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JP6106970B2 - 空間光変調器および露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、空間光変調器および露光装置に関する。
リソグラフィ技術により製造され、捩じりヒンジで支持されたミラーを静電力で駆動する空間光変調器がある(特許文献1参照)。
[特許文献1] 特開平09−101467号公報
空間光変調器は、基板から浮いたミラーを支持する立体的な構造を有するので、製造過程において、基板からミラーに至る良好な電気的結合が形成されない場合がある。
本発明の第一態様によると、基板と、基板の表面に配された固定電極と、表面に一端を連結された連結部と、連結部の他端に連結されて、連結部の弾性変形により基板に対して揺動する可動部と、可動部に一端を結合されて基板の厚さ方向に延在し、可動部と一体的に揺動する支柱部と、支柱部の他端に結合され、可動部および支柱部と一体的に揺動する反射面を有する反射部材と、反射部材において固定電極に対向する面に配された可動電極と、可動電極の膜厚よりも大きな膜厚を有して支柱部に配され、可動部および可動電極の間を電気的に結合する導体層とを備える空間光変調器が提供される。
本発明の第二態様によると、基板と、基板の表面に配された固定電極と、表面に一端を連結された連結部と、連結部の他端に連結されて、連結部の弾性変形により基板に対して揺動する可動部と、半導体層を含み、可動部と一体的に揺動する反射面を有する反射部材と、前途半導体層に隣接する金属層と、半導体層および金属層をオーミック接合するオーミック接合部とを備える空間光変調器が提供される。
本発明の第三態様によると、基板と、基板の表面に一端を連結された連結部と、連結部の他端に連結されて、連結部の弾性的な捩じれ変形により連結部を揺動軸として基板に対して揺動する可動部と、可動部と一体的に揺動する反射部材と、反射部材において表面に対向する面に配された可動電極と、表面において、連結部および可動部に遮られることなく可動電極に対向する領域に配された固定電極とを備える空間光変調器が提供される。
本発明の第四態様として、上記空間光変調器を備える露光装置が提供される。
上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
空間光変調器100の外観を示す模式図である。 空間光変調素子200単独の外観を示す斜視図である。 空間光変調素子200の分解斜視図である。 空間光変調素子200の断面図である。 空間光変調素子200の断面図である。 空間光変調素子200の断面図である。 空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 製造過程における空間光変調素子200の断面図である。 空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子201の断面図である。 空間光変調素子201の断面図である。 製造過程における空間光変調素子202の断面図である。 製造過程における空間光変調素子202の断面図である。 製造過程における空間光変調素子202の断面図である。 製造過程における空間光変調素子202の断面図である。 製造過程における空間光変調素子202の断面図である。 空間光変調素子202の断面図である。 製造過程における空間光変調素子203の断面図である。 製造過程における空間光変調素子203の断面図である。 製造過程における空間光変調素子203の断面図である。 製造過程における空間光変調素子203の断面図である。 空間光変調素子203の断面図である。 空間光変調素子204の断面図である。 空間光変調素子205の断面図である。 空間光変調素子206の断面図である。 露光装置400の模式図である。 露光装置400における空間光変調器100の動作を示す図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、空間光変調器100の外観を示す模式的斜視図である。空間光変調器100は、基板210および反射部240を備える。
複数の反射部240は、基板210上に二次元的に配列されてマトリクスを形成する。反射部240のそれぞれは、一辺数μmから百数十μm程度の正方形の反射面を有し、基板210に対して個別に揺動する空間光変調素子200の一部をなす。
図示のように、反射部240が相互に異なる揺動を生じて傾斜した状態で空間光変調器100に光を反射させると、反射光に照度分布が生じる。よって、反射部240の揺動を制御することにより、反射光に様々な照度分布を形成できる。
図2は、単一の空間光変調素子200を取り出して示す斜視図である。空間光変調素子200は、基板210の上に2層に積層された構造物を有する。
基板210上の構造物の下層側は、遮蔽板222および支柱224を含む遮蔽部220を有する。遮蔽板222は、空間光変調素子200の四辺に沿って配される。支柱224は、基板210上に遮蔽板222を支持する。これにより、遮蔽板222は、空間光変調素子200を包囲した状態で基板210に対して固定され、空間光変調器100において隣接する空間光変調素子200との電磁的な干渉を防止する。
また、図1に示した空間光変調器100において複数の空間光変調素子200を隣接して配置した場合に、遮蔽板222は、相互に隣接する反射部240の間から基板210に向かって入り込む光を遮断できる。これにより、照射光による基板210の加熱を抑制できる。
基板210上の構造物の上層側は、支持層242、反射層244および可動電極246を含む反射部240を有する。支持層242は図中上面に平坦面を有して、反射層244を支持する。可動電極246は、支持層242の図中下面に配される。反射部240は、基板210に対して全体に揺動自在に、基板210から支持される。
図3は、空間光変調素子200の構造を示す模式的な分解斜視図である。図1および図2と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
空間光変調素子200は、基板210、遮蔽部220、ジンバル部230および反射部240を備える。遮蔽部220およびジンバル部230は、基板210の上面に固定される。反射部240は、ジンバル部230に対して取り付けられる。
基板210上には、互いに同じ形状を有する2対の固定電極212、214が配される。基板210は、例えばシリコン単結晶により形成され、固定電極212、214に駆動電力を供給するCMOS回路を含む。固定電極212、214は、金属等の導電性材料により形成され、基板210の四辺と平行に、基板210の中心に対して対称に配される。
遮蔽部220は、基板210の四辺に沿って配された遮蔽板222と、遮蔽板222を支持する支柱224とを有する。遮蔽板222は、固定電極212、214が配された領域の外側において、基板210の四辺に沿って配される。また、支柱224は、基板210の表面において、固定電極212、214が配された領域よりも外側において、基板210の四隅に配される。
なお、空間光変調素子200における基板210は、空間光変調器100を形成する基板210の一部である。よって、基板210は図示のような形状を有するわけではないが、単一の空間光変調素子200に着目した場合、当該空間光変調素子200が占有する基板210の形状は、図示のように、反射部240よりも僅かに大きな矩形になる。
ジンバル部230は、支柱232、固定枠234、可動枠236および揺動部238を有して、基板210の表面において固定電極212、214が配された領域の内側に配される。支柱232は、ジンバル部230自体の四隅において、固定枠234を基板210に対して固定する。
可動枠236は、固定枠234と同心に固定枠234の内側に配され、捩じり軸部235により固定枠234に結合される。可動枠236は、捩じり軸部235の弾性的な捩じり変形により、固定枠234に対して揺動する。
揺動部238は、固定枠234および可動枠236と同心に可動枠236の内側に配され、捩じり軸部237により可動枠236に結合される。揺動部238は、捩じり軸部237の弾性的な捩じり変形により、可動枠236に対して揺動する。よって、可動枠236自体の揺動と、可動枠236に対する揺動部238の揺動とを組み合わせることにより、揺動部238を、基板210に対して任意の方向に傾けることができる。
なお、揺動部238は、捩じり軸部235、237の弾性変形により揺動する。よって、可動枠236を固定枠234に対して揺動させる捩じり軸部235と、揺動部238を可動枠236に対して揺動させる捩じり軸部237とは、同じ材料、同じ形状および同じ寸法で形成されていることが好ましい。これにより、揺動部238を揺動させる場合の負荷が安定し、空間光変調素子200の制御性が向上される。
反射部240は、可動電極246が設けられた支持層242の下面中央に、支柱248を有する。上端を支持層242に結合された支柱248の下端は、ジンバル部230の揺動部238に結合される。これにより、反射部240を、基板210に対して任意の方向に傾けることができる状態で、基板210上に支持できる。
なお、上記空間光変調素子200において、ジンバル部230は、基板210に対して、遮蔽部220と同じ高さに配される。よって、リソグラフィ技術により空間光変調素子200を製造する場合は、ジンバル部230と遮蔽部220とを並行して形成できる。
遮蔽部220は電磁遮蔽機能をもたせる目的で、また、ジンバル部230は、基板210上の回路と可動電極とを電気的に導通させる目的で、いずれも導体により形成することが好ましい。よって、遮蔽部220およびジンバル部230は、TiAl合金等の金属のように導電性材料により形成することが好ましい。
一方、反射部240の支持層242は、剛性が高く軽量であることが好ましい。よって、例えば、薄膜として体積させた酸化物、窒化物、炭化物により形成できる。更に、アモルファスシリコンにより支持層242を形成してもよい。アモルファスシリコンは、厚い薄膜を低温で成膜できるので、既存の構造物にダメージを与えることなく、軽量でありながら曲げ剛性の高い支持層242を形成できる。
反射層244は、支持層242上に薄膜として積層した金属膜、誘電体多層膜等により形成できる。反射層244を形成する場合は、下地となる支持層242の表面を予め鏡面研磨して高精度に平坦化してもよい。
可動電極246は、金属等の伝導体材料により形成できる。支持層242をアモルファスシリコンにより形成した場合には、それ自体を可動電極246とすることもできるが、更に、可動電極246を金属により形成することにより、電極としての電気的特性を向上させることができる。また、可動電極246を金属製とすることにより、反射部240を反らせる原因となる熱応力を支持層242の表裏でバランスさせ、反射部240の変形を抑制できる。
図4は、空間光変調素子200の模式的断面図であり、図3に示したA−A断面を示す。図3と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
空間光変調素子200の基板210上において、遮蔽板222は、固定電極214よりも縁側に配される。また、ジンバル部230は、固定電極214よりも、基板210の中心寄りに配される。
よって、遮蔽板222、固定枠234、可動枠236等が、基板210と垂直な方向について固定電極214と重なることはない。これにより、固定電極214は、図中上方に位置する可動電極246に対して全面で対向する。
図5は、空間光変調素子200の模式的断面図であり、図4と同じ断面において、図中左側に位置する、固定電極214の一方に駆動電力を供給した状態を示す。駆動電力を印加された固定電極214と可動電極246との間には静電力が作用し、可動電極246と共に、反射部240が固定電極214に向かって引きつけられる。これにより、捩じり軸部235が変形して、反射部240は全体に揺動する。
図6は、空間光変調素子200の模式的断面図であり、図3に示したB−B断面を示す。図3と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
空間光変調素子200の基板210上において、遮蔽板222は、固定電極212よりも縁側に配される。また、ジンバル部230は、固定電極212よりも、基板210の中心寄りに配される。
よって、遮蔽板222、固定枠234、可動枠236等が、基板210と垂直な方向について固定電極212と重なることはない。これにより、固定電極212は、図中上方に位置する可動電極246に対して全面で対向する。
図7は、空間光変調素子200の模式的断面図であり、図6と同じ断面において、図中左側に位置する、固定電極212の一方に駆動電力を供給した状態を示す。駆動電力を印加された固定電極212と可動電極246との間には静電力が作用し、可動電極246と共に、反射部240が固定電極214に向かって引きつけられる。これにより、捩じり軸部237が変形して、反射部240は全体に揺動する。
上記のように、空間光変調素子200においては、固定電極212、214のいずれかに駆動電力を印加することにより、反射部240を揺動させることができる。また、固定電極212、214のうち、互いに隣接する一対の固定電極212、214に同時に駆動電力を印加することにより、反射部240の傾き方向を任意に変化させることができる。これにより、空間光変調素子200は、反射部240の反射層244の基板210に対する傾きを電気的に制御できる。
また、静電力により駆動する空間光変調素子200においては、固定電極212、214および可動電極246の間隔を、両者が直接に接触し得る間隔よりも広くして、可動電極246が固定電極212、214側に固着するプルイン現象を回避する。空間光変調素子200においては、可動電極246が、基板210から離れた反射部240のした面に配されているので、プルイン現象が生じるまでのマージンが大きい。換言すれば、プルイン現象が生じることなく反射部240を揺動させることができる範囲が広くなる。
更に、空間光変調素子200においては、捩じり軸部235、237の各々が、固定電極212、214および可動電極246の間に形成される電界の外に配される。よって、静電力の捩じり軸部235、237に対する影響が抑制され、捩じり軸部235、237に吊られた可動枠236、揺動部238および反射部240が静電力により引き下げられることが抑制される。
また更に、空間光変調素子200においては、基板210の外縁近傍に配された固定電極212、214により反射部240を駆動するので、固定電極212、214に印加した駆動電力により反射部240を効率よく駆動できる。更に、互いに同じ形状と面積を有する固定電極212、214が対称に配されるので、固定電極212、214相互の駆動条件が等しく、反射部240を制御性よく駆動できる。
再び図1を参照すると、空間光変調器100においては、個々の空間光変調素子200に印加する駆動電力を制御することにより、複数の反射部240の傾きを個別に制御できる。また、個々の空間光変調素子200において、隣接する他の空間光変調素子200との電磁的な相互干渉を遮蔽部220が遮断するので、個々の空間光変調素子200の動作が安定する。よって、空間光変調器100に反射させることにより任意の照射パターンを形成できるので、空間光変調器100を、可変光源、露光装置、画像表示装置、光スイッチ等として使用できる。
図8から図24までは、空間光変調素子200の製造過程を示す断面図である。
なお、図8から図23までは、図3に矢印Cで示す断面により描かれている。このため、これらの図に示す断面には、遮蔽部220およびジンバル部230の支柱224、232が現れているが、基板210上の固定電極212、214およびジンバル部230の捩じり軸部235、237は現れていない。
また、図8から図22までは作製過程を示すので、空間光変調素子200において対応する要素が、図7までとは異なる形状で含まれている場合がある。そこで、作製過程を示す各図では各要素に固有の参照番号を付与して説明し、図23において空間光変調素子200が完成した段階で空間光変調素子200の要素との対応関係を説明する。
まず、図8に示すように、平坦な基板210を用意する。基板210の材料としては、シリコン単結晶基板の他、化合物半導体基板、セラミックス基板等、平坦な表面を有する部材を広く使用できる。
なお、基板210には、固定電極212、214に駆動電力を供給するCMOS回路が既に形成されているものとする。また、C−C断面には現れない固定電極212、214は、基板210に既に形成されているものとする。
固定電極212、214は、例えば、アルミニウム、銅等の金属を物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で基板210に堆積させることにより形成できる。また、基板210に堆積させた金属層は、レジストを用いて固定電極212、214の形状にパターニングできる。
次に、図9に示すように、固定電極212、214が埋没する厚さまでレジスト材を堆積させて、基板210上に第一犠牲層311が形成される。第一犠牲層311の厚さは、空間光変調素子200における遮蔽部220およびジンバル部230の支柱224、232の高さに対応する。第一犠牲層311は、スピンコート、スプレイコート等によりレジスト材を塗布してプリベイクすることにより形成できる。これにより、基板210の表面が平坦化される。
続いて、図10に示すように、第一犠牲層311をパターニングする。第一犠牲層311は、塗布したレジスト材に対して、露光、現像、プリベイクプリベイクを順次実行することによりパターニングできる。また、プラズマエッチング等のドライエッチング法により、レジスト材を加工してもよい。
パターニングにより、第一犠牲層311には、基板210の表面まで貫通するコンタクトホール321が形成される。コンタクトホール321は、遮蔽部220およびジンバル部230の支柱224、232が配される領域に形成される。
次に、図11に示すように、金属を堆積させてコンタクトホール321を埋めることにより、遮蔽部220およびジンバル部230の支柱224、232の一部となる第一金属層331が形成される。第一金属層331は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。
次に、図12に示すように、第一金属層331および第一犠牲層311の表面全体に、第二金属層332が形成される。第二金属層332は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。
続いて、図13に示すように、第二金属層332がパターニングされる。第二金属層332のパターニング方法は、各種のドライエッチングまたはウェットエッチングを適宜選択できる。こうして、既存の第一金属層331の各パターンが積み増されると共に、図示の断面には現れない遮蔽板222が形成される。
次に、図14に示すように、残された第二金属層332の間に露出した第一犠牲層311の表面に第二犠牲層312が堆積され、表面全体が平坦化される。第二犠牲層312も、スピンコート、スプレイコート等によりレジスト材を塗布してプリベイクすることにより形成できる。
更に、図15に示すように、第二金属層332および第二犠牲層312の表面全体に金属を堆積させて、ジンバル部230の固定枠234、可動枠236および揺動部238となる第三金属層333が形成される。第三金属層333は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。
続いて、図16に示すように、第三金属層333がパターニングされる。これにより、ジンバル部230の固定枠234、可動枠236および揺動部238が形成される。第三金属層333のパターニング方法は、各種のドライエッチングまたはウェットエッチングを適宜選択できる。
続いて、図17に示すように、第三金属層333および第二犠牲層312の表面全体が、第三犠牲層313により平坦化される。第三犠牲層313も、スピンコート、スプレイコート等によりレジスト材を塗布してプリベイクすることにより形成できる。
第三金属層333の上方における第三犠牲層313の厚さは、空間光変調素子200の反射部240における支柱248の高さに対応する。このため、第三犠牲層313は、第三金属層333の厚さよりも厚く堆積され、第三金属層333は、第三犠牲層313の内部に埋め込まれる。
次に、図18に示すように、第三犠牲層313をパターニングして、第三金属層333の頂面に達するコンタクトホール322が形成される。コンタクトホール322は、空間光変調素子200における反射部240の支柱248が形成される領域に設けられる。第三犠牲層313は、プラズマエッチング等のドライエッチング法によりパターニングできる。
続いて、図19に示すように、第三犠牲層313の表面と、コンタクトホール322の内面および底面全体に金属を堆積させて、反射部240の可動電極246となる第四金属層334が形成される。第四金属層334は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。
次に、図20に示すように、第四金属層334全体に、反射部240の支持層242となるアモルファスシリコン層340を堆積させる。アモルファスシリコン層340の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。なお、第三犠牲層313に形成されたコンタクトホール322は深いので、アモルファスシリコン層340の表面には、コンタクトホール322の形状に倣って陥没部が形成される場合がある。
更に、図21に示すように、アモルファスシリコン層340の表面全体に反射層244となる反射膜350が形成される。反射膜350は、金属材料により形成してもよい。また、反射膜350は、誘電体多層膜により形成してもよい。反射膜350の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。
なお、反射膜350が形成される前に、アモルファスシリコン層340の表面を鏡面研磨してもよい。これにより、反射膜350表面の平坦性を向上させ、反射膜350における反射率を向上させることができる。
続いて、図22に示すように、第四金属層334、アモルファスシリコン層340および反射膜350を一括してトリミングする。トリミングは、プラズマエッチング等のドライエッチング法を好ましく利用できる。これにより、第四金属層334の縁部近傍に第三犠牲層313の表面が露出する。
次に、図23に示すように、第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層を除去して空間光変調素子200が完成する。第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層は、直接または間接にすべて連続しているので、気体または液体を用いたエッチングにより一括して除去できる。
上記のような過程を経て作製した空間光変調素子200において、可動電極246は、金属製のジンバル部230を通じて基板210の表面まで電気的に結合される。よって、基板210上の回路を通じて、可動電極246を基準電圧、例えば接地電位に結合される。これにより、可動電極246に対向して駆動電力を印加された固定電極212、214との間に安定した電界を形成できる。
また、空間光変調素子200において、それ自体が金属製の遮蔽部220が基板210上に形成される。よって、遮蔽部220は、基板210上の回路を通じて基準電圧、例えば接地電位に結合される。これにより、遮蔽部220は、外部からの電磁波の侵入を効果的に阻止できると共に、空間光変調素子200自体から外部への電磁波の放射も遮断する。よって、多くの空間光変調素子200を隣接して配置した空間光変調器100において、個々の空間光変調素子200の動作が安定する。
更に、空間光変調素子200においては、可動電極246が、基板210から離れた反射部240のした面に配されているので、プルイン現象が生じるまでのマージンが大きい。よって、犠牲層を厚くして固定電極212、214と可動電極246との間隔を拡げなくてもよい。
これにより、犠牲層を厚くした場合に生じるクラック等を回避でき、プロセスリスクを低減できる。また、揺動する反射部240の高さを徒に大きくしなくてもよいので、基板210の面方向に関する反射部240の変位量増加を抑制できる。よって、空間光変調器100において複数の空間光変調素子200を配列した場合に、互いに隣接する空間光変調素子200の間隙を詰めて、空間光変調器100の開口率を向上させることができる。
なお、上記の一連の製造過程において、図23に示した第一犠牲層311、第二犠牲層312および第三犠牲層313を除去する段階の前に、反射膜350の表面を鏡面研磨する段階を導入してもよい。これにより、反射膜350における反射率をいっそう向上させることができる。
また、単独の空間光変調素子200の製造過程について説明したが、ひとつの基板210の上に、多数の空間光変調素子200を同時に作製してもよい。更に、ひとつの基板210上により多くの空間光変調素子200を作製した上で基板210ごとダイシングして、それぞれが複数の空間光変調素子200を有する空間光変調器100を同軸に複数製造できる。これにより、生産性を向上させて、空間光変調器100を廉価に供給できる。
図24から図30は、他の空間光変調素子201の製造過程を示す。これらの図において、空間光変調素子200の製造過程と共通な要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
また、空間光変調素子200について図8から図18までを参照して説明した段階は、空間光変調素子201の製造過程と共通になる。よって、図24は、図18に示した段階に続く段階を示す。
空間光変調素子201の製造過程においては、図24に示すように、コンタクトホール322を設けた第三犠牲層313の表面と、コンタクトホール322の内部に現れた第三金属層333の表面との全体に金属が堆積される。これにより、反射部240の支柱248の一部となる第五金属層335が形成される。
第五金属層335は、コンタクトホール322の側壁においても途切れることなく形成されている。換言すれば、第五金属層335は、コンタクトホール322の側壁において直立した部分においても途切れない厚さになるまで堆積される。
第五金属層335は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。なお、第五金属層335は、既出の他の金属層と区別する目的で「第五」と名付けられており、後述する第四金属層334よりも後に形成されることを意味するわけではない。
更に、図25に示すように、第五金属層335がパターニングされ、コンタクトホール322の内部と周囲以外の部分が除去される。第五金属層335のパターニング方法は、各種のドライエッチングまたはウェットエッチングを適宜選択できる。
続いて、図26に示すように、第三犠牲層313および第五金属層335の表面全体に金属を堆積させて、反射部240の可動電極246となる第四金属層334が形成される。第四金属層334は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。第四金属層334の膜厚は、第五金属層335の膜厚よりも薄い。
次に、図27に示すように、第四金属層334全体に、反射部240の支持層242となるアモルファスシリコン層340を堆積させる。アモルファスシリコン層340の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。
なお、アモルファスシリコン層340の成膜下地である第三犠牲層313および第五金属層335においては、第五金属層335が突出している。このため、第五金属層335の図中上方において、アモルファスシリコン層340の表面が僅かに隆起する場合がある。
次に、図28に示すように、アモルファスシリコン層340の表面全体に反射層244となる反射膜350が形成される。アモルファスシリコン層340の一部が隆起している場合は、反射膜350の表面においても、アモルファスシリコン層340の隆起が反復される。
反射膜350は、金属材料により形成してもよい。また、反射膜350は、誘電体多層膜により形成してもよい。反射膜350の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。
なお、反射膜350が形成される前に、アモルファスシリコン層340の表面を鏡面研磨してもよい。これにより、反射膜350表面の平坦性を向上させ、反射膜350における反射率を向上させることができる。
続いて、図29に示すように、第四金属層334、アモルファスシリコン層340および反射膜350を一括してトリミングする。トリミングは、プラズマエッチング等のドライエッチング法を好ましく利用できる。これにより、第四金属層334の縁部近傍に第三犠牲層313の表面が露出する。
次に、図30に示すように、第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層を除去して、空間光変調素子201が完成する。第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層は、直接または間接にすべて連続しているので、気体または液体を用いたエッチングにより一括して除去できる。
上記のような過程を経て作製した空間光変調素子201において、可動電極246は、支柱248の一部を形成する第五金属層335を介してジンバル部230に結合される。既に説明した通り、第五金属層335は、可動電極246を形成する第四金属層334の膜厚よりも大きな膜厚を有し、支柱248の側壁においても途切れることなく形成されている。
よって、空間光変調素子201において、可動電極246とジンバル部230とは、電気的に確実に結合される。また、支柱248における電気抵抗も低く、可動電極246とジンバル部230との電位が等しくなる。これにより、空間光変調素子201の電気的な特性が安定し、制御性が向上される。
また、支柱248を形成する場合のコンタクトホール322が第五金属層335により埋め立てられるので、反射膜350の成膜下地となるアモルファスシリコン層340表面は略平坦になる。よって、反射膜350の平坦性が向上され、空間光変調素子201としての実効的な開口率が高くなる。
図31から図36は、他の空間光変調素子202の製造過程を示す。これらの図において、空間光変調素子200、201と共通の要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。また、空間光変調素子200について図8から図18までを参照して説明した段階は、空間光変調素子202の製造過程と共通になる。よって、図31は、図18に示した段階に続く段階を示す。
空間光変調素子202の製造過程においては、図31に示すように、第三犠牲層313に形成したコンタクトホール322内に金属材料が堆積される。これにより、第三犠牲層313の膜厚と同じ膜厚を有して、空間光変調素子202において反射部240の支柱248となる第六金属層336が形成される。
第六金属層336は、例えば、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。なお、第六金属層336は、既出の第四金属層334および第五金属層335から区別する目的で「第六」と名付けられており、第四金属層334よりも後に形成されることを意味するわけではない。
続いて、図32に示すように、第三犠牲層313および第五金属層335の表面全体に金属を堆積させて、可動電極246となる第四金属層334が形成される。第四金属層334は、TiAl合金等の金属材料を、物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等で堆積させることにより形成できる。
次に、図33に示すように、第四金属層334全体に、支持層242となるアモルファスシリコン層340を堆積させる。アモルファスシリコン層340の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。
なお、アモルファスシリコン層340の成膜下地である第三犠牲層313および第六金属層336の表面は略平坦ではあるが、下地材料の違いに応じて、第六金属層336の図中上方でアモルファスシリコン層340の表面が僅かに隆起する場合がある。
次に、図34に示すように、アモルファスシリコン層340の表面全体に反射層244となる反射膜350が形成される。アモルファスシリコン層340の一部が隆起している場合は、反射膜350の表面においても、アモルファスシリコン層340の隆起が反復される。
反射膜350は、金属材料により形成してもよい。また、反射膜350は、誘電体多層膜により形成してもよい。反射膜350の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。また、反射膜350が形成される前に、アモルファスシリコン層340の表面を鏡面研磨してもよい。これにより、反射膜350表面の平坦性を向上させ、反射膜350における反射率を向上させることができる。
続いて、図35に示すように、第四金属層334、アモルファスシリコン層340および反射膜350を一括してトリミングする。トリミングは、プラズマエッチング等のドライエッチング法を好ましく利用できる。これにより、第四金属層334の縁部近傍に第三犠牲層313の表面が露出する。
次に、図36に示すように、第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層を除去して、空間光変調素子202が完成する。第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層は、直接または間接にすべて連続しているので、気体または液体を用いたエッチングにより一括して除去できる。
上記のような過程を経て作製した空間光変調素子202において、可動電極246は、支柱248を形成する第六金属層336を介してジンバル部230に結合される。ここで、支柱248は全体に金属で形成されているので、可動電極246とジンバル部230は、電気的に確実に結合される。
また、支柱248における電気抵抗も低く、可動電極246とジンバル部230と間で電位差が生じ難い。これにより、空間光変調素子202の電気的な特性が安定し、制御性が向上される。
また、アモルファスシリコン層340の成膜下地は平坦なので、反射膜350の表面は平坦になる。よって、反射膜350の平坦性が向上され、空間光変調素子202としての実効的な開口率が向上される。
図37から図41は、他の空間光変調素子203の製造過程を示す。これらの図において、空間光変調素子200の製造過程と共通な要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
また、空間光変調素子200について図8から図19までを参照して説明した段階は、空間光変調素子203の製造過程と共通になる。よって、図37は、図19に示した段階に続く段階を示す。
空間光変調素子203の製造過程においては、図37に示すように、可動電極246となる第四金属層334に積層して、高濃度p型層344が形成される。高濃度p型層344は、支持層242の形成と同様の方法でアモルファスシリコンを堆積させた後、イオン注入によりドーパント不純物を高濃度にドープして形成される。
次に、図38に示すように、高濃度p型層344の表面全体に、支持層242となるアモルファスシリコン層340を堆積させる。アモルファスシリコン層340の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。
次いで、図39に示すように、アモルファスシリコン層340の表面全体に反射層244となる反射膜350が形成される。反射膜350は、金属材料または誘電体多層膜により形成できる。反射膜350の形成方法は、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から選択できる。また、反射膜350が形成される前に、アモルファスシリコン層340の表面を鏡面研磨してもよい。これにより、反射膜350の反射率を向上させることができる。
続いて、図40に示すように、第四金属層334、アモルファスシリコン層340および反射膜350を一括してトリミングする。トリミングは、プラズマエッチング等のドライエッチング法を利用できる。これにより、第四金属層334の縁部近傍に第三犠牲層313の表面が露出する。
次に、図41に示すように、第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層を除去して空間光変調素子203が完成する。第三犠牲層313から第一犠牲層311までの犠牲層は、直接または間接にすべて連続しているので、気体または液体を用いたエッチングにより一括して除去できる。
上記のような過程を経て作製した空間光変調素子203において、アモルファスシリコン層340と可動電極246との界面には、高濃度p型層344が介在する。これにより、アモルファスシリコン層340および可動電極246の間にはオーミック接合が形成される。
半導体であるアモルファスシリコン層340と金属である可動電極246とが直接に接した場合には、両者の間にショットキー結合が形成され、整流効果が生じる。しかしながら、アモルファスシリコン層340および可動電極246の界面にオーミック接合を形成した場合は、整流効果が生じないので可動電極246の電位が安定し、印加した駆動電力に対する応答が安定する。
なお、空間光変調素子203は、アモルファスシリコン層340と可動電極246との界面全体に高濃度p型層344を形成した構造を有する。しかしながら、図42に示す空間光変調素子204のように、界面の一部に高濃度p型層346が形成されていれば、アモルファスシリコン層340および可動電極246の間にオーミック接合が形成され、ショットキー接合による整流効果は無効になる。よって、部分的なイオン注入により、アモルファスシリコン層340および可動電極246の界面の一部に高濃度p型層346を形成しても同様の作用が生じる。
また、空間光変調素子204、205は、高濃度p型層344、346を有することを除くと、図23等に示した空間光変調素子200と同じ構造を有する。しかしながら、図30に示した空間光変調素子201、図36に示した空間光変調素子202等においても、半導体であるアモルファスシリコン層340と金属である可動電極246との界面に高濃度p型層344、346を設けてオーミック接合を形成することにより、界面の整流効果を無効にして、反射部240を電気的に安定にすることができる。更に、ジンバル部230を用いた空間光変調素子200、201、202とは異なる構造、例えばフレクシャ等で反射部240を支持したものであっても、高濃度p型層344、346により整流効果を打ち消す構造が適用できる。
図43は、他の空間光変調素子205の模式的平面図である。空間光変調素子205は、次に説明する部分を除くと、図3等に示した空間光変調素子200と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
空間光変調素子205において、ジンバル部231は、空間光変調素子200のジンバル部230と異なる構造を有する。即ち、ジンバル部231は、捩じり軸部235を介して一対の支柱232から直接に支持された可動枠236と、可動枠236から捩じり軸部237を介して支持された揺動部238とを有する。
これにより、空間光変調素子205のジンバル部231は、固定枠234を備えた空間光変調素子200のジンバル部230よりも、基板210の表面における占有面積が小さい。よって、ジンバル部231と重ならないように配置した固定電極212、214の面積を広くすることができ、反射部240の可動電極246に対して大きな駆動力を作用させることができる。
なお、空間光変調素子205においては、例えば、捩じり軸部235を揺動軸として反射部240を揺動させる場合に、隣接する2枚の固定電極212、214から静電力を作用させる。これにより、可動電極246に作用させる駆動力は、1枚の固定電極により静電力を作用させる場合に比較して更に大きくなる。
図44は、また他の空間光変調素子206の模式的平面図である。空間光変調素子206は、次に説明する部分を除くと、図43等に示した空間光変調素子205と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
空間光変調素子206のジンバル部233は、可動枠236が、捩じり軸部237を介して支柱232から支持されている点で、空間光変調素子205のジンバル部231と共通する。ただし、空間光変調素子206のジンバル部233においては、遮蔽板222の長手方向と平行に一対の支柱232が配列され、捩じり軸部235、237の各々が、遮蔽板222の長手方向と平行な方向に配される。
このような支柱の配置により、基板210の表面に配された固定電極212、214相互の間隙は、基板210の対角線上ではなく、遮蔽部220に包囲された矩形領域の各辺の中央に、各辺と直交して配される。これにより、固定電極212、214の間隙の長さが短くなり、固定電極の有効面積が増加する。
また、基板210上において揺動部238の揺動中心から最も遠い、基板210の各角部に固定電極212、214が配される。よって、固定電極212、214および可動電極246の間に生じた静電力は、反射部240を効率よく駆動する。
図45は、露光装置400の模式図である。露光装置400は、照明光発生部500、照明光学系600および投影光学系700を備える。露光装置400は、空間光変調器100を備え、光源マスク最適化法を実行する場合に、照明光学系600に任意の照度分布を有する照明光を入射できる。
照明光発生部500は、制御部510、光源520、空間光変調器100、プリズム530、結像光学系540、ビームスプリッタ550および計測部560を含む。光源520は、照明光Lを発生する。光源520が発生した照明光Lは、光源520の発光機構の特性に応じた照度分布を有する。このため、照明光Lは、照明光Lの光路と直交する断面において原画像Iを有する。
光源520から出射された照明光Lは、プリズム530に入射する。プリズム530は、照明光Lを空間光変調器100に導いた後、再び外部に出射させる。空間光変調器100は、制御部510の制御の下に入射した照明光Lを変調する。空間光変調器100の構造と動作については、既に説明した通りである。
空間光変調器100を経てプリズム530から出射された照明光Lは、結像光学系540を経て、後段の照明光学系600に入射される。結像光学系540は、照明光学系600の入射面612に照明光画像Iを形成する。
ビームスプリッタ550は、結像光学系540および照明光学系の間において、照明光Lの光路上に配される。ビームスプリッタ550は、照明光学系600に入射する前の照明光Lの一部を分離して計測部560に導く。
計測部560は、照明光学系600の入射面612と光学的に共役な位置で照明光Lの画像を計測する。これにより、計測部560は、照明光学系600に入射する照明光画像Iと同じ画像を計測する。よって、制御部510は、計測部560により計測される照明光画像Iを参照して、空間光変調器100を帰還制御できる。
照明光学系600は、フライアイレンズ610、コンデンサ光学系620、視野絞り630および結像光学系640を含む。照明光学系600の出射端には、マスク710を保持したマスクステージ720が配される。
フライアイレンズ610は、並列的に緻密に配された多数のレンズ素子を備え、後側焦点面にレンズ素子の数と同数の照明光画像Iを含む2次光源を形成する。コンデンサ光学系620は、フライアイレンズ610から出射された照明光Lを集光して視野絞り630を重畳的に照明する。
視野絞り630を経た照明光Lは、結像光学系640により、マスク710のパターン面に、視野絞り630の開口部の像である照射光画像Iを形成する。こうして、照明光学系600は、その出射端に配されたマスク710のパターン面を、照射光画像Iによりケーラー照明する。
なお、照明光学系600の入射面612でもあるフライアイレンズ610の入射端に形成される照度分布は、フライアイレンズ610の出射端に形成される2次光源全体の大局的な照度分布と高い相関を示す。よって、照明光発生部500が照明光学系600に入射させる照明光画像Iは、照明光学系600がマスク710に照射する照明光Lの照度分布である照射光画像Iにも反映される。
投影光学系700はマスクステージ720の直後に配され、開口絞り730を備える。開口絞り730は、照明光学系600のフライアイレンズ610の出射端と光学的に共役な位置に配される。投影光学系700の出射端には、感光性材料を塗布された基板810を保持する基板ステージ820が配される。
マスクステージ720に保持されたマスク710は、照明光学系600により照射された照明光Lを反射または透過する領域と吸収する領域とからなるマスクパターンを有する。よって、マスク710に照明光画像Iを照射することにより、マスク710のマスクパターンと照明光画像I自体の照度分布との相互作用により投影光画像Iが生成される。投影光画像Iは、基板810の感光性材料に投影されて、要求されたパターンを有するレジスト層を基板810の表面に形成する。
なお、図44では照明光Lの光路を直線状に描いているが、照明光Lの光路を屈曲させることにより露光装置400を小型化できる。また、図44は、照明光Lがマスク710を透過するように描いているが、反射型のマスク710が用いられる場合もある。
図46は、照明光発生部500の部分拡大図であり、露光装置400における空間光変調器100の役割を示す図である。プリズム530は、一対の反射面532、534を有する。プリズム530に入射した照明光Lは、一方の反射面532により、空間光変調器100に向かって照射される。
既に説明した通り、空間光変調器100は、個別に揺動させることができる複数の反射部240を有する。よって、制御部510が空間光変調器100を制御することにより、要求に応じた任意の光源画像Iを形成できる。
空間光変調器100から出射された光源画像Iは、プリズム530の他方の反射面534により反射され、図中のプリズム530右端面から出射される。プリズム530から出射された光源画像Iは、結像光学系540により、照明光学系600の入射面612に照明光画像Iを形成する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置およびシステムの動作、手順、ステップおよび段階等の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、前の処理の出力を後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現し得る。特許請求の範囲、明細書および図面において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。
100 空間光変調器、200、201、202、203、204、205、206 空間光変調素子、210 基板、212、214 固定電極、220 遮蔽部、222 遮蔽板、224、232、248 支柱、230、231、233 ジンバル部、234 固定枠、235、237 捩じり軸部、236 可動枠、238 揺動部、240 反射部、242 支持層、244 反射層、246 可動電極、311 第一犠牲層、312 第二犠牲層、313 第三犠牲層、321、322 コンタクトホール、331 第一金属層、332 第二金属層、333 第三金属層、334 第四金属層、335 第五金属層、336 第六金属層、340 アモルファスシリコン層、344、346 高濃度p型層、350 反射膜、400 露光装置、500 照明光発生部、510 制御部、520 光源、530 プリズム、532、534 反射面、540、640 結像光学系、550 ビームスプリッタ、560 計測部、600 照明光学系、612 入射面、610 フライアイレンズ、620 コンデンサ光学系、630 視野絞り、700 投影光学系、710 マスク、720 マスクステージ、730 開口絞り、810 基板、820 基板ステージ

Claims (15)

  1. 基板と、
    前記基板の表面に配された固定電極と、
    前記表面に一端を連結された連結部と、
    前記連結部の他端に連結されて、前記連結部の弾性変形により前記基板に対して揺動する可動部と、
    前記可動部に一端を結合されて前記基板の厚さ方向に延在し、前記可動部と一体的に揺動する支柱部と、
    前記支柱部の他端に結合され、前記可動部および前記支柱部と一体的に揺動する反射部材と、
    前記反射部材において前記固定電極に対向する面に配された可動電極と、
    前記可動電極の膜厚よりも大きな膜厚を有して前記支柱部に配され、前記可動部および前記可動電極の間を電気的に結合する導体層と
    を備え、
    前記反射部材は、反射面と、前記反射面および前記可動電極の少なくとも一方の材質よりも低比重の材質から成る支持層とを有し、前記可動電極が静電引力により前記固定電極に引き付けられることで揺動する空間光変調器。
  2. 前記支柱部は、金属により形成される請求項1に記載の空間光変調器。
  3. 基板と、
    前記基板の表面に配された固定電極と、
    前記表面に一端を連結された連結部と、
    前記連結部の他端に連結されて、前記連結部の弾性変形により前記基板に対して揺動する可動部と、
    半導体層を含み、前記可動部と一体的に揺動する反射面を有する反射部材と、
    前記反射部材において前記固定電極に対向する面に配され、前記半導体層に隣接する金属層からなる可動電極と、
    前記半導体層および前記金属層をオーミック接合するオーミック接合部と
    を備え
    前記反射部材は、前記可動電極が静電引力により前記固定電極に引き付けられることで揺動する空間光変調器。
  4. 前記オーミック接合部は、前記金属層に隣接する領域の少なくとも一部にドーパントをドープした、前記半導体層の一部に形成される請求項3に記載の空間光変調器。
  5. 前記オーミック接合部は、前記金属層に対する界面全体においてドーパントをドープされた、前記半導体層の厚さ方向の一部に形成される請求項3に記載の空間光変調器。
  6. 基板と、
    前記基板の表面に一端を連結された連結部と、
    前記連結部の他端に連結されて、前記連結部の弾性的な捩じれ変形により前記連結部を揺動軸として前記基板に対して揺動する可動部と、
    前記可動部に一端を結合されて前記基板の厚さ方向に延在し、前記可動部と一体的に揺動する支柱部と、
    前記支柱部の他端に結合され、前記可動部および前記支柱部と一体的に揺動する反射面を有する反射部材と、
    前記反射部材において前記表面に対向する面に配された可動電極と、
    前記表面において、前記連結部および前記可動部に遮られることなく前記可動電極に対向する領域に配された固定電極と
    を備え、
    前記反射部材は、前記可動電極が静電引力により前記固定電極に引き付けられることで揺動する空間光変調器。
  7. 前記固定電極は、電気的に相互に絶縁され、互いに対称的な形状を有する複数の領域を含む請求項6に記載の空間光変調器。
  8. 前記固定電極は、互いに同じ形状を有する複数の領域を含む請求項7に記載の空間光変調器。
  9. 複数の空間光変調素子を有する空間光変調器であって、
    前記複数の空間光変調素子の各々は、
    基板と、
    前記基板の表面に配された固定電極と、
    前記表面に一端を連結された連結部と、
    前記連結部の他端に連結されて、前記連結部の弾性変形により前記基板に対して揺動する可動部と、
    前記可動部に一端を結合されて前記基板の厚さ方向に延在し、前記可動部と一体的に揺動する支柱部と、
    前記支柱部の他端に結合され、前記可動部および前記支柱部と一体的に揺動する反射面を有する反射部材と、
    前記反射部材において前記固定電極に対向する面に配された可動電極と、
    前記基板の表面における前記連結部および前記固定電極が配された領域よりも外側に配され、隣接する空間光変調素子との電磁的な干渉を防止する遮蔽部と
    を備え、
    前記反射部材は、前記可動電極が静電引力により前記固定電極に引き付けられることで揺動する空間光変調器。
  10. 前記遮蔽部は、導電性材料により形成される請求項9に記載の空間光変調器。
  11. 前記遮蔽部は、基準電圧に電気的に結合される請求項10に記載の空間光変調器。
  12. 前記遮蔽部は、前記複数の空間光変調素子のうちの対応する一つ縁に沿って配された遮蔽板と、前記基板上に遮蔽板を支持する支柱とを有する請求項9から11の何れか一項に記載の空間光変調器。
  13. 互いに隣接する空間光変調素子の前記遮蔽部同士は一体的につながっている請求項9から12の何れか一項に記載の空間光変調器。
  14. 基板と、
    前記基板の表面に一端を連結された連結部と、
    前記連結部の他端に連結されて、前記連結部の弾性的な捩じれ変形により前記基板に対して揺動する可動部と、
    前記可動部と一体的に揺動する反射部材と、
    前記反射部材において前記表面に対向する面に配された可動電極と、
    前記表面において、前記連結部および前記可動部に遮られることなく前記可動電極に対向する領域に配され、互いに同一かつ対称的な形状を有する複数の領域を含む固定電極と、
    を備え、
    前記連結部が、固定枠と、可動枠と、前記可動枠を前記固定枠に対して揺動させる第1の捩じり軸部と、前記可動部を前記可動枠に対して揺動させる第2の捩じり軸部と、を有し、前記第1の捩じり軸部と前記第2の捩じり軸部の延伸方向が直交しており、前記第1の捩じり軸部と前記第2の捩じり軸部が同一の形状及び寸法で形成され、
    前記反射部材は、前記可動電極が静電引力により前記固定電極に引き付けられることで揺動する空間光変調器。
  15. 請求項1から請求項14までの何れか一項に記載の空間光変調器を備える露光装置。
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