JP2000028937A - マイクロメカニカルデバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れたコントラスト比の像を生成し、電気的
に信頼性の高いマイクロメカニカルデバイスを提供す
る。 【解決手段】本発明のマイクロメカニカルデバイスは、
基板（１０４）、基板上方に支えられた偏向可能剛性部
材（３０２，３１４，３２６）、および偏向可能剛性部
材から離されて基板上方に支えられた少なくとも１つの
スプリング（３２８）を含む。スプリングは、偏向可能
剛性部材がスプリングとコンタクトするように偏向する
時に、偏向可能剛性部材の偏向に抵抗する。本マイクロ
メカニカルデバイスは、投射ディスプレイシステムとし
て有用であり、電気的につながれたコントローラによっ
て、入射光を選択的に反射させて像プレーン上へ集束さ
せるように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロメカニカル
デバイス分野に関するものであって、更に詳細には偏向
可能部材を有するマイクロメカニカルデバイス、更に詳
細にはデジタルマイクロミラーデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロメカニカルデバイスは構造が小
型であり、集積回路の製造のために開発されてきた光学
的リソグラフィ、ドーピング、金属スパッタリング、酸
化物堆積、およびプラズマエッチング等の技術を用いて
半導体ウエハ上へ作製されるのが一般的である。

【０００３】しばしば変形可能マイクロミラーデバイス
と呼ばれるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
はマイクロメカニカルデバイスの１つのタイプである。
他のマイクロメカニカルデバイスのタイプには加速度
計、圧力および流量センサー、ギアおよびモータが含ま
れる。いくつかのマイクロメカニカルデバイス、例えば
圧力センサー、流量センサー、およびＤＭＤは市場にお
いて成功を収めたが、他のタイプのものはまだ市場に出
せるまでに至っていない。

【０００４】デジタルマイクロミラーデバイスは主とし
て光学的ディスプレイシステムで使用される。ディスプ
レイシステムでは、ＤＭＤは、デジタル像データを使用
して光ビームの一部を選択的に表示スクリーンへ反射さ
せるように光ビームを変調するための光変調器である。
アナログモードの動作も可能であるが、ＤＭＤは典型的
にはデジタル的な双安定性動作モードで作動し、そのた
め最初の真のデジタル式フルカラーの像投射システムの
中核である。

【０００５】

【発明の解決しようとする課題】この十年ないし十五年
の間にマイクロミラーは急速に発展してきた。初期のデ
バイスでは変形可能な反射メンブレン（ｍｅｍｂｒａｎ
ｅ）が使用されたが、それは、下層のアドレス電極へ静
電的に引きつけられる時に、そのアドレス電極に向かっ
て窪みを起こすものであった。シュリーレン（Ｓｃｈｌ
ｉｅｒｅｎ）光学系がそのメンブレンに照明を与え、メ
ンブレンの窪んだ部分によって散乱される光から像を作
り出す。シュリーレン系はメンブレンデバイスが像形成
することを可能とするが、形成された像は非常にあいま
いなものであって、低いコントラスト比しか持たず、ほ
とんどのディスプレイ応用に適したものではなかった。

【０００６】後世代のマイクロミラーデバイスは、シリ
コンまたはアルミニウム製のフラップまたはダイビング
ボード状のカンチレバービームを使用したもので、それ
らは暗視野光学系と結合されて、コントラスト比の向上
した像を生成することができた。フラップおよびカンチ
レバービームデバイスは典型的には単一金属の層で以
て、デバイスの最上部反射層を形成していた。しかし、
この単一金属層は広い面積に亘って変形を起こす傾向が
あり、それが変形部分上へ入射する光を散乱させること
になった。トーションビーム（ｔｏｒｓｉｏｎｂｅａ
ｍ）デバイスは薄い金属層を用いて、ヒンジと呼ばれる
トーションビームを形成する。また、より厚い金属層を
用いて、典型的にはミラー状の表面を有する剛性部材あ
るいはビームを形成して、変形をＤＭＤ表面の比較的小
さい部分に集中させるようにしている。ヒンジが変形し
ても、この剛性ミラーはフラットなままで、このデバイ
スによって散乱される光量を最小限に留め、このデバイ
スのコントラスト比を改善している。

【０００７】最近のマイクロミラー構造はヒンジ隠蔽
（ｈｉｄｄｅｎ−ｈｉｎｇｅ）設計と呼ばれており、ト
ーションビームを覆ってミラーを作製することで像のコ
ントラスト比を更に改善している。持ち上げられたミラ
ーブロックは入射光がトーションビーム、トーションビ
ームサポート、およびトーションビームとミラーサポー
トとをつないでいる剛性ヨークに当たるのを阻止する。
これらのサポート構造は、デバイス基板上のアドレス電
極およびミラーバイアス／リセット金属層と一緒に、そ
れらに当たる光を散乱する傾向を有する。この散乱光は
像スクリーンに到達して投射像のコントラスト比を低下
させる。ヒンジ隠蔽型のマイクロミラー設計は、ほとん
どの光がそれらのサポート構造に到達するのを防止する
ことによって像のコントラスト比を改善している。

【０００８】マイクロミラーをトーションビームおよび
それらのサポートよりも上へ持ち上げるためには、マイ
クロミラーをトーションビームの上へ引き離すためのサ
ポート構造が必要である。典型的には、この役目を果た
すものとして、スペーサビア（ｓｐａｃｅｒｖｉａ）ま
たはサポート柱が作製される。スペーサビアは、ダミー
層の中に孔を開けてその中へ金属を堆積させることによ
って形成した中空の金属チューブであり、その上にミラ
ーが作製される。中空のスペーサビアは開いた上部を有
するので、マイクロミラーの表面積を減らすことにな
る。更に、スペーサビアの開いた上部は鋭いエッジにな
っており、それは入射光を回折させて、投射像のコント
ラスト比を低下させる。

【０００９】投射像のコントラスト比を改善する必要性
に加えて、マイクロミラー設計者はミラーのリセット、
すなわち、マイクロミラーがオンまたはオフ位置のいず
れかへ回転させられた後で、それが中立位置へ戻る動作
の信頼性を改善することに励んでいる。いくつかのマイ
クロミラーは、デバイス表面に存在する水蒸気によって
生ずるファン・デア・ワールス力（ｖａｎ ｄｅｒ Ｗ
ａａｌｓ ｆｏｒｃｅ）や金属間の結合のような多様な
力によってランディングサイト（ｌａｎｄｉｎｇ ｓｉ
ｔｅｓ）へ付着する傾向がある。動的リセットと呼ばれ
る技術は電圧パルスを用いてマイクロミラーおよびトー
ションビームの動的応答を刺激して、ミラーがランディ
ングサイトから跳ね上がって中立位置へ戻るようにす
る。

【００１０】残念ながら、ミラーをランディングサイト
へ付着させる力の大きさは広い範囲で変動する。ランデ
ィングサイトに緩く付着したミラーであれば単一のリセ
ットパルスでランディングサイトから解放されるが、他
のミラーではランディングサイトから解放するための十
分なエネルギーを蓄えるまでにいくつものパルスを必要
とするかもしれない。不十分な状態で解放されたミラー
はいくつかの問題を引き起こす。まず第１に、不十分な
状態で解放されたミラーは動的リセットの残りの期間に
ランディングを起こすかもしれない。もし不十分な状態
で解放されたミラーが動的リセット期間のかなり後期に
ランディングを起こすと、ミラーは二度目にランディン
グサイトから解放されるための十分なエネルギーをリセ
ットパルスから蓄積することができないであろう。第２
には、時期尚早に解放されたマイクロミラーはトーショ
ンビームの軸周りで“はためき”（ｆｌｕｔｔｅｒ）動
作を起こす傾向がある。はためいているミラーが間違っ
たアドレス電極へ向かって回転している間に、もしもミ
ラーバイアス電圧が再印加されれば、そのミラーはその
間違ったアドレス電極へ静電的にラッチされて、暗ピク
セルの間欠的なちらつきを引き起こすことになろう。

【００１１】従って、投射像のコントラスト比を改善
し、かつマイクロミラーリセット動作の信頼性を改善す
るマイクロミラーデバイスの設計に対する需要が存在す
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】目的および特徴は明らか
であろうし、以下に部分的に述べられることになろう。
またスプリング方式の復帰構造を有するマイクロメカニ
カルデバイスおよび作製方法のための方法およびシステ
ムを提供する本発明によって、それらは実現されよう。
開示された本発明の一実施例は進歩したマイクロメカニ
カルデバイスを提供する。それは、基板、前記基板の上
方に支えられた偏向可能剛性部材、および前記基板の上
方に支えられ、前記偏向可能剛性部材から離隔した少な
くとも１つのスプリングを含む。前記スプリングは、偏
向可能剛性部材がスプリングとコンタクトするよう偏向
する時に、偏向可能剛性部材の偏向に抵抗するように動
作する。

【００１３】開示された本発明の別の一実施例に従え
ば、進歩したマイクロメカニカルデバイスを作製する方
法が提供される。本方法は、基板上に少なくとも１つの
サポート構造を作製する工程、前記基板から離されて、
前記サポート構造の少なくとも１つによって支えられた
少なくとも１つのスプリングを作製する工程、および前
記基板および前記スプリングから離されて前記サポート
構造の少なくとも１つによって支えられた偏向可能部材
を作製する工程を含む。前記偏向可能部材は前記スプリ
ングとコンタクトするように移動可能であり、また前記
スプリングは偏向可能部材のそれ以上の動きに抵抗する
ように動作する。

【００１４】本発明の別の実施例に従えばディスプレイ
システムが提供される。本ディスプレイシステムは、光
経路に沿って光ビームを供給できる光源、前記光経路上
にあるマイクロミラーデバイス、前記マイクロミラーデ
バイスへ電気的につながれたコントローラ、および投射
光経路中に位置する投射光学系を含む。マイクロミラー
デバイスはマイクロミラー要素のアレイを含む。各マイ
クロミラー要素は、基板、前記基板によって支えられた
スプリング、および前記基板によって支えられ、前記ス
プリングから離隔した偏向可能剛性部材を含む。偏向可
能剛性部材は典型的には光経路中に設置されたミラーで
あって、偏向可能剛性部材の偏向に抵抗するスプリング
の方向へ偏向するように動作する。コントローラはマイ
クロミラーデバイスに対して電気信号を供給し、それに
よって偏向可能剛性部材を選択的に偏向させるようにマ
イクロミラーデバイスを制御する。選択的に偏向される
偏向可能剛性部材は投射光経路に沿って光を選択的に反
射させる。投射光学系はマイクロミラーデバイスによっ
て反射される光を像プレーン上へ集束させるように動作
する。

【００１５】本発明およびそれの特徴のより完全な理解
のために、ここで添付図面と一緒に以下の説明を参照す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】投射像のコントラスト比およびミ
ラーリセット動作の信頼性の両方を同時に改善する新し
いマイクロミラーデバイスが開発された。これらの進歩
はマイクロミラーと下の基板との間に配置されたスプリ
ングによって達成される。スプリングは金属であること
が好ましいが、各種の実施例では、偏向可能部材とコン
タクトして変形することによってエネルギーを蓄積する
ことのできる、弾性を有する任意の部材を採用すること
ができる。スプリングは偏向可能部材とスプリングとの
間のコンタクトの際偏向可能部材の運動に抵抗する。こ
のコンタクトは中間部材を介したものであってもよい。

【００１７】従来技術による典型的なヒンジ隠蔽型ＤＭ
Ｄ１００は、ＤＭＤセルまたは要素の直交的なアレイで
ある。このアレイはしばしば、行および列をなす１００
０個以上のＤＭＤ要素を含む。図１は従来技術によるＤ
ＭＤアレイの一部分を示しており、ＤＭＤアレイの下層
のメカニカル構造を示すためにいくつかのミラー１０２
が取り除かれている。図２は単一ＤＭＤ要素の展開図で
あり、ＤＭＤ構造間の関係をより詳細に示している。

【００１８】ＤＭＤは典型的にはシリコンである半導体
基板１０４の上に作製される。半導体基板１０４の表面
上またはその中に、標準的な集積回路プロセスフローを
使用して電気的制御回路が作製されるのが普通である。
この回路は、典型的には下層にある各ミラー１０２に付
随するメモリセルと、その下層メモリセルへのデジタル
像データの転送を制御するためのデジタル論理回路を含
むのが一般的であるが、それに限定されることはない。
ミラー超構造へのバイアスおよびリセット信号を駆動す
るための電圧ドライバ回路もまたＤＭＤ基板上に作製で
きるが、ＤＭＤの外部にあってもよい。画像処理および
データ生成用の論理回路もまた何らかの設計のものが基
板１０４中に形成される。この開示の目的上、アドレッ
シング回路は、ＤＭＤミラーの回転方向を制御するため
に用いられる、直接電圧接続（ｄｉｒｅｃｔ ｖｏｌｔ
ａｇｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）および共有メモリセ
ルを含む任意の回路を含むものと考えられている。

【００１９】いくつかのＤＭＤ構成では分割リセット構
成が用いられており、それによっていくつかのＤＭＤ要
素が１つのメモリセルを共有することが許容される。分
割リセットによって、非常に大きいアレイを動作させる
ために必要なメモリセルの数が削減され、またＤＭＤ集
積回路上で電圧ドライバおよび画像処理回路のために利
用できる空間が広くなる。分割リセットはＤＭＤの双安
定的動作によって可能となり、それは、ミラーにバイア
ス電圧が供給されている時に、ミラー１０２の位置に対
して何ら影響を与えることなく、下層メモリの中身を変
化させることを可能とする。

【００２０】シリコン基板１０４および必要な金属相互
接続層は、典型的には堆積された二酸化シリコンである
絶縁層１０６によってＤＭＤ超構造から分離される。こ
の絶縁層の上にＤＭＤ超構造が形成される。酸化物層中
に孔またはビア（ｖｉａｓ）が開けられ、ＤＭＤ超構造
と基板１０４中に形成された電気回路との間の電気接続
が可能となる。

【００２１】ＤＭＤ超構造の第１層は金属層、典型的に
は第３金属層であり、従ってしばしばＭ３と呼ばれる。
最初の２つの金属層は典型的には基板上に作製された回
路の相互接続のために必要とされる。第３金属層が絶縁
層上に堆積されて、アドレス電極１１０およびミラーバ
イアスおよび／またはリセットの接続１１２を形成する
ようにパターニングされる。いくつかのマイクロミラー
設計ではランディング電極が設けられており、それは個
別的な分離構造となっており、ミラーバイアス接続１１
２へ電気的に接続されている。この開示の目的上、ラン
ディング電極などのランディング構造はデバイス基板の
一部として考えられよう。従って、偏向可能構造と基板
上のランディングサイトとの間のコンタクトは、偏向可
能構造と基板との間のコンタクトであると考えてよい。
ランディング電極はミラー１０２の回転を制限して、回
転するミラー１０２またはヒンジヨーク１１４が、ミラ
ー１０２に対して電位を有するアドレス電極１１０へコ
ンタクトすることを防止する。もしミラー１０２がアド
レス電極１１０とコンタクトすれば、結果として発生す
る短絡がトーションビームヒンジ１２０を溶かすか、あ
るいはミラー１０２をアドレス電極１１０へ溶着させ
る。これらのいずれの場合もそのＤＭＤは破壊される。

【００２２】ランディング電極およびミラー１０２には
常に同じ電圧が印加されているので、ミラーバイアス接
続とランディング電極とは可能であれば一体の構造とし
て組み合わされることが好ましい。ランディング電極
は、ミラー１０２またはヒンジヨーク１１４のいずれか
とコンタクトすることによってミラー１０２の回転を機
械的に制限するためのランディングサイトと呼ばれる領
域をミラーバイアス接続または基板のその他領域に含め
ることによって、ミラーバイアス接続１１２と組み合わ
される。これらのランディングサイトはしばしば、ミラ
ー１０２およびトーションビームヒンジヨーク１１４が
ランディングサイトと付着する傾向を小さくするように
選ばれた材料で以て被覆される。

【００２３】ミラーバイアス／リセット電圧は、ミラー
バイアス／リセット金属１１２と、隣接ミラー要素のミ
ラーおよびトーションビームの両方を用いた組合せ経路
を通って各ミラー１０２まで伝えられる。分割リセット
設計は、ミラーアレイを各々が独立したミラーバイアス
接続を有する複数のサブアレイへ再分割することを要求
する。サブアレイ間でミラーバイアス／リセット層を単
に分離することによって、ＤＭＤ要素を電気的に分離さ
れた行または列に容易に分離できるので、図１に示され
るランディング電極／ミラーバイアス１１２構成は分割
リセット用として理想的なものである。図１のミラーバ
イアス／リセット金属層１１２は分離したミラー行に分
割されているように示されている。

【００２４】サポートの第１層は典型的にはスペーサビ
アと呼ばれるが、アドレス電極１１０およびミラーバイ
アス接続１１２を形成する金属層上に作製される。トー
ションビームサポートスペーサビア１１６および上側ア
ドレス電極スペーサビア１１８の両方を含むこれらスペ
ーサビアは、典型的にはアドレス電極１１０およびミラ
ーバイアス接続１１２を覆って薄いスペーサ層をスピン
塗布することによって形成される。この薄いスペーサ層
は典型的には１μｍ厚さのポジ型（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）
フォトレジストである。フォトレジスト層を堆積した後
で、それを露光しパターニングして、更に遠紫外線で硬
化させて、その中にスペーサビアを形成するための孔が
形成される。このスペーサ層および製造プロセスの後の
段階で使用されるそれよりも厚いスペーサ層はしばし
ば、犠牲層と呼ばれる。それは、それらが製造プロセス
中で形式的にだけ使用され、デバイス動作の前に除去さ
れるからである。

【００２５】スペーサ層上および孔中へ薄い金属層がス
パッタされる。次に、薄い金属層を覆って酸化物が堆積
されパターニングされて、後にヒンジ１２０を形成する
はずの領域を覆ってエッチマスクが形成される。典型的
にはアルミニウム合金である金属のより厚い層が、この
薄い層および酸化物エッチマスクを覆ってスパッタされ
る。酸化物の別の層が堆積されパターニングされて、ヒ
ンジヨーク１１４、ヒンジキャップ１２２、および上側
アドレス電極１２４が定められる。この第２の酸化物層
がパターニングされた後で、２つの金属層が同時にエッ
チされ酸化物のエッチストップが除去されて、両方の金
属層で形成される厚い剛性ヒンジヨーク１１４、ヒンジ
キャップ１２２、および上側アドレス電極１２４が残さ
れ、またトーションビーム金属の薄い層のみで形成され
る薄い柔軟なトーションビーム１２０が残される。

【００２６】次に、厚い金属層を覆って厚いスペーサ層
が堆積されパターニングされて、後で中にミラーサポー
トスペーサビア１２６が形成されることになる孔が定め
られる。この厚いスペーサ層は典型的には２μｍ厚のポ
ジ型フォトレジスト層である。典型的にはアルミニウム
合金であるミラー金属の層が、この厚いスペーサ層の表
面上、および厚いスペーサ層中の孔にスパッタされる。
この金属層は次にパターニングされてミラー１０２が形
成される。ミラー１０２が形成された後、プラズマエッ
チを用いて両スペーサ層が除去される。

【００２７】一旦、２つのスペーサ層が除去されてしま
うと、ミラーはトーションビームヒンジ１２０によって
形成される軸周りに自由に回転する。実質的に空隙コン
デンサの２枚の電極を構成するアドレス電極１１０と偏
向可能剛性部材との間の静電引力がミラー構造を回転さ
せるために用いられる。マイクロミラーデバイスのデザ
インに依存して、偏向可能剛性部材はトーションビーム
ヨーク１１４か、ビームまたはミラー１０２か、トーシ
ョンビームへ直接取り付けられたビームか、あるいはそ
れらの組合せである。上側アドレス電極１２４もまた、
偏向可能剛性部材を静電的に引きつける。

【００２８】電位によって生ずる力は２枚の電極間の距
離の逆数の関数である。剛性部材が静電的なトルクによ
って回転すると、トーションビームヒンジ１２０は変形
して、トーションビーム１２０の偏向角度のほぼ線形関
数である復帰トルクで以てその回転に抵抗する。この構
造は、トーションビームの復帰トルクが静電的トルクと
等しくなるまで、あるいは回転する構造とランディング
サイトまたはランディング電極を含む基板との間のコン
タクトによって回転が機械的に阻止されるまで回転す
る。以下で述べるように、ほとんどのマイクロミラーデ
バイスはデジタルモードで動作し、そこにおいてはマイ
クロミラー超構造のフル偏向を保証するために十分に大
きいバイアス電圧が使用される。

【００２９】マイクロミラーデバイスは２つの動作モー
ドのうちの１つで作動する。第１の動作モードはアナロ
グモードであり、しばしばビームステアリングと呼ば
れ、そこにおいては、ミラーの所望される偏向に対応す
る電圧までアドレス電極が充電されるようになってい
る。マイクロミラーデバイスに当たる光はミラーの偏向
によって決まる角度でミラーから反射される。個々のミ
ラーによって反射される光のコーンは、アドレス電極へ
供給される電圧に依存して、投射レンズ開口（ａｐｅｒ
ｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｎｓ）の外側へ、部分的
に開口内部へ、あるいはレンズ開口の完全に内部へ向け
られる。反射光はレンズによって像プレーン上へ、個々
のミラーが像プレーン上の決まった位置に対応するよう
に集束される。反射光のコーンが開口の完全内部から開
口の完全外部へ移動するにつれて、ミラーに対応する像
位置が暗くなり、連続した輝度レベルを作り出す。

【００３０】第２の動作モードはデジタルモードであ
る。デジタル的に作動する時は、各マイクロミラーはト
ーションビームの軸周りで２つの方向のいずれかへフル
偏向される。デジタル動作では、ミラーがフル偏向され
ることを保証するために比較的大きい電圧が使用され
る。アドレス電極に対しては標準的な論理電圧レベルが
供給される一方で、それよりも大きいバイアス電圧、典
型的には正の２４ボルトがミラー金属層へ供給される。
十分に大きいミラーバイアス電圧、すなわちデバイスの
崩壊電圧と呼ばれるものを超える電圧が、アドレス電圧
が存在しなくても、ミラーが最も近いランディング電極
へ向かって偏向するであろうことを保証する。従って、
大きいミラーバイアス電圧を使用することによって、ア
ドレス電圧はミラーをわずかに偏向させるのに十分なだ
け大きければよい。

【００３１】マイクロミラーデバイスを使用して像を生
成するために、光源は、回転角度の２倍に等しい角度に
位置することによって、光源の方向へ回転するミラーが
光をマイクロミラーデバイスの表面に垂直な方向へ反射
し、更に、投射レンズの開口中へ反射することによっ
て、像プレーン上に明るいピクセルを生成するようにな
っている。光源から遠ざかる方向へ回転するミラーは投
射レンズから外れた方向へ光を反射して、その対応する
ピクセルを暗いままに残す。中間の輝度レベルは、ミラ
ーを高速にオンおよびオフするパルス幅変調技術を用い
て生成される。ミラーのデューティサイクルが像プレー
ンに到達する光量を決定する。人間の目は光パルスを積
分し、脳はフリッカーのない中間輝度レベルを認識す
る。

【００３２】フルカラーの像は、３個のマイクロミラー
デバイスを使用して３つの単色像を作り出す方法による
か、あるいは単一のマイクロミラーデバイスを使用し
て、回転するカラーホイール（ｃｏｌｏｒ ｗｈｅｅ
ｌ）上に搭載された３色フィルタを通過する光ビームを
照射して逐次的に３つの単色像を形成する方法かのいず
れかによって生成される。

【００３３】

【実施例】図３および図４は、最近開発されたスプリン
グ・リング構造に従うヒンジ隠蔽型マイクロミラーを示
す。ここに示される本発明は主としてマイクロミラーデ
バイスに関して議論されているが、本発明の概念はその
他のタイプのマイクロメカニカルデバイスにも適用可能
である。

【００３４】図３および図４に示されるように、リング
状のスプリング３２８が、トーションビームヨーク３１
４と同じ高さに、トーションビームヨーク３１４の周囲
に広がって作製される。スプリング・リング３２８はス
プリング・リング３２８の外側周辺にナブ（ｎｕｂ：こ
ぶ）３３０を含む。偏向された時、ミラー３０２の底部
がナブ３３０とコンタクトしてスプリング・リング３２
８を下方へ押す。ミラー３０２がスプリング・リング３
２８を下方へ押せば、スプリング・リング３２８はミラ
ー３０２を上方へ押し戻す復帰力を生み出す。

【００３５】スプリング・リング３２８は、それがミラ
ー３０２によって偏向される時にエネルギーを蓄積し
て、ミラー３０２が未偏向状態へ戻る時に、蓄積された
エネルギーを解放する。ミラー３０２を偏向させる静電
力が取り去られるか十分に低下すると、蓄積された位置
エネルギーはスプリング・リング３２８を未偏向状態へ
す速く戻し、ミラー３０２をそれの中立位置へ強制的に
戻す。スプリング３２８の力は、ミラー３０２またはヨ
ーク１１４と、スプリング・リング３２８またはミラー
バイアス／リセット金属１１２との間の固着を克服する
か、あるいは少なくとも克服する助けとなり、ミラー３
０２を解放し、トーションビームヒンジ３２０がミラー
３０２を中立位置へ戻すことを許容する。動的リセット
の場合、ミラーは中立位置を通り越して逆側のアドレス
電極へ進められ、そこにおいてミラーバイアス電圧の再
印加によって捕えられるように位置を変える。この動的
リセットと組み合わせれば、スプリング・リング３２８
はアレイ中のすべてのミラー３０２のリセットの信頼性
を保証でき、固着や時期尚早のピクセル解放によって引
き起こされる視覚上のアーティファクトを解消できる。

【００３６】開示された本発明の好適実施例に従えば、
スプリング・リング３２８の偏向によって生ずる復帰力
は、ミラー３０２またはヨーク３１４が基板１０４の表
面上のミラーバイアス／リセット金属（ｍｅｔａｌｉｚ
ａｔｉｏｎ）３１２またはアドレス電極３１０のいずれ
かとコンタクトする前にミラー３０２の回転を停止させ
るのに十分である。図５は、本発明に従う、偏向された
ヒンジ隠蔽型マイクロミラー要素の側面図であり、偏向
されたスプリング・リング３２８とミラー３０２との間
の関係を示している。図５において、スプリング・リン
グ３２８の偏向によって生ずる復帰力は、デバイス基板
１０４の表面上のアドレス電極３１０またはミラーバイ
アス／リセット金属３１２のいずれかとミラー３０２が
コンタクトする前に、ミラーの回転を停止させるのに十
分である。

【００３７】ここに開示する発明の別の実施例に従え
ば、スプリング・リング３２８の偏向（ｄｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ）によって生ずる復帰力は、ミラー３０２または
ヨーク３１４が、基板１０４の表面上のミラーバイアス
／リセット金属３１２またはアドレス電極３１０とコン
タクトする前に、ミラー３０２の偏向を停止させるには
不十分である。図６および図７は本発明に従う、偏向さ
れたヒンジ隠蔽型マイクロミラー要素の断面図であり、
偏向されたスプリング・リング３２８とミラー３０２と
の関係を示している。

【００３８】図６において、スプリング・リング３２８
の偏向によって生ずる復帰力は、ミラー３０２がミラー
バイアス／リセット金属６１２とコンタクトする前に、
ミラーの回転を停止させるには不十分である。ミラーバ
イアス／リセット金属６１２とのコンタクトがミラー３
０２の回転を停止させるが、スプリング・リング３２８
は、ミラー３０２とスプリング・リング３２８およびミ
ラーバイアス／リセット金属６１２の両方との固着を断
ち切るのに十分な復帰力を提供する。

【００３９】図７では、スプリング・リング３２８の偏
向によって生ずる復帰力は、トーションビームヨーク３
１４がミラーバイアス／リセット金属６１２とコンタク
トする前に、ミラーの回転を停止させるには不十分であ
る。図６と同じように、ミラーバイアス／リセット金属
７１２とのコンタクトがミラー３０２の回転を停止させ
るが、スプリング・リング３２８はそれでも、ミラー３
０２とスプリング・リング３２８およびミラーバイアス
／リセット金属７１２の両方との間の固着を断ち切るの
に十分な復帰力を供給する。

【００４０】本発明は、トーションビームヨークの一部
として作製されたスプリング延長部を含む従来のデバイ
スとは異なり、偏向可能部材に剛体的に取り付けられて
いないスプリングについて教示している。ここに述べら
れる構造は、好ましくは、基板と偏向可能剛性部材との
間の中間層の一部として作製されて、該剛性部材の運動
を制限するように位置するスプリング構造を有すること
が好ましい。

【００４１】これまでの説明はスプリング・リングとし
て知られる新しい構造に焦点をおいている。しかし、ス
プリング・リング構造は、分離した偏向可能部材の運動
を禁止するように動作するスプリング部材を有するマイ
クロメカニカルデバイスの１つの例にすぎない。数多く
のその他の構造がスプリングを使用して、分離した偏向
可能部材の運動を停止させることができる。

【００４２】代替えスプリング構造の例が図８、図９、
図１０、および図１１に示されている。図３および図４
のスプリング・リング構造と同様に、これらの構造もま
た、トーションビームヒンジがミラー３０２の偏向に抵
抗して、ミラー３０２を未偏向位置へ戻すことを助ける
ことのできるエネルギー蓄積部材を提供している。図８
および図９に示される２つの代替えスプリング構造は、
トーションビームサポート柱から離れる向きの片持ち構
造（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ ａｗａｙ ｆｒｏｍ）
になったスプリング延長部またはリーフスプリングを採
用している。第３の代替えスプリング構造はリング状の
構造を使用しており、それはリング状の構造体と偏向可
能部材とのコンタクトによって捩るように動作する少な
くとも１つの薄いトーションビーム部分を有している。

【００４３】図８はトーションビームキャップ３２２か
ら延びる延長部８３４を示している。厚い延長部８３４
は薄い金属製のトーションビーム層と厚い金属層とを含
んでおり、それらはトーションビームヨーク３１４およ
びトーションビームキャップ３２２を形成するために用
いられている。厚い延長部８３４は、回転しているミラ
ー３０２とコンタクトすることで変形し、また偏向可能
剛性部材とアドレス電極１１０との間の静電引力が取り
除かれた時にミラー３０２を未偏向位置へバネの作用で
押し戻す。

【００４４】９はトーションビームキャップ９２２から
延びる柔軟な延長部９３４を示している。薄い柔軟な延
長部９３４は薄いトーションビーム金属層を含んでお
り、回転するミラーがそれらとコンタクトすると変形す
る。この変形は延長部９３４中にエネルギーを蓄積し、
また、偏向可能剛性部材とアドレス電極１１０との間の
静電引力が取り除かれた時にミラー３０２を未偏向位置
へバネの作用で押し戻すために使用される。

【００４５】トーションビームキャップ９２２からの薄
い柔軟な延長部９３４を使用することに関する１つの困
難はミラー３０２の下側とのコンタクトを回避すること
である。延長部９３４は非常に薄いので、ミラー３０２
を未偏向位置へ戻すために必要な剛性を保つために比較
的短くしなければならない。しかし、短い柔軟な延長部
はしばしば変形してミラー３０２の下側と厚いトーショ
ンビームキャップ９２２の端部９３６との間のコンタク
トを許容する。厚いトーションビームキャップ９２２の
端部９３６とミラー３０２の下側とのコンタクトを回避
するために、図１０に示される実施例は厚い先端部分９
４０と薄い中間部分９３８との両方で作製されたスプリ
ング延長部を提供している。偏向されると、ミラー３０
２の下側は厚い先端部分とコンタクトして、ミラー３０
２とスプリング延長部とのコンタクトは最小化され、他
方、薄い中間部分９３８は変形する。

【００４６】薄い柔軟な延長部が高品質の像を生成する
ために必要な一貫した（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ）ミラー
回転を提供することは困難である。上で述べたように、
１つのピクセルの輝度はミラーによって表示レンズ開口
へ反射される光量に依存する。従って、もしミラーが回
転し過ぎたり、回転不足であったりして、反射光のうち
の幾分かが開口の外側に外れてしまえば、すべてのピク
セルが同じ輝度を持たなくなり、表示品質が低下するで
あろう。もしもミラーがトーションビームの軸周りでは
なく、トーションビームの軸に沿って捩れるようであれ
ば、同じ問題が発生する。更に、１つのアレイと次のア
レイとで回転に顕著な変動があれば、各システムの光学
的位置合わせは複雑化する。従って、各々のアレイ中の
各ミラーは、デバイスの寿命がある限り、ミラーが回転
する度に正確に同じ量だけ回転しなければならない。

【００４７】薄いトーションビームキャップ延長部９３
４は容易に作製できるが、一貫したミラー偏向を与える
薄いトーションビームキャップ延長部９３４を作製する
ことは非常に困難である。トーションビームキャップ延
長部９３４の剛性はその厚さと長さの比の３乗によって
ほぼ決まる。トーションビームを形成する金属層は公称
６００Åの厚さであり、他方、トーションビームヨーク
およびキャップを形成する厚い金属層は公称４０００Å
の厚さである。トーションビームヒンジ３２０およびト
ーションビームキャップ延長部９３４を形成するために
使用される金属層は薄いキャップ延長部９３４の長さに
比べて非常に薄いので、製造プロセス中に典型的に発生
する程度の大きさの厚さ変動がキャップ延長部９３４の
剛性に大きな差をもたらし得る。偏向可能剛性構造がミ
ラーバイアス／リセット金属層によって停止させられな
い実施例では、キャップ延長部９３４の剛性の大きい変
動は偏向可能構造が回転する度合いに重大な変化をもた
らす。上で述べたように、ミラー回転のこの変動はマイ
クロミラーデバイスによって生成される像を著しく劣化
させる。

【００４８】スプリングの厚さが厚くなればなるほど、
所定の厚さ変動がスプリング剛性に及ぼす影響は小さく
なる。従って、図８に示されるような厚いトーションビ
ームキャップ延長部８３４は、図９に示される薄いトー
ションビームキャップ延長部９３４よりも一貫した剛性
を、与えられた金属厚変動の範囲に亘って与える。図８
の厚いトーションビームキャップ延長部８３４の長さが
短かいと、より一貫してはいるものの、ミラー３０２が
未偏向位置へ戻るのを助けるために必要な弾性バネを提
供するにはしばしば余りに硬過ぎる。

【００４９】スプリング・リング方式ＤＭＤ３００の設
計は、ミラー３０２を未偏向位置へ戻すために必要な弾
性力を提供しながら、安定なミラー偏向を与えることが
できる。スプリング・リングは薄いトーションビーム金
属層および厚いトーションビームキャップ金属層の両方
から形成されるため、製造時の厚さ変動はそれの公称厚
さと比べて大きいものではなく、バネ剛性に対してほと
んど影響しない。更に、スプリング・リングの長さはそ
れの剛性を減らすので、それは曲ってミラーを未偏向位
置へ向かって飛び出させるために十分なエネルギーを蓄
積することができるようになる。

【００５０】スプリング・リング３２８のコンプライア
ンスが、厚いトーションビームキャップ延長部８３４に
比べて増大するのはスプリング・リング３２８の長さが
長いせいである。スプリング・リング３２８の形状はま
た、それを、細長く厚いトーションビームキャップ延長
部に適したものとする付加的な特徴を提供している。ま
ず第１に、スプリング・リング３２８はトーションビー
ムキャップ３２２の各各からの延長部をつなぐので、各
々の個別延長部のコンプライアンスの小さい差はトーシ
ョンビーム軸に垂直な軸の周りでミラー３０２を傾ける
ことはないであろう。第２に、スプリング・リング３２
８の遠い側にナブ３３０を配置することによって、スプ
リング・リング３２８とミラー３０２との間のコンタク
ト点は最小化され制御される。

【００５１】１つのナブ３３０だけが図示されている
が、犠牲スペーサ層を除去するための、現状のミラーア
ンダーカットプロセスにおける不完全さのために、２つ
の接近して配置されたナブ、あるいはノッチ付きの単一
ナブを使用することが有利となる場合もある。このアン
ダーカットプロセスはマイクロミラー要素の対角方向の
中心線に沿ってスペーサ材料の非常に細かい不規則なリ
ッジを残す傾向がある。このリッジは、トーションヒン
ジ、ヒンジキャップ、ヒンジヨークの上面および下面、
そしてミラーの底面に残る。

【００５２】リッジはほんの約０．１２μｍ厚である
が、このように小さい厚さであっても偏向されるミラー
の回転を１．０°も減少させるのに十分である。リッジ
はいくつかのミラーの回転を減少させるため、回転不足
のミラーによって反射される光のコーンは投射光学系の
開口内に完全に入りきらず、その回転不足のミラーに対
応するピクセルの輝度を減らす。０．５°という小さい
回転不足でも検知できるし、１．０°であれば投射像の
“まだら”として明瞭に目で見ることができる。残存す
るスペーサ材料のリッジによって引き起こされる像の劣
化を防止するために、ナブ３３０にはリッジとのコンタ
クトを避けるためにノッチを付けたり、あるいは２つの
ナブを使用して、リッジの各側に１つづつ設けるように
する。

【００５３】図１１はスプリング方式の戻り構造を有す
るマイクロメカニカルデバイスの更に別の実施例を示し
ている。図１１でリング構造３３２の各々の側には２つ
の薄い部分３３４が含まれており、それらは厚いナブ３
３０の各側に設けられている。図３および図４のリング
構造３２８全体はミラー３０２の下側とコンタクトする
ことによって変形するように設計されているが、図１１
ではスプリング・リング３３２の薄い部分３３４のみ
が、ナブ３３０の偏向を許容するように捩れて変形する
ようになっている。

【００５４】これまで議論してきたデバイスはすべて、
トーションビームサポートスペーサビア１１６へ取り付
けられて、ミラー３０２の下側に延びるスプリングを含
んでいた。これらの実施例はスプリングおよびサポート
構造をミラー３０２の下側に保っているので、それらは
像品質を劣化させる反射を引き起こすことはないはず
で、従って像形成のためにマイクロメカニカルデバイス
を使用する応用に適しているが、その他の応用ではスプ
リングおよびサポート構造を入射光から隠したままにす
る必要はない。そのようなその他の応用に対しては、ス
プリングを偏向可能部材の上に作製することが可能で、
そうすれば偏向可能部材はスプリングの下側とコンタク
トすることになる。スプリングサポート構造はまた、ス
プリングが内側へ偏向可能要素へ向かって延びるよう
に、マイクロミラー３０２の周辺外部に作製してもよ
い。更にいくつかのマイクロメカニカル要素は、トーシ
ョンヒンジの捩りによって生成される上下の動きより
も、基板に対してサイドからサイド（ｓｉｄｅ−ｔｏ−
ｓｉｄｅ）へ移動する偏向可能部材を含んでいてもよ
い。スプリングは典型的には、偏向可能要素の運動を捕
捉できる場所へスプリングを配置するためにサイドから
サイドへ運動する偏向可能部材の側辺に作製される。

【００５５】現在のＤＭＤ設計に影響する１つの問題は
トーションビームヒンジのメモリ作用、あるいはヒンジ
のクリープ（ｃｒｅｅｐ）現象である。トーションビー
ムヒンジのメモリ作用は、トーションビームを形成する
金属が、所定方向へミラーを繰り返して回転した後で永
久的に捩れてしまう時に発生する。この捩れはしばしば
結晶間滑り面（ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓ
ｌｉｐ ｐｌａｎｅｓ）に沿った運動によって引き起こ
され、ミラーを回転の１つの方向へ向かってずらしてし
まう。与えられた偏向に対して、ヒンジのメモリ作用
は、コンプライアンスが高いスプリング構造では問題が
より少ない。

【００５６】アドレス電極と偏向可能部材との間の静電
引力がトーションビームヒンジのメモリ作用で生ずるず
れを克服するには不十分であれば、アドレス電極へ与え
られたデータに関係なく、ミラーバイアス電圧が印加さ
れる時にはミラーは常にトーションビームヒンジのメモ
リ作用の方向へ回転することになる。トーションビーム
ヒンジのメモリ作用が、アドレス電極がトーションビー
ムヒンジのメモリ作用を克服できないようなレベルにま
で上昇することは希であるが、トーションビームヒンジ
のメモリ作用はアドレスのマージンを減らし間欠的なエ
ラーの原因となる。間欠的なミラー回転エラーは像の暗
いほうの領域にちらつき現象として最も頻繁に観測され
るものである。

【００５７】スプリング方式のデザインは高コンプライ
アンスのヒンジを使用することを可能とする。その場合
にはヒンジのクリープ現象が発生する可能性は低い。ス
プリング・リング３２８はミラー３０２を未偏向の中立
領域へ、あるいは動的リセットの場合には中立領域を通
り越して強制的に戻すように作用するばかりでなく、ト
ーションビーム３２０が偏向可能剛性部材の静電的な回
転に抵抗したり、最終的には停止させたりすることの助
けもする。トーションビーム３２０はもはや、抵抗性お
よび復帰性のトルクのすべてを提供するものではないの
で、スプリング・リング３２８を含めることによって十
分な抵抗性および復帰性のトルクを保持しながら、トー
ションビーム３２０のコンプライアンスを増大させても
構わない。

【００５８】トーションビームのコンプライアンスはト
ーションビームヒンジの長さ、幅、および厚さと、トー
ションビームを形成する材料とによって決まる。これら
のパラメータのすべては製造プロセスの能力、あるいは
マイクロミラー要素の寸法に関する物理的制約によって
制限される。多分、トーションビームのコンプライアン
スを増大させる最良の方法はトーションビームの厚さを
減らすことである。トーションビームの厚さを６３５Å
から６００Åへ減らすことで、ヒンジのコンプライアン
スが増大する。トーションビームの厚さを更に減らせ
ば、更にコンプライアンスが減少するが、トーションビ
ームの厚さを６００Å以下の厚さでは制御することは困
難である。

【００５９】スプリング・リングデザイン３００はま
た、マイクロミラーアレイの機械的信頼性を改善する。
マイクロミラー超構造の潜在的高負荷点はミラーサポー
トスペーサビア３２６とトーションビームヨーク３１４
との間の接続である。ミラーサポートスペーサビア３２
６とトーションビームヨーク３１４との間の接続は、垂
直なスペーサビア側壁がスペーサビアの水平ベースを横
切るミラーサポートスペーサビア３２６中の乏しい金属
分布領域によって弱められる。この境界を横切る金属分
布はステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇ
ｅ：つきまわり）と呼ばれる。ステップカバレッジ問題
はスペーサ層中の孔に金属を堆積することが本質的に困
難であるということによるもので、それ以上については
１９９７年１２月３０日発行の”マイクロメカニカルデ
バイス用のサポート柱構造（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｐｏｓｔ
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｍｅ
ｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ）”と題する米国特
許第５，７０３，７２８号に述べられている。

【００６０】ミラーサポートスペーサビア３２６とトー
ションビームヨーク３１４との間の接続を強化しなくて
も、スプリング・リング３２８によって与えられる”軟
着陸”（ｓｏｆｔ ｌａｎｄｉｎｇ）が、ミラー３０２
とミラーサポートスペーサビア３２６との間の接続に対
する応力を低減化することによってデバイス信頼性を向
上させる。この応力低減にはいくつかの因子が寄与す
る。まず第１に、スプリング・リングは、トーションビ
ームヨーク１１４またはミラー１０２がミラーバイアス
／リセット金属と衝突する時に従来発生していた急激な
停止とは逆に、ミラー３０２をよりゆっくりと停止させ
る。

【００６１】第２に、スプリング・リング３２８は、ミ
ラー３０２とコンタクトして停止させることによって、
ミラーサポート３２６上のミラーの慣性がトーションビ
ームヨーク３１４接続に与える破壊的な効果を解消す
る。ミラー３０２は、それの比較的大きい質量のため
に、偏向可能剛性部材の慣性の約６０％の原因になって
いる。トーションビームヨーク１１４をミラーバイアス
／リセット金属層１１２上へランディングさせる従来技
術のデバイスでは、この大きい慣性力は、ミラーサポー
トスペーサビア１２６の長さをレバー長として使用する
ので、ミラーサポートスペーサビア１２６とトーション
ビームヨーク１１４との間の接合部に対して大きいトー
ション力を生成する。ミラー３０２をスプリング・リン
グ上へ直接ランディングさせることによって、この慣性
力は解消されて、その代わりにアドレス電極３１０とト
ーションビームヨーク３１４との間の静電引力によって
生成されるもっとずっと小さいトルクによって置き換え
られる。

【００６２】ミラー慣性によって引き起こされる応力の
解消と軟着陸特性とによって、ミラーサポートスペーサ
ビア３２６に対する応力が低減される。この結果、ずっ
と小さい径のスペーサビア、例えば図３および図４に示
されるスペーサビア３２６のようなものが可能となる。
スペーサビアは、さもなければ有効ミラー領域（ａｃｔ
ｉｖｅ ｍｉｒｒｏｒ ａｒｅａ）として利用できる空
間を占有してしまう。スペーサビアの上部は開いている
ので、スペーサビア領域に入射する光を像プレーンへ選
択的に反射させることはできない。従って、スペーサビ
アが小さければそれだけ有効ミラー領域は増大し、マイ
クロミラーデバイスの光学的効率は高くなる。

【００６３】像の輝度を改善することに加えて、小さい
スペーサビアはまた投射像のコントラスト比を増大させ
る。スペーサビア領域に入射する光は、ミラーの傾斜角
度に関係なく散乱される。散乱光の幾分かは投射像に到
達する。像へ到達する散乱光は像に亘ってランダムに広
がるので、光は像の暗い領域を明るくして、像を色あせ
させて（ｗａｓｈ ｏｕｔ）コントラスト比を低下させ
る傾向がある。

【００６４】ミラー３０２とミラーサポートスペーサビ
ア３２６との間の境界によって散乱される光は、もしそ
れが真っ直ぐなエッジによって散乱されるならば、特に
もしその真っ直ぐなエッジがトーションビームヒンジ３
２０の軸に平行であれば、投射レンズの開口へ、従って
投射像へより到達し易くなる。散乱光の効果を減らすた
めに、そしてミラーサポートを強化するために、従来技
術のマイクロミラーはトーションビームに平行な側の辺
がヒンジに垂直な側の辺よりも短い長方形の断面を有す
るミラーサポートを使用していた。図１および図２に示
されるように、ミラーサポートスペーサビアの幅はトー
ションビーム１２０に垂直な方向で約４μｍであり、ま
たトーションビーム１２０に平行な方向で３μｍであ
る。

【００６５】ミラーサポートスペーサビア３２６の周辺
を短縮することにより、ミラー３０２とミラーサポート
スペーサビア３２６との間の境界の長さが短縮されて、
境界によって散乱される光量も低減される。もしスペー
サビア３２６が十分小型に作製されれば、中にミラーサ
ポートスペーサビア３２６が形成される感光性スペーサ
材料の応答と、フォトリソグラフィプロセスによって引
き起こされる回折とがミラーサポートスペーサビア３２
６の四角いコーナーを丸くして、投射システムの開口内
へ光を反射させる傾向が大きい、真っ直ぐなエッジを、
解消もしくは大幅に減らすことになろう。差し渡し２．
６μｍのスペーサビアは、必要な強度を証明するのに十
分大きく、しかもフォトリソグラフィプロセスによって
丸くなったコーナーをもたらすのに十分なだけ小さい。

【００６６】いくつかのその他の特徴は、Ｍ３金属層上
にランディングしないミラー３０２の副産物である。そ
のような特徴の１つは、ミラー３０２の下側の構造上に
反射防止用の被覆を使用する能力である。ミラー間の間
隙を通過する光は基板１０４の表面上のＭ３金属層およ
びミラーサポート構造によって散乱される。この光の幾
分かはミラー間の空隙を通って戻り、投射レンズシステ
ムの開口中へ入って、マイクロミラーアレイによって生
成される像のコントラスト比を引き下げる。コントラス
ト比を改善する１つの方法は、ミラー下の表面に対して
反射防止被覆を設けることである。図１２に示される反
射防止被覆１００２は、被覆された表面からの反射を減
らして、投射像を劣化させる迷光を減少させる。

【００６７】残念ながら、アドレス電極３１０およびミ
ラーバイアス／リセット金属３１２に適用が容易で、し
かもミラーバイアス／リセット金属３１２とミラー３０
２またはヨーク３１４との間に動的リセットが生み出す
摩擦に対して十分に抵抗力を持つような反射防止被覆１
００２は知られていない。しかし、スプリング方式のマ
イクロミラーデザインはミラー３０２とＭ３層との間の
コンタクトを解消しながら、反射防止被覆１００２の使
用を許容する。

【００６８】ミラー３０２とミラーバイアス／リセット
金属層３１２との間のコンタクトの解消はまた、デバイ
スの電気的信頼性および機械的破片に対する抵抗性の両
方に進歩をもたらす。スプリング・リング３２８がミラ
ー３０２の回転を停止させる時は、ミラーバイアス／リ
セット金属１１２上に別個のランディングサイトが不要
となる。以前にはトーションビームヨーク１１４または
ミラー１０２とコンタクトすることによってミラーの回
転を停止させていたこのランディングサイトを解消する
ことは、Ｍ３金属層上に利用可能な付加的空間を作り出
す。

【００６９】この付加的空間は、特にヒンジ軸から最も
遠く離れた層部分において、より大きいアドレス電極用
として使用される。この付加的空間はまた、アドレス電
極とミラーバイアス／リセット金属との間により大きい
間隙を提供するために使用される。より大きい間隙は粒
子によって引き起こされる短絡に対するデバイスの耐性
を増大させ、製造欠陥に対する余裕度を増大させて、デ
バイスの製造収率を高める。更に、付加的空間の幾分か
は、特に分割リセットアドレッシング法を採用する時
は、ミラーバイアス／リセット信号の引き回しを簡易化
するために使用される。

【００７０】より大きいアドレス電極３１０は、偏向可
能剛性部材とアドレス電極とによって形成される空気コ
ンデンサの容量を増大させる。アドレス電極３１０をト
ーションビーム３２０の軸から遠くへ延長することによ
って、アドレス電極３１０と偏向可能剛性部材との間の
静電引力によって生ずるトルクが増大する。この増大し
た容量と増大したトルクとが共同してデバイス動作の信
頼性を増大させ、またデバイスを動作させるために必要
な電圧差を下げる。

【００７１】より一貫したデバイス動作を提供すること
に加えて、より大きいアドレス電極３１０によって提供
される進歩した静電的マージンは、以前には上側アドレ
ス電極１２４とミラー１０２との間に静電引力を発生さ
せるために必要であった、図１および図２に示される上
側アドレス電極１２４を不要とする。上側アドレス電極
１２４が不要であれば、ミラー１０２と上側アドレス電
極１２４との間のコンタクトを防止するために高いミラ
ーサポートスペーサビア１２６を必要とした従来の設計
のようにミラーサポートスペーサビア３２６を高くする
必要がなくなる。上側アドレス電極１２４が不要になる
ことによって大きなトーションビームヨーク３１４が許
容され、それはデバイスによって発生する静電的トルク
を増大させる。

【００７２】より短いミラーサポートスペーサビア３２
６はいくつかのメリットを与える。第１に、ミラー３０
２とアドレス電極３１０との間の間隙が短縮されること
で、ミラー３０２とアドレス電極３１０との間の与えら
れた電圧差によって生ずる静電力が増大し、デバイスの
静電特性が更に向上する。第２に、ミラーサポートスペ
ーサビア３２６は付加的なモーメントアームであり、そ
れを通してミラーの慣性が作用するため、ミラーサポー
トスペーサビア３２６の高さを低くすることは、ミラー
サポートスペーサビア３２６とトーションビームヨーク
との間の接合に加わる応力を減らすことになる。

【００７３】更に、短いミラーサポートスペーサビア３
２６はミラー３０２間を通過できる光量を減らすことに
よって、生成される像のコントラスト比も改善する。短
いミラーサポートスペーサビア３２６は、ミラーが回転
する時のミラー３０２間の間隙を狭くし間隙を通過する
光量を減少させる。ミラー３０２間の間隙を通過する光
は、下層構造およびミラーバイアス／リセット金属によ
って反射される。下層構造によって反射される光の幾分
かはミラー間隙を通って戻り像プレーンに到達して、そ
こにおいて投射された像を洗い流し、表示コントラスト
比を低下させる。

【００７４】トーションビームヨーク３１４はもはやミ
ラーバイアス／リセット金属層３１２とコンタクトしな
いから、トーションビームサポートスペーサビア１１６
の高さはもはやミラー３０２の最終的な傾斜角度を制御
しない。トーションビームサポートスペーサビア１１６
の高さは傾斜角度に影響しないので、またランディング
サイトおよび上側アドレス電極の解消はデバイスの静電
的性能を大幅に改善するので、トーションビームサポー
トスペーサビア１１６の高さは比較的大きい範囲で変化
させることが許される。

【００７５】トーションビームサポートスペーサビア１
１６の高さは、静電的性能と破片に対する耐性との間の
トレードオフである。トーションビームサポートスペー
サビア１１６が短ければ、トーションビームヨーク３１
４とアドレス電極３１０との間の間隙は短くなり、それ
によってそれらの間の静電引力は増大する。しかし、ト
ーションビームヨーク３１４とアドレス電極３１０との
間の間隙が短くなればそれだけ、デバイスはデバイスパ
ッケージ内部の破片によって引き起こされる故障に対し
て敏感となる。トーションビームヨーク３１４とアドレ
ス電極３１０との間の破片はミラー３０２の回転を機械
的に制限するばかりでなく、トーションビームヨーク３
１４をアドレス電極３１０へ短絡させ得る。

【００７６】トーションビームサポートスペーサビア１
１６およびミラーサポートスペーサビア３２６の高さ
は、サポートスペーサビアを形成するために用いられる
スペーサ層の厚さによって決まる。従来技術のデバイス
では、トーションビームサポートスペーサビア１１６を
形成するのに１．１８μｍのスペーサを使用し、ミラー
サポートスペーサビア１２６を形成するのに２．１５μ
ｍのスペーサを使用していた。これらのスペーサ層は、
０．３２μｍ厚のトーションビームヨーク１１４と組み
合わされて、３．６５μｍのミラー高をもたらす。ここ
に教示するスプリング復帰構造を使用する一実施例は、
トーションビームサポートスペーサビア１１６およびミ
ラーサポートスペーサビア３２６の両方を形成するのに
１．４６μｍのスペーサ層を用いている。０．３６μｍ
厚のトーションビームヨーク３１４と組み合わされて、
この実施例は３．２８μｍのミラー高となる。トーショ
ンビームヨーク３１４とアドレス電極３１０との間のよ
り大きい間隙にも拘らず、ここに教示するデバイスは進
歩した静電特性、破片に対する大きい耐性を有してお
り、更に、より低いミラー高と、ミラーバイアス／リセ
ット金属層３１２に対して取り付けられた付加的な反射
防止被覆とのために、増大したコントラスト比で以て像
を生成することができる。

【００７７】この進歩したデバイスを作製するために、
付加的なプロセス工程は要しない。一製造方法に従え
ば、ランディングスプリング、すなわちヨーク延長部８
３２、トーションビームキャップ延長部８３４または９
３４、スプリング・リング３２８、あるいは捩りリング
３３２は、トーションビームヨーク３１４およびトーシ
ョンビームキャップ３２２と一緒に作製される。ランデ
ィングスプリングを作製するために必要とされること
は、トーションビームエッチストップフォトリソグラフ
ィマスクか、あるいはトーションビームキャップおよび
ヨークのフォトリソグラフィマスクか、あるいはその両
方に対して変更を加えることだけである。

【００７８】図１３は、図３のスプリング・リング方式
のマイクロミラーアレイの、トーションビームサポート
スペーサビア１１６、トーションビーム３２０、トーシ
ョンビームヨーク３１４、およびスプリング・リング３
２８を作製するために用いられるスペーサ層、金属層、
および酸化物層の断面図である。図１３に示されるよう
に、ポジ型フォトレジストの典型的には０．８μｍ厚の
層であるスペーサ層１１０２が集積回路基板１１０４上
に堆積され、孔またはビアを形成するようにパターニン
グされて、その中にトーションビームサポートスペーサ
ビア１１６が形成される。このスペーサ層１１０２の堆
積の前に、必要とされる任意の電子回路、金属の回路相
互接続、アドレス電極、およびミラーバイアス／リセッ
ト金属層が基板上へ形成される。

【００７９】トーションビーム３２０を形成する薄い金
属層１１０６がスペーサ層１１０２を覆って、またビア
中へスパッタされる。薄い金属層１１０６を覆って酸化
物層１１０８が堆積され、トーションビームを形成する
はずの薄い金属層１１０６の領域を覆ってエッチストッ
プを形成するようにパターニングされる。図９に示され
る薄いトーションビームキャップ延長部９３４や図１１
に示される捩りリング３３２の薄い部分３３４のような
薄いスプリング構造を形成する領域を覆って付加的なエ
ッチストップが形成される。

【００８０】次に、薄い金属層１１０６およびエッチス
トップを覆って厚い金属層１１１０がスパッタされる。
厚い金属層１１１０を覆って第２の酸化物層１１１２が
堆積され、トーションビームサポートスペーサビア１１
６、トーションビームサポートキャップ３３２、および
トーションビームヨーク３１４を形成する厚い金属層１
１１０の領域を覆ってエッチストップを形成するように
パターニングされる。図３に示されるスプリング・リン
グ３２８およびナブ３３０、図８に示される厚いトーシ
ョンビームキャップ延長部８３４や、図１１に示される
捩りリングのナブ３３０および厚い部分のような厚いス
プリング構造を形成する領域を覆って付加的なエッチス
トップが形成される。

【００８１】図１４は部分的に完成した図４のスプリン
グ・リング方式のマイクロミラーデバイスの平面図であ
って、トーションビームエッチストップ１２０２、トー
ションビームヨークエッチストップ１２０４、およびト
ーションビームスペーサビアキャップとスプリング・リ
ングの両方を形成するために使用されているエッチスト
ップ１２０６の場所を示している。図１４に示されるよ
うに、トーションビームヨーク、スペーサビアキャッ
プ、およびスプリング・リングを形成するために用いら
れるエッチストップは、厚い金属層１２０８と薄い金属
層の両方を覆っており、他方、トーションビームを形成
するエッチストップ１２０２は２つの金属層の間にあっ
て、破線で示されている。

【００８２】図１５は部分的に完成した図８のマイクロ
ミラーデバイスの平面図であって、トーションビームエ
ッチストップ１２０２、トーションビームヨークエッチ
ストップ１２０４、およびトーションビームスペーサビ
アキャップおよび厚いスプリングキャップ延長部の両方
を形成するために用いられるエッチストップ１３０６の
場所を示している。図１５に示されるように、トーショ
ンビームヨーク、スペーサビアキャップ、およびスプリ
ングキャップ延長部を形成するために用いられるエッチ
ストップは、厚い金属層１２０８と薄い金属層の両方を
覆っており、他方、トーションビームを形成するエッチ
ストップ１２０２は２つの金属層の間にあって、破線で
示されている。

【００８３】図１６は部分的に完成した図９の薄いトー
ションビームキャップ延長スプリング方式のマイクロミ
ラーデバイスの平面図であって、トーションビームエッ
チストップ１２０２、トーションビームヨークエッチス
トップ１２０４、トーションビームスペーサビアキャッ
プエッチストップ１４０６、およびスプリングキャップ
延長部エッチストップ１４１２の場所を示している。図
１６に示されるように、トーションビームヨークおよび
スペーサビアキャップを形成するために用いられるエッ
チストップは厚い金属層１２０８と薄い金属層の両方の
上にあって、他方、トーションビーム１２０２およびス
プリングキャップ延長部１４１２を形成するエッチスト
ップは２つの金属層の間にあって、破線で示されてい
る。

【００８４】図１７は部分的に完成した図１０のマイク
ロミラーデバイスの平面図であって、トーションビーム
エッチストップ１２０２、トーションビームヨークエッ
チストップ１２０４、トーションビームスペーサビアキ
ャップおよびスプリングキャップ延長部を形成するため
に用いられるエッチストップ１２２２、およびスプリン
グキャップ延長部の厚い先端を形成するために用いられ
るエッチストップ１２１０の場所を示している。エッチ
ストップ１２１２はスプリング延長部の薄い部分の形状
を決定する。図１７に示されるように、トーションビー
ムヨーク、スペーサビアキャップ、およびスプリングキ
ャップ延長部を形成するために用いられるエッチストッ
プは、厚い金属層１２０８および薄い金属層を覆ってお
り、他方、トーションビームおよびスプリング延長部の
薄い部分を形成するエッチストップ１２０２は２つの金
属層の間にあって、破線で示されている。

【００８５】図１８は部分的に完成した図１１のスプリ
ング・リング方式のマイクロミラーデバイスの平面図で
あって、トーションビームエッチストップ１２０２、ト
ーションビームヨークエッチストップ１２０４、トーシ
ョンビームスペーサビアキャップおよび捩れリングの厚
い部分を形成するために用いられるエッチストップ１２
１４、および捩れリングのナブを形成するために用いら
れるエッチストップ１２１６の場所を示している。図１
８に示されるように、トーションビームヨーク、スペー
サビアキャップ、捩りリングの厚い部分、および捩りリ
ングナブを形成するために用いられるエッチストップ
は、厚い金属層１２０８と薄い金属層の両方を覆ってお
り、他方で、トーションビームおよび捩りリングの薄い
部分を形成するエッチストップ１２０２、１２１８は２
つの金属層の間にあって、破線で示されている。

【００８６】図１９は、金属層がパターニングされて、
酸化物エッチストップおよびスペーサ層が除去された後
の、図１３に示される金属層の断面図である。金属層を
形成し酸化物エッチストップをパターニングした後で、
エッチストップによって覆われていない厚い金属層およ
び薄い金属層のすべての領域を除去するために単一のエ
ッチ工程が用いられる。金属層がエッチされた後で、酸
化物エッチストップが除去される。ミラーサポートスペ
ーサビアが除去されて、その上にミラーが形成されるま
ではスペーサ層は除去されない。一旦、スペーサ層が除
去されると、偏向可能剛性部材はトーションビームによ
って形成される軸周りに自由に回転できる。

【００８７】図２０は図４のスプリング・リング構造を
有する単一ＤＭＤ要素の展開鳥瞰図である。図２０のデ
バイスはミラーバイアス／リセット金属層３１２をトー
ションビームサポートパッド３３８で以て置換してお
り、更に代替えのミラーアドレッシング方式を許容する
ようにアドレス電極３１０間に相互接続３３６を加えて
いる。典型的なＤＭＤアドレッシング方式では、独自の
アドレス電圧およびそれの相補電圧を、所望の回転方向
に依存してアドレス電極３１０の各対に対して、また共
通のバイアス電圧をすべてのミラーに対して供給するよ
うになっている。図２０のミラーバイアス／リセット金
属によって許容されるミラーアドレッシング方式では、
各ミラーが独自のアドレス電圧を受信することが許容さ
れ、他方で、トーションビーム軸の各々の側にあるアド
レス電極３１０に対して２つのデバイス幅のバイアス信
号が供給されるようになっている。

【００８８】図２０のアドレス電極３１０の形状および
位置は、図４のアドレス電極３１０の形状および位置と
同じである。同じアドレス電極３１０を保持することに
よって、どのようなアドレッシング方式が採用されるか
に拘らず、マイクロミラーデバイスの動作が同じになる
ことが保証される。相互接続３３６は、トーションビー
ム軸の与えられた側のアドレス電極のすべてを、その要
素行にある同様に配置された他のアドレス電極３１０の
各々と接続する。要素行間の接続はアレイの能動部分の
外側に設けられる。

【００８９】図２１は本発明に従う進歩したマイクロミ
ラー１６０２を用いた像投射システム１６００の模式図
である。図２１で、光源１６０４からの光はレンズ１６
０６によって進歩したマイクロミラー１６０２上に集束
される。単一のレンズとして示してあるが、レンズ１６
０６は典型的には一群のレンズおよびミラーであって、
それらは一緒になって光源１６０４からの光をマイクロ
ミラーデバイス１６０２の表面上へ集束させる。コント
ローラ１６１４からの制御信号および像データは、いく
つかのミラーをオン位置へ回転させ、また他のものをオ
フ位置へ回転させる。オフ位置へ回転したマイクロミラ
ーデバイス上のミラーは光を光トラップ１６０８へ反射
させ、他方、オン位置へ回転したミラーは光を投射レン
ズ１６１０へ向かって反射する。投射レンズは簡単のた
めに単一のレンズとして示されている。投射レンズ１６
１０は、マイクロミラーデバイス１６０２によって変調
された光を像プレーンまたはスクリーン１６１２上へ集
束させる。

【００９０】このように、ここまで、スプリング戻り構
造を有するマイクロメカニカルデバイス、およびスプリ
ング戻り構造を有するマイクロメカニカルデバイスを作
製する方法、およびスプリング戻り構造を有するマイク
ロミラーデバイスを使用するディスプレイシステムに関
する特定実施例について開示してきたが、そのような特
別な引用が本発明の特許請求の範囲に定義された本発明
の概念の範囲に対する制限となることは意図していな
い。更に、本発明についてそれの特定の実施例に関して
説明してきたが、当業者には更なる修正が明らかである
ことを理解されよう。また、そのような修正はすべて、
本発明の特許請求の範囲に包含されると解釈されるべき
である。

【００９１】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）進歩したマイクロメカニカルデバイスであって、
基板、前記基板を覆って支えられた偏向可能剛性部材、
および前記偏向可能剛性部材から離されて、前記基板の
上方に支えられた少なくとも１つのスプリングであっ
て、前記偏向可能剛性部材の偏向が前記偏向可能剛性部
材と前記スプリングとの間にコンタクトを形成する時
に、前記偏向可能剛性部材の偏向に抵抗するように動作
するスプリング、を含む進歩したマイクロメカニカルデ
バイス。

【００９２】（２）第１項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記スプリングが前記基板と
前記偏向可能剛性部材との間のコンタクトを防止するよ
うに動作する進歩したマイクロメカニカルデバイス。

【００９３】（３）第１項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記偏向可能剛性部材が前記
スプリングによる抵抗に打ち勝って、前記基板にコンタ
クトするように動作する進歩したマイクロメカニカルデ
バイス。

【００９４】（４）第１項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記スプリングが前記基板の
上方に支えられたリーフスプリングを含んでいる進歩し
たマイクロメカニカルデバイス。

【００９５】（５）第１項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記スプリングが、前記基板
の上方に、前記基板上の２つのサポート間に支えられて
いる弾性的なストリップを含んでいる進歩したマイクロ
メカニカルデバイス。

【００９６】（６）第５項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記弾性的なストリップが前
記偏向可能部材とのコンタクトによって、偏向するよう
に動作する進歩したマイクロメカニカルデバイス。

【００９７】（７）第５項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記弾性的ストリップが前記
偏向可能部材とのコンタクトによって捩るように動作す
る進歩したマイクロメカニカルデバイス

【００９８】（８）第１項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記偏向可能剛性部材がミラ
ーを含んでいる進歩したマイクロメカニカルデバイス。

【００９９】（９）第１項記載の進歩したマイクロメカ
ニカルデバイスであって、前記偏向可能剛性部材が少な
くとも１つのトーションビームによって前記基板の上方
に支えられており、また前記トーションビームによって
形成された軸の周りで、２つの方向のいずれかの方向へ
回転するようになった進歩したマイクロメカニカルデバ
イス。

【０１００】（１０）第９項記載の進歩したマイクロメ
カニカルデバイスであって、前記少なくとも１つのスプ
リングが前記軸の各々の側にある少なくとも１つのスプ
リング、を含んでいる進歩したマイクロメカニカルデバ
イス。

【０１０１】（１１）第９項記載の進歩したマイクロメ
カニカルデバイスであって、前記スプリングが少なくと
も２つのサポート構造によって支えられたリング状のス
プリングを含んでいる進歩したマイクロメカニカルデバ
イス。

【０１０２】（１２）第１１項記載の進歩したマイクロ
メカニカルデバイスであって、前記リング状のスプリン
グが更に、前記リング状のスプリングから広がる少なく
とも１つのナブを含んでいる進歩したマイクロメカニカ
ルデバイス。

【０１０３】（１３）第１１項記載の進歩したマイクロ
メカニカルデバイスであって、前記リング状のスプリン
グが更に、少なくとも１つの薄い部分を含み、前記薄い
部分が前記リング状のスプリングと前記偏向可能部材と
のコンタクトによって捩るように動作する進歩したマイ
クロメカニカルデバイス。

【０１０４】（１４）第１項記載の進歩したマイクロメ
カニカルデバイスであって、前記偏向可能剛性部材が、
トーションビームヨーク、ミラーサポートスペーサビ
ア、およびミラーを含んでいる進歩したマイクロメカニ
カルデバイス。

【０１０５】（１５）第１４項記載の進歩したマイクロ
メカニカルデバイスであって、ここにおいて、前記基板
と前記トーションビームヨークとの間のコンタクトが前
記偏向可能剛性部材の偏向を制限する進歩したマイクロ
メカニカルデバイス。

【０１０６】（１６）第１４項記載の進歩したマイクロ
メカニカルデバイスであって、ここにおいて、前記基板
と前記ミラーとの間のコンタクトが前記偏向可能剛性部
材の偏向を制限する進歩したマイクロメカニカルデバイ
ス。

【０１０７】（１７）進歩したマイクロメカニカルデバ
イスを作製する方法であって、基板上に少なくとも１つ
のサポート構造を作製する工程、前記基板から離され
て、前記少なくとも１つのサポート構造のうちの少なく
とも１つによって支えられた少なくとも１つのスプリン
グを作製する工程、および前記基板および前記スプリン
グから離されて、前記少なくとも１つのサポート構造の
うちの少なくとも１つによって支えられて、前記スプリ
ングとコンタクトするように移動できて、それ以上の移
動が前記スプリングの抵抗によって妨げられるようにな
った偏向可能部材を作製する工程、を含む方法。

【０１０８】（１８）第１７項記載の方法であって、こ
こにおいて、前記少なくとも１つのスプリングが前記偏
向可能部材と前記基板との間に作製される方法。

【０１０９】（１９）第１７項記載の方法であって、こ
こにおいて、前記偏向可能部材および前記少なくとも１
つのスプリングが少なくとも１つの共通サポート構造上
に作製される方法。

【０１１０】（２０）第１７項記載の方法であって、少
なくとも１つのスプリングを作製する前記工程が、前記
少なくとも１つのサポート構造のうちの少なくとも１つ
から延びる金属ストリップを作製する工程を含んでいる
方法。

【０１１１】（２１）第１７項記載の方法であって、少
なくとも１つのスプリングを作製する前記工程が、前記
少なくとも１つのサポート構造のうちの少なくとも２つ
の間に支えられた金属ストリップを作製する工程を含ん
でいる方法。

【０１１２】（２２）第１７項記載の方法であって、少
なくとも１つのスプリングを作製する前記工程が、前記
少なくとも１つのサポート構造のうちの少なくとも２つ
の間に支えられた金属ストリップを作製する工程を含
み、前記作製された金属ストリップが前記金属ストリッ
プと前記偏向可能部材との間のコンタクトによって捩る
ように動作する薄い部分を有している方法。

【０１１３】（２３）進歩したマイクロメカニカルデバ
イスは、基板（１０４）、基板の上方に支えられた偏向
可能剛性部材（３０２，３１４，３２６）、および偏向
可能剛性部材から離されて基板の上方に支えられた少な
くとも１つのスプリング（３２８）を含む。スプリング
は偏向可能剛性部材がスプリングとコンタクトするよう
に偏向する時に、偏向可能剛性部材の偏向に抵抗する。
進歩したマイクロメカニカルデバイスは、基板上に少な
くとも１つのサポート構造（１１６）を作製する工程、
基板から離されて、少なくとも１つのサポート構造によ
って支えられた少なくとも１つのスプリングを作製する
工程、および基板およびスプリングの両方から離され
て、少なくとも１つのサポート構造によって支えられた
偏向可能部材を作製する工程によって構築される。進歩
したマイクロメカニカルデバイスは、投射ディスプレイ
システムにおいて有用であり、そこにおいてはマイクロ
ミラーデバイスは、マイクロミラーデバイスへ電気的に
つながれたコントローラによって指示されて入射光を選
択的に反射させて、選択的に反射された光が像プレーン
上へ集束するようになっている。マイクロミラーデバイ
スはマイクロミラー要素のアレイを含んでおり、マイク
ロミラー要素の各々は、基板、基板によって支えられる
スプリング、および基板によって支えられ、スプリング
から離された偏向可能剛性部材を含んでいる。偏向可能
剛性部材はスプリングの方向へ偏向するミラーを含み、
ミラーは偏向可能剛性部材の偏向に抵抗する。

【関連出願へのクロスリファレンス】下記の特許および
／または共通に譲渡された特許出願をここに言及によっ
て組み入れる。 特許番号 出願日付 発行日付 タイトル 5,061,049 1990年 9月13日 1991年10月29日 空間光変調器およびその方法 5,583,688 1993年12月21日 1996年12月10日 マルチレベルデジタルマイク ロミラーデバイス 08/768,007 1996年12月13日 スプリングチップを備えたマ イクロメカニカルデバイス

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のマイクロミラーアレイの一部分の鳥
瞰図。

【図２】図１のマイクロミラーアレイから取り出した単
一マイクロミラー要素の展開鳥瞰図。

【図３】本発明の一実施例に従うスプリング方式のマイ
クロミラーアレイの一部分の鳥瞰図。

【図４】図３のマイクロミラーアレイから取り出した単
一マイクロミラー要素の展開鳥瞰図。

【図５】図４の単一マイクロミラー要素の側面図であっ
て、ミラーバイアス／リセット金属層とコンタクトする
前に、この要素の偏向可能剛性部材の回転を停止させる
スプリング・リングを示す図。

【図６】図４の単一マイクロミラー要素の側面図であっ
て、ミラーとミラーバイアス／リセット金属層との間の
コンタクトによって回転が停止される前に、スプリング
・リングを変形させる偏向可能剛性部材の回転を示す
図。

【図７】図４の単一マイクロミラー要素の側面図であっ
て、トーションビームヨークとミラーバイアス／リセッ
ト金属層との間のコンタクトによって回転が停止される
前に、スプリング・リングを変形させる偏向可能剛性部
材の回転を示す図。

【図８】トーションビームキャップ上に作製された厚い
スプリング延長部を有する単一マイクロミラー要素の展
開鳥瞰図。

【図９】トーションビームキャップ上に作製された薄い
スプリング延長部を有する単一マイクロミラー要素の展
開鳥瞰図。

【図１０】薄い中間部分と厚い先端部分とを有するスプ
リング延長部を有する単一マイクロミラー要素の展開鳥
瞰図。

【図１１】捩りリング・スプリング構造を有する単一マ
イクロミラー要素の展開鳥瞰図。

【図１２】アドレス電極およびミラーバイアス／リセッ
ト金属層上の反射防止被覆を示す断面図。

【図１３】図３のスプリング・リング方式マイクロミラ
ーアレイの、トーションビームサポートスペーサビア、
トーションビーム、トーションビームヨーク、およびス
プリング・リングを作製するために用いられるスペーサ
層、金属層、および酸化物層の断面図。

【図１４】部分的に完成したスプリング・リング方式の
図４のマイクロミラーデバイスの平面図であり、トーシ
ョンビームエッチストップ、トーションビームヨークエ
ッチストップ、およびトーションビームスペーサビアキ
ャップおよびスプリング・リングの両方を形成するため
に用いられるエッチストップの位置を示す図。

【図１５】部分的に完成した厚いトーションキャップ延
長スプリング方式の図８のマイクロミラーデバイスの平
面図であり、トーションビームエッチストップ、トーシ
ョンビームヨークエッチストップ、およびトーションビ
ームスペーサビアキャップおよび厚いスプリングキャッ
プ延長部の両方を形成するために用いられるエッチスト
ップの位置を示す図。

【図１６】部分的に完成した薄いトーションビームキャ
ップ延長スプリング方式の図９のマイクロミラーデバイ
スの平面図であり、トーションビームエッチストップ、
トーションビームヨークエッチストップ、トーションビ
ームスペーサビアキャップエッチストップ、およびスプ
リングキャップ延長部エッチストップの位置を示す図。

【図１７】部分的に完成したトーションビームキャップ
延長スプリング方式の図１０のマイクロミラーデバイス
の平面図であり、トーションビームエッチストップ、ト
ーションビームヨークエッチストップ、トーションビー
ムスペーサビアキャップエッチストップ、およびスプリ
ングキャップ延長部エッチストップの位置を示す図。

【図１８】部分的に完成した捩りリング方式の図１１の
マイクロミラーデバイスの平面図であり、トーションビ
ームエッチストップ、トーションビームヨークエッチス
トップ、トーションビームスペーサビアキャップエッチ
ストップ、および捩りリングエッチストップの位置を示
す図。

【図１９】金属層がパターニングされ、酸化物層および
スペーサ層が除去された後の、図１３に示される金属層
の断面図。

【図２０】図３のマイクロミラーアレイと類似するが、
ミラーアドレッシングを可能とするミラーバイアス／リ
セット金属層を有する単一マイクロミラー要素の展開鳥
瞰図。

【図２１】本発明の一実施例に従う進歩したマイクロミ
ラーデバイスを用いたマイクロミラー方式の投射システ
ムの模式図。

【符号の説明】

１００ ＤＭＤ １０２ ミラー １０４ 基板 １０６ 絶縁層 １１０ アドレス電極 １１２ ミラーバイアス／リセット接続 １１４ ヒンジヨーク １１６ トーションビームサポートスペーサビア １１８ アドレス電極スペーサビア １２０ トーションビームヒンジ １２２ ヒンジキャップ １２４ 上側アドレス電極 １２６ ミラーサポートスペーサビア ３００ スプリング・リング方式ＤＭＤ ３０２ ミラー ３１０ アドレス電極 ３１２ ミラーバイアス／リセット金属 ３１４ トーションビームヨーク ３２０ トーションビームヒンジ ３２２ トーションビームキャップ ３２６ ミラーサポートスペーサビア ３２８ スプリング・リング ３３０ ナブ ３３２ リング構造 ３３４ 薄い部分 ３３６ 相互接続 ３３８ トーションビームサポートパッド ６１２ ミラーバイアス／リセット金属 ７１２ ミラーバイアス／リセット金属 ８３２ ヨーク延長部 ８３４ 厚い延長部 ９２２ トーションビームキャップ ９３４ トーションビームキャップ延長部 ９３６ エッジ ９３８ 薄い中間部分 ９４０ 厚い先端部分 １００２ 反射防止被覆 １１０２ スペーサ層 １１０４ 集積回路基板 １１０６ 薄い金属層 １１０８ 酸化物層 １１１０ 厚い金属層 １１１２ 酸化物層 １２０２ トーションビームエッチストップ １２０４ トーションビームヨークエッチストップ １２０６ エッチストップ １２０８ 厚い金属層 １２１０ エッチストップ １２１２ スプリングキャップ延長部エッチストップ １２１４ エッチストップ １２１６ エッチストップ １２１８ エッチストップ １６００ 像投射システム １６０２ マイクロミラー １６０４ 光源 １６０６ レンズ １６０８ 光トラップ １６１０ 投射レンズ １６１２ スクリーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 進歩したマイクロメカニカルデバイスで
   あって、 基板、 前記基板を覆って支えられた偏向可能剛性部材、および
   前記偏向可能剛性部材から離されて、前記基板の上方に
   支えられた少なくとも１つのスプリングであって、前記
   偏向可能剛性部材の偏向が前記偏向可能剛性部材と前記
   スプリングとの間にコンタクトを形成する時に、前記偏
   向可能剛性部材の偏向に抵抗するように動作するスプリ
   ング、を含む進歩したマイクロメカニカルデバイス。
2. 【請求項２】 進歩したマイクロメカニカルデバイスを
   作製する方法であって、 基板上に少なくとも１つのサポート構造を作製する工
   程、 前記基板から離されて、前記少なくとも１つのサポート
   構造のうちの少なくとも１つによって支えられた少なく
   とも１つのスプリングを作製する工程、および前記基板
   および前記スプリングから離されて、前記少なくとも１
   つのサポート構造のうちの少なくとも１つによって支え
   られて、前記スプリングとコンタクトするように移動で
   きて、それ以上の移動が前記スプリングの抵抗によって
   妨げられるようになった偏向可能部材を作製する工程、
   を含む方法。