(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光束が、任意の光反射領域において反射方向を変えることにより変調される光変調装置において、
基板上の凹部に形成された電極と、
該電極と空隙を介して対向するように両端が前記基板に固定された梁と、
該梁上の任意の箇所に形成された光反射部と、
該光反射部を除く前記梁の任意の箇所に予め撓ませた形状に形成された撓み部位と、
を有し、
前記撓み部位は、前記電極に電圧が印加されて生じる静電引力により前記梁が前記電極側に移動するように変位すると共に、前記光反射部の向きを変更して光束の変調が行われるように変形し、
前記凹部の底面には、前記撓み部位に対向する溝が形成されていることを特徴とする光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光変調装置に係り、特に光スイッチデバイス等に用いられる光変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、静電力を利用した光スイッチデバイスでは、以下のようなものが提案されている。
▲１▼持ち梁を静電力で撓ませて光の反射方向を変えてスイッチするデバイス及びそれを用いた光変調システムが、K.E.Petersenにより1977年に発表されている（Applied Physics Letters,Vol.31, No.8, pp521〜pp523）。
▲２▼D.M.Bloomらが、回折格子を静電力で駆動して光スイッチする素子を発表している（Optics Letters,Vol.7, No.9, pp688〜pp690）。尚、このUSPの国内対応特許出願としては、特許公報 第2941952号及び第3016871号、及び公表特許公報 特表平10-510374がある。
▲３▼光変調システムを用いた画像装置としては、チボーらが、デジタルマイクロミラーデバイス(一般的にDMDと称される)を一次元又は二次元に配置したものを、公開公報 特開平6-138403の中で開示している。
▲４▼デジタルマイクロミラーデバイスの素子構造として、L.J.Hornbeckが、ねじり梁型やカンチレバー梁型のデジタルマイクロミラーデバイスを開示している（Proc. SPIE Vol.1150,pp.86-102(1989)）。
▲５▼L.J.Hornbeckが発表したねじり梁型やカンチレバー型のデジタルマイクロミラーデバイスにおいては、ミラー部が傾斜された構成となっている。
▲６▼両端固定型の梁を円筒状に撓み変形させて、高速に光変調を行う素子が、公開特許公報 特開2000-2842に開示されている。
▲７▼また、本出願人は、平行又は非平行な空隙を介した電極間に作用させる静電力により、ミラーが形成された両端固定梁を変形させ、光反射面に入射する入射光束の反射方向を変えることで変調するよう構成された光変調装置を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の▲１▼片持ち梁を利用した光スイッチや、▲４▼ねじり梁型やカンチレバー梁型のデジタルマイクロミラーデバイスは、梁の安定性の確保が難しく、かつ応答速度も速くできないという問題を有している。
【０００４】
上記▲２▼の光スイッチ素子は、入射光の波長が制限されるという問題がある。これに対し、上記▲６▼の公開特許公報 特開2000-2842に開示されている素子すなわち、平行な空隙を電極間に有しその静電引力により両端固定梁を円筒状に撓ませる素子は、高速に変形することが可能なので、応答速度を速くできる利点を有している。
【０００５】
また、上記▲７▼のものは、同様に上記問題を解決し、梁の安定性を確保し、応答速度の早い光変調装置を提供している。さらに、電極間の空隙を非平行とすることにより、ゲルバートにより提案されている素子に比べ、より低い駆動電圧にて変形が可能である。
上記▲６▼、▲７▼のものは、例えば、図１(ａ),(ｂ)に示すように構成されている。図１（ａ），（ｂ）において、梁１１は、上方から見ると長方形状で、側方からみると薄板状に形成されている。また、梁１１は、基板１２の溝１２ａを跨ぐように横架され、溝１２ａ内に形成された電極１３と空隙１５を介して対向する。基板１２の平面上では、絶縁膜１４を介して梁１１の左右端部１１ａ，１１ｂを固定端とし、梁１１の前後端部１１ｃ，１１ｄを自由端としている。
【０００６】
このように、空隙１５の上方に横架された梁１１は、平板状であるため、静電力により容易に変形させるためには、梁１１の膜厚を薄くすることが必要であり、製造工程での歩留上、梁１１の膜厚を薄く出来ない場合には、駆動電圧を高くしなければならないという問題を有している。
【０００７】
さらに、梁１１は、左右端部１１ａ，１１ｂが固定されているため、変形時に梁１１が伸長することが求められ、膜厚より変形量が大きい場合には、相対的に多大な梁１１の伸長が必要となる。従って、この構成のものでは、デジタルマイクロミラーデバイス等のねじり梁型に比べ、変形のための駆動電圧が相対的に高くなる問題を有している。特に、この問題は、光変調装置としての効果を高めるために、梁１１の膜厚に比べ撓み変形量が大きくなる場合に顕著となる。
【０００８】
そこで、本発明は光反射部を有する梁が静電引力の作用で変形しやすくしてより小さい駆動電圧で梁を駆動できるよう構成された光変調装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
【００１０】
本発明は、撓み部位が電極に電圧が印加されて生じる静電引力により梁が電極側に移動するように変位すると共に、光反射部の向きを変更して光束の変調が行われるように変形し、凹部の底面には、撓み部位に対向する溝が形成されているため、容易に梁の撓み変形を行うことができ、極力低い電圧で梁を駆動することができる。これにより、電子写真プロセスにおける光書込デバイス等の画像装置及びプロジェクターなどの映像装置の低電圧化を達成することが可能になる。
また、本発明によれば、凹部の底面に撓み部位に対向する溝が形成されているので、梁と共に光反射部が凹部内に進入しやすくなり、凹部に形成された電極に光反射部をより接近させて、比較的小さな静電引力で光反射部を変位させることが可能になる。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、撓み部位の稜線方向が梁の固定端接線方向と平行であるため、静電引力により梁が変形するのに伴って回動すると共に、電極に対向した状態で回動することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図２は本発明になる光変調装置の実施例１を示す構成図であり、（ａ）はＡ−Ｂ線に沿う縦断面図、（ｂ）は平面図である。
図２（ａ）（ｂ）に示されるように、１０１はシリコンや光学ガラス等の基板であり、本実施例１では、表面に（１００）面を有するシリコン基板を用いている。さらに、基板１０１の上面には、シリコン酸化膜などの絶縁膜１０２が形成されている。絶縁膜１０２の上面には、凹部１０２ａが形成されており、凹部１０２ａの底面には電極（第１の電極）１０３が形成されている。なお、電極１０３は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ等の金属や、ＩＴＯ等の導電性薄膜や、不純物が注入されて低抵抗化された基板シリコンを用いており、両端１０５ａ，１０５ｂが固定された両端固定梁１０５を駆動するための一方の電極となる。
【００１７】
１０４は、電極１０３を保護する保護膜であり、例えば、シリコン窒化膜等の絶縁性を有する膜を用い、電極１０３が梁１０５と接触し、短絡することを防ぐ役割をする。又、図中には記載されていないが、保護膜１０４には、電極１０３と外部信号とを接続する部分としてパッド開口部位を形成することもある。
【００１８】
１０５は、表面に光反射層（光反射領域）１０６を有する両端固定梁である。なお、以後の実施例を含めて、両端固定梁１０５上に形成された光反射層１０６は、別途堆積された膜に限る訳ではなく、デバイスの性能に寄与する光反射領域が両端固定梁１０５自体に形成されている場合も含まれる。
【００１９】
１０７は、両端固定梁１０５に電圧を印加するために設けられた電極としてのパッドであり、両端固定梁１０５を駆動するためのもう他方の電極（第２の電極）を取り出す役割を果たす。なお、パッド１０７は、両端固定梁１０５に導電性膜を用いた場合には両端固定梁１０５上に、光反射層１０６に導電性膜を用いた場合には光反射層１０６上に形成される。
【００２０】
梁１０５を撓ませる静電力は、絶縁膜１０２の凹部１０２ａ内に形成された空隙１０８を介して梁１０５に対向する電極１０３と、梁１０５又は光反射層１０６との間に電圧を印加することにより発生させることができる。なお、梁１０５は、例えば、金属膜や、単結晶シリコン、多結晶シリコン、又はシリコン窒化膜等の薄膜で形成される。
【００２１】
特に、単結晶シリコンで形成した両端固定梁１０５は、欠陥が少なく、寿命が長い。又、多結晶シリコンで形成した両端固定梁１０５は、ＣＶＤ等の手法を用いることが出来るのでコストが低く出来、かつ膜の圧縮応力により、光反射層１０６に引張応力が作用する膜を用いて、両端固定梁１０５の残留内部応力の制御が容易となる。又、シリコン窒化膜の薄膜で形成した両端固定梁１０５は、膜の引張応力の作用によりスイッチングの応答速度を速めることが出来る。さらに、両端固定梁１０５が単結晶及び多結晶シリコンで形成されている場合には、この単結晶シリコン又は多結晶シリコンを不純物により低抵抗化し、導電性とすることも可能である。
【００２２】
上記実施例１においては、基板１０１上に絶縁膜１０２を形成した後、絶縁膜１０２を写真製版法及びドライエッチング法によりパターニングし、空隙１０８を形成しているが、基板１０１を同様にパターニングし、その後絶縁膜１０２を堆積しても良い。
【００２３】
上記実施例１において、本発明の特徴である撓み部位１１０が、両端固定梁１０５の一部に形成されており、特に一方（図２（ａ）のでは左端）の固定端１０５ａの近傍に形成されている。又、撓み部位１１０は、空隙１０８側にＶ字状に曲げられて突出しており、且つその突起部位（頂点）１１０ａの稜線１１２の延在方向が固定端１０５ａの接線方向（幅方向）と平行であるように形成されている。
【００２４】
これにより、両端固定梁１０５は、静電引力が作用することにより、撓み部位１１０の曲げ角度が開いて空隙１０８側に傾斜することができる。そのため、両端固定梁１０５を駆動する力が小さくなり、電極１０３及びパッド１０７に印加される駆動電圧が小さくて済む。そのため、電子写真プロセスにおける光書込デバイス等の画像装置及びプロジェクターなどの映像装置の低電圧化を達成することが可能になる。
【００２５】
また、撓み部位１１０は、基板１０１に固定された両端固定梁１０５の両端１０５ａ，１０５ｂのうち少なくとも一方の固定端１０５ａ近傍に形成されている。そのため、撓み部位１１０は、光反射層１０６を外れた位置で変形することができ、光反射層１０６の平面精度を変化させずに両端固定梁１０５の延在方向を傾けることができる。そのため、両端固定梁１０５の変形時の散乱光を抑制し、オン・オフ動作時のＳ／Ｎ比（目的方向への光強度比）を向上し、それにより、電子写真プロセスにおける光書込デバイス等の画像装置及びプロジェクターなどの映像装置のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。
【００２６】
また、電極１０３は、空隙１０８下面のうち撓み部位１１０に対向する部分を除く範囲に形成されている。そのため、撓み部位１１０に静電引力が作用せず、両端固定梁１０５の変形の過程が光反射層１０６を有する電極１０３間の静電引力分布に依存させることが可能になる。これにより、両端固定梁１０５の変形の過程の設計を容易にし、且つ両端固定梁１０５の変形の再現性を向上させることができる。
【００２７】
また、撓み部位１１０は、Ｖ字状に曲げられた折り曲げ部分の稜線（頂点部位）１１２の延在方向が両端固定梁１０５の固定端１０５ａの接線方向（幅方向）と平行であるため、静電引力により両端固定梁１０５が撓み部位１１０の変形に伴って回動すると共に、電極１０３に対向した状態で回動することができる。
【００２８】
また、撓み部位１１０は、基板１０１上の凹部１０２ａに対向する部位に、梁１０５の変形を容易にするための折り曲げ部分を有するため、静電引力により両端固定梁が駆動される際にこの折り曲げ部分が開いて撓み部位１１０が変形しやすくなる。これにより、撓み部位１１０を設置するための特別な工程増加を必要としないので、コスト低減及び歩留向上が可能となる。さらに、両端固定梁１０５の位置制御が容易となり、例えば、電子写真プロセスにおける光書込デバイス等の画像装置及びプロジェクターなどの映像装置のＳ／Ｎ比を向上させることにある。
【００２９】
ここで、図３乃至図８を参照して本発明の実施例１の製造方法について説明する。
図３乃至図８は、実施例１の製造工程１〜６を説明するための工程図である。尚、図３（ａ）乃至図８（ａ）は、Ａ−Ｂ線に沿う縦断面図、図３（ｂ）乃至図８（ｂ）は平面図である。
【００３０】
図３(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程１では、シリコン酸化膜を形成したシリコン基板からなる基板１０１に、写真製版法及びドライエッチング法の手法により空隙１０８を形成するための凹部１０２ａを設ける。この時、空隙１０８においては、面積階調のパターンを形成したフォトマスクあるいはレジスト材料の熱変形手法などを用いれば、非平行な空隙を形成する事が出来る。
【００３１】
図４(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程２では、凹部１０２ａに、電極１０３を窒化チタン(ＴｉＮ)膜の薄膜で形成する。このＴｉＮ薄膜は、Ｔｉをターゲットとしたスパッタ法により厚さ0.01μｍに成膜する。さらに、ＴｉＮ薄膜を、写真製版法及びドライエッチング法の手法により、電極１０３として形成した後、電極１０３の保護膜１０４として、シリコン窒化膜を、膜厚0.１μｍで常圧ＣＶＤ法により成膜する。
【００３２】
図５(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程３では、プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０９を凹部１０２ａが完全に埋まるまで成膜し、その後感光性有機皮膜１１３を塗布して平坦化する。
【００３３】
図６(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程４では、感光性有機皮膜１１３及びシリコン酸化膜１０９を同じエッチング速度でドライエッチングするエッチバック手法により、基板表面上の保護膜１０４が露出するまでエッチングする。この時、空隙１０８上のシリコン酸化膜１０９は、基板表面と同じ高さで、残存している。
【００３４】
上記シリコン酸化膜１０９は、犠牲層である。その後、感光性有機皮膜１１４を写真製版法によりパターニングし、本発明の特徴である両端固定梁１０５の撓み部位１１０に対向する箇所を開口する。なお、図５及び図６は、エッチバック手法による犠牲層形成を記載したが、他の方法として、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)手法を用いて、犠牲層を平坦化しても良い。
【００３５】
図７(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程５では、感光性有機皮膜１１４をエッチングマスクとして、撓み部位１１０に対向する箇所の酸化膜１０９をエッチングする。この時、エッチング幅及び深さを適切な値にすることにより、両端固定梁１０５全体が静電力により撓んだ場合の、伸長を容易にすることが出来る。
【００３６】
その後、有機皮膜１１４を除去し、全面に、両端固定梁１０５の材料となるシリコン窒化膜を熱ＣＶＤ法の手法により、厚さ0.1μｍで成膜する。次に、入射光束の反射層１０６となるＣｒ薄膜を０．１μｍの厚さで、シリコン窒化膜上にスパッタ法により形成する。
【００３７】
写真製版法及びドライエッチング法の手法により、Ｃｒ膜とシリコン窒化膜をそれぞれパターニングし、両端固定梁１０５及び表面反射層１０６を形成する。本発明の特徴の撓み部位に対向する箇所に成膜されたシリコン窒化膜及びCr膜は、下地を履歴するように成膜される。
【００３８】
図８(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程６では、空隙１０８を平坦化していた酸化膜（犠牲層）１０９を、フッ酸の希釈液を用いたウェットエッチング手法により除去する。なお、この時、酸化膜（犠牲層）１０９と電極の保護膜１０４及び梁層１０５とのエッチング選択性を基に、酸化膜（犠牲層）１０９のエッチングが終了しても、目的となる梁層１０５厚さ及び保護膜１０４の厚さを保つように、初期の梁層１０５及び保護膜１０４の膜厚が決定される。酸化膜（犠牲層）１０９の除去と同時に、本発明の特徴である撓み部位１１０も形成される。以上で、実施例１の光変調装置が完成する。なお、上記図３乃至図８において、電極１０３上のパッド部１０７における保護膜１０４のエッチング開口に関しては省略しているが、電極１０３を空隙１０８から基板表面に延長し、図７と図８の間の工程にて開口するようにしても良い。
【００３９】
次に、本発明の実施例２について説明する。
図９は実施例２の光変調装置を示す図であり、(ａ)はＡ−Ｂ線に沿う縦断面図であり、(ｂ)は平面図である。尚、実施例２において、上記実施例１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図９(ａ)(ｂ)に示されるように、実施例２において、シリコン酸化膜１０２に形成された凹部１０２ａの底面には、撓み部位１１０に対向する溝４０１がより深くエッチング加工されていることにある。これと共に、撓み部位１１０もより空間層１０８内に突出するように鋭角に折り曲げられている。また、電極１０３は、撓み部位１１０に対向する部分を除いて形成されており、且つ溝４０１を除いた範囲に形成されている。
上記実施例２において、本発明の特徴である撓み部位１１０が、両端固定梁１０５の一部に形成されており、固定端１０５ａの近傍に形成されている。又、凹部１０２ａのうち撓み部位１１０に対向する部分には、電極１０３が形成されていない。さらに、撓み部位１１０は、凹部１０２ａ内の空隙１０８側にＶ字状に突出形成されている。又、撓み部位１１０は、その折り曲げ部分となる突起部位（頂点）１１０ａの稜線１１２が固定端１０５ａの接線方向（幅方向）と平行であるように形成されている。
【００４１】
以下の図１０乃至図１６を参照して本発明の実施例２の製造方法について説明する。
図１０乃至図１６は、実施例２の製造工程１〜７を説明するための工程図である。尚、図１０（ａ）乃至図１６（ａ）は、Ａ−Ｂ線に沿う縦断面図、図１０（ｂ）乃至図１６（ｂ）は平面図である。
【００４２】
図１０(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程１では、シリコン酸化膜を形成したシリコン基板からなる基板１０１に、写真製版法により、感光性有機皮膜５０１がパターニングされている。この時、面積階調のパターンを形成したフォトマスクを使用し、写真製版を実施することにより、同図に見られる任意の厚みを有するパターンを同時に形成することが出来る。
【００４３】
図１１(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程２では、厚みの異なるパターンを有する感光性有機皮膜５０１をエッチングマスクとして、基板１０１上のシリコン酸化膜１０２を、ドライエッチングする。この時、エッチング条件を、異方性であり、かつ酸化膜と感光性有機皮膜のエッチング速度が等速な条件とすることにより、任意の深さ及び形状を有する凹部１０２ａを形成することが出来る。これにより、撓み部位１１０に対向する溝部４０１の深さを、電極１０３が設けられた光変調に寄与させる部分に比べ、深く形成することが出来る。なお、この時、空隙１０８においては、面積階調のパターンを形成したフォトマスクを用いているので、非平行な空隙を形成する事も出来る。
【００４４】
図１２(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程３では、凹部１０２ａの底面に、電極１０３を窒化チタン(ＴｉＮ)膜の薄膜で形成する。ＴｉＮ薄膜は、Ｔｉをターゲットとしたスパッタ法により厚さ０．０１μｍに成膜される。ＴｉＮ薄膜を、写真製版法及びドライエッチング法の手法により、電極１０３として形成する。その後、電極１０３の保護膜１０４として、シリコン窒化膜を、膜厚０．１μｍで常圧ＣＶＤ法により成膜する。
【００４５】
図１３(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程４では、プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０９を、光変調に寄与する部位の凹部１０２ａが完全に埋まるまで成膜し、その後感光性有機皮膜１１２を塗布して平坦化する。この時、撓み部位１１０に対向する溝部４０１は、その深さ及び幅を調整することにより、同図に示されるように、シリコン酸化膜１０９で完全に埋まることはない。
【００４６】
図１４(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程５では、感光性有機皮膜１１２及びシリコン酸化膜１０９を同じエッチング速度でドライエッチングするエッチバック手法により、基板表面上の保護膜１０４が露出するまでエッチングする。この時、空隙１０８上のシリコン酸化膜１０９は、基板表面と同じ高さで、残存している。上記シリコン酸化膜１０９が、犠牲層である。なお、図１３及び図１４は、エッチバック手法による犠牲層形成を記載したが、他の方法として、CMP(Chemical Mechanical Polishing)手法を用いて、酸化膜（犠牲層）１０９を平坦化しても良い。
【００４７】
図１５(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程６では、基板１０１全面に、両端固定梁１０５の材料となるシリコン窒化膜を熱ＣＶＤ法の手法により、厚さ０．１μｍで成膜する。次に、入射光束の反射層１０６となるＣｒ薄膜を０．１μｍの厚さで、シリコン窒化膜上にスパッタ法により形成する。そして、写真製版法及びドライエッチング法の手法により、Ｃｒ膜とシリコン窒化膜をそれぞれパターニングし、両端固定梁１０５及び光反射層１０６を形成する。この時、撓み部位１１０に対向する箇所に成膜されたシリコン窒化膜及びＣｒ膜は、下地を履歴するように成膜される。
【００４８】
図１６(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程７では、凹部１０２ａを平坦化していた酸化膜（犠牲層）１０９を、フッ酸の希釈液を用いたウェットエッチング手法により除去する。なお、この時、酸化膜（犠牲層）１０９と電極の保護膜１０４及び梁層１０５とのエッチング選択性を基に、酸化膜（犠牲層）１０９のエッチングが終了しても、目的となる梁層１０５厚さ及び保護膜１０４厚さを保つように、初期の梁層１０５及び保護膜１０４の膜厚が決定される。酸化膜（犠牲層）１０９を除去することにより、同時に撓み部位１１０も形成されされる。
【００４９】
撓み部位１１０の深さ及び幅を、図１０(ａ) (ｂ)に示す写真製版と、図１１(ａ) (ｂ)に示すドライエッチングにより調整することにより、光変調に寄与する部位の梁の伸長及び変形を容易にすることが出来る。
以上で、本発明の光変調装置が完成するが、実施例１の図３乃至図８においては、撓み部位１１０を形成するために、写真製版工程及びドライエッチング工程が追加されていたが、実施例２の図１０乃至図１６の製造方法においては、工程を増加せずに、撓み部位１１０を形成することが可能となっている。
なお、上記図１０乃至図１６において、電極１０３上のパッド部１０７における保護膜１０４のエッチング開口に関しては省略しているが、電極１０３を空隙１０８から基板表面に延長し、図１５と図１６の間の工程にて開口することができる。
【００５０】
次に、本発明の実施例３について説明する。
図１７は実施例３の光変調装置の縦断面図である。尚、実施例３において、上記実施例１，２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図１７に示されるように、実施例３の光変調装置は、撓み部位１１０の上面において、電極及び光反射部の役割を果たす光反射層１０６がパターニング時に除去されている。光反射層１０６は、撓み部位１１０の上面を除く両端固定梁１０５の表面に形成されている。そのため、撓み部位１１０に静電引力が作用せず、両端固定梁１０５の変形の過程が光反射層１０６を有する電極間の静電引力分布に依存させることが可能になる。
【００５１】
また、電極としての光反射層１０６を撓み部位１１０に形成しないため、撓み部位１１０は、容易に撓みやすくなる。さらに、撓み部位１１０において、空隙１０８を介した静電引力が作用しないので、上記両端固定梁１０５の変形の過程が光反射領域を有する電極間の静電引力分布に依存させることが可能となる。それにより、両端固定梁１０５の変形の過程の設計を容易にし、かつ両端固定梁１０５の変形の再現性を向上させることが出来る。
【００５２】
次に、本発明の実施例４について説明する。
図１８は実施例４の光変調装置の縦断面図である。尚、実施例４において、上記実施例１〜３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図１８に示されるように、実施例４の光変調装置は、撓み部位１１０が、左右両側の固定端１０５ａ，１０５ｂの近傍に設置され、かつ両端固定梁１０５の平面に対して、光反射面１０６側（上方）に逆Ｖ字状に突出形成されている。
【００５３】
そして、一対の撓み部位１１０間には、光反射層１０６が形成されている。このように、光反射層１０６の左右両側より外側に位置する部分に一対の撓み部位１１０を設けたため、撓み部位１１０における固定端１０５ａ，１０５ｂを支点とした上下方向の回転の自由度が増すことにより、さらに、両端固定梁１０５が撓みやすくなり、極力低い駆動電圧において、容易に両端固定梁１０５の撓み変形を行うことが可能になる。
【００５４】
以下の図１９乃至図２４を参照して本発明の実施例４の製造方法について説明する。
図１９乃至図２４は、実施例４の製造工程１〜５を説明するための工程図である。尚、図１９（ａ）乃至図２４（ａ）は、Ａ−Ｂ線に沿う縦断面図、図１９（ｂ）乃至図２４（ｂ）は平面図である。
【００５５】
図１９(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程１では、基板１０１が、シリコン酸化膜を形成したシリコン基板である。基板１０１上の絶縁膜１０２に、写真製版法及びドライエッチング法の手法により凹部１０２ａを形成する。この時、凹部１０２ａにおいては、面積階調のパターンを形成したフォトマスクあるいはレジスト材料の熱変形手法などを用いれば、非平行な空隙１０８を形成する事が出来る。
【００５６】
図２０(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程２では、凹部１０２ａの底面に、電極１０３を窒化チタン（ＴｉＮ）膜の薄膜で形成する。ＴｉＮ薄膜は、Ｔｉをターゲットとしたスパッタ法により厚さ０．０１μｍに成膜される。ＴｉＮ薄膜を、写真製版法及びドライエッチング法の手法により、電極１０３として形成した。その後、電極１０３の保護膜１０４として、シリコン窒化膜を、膜厚０．１μｍで常圧ＣＶＤ法により成膜する。
【００５７】
図２１(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程３では、プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１０９を凹部１０２ａが完全に埋まるまで成膜し、その後感光性有機皮膜１１２を塗布し、写真製版法によりパターニングする。この時、感光性有機皮膜１１２をパターニング後に熱変形させて、端部をテーパー形状とする。
【００５８】
図２２(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程４では、感光性有機皮膜１１２及びシリコン酸化膜１０９を、エッチング速度を制御し、基板表面上の保護膜１０４が露出するまでドライエッチングすることにより、光反射層１０６が形成される部位の空隙１０８上のシリコン酸化膜１０９は、基板表面と同じ高さで残存し、撓み部位１１０が形成される箇所のシリコン酸化膜（犠牲層）１０９は、上方に突出した隆起状（逆Ｖ字状）に残存する。その後、感光性有機皮膜１１２の残膜を除去する。
【００５９】
図２３(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程５では、上記シリコン酸化膜（犠牲層）１０９の全面に、両端固定梁１０５の材料となる多結晶シリコン膜を熱ＣＶＤ法の手法により、厚さ０．１μｍで成膜する。その後、多結晶シリコン膜に不純物を注入及び熱活性化させて、低抵抗化する。
【００６０】
次に、入射光束を反射させるための光反射層１０６となるＣｒ薄膜を０．１μｍの厚さで、シリコン窒化膜上にスパッタ法により形成する。そして、写真製版法及びドライエッチング法の手法により、Ｃｒ膜とシリコン窒化膜をそれぞれパターニングし、両端固定梁１０５及び光反射層１０６を形成する。この時、撓み部位１１０に対向する箇所に成膜された多結晶シリコン膜及びＣｒ膜は、下地を履歴するように成膜される。
【００６１】
図２４(ａ)（ｂ）に示されるように、製造工程６では、凹部１０２ａを平坦化していたシリコン酸化膜（犠牲層）１０９を、フッ酸の希釈液を用いたウェットエッチング手法により除去する。
【００６２】
なお、この時、シリコン酸化膜（犠牲層）１０９と電極の保護膜１０４及び梁層１０５とのエッチング選択性を基に、シリコン酸化膜（犠牲層）１０９のエッチングが終了しても、目的となる梁層１０５厚さ及び保護膜１０４厚さを保つように、初期の梁層１０５及び保護膜１０４の膜厚が決定される。そして、シリコン酸化膜（犠牲層）１０９の除去により、同時に一対の撓み部位１１０が光反射層１０６の左右外側に形成される。
以上で、実施例４の光変調装置は完成する。なお、上記図１９乃至図２４において、電極１０３上のパッド部における保護膜１０４のエッチング開口に関しては省略しているが、電極１０３を空隙１０８から基板表面に延長し、図２３と図２４の間の工程にて開口することができる。
【００６３】
次に、本発明の実施例５について説明する。
図２５は実施例５の光変調装置を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。尚、実施例５において、上記実施例１〜４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図２５（ａ）（ｂ）に示されるように、実施例５の光変調装置は、光反射層１０６に対向する箇所の凹部１０２ａの底面が所定角度で傾斜しており、空隙１０８は三角形状の非平行な空間に形成される。従って、凹部１０２ａは、電極１０３側に頂角１０２ｂを有する三角形状になっている。さらに、撓み部位１１０近傍に位置する部位の基板１０１の絶縁膜１０２には、両端固定梁１０５の支点となる突起部位９０１が形成され、且つ撓み部位１１０と対向する部位には撓み部位１１０が挿入される凹部１０２ｃが形成されている。
【００６４】
又、突起部位９０１と近接する両端固定梁１０５との間隔は、空隙１０８に比べ、非常に小さなものとなっている。このように構成にすることにより、両端固定梁１０５は、撓み部位１１０と突起部位９０１により変形しやすくなり、両端固定梁１０５の上下方向の位置制御が容易となる。特に、両端固定梁１０５の内部応力が、弱い引張応力である場合や圧縮応力である場合に、両端固定梁１０５は突起部位９０１に当接して座屈が抑制される。
【００６５】
実施例５の製造方法は、前述した図１０乃至図１６に示されたの実施例２の製造方法とほぼ同一である。但し、図１０、図１１に相当するシリコン酸化膜の加工を最適化する必要がある。又、図１５の両端固定梁１０５の成膜は、多結晶シリコン膜が用いられる。
【００６６】
次に、本発明の実施例６について説明する。
図２６は実施例６の光変調装置を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。尚、実施例５において、上記実施例１〜４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図２６（ａ）（ｂ）に示されるように、実施例６の光変調装置は、凹部１０２ａが二等辺三角形の逆Ｖ字状に形成されている。そして、三角形状に形成された凹部１０２ａの中心に形成された頂角１０２ｂに対向する部位の両端固定梁１０５には、撓み部位１１０が下方に突出するように折り曲げられて形成されている。そして、頂角１０２ｂが延在する接線方向は、撓み部位１１０の稜線方向（幅方向）と平行である。
【００６７】
このように構成にすることにより、光反射層１０６を有する両端固定梁１０５を変形させる時、両端固定梁１０５は、静電引力により伸長する方向と、撓み部位１１０の伸長しやすい方向が同じになるので、光反射層１０６を有する部位の両端固定梁１０５の変形が容易になり、駆動電圧を低下することが出来る。
【００６８】
又、頂角１０２ｂに対向する位置に撓み部位１１０が形成されているので、空隙１０８が狭い箇所から静電引力により両端固定梁１０５が変形を開始する場合に、変形過程の再現性が向上する。
【００６９】
なお、実施例６の製造方法は、図３乃至図８に示した実施例１の製造方法と同一である。但し、図３に相当するシリコン酸化膜の加工を最適化する必要がある。又、図７の両端固定梁１０５の成膜は、多結晶シリコン膜が用いられる。
【００７０】
次に、本発明の実施例６の変調動作について説明する。
図２７は実施例６の光変調動作を示す図であり、（ａ）は電圧非印加時の縦断面図、（ｂ）は低電圧印加時の縦断面図、（ｃ）は高電圧印加時の縦断面図、（ｄ）過渡状態の撓み部位を拡大して示す縦断面図である。尚、実施例６において、上記実施例１〜６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図２７（ａ）に示されるように、実施例６の光変調装置においては、電圧が非印加で両端固定梁１０５に静電力が作用していない時には、両端固定梁１０５は両端１０５ａ、１０５ｂを基板１０１に支持固定され、撓み部位１１０がＵ字状に形成された凹部１０２ｃに対向し、挿入されている。その時の入射光束は、両端固定梁１０５の表面の光反射層１０６で正反射し、矢印で示されるように、目的の方向に光束は進行する。
【００７１】
図２７(b)に示されるように、低電圧を印加し両端固定梁１０５に静電力を作用させると、両端固定梁１０５は空隙１０８に対向する部位が電極１０３側に引きつけられるように撓む。両端固定梁１０５表面が撓むために入射光束は両端固定梁１０５の撓みの影響を受け、反射光の方向が変わる。
【００７２】
さらに、図２７(c)に示されるように、高電圧を印加し梁に強い静電力を作用させると、両端固定梁１０５は完全に電極１０３側に引きつけられ、光反射層１０６が凹部１０２ａの傾斜角度に傾斜した状態に変形される。これにより、光反射層１０６に入射された光の反射方向が完全に切り替わり、動作前の方向と異なる方向へ進む。
【００７３】
また、図２７(ａ)に示される状態で、入射光束を反射した方向からみると、両端固定梁１０５での正反射により明るくなり（ＯＮ動作状態）、また図２７(ｃ)の状態では、光反射層１０６に入射された入射光束の反射方向が光反射層１０６の傾斜角度に応じた方向に変わるために暗くなる（OFF動作状態）。これにより光変調がなされる。
【００７４】
また、実施例６においては、特に、両端固定梁１０５下に形成されている空隙１０８が、梁１０５に対して所定角度傾斜して非平行に形成されている。この形状は、梁１０５の変形に有する電圧を小さくするために有効である。また、梁１０５に作用する静電力は、電極１０３と両端固定梁１０５の間の距離の２乗に反比例する。
【００７５】
すなわち、距離が小さいほど作用する静電力が大きい。そのため電圧を印加すると、両端固定梁１０５は傾斜した凹部１０２ａに近接する空隙１０８の狭い部分より変形を始める。そして、両端固定梁１０５の変形により順次空隙１０８が狭くなり、実施例のような平行な空隙の場合より低い電圧で両端固定梁１０５の変形が進行する。
【００７６】
ここで、図２４(ｂ)及び、図２７(ｂ)に示す過渡状態における撓み部位１１０の挙動を説明する。
【００７７】
図２７(ｄ)に示されるように、光反射層１０６を有する領域の両端固定梁１０５は、電極１０３間に作用する静電引力Ｆ１により撓み始めると、突起部位９０１において両端固定梁１０５が突起部位９０１に接触するように力Ｆ２が作用する。この時、撓み部位１１０においては、固定端１０５ａを支点とした上下方向の回転力Ｆ３と撓み部位が静電引力１１０１により伸長する引っ張り力Ｆ４が作用する。
【００７８】
なお、ここで示した引っ張り力Ｆ４は、撓み部位１１０が横方向（図２７(ｄ)中、左右方向）に伸ばされフラットな状態になる動作と、撓み部位１１０の膜自体が弾性により伸びる動作を示す。そして、両端固定梁１０５は、上記のような回転及び伸長動作をすることにより、撓み部位１１０を有していない場合（図１の従来例）に比べ、光反射層１０６を有する箇所の両端固定梁１０５の変形が容易となり、従来のものよりも低い電圧で変調動作を行える。
【００７９】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、撓み部位が電極に電圧が印加されて生じる静電引力により梁が電極側に移動するように変位すると共に、光反射部の向きを変更して光束の変調が行われるように変形し、凹部の底面には、撓み部位に対向する溝が形成されているため、容易に梁の撓み変形を行うことができ、極力低い電圧で梁を駆動することができる。これにより、電子写真プロセスにおける光書込デバイス等の画像装置及びプロジェクターなどの映像装置の低電圧化を達成することが可能になる。
また、本発明によれば、凹部の底面に撓み部位に対向する溝が形成されているので、梁と共に光反射部が凹部内に進入しやすくなり、凹部に形成された電極に光反射部をより接近させて、比較的小さな静電引力で光反射部を変位させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の光変調装置の一例を示す構成図であり、（ａ）はＡ−Ｂ線に沿う縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】  本発明になる光変調装置の実施例１を示す構成図であり、（ａ）はＡ−Ｂ線に沿う縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】  実施例１の製造工程１を説明するための工程図である。
【図４】  実施例１の製造工程２を説明するための工程図である。
【図５】  実施例１の製造工程３を説明するための工程図である。
【図６】  実施例１の製造工程４を説明するための工程図である。
【図７】  実施例１の製造工程５を説明するための工程図である。
【図８】  実施例１の製造工程６を説明するための工程図である。
【図９】  実施例２の光変調装置を示す図であり、(ａ)はＡ−Ｂ線に沿う縦断面図であり、(ｂ)は平面図である。
【図１０】  実施例２の製造工程１を説明するための工程図である。
【図１１】  実施例２の製造工程２を説明するための工程図である。
【図１２】  実施例２の製造工程３を説明するための工程図である。
【図１３】  実施例２の製造工程４を説明するための工程図である。
【図１４】  実施例２の製造工程５を説明するための工程図である。
【図１５】  実施例２の製造工程６を説明するための工程図である。
【図１６】  実施例２の製造工程７を説明するための工程図である。
【図１７】  実施例３の光変調装置の縦断面図である。
【図１８】  実施例４の光変調装置の縦断面図である。
【図１９】  実施例４の製造工程１を説明するための工程図である。
【図２０】  実施例４の製造工程２を説明するための工程図である。
【図２１】  実施例４の製造工程３を説明するための工程図である。
【図２２】  実施例４の製造工程４を説明するための工程図である。
【図２３】  実施例４の製造工程５を説明するための工程図である。
【図２４】  実施例４の製造工程６を説明するための工程図である。
【図２５】  実施例５の光変調装置を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２６】  実施例６の光変調装置を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２７】  実施例６の光変調動作を示す図であり、（ａ）は電圧非印加時の縦断面図、（ｂ）は低電圧印加時の縦断面図、（ｃ）は高電圧印加時の縦断面図、（ｄ）過渡状態の撓み部位を拡大して示す縦断面図である。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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