空間光変調器、照明装置、露光装置およびそれらの製造方法

【課題】空間光変調器の特性を長期にわたって安定させる。
【解決手段】電極、静電力により電極に引き付けられて揺動する可動部、および、可動部に支持されて可動部と共に揺動する反射鏡をそれぞれが有する単位素子を複数実装された基板と、反射鏡の間から基板に向かって差し込む光を遮断する遮光層とを備える。上記空間光変調器において、遮光層は、反射鏡および基板の間に配されてもよい。また、上記空間光変調器において、遮光層は、反射鏡および可動部の間に配されてもよい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調器、照明装置、露光装置およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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により駆動する電気機械変換器を備えた空間光変調器がある（特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開平０９−１０１４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
空間光変調器の構造物を支持する基板には、ＣＭＯＳ回路等の素子が実装される場合がある。この種の素子は、空間光変調器に照射される強い光を浴びると劣化が促進される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、電極、静電力により電極に引き付けられて揺動する可動部、および、可動部に支持されて可動部と共に揺動する反射鏡をそれぞれが有する単位素子を複数実装された基板と、反射鏡の間から基板に向かって差し込む光を遮断する遮光層とを備える空間光変調器が提供される。
【０００５】
また、本発明の第二態様として、上記空間光変調器を備えた照明装置が提供される。更に、本発明の第三態様として、上記照明装置を備えた露光装置が提供される。
【０００６】
また更に、本発明の第四態様として、電極、静電力により電極に引き付けられて揺動する可動部、および、可動部に支持されて可動部と共に揺動する反射鏡をそれぞれが有する単位素子を複数実装された基板と、反射鏡の間から基板に向かって差し込む光を遮断する遮光層とを備える空間光変調器を製造する製造方法であって、電極および可動部を形成された基板の表面に、犠牲材料により第一下地層を形成する段階と、第一下地層の上に遮光層を形成する段階と、遮光層の上に、犠牲材料により第二下地層を形成する段階と、第二下地層の上に反射膜材料を堆積して反射鏡を形成する段階と犠牲材料の層を除去する段階とを備える製造方法が提供される。
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】空間光変調器１００の外観を示す模式的な斜視図である。
【図２】単位素子２００の分解斜視図である。
【図３】空間光変調器１００の部分的な分解斜視図である。
【図４】駆動部２２０の平面図である。
【図５】単位素子２００の断面図である。
【図６】単位素子２００の断面図である。
【図７】空間光変調器１００の部分的な断面図である。
【図８】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図９】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１０】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１１】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１２】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１３】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１４】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１５】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１６】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１７】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１８】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図１９】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２０】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２１】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２２】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２３】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２４】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２５】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２６】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２７】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２８】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図２９】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３０】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３１】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３２】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３３】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３４】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３５】空間光変調器１００の製造過程を示す断面図である。
【図３６】単位素子２００の分解斜視図である。
【図３７】単位素子２００の断面図である。
【図３８】単位素子２００の断面図である。
【図３９】空間光変調器１００の斜視図である。
【図４０】露光装置４００の模式図である。
【図４１】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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と、基板２１０上に二次元的に配列された複数の単位素子２００を有する。単位素子２００の各々は反射鏡２３０を備える。
【００１１】
基板２１０上でマトリクスを形成する複数の反射鏡２３０は、それぞれ数μｍから百数十μｍ程度の寸法を有し、基板２１０に対して個別に揺動させることができる。図示のように一部の反射鏡２３０が揺動して傾斜した状態で光を反射させると、反射光の照度分布が変化する。よって、反射鏡２３０の揺動を制御することにより任意の照度分布を形成できる。
【００１２】
図２は、単一の単位素子２００の模式的な分解斜視図である。単位素子２００は、空間光変調器１００において、１枚の反射鏡２３０毎に形成される構造物であり、空間光変調器１００においては複数の単位素子２００が互いに同様の構造を有する。また、空間光変調器１００においては、隣接する単位素子２００の要素の一部が互いに連続している場合もある。
【００１３】
単位素子２００は、基板２１０の上に搭載される駆動部２２０および遮光部２４０と、駆動部２２０に搭載される反射鏡２３０とを有する。基板２１０の表面には、複数の電極２１２、２１４、２１６が配される。
【００１４】
駆動部２２０は、脚部２２１、固定枠２２２および可動部２２６を有する。脚部２２１は、基板２１０に向かって図中下方に延在して、固定枠２２２を基板２１０の表面から持ち上げた状態で支持する。脚部２２１の下端は、基板２１０上で、電極２１６の上に固定される。空間光変調器１００では、多数の単位素子２００が設けられるが、電極２１６は空間光変調器１００全体で共通な基準電位、例えば接地電位に接続される。
【００１５】
固定枠２２２は、単位素子２００の外周に沿って方形の中空の枠をなす。固定枠２２２の内周縁部には、下方に向かって延在するリブ２２５が形成され、固定枠２２２の曲げ剛性を向上させる。
【００１６】
可動部２２６は、下方に向かって延在するリブ２２５を周縁部に備え、高い曲げ剛性を有する。また、可動部２２６は、固定枠２２２の内側の面から捩じり軸部２２４を介して支持される。即ち、捩じり軸部２２４の一端は、固定枠２２２の内面に対して固定される。捩じり軸部２２４の他端は、可動部２２６の周縁部に結合される。
【００１７】
捩じり軸部２２４は、弾性的に捩じり変形するので、可動部２２６は、捩じり軸部２２４を揺動軸として基板２１０に対して揺動する。しかしながら、可動部２２６は、リブ２２５により高い曲げ剛性を有するので、それ自体は変形し難い。
【００１８】
なお、リブ２２５は、可動部２２６の外方に向かって広がったフランジ様の部分を有する。これは、後述するように、薄膜により形成されたリブ２２５を含む層をパターニングする場合に残る領域で、無くてもよい。しかしながら、可動部２２６の剛性を低下させるものではなく、むしろ向上させる場合もあるので残してもよい。これにより、パターニングの精度を著しく高くすることが避けられるので生産性向上にも寄与する。
【００１９】
固定枠２２２が基板２１０に対して固定された場合、基板２１０上の一対の電極２１２、２１４は、図中に点線で示すように、可動部２２６の縁部近傍に位置する。よって、可動部２２６の下面と、電極２１２、２１４とは、互いに対向する。
【００２０】
反射鏡２３０は、上面に反射率の高い反射面２３４を有する。反射面２３４は、薄膜として堆積された金属、例えばアルミニウム薄膜により形成される。反射鏡２３０の下面中央には、下方に向かって突出したポスト２３２が配される。
【００２１】
ポスト２３２は、図中に点線で示すように、可動部２２６の略中央に固定される。これにより、可動部２２６が基板２１０に対して揺動した場合、反射鏡２３０も可動部２２６と共に揺動する。
【００２２】
このように、駆動部２２０と反射鏡２３０とを個別に形成できる構造を有するので、それぞれの機能に適した構造と材料を選択できる。また、駆動部２２０の面積よりも大きい面積の反射面２３４を形成できるので、反射効率の高い単位素子２００を形成できる。
【００２３】
遮光部２４０は、水平な遮光面２４４と、遮光面２４４の四隅から下方に延在する脚部２４２とを有する。脚部２４２の下端は、駆動部２２０の脚部２２１の内側に配され、遮光面２４４を、反射鏡２３０の裏面と駆動部２２０との間に支持する。遮光部２４０は、空間光変調器１００が稼働する場合に照射される光を透過しない材料により形成される。
【００２４】
図３は、空間光変調器１００の部分的な分解斜視図である。図示のように、空間光変調器１００においては、共通の基板２１０の上で、個々の単位素子２００の周囲に、他の単位素子２００が配される。
【００２５】
このため、単位素子２００の各々における駆動部２２０および遮光部２４０は、それぞれの脚部２２１、２４２を、隣接する単位素子２００と兼用する。また、駆動部２２０における固定枠２２２と、遮光部２４０における遮光面２４４も、隣接する単位素子とつながる。
【００２６】
よって、空間光変調器１００においては、複数の駆動部２２０が、連続したひとつの膜により形成され得る。また、複数の遮光部２４０が、連続したひとつの膜により形成され得る。
【００２７】
図４は、図３に示した駆動部２２０の平面図である。後述する図５および図６に示す断面図は、図２に示すＡ−Ａ方向またはＢ−Ｂ方向の断面を示す断面図ではあるが、単位素子２００を単純な平面で切った断面を示す図ではない。なお、図４において、一点鎖線は単位素子２００の区切りを示す。
【００２８】
即ち、図５に示す断面は、図４に点線Ａで示すように、駆動部２２０における脚部２２１、捩じり軸部２２４および可動部２２６をすべて通過する面で単位素子２００を切った様子を、Ａ−Ａ方向と直交する方向から見た様子を示す図である。また、図６に示す断面は、図４に点線Ｂで示すように、駆動部２２０における脚部２２１および可動部２２６を両方通過する面で単位素子２００を切った様子を、Ｂ−Ｂ方向と直交する方向から見た様子を示す図である。
【００２９】
図５は、単位素子２００の模式的断面図である。単位素子２００は、固定枠２２２および遮光部２４０を基板２１０に固定し、反射鏡２３０を可動部２２６に固定した状態で、図２および図４に示したＡ−Ａ方向の断面を示す。ただし、図５では、説明の便宜を図り、既に説明した通りに、脚部２２１と可動部２２６とが両方現れる仮想の断面を示す。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。
【００３０】
図示のように、可動部２２６は、下面に電極２２８を有する。電極２２８は、基板２１０上の電極２１２と対向する。
【００３１】
また、可動部２２６は、縁部から下方に延びたリブ２２５を有する。これにより、可動部２２６は、高い曲げ剛性を有する。一方、捩じり軸部２２４は、リブ２２５に相当する要素を有していない。よって、可動部２２６に駆動力が作用した場合、捩じり軸部２２４が弾性変形して、可動部２２６は変形することなく揺動する。
【００３２】
図６は、単位素子２００模式的の断面図であり、図２および図４に示したＢ−Ｂ方向の断面を示す。ただし、図６では、説明の便宜を図り、既に説明した通り、脚部２２１と可動部２２６とが両方現れる仮想の断面を示す。図２および図５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。
【００３３】
図示のように、Ｂ−Ｂ方向の断面において、固定枠２２２および可動部２２６の間には、捩じり軸部２２４の長さに相当する間隙が形成される。この間隙の下方には、基板２１０の表面が露出する。
【００３４】
また、基板２１０上の一対の電極２１２、２１４のそれぞれは、可動部２２６の端部近傍に対向する。よって、電極２１２、２１４のいずれかに駆動電圧を印加した場合、電極２２８のいずれかの端部に静電力が作用する。
【００３５】
既に説明した通り、可動部２２６は、捩じり軸部２２４により固定枠２２２に結合されている。よって、電極２１２、２１４のいずれかから電極２２８に静電力が作用した場合、可動部２２６は、捩じり軸部２２４を揺動軸として揺動する。従って、可動部２２６に対して固定された反射鏡２３０も揺動する。
【００３６】
なお、図示の例では、電極２１４に駆動電圧が印加され、電極２２８の図中右側が、基板２１０の方に引き付けられる。これにより、反射鏡２３０の反射面２３４は右方に傾く。
【００３７】
再び図１を参照すると、反射鏡２３０のそれぞれに設けた上記のような構造に対して駆動電力を個別に供給または遮断することにより、複数の反射鏡２３０のそれぞれを個別に制御できる。よって、空間光変調器１００にいったん反射させることにより任意の照射パターンを形成でき、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。
【００３８】
図７は、複数の単位素子２００を含む空間光変調器１００の断面図である。図７も、図５および図６と同様に、脚部２２１と可動部２２６とが両方現れる仮想の断面を示す。図５および図６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。
【００３９】
空間光変調器１００において、遮光部２４０の遮光面２４４は、固定枠２２２よりも、各単位素子２００の内側まで延在する。これにより、遮光面２４４は、固定枠２２２および可動部２２６の間で、捩じり軸部２２４が無い領域に形成された間隙の上方を覆う。これにより、遮光面２４４は、反射鏡２３０の間を通過して基板２１０に向かって差し込む光を遮断する。
【００４０】
なお、基板２１０上で遮光部２４０が遮光していない領域は、反射鏡２３０または駆動部２２０により覆われている。よって、空間光変調器１００に向かって照射された光が基板２１０に照射されることはない。これにより、基板２１０に形成されたＣＭＯＳ回路等が光に暴露されることが防止され、空間光変調器１００を長寿命化すると共に、特性を長期にわたって安定させる。
【００４１】
図８から図３５までは、図１から図６までに示した空間光変調器１００の製造過程を、ひとつの単位素子について示す断面図である。なお、図８から図３５も、図５および図６と同様に、脚部２２１と可動部２２６とが両方現れる仮想の断面で描かれる。
【００４２】
また、図８から図３５までに示すのは作製過程なので、単位素子２００の対応する要素が異なる形状または状態で含まれている場合がある。そこで、これらの図について固有の参照番号を付与して各図の内容を説明した上で、図３５において、図１から図７までに示した空間光変調器１００との対応関係を示す。
【００４３】
図８に示すように、空間光変調器１００が形成される基板２１０の表面直上に、下側の絶縁層３１２を堆積する。これにより、基板２１０の表面は絶縁層３１２により覆われる。
【００４４】
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。絶縁層３１２の材料としては、例えば、基板２１０の材料の酸化物、窒化物等を使用できる。また、絶縁層３１２は、誘電率の高い多孔質体であってもよい。絶縁層３１２の成膜方法としては、絶縁層３１２の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。
【００４５】
次に、図９に示すように、絶縁層３１２の上に、パターニングした導体層３２０を形成する。導体層３２０は、空間光変調器１００において、電極２１１、２１２、２１３、２１６となる。導体層３２０の材料としては、アルミニウム、銅等の金属を例示できる。導体層３２０の成膜方法としては、導体層３２０の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法、鍍金法等から適宜選択できる。
【００４６】
次に、図１０に示すように、導体層３２０の表面および導体層３２０のパターンの間隙に露出する下側の絶縁層３１２の表面全体を、上側の絶縁層３１４により被覆する。このとき、上側の絶縁層３１４の下に導体層３２０が存在するか否かに応じて、上側の絶縁層３１４の表面には起伏が生じる。
【００４７】
次に、図１１に示すように、上側の絶縁層３１４の表面に形成された起伏をレジスト層３３２により平坦化する。これにより、平坦な下地の上で、以下に説明する工程を実行できる。なお、レジスト層３３２の塗布は、スピンコート法、スプレイコート法等を適宜選択できる。
【００４８】
次に、図１２に示すように、後述する非反射膜の成膜下地が形成される。成膜下地は２層からなり、図１２に示す段階では、平坦化された絶縁層３１４上に、下側のレジスト層３３４が形成される。レジスト層３３４は、レジスト材料の塗布、プリベイク、露光、現像、ポストベイク等を順次実行することによりパターニングされて、側壁３３５を形成される。
【００４９】
次に、図１３に示すように、下側のレジスト層３３４の上に、上側のレジスト層３３６が形成される。レジスト層３３６もパターニングされ、下側のレジスト層３３４の側壁３３５の上方にそれぞれ側壁３３７を、それとは別に更に２対の側壁３３９が形成される。これにより、上側のレジスト層３３６の表面から見ると、浅い側壁３３９と、深い側壁３３７、３３５とが形成される。
【００５０】
これら下側および上側のレジスト層３３４、３３６は、フォトリソグラフィによりパターニングできる。即ち、レジスト層３３４、３３６を感光性材料により形成して、設計仕様に従ったパターンで露光することにより、レジスト層３３４、３３６を要求に応じた形状に成形できる。また、プラズマエッチング等のドライエッチングの手法により、レジスト層３３４、３３６を加工してパターニングしてもよい。
【００５１】
次に、図１４に示すように、絶縁層３１４およびレジスト層３３４、３３６により形成された成膜下地全体の上に、非導体層３４２が堆積される。形成された非導体層３４２は、レジスト層３３４、３３６の形状に倣って立体的な形状を有する。これにより、形成された非導体層３４２を含む薄膜の構造物は、高い断面二次モーメントを有する。なお、非導体層３４２およびレジスト層３３４、３３６の間には、離型剤等の他の層が挟まる場合がある。
【００５２】
非導体層３４２の材料としては、各種酸化物、窒化物を使用できる。また、非導体層３４２を形成する方法としては、非導体層３４２の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。
【００５３】
次に、図１５に示すように、側壁３３５、３３７の内側底部において非導体層３４２を除去して、導体層３２０に到達するコンタクトホール３１５を形成する。コンタクトホール３１５は、例えば、ドライエッチングにより形成できる。
【００５４】
次に、図１６に示すように、非導体層３４２の上に導体層３４４が形成した上でこの導体層３４４をパターニングすることにより、２つの領域を含む導体層３４４が形成される。２つの領域のひとつは、コンタクトホール３１５の内側から側壁３３５、３３７の上端に到達する一対の柱状の構造物であり、基板２１０表面の導体層３２０に導通する。２つの領域の他方は、側壁３３９に挟まれたレジスト層３３６のランド上に形成された平坦な導体層となる。
【００５５】
次に、図１７に示すように、非導体層３４２および導体層３４４の表面全体を覆う導体層３４６が形成される。これにより、パターニングされた導体層３４４は、導体層３４６により電気的に結合される。導体層３４６の材料は、導体層３４４の材料と同じであっても、異なっていてもよい。
【００５６】
次に、図１８に示すように、導体層３４６の表面全体を覆う上側の非導体層３４８が形成される。上側の非導体層３４８は、導体層３４４、３４６の下側に位置する非導体層３４２と、少なくとも熱膨張率が同じ材料により形成することが好ましい。成膜方法も、下側の非導体層３４２と同じ方法で成膜できる。
【００５７】
これにより、互いに同じパターンと形状を有する、下側の非導体層３４２、導体層３４４、３４６および上側の非導体層３４８により３層構造の非反射膜３４０が形成される。なお、非反射膜３４０の表面は、反射膜の材料には向かない非導体層３４２、３４８が現れているので、３層構造全体を非反射膜３４０と呼んでいる。しかしながら、後述する反射膜と区別する目的で非反射膜３４０と記載しているに過ぎず、非反射膜３４０の光学的な特性を限定しているわけではない。
【００５８】
ここで、非反射膜３４０は、表裏に同じ材料で形成された非導体層３４２、３４８を有するので、温度変化により導体層３４４、３４６および非導体層３４２、３４８の間で生じるバイメタル効果が打ち消される。これにより、非反射膜３４０の形状が安定する。また、非反射膜３４０全体としては、後述する反射膜と同じ材料を用いて形成されているので、反射膜との熱膨張率差も生じない。
【００５９】
次に、図１９に示すように、非反射膜３４０の一部が除去される。ただし、図中に現れていない捩じり軸部２２４に相当する領域では、非反射膜３４０は除去されるない。これにより、駆動部２２０の形状が形成される。これにより、非反射膜３４０の両端において、非反射膜３４０の下層に位置するレジスト層３３４が露出される。非反射膜３４０は、ドライエッチングによりパターニングできる。
【００６０】
なお、図１２、図１３に示したように、複数のレジスト層３３４、３３６を用いて形成した立体的な成膜下地の上に形成された非反射膜３４０は、薄膜により形成された質量の小さな構造物でありながら、立体的な形状により高い断面二次モーメントを有する。よって、剛性が高く、機械的な特性が安定する。
【００６１】
次に、図２０に示すように、非反射膜３４０の上面、即ち、非導体層３４８の表面全体を、レジスト層３５２により平坦化する。これにより、再び平坦な下地の上で、以下に説明する工程を実行できる。なお、レジスト層３３２の塗布は、スピンコート法、スプレイコート法等を適宜選択できる。
【００６２】
次に、図２１に示すように、レジスト層３５２、３３４をパターニングして縁部近傍の領域を除去する。これにより、レジスト層３５２、３３４が除去された領域では、上側の絶縁層３１４の表面が露出する。
【００６３】
次に、図２２に示すように、レジスト層３５２、３３４および絶縁層３１４の表面全体に、反射膜材料層３７２を堆積させる。なお、反射膜材料層３７２およびレジスト層３５２、３３４の間には、離型剤等の他の層が挟まる場合がある。更に、図２３に示すように、反射膜材料層３７２の層の表面に非反射膜材料層３７４を堆積させ、次いで、図２４に示すように、非反射膜材料層３７４の表面に反射膜材料層３７６を堆積させる。
【００６４】
こうして、レジスト層３５２、３３４および絶縁層３１４の表面全体に遮光膜３７０が形成される。なお、反射膜材料層３７２、３７６および非反射膜材料層３７４の形成方法としては、材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。
【００６５】
また、反射膜材料層３７２、３７６の材料としては、アルミニウム、銅等の金属材料を使用できる。また、非反射膜材料層３７４の材料としては、多くの窒化物、酸化物を使用できる。よって、非反射膜３４０と同じ材料を用いてもよい。
【００６６】
次に、図２５に示すように、遮光膜３７０をパターニングして、遮光膜３７０の一部を除去する。こうして、基板２１０の直上から、非反射膜３４０の上方に迫り出した遮光膜３７０の形状が形成される。
【００６７】
なお、遮光膜３７０も、非反射膜材料層３７４を挟む反射膜材料層３７２、３７６を有するので、非反射膜材料および反射膜材料の熱膨張率差に起因するバイメタル効果が打ち消される。よって、遮光膜３７０の形状は、熱履歴に対して安定する。
【００６８】
また、遮光膜３７０は光を遮断する機能を求められるに過ぎず、その表面の光学的特性は限定されない。従って、上記の例とは逆に、反射膜材料を一対の非反射膜材料により挟む構造としてもよい。
【００６９】
次に、図２６に示すように、形成された遮光膜３７０および露出したレジスト層３５２の表面に犠牲材料が堆積される。これにより、平坦な成膜下地となるレジスト層３５４が形成される。
【００７０】
次に、図２７に示すように、レジスト層３５２、３５４が合わせてパターニングされる。これにより、レジスト層３５２、３５４の略中央には、非反射膜３４０まで到達する側壁３５３を有するホールパターンが形成される。
【００７１】
次に、図２８に示すように、下側のレジスト層３５４の上に、２層構造のうち上側のレジスト層３５６が形成される。上側のレジスト層３５６もパターニングされており、下側のレジスト層３５４の側壁３５３の上方に形成された側壁３５５と、側方両端近傍に形成された側壁３５７とを有する。こうして、レジスト層３５４、３５６により、立体的な成膜下地が形成される。
【００７２】
次に、図２９に示すように、レジスト層３５４、３５６の表面全体に、反射膜材料層３６２が形成される。このとき、側壁３５３の内側では、反射膜材料層３６２が、非反射膜３４０の表面に結合される。なお、反射膜材料層３６２およびレジスト層３５４、３５６の間には、離型剤等の他の層が挟まる場合がある。
【００７３】
反射膜材料層３６２の形成に用いる反射膜材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を例示できる。また、反射膜材料として、非反射膜３４０の導体層３４４、３４６と同じ材料を用いてもよい。反射膜材料層３６２の形成方法としては、反射膜材料層３６２の材料に応じて、各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。
【００７４】
次に、図３０に示すように、反射膜材料層３６２の表面全体に、非反射膜材料層３６４を堆積させる。非反射膜材料層３６４を形成する非反射膜材料としては、非反射膜３４０の非導体層３４２、３４８と同じ材料を用いてもよい。非反射膜材料層３６４の形成方法としては、非反射膜材料層３６４の材料に応じて各種の物理気相析出法、化学気相析出法から適宜選択できる。
【００７５】
次に、図３１に示すように、反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４の一部が除去され、反射鏡２３０の外形状に形成される。これにより、反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４の両側端において、反射膜材料層３６２の下層に位置するレジスト層３５４が露出される。反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４は、ドライエッチングによりパターニングできる。
【００７６】
次に、図３２に示すように、非反射膜材料層３６４の表面と、露出したレジスト層３５４の表面との上に、反射膜材料層３６６が堆積される。こうして形成された、下側の反射膜材料層３６２、非反射膜材料層３６４および上側の反射膜材料層３６６により形成された３層構造では、非反射膜３４０の場合と同様に、反射膜材料層３６２、３６６および非反射膜材料層３６４の間で生じるバイメタル効果が打ち消される。よって、温度変化に起因する内部応力の作用に対して形状が安定する。
【００７７】
反射膜材料層３６６は、最終的に空間光変調器１００において入射光を反射する面となる。従って、反射膜材料層３６６の形成に先立って、その下地となる非反射膜材料層３６４の表面を化学機械研磨して鏡面化してもよい。また、反射膜材料層３６６そのものの表面を化学機械研磨して鏡面化してもよい。更に、非反射膜材料層３６４および反射膜材料層３６６の両方を化学機械研磨してもよい。
【００７８】
次に、図３３に示すように、反射膜材料層３６６の表面に保護層３６８が形成される。即ち、反射膜材料層３６６としてアルミニウム等の金属層を形成した場合、その表面は大気中の酸素等と反応して径年変化する。これにより空間光変調器１００の特性も変化する。しかしながら、反射膜材料層３６６の表面を緻密な保護膜で被覆することにより、反射膜材料層３６６と雰囲気との反応を阻止または抑制できる。
【００７９】
保護層３６８の材料としては、アルミナ等の無機材料の薄膜を例示できる。なお、保護層３６８は、反射膜材料層３６６において反射される光に対して透明であるべきことはいうまでもなく、当該光を透過させる厚さで形成される。こうして、反射膜材料層３６２、３６６、非反射膜材料層３６４および保護層３６８が積層された反射膜３６０が形成される。
【００８０】
次に、図３４に示すように、反射膜３６０の一部が除去され、反射鏡２３０の外形状に形成される。これにより、反射膜３６０の両側端において、反射膜材料層３６２の下層に位置するレジスト層３５４が露出される。反射膜材料層３６２および非反射膜材料層３６４は、ドライエッチングによりパターニングできる。
【００８１】
次に、図３５に示すように、非反射膜３４０の成膜下地となったレジスト層３３２、３３４、３３６と、反射膜３６０の成膜下地となったレジスト層３５２、３５４、３５６とを除去する。ここで、反射膜３６０の両側端においてレジスト層３５４の表面が露出している。反射膜３６０の内側にあるレジスト層３５６は、レジスト層３５４の上に積層されているので、両者は連続する。
【００８２】
また、レジスト層３５４は、レジスト層３５２の上に積層されているので、両者は連続する。非反射膜３４０の両側端においてレジスト層３５２とレジスト層３３４、３３２とは連続する。更に、非反射膜３４０の内側に位置するレジスト層３３６は、レジスト層３３４の上に積層されているので、両者は連続する。なお、図中では非反射膜３４０が連続して描かれているが、可動部２２６に相当する部分と固定枠２２２に相当する部分との間は、捩じり軸部２２４に相当する部分を除いて非反射膜３４０は切れている。
【００８３】
このように、全てのレジスト層３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６が連続しているので、図３４に示した状態から一括して除去することができる。よって、反射面２３４を形成する反射膜３６０に、レジスト除去のためのエッチングホールを設けなくてもよい。これにより、反射面２３４の反射効率を向上させることができる。
【００８４】
レジスト層３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６の除去は、溶解材を用いたウェットプロセスであってもよい。また、プラズマを用いた灰化によるドライプロセスであってもよい。更に、レジスト層３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６は、犠牲材料の層の一例に過ぎず、他の犠牲材料を用いても同様のプロセスを実施できる。
【００８５】
こうして、図１から図６までに示した空間光変調器１００と同じ構造を有する空間光変調器１００を、リソグラフィ技術により製造できる。リソグラフィ技術で製造することにより微細な単位素子２００を形成できるので、解像度の高い空間光変調器１００を製造できる。
【００８６】
なお、各層の材料の組み合わせとしては、例えば、導体層３２０、３４４、３４６および反射膜材料層３６２、３６６をアルミニウムにより、非導体層３４２、３４８および非反射膜材料層３６４を窒化珪素により、保護層３６８をアルミナとすることができる。ただし、各部の材料が上記のものに限られるわけではなく、例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ，Ａｌ，Ｃｒ，Ａｌ合金、などから適宜選択できる。また、上記の各段階において積層して形成される各層の間には、バッファ層、バリア層、パッシベイション層等の他の材料が挟まる場合がある。
【００８７】
図３５に示した単位素子２００において、基板２１０上の導体層３２０は、電極２１２、２１４、２１６のいずれかに相当する。非反射膜３４０の中央部分は、可動部２２６に相当する。また、可動部２２６相当部分の下面に位置する導体層３４４は、電極２２８に相当する。非反射膜３４０の外縁近傍は、固定枠２２２に相当する。また、可動部２２６および固定枠２２２の間は、捩じり軸部２２４の長さに相当する間隙となる。
【００８８】
また、図３５に示した単位素子２００において、反射膜３６０は、空間光変調器１００における反射鏡２３０に相当する。ここで、反射膜３６０の中央部に形成された陥没部３６１の下面は、反射鏡２３０のポスト２３２に相当する。また、反射膜３６０の上面は、反射面２３４に相当する。
【００８９】
更に、単位素子２００において、遮光膜３７０の水平部分は遮光面２４４に相当し、可動部２２６および固定枠２２２の間の間隙を上方で覆い隠す。よって、反射鏡２３０相互の間隙から基板２１０の表面を直接に見通すことはできない。また、遮光膜３７０は、空間光変調器１００に照射される光を透過しない。
【００９０】
よって、空間光変調器１００において反射鏡２３０相互の間隙から基板２１０に向かって差し込んだ光は、遮光膜３７０により遮断されて基板２１０の表面に到達することはない。これにより、空間光変調器１００に対する入射光により、基板２１０上のＣＭＯＳ素子等が劣化することが防止される。
【００９１】
なお、遮光膜３７０は、反射膜３６０と同じ材料により形成されてもよい。これにより、入射光を遮断すると共に反射できる。また、製造プロセスにおいて、反射膜３６０と同じ成膜条件で成膜できるので、生産性向上にも寄与する。
【００９２】
図３６は、他の構造を有する単位素子２００の模式的分解斜視図である。この単位素子２００は、以下に説明する部分を除くと、図２に示した単位素子２００と同じ構造を有する。そこで、図１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。
【００９３】
単位素子２００は、基板２１０の上に重ねて配される駆動部２２０、遮光部２４０および反射鏡２３０を有する。反射鏡２３０および遮光部２４０は、図１に示した単位素子２００と同じ形状を有する。一方、基板２１０の表面には、電極２１２、２１４、２１６に加えて、もう一対の電極２１３、２１５が配される。
【００９４】
駆動部２２０は、固定枠２２２および可動部２２６の間に、いわば同芯状に配された可動枠２２７を更に有する。可動枠２２７は、一対の捩じり軸部２２３を介して固定枠２２２から支持される。これにより、可動枠２２７は、固定枠２２２に対して、捩じり軸部２２３を揺動軸として揺動する。捩じり軸部２２３は、捩じり軸部２２４に対して直交する。
【００９５】
可動部２２６を支持する捩じり軸部２２４の一端は、可動枠２２７の内側に結合される。これにより、可動部２２６は、可動枠２２７に対して、捩じり軸部２２４を揺動軸として揺動する。よって、可動部２２６は、固定枠２２２に関して、互いに直交する二つの捩じり軸部２２３、２２４について揺動する。
【００９６】
なお、可動枠２２７は、外側および内側の縁部から下方に向かって延在するリブ２２９を有する。これにより、可動枠２２７を高い曲げ剛性および捩じり剛性を有する。よって、可動枠２２７および可動部２２６が個別に揺動して捩じり軸部２２３、２２４が弾性変形した場合も、可動枠２２７および可動部２２６は殆ど変形しない。また、残留応力の緩和等により内部応力が作用した場合も、可動枠２２７および可動部２２６は変形し難い。
【００９７】
図３７は、単位素子２００の模式的断面図である。単位素子２００は、固定枠２２２を基板２１０に固定し、反射鏡２３０を可動部２２６に固定した状態で、図３６に示したＣ−Ｃ方向の断面を示す。図３６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。なお、図３７は、図５、図６と同様に説明の便宜を図り、駆動部２２０における脚部２２１、可動枠２２７、捩じり軸部２２３および可動部２２６を両方通過する面で単位素子２００を切った様子を、Ｃ−Ｃ方向と直交する方向から見た様子を示す仮想的な断面図である。
【００９８】
固定枠２２２および可動枠２２７を結合する捩じり軸部２２３は、リブ２２９に相当する要素を有していない。よって、電極２１３、２１５のいずれかに駆動電圧を印加した場合、可動枠２２７は、捩じり軸部２２３を揺動軸として、基板２１０に対して揺動する。
【００９９】
また、可動枠２２７は、縁部から下方に延びたリブ２２９を有する。これにより、可動枠２２７は高い曲げ剛性を有する。一方、捩じり軸部２２４は、リブ２２５に相当する要素を有していない。よって、電極２１２、２１４に印加された電圧により可動部２２６に駆動力が作用した場合、捩じり軸部２２４が弾性変形して、可動部２２６は、可動枠２２７に対して揺動する。
【０１００】
なお、リブ２２９の下端には、可動枠２２７の外方および内方に向かって広がったフランジ様の部分がある。これは、リブ２２９を含む層をパターニングする場合に残った領域で、無くてもよい。しかしながら、可動枠２２７の剛性を低下させるものではなく、むしろ向上させる場合もあるので残してもよい。これにより、パターニングの精度を著しく高くすることが避けられるので生産性向上にも寄与する。
【０１０１】
図３８は、単位素子２００の模式的断面図であり、図３６に示したＤ−Ｄ方向の断面を示す。図３６および図３７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。なお、図３８は、図５、図６と同様に説明の便宜を図り、駆動部２２０における脚部２２１、可動枠２２７、捩じり軸部２２４および可動部２２６をすべて通過する面で単位素子２００を切った様子を、Ｄ−Ｄ方向と直交する方向から見た様子を示す仮想的な断面図である。
【０１０２】
可動枠２２７は電極２２８を下面に有する。電極２２８は、基板２１０上の電極２１３、２１５と対向する。よって、電極２１３、２１５のいずれかに駆動電圧が印加された場合、可動枠２２７の図中左側または右側が基板２１０に向かって引き付けられる。
【０１０３】
図３９は、上記のような単位素子２００を含む空間光変調器１００の外観を示す模式的斜視図である。反射鏡２３０のそれぞれに設けた上記のような構造に対して駆動電力を個別に供給または遮断することにより、複数の反射鏡２３０のそれぞれを個別に制御できる。各反射鏡２３０は、駆動部２２０の可動枠２２７と捩じり軸部２２３、２２４とにより形成されたジンバル構造によって、反射光の伝播方向をより広い範囲に変化させる。
【０１０４】
図４０は、露光装置４００の模式図である。この露光装置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。即ち、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。
【０１０５】
照明光発生部５００は、光源５２０、制御部５１０、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_１を有する。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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_３を形成する。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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_３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_３を参照して、空間光変調器１００を帰還制御できる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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_３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。
【０１１２】
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_４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_４によりケーラー照明する。
【０１１３】
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_３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_４にも反映される。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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_４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_４自体の照度分布との相互作用により投影光画像Ｉ_５が生成される。投影光画像Ｉ_５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。
【０１１６】
なお、図４０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４０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。
【０１１７】
図４１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。
【０１１８】
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鏡２３０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_２を形成できる。
【０１１９】
空間光変調器１００から出射された光源画像Ｉ_２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_２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_３を形成する。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
１００空間光変調器、２００単位素子、２１０基板、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２２８電極、２２０駆動部、２２１、２４２脚部、２２２固定枠、２２３、２２４捩じり軸部、２２５、２２９リブ、２２６可動部、２２７可動枠、２３０反射鏡、２３２ポスト、２３４、５３２、５３４反射面、２４０遮光部、２４４遮光面、３１２、３１４絶縁層、３１５コンタクトホール、３２０、３４４、３４６導体層、３３２、３３４、３３６、３５２、３５４、３５６レジスト層、３３５、３３７、３３９、３５３、３５５、３５７側壁、３４０非反射膜、３４２、３４８非導体層、３６０反射膜、３６１陥没部、３６２、３６６、３７２、３７６反射膜材料層、３６４、３７４非反射膜材料層、３６８保護層、３７０遮光膜、４００露光装置、５００照明光発生部、５１０制御部、５２０光源、５３０プリズム、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

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極、静電力により前記電極に引き付けられて揺動する可動部、および、前記可動部に支持されて前記可動部と共に揺動する反射鏡をそれぞれが有する単位素子を複数実装された基板と、
前記反射鏡の間から前記基板に向かって差し込む光を遮断する遮光層と
を備える空間光変調器。
【請求項２】
前記遮光層は、前記反射鏡および前記基板の間に配される請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記遮光層は、前記反射鏡および前記可動部の間に配される請求項２に記載の空間光変調器。
【請求項４】
前記遮光層は、前記可動部または前記反射鏡と同じ材料により形成される請求項１または請求項２に記載の空間光変調器。
【請求項５】
前記可動部は、一端を前記基板に対して固定され、他端を前記可動部に対して固定された捩じり軸部により支持される請求項１から請求項４までのいずれかに記載の空間光変調器。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の空間光変調器を備えた照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置を備えた露光装置。
【請求項８】
電極、静電力により前記電極に引き付けられて揺動する可動部、および、前記可動部に支持されて前記可動部と共に揺動する反射鏡をそれぞれが有する単位素子を複数実装された基板と、前記反射鏡の間から前記基板に向かって差し込む光を遮断する遮光層とを備える空間光変調器を製造する製造方法であって、
前記電極および前記可動部を形成された前記基板の表面に、犠牲材料により第一下地層を形成する段階と、
前記第一下地層の上に前記遮光層を形成する段階と、
前記遮光層の上に、犠牲材料により第二下地層を形成する段階と、
前記第二下地層の上に反射膜材料を堆積して前記反射鏡を形成する段階と
前記第一下地層および前記第二下地層を除去する段階と
を備える製造方法。

【図１】