JP5329739B2 - 適応光学装置で使用するための傾斜またはピストン運動を有するｍｅｍｓミラー - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ電子機械システム（Ｍｉｃｒｏ−ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＭＥＭＳ）に関し、より詳細には傾斜またはピストンを制御可能なプレートに関する。

マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の所定の光学適用は、比較的小さな、例えば幅が５ミクロン程度であるマイクロ・ミラーのアレイの製造を必要とする。そのような適用に関して、マイクロ・ミラーに関する高い充填率が存在することも望ましく、したがって、例えばマイクロ・ミラーは、矩形または六角形形状であるべきである。

マイクロ・ミラーは、一般に、下にある１組の電極によって静電的に操縦される。しばしば、そのようなミラーの位置を制御するために使用される電圧は、比較的高く、例えば５０ボルトより高い。しかしながら、所定の適用に関して、用いられる電圧が現在のデジタル電子技術と適合するように、電圧は、かなりより低い例えば５ボルト以下の程度であることが望ましいことが認識される。

本発明の原理にしたがって、駆動装置を使用して変形される２つの変形可能なスプリング・バーを横切って結合されるプレートである各ミラーを有することにより、現在のデジタル電子技術と適合可能である電圧で動作可能である高い充填率のミラーのアレイが達成されることができることが認識された。より詳細には、２つの変形可能なスプリングは、互いに実質的に平行であってもよく、かつそれらの変形可能なスプリングは、それらの中心を横切って配置されることができるクロス・バーによってなどにより効果的に結合される。支持体、例えばポストは、一端部でクロス・バーの中央に結合され、支持体は、さらにその反対側の端部でプレート、例えばミラーに結合される。少なくとも１つの移動可能な駆動プレートが、ミラー支持体からその反対側で変形可能なスプリング・バーを横切って結合される。一般的に、移動可能な駆動プレートは、変形可能なスプリング・バーの中心と、その少なくとも一端部との間に結合される。移動可能な駆動プレートは、それが移動するとき、変形可能なスプリング・バーへの駆動プレートの接続部に近い場所で、変形可能なスプリング・バーに回転力を与える。回転力は、変形可能なスプリング・バーを下方へ、例えばそれらの中心近くへ移動させる。その結果として、クロス・バー、したがってミラー・プレートも、同様に下方へ移動する。

各変形可能なスプリング・バーが、それらの両端部で支持されるなら、印加される回転力によるミラーの結果としての運動は、ピストン運動である。各変形可能なスプリング・バーが、それらの同一の端部でだけで支持される、すなわち片持ち梁を形成するように支持されるなら、印加される回転力によるミラーの結果としての運動は、傾斜運動である。

移動可能な駆動プレートは、固定された駆動プレートとかみ合い、電圧が加えられたとき、移動可能な駆動プレートを固定された駆動プレートに向かって移動させる。移動可能な駆動プレートおよび固定された駆動プレートは、有利にはいわゆる「ねじりコム駆動装置（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｃｏｍｂ ｄｒｉｖｅ）」である。このために、駆動プレートは、コムの「歯」を含むことができる。

本発明の一実施形態において、２つの変形可能なスプリングの中心を結合するバーは、少なくともいくらか横切って分割される。そうすることで、全体構造のばね定数を低下させ、それを「より柔軟に」し、かつ所望の変位を達成するためにより低い電圧を必要とする。

有利には、各ミラーに関する全ての支持体およびアクチュエータ構成部品は、ミラー・プレートの下の領域に実質的に限定される。支持体の部品は、それらの間のクロス・トークを妨げるために、ミラー間の電気的な保護として二重にされることができる。支持機能のために必要ではない追加の保護要素は、ミラー間のクロス・トークの防止を改善するために含まれることもできる。代わりに、隣接するミラーの支持体は、互いに９０度に配置されることができ、追加の保護要素を必要とすることなくミラー間のクロス・トークの最大限の防止を効果的に提供する。

さらに、ミラー・プレートのためのスプリング支持体構造は、側方で剛性であり、隣接するミラーが、互いに接触するまたは互いに固着する心配なく、隣接するミラー・プレートが互いに近く配置されることを可能にする。

有利には、達成されることができるミラーの高い密度のために、従来のマスクの代わりに、他のデバイスの製造で使用するコンピュータ制御されたマスクとして機能するために用いられることができる。さらに有利には、コム駆動装置の使用は、望ましくないスナップダウン（ｓｎａｐｄｏｗｎ）発生の可能性を最小化する。

さらなる利点は、そのようなミラーが、従来技術の構成で用いられるより高い電圧よりむしろ、現在のデジタル電子機器と適合する電圧を使用して制御可能に移動され得ることである。

以下は、本発明の原理を単に例示する。したがって、当業者は、本明細書に明示的に記載または示されてはいないが、本発明の原理を実現し、かつ本発明の精神および範囲内に含まれる様々な構成を考案できることが理解される。さらに、本明細書で言及される全ての例および条件付きの言語は、原理的に、読む人が、進んだ技術に対して発明者によって与えられる本発明の原理および概念の理解を促進するように、教育的な目的のためだけに表現されることを意図され、そのように特定して言及された例および状況に対する限定がないように解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその特定の例を言及する本明細書における全ての記載は、その構造的および機能的な等価物を包含することを意図される。さらに、そのような等価物は、現在知られている等価物、ならびに将来開発される等価物、すなわち構造に関わらず同一の機能を実行する開発された任意の要素の両方を含むことを意図される。

したがって例えば、本明細書における任意のブロック図は、本発明の原理を実現する例示的な回路の概念図を表すことは、当業者には理解されよう。同様に、任意のフローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コードなどは、そのようなコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されていてもいなくても、コンピュータ可読媒体に実質的に表され、かつコンピュータまたはプロセッサによってそのように実行されることができる様々なプロセスを表すことが理解されよう。

本明細書の特許請求の範囲において、特定された機能を実行するための手段として表現される任意の要素は、その機能を実行する任意の手段を包含することを意図されている。これは、例えば、ａ）その機能を実行する電子的または機械的な要素の組み合わせ、またはｂ）したがって、機能を実行するためにそのソフトウエアを実行するための適切な回路、ならびに必要であればソフトウエアで制御された回路に結合される機械的要素と組み合わせられた、ファームウエア、マイクロコードなどを含む任意の形態のソフトウエアを含むことができる。そのような特許請求の範囲によって規定される本発明は、様々に言及された手段によって提供された機能性が、特許請求の範囲が要求する方法でともに組み合わせされかつもたらされることにある。したがって、出願人は、本明細書に示される機能性と等価のこれらの機能性を提供できる任意の手段を考える。

本明細書で明示的に特定されていなければ、図面は一定の縮尺で描かれていない。

さらに、本明細書で明示的に特定されていなければ、本明細書に示されかつ／または記載される任意のレンズは、実際に、そのレンズの特に特定された特性を有する光学システムである。そのような光学システムは、単一のレンズ要素によって実施されることができるが、必ずしもそれに限定されない。同様に、ミラーが示されかつ／または記載される場合に、実際に示されかつ／または記載されるものは、そのようなミラーの特定の特性を有する光学システムであり、その光学システムは、単一のミラー要素によって実施されることができるが、必ずしも単一のミラー要素に限定されない。これは、従来技術において良く知られているように、様々な光学システムが、単一のレンズ要素またはミラーと同一の機能性であるが、例えばより少ないひずみを有する優れた方法で提供できるからである。さらに、従来技術において良く知られているように、湾曲されたミラーの機能性は、レンズとミラーの組み合わせ、およびその逆の組み合わせを介して実現されることができる。さらに、例えば画像形成システム、格子、被覆された要素、およびプリズムなどの特定の機能を実行する光学構成部品の任意の構成は、同一の特定された機能を実行する光学構成部品の任意の他の構成で置き換えられることができる。したがって、本明細書で明示的に特定されていなければ、本明細書に開示される実施形態全体で特定の機能を提供することができる全ての光学要素またはシステムが、本開示の目的に関して互いに等価である。

本明細書で使用される用語「マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス」は、ＭＥＭＳデバイス全体またはその任意の部分を意味することを意図される。したがって、ＭＥＭＳデバイスの一部が動作しなくても、またはＭＥＭＳデバイスの一部が閉鎖されていても、そのようなＭＥＭＳデバイスは、それでもなお、本開示の目的のためのＭＥＭＳデバイスであると考えられる。

記載において、複数の図面の異なる図面における同一の符号が付けられた構成部品は、同一の構成部品を参照する。

例示的な構造１００の断面が、図１に示され、例示的な構造１００は、本発明の原理によりピストン運動でプレートを動かすように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる。有利には、そのような構造は、比較的小さい、例えば幅が５ミクロン程度であることができる。マイクロ・ミラーに関する高い充填率を達成することも可能である。さらに有利には、構造１００は、現在のデジタル電子機器と適合する比較的低い電圧で動作されることができる。

構造１００は、プレート１０１、例えばマイクロ・ミラーを含み、プレート１０１は、変形可能なスプリング・バー１０３−１および１０３−２を含む２つの変形可能なスプリング・バー１０３を横切って結合され、その１つのだけ、例えば変形可能なスプリング・バー１０３−２だけが、図１に見ることができる。両方の変形可能なスプリング・バー１０３は、構造１００の平面図である図３に見ることができる。各変形可能なスプリング・バー１０３は、駆動装置１０５として本明細書でまとめて参照される、駆動装置１０５−１または駆動装置１０５−２の少なくとも１つ、および好ましくは駆動装置１０５−１および駆動装置１０５−２の両方によって同時に変形される。プレート１０１は、図３において実質的に正方形であるとして示されているが、プレート１０１は、任意の形状であることができ、丸いまたは不規則な形状でさえあることができる。好ましくは、プレート１０１は、密に詰めることができる形状を有し、図３に示される実質的に正方形の形状だけでなく、実質的に矩形および実質的に六角形などの形状を含むこともできる。

各駆動装置１０５は、少なくとも１つの移動可能な駆動プレート１０７から作られる。各移動可能な駆動プレート１０７は、固定された駆動プレート１０９として本明細書でまとめて参照される、固定された駆動プレート１０９−１または固定された駆動プレート１０９−２のそれぞれ１つとかみ合う。好ましくは各移動可能な駆動プレート１０７は接地される。任意の固定された駆動プレート１０９が、その関連付けられる１つの移動可能な駆動プレートに対して電位差を印加することによって電圧が加えられると、それは、その関連付けられる１つの移動可能な駆動プレート１０７を、例えば図２に示されるようにそれに向かって移動させ、図２は、図１に示されるような構造１００の同一の図であるが、固定された駆動プレート１０９に電圧が加えられる。

プレート１０１が取り除かれた構造１００の平面図である図３に示されるように、変形可能なスプリング・バー１０３は、互いに平行であり、かつ例えばクロス・バー３１１によってそれらの中心で結合される。クロス・バー３１１によってスプリング・バー１０３の結合は、本質的に単一の一体化されたスプリング支持体を形成する。図１に示される支持体１１３、例えばバーまたはポストは、クロス・バー３１１１で、例えばその中央で一体化されたスプリング支持体に結合される。図３に示されるように、支持体１１３はバーである。支持体１１３がクロス・バー３１１と同じ幅で作られるなら、本質的に単一の組み合わせられたクロス・バー支持体だけが存在することに留意されたい。支持体１１３は、さらにその反対側の端部でプレート１０１に結合される。

任意の移動可能な駆動プレート１０７は、図２に示されるように、そのそれぞれ関連付けられる固定された駆動プレート１０９の１つに向かって移動するとき、各変形可能なスプリング・バー１０３は、移動する移動可能な駆動プレートに対するそれらの接続部の近い場所で回転力を生じさせる。回転力は、変形可能なスプリング・バー１０３を、それらの中心近く、例えばクロス・バー３１１に結合される点に下方へ移動させる。その結果、プレート１０１は同様に下方へ移動する。各変形可能なスプリング・バー１０３は、壁１１５によって両方のそれらの端部で支持されるので、印加された回転力による結果としてのプレート１０１の運動は、有利にはピストン運動である。変形可能なスプリング・バー１０３は、対向する復元する力を及ぼし、対向する復元する力は、電圧が低減されまたは取り除かれたときに、プレート１０１を直立した位置に向かって戻るように移動させる。

図１に示される本発明の実施形態において、固定された駆動プレート１０９は、ウエハを通る接続部を介して電位差に結合される。この接続部は、それを介して電位が供給される導電部分１１７、および一般に環状である電気絶縁部分１１９を有し、電気絶縁部分１１９は、１つの固定された駆動プレート１０９を、基板から絶縁し、したがって移動可能な駆動プレート１０７および壁１１５から絶縁する。

有利には、各ミラーに関する全ての支持体およびアクチュエータ構成部品は、ミラー・プレートの下の領域に実質的に限定される。さらに、壁１１５は、ミラー間のクロス・トークを妨げるために、ミラー間の電気的な保護として二重にされることができる。

支持機能に必要ではない追加の保護要素が、ミラー間のクロス・トークを妨げることを改善するために含まれることもできる。このように、壁１１５は、示されるように構造１００の周りで全ての方向に延在されることができる。代わりに、２つの壁１１５だけが存在することができ、隣接するミラーの壁は、互いに９０度に配置されることができ、追加の要素を必要とすることなくミラー間のクロス・トークの最大限の防止を効果的に提供する。

さらに有利には、ミラー・プレートのためのスプリング支持体構造は、側方で剛性であり、隣接するミラーが、互いに接触するまたは互いに固着する心配なく、隣接するミラー・プレートが互いに近く配置されることを可能にする。

図４は、プレート１０１が取り除かれた構造１００の他のバージョンの平面図である。図４に示されるように、クロス・バー３１１は、ノッチ形成されたクロス・バー４１１と置き換えられ、ノッチ形成されたクロス・バー４１１は、その中にスリット４２１を形成するようにノッチが形成され、スリット４２１は、スリット４２１−１および４２１−２を含む。そうすることは、クロス・バー４１１を、一体にされたスプリング支持体を形成するためにともにスプリング・バー１０３に結合させるだけでなく、スリット４２１に隣接しかつスリット４２１に平行なクロス・バー４１１の部分を、本質的に、それらが取り付けられる１つのスプリング１０３の１つの部品にする。そうすることは、図３のスプリング構造全体に対して、図４のスプリング構造全体をより柔軟にし、それによって図４のスプリング構造全体を曲げることをより容易にする。このように図３と比較されるように、有利に、図４の例示的な実施形態は、所定のピストン変位を達成するためにより低い電圧を必要とし、とりわけ等しい。また図４において、バーとして、図３に示される支持体１１３は、丸いポストに変更される。

図３および図４において、駆動装置１０５は、平坦なプレート駆動装置として示され、すなわち駆動装置のプレート表面は、実質的に平坦である。図３に示されるプレート１０１が取り除かれる、構造１００の他の例示的なバージョンの平面図である図５において、コム駆動装置が、平坦なプレート駆動装置に代用される。このように、コム駆動装置５０５−１、５０５−２を含む各コム駆動装置５０５は、少なくとも１つの移動可能なコム駆動プレート５０７から作られる。各移動可能なコム駆動プレート５０７は、それぞれ１つの固定されたコム駆動プレート５０９とかみ合う。好ましくは、各移動可能なコム駆動プレート５０７は接地される。移動可能なコム駆動プレートは、コム歯５３１を有し、固定されたコム駆動プレート５０９は、コム歯５３３を有する。その関連付けられた１つの移動可能なコム駆動プレート５０７に対して電位差を印加することによって、任意の固定されたコム駆動プレート５０９に電圧を加えることは、関連付けられた１つの移動可能なコム駆動プレート５０７を、それに向かって移動させる。結果は、図２に示される結果と同じである。なぜなら、図２の点から（図１の点と同様に）、コム駆動装置のコムは、使用した場合、見ることができない。

有利には、コム駆動装置の力は、印加された電圧の二乗に線形であるので、コム駆動装置の使用は、望ましくないスナップダウン発生の可能性を最小にする。

図５、図６は同様に、図４に示されるプレート１０１が取り除かれた構造１００の他の例示的なバージョンの平面図を示すが、コム駆動装置５０５−１および５０５−２は、平坦なプレート駆動装置と代用される。

図７は、図２の例示的な構造１００に類似する本発明の他の例示的な実施形態の構造７００を示すが、変形可能なスプリング・バー７０３−１および７０３−２を含む変形可能なスプリング・バー７０３は、その一方だけ、例えば変形可能なスプリング・バー７０３−１が、図７において見ることができ、スプリング・バー１０３の短くされたバージョンである。各スプリング・バー７０３は、それらの端部の同一の端部でだけ支持され、すなわち片持ち梁を形成する。さらに、駆動装置１０５−１は取り除かれる。スプリング・バー１０３に駆動装置１０５−１によって印加される回転力によるミラーの結果としての運動は、傾斜運動である。

図８は、電位差が、移動可能な駆動プレート１０７−２と固定された駆動プレート１０９−２との間に印加されたときに、結果として生じる例示的な傾斜した位置にある構造７００を示す。

図９は、駆動装置１０５−２が、コム駆動装置ではないとき、すなわち移動可能な駆動プレート１０７−２および固定された駆動プレート１０９−２が、両方とも平坦なプレートであるときの構造７００の平面図である。任意に、駆動装置１０５−２はコム駆動装置であることができる。

図１０は、図７の構造７００に類似する本発明の他の例示的な実施形態である構造１０００を示し、一方向に傾斜運動を生成するように片持ち梁を使用する。しかしながら、図１０において、変形可能なスプリング・バー１００３は、図７においてスプリング・バー接続点の反対側である壁１１５の１つが配置される場所の近くに延在する。さらに図１０において、例示的な構造１０００の一部である反対側の壁は存在しない。実際、反対側の壁は、図１０において想像線で示される、そのような構造のアレイにおける次の例示的な構造のスプリング・バーが取り付けられる壁１１５の１つであり得る。代わりに、例示的な構造がアレイの端部にあれば、壁でないことがありまたは壁であることができ、アレイ全体の周りでエッチングされて除かれない材料であることができる。さらに、クロス・バーの機能は、それが、支持体１０１３を介してともにスプリング・バー１００３を結合するように、それ自体ミラー・プレートによって吸収される。さらに、図１０の支持体１０１３は、スプリング・バー１００３の自由端部に向かって配置される。効果的にプレート１００１は、その静止位置において、すなわち電圧が印加されずに片持ち梁の中点の周りで回転する。そのように、支持体１０１３が比較的短いことを仮定して、プレート１０１が回転する間、プレート１０１の小さい側方変位が存在する。好ましくは、変位は、利用可能な製造プロセスを与える設計によって達成されることができるほど小さい。駆動装置１００５も、図１０に示され、固定された駆動プレート１００９とかみ合う少なくとも移動可能な駆動プレート１００７を含む。

図１１は、プレート１００１が取り除かれた構造１０００の平面図を示す。図１１において、駆動装置１００５はコム駆動装置である。移動可能なコム駆動プレート１００７は、それらのそれぞれ自由端部の近くでスプリング・バー１００３に取り付けられるが、そのプレートおよび歯は、自由端部から離れて固定された端部に向かって配置され、プレート１００１は、固定されたコム駆動プレート１００９の頂部の衝突を避けることに関してより大きな間隔を有することができる。これは、駆動延長部材１１４５−１および１１４５−２の使用を介して達成されることができる。まとめて停止部材１１４７で示される、任意の停止部材１１４７−１および１１４７−２が、図１１に示される。任意の停止部材１１４７は、大きすぎる電位差がそれらの両端に加えられた場合に、駆動装置１００５の電極の接触を防止する。同様の任意の停止部材は、実施者の判断で、本発明の他の実施形態に含められることができる。しかしながら、任意の実施形態における印加される電圧の適切な制御は、停止部材１１４７を含む必要性を避けることができる。

それが、支持体１０１３を介してともにスプリング・バー１００３を結合するように、ミラー・プレート自体によって吸収されるクロス・バーの機能を有する代わりに、支持体１０１３に関して示される位置でスプリングを結合する実際のクロス・バーが使用されることができ、単一のポストが、示されかつ上記で記載された方法で、そのようなクロス・バーをミラーに接続する。

プレートが、単一の軸の周りで２つの方向における傾斜で移動されることができるように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる本発明の他の例示的な実施形態の構造１２００の断面が、図１２に示される。構造１００（図１）と同様に、構造１２００は、プレート１２０１、例えばマイクロ・ミラーを含み、プレート１２０１は、２つの変形可能なスプリング・バー１２０３を横切って結合され、変形可能なスプリング・バー１２０３−１および１２０３−２を含み、その一方、例えば変形可能なスプリング・バー１２０３−１が、図１２に見ることができる。両方の変形可能なスプリング・バー１２０３は、構造１２００の平面図である図１３で見ることができる。各変形可能なスプリング・バー１２０３は、駆動装置１２０５として本明細書にまとめて参照される１つの共通コム駆動装置１２０５−１または１２０５−２を横切って電位差を加えることによって、同時に変形される。各共通電極駆動装置１２０５は、移動可能な駆動コム１２０７、およびまとめて固定された駆動コム１２０９である１つの駆動コム１２０９−１または１２０９−２で作られる。好ましくは、移動可能な駆動コム１２０７は、それらの中央でスプリング・バー１２０３に結合され、好ましくは、移動可能な駆動コム１２０７は接地される。その移動可能な駆動コム１２０７に対して電位差を印加することによって、任意の固定された駆動コム１２０９に電圧が加えられたとき、移動可能な駆動コム１２０７をそれに向かって移動させる。図１２は、移動可能な駆動プレート１２０７が、固定された駆動コム１２０９−１に向かって移動するように、電圧が加えられた固定された駆動コム１２０９−１を示す。

図１２に示されるように、移動可能な駆動コム１２０７が、１つの固定された駆動コム１２０９に向かって移動すると、各変形可能なスプリング・バー１２０３は、移動可能な駆動コム１２０７へのそれらの接続部の近い場所で回転力を生じさせる。回転力は、クロス・バー１３１１および支持体１２１３によってスプリング・バー１２０３に結合されるプレート１２０１を傾けるように、変形可能なスプリング・バー１２０３を曲げさせる。変形可能なスプリング・バー１２０３は、対向する復元する力を及ぼし、対向する復元する力は、電圧が低減されまたは取り除かれたときに、プレート１２０１を直立した位置に向かって戻るように移動させる。

電圧が加えられず、プレート１２０１が取り除かれたときの構造１２００の平面図である図１３で示されるように、変形可能なスプリング・バー１２０３は、互いに平行であり、クロス・バー１３１１によって、例えばそれらの中心で結合される。クロス・バー１３１１によるスプリング・バー１２０３の結合は、本質的に単一の一体にされたスプリング支持体を形成する。支持体１２１３、例えば図１２に示されるバーまたはポストが、クロス・バー１３１１で、例えばそれらの中央で一体にされたスプリング支持体へ結合される。図１３に示されるように、支持体１２１３はバーである。支持体１２０３が、クロス・バー１３１１と同じ幅で作られるなら、本質的に単一の組み合わせられたクロス・バー支持体が存在することに留意されたい。支持体１２１３は、さらにその反対側端部でプレート１２０１に結合される。

固定された駆動コム１２０９は、図１２において、ウエハを通る接続部を介して電位差に結合される。この接続部は、それを介して電位が供給される導電部分１２１７、および一般に環状である電気絶縁部分１２１９を有し、電気絶縁部分１２１９は、１つの固定された駆動プレート１２０９を、基板から絶縁し、したがって移動可能な駆動コム１２０７および壁１２１５から絶縁する。

電位が、両方の固定された駆動装置コムに同時に印加されるなら、プレート１２０１は、存在すれば、プレート１２０１の共通コム駆動装置１２０５がより大きな力を及ぼすことに基づき傾斜する。しかしながら、傾斜の量は、他の共通コム駆動装置１２０５によって印加される平衡する力によって低減される。

プレートが、一方向の傾斜で移動されることができるように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる本発明の他の例示的な実施形態の構造１４００の断面が、図１４に示される。構造１２００（図１２）と同様に、構造１４００は、プレート１４０１、例えばマイクロ・ミラーを含み、プレート１４０１は、２つの変形可能なスプリング・バー１４０３を横切って結合され、変形可能なスプリング・バー１４０３−１および１４０３−２を含み、その一方、例えば変形可能なスプリング・バー１４０３−１が、図１４に見ることができる。両方の変形可能なスプリング・バー１４０３は、構造１４００の平面図である図１５で見ることができる。各変形可能なスプリング・バー１４０３は、駆動装置１４０５として本明細書にまとめて参照される１つの共通コム駆動装置１４０５−１または１４０５−２を横切って電位差を加えることによって、同時に変形される。各コム駆動装置１４０５は、まとめて移動可能な駆動コム１４０７である１つの移動可能な駆動コム１４０７−１および１４０７−２、およびまとめて固定された駆動コム１４０９である１つの駆動コム１４０９−１または１４０９−２で作られる。好ましくは、移動可能な駆動コム１４０７は、それらの中央でスプリング・バー１４０３に結合され、延長アーム１４４５の使用を必要とすることがあり、好ましくは、移動可能な駆動コム１４０７は接地される。そのそれぞれ関連付けられる１つの移動可能な駆動コム１４０７の１つに対して電位差を印加することによって、任意の固定された駆動コム１４０９に電圧が加えられたとき、任意の固定された駆動コム１４０９は、関連付けられる１つの移動可能な駆動コム１４０７をそれに向かって移動させる。図１４は、移動可能な駆動プレート１４０７が、それらのそれぞれ関連付けられる１つの固定された駆動コム１４０９に向かって移動させるように、電圧が加えられた固定された駆動コム１４０９を示す。

図１４に示されるように、任意の移動可能な駆動コム１４０７が、その関連付けられる１つの固定された駆動プレートコム１４０９に向かって移動すると、各変形可能なスプリング・バー１４０３は、移動可能な駆動コム１４０７へのそれらの接続部の近い場所で回転力を生じさせる。回転力は、クロス・バー１５１１および支持体１４１３によってスプリング・バー１４０３に結合されるプレート１４０１を傾けるように、変形可能なスプリング・バー１４０３を曲げさせる。スプリング・バー１４０３は、対向する復元する力を及ぼし、対向する復元する力は、電圧が低減されまたは取り除かれたときに、プレート１４０１を直立した位置に向かって戻るように移動させる。

プレート１４０１が取り除かれた構造１４００の平面図である図１５で示されるように、変形可能なスプリング・バー１４０３は、互いに平行であり、クロス・バー１５１１によって、例えばそれらの中心で結合される。クロス・バー１５１１によるスプリング・バー１４０３の結合は、本質的に単一の一体にされたスプリング支持体を形成する。支持体１４１３、例えば図１４に示されるバーまたはポストが、クロス・バー１５１１で、例えばそれらの中央で一体にされたスプリング支持体へ結合される。図１５に示されるように、支持体１４１３はバーである。支持体１４０３が、クロス・バー１５１１と同じ幅で作られるなら、本質的に単一の組み合わせられたクロス・バー支持体が存在することに留意されたい。支持体１４１３は、さらにその反対側端部でプレート１４０１に結合される。

固定された駆動コム１４０９は、図１４において、ウエハを通る接続部を介して電位差に結合される。この接続部は、それを介して電位が供給される導電部分１４１７、および一般に環状である電気絶縁部分１４１９を有し、電気絶縁部分１４１９は、１つの固定された駆動プレート１４０９を、基板から絶縁し、したがって移動可能な駆動プレート１４０７および壁１４１５から絶縁する。

有利には、電圧が固定された駆動装置コムの一方だけに印加される場合より小さな電圧を使用して、または固定された駆動装置コムの一方だけが存在する実施形態におけるより小さな電圧を使用して、両方の固定された駆動装置コム１４０９に同時に印加される電位が、プレート１４０１が傾斜されることを可能にする。このために、例えば図１４に示されるように、固定された駆動装置コム１４０９は、電気的に結合されることができる。

図１６ａは、図４で示されるような構造１００に類似する本発明の他の例示的な実施形態である構造１６００を示すが、クロス・バー１６１１の両側で平行に動作する複数のコム駆動装置が存在する。有利には、同一の傾斜運動は、図４の実施形態で必要であるより低い電圧を使用して達成されることができる。図１６ｂは、駆動装置が、ピストン運動を達成するために電圧が加えられる、本発明の例示的な実施形態１６００を示す。図１６ｃは、構造１６００の平面図を示す。

図１７ａは、本発明の他の例示的な実施形態である構造１７００を示し、クロス・バー１６１１の両側で平行に動作する複数のコム駆動装置を使用し、したがって構造１６００に類似するが、各コム駆動装置のコム歯が、駆動装置がクロス・バー１７１１から離れるとより短くする。有利には、空間は、構造１７００を作動するために必要な電圧が低減されるときに保存される。図１７ｂは、構造１７００を示すが、駆動装置が、ピストン運動を達成するように電圧が加えられる。図１７ｃは、構造１７００の平面図を示す。

図１８〜図２４は、コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、構造６００（図６）などピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。各図面の「Ａ」バージョンの数は、断面図であり、各図面の「Ｂ」バージョンの数は、平面図に対応する。

図１８Ａは、プロセスの開始点を示す。より詳細には、プロセスは、ウエハを通る接続部を有するウエハ、例えばウエハ１８０１で開始し、接続部は、導電部分１８１７および電気絶縁部分１８１９を有し、電気絶縁部分１８１９は、その上に絶縁材料、例えば酸化シリコン１８５５の薄層が堆積されるウエハの残りから導電部分を絶縁する。その後、図１８Ｂに示されるように、ビア、例えば孔が、絶縁材料上にパターン形成され、その後、絶縁材料を介してエッチングされる。孔のいくつか、例えば孔１８７５は、接点が、ハンドル・ウエハとしても知られている孔を介してウエハ自体に作られることができる。他の孔、例えば孔１８７７は、接点が、孔を介して導電部分１８１７に作られることができるように配置される。

例えば５ミクロン厚みのポリシリコンの層が、ウエハの全表面上に堆積され、酸化物で事前に形成された孔を充填する。ポリシリコンは、パターニングされかつ下方にエッチングされ、図１９Ｂにおいて白色で示されるポリシリコン・パターン１９７９の背後に残すように下にある酸化物層で停止する。パターン１９７９は、コム駆動装置および壁１１５の形成に対応する。

酸化シリコンの厚い層が、ウエハ１８０１上に堆積され、それによってポリシリコンの前にエッチングによって生成された空洞を充填し、ウエハの全表面の頂部を被覆する。ウエハの酸化シリコン表面は、例えば良く知られている化学機械的な研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）技術を使用して研磨され、ポリシリコン層の高さになったときに研磨を停止する。

薄い酸化シリコン層が、ウエハの研磨された表面上に堆積される。薄い酸化シリコンは、図２０Ｂに示されるように孔１８８１に関してパターン形成される。孔はその下に５ミクロンのポリシリコン層が存在する領域を覆う。薄い酸化シリコンは、次に５ミクロンのポリシリコン層の高さまで下方にパターンに応じてエッチングされ、それによって酸化シリコンを通して５ミクロンのポリシリコンまで下方に到達する孔を形成する。

例えば０．０５ミクロンの厚みの非常に薄いコンフォーマル・ポリシリコン層が、ウエハ上に堆積される。ポリシリコンは、酸化物内で孔を通して下方に到達し、かつ孔によって露出された５ミクロンのポリシリコン層に接続する。非常に薄いコンフォーマル・ポリシリコン層は、次に図２１Ｂに示されるパターン１８８３を形成するためにパターン形成されかつエッチングされる。そうすることで、変形可能なスプリング・バーのための構造、およびスロット形成されたクロス・バー構造を生成する。

再び薄い層、例えば１ミクロン以下の酸化シリコン層１８９３が、ウエハ上に堆積され、ちょうど形成された変形可能なスプリング・バーおよびスロット形成されたクロス・バー構造を含む表面全体を覆って被覆する。図２２Ａに示されるように、中央ビアであるビア１８９１が、酸化シリコン層１８９３にパターン形成されかつエッチングされ、非常に薄いコンフォーマル・ポリシリコン層の高さで停止する。このビアは、ミラーをスロット形成されたクロス・バーに結合するポストを形成するために用いられる。ポストおよびミラーのためのプレートは、ウエハの表面を覆う例えば１ミクロン厚みのポリシリコン層を堆積することによって形成され、少なくとも、それが、下にあるポリシリコン層に形成された、スロット形成されたクロス・バーを接続する点まで、少なくとも部分的にビア１８９１を充填する。

任意に、研磨操作、例えば他のＣＭＰ研磨が、ミラーとして使用するために適するなどプレートのための平坦な表面を生成するために、上のポリシリコン上に実行される。ポリシリコンは、ウエハ上に各個別のミラーの境界を画定するようにパターン形成されかつエッチングされる。図２３Ａは、境界１８９７がエッチングされて除かれた下にある酸化物層１８９３を示す、上のポリシリコン層１８９５を示す。ミラー・プレートの縁部が、ウエット・エッチング溶液のアクセスを可能にするように切断されることもでき、構造は、次に酸化シリコンへのアクセスを有するようにウエット・エッチング溶液内に浸漬される。ウエット・エッチング浴は、ポリシリコン構造を解放するように、上述の工程の間に加えられた実質的に全ての酸化シリコンを取り除く。図２４Ａは、解放された構造を示す。例示的なウエット・エッチング溶液は、フッ化水素酸である。

ウエット・エッチング浴は、同様に酸化シリコンであり得るいくらかの電気絶縁部分１８１９も取り除くことができる。しかしながら、絶縁部分１８１９が、堆積された酸化シリコンより非常に厚いので、取り除かれる量は無視でき、導電部分１８１７は、ウエハ１８０１の露出された部分に接触しないように、十分な固有の安定性を有する。代わりに、窒化シリコンが、取り除かれるべきではない酸化物領域、例えば絶縁部分１８１９を覆うために使用されることができる。

当業者は、本明細書で上述されたミラー構造など、ミラー構造の異なるバージョンを生成するために、どのように様々な工程および異なるパターンが組み合わせられることができるかを容易に認識する。

マイクロ・ミラーの密度がより低いことがある本発明の実施形態において、接点は、ウエハを通って延びる必要はない。その代わりに、ワイヤが、本明細書で上述されたプロセスが始まる前に、様々な接触点にウエハの表面上で経路指定されることができることを除いて、同一の処理が実行されることができる。

表１は、最も左側の列で示される図によって列挙される様々な実施形態のコム駆動装置を横切って特定の電圧が印加された場合の、ピストン運動に関する変位ｚ、または傾斜運動に関する回転角度θが、最も右側の列に示される。

式は、長さがミクロンで測定され、かつ角度が度で測定されたと仮定することに留意されたい。
表１の式における変数は、以下の通りである。
Ｖは印加された電圧であり、
ｚはミラーの垂直方向変位であり、
θはミラーの回転角度であり、
ｗ_ｓはスプリング・ビームの幅であり、
ｈ_ｓはスプリング・ビームの厚みであり、
ｌ_ｓはミラー取り付け点に対して測定されたスプリング・ビームの長さであり、
ｈ_ｅは駆動装置の垂直方向厚みであり、
ｇ_ｏはかみ合うコム歯間の間隔であり、
ｎ_ｔはコム駆動装置の一方側での歯の数である。

有利には、達成されることができる高い密度のために、ミラーのアレイは、従来のマスクの代わりに、他のデバイスの製造で使用するコンピュータ制御されたマスクとして機能するために用いられることができる。さらに、そのような高い密度のミラーは、表示適用における使用が見出されることができる。

本発明の原理によりピストン運動でプレートを移動するように、プレート例えばマイクロ・ミラーを作動することができる例示的な構造の断面である。 図１に示される同一の構造を示すが、固定された駆動プレートが、移動可能な駆動プレートを移動させるように電圧が加えられる。 図１に示される構造の平面図である。 プレートが取り除かれ、かつクロス・バーがノッチ形成されたクロス・バーと置き換えられた、図１の構造の他の例示的なバージョンの平面図である。 コム駆動装置が、平坦なプレート駆動装置に代用される、図３に示されるような図１の構造の他の例示的なバージョンの平面図である。 コム駆動装置が、平坦なプレート駆動装置に代用される、図４に示されるようにプレートが取り除かれる図１の構造の他の例示的なバージョンの平面図を示す。 変形可能なスプリング・バーが、その短くされたバージョンに置き換えられた、図２に示される例示的な構造に類似する本発明の他の例示的な実施形態を示す。 電位差が、移動可能な駆動プレートと固定された駆動プレートとの間に印加されたときに、結果として生じる例示的な傾斜した位置にある図７の例示的な構造を示す。 駆動装置が、コム駆動装置ではないときの図７の例示的な構造の平面図である。 本発明の他の例示的な実施形態を示す。 プレートが取り除かれた、図１０に示される本発明の実施形態の平面図を示す。 プレートが、単一の軸の周りで２つの方向における傾斜で移動されることができるように、プレートを作動することができる本発明の他の例示的な実施形態を示す。 プレートが取り除かれ、電圧が加えられないときの図１２に示される本発明の実施形態の平面図を示す。 プレートが、一方向における傾斜で移動されることができるように、プレートを作動することができる本発明の他の例示的な実施形態の断面を示す。 プレートが取り除かれた図１４に示される本発明の例示的な実施形態の平面図を示す。 クロス・バーの両側で平行に動作する複数のコム駆動装置が存在する、図４に示される実施形態に類似する本発明の例示的な実施形態の平面図を示す。 駆動装置が、ピストン運動を達成するために電圧が加えられる、図１６ａに示される本発明の例示的な実施形態の平面図を示す。 図１６ａに示される本発明の例示的な実施形態の平面図を示す。 各コム駆動装置のコム歯が、駆動装置がクロス・バーからより離れるとより短くする、図１６に示される実施形態に類似する本発明の他の例示的な実施形態を示す。 駆動装置が、ピストン運動を達成するように電圧が加えられる、図１７ａに示される本発明の例示的な実施形態を示す。 図１７ａに示される本発明の例示的な実施形態の平面図を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。 コム駆動装置および分離クロス・バーを含む、図６に示されるものなどピストン運動でプレートを移動するように、プレート、例えばマイクロ・ミラーを作動することができる構造を製造するために行われる様々な処理工程後の結果を示す。

Claims (9)

1. マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、
   少なくとも１つの変形可能なスプリング・バーを含む、変形可能な支持手段と、
   前記変形可能な支持手段の一表面に結合される駆動手段であって、前記変形可能な支持手段と該駆動手段の結合場所近くの場所で前記変形可能な支持手段に回転力を与える、駆動手段と、
   を備える、マイクロ電子機械システムデバイス。
2. 前記一表面と反対側表面上で前記変形可能な支持手段に結合されるプレートをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
3. さらに、前記変形可能な支持手段の変形が、前記プレートによってピストン運動を引き起こす、請求項２に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
4. さらに、前記変形可能な支持手段の変形が、前記プレートによって傾斜運動を引き起こす、請求項２に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
5. 前記変形可能な支持手段が、基板上に搭載された少なくとも１つの壁から支持される、請求項１に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
6. 前記変形可能な支持手段が、複数の変形可能なスプリング・バーである、請求項１に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
7. 前記駆動手段が静電駆動装置である、請求項１に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
8. 前記静電駆動装置がコム駆動装置である、請求項７に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。
9. 前記静電駆動装置が平坦なプレート駆動装置である、請求項７に記載のマイクロ電子機械システムデバイス。

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