JP3213048B2 - 光シャッタの製造方法 - Google Patents
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- G02B6/3584—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details constructional details of an associated actuator having a MEMS construction, i.e. constructed using semiconductor technology such as etching
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、変形可能ミラーデバイ
ス(DMD)と実質的に同様な構造に関し、特に、個々
に偏向可能素子を有するデバイスに関する。
ス(DMD)と実質的に同様な構造に関し、特に、個々
に偏向可能素子を有するデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】変形可能ミラーデバイス(DMD)は、
通常は電極のアレイすなわち配列上に懸架された反射面
から成る。ある場合には、その反射面は薄膜である。い
ま問題にしているDMDの形式は他の種類のもので、そ
の形式は、反射面が個々に制御されうるミラーに分割さ
れ、それぞれのミラーが他のミラーから分離されている
ものである。
通常は電極のアレイすなわち配列上に懸架された反射面
から成る。ある場合には、その反射面は薄膜である。い
ま問題にしているDMDの形式は他の種類のもので、そ
の形式は、反射面が個々に制御されうるミラーに分割さ
れ、それぞれのミラーが他のミラーから分離されている
ものである。
【0003】これらのDMDは通常は、基板上に電極の
アレイを形成し、該電極のアレイを重合体スペーサによ
って被覆し、該スペーサをアクセス孔を形成すべくまた
個々のミラーおよびヒンジを形成すべくパターン化され
た金属によって被覆し、次に前記スペーサ層をエッチン
グ除去して該スペーサの該ミラー金属を支持する部分を
残すことによって製造される。あるDMD構造において
は、全ての該スペーサ層が除去されて、金属柱がミラー
を支持するのに用いられる。得られた個々のミラーは、
アドレス用電極と、少なくとも1つの支持柱と、該電極
上のエアギャップ上に懸架されたミラーと、から成る。
アレイを形成し、該電極のアレイを重合体スペーサによ
って被覆し、該スペーサをアクセス孔を形成すべくまた
個々のミラーおよびヒンジを形成すべくパターン化され
た金属によって被覆し、次に前記スペーサ層をエッチン
グ除去して該スペーサの該ミラー金属を支持する部分を
残すことによって製造される。あるDMD構造において
は、全ての該スペーサ層が除去されて、金属柱がミラー
を支持するのに用いられる。得られた個々のミラーは、
アドレス用電極と、少なくとも1つの支持柱と、該電極
上のエアギャップ上に懸架されたミラーと、から成る。
【0004】これらのデバイスのいくつかの構造をあげ
ると、片持梁、ねじり梁、および撓み梁の形式のものが
ある。片持梁DMDは、1辺上において支持されたミラ
ーを有する。このミラーは、運動の自由を許容する単一
の薄いヒンジによって支持体に取付けられている。エア
ギャップ下の電極が電気的にアドレスされると、ミラー
はその電極に静電的に引きつけられ、そのヒンジにおい
て下方へ撓む。ねじり梁DMDは、ミラーの対向辺上に
ある2つのヒンジによって取付けられている。この形式
のDMDは、通常2つのアドレス電極を有する。一方の
電極がアドレスされると、ミラーはその電極に静電的に
引きつけられ、それによってミラーはアドレスされた電
極が位置する側へ傾けられて、2つのヒンジにより定め
られる中心梁の回りにねじられる。撓み梁DMDは、4
つの各辺上に1つずつある4つのヒンジを有する。撓み
梁の直下に位置する単一電極がアドレスされると、ミラ
ーはピストン様の運動をなして撓む。
ると、片持梁、ねじり梁、および撓み梁の形式のものが
ある。片持梁DMDは、1辺上において支持されたミラ
ーを有する。このミラーは、運動の自由を許容する単一
の薄いヒンジによって支持体に取付けられている。エア
ギャップ下の電極が電気的にアドレスされると、ミラー
はその電極に静電的に引きつけられ、そのヒンジにおい
て下方へ撓む。ねじり梁DMDは、ミラーの対向辺上に
ある2つのヒンジによって取付けられている。この形式
のDMDは、通常2つのアドレス電極を有する。一方の
電極がアドレスされると、ミラーはその電極に静電的に
引きつけられ、それによってミラーはアドレスされた電
極が位置する側へ傾けられて、2つのヒンジにより定め
られる中心梁の回りにねじられる。撓み梁DMDは、4
つの各辺上に1つずつある4つのヒンジを有する。撓み
梁の直下に位置する単一電極がアドレスされると、ミラ
ーはピストン様の運動をなして撓む。
【0005】これらのデバイスの応用は、プリンタ、表
示装置、スイッチング回路網、およびその他多方面に及
ぶ。DMDデバイスの構造は、スイッチまたは制御器と
しての多くの可能な応用を有する。
示装置、スイッチング回路網、およびその他多方面に及
ぶ。DMDデバイスの構造は、スイッチまたは制御器と
しての多くの可能な応用を有する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的および利
点は自明であり、それらは以下において部分的に現わ
れ、また金属シャッタを上昇または降下せしめる構造を
提供する本発明によって達成される。この構造は、基板
と、電極と、この電極上のエアギャップの上に懸架され
た反射性の金属素子と、から成る。この金属素子には、
垂直構造が取付けられている。電極がアドレスされる
と、金属素子は撓んで、取付けられた垂直構造をして金
属素子と共に移動せしめる。
点は自明であり、それらは以下において部分的に現わ
れ、また金属シャッタを上昇または降下せしめる構造を
提供する本発明によって達成される。この構造は、基板
と、電極と、この電極上のエアギャップの上に懸架され
た反射性の金属素子と、から成る。この金属素子には、
垂直構造が取付けられている。電極がアドレスされる
と、金属素子は撓んで、取付けられた垂直構造をして金
属素子と共に移動せしめる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本デバイスは次のように
して製造される。電極が基板上に形成される。有機重合
体スペーサがそのウェハにコーティングされる。そのス
ペーサはパターン化され、金属によって被覆される。こ
の金属は、パターン化されエッチングされることによっ
てヒンジと、垂直に取付けられた構造を含む可動金属素
子とを形成する。次に、このウェハは分割され、スペー
サレベルは除去されて、金属素子はエアギャップ上にお
いて運動しうるようにされる。
して製造される。電極が基板上に形成される。有機重合
体スペーサがそのウェハにコーティングされる。そのス
ペーサはパターン化され、金属によって被覆される。こ
の金属は、パターン化されエッチングされることによっ
てヒンジと、垂直に取付けられた構造を含む可動金属素
子とを形成する。次に、このウェハは分割され、スペー
サレベルは除去されて、金属素子はエアギャップ上にお
いて運動しうるようにされる。
【0008】
【実施例】DMDの基本構造は多くの目的に応じて変更
されうる。偏向が簡単なため、それは、金属素子が運動
するのに伴って運動する、金属素子の下面または上面に
取付けられた垂直構造を有する制御可能なシャッタデバ
イスとして作用するのに特に適している。シャッタと呼
ばれるこの垂直構造を形成するためには、DMDの製造
工程に対してわずかな改変を行なわなくてはならない。
されうる。偏向が簡単なため、それは、金属素子が運動
するのに伴って運動する、金属素子の下面または上面に
取付けられた垂直構造を有する制御可能なシャッタデバ
イスとして作用するのに特に適している。シャッタと呼
ばれるこの垂直構造を形成するためには、DMDの製造
工程に対してわずかな改変を行なわなくてはならない。
【0009】工程の流れは図1に示されている。ステッ
プ10においては、シャッタデバイスが導波路用として
使用されるべきものであるか否かの決定がなされなくて
はならない。そのわけは、導波路用として使用されるも
のである場合には、異なる初期製造工程が必要となるか
らである。もし、そうでない場合には、工程は径路12
を経てステップ14へ進む。ステップ14においては、
シリコンまたはひ化ガリウムである基板上に電極が形成
される。これらの電極はさまざまな方法で形成されうる
が、その1つは、金属層を堆積し、パターン化してエッ
チングする方法である。他の方法としては、ポリシリコ
ンにより電極を形成する方法、電極を拡散または注入す
る方法がある。電極の形成後には、工程はステップ16
へ進み、そこではウェハに対して重合体スペーサ層のコ
ーティングがなされる。このステップの一部として、ま
たデバイスの形式によって、この重合体は、上部に金属
が堆積された時、支持柱およびシャッタが形成されるよ
うにパターン化されうる。次のステップ18において
は、金属素子、ヒンジ、およびシャッタが金属層の堆積
によって形成される時に、パターン化およびエッチング
が行なわれる。第1金属層はヒンジのための薄い層であ
る。この層はまた、もし柱が用いられるべき場合なら
ば、柱を形成するための通路と、シャッタのための部分
通路と、をも満たす。この薄い金属層は、次にヒンジを
被覆するようにパターン化される二酸化シリコンにより
被覆される。次に、厚い金属層が形成され二酸化シリコ
ンによってマスクされて、金属素子が形成される。最後
に全構造がエッチングされ、金属素子を画定するために
第2マスクが残された場所以外の全ての場所において厚
い金属が除去される。薄い金属もまた、それが残ってい
る厚い金属の下部と、ヒンジがマスクされている場所と
以外の全ての場所において除去される。シャッタは、金
属素子梁に対してさまざまな異なる配置をとりうる。こ
れらの配置のいくつかをあげれば、垂直、斜め、中心
外、中心上、がある。これらさまざまな配置のいくつか
は、後に検討される。もしこのデバイスが通路を用いて
いれば、ヒンジ/梁金属がそれらを満たし、支持柱を形
成する。ステップ20において、ウェハは個々のデバイ
スに分割されるが、これはウェハをのこ引きすることに
よって行なわれうる。ウェハの分割後、重合体スペーサ
はステップ22において除去される。もし金属柱を有す
る構造が所望される場合は、全ての重合体スペーサが除
去される。もし通路がパターン化されていなかったなら
ば、重合体スペーサの一部は、金属素子を支持するため
に残される。これによって、金属素子は、金属素子を金
属素子の電極から分離するエアギャップ上において自由
に運動することが可能となる。最後に、ステップ23に
おいて、デバイスはパッケージに封入される。
プ10においては、シャッタデバイスが導波路用として
使用されるべきものであるか否かの決定がなされなくて
はならない。そのわけは、導波路用として使用されるも
のである場合には、異なる初期製造工程が必要となるか
らである。もし、そうでない場合には、工程は径路12
を経てステップ14へ進む。ステップ14においては、
シリコンまたはひ化ガリウムである基板上に電極が形成
される。これらの電極はさまざまな方法で形成されうる
が、その1つは、金属層を堆積し、パターン化してエッ
チングする方法である。他の方法としては、ポリシリコ
ンにより電極を形成する方法、電極を拡散または注入す
る方法がある。電極の形成後には、工程はステップ16
へ進み、そこではウェハに対して重合体スペーサ層のコ
ーティングがなされる。このステップの一部として、ま
たデバイスの形式によって、この重合体は、上部に金属
が堆積された時、支持柱およびシャッタが形成されるよ
うにパターン化されうる。次のステップ18において
は、金属素子、ヒンジ、およびシャッタが金属層の堆積
によって形成される時に、パターン化およびエッチング
が行なわれる。第1金属層はヒンジのための薄い層であ
る。この層はまた、もし柱が用いられるべき場合なら
ば、柱を形成するための通路と、シャッタのための部分
通路と、をも満たす。この薄い金属層は、次にヒンジを
被覆するようにパターン化される二酸化シリコンにより
被覆される。次に、厚い金属層が形成され二酸化シリコ
ンによってマスクされて、金属素子が形成される。最後
に全構造がエッチングされ、金属素子を画定するために
第2マスクが残された場所以外の全ての場所において厚
い金属が除去される。薄い金属もまた、それが残ってい
る厚い金属の下部と、ヒンジがマスクされている場所と
以外の全ての場所において除去される。シャッタは、金
属素子梁に対してさまざまな異なる配置をとりうる。こ
れらの配置のいくつかをあげれば、垂直、斜め、中心
外、中心上、がある。これらさまざまな配置のいくつか
は、後に検討される。もしこのデバイスが通路を用いて
いれば、ヒンジ/梁金属がそれらを満たし、支持柱を形
成する。ステップ20において、ウェハは個々のデバイ
スに分割されるが、これはウェハをのこ引きすることに
よって行なわれうる。ウェハの分割後、重合体スペーサ
はステップ22において除去される。もし金属柱を有す
る構造が所望される場合は、全ての重合体スペーサが除
去される。もし通路がパターン化されていなかったなら
ば、重合体スペーサの一部は、金属素子を支持するため
に残される。これによって、金属素子は、金属素子を金
属素子の電極から分離するエアギャップ上において自由
に運動することが可能となる。最後に、ステップ23に
おいて、デバイスはパッケージに封入される。
【0010】とられうる別の径路は、径路24である。
この径路は、シャッタデバイスが導波路用に用いられる
場合の径路である。この場合には、工程はステップ10
から径路24を経てステップ26へ進む。ステップ26
においては、導波路のための下部層が基板上に形成され
る。ステップ28においては導波路コアが形成され、次
にステップ30においては上部層が形成される。上部導
波路層はパターン化され、導波路コアを横断するギャッ
プがエッチングされる。次に工程はステップ14へ継続
され、前述のように進行する。出来上がった2つの構造
間の相違は、次のことだけである。第1構造は、基板上
の電極上へ垂下するシャッタを備えたDMDを有する。
第2構造は、電極がアドレスされた時に導波路ギャップ
内へシャッタが入るように垂下する該シャッタを備えた
DMDを有する。
この径路は、シャッタデバイスが導波路用に用いられる
場合の径路である。この場合には、工程はステップ10
から径路24を経てステップ26へ進む。ステップ26
においては、導波路のための下部層が基板上に形成され
る。ステップ28においては導波路コアが形成され、次
にステップ30においては上部層が形成される。上部導
波路層はパターン化され、導波路コアを横断するギャッ
プがエッチングされる。次に工程はステップ14へ継続
され、前述のように進行する。出来上がった2つの構造
間の相違は、次のことだけである。第1構造は、基板上
の電極上へ垂下するシャッタを備えたDMDを有する。
第2構造は、電極がアドレスされた時に導波路ギャップ
内へシャッタが入るように垂下する該シャッタを備えた
DMDを有する。
【0011】図2aは、ねじり梁シャッタデバイスの平
面図を示す。金属素子32は、ヒンジ36aおよび36
bによりアドレス電極38aおよび38b上に懸架され
ている。ヒンジ36aおよび36bはまた、それぞれ柱
34aおよび34bによって支持されている。この例に
おいては、金属シャッタ40は、導波路42内のギャッ
プ44上に垂下しているように示されている。この状態
においては金属素子32はアドレスされておらず、シャ
ッタ40は導波路ギャップ44上に垂下している。図2
bにおいて導波路42によって隠蔽されているアドレス
用電極38bがアドレスされると、金属素子はその電極
へ向かって撓み、図2cに示されているようにシャッタ
40を導波路ギャップ44内へ降下せしめる。これによ
り、導波路を経てのいかなる光伝送も遮断され、デバイ
スはオン/オフスイッチとして作用する。あるいは、D
MDシャッタは、シャッタが、アドレスされない状態に
おいて導波路ギャップ内に、すなわちオフ状態にあるよ
うにも製造されうる。この場合には、金属素子のシャッ
タとは反対側の電極38aがアドレスされると、金属素
子は他の様式の傾斜をなし、金属素子はシャッタを導波
路ギャップ外へ持ちあげるので、アドレスされた状態に
おいては、光伝導はギャップを超えて行なわれ、すなわ
ちオン状態となる。
面図を示す。金属素子32は、ヒンジ36aおよび36
bによりアドレス電極38aおよび38b上に懸架され
ている。ヒンジ36aおよび36bはまた、それぞれ柱
34aおよび34bによって支持されている。この例に
おいては、金属シャッタ40は、導波路42内のギャッ
プ44上に垂下しているように示されている。この状態
においては金属素子32はアドレスされておらず、シャ
ッタ40は導波路ギャップ44上に垂下している。図2
bにおいて導波路42によって隠蔽されているアドレス
用電極38bがアドレスされると、金属素子はその電極
へ向かって撓み、図2cに示されているようにシャッタ
40を導波路ギャップ44内へ降下せしめる。これによ
り、導波路を経てのいかなる光伝送も遮断され、デバイ
スはオン/オフスイッチとして作用する。あるいは、D
MDシャッタは、シャッタが、アドレスされない状態に
おいて導波路ギャップ内に、すなわちオフ状態にあるよ
うにも製造されうる。この場合には、金属素子のシャッ
タとは反対側の電極38aがアドレスされると、金属素
子は他の様式の傾斜をなし、金属素子はシャッタを導波
路ギャップ外へ持ちあげるので、アドレスされた状態に
おいては、光伝導はギャップを超えて行なわれ、すなわ
ちオン状態となる。
【0012】さらに、このデバイスは、アナログ的にも
動作せしめられうる。シャッタの撓みの距離は、アドレ
ス電極に印加された電圧の量によって制御されうる。こ
のようにして、シャッタは、伝送される光量をアナログ
的に、完全伝送から完全遮断までの任意のレベルに制限
するように部分的にも降下せしめられうる。この方法
は、伝送の減衰がディジタル的、すなわち完全なオンま
たは遮断のみであった、前のアドレス方法とは異なって
いる。
動作せしめられうる。シャッタの撓みの距離は、アドレ
ス電極に印加された電圧の量によって制御されうる。こ
のようにして、シャッタは、伝送される光量をアナログ
的に、完全伝送から完全遮断までの任意のレベルに制限
するように部分的にも降下せしめられうる。この方法
は、伝送の減衰がディジタル的、すなわち完全なオンま
たは遮断のみであった、前のアドレス方法とは異なって
いる。
【0013】図3aには、ねじり梁シャッタデバイスの
別の実施例が示されている。この配置においては、ヒン
ジ36aおよび36bの軸は導波路42の軸に対して直
角をなしている。シャッタ40も導波路42の軸に対し
て直角に延びているが、やはりギャップ44上に垂下し
ている。図3bの平面図は、アドレス用電極38bの位
置を示す。前述の配置におけると同様に、電極38bが
アドレスされると、シャッタは、アドレスされないオン
状態から導波路42内へ傾き、ギャップ44を満たして
光伝送を阻止し、オフ状態にする。
別の実施例が示されている。この配置においては、ヒン
ジ36aおよび36bの軸は導波路42の軸に対して直
角をなしている。シャッタ40も導波路42の軸に対し
て直角に延びているが、やはりギャップ44上に垂下し
ている。図3bの平面図は、アドレス用電極38bの位
置を示す。前述の配置におけると同様に、電極38bが
アドレスされると、シャッタは、アドレスされないオン
状態から導波路42内へ傾き、ギャップ44を満たして
光伝送を阻止し、オフ状態にする。
【0014】図4aは、撓み梁シャッタデバイスを示
す。金属素子32はギャップ上に対角線的に懸架され、
4つのヒンジによって支持されている。平面図4bは、
シャッタ40が金属素子32の中心部にあることを示
す。シャッタ40は、導波路42内のギャップ44に対
して垂直に垂下している。アドレス用電極38は、金属
素子領域の大部分の下を占有して1つだけ存在すること
に注意すべきである。電極38がアドレスされると、金
属素子はヒンジ46a、46b、46c、および46d
上において降下する。これにより、シャッタ40は前述
の諸デバイスにおけるようにギャップ44内に入る。
す。金属素子32はギャップ上に対角線的に懸架され、
4つのヒンジによって支持されている。平面図4bは、
シャッタ40が金属素子32の中心部にあることを示
す。シャッタ40は、導波路42内のギャップ44に対
して垂直に垂下している。アドレス用電極38は、金属
素子領域の大部分の下を占有して1つだけ存在すること
に注意すべきである。電極38がアドレスされると、金
属素子はヒンジ46a、46b、46c、および46d
上において降下する。これにより、シャッタ40は前述
の諸デバイスにおけるようにギャップ44内に入る。
【0015】もう1つの実施例は、図5aに示されてい
る片持梁シャッタデバイスである。ヒンジ36は、金属
素子32の1辺のみを支持する。電極は、金属素子領域
の大部分の下を占有する点において、撓み梁のそれに類
似している。図5bは、このデバイスの側面図を示す。
片持梁シャッタデバイスもまた、前述の他の諸デバイス
と同様に動作する。
る片持梁シャッタデバイスである。ヒンジ36は、金属
素子32の1辺のみを支持する。電極は、金属素子領域
の大部分の下を占有する点において、撓み梁のそれに類
似している。図5bは、このデバイスの側面図を示す。
片持梁シャッタデバイスもまた、前述の他の諸デバイス
と同様に動作する。
【0016】図2a、図2b、および図2cに示された
ねじり梁シャッタ/導波路デバイスの中央における断面
図が図6に示されている。層48は、基板上に形成され
た下部層である。導波路コア50は下部層の頂部上にあ
る。そのコア上には上部層52が存在する。この実施例
においては、アドレス電極38aおよび38bは層52
上に示されている。あるいは、電極は、それらが金属素
子の近くにあって、金属素子が偏向できる限り、他の場
所に配置することもできる。シャッタ40は、金属素子
42からギャップ44内へ垂下する。ギャップを横切る
距離54は、所望の任意の大きさにパターン化されう
る。ある特定の実施例におけるギャップの幅は1μmで
ある。コア層50は、2.5μmの厚さのSiO2 の層
の間に挟まれた0.25μmの厚さのSi3 N4 の層か
ら成る。
ねじり梁シャッタ/導波路デバイスの中央における断面
図が図6に示されている。層48は、基板上に形成され
た下部層である。導波路コア50は下部層の頂部上にあ
る。そのコア上には上部層52が存在する。この実施例
においては、アドレス電極38aおよび38bは層52
上に示されている。あるいは、電極は、それらが金属素
子の近くにあって、金属素子が偏向できる限り、他の場
所に配置することもできる。シャッタ40は、金属素子
42からギャップ44内へ垂下する。ギャップを横切る
距離54は、所望の任意の大きさにパターン化されう
る。ある特定の実施例におけるギャップの幅は1μmで
ある。コア層50は、2.5μmの厚さのSiO2 の層
の間に挟まれた0.25μmの厚さのSi3 N4 の層か
ら成る。
【0017】もう1つの可能な構造においては、シャッ
タが金属素子の下部に垂下する代わりに、その上部に配
置される。この実施例は、上述の諸デバイスのいずれへ
も取入れられうる。この別の構造は、ねじり梁の実施例
について図7bに示されている。可動金属素子は、上部
にシャッタ構造40を有する。この実施例においては、
導波路42の軸は金属素子構造の側方にある。電極38
aが電気的にアドレスされると、金属素子はその方向へ
偏向し、シャッタ40をギャップ44内へ降下せしめ
る。前述のように、このデバイスもまたアナログ的に動
作せしめることができ、撓みの距離、従って通過光量
は、印加電圧量によって制御されうる。
タが金属素子の下部に垂下する代わりに、その上部に配
置される。この実施例は、上述の諸デバイスのいずれへ
も取入れられうる。この別の構造は、ねじり梁の実施例
について図7bに示されている。可動金属素子は、上部
にシャッタ構造40を有する。この実施例においては、
導波路42の軸は金属素子構造の側方にある。電極38
aが電気的にアドレスされると、金属素子はその方向へ
偏向し、シャッタ40をギャップ44内へ降下せしめ
る。前述のように、このデバイスもまたアナログ的に動
作せしめることができ、撓みの距離、従って通過光量
は、印加電圧量によって制御されうる。
【0018】図7aには、デバイスの上面に取付けられ
たシャッタを有するシャッタデバイスのための工程の流
れが示されている。この流れは、主たる流れの3ステッ
プを除けば、実質的に図1におけるものと同様である。
図7aにおいて、第1の相違は、ウェハ上にスペーサが
コーティングされるステップ56に起こる。スペーサ
は、図1におけるように、もし所望ならば柱のための通
路を有するようにパターン化されうる。シャッタのため
の部分的通路はなくすことができる。この実施例におい
ては、シャッタは金属素子の下部から垂下していない。
次の相違は、ヒンジおよび金属素子が形成されるステッ
プ58において起こる。図1においては、ヒンジ、金属
素子、およびシャッタは、薄い金属層を形成し、それを
マスクし、厚い金属層を形成し、それをマスクし、さら
に全ての該金属をエッチングして形成されえた。この工
程は、シャッタのための部分的通路を第1層が満たさな
いことを除外すれば、図1におけると同様のものであ
る。さらに、このステップにおいては、金属層の最後の
エッチングが行なわれない。ステップ60が、図1の工
程に対して追加される。このステップは、シャッタがま
だ形成されていないので必要である。ステップ58にお
いて形成された金属層は、薄い金属と、マスクと、厚い
金属と、もう1つのマスクと、から成る。エッチングは
まだ行なわれていない。ステップ60においては、もう
1つの金属が、シャッタを形成するために堆積されて、
さらにマスクされる。次に、3層の金属の全てとマスク
とがエッチングされて、シャッタにおいては3層が、金
属素子においては2層が、またヒンジにおいては1層が
残される。それぞれの層の厚さは、最適の構造が形成さ
れるように変化せしめられうる。
たシャッタを有するシャッタデバイスのための工程の流
れが示されている。この流れは、主たる流れの3ステッ
プを除けば、実質的に図1におけるものと同様である。
図7aにおいて、第1の相違は、ウェハ上にスペーサが
コーティングされるステップ56に起こる。スペーサ
は、図1におけるように、もし所望ならば柱のための通
路を有するようにパターン化されうる。シャッタのため
の部分的通路はなくすことができる。この実施例におい
ては、シャッタは金属素子の下部から垂下していない。
次の相違は、ヒンジおよび金属素子が形成されるステッ
プ58において起こる。図1においては、ヒンジ、金属
素子、およびシャッタは、薄い金属層を形成し、それを
マスクし、厚い金属層を形成し、それをマスクし、さら
に全ての該金属をエッチングして形成されえた。この工
程は、シャッタのための部分的通路を第1層が満たさな
いことを除外すれば、図1におけると同様のものであ
る。さらに、このステップにおいては、金属層の最後の
エッチングが行なわれない。ステップ60が、図1の工
程に対して追加される。このステップは、シャッタがま
だ形成されていないので必要である。ステップ58にお
いて形成された金属層は、薄い金属と、マスクと、厚い
金属と、もう1つのマスクと、から成る。エッチングは
まだ行なわれていない。ステップ60においては、もう
1つの金属が、シャッタを形成するために堆積されて、
さらにマスクされる。次に、3層の金属の全てとマスク
とがエッチングされて、シャッタにおいては3層が、金
属素子においては2層が、またヒンジにおいては1層が
残される。それぞれの層の厚さは、最適の構造が形成さ
れるように変化せしめられうる。
【0019】この構造のスイッチとしての応用は、導波
路におけるスイッチ以外へも拡張されうる。この形式の
デバイスは、多くの他の応用にも用いることができる。
この構造のスイッチング速度および小形性のために、こ
の構造は、現在得られる多くの機械的マイクロスイッチ
よりも優れている。
路におけるスイッチ以外へも拡張されうる。この形式の
デバイスは、多くの他の応用にも用いることができる。
この構造のスイッチング速度および小形性のために、こ
の構造は、現在得られる多くの機械的マイクロスイッチ
よりも優れている。
【0020】これまでDMDシャッタデバイスの特定の
実施例について説明してきたが、これらの説明は、特許
請求の範囲の記載内容以外の、本発明の範囲に対する制
限として考えられるべきものではない。
実施例について説明してきたが、これらの説明は、特許
請求の範囲の記載内容以外の、本発明の範囲に対する制
限として考えられるべきものではない。
【0021】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)次の各項記載のものを含む偏向可能デバイス。 (a)基板。 (b)該基板上に形成された電極。 (c)該電極の次に該基板上に形成された少なくとも1
つの支持構造。 (d)前記電極上の該支持構造に取付けられた可動金属
素子。 (e)前記電極と該金属素子との間のエアギャップ。 (f)該金属素子に取付けられた垂直構造。
る。 (1)次の各項記載のものを含む偏向可能デバイス。 (a)基板。 (b)該基板上に形成された電極。 (c)該電極の次に該基板上に形成された少なくとも1
つの支持構造。 (d)前記電極上の該支持構造に取付けられた可動金属
素子。 (e)前記電極と該金属素子との間のエアギャップ。 (f)該金属素子に取付けられた垂直構造。
【0022】(2)前記基板がシリコンである、第1項
記載のデバイス。
記載のデバイス。
【0023】(3)前記基板がひ化ガリウムである、第
1項記載のデバイス。
1項記載のデバイス。
【0024】(4)前記電極が金属である、第1項記載
のデバイス。
のデバイス。
【0025】(5)前記電極がポリシリコンである、第
1項記載のデバイス。
1項記載のデバイス。
【0026】(6)前記支持構造が金属柱を含む、第1
項記載のデバイス。
項記載のデバイス。
【0027】(7)前記支持構造が有機重合体を含む、
第1項記載のデバイス。
第1項記載のデバイス。
【0028】(8)前記素子が1つのヒンジによって前
記支持構造に取付けられている、第1項記載のデバイ
ス。
記支持構造に取付けられている、第1項記載のデバイ
ス。
【0029】(9)前記素子が2つのヒンジによって前
記支持構造に取付けられている、第1項記載のデバイ
ス。
記支持構造に取付けられている、第1項記載のデバイ
ス。
【0030】(10)前記素子が4つのヒンジによって
前記支持構造に取付けられている、第1項記載のデバイ
ス。
前記支持構造に取付けられている、第1項記載のデバイ
ス。
【0031】(11)次の各項記載のステップを含む製
造方法。 (a)基板上に電極を形成するステップ。 (b)該電極に重合体スペーサをコーティングするステ
ップ。 (c)該スペーサをパターン化するステップ。 (d)該スペーサ上に金属層を形成するステップ。 (e)該金属層をパターン化してヒンジと、金属素子
と、該金属素子の下面に垂直に取付けられた構造とを形
成するステップ。 (f)前記基板を個々のデバイスに分割するステップ。 (g)該デバイスから前記スペーサの一部を除去するス
テップ。 (h)前記個々のデバイスをパッケージに封入するステ
ップ。
造方法。 (a)基板上に電極を形成するステップ。 (b)該電極に重合体スペーサをコーティングするステ
ップ。 (c)該スペーサをパターン化するステップ。 (d)該スペーサ上に金属層を形成するステップ。 (e)該金属層をパターン化してヒンジと、金属素子
と、該金属素子の下面に垂直に取付けられた構造とを形
成するステップ。 (f)前記基板を個々のデバイスに分割するステップ。 (g)該デバイスから前記スペーサの一部を除去するス
テップ。 (h)前記個々のデバイスをパッケージに封入するステ
ップ。
【0032】(12)前記電極形成ステップが、金属を
堆積し、パターン化し、さらにエッチングする諸ステッ
プを含む、第11項記載の方法。
堆積し、パターン化し、さらにエッチングする諸ステッ
プを含む、第11項記載の方法。
【0033】(13)前記電極形成ステップが、電極と
して作用する金属を拡散するステップを含む、第11項
記載の方法。
して作用する金属を拡散するステップを含む、第11項
記載の方法。
【0034】(14)前記電極形成ステップが、前記電
極をポリシリコンによって形成するステップを含む、第
11項記載の方法。
極をポリシリコンによって形成するステップを含む、第
11項記載の方法。
【0035】(15)前記スペーサ層のパターン化ステ
ップが該スペーサを部分的通路を有するようにパターン
化するステップを含む、第11項記載の方法。
ップが該スペーサを部分的通路を有するようにパターン
化するステップを含む、第11項記載の方法。
【0036】(16)前記金属層形成ステップが、前記
スペーサ上に金属を堆積するステップを含む、第11項
記載の方法。
スペーサ上に金属を堆積するステップを含む、第11項
記載の方法。
【0037】(17)前記金属層形成ステップが、前記
スペーサ上に前記金属を堆積する以前に該スペーサを通
路を有するようにパターン化するステップを含む、第1
1項記載の方法。
スペーサ上に前記金属を堆積する以前に該スペーサを通
路を有するようにパターン化するステップを含む、第1
1項記載の方法。
【0038】(18)前記分割ステップが前記ウェハを
のこ引きするステップを含む、第11項記載の方法。
のこ引きするステップを含む、第11項記載の方法。
【0039】(19)前記除去ステップが、実質的に全
ての前記スペーサを除去するステップを含む、第11項
記載の方法。
ての前記スペーサを除去するステップを含む、第11項
記載の方法。
【0040】(20)前記除去ステップが、前記スペー
サの一部を除去して支持構造として作用する該スペーサ
の部分を残すステップを含む、第11項記載の方法。
サの一部を除去して支持構造として作用する該スペーサ
の部分を残すステップを含む、第11項記載の方法。
【0041】(21)次の各項記載のものを含む偏向可
能デバイス。 (a)基板。 (b)該基板上の下部外装。 (c)該下部外装上の導波路コア。 (d)該導波路コア上の上部外装。 (e)金属素子と、該金属素子に取付けられた垂直構造
とを含む可変金属素子構造であって、前記導波路コア上
に懸架され、エアギャップにより該コアから分離されて
いる該変形可能金属素子構造。 (f)前記エアギャップの近くに配置されている、前記
金属素子を電気的にアドレスするための電極。
能デバイス。 (a)基板。 (b)該基板上の下部外装。 (c)該下部外装上の導波路コア。 (d)該導波路コア上の上部外装。 (e)金属素子と、該金属素子に取付けられた垂直構造
とを含む可変金属素子構造であって、前記導波路コア上
に懸架され、エアギャップにより該コアから分離されて
いる該変形可能金属素子構造。 (f)前記エアギャップの近くに配置されている、前記
金属素子を電気的にアドレスするための電極。
【0042】(22)前記基板がシリコンである、第2
1項記載のデバイス。
1項記載のデバイス。
【0043】(23)前記下部外装が酸化シリコンであ
る、第21項記載のデバイス。
る、第21項記載のデバイス。
【0044】(24)前記導波路コアが窒化シリコンで
ある、第21項記載のデバイス。
ある、第21項記載のデバイス。
【0045】(25)前記上部外装が酸化シリコンであ
る、第21項記載のデバイス。
る、第21項記載のデバイス。
【0046】(26)次の各項記載のステップを含む製
造方法。 (a)基板上に電極を形成するステップ。 (b)該電極に重合体スペーサをコーティングするステ
ップ。 (c)該スペーサ上に金属層を形成するステップ。 (d)ヒンジと金属素子とを形成するために該金属層を
パターン化するステップ。 (e)前記金属層上に金属シャッタ層を形成するステッ
プ。 (f)該シャッタ層をパターン化するステップ。 (g)該シャッタ層および前記金属層の一部を除去する
ステップ。 (h)前記基板を個々のデバイスに分割するステップ。 (i)前記スペーサの一部を該デバイスから除去するス
テップ。 (j)該個々のデバイスをパッケージに封入するステッ
プ。
造方法。 (a)基板上に電極を形成するステップ。 (b)該電極に重合体スペーサをコーティングするステ
ップ。 (c)該スペーサ上に金属層を形成するステップ。 (d)ヒンジと金属素子とを形成するために該金属層を
パターン化するステップ。 (e)前記金属層上に金属シャッタ層を形成するステッ
プ。 (f)該シャッタ層をパターン化するステップ。 (g)該シャッタ層および前記金属層の一部を除去する
ステップ。 (h)前記基板を個々のデバイスに分割するステップ。 (i)前記スペーサの一部を該デバイスから除去するス
テップ。 (j)該個々のデバイスをパッケージに封入するステッ
プ。
【0047】(27)前記電極形成ステップが、金属を
堆積し、パターン化し、さらにエッチングする諸ステッ
プを含む、第26項記載の方法。
堆積し、パターン化し、さらにエッチングする諸ステッ
プを含む、第26項記載の方法。
【0048】(28)前記電極形成ステップが、電極と
して作用する金属を拡散するステップを含む、第26項
記載の方法。
して作用する金属を拡散するステップを含む、第26項
記載の方法。
【0049】(29)前記電極形成ステップが、前記電
極をポリシリコンによって形成するステップを含む、第
26項記載の方法。
極をポリシリコンによって形成するステップを含む、第
26項記載の方法。
【0050】(30)前記金属層形成ステップが、前記
スペーサ上に金属を堆積するステップを含む、第26項
記載の方法。
スペーサ上に金属を堆積するステップを含む、第26項
記載の方法。
【0051】(31)前記金属層形成ステップが、前記
スペーサ上に前記金属を堆積する以前に該スペーサを通
路を有するようにパターン化するステップを含む、第2
6項記載の方法。
スペーサ上に前記金属を堆積する以前に該スペーサを通
路を有するようにパターン化するステップを含む、第2
6項記載の方法。
【0052】(32)前記金属層の前記パターン化ステ
ップが該金属層をマスクするステップを含む、第26項
記載の方法。
ップが該金属層をマスクするステップを含む、第26項
記載の方法。
【0053】(33)前記金属シャッタ層の前記形成ス
テップが、該シャッタ層を前記金属層上に堆積するステ
ップを含む、第26項記載の方法。
テップが、該シャッタ層を前記金属層上に堆積するステ
ップを含む、第26項記載の方法。
【0054】(34)前記シャッタ層の前記パターン化
ステップが該シャッタ層をマスクするステップを含む、
第26項記載の方法。
ステップが該シャッタ層をマスクするステップを含む、
第26項記載の方法。
【0055】(35)前記シャッタ層および金属層の一
部の前記除去ステップが、該層をエッチングするステッ
プを含む、第26項記載の方法。
部の前記除去ステップが、該層をエッチングするステッ
プを含む、第26項記載の方法。
【0056】(36)前記分割ステップが前記ウェハを
のこ引きするステップを含む、第26項記載の方法。
のこ引きするステップを含む、第26項記載の方法。
【0057】(37)前記除去ステップが、実質的に全
ての前記スペーサを除去するステップを含む、第26項
記載の方法。
ての前記スペーサを除去するステップを含む、第26項
記載の方法。
【0058】(38)前記除去ステップが、前記スペー
サの一部を除去して支持構造として作用する該スペーサ
の部分を残すステップを含む、第26項記載の方法。
サの一部を除去して支持構造として作用する該スペーサ
の部分を残すステップを含む、第26項記載の方法。
【0059】(39)電極38a、38bと、該電極と
下面に垂直シャッタ40を取付けられた個々に偏向可能
である素子32との間のギャップと、を有する機械的マ
イクロスイッチを含むデバイス。前記電極がアドレスさ
れた時、前記偏向可能素子32の運動は前記シャッタを
上昇または降下せしめる。このようなデバイスは、スイ
ッチングに使用されうる。導波路におけるそのような使
用の1実施例が、製造方法と共に開示されている。
下面に垂直シャッタ40を取付けられた個々に偏向可能
である素子32との間のギャップと、を有する機械的マ
イクロスイッチを含むデバイス。前記電極がアドレスさ
れた時、前記偏向可能素子32の運動は前記シャッタを
上昇または降下せしめる。このようなデバイスは、スイ
ッチングに使用されうる。導波路におけるそのような使
用の1実施例が、製造方法と共に開示されている。
【図1】シャッタデバイスの製造工程の流れ図。
【図2】aはねじり梁シャッタデバイスの平面図、bは
シャッタが上方位置にある時のねじり梁デバイスの側面
図、cはシャッタが下方位置にある時のねじり梁デバイ
スの側面図である。
シャッタが上方位置にある時のねじり梁デバイスの側面
図、cはシャッタが下方位置にある時のねじり梁デバイ
スの側面図である。
【図3】aは別のねじり梁シャッタデバイスの側面図、
bは別のねじり梁シャッタデバイスの平面図である。
bは別のねじり梁シャッタデバイスの平面図である。
【図4】aは撓み梁シャッタデバイスの側面図、bは撓
み梁シャッタデバイスの平面図である。
み梁シャッタデバイスの平面図である。
【図5】aは片持梁シャッタデバイスの平面図、bは片
持梁シャッタデバイスの側面図である。
持梁シャッタデバイスの側面図である。
【図6】導波路スイッチとしてのシャッタデバイスの断
面図。
面図。
【図7】aは金属シャッタデバイスのための別の製造工
程流れ図、bは別のシャッタデバイスの斜視図である。
程流れ図、bは別のシャッタデバイスの斜視図である。
32 金属素子 34a 柱 34b 柱 36 ヒンジ 36a ヒンジ 36b ヒンジ 38 アドレス電極 38a アドレス電極 38b アドレス電極 40 金属シャッタ 42 導波路 44 導波路内ギャップ 46a ヒンジ 46b ヒンジ 46c ヒンジ 46d ヒンジ 48 下部層 50 導波路コア 52 上部層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク ボイセル アメリカ合衆国テキサス州プラノ,ノー スリッジ ドライブ 1400 (56)参考文献 特開 平2−131210(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/00 - 26/08
Claims (1)
- 【請求項1】 光シャッタの製造方法であって、 a.1つの基板上に下部導波路外装を形成し、 b.前記下部導波路外装に導波路コアを形成し、 c.前記導波器コア上に上部導波路外装を形成し、前記
導波路コアをパターン化して導波路を形成し、かつ前記
上部導波路外装をパターン化して前記導波路コアを通っ
て延びるギャップを形成し、 d.前記1つの基板に支えられた電極を形成し、 e.前記電極を重合体スペーサでコーティングし、 f.前記重合体スペーサをパターン化し、 g.前記重合体スペーサ上に金属層を形成し、 h.前記金属層をパターン化してヒンジ、金属素子及び
上記金属素子の下側に垂直に取付けられた構造を形成
し、その際前記ヒンジは変形可能なので前記金属素子は
作動して偏倚し、それにより前記金属素子の下側に垂直
に取付けられた前記構造が前記導波路コア中の前記ギャ
ップに出入できるようにされており、更にi.前記1つ
の基板を分割して個別デバイスとし、 j.前記個別デバイスから前記スペーサの一部を除去
し、 k.前記個別デバイスをパッケージする各ステップより
成る前記光シャッタの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US691920 | 1991-04-26 | ||
US07/691,920 US5226099A (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Digital micromirror shutter device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06148540A JPH06148540A (ja) | 1994-05-27 |
JP3213048B2 true JP3213048B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=24778505
Family Applications (1)
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