JP2002539472A - 微細加工ミラーの改良型光レフレクタ - Google Patents
微細加工ミラーの改良型光レフレクタInfo
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Abstract
Description
う微細加工ミラーの用途に関する。特に、本発明による改良は、ミラーのその信
頼性及び反射率(又は反射能)に関する向上に関する。 背景 従来技術においては、微細加工ミラーレフレクタは、クロムの接着層によって
ポリシリコン製のミラープレートに取り付けられた金の単一層を有するものとし
て説明されている。金は適当な選択枝である。というのは、これは、ミラーを製
造するのに用いることができる表面微細加工法との相性がよく、パターン付け(
パターン成形)が容易であり、しかも反射率が高い(〜95%)からである。し
かしながら、金の層それ自体は、95%よりも相当大きな反射率をもたらすこと
はできず、約600nmよりも短い波長では反射率が十分ではなく、もし適当な被
膜層で保護されなければ、長期間にわたる或る特定の動作環境への暴露の際に腐
食を受けやすい。
には十分にはくっつかない。金は、比較的不活性の材料であるが、ある特定の環
境、特に、微量の塩素成分を含有している環境では反応を生じる可能性を備えて
いる。塩素との反応の際、金は腐食してレフレクタとしては不適当なものになる
。かかる反応は相当強い影響をもたらすまでには数年間かかるが、潜在的な長期
間にわたる信頼性の問題を提起する場合がある。さらに、金層に設けられたピン
ホールにより、その下に位置するクロム接着層への接近の恐れがあり、これはま
た、塩素成分の存在下で腐食を生じる場合がある。クロムの腐食の結果として、
金層の付着性が失われて離層する場合がある。
されたアルミニウムの単一層から作られた反射面を含むシリコン捩りスキャニン
グミラーを記載している(“Silicon Torsional Scanning Mirror ”,IBM J.Re
s.Develop.,V24,5,September 1980,pp.631-637)。この用途の場合、微細加工の
融通性は、適当な選択枝であった。というのは、これは、ミラーを形成するため
の工程中に容易に組み込まれたからである。
ある。1992年、U.Breng 氏等は、種々の金属膜を780nmの入射光波長でこ
れらの反射率に関して検討を加えた(“Electrostatic Micromechanic Actuator
s,”J.Micromech.Microeng,V2,1992,pp.256-261 )。Breng の微細加工ミラーの
製造及び動作原理は、Petersenのミラーのものと極めて類似していた。反射層の
場合、アルミニウム上への沈降ではなく、これら研究者は、銀又は金を用いるこ
とにより高い反射率を得ることができるということに注目した。これら研究者は
、銀の長期環境不安定性を問題視して、金をこれらのレフレクタとして用いるこ
とを選択している。
例えば、材質及び厚さの注意深い選択により、被膜は、関心のある特定の波長で
非常に高い反射率が得られるものとして利用対象となりうる。さらに、被膜は、
これらの化学的性質に向けられた関心により、使用環境の化学的性質と両立して
作製することができる。しかしながら、一般に、多層被膜の各層は、相当大きな
薄膜応力で被着される恐れがある。非常に薄い(2μm)自立形プレート上への
被着の際、薄膜応力により、プレート中に歪みが生じる場合がある。良好な光学
的性質を得るためには、製造された状態と周囲温度の変動に関してミラープレー
トの歪みを最小限に抑えることが必要である。さらに、被膜に用いられる材料は
、製造法で用いられる化学薬品に耐える必要がある。
四分の一波長スタックを採用している(これについては、例えば、H.A.MacLeod,
Thin Film Oprical Filters,McGraw-Hill,1989を参照されたい)。四分の一波長
スタックは、一方が「高い」屈折率を有し、他方が「低い」屈折率を有する2つ
の非吸収誘電材料の層を交互に配置して構成できる。各層の厚さは、その光度長
(屈折率と物理的な膜厚さを掛け算したもの)が、関心のある光の波長(λ/4
)の1/4であるように選択される。所与の表面上に被着された高−低(HL)
ペアの数の増大につれ、この波長での表面上に入射する光についての反射率は、
100%よりも幾分低い理論的最大反射率が達成することができるまで増大する
。これらの例は比較的単純な光学被膜(「光学膜」と呼ばれることもある)であ
ることが注目されるべきである。多層被膜は、種々の膜及び物理的膜厚さの観点
から極めて複雑になる場合があり、実施されることが必要とされる機能(即ち、
ビーム分割、フェーズリターデーション、反射防止等)によって決定される。
かった。公知の例が、Jerman氏等によって記載されている(“Aminiature Fabry
-Perot interferometer with a corrugated silicon diaphragm support,”Sens
ors and Actuators A,V29,1991,pp.151-158 )。ファブリペロー干渉計は、ギャ
ップによって分離された損失の少ない2つの部分的反射性からなる光学要素であ
る。Jermanの装置では、多層誘電製被膜がミラーとして用いられ、1.30〜1
.55μmの波長で高い反射性のものであるよう設計されていた。微細加工法は
、干渉計を小型化し、ギャップを生じさせると共にギャップの幅を変えることが
できるよう用いられていた。
膜を、製造、基板からの剥離の際、被膜中の残留応力の結果として変形する場合
のある非常に薄い構造体上に被着される場合がある。さらに、もし被膜が金属製
であれば、被膜は、バイメタル要素を形成する場合があり、この場合、金属と顕
微鏡組織材料との間の熱膨張率の相違に起因して周囲温度の関数として変形の上
乗せが薄い構造体中に誘起されるようになる。これら変形を最小限に抑える試み
が、金属化レフレクタを微細加工構造体の両側に被着させて構造体の中立軸線に
関して応力のバランスをとることによってなされた。しかしながら、金属層の特
性の制御は困難なので、達成されたプレートの平面度又は平面性は最適度よりも
低いものであった。“Multilayer Film Structure anda Vertical Cavity Surfa
ce Emitting Lasers”(1998年3月に発行された米国特許第5,729,5
67号)では、S.Nakagawaは、GaAs基板上の多層光学被膜に関して上記上述
したのと同様な問題に取り組んだ。ここでは、二酸化シリコン(L)及び二酸化
チタン(H)で構成された四分の一波長スタックをミラー上に用いた。大きさは
等しいが、極性が反対の2つの材料についての膜応力をもたらしてHLペアが応
力を減少させるようにする被着条件が開発された。
ら改良のうち幾つかを以下に説明する。 〔発明の概要〕 本発明は、微細加工ミラーの反射率を向上させることができる手段及び方法に
関する。微細加工ミラーは、捜査可能である。本発明は、650ナノメートルで
のミラーの反射率を増大させ、410ナノメートルのところでのその反射率を増
大させ、しかも長期信頼性を向上させる。他の波長での反射率をも向上させるこ
とができる。また、本発明は、適当な製造法を提供しながらミラープレートの歪
みを最小限に抑える。
きる反射率よりも大きくする。これは、四分の一波長スタックを反射層の頂部上
に直接被着して所与の波長での反射率を、単独で動作する反射層の反射率よりも
向上させるようにすることによって構成された高性能金属レフレクタを用いるこ
とによって達成される。金属及び誘電体層並びにこれらの被着厚さの適切な選択
により、これら層を調和させて所望の反射率を達成することができる。金属層の
頂部上に設けられた誘電体被膜は、金属を環境の腐食効果から保護するのに役立
つ。また、誘電体被膜を、既存の製造方法に組み込むのがよく、それにより、ミ
ラープレートの一部として補剛リブを組み込むことができる。かかるリブは、バ
イメタル効果により変形を減少させるのに役立つ。さらに、多層被膜を、複合構
造体中の残留応力を最小限に抑えるような方法で被着させる。
された少なくとも1つの光学的に透明な薄膜とを有し、少なくとも1つの薄膜が
、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成る群から選択されていることを特徴と
するミラーに関する。本発明では、反射層は、第1の応力を有するのがよく、少
なくとも1つの光学的に透明な薄膜は第2の応力を有するのがよく、第1の応力
は、第2の応力に実質的に等しい。第1の応力は、引張応力であり、第2の応力
は、圧縮応力であるのがよい。反射層は、金から成る層であるのがよい。ミラー
は、ミラープレート上に被着された接着層を有するのがよく、反射層は、接着層
上に被着される。少なくとも1つの光学的に透明な薄膜は、半波長窒化シリコン
から成る薄膜であるのがよい。反射層は、側壁を有するのがよく、半波長窒化シ
リコンの薄膜は、側壁上に被着される。少なくとも1つの光学的に透明な薄膜は
、四分の一波長窒化シリコンの薄膜及び四分の一波長二酸化シリコンの薄膜から
成るのがよい。反射層は、アルミニウムの層から成るのがよい。少なくとも1つ
の光学的に透明な薄膜は、四分の一波長窒化シリコンの薄膜及び四分の一波長二
酸化シリコンの薄膜から成るのがよい。反射層は、側壁を有するのがよく、四分
の一波長窒化シリコンの薄膜は、側壁上に被着される。少なくとも1つの光学的
に透明な薄膜は、半波長窒化シリコンの薄膜をさらに有するのがよく、半波長窒
化シリコン薄膜は、四分の一波長窒化シリコンの薄膜上に被着され、反射層は、
側壁を有し、半波長窒化シリコン薄膜は、側壁上に被着される。一実施形態では
、ミラープレートの反射率は少なくとも95%である。一実施形態では、ミラー
プレートは、微細加工ミラープレートから成る。一実施形態では、ミラープレー
トの厚さは2μm以下である。
る。反射手段は、微細加工プレート上に被着された反射層及び微細加工プレート
上に被着された少なくとも1つの光学的に透明な薄膜を有するのがよく、少なく
とも1つの薄膜は、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成る群から選択される
。プレートの厚さは2μ以下であるのがよい。
と、ミラープレート上に被着された少なくとも1つの光学的に透明な薄膜とを有
し、少なくとも1つの薄膜は、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成る群から
選択されていることを特徴とするデータ記憶システムに関する。反射層は、アル
ミニウムから成るのがよい。
装置又は駆動部が示されている。本発明は、光ビーム操作を必要とする用途を含
む広範囲の用途に用いることができる。かかる用途の1つは、粗動アクチュエー
タ105が回転媒体155の内周部から外周部までの光学読取り/書込みヘッド
125の位置を突き止めるのに用いられる点において従来型ウィンチェスター駆
動部と外観が類似した図1の光ディスク駆動装置100である。光ディスク駆動
装置100は、新規な精密作動方法が提供される点において従来型のものとは異
なっている。
示されている。共通譲渡人の米国特許出願第09/226,423号に記載され
ているようにヘッド125は、フライング光学ヘッドを有している。なお、かか
る米国特許出願の開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用す
る。ヘッド125は、一実施形態では、微細加工捩りミラー140を有する精密
(微動)アクチュエータをさらに有している。
ータ及びフライング光学ヘッドが側面図で示されている。微細加工ミラー140
の静電作動により、これは、レーザ(図示せず)からの光160を媒体155上
の方向141に向けるよう回転する。サーボループ制御装置が、ミラー140の
角度を調節して非常に微細なトラックピッチのトラック追従及び媒体155上の
少数の隣り合うデータトラックを横切ってシークすることができるようにするた
めに用いられる。
する詳細が省略された微細加工ミラーが拡大斜視図で示されている。微細加工ミ
ラー140は、捩りヒンジ142によってミラー基板に取り付けられたミラープ
レート146を有している。ミラープレート146は、反射層147及び薄膜1
48で覆われており、これらについて以下に詳細に説明する。駆動装置100に
用いられるミラー140の構造及びその用途についての実施形態が、共通譲渡人
の米国特許出願第09/192,006号に記載されており、かかる米国特許出
願の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
いことを明らかにしている。この目的は、媒体155から光160の反射光16
1中の電力供給だけではなく媒体155への光160からの電力供給を行うこと
を意味している。エネルギ節約の促進にあたり、反射光161中の最大戻りパワ
ーを得るためには、ミラープレート146は、できるだけ高い効率で光160を
反射することが必要である。波長が650nmの光160の場合、ミラープレート
166上に厚さ100nmで被着された単一の金層が、約95%の反射率をもたら
す。
光を放出するレーザを用いることにより光160の波長を短くすることができれ
ば向上させることができるということを一段と明らかにしている。しかしながら
、単一の金層では、プレート146の反射率は、波長を600nm以下に短くする
と劇的に減少し、具体的に説明すると、例えば、410nmでは、金の最高反射率
は約40%に過ぎない。したがって、410nmの波長及び少なくとも95%の所
望の反射率を利用する駆動装置100の好ましい実施形態では、プレート146
上に被着された単一金層それ自体では適当であるとはいえない。
理解が必要である。都合のよいことに、光学被膜設計を作製して分析するために
よく知られている市販のソフトウエア製品が存在するので完全な理解は不要であ
る。かかるソフトウエアパッケージの1つは、ソフトウエアスペクトラ(Softwa
re Spectra)社によって提供されているTFCalc(登録商標)である。それ
にもかかわらず、マクスウェルの方程式から導くことができる以下に説明する基
本的な概念を心に止めておくことによりこれら被膜の設計についてある程度の直
感を働かせることができる。
る。屈折率nの実部は、理想的な誘電体中のNが純粋に実数であることに起因し
て屈折率とも通称されている。屈折率の虚部kは、光が材料中に伝搬するにつれ
て光の強度の指数的減少を生じさせるので消光係数と呼ばれている。理想的な誘
電体はロスがなく、それゆえにk=0である。薄膜の損失の無い(以下、「無損
失」という場合がある)誘電体の場合、光が垂直に入射すると仮定すれば、屈折
率nと材料の物理的厚さの積は、その特定の薄膜層の光路長を与える。代表的に
は、薄膜の厚さは、光の波長が薄膜中を伝搬すると仮定すれば光路長の関数とし
て表される。かくして、四分の一波長層及び半波長層は、光路長がそれぞれ光の
波長の1/4及び1/2の薄膜を意味している。
インタフェースのところで反射される。したがって、全反射光は、これらインタ
フェースのところにおける種々の反射光からの成分の合計である。反射光成分の
フェーズのばらつきに起因して、これら成分は強め合う干渉を行い、或いは弱め
合う干渉を行うことがあり、したがって、正味の反射光強度は、もし薄膜が存在
していない場合のものから差し引かれるようになる。一例は、単一の半波長薄膜
層のものである。この場合、薄膜の両側部から反射された光成分の合計は、半波
長層が存在していない場合と同一である。本発明の一実施形態では、この技術的
知識は、所与の波長での光の反射又は透過に対する影響が最小限な無損失半波長
誘電体薄膜を形成するのに用いられる。
140のミラープレート146の平面図が示されており、ここでは、断面A−A
′が、回転軸線149と垂直にミラープレート146を2等分している。
146についての図5のA−A′矢視断面図が示されている。図6の実施形態で
は、反射層147は、厚さが5nmの接着クロム層(図示せず)によってポリシリ
コンミラープレート146に取り付けられた厚さが100nmの金層で構成されて
いる。反射層147の上には誘電体層として役立つ窒化シリコンの半波長層が設
けられている。窒化シリコンの半波長スタックは、図4の薄膜148の一実施形
態を構成しており、これを用いると、クロム及び金層を使用環境から保護するこ
とが保護することができる。この実施形態では、プレート146の反射率は、反
射層147の反射特定によって制限され、この反射層は、650nmの光160の
場合、95%の反射率をもたらす。
分の一波長スタックを利用する本発明の実施形態では、ミラープレート146に
ついてのA−A′矢視断面図が示されている。
上に被着されて薄膜148を構成することを明らかにしている。本発明は、薄膜
148のインタフェースのところで生じる強め合う干渉を用いると、その下に位
置する反射層146の反射率を大きくすることができる。図7の実施形態では、
薄膜148は、反射層147の頂部上に被着された少なくとも一対の四分の一波
長層を有している。各対は、「高い」(H)屈折率を備えた材料の層及び「低い
」(L)屈折率を備えた層からなる。この構成は、HLペアと呼ばれている。単
一のHLペア(スタックの一番上の側にH膜を備えている)の場合、反射率と波
長帯域幅の両方が、2つの屈折率の比が高くなるにつれて増大する。本発明は、
H及びL材料の所与の選択の場合、いっそう多くのHLペアを反射層147の頂
部上に配置すると、反射率が増大することを明らかにしている。例示の実施形態
では、反射層147は、厚さが5nmの接着クロム層によってポリシリコンミラー
プレートに取り付けられた厚さが100nmの金層で構成されている。反射層14
7の上には、四分の一波長層の単一のHLペアが設けられている。より詳細に説
明すると、二酸化リシコンの「L」四分の一波長層148aが、金層の頂部上に
直接載り、「L」窒化シリコンの「H」半波長層148bが一番上の層として載
っている。他の実施形態では、追加のHLペアを最初のHLペア上に被着させて
もよいことは理解されるべきである。その目的は、組み合わせたスタックの反射
率を向上させることにある。しかしながら、実際問題としては、薄膜148のH
Lペアの数を、ミラープレート146からの特定の所望の反射率を達成するのに
必要な最少数に保つことが望ましい。反射層147、例えば金層は代表的には軟
質であり、それにより物理的な接触によって損傷を受けやすいことは注目される
べきである。かくして、誘電体層148a及び(又は)148bを設けることに
より、反射層147を光的損傷から保護するという追加の利点が得られる。
の入射角度でミラープレート146に当たるように構成されている。この配向状
態により、垂直でない入射の場合、マクスウェルの方程式の境界上限を満足させ
る電界ベクトルの2つの向き(偏光)があり、しかも、トータルフィールド解(
total field solution)が両方の向きを考慮に入れなければならないので反射率
の計算が複雑になる。これら2つの偏光をTM(transverse magnetic )又はP
偏光及びTE(transverse electric )又はS偏光として考えるのが通例である
。P−偏光波では、電界ベクトルは、入射平面に差し向けられ、S偏光は、入射
平面に垂直な電界ベクトルを有している。恣意的な偏光の任意所与の電磁界を、
これら向きの2つの成分に分解することができる。薄膜148のスタックの反射
率を、非垂直入射で計算することができ、以下に得られた反射率の結果は、薄膜
からの2つの偏光の平均反射率を表している。
60が薄膜148中に伝搬するにつれて減少する。かくして、光160の何割か
の部分は、薄膜148中で失われて、反射率の構造特性が減少するようになる。
これは大抵の実際の誘電体フィルムに当てはまるが、一般的には、消失係数は、
薄膜の有効性を維持するほど十分に0に近い。また、実際の材料は、無分散(di
spersion-free )傾向があり、即ち、これらのn及びkの値は、波長関数として
一定ではない。分散損失性材料及び非垂直入射角についての理由を説明すれば、
上述の説明によって示唆された場合よりも多層被膜の最適化がいっそう複雑にな
る。例えば、所与の基準波長について反射率を最適化することは、予想される四
分の一波長値とは幾分異なる膜厚さのHLスタックを必要とする場合がある。こ
れら効果をすべて、実際の材料及び用途について最も良い反射率をもたらすのに
必要な厚さを計算するための最適化アルゴリズムを用いるソフトウエアで考慮す
ることができる。
上させることができるが、薄膜148を効率的に使用するためには、ある別の問
題を解決する必要があることを一段と明らかにしている。まず最初に、使用され
るべき薄膜材料は、ミラー140の製造に用いられる製造方法との相性がよいも
のでなければならない。好ましい実施形態では、この製造方法によって提供され
る化学薬品及び環境に対して耐性のある材料が望ましい。別法として、プロセス
設計への信頼性の高い方法は、薄膜が有害化学物質と接触しないようにする工程
を有することが必要である。加うるに、用いられる材料は市販されており、半導
体製造向上で慣例的に処理されることが好ましい。第2に、そして恐らくは一層
大きな問題として、ミラープレート146に及ぼされる薄膜48中の残留応力を
減少させてかかる残留応力がミラープレート146が剥離エッチ工程に続いて変
形する傾向が強すぎる原因とならないようにすることである。少なくともこの目
的のため、本発明は、反射率を増大させるために上述の二酸化シリコン層(Si
O2 )148a及び窒化シリコン(Si3 N4 )148bを交互に配置した
同一層を利用している。これら材料は両方とも、半導体製造に通常見受けられる
ものであり、スパッタリング蒸着及び化学気相成長(CVD)を含む種々の手段
によってミラープレート146上に被着できる。これらはまた、慣例的にパター
ン付けされてエッチングできる。これら材料は主として、これらを製造工程の非
常に終り近くで被着させてパターン付けし、これらが化学的又は環境条件(例え
ば、高温)から影響をほとんど又はまったく受けないようにすることにより製造
工程から保護できる。このようなプロセス対策にもかかわらず、薄膜148はま
た、もし、ミラープレート146の剥離エッチ工程を実施するのに用いられた場
合濃フッ化水素酸(HF)からの化学的攻撃にも耐えるべきである。しかしなが
ら、二酸化シリコンは、HF中で容易にエッチングをし、したがってこの工程中
保護を必要とする。本発明は、理論量の窒化シリコンはHFに対して耐性がある
ので、これを薄膜148のスタックの最上層として用いると二酸化シリコン層及
びその下に位置する任意他の層を保護することができるということを明らかにし
ている。かくして、窒化シリコンの最上層は、下に位置する層をすべて被着させ
た後に被着させて別個の段階でパターン付けするのがよい。この方法を用いると
、最上層をパターン付けして下に位置する層及び下に位置する層の側壁をオーバ
ーラップさせて下に位置する層の幾何学的形態全体を保護することができるとい
うことが判明し、この結果は、図6〜図8に示されている。図6では、最上層1
48は、窒化シリコンの半波長層からなることが理解される。半波長層を保護最
上層として用いることにより、その下に位置する層の反射率は、図6を参照して
上述したように満たされないままである。しかしながら、スパッタされ又は蒸着
された窒化シリコンは、理論量の窒化シリコンから予測されるHFに対する耐性
を示さないことが多い。本発明は、HF剥離エッチ後に誘電体層を被着させるこ
とによりこの問題を解決する。
呈する場合のあることが判明している。本発明は、この曲率がミラープレート1
46からの歪みのない反射光を達成するために極小化を必要とすることを明らか
にしている。好ましい実施形態では、剥離したミラープレート146の所望の曲
率半径が10cm以上であることが望ましい。ミラープレート146をポリシリコ
ンで作った場合、長時間にわたる高温アニールサイクルを用いることによりミラ
ープレート中の応力を除去することができる。かくして、任意の蒸着薄膜148
がなくても、ミラープレート146の曲率を制御自在に最小限に抑えることがで
きるということは明らかである。本発明はさらに、反射層148及び(又は)薄
膜148の各々が、蒸着されると、ミラープレート146中の曲率を大きくする
場合のあるそれ自体の残留膜応力を呈することを明らかにしている。事実、ミラ
ープレート146上に誘導形成される曲率全体は、各薄膜層がその物理的厚さと
残留膜応力の積に比例する項となるほぼ線形の項の組み合わせである。
すると、レフレクタ層147の頂部上には薄膜148が設けられていることが分
かり、例えば、これら薄膜の正味の効果は、ミラープレート146中に曲率を生
じさせることにある。曲率の方向によって明らかなように、薄膜148の正味の
残留応力は、負(圧縮)又は正(引張)のいずれかの場合がある。本発明は、レ
フレクタ層147の残留応力はポリシリコンプレート146上に被着されると、
正(引張)となる傾向があり、誘電薄膜層148の残留応力は、負(圧縮)であ
る傾向があり、そして、残留応力及び厚さを適当に制御すれば、これら層の負荷
的効果を最小限に押さえ、その結果プレート146の曲率を最小限に抑えること
ができるということを明らかにしている。上述の方法の3つの実施形態を、所望
の構造を具体化するのに用いることができる選択可能な製造方法と共に以下に説
明する。 A.保護状態の金レフレクタ(650nmレーザ光) 先に示唆したように反射層147として構成されたクロム(Cr)の層上に被
着された状態の金(Au)の露出した又はむき出しの層は、ある環境中における
長期間の信頼性及び使用に関して限界を示している。Cr−Au反射層の化学的
劣化は、微量の塩素が存在している場合であっても起こり得る。図6を参照して
上述したように、窒化シリコンの半波長薄膜層148を反射金層147上に被着
させることにより、650nmの金の優れた反射特性を保持しながらCr−Au層
を腐食から守ることができる。窒化シリコンは本質的に損失がなく、その屈折率
は2.0である。例示の実施形態では、650nmの窒化シリコンの半波長層は、
厚さが162.5nmである。波長の関数としてのこの組み合わせの反射率は、図
10に示されている。比較のため、金の露出層についての反射層147の反射率
を同一軸線上にプロットしている。
を追加すると事実上変わらないということを示している。実際問題として、Au
金層の残留膜応力を、かなり小さくすることができ、したがってAu層とその下
に位置するCr層の組合せ膜応力は、Cr層の(引張)応力によって凌駕される
ようになる。本発明は、反射層の光学特性に対する影響をもたらさないでCr層
の厚さを変えることによりCr−Au層に起因するミラープレート146の曲率
に対する効果を最適化できることを明らかにしている。平面度が最適なミラープ
レート146が望ましい場合には半波長薄膜層148による応力の貢献を考慮に
入れる必要があるということを考慮して、プロセス圧力、ターゲットへのパワー
及び基板バイアス電圧の変化により応力を適切に変えるのがよく、窒化シリコン
膜応力についての容易に達成可能な値は、200MPaの圧縮力である。例示の実
施形態では、被着条件は、16.5nmのCrが100nmのAuと組み合わせて用
いられる場合、約282MPaの組み合わせCr−Au膜応力をもたらす。Cr−
Au層147についてその結果得られた膜厚さと膜応力の積は、32,853M
Pa−nmの引張力であり、窒化シリコン層148の積は、32,500MPa−nmの
圧縮力であって、したがって、これら層の各々からの応力に対する貢献度は、剥
離したミラープレート147の最小曲率を生じさせる最終結果については互いに
打ち消し合うようになっている。 B.高性能金レフレクタ(650nmレーザ光) 上述したように、ミラープレート146から得られる反射率を、薄膜148の
四分の一波長スタックを用いることにより向上させることができる。単一の四分
の一波長スタックを用いると、被覆を施していない金の場合の95%と比較して
、約97%に反射率を上げることができる。第2及び第3の四分の一波長スタッ
クは、それぞれ平均反射率を98.3%及び99%にする。これら4つの場合に
ついての波長の関数としての平均反射率のプロットが、図11に示されている。
0nmでは1.45であり、その厚さは112.07nmであり、四分の一波長窒化
シリコン層148bの厚さは81.25nmである。マルチソース型(multi-sour
ced )スパッタ又は蒸着システムでは、これら層を単一の被覆工程中に被着させ
ることができ、したがって、理論的には、3層薄膜HLスタック148が単層H
Lスタックよりも製造上の手の込み具合が少ない。薄膜148の全高を増大させ
ると、この薄膜は、この下に位置する層の側壁の保護を行うよう窒化シリコンの
四分の一波長厚さについて一層困難になることは理解されよう。図6を参照して
上述したように、この問題の解決策は、追加の半波長窒化シリコン層を最上層と
して用いることにある。
残留応力は、スパッタした窒化シリコン層148aの残留応力と大きさ及び符号
が同一である。したがって、上述の応力をバランスさせる方法を用いると、薄膜
148a,148bの組み合わせを用いた場合に、応力をバランスさせることが
できる。しかしながら、HLペアの数を増やすと、これとバランスを取るように
Cr層の所要の厚さを増やす必要がある。厚いCr層の加工は、薄い層の場合よ
りもいっそう厄介であり、Cr層をその下に位置するポリシリコンミラープレー
ト146に付着させることもまた、これが厚くなるのでいっそう困難になること
が分かっている。 C.高性能アルミニウムレフレクタ(410nmレーザ光) 本発明は、短い波長で高い屈折率を達成するために、異なる金属の反射層14
7を選択することが、短い波長での金の反射率が貧弱なので必要であることを一
段と明らかにしている。このようにする際、珍しく且つ(或いは)加工の困難な
材料を利用しないようにすることが分かっている。この目的のため、半導体製造
で見受けられる最もありふれた金属化又は金属被覆法であり且つ410nmでかな
り反射率が高い(〜92.3%)アルミニウムを本発明で用いるのがよい。しか
しながら、アルミニウム単独では、好ましい実施形態で必要な410nmで少なく
とも95%の所望の反射率が得られないことが判明している。
ミニウム反射層147の反射率の向上を達成することができることを明らかにし
ている。図11は、二酸化シリコン(L)層148a及び窒化シリコン(H)層
148bと組み合わせてアルミニウム反射層147を用いる実施形態の計算プロ
ットを示している。単層、2層及び3層のHLペアについて、図12は、410
nmでの平均反射率がそれぞれ95.7%、97.5%、98.5%であることを
示している。例示の実施形態では、410nmでは、二酸化シリコン層148aに
ついての四分の一波長厚さは70nmであり、窒化シリコン層148bについての
四分の一波長厚さは51nmである。
曲率もまた、金反射層について上述したような方法とほぼ同一の方法を用いると
最小限に抑えることができるということを明らかにしている。アルミニウム反射
層147は、Cr接着層を必要とせず、また、金の残留膜応力と実質的に同一の
残留膜応力を備えている。Cr層は接着目的では不要であるが、好ましい実施形
態では、これをアルミニウム反射層147の下に被着させると、上述のCr−A
u反射層によって達成されるのと同一の応力均衡化能力が得られる。Cr−Al
反射層147の場合、この方法は、基本的に同一であり、それにより、Cr層の
厚さを必要に応じて調節して薄膜148の応力のバランスを取る。例示の実施形
態では、アルミニウム反射層147を厚さ60nmまで被着させ、これはその反射
率を最大にするのに十分である。誘電体層148a/148b中の応力をCr層
によって釣り合わせることができない場合、誘電体層の膜応力を、これらの蒸着
方法を設計変更することにより加減できる。410nmの場合、誘電体層148a
/148bを、窒化シリコンの最も上に位置する半波長103nm層によって保護
すると、その下に位置する誘電体層の側壁にオーバーラップしてこれを保護する
ことができることが分かる。
順序を記載している。 I.ウェーハの初期処理 A.厚さ〜500μmのシリコンウェーハ出発材料。 B.3000Åの熱二酸化シリコンの蒸着。 C.2500ÅのLPCBD窒化シリコンの蒸着。 D.2500ÅのLPCBDポリシリコン(ポリ0)。パターン化及びエッ
チング。 E.2500ÅのLPCBDの薄いPSGを蒸着。パターン付けしてエッチ
ングする。 F.厚さ10μmのPSGの蒸着及びアニール。 G.リブトレンチのパターン付け及び6μmまでのリアクティブイオンエッ
チング(RIE)。 H.2.5μmのリブ充填LPCVDポリシリコン(ポリ1)の蒸着。 I.ポリ1のCMP工程1を行ってPSG表面に戻す。 J.2.5μmのミラープレートLPCVDポリシリコン(ポリ2)を蒸着
する。 K.ポリ2のCMP工程2を行って0.5μmのポリ2を除去しながら滑ら
かな表面にする。 L.ミラープレートポリ2のパターン化及びエッチング。 M.ボンドパッド金属(100ÅのCR−7000ÅのAU)の蒸着、パタ
ーン付け及びエッチング。 N.ウェーハのバックラップ及び175μmへの薄いウェーハへの研磨。 O.HF剥離エッチングをしてPSGをミラープレートの下から離す。
な場合を除き、蒸着を防止し、かくして、次に行うCr−Auのパターン付け及
びエッチングを不要にする)。 2.窒化シリコン半波長層(λ=650nm)をスパッタ蒸着。 3.フォトレジストで被覆して剥離ミラープレート構造体を破損から保護
すると共に次の工程のためのパターン付け層として役立たせる。 4.窒化シリコンをパターン付けしてエッチングし、それによりこれをボ
ンドパットから除去し、金属結合パッドとの電気的接触を阻止しないようにする
。 5.フォトレジスト層を除去する。
をスパッタ蒸着する。変形例として、最も外側に位置する窒化シリコン層は、3
つの四分の一波長層であってもよい。 3.フォトレジストで被覆して剥離ミラープレート構造体を破損から保護
すると共に次の工程のためのパターン付け層として役立たせる。 4.窒化シリコンをパターン付けしてエッチングし、それによりこれをボ
ンドパットから除去し、金属結合パッドとの電気的接触を阻止しないようにする
。 5.フォトレジスト層を除去する。
をスパッタ蒸着する。変形例として、最も外側に位置する窒化シリコン層は、3
つの四分の一波長層であってもよい。 3.フォトレジストで被覆して剥離ミラープレート構造体を破損から保護
すると共に次の工程のためのパターン付け層として役立たせる。 4.窒化シリコンをパターン付けしてエッチングし、それによりこれをボ
ンドパットから除去し、金属結合パッドとの電気的接触を阻止しないようにする
。 5.フォトレジスト層を除去する。
ト構造体を破損から保護する。 B.代表的には半導体ダイシングソー(dicing saw) を用いてダイ分割する
。 C.フォトレジスト層を除去する。 D.検査する。
するものとして説明したが、当業者であれば、本発明を上述の本発明の要素及び
構造体だけに限定されるべきではないことは理解されよう。例えば、上述の説明
は、上記の波長以外の波長に適用でき、ミラーは他の幾何学的形態を有していて
もよく、上述のディスク駆動装置は、他の形式の光学、電気的素子及び薄膜構造
体を必要とする光学及び磁気光学(magneto-optical, magnetic-optical )を利
用した実施形態から成っていてもよいことは理解されよう。さらに、本発明は、
光学ヘッド用以外の用途、例えば、反射面を利用する光学スイッチ又は他の素子
の微細加工レフレクタ用に用いることができる。設計変更、種々の変更及び置換
の適用範囲も又、上記開示に含まれており、場合によっては、本発明の幾つかの
特徴を他の特徴と関連して用いないで採用でき、これは本発明の範囲から逸脱し
ないことはさらに理解されるべきである。これらを考慮すれば、本発明の範囲は
、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
−A′矢視断面図である。
ミラープレート内に曲率を生じさせるようなものであることを説明する図である
。
ミラープレート内に曲率を生じさせるようなものであることを説明する図である
。
Claims (17)
- 【請求項1】 微細加工レフレクタであって、平らな基材と、反射層と、反
射層を平らな基材に固定する手段とを有し、反射層及び反射層を平らな基材に固
定する手段は、総応力を有し、前記レフレクタは、反射層に固定された材料の追
加の材料層をさらに有し、追加の材料層は、反射層と反射層を平らな基材に固定
する手段の総応力に実質的に対抗する応力を有し、追加の材料層の応力は、反射
層及び反射層を平らな基材に固定する手段の総応力を実質的に相殺して微細加工
レフレクタの平面性を高めていることを特徴とする微細加工レフレクタ。 - 【請求項2】 反射層及び反射騒音を平らな基板に固定する手段は、引張応
力を有し、追加の材料層は、圧縮応力を有していることを特徴とする請求項1記
載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項3】 波長を有するレーザ光に用いられるようになっていて、追加 材料層が、レーザ光の波長の半分に等しい光路長を有していることを特徴とす
る請求項1記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項4】 追加の材料層は、窒化シリコンで作られていることを特徴と
する請求項3記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項5】 波長を有するレーザ光に用いられるようになっていて、追加
の材料層は、各々がレーザ光の波長の1/4に等しい光路長を有する第1及び第
2の層を有していることを特徴とする請求項1記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項6】 追加の材料層は、反射層の上に位置する比較的屈折率の低い
材料からなる第1の誘電体層と、第1の誘電体層の上に位置する比較的屈折率の
高い材料から成る第2の誘電体層とを有することを特徴とする請求項1記載の微
細加工レフレクタ。 - 【請求項7】 第2の追加の層をさらに有し、第2の追加の層は、前記追加
の材料層の上に位置していて、レーザ光の波長の1/2に等しい光路長を有して
いることを特徴とする請求項6記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項8】 追加の材料層は、反射層の上に位置する比較的屈折率の低い
材料から成る追加の第1の誘電体層と、追加の第1の誘電体層の上に位置する比
較的屈折率の高い材料から成る追加の第2の誘電体層とを有することを特徴とす
る請求項6記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項9】 第1の誘電体層の材料は、二酸化シリコンであり、第2の誘
電体層の材料は、窒化シリコンであることを特徴とする請求項6記載の微細加工
レフレクタ。 - 【請求項10】 反射層を平らな基材に固定する手段は、接着層であること
を特徴とする請求項1記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項11】 接着層は、クロムで作られていることを特徴とする請求項
10記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項12】 反射層は、金及びアルミニウムから成る群から選択された
材料で作られていることを特徴とする請求項1記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項13】 波長を有するレーザ光に用いられる微細加工レフレクタで
あって、平らな基材と、反射層と、反射層を平らな基材に固定する手段と、反射
層に固定されていて、反射層を保護する誘電体層とを有し、誘電体層は、レーザ
光の波長の1/2に等しい光路長を有していることを特徴とする微細加工レフレ
クタ。 - 【請求項14】 誘電体層は、窒化シリコンで作られていることを特徴とす
る請求項13記載の微細加工レフレクタ。 - 【請求項15】 反射層は、金で作られ、反射層を平らな基材に固定する手
段は、クロムの層であることを特徴とする請求項14記載の微細加工レフレクタ
。 - 【請求項16】 反射層は、平らな基材から上方に延びる側壁を有し、誘電
体層は、反射層の側壁の上に延びていることを特徴とする請求項13記載の微細
加工レフレクタ。 - 【請求項17】 微細加工ミラープレートと、ミラープレート上に被着され
た反射層と、ミラープレート上に被着された少なくとも1つの光学的に透明な薄
膜とを有し、少なくとも1つの薄膜は、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成
る群から選択されていることを特徴とするデータ記憶システム。
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