JPH11142753A - 変形可能ミラーデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光を遮る構造がない、圧電薄膜を用いた変形
可能ミラーデバイスを製造する。 【解決手段】 Ｓｉ基板３００上に共通電極膜１０８、
圧電膜１０７および画素電極膜１０６を形成したミラー
基板を、ガラス基板１０１上に形成された薄膜トランジ
スタ１０２に、バンプ１０５を介して貼り合わせる。そ
の後、Ｓｉ基板３００をエッチングですべて除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調器とし
て用いることができる変形可能ミラーデバイスの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電薄膜を電極薄膜で挟持した構
造から成るミラー膜構造において、薄膜トランジスタな
どの能動素子によって圧電薄膜に電圧を印加してミラー
膜構造を変形させ、そのミラー膜構造の変形によってミ
ラー膜構造に入射する光を変調する変形可能ミラーデバ
イスの製造方法として、ミラー膜構造が形成されている
ミラー基板と、能動素子が形成されている能動素子基板
を互いに貼り合わせる方法が考案されていた。

【０００３】ミラー基板は、シリコンなどの基板に画素
となる変形可能ミラー要素を二次元アレイ状に配置して
形成される。ミラー膜構造はシリコン基板の表面に形成
されるが、ミラー膜構造を変形可能とするために、変形
領域に対応する部分のシリコン基板はエッチングされ、
窓（基板除去部）が形成される。能動素子基板は、ガラ
スや石英等から成る基板上に薄膜トランジスタを形成し
て製造される。両基板は、変形可能ミラー要素と薄膜ト
ランジスタとを一画素ごとに対応させて貼り合わされ
る。変形可能なミラー要素を変形させるために、薄膜ト
ランジスタにより生成される駆動電圧を圧電薄膜に供給
する必要がある。このためミラー基板のうちミラー膜構
造が形成された面を薄膜トランジスタに対向させ、薄膜
トランジスタの電極とミラー膜構造を構成する電極薄膜
とを電気的に接続するバンプを介して、両基板が貼り合
わされていた。

【０００４】上記の構成によれば、この変形可能ミラー
デバイスにおいては、照明光（入射光）をミラー基板側
から入射させる場合、この入射光はシリコン基板に設け
られた窓（基板除去部）から入射し、ミラー膜構造で反
射され再び窓から射出されることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の変形可能ミラーデバイスでは、シリコン基板に形成
された窓（基板除去部）が光を遮ったり、不要な反射を
生じさせる原因となるので、光変調のコントラストの低
下をもたらすという問題点があった。すなわち、従来の
技術では、光の入射および射出がシリコン基板に形成さ
れた窓を通して行われていた。シリコン基板は、製造工
程における取り扱いが容易になるようにある程度の厚さ
（１００μｍ〜２００μｍ）が必要である。ところが、
一画素、すなわち一つの変形可能ミラー要素の大きさを
小さくしていくと、窓の開口に比べて窓の深さが深くな
ってしまう。たとえば、シリコン基板の厚みを１００μ
ｍ、窓の開口を５０μｍとすると、窓の深さは窓の開口
の２倍にもなる。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するもの
で、ミラー膜構造が形成されていた耐熱性基板を能動素
子基板と貼り合わせた後に全部除去することにより、光
の利用効率が高く、かつ光変調のコントラストが高い変
形可能なミラーデバイスを提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の変形可能
ミラーデバイスの製造方法は、耐熱性基板上に第１の電
極薄膜層、圧電性を有する圧電薄膜層、および第２の電
極薄膜層の順に積層する変形可能ミラー層形成工程と、
前記第２の電極薄膜層および前記圧電薄膜層を、画素と
なる独立したミラー要素形状にエッチングする画素パタ
ーン形成工程と、前記画素に対応した能動素子の配列が
形成されている能動素子基板において、前記能動素子毎
に前記ミラー要素と電気的な接続をとるためのバンプを
形成するバンプ形成工程と、各前記ミラー要素とそれに
対応する各前記能動素子とを電気的に接続するために、
前記バンプと前記第２の電極薄膜層が対向するように前
記耐熱性基板と前記能動素子基板を貼り合わせる基板貼
り合わせ工程と、前記耐熱性基板を、前記変形可能ミラ
ー層を残して除去する基板除去工程と、を備えているこ
とを特徴とする。

【０００８】上記構成によれば、ミラー要素の光入射側
に光をさえぎる、あるいは不要な反射を生じさせる構造
がないため、入射光を効率良く変調できるという効果を
有する。

【０００９】請求項２記載の変形可能ミラーデバイスの
製造方法は、請求項１記載の変形可能ミラーデバイスの
製造方法において、前記耐熱性基板がシリコン基板であ
ることを特徴とする。

【００１０】上記構成によれば、エッチングによって前
記耐熱性基板を除去できるという効果を有する。

【００１１】請求項３記載の変形可能ミラーデバイスの
製造方法は、請求項１記載の変形可能ミラーデバイスの
製造方法において、前記耐熱性基板が石英基板であるこ
とを特徴とする。

【００１２】上記構成によれば、エッチングによって前
記耐熱性基板を除去できるという効果を有する。

【００１３】請求項４記載の変形可能ミラーデバイスの
製造方法は、請求項１乃至３のいずれか一項記載の変形
可能ミラーデバイスの製造方法において、前記基板除去
工程において用いられるエッチング方法が反応性イオン
エッチングであることを特徴とする。

【００１４】上記構成によれば、耐熱性基板を他の部材
に対して選択的にエッチングできるという効果を有す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
に係る変形可能ミラーデバイスの製造方法を添付の図面
を参照しながら説明する。

【００１６】（第１の実施形態）図１と図２は本発明の
変形可能ミラーデバイスの製造方法によて製造される変
形可能ミラーデバイス１００の一部の断面図である。

【００１７】ガラス基板１０１上に薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴと略す）１０２が例えば６４０素子×４８
０素子の２次元アレイ状に形成されている。ＴＦＴ１０
２のドレイン電極１０３には金をメッキした後、所望の
パターンにエッチングされたバンプ１０５が形成されて
いる。バンプ１０５の高さは２０μｍ程度であり、圧電
膜１０７を挟持する一方の電極薄膜、すなわち画素電極
膜１０６に接続されている。ミラー膜構造は共通電極膜
１０８、圧電膜１０７、画素電極膜１０６の積層構造か
ら成っている。共通電極膜１０８の表面には透明絶縁膜
１０９が形成されている。共通電極膜１０８、圧電膜１
０７および画素電極膜１０６の厚みは全部で１μｍ程度
である。

【００１８】ＴＦＴ１０２によってミラー膜構造の画素
電極膜１０６に電圧が印加されると圧電膜１０７が変形
し、図１の変形しているミラー要素１１１Ａで参照され
るように湾曲する。一方、ＴＦＴ１０２によって電圧を
印加されていない場合には変形していないミラー要素１
１１Ｂで参照されるように、ミラー膜構造はほぼ平坦と
なっている。

【００１９】共通電極膜１０８は各画素に対する共通の
電極であり、図２に示すようにバンプ２０１を介して共
通電極端子膜２００に接続され、共通電極端子膜２００
の電位によって共通電極膜１０８の電位が決まる。

【００２０】続いて、図３〜図５を用いて変形可能ミラ
ーデバイスの製造方法を説明する。

【００２１】まず、ミラー膜構造の製造方法を図３を用
いて説明する。シリコン（以下Ｓｉと略す）基板３００
上に、透明絶縁膜１０９となるＳｉの熱酸化膜を形成す
る。その上に共通電極膜１０８となるプラチナ（以下Ｐ
ｔと略す）等の金属薄膜を形成する。その上に圧電膜１
０７となるジルコン酸チタン酸鉛（以下ＰＺＴと略す）
膜を形成する。次に、圧電膜の特性を出すために熱アニ
ーリングを行なう。熱アニーリング工程が必要なので、
基板としては耐熱性の基板が必要となる。次に画素電極
膜１０６となるＰｔ等の金属薄膜を形成する。続いて、
空間光変調器の画素に対応する独立したミラー要素１１
１を形成するために、画素電極膜１０６と圧電膜１０２
を所望の画素形状にエッチングする。

【００２２】図３では、ミラー要素の形状は円形であ
り、従って、ミラー要素が変形する領域は円形である。
圧電膜に電圧が印加されるとミラー要素は球面状に変形
（湾曲）する。ＴＦＴとの電気的な接続をとるためのバ
ンプ１０５は電極パッド３０１で画素電極膜１０６と接
続される。変形領域をできるだけ円形とするために、電
極パッド３０１とミラー要素の変形領域との間は細いパ
ターンとなっている。なお、一つのミラー要素に一つの
薄膜トランジスタが対応して接続されるので、ＴＦＴの
配列が６４０×４８０であればミラー要素の配列の数も
６４０×４８０となる。

【００２３】図４にはＴＦＴ素子とミラー要素との接続
方法を示す。図３で説明したＳｉ基板３００が、画素電
極膜１０６、圧電膜１０７および共通電極膜１０８が形
成されている面をＴＦＴ１０２の方に向けて、ＴＦＴ素
子基板のバンプ１０５に熱圧着される。

【００２４】この段階での変形可能ミラーデバイスの一
部の断面図を図５（ａ）に示す。

【００２５】続いて、Ｓｉを選択的にエッチングできる
フッ素系のガスを用いた反応性イオンエッチング法によ
ってＳｉ基板を全部除去すると、図５（ｂ）に示すよう
にバンプ１０５で支えられたミラー膜構造が形成され
る。なお、Ｓｉ基板をエッチングする際に、ＴＦＴが形
成されている基板などエッチングされたくない部分を樹
脂などで覆っておいても良い。

【００２６】以上のような製造方法の変形例として、ガ
ラス基板上に形成されたＴＦＴ素子の代わりに、トラン
ジスタがＳｉ基板の表面に形成されたＳｉトランジスタ
を能動素子として用い、ミラー膜構造をＳｉ基板に形成
する代わりに石英基板に形成する製造方法を考えること
ができる。この場合には、ミラー膜構造を変形可能とす
るために、最終工程において、石英を選択的にエッチン
グできるフッ素系のガスを用いた反応性イオンエッチン
グによって、ミラー膜構造が形成されている石英基板を
全部除去することになる。この時も、エッチングされた
くない部分を樹脂などで覆っておいても良い。

【００２７】以上のような工程で製造された変形可能ミ
ラーデバイスを空間光変調器として利用する例を図６に
示す。図６は空間光変調器の一部（３要素）だけの断面
図である。各ミラー要素に対して遮光ドット６１１およ
びマイクロレンズ要素６０１が共軸に配置されている。
遮光ドット６１１は光を吸収する材料で構成され、透明
基板６１２上に２次元アレイ上に配置されて遮光ドット
アレイ６１０を構成している。マイクロレンズ要素６０
１も２次元アレイ状に配置されマイクロレンズアレイ６
００を構成している。

【００２８】マイクロレンズアレイ６００に対して照明
光６２０が照射される。照明光６２０としては平行光線
が望ましい。照明光６２０はマイクロレンズ要素６０１
によって集光される。変形していないミラー要素１１１
Ｂにおいて、遮光ドット６１１がマイクロレンズ要素６
０１の焦点に配置されていれば、照明光は遮光ドット６
１１で遮光されてマイクロレンズの方へは戻らない。一
方、変形しているミラー要素１１１Ａにおいて、ミラー
膜構造の変形を球面とした場合の曲率中心とマイクロレ
ンズ要素６０１の焦点とがほぼ一致するようにマイクロ
レンズ要素の焦点距離が決められていれば、変形してい
るミラー要素１１１Ａで反射した光は再びマイクロレン
ズ要素に戻る。マイクロレンズアレイ６００、遮光ドッ
トアレイ６１０およびミラー膜構造は、マイクロレンズ
要素６０１の焦点に遮光ドット６１１と変形ミラーの曲
率中心がほぼ一致するようにお互いの配置が決められ
る。以上のようにしてミラー膜構造で反射する光を変調
することができる。

【００２９】なお、ミラー膜構造による光の反射率を向
上させるために、透明絶縁膜１０９の表面にアルミニウ
ム（以下Ａｌと略す）などの反射率の高い材料の薄膜を
形成することが望ましい。この際、Ａｌの表面を保護す
るために透明材料から成る保護薄膜を形成しても良い。
なお、透明絶縁膜１０９は光学的には不要なので、除去
して、共通電極膜１０８の表面にＡｌ薄膜層を形成して
も良い。

【００３０】本発明の製造方法で製造された変形可能ミ
ラーデバイスは、ミラー膜構造の光入射側に光をさえぎ
る、あるいは不要な反射を生じさせる構造がないため、
入射光を効率良く変調できるという効果を有する。

【００３１】図７には、図６に示した空間光変調器を用
いた投写型表示装置の主要な光学系の断面図を示す。

【００３２】メタルハライドランプなどの光源７０１か
ら放射された光を放物面鏡であるリフレクタ７０２で平
行性の良い光に変換し、ビームスプリッタ７０３で空間
光変調器の方へ反射させる。図６で説明したように、変
形していないミラー要素１１１Ｂで反射した光は遮光ド
ット６１１で遮光されて投写レンズの方へは行かない。
一方、変形しているミラー要素１１１Ａで反射した光は
遮光ドット６１１の周囲を通過してマイクロレンズアレ
イ６００、ビームスプリッタ７０３を経て投写レンズ７
０４へ到達し、スクリーン７０５に結像される。このよ
うにして、変形しているミラー要素で反射した光がスク
リーンに到達して画像を形成する。

【００３３】ここでは一つの空間光変調器を用いた投写
型表示装置を説明したが、本発明の製造方法で製造され
た変形可能ミラーデバイスを備えた空間光変調器は、複
数の空間光変調器を用いてカラー画像を投写する表示装
置や、レンズを通して空間光変調器に生成された画像の
拡大された虚像を観察する表示装置などへの応用が可能
である。

【００３４】以上、本発明の変形可能ミラーデバイスの
製造方法と、その変形可能ミラーデバイスの応用例を説
明したが、上記の実施形態で説明した製造方法は、その
実施形態に限定されることなく、変形ミラー膜構造を支
えていた基板を全部除去するという製造方法に広く適用
が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、ミラー膜構造を支え
ていた基板を全部除去するという本発明の製造方法で製
造された変形可能ミラーデバイスは、ミラー膜構造の光
入射側に光をさえぎる、あるいは不要な反射を生じさせ
る構造がないので、光利用効率の高い空間光変調器を提
供できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
によって製造される変形可能ミラーデバイスの一部の断
面図。

【図２】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
によって製造される変形可能ミラーデバイスの一部の断
面図。

【図３】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
においてミラー膜構造を製造する工程を説明する図。

【図４】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
において、ＴＦＴ素子とミラー要素との接続方法を説明
する図。

【図５】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
において、ミラー膜構造を支えていた基板を除去する工
程を説明する図。

【図６】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
によって製造された変形可能ミラーデバイスの応用例で
ある空間光変調器の構造を示す断面図。

【図７】 本発明の変形可能ミラーデバイスの製造方法
によって製造された変形可能ミラーデバイスの応用例で
ある空間光変調器を適用した投写型表示装置の主要な光
学系の断面図。

【符号の説明】

１００ 変形可能ミラーデバイス １０１ ガラス基板 １０２ 薄膜トランジスタ １０３ ドレイン電極 １０４ 透明絶縁膜 １０５、２０１ バンプ １０６ 画素電極膜 １０７ 圧電膜 １０８ 共通電極膜 １０９ 透明絶縁膜 １１０ エアギャップ １１１ ミラー要素 １１１Ａ 変形しているミラー要素 １１１Ｂ 変形していないミラー要素 ２００ 共通電極端子膜 ３００ Ｓｉ基板 ３０１ 電極パッド ４０１ 信号ドライバ回路 ４０２ 信号線 ４０３ 走査ドライバ回路 ４０４ 走査線 ６００ マイクロレンズアレイ ６０１ マイクロレンズ要素 ６１０ 遮光ドットアレイ ６１１ 遮光ドット ６１２ 透明基板 ６２０ 照明光 ７０１ 光源 ７０２ リフレクタ ７０３ ビームスプリッタ ７０４ 投写レンズ ７０５ スクリーン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性基板上に第１の電極薄膜層、圧電
   性を有する圧電薄膜層、および第２の電極薄膜層の順に
   積層する変形可能ミラー層形成工程と、前記第２の電極
   薄膜層および前記圧電薄膜層を、画素となる独立したミ
   ラー要素形状にエッチングする画素パターン形成工程
   と、前記画素に対応した能動素子の配列が形成されてい
   る能動素子基板において、前記能動素子毎に前記ミラー
   要素と電気的な接続をとるためのバンプを形成するバン
   プ形成工程と、各前記ミラー要素とそれに対応する各前
   記能動素子とを電気的に接続するために、前記バンプと
   前記第２の電極薄膜層が対向するように前記耐熱性基板
   と前記能動素子基板を貼り合わせる基板貼り合わせ工程
   と、前記耐熱性基板を、前記変形可能ミラー層を残して
   除去する基板除去工程と、を備えた変形可能ミラーデバ
   イスの製造方法。
2. 【請求項２】 前記耐熱性基板がシリコン基板であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の変形可能ミラーデバイ
   スの製造方法。
3. 【請求項３】 前記耐熱性基板が石英基板であることを
   特徴とする請求項１に記載の変形可能ミラーデバイスの
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記基板除去工程において用いられるエ
   ッチング方法が反応性イオンエッチングであることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の変形可
   能ミラーデバイスの製造方法。