、光学素子３を構成する層６５を酸化シリコンを化学蒸着法（ＣＶＤ）することにより製造する。同時に、後に、光学素子３を囲む壁３０となる部分も形成する。さらに、光学素子３のサポート部５のＶ形の形状を成形するために、グレイマスクなどを用いてエッチングする。そして、サポート構造５の形状に沿って、反射膜４６となる金属、たとえば、Ａｌ−Ｎｄなどをスパッタリングなどの方法により付着し成膜する。さらに、これらサポート構造５および反射膜４６の上に、光学素子３のマイクロプロズム４となる層６０を、酸化シリコンを用いてＣＶＤにより製膜する（第１の工程）。
【００３４】
そして、図４に示すように、ＣＶＤにより作成された壁３０となる部分を含めた層６５の表面６５ａと、プリズムとなる層６０の表面６０ａとをＣＭＰ法により研磨して、平坦化する（第２の工程）。研磨することにより、これらの面６０ａおよび６５ａが若干うねった状態であっても、ＣＭＰによりチップ全体を平坦にすることができるので、これらの面６０ａおよび６５ａを同時に高い精度で平坦化することができる。したがって、この段階で、光学素子３の抽出面３ａとなる面６０ａと、壁３０の上面３１になる面６５ａを一括して平坦化することができる。また、このとき、壁３０の上面３１となる層６５の上面６５ａに対し、マイクロプリズム４の上面、すなわち抽出面３ａとなる層６０の上面６０ａを同じレベルで製造することができる。そして、層６５の上面６５ａのレベルがマイクロプリズム４の頂点４ａとなるので、頂点４ａのレベルを抽出面３ａにほぼ一致させることができる。
【００３５】
次に、図５に示すように、光スイッチング素子１０の単位にエッチングにより画素分離する。この際、壁３０もスイッチング素子１０から独立させる。その後、フッ酸によるウエットエッチングするなどの方法によって犠牲層１０１を除去すると、図６に示すように、アクチュエータ６と光学素子３とを有する光スイッチング素子１０がアレイ状に配置され、その周囲に壁３を備えた光スイッチングデバイス５５が製造される。
【００３６】
この光スイッチングデバイス５５に、図７に示すように、光ガイド４１を壁３０の上面３１に装着する。本例の光ガイド４１は、全反射面となる下面４１ａのうち、光学素子３の抽出面３ａに接触する部分あるいは領域４１ｂが、壁３０の上面３１に接触する面４１ｃより基板２０の側に突き出た形状、すなわち、基板２０の側に凸に形成されており、光ガイド４１が段差Ｌを備えている。したがって、この光ガイド４１を光スイッチグデバイス５５に重ねて空間光変調装置５０を組み立てることにより、壁３０の上面３１に接した面４１ｃより、抽出面３ａと接触する面４１ｂが基板２０の側に突出するので、アクチュエータ６の上電極７が撓み、抽出面３ａは平衡な位置である壁３０の上面３１のレベルが低く、基板２０に近い位置、すなわち、壁の上面３１に対し段差Ｌだけ変位した位置で全反射面４１ａに接触する。このため、抽出面３ａが全反射面４１ａに接触した状態で弾性部材としての機能も備えた上電極７が変位しているので、光学素子３を光ガイド１に押し付ける方向に弾性力が働き、抽出面３ａは全反射面４１ａに強く押し付けられる。したがって、本例の空間光変調装置５０は、光学素子３の抽出面３ａの平坦度が高く、さらに、十分な力で全反射面４１ａに押し付けられるので、オンの位置で、光学素子３の抽出面３ａと光ガイド４１の全反射面４１ａが密着する。このため、効率良くエバネセント光を抽出することができる空間光変調装置５０を提供することができる。
【００３７】
さらに、このような製造方法により光学素子３と壁３０とを製造することにより、図４に基づき説明したようにプリズム４の頂点４ａと、光学素子３の上面３ａのレベルを一致させることができ、Ｖ形状の反射層４６の頂点の上に高さを持たないプリズムを形成できる。したがって、図１に示すように、光学素子３の端部３ｂにおいても、プリズムの頂点４ａと抽出面３ａの高さが一致するので、ここから光学素子３の外部に光が漏れ出ることを防止できる。したがって、この点でも光の利用効率の高い空間光変調装置５０を提供することができる。
【００３８】
このように、本例の空間光変調装置５０は、アレイ状に配置された光スイッチング素子１０の外側に壁３０を配置することにより、全反射面４１ａと光学素子３の抽出面３ａとのギャップを精度良く確保できる構成になっている共に、光ガイド４０の全反射面４１ａの側に段差Ｌを設けることに抽出面３ａが全反射面４１ａに加圧されるようにしている。したがって、光学素子３の抽出面３ａおよび壁３０の上面３１とを同じレベルで製造する工程を設けることができ、図４に示したように、光学素子３を形成する層６０と、壁３０を形成する層６５の双方の上面を同レベルで研磨することが可能となり、チップあるいはワークの全面を均一にフラットに研磨することにより容易に平坦度の高い面を製造することができる。また、所望の厚みの層を形成することも容易となるので、光学素子３の層を薄型化することができ、光スイッチングデバイス５５および空間光変調装置５０もさらに薄くコンパクトにすることができる。
【００３９】
また、この製造方法では、チップの全面を平坦化することにより光学素子３の抽出面３ａを精度良く成形できるので、従来のように型転写でプリズム４を成形する必要がない。さらに、サポート層５のＶ字形状もグレーマスクを用いてエッチングすることにより形成することができる。したがって、本例のように、光学素子３を酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの型成形には向かない無機物質により形成することができる。光学素子３を無機質の材料で製造することにより、基板２０およびアクチュエータ６を含めて、空間光変調装置５０を全体的に無機物質のみで構成することが可能であり、長期間にわたる強い光の照射に対して耐久性の高い空間光変調装置５０を提供できる。また、空間光変調装置５０を組み立てた後に、この装置内から有機系ガスが放出されるのも防止でき、これらのガスによってアクチュエータ６や光学素子３の動きが阻害され、映像表示デバイスなどとしての空間光変調装置５０の性能が劣化したり、変化したりしてしまうのを未然に防止することができる。
【００４０】
また、本例の製造方法においては、画素分離する前、すなわち、図４の段階でデバイスの表面６５ａおよび６０ａが平面になるので、画素分離用のレジストを塗布するのが非常に簡単になる。すなわち、この段階で壁などとの間に段差があると、スピンコートあるいはフレキソ印刷などの膜厚を一様にできる塗布方法が使用できない、これに対し、本例では、レジストを塗布する段階では障害となる段差がないので、スピンコートあるいはフレキソ印刷などの方法により均一なレジスト塗布が可能となり、画素分離の精度も向上する。
【００４１】
さらに、上記の製造方法では、光ガイド４１の下面４１ａに予め段差Ｌを設けて光学素子３を加圧するための変位を確保しているが、全体を平坦に製造した後に、壁３０の上面３１を低くすることによっても段差Ｌを設けることができる。そして、上記と同様に全体が平坦化された工程を備えたメリットを得ることができる。図８に、このような方法で製造された空間光変調装置５０の例を示してある。本例の空間光変調装置５０では、光ガイド１としては、図１２に示した空間光変調装置９０と同様の、全反射面１ａが全体的に平坦なものが採用されている。したがって、構成はほぼ同様であるが、光学素子３の側面３ｂに示したように、この光学素子３においても上記の例と同様にマイクロプリズム４の頂点４ａが抽出面３ａとほぼ一致する。したがって、この部分からの光の漏れを無くすことができ、光利用効率の高い空間光変調装置となっている。そして、本例の空間光変調装置５０も、いったん、全面をフラットにする工程を備えているので、上記の空間光変調装置と同様に抽出面３ａの面精度を従来のものに対して飛躍的に向上することができる。
【００４２】
この空間光変調装置５０の製造方法をさらに詳しく説明する。この空間光変調装置５０の製造方法は、先に図２〜図４にて説明したように、光学素子３および壁３０を構成する酸化シリコンの層６０および６５を用いてＣＶＤにより形成し、さらに、これらの層６０および６５の表面６０ａおよび６５ａをＣＭＰ法により平坦化する工程までは同様に行うことができる。したがって、図４に基づき説明したように、光学素子３の抽出面３ａおよび壁３０の上面３１とを同じレベルで製造することができ、これらの面全体を研磨して平坦化することにより、壁３０の上面３１も含めて光学素子３の抽出面３ａを簡単に平坦化でき、高い面精度を得ることができる。また、プリズム４の頂点４ａが抽出面３ａと一致するように光学素子３を製造することもできる。
【００４３】
本例においては、この平坦化のプロセスの後に、図９に示すように、画素単位となるスイッチング素子１０を画素分離すると同時に、図９の左側に破線で示すように、壁３０の表面３１を、さらに一段下がったレベルに、すなわち、抽出面３ａに対し、壁３０の表面３１が基板２０の側に低くなり、抽出面３ａと壁３０の上面３１との間に段差Ｌが形成されるようにエッチングなどにより壁３０を加工する。
【００４４】
その後、図１０に示すように、犠牲層１０１を除去することにより、光スイッチングデバイス５５が完成し、図１１に示すように、この光スイッチングデバイス５５に、全反射面１ａが平坦な光ガイド１を、壁３０の表面３１に合わせて装着することにより本例の空間光変調装置５０を製造することができる。本例の空間光変調装置５０においても、図１１に示したように、壁３０の上面３１と抽出面３ａとの間に段差Ｌがあるので、アクチュエータ６の上電極７が撓んで、光学素子３を全反射面１ａに押し付ける力が得られる。そして、上述したように抽出面３ａの平坦度が高いので、全反射面１ａに光学素子３の抽出面３ａを密着させることができ、光利用効率の高い空間光変調装置５０を提供できる。また、プリズム４の頂点４ａを抽出面３ａと一致させることができることにより光の利用効率が向上することも上記と同様である。そして、本例の空間光変調装置５０では、抽出面３ａと接触する面と壁３０に接触する面あるいは領域１ｂと、壁の上面３１と接触する領域１ｃとが同一平面１ａの光ガイド１を壁の上面３１に搭載することにより空間光変調装置５０が製造できる。したがって、光ガイド１を装着する際に、アライメントが容易となるというメリットがある。
【００４５】
なお、上記で説明した製造方法では、光学素子３の層６０および６５を成膜するためにＣＶＤを採用し、無機物質である酸化シリコンでこれらの層を製造しているが、ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）に限らず、蒸着あるいはスパッタリングなどの方法で層を形成することもできる。さらに、無機物質に限らず、スピンコートあるいはフレキソ印刷といった方法により樹脂などの有機物質を用いて均質な層を簡単に成膜することも可能である。すなわち、特別な真空装置を用いずに、スピンコータなどの装置のみで光学素子３の層６０および６５を形成できる。たとえば、フッ化水素酸（ＢＨＦ）に耐性のある塩化ビニール系、ＡＢＳ系、ポリエチレン系、エポキシ系などの樹脂を滴下してスピンコートし、全面に均一に塗布することにより光学素子の層６０および６５を成形し、それらの表面を上記と同様に、あるいは適当な硬度の無機質の素材をディポジットなどにより成膜した後にＣＭＰなどにより研磨して平坦化できる。また、型転写を用いてこれらの層６０および６５を成形し、その後に、壁の上面を含めたチップあるいはワーク全体の面を上記と同様にＣＭＰ法などにより研磨して確実に平坦化できるので、面精度の高い抽出面３ａを備えた光学素子３を製造できる。したがって、安価で、面精度の高い光学素子３を備えた光スイッチングデバイス５５を製造することが可能であり、これと上記ような光ガイド１あるいは４１とを組み合わせることにより、光の利用効率高く、オンオフのコントラストの高い画像表示デバイスとして好適な空間光変調装置５０を製造し提供できる。
【００４６】
したがって、本発明の製造方法により提供可能な空間光変調装置５０は、映像表示装置、光コンピュータ、光プリンタなどの多種多様な装置に適したものである。たとえば、図１３に示したように、光源１１１および１１２、さらには投写レンズ１１６などの光ガイド１または４１に映像を形成するための光を入出力する手段とを組み合わせることによりプロジェクタ型の映像表示装置を提供することができる。
【００４７】
さらに、上記では、光学素子を駆動するアクチュエータとして静電アクチュエータを用いた空間光変調装置を例に説明しているが、ピエゾ効果などの他の電気機械的な効果を用いたアクチュエータを用いることも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、光ガイドの側に段差を設けたり、画素分離する際に壁の上面を加工して段差を設けることにより、光学素子の抽出面となる面と、壁の上面とを同じレベルで製造する工程を設けることができる。このため、これらの面全体を一括してＣＭＰで研磨するなどの方法により平坦化することが可能となり、抽出面の平坦度を高くでき、面精度を上げ光ガイドの全反射面との密着性を上げることができる。このため、光の利用効率を向上できる。また、この製造方法であれば、光学素子において光を反射するマイクロプリズムの頂点を抽出面と同じレベルとなるように製造できるので、さらに光の利用効率の高い空間光変調装置を提供できる。したがって、本発明にかかる空間光変調装置を採用することにより、明るくコントラストの高い映像を表示できる映像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ガイドに段差を備え、エバネセント光を利用した、本発明に係る空間光変調装置の概要を示す図である。
【図２】図１に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、光スイッチングデバイスのアクチュエータ層を形成した様子を示す図である。
【図３】図１に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、アクチュエータ層に光学素子となる層を形成し、反射膜を形成した様子を示す図である。
【図４】図１に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、光学素子のプリズムとなる層を形成し、ＣＭＰにより平坦化する様子を示す図である。
【図５】図１に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、画素分離する様子を示す図である。
【図６】図１に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、犠牲層を除去し、光スイッチングデバイスが形成される様子を示す図である。
【図７】図１に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、図６に示した光スイッチングデバイスに、段差の形成された光ガイドを装着する様子を示す図である。
【図８】上記と異なる、本発明にかかる空間光変調装置の概要を示す図である。
【図９】図８に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、光学素子を構成する層が形成され、ＣＭＰにより平坦化された後に、画素分離する際に壁の上面をエッチングして段差を形成する様子を示す図である。
【図１０】図８に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、犠牲層を除去する様子を示す図である。
【図１１】図８に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図であり、平坦な光ガイドを装着する様子を示す図である。
【図１２】エバネセント光を利用した空間光変調装置の概要を示す図である。
【図１３】空間光変調装置を映像表示デバイスとして用いたプロジェクタの概要を示す図である。
【図１４】図１２に示す空間光変調装置の製造プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１、４１    光ガイド
１ａ、４１ａ    全反射面
２    照明光
３    光学素子
３ａ    抽出面
４    マイクロプリズム
４ａ    プリズムの端（頂点）
５    Ｖ型のサポート構造
６    アクチュエータ（アクチュエータ層）
７    上電極およびばね構造
８    下電極
９    アンカー
１０    光スイッチング素子
１１    ポスト
２０    半導体基板
３０、８０    壁
３１、８１    壁の表面（接続面）
４６    反射膜
５０、９０    空間光変調装置
６０    アクチュエータ層の上に形成された層
１０１    犠牲層
【図１】
0003911980.tif 000002
【図２】
0003911980.tif 000003
【図３】
0003911980.tif 000004
【図４】
0003911980.tif 000005
【図５】
0003911980.tif 000006
【図６】
0003911980.tif 000007
【図７】
0003911980.tif 000008
【図８】
0003911980.tif 000009
【図９】
0003911980.tif 000010
【図１０】
0003911980.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003911980.tif 000013
【図１３】
0003911980.tif 000014
【図１４】
0003911980.tif 000015