(57)【要約】【課題】  ＭＥＭＳ走査ミラーの設計に関し、共振周波数での振動の安定性を改良し、デバイスの光学解像を保証する装置を提供する。【解決手段】  超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイスは、ミラーと、接着パッドと、ばねと、ミラーに接続されている梁とを含んでいる。ミラーは、１０００ミクロンより広く１２００ミクロン未満の幅と、４０００ミクロンより長く５５００ミクロン未満の長さと、２４０ミクロンより厚い厚さを有している。各梁は、複数の回転櫛歯を含んでおり、複数のばねによって接着パッドに接続されている。【選択図】          図１Ａ
2006309098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイスであって、
１０００ミクロンより広く１２００ミクロン未満の幅と、４０００ミクロンより長く５５００ミクロン未満の長さと、２４０ミクロンより大きい厚さを有するミラーと、
前記ミラーに接続されており、それぞれ複数の回転櫛歯を備えている複数の梁と、
接着パッドと、
ばねと、
を備えており、前記梁は、それぞれ、複数のばねによって前記接着パッドに接続されていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記各梁は、８００ミクロンより広く１４００ミクロン未満の幅と、３０００ミクロンより長く９０００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロンより薄い厚さを有していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記各回転櫛歯は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロンより短い長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロンより薄い厚さと、３０ミクロンより大きく５０ミクロン未満のピッチとを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記各ばねは、２０ミクロンより広く６０ミクロン未満の幅と、６００ミクロンより長い全長と、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロンより薄い厚さと、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ミラーは、垂直方向横断梁と相互接続している水平方向横断梁を有するリブを含んでおり、各横断梁は、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロンより薄い厚さを有していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記接着パッドの幾つかは、前記梁内に画定され、少なくとも１つのばねに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記接着パッドの幾つかは、それぞれ、３５０ミクロンを上回り７００ミクロン未満の幅及び高さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さとを有していることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
第１の複数の固定櫛歯を更に備えており、前記第１の複数の固定櫛歯と前記複数の回転櫛歯は、面内で噛み合うことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記複数の回転櫛歯のそれぞれと前記第１の複数の回転櫛歯のそれぞれとの間の空間は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満であることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数の回転櫛歯は、第１の定常又は振動電圧に連結されており、前記複数の固定櫛歯は、第２の定常又は振動電圧に連結されていることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
第２の複数の固定櫛歯と、第３の複数の固定櫛歯とを更に備えており、前記第２及び第３の複数の固定櫛歯は、前記複数の回転櫛歯と、面外で噛み合うことを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第３の複数の固定櫛歯は、それぞれ、６ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第２の複数の固定櫛歯の端部は、回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置しており、前記第３の複数の固定櫛歯の端部は、前記回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置していることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第２及び第３の複数の固定櫛歯は、前記ミラーの回転角度を感知するため静電容量メーターに連結されていることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ミラーを取り囲んでいる間隙は、１５０ミクロンより広く３５０ミクロン未満の幅を有していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ミラーの回りのパッドは、前記ミラーを取り囲んでいる前記間隙から４００ミクロンよい厚い最狭厚さを有していることを特徴とする、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
少なくとも２つの梁と、１０個のばねと、６つの接着パッドとを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記デバイスは、レーザー印刷、バーコード走査、及び超小型第ディスプレイの用途から成るグループから選択される用途に用いられることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ミラーは、中間区画と、前記中間区画の相対する両側辺から突き出ている梁とを備えたリブ含んでおり、前記リブは、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイスであって、
下側層と、上側層とを備えており、
前記下側層は、
リブと、
第１の複数の固定櫛歯と、
第２の複数の固定櫛歯と、
アンカーパッドと、を備えており、
前記上側層は、
前記リブに接着された下面を有するミラーであって、１０００ミクロンより広く１１１０ミクロン未満の幅と、４０００ミクロンより長く５５００ミクロン未満の長さと、１２００ミクロンより厚い厚さを有するミラーと、
前記ミラーに接続されている複数の梁であって、それぞれが複数の回転櫛歯を備えている梁と、
前記アンカーパッドの上に接着され、且つ前記アンカーパッドから電気的に遮断されている接着パッドと、
前記各梁を前記接着パッドに接続しているばねと、
前記接着パッドの１つに接続されている第３の複数の固定櫛歯と、
を備えており、
前記第１及び第２の複数の固定櫛歯は、前記回転櫛歯と面外で噛み合い、前記第３の複数の固定櫛歯は、前記複数の回転櫛歯と面内で噛み合うことを特徴とするデバイス。
【請求項２３】
前記各梁は、８００ミクロンより広く１４００ミクロン未満の幅と、３０００ミクロンより長く９０００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記各回転櫛歯は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さと、３０ミクロンより大きく５０ミクロン未満のピッチとを備えていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記各ばねは、２０ミクロンより広く６０ミクロン未満の幅と、６００ミクロンより長い全長と、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記各横断梁は、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記接着パッドの幾つかは、前記梁内に画定され、少なくとも１つのばねに接続されていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記接着パッドの幾つかは、それぞれ、３５０ミクロンを超え７００ミクロン未満の幅及び高さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記第１の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記第２の複数の固定櫛歯は、それぞれ、６ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記第２の複数の固定櫛歯の端部は、回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置しており、前記第３の複数の固定櫛歯の端部は、前記回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置していることを特徴とする、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記第３の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記複数の回転櫛歯は第１定常又は振動電圧に連結されており、前記第３の複数の固定櫛歯は、第２の定常又は振動電圧に連結されていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記第１及び第２の複数の固定櫛歯は、前記ミラーの回転角度を感知するため静電容量メーターに連結されていることを特徴とする、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記ミラーを取り囲んでいる間隙は、１５０ミクロンより広く３５０ミクロン未満の幅を有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記第３の複数の固定櫛歯に接続されている前記１つの接着パッドは、前記ミラーを取り囲んでいる前記間隙から４００ミクロンよい厚い最狭厚さを有していることを特徴とする、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
少なくとも２つの梁と、１０個のばねと、６つの接着パッドと、５つのアンカーパッドとを備えていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記複数の回転櫛歯のそれぞれと前記第３の複数の固定櫛歯のそれぞれとの間の間隔は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満であることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記デバイスは、レーザー印刷、バーコード走査、及び超小型第ディスプレイ用途から成るグループから選択される用途に用いられることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記リブは、垂直方向横断梁と相互接続している水平方向横断梁を備えており、前記各横断梁は、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記リブは、中間区画と、前記中間区画の相対する両側辺から突き出ている梁とを備えており、前記リブは、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有することを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関しており、具体的にはＭＥＭＳ走査ミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ走査ミラーのための様々な静電櫛型駆動器の設計が提案されてきた。これらのデバイスの広大な用途には、バーコードリーダー、レーザープリンター、共焦点型顕微鏡、投射型ディスプレイ、背面映写テレビ、及び着用型ディスプレイが含まれる。通常、ＭＥＭＳ走査ミラーは、大きな走査角度を実現するため、その主共振周波数で駆動される。安定した作動を保証するには、ミラーとその付帯する可動構造体を、最も低い主共振周波数において所望のモード形状で、確実に振動させるのが極めて重要である。多くの用途において、高い光学解像度を保証するために、ミラーの寸法を大きくし、ミラー表面を平坦にしなければならない。多くの用途で、ミラーの振動／走査速度も速くなければならない。ミラーの寸法と走査速度を増すとミラーの動的平面度が悪化することは、既知である。走査ミラーは、ミラー表面が平坦でなければ、多くの用途で役に立たない。更に、主共振周波数は、必要なモード形状と不必要なモード形状の間の連結の可能性を回避するため、他の構造振動周波数から遠く離しておかなければならない。
【０００３】
望ましくない構造振動は、ミラーの動的変形を増大し、光学解像度が低下することになる。更に、構造振動モードの中には、回転方向可動櫛歯と静止櫛歯の接触を引き起こし、駆動器全体を破壊するものもある。従って、ＭＥＭＳ走査ミラーの設計には、共振周波数での振動の安定性を効果的に改良し、且つこれらのデバイスの光学解像を保証する装置と方法が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の或る実施形態では、超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイスは、ミラーと、接着パッドと、ばねと、ミラーに接続されている梁とを含んでいる。ミラーは、１０００ミクロンから１２００ミクロンの幅と、４０００ミクロンから５５００ミクロンの長さと、２４０ミクロンより大きい厚さを有している。各梁は、複数の回転櫛歯を含んでおり、複数のばねで接着パッドに接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
各図面を通して、同様又は同じ要素には、同じ参照番号を付して示している。
【０００６】
図１Ａは、本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳ走査ミラーデバイス４００を示している。デバイス４００は、最上部に接着されてはいるが、下側層４０４と電気的に絶縁されている上側層４０２を含んでいる。
【０００７】
図１Ｂ及び１Ｃは、上側層４０２の詳細を示している。上側層４０２は、楕円形の上側ミラー層４０６を含んでいる。上側ミラー層４０６は、その上面にトレンチ／溝４０８を含んでいる。トレンチ４０８は、上側ミラー層４０６の質量を下げて、全動的変形を最小にしている。全動的変形を最小にすることによって、デバイス４００の光学解像度を向上させている。トレンチ４０８は、図では上面全体に沿って走っているが、回転軸４１４から遠い上側ミラー層４０６の外周部に沿って配置するのが最も効果的である。後に詳細に説明するが、トレンチ４０８は、上側ミラー層４０６を貫通してエッチングされることのないようにその幅を制御することによって、他の構成要素と同時にエッチングすることもできる。代わりに、エッチング中に上側ミラー層４０６を保護し、トレンチ４０８が貫通してエッチングされないようにするため、シャドーマスクを使用することもできる。トレンチ４０８の位置と数は、有限要素解析によって改良することができる。間隙４０９Ａ及び４０９Ｂは、上側ミラー層４０６を、上側層４０２の周囲の構成要素から分離している。後に説明するが、間隙４０９Ａと４０９Ｂの幅は脆い構成要素の周りの間隙の幅より広くなるよう設計されており、エッチング処理の間に、捕捉されたガスが、脆い構成要素ではなく上側ミラー層４０６の周りを通って抜け出すことができるようになっている。
【０００８】
上側ミラー層４０６の相対する側辺は、複数の支持取付部４１０によって、梁状構造体４１２Ａと４１２Ｂの近位端に接続されている。上側ミラー層４０６を複数の位置で梁４１２Ａ及び４１２Ｂに接続することによって、上側ミラー層４０６の動的変形は最小になる。支持取付部４１０の位置と数は、有限要素解析によって改良することができる。
【０００９】
梁４１２Ａと４１２Ｂの回転軸４１４に対する反対の側は、回転櫛歯４１６に接続されている。回転櫛歯４１６は、それぞれ、基部の長方形断面の断面積よりも端部の長方形断面の断面積が小さい先細の本体を有している。回転櫛歯４１６の端部の寸法を小さくし、それによって重量を軽くすることにより、構造体全体の慣性が下がる。構造慣性を下げることによって、走査速度を上げ、又は／及び駆動電圧を下げることができる。或る実施形態では、回転櫛歯４１６は、そのモード周波数を整調することによって可動構造体の駆動効率を上げるのに用いられる静電バイアス力を提供する。別の実施形態では、回転櫛歯４１６は、ミラーを駆動する静電駆動力を提供する。更に別の実施形態では、回転櫛歯４１６は、静電バイアス力と静電駆動力の両方を提供する。
【００１０】
梁４１２Ａと４１２Ｂは、蛇行ばねによって、下側層４０４の上に取り付けられている接着パッドに接続されている。具体的には、梁４１２Ａは、蛇行ばね４２２−１によって接着パッド４２４に接続されている遠位端と、蛇行ばね４２２−２及び４２２−３によって、梁４１２Ａ内に形成されている接着パッド４２６に接続されている中間区画とを有している。同様に、梁４１２Ｂは、蛇行ばね４２８−１によって接着パッド４３０に接続されている遠位端と、蛇行ばね４２８−２及び４２８−３によって、梁４１２Ｂ内に形成されている接着パッド４３２に接続されている中間区画とを有している。従って、梁４１２Ａと４１２Ｂは、ばねによって、上側ミラー層４０６の回転軸４１４に沿う分布様式で接続されている。梁４１２Ａと４１２Ｂは、その質量を低減するための穴４３３を含んでいる。
【００１１】
ばねの剛性と位置の分布を注意深く調整することによって、可動構造体の全てのモード周波数を効果的に分離し、所望の回転モードを最も低い共振周波数で設計することができる。主共振周波数は最も低く他の構造モード周波数とは遠く離れているので、ミラーの回転が他の望ましくない振動モードを励起することはない。複数のばねを用いることによって、各ばねの最大応力及び歪みは、一対のねじり梁だけで支持されている従来型の走査ミラー設計より小さくなる。各ばねの応力及び歪みが下がるので、各ばねの信頼性は改良され、回転角度は大きくなる。
【００１２】
上側層４０２は、回転櫛歯４１６と面内で互いに噛み合っている固定櫛歯４３４を含んでいる。固定櫛歯４３４は、回転櫛歯４１６と同様の先細本体を有している。或る実施形態では、固定櫛歯４３４は、そのモード周波数を調整することによって可動構造体の駆動効率を高めるのに用いられる静電バイアス力を提供する。別の実施形態では、固定櫛歯４３４は、上側ミラー層４０６を駆動する静電駆動力を提供する。更に別の実施形態では、固定櫛歯４３４は、静電バイアス力と静電駆動力の両方を提供する。固定櫛歯４３４は、下側層４０４の上に取り付けられている接着パッド４３６に接続されている。
【００１３】
図１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇは、下側層４０４の詳細を示している。下側層４０４は、楕円形プレート４６４からの突出部４６２を有する下側ミラー層４６０を含んでいる。間隙４６５は、下側ミラー層４６０を下側層４０４内の周囲の構成要素から分離している。図１Ｆに示すように、プレート４６４の底面４６４は反射面として作用し、他の構造体は、下側層４０４の底面のアッセンブリ整列マーク４６６を使ってミラーと整列させることができる。下側ミラー層４６０の上面４６７は、上側ミラー層４０６の下面に接着され、最終ミラーを形成する。図１Ｇに示すように、最終ミラーはＩ字型梁状の構造体を有しており、上側ミラー層４０６が上部フランジを、突出部４６２がウェブを、プレート４６４が下部フランジを形成している。Ｉ字型梁状の構造体は、ミラー質量の大部分を取り除き、且つミラー構造体の剛性を上げている。従って、下側ミラー面の動的変形を最小にする。下側ミラー面の全動的変形を最小にすることによって、デバイス４００の光学解像度が改良される。Ｉ字型梁状の構造体の形状は、有限要素解析によって改良することができる。
【００１４】
下側層４０４は、可動構造体の接着パッドを上側層４０２に係留するための表面を含んでいる。具体的には、アンカーパッド４６８及び４７０は、対応する接着パッド４２６及び４３２を取り付けるための面を提供しており、アンカーパッド４７２は、接着パッド４２４、４３０及び４３６を取り付けるための面を提供している。
【００１５】
下側層４０４は、回転櫛歯４１６と面外で噛み合う固定櫛歯４７４を含んでいる。換言すれば、固定櫛歯４７４は、上から見たとき又は最終ミラーが回転するときに噛み合う。固定櫛歯４７４は、櫛歯４１６及び４３４と同様に、先細の本体を有している。図１Ｅに示すように、固定櫛歯４７４とアンカーパッド４７２の間には、間隙４８２が設けられている。間隙４８２は、隣接する固定櫛歯４７４の間の間隙４８４より広い幅を有しているので、間隙４８２は間隙４８４より深く下側層４０４内にエッチングされる。間隙４８２の方が深いので、回転櫛歯４１６は、下側層４０４と接触することなく、より大きな角度で回転することができる。或る実施形態では、固定櫛歯４７４は、最終ミラーを駆動する静電駆動力を提供する。別の実施形態では、固定櫛歯４７４は、可動構造体の駆動効率を高めるのに用いられる静電バイアス力を提供する。別の実施形態では、固定櫛歯４７４は、静電駆動力と静電バイアス力の両方を提供する。更に別の実施形態では、回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４の間の静電容量を感知して、ミラーの回転位置が求められる。
【００１６】
図２は、本発明の或る実施形態による、デバイス４００を作るための方法５００を示している。工程は段階０で始まり、シリコンウェーハ５０２は、上面に形成された二酸化ケイ素層５０４と、下面に形成された二酸化ケイ素層５０６を有している。ウェーハ５０２は、デバイス４００の下側層４０４（図１Ｅ）を形成するのに用いられる。
【００１７】
段階１で、フォトレジスト５０８を酸化物層５０６上に堆積し、露光し、リソグラフィ処理して現像し、１つ又は複数のリソグラフィ整列マーク５１１（段階３に示している）を画定する。
【００１８】
段階２で、ウェーハ５０２の下面にエッチングを施し、フォトレジスト５０８で保護されていない酸化物層５０６の部分を取り除く。或る実施形態では、酸化物層５０６にはドライエッチングが施される。ウェーハ５０２の上面にはフォトレジスト５１０を堆積して、下面のエッチングから保護する。
【００１９】
段階３で、ウェーハ５０２の下側ウェーハ面にエッチングを施し、酸化物層５０６で保護されていないウェーハ５０２の部分を取り除き、リソグラフィ整列マーク５１１を形成する。シリコンのドライエッチングの後、残っていたフォトレジスト５０８と５１０は剥ぎ取られる。
【００２０】
段階４で、フォトレジスト５１０を再び塗付し、露光し、リソグラフィ処理で現像し、ウェーハ５０２の上面に、下側ミラー層４６０（図１Ｅ）と、表面４６８、４７０及び４７２（図１Ｅ）と、固定櫛歯４７４（図１Ｅ）とを画定する。用いられているマスクは、下側ウェーハ面のリソグラフィ整列マーク５１１と整列している。
【００２１】
段階５で、ウェーハ５０２の上面にエッチングを施し、フォトレジスト５１０で保護されていない酸化物層５０４の部分を取り除く。或る実施形態では、酸化物層５０４にドライエッチングを施す。
【００２２】
段階６で、ウェーハ５０２の上面にエッチングを施し、酸化物層５０４で保護されていないウェーハ５０２の部分を取り除き、下側ミラー層４６０（図１Ｅ）と、表面４６８、４７０及び４７２と、固定櫛歯４７４（図１Ｅ）とを形成する。その後、ウェット又はドライエッチングで、残っていたフォトレジスト５１０を剥ぎ取り、酸化物層５０４と５０６を取り除く。
【００２３】
段階７で、シリコンウェーハ５１２を、ウェーハ５０２の上面に接着する。ウェーハ５１２は、上側ウェーハ面上に形成されている二酸化ケイ素層５１４と、下側ウェーハ面上に形成されている二酸化ケイ素層５１６を有している。ウェーハ５１２は、デバイス４００の上側層４０２（図１Ｃ）を形成するのに用いられる。或る実施形態では、ウェーハ５１２と５０２は、ケイ素融合によって接着する。
【００２４】
段階８で、フォトレジスト５１８を酸化物層５１４上に堆積し、露光し、リソグラフィ処理で現像し、上側層４０２（図１Ｃ）の構成要素を画定する。用いられるマスクは、下側ウェーハ面上のリソグラフィ整列マーク５１１と整列している。段階８では、更に、１つ又は複数のリソグラフィ整列マーク５２１（段階１０に示している）と分離トレンチ５１９（段階１０に示している）も画定する。ウェーハ５１２内に或る特定の深さエッチングされるトレンチ４０８（図１Ｃ）を、ウェーハ５１２を貫いてエッチングされる他の構成要素を取り囲む間隙と共にエッチングするため、トレンチ４０８の寸法と、他の構成要素の間隙の寸法は、違う寸法になっている。
【００２５】
段階９で、ウェーハ５１２の上面にエッチングを施し、フォトレジスト５１８で保護されていない酸化物層５１４の部分を取り除く。或る実施形態では、酸化物層５１４にはドライエッチングが施される。その後、残っていたフォトレジスト５１８を剥ぎ取る。
【００２６】
段階１０で、ウェーハ５１２の上面にエッチングを施し、酸化物層５１４で保護されていないウェーハ５１２の部分を取り除き、上側層４０２（図１Ｃ）の構成要素を形成する。或る実施形態では、ウェーハ５１２は、ＤＲＩＥ処理を使って、酸化物層５１６で形成されているエッチングストッパに達するまでエッチングされる。デバイス４００の上部が貫通してエッチングされたとき、接着されたウェーハ５０２と５１２の間に捕捉されていたガスが抜け出し、櫛歯のような脆い構成要素に損傷を与える恐れがある。そのような損傷を回避するために、上側ミラー層４０６（図１Ｃ）の周りの間隙４０９Ａと４０９Ｂ（図１Ｃ）は、他の構成要素の周りの間隙より広くなるように設計されており、間隙４０９Ａと４０９Ｂの下の酸化物層５１６が他の間隙より前に貫通してエッチングされるようになっている。これにより、空気は、構造的に強力な構成要素である上側ミラー層４０６の周りを通って抜け出せるようになっている。
【００２７】
段階１１で、ミラーの上面をシャドーマスク面５２２で保護して、上側ミラー層４０６が貫通してエッチングされないようにする。この段階は、慣性低減トレンチ４０８の幅が他の間隙より狭くて、貫通してエッチングされることがなければ、随意である。しかしながら、シャドーマスクは、より広い幅を有する慣性低減トレンチ４０８を作り、より多くの質量を取り除き、回転構造体の慣性を更に下げるのに適している。
【００２８】
段階１２で、フォトレジスト５２０をウェーハ５０２の下面に堆積し、感光し、現像して、ウェーハ５０２の下面に、アッセンブリ整列マーク４６６（図１Ｆ）と、分離トレンチ５０９（段階１３に示している）と、下側ミラー層４６０（図１Ｅ）を下側層４０４（図１Ｅ）から分離するための間隙４６５（図１Ｅ）を画定する。用いられているマスクは、ウェーハ上面のリソグラフィ整列マーク５２１と整列している。
【００２９】
段階１３で、ウェーハ５０２の下面にエッチングを施し、フォトレジスト５２０で保護されていないウェーハ５０２の部分を取り除き、アッセンブリ整列マーク４６６（図１Ｆ）と分離トレンチ５０９を形成し、下側ミラー層４６０（図１Ｅ）を層４０４（図１Ｅ）から分離する。或る実施形態では、ウェーハ５０２は、ＤＲＩＥ処理を使ってエッチングされる。
【００３０】
段階１４で、酸化物層５１６の部分を構造体から取り除き、デバイス４００の様々な構成要素を、対応する接着パッドとアンカーパッドの間の接着を維持しながら解放する。或る実施形態では、酸化物層５１６の部分は、フッ化水素酸ウェットエッチングを使って取り除かれる。
【００３１】
段階１５で、下側ミラー層４６０（図１Ｆ）の下面に反射材料（例えばアルミニウム）を堆積させてミラー面を作る。或る実施形態では、シャドーマスクを用いて反射材料を堆積させる領域を画定する。
【００３２】
段階１６で、ウェーハ５０２と５１２から成るデバイス４００を個々の部品に切り分ける。或る実施形態では、ウェーハ５０２と５１２は、分離トレンチ５０９と５１９（段階１５に示している）を使ってダイシングすることによって個々の部品に切り分ける。
【００３３】
図１Ａを参照しながら或る実施形態のデバイス４００の作動について説明する。回転櫛歯４１６は、接着パッド４２４を介して連結され、電圧源４７６（例えば接地部）から基準電圧を受け取る。固定櫛歯４３４は、接着パッド４３６を介して連結され、電圧源４７８（例えばＤＣ電圧源）から定常電圧を受け取る。固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）は、接着パッド４７２を介して連結され、電圧源４８０（例えばＡＣ電圧源）から振動電圧を受け取る。従って、回転櫛歯４１６と固定櫛歯４３４の間の定常電圧差は、デバイス４００の固有振動数を変化させ、回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）の間のＡＣ電圧差は、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させる。
【００３４】
図１Ｈを参照しながら別の実施形態のデバイス４００の作動について説明する。回転櫛歯４１６は、接着パッド４２４を介して連結され、電圧源４７６（例えばＤＣ電圧源）から定常電圧を受け取る。固定櫛歯４３４は、接着パッド４３６を介して連結され、ＡＣ電圧源４８０から振動電圧を受け取る。固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）は、接着パッド４７２を介して連結され、ＤＣ電圧源４７８から定常電圧を受け取る。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４３４の間で、定常電圧差は、デバイス４００の固有振動数と回転振幅を変化させ、ＡＣ電圧は、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させる。更に、回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）の間の定常電圧差を用いて、デバイス４００の回転角度の振幅を変化させることもできる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４の間の静電容量を、各接着パッド４３６と４７２で感知して、デバイス４００の回転角度を求めることもできる。
【００３５】
図１Ｉを参照しながら別の実施形態のデバイス４００の作動について説明する。回転櫛歯４１６は、接着パッド４２４を介して連結され、ＡＣ電圧源４８０から振動電圧を受け取る。固定櫛歯４３４は、接着パッド４３６を介して連結され、ＤＣ電圧源４７６から定常電圧を受け取る。固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）は、接着パッド４７２を介して連結され、ＤＣ電圧源４７８から定常電圧を受け取る。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４３４との間で、定常電圧差は、デバイス４００の固有振動数と回転振幅を変化させ、回転櫛歯４１６と固定櫛歯４３４の間のＡＣ電圧差は、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）の間の定常電圧差を用いて、デバイス４００の回転角度の振幅を変化させることもできる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４との間の静電容量を、各接着パッド４３６と４７２で感知して、デバイス４００の回転角度を求めることもできる。
【００３６】
図１Ｊを参照しながら別の実施形態のデバイス４００の作動について説明する。回転櫛歯４１６は、接着パッド４２４を介して連結され、ＤＣ電圧源４７６から定常電圧を受け取る。固定櫛歯４３４は、接着パッド４３６を介して連結され、ＡＣ電圧源４８０Ａから振動電圧を受け取る。固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）は、接着パッド４７２を介して連結され、ＡＣ電圧源４８０Ｂから振動電圧を受け取る。ＡＣ電圧源４８０Ｂによって供給される振動電圧は、電圧源４８０Ａによって供給される振動電圧と位相が違う（例えば、１８０度位相がずれている）。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４３４との間で、定常電圧差は、デバイス４００の固有振動数と回転振幅を変化させ、ＡＣ電圧差は、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）の間のＡＣ電圧差を用いて、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させることもできる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４の間の静電容量を、各接着パッド４３６と４７２で感知して、デバイス４００の回転角度を求めることもできる。
【００３７】
図１Ｋを参照しながら別の実施形態のデバイス４００の作動について説明する。回転櫛歯４１６は、接着パッド４２４を介して連結され、ＡＣ電圧源４８０Ａから振動電圧を受け取る。固定櫛歯４３４は、接着パッド４３６を介して連結され、ＤＣ電圧源４７６から定常電圧を受け取る。固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）は、接着パッド４７２を介して連結され、ＡＣ電圧源４８０Ｂから振動電圧を受け取る。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４３４の間で、ＤＣ電圧差は、デバイス４００の固有振動数と回転振幅を変化させ、ＡＣ電圧差は、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４（図１Ｄと１Ｅ）の間で、ＤＣ電圧差を用いて、デバイス４００の回転角度の振幅を変化させることもでき、振動電圧差を使って、ミラーを、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させることもできる。回転櫛歯４１６と固定櫛歯４７４の間の静電容量を、各接着パッド４３６と４７２で感知して、デバイス４００の回転角度を求めることもできる。
【００３８】
図３、４、５、６、７及び８は、本発明の或る実施形態のＭＥＭＳ走査ミラーデバイス６００を示している。デバイス６００は、下側層６０４（図６と７）の上に接着され、下側層６０４から電気的に絶縁されている上側層６０２（図３と４）を含んでいる。
【００３９】
図３、図４に示すように、上側層６０２は、幅Ａと長さＢを有する楕円形ミラー６０６を含んでいる。ミラー６０６は、幅Ｃを有する間隙６０９Ａと６０９Ｂで周囲の構成要素（例えば、接着パッド６３６）から分離されている。間隙６０９Ａと６０９Ｂの幅Ｃは、もっと脆い構成要素の周りの間隙の幅より大きく設計されており、捕捉されていたガスが、エッチング処理中に、脆い構成要素の周りではなくミラー６０６の周りから抜け出せるようになっている。整列マーク６６６は、他の構成要素をデバイス６００に整列させるため接着パッド６３６内に形成されている。
【００４０】
ミラー６０６の相対する側辺は、複数の支持取付部６１０で、梁状の構造体６１２Ａと６１２Ｂの近位端に接続されている。ミラー６０６を複数の位置で梁６１２Ａ及び６１２Ｂに接続することによって、ミラー６０６の動的変形は最小になる。支持取付部６１０の位置と数は、有限要素解析を通して改良することができる。各梁６１２Ａと６１２Ｂは、長さＤと幅Ｅを有している。
【００４１】
梁６１２Ａと６１２Ｂの回転軸６１４に対して反対側の側辺は、回転櫛歯６１６に接続されている（図５に拡大して示している）。各回転櫛歯６１６は、基部幅Ｆ、端部幅Ｇ、長さＨ及びピッチＷで構成された先細の本体を有している。回転櫛歯６１６の端部の寸法を小さくして重量を下げることにより、構造体全体の慣性が下がる。構造体の慣性を下げることによって、走査速度を高め、又は／及び駆動電圧を下げることができる。或る実施形態では、回転櫛歯６１６は、そのモード周波数を調整することによって、可動構造体の駆動効率を上げるのに用いられる静電バイアス力を提供する。別の実施形態では、回転櫛歯６１６は、ミラーを駆動する静電駆動力を提供する。更に別の実施形態では、回転櫛歯６１６は、静電バイアス力と静電駆動力の両方を提供する。
【００４２】
梁６１２Ａと６１２Ｂは、蛇行ばね（「ヒンジ」としても知られている）によって、下側層６０４の上に取り付けられている接着パッドに接続されている。具体的には、梁６１２Ａは、蛇行ばね６２２−１によって接着パッド６２４に接続されている遠位端を有している。更に、梁６１２Ａは、（１）蛇行ばね６２２−２及び６２２−３によって、梁６１２Ａ内に形成されている接着パッド６２６−１に、（２）蛇行ばね６２２−４及び６２２−５によって、梁６１２Ａ内に形成されている接着パッド６２６−２に、（３）蛇行ばね６２２−６及び６２２−７によって、梁６１２Ａ内に形成されている接着パッド６２６−３に、（４）蛇行ばね６２２−８及び６２２−９によって、梁６１２Ａ内に形成されている接着パッド６２６−４に、接続されている中間区画と有している。
【００４３】
同様に、梁６１２Ｂは、蛇行ばね６２８−１によって接着パッド６３０に接続されている遠位端を有している。更に、梁６１２Ｂは、（１）蛇行ばね６２８−２及び６２８−３によって、梁６１２Ｂ内に形成されている接着パッド６３２−１に、（２）蛇行ばね６２８−４及び６２８−５によって、梁６１２Ｂ内に形成されている接着パッド６３２−２に、（３）蛇行ばね６２８−６及び６２８−７によって、梁６１２Ｂ内に形成されている接着パッド６３２−３に、（４）蛇行ばね６２８−８及び６２８−９によって、梁６１２Ｂ内に形成されている接着パッド６３２−４に、接続されている中間区画を有している。
【００４４】
従って、梁６１２Ａと６１２Ｂは、ばねによって、ミラー６０６の回転軸４１４に沿う分布様式で接続されている。各蛇行ばね６２２と６２８は、幅Ｉを有しており（図４）、長さＪを有する５つの部分から成っている。各接着パッド６２６と６３２は、高さＫと幅Ｌを有している。
【００４５】
ばねの剛性と位置の分布を注意深く調整することによって、可動構造体の全てのモード周波数を効果的に分離し、所望の回転モードを最も低い共振周波数で設計することができる。主共振周波数は最も低く他の構造モード周波数とは遠く離れているので、ミラーの回転が他の望ましくない振動モードを励起することはない。複数のばねを用いることによって、各ばねの最大応力及び歪みは、一対のねじり梁だけで支持されている従来型の走査ミラー設計より小さくなる。各ばねの応力及び歪みが下がるので、各ばねの信頼性は改良され、回転角度は大きくなる。
【００４６】
上側層６０２は、更に、回転櫛歯６１６と面内で互いに噛み合っている固定櫛歯６３４（図５で拡大して示している）を含んでいる。固定櫛歯６３４は、それぞれ、基部幅Ｍ、端部幅Ｎ、長さＯ、回転櫛歯６３４との一定の間隔Ｐ、及びピッチＷで構成される先細の本体を有している。或る実施形態では、固定櫛歯６３４は、そのモード周波数を調整することによって、可動構造体の駆動効率を高めるのに用いられる静電バイアス力を提供する。別の実施形態では、固定櫛歯６３４は、ミラー６０６を駆動する静電駆動力を提供する。更に別の実施形態では、固定櫛歯６３４は、静電バイアス力と静電駆動力の両方を提供する。固定櫛歯６３４は、下側層６０４の上に取り付けられている接着パッド６３６に接続されている。
【００４７】
パッド６５２は、上側層６０２をエッチングして接着パッド６２４と６３６を形成した後で画定される。パッド６５２は、接着パッド６２４及び６３６から距離ＡＪだけ離されている。更に、接着パッド６３６は、間隙６０９Ａ及び６０９Ｂから少なくとも距離ＡＫだけ離されている。
【００４８】
図６と図７に示すように、下側層６０４は、リブ６６０を含んでおり、リブは、ミラー６０６の下面に接着されている。リブ６６０は、ミラーの質量をそれほど増やすことなくミラー６０６の剛性を上げる働きをする。従って、これにより、ミラー６０６の動的変形が最小になる。ミラー６０６の全動的変形を最小にすることによって、デバイス６００の光学解像度は改良される。リブ６６０は、下側層６０４の構成要素から間隙６６５だけ離されている。リブ６６０は楕円形で、水平方向横断梁が垂直方向横断梁と相互接続している。リブ６６０の形状は、有限要素解析を通して改良することができる。
【００４９】
下側層６０４は、接着パッドを上側層６０２に係留するための面を含んでいる。具体的には、（１）アンカーパッド６６８−１、６６８−２、６６８−３、６６８−４は、対応する接着パッド６２６−１、６２６−２、６２６−３、６２６−４（図３）を取り付けるための面を提供し、（２）アンカーパッド６７０−１、６７０−２、６７０−３、６７０−４は、対応する接着パッド６３２−１、６３２−２、６３２−３、６３２−４（図４）を取り付けるための面を提供し、（３）アンカーパッド６７２は、接着パッド６２４、６３０、６３６、６５２（図３及び図４）を取り付けるための面を提供している。
【００５０】
下側層６０４は、回転櫛歯６１６と面外で噛み合っている、互いに反対側の固定櫛歯６７４と６７５（図８に拡大して示している）を含んでいる。換言すると、これらの櫛歯は、上から見たとき又はミラー６０６が回転するときに噛み合う。各固定櫛歯６７４は、基部幅Ｑ、端部幅Ｒ、長さＳ、ピッチＷの先細本体を有している。固定櫛歯６７４の端部は、回転軸６１４と一致する中心線６１５から距離Ｘに位置している。各固定櫛歯６７５は、基部幅Ｔ、端部幅Ｕ、長さＶ、ピッチＷの先細本体を有している。固定櫛歯６７５の端部は、中心線６１５から距離Ｙに位置している。間隙６８２は、固定櫛歯６７４、６７５とアンカーパッド６７２の間に設けられている。間隙６８２は隣接する固定櫛歯４７４の間の間隙より広い幅を有しているので、間隙６８２は下側層６０４の中により深くエッチングされる。間隙６８２が広いので、回転櫛歯６１６は、下側層６０４と接触することなく、より大きな角度で回転することができる。
【００５１】
或る実施形態では、回転櫛歯６１６と固定櫛歯６７４及び６７５の間の静電容量を感知して、ミラーの回転位置を求める。或る実施形態では、固定櫛歯６７４は固定櫛歯６７５より広い表面積を有しているので、回転櫛歯６１６が固定櫛歯６７４内に回転して入ったときに生成される静電容量は、回転櫛歯６１６が固定櫛歯６７５内に回転して入ったときに生成される静電容量より大きい。従って、ミラーの回転方向を検出することができる。
【００５２】
図９は、本発明の或る実施形態によるデバイス６００を作るための方法８００を示している。工程は段階０’で始まり、シリコンウェーハ８０２は、上面に形成された二酸化ケイ素層８０４と、下面に形成された二酸化ケイ素層８０６を有している。ウェーハ８０２は、デバイス６００の下側層６０４（図６及び図７）を形成するのに用いられる。シリコンウェーハ８０２は厚さＺを、二酸化ケイ素層８０４は厚さＡＡを、二酸化ケイ素層８０６は厚さＡＢを有している。
【００５３】
段階１’で、フォトレジスト８０８を酸化物層８０６上に堆積し、露光し、リソグラフィ処理して現像し、１つ又は複数のリソグラフィ整列マーク８１１（段階３’に示している）を画定する。
【００５４】
段階２’で、ウェーハ８０２の下面にエッチングを施し、フォトレジスト８０８で保護されていない酸化物層８０６の部分を取り除く。或る実施形態では、酸化物層８０６にはドライエッチングが施される。ウェーハ８０２の上面にはフォトレジスト８１０を堆積して、下面のエッチングから保護する。
【００５５】
段階３’で、ウェーハ８０２の下側ウェーハ面にエッチングを施し、酸化物層８０６で保護されていないウェーハ８０２の部分を取り除き、リソグラフィ整列マーク８１１を形成する。シリコンのドライエッチングの後、残っていたフォトレジスト８０８と８１０は剥ぎ取られる。
【００５６】
段階４’で、フォトレジスト８１０を再び塗付し、露光し、リソグラフィ処理で現像し、ウェーハ８０２の上面に、リブ６６０（図６）と、アンカーパッド６６８−１から６６８−４、６７０−１から６７０−４及び６７２（図６及び図７）と、固定櫛歯６７４、６７５（図６、図７及び図８）とを画定する。用いられているマスクは、下側ウェーハ面のリソグラフィ整列マーク８１１と整列している。
【００５７】
段階５’で、ウェーハ８０２の上面にエッチングを施し、フォトレジスト８１０で保護されていない酸化物層８０４の部分を取り除く。或る実施形態では、酸化物層８０４にドライエッチングを施す。
【００５８】
段階６’で、ウェーハ８０２の上面にエッチングを施し、酸化物層８０４で保護されていないウェーハ８０２の部分を取り除き、リブ６６０（図６）と、アンカーパッド６６８−１から６６８−４、６７０−１から６７０−４及び６７２（図６及び図７）と、固定櫛歯６７４、６７５（図６、図７及び図８）とを形成する。リブ６６０は、他の構成要素から自由にエッチングされるが、アンカーパッド６６８−１から６６８−４、６７０−１から６７０−４及び６７２は高さＡＣに、櫛歯６７４と６７５は高さＡＤにエッチングされる。その後、ウェット又はドライエッチングで、残っていたフォトレジスト８１０を剥ぎ取り、酸化物層８０４と８０６を取り除く。
【００５９】
段階７’で、シリコンウェーハ８１２を、ウェーハ８０２の上面に接着する。ウェーハ８１２は、上側ウェーハ面上に形成されている二酸化ケイ素層８１４と、下側ウェーハ面上に形成されている二酸化ケイ素層８１６を有している。ウェーハ８１２は、デバイス６００の上側層６０２（図３及び図４）を形成するのに用いられる。シリコンウェーハ８１２は厚さＡＥを、二酸化ケイ素層８１４は厚さＡＦを、二酸化ケイ素層８１６は厚さＡＧを有している。或る実施形態では、ウェーハ８１２と８０２は、ケイ素融合によって接着する。
【００６０】
段階８’で、フォトレジスト８１８を酸化物層８１４上に堆積し、露光し、リソグラフィ処理で現像して、上側層６０２（図３、図４及び図５）の構成要素を画定する。用いられるマスクは、下側ウェーハ面上のリソグラフィ整列マーク８１１と整列している。段階８’では、更に、１つ又は複数のリソグラフィ整列マーク８２１（段階１１’に示している）と分離トレンチ８１９（段階１１’に示している）も画定する。
【００６１】
段階９’で、ウェーハ８１２の上面にエッチングを施し、フォトレジスト８１８で保護されていない酸化物層８１４の部分を取り除く。或る実施形態では、酸化物層８１４にはドライエッチングが施される。その後、残っていたフォトレジスト８１８を剥ぎ取る。
【００６２】
段階１０’で、ウェーハ８１２の上面にエッチングを施し、酸化物層８１４で保護されていないウェーハ８１２の部分を取り除き、上側層４０２（図３、図４、図５）の構成要素を形成する。或る実施形態では、ウェーハ８１２は、ＤＲＩＥ処理を使って、酸化物層８１６で形成されているエッチングストッパに達するまでエッチングされる。デバイス６００の上部が貫通してエッチングされたとき、接着されたウェーハ８０２と８１２の間に捕捉されていたガスが抜け出し、櫛歯や蛇行ばねのような脆い構成要素に損傷を与える恐れがある。そのような損傷を回避するために、ミラー６０６（図３）の周りの間隙６０９Ａと６０９Ｂ（図３）は、他の構成要素の周りの間隙より広くなるように設計されており、間隙６０９Ａと６０９Ｂの下の酸化物層８１６が他の間隙より前に露出するようになっている。これにより、空気は、構造的に強力な構成要素であるミラー６０６の周りを通って抜け出せるようになっている。
【００６３】
段階１１’で、フォトレジスト８２０を、ウェーハ８０２の下面に堆積し、露光し、ウェーハ８０２の下面に現像して、リブ６６０（図６）を下側層６０４（図６）から分離するための分離トレンチ８０９（段階１２’で示している）と間隙６６５（図６及び段階１２’）を画定する。用いられているマスクは、上部ウェーハ面のリソグラフィ整列マーク８２１と整列している。
【００６４】
段階１２’で、ウェーハ８０２の下面にエッチングを施して、フォトレジスト８２０で保護されていないウェーハ８０２の部分を取り除き、分離トレンチ８０９を形成し、リブ６６０（図６）を下側層６０４（図６）から分離する。分離トレンチ８０９は、深さＡＨを有している。或る実施形態では、ウェーハ８０２は、ＤＲＩＥ処理を使ってエッチングされる。
【００６５】
段階１３’で、酸化物層８１６の部分を構造体から取り除き、デバイス６００の様々な構成要素を、対応する接着パッドとアンカーパッドの間、及びミラーとリブの間の接着を維持しながら解放する。或る実施形態では、酸化物層８１６の部分は、フッ化水素酸ウェットエッチングを使って取り除かれる。
【００６６】
段階１４’で、ミラー６０６（図３）の上面に反射材料（例えばアルミニウム）を堆積させてミラー面を作る。或る実施形態では、シャドーマスクを用いて反射材料を堆積させる領域を画定する。
【００６７】
段階１５’で、ウェーハ８０２と８１２から成るデバイス６００を個々の部品に切り分ける。或る実施形態では、ウェーハ８０２と８１２は、分離トレンチ８０９と８１９（段階１４’に示している）を使ってダイシングすることによって個々の部品に切り分ける。
【００６８】
本発明の或る実施形態では、デバイス６００の寸法は以下の通りである。
2006309098.tif 000003
【００６９】
或る実施形態によるデバイス６００の作動について説明する。回転櫛歯６１６は、接着パッド６２４を介して連結され、電圧源６７６からバイアス電圧（例えば、設置又はＤＣ電圧）を受け取る。これは、デバイス６００の固有振動数を変えるのに用いられる。固定櫛歯６３４は、接着パッド６３６を介して連結され、電圧源６７８から駆動電圧（例えば、ゼロオフセット有り又は無しのＡＣ電圧）を受け取る。これは、ミラー６０６を、所望の走査周波数で、所望の走査角度で振動させるのに用いられる。固定櫛歯６７４と６７５は、接着パッド６７２を介して、静電容量メーター６８０に連結されている。これは、ミラー６０６の回転角度を検出するのに用いられる。
【００７０】
図１０は、本発明の或る実施例による、ミラーの質量をそれ程増やすことなくミラー６０６の剛性を上げるのに用いられる別のリブ１０６０を示している。リブ１０６０は、中央線６１５の両側に突き出ている３本の梁１０６４を有する中間区画１０６２を含んでいる。中間区画１０６２は、更に、リブ１０６０の質量を減じる穴１０６６を含んでいる。リブ１０６０の形状は、更に有限要素解析することによって改良することができる。
【００７１】
開示されている実施形態の特徴を、他に様々に適用し組み合わせることも、本発明の範囲内にある。例えば、デバイス４００と６００は、レーザー印刷、バーコード走査及び超小型ディスプレイに用いることができる。特許請求の範囲は、数多くの実施形態を包含している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１Ａ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｂ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｃ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｄ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｅ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｆ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｇ】本発明の或る実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図１Ｈ】本発明の各種実施形態による、図１Ａとは出力型式が異なるＭＥＭＳデバイスである。
【図１Ｉ】本発明の各種実施形態による、図１Ａとは出力型式が異なるＭＥＭＳデバイスである。
【図１Ｊ】本発明の各種実施形態による、図１Ａとは出力型式が異なるＭＥＭＳデバイスである。
【図１Ｋ】本発明の各種実施形態による、図１Ａとは出力型式が異なるＭＥＭＳデバイスである。
【図２】本発明の或る実施形態による、図１Ａのデバイスを製造するための工程を示している。
【図３】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図４】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図５】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図６】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図７】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図８】本発明の別の実施形態によるＭＥＭＳデバイスを示している。
【図９】本発明の或る実施形態による、図３、４、５、６、７及び８のデバイスを製造するための工程を示している。
【図１０】本発明の別の実施形態による、ＭＥＭＳデバイスのミラーを支持するための別のリブ構造を示している。
【符号の説明】
【００７３】
４００、６００  超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイス
４０２、６０２  上側層
４０４、６０４  下側層
４０６、４６０、６０６  ミラー
６６０、１０６０  リブ
４１２、６１２、１０６４  梁
４１６、６１６  回転櫛歯
４２４、４２６、４３０、４３２、４３６、６２４、６２６、６３０、６３２、６３４、６３６、６５２  接着パッド
４２２、４２８、６２２、８２８  ばね
４３４、４７４、６３４、６７４、６７５  固定櫛歯
４１４、６１４  回転軸
６８０  静電容量メーター
４６８、４７０、４７２、６６８、６７０、６７２  アンカーパッド
【図１Ａ】
2006309098.tif 000004
【図１Ｂ】
2006309098.tif 000005
【図１Ｃ】
2006309098.tif 000006
【図１Ｄ】
2006309098.tif 000007
【図１Ｅ】
2006309098.tif 000008
【図１Ｆ】
2006309098.tif 000009
【図１Ｇ】
2006309098.tif 000010
【図１Ｈ】
2006309098.tif 000011
【図１Ｉ】
2006309098.tif 000012
【図１Ｊ】
2006309098.tif 000013
【図１Ｋ】
2006309098.tif 000014
【図２】
2006309098.tif 000015
【図３】
2006309098.tif 000016
【図４】
2006309098.tif 000017
【図５】
2006309098.tif 000018
【図６】
2006309098.tif 000019
【図７】
2006309098.tif 000020
【図８】
2006309098.tif 000021
【図９】
2006309098.tif 000022
【図１０】
2006309098.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月13日(2006.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイスであって、
４０００ミクロンより長く５５００ミクロン未満の長さと、２４０ミクロンより大きい厚さを有するミラーと、
前記ミラーに接続されており、それぞれ複数の回転櫛歯を備えている複数の梁と、
接着パッドと、
ばねと、
を備えており、前記梁は、それぞれ、複数のばねによって前記接着パッドに接続されていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記各梁は、８００ミクロンより広く１４００ミクロン未満の幅と、３０００ミクロンより長く９０００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロンより薄い厚さを有していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記各回転櫛歯は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロンより短い長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロンより薄い厚さと、３０ミクロンより大きく５０ミクロン未満のピッチとを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記各ばねは、２０ミクロンより広く６０ミクロン未満の幅と、６００ミクロンより長い全長と、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロンより薄い厚さと、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ミラーは、垂直方向横断梁と相互接続している水平方向横断梁を有するリブを含んでおり、各横断梁は、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロンより薄い厚さを有していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記接着パッドの幾つかは、前記梁内に画定され、少なくとも１つのばねに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記接着パッドの幾つかは、それぞれ、３５０ミクロンを上回り７００ミクロン未満の幅及び高さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さとを有していることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
第１の複数の固定櫛歯を更に備えており、前記第１の複数の固定櫛歯と前記複数の回転櫛歯は、面内で噛み合うことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記複数の回転櫛歯のそれぞれと前記第１の複数の固定櫛歯のそれぞれとの間の空間は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満であることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数の回転櫛歯は、第１の定常又は振動電圧に連結されており、前記複数の固定櫛歯は、第２の定常又は振動電圧に連結されていることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
第２の複数の固定櫛歯と、第３の複数の固定櫛歯とを更に備えており、前記第２及び第３の複数の固定櫛歯は、前記複数の回転櫛歯と、面外で噛み合うことを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第３の複数の固定櫛歯は、それぞれ、６ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第２の複数の固定櫛歯の端部は、回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置しており、前記第３の複数の固定櫛歯の端部は、前記回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置していることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第２及び第３の複数の固定櫛歯は、前記ミラーの回転角度を感知するため静電容量メーターに連結されていることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ミラーを取り囲んでいる間隙は、１５０ミクロンより広く３５０ミクロン未満の幅を有していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ミラーの回りのパッドは、前記ミラーを取り囲んでいる前記間隙から４００ミクロンよい厚い最狭厚さを有していることを特徴とする、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
少なくとも２つの梁と、１０個のばねと、６つの接着パッドとを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記デバイスは、レーザー印刷、バーコード走査、及び超小型第ディスプレイの用途から成るグループから選択される用途に用いられることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ミラーは、中間区画と、前記中間区画の相対する両側辺から突き出ている梁とを備えたリブ含んでおり、前記リブは、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーデバイスであって、
下側層と、上側層とを備えており、
前記下側層は、
リブと、
第１の複数の固定櫛歯と、
第２の複数の固定櫛歯と、
アンカーパッドと、を備えており、
前記上側層は、
前記リブに接着された下面を有するミラーであって、４０００ミクロンより長く５５００ミクロン未満の長さと、１２００ミクロンより厚い厚さを有するミラーと、
前記ミラーに接続されている複数の梁であって、それぞれが複数の回転櫛歯を備えている梁と、
前記アンカーパッドの上に接着され、且つ前記アンカーパッドから電気的に遮断されている接着パッドと、
前記各梁を前記接着パッドに接続しているばねと、
前記接着パッドの１つに接続されている第３の複数の固定櫛歯と、
を備えており、
前記第１及び第２の複数の固定櫛歯は、前記回転櫛歯と面外で噛み合い、前記第３の複数の固定櫛歯は、前記複数の回転櫛歯と面内で噛み合うことを特徴とするデバイス。
【請求項２３】
前記各梁は、８００ミクロンより広く１４００ミクロン未満の幅と、３０００ミクロンより長く９０００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記各回転櫛歯は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さと、３０ミクロンより大きく５０ミクロン未満のピッチとを備えていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記各ばねは、２０ミクロンより広く６０ミクロン未満の幅と、６００ミクロンより長い全長と、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記各横断梁は、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記接着パッドの幾つかは、前記梁内に画定され、少なくとも１つのばねに接続されていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記接着パッドの幾つかは、それぞれ、３５０ミクロンを超え７００ミクロン未満の幅及び高さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記第１の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記第２の複数の固定櫛歯は、それぞれ、６ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、１５０ミクロンより長く５００ミクロン未満の長さと、２５０ミクロンより高く４５０ミクロン未満の高さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記第２の複数の固定櫛歯の端部は、回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置しており、前記第３の複数の固定櫛歯の端部は、前記回転軸から５００ミクロンより遠く７００ミクロン未満に位置していることを特徴とする、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記第３の複数の固定櫛歯は、それぞれ、８ミクロンより広く１４ミクロン未満の基部幅と、４ミクロンより広く１０ミクロン未満の端部幅と、４００ミクロンより長く９００ミクロン未満の長さと、１２０ミクロンより厚く２４０ミクロン未満の厚さと、３０ミクロンより広く５０ミクロン未満のピッチとを有していることを特徴とする、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記複数の回転櫛歯は第１定常又は振動電圧に連結されており、前記第３の複数の固定櫛歯は、第２の定常又は振動電圧に連結されていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記第１及び第２の複数の固定櫛歯は、前記ミラーの回転角度を感知するため静電容量メーターに連結されていることを特徴とする、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記ミラーを取り囲んでいる間隙は、１５０ミクロンより広く３５０ミクロン未満の幅を有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記第３の複数の固定櫛歯に接続されている前記１つの接着パッドは、前記ミラーを取り囲んでいる前記間隙から４００ミクロンよい厚い最狭厚さを有していることを特徴とする、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
少なくとも２つの梁と、１０個のばねと、６つの接着パッドと、５つのアンカーパッドとを備えていることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記複数の回転櫛歯のそれぞれと前記第３の複数の固定櫛歯のそれぞれとの間の間隔は、８ミクロンより広く１４ミクロン未満であることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記デバイスは、レーザー印刷、バーコード走査、及び超小型第ディスプレイ用途から成るグループから選択される用途に用いられることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記リブは、垂直方向横断梁と相互接続している水平方向横断梁を備えており、前記各横断梁は、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記リブは、中間区画と、前記中間区画の相対する両側辺から突き出ている梁とを備えており、前記リブは、４５０ミクロンより厚く５５０ミクロン未満の厚さを有することを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記ミラーは、１０００ミクロンよりも大きく、１２００ミクロンよりも小さい幅を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４３】
前記ミラーは、１０００ミクロンよりも大きく、１２００ミクロンよりも小さい幅を有することを特徴とする、請求項２２に記載のデバイス。
【外国語明細書】
2006309098.tif 000024
2006309098.tif 000025
2006309098.tif 000026
2006309098.tif 000027
2006309098.tif 000028
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2006309098.tif 000030
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2006309098.tif 000045
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