JPH08227041A

JPH08227041A - マイクロメカニカル・デバイス用の変形可能ビーム

Info

Publication number: JPH08227041A
Application number: JP7294568A
Authority: JP
Inventors: John H Tregilgas; エィチ．トレギルガスジョン
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1996-09-03
Also published as: EP0712022B1; EP0712022A2; KR100412003B1; TW313661B; KR960018622A; US5552924A; DE69529880D1; DE69529880T2; EP0712022A3

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロメカニカル・デバイス用に質量を偏
向可能に支持した変形可能ビームを提供する。【解決手段】アドレス指定可能に集積化したモノリシ
ックのマイクロミラー・デバイス（１０）をスパッタリ
ング技術により形成する。該マイクロミラー・デバイス
（１０）には、スパッタリング及び選択性エッチングに
より形成された１又はそれ以上のビーム（１８）により
支持され、選択的に静電偏向可能な質量又はミラー（１
２）が含まれる。これらのビーム（１８）は導電性の金
属間アルミニウム化合物、又はこのような化合物の２又
はそれ以上の混合物からなり、比較的に高い融点及びＦ
ＣＣ結晶構造より小さな一次すべり系を示し、エッチン
グ可能なものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改良したビームを
有するマイクロメカニカル・デバイスに関し、特に改良
したビーム即ちヒンジ状の部材を有するマイクロメカニ
カル・デバイスに関する。本発明は、特に電気的にアド
レス指定可能に集積化したモノリシック、マイクロミラ
ー・デバイスに関し、その電気的及び機械的なエレメン
トは、スパッタリング技術と、種々の金属層及び酸化物
層、フォトレジスト、液体及びプラズマ・エッチング、
プラズマ・ストリップ処理及び関連した技術及び物質と
を用いて形成されてもよく、そのデバイスの選択的に静
電偏向可能ミラーが１又はそれ以上の改良されたヒンジ
状のカンチレバー、及び／又はスパッタリング及び選択
エッチングにより形成されたねじれビームにより支持さ
れ、そのビームは、他の方法の非変更デバイスを作成す
るために採用されている典型的なプロセス工程から大き
く即ち本質的な変更をしなくとも、強度の増大及び緩和
の軽減を示す。

【０００２】

【従来の技術】種々の型式のマイクロメカニカル・デバ
イスが知られている。このようなデバイスは、電気的に
アドレス指定可能かつ偏向可能な複数のミラー即ち反射
器により形成されたピクセルを有する複数のマイクロメ
カニカル空間光変調器（spacial light modulator ;
“ＳＬＭ”）を備えている。これらのＳＬＭは、電気的
及び／又は光学的な入力に対応して入射光を変調するこ
とができるトランスデューサである。ＳＬＭは入射光を
位相、強度、偏光及び／又は方向について変調すること
ができる。

【０００３】本発明は、複数のディジタル・マイクロミ
ラー・デバイス又は変形可能ミラー・デバイス（deform
able mirror device ;“ＤＭＤ”）と呼ばれる前述型式
のＳＬＭに関する。本発明に関連するＳＬＭＤＭＤ
は、プリンタ、イメージ・システム、ゼログラフィック
複製システム及びディジタル・ビデオ・システムのよう
に種々のデバイスに利用され得る。本出願人に共通に譲
渡された米国特許第５，０４１，８５１号、第４，７２
８，１８５号、第５，１０１，２３６号、及び５，０７
９，５４４号を参照すべきである。

【０００４】本出願人に共通に譲渡された米国特許第
５，０６１，０４９号及び５，０９６，２７９号（以下
では「０４９」及び「２７９」という。）は、好ましい
マイクロメカニカル・デバイス、特にＤＭＤＳＬＭを
製作する構造及び方法を開示している。通常、マイクロ
メカニカル・デバイスは、典型的には、変形可能ビーム
により支持された偏向可能即ち可動質量を備えている。
“４９”によれば、ＤＭＤＳＬＭは、相対的に厚く、
総体的に平板状の複数の金属ミラー即ち反射器のアレー
即ちマトリックスを備え、「質量」を構成することがで
きる。各ミラーは、スパッタリング及び選択性エッチン
グにより形成されたアルミニウム又はアルミニウム合
金、例えばＡｌ（９８．５〜９８．８％）：Ｓｉ（１
％）：Ｔｉ（０．２〜０．５％）の層を含む。

【０００５】これらのミラーはスパッタリング及び選択
性エッチングにより、同様に構成され、かつ形成された
比較的に薄い層上に存在する。各ミラーは１又はそれ以
上のビームより支持されている。これらのビームは、各
ミラー境界を越えて伸延する比較的に薄い層の複数部分
を含み、続いてフォトレジスト又は金属からなるもので
もよい１又はそれ以上のスペーサ又はポストにより最終
的に支持されている。これらのスペーサ又はポストはミ
ラーの下の複数井戸により定められている、又は隔てら
れており、これらミラーは選択的に偏向されると、これ
らの井戸へ又はこれらから移動することができる。続い
て、スペーサ若しくはポスト、及び井戸は、金属、絶縁
及びフォトレジスト積層の選択性堆積、及び除去又はパ
ターニングにより形成される。

【０００６】偏向されていないＤＭＤミラーは、「水
平」即ち井戸の上にあり、かつ基板に対してほぼ平行と
なる定位置を取ることができ、この基板上に又は内にＤ
ＭＤが形成されている。垂直に配置されている各ミラー
は、第１の方向に入射される光を反射する。このミラー
は、所定の静電吸引力又は反発力を選択的に印加するこ
とにより、その定位値から選択的に偏向可能である。偏
向可能ミラーは水平方向から「非水平に」又は水平から
回転されてもよい。各偏向可能ミラーは、偏向の量、従
って印加した静電力の存在及び／又は強さに依存する第
２の方向へ偏向することにより、入射された光を変調す
る。

【０００７】その定位値からミラーを移動させると、そ
のビーム（それらのビーム）を変形させ、これに位置エ
ネルギを蓄積させる。蓄積された位置エネルギは、静電
力が除去されるとミラーをその定位値に戻そうとする。
ミラーを支持するビーム（複数のビーム）は、カンチレ
バーモード、ねじれモード、又はたわみモードという両
モードの組合せにより変形可能である。

【０００８】アレーのミラー又はそれらのマトリックス
の選択的な静電偏向は、基板上に又は基板内に、かつ壁
の底部上に又は底部に位置する複数電極の合同アレー又
はマトリックスにより選択的に実行される。選択された
静電力を発生する電圧は、ＭＯＳＦＥＴ又は機能的に同
様の複数エレメント、及び複数電極に関連した電気的な
複数の関連構成要素により、複数電極に選択的に印加さ
れる。これらの回路エレメント及び複数の構成要素は、
集積回路を製造する伝統的なプロセス技術により、基板
上に及び内に典型的に形成される。特に、ＭＯＳＦＥＴ
若しくは他の複数エレメント、及びこれらに関連する構
成要素と共に、ミラー、ビーム、ポスト又はスペーサ及
び電極は、好ましくは、典型的なＣＭＯＳ又は同様の技
術により、シリコン又は他の基板内及び基板上に集積化
したモノリシックに形成される。

【０００９】前述の型式のマイクロメカニカル・デバイ
スの広範な試験及び解析により、ビームの強度は、その
緩和（「クリープ」又は「変形」としても知られている
現象）に耐え、その後の使用に耐えるのに十分でないこ
とを示すものであった。このようなビームの緩和は、マ
イクロメカニカルＤＭＤＳＬＭ及び同様の他のマイク
ロメカニカル・デバイスの動作不良に帰結する。例え
ば、緩和ビームは、これに印加される静電吸引力が存在
しないときに、定位値にミラーを保持すること、又は戻
すことができない。定位置以外の動作において、ミラー
は第１又は第２の送り先以外に入射光を反射させること
ができる。従って、ビームの緩和は入射光の意図しない
変調に至る。その上、緩和がミラーをその定位値へ正し
く戻らないという結果にならなくとも、ミラーのビーム
（複数のビーム）における緩和は、適用可能電極に所定
の電圧を印加する際にミラーが適当量により偏向されな
い結果となり得る。ここでも、入射光を不適正に変調す
ることに帰結する。

【００１０】アルミニウム合金からなるビームより強
力、かつ緩和の影響が小さいビームは、知られている。
例えば、前述の型式に関係する初期に開発されたＳＬＭ
は、酸化シリコンからなるビーム状部材を使用していた
（米国特許第４，３５６，７３０号、第４，２２９，７
３２号、及び第３，８８６，３１０号の参照こと）。前
述のアルミニウム合金より強力、かつ緩和即ちクリープ
の影響が小さい物質からＤＭＤミラーのビーム（複数の
ビーム）を作成することも提案された。しかし、このよ
うな物質を使用すると、それらのアドレス指定回路及び
複数の機械なエレメントを含むＤＭＤを作成するために
現在用いられているプロセス・シーケンス及び物質（例
えば、エッチング液）が実質的又は基本的な変更を必要
とすることになり、プロセスの複雑さを増加させて、Ｄ
ＭＤの作成のコストに付随的な増加をもたらすかも知れ
ないという可能性を持っている。

【００１１】他の提案は、アルミナのように、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金をより強力かつより延性が小
さな物質の積層により交互させた多重積層によりビーム
を製作することに関するものである。外側の積層はアル
ミニウム又はアルミニウム合金であり、従ってエッチン
グを含むプロセス・ステップの大多数は前述のものと同
一のままであって従来のＤＭＤ構造を作成している。交
互的な積層は、アルミニウム又はアルミニウム合金のス
パッタ堆積を周期的に中断して、より強力かつ延性がよ
り小さな物質をスパッタ堆積することにより、作成され
るので、このプロセスがそれだけ複雑化され、製造コス
トを増加させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の切実な要求
は、より強力かつ緩和に対抗するビームを有し、該ビー
ムがＤＭＤプロセス・シーケンスの複雑さ又はコストを
実質的に又は本質的に増加させることなく製作されるＤ
ＭＤＳＬＭのようなマイクロメカニカル・デバイスを
提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、マイク
ロメカニカル・デバイス用に改良された変形可能ビーム
が提供される。このマイクロメカニカル・デバイスはビ
ームにより支持された偏向可能質量を備えている。この
偏向可能質量が偏向されると、ビームが変形される。好
ましい実施の形態において、マイクロメカニカル・デバ
イスはＤＭＤＳＬＭであり、また前記偏向可能質量はミ
ラーが偏向するに従って入射光を選択的に変調する可動
又は偏向可能ミラーである。

【００１４】改良されたビームは、１又はそれ以上の下
記方法により特徴付けられる。

【００１５】＋＋＋ビームは導電性の１又はそれ以上
のアルミニウム化合物からなる。

【００１６】＋＋＋ビームは一般式Ａl _XＱ_Yのアル
ミニウム化合物からなる。ただし、Ｑは酸素ではなく、
前記アルミニウム化合物は比較的に高融点を有し、かつ
ＦＣＣ結晶構造による１２の一次すべり系より少ない一
次すべり系を示す。

【００１７】＋＋＋前記特徴において、Ｑは金、カル
シウム、銅、鉄、ハフニウム、マグネシウム、ニオブ、
ニッケル、スカンジウム、コバルト、タンタル、ジルコ
ニウム、バリウム、モリブデン、ストロンチウム、タン
グステン、ルテニウム、バナジウム、クロム、イリジウ
ム、ロジウム、リチウム、アンチモン、チタン、セリウ
ム、ガドリニウム、ホルミウム、ランタン、ルテチウ
ム、ネオジム、サマリウム、テルビウム、セレン、炭
素、ヒ素、ホウ素、リン、又は窒素である。

【００１８】＋＋＋前記ビームは、導電性のアルミニ
ウム金属間化合物、又は２又はそれ以上の前記アルミニ
ウム化合物の混合物からなるグループから選択された電
気的な非絶縁性物質からなる。

【００１９】＋＋＋前記特徴において、前記物質はＡ
ｌ₂Ａｕ，Ａｌ₂Ｃａ，Ａｌ₂Ｃｕ，Ａｌ₃Ｆｅ，Ａｌ
₃Ｈｆ，Ａｌ₃Ｍｇ₂，Ａｌ₃Ｎｂ，Ａｌ₃Ｎｉ，Ａｌ
₃Ｓｃ，Ａｌ₃Ｔａ，Ａｌ₃Ｚｒ，Ａｌ₄Ｂａ，Ａｌ₄
Ｍｏ，Ａｌ₄Ｓｒ，Ａｌ₄Ｗ，Ａｌ₆Ｒｕ，Ａｌ₇Ｃ
ｒ，Ａｌ₈Ｖ₅，Ａｌ₉Ｃｏ₂，Ａｌ₉Ｉｒ₂，Ａｌ₉
Ｒｈ₂，ＡｌＬｉ，Ａｌ₃Ｔｉ，ＡｌＴｉ，ＡｌＳｂ，
ＡｌＡｓ，ＡｌＰ，ＡｌＮ，ＡＬ₃Ｃｅ，Ａｌ₃Ｇｄ，
Ａｌ₃Ｈｏ，Ａｌ₃Ｌａ，Ａｌ₃Ｌｕ，Ａｌ₃Ｎｄ，Ａ
ｌ₃Ｓｍ，Ａｌ₃Ｔｂ，Ａｌ₂Ｓｅ₃，Ａｌ₄Ｃ₃，Ａ
ｌＢ₂，ＡｌＴｉ＋Ａｌ₃Ｔｉ，及びＡｌ₃Ｔｉ＋Ａｌ
Ｎである。

【００２０】＋＋＋前記ビームは、アルミニウムと、
アルミニウムを含む金属間化合物と、アルミニウム及び
稀土類を含む化合物と、アルミニウム及び非金属を含む
化合物とからなるグループから選択された導電性物質か
らなる。

【００２１】全ての前記特徴において、このように構成
されたビームは、従来技術のビーム、特にアルミニウム
又はアルミニウム合金から作成されたビームより強力、
かつ緩和の影響が小さい。改良されたビームはアルミニ
ウムを含むので、典型的な又は便宜的に変更されたアル
ミニウム・エッチング化学及び手順を適宜用いることが
できる。更に、ビームは、導電性であり、従って典型的
な従来技術のＤＭＤで見られるように、適当な電位をビ
ームを介してミラーに印加可能にさせる。

【００２２】

【実施例】図１をまず参照すると、本出願人に共通して
譲渡されたホーンベック（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）の米国特
許第５，０６１，０４９号、及びリー（Ｌｅｅ）に対す
る米国特許第３，６００，７９８号に示されている型式
のものでよい隣接する個別的なＤＭＤ１０の形式にある
複数のマイクロメカニカル・デバイスが示されている。
更に、ＤＭＤ１０はカーデ（Ｃａｄｅ）に対する米国特
許第４，３５６，７３０号、ハートスタイン（Ｈａｒｔ
ｓｔｅｉｎ）に対する米国特許第４，２２９，７３２
号、ナートハンソン（Ｎａｔｈａｎｓｏｎ）ほかに対す
る米国特許３，８９６，３３８号、及びグルトバーグ
（Ｇｕｌｄｂｅｒｇ）ほかに対する米国特許第３，８８
６，３１０号に示すものも同様である。ＤＭＤ１０は図
１に示すようなアレーに配置されてもよく、また本出願
人に共通に譲受されたネルソン（Ｎｅｌｓｏｎ）ほかに
対する米国特許第５，１０１，２３６号、デモンド（Ｄ
ｅＭｏｎｄ）ほかに対する米国特許第５，０７９，５４
４号、及びネルソンに対する米国特許第５，０４１，８
５１号、及びトーマス（Ｔｈｏｍａｓ）に対する米国特
許第４，７２８，１８５号に示され、かつ説明されてい
るようなシステムに用いることができる。以下の説明に
おいて、ＤＭＤ１０は２安定又はディジタル・モードに
おいて動作するものとして説明されているが、これらは
３安定又はアナログのような他のモードにより動作され
てもよい。

【００２３】図１〜図３に概要的に示すように、各ＤＭ
Ｄ１０は選択的に可動又は偏向可能質量を含み、ＤＭＤ
１０の場合に、この偏向可能質量は比較的に厚く、塊状
の金属又は金属のように光を反射する可動即ち偏向可能
なミラー１２と、ミラー１２を選択的に静電偏向する関
連のアドレス指定回路１４（２つのみが示されてい
る。）とを備えている。共通基板１６内及び上のミラー
１２のアレー及びアドレス指定回路１４をモノリシック
に形成する方法は、前述の米国特許明細書に記載されて
いる。勿論ここで、以下で記述しているＤＭＤ１０以外
のマイクロメカニカル・デバイスは、本発明の要旨を都
合よく利用することができる。

【００２４】典型的には、各ミラー１２は１又はそれ以
上の比較的に薄い一体的に支持するビーム即ちヒンジ１
８上で可動又は回転することにより偏向をする。図１は
各ミラー１２が一対の半径方向で対立するねじれビーム
１８ａにより支持されている状態を示すが、各ミラー１
２は、前述のように、１又はそれ以上のカンチレバー・
ビーム１８ｂ（２型式を図４ｂに示す。）、又はたわみ
ビーム１８ｃ（１型式を図４ｃに示す。）により支持さ
れてもよい。図４ａは４型式のねじれビーム支持のＤＭ
Ｄ１０を示す。

【００２５】アンダーカットされた井戸２０（図１には
示されていない。）は、カラム部材２２の間で定めら
れ、このカラム部材２２はＤＭＤ１０の形成中にエッチ
ング、堆積及び／又は注入マスクの一部として機能した
後に、共通基板１６上に残留している残留フォトレジス
トを含むものであってもよい。カラム部材２２により、
ビーム１８と、複数のミラー１２、ビーム１８、及びミ
ラー１２を取り囲み、かつ概要的にミラー１２と共平面
をなす金属部分２３とが支持されている。

【００２６】各井戸２０は、関連するミラー１２の少な
くとも一部の偏向を、この部分を図３に示す偏向されて
いない即ち定位値から、図２に方向矢印により示されて
いるように共通基板１６方向へ移動可能にさせることに
より、適応させる。各ミラー１２の偏向は、ミラー１２
と、井戸２０に位置した関連の制御電極即ちアドレス指
定電極２４とに適当な電位を印加して発生する電界によ
り印加される吸引又は反発静電力によって、実行され
る。この電位は、アドレス指定回路１４と関連する回路
及び複数の回路素子とにより、制御電極２４及びミラー
１２に選択的に印加される。ミラー１２は、典型的に
は、アース電位にあって、その間は、選択した電圧が制
御電極２４に印加されており、これによってミラー１２
に吸引力を作用させている。反発力は、ミラー１２及び
これらの制御電極２４に同一極性の電位を印加すること
により、ミラー１２に印加されてもよい。

【００２７】図２に想像線により、かつ図３に示すよう
に、ビーム１８が変形されていないときは、ミラー１２
の定位値を設定することができる。ビーム１８は、変形
されると、ビーム１８が変形されていないときにビーム
１８が取るべき位置へ戻ろうとするエネルギを蓄える。
ミラー１２がその定位値にあるときに、ＤＭＤ１０に入
射される光は、第１の位置に反射される。アドレス指定
回路１４が適当な電位を印加すると、そのミラー１２は
静電力により、その定位値から制御電極２４及び共通基
板１６に向かって吸引される、又はこれに対して反発す
る。従って、ミラー１２は、選択したランディング位置
に係合するまで、移動又は偏向する。

【００２８】ランディング電極３４の利用は前述の「２
７９」米国特許により推奨されている。特に、ランディ
ング電極３４はミラー１２と同一電位に保持されてお
り、ミラー１２用の機械的なストッパとして使用され、
従ってその偏向位置を設定する。更に、ランディング電
極３４とミラー１２との係合はミラー１２が制御電極２
４と係合するのを阻止する。このような係合は、ミラー
１２と制御電極２４との間の電位差のために、ミラー１
２を通って電流が流れる結果となる。この型式の電流
は、ミラー１２を制御電極２４に融着させる、又は比較
的に薄いビーム１８を溶断即ち溶解させる可能性があ
る。

【００２９】ミラー１２の偏向位置において、入射光は
第２の位置へ反射される。ミラー１２が偏向されていな
いときに光が進行する第１の位置は、視野スクリーン又
はゼログラフ印刷装置の感光ドラムのような利用装置が
取っても、又は構成するものでもよい。第２の位置へ進
行する光は、吸収されても、又は第１の位置に到達しな
いように阻止されてもよい。勿論、第１及び第２の位置
の役割を反転することができる。以上の方法では、入射
光がＤＭＤ１０により変調されるので、入射光はどの位
置が利用装置を含むにせよ、選択的に到達するか、又は
達成しない。

【００３０】図１〜図３には、一対の制御電極２４ａ、
２４ｂ及び一対のランディング電極３４ａ、３４ｂに関
連されるべき各ミラー１２が示されている。ＤＭＤ１０
が前述のように二進即ち２安定モードにより動作してい
るときは、各ミラー１２は、図２に想像線により表され
た偏向されていない定位置と、図２に示すように、逆時
計方向に回転された位置との間でのみ移動可能である。
図２には示されていないが、ミラー１２の逆時計方向に
回転は、ミラー１２が左側のランディング電極３４ａの
接点に係合するまで、発生する。ミラー１２が好ましい
接地電位にあるときは、ミラー１２の逆時計方向への回
転は、アドレス指定回路１４により左側の制御電極２４
ａに電圧を印加することにより、実行される。後者の事
象では、右側の制御電極２４ｂ及びランディング電極３
４ｂを除去しても、又は使用しなくてもよい。

【００３１】ミラー１２が静電反発力により回転される
と、ミラー１２及び右側の制御電極２４ｂは同一の極性
電位を有しており、図２に示す逆時計方向に回転を達成
する。この事象では、左側の制御電極２４ａ及び右側の
ランディング電極３４ｂは除去される又は使用されな
い。

【００３２】ＤＭＤは更に、ミラー１２が完全に逆時計
方向の定位置と、ミラー１２が右側のランディング電極
３４ｂに係合する時計方向位置との間で回転し得る二進
モードにより作動可能にされている。このように作動さ
れたときは、変形されていないビーム１８はミラー１２
の定位値を設定することはない。更に、接地電位にある
ミラー１２は、制御電極２４ａ上の電位により完全に逆
時計方向に回転される。制御電極２４ｂの電位は非常に
低い値を有するか又は０である。ミラー１２は制御電極
２４ｂの適当な電位により、右側のランディング電極３
４ｂ回りを完全に時計方向に回転されると共に、制御電
極２４ａの電位は０か、又はほぼ０である。

【００３３】ミラー１２が接地電位にない二進動作順列
では、異なる極性及び／又は値の電圧は制御電極２４
ａ、２４ｂに同時に印加され、ミラー１２の相補的な部
分を吸引及び反発してこれらを選択的に回転させ得る。
三安定動作はミラー１２を完全に逆時計方向又は完全に
時計方向に回転させることにより達成されると共に、制
御電極２４ａ、２４ｂが共に減勢されているときは、こ
れらミラーは変形されていないビームにより設定される
中間的な定位置を取る。アナログ動作は、適当な値を有
する電位を制御電極２４ａ、２４ｂに印加することによ
り、ミラー１２を選択した量だけ逆時計方向及び／又は
時計方向へ回転させることにより達成される。アナログ
動作において、ランディング電極３４ａ、３４ｂの係合
により特徴付けられるミラー１２の完全な回転は、ミラ
ー１２が取り得る理論的に無数の回転位置のうちの一つ
のみである。

【００３４】図４ａは、ねじれビーム１８ａによりミラ
ー１２を支持している種々のＤＭＤを示すものであり、
上右に、図１〜図３に概要的に示した種々のねじれビー
ムを含む。前述のように、ねじれビーム１８ａにより支
持されたミラー１２は、選択的に、ねじれビーム１８ａ
と一致するねじれビーム１８ａ上の回転軸４０回りを回
転可能である。回転軸４０は、ミラー１２の対称軸と一
致していない右下の表示のものを除き、全てミラー１２
の対称軸と一致している。図４ｂでは、ビーム１８がカ
ンチレバー・ビーム１８ｂであり、かつミラー１２がカ
ンチレバー・ビーム１８ｂに対して垂直な回転軸４２回
りで可動即ち偏向可能である。図４ａ及び図４ｂには示
されていないが、明らかなものとして、制御電極２４
は、回転軸４０及び４２に対して非対称的に配置される
必要がある。

【００３５】図４ｃにおいて、ビーム１８はいわゆる、
たわみビーム１８ｃであり、これはねじれモード及びカ
ンチレバー・ビーム・モードにおいてミラー１２の動き
により変形する。特に、各たわみビーム１８ｃはねじれ
変形可能エレメント４４、及びカンチレバー・ビーム・
モードにおける変形可能エレメント４６を含む。ミラー
１２の吸引、又は制御電極２４に対するミラー１２の反
発により、ミラー１２は共通基板１６に対してほぼ平行
したままピストン状に移動する。

【００３６】図１〜図３に戻ると、各ミラー１２は図示
されている金属層５０及び５２のように、２又はそれ以
上の層を含むものでもよい。これらの金属層５０及び５
２は、モノリシック集積回路を製造するために用いられ
ている典型的な手順に従って、また実行する過程で選択
的に堆積され、かつパターン化又はエッチングされても
よい。このようにして、ミラー１２、ビーム１８及びア
ドレス指定回路１４は全て一連の相互に関係するプロセ
ス工程により作成されてもよい。従来、金属層５０及び
５２は、いずれも約９８．８：１：２の百分率によりＡ
ｌ：Ｔｉ：Ｓｉの合金からなり、金属層５０は約５００
Åから約１０００Åの厚さであり、かつ金属層５２は約
３，０００Åから約５，０００Åの厚さである。しか
し、他の厚さが使用された。金属層５０及び５２はいず
れも他のアルミニウム合金又はアルミニウムであっても
よい。

【００３７】ＤＭＤを製作するために、カラム部材２２
に連続し、前に堆積した層の自由面上に、典型的にはス
パッタリングにより、比較的に薄い金属層５０がまず堆
積される。次いで、金属層５０の自由面上に比較的に厚
い金属層５２が堆積される。金属層５０及び５２に対す
る選択的なパターニングにより、ビーム１８が存在すべ
き薄い金属層５０を除く薄い金属層５２を除去し、かつ
ミラー１２及びビーム１８の周辺部が存在すべき金属層
５０及び５２の両者を除去する。これらの周辺部と周辺
領域の金属部分２３との間には、定められたアクセス・
ギャップ５４が存在する。金属層５０及び５２の選択パ
ターニングは両者を通るアクセス孔５６を作成する。プ
ラズマ・エッチングによるものと同様に、アクセス・ギ
ャップ５４及びアクセス孔５６を介してカラム部材２２
を選択的に除去することにより井戸２０を作成する。

【００３８】いくつかの実施の形態において、前述のよ
うに、ビーム１８及びそれらのミラー１２の支持は井戸
２０の形成後に残留するカラム部材２２によって達成さ
れることが好ましいと思われる。図５ａは、図１〜図３
のＤＭＤ１０におけるねじれビーム１８ａに代わって、
ＤＭＤ１０のカンチレバー・ビーム１８ｂに当該形式の
サポートを示す。図５ｂはいくらか違えて構築した、か
くれヒンジ、カンチレバー・ビーム１８ｂ、ＤＭＤ１０
を示すものであり、カンチレバー・ビーム１８ｂ及びミ
ラー１２が金属ポスト５８により設けられている。この
金属ポスト５８は井戸２０と同一機能を利用している開
放領域６０上にミラー１２を懸架させている。「０４
９」特許明細書の図３５ａ〜３５ｅは、本明細書におけ
る図１〜図４及び図５ａに示す型式のＤＭＤ１０を製造
する第１の方法を示している。これら「０４９」特許明
細書における図において、層３２６は最終的にビーム１
８として用いるスパッリングの軽アルミニウム層、及び
最終的にミラー１２を形成するスパッタリングの軽アル
ミニウ層３２６である。前記特許明細書において、図４
０ａ〜４０ｅは、本発明のＤＭＤ１０を形成する他の方
法を示すものであり、ビーム１８はスパッタされた軽い
アルミニウム合金層１８０から形成され、またミラー１
２はスパッタリングの軽いアルミニウム層１９０から形
成されている。

【００３９】ミラー１２が偏向位置にあるときは、ビー
ム１８が変形され、従ってビーム１８は、偏向されてい
ないときにミラー１２が取る位置へミラー１２を戻そう
とするエネルギを蓄積する。理論的には、制御電極２４
がアドレス指定回路１４により減勢されているときは、
蓄積されたエネルギはミラー１２をこの位置に戻す。

【００４０】前述の型式のＤＭＤ１０は種々動作され、
かつ試験された。このような試験は、ＤＭＤ１０がいく
つかの原因により不良動作をする、又は動作できない恐
れがあることを示す。

【００４１】ＤＭＤ１０の不良動作又は故障の一原因は
本出願人に共通に譲受された米国特許第５，０９６，２
７９号に説明されている。特に、ミラー１２と、ミラー
１２の偏向中に係合するランディング電極３４とは、付
着、溶融、又は互に張り着いてしまうことがあるので、
制御電極２４を単純に付勢すると、ビーム１８が変形さ
れないときにミラー１２が取るべき位置にミラー１２が
戻らなくなってしまう恐れがある。ミラー１２及びラン
ディング電極３４が互いに張り着く又は接着しないよう
にする特殊なリセット信号を制御電極２８に印加しても
よい。ミラー１２及びランディング電極３４が張り着く
のを防止する他の技術には、これらのエレメントを適当
な物質により被覆することが含まれる。

【００４２】ＤＭＤ１０の不良動作又は故障の他の原因
は、それらのビーム１８が典型的にはアルミニウム合金
の金属層５０を備えていることに関係する。アルミニウ
ム合金は比較的に小さな降伏応力を示し、またこれから
製作されたビーム１８は時間に従ってクリープ、緩和又
は歪みのために変形する。これらの現象はビーム１８の
破局故障又は破損に、又はミラー１２をそのアドレス指
定回路１４の条件により表された位置以外に配置するに
至る恐れがある。

【００４３】本発明はＡｌ：Ｔｉ：Ｓｉ、又は他のアル
ミニウム合金の金属層５０を、機械的により強固であ
り、かつアルミニウム又は従来使用されたアルミニウム
合金の面心立方（“ＦＣＣ”）結晶構造の１２の一次す
べり系より少ないすべり系を示すアルミニウム化合物に
より置換する。これらのアルミニウム化合物は、従来の
アルミニウム合金に用いられていたものと同一の、又は
適切に変更した堆積／エッチング材料及び化学作用の使
用を可能にする。より強固な非アルミニウム材料と異な
り、いくつかの変更が必要であっても、変更した化学作
用は、アルミニウムに関して時の試練を受け、かつ良く
理解されている手順から基本的に外れる必要はない。

【００４４】本発明のアルミニウム化合物には、アルミ
ニウムを含む導電性金属間化合物が含まれる。前述の型
式のＤＭＤは電位をビーム１８を介してミラー１２に印
加することが必要なので、導電性はビーム１８を処理す
る際の重要な特性である。この必要条件は、ビーム１８
用にＳｉＯ₂のように、強固であっても、ある種の非導
電性材料の使用が不可能となる。ここで用いている用語
「導電性金属間化合物」は、下記を意味する。（Ａ）アルミニウム、及び他の物質との電気的に非絶縁
性化合物であって、前記他の物質は、（１）セリウム、
ガドリニウム、ホルミウム、ランタン、ルテチウム、ナ
ドリニウム、サマリウム、テルビウムのような稀土類を
含む、チタン、ニッケル、鉄、ニオブ、タンタル、ジル
コニウム、モリブデン、タングステン、リチウム、金、
カルシウム、銅、ハフニウム、マグネシウム、スカンジ
ウム、バリウム、ストロンチウム、ルテニウム、クロ
ム、バナジウム、コバルト、イリジウム、及びロジウム
のような金属、（２）金属、又はヒ素及びアンチモニー
のような非金属としてみなしてもよい物質、又は（３）
リン、窒素、セレン、ボロン及び炭素のような非金属で
あってもよく、（Ｂ）（Ａ）に述べたような化合物の混合物。

【００４５】前記の定義、即ちＦＣＣより少ない一次す
べり系を有する導電性金属間化合物に適合する化合物
は、（１）アルミニウム及び他の金属を含む化合物（Ａ
ｌ₂Ａｕ，Ａｌ₂Ｃａ，Ａｌ₂Ｃｕ，Ａｌ₃Ｆｅ，Ａｌ
₃Ｈｆ，Ａｌ₃Ｍｇ₂，Ａｌ₃Ｎｂ，Ａｌ₃Ｎｉ，Ａｌ
₃Ｓｃ，Ａｌ₃Ｔａ，Ａｌ₃Ｚｒ，Ａｌ₄Ｂａ，Ａｌ₄
Ｍｏ，Ａｌ₄Ｓｒ，Ａｌ₄Ｗ，Ａｌ₆Ｒｕ，Ａｌ₇Ｃ
ｒ，Ａｌ₈Ｖ₅，Ａｌ₉Ｃｏ₂，Ａｌ₉Ｉｒ₂，Ａｌ₉
Ｒｈ₂，ＡｌＬｉ，Ａｌ₃Ｔｉ及びＡｌＴｉ）、（２）
アルミニウムを含む化合物半導体（ＡｌＳｂ、ＡｌＡ
ｓ、ＡｌＰ及びＡｌＮ）、（３）アルミニウム及び稀土
類を含む化合物（Ａｌ₃Ｃｅ、Ａｌ₃Ｇｄ、Ａｌ ₃Ｈ
ｏ、Ａｌ₃Ｌａ、Ａｌ₃Ｌｕ、Ａｌ₃Ｎｄ、Ａｌ₃Ｓｍ
及びＡｌ₃Ｔｂ）、並びに（４）アルミニウム及び非金
属を含む化合物（Ａｌ₂Ｓｅ₃、Ａｌ₄Ｃ₃及びＡｌＢ
₂）を含む化合物を含む。主題の金属間化合物の混合物
には、Ａｌ₃Ｔｉ＋ＡｌＮ及びＡｌ₃Ｔｉ＋ＡｌＴｉが
含まれる。

【００４６】経済的及び機能的な理由から好ましい化合
物は、Ａｌ₃Ｆｅ，Ａｌ₃Ｎｂ，Ａｌ₃Ｎｉ，Ａｌ₃Ｔ
ａ，Ａｌ₃Ｚｒ，Ａｌ₄Ｍｏ，Ａｌ₄Ｗ，ＡｌＡｓ，Ａ
ｌＬｉ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＳｂ，Ａｌ₃Ｔｉ，Ａｌ
Ｔｉ，Ａｌ₃Ｔｉ＋ＡｌＴｉ，及びＡｌ₃Ｔｉ＋ＡｌＮ
である。

【００４７】以上の全ての化合物は化合物カソードから
のスパッタリングにより便宜的に、又は多重カソードに
よって同時に堆積されてもよい。いずれの技術も化合物
の構成比を制御又は選択するために用いることができ
る。以上の化合物はかなりの又は高いアルミニウム成分
を含むので、同一の又は適切に変更されたエッチング物
質、及び従来のアルミニウム及びアルミニウム合金のヒ
ンジにより用いられているようなエッチング化学（エッ
チング液、マスク又はストップ）は、通常、使用され続
けてもよい。例えば、適当に導電性が定められたアルミ
ニウム金属間化合物をスパッタリングして「０４９」特
許における層３２６及び１８０を作成してもよく、これ
ら層３２６及び１８０から本発明により改良されたビー
ム１８を形成してもよい。改良したＤＭＤ、又は他のマ
イクロメカニカル・デバイスを作成するために、「０４
９」特許において説明したプロセスに本質的に大きな他
の変更は必要でなく、その変形可能ビームは、多くの使
用時間中に顕著な緩和又はクリープの影響を受けること
はない。

【００４８】以上の説明に関連して更に以下の項を開示
する。

【００４９】（１）変形可能ビームにより支持された偏
向可能質量を含み、前記変形可能ビームが前記偏向可能
質量の偏向により変形可能となる型式のマイクロメカニ
カル・デバイス用に改良された変形可能ビームにおい
て、前記変形可能ビームは、比較的に高い融点を有する
と共にＦＣＣ結晶構造よい少ない一次すべり系を示す１
又はそれ以上の導電性アルミニウム化合物からなる変形
可能ビーム。

【００５０】（２）前記変形可能ビームにより支持され
た偏向可能質量を含み、前記変形可能ビームが前記偏向
可能質量の偏向により変形可能となる型式のマイクロメ
カニカル・デバイス用に改良された変形可能ビームにお
いて、前記変形可能ビームが１又はそれ以上の導電性ア
ルミニウムの金属間化合物からなる変形可能ビーム。

【００５１】（３）前記金属間化合物は、比較的に高い
融点を有すると共にＦＣＣ結晶構造より少ない一次すべ
り系を示す第２項記載の変形可能ビーム。

【００５２】（４）前記マイクロメカニカル・デバイス
はＳＬＭであり、かつ前記偏向可能質量はミラーである
ことを特徴とする第３項記載のマイクロメカニカル・デ
バイス。

【００５３】（５）前記導電性アルミニウムの金属間化
合物は一般式Ａl _XＱ_Yを有し、Ｑは酸素を除くことを
特徴とする第４項記載のマイクロメカニカル・デバイ
ス。

【００５４】（６）Ｑは、鉄、ニオブ、ニッケル、タン
タル、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、ヒ
素、リチウム、窒素、リン、アンチモニー及びチタンか
らなるグループから選択されることを特徴とする第５項
記載のマイクロメカニカル・デバイス。

【００５５】（７）前記変形可能ビームは複数の化合物
の混合物からなることを特徴とする第６項記載のマイク
ロメカニカル・デバイス。

【００５６】（８）前記混合物はＡl Ｔｉ及びＡl ₃Ｔ
i であることを特徴とする第７項記載のマイクロメカニ
カル・デバイス。

【００５７】（９）Ｑはアンチモニー、ヒ素、リン及び
窒素からなるグループから選択されることを特徴とする
第５項記載のマイクロメカニカル・デバイス。

【００５８】（１０）前記アルミニウム化合物は一般式
Ａl _XＱ_Yであり、Ｑは金属元素、稀土類元素、非金属
元素及び非金属ガス元素からなるグループから選択され
ることを特徴とする第４項記載のマイクロメカニカル・
デバイス。

【００５９】（１１）Ｑは鉄、ニオブ、ニッケル、タン
タル、ジルコニウム、モリブデン、タングステン、リチ
ウム及びチタンからなるグループから選択された金属元
素であることを特徴とする第１０項記載のマイクロメカ
ニカル・デバイス。

【００６０】（１２）Ｑはアンチモニー、ヒ素及びリン
からなるグループから選択された非金属元素であること
を特徴とする第１０項記載のマイクロメカニカル・デバ
イス。

【００６１】（１３）Ｑは窒素であることを特徴とする
第１０項記載のマイクロメカニカル・デバイス。

【００６２】（１４）Ｑは金、カルシウム、銅、鉄、ハ
フニウム、マグネシウム、ニオブ、ニッケル、スカンジ
ウム、タンタル、ジルコニウム、バリウム、モリブデ
ン、サマリウム、タングステン、ルテニウム、バナジウ
ム、ニオブ、イリジウム、ロジウム、リチウム、アンチ
モン、チタン、セリウム、ガドリニウム、ホルミウム、
ランタン、ルテチウム、ナドリニウム、サマリウム、テ
ルビウム、セレン、炭素、ヒ素、ホウ素、リン、及び窒
素からなるグループから選択されることを特徴とする第
１０項記載のマイクロメカニカル・デバイス。

【００６３】（１５）変形可能ビームにより支持された
偏向可能質量を含み、前記偏向可能質量の偏向が前記ビ
ームを変形させる型式のマイクロメカニカル・デバイス
用に改良された変形可能ビームにおいて、前記ビーム
は、アルミニウムを含む金属間化合物と、アルミニウム
を含む化合物半導体と、アルミニウム及び稀土類を含む
化合物と、アルミニウム及び非金属を含む化合物とを含
む化合物とからなるグループから選択された物質からな
ることを特徴とする変形可能ビーム。

【００６４】（１６）前記物質は、Ａｌ₂Ａｕ，Ａｌ₂
Ｃａ，Ａｌ₂Ｃｕ，Ａｌ₃Ｆｅ，Ａｌ₃Ｈｆ，Ａｌ₃Ｍ
ｇ₂，Ａｌ₃Ｎｂ，Ａｌ₃Ｎｉ，Ａｌ₃Ｓｃ，Ａｌ₃Ｔ
ａ，Ａｌ₃Ｚｒ，Ａｌ₄Ｂａ，Ａｌ₄Ｍｏ，Ａｌ₄Ｓ
ｒ，Ａｌ₄Ｗ，Ａｌ₆Ｒｕ，Ａｌ₇Ｃｒ，Ａｌ₈Ｖ₅，
Ａｌ₉Ｃｏ₂，Ａｌ₉Ｉｒ₂，Ａｌ₉Ｒｈ₂，ＡｌＬ
ｉ，Ａｌ₃Ｔｉ，又はＡｌＴｉであることを特徴とする
第１５項記載の変形可能ビーム。

【００６５】（１７）前記物質はＡｌ₃Ｔｉであること
を特徴とする第１６項記載の変形可能ビーム。

【００６６】（１８）前記物質はＡｌＴｉであることを
特徴とする第１６項記載の変形可能ビーム。

【００６７】（１９）前記物質はＡｌ₃ＴｉとＡｌＴｉ
との混合物であることを特徴とする第１６項記載の変形
可能ビーム。

【００６８】（２０）前記物質はＡｌＮであることを特
徴とする第１６項記載の変形可能ビーム。

【００６９】（２１）前記物質はＡｌＮとＡｌ₃Ｔｉと
の混合物であることを特徴とする第１６項記載の変形可
能ビーム。

【００７０】（２２）前記物質はアルミニウムを含む化
合物半導体であることを特徴とする第１６項記載の変形
可能ビーム。

【００７１】（２３）前記物質はＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、
ＡｌＰ、又はＡｌＮであることを特徴とする第２２項記
載の変形可能ビーム。

【００７２】（２４）前記物質はアルミニウム及び稀土
類を含む化合物であることを特徴とする第１６項記載の
変形可能ビーム。

【００７３】（２５）前記物質はＡｌ₃Ｃｅ、Ａｌ₃Ｇ
ｄ、Ａｌ₃Ｈｏ、Ａｌ₃Ｌａ、Ａｌ ₃Ｌｕ、Ａｌ₃Ｎ
ｄ、Ａｌ₃Ｓｍ又はＡｌ₃Ｔｂであることを特徴とする
第２４項記載の変形可能ビーム。

【００７４】（２６）前記物質はアルミニウム及び非金
属を含む化合物であることを特徴とする第１６項記載の
変形可能ビーム。

【００７５】（２７）前記物質はＡｌ₂Ｓｅ₃、Ａｌ₄
Ｃ₃又はＡｌＢ₂であることを特徴とする第２６項記載
の変形可能ビーム。

【００７６】（２８）前記物質は同一の又は同様のエッ
チング液、及びアルミニウム及びアルミニウム合金をエ
ッチングするために用いる手順によりエッチング可能で
あることを特徴とする第１６項記載の変形可能ビーム。

【００７７】（２９）前記ビームはスパッタリングによ
り形成されることを特徴とする第１６項記載の変形可能
ビーム。

【００７８】（３０）前記物質はアルミニウム又はアル
ミニウム合金より強力であり、かつ緩和の影響が小さい
ことを特徴とする第１６項記載の変形可能ビーム。

【００７９】（３１）変形可能ビームにより支持された
偏向可能質量を含み、前記変形可能ビームが前記偏向可
能質量の偏向により変形可能となる型式のマイクロメカ
ニカル・デバイス用に改良された変形可能ビームにおい
て、前記変形可能ビームが、２又はそれ以上の導電性ア
ルミニウム化合物のうちの一つ又は混合物からなり、前
記導電性アルミニウムは、（ａ）比較的に高い融点を有
し、かつＦＣＣ結晶構造よい少ない一次すべり系を示
し、（ｂ）同一又は同様のエッチング液によりエッチン
グ可能であり、かつアルミニウム及びアルミニウム合金
をエッチングするために用いられる手順によりエッチン
グ可能であり、（ｃ）アルミニウム又はアルミニウム合
金より強力かつ緩和の影響が小さい２又はそれ以上の導
電性アルミニウム化合物のうちの一つ又は混合物からな
ることを特徴とする変形可能ビーム。

【００８０】（３２）種々の金属及び酸化物層、フォト
レジスト、液体及びプラズマ・エッチング、プラズマ・
ストリップ処理及び関連する技術及び物質を含むスパッ
タリング技術を用いて、電気的にアドレス指定可能に集
積化したモノリシックのマイクロミラー・デバイス１０
を形成する。該マイクロミラー・デバイス１０には、ス
パッタリング及び選択性エッチングにより形成された１
又はそれ以上のビーム１８により支持された選択的に静
電偏向可能な質量又はミラー１２が含まれる。前記ビー
ム１８は導電性の金属間アルミニウム化合物、又はこの
ような化合物の２又はそれ以上の混合物から構成される
ことにより改善される。改良されたビーム１８を構成す
る物質は、比較的に高い融点を有し、ＦＣＣ結晶構造よ
り小さな一次すべり系を示し、アルミニウム及びアルミ
ニウム合金をエッチングするために用いる同一又は同様
の複数のエッチング液及び複数の手順によりエッチング
可能であり、かつアルミニウム及びアルミニウム合金よ
り強力かつ緩和の影響が小さい。従って、改良されたビ
ーム１８は、他の方法の非変更デバイスを作成するため
に採用されている典型的なプロセス工程から大きく即ち
本質的な変更をしなくとも、強度の増大及び緩和の軽減
を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＭＤＳＬＭ型式のマイクロメカニカル・デ
バイスのアレーにおける一部の平面図であって、本発明
の要旨により構成及び製作された変形可能なねじれビー
ムにより支持された可動質量又は偏向可能質量又はそれ
らのミラーを表す図。

【図２】図１の線２−２にほぼ沿って見た単一ＤＭＤの
部分側断面。

【図３】図２に示され、かつ図１の線３−３にほぼ沿っ
て見たＤＭＤの部分側断面。

【図４】Ａは４型式のねじれビームＤＭＤを示すもので
あって、図１〜図３に示すＤＭＤと機能的に同一のＤＭ
ＤＳＬＭの平面図。Ｂは２型式のねじれビームＤＭＤ
を示すものであって、図１〜図３に示すＤＭＤと機能的
に同一のＤＭＤＳＬＭの平面図。Ｃは１型式のたわみ
ビームＤＭＤを示すものであって、以上の全てのＤＭＤ
におけるビームを本発明の要旨に従って都合よく構成及
び製作した、図１〜図３に示すＤＭＤと機能的に同一の
ＤＭＤＳＬＭの平面図。

【図５】Ａはカンチレバー・ビームＤＭＤがカンチレバ
ー・ビームを支持するフォトレジスト・スペーサを有す
る第１型式のカンチレバー・ビームＤＭＤの側面図。Ｂ
はカンチレバー・ビームを支持する金属ポストを有し、
その全てのカンチレバー・ビームが本発明の教えにより
便宜的に構成され、かつ製作した第２型式のカンチレバ
ー・ビームＤＭＤの側面図。

【符号の説明】

１０ＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイ
ス）１２偏向可能ミラー１４アドレス指定回路１６共通基板１８ａねじれビーム１８ｂカンチレバー・ビーム１８ｃたわみビーム２０井戸２２カラム部材２３金属部分２４ａ，２４ｂ制御電極３４ａ，３４ｂランディング電極５０，５２金属層５８金属ポスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変形可能ビームにより支持された偏向可
能質量を含み、前記変形可能ビームが前記質量の偏向に
より変形可能となる型式のマイクロメカニカル・デバイ
ス用に改良された変形可能ビームにおいて、前記ビームは、比較的に高い融点を有すると共に、ＦＣ
Ｃ結晶構造より少ない一次すべり系を示す１又はそれ以
上の導電性アルミニウム化合物からなる変形可能ビー
ム。