JPH0782155B2 - 空間光変調器及びそれを作成する方法 - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は空間光変調器（ライト・バルブ）、更に具体
的に云えば電子的にアドレス可能な撓み可能なはりで形
成された画素を持つ空間光変調器に関する。

空間光変調器（SLM）は、入射光を電気入力又は光入力
に対応する空間パターンで変調する変換器である。入射
光の位相、強度、分極又は方向を変調することができ、
光の変調は、種々の電気光学又は磁気光学効果を持つ種
々の材料により、並びに表面の変形によって光を変調す
る材料によって行なうことができる。SLMは、光情報処
理、投影形表示及び静電印刷の方面で数多くの用途があ
る。30 IEEEトランザクションズ・オン・エレクトロン
・デバイセズ誌539（1983年）所載のL.ホーンベックの
論文「128×128変形可能な鏡装置」に引用された文献を
参照されたい。

大形の明るい電子表示装置に使われる周知のSLMが、ア
イドフォールであり、これは能動光学素子として静電作
用によってくぼみを付ける油膜を用いる方式である。20
J.SMPTE 351（1953年）所載のE.バウマンの論文「フ
ィッシャー形大スクリーン投影装置（アイドフォー
ル）」参照。この装置では、連続的な油膜を電子ビーム
を用いてラスタ式に走査する。この電子ビームは、油膜
上の各々の分解可能な画素区域内に沈積電荷の空間的な
周期性を持つ分布を作る様に変調される。この電荷分布
により、油膜の表面と、一定の電位に保たれた支持基板
との間の静電引力により、各々の画素の中に位相格子が
作られる。この引力により、膜の表面が、沈積電荷の量
に比例する分だけ、変形する。変調された油膜をキセノ
ン・アーク灯からの空間的なコヒーレンスを持つ光で照
射する。油膜上の変調された画素に入射する光が局部的
な位相格子の回折作用により、個別の１組の規則的な間
隔を持つ次数に分かれ、それらが、光学系の一部分によ
り、澄明及び不澄明な交互のバーの周期的なアレイで構
成されたシュリーレン絞りに入射する。シュリーレン絞
りのバーの間隔は、絞り平面に於ける回折信号の次数の
間隔と合う様に選ばれ、こうして高い光学的なスループ
ット効率が達成される様にする。ライト・バルブの変調
されていなかった領域に入射する光は、シュリーレン絞
りの不澄明なバーにより、投影レンズに達することがで
きない。従って、シュリーレン結像系によって投影スク
リーンに形成されるライト・バルブ上の変調されなかっ
た区域の画像は暗く、これに対して変調された電子ビー
ムによって導入された位相の摂動が、シュリーレン投影
器により、スクリーンでは明るい光スポットに変換され
る。電子照射による油の重合と陰極の有機蒸気の汚染に
伴う数多くの技術的な難点があるが、こう云う種類の油
膜は、スクリーンでの合計の光が何千ルーメンも要求さ
れる場合に、殆どどこでも使われる方式であると云う点
に達するまで、その開発に成功した。然し、こう云う装
置は高価で、嵩ばり、部品の寿命が短かい。

油膜以外の多数のSLMも開発されており、この中には撓
み可能な素子形、偏光面の回転形及び光散乱形がある。
こう云う形式のSLMは、金属、エラストマ又はエラスト
マ光導電体の反射層の変形、及び強誘電体、PLZTセラミ
ック及び液晶の分極及び散乱の様な種々の効果を用いて
いる。例えば299 Proc.SPIE68（1981年）所載のR.スプ
レーグ他の論文「レーザ印刷用の線形内部全反射形空間
光変調器」、及び299 Prco.SPIE76（1982年）所載のW.
ターナ及びR.スプレイグの論文「レーザ印刷用の統合内
部全反射形（TIR）空間光変調器」、及び米国特許第4,3
80,373号には、感光媒質上に衝撃を加えないで印刷する
装置が記載されている。この場合、レーザ光を照射線に
形成し、光変調器の線形アレイを通過させ、この後感光
媒質上に結像させる。このアレイは内部全反射形空間光
変調器として構成されており、電極及び駆動電子回路が
集積駆動素子の上に作られていて、この素子がニオブ酸
リチウムの様な電気光学結晶の内部全反射面にあてゝ配
置されている。夫々２つの電極の間のフリンジ電界によ
って生じる屈折率の局部的な変化をシュリーレン読取工
学系を用いて読出し、この工学系がTIR界面を感光媒質
に結像する。これは一次元像であり、感光媒質を線形ア
レイの像の下で、ドラム上で回転させて、印刷用に二次
元像（例えば、本分の１ページ）を作成する。然し、SL
M（ライト・バルブ）は、それが混成形である為に、製
造上の問題が色色とある。フリンジ電界強度、従って変
調された画素から回折する光量が、一連の10μ未満と云
う、アドレス電極と電気光学結晶面の間の空隙の厚さの
変化の影響を受け易い。この為、結晶と電極構造の間の
非常に小さい粒子が捕捉されても、感光媒質では照明の
非一様性の問題を生ずる惧れがある。ライト・バルブの
変調された区域及び変調されていない間の境界にある画
素に対する装置の光学的な応答も、アドレス方式の性質
の為に、変調領域の中央近くにある画素に対する応答よ
りも可成り低い。この技術に基づいた、市場で入手し得
るプリンタはこれまでの所、登場していない。

Proc.SID Symp.250（1982年４月号）所載のM.リトル他
の論文「CCD−アドレス形液晶ライト・バルブ」には、
シリコン・チップの前側にCCD区域のアレイを持ち、チ
ップの裏側に液晶アレイを持つSLMが記載されている。
完全な１フレームのアナログ電荷データがロードされる
まで、CCDに電荷が入力される。その後、電荷がチップ
の裏側へ放出され、そこで液晶を変調する。この装置
は、電荷が前側から後側へ転送されることによって広が
ることによる解像度の劣化と共に、固定パターン雑音が
著しい難点がある。

一次元及び二次元の両方のアレイに製造することができ
る別の形式のSLMが変形可能な鏡である。変形可能な鏡
は３種類に分けることができる。即ち、エラストマ、膜
及び片持ちばりである。エラストマ方式では、メタライ
ズしたエラストマが空間的に変化する電圧によってアド
レスされ、この電圧がエラストマを圧縮することによ
り、面の変形を作る。アドレス電圧は100乃至200ボルト
程度が必要である為、エラストマは、高密度のシリコン
・アドレス回路と集積する為の良い候補ではない。全般
的には、24 IEEEトランザクションズ・オン・エレクト
ロン・デバイセズ誌930（1977年）所載のA.ラカトス及
びR.ベルゲンの論文「不定形Se形 RUTICONライト・バ
ルブを用いたTV投影表示装置」を参照されたい。

膜を用いた変形し得る鏡は、種々の形式がある。１つの
形式は実質的に、前に述べたアイドフォール装置の油膜
に置換わるものである。この装置では、支持格子構造に
より、陰極線管（CRT）のフェースプレートに薄い反射
膜を取付ける。アドレス動作は、アイドフォールの場合
と同じくラスタ走査形電子ビームによって行なわれる。
電子ビームによってCRTの硝子のフェースプレート上に
沈積された電荷が、一定電圧に保たれた膜に静電引力を
及ぼす。この引力により、膜が格子構造によって形成さ
れた井戸の中にたるみ、こうして変調された各々の画素
位置にミニエーチュア球面鏡を形成する。こう云う形式
の変調された画素から回折した光が、鏡面反射ビームに
対して回転対称である比較的狭い円錐に集束される。こ
の為、こう云う形式のライト・バルブは、ライト・バル
ブの変調されていない区域からの鏡面反射の後、光学系
によって形成された光源の像を遮る様に配置され、且つ
その様な寸法の１個の中央の掩蔽部で構成されたシュリ
ーレン絞りと共に使われる。変調された画素はシュリー
レン絞りの平面で、この中央掩蔽部を中心としている
が、それよりも一層大きな円形の光片を生ずる。絞りの
効率、即ち、変調された画素のエネルギの内、シュリー
レン絞りによって遮られない場合は、油膜形アイドフォ
ール投影器の場合よりも、変形可能な膜に基づく投影器
では一般的に幾分が低い。更に、この膜を用いた変形可
能な鏡装置は少なくとも２つの大問題がある。比較的剛
い反射膜をアドレスする為に高い電圧が必要であり、電
子ビーム・ラスタと画素支持格子構造との間の若干の整
合外れがアドレス上の問題を招く。この整合外れによ
り、像のぼけ及び表示の明るさの非一様性を招く。

別の形式の膜を用いた変形し得る鏡が、30 IEEEトラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイセズ誌539
（1983年）所載のL.ホーンベックの論文及び米国特許第
4,441,791号に記載されており、これはシリコン・アド
レス回路にメタライズ重合体鏡のアレイを結合して構成
される混成集積回路である。下側にあるアナログ・アド
レス回路は、鏡要素からは空隙によって隔てられている
が、静電引力により、鏡の配列が選ばれた画素で変位を
招く。この結果生ずる二次元の変位パターンが、反射光
に対して、対応する位相変調パターンを生ずる。このパ
ターンは、シュリーレン投影方式によってアナログ強度
の変化に変換することができるし、或いは光情報プロセ
ッサに対する入力変換器として使うことができる。然
し、膜を用いた変形可能な鏡は、極く小さい、ミクロン
寸法の粒子でも、膜とその下にある支持構造の間に捕捉
された時に生ずる欠陥の影響を受け易い為に、製造上の
問題がある。膜がこの様な捕捉された粒子の上のテント
を形成し、このテントの横方向の規模は、粒子自体の寸
法よりも、ずっと大きく、こう云うテントがシュリーレ
ン結像系により、明るいスポットとして結像する。

片持ちばりを用いた変形可能な鏡は、入射光を線形又は
面積パターンで変調する為に、何らかのアドレス手段に
よって個別に静電作用によって変形させることのできる
様な変形可能な片持ちばりの微小機械的なアレイであ
る。適性な投影光学系と一緒に使う時、片持ちばりを用
いた変形可能な鏡を表示、光学情報処理、及び電子写真
印刷に用いることができる。真空蒸着によって硝子の上
に作られた金属の片持ちばりを持つ初期の形式が、米国
特許第3,600,798号に記載されている。この装置は製造
上の問題があり、その中には装置が集積構造でない為に
起る前側及び後側硝子基板の整合の問題がある。

片持ちばりを用いた変形可能な鏡装置が、22IEEEトラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイセズ誌765
（1975年）所載のR.トーマス他の論文「鏡マトリクス
管：投影表示用の新規なライト・バルブ」と、米国特許
第3,886,310号及び同第3,896,338号に記載されている。
この装置は次に述べる様に作られる。サファイヤ上シリ
コン基板の上に熱二酸化シリコン層を成長させる。酸化
物は、４つの片持ちばりを中央で結合したクローバの葉
形のアレイのパターンにする。酸化物がアンダーカット
されるまで、シリコンを等方性で湿式エッチし、各各の
画素の中に、中央のシリコン支持柱によって支持される
４つの酸化物片持ちばりを残す。この後、反射率を持つ
様に、クローバの葉形のアレイをアルミニウムでメタラ
イズする。サファイヤ基板上にデポジットされるアルミ
ニウムが、直流バイアスに保たれる基準格子電極を形成
する。装置は走査電子ビームによってアドレスされる。
このビームがクローバの葉形ばりの上に電荷パターンを
沈積し、静電引力によってビームが基準格子の方へ変形
する様にする。密な間隔の外部格子に負のバイアスを加
え、低エネルギの電子で装置をフラッド照明することに
より、消去が行なわれる。シュリーレン投影器を使っ
て、ビームの変形を投影スクリーンに於ける明るさの変
化に変換する。この装置の重要な特徴は、クローバの葉
形の形状が、はりの間のすき間から45゜回転する方向の
ビームの撓みを招くことである。このことによって、単
純な断面形のシュリーレン絞りを使って、変調された回
折信号を減衰させずに、固定の回折背景信号を遮断する
ことができる。この装置は、１インチ当り500個の画素
と云う画素密度で製造され、ビームは４゜まで撓み可能
であった。光学系は150ワットのキセノン・アーク灯、
反射シュリーレン光学系及び2.5×3.5フィートのスクリ
ーンを用い、利得は５であった。35フィート・ルーメン
のスクリーンの輝度、15対１のコントラスト比、及び48
％のビーム回折効率と共に、テレビの400本の解像度が
実証された。1/30秒未満の書込み時間が達成され、消去
時間は書込み時間の1/10と云う短かいものであった。然
し、この装置は、走査誤差による解像度の劣化、製造の
歩留りの悪さ、及び従来の投影形陰極線管に比べて利点
がないことを含めて、問題があった。即ち、走査間の位
置決めの精度が、個々の画素に再現性を持って書込む程
高くなかった。その結果、解像度が低下することによ
り、それと比較し得る様に書込まれた発光体と比べて、
同じ解像度を保つには、画素の数を少なくとも４倍に増
加することが必要であった。更に、クローバの葉形の支
持柱に対するエッチ・ストッパーがないことは、はりの
湿式エッチングによってはりの破損が起ること、及び酸
化物ばり状の応力ゼロの状態で、通常引張り応力を持つ
アルミニウムを蒸着する必要があることにより、装置の
歩留りが制限されていた。更に、この装置は、従来の投
影形CRTに比べて、見かけ上のコスト又は性能の利点が
なかった。

アドレス回路と共に、シリコン上に集積され、こうして
高圧回路による電子ビーム・アドレス方式をなくすと共
に、前に述べた片持ち装置の真空の外被を省いた片持ち
ばりを用いる変形可能な鏡が31 Appl.Phys.Lett誌521
（1977年）所載のK.ピーターセンの論文「シリコン上に
製造した微小機械式光変調器アレイ」、及び米国特許第
4,229,732号に記載されている。この最初の文献は、16
×１の分度器形の片持ちばりのアレイを述べており、こ
れは次の様に製造される。ｐ＋基板（又は埋込み層）の
上に厚さ約12μの（100）配向のシリコン（ｐ又はｎ
形）のエピタキシャル層を成長させる。エピタキシャル
層を約0.5μの厚さまで酸化し、約500ÅのCr−Au膜で覆
う。Cr−Auをエッチングによって除いて、接点パッド及
びアドレス線を形成すると共に、分度器のメタライズを
定める。２番目のマスク工程で、酸化物はこのメタライ
ズ部の廻りのくし形パターンにエッチングする。最後
に、シリコン自体を120゜でエチレンジアミン及びパイ
ロカテコールの溶液でエッチする。結晶軸に対してマス
クの正しい配向を保っていれば、金属で被覆された酸化
物の分度器がエッチによってアンダーカットされ、シリ
コンから解き放される。このエッチが異方性であるか
ら、くし形パターンの矩形の囲みを構成する（111）平
面により、それ以上の横方向のエッチングが停止され
る。更に、エッチャントがｐ＋材料によって抑制され、
その為分度器の下の井戸の深さが、エピタキシャル層の
厚さによって定められる。基板と分度器のメタライズ部
の間に直流電圧を印加すると、薄い酸化物の分度器がエ
ッチングされた井戸の中へと下向きに静電作用によって
撓む。長さ106μ及び幅25μの分度器では、閾値電圧は
約66ボルトであった。

２番面の文献（米国特許第4,229,732号）には、分度器
装置と同様に製造されるが（埋込みｐ＋層がメタライズ
した二酸化シリコンの片持ちばりの下に井戸を形成する
為のエッチ・ストッパとなる）、構造が異なる。即ち、
片持ちばりは１つの隅で枢着した四角フラップの形をし
ていて、分度器の一次元の一例ではなく、フラップが二
次元アレイを形成し、フラップの下の井戸が接続されて
おらず、その為、フラップに対するアドレス線は、フラ
ップの行及び列の間でシリコンの上面の上に形成するこ
とができる。勿論、フラップを隅で枢着することは、米
国特許第3,886,310号及び同第3,896,338号のクローバの
葉形の構成からくるものであるが、完全なクローバの葉
形の構成を使うことができない。何故なら、そうする
と、クローバの葉形のフラップがシリコン面から隔離さ
れた中央の柱に枢着される為に、表面のアドレス線がで
きないからである。更に、こう云う装置は、密度の制約
並びに能動面積が小さな分数であることによって、解像
度が良くなく、効率が低いこと、製造の歩留りが低いこ
と、アドレス回路からの回折効果の為にコントラスト比
が劣化すること、及び酸化物フラップの充電効果の為に
残像があることを含めて問題がある。更に具体的に云う
と、エピタキシャル層をｐ＋エッチ・ストッパまでエッ
チングによって除くことによって井戸を形成する為に、
アドレス回路を能動区域の下に配置するより他に案がな
い為に、アドレス回路が能動区域（フラップ）の廻りに
押込まれている。従って、能動区域が大幅に減少すると
共に、回折能動も低下する。これは、スクリーンの同じ
輝度に対して、灯のより多くの電力が要求されることを
意味する。アドレス回路が余分の面積を必要とする為、
画素寸法がフラップ面積よりも大幅に大きくなり、その
結果達成し得る解像度が低下する。井戸を形成する為に
湿式エッチングが必要であることにより、電気的及び機
械的な歩留りが低くなる。実際、ダイス切りによってチ
ップにした後の湿式清浄化により、フラップ及び分度器
が破壊される。これは、回転−洗浄／乾燥サイクルの
間、はりの下に捕捉された水が、表面から跳ねとばされ
る時に、はりを壊す為である。この代りに水を表面から
蒸発させると、その後に表面の残渣が残り、これが表面
洩れ電流を増加し、それが装置の気粉れな動作を招くこ
とがある。更に、アドレス回路は、シリコン表面の上に
あるので、変調しようとする入射光に露出し、トランジ
スタのゲートからの望ましくない回折効果を生ずると共
にコントラスト比を下げる。更に、アドレス構造に光が
洩れることにより、光によって発生される電荷が生じ、
蓄積時間が短かくなる。最後に、酸化物／金属フラップ
は絶縁側が井戸の方を向いていて、井戸の前後に存在す
る強い電界の為に充電される。これが残像（バーンイ
ン）を生ずる。この残像の問題を除くのに必要な交流駆
動は、そこで説明されているNMOS駆動回路から供給する
ことができない。更に、フラップが最大の安定な撓みを
通り越して撓むと、それがくずれ、井戸の底にくっつ
く。従って、このくずれる電圧より大きな電圧は絶対に
避けなければならない。

片持ちばり方式の変形が24 IBM J.Res.Devp誌631（19
80年）所載のK.ピーターセンの論文「シリコン捩れ走査
鏡」及び４ IEEEエレクトロン・デバイス・レターズ誌
（1983年）所載のM.キャドマン他の論文「金属薄膜を用
いた新しい微小機械式表示装置」に記載されている。こ
の方式は、２つの丁番で周囲の反射面に接続された金属
被覆のシリコン・フラップ又は金属フラップを形成し、
丁番によって形成された軸線に沿って、フラップを捩る
ことによって動作する。フラップはその下にあるアドレ
ス用基板とモノリシックに形成されておらず、前に述べ
た変形可能な膜装置と同様な形で、それに接着されてい
る。

米国特許第4,356,730号は上に述べたものゝ色々な面を
組合わせ、シリコン基板に金属被覆の二酸化シリコン片
持ち分度器、隅で枢着したフラップ及び捩れができるよ
うに枢着したフラップを設けてある。アドレス電極（メ
モリ・アレイに於ける様なｘ−ｙアドレス動作の為、分
度器又はフラップ毎に２つある）が表面にあり、分度器
又はフラップはスイッチ又はメモリ・ビットとして動作
させることができ、閾値電圧を印加することにより、シ
リコン基板にエッチングによって作った穴の底に倒すこ
とができる。この後、分度器又はフラップは、それより
小さい待機電圧により、穴の底に保つことができる。

片持ちばりについて論じた前の文献は、片持ちばり装置
にはシュリーレン投影光学装置を使うべきであることを
示唆している。然し、こう云う装置は達成し得る光学的
な性能の点で制約がある。第１に、結像レンズの開口直
径は、信号エネルギだけを通過させるのに必要なよりも
大きくしなければならない。その為、中央のシュリーレ
ン絞り掩蔽部の廻りに全部の信号エネルギを通過させる
為には、レンズの速度を比較的高くなければならない
（又は、それと同じことであるが、そのｆナンバーは比
較的小さくしなければならない）。更に、この結像形式
では、信号がレンズの瞳（pupil）の外側部分を通過す
る。SLM上の任意の所定の点から発して、結像レンズの
瞳の一番外側の区域を通過する光線は、どんな結像レン
ズの光学的な設計でも、合焦にもってくる為に十分補正
するのが最も困難な光線である。外側の光線を良好に制
御すれば、結像レンズの中心を通過する光線は自動的に
十分に補正される。従って、結像レンズの光学的な設計
には一層高度な複雑さが要求される。第２に、結像レン
ズが軸外画素の十分に補正された像を片持ちばりのSLM
に形成することができる画角も制限される。どんなレン
ズの設計でも、レンズの速度と、良好な画質でカバーし
得る画角との兼合いである。速いレンズは小さい視野に
対して作用する傾向があり、これに対して広角レンズは
比較的遅い傾向がある。シュリーレン結像装置はその開
口全体に亙って十分に補正しなければならないし、この
開口の直径が像を形成する光を通過させるのに必要なよ
りも大きいから、レンズによってカバーし得る画角は、
信号が、ぼけていない、直径の一層小さいレンズの中心
を通過する様にした異なる結像形式を工夫した場合より
も、一層小さくなる。最後に、所定の有限の速度を持つ
結像レンズでは、シュリーレン絞り形式を使うと、利用
し得る光源の寸法も制限される。それが、投影スクリー
ン、又は撓んだ画素の像の所にある受光体に送出するこ
とができる放射束密度レベルを制限する。この放射束密
度レベル、即ち、単位面積当りに送出されるエネルギ
が、光源のラジアンス、光学系の透過率及び像を形成す
る光線の円錐の立体角の積に関係する。源のラジアンス
は使われる特定の灯だけによって決定される。光学系の
透過率は、特定のSLM/シュリーレン絞り形式に対する絞
り効率と表面透過損失とに関係する。然し、像を形成す
る光の円錐の立体角は、信号エネルギで満される結像レ
ンズの瞳の面積に正比例する。結像レンズの瞳の中心区
域をぼかす様なシュリーレン絞りを使うと、利用し得る
瞳の面積が制限され、従って、所定の速度を持つレンズ
及び所定のラジアンスを持つ源に対して得られる結像平
面の放射束密度レベルが制限される。これは、利用し得
る最大の光の円錐が、はりの撓み角に等しい開口角を持
つと云う基本的な放射束密度の制限の他にあることであ
る。

公知のはりを用いたSLMは、はり絶縁体の充電効果、は
りがくずれない様にする過電圧に対する保護がないこ
と、光学的な効率の悪さ及び非一様性を招く角度が小さ
く、一様でないはりの撓み、及び画素を高い電圧でアド
レスすることを含む問題がある。

問題点を解決する為の手段及び作用 この発明は各々のはりに対し、アドレス電極及びランデ
ィング電極の両方を持ち、破壊的なくずれを伴わずに、
構造的に決定された精密な角度にはりのソフト・ランデ
ィングができる様にした撓み可能なはりを用いる空間光
変調器を提供する。これが角度が小さくて、一様でない
はりの撓み並びに過電圧によるくずれの問題を解決する
と共に、撓みサイクルの寿命及び光学的なコントラスト
を高める。

好ましい実施例は、普通のバイアスのコントラストの劣
化を伴わずに、低い電圧でアドレスができる様にする差
別バイアス方式を提供すると共に、その保守の為に連続
的なアドレス電圧を必要としない様なビームの撓みの２
つ又は３つの統計的に安定な状態を持つ２つの動作モー
ドを導入する。

実施例 好ましい実施例の撓み可能なはりを用いる空間光変調器
（SLM）は典型的には画素の線形又は面積アレイで形成
される。各々の画素が個別にアドレス可能であって、少
なくとも１つの撓み可能な反射ばりを持っている。画素
はモノリシックのシリコンをベースとしたチップの形で
構成されている。チップはシリコン・ウェーハを処理
し、ウェーハのダイス切りによってチップを作り、その
後個々のチップの一層の処理によって製造される。チッ
プの寸法は、用途によって変わる。例えば、2,400×１
の画素の線形アレイ（これは１インチ当り300ドットの
プリンタの部品にすることができる）は、画素を約12μ
（0.5ミル）平方として、約1,300ミル×250ミルのチッ
プ上に作ることができる。SLMは、画素から光を反射さ
せることによって動作し、反射光は、撓み可能なはりの
撓みを変えることによって変調される。この為、このSL
Mは、撓み可能な鏡装置（DMD）と呼ばれ、撓み可能なは
りは鏡要素とも呼ばれる。次に述べるのは、主にDMDに
対する個別の画素であり、説明を分り易くする為、全て
の図面は略図である。

第１の好ましい実施例の方法によって製造されるDMDの
第１の好ましい実施例の１個の画素が、第1a図に斜視
図、第1b図に側面断面図、そして第1c図に平面図で示さ
れている。全体的に20で示した画素は、基本的には浅い
井戸を覆うはり（フラップ）であり、シリコン基板22、
絶縁スペーサ24、金属丁番層26、金属ばり層28、層26乃
至28に形成されたはり30、及びはり30にあるプラズマ・
エッチ・アクセス孔32を含む。丁番層26の内、はり層28
によって覆われていない部分34,36が、はり30をスペー
サ24によって支持された層26−28の部分に取付ける捩れ
丁番（トーション・ロッド）を形成する。電極40,42,4
6,41がスペーサ24及び基板22の間を延びていて、二酸化
シリコン層44によって基板22から隔離されている。第1b
図は第1a図及び第1c図の線Ｂ−Ｂで切った断面図であ
る。

画素20の典型的な寸法を述べると、次の通りである。は
り30は四角で、一辺の長さが12.5μであり、スペーサ24
は厚さが4.0μ（第1b図の垂直方向）であり、丁番層26
は厚さ800Åであり、はり層28は厚さ3600Åであり、丁
番34,36は何れも長さ4.6μ、幅1.8μであり、プラズマ
・エッチ・アクセス孔32は2.0μ平方であり、プラズマ
・エッチ・アクセスすき間38（はり30とはり層28の他の
部分と間の空間）は幅2.0μである。

約10゜の最大のはり撓み角を生ずる様な画素20に対する
別の１組の典型的な寸法は、次の通りである。はり30が
四角であって、一辺の長さが19μであり、スペーサ24の
厚さが（第1b図の垂直方向）が2.3μであり、丁番層26
の厚さが750Åであり、はり層28が3,000Åの厚さであ
り、捩れ丁番34,36は何れも長さ4.6μ、幅1.0μであ
り、プラズマ・エッチ・アクセス孔32は1.5μ平方であ
り、プラズマ・エッチ・アクセスすき間38（はり30とは
り層28の残りの部分の間の空間）の幅は1.0μである。

基板22は比抵抗が約10Ω−cmの（100）シリコンであ
り、典型的にはその表面にアドレス回路が形成されてお
り、これは電極40,41,42,46の他に、周辺装置を含む。
スペーサ24は絶縁体であるポジのフォトレジストであ
る。丁番層26及びはり層28は共にアルミニウム、チタン
及びシリコン合金（Ti:Si:Al）であって、Tiが0.2％、S
iが１％である。この合金の熱膨張係数はスペーサ24と
大幅に違っていないので、これから説明する製造過程の
間に生ずる金属層及びスペーサ24の間の応力を最小限に
する。２つの層26,28が同じ金属であることによって
も、応力が最小限に抑えられる。はり又は丁番の層の間
に応力があると、はり又は丁番の反り又はカールの原因
となり、金属とスペーサの間に応力があると、金属の
内、井戸の上方にある自由な部分の座屈又は反りの原因
になることに注意されたい。

第1a図乃至第1c図の構造は、（１）はりの金属の上の丁
番の金属の段を覆う問題を伴わずに、はりの金属を希望
する様に厚くし、丁番の金属を希望する様に薄くするこ
とが可能になり、（２）はりの金属のデポジッションの
前に、丁番をスペーサの上の矩形片として形成した場合
に起る様な、処理の副作用に、はりの金属の下にあるス
ペーサの表面が露出しないと云う２つの判断基準を同時
に満たす。

画素20は、金属層26−28と基板22上の電極42又は46の間
に電圧を印加することによって動作する。はり30及び電
極が空隙キャパシタの２つの極板を形成し、印加された
電圧によって２つの極板に誘起された反対の電荷が、は
り30を基板22に引寄せる静電力を加え、これに対して電
極40,41ははり30と同じ電圧に保たれる。この引力によ
り、はり30は丁番34,36の所で捩れ、基板22に向って撓
む。第２図の略図はこの撓みと共に、電極42に正の電圧
が印加された場合、すき間が最も小さい領域に電荷が集
中することを示している。20乃至30ボルトの範囲内の電
圧では、撓みは２゜の範囲内である。勿論、丁番34を一
層長くするか、或いは一層薄くするか、或いは一層幅狭
くすれば、丁番34のコンプライアンスが、その幅の逆数
に対して直線的に比例し、その長さの自乗に正比例し、
その厚さの三乗に反比例するから、撓みが増加する。は
り30の厚さは、処理の間に発生した表面の応力によるは
り30の目立った反りを防止すること、然し丁番34の薄さ
により、大きなコンプライアンスが得られることに注意
されたい。第２図は、DMDの動作中に起り得る撓んだは
り30からの光の反射をも示している。

はり30の撓みは印加電圧の非常に非直線的な関数であ
る。これは、丁番34の捩れによって発生される復元力
が、大体撓みの線形関数であるが、静電引力が、はり30
の一番近い隅と基板22の間の距離の逆数の関数として増
加するからである。（距離が減少すると、静電容量が増
加し、従って誘起される電荷の量が増加すると共に、一
層接近することに注意されたい。）第3a図は画素120に
対する撓みの電圧に対する大体の依存性を示している。
画素120は画素20を簡単にしたもので、電極42及び40を
アドレス電極142として一緒に結合している（電極41及
び46をアドレス電極146として一緒に結合している）。
第3b図の平面図を参照されたい。この図で画素120の要
素は、画素20の対応する要素に比べて、参照数字を100
だけ増やしてある。画素120の捩ればり130が不安定にな
って、基板122に接触するまで曲る電圧が、くずれ電圧
と呼ばれる。くずれ電圧より若干小さい電圧では、撓み
は大体電圧の線形関数であり（第3a図の破線参照）、こ
れがアナログ動作領域である。アナログ動作に関係する
電圧（40−50ボルト）は、集積回路に普通使われるより
もずっと大きいことに注意されたい。

画素20の動作を解析する前に、単純にした画素120の定
性的な解析をする。第４図は画素120の簡略側面断面図
（第1b図及び第２図と同様）であって、使う変数を定義
している。第3b図は隣合う２つの画素120の平面図であ
る。

第４図に示す様に、アドレス電極146及び捩ればり130が
接地され、電圧φ_ａがアドレス電極142に印加される。
これによって捩ればり130が角度θだけ回転する。捩れ
ばりの回転は、捩ればり130の先端131が撓む距離z_T、又
は撓んでいない捩ればりの先端131とアドレス電極142の
間の距離z₀に対して正規化した距離αとして表わすこと
ができる。

回転角が小さく、θをラジアンで表わした場合、θとα
は次の式の関係にある。

ここでＬは四角の捩ればり130の内、向合った隅135,137
で捩れができる様に枢着された辺の長さである。

アドレス電極142に電圧φ_ａを印加することによって隅1
35,137を通る軸線の廻りに捩ればり130に加わるトルク
は次の様に計算することができる。最初に、捩ればり13
0の内、回転軸線から距離ｘの所にあって、幅dxを持つ
小さい（無限小）区域を考える（第４図の上側の図を参
照）。捩ればり130上のこの小さな区域と、アドレス電
極142の間の小さな垂直の容積の静電エネルギは、近似
的に（フリンジ電界を無視して、一様な電界を仮定すれ
ば）、次の様になる。

ここでは電界であり、は小さな垂直容積の電気変位
である。z₀−ｚが小さな垂直容積の高さであり、 が、捩ればり130上の小さな区域の長さであることに注
意されたい。勿論、静電気の及びは媒質の誘電率を
使うと＝ε_０の関係にある。電界の大きさは、電圧
の差を隔たりで割ったものである。

電界によってこの小さな区域に垂直方向（ｚ）に働く小
さな力は、ｚ方向のdUの偏微分である。

即ち、 この小さな力によって捩ればり130に加わる小さなトル
クはこの力のモーメントの腕がｘに等しいから、xdF_Zで
ある。この為、アドレス電極142にφ_ａが印加されたこ
とにより、捩ればり130に加わる合計の引張るトルクτ
_ａは次の式で表わされる。

ここで小さな角度の近似θ＝tan（θ）を使ってｚ＝ｘ
θと置いている。

この積分を求めると ここでθはαで表わしてあり、正規化された撓みであ
る。第５図は３種類の異なるアドレス電圧（V₁＜V₂＜
V₃）に対し、αに対するτ_ａの依存性を示している。捩
れ丁番の捩れによって発生される復元トルクは次の式で
表わされる。

ここでＣが捩れ丁番のコンプライアンスである。復元ト
ルクの大きさが、第５図に破線で示されている。

正味のトルクがゼロになる点を解析することにより、捩
ればり130の安定な平衡点に見つけることができる。第
５図でφ_ａ＝V₁の時、Ｐ及びＱと記した点で正味のトル
クがゼロである。点Ｐ（α＝α_１）は、αは何れの向き
に小さな変化をしても正味のトルクがαをα_１に向けて
復元させるので、安定な平衡を表わす。これと対照的
に、点Ｑでは、αがα_２から遠ざける向きの小さな変化
をした時の正味のトルクは、この変化を増加する様に作
用する。これによってα_１に戻るか、或いは先端131が
電極142（α＝α_１にランディングしてくずれる。φ_ａ
が０とV₂の間のどの値でも、同様な挙動になる。

φ_ａ＝V₂の時、点Ｐ及びＱは、τ_ａ及びτ_ｒの曲線の接
点の一点Ｒに合体する。点Ｒ（α＝α_Ｃ）は準安定な平
衡を表わす。αがα_Ｃよりも低い方に変化すると、正味
のトルクがαをα_Ｃに向けて復元するが、αがα_Ｃより
高い方に変化すると、正味トルクが先端131をアドレス
電極142へくずれさせる（α＝１）。φ_ａがV₂より大き
く、第５図に示すV₃である時、正味のトルクがゼロにな
る点がない。従って、V₂がくずれた電圧であり、V_Cで表
わす。第６図は上に述べたことを纏めたものである。φ
_ａをゼロからV_Cまで増加すると、安定な撓み平衡α_１を
増加することになり、φ_ａ＝V_Cの時安定な平衡がα_Ｃに
達し、そこで平衡が消滅する。くずれる様な撓み（α＝
１）を含めると、画素120は、φ_ａ＜V_Cに対し、２つの
安定な平衡を持つものと見做すことができる。その１つ
がアナログ平衡（撓みがφ_ａに関係する）であり、もう
１つがφ_ａに無関係なディジタル（α＝１）である。

の場合、アナログ平衡が消滅し、画素120はディジタル
になるだけである。

くずれる時、捩ればりの先端131がアドレス電極142に接
触し、大きな電流が先端131を通って電極142に流れ、先
端131が電極142に溶着することに注意さたい。従って、
この特定の構造ではくずれは破壊的な現象である。捩れ
丁番が非常に薄い場合、丁番が可溶性リンクとして作用
し、捩ればりがくずれる時、ふっ飛ぶ。

画素20は、画素120が高い電圧で動作し、捩ればりがそ
の下にある電極に破壊的にくずれると云う問題を解決す
る。画素20は、電気的に捩ればり30に接続されたランデ
ィング電極40,41を追加すると共に、アドレス電極42を
アドレス電極46に接続しているが、アドレス信号φ_ａを
論理的に反転してある。第７図の回路図参照。次に画素
20の動作を説明する。

最初に、一定のアドレス電圧信号φに対し、はり30とア
ドレス電極46の間に発生されるトルクτ_＋を、はり30の
正規化撓みのαの関数として考える。最初、はり30及び
ランディング電極40,41が接地され（V_B＝０）、電圧φ
がアドレス電極42にも印加されていると仮定する。単純
化した画素120のトルクとは異なり、トルクτ_＋は、α
が１に近ずく時、∞になる傾向がない。これは、はり30
の先端31がランディング電極41当たり、はり30をアドレ
ス電極46から離れた状態に保つからである。画素120の
先端131が電極142に当たると云う破壊的な性質を持つの
と対照的に、先端31がランディング電極41に当たること
は、ランディング電極41とはり30が電気的に接続されて
いるから、大きな電流パルスや先端31のランディング電
極41に対する溶着を招くことがない。更に、はり30がラ
ンディング電極40向って反対向きに撓む時、はり30及び
アドレス電極46の間の隔たりが増加するから、αは−１
に近づき、τ_＋が減少する。第７図参照。

アドレス電極42によってはり30に発生されたトルクτ₋
は、対称性により、τ_＋と関係を持つことが容易に分
る。τ₋（α）＝−τ_＋（−α）である。従って、両方
のアドレス電極42,46に一定電圧φが印加され、αと云
う正規化撓みがある場合、正味の引張るトルクτ_ａは、
和τ_＋＋τ₋であり、正のトルクが電極46に引張り、負
のトルクが電極42に引張る。αの関数としての正味の引
張るトルクが第８図に示されている。τ_＋（α）及びτ
₋（α）に対する曲線が、画素120の説明でτ_ａを導出
したのと同様の形で、導出される。第９図は使われる変
数を示している。これは第４図と同じ変数であるが、捩
ればり30の下にあるアドレス電極42,46の範囲を表わす
Ｌ′を追加している。Ｌ′を次の式で定義した正規化距
離βで表わすのが便利である。

即ち、画素120では、Ｌ′が に等しく、βは１に等しい。この定義を用い、積分変数
を変えると、τ_＋に対する計算は次の様になる。

これは部分分数によって直ちに積分され、次の様にな
る。

ここでｇ（α，β）は、この式によって定義された無次
元の関数である。β＝1/2と置くと、第８図の曲線にな
る。

画素20の動作を解析する為に、予備的にアドレス電極4
2,46の両方がアース電位に保たれている間、はり30及び
ランディング電極40,41に印加される正の差バイアスV_B
を増加する効果を考える。（勿論、これによって両方の
アドレス電極にV_Bを印加し、はり30及び両方のランディ
ング電極を接地するのと同じトルクが発生される。更
に、負のV_Bは対称的な結果を生ずるが、符号が簡単であ
るから、正のV_Bだけを考える。）画素120の解析の場合
と同じく、正味のトルクがゼロ（引張るトルクτ_ａ及び
復元トルクτ_ｒ）を持つ点の計算が平衡点を決定する。
τ_ｒは捩ればりの撓みと捩れ丁番のコンプライアンスに
関係するだけであるから、τ_ｒは画素120の場合と同じ
である。然し、画素20に対する引張るトルクτ_ａは制限
されていて、対称的であり、画素120（第５図参照）で
は、α＝１の時の制限されていないトルク及びα＝０の
時の正のトルクとは対称的に、α＝０の時にゼロを通過
する（第８図参照）。これが、次に述べる様に、画素12
0の前に述べた動作との定性的な違いである。

第10図は、小さいV_Bを持ち、アドレス電極42,46をアー
スした時の画素20に対するτ_ａ及びτ_ｒを示す。正味の
トルクはα＝０で消滅し、はり30は撓まないままであ
る。（はり30がランディング電極40または41の一方にく
ずれるα＝±１を含めて）ゼロ以外のαでは、正味のト
ルクがはり30を撓まない状態（α＝０）に復元し、これ
が唯一の安定な平衡である。従って、これは単安定動作
モードである。

差バイアスをV_B＝V₁（第10図）からV_B＝V₂（第11図）に
増加すると、正味のトルクがゼロになる点が更に２点現
われる。即ち、α＝０と、α＝±１近くの点Ｐ及び−Ｐ
である。やはりα＝０が安定な平衡であるが、点Ｐ及び
−Ｐは、画素120に対する第５図の点Ｑと同様に不安定
である。Ｐ又は−Ｐから一層小さい｜α｜まで小さな変
化をすると、はり30を撓まない状態α＝０に戻す正味の
トルクが生じ、Ｐ又は−Ｐの前後に一層大きな｜α｜ま
で小さな変化をすると、はり30をランディング電極40又
は41（α＝±１）にくずれさせる正味のトルクが生ず
る。従って、この差バイアスでは、はり30はα＝０、±
１の３つの安定な平衡を持つ。従って、これは３安定動
作モードである。

差バイアスをV_B＝V₂から、V_B＝V₀（第12図参照）に更に
増加すると、τ_ａ及びτ_ｒ曲線がα＝０で互いに接線と
なり、安定な平衡としてのα＝０が消滅する。実際、α
が０の前後に小さな変化をどれだけしても、｜τ_a|＞｜
τ_r|になり、はり30はランディング電極の一方（α＝±
１）にくずれる。差バイアスV_BがV₀より大きい場合、画
素20は引続いて２つの安定な点α±１を持つ。従って、
これは２安定動作モードである（第13図参照）。

要約すれば、両方のアドレス電極を同じ電位につなぐ
と、画素20は小さな差バイアスでは単安定（α＝０）に
なり、更に増加する差バイアスに対しては３安定（α＝
0,±１）になり、V₀に等しいか又はそれより大きい全て
の差バイアスでは、２安定（α＝±１）に落着く。差バ
イアスの増加に伴なうこの挙動の進行は、差バイアスの
種々の値に対し、はりの撓みの関数として、捩ればり30
のポテンシャル・エネルギを描くことによりグラフで示
すことができる（第14図参照）。差バイアスの値が小さ
い場合（第14図のV_B＝０）、ポテンシャルがα＝０から
両方向に増加する。はり30は単安定であり、ゼロの撓み
が唯一の安定点である。V_BがV₁まで増加すると、ポテン
シャル・エネルギ曲線の勾配がα＝±１で０になり、こ
れらの点で正味のトルクはゼロになる。V_B＞V₁では、ポ
テンシャル・エネルギがα＝±１で下がり、α＝０とα
＝±１の間に障壁が発生する。この時はり30は３安定で
ある。更にV_BがV₀まで増加すると、α＝０で障壁が癒着
して消滅し、はり30は では２安定になる。

画素20を２安定にする為に必要な極く小さい差バイアス
V₀は次の様に導出される。はり30及びランディング電極
40,41にV_Bを印加し、アドレス電極42及び46を接地する
と、はり30に対してアドレス電極によって発生される正
味のトルクは次の様になる。

ここでΔｇ（α，β）＝ｇ（α，β）−ｇ（−α，β）
であり、ｇ（α，β）は、画素120の解析に関連して前
に定義した無次元関数であり、τ_０は無次元の量 である。第18図にこう云う関数を示す。この時、V₀が、
τ_ａ及びτ_ｒがα＝０で接線になる様にするV_Bの値であ
る。

前に定めた定義を使うと、これは次の様に書直すことが
できる。

捩れ丁番のコンプライアンスＣが分っていれば、上に挙
げた式をV₀について解いて、画素20を２安定にする差バ
イアスが分かる。Ｃが分らなければ、V₀をアナログ・モ
ードで画素を動作させる時のくずれ電圧V_Cの百分率とし
て表わし、実験的に決めることができる。

２安定画素20をアドレス可能にする為に、好ましい回転
方向を設定しなければならない。両方のアドレス電極4
2,46が接地されていれば、α＝０の前後の小さな攝動に
より、はり30を不規則に回転させ、はり30及びランディ
ング電極40,41に差バイアス（V_B＞V₀）を印加した時、
一方のランディング電極にくずれる様にする。然し、差
バイアスを印加する前に、γを１よりずっと小さい正の
数として、アドレス電極46をφ_＋＝−γV_Bの電位に設定
すれば、はり30及びランディング40,41に差バイアスV_B
を印加すること（第15図参照）により、はり30をランデ
ィング電極41に向って回転させる正味トルクが発生され
る。これが第16図のτ_ａ曲線によって示されている。実
際、V_Bと反対の符号を持つφ_＋により、捩ればりはα＝
＋１の安定状態に「トリガ」される。φ_＋及びV_Bの反対
の符号は、たとえはり30がまだ撓んでいなくても、一旦
差バイアスが印加されゝば、アドレス電極46に対する引
力がアドレス電極42に対する引力よりも大きいことを意
味する。更に、γが小さいことは、V_Bを印加する前、は
り30は小さな距離だけ回転すれば、第５図の点Ｐと同様
な安定な平衡点に達することを意味する。これと対称的
に、トリガ電位φ₋をアドレス電極42に印加すれば、差
バイアスが印加された時、ビーム30がランディング電極
40へ回転する。更にトリガ電位φ_±がV_Bと同じ符号であ
れば、これは大体、一旦差バイアスが印加された時、反
対のアドレス電極に反対の符号を持つトリガ電位を印加
することに相当する。

V_Bを保っている限り、トリガ電位φ_±＝−γV_Bを取去
り、アドレス電極がアースに戻っても、安定状態（α＝
±１）にあるはり30はその安定状態に止まる。はり30を
一方の安定状態から他方の安定状態へトリガする為に
は、差バイアスを一時的にターンオフしなければならな
い。差バイアスを再びターンオンした時、２つのアドレ
ス電極の電位が標本化され、はり30が適当な安定状態に
トリガされる。第17図は、負のV_Bを用いて、α＝１及び
α＝−１の間ではり30を交互に切換えた時の時間線図で
ある。

γの大きさは、アドレス電圧と差バイアスとの比に丁度
等しい。γを小さく作ることができればできる程、画素
20の動作電圧が一層小さくなる。γの解析の初めに、差
バイアス−|V_B|をはり30とランディング電極40,41に印
加し、電極42を接地した時、電位φ_＋＝γ|V_B|を用い
て、電極46によって発生される引張るトルクを考える。
（正のアドレス電圧及び負の差バイアスを想定する。）
電位差がφ_＋＋|V_B|であるから、 アースにある電極42によって発生される引張るトルク
は、前に導出したものと同じである。

τ₋＝τ₀g（−α，β） 従って、正味の引張るトルクは τ_ａ＝τ_０［（１＋γ）²g（α，β）− ｇ（−α，β）］ 第19図は、γ＝０及びγ＝0.1に対するτ_ａを示してお
り、γ＝０では、画素20は２安定であって、α＝０の時
優先する回転方向がないことを示している。これと反対
に、γ＝0.1の時、正味のトルクはＰと記した点ではゼ
ロであり、α＞−｜α_p|の時、はり30がランディング電
極41に向って回転し、α＜−｜α_p|の時、はり30がラン
ディング電極40に向って回転する。この時、γは差バイ
アスを使うことにより、α＝０の時のトルク利得にも関
係する。この利得は、φ_＋＝−γV_Bの印加アドレス電圧
とV_Bの印加差バイアスとを用いた時のα＝０に於ける正
味の引張るトルクと、φ_＋＝−γV_Bの印加アドレス電圧
を用いるが、印加差バイアスを用いない時のα＝０に於
ける正味の引張るトルクとの比と定義される。即ち、 例えば、V_B＝−50ボルトでγ＝0.1（即ちアドレス電圧
φ_＋＝＋５ボルト）であれば、Ｇ＝21である。これは、
α＝０に於けるトルクが、５ボルトのアドレス電圧を50
ボルトの差バイアスと組合わせた時には、５ボルトのア
ドレス電圧だけを使った時の21倍になることを意味す
る。このトルク利得の考えが、やはり単独で作用する時
に正味のトルクを発生する、それなしの場合の一層小さ
いアドレス電圧によって発生されるトルクに利得を加え
ると云う差バイアスの特徴を説明する助けになる。

画素20でβ＜１のアドレス電極を使う特徴は、画素120
のはり130が、同様な動作状態のもとで電極142又は146
にぶつかる時のランディングに比べて、はり30がランデ
ィング電極40又は41にぶつかる時のソフト・ランディン
グである。最初に画素120を考える。第20図は、くずれ
電圧をアドレス電極146に印加するが、電極146の幅をは
り130の半幅のβ倍に減少した時の画素120に対する引張
るトルク及び復元トルクを示している（これは画素20と
同じβであり、はり130が電極146にぶつかる場合の引張
るトルクが無制限であることを避ける為に必要であ
る）。ランディング・トルクは、ランディングの撓み
（α＝１）に於ける引張るトルク及び復元トルクの間の
差に丁度等しい。復元トルクに対して正規化したランデ
ィング・トルクは、この差をランディングの時の撓みに
於ける復元トルクで除したものである。

ここで第20図の形状を使ってτ_ｒ（1,β）＝τ₀g（α_C,
β）／α_Ｃと置換えている、即ち、くずれる時の撓み
（α_Ｃ）を大体１に等しくする様にβを選ぶことができ
れば、τ_Ｌは０に近づく。β＝0.5の場合、くずれの撓
みα_Ｃ＝0.9であり、τ_Ｌは計算によって0.011になり、
従ってランディング・トルクはランディングの時の復元
トルクの僅か１％である。

電極146の上に薄い誘電体層を適用すると、β＝１の幅
の電極146を使うことができる。これは、はり130が電極
146にあたって壊れるのが防止できるからである（事実
上αは1.0より若干小さい値に制限される）。従って、
ランディング時の撓みα_Ｌは１より小さくすることがで
き、１に近づく積α_Ｌβがｇ（α，β）に於ける対数の
特異点である。β＝１及びα_Ｌ＝0.987（これは画素120
のポリシリコン電極146が2000Åの二酸化シリコンで覆
われ、厚さ４μのスペーサ層を持ち、空気中で動作する
場合に対応する）に対する正規化ランディング・トルク
は、計算により約3.06であり、くずれ時の撓みα_Ｃ＝0.
54である。β＝１の時の正規化ランディング・トルクと
正規化ランディングβ＝0.5との比は、この為約278であ
る。これは正規化ランディング・トルクに対するβの大
きな影響を示している。

ソフト・ランディングの効用を決定する際、２つの効果
を考慮すべきである。一番目の効果は、移動するはりが
電極（ランディング電極又はアドレス電極上の誘電体の
何れか）に当る時の衝撃によって発生される機械的な損
傷に関係する運動効果である。２番目の効果は、持続的
なランディング・トルクが原因ではりと電極の間に生ず
る冷溶着効果に関係する静止効果である。静止効果は、
前に考えたランディング・トルクを下げることによって
減少し、運動効果はランディング時の運動エネルギ（速
度）を下げることによって減少する。

ランディング時の運動エネルギは機械的な制動の程度に
応じて極端な２つの場合に分けて計算することができ
る。制動は、はりが急速に回転（この場合１マイクロ
秒）回転して電極に当る時のはりと電極の間のすき間に
ある空気の変位によって起る。２つの極端な場合は過剰
制動及び制動なしである。

過剰制動の場合、はりの速度は持続的な引張るトルクが
存在しない時、急速にゼロにされる。この為、正規化ラ
ンディング・トルクを減らす様にβを選んだ場合、ラン
ディングの時、速度はゼロまで減少する。

制動無しの場合、運動エネルギははりが電極にぶつかる
まで絶えず増加し、τ_ａ−τ_ｒをα＝０からα＝１まで
積分することによって計算することができる。β＝0.5
の時のこの積分とβ＝1.0の時のこの積分との比は、前
に考えた正規化ランディング・トルクの比より更に小さ
い。従って、ソフト・ランディングは、画素120に対す
る静止及び運動ランディング効果の両方を減少するのに
有効である。

差バイアスのレベルを画素20を２安定にする様にした時
（V_B＝V₀）の画素20に対するソフト・ランディングの解
析は、次の通りである。第21図はγ＝０（曲線１）及び
γ＝0.1（曲線２）の場合のτ_ａを示している。V_B＝V₀
と云う条件は、α＝０で引張るトルク及び復元トルクの
曲線が接することを意味する。

２安定画素20に対する正規化ランディング・トルクは次
の様になる。

β＝0.5及びγ＝0.1の場合、正規化ランディング・トル
クは0.74である。即ち、ランディング・トルクは復元ト
ルクの74％である。これと反対にβ＝1.0、α＝0.987及
びγ＝0.1の場合、正規化ランディング・トルクは15.8
であり、従って、ランディング・トルク比は21.4であ
る。

正規化ランディング・トルクは、第22図に示す様に、保
持電圧V_Hを測定することによって、実験的に決めること
ができる。上側のτ_ａ曲線は、画素20を２安定にする小
さな差バイアスV₀及びアドレス電圧φ_ａ＝−γV_Bに対す
る引張るトルクを表わしており、ビームがランディング
する時のランディング・トルクはτ_Ｌである。ここでγ
が一定であり、V_Bの大きさをV₀より下にゆっくりと減少
したと仮定する。V_B＝V_Hの時、τ_ａ（１）の大きさがτ
_ｒ（１）に減少し、ランディング・トルクはゼロに減少
している。更に小さい|V_B|の時、正味のトルクは、はり
30を第22図でＰと記したアナログ平衡位置に復元させる
方向である。従って、V_Bをゆっくりと減少し、その大き
さがV_Hより若干小さくなると、はり30は突然にライディ
ングした位置から解放され、ずっと小さい撓みアナログ
平衡へ戻る。

従って、２安定モードに於ける画素20の動作は、一定の
γに対し、差バイアスV_Bの関数としてαを示すグラフで
ある第23図に示すヒステリシス曲線で説明することがで
きる。点（０）ではV_B＝０であり、従ってφ_ａ＝−γV_B
もゼロであり、はり30は撓まない（α＝０）。点（０）
から点（１）まで、画素20はアナログ・モードであり、
アドレス電極42を接地した時のアドレス電極46に印加さ
れるアドレス電極（φ_ａ＝−γV_B）により、はり30の撓
みは１未満の安定な平衡α（V_B）になる。V_Bが増加する
につれてα_Ｃの撓みを持つ点（１）でV_B＝V₀の時の２安
定動作に達するまでαが増加し、はり30は点（２）でラ
ンディング電極40にくずれる。この時、はり30は、V_Bの
大きさを減少する時、点（３）でV_B＝V_Hに達するまでラ
ンディング電極41上に止まり、はり30が電極41から解放
される。解放されたはり30が、アナログ・モードでV_Hに
対応する撓みまで戻る（第23図の点（４）参照）。

ディジタル装置の場合と同じく、２安定モードで動作す
る画素は20は、画素のあるパラメータが所期の動作点か
ら特定量以上ずれる場合、正しい安定状態に切換らな
い。許される偏差量が雑音余裕と呼ばれる。画素の何れ
かのパラメータが雑音余裕より大きく変化すると、画素
は間違った状態に切換わる。更に、１つのパラメータが
所期の動作点からずれたり、或いは雑音があると、画素
の他のパラメータの雑音余裕が減少する。

誤った２安定動作を招く恐れがある様な、画素20のパラ
メータの最も重要な２つの偏差は、（ｉ）平坦さからの
捩ればり30の偏差、及び（ii）捩れ丁番34,36及びはり3
0に対するアドレス電極42及び46の整合外れである。最
初に平坦さからのはり30の偏差の余裕Δαを考える。第
24図は、（はり30をランディング電極41に於けるα＝＋
１に撓ませる為に）電極46にアドレスされた画素20に対
する引張るトルクτ_ａと復元トルクτ_ｒとを、平坦さか
らのはり30の３種類の偏差（（１），（２），（３）と
印す破線）に対して示している。線（１）では、はり30
の平坦であり、正味のトルクがはり30をα＝＋１に向け
て回転させる。線（２）では、はり30には−｜α_m|の組
込みの初期の撓み（ランディング電極40に向う方向）を
持っており、アドレス電極46に対するアドレス電圧と差
バイアスとが印加され、アドレス電極42がアースである
と、組込みの初期の撓みの為に、正味のトルクはゼロに
なる。線（３）では、組込みの初期の撓みが非常に大き
く、電極46に対するアドレス電極と差バイアスとが印加
され、電極42がアースであると、はり30をα＝−１に向
けて回転させる正味のトルクが生ずる。即ち、間違った
安定状態が生ずる。従って、｜α_m|が、はりの平坦さか
らの許容し得る最大偏差であり、角度偏差に対する余裕
と呼ばれる。｜α_m|は単に次の式の解を見つけることに
よって計算される。

τ_ａ（α）＝τ_０［（１＋γ）²g（α，β） −ｇ（−α，β）］＝０ ｜α_m|《１の場合、関数ｇには近似が容易であり、その
解は次の通りである。

勿論、ランディング電極46の方向の角度の余裕も対称性
によって同じである。

β＝0.5でγ《１の場合、α_ｍに対する式は次の様に簡
単になる。

α_ｍ＝±1.6γ 角度偏差の余裕は予想通りγと共に増加し、平坦さが悪
くなるにつれて、正しい動作の為には、差バイアスに対
して一層大きなアドレス電圧が必要になる。例えば、γ
＝0.1でランディング角度が10゜である場合、｜α_m|＝
0.16であり、これは平坦さからの角度偏差が1.6゜であ
ることに対応する（αが正規化された撓みであることを
思出されたい）。0.5゜の平坦差が日常的に実際に達成
された。

はり30及び捩れ丁番34,36に対するアドレス電極42,46の
一形式の整合外れが第25図の平面図に示されている。即
ち、電極は対角線に沿ってランディング電極40の方向
に、そしてランディング電極41から離れる向きに、距離
εだけ整合外れになっているが、他の全ての整合は正し
い。簡単の為、この整合外れだけを解析する。最初、第
25図に示す様に、この整合外れが、はり30と電極42,46
の間の陰影を施した差の面積を定める。こう云う面積が
差バイアス及びアドレス電圧によって発生されるトルク
の変化を招く。面積±ΔA₂によるトルクの変化は、その
モーメントの腕が小さい為に無視し、電極46のアドレス
電極φ_ａ＝γV_Bであり、電極42が接地されていると仮定
する。この為、面積−ΔA₁が正のトルクτ_＋を減少さ
せ、面積ΔA₁が負のトルクτ_-1を増加させる。第26図
は、３つの整合外れに対する、引張るトルクに対するこ
の影響を示している。曲線（１）では、整合外れεがゼ
ロであり、正味のトルクが正であり、従ってはり30が正
しいランディング電極まで回転する。曲線（２）では、
整合外れがε_ｍに等しく、α＝０の周りの引張るトルク
が近似的に復元トルクに等しく、正味のトルクがゼロで
あり、従ってはり30の変動によって、ランディング電極
40又は41のどちらまではり30が回転するかが決まる。曲
線（３）の一層大きな整合外れε＞ε_ｍでは、α＝０に
於ける正味のトルクが負であり、はり30はランディング
電極41ではなく、ランディング電極40まで回転する。即
ち、間違った安定状態になる。余裕ε_ｍを決定する為、
単にτ_＋及びτ₋に対する整合外れεの影響を計算し、
α＝０でτ_ａをゼロにするεを解く。勿論、整合外れε
は、異なる幅の電極で同じであり、従って 非常に小さいαに対するｇ（α，β）の漸近形が、ｇの
定義から容易に導出される。

小さなεに対しては、α＝０でτ_ａが消滅すると云う条
件は、次の様になる。

従って、 例えば、γ＝0.1でβ＝0.5の時、整合外れの余裕はε_ｍ
＝0.02Lである。Ｌ＝12.5μの画素20では、ο_ｍ＝0.25
μであり、これは典型的な電流ステッパの整合外れを超
える。勿論、γを増加すれば、ε_ｍが増加する。

アドレス電極の整合外れは、第27図に好ましい実施例画
素220の側面断面図として図式的に示す様に、平衡電極
を使うことによっても補償することができる。画素220
がアドレス電極242,246、ランディング電極240及び24
1、並びにアドレス電極とランディング電極の間に介在
配置された平衡電極243,245を持っている。整合外れが
なければ、平衡電極は差バイアス電圧にバイアスされ
る。これに対して（前に説明した場合の様に）ランディ
ング電極240の方向のアドレス電極の整合外れがあれ
ば、その平衡電極はアースに向けてバイアスされ、整合
外れを打消す余分のトルク（τ_＋を増加する）を供給す
る。整合外れが反対向きであれば、平衡電極243をアー
スに向ってバイアスする。

前に計算した雑音余裕は独立ではなく、その効果が相互
作用して余裕を小さくする。例えば、第28図は、整合外
れがゼロの場合、及び整合外れが余裕の半分に等しい場
合（ε＝1/2ε_ｍ）の２つの２安定アドレス状態（＋電
極46又は−電極42をアドレス）に対する引張るトルクを
示している。角度偏差α_ｍに対する余裕が、整合した場
合及び整合外れの場合の両方に対して示されており、云
うまでもないが整合外れの場合、角度偏差の余裕は、＋
電極に対しては、整合している場合の余裕の半分であ
り、−電極に対しては、余裕が50％大きくなる。勿論、
この説明は、対称的であり、角度偏差の余裕の範囲内で
の平坦でないことにより、整合外れの余裕が小さくな
る。γが増加すると、余裕が拡大する。

はり30及びランディング電極40,41が電気的に接続され
ていて、動作中、はり30がランディング電極40,41にソ
フト・ランディングをするにも拘らず、はり30がランデ
ィング電極40又は41に膠着することがある。この他の、
次に述べる電気リセット方法を画素20に用いて、捩れ丁
番34,36によって発生される復元トルクを増強して、は
り30をランディング電極40又は41の一方から引張って離
し、はり30を撓みのない位置にリセットすることができ
る。一番目の方法は、アドレス電極42をリセット電極と
して使い、アドレス電極46をアドレス動作に使う。画素
20は単安定又は３安定モードで動作させ、一方の方向
（ランディング電極41へ向う方向）だけに回転させる。
このリセット方法は、差バイアス及びアドレス電圧の両
方がアースにある時間の間に、リセット電極42に高圧パ
ルス（１マイクロ秒の90ボルト）を印加する。時間線図
は第29図を参照されたい。この図は、はり30及びランデ
ィング電極40,41に印加される差バイアスφ_Ｂが消滅す
る時間の間に電極42に印加されるリセット・パルス
φ_Ｒ、撓み、撓み無し及び撓みの順序に対し、電極46に
印加されるアドレス電圧φ_Ａ、及びその結果生ずるはり
の撓みαを示している。はり30がランディング電極41に
膠着すると、リセット電極42のパルスが、捩れ丁番34,3
6の復元トルクによってはり30をランディング電極41か
ら離す様に引張るのを助ける持続時間の短かいトルクを
発生する。然し、はり30がランディング電極41に膠着せ
ず、撓まなかった場合、リセット電極41のパルスがはり
30をランディング電極40の方へ回転させる。然し、パル
スの短かい持続時間（１マイクロ秒）は、はり30の時定
数（約12マイクロ秒）より短かく、はり30はランディン
グ電極40に到達せず、捩れ丁番34,36に復元トルクがは
り30を撓まない状態に戻す。ランディング電極40の方向
のこの持続時間の短かい変動が、第29図の負のαの値ま
でのくぼみによって示されている。又はり30の膠着しな
い場合、捩れ丁番34,36の復元力が、第29図のαのグラ
フに破線で示す様に、はり30をα＝０に戻す。１つの集
積回路チップ上にある画素20のアレイの全てのリセット
電極をチップ上で互に結合し、１つのチップ外の高圧パ
ルス駆動器がリセット・パルスを供給する。

第30a図及び第30b図に第２のリセット方法が示されてお
り、これは捩れ丁番34,36の回転しない曲げを使って、
膠着したはり30をランディング電極40又は41から引離す
のを助ける。この方法では、リセット・パルスが、アド
レス電極42,46が接地されている間に、ランディング電
極40,41及びはり30へ印加される。画素20のアレイで
は、差バイアスバスを使って、全てのランディング電極
を一緒に接続することができ、このバスを捩ればり30を
含む反射層26−28に接続し、リセット・パルスが差バイ
アスバスだけに印加される様にする。最初のリセット方
法とは対照的に、第２のリセット方法では、画素20は任
意のモードで動作させることができる。アドレス電極を
接地した状態ではり30にリセット・パルス（典型的に１
マイクロ秒の間の60ボルト）を印加すると、はり30が撓
んでいないか、或いは一方のランディング電極に膠着し
ているかどうかに関係なく、はり30が基板22の方へ撓
む。捩れ丁番34,36の回転しない曲げが、この撓みのポ
テンシャル・エネルギを蓄積する。時間線図は第30a
図、そして撓みは第30b図を参照されたい。第30a図で
は、はり及びランディング電極のバイアスφ_Ｂは、差バ
イアス（−|V_B|）に対して反対の極性のリセット・パル
ス（−|V_R|）を持っているが、リセット・パルスは、同
じ極性を持っていても良い。アドレス電圧（電極46に対
するφ_Ａ（＋）及び電極42に対するφ_Ａ（−））は、は
り30が最初はランディング電極41まで、次にランディン
グ電極40に、そして最後に再びランディング電極41に撓
む順序の場合である。リセット・パルスの終りに、蓄積
されたポテンシャル・エネルギが放出され、はり30を真
直ぐ上向きに引張るインパルスを加える。この為、撓ん
でいないはり30は、撓みのない状態の前後に垂直減衰振
動をする。これに対して、膠着したはり30がランディン
グ電極から引離され、復元力が、それを撓んでいない状
態へ戻すと共に、やはり垂直減衰振動を持つ。この第２
のリセット方法は、ランディング方向がどちらであって
も、はりをリセットするから、リセット・パルスが印加
されるやいなや、取扱いによる静電放電によるはりの誤
ったくずれ及び膠着があっても、それは自動的に補正さ
れる。第30b図は、アドレス電極42,46の間にある捩れ丁
番の軸線に沿った、垂直方向に撓んだはり30の側面断面
図であり、これを参照されたい。

第31図は、その各々の画素が画素20と同様である第２の
好ましい実施例の画素320,320′,320″，…の線形アレ
イ310の一部分の平面図である。画素320では、はり33
0、捩れ丁番334,336、ランディング電極340,341及びア
ドレス電極342,346が示されている。画素320′も同様で
ある。ランディング電極が全部中心の金属線343に接続
されていることに注意されたい。線形アレイ310は、第3
2a図乃至第32c図に図式的に示す静電印刷に使うことが
できる。第32a図は、光源と光学系352、アレイ310、結
像レンズ354及び光導電ドラム356を含む装置350の斜視
図であり、第32b図及び第32c図はその側面図及び平面図
である。源352からの光はシート358の形をしていて、線
形アレイ310を照射し、はり330,330′,330″…の間の区
域から反射された光がシート360を形成する。負の向き
に撓んだはりから反射された光がシート361内にあり、
正の向きに撓んだはりから反射された光がシート362内
で結像レンズ354を通過し、撓んだ各々のはりに対して
ひとつずつの一連のドットして、線364内でドラム356上
で集束される。線形アレイ310が実際には２列の画素で
あるから、ドラム356上の像は、２本の線の中にあるド
ットであり、一方の列の画素のアドレスを電子的に遅延
させると共に、ドラムを回転させることにより、像のド
ットが１本の線364になる。この為、ドラム356が回転す
る時、ドラム356上に一度に線364のドットを形成する様
に、一度に１本の線ずつの情報をアレイ310に供給する
ことにより、ディジタル化されていて、ラスタ走査形式
である本文のページ又はグラフ情報のフレームを印刷す
ることができる。こう云うドット像が、ゼログラフィー
の様な標準的な方法により紙に転写される。θをランデ
ィング電極341上にある時のはり330の撓み角とすると、
シート358の入射角が、線形アレイ310に対する法線から
２θである時、シート362は線形アレイ310に対して法線
方向である。この幾何学的な関係が第32b図に示されて
おり、結像レンズ354を線形アレイ310に対して法線方向
の向きすることができる。正の向きに撓んだ各々のはり
が、３つのはりに対し第32c図に図式的に示す様に、結
像レンズ354に対する光源352の像355を作る。

画素が２安定モードで動作する線形アレイ310は片持ち
ばりの画素の線形アレイに比べて利点がある。それは
（ｉ）２安定画素は一層大きな撓み角で動作し、従って
光源から見込み角度を大きくしてドラムに一層明るいド
ットを作ることができ、（ii）ターンオフの画素は捩れ
ばりが、片持ちの場合の様に、撓まないだけでなく、反
対向きに撓み、それがターンオフの画素からの反射角を
２倍し、はりの湾曲による光学的なコントラストの劣化
を少なくし、印加電圧がゼロの場合の角度偏差の影響を
なくし（iii）輝度の一様性が改善されるからである。
この改善は、撓み角がスペーサの厚さの直線的な関数で
あって、非線形動作領域に関係しない為である。非線形
動作領域では、撓みの一様性が片持ちばり場合と同じ
く、スペーサの厚さ及び丁番のコンプライアンスの影響
を非常に受ける。

線形アレイ310にある個々の画素のアドレス動作が、簡
単にした形で第33図及び第34図に示されている。第33図
はアドレス電極446に沿った１個の画素420の断面図で、
入力及び付能ゲート450を示しており、第34図は平面図
であって、画素420及び420′とアドレス回路を示してい
る。Ti:Si:Al電極446が、ｐ形シリコン基板442から二酸
化シリコン444によって絶縁されており、はり430を撓ま
せる電圧が電極446に印加され、金属層426−428が全て
の画素に対する共通のバイアスであり、基板422が接地
される。ランディング電極441及び440（画素420′のラ
ンディング電極441′と共有する）が金属層426−428に
接続され、従ってはり430に接続される。付能ゲート450
がポリシリコンであり、基板422からゲート酸化物454に
って絶縁されており、ｎ＋形にドープされた領域452,45
6,452′,456′…及び462,466,462′,466′…がMOSFETの
ドレイン及びソースを夫々形成し、付能ゲート450が共
通のゲートである。アドレス電極442,446に対する入力
がMOSFETのドレイン452,456に印加され、MOSFETが付能
ゲート452によってターンオンした時、アドレス電極に
接続される。

基板322上のアドレス電極346を含む画素320を製造する
第１の好ましい実施例の方法の工程が、第35a図乃至第3
5e図の側面断面図に示されており、次にこれを説明す
る。

（ａ）最初、（100）シリコン基板322上に2000Åの熱酸
化物344を成長させる。次に、酸化物344の上に3000Åの
Ti:Si:Al（0.2％Ti及び１％Si）をスパッタリングによ
ってデポジットし、電極346を定める様にパターンを定
めてプラズマ・エッチする。第35a図参照。

（ｂ）ポジのフォトレジストを回転付着させ、３回の適
用に別けて焼成して、合計の厚さが４μになる様にして
スペーサ324を形成する。レジストの３回の適用により
厚さを構成するのは、１つの非常に厚手の層を回転付着
する時起り得るレジストの表面の波を避ける為である。
毎回レジストを適用した後に、前の層がレジストの溶媒
に溶解するのを防止する為、並びにスペーサから過剰に
溶媒を追出す為に約180℃に焼成することが必要であ
る。最後の焼成は、はりパターンの写真製版用のフォト
レジストの焼成の間、丁番金属の下に溶媒の泡が形成さ
れない様にする。基板322の表面上にどんな回路が形成
されていても、フォトレジストが平面化することに注意
されたい。ポジのフォトレジストは、クロロベンゼンに
不溶性のものを選ぶことが好ましく、例えばノバラック
をベースとしたレジストにする。その後、有機のスペー
サ324と金属層326の熱膨張の食違いを最小限に抑える為
に、できるだけ室温に近い基板の温度で、丁番層326を
形成する為に、800ÅのTi:Si:Al（0.2％Ti及び１％Si）
をスパッタリングによってデポジットする。このアルミ
ニウム合金が、純粋なアルミニウムのデポジッションに
よって起る小山を最小限に抑える。次に、1500Åの二酸
化シリコンをPEVCDによってデポジットする。その後酸
化物のパターンを定めてエッチして、捩れ丁番のエッチ
・ストッパ348を形成する（平面図で見るとエッチ・ス
トッパ348は、捩れ丁番334,336になる区域と、丁番の各
々の端に於ける小さな延長部とを占める）。パターン決
め及びエッチングに使われたフォトレジストをプラズマ
によって剥す。第35b図参照。

（ｃ）はり層328を形成する為の3600ÅのTi:Si:Al（0.2
Ti及び１％Si）をスパッタリングにより、やはり室温の
近くでデポジットし、フォトレジスト50を回転付着させ
る。金属のデポジッションは、金属層の間に応力が発生
しない様に、丁番層326のテポジョジョンと同じ条件の
もとで行なう。フォトレジスト50のパターンを定めて、
プラズマ・エッチ・アクセス孔332及びプラズマ・エッ
チ・アクセスすき間338及び丁番334,336を定める。パタ
ーン決めしたフォトレジスト50を次にマスクとして使
い、金属層326,328のプラズマ・エッチングを行ない、
丁番エッチ・ストッパ348が、丁番層326の内、丁番334,
336となる部分のエッチングを防止する。アルミニウム
合金のプラズマ・エッチは、塩素/3塩化硼素/4塩化炭素
エッチ・ガス混合物を用いて行なうことができる。その
代りとしては、工程（ｂ）に於ける様に、二酸化シリコ
ンのマスクを使い、フォトレジスト50の代りに、2000Å
のパターンを定めた二酸化シリコンを使う。この代案で
は、アルミニウム合金のエッチは、４塩化シリコンを用
いた反応性イオン・エッチングにすることができる。丁
番の厚さが層326の厚さによって決定され、丁番の幅が
エッチ・ストッパ348の幅によって決定されることに注
意されたい。従って、プロセスの３つの異なるパラメー
タにより、丁番334,336のコンプライアンスを調節する
ことができる。第35c図参照。

（ｄ）接着層として作用する様に、ポジのフォトレジス
トの薄層を回転付着させ、次に後続の工程の間の保護層
として、1.5μのPMMA（ポリメチル・メタクリレート）5
2を回転付着し、基板332をダイス切りにしてチップする
（各々のチップが空間光変調器になる）。ダイス切りの
破片が、第35d図でPMMA52の上に乗っかっていることが
示されている。

（ｅ）クロロベンゼンを吹付け、直ちに遠心作用にかけ
ることにより、PMMA52を溶解する。レジスト（又は酸化
物）50及びスペーサ24がクロロベンゼンに溶解しないこ
とに注意されたい。こうして、はり330が破片に直接的
に露出することなく、ダイス切りの破片が除かれる。最
後に、レジスト50及びスペーサ324を酸素中で、数％の
弗素（例えばCF₄又はNF₃からの）を用いて等方性のプラ
ズマ・エッチにかけ、エッチ・ストッパ348の露出部分
を除去する。このエッチングは低い温度で行ない、はり
330の下に井戸を形成するのに丁度十分なだけのスペー
サ324を取除くように監視する。第35e図参照。この図は
第1b図と同様であるが、断面が異なる。第35e図はエッ
チ・ストッパ348の残り349を示している。これが第1a図
及び第1c図では省略されているが、それは第２の好まし
い実施例の製造方法（これから説明する）では、この残
りが避けられるからであり、第1a図及び第1c図では分り
易くする為に省略されているからである。第36a図乃至
第36c図は、スペーサ324のエッチングの段階を平面図で
示し、第37a図乃至第37c図はそれを断面図で示す。

第38図は、画素520,520′,520″を含む第３の好ましい
実施例の画素の線形アレイの一部分の平面図を示す。は
り530,530′,530″は８角形であり、夫々プラズマ・エ
ッチ・アクセス孔532,532′,532″とプラズマ・エッチ
・アクセスすき間538,538′,538″を持っている。プラ
ズマ・エッチ・アクセスすき間538,538′が、はり530,5
30′の間に共通の部分を持ち、他のすき間も突合わせる
画素の間に同様にある。はり530,530′,530″…の下の
スペーサ524内の井戸が一緒に接続され、第38図に破線
で示す様に、１つの長い井戸を形成する。アドレス電極
542,546,542′,546′…及びランディング電極540,541,5
40′,541′…が第38図に破線で示されている。例えば54
1及び540′の様に、突合せのランディング電極が共有で
ある。分り易くする為、第38図では、捩れ丁番534,536
は、はり530,530′,530″…と同じ層から作られるもの
として示されている。

第39a図乃至第39d図は別のはりの形状を示す平面図であ
る。特に第39a図は、片持ち丁番572、プラズマ・エッチ
・アクセス孔574、プラズマ・エッチ・アクセスすき間5
76、アドレス電極578及びランディング電極579を持つ片
持ちばり570を示す。片持ちはりは一方向に撓むだけで
あり、第５図の曲線と同様なトルク曲線を持っている
が、制限されており、従って単安定及び２安定（１つの
安定の撓み点とランディング電極579にくずれた状態）
動作しか利用することができない。

第39b図は、捩れ丁番581,582、プラズマ・エッチ・アク
セスすき間586、アドレス電極588及びランディング電極
589を持つ捩ればり580を示す。はり580は一方向にだけ
撓み、はり575と動作が同様である。

第39c図は、４つのはりからなる群の逆にした突合わせ
のクローバの葉として配置された片持ちばり590,590′,
590″…の線形アレイを示す。線形アレイ510と同じく、
はり590,590′,590″…の下の井戸が一緒になって、破
線で示す様に１つの細長い井戸を形成する。片持ち丁番
592,592′,592″が、はりと同じ層から作られるものと
して示されており、見易くする為に、アドレス及びラン
ディング電極は示していない。

第39d図は、４つずつの群に纏めて、片持ち丁番562,56
2′,562″…によって柱561,561′,561″上に支持された
片持ちばり560,560′,560″…の面積配列の一部分を示
す。はりに対するランディング電極は、電極563の様
に、列に分けて接続することができ、はりが導電柱を介
して列電極564に接続される。アドレス電極565,565,56
5″…のアドレス動作は図面に示してないが、電極の下
の層に作られた回路によって行なわれる。図面を見易く
する為、若干の電極を省略してある。

隅ではなく、捩ればりの平坦な側に配置された丁番に対
し、第２の好ましい実施例の埋込み丁番の製造方法が断
面図（第40a図乃至第40e図）及び平面図（第41a図乃至
第41c図）で示されている。断面は丁番の軸線に対して
横方向（第41c図の断面AA）でとったものである。第２
の好ましい実施例の方法は、埋込みのSiO₂エッチ・スト
ッパではなく、薄い丁番金属領域を定める為に、金属の
持ち上げに頼っている。第１の好ましい実施例の方法に
場合と同じく、丁番及びはりのメタライズ層の両方をエ
ッチするには、一回のプラズマ・エッチしか必要としな
い。

この方法の初めに、スペーサ182の上に薄いアルミニウ
ムの丁番層180をスパッタリングによってデポジットす
る（第40a図）。３層レジスト方法を用いて、その中に
最終的に丁番パータンをエッチする薄い金属領域に後で
なるものを限定する。選ばれた３層レジスト方法は、J.
Vac.Sci.Technol.誌、B1（４）、1215（1983年）所載の
Y.C.リン他のセステルシャス方法の変形である。

変形セステルシャス方法の初めに、丁番金属180の上にP
MMAのスペーサ層184を回転付着させる。厚さ（約5000
Å）は、はり金属の厚さより若干大きくなる様に選ぶ。
この後でフォトレジストのキャップ層をアンダーカット
する際、現像剤中での溶解速度を可成り高く保つ為に、
PMMA184は標準的な方法に比べて温度を低くして焼成す
る。次に、反射防止被覆（ARC）186をPMMA184に回転付
着させ、焼成する。ARC186の被覆が、フォトレジスト18
8とPMMA184の間に面間層が形成されない様にする。これ
は、この後の写真製版の露出中、丁番金属187からの反
射光星を減少する。

その後ARC186をポジのフォトレジスト188で被覆する。
フォトレジスト188を所望の丁番持上げパターンで露出
して現像し、最後に遠UVで硬化して、焼成する。ARC180
はフォトレジスト188と同時に現像する。次にPMMA184を
遠UVの溢光に露出して、PMMA184の内、フォトレジスト1
88で被覆されていない領域の平均分子量が減少して、ク
ロロベンゼンに対する可溶性が大きくなる様にする。PM
MA184のクロロベンゼン現像により、PMMA184の露出部分
が速やかに溶解し、過剰現像により、第40a図に示す様
に、フォトレジスト・キャップ層の約１μのアンダーカ
ットが生ずる。PMMA184の現像に続く回転乾燥の間に投
げ飛ばされた軟化したPMMAのフィラメントを除くのにア
ッシュが役立つ。その後、硬焼きが、まだフォトレジス
ト188及びPMMA184に含まれている揮発性成分を少なくす
る。こう云う揮発性成分は、PMMA現像の間のクロロベゼ
ンの吸収によって生ずる。

３層レジスト・パターン（フォトレジスト188、ARC186
及びPMMA184）が形成された後、はり金属190をスパッタ
リングによってデポジットする。PMMA184上の張出しフ
ォトレジスト・キャップにより、スパッタリングされた
はり金属190が、第40b図に示す様に２層に分かれる。そ
の後、３層レジスト・パターンをクロロベンゼン又は１
−メチル−２−ピロリジノンに漬けて溶解させることに
よって、持上げられる。その結果（第40c図に側面断面
図で示し、第41a図に平面図で示す）は、薄い金属領域1
80が厚い金属領域190によって取囲まれたものになり厚
い金属190はそのパターンを定めた縁192にテーパがつい
ている。

次に丁番及びはりに対応するパターンを第40d図（側面
断面図）及び第41b図（平面図）に示す様に、写真製版
によって定める。これらの図面ではフォトレジストの開
口を194と記しており、露出する金属は、第41b図の開口
194の２つの短かい水平部分に対する丁番金属180と他の
図面でははり金属190だけである。このパターンが、最
初の好ましい実施例の方法とは異なり、丁番及びはりの
形状の両方を含むことに注意されたい。この理由で、第
２の好ましい実施例の方法はセルフアラインである。丁
番金属180及びはり金属190の露出部分がこの後プラズマ
・エッチにかけられ、丁番及びはりの両方の形状を同時
に形成する。フォトレジストをアッシュによって除いた
後、この方法が完了し、はりは第41e図（断面図）及び
第41c図（平面図）で示す様になる。

第42a図は、第４の好ましい実施例の画素620のアレイ61
0の一部分の平面図であり、各各の画素620は捩れ丁番63
4,636によって支持された捩ればり630を含み、これらの
丁番が柱624,624′,624″…に接続される。アレイ610の
アドレス回路は第42a図に示してないが、アレイに対す
る全体的なアドレス動作が第42b図に略図で示されてい
る。各々の画素が２つの可変キャパシタ（アドレス電極
に対して１つずつ）と、キャパシタのアクセスを制御す
る２つのMOSFETとして示されている。MOSFETのゲート
が、１行の中の全ての画素に対して共通であり、MOSFET
のドレインが１列の中の全ての画素に対して共通であ
る。アレイ610は線アドレスである。即ち、データが、
ワード線（ゲート）を選択するゲート復号器により、１
度に１行の画素ずつ、アレイに供給され、データがビッ
ト線（ドレイン）に印加され、これが浮いているソース
を充電して、はりを適当に撓ませる。第42b図に示す様
に、データを直列形式で入力して、その後直並列変換器
（S/P変換器）によって並列形式に変換し、ビット線に
印加されるまで、記憶レジスタ（「レジスタ」）に保持
される。ゲート復号器がアレイの行を逐次的に選択す
る。

第43a図乃至第43d図は、１つの画素の中の順次のレベル
を示す平面図であり、第44a図乃至第44c図は、第42a図
及び第43a図乃至第43d図の線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ
で切った側面断面図である。特に、第43a図は、ｐ−形
シリコン基板622内のｎ＋形拡散領域660,661,662,666,6
60′…及びｐ＋形チャンネル・ストッパ670,672,670′
…を示す。拡散線680,661がビット線並びにMOSFETのド
レインであり、領域662,666が画素620内のMOSFETの浮い
ているソースである。アレイ610と同じチップ上にこの
他の装置を製造することができること、並びにアレイ61
0はCMOSチップのｐ形井戸内に形成することができるこ
とに注意されたい。第43b図はゲート・レベルであり、
ゲート682,686,682′,686′…を取付けたポリシリコン
のワード線680,680′を示す。第43c図は電極レベルを示
しており、図面を見易くする為に、ワード線、ゲート及
び浮いているソースだけを示してある。アドレス電極64
2,646が夫々バイア663,667を介して浮いているソース66
2,666に垂直方向に接続される。これに対してランディ
ング電極640,641は突合せの画素で共有であり、反射層
内のはり及び丁番を介して相互接続されている。第43d
図はスペーサ・レベルであり、金属柱624,624′,624″
…が画素20のスペーサ24の代わりになって、その中には
り630,630′,630″…を形成した反射層626,628を支持す
ることを示している。金属柱624,624′,624″…がはり6
30,630′,630″…をランディング電極642,646…に電気
接続するが、これはスペーサ24がはりをアドレス電極及
びランディング電極の両方から絶縁している画素20とは
対照的である。勿論、第42a図は反射層レベルの平面図
である。

第44a図乃至第44c図は第42a図の線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及び
Ｃ−Ｃで切った画素620の側面断面図であり、柱624,62
4′,624″…が反射層（丁番金属626とはり金属628）を
支持していて、丁番及びはり金属のデポジッションから
作られることを示している。絶縁二酸化シリコン（酸化
物）644の厚さは約8000Åであるが、リフローにより、
浮いているソース662,666,662′…まで開口の側壁に勾
配をつけて、金属電極642,646,642′…をデポジットす
る際の段のカバーを助ける。ゲート酸化物634の厚さは
約800Åであり、ワード線及びゲート682,686,682′…を
形成する為のデポジットされたポリシリコンのエッチン
グの際に保存される。

アレイ610は、丁番及びはり金属のデポジッションの前
に、柱624,624′,624″…に対する開口を形成する為
に、スペーサ層（第１の方法の324及び第２の方法の18
0）のパターンが定められることを別とすると、前に述
べた第１及び第２の好ましい実施例の方法と同様な方法
によって製造することができる。その後、丁番及びはり
金属のテポジッションにより柱が形成され、画素の廻り
からスペーサが全部エッチングによって除かれる。電極
の下にある回路は標準的なシリコン処理によって製造さ
れる。

変形と利点 好ましい実施例に於けるソフト・ランディングを招く様
なアドレス電極及びランディング電極の分離を生かしな
がら、好ましい実施例の装置及び方法に種々の変更を加
えることができる。更に、実効的に対称的なはりは差バ
イアスを使うことができる。例えば、アドレス電極をラ
ンディング電極の外側に移すことができるが、この為に
は、フリンジ電界が引力の根拠となる為に、ここで示し
たよりも引張るトルクの更に慎重な解析が必要になろ
う。更に、丁番の長さ、幅及び厚さ（はり金属で作られ
た丁番でも）、はりの寸法と厚さ、スペーサの厚さ等の
様な寸法と形を変えることができる。はり及び丁番の形
状も第39図に示す様に変えることができる。実際、厚手
及び薄手の部分のパターンをはりに作り、各々の層にエ
ッチ・ストッパを持つ金属の３層又は更に多くの層によ
り、種々のはり構造を作ることができる。金属に対して
Cu:Al,Ti:W,クロームとか、又はスペーサに対するポリ
イミドの様な絶縁体、又は導電性の下層を含む複合スペ
ーサ、スペーサの放射硬化、基板、電極又は金属電極に
関するその他の半導体の様に材料を変えることができ
る。埋込み丁番エッチ・ストッパはタングステンの様な
異なる材料であってもよい。処理によって丁番金属とは
り金属との間にエッチ・ストッパの残りが生じない様に
することができる。ランディング電極は二酸化シリコン
又はその他の材料の薄層で覆って、ビームがランディン
グ電極に膠着するのを防止することができる。或いはラ
ンディング電極ははりとは異なる材料で作り、こうして
ランディング電極に対するビームの冷溶着を妨げること
ができる。或いはランディング電極はビームの先端又は
基板から離れた所でビームに接触する様に形にすること
ができる。基板の裏側に対するバイアを含めて、電極の
下に種々のアドレス回路を形成することができる。

ランディング電極の利点は、ビームが一様に、大きい角
度でソフト・ランディングによって撓むことである。

この発明は以上の説明に関連して、更に下記の実施態様
を含む。

（１） 複数個の画素を有し、各々の画素が撓み可能な
はり、該はりに隣接するアドレス電極及び前記はりに隣
接するランディング電極を持ち、前記はり及び前記アド
レス電極の間に印加された電圧が前記はりを前記アドレ
ス電極の方へ撓まさせ、前記ランディング電極が、前記
アドレス電極の方へ撓んだはりと接触して、撓んだはり
が前記アドレス電極に接触しない様にした空間光変調
器。

（２） （１）項に記載した空間光変調器に於いて、撓
み可能なはりが前記アドレス電極及びランディング電極
から離して支持された反射層内に形成され、該撓み可能
なはりが反射層内に形成された丁番によって反射層に接
続されている空間光変調器。

（３） （２）項に記載した空間光変調器に於いて、反
射層が、前記撓み可能なはり及び電極の間に井戸を持つ
スペーサ層により、アドレス電極及びランディング電極
から離して支持される空間光変調器。

（４） （３）項に記載した空間光変調器に於いて、各
々の撓み可能なはりが２つの捩れ丁番によって反射層に
接続され、各々の画素は２つのアドレス電極及び２つの
ランディング電極を持っている空間光変調器。

（５） （４）項に記載した空間光変調器に於いて、撓
み可能なはり及びランディング電極が電圧源に接続され
る空間光変調器。

（６） （２）項に記載した空間光変調器に於いて、反
射層が、複数個の柱により、アドレス電極及びランディ
ング電極から遠ざけて支持されている空間光変調器。

（７） （６）項に記載した空間光変調器に於いて、各
々の撓み可能なはりが２つの丁番によって反射層に接続
され、各々の画素が２つのアドレス及び２つのランディ
ング電極を有する空間光変調器。

（８） （７）項に記載した空間光変調器に於いて、撓
み可能なはり及びランディング電極が電圧源に接続され
る空間光変調器。

（９） 層状構造内に形成された複数個の画素を有し、
該層状構造は絶縁基板、該基板上のスペーサ層、該スペ
ーサ層上の導電性反射層、及び複数個のアドレス電極及
びランディング電極を含んでおり、各々の画素は、前記
反射層内に形成されていて、該反射層から形成された少
なくとも１つの丁番により、前記反射層の残りの部分に
接続された撓み可能な要素、前記スペーサ内に形成され
ていて、前記撓み可能な要素から基板まで伸びる井戸、
該井戸の底で前記基板上であって、静電引力によって前
記撓み可能な要素を撓ませる様に配置された第１のアド
レス電極、及び前記井戸の底で前記基板上にあって、前
記撓み可能な要素が前記第１のアドレス電極による引力
により、前記基板に撓んだ時に、前記撓み可能な要素と
接触して、前記撓み可能な要素が前記アドレス電極に接
触しない様に位置決めされた第１のランディング電極を
含んでいる空間光変調器。

（10） （９）項に記載された空間光変調器に於いて、
前記撓み可能な要素及び前記第１のランディング電極が
電気的に接続されている空間光変調器。

（11） （９）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記撓み可能な要素が前記反射層から形成された２つの丁
番により、前記反射層の残りの部分に接続され、前記撓
み可能な要素は、前記２つの丁番によって定められた軸
線の廻りに回転することによって撓むことが可能である
空間光変調器。

（12） （11）項に記載した空間光変調器に於いて、各
々の画素が、更に、前記井戸の底で前記基板上にあっ
て、静電引力によって、前記第１のアドレス電極による
引力による回転方向とは反対の回転方向に、前記要素を
撓ませる様に位置決めされた第２のアドレス電極、及び
前記井戸の底で前記基板上にあって、前記撓み可能な要
素が前記第２のアドレス電極の引力によって前記基板へ
撓む時に前記撓み可能な要素に接触する様に位置決めさ
れた第２のランディング電極を含んでいる空間光変調
器。

（13） （12）項に記載した空間光変調器に於いて、更
に各々の画素が、前記撓み可能な要素並びにランディン
グ電極と前記基板との間に接続された電圧源を含む空間
光変調器。

（14） （９）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記反射層が何れも金属である第１及び第２の部分層で作
られ、前記少なくとも一つの丁番が前記第１の部分層だ
けから形成される空間光変調器。

（15） 層状構造内に形成された複数個の画素を有し、
該層状構造は底層、該底層上の中間層及び該中間層上の
導電性反射層を含み、各々の画素は、前記反射層に形成
された撓み可能な要素、前記中間層及び前記底層の間に
あって、前記撓み可能な要素の下を伸びる第１及び第２
のアドレス電極、及び前記中間層に形成されていて、前
記撓み可能な要素から前記電極まで伸びる井戸を含んで
いる空間光変調器。

（16） （15）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記撓み可能な要素が、反射層の１部分であって、該反射
層から形成された２つの丁番により、該反射層の残りの
部分に接続されており、前記第１及び第２のアドレス電
極が、前記２つの丁番によって定められた軸線の両側
で、前記撓み可能な要素の下にある空間光変調器。

（17） （16）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記反射層の１部分が四角であって、前記丁番が該１部分
の対角線上の向い合った隅にある空間光変調器。

（18） （16）項に記載した空間光変調器に於いて、更
に各々の画素が、前記中間層及び底層の間にあって、前
記撓み可能な要素の下を伸びる第１及び第２のランディ
ング電極を有し、該第１及び第２のランディング電極
は、撓み可能な要素が前記アドレス電極によって底層が
撓む時、前記撓み可能な要素に接触する様に位置決めさ
れている空間光変調器。

（19） （15）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記井戸が、前記反射層が前記中間層の上にあって、該中
間層が底層の上にあり、前記撓み可能な要素が前記反射
層内に形成された後に、前記中間層のプラズマ・エッチ
ングによって作られることを特徴とする空間光変調器。

（20） （15）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記底層がシリコンであり、前記中間層が回転付着の絶縁
材料であり、前記反射層が主にアルミニウムである空間
光変調器。

（21） （15）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記底層が二酸化シリコン層を持つシリコンであり、前記
アドレス電極が主にアルミニウムであり、前記中間層が
回転付着の絶縁材料であり、前記反射層が主にアルミニ
ウムである空間光変調器。

（22） （15）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記底層がシリコン基板であり、前記アドレス電極が該シ
リコン基板内の拡散領域であり、前記中間層が、前記拡
散領域の少なくとも一部分の上にある二酸化シリコン層
及び該二酸化シリコンの少なくとも一部分の上にあるポ
リシリコン、及び該ポリシリコン及び前記反射層の間に
ある絶縁体を含んでおり、前記反射層が主にアルミニウ
ムである空間光変調器。

（23） （15）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記画素に対する中間層の井戸が、突合せの画素にある対
応する井戸と結合している空間光変調器。

（24） 層状構造内に形成された複数個の画素を有し、
該層状構造は底層、該底層上の複数個の電極、該電極及
び底層上の平面化スペーサ層及び該スペーサ層上の導電
性反射層を含み、各々の画素は、前記反射層に形成され
た撓み可能な要素、共に前記撓み可能な要素の下を伸び
ていて、第１の電極がアドレス電極であり、第２の電極
がランディング電極である様な第１及び第２の電極、及
び前記スペーサ内に形成されていて、前記撓み可能な要
素から第１及び第２の電極まで伸び、前記撓み可能な要
素の幅よりも大きな幅を持つ井戸を含んでいる空間光変
調器。

（25） （24）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記撓み可能な要素が、前記反射層の１部分であって、該
反射層から形成された２つの丁番により、前記反射層の
残りの部分に接続されている空間光変調器。

（26） （25）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記反射層の１部分が四角であって、前記丁番が該１部分
の対角線上に向い合った隅にある空間光変調器。

（27） （24）項に記載した空間光変調器に於いて、前
記井戸は、前記反射層が前記スペーサ層上にあり、該ス
ペーサ層が前記電極及び底層の上にあり、撓み可能な要
素が前記反射層内に形成された後に、前記スペーサ層の
プラズマ・エッチングによって形成されることを特徴と
する空間光変調器。

（28） （24）項に記載した空間光変調器に於いて、更
に各々の画素が、前記撓み可能な要素の下を伸びる第３
及び第４の電極を含み、第３の電極がアドレス電極であ
り、第４の電極がランディング電極である空間光変調
器。

（29） 撓み可能なはりを用いた空間光変調器の画素を
リセットする方法に於いて、撓み可能なはりの丁番にエ
ネルギを蓄積する様に電圧を印加し、その後電圧を取去
って、蓄積エネルギを解放する工程を含む方法。

（30） （29）項に記載した方法に於いて、各々の撓み
可能なはりが２つの捩れ丁番によって支持され、捩れ丁
番がその回転軸線の外に曲ることによって、前記エネル
ギが蓄積される方法。

（31） 各々の画素に対して向い合ったアドレス電極を
持つ、撓み可能なはりを用いた空間光変調器の画素をリ
セットする方法において、第１のアドレス電極に電圧パ
ルスを印加する工程を含む、該パルスの持続時間が撓み
可能なはりの時定数より短かい方法。

（32） 両方向ばりを持つ、撓み可能なはりを用いた空
間光変調器をアドレスする方法に於いて、撓み可能なは
りの下にあるアドレス電極に信号電圧を印加し、その後
撓み可能なはりにバイアス電圧を印加する工程を含む方
法。

（33） （32）項に記載した方法に於いて、前記バイア
ス電圧の大きさが、前記信号電圧の最大の大きさより大
きい方法。

（34） （32）項に記載した方法に於いて、空間光変調
器がはりに隣接してランディング電極を持ち、前記バイ
アス電圧がランディング電極にも印加される方法。

（35） 静電作用によって撓み可能なはりを用いた空間
光変調器が、はり30、アドレス電極42,46、及びランデ
ィング電極40,41を持ち、ランディング電極40,41にビー
ムをソフト・ランディングさせる。これによって大きな
角度の一様な撓みと高い信頼性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第1a図乃至第1c図は、第１の好ましい実施例の画素の斜
視図、側面断面図、及び平面図、第２図は第１の好まし
い実施例の画素のはりの撓みを示す図、第3a図及び第3b
図は、第１の好ましい実施例の画素を簡略にしたものに
対すはりの撓みの印加電圧に対する関係を示すグラフ、
並びに簡略にした画素の平面図、第４図は簡略にした画
素の簡略側面断面図で、解析の為の用語を示す。第５図
は簡略にした画素のはりに対するトルクを示す図、第６
図は簡略にした画素に対する、制御電圧の関数としての
はりの撓みを示すグラフ、第７図は第１の好ましい実施
例の簡略側面断面図、第８図は第１の好ましい実施例の
はりに対するトルクを示すグラフ、第９図は第１の好ま
しい実施例の解析に使われる記号を示す図、第10図乃至
第13図は第１の好ましい実施例の異なる動作モードでの
はりに加わるトルクを示すグラフ、第14図は第１の好ま
しい実施例の異なる動作モードに関係するポテンシャル
・エネルギ関数を示すグラフ、第15図は第１の好ましい
実施例の差バイアスを示す回路図、第16図は第１の好ま
しい実施例で、印加された差バイアスに対するトルクを
示すグラフ、第17図は第１の好ましい実施例の２安定動
作の時間線図、第18図乃至第23図は第１の好ましい実施
例の動作を解析するためのトルクの撓みを示すグラフ、
第24図乃至第26図は第１の好ましい実施例の雑音余裕の
解析の説明図、第27図は第１の好ましい実施例に平衡電
極を追加した場合の簡略側面断面図、第28図は雑音余裕
の相互作用を示すグラフ、第29図は第１の好ましい実施
例をリセットする第１の方法の時間線図、第30a図及び
第30b図は、第１の好ましい実施例に対する第２のリセ
ット方法の時間線図及び側面断面図、第31図は線形アレ
イの第２の好ましい実施例の平面図、第32a図乃至第32c
図には電子写真印刷に第２の好ましい実施例を使う場合
を示す略図、第33図は第２の好ましい実施例の画素のア
ドレス動作を制御電極の所で切って示す側面断面図、第
34図は第２の好ましい実施例画素のアドレス動作を示す
平面図、第35a図乃至第35e図は第１の好ましい実施例の
製造方法の工程を示す断面図、第36a図乃至第36c図及び
第37a図乃至第37c図は第１の好ましい実施例の製造方法
の最後の工程を示す断面図、第38図は第３の好ましい実
施例の平面図、第39a図乃至第39d図は異なる形のはり及
び配置を示す平面図、第40a図乃至第40e図は第２の好ま
しい実施例の製造方法の工程を示す断面図、第41a図乃
至第41c図は第２の好ましい実施例の製造方法の工程の
平面図、第42a図及び第42b図は第４の好ましい実施例の
画素のアレイの平面図及び略図、第43a図乃至第43d図及
び第44a図乃至第44c図は、第４の好ましい実施例の画素
の種々のレベルの平面図及び側面断面図である。 主な符号の説明 20:画素 26:丁番層 28:はり層 30:はり 40,41:ランディング電極 42,46:アドレス電極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光反射層を支持する基板を有する型の多層
   空間光変調器であって、１つ又は２つ以上の光反射画素
   を有し：各画素は （ｉ）光反射層を有し、 （ii）この光反射層の一部分に形成された静電的に撓み
   可能な素子を有し、この光反射層及びこの撓み可能な素
   子は選択された厚みを持ち、 （iii）上記反射層中に形成された丁番を有し、この丁
   番は上記素子を、上記反射層の残りの部分へ接続し、か
   つ上記反射層より薄く、かつ （iv）この撓み可能な素子を選択的にかつ静電的に撓ま
   せるためのアドレス用回路を有する、 ことを特徴とする多層空間光変調器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、更に反射
   層の残りの部分を基板から離して支持確保するスペーサ
   を有することを特徴とする多層空間光変調器。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、撓み可能
   な素子の形成の間、基板を保護するため、基板の上にス
   ペーサが形成されていることを特徴とする多層空間光変
   調器。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項において、スペーサ
   がホトレジストであることを特徴とする多層空間光変調
   器。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第２項において、スペーサ
   が平坦な層であることを特徴とする多層空間光変調器。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第２項において、スペーサ
   が電気的絶縁体であることを特徴とする多層空間光変調
   器。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項において、更に撓み
   可能な素子と基板との間に上記素子の撓みを可能とする
   井戸を有し、この井戸は上記スペーサの中に形成され、
   上記スペーサと上記基板によって規定されていることを
   特徴とする多層空間光変調器。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項において、上記アド
   レス用回路は、上記井戸の中及び上記基板上に少くとも
   １つの電極を有し、この電極は上記撓み可能な素子と少
   くとも部分的にほぼ整列されていることを特徴とする多
   層空間光変調器。
9. 【請求項９】光反射層を支持する基板を有する型の多層
   空間光変調器を作成する方法であって： （ａ） 半導体基板上に、アドレス用回路を形成する工
   程； （ｂ） 上記基板とアドレス用回路の上にスペーサを形
   成する工程； （ｃ） 上記スペーサ上に光反射層を形成する工程； （ｄ） 上記光反射層を選択的にエッチングして静電的
   にたわみ可能な素子と該素子を上記反射層の残りの部分
   へ接続する丁番を形成し、その際上記丁番は上記たわみ
   可能な素子より薄くする工程； （ｅ） たわみ可能な素子とアドレス用回路の間のスペ
   ーサを選択的に除いて、該素子がたわみ得るための井戸
   を規定する工程； より成ることを特徴とする多層空間光変調器を作成する
   方法。