JP2003262832A - パターン付き反射器を使用する回折補償 - Google Patents
パターン付き反射器を使用する回折補償Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 屈折要素および回折要素の欠点を克服するデ
バイスを提供すること。 【解決手段】 本出願は、複数の層を備えるシリコン・
ウェハと、複数の層の１つの中に形成される反射器と、
放射線の入射ビームを反射ビームに合焦またはコリメー
トするための反射器上のパターンとを備えるマイクロオ
プトエレクトロメカニカル装置を開示する。
バイスを提供すること。 【解決手段】 本出願は、複数の層を備えるシリコン・
ウェハと、複数の層の１つの中に形成される反射器と、
放射線の入射ビームを反射ビームに合焦またはコリメー
トするための反射器上のパターンとを備えるマイクロオ
プトエレクトロメカニカル装置を開示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本開示は、一般に、反射器を
使用する回折補償に関し、より詳細には、放射されたビ
ームをコリメートまたは合焦するためにフレネル反射器
を使用するマイクロオプトエレクトロメカニカル（ＭＯ
ＥＭＳ）システムに関し、しかしそれに限定しない。
使用する回折補償に関し、より詳細には、放射されたビ
ームをコリメートまたは合焦するためにフレネル反射器
を使用するマイクロオプトエレクトロメカニカル（ＭＯ
ＥＭＳ）システムに関し、しかしそれに限定しない。
【０００２】
【従来の技術】回折は、スリットまたは穴の縁部など、
障害物のコーナの周りで放射線が曲げられる物理現象で
ある。回折により、放射線の点源から発する光線は通
常、平行でコヒーレントなビームとしては線源から出な
い。そうではなく、点源から発する光線は発散し、それ
により、点源から出る放射線は実際には光錐を生じる。
光錐を平行なビームにコリメートする、またはスポット
に合焦する場合、これは、光が線源から出たあとに行わ
なければならない。光ビームのコリメートまたは合焦に
関する現在の手法は、屈性と回折の２つのカテゴリーに
分かれる。
障害物のコーナの周りで放射線が曲げられる物理現象で
ある。回折により、放射線の点源から発する光線は通
常、平行でコヒーレントなビームとしては線源から出な
い。そうではなく、点源から発する光線は発散し、それ
により、点源から出る放射線は実際には光錐を生じる。
光錐を平行なビームにコリメートする、またはスポット
に合焦する場合、これは、光が線源から出たあとに行わ
なければならない。光ビームのコリメートまたは合焦に
関する現在の手法は、屈性と回折の２つのカテゴリーに
分かれる。
【０００３】コリメートまたは合焦させる屈折方法は、
スネルの法則に従って２つ以上の媒体の屈折率の差を利
用することを含む。したがって、屈折は通常、ガラスや
プラスチックなど透過材料からなるレンズなどの屈折要
素を介して光を透過することによって達成される。その
屈折要素の屈折率は、光源から出た後に光がはじめに通
過する空気または真空の屈折率とは異なっている。屈折
は、マイクロオプトエレクトロメカニカル・システム
（ＭＯＥＭＳ）の状況で、屈折要素を非常に小さくしな
ければならず、光源と屈折要素の間の空間の量も非常に
小さくなるという特に顕著ないくつかの明確な欠点を有
する。例えば、単純な屈折要素は、合焦またはコリメー
トに関する要素の能力を制限する球面収差など、いくつ
かの固有の欠点をもつ。また、光がそれらの要素を通過
しなければならないので、ある量の光ビームのエネルギ
ー損失がある。光ビームが開始時に低パワーである場
合、または屈折ビームのエネルギー分布が大きい場合、
これは特に難しい問題になる場合がある。
スネルの法則に従って２つ以上の媒体の屈折率の差を利
用することを含む。したがって、屈折は通常、ガラスや
プラスチックなど透過材料からなるレンズなどの屈折要
素を介して光を透過することによって達成される。その
屈折要素の屈折率は、光源から出た後に光がはじめに通
過する空気または真空の屈折率とは異なっている。屈折
は、マイクロオプトエレクトロメカニカル・システム
（ＭＯＥＭＳ）の状況で、屈折要素を非常に小さくしな
ければならず、光源と屈折要素の間の空間の量も非常に
小さくなるという特に顕著ないくつかの明確な欠点を有
する。例えば、単純な屈折要素は、合焦またはコリメー
トに関する要素の能力を制限する球面収差など、いくつ
かの固有の欠点をもつ。また、光がそれらの要素を通過
しなければならないので、ある量の光ビームのエネルギ
ー損失がある。光ビームが開始時に低パワーである場
合、または屈折ビームのエネルギー分布が大きい場合、
これは特に難しい問題になる場合がある。
【０００４】特にＭＯＥＭＳシステムで、屈折要素はま
た、いくつかの実用上の制限を受ける。所望の光伝送お
よびコリメート／合焦機能を達成するために非常に正確
に研削して研磨しなければならないので、製造が難し
い。関連する作業量が大きいので、非常に費用がかかる
傾向がある。ＭＯＥＭＳの状況では、屈折要素は、作成
するのが極端に難しい。ＭＯＥＭＳ屈折要素は非常に小
さいので、必要な精度で研削して研磨するのはほぼ不可
能である。したがって、他の製造方法に依拠しなければ
ならず、これは理想的な要素に達しない。さらに、ＭＯ
ＥＭＳシステムは、広い範囲の温度にわたって動作する
傾向がある。屈折要素のコリメートおよび合焦能力は、
要素の形状に大きく依存するので、広い温度範囲にわた
って寸法的に安定な材料を使用して要素を作成すること
が重要である。残念ながら、屈折ＭＯＥＭＳ要素を作成
することができるほとんどの材料が、所望の寸法安定性
を有さない。
た、いくつかの実用上の制限を受ける。所望の光伝送お
よびコリメート／合焦機能を達成するために非常に正確
に研削して研磨しなければならないので、製造が難し
い。関連する作業量が大きいので、非常に費用がかかる
傾向がある。ＭＯＥＭＳの状況では、屈折要素は、作成
するのが極端に難しい。ＭＯＥＭＳ屈折要素は非常に小
さいので、必要な精度で研削して研磨するのはほぼ不可
能である。したがって、他の製造方法に依拠しなければ
ならず、これは理想的な要素に達しない。さらに、ＭＯ
ＥＭＳシステムは、広い範囲の温度にわたって動作する
傾向がある。屈折要素のコリメートおよび合焦能力は、
要素の形状に大きく依存するので、広い温度範囲にわた
って寸法的に安定な材料を使用して要素を作成すること
が重要である。残念ながら、屈折ＭＯＥＭＳ要素を作成
することができるほとんどの材料が、所望の寸法安定性
を有さない。
【０００５】コリメートおよび合焦のための回折要素
が、屈折要素の代替例である。回折要素は通常、不透明
媒体にある一連の近接して離隔された細いスリットを含
む。放射線のビームは、回折格子に入射すると、スリッ
トを通過し、回折されて、ビームの方向に変化が生じ
る。スリットの間隔と入射放射線の波長が、方向変化の
量を決定する。格子に沿ったスリットの間隔を変えるこ
とによって、回折の現象を利用して光のビームをコリメ
ートまたは合焦することができる。しかし残念ながら、
回折要素も、屈折要素と同じ欠点のいくつかを受ける。
もっとも重要なことには、入射光を格子のスリットを介
して透過しなければならないので、ビームのエネルギー
のかなりの量が格子の不透明部分によって吸収される。
これは、入射ビームと回折ビームの間でエネルギー分布
を大幅に変える。所望のコリメートまたは合焦を達成す
るためにはスリットのサイズと間隔が非常に正確でなけ
ればならないので、回折格子を製造するのも困難であ
る。
が、屈折要素の代替例である。回折要素は通常、不透明
媒体にある一連の近接して離隔された細いスリットを含
む。放射線のビームは、回折格子に入射すると、スリッ
トを通過し、回折されて、ビームの方向に変化が生じ
る。スリットの間隔と入射放射線の波長が、方向変化の
量を決定する。格子に沿ったスリットの間隔を変えるこ
とによって、回折の現象を利用して光のビームをコリメ
ートまたは合焦することができる。しかし残念ながら、
回折要素も、屈折要素と同じ欠点のいくつかを受ける。
もっとも重要なことには、入射光を格子のスリットを介
して透過しなければならないので、ビームのエネルギー
のかなりの量が格子の不透明部分によって吸収される。
これは、入射ビームと回折ビームの間でエネルギー分布
を大幅に変える。所望のコリメートまたは合焦を達成す
るためにはスリットのサイズと間隔が非常に正確でなけ
ればならないので、回折格子を製造するのも困難であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、屈折要素
および回折要素の欠点を克服するデバイスが当技術分野
で求められている。
および回折要素の欠点を克服するデバイスが当技術分野
で求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本出願は、複数の層を備
えるシリコン・ウェハと、複数の層の１つまたは複数の
中に形成される反射器と、放射線の入射ビームを反射ビ
ームに合焦またはコリメートするための反射器上のパタ
ーンとを備えるマイクロオプトエレクトロメカニカル装
置を開示する。
えるシリコン・ウェハと、複数の層の１つまたは複数の
中に形成される反射器と、放射線の入射ビームを反射ビ
ームに合焦またはコリメートするための反射器上のパタ
ーンとを備えるマイクロオプトエレクトロメカニカル装
置を開示する。
【０００８】本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態
を以下の図に関連して説明する。別段の定めがない限
り、様々な図を通じて同じ参照番号が同じ部分を指す。
を以下の図に関連して説明する。別段の定めがない限
り、様々な図を通じて同じ参照番号が同じ部分を指す。
【０００９】
【発明の実施の形態】放射されたビームをコリメートま
たは合焦するための装置、システム、および方法の実施
形態を本明細書で説明する。以下の説明では、本発明の
実施形態の完全な理解を可能にするために多数の特定の
詳細を説明する。しかし、１つまたは複数の上記特定の
詳細を用いずに、あるいは他の方法、構成要素、材料な
どを用いて本発明を実施することができることが当業者
には理解されよう。他の例では、本発明の態様が曖昧に
なるのを避けるために、良く知られている構造、材料、
または動作を詳細には図示または説明しない。
たは合焦するための装置、システム、および方法の実施
形態を本明細書で説明する。以下の説明では、本発明の
実施形態の完全な理解を可能にするために多数の特定の
詳細を説明する。しかし、１つまたは複数の上記特定の
詳細を用いずに、あるいは他の方法、構成要素、材料な
どを用いて本発明を実施することができることが当業者
には理解されよう。他の例では、本発明の態様が曖昧に
なるのを避けるために、良く知られている構造、材料、
または動作を詳細には図示または説明しない。
【００１０】本明細書を通じて、「一実施形態」または
「１つの実施形態」に対する言及は、その実施形態に関
連して説明する特定の特徴、構造、または特性が本発明
の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味す
る。したがって、本明細書を通じて様々な箇所で現れる
用語「一実施形態では」または「１つの実施形態では」
は、必ずしも全てが同じ実施形態に関連しているわけで
はない。さらに、特定の特徴、構造、または特性を、１
つまたは複数の実施形態において任意の適切な様式で組
み合わせることができる。
「１つの実施形態」に対する言及は、その実施形態に関
連して説明する特定の特徴、構造、または特性が本発明
の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味す
る。したがって、本明細書を通じて様々な箇所で現れる
用語「一実施形態では」または「１つの実施形態では」
は、必ずしも全てが同じ実施形態に関連しているわけで
はない。さらに、特定の特徴、構造、または特性を、１
つまたは複数の実施形態において任意の適切な様式で組
み合わせることができる。
【００１１】図１Ａ〜１Ｂは、面上にパターンを有する
反射器の２つの実施形態を例示している。このパターン
により、反射器は、反射器で反射される放射線の入射ビ
ームを変形させる。図示して論じる反射器パターンはフ
レネル・パターンであるが、同じ効果または別の効果を
得るために他のパターンを使用することもできる。図１
Ａは、光放出ダイオードまたはレーザ・ダイオードなど
の線源１６から放出される放射線の入射ビーム１４をコ
リメートするフレネル・パターン１２を含む反射器１０
の１つの実施形態を例示する。スペクトルの可視部での
放射線（例えば光）に関して論じるが、線源１６は、赤
外部、紫外部など任意の種類の電磁放射線を放出するこ
とができる。入射ビーム１４は、線源１６から平行ビー
ムとしては発せず、回折により角度γで広がる。３次元
では、線源から発する光は「円錐」を形成する。入射ビ
ーム１４は、反射器１０上のフレネル・パターン１２に
当たり、反射ビーム１８としてコリメートされる。図１
Ｂは、ビームをコリメートするのではなく、点Ｐにビー
ム１４を合焦する実施形態を例示する。線源１６から発
する入射ビーム１４は、フレネル・パターン２２に当た
り、反射ビーム２４として反射され、かつ反射器２０に
よって焦点Ｐに合焦される。
反射器の２つの実施形態を例示している。このパターン
により、反射器は、反射器で反射される放射線の入射ビ
ームを変形させる。図示して論じる反射器パターンはフ
レネル・パターンであるが、同じ効果または別の効果を
得るために他のパターンを使用することもできる。図１
Ａは、光放出ダイオードまたはレーザ・ダイオードなど
の線源１６から放出される放射線の入射ビーム１４をコ
リメートするフレネル・パターン１２を含む反射器１０
の１つの実施形態を例示する。スペクトルの可視部での
放射線（例えば光）に関して論じるが、線源１６は、赤
外部、紫外部など任意の種類の電磁放射線を放出するこ
とができる。入射ビーム１４は、線源１６から平行ビー
ムとしては発せず、回折により角度γで広がる。３次元
では、線源から発する光は「円錐」を形成する。入射ビ
ーム１４は、反射器１０上のフレネル・パターン１２に
当たり、反射ビーム１８としてコリメートされる。図１
Ｂは、ビームをコリメートするのではなく、点Ｐにビー
ム１４を合焦する実施形態を例示する。線源１６から発
する入射ビーム１４は、フレネル・パターン２２に当た
り、反射ビーム２４として反射され、かつ反射器２０に
よって焦点Ｐに合焦される。
【００１２】図２Ａ〜２Ｃは、放射線のビームを合焦ま
たはコリメートするのに適したフレネル・パターンの例
を示す。ここでも、図示して論じる反射器パターンはフ
レネル・パターンであるが、バイナリ・パターンや直線
パターンなど他のパターンを、同じまたは別の効果のた
めに使用することができる。反射器上のフレネル・パタ
ーンは通常、反射器の表面にエッチングされた複数の近
接して離隔されたバンドまたはチャネルを備える。一般
に、特定のフレネル・パターンの光パワー（すなわち、
図１Ａに示されるように入射ビーム１４をコリメートす
るか、あるいは図１Ｂに示されるように入射ビームを合
焦するか）は、ビームの広がり角度γ、入射放射線の波
長、線源とパターンの間の距離、およびフレネル・パタ
ーンを形成するバンドの間隔と分布に依存する。図２Ａ
は、互いに距離δだけ均等に離隔されている複数のバン
ド２８を備える楕円形フレネル・パターン２６を有する
反射器２９を例示する。この場合、反射器が入射ビーム
に対してある角度で位置決めされているので、パターン
は楕円形になる。３次元では、入射ビームが円錐を形成
するので、入射ビームに対してある角度で位置決めされ
た表面上への円錐の投影が楕円となる。図２Ｂは、図２
Ａに示される間隔よりも小さな間隔δで均等に離隔され
た複数のバンド２８を備える円形フレネル・パターン３
０を有する反射器２９を例示する。より小さな間隔δに
より、フレネル・パターン３０は、フレネル・パターン
２８よりも多くの光パワーを有する。図２Ｃは、円形フ
レネル・パターン３２を有する反射器２９を例示し、バ
ンド２８の分布はパターンの半径と共に変化しており、
パターンの周縁付近ではより小さな間隔δ２を有し、パ
ターンの中心付近ではより大きな間隔δ１を有する。
たはコリメートするのに適したフレネル・パターンの例
を示す。ここでも、図示して論じる反射器パターンはフ
レネル・パターンであるが、バイナリ・パターンや直線
パターンなど他のパターンを、同じまたは別の効果のた
めに使用することができる。反射器上のフレネル・パタ
ーンは通常、反射器の表面にエッチングされた複数の近
接して離隔されたバンドまたはチャネルを備える。一般
に、特定のフレネル・パターンの光パワー（すなわち、
図１Ａに示されるように入射ビーム１４をコリメートす
るか、あるいは図１Ｂに示されるように入射ビームを合
焦するか）は、ビームの広がり角度γ、入射放射線の波
長、線源とパターンの間の距離、およびフレネル・パタ
ーンを形成するバンドの間隔と分布に依存する。図２Ａ
は、互いに距離δだけ均等に離隔されている複数のバン
ド２８を備える楕円形フレネル・パターン２６を有する
反射器２９を例示する。この場合、反射器が入射ビーム
に対してある角度で位置決めされているので、パターン
は楕円形になる。３次元では、入射ビームが円錐を形成
するので、入射ビームに対してある角度で位置決めされ
た表面上への円錐の投影が楕円となる。図２Ｂは、図２
Ａに示される間隔よりも小さな間隔δで均等に離隔され
た複数のバンド２８を備える円形フレネル・パターン３
０を有する反射器２９を例示する。より小さな間隔δに
より、フレネル・パターン３０は、フレネル・パターン
２８よりも多くの光パワーを有する。図２Ｃは、円形フ
レネル・パターン３２を有する反射器２９を例示し、バ
ンド２８の分布はパターンの半径と共に変化しており、
パターンの周縁付近ではより小さな間隔δ２を有し、パ
ターンの中心付近ではより大きな間隔δ１を有する。
【００１３】図３Ａおよび３Ｂは、パターンのバンドに
関する適切な間隔が計算されるプロセスの１つの実施形
態を例示する。図３Ａは、放射線の入射ビームに対して
角度θで位置決めされた平坦な反射器上でのバンド間の
間隔の計算を例示する。各バンドが、反射器の表面上で
高さｈおよび幅ｔ１の隆起部を備え、各バンドが、距離
ｔ２だけ次のバンドから離隔されている。したがって、
距離ｔ２は、バンド間の「谷」の幅に対応する。バンド
の高さｈは、反射される放射線の波長λに基づいて、λ
／２の光路差となるように選択される。それにより電磁
波が互いに干渉して相殺される。ＭＯＥＭＳデバイスで
は、高さｈは、ウェハ処理中に課せられる場合がある高
さ制約にも依存する。バンドの幅およびバンド間の間隔
は、以下の式によって与えられる。
関する適切な間隔が計算されるプロセスの１つの実施形
態を例示する。図３Ａは、放射線の入射ビームに対して
角度θで位置決めされた平坦な反射器上でのバンド間の
間隔の計算を例示する。各バンドが、反射器の表面上で
高さｈおよび幅ｔ１の隆起部を備え、各バンドが、距離
ｔ２だけ次のバンドから離隔されている。したがって、
距離ｔ２は、バンド間の「谷」の幅に対応する。バンド
の高さｈは、反射される放射線の波長λに基づいて、λ
／２の光路差となるように選択される。それにより電磁
波が互いに干渉して相殺される。ＭＯＥＭＳデバイスで
は、高さｈは、ウェハ処理中に課せられる場合がある高
さ制約にも依存する。バンドの幅およびバンド間の間隔
は、以下の式によって与えられる。
【数１】
【００１４】図３Ｂは、放物面反射器と同じコリメート
または合焦効果を有するパターンの計算の１つの実施形
態を例示する。図３Ａと同様に、結果として得られるパ
ターンは、波長の各次数ｍ（ｍ＝０、１、２、・・・）
に関して１つずつ、一連のバンドを備える。放物面反射
器は、ｘ−ｚ平面でｚ＝（１／４ｆ）ｒ２と定義され
る。ここでｆは反射器の焦点距離であり、ｒはｘ−ｙ平
面の原点からの距離であり、したがってｒ２＝ｘ２＋ｙ
２である。放物面は、ｚ＝ａ＋ｂｘで定義される平坦な
面上に投影され、それにより各次数ｍと波長λに関し
て、平面と放物面の間の距離は（１／４）ｍλである。
平面と放物面の間のこの距離１／４ｍλは、放物面と平
面の間の距離（１／４）ｍλを放射線が２度通らなけれ
ばならないので、所望の光路長（１／２）ｍλとなる。
したがって、放物面から平面を差し引くと、以下の式が
得られる。
または合焦効果を有するパターンの計算の１つの実施形
態を例示する。図３Ａと同様に、結果として得られるパ
ターンは、波長の各次数ｍ（ｍ＝０、１、２、・・・）
に関して１つずつ、一連のバンドを備える。放物面反射
器は、ｘ−ｚ平面でｚ＝（１／４ｆ）ｒ２と定義され
る。ここでｆは反射器の焦点距離であり、ｒはｘ−ｙ平
面の原点からの距離であり、したがってｒ２＝ｘ２＋ｙ
２である。放物面は、ｚ＝ａ＋ｂｘで定義される平坦な
面上に投影され、それにより各次数ｍと波長λに関し
て、平面と放物面の間の距離は（１／４）ｍλである。
平面と放物面の間のこの距離１／４ｍλは、放物面と平
面の間の距離（１／４）ｍλを放射線が２度通らなけれ
ばならないので、所望の光路長（１／２）ｍλとなる。
したがって、放物面から平面を差し引くと、以下の式が
得られる。
【数２】
この式を再構成すると、
【数３】
となる。図３Ｂに示されるようにオフ軸角θから放物線
反射器に放射線を当てるために、量ａおよびｂは、
反射器に放射線を当てるために、量ａおよびｂは、
【数４】
で定義される。したがって、各波長次数ｍに関して、平
坦な反射器上での適切なパターンを計算することがで
き、放物面ミラーを使用して得られるのと同じコリメー
トまたは合焦結果を達成する。
坦な反射器上での適切なパターンを計算することがで
き、放物面ミラーを使用して得られるのと同じコリメー
トまたは合焦結果を達成する。
【００１５】図４Ａ〜４Ｂは、本発明の一実施形態であ
るマイクロオプトエレクトロメカニカル（ＭＯＥＭＳ）
デバイス４０を例示する。図４Ａは、図４Ｂに図示され
るＭＯＥＭＳデバイス４０を形成させるシリコンオンイ
ンシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ４２の断面を例示する。
ウェハ４２は、本発明の実施形態を構築するための開始
点に過ぎない。材料を、ウェハに選択的に追加する（例
えば、ウェハの上部へのポリシリコン層の堆積）、また
はウェハから、もしくはウェハ上に堆積された材料から
（例えばエッチングによって）選択的に除去することが
できる。ウェハ４２は通常、ＭＯＥＭＳ構成要素を有す
るチップにセグメント化される。本明細書で使用する
際、用語「ウェハ」は、完全なウェハと、チップなどウ
ェハの一部分との両方を含む。したがって、ウェハ上に
構築されるＭＯＥＭＳデバイス４０に言及するが、本明
細書での論述は、ウェハのサブセットであるチップ上に
構成されるＭＯＥＭＳデバイスにも当てはまる。
るマイクロオプトエレクトロメカニカル（ＭＯＥＭＳ）
デバイス４０を例示する。図４Ａは、図４Ｂに図示され
るＭＯＥＭＳデバイス４０を形成させるシリコンオンイ
ンシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ４２の断面を例示する。
ウェハ４２は、本発明の実施形態を構築するための開始
点に過ぎない。材料を、ウェハに選択的に追加する（例
えば、ウェハの上部へのポリシリコン層の堆積）、また
はウェハから、もしくはウェハ上に堆積された材料から
（例えばエッチングによって）選択的に除去することが
できる。ウェハ４２は通常、ＭＯＥＭＳ構成要素を有す
るチップにセグメント化される。本明細書で使用する
際、用語「ウェハ」は、完全なウェハと、チップなどウ
ェハの一部分との両方を含む。したがって、ウェハ上に
構築されるＭＯＥＭＳデバイス４０に言及するが、本明
細書での論述は、ウェハのサブセットであるチップ上に
構成されるＭＯＥＭＳデバイスにも当てはまる。
【００１６】ウェハ４２は、薄い単結晶シリコン（ＳＣ
Ｓ）デバイス層４４と、基板層４６とを備える。基板層
４６は、好ましくはポリシリコンである。デバイス層４
４と基板層４６の間に、基板層にデバイス層を一体に結
合する埋込型酸化物（ＢＯＸ）層４８が存在する。この
埋込型酸化物層４８は、薄膜を形成するためのウェット
およびドライ・エッチング処理でのエッチ・ストップと
して使用することもできる。さらに、基板層４６の後ろ
側に後部酸化物層５０が存在し、これを使用して、後ろ
側からの、デバイス層４４と基板層４６の界面に対する
エッチ・ダウンを制御する。好ましくは、ウェハは、１
００ｍｍ±０．５ｍｍの直径と、５２５±２５ミクロン
の厚さとを有する円形である。ウェハの全体の厚さは、
後ろ側酸化物５０の１±０．５ミクロンと、埋込型酸化
物（ＢＯＸ）の１±０．０５ミクロンと、単結晶シリコ
ンの５±０．５ミクロンとからなる。厚さの残りの部分
は基板からなる。上述したＳＯＩウェハに加えて、異な
る断面または異なる材料を有する他のウェハを使用する
こともできる。例えば、本発明は、ポリシリコンの層、
ポリシリコンと絶縁体や導体など他の材料との組合せの
層、または単結晶シリコンと他の材料との組合せの層を
備えるウェハで実施することができる。
Ｓ）デバイス層４４と、基板層４６とを備える。基板層
４６は、好ましくはポリシリコンである。デバイス層４
４と基板層４６の間に、基板層にデバイス層を一体に結
合する埋込型酸化物（ＢＯＸ）層４８が存在する。この
埋込型酸化物層４８は、薄膜を形成するためのウェット
およびドライ・エッチング処理でのエッチ・ストップと
して使用することもできる。さらに、基板層４６の後ろ
側に後部酸化物層５０が存在し、これを使用して、後ろ
側からの、デバイス層４４と基板層４６の界面に対する
エッチ・ダウンを制御する。好ましくは、ウェハは、１
００ｍｍ±０．５ｍｍの直径と、５２５±２５ミクロン
の厚さとを有する円形である。ウェハの全体の厚さは、
後ろ側酸化物５０の１±０．５ミクロンと、埋込型酸化
物（ＢＯＸ）の１±０．０５ミクロンと、単結晶シリコ
ンの５±０．５ミクロンとからなる。厚さの残りの部分
は基板からなる。上述したＳＯＩウェハに加えて、異な
る断面または異なる材料を有する他のウェハを使用する
こともできる。例えば、本発明は、ポリシリコンの層、
ポリシリコンと絶縁体や導体など他の材料との組合せの
層、または単結晶シリコンと他の材料との組合せの層を
備えるウェハで実施することができる。
【００１７】図４Ｂは、図４Ａに図示されるウェハ４２
を使用して構成されたＭＯＥＭＳデバイス５２の１つの
実施形態を例示する。デバイス５２は、ヒンジ機構５８
によってウェハ４２に可動的に取り付けられた、面上に
パターン５６を備える反射器５４を備える。反射器５４
は、ウェハのＳＣＳ層４４内に構成され、ヒンジ機構５
８内部に嵌まるヒンジ・ピン６０を含み、その周りで反
射器５４が回転する。図示される実施形態では、ＭＯＥ
ＭＳシステムで通常使用されるポリシリコンなど他の材
料よりも優れたＳＣＳの材料特性を利用するために、反
射器がＳＣＳ層４４内に完全に形成される。反射器５４
は、その片側にエッチングされたパターン５６を含む。
例えば、パターン５６は、図２Ａ〜２Ｃに図示される任
意のフレネル・パターン、またはバイナリ・パターンや
直線パターンなど別のタイプのパターンであってよい。
上述したように、選択されたパターンは、使用される反
射器に依存する。フレネル・パターンが使用される場
合、フレネル・パターンの構成は、入射放射線を合焦ま
たはコリメートするために必要とされる光パワーに依存
する。パターンの反射率を改善するために、金やアルミ
ニウムなど高反射材料６２の薄いコーティングがパター
ン上に堆積される。反射材料６２は、反射率が高く、し
かもパターン上に堆積されたときに、入射ビーム６４の
反射に干渉するバンドの粗い縁部を滑らかにするので、
パターンの効率を改善する。
を使用して構成されたＭＯＥＭＳデバイス５２の１つの
実施形態を例示する。デバイス５２は、ヒンジ機構５８
によってウェハ４２に可動的に取り付けられた、面上に
パターン５６を備える反射器５４を備える。反射器５４
は、ウェハのＳＣＳ層４４内に構成され、ヒンジ機構５
８内部に嵌まるヒンジ・ピン６０を含み、その周りで反
射器５４が回転する。図示される実施形態では、ＭＯＥ
ＭＳシステムで通常使用されるポリシリコンなど他の材
料よりも優れたＳＣＳの材料特性を利用するために、反
射器がＳＣＳ層４４内に完全に形成される。反射器５４
は、その片側にエッチングされたパターン５６を含む。
例えば、パターン５６は、図２Ａ〜２Ｃに図示される任
意のフレネル・パターン、またはバイナリ・パターンや
直線パターンなど別のタイプのパターンであってよい。
上述したように、選択されたパターンは、使用される反
射器に依存する。フレネル・パターンが使用される場
合、フレネル・パターンの構成は、入射放射線を合焦ま
たはコリメートするために必要とされる光パワーに依存
する。パターンの反射率を改善するために、金やアルミ
ニウムなど高反射材料６２の薄いコーティングがパター
ン上に堆積される。反射材料６２は、反射率が高く、し
かもパターン上に堆積されたときに、入射ビーム６４の
反射に干渉するバンドの粗い縁部を滑らかにするので、
パターンの効率を改善する。
【００１８】ヒンジ機構５８は、ウェハ上にヒンジ機構
５８を残すために、ウェハ４２上への堆積とエッチング
除去を交互にされる複数のポリシリコン層を備える。ヒ
ンジ機構５８は、当業者に知られている標準フォトリソ
グラフィ技法に従って構成することができる。ウェハ４
２上のどこかに光源（図示せず）を配置することができ
る。光源は入射ビーム６４を放出する。入射ビーム６４
はパターン５６で反射され、図示されるようにコリメー
トされた反射ビーム６６として反射される。ヒンジ・ピ
ン６０の周りで反射器５４を回転することができる駆動
機構（図示せず）に反射器５４を結合することもでき、
それにより反射器は、入射ビーム６４に対してその角度
を動的に変えることができる。
５８を残すために、ウェハ４２上への堆積とエッチング
除去を交互にされる複数のポリシリコン層を備える。ヒ
ンジ機構５８は、当業者に知られている標準フォトリソ
グラフィ技法に従って構成することができる。ウェハ４
２上のどこかに光源（図示せず）を配置することができ
る。光源は入射ビーム６４を放出する。入射ビーム６４
はパターン５６で反射され、図示されるようにコリメー
トされた反射ビーム６６として反射される。ヒンジ・ピ
ン６０の周りで反射器５４を回転することができる駆動
機構（図示せず）に反射器５４を結合することもでき、
それにより反射器は、入射ビーム６４に対してその角度
を動的に変えることができる。
【００１９】ＭＯＥＭＳデバイス５２の動作の際、反射
器５４はまず、ＳＣＳ層４４と同じ平面内にある。反射
器５４と、ヒンジ機構５８と、ヒンジ・ピン６０とが完
全に形成され、使用する準備が整うと、ウェハ４２から
解放される。次いで、反射器５４が、入射ビーム６４に
対して所望の角度になるまで、ヒンジ機構５８の内部に
あるヒンジ・ピン６０の周りで回転させられる。放射線
源（図示せず）がオンに切り換えられると、入射ビーム
６４が線源から発し、パターン５６に当たり、反射ビー
ムとして反射され、かつ反射器５４によってコリメート
される。
器５４はまず、ＳＣＳ層４４と同じ平面内にある。反射
器５４と、ヒンジ機構５８と、ヒンジ・ピン６０とが完
全に形成され、使用する準備が整うと、ウェハ４２から
解放される。次いで、反射器５４が、入射ビーム６４に
対して所望の角度になるまで、ヒンジ機構５８の内部に
あるヒンジ・ピン６０の周りで回転させられる。放射線
源（図示せず）がオンに切り換えられると、入射ビーム
６４が線源から発し、パターン５６に当たり、反射ビー
ムとして反射され、かつ反射器５４によってコリメート
される。
【００２０】図５は、複数の反射器を採用するＭＯＥＭ
Ｓシステム７０の１つの実施形態を例示する。システム
７０は、下にあるウェハ４２上に構築され、放射線源７
２と、面上にパターン７６を有する第１の反射器７４
と、面上にパターン８０を有する第２の反射器７８とを
含む。放射線源７２は、任意の電磁放射線源であってよ
いが、通常は、可視または赤外スペクトルでの放射線を
放出する。例えば、放射線源を光放出ダイオード、レー
ザ・ダイオード、遠隔通信適用例用の光ファイバなどに
することができる。反射器７４および７８は、図２Ａ〜
２Ｃに例示されるものと同じであってよく、あるいは、
反射器が使用される適用例および開始ウェハの構成に応
じて何らかの他の構成にすることができる。図示される
ように、パターン７６はコリメート・フレネル・パター
ンであり、パターン８０は合焦パターンである。他の実
施形態では、パターン７６および８０は、形成されるま
たは調整される入射ビーム８２の形状に応じて、同じも
のにすることも、異なるものにすることもできる。例え
ば、パターン７６と８０をどちらもコリメート・パター
ンにすることができ、どちらも合焦パターンにすること
ができ、パターン８０をコリメート・パターンにして、
パターン７６を合焦パターンにすることもでき、あるい
はその逆にすることもできる。さらに、２つの反射器７
４と７８の一方を、面上に全くパターンを備えていない
普通のミラーにすることができ、あるいは１つまたは両
方の反射器７４および７８を、１つまたは複数の軸の周
りで回転することができるスキャン・ミラーにすること
ができ、それによりスキャン反射器から反射されたビー
ムを様々な方向に向けることができる。
Ｓシステム７０の１つの実施形態を例示する。システム
７０は、下にあるウェハ４２上に構築され、放射線源７
２と、面上にパターン７６を有する第１の反射器７４
と、面上にパターン８０を有する第２の反射器７８とを
含む。放射線源７２は、任意の電磁放射線源であってよ
いが、通常は、可視または赤外スペクトルでの放射線を
放出する。例えば、放射線源を光放出ダイオード、レー
ザ・ダイオード、遠隔通信適用例用の光ファイバなどに
することができる。反射器７４および７８は、図２Ａ〜
２Ｃに例示されるものと同じであってよく、あるいは、
反射器が使用される適用例および開始ウェハの構成に応
じて何らかの他の構成にすることができる。図示される
ように、パターン７６はコリメート・フレネル・パター
ンであり、パターン８０は合焦パターンである。他の実
施形態では、パターン７６および８０は、形成されるま
たは調整される入射ビーム８２の形状に応じて、同じも
のにすることも、異なるものにすることもできる。例え
ば、パターン７６と８０をどちらもコリメート・パター
ンにすることができ、どちらも合焦パターンにすること
ができ、パターン８０をコリメート・パターンにして、
パターン７６を合焦パターンにすることもでき、あるい
はその逆にすることもできる。さらに、２つの反射器７
４と７８の一方を、面上に全くパターンを備えていない
普通のミラーにすることができ、あるいは１つまたは両
方の反射器７４および７８を、１つまたは複数の軸の周
りで回転することができるスキャン・ミラーにすること
ができ、それによりスキャン反射器から反射されたビー
ムを様々な方向に向けることができる。
【００２１】システム７０の動作の際、入射ビーム８２
は、線源７２から出て、第１の反射器７４で反射させら
れる。第１の反射器７４は、反射ビーム８４が第２の反
射器７８に向けられるように、入射ビームに対して適切
な角度で位置決めされる。第１の反射器７４は、入射ビ
ーム８２を反射し、コリメートして、第２の反射器７８
に向ける。次いで、第２の反射器７８が反射ビーム８４
を合焦して、合焦反射ビーム８６に変える。図示したよ
うに、ビーム８２、８４、および８６は、ウェハ４２の
平面内に残っているが、ビームをウェハ上の何らかの他
のデバイスに向けることもでき、あるいは、ウェハ４２
の平面外にある場合がある何らかの他のデバイスにビー
ムを向けるために使用することもできる。システム７０
は、例えば、スキャナに関してレーザ・ビームを調整す
るため、または１つの光ファイバから別の光ファイバに
光信号をルーティングするために使用することができ
る。組み合わさって作動する反射器７４および７８は、
スキャニングに要求される必要なドット・サイズに適し
たビームのサイズを作成する。したがって、ビーム８６
を、スキャン・ミラーに向けることができ、このミラー
が次いで、バー・コードをわたってスキャンする形でビ
ームを反射する。
は、線源７２から出て、第１の反射器７４で反射させら
れる。第１の反射器７４は、反射ビーム８４が第２の反
射器７８に向けられるように、入射ビームに対して適切
な角度で位置決めされる。第１の反射器７４は、入射ビ
ーム８２を反射し、コリメートして、第２の反射器７８
に向ける。次いで、第２の反射器７８が反射ビーム８４
を合焦して、合焦反射ビーム８６に変える。図示したよ
うに、ビーム８２、８４、および８６は、ウェハ４２の
平面内に残っているが、ビームをウェハ上の何らかの他
のデバイスに向けることもでき、あるいは、ウェハ４２
の平面外にある場合がある何らかの他のデバイスにビー
ムを向けるために使用することもできる。システム７０
は、例えば、スキャナに関してレーザ・ビームを調整す
るため、または１つの光ファイバから別の光ファイバに
光信号をルーティングするために使用することができ
る。組み合わさって作動する反射器７４および７８は、
スキャニングに要求される必要なドット・サイズに適し
たビームのサイズを作成する。したがって、ビーム８６
を、スキャン・ミラーに向けることができ、このミラー
が次いで、バー・コードをわたってスキャンする形でビ
ームを反射する。
【００２２】上述した反射器を使用するデバイスの実施
形態は、線源から放射するビームを形成する際の問題を
解決するにあたって従来技術のデバイスに勝るいくつか
の利点を提供する。より重要には、図示される実施形態
が、線源から発する放射線のビームを調整するために、
屈折および回折手法に固有の欠点のいくつかを克服す
る。説明した実施形態は屈折または回折ではなく反射を
用いて動作するので、そこを通過する任意の放射線を吸
収する、またはその他の方法で妨げることがなく、した
がって入射ビームのエネルギー分布を大きく変えること
がない。
形態は、線源から放射するビームを形成する際の問題を
解決するにあたって従来技術のデバイスに勝るいくつか
の利点を提供する。より重要には、図示される実施形態
が、線源から発する放射線のビームを調整するために、
屈折および回折手法に固有の欠点のいくつかを克服す
る。説明した実施形態は屈折または回折ではなく反射を
用いて動作するので、そこを通過する任意の放射線を吸
収する、またはその他の方法で妨げることがなく、した
がって入射ビームのエネルギー分布を大きく変えること
がない。
【００２３】要約書に記述することを含めた本発明の例
示実施形態の上述した説明は、網羅的なものと意図され
ておらず、また開示した実施形態に本発明を限定する意
図もない。本発明の特定の実施形態を例示目的で本明細
書に説明したが、当業者に理解されるように、様々な等
価修正形態が本発明の範囲内で可能である。これらの修
正形態は、上述した詳細な説明に照らして本発明をなす
ことができる。
示実施形態の上述した説明は、網羅的なものと意図され
ておらず、また開示した実施形態に本発明を限定する意
図もない。本発明の特定の実施形態を例示目的で本明細
書に説明したが、当業者に理解されるように、様々な等
価修正形態が本発明の範囲内で可能である。これらの修
正形態は、上述した詳細な説明に照らして本発明をなす
ことができる。
【００２４】頭記の特許請求の範囲で使用した用語は、
本明細書および特許請求の範囲で開示した特定の実施形
態に本発明を限定するものと解釈すべきではない。そう
ではなく、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲によ
って全体的に決定すべきであり、特許請求の範囲の解釈
の確立された教義に従って解釈すべきである。
本明細書および特許請求の範囲で開示した特定の実施形
態に本発明を限定するものと解釈すべきではない。そう
ではなく、本発明の範囲は、頭記の特許請求の範囲によ
って全体的に決定すべきであり、特許請求の範囲の解釈
の確立された教義に従って解釈すべきである。
【図１Ａ】線源から発し、面上にパターンを有する反射
器によってコリメートされる放射線の入射ビームを示す
図である。
器によってコリメートされる放射線の入射ビームを示す
図である。
【図１Ｂ】線源から発し、面上にパターンを有する反射
器によって合焦される放物線の入射ビームを示す図であ
る。
器によって合焦される放物線の入射ビームを示す図であ
る。
【図２Ａ】均一に分布されたバンドを有する楕円形パタ
ーンの１つの実施形態を示す図である。
ーンの１つの実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａのバンドよりも小さな間隔で均一に分
布されたバンドを有する円形パターンの１つの実施形態
を示す図である。
布されたバンドを有する円形パターンの１つの実施形態
を示す図である。
【図２Ｃ】不均一に分布されたバンドを有する円形パタ
ーンの１つの実施形態を示す図であって、パターンの中
心付近のバンドが、パターンの縁部に沿ったバンドより
も大きな間隔を有する図である。
ーンの１つの実施形態を示す図であって、パターンの中
心付近のバンドが、パターンの縁部に沿ったバンドより
も大きな間隔を有する図である。
【図３Ａ】放射線を回折するために使用されるパターン
の１つの実施形態の断面図であって、バンドの間隔を計
算することができる方法の一例を示す図である。
の１つの実施形態の断面図であって、バンドの間隔を計
算することができる方法の一例を示す図である。
【図３Ｂ】放物線ミラーと同じ合焦またはコリメート効
果を有するようにパターン内のバンドの間隔が計算され
る方法の１つの実施形態を示す図である。
果を有するようにパターン内のバンドの間隔が計算され
る方法の１つの実施形態を示す図である。
【図４Ａ】フレネル・パターンを有するＭＯＥＭＳ反射
器を構築することができるシリコンオンインシュレータ
（ＳＯＩ）ウェハの断面図である。
器を構築することができるシリコンオンインシュレータ
（ＳＯＩ）ウェハの断面図である。
【図４Ｂ】面上にフレネル・パターンを有し、図３Ａに
図示されるようにウェハ上に構築されるＭＯＥＭＳ反射
器の１つの実施形態の断面図である。
図示されるようにウェハ上に構築されるＭＯＥＭＳ反射
器の１つの実施形態の断面図である。
【図５】図３Ｂに示されるものなど１対の反射器を使用
するＭＯＥＭＳシステムの一実施形態の平面図である。
するＭＯＥＭＳシステムの一実施形態の平面図である。
１０、２０、２９ 反射器
１２、２２、２６ フレネル・パターン
１４ 入射ビーム
１６ 線源
１８、２４ 反射ビーム
２８ バンド
４２ ウェハ
４４ デバイス層
４６ 基板層
４８ 埋込型酸化物層
５８ ヒンジ機構
６０ ヒンジ・ピン
６２ 反射材料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１２月２日（２００２．１２．
２）
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正内容】
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０２Ｂ 26/10 １０１ Ｇ０２Ｂ 26/10 １０１
(72)発明者 トロイ・ディ・デイバー
アメリカ合衆国・98092・ワシントン州・
オーバーン・サウスイースト 306・12709
Ｆターム(参考） 2H042 DA02 DA05 DA12 DB05 DB08
DC01 DD02 DE00
2H045 AB02 AB73 DA02
2H049 AA08 AA14 AA37 AA44 AA69
Claims (30)
- 【請求項１】 複数の層を備えるシリコン・ウェハと、 複数の層の１つまたは複数の中に形成される反射器と、 放射線の入射ビームを反射ビームに合焦またはコリメー
トするための反射器上のパターンとを備えるマイクロオ
プトエレクトロメカニカル装置。 - 【請求項２】 さらに、反射ビームに対して第２の選択
された角度で位置決めされた第２の反射器を備える請求
項１に記載の装置。 - 【請求項３】 第２の反射器が、１つまたは複数の軸の
周りで回転することができるスキャン・ミラーである請
求項２に記載のシステム。 - 【請求項４】 前記パターンが、円形または楕円形のフ
レネル・パターンである請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 前記パターンが、複数の均一に離隔され
たバンドを備える請求項１に記載の装置。 - 【請求項６】 前記パターンが、複数の不均一に離隔さ
れたバンドを備える請求項１に記載の装置。 - 【請求項７】 前記パターンが、高反射コーティングで
カバーされている請求項１に記載の装置。 - 【請求項８】 コーティングが金である請求項７に記載
の装置。 - 【請求項９】 前記放射線が、スペクトルの可視部にあ
る電磁放射線である請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記放射線が、スペクトルの赤外部に
ある電磁放射線である請求項１に記載の装置。 - 【請求項１１】 絶縁体層によって基板層から分離され
た単結晶シリコン（ＳＣＳ）層を備えるウェハと、 ＳＣＳ層内に形成された反射器と、 入射ビームを反射ビームに合焦するために反射器の表面
上に形成されたパターンとを備えるマイクロオプトエレ
クトロメカニカル装置。 - 【請求項１２】 さらに、反射ビームに対して第２の選
択された角度で位置決めされた第２の反射器を備える請
求項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 第２の反射器が、１つまたは複数の軸
の周りで回転することができるスキャン・ミラーである
請求項１２に記載のシステム。 - 【請求項１４】 前記パターンが、円形または楕円形の
フレネル・パターンである請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１５】 前記パターンが、複数の均一に離隔さ
れたバンドを備える請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１６】 前記パターンが、複数の不均一に離隔
されたバンドを備える請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１７】 前記パターンが、高反射コーティング
でカバーされる請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１８】 コーティングが金である請求項１７に
記載の装置。 - 【請求項１９】 前記放射線が、スペクトルの可視部に
ある電磁放射線である請求項１１に記載の装置。 - 【請求項２０】 前記放射線が、スペクトルの赤外部に
ある電磁放射線である請求項１１に記載の装置。 - 【請求項２１】 絶縁体層によって基板層から分離され
た単結晶シリコン（ＳＣＳ）層を備えるウェハと、 ウェハの層に取り付けられた放射線源と、 ＳＣＳ層内に形成された反射器と、 入射ビームを反射ビームに合焦またはコリメートするた
めに反射器の表面上に形成されたパターンとを備えるマ
イクロオプトエレクトロメカニカル・システム。 - 【請求項２２】 さらに、反射ビームに対して選択され
た角度で位置決めされた第２の反射器を備える請求項２
１に記載のシステム。 - 【請求項２３】 第２の反射器が、１つまたは複数の軸
の周りで回転することができるスキャン・ミラーである
請求項２２に記載のシステム。 - 【請求項２４】 前記パターンが、円形または楕円形の
フレネル・パターンである請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２５】 前記パターンが、複数の均一に離隔さ
れたバンドを備える請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２６】 前記パターンが、複数の不均一に離隔
されたバンドを備える請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２７】 前記パターンが、高反射コーティング
でカバーされている請求項２１に記載の装置。 - 【請求項２８】 コーティングが金である請求項２７に
記載の装置。 - 【請求項２９】 前記放射線が、スペクトルの可視部に
ある電磁放射線である請求項２１に記載の装置。 - 【請求項３０】 前記放射線が、スペクトルの赤外部に
ある電磁放射線である請求項２１に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/000232 | 2001-11-30 | ||
| US10/000,232 US20040240034A1 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Diffraction compensation using a patterned reflector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003262832A true JP2003262832A (ja) | 2003-09-19 |
Family
ID=21690531
Family Applications (1)
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