JP4560958B2

JP4560958B2 - マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム

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Publication number: JP4560958B2
Application number: JP2000388179A
Authority: JP
Inventors: 敏之帰山
Original assignee: 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002189178A; US20020109903A1; US6618186B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムに係り、特に光学的な品質または信頼性を要求されるデバイスまたはシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）は、一般に半導体基板上にフォトエッチング等のウエハプロセスに基づいてモノリシックに形成された電気的に制御可能なマイクロ・マシン（たとえばモータ、ギア、光変調素子等）を有するシステムである。
【０００３】
ＭＥＭＳの一種であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）は、電気／機械／光学機能を１個の基板上に集積した反射型光変調器であり、たとえばシリコン基板上に一定サイズ（たとえば１６μｍ平方角）の可動ミラーを一定ピッチ（たとえば１７μｍ）でマトリクス状に多数（一般に数十万個以上）設け、各可動ミラーを各対応するアドレス回路の出力に応じて予め設定された２方向のうちの１つに向けるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、画像表示用のＤＭＤにおいては、コントラスト比つまりフルＯＮ（全画素オン）／フルＯＦＦ（全画素オフ）のコントラスト比の向上が課題となっている。画像品質が重視される民生娯楽、デジタルシネマ等のアプリケーションではＣＲＴと同程度のコントラスト比（約１０００：１）が望まれるところ、従来のＤＭＤで得られるコントラスト比は高々５００：１程度である。
【０００５】
ＤＭＤのコントラスト比はＯＮピクセルとＯＦＦピクセルからの光量比により決定されるのであるが、ＯＦＦピクセルからの漏れ光がコントラスト比を制限する主たる要因となっている。この種の漏れ光は、ミラー隙間から中に入り込んだ光が下部構造で反射してミラー隙間から外に漏れてくるものやミラーをヨークに支持するための支持穴からの散乱および回折光などが支配的である。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、不所望な散乱光や漏れ光を抑制して光学的機能および信頼性を向上させるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の別の目的は、可動部の下部構造および上部構造からの光反射を低減ないし防止して光学的機能および信頼性を向上させるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、コントラスト比の大幅な向上を実現する画像表示用のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムは、基板上に電気回路とこの電気回路によって駆動制御される可動部を設けたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムにおいて、前記基板上に設けられている部材の一部または全部を覆う光吸収性の膜を有する構成とした。
【００１０】
本発明のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムでは、基板上で不所望な漏れ光や散乱光の発生源となる部分に光吸収性の膜を被せることにより、その膜に光を吸収させて、反射散乱を低減ないし防止することができる。特に、可動部を一定間隔で多数設ける構成においては、各隣接する可動部間の隙間の下の領域に該光吸収膜を設けることにより、隙間からの漏れ光を効果的に防止することができる。さらに、可動部の表面に形成された穴にも上記光吸収膜を設けることにより、この穴からの漏れ光、散乱光を低減ないし削減できる。したがって、可動部が画像表示用の光学的素子を構成する場合は、コントラスト比を大幅に改善することができる。
【００１１】
本発明における光吸収性膜は、好ましくは電気的に絶縁体からなり、複数の導電性部材を一体に覆う膜であってもそれらの部材を電気的に短絡させることなく安定に被覆する。また、可動部と接触する場合には、くっつかないように適当な硬度を有する膜であってよい。
【００１２】
本発明における光吸収性膜として好適な材質は、カーボンブラックが分散している含フッ素樹脂膜である。さらに好ましい材質は、官能基を有する、主鎖に含フッ素樹脂族環構造を有する含フッ素重合体（Ａ）、平均粒子径０．１μｍ未満のカーポンプラック（Ｂ）、オリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）および含フッ素アルコール（Ｅ）を必須成分とするコーティング用組成物であって、含フッ素重合体（Ａ）とカーボンブラック（Ｂ）の合計量に対するカーボンブラック（Ｂ）の割合が１〜３０質量％であり、カーボンブラック（Ｂ）に対するオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）の割合が１〜２０質量％であり、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）と含フッ素アルコール（Ｅ）に対する含フッ素アルコール（Ｅ）の割合が１０〜２０質量％である組成物から形成された含フッ素樹脂膜である。
【００１３】
かかる組成物によれば、カーボンブラックがｎｍオーダーで一次粒子に分散している黒色フッ素樹脂塗膜を得ることが可能である。この組成物から形成された含フッ素樹脂膜は、フッ素樹脂の特性に基づき電気絶縁性、低吸水性、低屈折率を有しており、光学的にも極めて信頼性の高い黒色被膜を与えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１５】
図１および図２に本発明の一実施形態におけるＤＭＤの要部の構成を示す。
このＤＭＤにおいては、シリコン基板１０の主面に１セル分のアドレス回路としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）からなるＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）１２がモノシリックに形成されるとともに、このＳＲＡＭ１２の上に酸化膜１４を介して三層の金属たとえばアルミニウムからなる１セル分の反射型ディジタル光スイッチまたは光変調素子１６がモノシリックに形成されている。
【００１６】
より詳細には、各反射型光変調素子１６は、酸化膜１４上の第１層（最下層）のメタル部材として１個のバイアス・バス１８および一対（左右）のヨークアドレス電極２０，２２を有し、第２層（中間層）のメタル部材としてねじれヒンジ２４、一対（前後）のヒンジ支持部２６，２８、１個のヨーク３０および一対（左右）のミラーアドレス電極３２，３４を有し、第３層（最上層）のメタル部材として１個のミラー３６を有している。
【００１７】
第１メタル層において、左右のヨークアドレス電極２０，２２は、バイアス・バス１８から分離して左右両側に線対称に配置されている。両ヨークアドレス電極２０，２２の所定の箇所に設けられているビアコンタクト部２０ａ，２２ｂは、酸化膜１４のコンタクトホール（図示せず）を介して真下に位置するＳＲＡＭ１２の相補出力端子１２ａ，１２ｂにそれぞれ電気的に接続される。
【００１８】
第２メタル層において、ねじれヒンジ２４は両ヒンジ支持部２６，２８の間に架け渡される。ヨーク３０は、ねじれヒンジ２４上に固着される中心部３０ｃと両ヨークアドレス電極２０，２２と対向する左右の回転シーソープレート部３０ａ，３０ｂとを有している。両ミラーアドレス電極３２，３４は、両回転シーソープレート部３０ａ，３０ｂの外側にそれぞれ位置し、第３メタル層におけるミラー３６の左右端部とそれぞれ対向している。
【００１９】
第２メタル層におけるヒンジ支持部２６，２８およびミラーアドレス電極３２，３４の垂直下方に延在する角筒状ポスト部２６ｅ，２８ｆ，３２ｃ，３４ｄは、それぞれ直下に位置する第１メタル層の各部つまりバイアス・バス１８のコンタクト部１８ｅ，１８ｆおよびヨークアドレス電極２０，２２のコンタクト部２０ｃ，２２ｄに接続される。このような第１および第２メタル層間での各対応する部分の接続により、第１メタル層のバイアス・バス１８と第２メタル層のねじれヒンジ２４、ヒンジ支持部２６，２８およびヨーク３０ひいては第３メタル層のミラー３６とが同一の電位を有し、第１メタル層のヨークアドレス電極２０，２２と第２メタル層のミラーアドレス電極３２，３４とがそれぞれ同一の電位を有するようになっている。
【００２０】
各セルにおいて、アドレス回路のＳＲＡＭ１２にデータ“１”（または“０”）が書き込まれると、ＳＲＡＭ１２の両出力端子１２ａ，１２ｂより相補的な論理レベルを有する電圧がヨークアドレス電極およびミラーアドレス電極（２０，３２），（２２，３４）にそれぞれ与えられる。
【００２１】
そうすると、データの値に応じて、左側ヨークアドレス電極２０とヨーク３０の左側回転シーソープレート部３０ａとの間および左側ミラーアドレス電極３２とミラー３６の左側端部との間か、もしくは，右側ヨークアドレス電極２２とヨーク３０の右側回転シーソープレート部３０ｂとの間および右側ミラーアドレス電極３４とミラー３６の右側端部との間で静電引力が生じて、その静電トルクでねじれヒンジ２４を左回りまたは右回りにねじらせながらヨーク３０およびミラー３６が一体に左側または右側に回転して傾く。この際、ヨーク３０およびミラー３６は、ヨーク３０の両端部に一対ずつ取付されているスプリングチップ３０ｓが着地するまで回転する。これにより、ミラーの回転角または傾き角が２値（たとえば水平位置から左側に−１０度と右側に＋１０度）の中の１つに選択される。
【００２２】
このＤＭＤをディジタル・ディスプレイたとえばデジタルライトプロセッシング投射システムに用いる場合は、光源（図示せず）からの光をＤＭＤの主面に対してたとえば２０度の入射角で右側から入射させる。ＤＭＤの各セルにおいて、ミラー３６が右側に＋１０度傾いたときは、該光源からの光を正面のプロジェクションレンズ（図示せず）側に反射することにより、その先のスクリーン上の対応する画素位置を投射光で明るく表示する。しかし、ミラー３６が左側に−１０度傾いたときは、光源からの光は正面に対して−４０度の角度で反射するため、プロジェクションレンズから外れ、スクリーン上の対応する画素位置は暗く表示される。このようなミラー３６のＯＮ，ＯＦＦ動作に基づいて各画素の明るさに階調をもたせるために、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）技術が用いられる。
【００２３】
この実施形態のＤＭＤでは、第１メタル層の一部または全部（図２の例は全部）および下地膜（絶縁膜）１４を覆うように光吸収性かつ非導電性のフィルム（膜）４０が設けられる。さらには、フィルム（膜）４０は、第３メタル層のミラー３６のビア３６ｐにも設けられる。このフィルム４０でヨークアドレス電極２０，２２またはバイアス・バス１８を覆う場合は、第２メタル層のミラーアドレス電極３２，３４のポスト部３２ｃ，３４ｄがヨークアドレス電極２０，２２のコンタクト部２０ｃ，２２ｄに接続できるように、あるいはヒンジ支持部２６，２８のポスト部２６ｅ，２８ｆがバイアス・バス１８のコンタクト部１８ｅ，１８ｆに接続できるように、膜４０の各対応する箇所に各ポスト部を通すためのコンタクトホール４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆが形成される。
【００２４】
この光吸収性のフィルム４０に上方からの光が入射すると、光のエネルギーがフィルムに吸収されて減衰するので、このフィルム４０自体からの反射光や散乱光が少ないだけでなく、その下に位置する第１メタル層の各部からの反射光や散乱光も抑制される。
【００２５】
このＤＭＤのミラーアレイにおいては、各隣接するミラー３６，３６の間に隙間Ｇが形成される。たとえば、ミラー３６のサイズを１６μｍ平方角とし、セルピッチを１７μｍとした場合は、図３に示すように各ミラー３６をフラット（水平）位置にした状態で隙間Ｇは１μｍである。図１に示すように、各ミラー３６が左右に傾くと、その周囲の隙間Ｇはフラット状態のときよりも拡大する。
【００２６】
このようなミラー隙間Ｇの中に周囲光が入り込むのは避けられない。しかし、本実施形態のＤＭＤにおいては、ミラー隙間Ｇより中に入り込んだ光は、第１メタル層と下地膜（絶縁膜１４）に被さっているフィルム４０に入射することで、あるいは入射する度に、効率よく吸収される。これにより、ミラー隙間Ｇから外（上）へ漏れる光を非常に少なくすることができる。このようにしてＯＦＦピクセルからの漏れ光を著しく低減できることにより、フルＯＮ／フルＯＦＦコントラスト比を大幅に向上させることが可能であり、ＣＲＴと同程度の１０００：１は言うまでもなく、２０００：１程度まで実現することも可能である。
【００２７】
また、本実施形態における光吸収性フィルム４０は電気的には絶縁体であるため、第１ないし第２メタル層の各部間、特にヨークアドレス電極２０，２２およびバイアス・バス１８間を電気的にショートさせるおそれはない。また、フィルム４０が適度な硬性と低い表面エネルギーを有することで、ヨーク３０のスプリングチップ３０ｓがフィルム４０に当接または着地しても、互いにくっつくことなく難なく離れることができる。
【００２８】
また、図３に示すように、第３メタル層のミラー３６のビア３６ｐに入り込んだ光は、ビア３６ｐ内の側面、底面から反射、散乱、回折して戻る（反射する）ことにより、ＯＦＦピクセルからの漏れ光となる。しかしながら、本実施形態のＤＭＤにおいては、ビア３６ｐに入り込んだ光はフィルム４０により効率よく吸収されることにより、ビア３６ｐからの漏れ光の影響を著しく低減できる。
【００２９】
フィルム４０の材質として好適なものは、カーボンブラックが分散している含フッ素樹脂膜であり、より具体的には、官能基を有する、主鎖に含フッ素樹脂族環構造を有する含フッ素重合体（Ａ）、平均粒子径０．１μｍ未満のカーボンブラック（Ｂ）、オリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）および含フッ素アルコール（Ｅ）を必須成分とするコーティング用組成物であって、含フッ素重合体（Ａ）とカーボンブラック（Ｂ）の合計量に対するカーボンブラック（Ｂ）の割合が１〜３０質量％であり、カーボンブラック（Ｂ）に対するオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）の割合が１〜２０質量％であり、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）と含フッ素アルコール（Ｅ）に対する含フッ素アルコール（Ｅ）の割合が１０〜２０質量％である組成物（Ｆ）から形成された含フッ素樹脂膜である。
【００３０】
上記の組成物（Ｆ）は、カーボンブラック（Ｂ）、含フッ素アルコール（Ｅ）およびオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）の混合物を超音波処理して得た分散液と、含フッ素重合体（Ａ）を非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）に溶解した溶液とを混合することによって製造できる。
【００３１】
含フッ素重合体（Ａ）としては、その中の官能基数が含フッ素重合体（Ａ）１ｇ当たり０．００１〜１ミリモルである含フッ素重合体（Ａ）が好ましい。
【００３２】
含フッ素アルコール（Ｅ）としては、分子中に６５質量％以上のフッ素原子を含有する含フッ素アルコール（Ｅ）であることが好ましい。
【００３３】
また、オリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）としては、長鎖ポリフルオロアルキル基と親水性基とを有する平均分子量２０００以上のオリゴマーであることが好ましい。
【００３４】
上記組成物（Ｆ）における含フッ素重合体（Ａ）は、主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体であって、かつ官能基を有する重合体である。
【００３５】
「主鎖に脂肪族環構造を有する」重合体とは、主鎖が炭素原子の連鎖からなる重合体であって、脂肪環族の環を構成する炭素原子の１個以上がその主鎖を構成する炭素原子であることをいう。主鎖の炭素原子は、単量体の重合性二重結合の２個の炭素原子に由来し、また、後述する２個の重合性二重結合を有する単量体の環化重合により形成される重合体の場合は通常２個の重合性二重結合の４個の炭素原子に由来する。脂肪族環の環を構成する原子としては炭素原子以外に酸素原子や窒素原子等を含んでいてもよい。好ましい脂肪族環は１〜２個の酸素原子を有する脂肪族環である。脂肪族環を構成する原子の数は４〜１０個が好ましく、４〜７個がさらに好ましい。「含フッ素」脂肪族環とは環を構成する炭素原子等にフッ素原子含有置換基（たとえばポリフルオロアルキル基）やフッ素原子が結合している脂肪族環であることをいう。なお、この重合体の主鎖の炭素原子としては通常環を構成しない炭素原子を含んでいてもよい。
【００３６】
上記組成物（Ｆ）における主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体（以下、「フッ素系環構造含有重合体」ともいう。）としては、脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体または脂肪族環を構成する炭素原子と脂肪族環外に炭素原子との間に重合性二重結合を有する単量体から選ばれる単量体（以下、両者を「環状単量体」という。）の単独重合体や共重合体、または、２個の重合性二重結合を有する単量体（以下、「ジエン系単量体」という。）を環化重合して得られる単独重合体や共重合体がある。共重合体としては、環状単量体と他の単量体との共重合体、ジエン系単量体と他の単量体との共重合体、環状単量体とジエン系単量体との共重合体などがある。
【００３７】
これら環状単量体やジエン系単量体はフッ素原子を有する単量体であり、高度にフッ素化された単量体であることが好ましい。「高度にフッ素化された」とは、炭素原子に結合した水素原子と炭素原子に結合したフッ素原子の合計数に対する炭素原子に結合したフッ素原子の数の割合が８０％以上であることをいう。より好ましくはパーフルオロ単量体（このフッ素原子の数の割合が１００％である単量体）である。また、パーフルオロ単量体のフッ素原子の１〜４個（ただし全フッ素原子の数の１／２以下）が塩素により置換されたパーハロポリフルオロ単量体も使用できる。これらと共重合させるこれら以外の単量体としてもパーフルオロ単量体やパーハロポリフルオロ単量体が好ましい。
【００３８】
上記組成物（Ｆ）における含フッ素重合体（Ａ）は、官能基を有するフッ素系環構造含有重合体である。官能基の導入は、官能基含有環状単量体や官能基含有ジエン系単量体を重合させることによっても行いうるが、通常は環状単量体、ジエン系単量体以外の官能基含有単量体を環状単量体やジエン系単量体と共重合させることによって行うことが好ましい。さらに好ましくは、重合開始剤や連鎖移動剤などに由来する重合体末端基を官能基として利用した重合体である。上記組成物（Ｆ）の含フッ素重合体（Ａ）やその製造方法は公知であり、たとえば、特開平４−１８９，８８０号、特開平４−２２６，１７７号、特開平１１−２７９，５０４号などに記載されている。
【００３９】
環状単量体の代表例としてはパーフルオロ（2，2−ジメチル−1，3−ジオキソール）がある。この単量体を重合することにより、またこの単量体とテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）などのラジカル重合性単量体とを共重合させることにより、フッ素系環構造含有重合体が得られる（特公昭６３−０１８，９６４号参照）。
【００４０】
ジエン系単量体の代表例としてはパーフルオロ（アリルビニルエーテル）やパーフルオロ（ブテニルビニルエーテル）がある。この単量体を重合することにより、またこの単量体とテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）などのラジカル重合性単量体とを共重合させることにより、フッ素系環構造含有重合体が得られる（特開昭６３−２３８，１１１号、特開昭６３−２３８，１１５号参照）。
【００４１】
ジエン系単量体としては、ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｑ−ＣＦ＝ＣＦ₂で表される単量体が好ましい。ただし、Ｑは、炭素数１０以下の、エーテル性酸素原子を有していてもよいパーフルオロアルキレン基を示す。エーテル性酸素原子はパーフルオロアルキレン基の一方の末端に存在していてもよく、両末端に存在していてもよく、炭素原子間に存在していてもよい。エーテル性酸素原子を有しないパーフルオロアルキレン基の場合は炭素数２〜６、一方の末端にエーテル性酸素原子を有するまたは炭素原子間にエーテル性酸素原子を有するパーフルオロアルキレン基の場合は炭素数１〜４、両末端にエーテル性酸素原子を有するパーフルオロアルキレン基の場合は炭素数１〜３であることがより好ましい。
【００４２】
ＣＦ₂＝ＣＦ−Ｑ−ＣＦ＝ＣＦ₂の環化重合により環状モノマー単位を有する重合体が生成する。このようにジエン系単量体の環化重合により生成する重合体の主鎖の炭素原子は２個の重合性２重結合の４個の炭素原子に由来する。
【００４３】
ジエン系単量体の共重合体としては、環状単量体との共重合体が好ましい。具体的には、たとえば、パーフルオロ（アリルビニルエーテル）やパーフルオロ（ブテニルビニルエーテル）とパーフルオロ（2，2−ジメチル−1，3−ジオキソール）との共重合体がある。
【００４４】
フッ素系環構造含有重合体の全モノマー単位に対する脂肪族環構造を有するモノマー単位の割合は２０モル％以上、特に４０モル％以上が好ましい。脂肪族環構造を有するモノマー単位とは、環状単量体の重合した単位およびジエン系単量体の環化重合した単位をいう。
【００４５】
含フッ素重合体（Ａ）としては、重合体中に分散させる色素の耐湿信頼性や耐薬品性向上の観点から、官能基部分（すなわち、官能基を有する側鎖部分や官能基を有する末端部分）を除いて、炭素原子に結合した水素原子を実質的に含まない重合体であることが好ましい。特に官能基部分を除いてパーフルオロ重合体であることが好ましい。
【００４６】
含フッ素重合体（Ａ）の官能基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、エステル結合を有する基、アルケニル基、水酸基、マレイミド基、アミノ基、シアノ基、イソシアネート基などが挙げられる。官能基としては、シリコン基板などの基材上への密着が良好で、保存時の安定性の観点から、カルボン酸基が特に好適である。
【００４７】
含フッ素重合体（Ａ）中の官能基の数は、基材との密着性確保の点より含フッ素重合体（Ａ）１ｇ当たり０．００１〜１ミリモルが好ましい。０．００１未満の場合は、基材との密着性が充分でなく、１ミリモルを超える場合は、溶媒に対する溶解性が低下し分散性に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、官能基数としては含フッ素重合体（Ａ）１ｇ当たり０．０１〜０．２ミリモルがより好ましい。
【００４８】
フッ素系環構造含有重合体に官能基を導入して含フッ素重合体（Ａ）を得る方法としては、上記のように、フッ素系環構造含有重合体を製造した後その重合体に官能基を導入する方法、フッ素系環構造含有重合体を形成しうる単量体の重合の際、官能基を有しかつその単量体と共重合しうる単量体を共重合させる方法等がある。官能基の代わりに官能基に変換しうる基（以下、「前駆官能基」という。）を有するフッ素系環構造重合体を製造した後、その前駆官能基を官能基に変換して目的とする官能基含有重合体を製造することもできる。前駆官能基としては、たとえばアルコキシカルボニル基があり、このアルコキシカルボニル基は加水分解によりカルボン酸基に変換される。具体的方法としては、たとえば上記特開平１１−２７９，５０４号に記載されている方法がある。
【００４９】
上記組成物（Ｆ）におけるカーボンブラック（Ｂ）の平均粒子径は、０．１μｍ未満であり、０．０２〜０．０８μｍであることが好ましい。平均粒子径が０．１μｍ以上の場合は分散安定性が不充分となる。このカーボンブラックの種類や製法は特に限定されるものではない。また、このカーボンブラックは特に表面処理を必要としないが、事前に特開平７−１１２，１２６号で示されるような含フッ素シランカップリング剤などの表面処理剤で処理されたものであってもよい。
【００５０】
上記組成物（Ｆ）におけるオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）は、疎水性の高い基である長鎖ポリフルオロ炭化水素基とその基に対して相対的に親水性である基とを有するオリゴマーである。長鎖ポリフルオロ炭化水素基としては、炭素数４〜２の長鎖ポリフルオロアリキル基が好ましい。相対的に親水性である基としては、ポリオキシエチレン基が好ましい。長鎖ポリフルオロ炭化水素基を有する単量体とポリオキシエチレン基を有する単量体とを共重合させて目的のオリゴマーを製造できる。このオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）の平均分子量は２０００以上が好ましく、特に５０００〜１０万が好ましい。分子量が２０００未満の場合、カーボンブラックの分散性が不充分となりやすい。また、分子量があまりに高すぎる場合は溶媒に対する溶解性が不充分となる。
【００５１】
長鎖ポリフルオロ炭化水素基を有する単量体としては、下記式（１）で表される単量体が好ましく、ポリオキシエチレン基を有する単量体としては、下記式（２）で表される単量体が好ましい。
【００５２】
ＣＨ₂＝Ｃ（Ｒ）ＣＯＯＣＨ₂ＣＨ₂Ｒ^f （１）
ＣＨ₂＝Ｃ（Ｒ）ＣＯＯ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_nＲ（２）
【００５３】
式（１）、式（２）において、Ｒは水素原子またはメチル基、Ｒ^fは炭素数４〜２０の直鎖状パーフルオロアルキル基、ｎは１〜８の整数、Ｒは水素原子、アルキル基またはアシル基を表す。
【００５４】
オリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）はまた上記２種の単量体とともにさらにそれら以外の共重合性単量体の１種以上を共重合せしめて得られる共重合体であってもよい。他の単量体としては上記２種の単量体以外のアクリレートやメタクリレート、スチレンなどの炭化水素系単量体などがある。他の単量体の割合は、全単量体に対して８０質量％以下、特に５０質量％以下が好ましい。
【００５５】
上記単量体をラジカル重合せしめることにより目的のオリゴマーが得られる。
重合は適当な開始剤および連鎖移動剤存在下に重合を行うことにより所望の分子量のオリゴマーを得ることが可能である。
【００５６】
上記組成物（Ｆ）中のオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）の量は、分散安定性が発揮されるのに有効な量である限り限定されるものではない。より高い分散安定性を達成するためには、カーボンブラック（Ｂ）に対し１〜２０質量％であることが好ましく、特に５〜１５質量％であることが好ましい。過剰のオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）の存在は逆にカーボンブラックの凝集を引き起こすおそれがある。
【００５７】
含フッ素重合体（Ａ）およびカーボンブラック（Ｂ）の合計質量に対するカーボンブラック（Ｂ）の合計質量の割合、すなわち（Ｂ）／｛（Ａ）＋（Ｂ）｝で表される質量割合は１〜３０質量％であり、特に５〜２０質量％が好ましい。この割合が低すぎるとカーボンブラックの特性が充分に発揮されず、またこの割合が高すぎると分酸性が低下し、上記組成物（Ｆ）から得られる樹脂膜の機械的な強度を低下させる。
【００５８】
上記組成物（Ｆ）は、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）および含フッ素アルコール（Ｅ）の２種の溶媒を含有することを必須とする。
【００５９】
非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）とは、通常の使用条件下では解離せずプロトンを生じない含フッ素溶媒であり、公知または周知のものが使用できる。また、上記組成物（Ｆ）は、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）を２個以上含有してもよい。具体的溶媒としては、たとえば以下の溶媒がある。
【００６０】
パーフルオロデカリン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、1H、1H、1H、2H、2H−パーフルオロオクタン、1H、1H、1H、2H、2H−パーフルオロデカンなどの含フッ素脂肪族炭化水素類。パーフルオロトリベンチルアミン、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリプロピルアミンなどの含フッ素アルキルアミン類。パーフルオロ（2−ブチルテトラヒドロフラン）などの含フッ素環状エーテル類。メチルパーフルオロブチルエーテル、メチルパーフルオロヘキシルエーテルなどのハイドロフルオロエーテル類。
【００６１】
含フッ素アルコール（Ｅ）としては、フッ素含有量の高い常温で液状の含フッ素アルコールが好ましい。その炭素数は２〜２０、特に２〜１２が好ましく、また特に１級の含フッ素アルコールが好ましい。また、含フッ素重合体（Ａ）とカーボンブラック（Ｂ）との親和性を向上させるために、そのフッ素含量は高いことが好ましく、特にそのフッ素含量は６５質量％以上あるものが好ましい。上記組成物（Ｆ）は、含フッ素アルコール（Ｅ）を２種以上含有してもよい。具体的含フッ素アルコール（Ｅ）としては、たとえば以下の化合物がある。
ＣＦ₃ＤＨ₂ＯＨ、Ｆ（ＣＦ₂）₂ＣＨ₂ＯＨ、Ｆ（ＣＦ₂）₄ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ、Ｆ（ＣＦ₂）₆ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ、Ｆ（ＣＦ₂）₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ、Ｆ（ＣＦ₂）₄ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ。
【００６２】
上記組成物（Ｆ）における非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）と含フッ素アルコール（Ｅ）の合計質量に対する含フッ素アルコール（Ｅ）の割合、すなわち（Ｅ）／｛（Ｄ）＋（Ｅ）｝で表される質量割合は、１０〜２０質量％である。この割合が１０質量％未満の場合はカーボンブラックの分散性が不充分になる傾向があり、２０質量％を超えると含フッ素重合体の溶解性が不充分となって含フッ素重合体が析出するおそれがある。さらに、非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）に対する含フッ素重合体（Ａ）の割合は含フッ素重合体（Ａ）の溶解度量以下であり、２０質量％以下が好ましく、特に０．１〜１６質量％が好ましい。その割合が高すぎる場合にはコーティング用組成物の粘度が著しく高くなり、その取扱いが困難となり、また組成物の塗布性やフィルム形成性も低下しやすい。
【００６３】
上記組成物（Ｆ）は各成分を混合することにより得られる。混合方法に特に制限はないが、カーボンブラック（Ｂ）の分散安定性が向上した組成物を得るためには予めカーボンブラック（Ｂ）をオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）とともに溶媒に充分分散させ、その後に他の成分と混合するのが好ましい。予めカーボンブラック（Ｂ）を分散させる溶媒としては含フッ素アルコール（Ｅ）が好ましい。また、含フッ素アルコール（Ｅ）と非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）の一部からなる混合溶媒であってもよい。カーボンブラック（Ｂ）を予め溶媒に充分分散させる方法としては超音波を使用して分散させる方法が好ましい。
【００６４】
カーボンブラック（Ｂ）をオリゴマー型含フッ素界面活性剤（Ｃ）とともに含フッ素アルコール（Ｅ）に充分分散させた分散液と含フッ素重合体（Ａ）の非プロトン性含フッ素溶媒（Ｄ）溶液とを混合することにより非常に良好な分散体を得ることができる。両者を混合した後さらに超音波処理して分散安定性をさらに高めることもできる。
【００６５】
次に、図４〜図１３を参照してこの実施形態におけるＤＭＤの製造方法を説明する。
【００６６】
先ず、図４に集積回路の一部（ＣＭＯＳインバータ）を模式的に示すように、シリコン基板１０の主面に公知のウエハプロセスを用いて各セル毎にアドレス回路としてＣＭＯＳのＳＲＡＭ１２を作成する。後述する図５以降では、図解の便宜上ＳＡＭ１２のデバイス構造を図示省略する。
【００６７】
次に、図５に示すように、ＳＲＡＭ１２の表面保護膜の上に厚い酸化膜１４を堆積してＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化し、その上にアルミニウムをスパッタ法で被着してからパターニングして第１メタル層の各部つまりバイアス・バス１８およびヨークアドレス電極２０，２２を形成する。ここで、図示省略するが、ヨークアドレス電極２０，２２のコンタクト部２０ａ，２２ｂが酸化膜１４に形成されるコンタクトホールを介して直下のＳＲＡＭ１２の相補出力端子１２ａ，１２ｂに接続される。
【００６８】
次に、図６に示すように、第１メタル層の各部および露出している酸化膜１４を全面的に覆うように所定の膜厚で上記組成物（Ｆ）をスピンコート法により塗布し、その後乾燥させて溶媒を除いてフィルム４０を形成する。
【００６９】
次に、図７に示すように、乾燥したフィルム４０の上にスペーサとして有機ポリマー４２を積層した後、フォトエッチング法でパターニングして、第１メタル層のコンタクト部（２０ｃ，２２ｄ，１８ｅ，１８ｆ）が位置する箇所をコンタクト開孔する。
【００７０】
次に、図８に示すように、第２メタル層の第１段階として基板表面の全面にアルミニウム膜をスパッタ法で薄く被着してからパターニングにしてねじれヒンジ２４を形成する。
【００７１】
次いで、図９に示すように、第２メタル層の第２段階として基板表面の全面にアルミニウム膜をスパッタ法で厚めに被着しパターニングにしてヒンジ支持部２６，２８、ヨーク３０、ミラーアドレス電極３２，３４を形成する。
【００７２】
次に、図１０に示すように、有機ポリマー層（スペーサ）４４を基板上全面に積層し、フォトエッチングによりセル中心部にビアホール４４ｖを形成してから、全面に第３メタル層のアルミニウム３６をスパッタ法で所定の厚みに被着する。この際、第３メタル層３６はビアホール４４ｖの内壁にも被着するとともに、ビアホール底部にて第２メタル層のヨーク３０に接続する。
【００７３】
次に、図１１に示すように、第３メタル層の全面を覆うように所定の膜厚で上記組成物（Ｆ）からなるフィルム４０をスピンコート法により塗布し、乾燥させる。
【００７４】
次いで、図１２に示すように、フィルム４０を異方性エッチングにより第３メタル層のビア３６ｐの開口付近までエッチバックして、第３メタル層のビア３６ｐにフィルム４０を残す。
【００７５】
図１３に示すように、次いで、第３メタル層のうち図３のパターンで隙間Ｇとなる部分をフォトエッチングで除去することにより各セルのミラー３６を形成し、最後に、等方性プラズマエッチングにより有機ポリマー層（スペーサ）４２，４４をアンダーカット（除去）する。その結果、各メタル層間に空隙が形成され、ヨーク３０とミラー３６はねじれヒンジ２４を介してヒンジ支持部２６，２８に吊られた状態で一体的に回転可能となり、光変調素子１６が完成する。第３メタル層のビア３６ｐはミラー３６をヨーク３０に接続するためのミラーサポートポストを構成する。なお、有機ポリマー層４２，４４の等方性プラズマエッチングによってカーボンブラックが分散しているフッ素樹脂膜がエッチングされることはない。これはフッ素樹脂のフッ素化学結合が切断されることがないからである。したがって、フィルム４０はアンダーカット後にマイクロミラー構造体の構成要素として残る。
【００７６】
上記した実施形態では、フイルム４０を第１メタル層の各部に全面的に被さるように形成したが、必要に応じて第１メタル層の一部を選択的に露出させる構成も可能である。たとえば、ヨーク３０のスプリングパッド３０ｓが着地する箇所においてフイルム４０を切り欠いてバイアス・バス１８を露出させる構成とすることも可能である。また、フイルム４０をミラー隙間Ｇの下方の領域だけに局所的に設ける構成でも、相当の光反射または散乱抑制効果を得ることができる。
【００７７】
あるいは、別の実施形態として、第２メタル層の部材たとえばヒンジ支持部２６，２８やミラーアドレス電極３２，３４やヨーク３０等にフイルム４０を部分的または全面的に被せる構成も可能である。
【００７８】
上記実施形態におけるＤＭＤ構造は一例である。たとえば、マイクロマシンを駆動するための電気回路を基板上に非モノシリックに形成する構造も可能であり、絶縁膜１４上に２層または４層以上で形成された金属部材からなるマイクロマシン構造も可能である。また、本発明はＤＭＤ以外のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムにも適用可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムによれば、不所望な散乱光や漏れ光を発生しないようにして、光学的機能および信頼性を向上させることができる。特に、画像表示のアプリケーションでは、コントラスト比の大幅な向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＤＭＤの要部の構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態におけるＤＭＤの要部の構成を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態におけるＤＭＤのミラーアレイ構造を示す平面図である。
【図４】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図５】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図６】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図７】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図８】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図９】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図１０】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図１１】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図１２】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【図１３】実施形態におけるＤＭＤ製造方法の一工程を示す略断面図である。
【符号の説明】
１０シリコン基板
１２ＳＲＡＭ（アドレス回路）
１４絶縁膜
１６光変調素子
１８バイアス・バス
２０，２２ヨークアドレス電極
２４ねじれヒンジ
２６，２８ヒンジ支持部
３０ヨーク
３２，３４ミラーアドレス電極
３６ミラー
４０光吸収性フィルム
４２，４４有機ポリマー（スペーサ）

Claims

基板と、
上記基板上に形成された電気回路と、
上記基板に支持され、上記電気回路の制御の下に動作可能なメカニズムと、
上記メカニズムの少なくとも一部の上の光吸収膜と、
を含み、
上記光吸収膜が、主鎖に含フッ素樹脂族環構造を有する含フッ素重合体と、カーボンブラックと、オリゴマー型含フッ素界面活性剤と、非プロトン性含フッ素溶媒と、含フッ素アルコールとを含み、上記含フッ素重合体と上記カーボンブラックとの合計量に対するカーボンブラックの割合が１〜３０重量％であり、上記カーボンブラックの平均粒子径が０．１μｍ未満である、
反射型光変調器としてのマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム。
請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、
上記メカニズムが上記基板から離れて置かれた少なくとも１つの可動部を含み、
上記光吸収膜が少なくとも上記可動部の周辺の周りの上記基板上に支持されている、システム。
請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、
上記メカニズムが上記基板から離れて置かれた少なくとも２つの可動部を含み、
上記可動部は隙間で分離されており、
上記光吸収膜が上記隙間に近接した領域において上記基板上に支持されている、システム。
請求項１に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、
上記メカニズムが支持部材に近接した反射面に穴を有する少なくとも１つの反射可動部を含み、
上記光吸収膜が上記支持部材に支持されている、システム。
基板と、
上記基板上に形成された電気回路と、
上記基板によって支持され、上記電気回路の制御の下に動作可能なメカニズムと、
上記メカニズムの少なくとも一部の上の光吸収膜と、
を含み、
上記光吸収膜が、主鎖に含フッ素樹脂族環構造を有する含フッ素重合体と、カーボンブラックと、オリゴマー型含フッ素界面活性剤と、非プロトン性含フッ素溶媒と、含フッ素アルコールとを含む、
反射型光変調器としてのマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム。
請求項５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、上記含フッ素重合体と上記カーボンブラックとの合計量に対するカーボンブラックの割合が１〜３０質量％である、システム。
請求項５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、上記カーボンブラックに対するオリゴマー型含フッ素界面活性剤の割合が１〜２０質量％である、システム。
請求項５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、非プロトン性含フッ素溶媒と含フッ素アルコールとの合計量に対する含フッ素アルコールの割合が１０〜２０質量％である、システム。
請求項５に記載のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムであって、上記カーボンブラックの平均粒子径が０．１μｍ未満である、システム。