JP4633362B2 - マイクロマシン（ｍｅｍｓ）装置用構造体の製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロファブリケーション、即ち、マイクロ製作方法に関する。更に詳細には、本発明は、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）装置用構造体のマイクロ製作方法に関する。

ＭＥＭＳ装置を製作するのに使用されるマイクロ製作方法技術は、概略的には、基材の上に１又は２以上の層を堆積させる工程と、それに引続いて、その層にパターンを形成して、有用な構造を作り出す工程とを含んでいる。層にパターンを形成するための１つの技術は、フォトリソグラフィの使用を含む。フォトリソグラフィを用いれば、フォト即ち光マスクの上の所望パターンの写真構成が、層の表面にパターンを付与するのに使用される。

ＭＥＭＳ装置を製造するとき、普通、いくつかのマスキング工程が必要とされ、各マスキング工程は、装置のコストに追加される。従って、ＭＥＭＳ装置の製作中に必要とされるマスキング工程の数を減少させることが望ましい。

本発明の１つの側面によれば、基材の上に第１の層を堆積させる工程と、第１の層にパターンを形成する工程と、第１の層の上に第２の層を堆積させる工程と、第１の層をフォトマスクとして使用して、第２の層にパターンを形成する工程と、を有するマイクロ製作方法を提供する。

図２〜図６を参照して、本発明の側面を説明する。図２〜図６は、米国特許第５，８３５，２５５号に記載された可視スペクトルモジュレータアレイ又は米国特許第６，０４０，９３７号に記載された干渉計モジュレータ（ＩＭＯＤ）等のＭＥＳＭ装置の製作中の段階を示す図である。本質的には、可視スペクトルモジュレータアレイ又はＩＭＯＤの製造中の段階を参照して本発明を説明することは、本発明の理解を深めるためであり、本発明をその他のＭＥＭＳ装置の製造に使用してもよいことを理解すべきである。かくして、可視スペクトルモジュレータアレイ又はＩＭＯＤの製造を参照して本発明を説明することは、本発明をそれらに限定するわけではない。

図１は、ここに説明する技術にしたがって製作するのが良い可視スペクトルモジュレータアレイ１０の一部分の例を示す。図１を参照すれば、アンテナアレイが、マイクロ製作された干渉計キャビティの半分に製作され、干渉計キャビティは、入射電磁放射線の或る部分を（ａ）キャビティ自体の寸法及び（ｂ）キャビティの誘電ミラーの応答周波数に応じて伝播させ且つ反射する。図１では、透明な基材１６の上に製作された２つのキャビティ１２，１４を含むアレイ１０を示している。層１８、即ち、一次ミラー／導体は、１又は２以上の金属酸化物半導体及び透明な導体の組合わせを有するのが良い。絶縁支持体２０が、第２の透明な層（導電膜）２２を持上げ支持している。各アレイエレメントは、層２２の上に形成されたアンテナアレイ２４を有している。層２２及びアンテナアレイ２４は一緒に、二次ミラー／導体を構成する。これとは逆に、アンテナアレイが一次ミラー／導体の一部分として製作されても良い。層２２／アンテナアレイ２４（二次ミラー／導体）は、それらが引っ張り応力状態におかれるように、かくして、基材と平行になるように製作され、非陥没状態の可撓性膜を形成する。

層２２，２４が平行なので、アレイの上又は下から任意のキャビティに入る放射線は、キャビティ内で多反射を経験し、光学干渉を生じさせる。アンテナアレイの寸法に応じて、干渉は、その反射及び／又は伝播特性を決定する。寸法のうちの１つ、この場合にはキャビティ高さ（即ち、層１８の内壁と層２２の内壁との間の間隔）を変更することにより、光学特性が変化する。高さの変更は、キャビティの２つの層の間に電位を付与することにより達成され、静電気力のため、層２２を陥没させる。７ボルトを付与することにより陥没したキャビティ１２と、０ボルトを付与することにより陥没していないキャビティ１４を示す。

アレイ１０を製作する際、絶縁支持体２０が、それと層１８、２２とが接触する領域内に具合良く構成されることが好ましい。本発明は、そのような支持体の製造に特に有用である。図２〜図１０は、支持体２０等の支持体を有するＭＥＭＳ装置の種々の製造段階を示している。図２を参照すれば、参照符号１００は、基材１００を指示する。基材１００は、多くの異なる材料のものであっても良く、各々は、紫外光に対して透明である。これらの材料の例は、プラスチック、マイラ又はクォーツを含む。材料は、光的にスムーズであるが平らであることは必要ではないフィニッシュを支持することができなければならない。好ましい材料は、可視範囲において伝播と反射の両方の作用を有するガラスである。

種々の層が基材１００の上に堆積され、積み重ね層を構成する。特に、物理蒸着法（ＰＶＤ）、例えば、スパッタリング又はｅビーム蒸発等の標準技術を使用して、基材１００を犠牲層１０２でコーティングする。その他の可能な方法は、化学蒸着法及び分子ビームエピタキシ法を含む。

図２では、犠牲層は単一層である。しかしながら、本発明の他の実施形態では、層１０２は、一番上に犠牲層を有する積み重ね層であっても良い。

図３は、長手方向に間隔を隔てた溝１０４を構成するパターンが犠牲層１０２に形成された、ＭＥＭＳ装置の１つの製造段階を示す。犠牲層１０２にパターンを形成するのに、標準方法が使用され、この方法は、適当なマスクを通して犠牲層１０２を露出させ、現像し、パターンを作ることを含む。

図４では、ネガティブフォトレジストであるのが良いネガティブ作用光感知材料の形態の光感知ポリマー材料（中間層）が、犠牲層１０２の上に渡され、ネガティブ作用光感知材料は、層１００及び１０２によって構成される積み重ねフィルムの全高よりも高い高さを有している。その後、ネガティブ作用光感知材料（中間層）を、基材１００を通過する紫外光に晒し、在来の技術を使用して現像する。長手方向溝１０４は、ネガティブ作用光感知材料を露出させる唯一の手段であるので、積み重ね層の上のネガティブ作用光感知材料は、基材の現像工程中に溶かされ、溝１０４内に配置されたネガティブ作用光感知材料の長手方向リッジ１０６だけを残す。かくして、好ましくは、最初、犠牲層１０２にパターンを形成し、次いで、ネガティブ作用光感知材料を、基材１００及び犠牲層１０２の溝１０４を通して露出させることによって、犠牲層１０２がフォトマスクとして作用し、それにより、追加のマスキング工程を必要とせずに、ネガティブ作用光感知材料にパターンをリソグラフィー式に形成することを可能にする。図５では、積み重ね部の上に構造（最上）層１０８が堆積され、犠牲層１０２が除去され、かくして、最上層１０８は、リッジ１０６によって支持されている。好ましくは、異なるフォトマスクを使用することによって、任意所望の幾何学的形状の支持構造体を製作することが可能である。かくして、他の実施形態では、リッジの代わりに、ピラー又は支柱が形成されても良い。最上層１０８は、非常に導電性があり且つ反射性があり、典型的には、アルミニウム及びニッケルを含む。

図６は、横断方向に延びるストリップパターンが最上層１０８に形成された、ＭＥＭＳ装置の引続く製造段階を示す。

更に、本発明は、基材の上のパターン（犠牲）層を、他の層（中間層）にパターンを形成するためのフォトマスクとして使用し、それにより、マスキング工程を省いている。

特定の実施形態を参照して、本発明を説明したけれども、特許請求の範囲に記載した本発明のより広い精神から逸脱することなく種々の変更及び変化がこれらの実施形態になされても良いことは明らかである。従って、明細書及び図面は、例示の意味として考えるべきであり、限定の意味として考えるべきではない。

本発明のマイクロ製作方法を使用して製造することができるＭＥＭＳ装置の一部分の斜視図である。 図１のＭＥＭＳ装置の１つの製造段階を示す図である。 図１のＭＥＭＳ装置の１つの製造段階を示す図である。 図１のＭＥＭＳ装置の１つの製造段階を示す図である。 図１のＭＥＭＳ装置の１つの製造段階を示す図である。 図１のＭＥＭＳ装置の１つの製造段階を示す図である。

Claims (16)

1. ２つの層の間の支持構造体を有するマイクロマシン装置を製作するためのマイクロ製作方法であって、
   光を通過させることが可能な基材の上に積み重ね層を堆積させる工程を有し、積み重ね層は、透明な導体と、この透明な導体の上に位置する犠牲層とを有し、
   前記犠牲層に溝又は孔を形成する工程と、
   前記犠牲層の上に中間層を堆積させる工程と、
   前記犠牲層をフォトマスクとして使用して、前記中間層を、前記犠牲層の溝又は孔を通過した光に晒す工程と、
   前記中間層を現像して前記中間層にパターンを形成する工程と、
   前記中間層を現像した後、前記犠牲層の上に、導電性反射層を有する最上層を堆積させる工程と、
   前記犠牲層を除去して、最終のマイクロマシン装置にキャビティを形成する工程と、
   を有することを特徴とするマイクロ製作方法。
2. 前記基材はガラスを含む、請求項１に記載のマイクロ製作方法。
3. 前記溝は、長手方向に間隔を隔てた溝である、請求項１に記載のマイクロ製作方法。
4. パターンが形成された前記中間層は、マイクロマシン装置内に残され、支持構造体として機能する、請求項１に記載のマイクロ製作方法。
5. 前記中間層はネガティブ作用光感知材料を含む、請求項１に記載のマイクロ製作方法。
6. 前記最上層はニッケル及びアルミニウムを含む、請求項１に記載のマイクロ製作方法。
7. 更に、前記最上層にパターンを形成する工程を含む、請求項１に記載のマイクロ製作方法。
8. 更に、前記中間層はネガティブ作用光感知材料を含み、前記中間層を現像することにより、前記中間層は前記積み重ね層の溝の中に配置され且つ長手方向に間隔を隔てたリッジを形成する、請求項３に記載のマイクロ製作方法。
9. 更に、前記中間層の長手方向に間隔を隔てたリッジによって支持された横断方向に延びるストリップを構成するパターンを、前記最上層に形成する工程を有する、請求項８に記載のマイクロ製作方法。
10. ２つの層の間の支持構造体を有するマイクロマシンシステム装置の製作方法であって、
    ａ）光を通過させることが可能な基層の上に１つの層又は積み重ね層を堆積させる工程を有し、前記１つの層又は前記積み重ね層の一番上の層は犠牲層であり、
    ｂ）更に、少なくとも１つの貫通孔を前記１つの層又は前記積み重ね層に形成する工程と、
    ｃ）前記１つの層又は前記積み重ね層の上に光感知層を堆積させる工程と、
    ｄ）前記犠牲層をフォトマスクとして使用して、前記少なくとも１つの貫通孔に光を通す工程と、前記光感知層を露出させ、前記光感知層を現像する工程と、
    ｅ）前記犠牲層の上に構造層を堆積させる工程と、
    ｆ）前記犠牲層を除去する工程と、を有し、
    前記犠牲層の除去により、前記犠牲層に置き換わるキャビティを形成し、
    前記構造層は、静電気力によって前記基層に向かって陥没可能であることを特徴とする製作方法。
11. 前記基層は基材である、請求項１０に記載の製作方法。
12. 前記光は紫外光を含む、請求項１０に記載の製作方法。
13. 前記光感知層はネガティブ作用光感知材料を含む、請求項１０に記載の製作方法。
14. 前記工程ａ）〜ｆ）を少なくとも１回繰り返し、各構造層は、前記基層を構成する、請求項１０に記載の製作方法。
15. 前記構造層を堆積させる前、前記光感知層を露出させて、現像する、請求項１０に記載の製作方法。
16. 光感知層の露出部分は、前記構造層と前記基層とがキャビティによって間隔をおくための支持構造体を形成する、請求項１０に記載の製作方法。

Images