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B7 五、發明説明（1 ) 發明之技術領域 本發明係關於微機械裝置，尤指具有接觸元件之此等装 置，及關於防止此等接觸元件粘著之方法。 發明之背景 在電機械領域之一項最近發展，爲各種機械裝置之微型 化。此等裝置之代表有微小之齒輪，槓桿及閥門。此等 微機械裝置"係使用積體電路技術，常連同電控制電路一 起製成。常見之應用包括加速表，壓力感測器，及致動器 。作爲另一實例，空間光調變器可由微機械像素構形而成 〇 一種型式之微機械空間光調變器爲數位微鏡裝置（ digital micro-mirror device,簡稱DMD)，有時稱作可 變形鏡裝置。DMD有一陣列之數百或數千個微小傾斜鏡。 入射於DMD之光自每—鏡選擇性反射或不反射至影像平面 ，以形成影像。要允許鏡傾斜，每一鏡予以附著至一個或 多個安裝於支柱之鉸麴，並藉一氣隙間開在下面之控制電 路上面。控制電路提供靜電力，其導使每一鏡選擇性傾斜 。在很多DMD，鏡之邊緣接觸一用作止擋之著陸電極。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印聚 微機械裝置難以達到可靠。常見之可靠性問題，爲在諸 活動疋件彼此接觸時所可能發生之粘著。如果此等元件粘 著在一起’該裝置便停止適當操作。在DMD之情形，偏轉 之鏡可能變成柏著至著陸電極。 防止微機械裝置之接觸元件粘著之很多先前方法，曾針

對塗佈接觸元件之表面。名稱爲"p〇lymeric c〇atingS -3 - 本紙張尺度適财_ 經濟部中央橾率局員工消費合作社印製 面 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) for Micromechanical Devices"之美國專利申請案〇8/ 216,194號中説明敷著一層聚合材料。名稱爲"pFpE Coatings for Micro-Mechanic Devices，.之美國專利申 請案---------號（律師案號TI-18478 )中説明敷著一層 全氟聚醚材料。一種適當材料之單分子層（一層）也經發 現可導致減低接觸元件間之摩擦，從而減低點著之可能性 。名稱爲"Low Reset Voltage Pr〇Cess f〇r DMD"之美國 專利申請案〇7/823,580號説明一種藉蒸敷提供一層之方法 〇 發明之概述 本發明之-方面爲-種改良之微機械裝置，其型式爲有 相對活動件，製成在一基片上，其若干部份可彼此接觸 ’並且其後在其接觸面瓣在一起。改進部份包含在至少一 接觸表面之單分子層（一層）。該—層爲提供一由一種 "纪位物質"作成之接觸面所形成，亦即—種已知爲與一随 後所敷著之分子起始物質起反應，俾形成一層之物質。配 位物質及起始物質爲依據一種僅在由配位物質作成之表面 產生-層之分子辨識化學性質所選擇。作爲此種分子辨識 之-實例’接觸面可予金塗佈，而起始物質可爲一種含硫 物質諸如alkanethiol。即使起始材料敷著於整個基片， 該一層也僅形成在金表面上。 本發明之一項優點，爲其提供一熱及化學性質穩定之塗 層。該塗層具有選擇性，並且僅形成在塗佈配位物質之表 ---------^------ΐτ------A (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -

平 ^ I 驗 笨 公 7 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 ^8624 A? ____ B7 五、發明説明（3 ) 可選擇配位物質及起始物質之特定组合，以較之現有者 產生改進之化學穩定性，而無需謹懊選擇此二物質。例如 ，在一種DMD’如果接觸面由一種反應金屬，諸如銘之氧 化表面構成，則某些全氟化潤滑劑將會化學性降解。而且 ’可選擇配位物質及起始物質之特定組合，以產生單分子 塗層之改進品質，指示較之現有者之較高塡充密度及較低 缺陷水準，而無需謹慎選擇此二物質◊這應該提供較佳之 性能。 附圖之簡要説明 圖1例示一種型;^微機械裝置，一種根據本發明所製成 之數位微鏡裝置（DMD)之未偏轉鏡元件。 圈2例示圖1之鏡元件在偏轉位置。 圖3〜6例示本發明之方法之步驟。 發明之詳細説明 爲了舉例，下列説明爲依據一種特定型式之微機械裝置 ，數位微鏡裝置"（DMD)，有時也稱作"可變形鏡裝置"。 如在背景中所説明，DMD之一種應用爲供形成影像，DMD有 一陣列之可偏轉鏡，其將光選擇性反射至一影像平面。由 DMD所形成之影像可用於類示系統，或供非撞擊式列印應 用。也可能有DMD之其他應用不涉及影像形成，諸如光學 轉向，光學切換，及加速表。在有些此等應用，諸如加速 表，鏡’’無需爲反射，並且所加之力爲由於加速度而非靜 電。而且，在有些應用，DMD不一定以數位模式操作。 通常’本文中所稱"DMD" —詞，包括任何型式之微機械 尺度贈嶋縣（( 21(； χ297^γ I I I I 訂 I 1 . I n 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) ' ~ 裝置，至少有一鉸接並可偏轉之塊體，其被空氣（或其他 氣體’或眞空）間隙輿其響應外加之力所接觸之基片間開 。本發明於製造DMD時用以塗佈鏡元件之接觸面及其所著 陸之表面。 本發明可用於具有活動元件之其他型式微機械裝置。和 DMD之傾斜鏡一樣，其他微機械裝置可有微小轉子，槓桿 ，或在微機械裝置操作時與其他表面接觸，從而可能枯著 之其他活動元件。 圖1及2例示DMD之一單鏡元件10。在圈1中，鏡11未 偏轉，而在國2中，鏡11向一著陸電極傾斜而偏轉。如以 上所指出，各種DMD應用可使用此等鏡元件10,單獨或成陣 列0 圈1及2之鏡元件10稱作"扭轉橫桿"元件。可製成其他 型式之鏡元件10，包括懸臂橫桿型及撓曲橫桿型。名稱爲 "Spatial Light Modulator and Method”之美國專利 4,662,746 號；名稱爲"Spatial Light Modulator”之美國 專利4,956,610號；名稱爲"Spatial Light Modulator and Method"之美國專利5,061,049號；名稱爲"Multi-level Deformable Mirror Device1'之美國專利5,083,857號；及 美國專利申請案08/097,824號中均説明各種DMD塑式。此 諸專利各讓渡予Texas Instruments Incorporated’ 並立 各予參考併入本案。 在供影像顯示應用之操作’一光源將DMD之表面照明。 一透鏡系統可用以使光成形約爲該陣列鏡元件10之大小，、 並將此光導向此等元件。每一鏡元件1〇有一由附著至支柱 -6 " 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 ____ B7 五、發明説明（5 ) 13之扭轉较键12所支承之傾斜鏡！】。此等支柱口形成在基 片15上並自其延伸離開。諸鏡丨丨位於一控制電路14上，其 由製成在基片15上之位址及記憶電路所構成。 依據控制電路14之記憶單元中之資料之電壓，予以加至 二位於鏡11之相對角部下面之位址電極。鏡u輿其位址電 極16間之靜電力係藉電恩選擇性加至位址電極16所產生。 靜電力導使每一鏡11傾斜約+ 1〇度（開）或約_1〇度（關），從 而調變入射於DMD表面上之光。自"開"鏡u所反射之光經 由顯π光學裝置導至一影像平面。來自,,關,,鏡之光被反射 離開影像平面。所產生之圈案形成一影像。在一鏡21爲 開之每一影像畫格，其時間比例決定灰色度。可藉一種 彩色輪或藉一種三DMD配置増加彩色。 實際上，鏡11及其位址電極16形成電容器。適當電壓加 至鏡〗1及其位址電極16，所產生之靜電力（吸引或排斥） 導使鏡11傾斜向吸引之位址電極16或離開排斥之位址電極 16。鏡11傾斜，直到其邊緣接觸下面之著陸電極17。 一除去位址電極16與鏡11間之靜電力，儲存於鉸鏈12之 能量便提供回復力使鏡11回至未偏轉位置。可將適當電壓 加至鏡11或位址電極16,以有助使鏡u回至其未偏轉位置 〇 如圈1及2中所示，鏡元件10有一層〗9在著陸電極17之 露出表面上。此層19在本文稱作"單分子層"（一層），界定 爲一薄膜’厚度約爲構成層19之分子之長度。 圖3-6例示本發明之用以形成一層19之方法。爲了舉例 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I I I 1 I I I 裝 I n I n 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局員工消費合作.杜印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) ，本發明之方法爲依照製造上述型式皿!）30之鏡元件1〇予 以説明。不過，該方法可在製造至少有一活動元件之任何 其他微機械裝置時進行。 不論對其進行該方法之微機械裝置之類型，該方法均假 設至少一接觸面已製成。因之，在圖3中，現在將DMD 3〇 製成至著陸電極17之層次。在一種代表性DMD 3〇，要達到 此製造層次，在一基片31已增長氧化物層32。一3〇〇〇埃層 之Ti :Si: A1 ( 0.2¾鈦及1%矽），已敷著於氧化物層32上， 然後作成國案及独刻，以界定電極17。 一種"配位物質"之配位層33已敷著於電極17上。如以下 所解釋，"對位物質"係因其爲一種特别選擇與一随後敷著 之起始物質起反應以形成一層之物質，而如此名之。層33 之敷著可藉習知手段，諸如噴濺。 在此項説明之實例，對位層33由金，銀，銅，或鉑作成 。如果層33爲金，並且如果電路在電極〗7下面，則應小心 將敷著界限至電極17之層次。此係因爲金可能在下面之矽 基電路導致深層次陷阱’從而減低少數載體使用期限。就 此點而言，鈦竭擴散阻擋層可有效防止金敷著之不利影響 〇 在圖4中，已自電極17之間除去配位層33之殘留物。此 可藉蝕刻或搬開法完成。 然後可清潔DMD 3〇以除全污染物，作爲敷著起始物質之開 頭。不過，使用贵金屬諸如金或鉑供層33，其一項優點爲 貴金屬對污染物爲惰性，並且不易形成氧化物。因此，清 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 个、氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（2丨〇><297公釐） A7 A7 經濟部中央榡準局員工消費合作杜印製 B7 五、發明説明（7 ) 潔工作可爲任選。如果進行，清潔可能需要習知清潔技術 ’使用乾處理或以溶液爲基礎之處理。 作爲圈3及4之步驟之一種替代，在電極17作成圈案及 姓刻前，可將配位層33敷著於用以形成電極17之金屬層上 。然後’層33將予連同電極17 —起作成圈案及蝕刻。 作爲圈3及4之步驟之另一種替代，供著陸電極17之整 個材料可爲配位物質。例如，金爲一種供製造著陸電極17 之適當材料，並且也爲一種供某些起始物質之適當配位物 質。而且，現有之DMD由鋁製造其著陸電極17，其爲一種 供某些其他起始物質之適當配位物質。 圈3及4之步驟，其通常特敬可爲提供至少一由一種配 位物質所作成之接觸面。這是否需要一额層之S6位物質， 或接觸面是否完全以配位物質作成，對本發明並不重要。 在圈5中，將一種起始物質51敷著至DMD表面。敷著一 般將爲液敷。讓渡予Texas Instruments Incorporated並 經本案參考併入，名稱爲"Self-Assembled Monolayer Coating for Micro-Mechanical Devices"之美國專利申 請案--------號（律師案號ΤΙ-18476 )説明一種藉液敷提 供自動組裝一層之方法。也可將起始物質喷霧於溶劑之微 滴，藉以達成供自動组裝一層之分子辨識。 本發明之一項特色，爲依據起始物質與將予塗佈之表面 間之配位化學作用選擇分子起始物質。此種配位化學性質 在本文稱作"分子辨識，因爲分子起始物質上之化學活性 功能組專與配位物質起反應（辨識）。由於根據本發明之 9 尽紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 A7

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 =選=’故將予塗佈之表面上之配位物質僅與起始物質 51起反應。 =下所更詳細解释，將予塗佈之表面可合適包括一來 w至大氣或處理之氧化物層。起始物質類之表面化學 涉及此等氧化物之存在，特别是在銘表面之情形， 現想爲不存在氧化物之貴金衫要其他起始物質類。 供在溶液中自動組裝之適當分子起始物質，通常有三項 與其化學成份具有關連之特性。第―，表面活性功能组用 以起反應，從而將分子之其餘部份在將予塗佈之表面固定 至配位物質。第二’燒基或衍生化燒基鍵自配位物質延伸 ，並通過椎斥性van der faals相互作用，與其他相鄰起 ，物質鍵起相互作用，因此允許分子起始物質填充至滚密 薄膜。第三，終止功能組有效用作所敷著之一層薄膜之表 面0自動组裝一層法在A Ulman所著"An Intr〇ducti〇n to Ultrathin Organic Films", pp. 237-338 (Academic Pfess，Inc· 1991)有概括説明。 對於配位物質爲金之表面，適當之起始物質51爲含硫， 諸如alkanethiols及dialkyldithiols，二者在本文均稱 作疏赶（thiol)。供金表面之其他適當起始物質爲繞基麟 或胂。對於配位物質爲氧化銀之表面，適當之起始物質包 括膦酸，n-alkanoic (也稱作羧）酸，及烷基硫赶。對於 配位物質爲鉑之表面，適當之起始物質爲乙醇，胺，及 n_alkanoic酸。未氧化銀及銅配位表面需要含硫起始物質 10 - 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） I---------裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^^8624 a? B7 五、發明説明（9 ) 如以上所述，在其上將形成一層之表面，可爲已由配位 物質作成，而無需一额外層33。在DMD 30之情形，分子辨 識可用以選擇一種自其製造電極17之配位物質。例如，電 極17可由氧化鋁作成。對於氧化鋁表面，適當之起始物質 爲含鱗者’諸如膦酸。其他實例有烷基草酸，氧脖酸，硫 酸鹽，胺，及乙醇。另一特定實例爲11-311^110丨(;酸〇 爲了此項説明，上述起始物質之指定，意爲包括任何全 由化變體。例如，n-alkanoic酸及膦酸可予全氟化，以求 増進抗粘及潤滑效果。 本發明之一项特色，在接觸元件上提供配位物質作爲一 额外層時’爲其可提供一與其所接觸之表面不同之表面。 如果一層19磨耗或變成不連續，此種使用不同材料可預期 増進接觸元件之粘性。 圖6例示圈5之敷著及起始物質51輿配位物質反應之結 果。一層19已形成在塗佈配位物質之表面，電極17之表面 上。和藉液敷所形成之一層之代表性情形一樣，起始物質 分子51之化學活性功能組粘結至電極17之表面。起=物質 分子已使其本身對準，其功能组粘結至電極17表面上之配 位物質。 在有些微機械裝置，接觸面可爲不同材料。例如，在 DMD之情形，以配位物質諸如金製造或塗布電極〗7 ,爲切 實可行。但由於各種原因，鏡11之底側較佳爲一種較硬 之金屬，諸如鈦鎢或一種鋁合金。在此情形，可用不同之 起始物質51重複圖3-6之過程，供二不同接觸面i7&n I n n I I 訂 I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（10 ) 之每一接觸。每一起始物質辨識並僅粘著其配位物質。因 此，將敷著第一起始物質51在電極17形成一層。然後，可 敷著第二起始物質51在鏡Π之底側形成一層。 其他實施例 雖然本發明業經參照特定實施例予以説明，但此項説明 不意爲以限制性意義予以闡釋。精於此項技藝者將會明白 所揭示實施例之各種修改，以及替代性實施例。因此，吾 人擬想後附之申請專利範園將涵蓋在本發明之眞正範園以 内之所有修改。 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 _____ D8 六、申請專利範圍 1.一種改進之微機械裝置，其型式爲有相對活動元件製成 在一基片上，其若干部份可彼此接觸，其後在其接觸面 粘著在一起，其中改進部份包含： 一單分子層在至少一接觸面上，該層爲藉該接觸面上 之一種配位物質輿敷著在上述基片上之一種起始物質間 之化學反應所形成，其中該配位物質及起始物爲依據分 子辨識所選擇，致使上述起始物質敷著在基片上僅在上 述至少一接觸面形成上述一層。 2. 根據申請專利範固第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲金’並且其中上述起始物質爲含硫。 3. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲金，並且其中上述起始物質爲alkanethi〇1。 4. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲金，並且其中上述起始物質爲二羥基硫化物。 5. 根據申請專利範園第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲金’並且其中上述起始物質爲二鲽基二硫化物。 6. 根據申請專利範圍第1項之裝置’其中上述配位物質主 要爲氧化鋁，並且其中上述起始物質爲含磷。 7‘根據申請專利範圍第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲氧化銀，並且其中上述起始物質爲含磷。 8. 根據申請專利範团第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲鉑，並且其中上述起始物質爲 n-alkanoic酸 〇 9. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中上述配位物質主 要爲铜，並且其中上述起始物質爲含硫。 -13 - ' 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210 X 297公釐〉 襄------ΐτ------線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 4 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 夂、申請專利範圍 10. 根據申請專利範固第i項之裝置，其中上述fc位物質 主要爲氧化鋁，並且其中上述起始物質爲竣酸。 11. 根據申請專利範園第1項之裝置，其中上述配位物質 主要爲怒’並且其中上述起始物質爲竣酸。 12· —種防止一有接觸元件之微機械裝置之接觸元件粘著 之方法，包含下列步驟： 至少部份製成該微機械裝置，以便實際製成至少上述 接觸元件，其表面由一種依據分子識别化學作用所選擇 之配位物質作成，以便該配位物質將會與一定之起始物 質起反應，以在上述表面上形成一單分子層；以及 使上述表面暴露至一含一種起始物質之溶液，以便該 起始物質之分子粘結至該表面爲自動組裝之一層。 13. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中上述配位物質 爲一種貴金屬，並且其中上述起始物質爲含硫。 14. 根據申請專利範团第12項之方法，其中上述配位物質 爲禽’並且其中上述起始物質爲鏈垸硫赶。 15. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中上述配位物質 爲一種貴金屬，並且其中上述起始物質爲含磷。 16. 根據申請專利範園第12項之方法，其中上述配位物質 爲一種貴金屬，並且其中上述起始物質爲膦。 17，根據申請專利範圍第12項之方法，其中上述配位物質 爲铜，並且其中上述起始物質爲含硫。 18.根據申請專利範面第12項之方法，其中上述配位物質 爲銀’並且其中上述起始物質爲含硫。 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I - n I I 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 19. 根據申請專利範園第12項之方法，其中上述配位物質 爲氧化銘，並且其中上述起始物質爲n-alkanoic酸。 20. —種數位微鏡裝置，包含： 一基片，在其上製成下列元件：至少一著陸電極，一 支柱，一鉸鍵自該支柱延伸，一塊體附著至該鉸鏈，其 中該鉸鏈爲可變形，俾便在受到外加力時，允許該塊體 接觸著陸電極；以及 其中上述鏡或著陸電極之接觸面，或該二表面爲由一 種依據配位化學作用所選擇之配位物質作成，以便在一 種起始物質敷著在該配位物質上時，所產生之反應將會 在該表面上形成一單分子層。 I I— I II —訂 I 备 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）