(57)【要約】  ミラープレートとヒンジと延長プレートとを備えるマイクロミラー装置が、そのようなマイクロミラー装置を作製する方法とともに開示される。延長プレートは、ミラープレートを回転させるため、ミラープレート上で且つミラープレートとミラープレートに対応する電極との間に形成される。延長プレートは金属性または誘電性であり得る。マイクロミラー装置を作製する方法も開示される。特に、延長プレートがミラープレートを形成した後に形成される。さらに、そのようなマイクロミラーのアレイを有する空間光変調器および光源と、集光光学系と、マイクロミラーのアレイから選択的に反射された光をターゲット上に投射するための投射光学系と、アレイのマイクロミラーを選択的に作動するための制御器とを備えた投射装置で、光源からの光がマイクロミラーのアレイ上で集光される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板に接続されたヒンジおよびヒンジ支持体と、
可動式反射ミラープレートであって、前記ミラープレート上の第１の地点で前記ヒンジが取り付けられる可動式反射ミラープレートと、
前記ミラープレート上の第２の地点で前記ミラープレートに接続される延長プレートと
を備えたマイクロミラー装置。
【請求項２】
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記ミラープレートとの間で第１の間隙を規定し、
前記延長プレートは、前記ミラープレートとポストを介して接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記基板との間で第２の間隙を規定する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
別の基板上に堆積された電極であって、当該電極と前記延長プレートとの間に第１の静電界が作られ得るように前記延長プレートに近接して置かれる電極をさらに備え、
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記電極が堆積された前記基板との間に第３の間隙を規定する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記延長プレートは、前記基板を基準にして前記ミラープレートの向こう側にある、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記延長プレートは電気的に導電性である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記延長プレートは、１．０よりも大きい誘電率を有する誘電体である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記延長プレートは前記ミラープレートを越えて延びている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ミラープレートは、前記基板の上から見たときに前記ミラープレートの対角線と平行であるがずれた回転軸に沿って前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記延長プレートは、前記ヒンジ支持体と前記基板との間の距離と同じ距離で前記基板から離れている、請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
第１の静電界が第１の電極と前記延長プレートとの間に作られ得て、第１の回転方向において前記第１の静電界に応じて前記基板に対して前記ミラープレートが回転するように、前記延長プレートに近接して置かれた第１の電極をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
第２の静電界が前記ミラープレートと前記第２の電極との間に作られ得て、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向において前記第２の静電界に応じて前記基板に対して前記ミラープレートが回転するように、前記ミラープレートに近接して置かれた第２の電極をさらに備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記ヒンジ支持体が接続された前記基板以外の基板上にある、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の電極は前記ヒンジ支持体が接続された前記基板以外の基板上にあり、
前記第２の電極は前記ヒンジ支持体が接続された前記基板上にある、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第２の電極は、前記ヒンジ支持体が接続された前記基板の表面上の電極膜である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
基板と、
ヒンジおよびヒンジ支持体を介して前記基板に接続され、前記基板上の前記ヒンジと前記ヒンジ支持体によって保持される反射ミラープレートと、
前記ミラープレートに接続され、前記ミラープレートと前記ヒンジと前記ヒンジ支持体とを介して前記基板に接続された延長プレートと
を備えたマイクロミラー装置。
【請求項１７】
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記ミラープレートとの間で第１の間隙を規定し、
前記延長プレートはポストを介して前記ミラープレートに接続される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記基板との間で第２の間隙を規定する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
別の基板上に配置された電極であって、第１の静電界が当該電極と前記延長プレートとの間に作られ得るように、前記延長プレートに近接して置かれた電極をさらに備え、
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記電極が配置される基板との間で第３の間隙を規定する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記延長プレートは、前記基板を基準にして前記ミラープレートの向こう側にある、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記延長プレートは電気的に導電性である、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記延長プレートは、誘電率が１．０よりも大きい誘電体である、請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
前記延長プレートは前記ミラープレートを越えて延びている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
前記ミラープレートは、前記基板を上から見たときに前記ミラープレートの対角線と平行であるがずれた回転軸に沿って前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
前記延長プレートは、前記ヒンジ支持体と前記基板との間の距離と同じ距離で前記基板から離れている、請求項１７に記載の装置。
【請求項２６】
第１の静電界が前記第１の電極と前記延長プレートとの間に作られ得て、第１の回転方向において前記第１の静電界に応じて前記基板に対して前記ミラープレートが回転するように、前記延長プレートに近接して置かれる第１の電極をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２７】
第２の静電界が前記ミラープレートと第２の電極との間に作られ得て、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向において前記第２の静電界に応じて前記基板に対して前記ミラープレートが回転するように、前記ミラープレートに近接して置かれる第２の電極をさらに備える、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記ヒンジ支持体が接続される前記基板以外の基板上にある、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１の電極は前記ヒンジ支持体が接続される前記基板以外の基板上にあり、
前記第２の電極は前記ヒンジ支持体が接続される前記基板上にある、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記第２の電極は、前記ヒンジと前記ヒンジ支持体とが接続される前記基板の表面上の電極膜である、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
基板と、
前記基板に接続されたヒンジおよびヒンジ支持体と、
前記基板を上から見たときに前記ミラープレートの対角線から離れて位置づけられた取り付け点で前記ヒンジに取り付けられる反射ミラープレートと、
前記ミラープレートに接続される延長プレートと
を備えるマイクロミラー装置。
【請求項３２】
前記延長プレートは、前記基板を基準にして前記ミラープレートの向こう側にある、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記延長プレートは金属性である、請求項３１記載の装置。
【請求項３４】
光源と、
前記光源からの光を選択的に反射するマイクロミラーのアレイであって、
各マイクロミラーは、
基板と、
前記基板に接続されたヒンジおよびヒンジ支持体と、
可動式反射ミラープレートであって、前記ミラープレート上の第１の地点で前記ヒンジが取り付けられる可動式反射ミラープレートと、
前記ミラープレート上の第２の地点で前記ミラープレートに接続される延長プレートと
をさらに備える、マイクロミラーのアレイと、
前記光源からの光を空間光変調器へ向け、前記マイクロミラーから反射された光を表示ターゲットへ投射するため一セットの光学素子と
を備える表示装置。
【請求項３５】
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記ミラープレートとの間で第１の間隙を規定し、
前記延長プレートはポストを介して前記ミラープレートに接続される、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項３６】
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記基板との間で第２の間隙を規定する、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項３７】
前記延長プレートに近接して置かれる電極であって、第１の静電界が当該電極と前記延長プレートとの間に作られ得るように、別の基板上に配置された電極をさらに備え、
前記延長プレートは、前記延長プレートと前記電極が配置される基板との間で第３の間隙を規定する、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項３８】
前記ミラープレートは、前記基板を基準にして前記ミラープレートの向こう側にある、請求項３４に記載の装置。
【請求項３９】
前記延長プレートは電気的に導電性である、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項４０】
前記延長プレートは、前記マイクロミラープレートを越えて延びている、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項４１】
前記ミラープレートは、前記基板を上から見たときに前記ミラープレートの対角線と平行であるがずれた回転軸に沿って前記ミラープレートが回転するように前記ヒンジに取り付けられている、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項４２】
前記延長プレートは、前記ヒンジ支持体と前記基板との間の距離と同じ距離で前記基板から離れている、請求項３５に記載の表示装置。
【請求項４３】
第１の静電界が第１の電極と前記延長プレートとの間に作られ得て、第１の回転方向において前記第１の静電界に応じて前記基板に対して前記ミラープレートが回転するように前記延長プレートに近接した第１の電極をさらに備える、請求項３４に記載の表示装置。
【請求項４４】
第２の静電界が前記ミラープレートと前記第２の電極との間に作られ得て、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向において前記第２の静電界に応じて前記基板に対して前記ミラープレートが回転するように前記ミラープレートに近接した第２の電極をさらに備える、請求項４３に記載の表示装置。
【請求項４５】
前記第２の電極は、前記ヒンジ支持体が接続された前記基板の表面上の電極膜である、請求項４４に記載の表示装置。
【請求項４６】
マイクロミラー装置を作製する方法であって、前記方法は、
基板上に第１の犠牲層を堆積することと、
前記第１の犠牲層の上にミラープレートを形成することと、
前記ミラープレート上に第２の犠牲層を堆積することと、
ヒンジとヒンジ支持体と延長プレートとを形成することとを含み、
前記ヒンジと前記ヒンジ支持体と前記延長プレートとを形成する工程は、前記ミラープレートの第１の部分を露出するように、前記ミラープレートの上方の第１の地点で前記第２の犠牲層の第１の部分を除去することと、
前記第２の犠牲層と前記ミラープレートの前記露出した第１の部分との上に前記延長プレートを堆積することと、
前記第１および第２の犠牲層を除去することとをさらに含む、方法。
【請求項４７】
前記延長プレートを形成する前に、第３の犠牲層を堆積することと、
前記第３の犠牲層の上に前記延長プレートを形成することとをさらに含み、
前記第１および第２の犠牲層を除去する工程は、前記第３の犠牲層を除去することをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記ヒンジと前記ヒンジ支持体と前記延長プレートとを形成する工程は、前記ミラープレートの第２の部分を露出するように前記ミラープレートの上方の第２の地点で前記第２の犠牲層の第２の部分を除去することと、
前記第２の犠牲層と前記ミラープレートの前記露出した第２の部分との上に前記ヒンジを堆積することとをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１および第２の犠牲層を除去する工程は、非プラズマの自発的な化学気相エッチャントを備えた自発的な気相エッチングを用いて、前記第１および第２の犠牲層をエッチングすることをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記化学気相エッチャントは気相ハロゲン間化合物である、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記化学気相エッチャントは気相希ガスハロゲン化物である、請求項４９に記載の方法。      
【請求項５２】
前記希ガスハロゲン化物は二フッ化キセノンである、請求項５１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、微小電気機械システムの技術に関し、特に、静電界を用いてマイクロミラーの結合を高めるための機構を備えたマイクロミラーに関する。
【０００２】
空間光変調器（ＳＬＭ）は、光学的または電気的入力に応じて入射光線を空間的パターンに変調する変換器である。入射光線は、位相、強度、偏光または方向が変調され得る。この変調は、光磁気、電気光学または弾性的特性を示す種々の材料を用いて達成され得る。ＳＬＭは、光情報処理、表示装置および静電印刷を含む多くの用途を有する。
【０００３】
投射型表示装置で使用するために設計された初期のＳＬＭが、Ｎａｔｈａｎｓｏｎの米国特許第３，７４６，９１１号に記載されている。このＳＬＭの個々の画素は、従来の直視型陰極線管（ＣＲＴ）のように、走査電子ビームによってアドレスされる。蛍光体を励起する代わりに、電子ビームが、石英の面板上に並べられた偏向可能な反射性素子を帯電させる。帯電した素子は、静電力によって面板の方へ屈曲する。屈曲した素子と屈曲していない素子とは、平行な入射光線を異なる方向に反射する。屈曲していない素子から反射された光は、一セットのシュリーレンストップ（Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ  ｓｔｏｐｓ）によって遮られ、一方、屈曲した素子からの光は投射光学系を通過し、スクリーン上にイメージを形成する。別の電子ビームアドレス型のＳＬＭとして、Ｅ．Ｂａｕｍａｎｎ、“Ｔｈｅ  Ｆｉｓｃｈｅｒ  ｌａｒｇｅ−ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）”２０  Ｊ．ＳＭＰＴＥ  ３５１（１９５３）に記載されているアイドホール（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）がある。このシステムでは、アクティブな光学素子は、入射光を回折するように電子ビームによって周期的に凹部を設けられた油膜である。アイドホールシステムの欠点は、電子が絶え間なく衝突することによって油膜が重合し、また油蒸気のためカソード寿命が短くなることである。これらの両システムの欠点は、かさばりかつ高価な真空管を用いる点にある。
【０００４】
可動素子がシリコン基板上の電気回路を介してアドレスされるＳＬＭが、Ｋ．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，“Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ａｒｒａｙ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ”３１  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ．５２１（１９７７）に記載されている。このＳＬＭは、シリコン基板の上方に１６×１個のカンチレバーミラーのアレイを含んでいる。ミラーは二酸化シリコンから形成され、反射性の金属コーティングを有している。ミラー下部の空間は、ＫＯＨエッチによってシリコンをエッチング除去することにより形成される。ミラーは静電引力により偏向される。すなわち、反射性素子と基板との間に電圧バイアスがかけられ、静電力を生成する。２次元アレイを備えた同様のＳＬＭが、ＨａｒｔｓｔｅｉｎおよびＰｅｔｅｒｓｏｎの米国特許第４，２２９，７３２号に記載されている。このＳＬＭのスイッチング電圧は偏向可能なミラー素子を１つの角部のみで接続することによって低減されているが、断片的な有効領域が小さいため、この装置の光効率は低い。加えて、アドレス回路からの回折のため、ディスプレイのコントラスト比（変調深さ）が低下する。
【０００５】
別のＳＬＭ設計として、Ｂｌｏｏｍらの米国特許第５，３１１，３６０号に記載されたグレーティングライトバリュー（ＧＬＶ）がある。このＧＬＶの偏向可能な機械的素子は、反射性の平坦な梁部またはリボンである。このリボンと基板との両方から光が反射する。もし反射性リボンおよび反射性基板の表面間の距離が波長の２分の１であれば、２つの表面から反射された光は強め合うように合算され、当該装置はミラーのように作用する。もしこの波長が波長の４分の１であれば、２つの表面から直接反射された光は弱め合うように干渉し、当該装置は回折格子として作用することにより、光を回折状態で送り出す。各画素位置でアクティブ半導体回路を用いる代わりに、’３６０号特許のアプローチは、固有の電気機械的双安定性を利用してパッシブアドレス法を実現している。これには双安定性がある。なぜならば、偏向のために必要となる機械的な力がほぼ直線的である一方で、静電力は逆二乗則に従うからである。電圧バイアスが印加されると、リボンは偏向する。リボンがある点を越えて偏向されると、復元しようとする機械的な力は静電力とバランスが取れなくなり、リボンは基板の方に折れる（スナップする）。リボンが非偏向位置に戻るためには、電圧はスナップ電圧よりも実質的に低くされなければならない。ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着：ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）窒化シリコンなどの機械的な質の高いセラミック膜を用いてリボンを形成することができる。しかしながら、ＧＬＶにはいくつかの困難性が存在する。１つの問題は、パッシブアドレス法では、高いフレームレート（ＳＬＭフィールド全体が更新されるレート）を得られないかもしれないことである。加えて、パッシブアドレス法では、リボンはオフ時においてもわずかに偏向する。これにより、達成可能なコントラスト比が低減する。また、装置は略平坦であるが、ＤＭＤと同様に画素間の領域から光が散乱し、コントラスト比がさらに低下する。
【０００６】
別の回折型ＳＬＭとして、Ｐ．Ａｌｖｅｌｄａ、“Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｃｏｌｏｒ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ”３０７  ＳＩＤ  ９５Ｄｉｇｅｓｔに記載されたマイクロディスプレイがある。このＳＬＭは、格子パターンに配列された電極の上に液晶層を用いる。画素は、適切な電圧を交互に電極に印加することによってオンオフされ得る。この装置はアクティブアドレスされ、ＧＬＶよりも良好なコントラスト比を有する。しかしながら、この装置は液晶の複屈折性に基づき、偏光を必要とするため、光効率が低下する。さらに液晶の応答時間が遅い。したがって、カラーを達成するためには３つの装置（すなわち各原色用に１つずつ）が並列に用いられなければならない。この構成だと光学系が高価になる。
【０００７】
大きな断片的な光学的有効領域を有するシリコン系の微小機械ＳＬＭとして、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓにより開発されたＨｏｒｎｂｅｃｋの米国特許第５，２１６，５３７号およびその他の文献に記載されたデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）がある。
【０００８】
したがって、高解像度、高充填比（ｈｉｇｈ  ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ）および高コントラスト比を有する空間光変調器が必要である。さらに、偏光を必要とせず、ゆえに光学的に効率よくかつ機械的に丈夫な（ｒｏｂｕｓｔ）空間光変調器が必要である。
【０００９】
この目的は添付の独立請求項の特徴によって達成される。本発明の好適実施形態は従属請求項で特徴付けられる。システムのマイクロミラー装置は、静電界を有するマイクロミラー装置の結合を高める機構を備える。
【００１０】
本発明の一実施形態においてはマイクロミラー装置が開示される。マイクロミラー装置は、基板と、基板と接続されたヒンジおよびヒンジ支持体と、可動式反射ミラープレートでミラープレート上の第１の地点でヒンジが取り付けられる可動式反射ミラープレートと、ミラープレート上の第２の地点でミラープレートに接続される延長プレートとを備える。
【００１１】
本発明の別の実施形態においてはマイクロミラーアレイ装置が開示される。マイクロミラーアレイ装置は、基板と、ヒンジとヒンジ支持体を介して基板に接続され、基板上のヒンジおよびヒンジ支持体によって保持される反射ミラープレートと、ミラープレートに接続され、ミラープレートとヒンジとヒンジ支持体とを介して基板に接続された延長プレートとを備える。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態においてはマイクロミラー装置が開示される。装置は、基板と、基板に接続されたヒンジおよびヒンジ支持体と、基板を上から見るとミラープレートの対角線から離れて位置する取り付け点でヒンジに取り付けられる反射ミラープレートと、ミラープレートに接続される延長プレートとを備える。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態においては表示装置が開示される。表示装置は、光源と；光源からの光を選択的に反射するマイクロミラーのアレイであって、各マイクロミラーは、基板と、基板に接続されたヒンジおよびヒンジ支持体と、可動式反射ミラープレートであってミラープレート上の第１の地点でヒンジが取り付けられる可動式反射ミラープレートと、ミラープレート上の第２の地点でミラープレートに接続される延長プレートとをさらに備えるマイクロミラーのアレイと；光源からの光を空間光変調器に向け、マイクロミラーからの反射光を表示ターゲット上に投射するための一セットの光学素子とを備える。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態においてはマイクロミラー装置を作製する方法が開示されている。上記方法は、基板に第１の犠牲層を堆積することと、第１の犠牲層の上にミラープレートを形成することと、ミラープレート上に第２の犠牲層を堆積することと、ヒンジとヒンジ支持体と延長プレートとを形成することとを含み、前記ヒンジと前記ヒンジ支持体と前記延長プレートとを形成する工程は、ミラープレートの上方の第１の地点で第２の犠牲層の第１の部分を除去してミラープレートの第１の部分を露出させることと、第２の犠牲層とミラープレートの露出した第１の部分との上に延長プレートを堆積することと、第１の犠牲層および第２の犠牲層を除去することとをさらに含む。
【００１５】
本発明の好適実施形態が以下のように要約される。ミラープレートとヒンジと延長プレートとを備えるマイクロミラー装置が、当該マイクロミラー装置を作製する方法とともに開示される。延長プレートは、ミラープレートを回転するためにミラープレート上で且つミラープレートとミラープレートに対応する電極との間に形成される。延長プレートは金属性または誘電性であってもいい。そのようなマイクロミラー装置を作製する方法もまた開示される。特に、延長プレートはミラープレートの形成後に形成される。さらに、光源に加えそのようなマイクロミラーのアレイを有する空間光変調器と、集光光学系と、マイクロミラーのアレイから選択的に反射される光をターゲット上で投射する投射光学系とマイクロミラーのアレイを選択的に作動させるための制御器とを備え、光源からの光がマイクロミラーのアレイで集光される投射システムもまた開示される。
【００１６】
添付の特許請求の範囲は本発明の特徴を特定的に記載しているが、本発明ならびにその目的および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに参照することによって最もよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１ａは空間光変調器を採用した例示的な表示装置を図示する。
【００１８】
図１ｂは、３つの原色（すなわち赤、緑、青色）光線をそれぞれ変調するための３つの空間光変調器を採用した別の表示装置を概略的に示すブロック図である。
【００１９】
図１ｃは図１ｂの表示装置を図示する例示的な図である。
【００２０】
図２は図１ａの例示的な空間光変調器の断面図である。
【００２１】
図３ａは本発明の一実施形態にかかる例示的なマイクロミラー装置を示す。
【００２２】
図３ｂは図３ａのマイクロミラー装置のアレイを備えたマイクロミラーアレイ装置を示す。
【００２３】
図４ａは本発明の別の実施形態にかかる別の例示的なマイクロミラーを示す。
【００２４】
図４ｂは図４ａの複数のマイクロミラー装置を備えるマイクロミラーアレイ装置を示す。
【００２５】
図４ｃは本発明のさらに別の実施形態にかかるさらに別の例示的なマイクロミラー装置を示す。
【００２６】
図４ｄは図４ｃの複数のマイクロミラー装置を備えたマイクロミラーアレイ装置を示す。
【００２７】
図５はさらに別の例示的なマイクロミラーを示す。
【００２８】
図６は本発明の一実施形態にかかるマイクロミラー装置の断面図である。
【００２９】
図７は本発明の別の実施形態にかかるマイクロミラー装置の断面図である。
【００３０】
図８ａから図８ｄは、例示的な製造プロセスの異なった工程でのマイクロミラー装置の側面図である。
【００３１】
図９は解放後の図８ａから図８ｄのマイクロミラー装置の断面図である。
【００３２】
図１０は解放後の図８ａから図８ｄのマイクロミラー装置の側面図である。
【００３３】
図１１ａから図１１ｄは別の例示的な製造プロセスの異なった工程でのマイクロミラー装置の側面図である。
【００３４】
可動式マイクロミラーおよびマイクロミラーアレイなどのＭＥＭＳデバイスを微細製造するためのプロセスが、米国特許第５，８３５，２５６号および第６，０４６，８４０号（いずれもＨｕｉｂｅｒｓ）に記載されている。これら各々の内容（ｓｕｂｊｅｃｔ  ｍａｔｔｅｒ）を本願において援用する。ＭＥＭＳ可動素子（例えばマイクロミラー）をウェハ基板（例えば、透光性基板またはＣＭＯＳもしくはその他の回路を備える基板）上に形成するための同様のプロセスが本願において示される。「光透過性」とは、少なくとも装置の動作中に材料が光を透過することを意味する（当該材料は、製造中に基板の取り扱い性を改善するためにその上に一時的に遮光層を有していてもよく、あるいは使用中の光散乱を減少させるために部分的な遮光層を有してもよい。いずれにせよ、可視光用途については、基板の一部は使用中は可視光線を透過することが好ましく、光は装置内に入射し、マイクロミラーによって反射され、装置から再び出射することができる。もちろん、すべての実施形態が透光性基板を用いるわけではない）。「ウェハ」とは、多数のマイクロミラーまたはマイクロ構造アレイが形成され、ダイに分割することができる（各ダイがその上に１つ以上のマイクロミラーを有する）ような任意の基板を意味する。全ての状況においてではないが、各ダイは、個々にパッケージングされて販売される１つのデバイスまたは製品であることが多い。多数の「製品」またはダイをより大きな基板またはウェハ上に形成することにより、各ダイを別々に形成することに比べ、より低価格でより早く製造することができる。もちろん、ウェハは任意のサイズまたは形状であり得るが、標準的な製造工場において製造することができるように、ウェハは従来の円形または略円形ウェハ（例えば直径４インチ、６インチまたは１２インチ）であることが好ましい。
【００３５】
２００１年７月２０日付けで出願された米国特許出願第０９／９１０，５３７号および２００１年６月２２日付けで出願された第６０／３００，５３３号（いずれもＲｅｉｄ）は、本発明の種々の部品に用いられ得る材料の例を含んでいる。これらの出願を本願に援用する。
【００３６】
本発明は、静電界を用いてマイクロミラー装置の結合を高めるための機構を備えたマイクロミラー装置を開示する。マイクロミラー装置は、種々の用途（例えばマスクレスリソグラフィー、原子分光分析、マイクロミラーアレイのマスクレス製造、信号処理、顕微鏡分析など）を有し、そのうちの１つが表示装置内にある。マイクロミラー装置を採用した典型的な表示装置が図１ａに示されている。非常に基本的な構成において、この表示装置は、光源１０２と、光学デバイス（例えばライトパイプ１０４、集光光学系１０６および投射光学系１０８）と、表示ターゲット１１２と、複数のマイクロミラー装置（例えばマイクロミラー装置のアレイ）をさらに備えた空間光変調器１１０とを備えている。光源１０２（例えばアーク燈）は、光積分器／パイプ１０４および集光光学系１０６を通って空間光変調器１１０上に光を導く。空間光変調器１１０のマイクロミラーは、（例えば２００２年５月１４日付けで発行され、本願において援用される米国特許第６，３８８，６６１号に開示されているような）制御器によって、「ＯＮ」位置では入射光を投射光学系１０８内で反射するよう選択的に作動され、その結果、表示ターゲット１１２（スクリーン、観察者の目、感光性材料など）上で画像となる。例示的な作動方法が、いずれもＲｉｃｈａｒｄｓによる米国特許第６，３８８，６６１号および２００３年１月１０日付けで出願された米国特許出願第１０／３４０，１６２号に開示され、それぞれの内容は本願に援用される。概して、より複雑な光学装置が用いられ、特に図１ｂおよび図１ｃの表示装置のようなカラー画像用の表示用途で用いられることが多い。
【００３７】
図１ｂを参照すると、３つの空間光変調器を採用した表示装置を図示するブロック図が示されている。各空間光変調器は、３つの原色（すなわち、赤、緑および青色）光線を別々に変調するよう指定されている。図示するように、光源１０２からの光１７４は、光学フィルタ１７６を通過して、３色の光線、すなわち赤色光１７６、緑色光１７８および青色光１８０に分離される。各色の光線は別々の空間光変調器に衝突して、それによって変調される。特に、赤色光１７６、緑色光１７８および青色光１８０は、各々がマイクロミラーアレイ装置でできる空間光変調器１８２、１８４、１８６にそれぞれ衝突し、変調される。変調した赤色光１８８、緑色光１９０および青色光１９２は光結合器１９４で再び結合し、変調されたカラー画像を作り出す。結合した色光１９６は視覚用の表示ターゲット１１２上に（例えば投射レンズによって）向けられる。図１ｂのブロック図に基づく簡単な表示装置が図１ｃに示される。
【００３８】
図１ｃを参照すると、表示装置は入射光を３つの原色光線に分離するダイクロイックプリズムアセンブリ２０４を採用する。ダイクロイックプリズムアセンブリは、プリズム１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃ、１７６ｄ、１７６ｅおよび１７６ｆからなる。全反射（ＴＩＲ）面、すなわちＴＩＲ面２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃは、空隙に面するプリズム面として規定される。プリズム１７６ｃ、１７６ｅの面１９８ａ、１９８ｂはダイクロイック膜で覆われ、ダイクロイック面が得られる。特に、ダイクロイック面１９８ａは緑色光を反射し、他の光を透過する。ダイクロイック面１９８ｂは赤色光を反射し、他の光を通過する。各々マイクロミラーアレイ装置を有する３つの空間光変調器１８２、１８４、１８６が、プリズムアセンブリの周りに配置される。
【００３９】
光学系が図１ａの単独のマイクロミラーアレイ装置を利用するかまたは図１ｂおよび図１ｃの多数のマイクロミラーアレイ装置を利用するかに拘わらず、光透過基板からの反射は最小であるのが好ましい。動作中では、光源１０２からの入射白色光１７４がプリズム１７６ｂ内に入り、ＴＩＲ面２０５ａの臨界ＴＩＲ角度よりも大きな角度でＴＩＲ面２０５ａの方へ向けられる。ＴＩＲ面２０５ａは、入射白色光の青色光成分を変調するよう指定された空間光変調器１８６の方へ入射白色光を内部で全反射する。ダイクロイック面１９８ａでは、ＴＩＲ面２０５ａから内部で全反射された光の緑色光成分が分離され、緑色光を変調するよう指定された空間光変調器１８２の方へ反射される。図からわかるように、分離された緑色光は、所望の角度で空間光変調器１８２を照射するために、ＴＩＲ面２０５ｂによって全反射され得る。このことは、分離した緑色光がＴＩＲ面２０５ｂ上へ入射する角度をＴＩＲ面２０５ｂの臨界ＴＩＲ角度よりも大きくなるよう配置することによって達成可能である。ＴＩＲ面２０５ａからの反射光のうち緑色光以外の残りの光成分は、ダイクロイック面１９８ａを通って、ダイクロイック面１９８ｂで反射される。ダイクロイック面１９８ｂは赤色光成分を反射するよう指定されているので、ダイクロイック面１９８ｂ上への入射光のうち赤色光成分は分離され、赤色光を変調するよう指定された空間光変調器１８４で反射される。最後に、白色入射光（白色光１７４）の青色成分が空間光変調器１８６に到達し、それによって変調される。３つの空間光変調器の協働動作によって、赤色、緑色および青色光は適切に変調されることができる。変調された赤色、緑色および青色光は再び集光され、必要な場合には投射レンズ２０２などの光学素子を通して表示ターゲット１１２上へ導かれる。
【００４０】
概して、空間光変調器は、何千または何百万の列のマイクロミラー装置を備えている。図２は、図１ａから図１ｃの表示装置で採用された例示的なマイクロミラーアレイ装置の断面図を示している。図２を参照すると、マイクロミラーアレイ装置１１０は、基板１２０上に形成されたマイクロミラー（例えばマイクロミラー１２２）のアレイを備える。基板１２０は、この特定例では可視光に対して透過性のガラスである。マイクロミラーは、表示ターゲット（例えば図１ａの表示ターゲット１１２）上で画像または動画を生成するための投射レンズ（例えば図１ａの投射レンズ１０８）上またはそこから離れて入射光を選択的に反射することによって入射光を空間的に変調する。マイクロミラーによって入射光を選択的に反射することは電極（例えば電極１２６）のアレイおよび回路（図示せず）で達成される。具体的には、各マイクロミラーは、ミラープレートを備えており、そのミラープレートは電極に対応している。従って、ミラープレートと対応する電極との間に静電界が形成される。形成された静電界に応じて、ミラープレートはＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかに回転する。ＯＮ状態では、ミラープレートは入射光を投射レンズへ反射し、ＯＦＦ状態ではミラープレートは入射光を投射レンズから離れるように反射する。この特定例では、電極のアレイおよび回路は基板１２４上に形成されており、基板は半導体ウェハであるのが好ましい。あるいは、電極および回路は、ここでは図示していないが、マイクロミラーと同じ基板上に形成することもできる。
【００４１】
図３ａを参照すると、例示的なマイクロミラー装置の斜視図が示されている。図からわかるように、ヒンジ支持体２１０が基板１２０上に形成されている。基板１２０は可視光を透過するガラス基板である。基板に接続されたヒンジ支持体は、２つのポスト２１８を含み得る。ヒンジ２１４は、ヒンジ支持体に取り付けられている。ミラープレート２３０は、ヒンジ接触部２１６を介してヒンジ２１４に取り付けられている。この特定例では、ミラープレートとヒンジとの取り付け点はミラープレートの対角線（例えばヒンジ支持体の２つのポストを結ぶ線に沿った対角線）から離れた地点にある。この構成によって、ミラープレートは、基板１２０の上から見るとミラープレートの対角線と平行であるがずれた回転軸に沿って回転しやすくなる。「対角線と平行であるがずれた」とは、回転軸がマイクロミラーの対角線と正確に平行であるかまたは略平行（±１０度）であることを意味する。この種の設計は、多数の方法でマイクロミラー装置の性能に有利である。この非対称で位置ずれした配置の１つの利点は、マイクロミラープレートが、（ミラープレートと基板との間の隙間は同じで）対称な配置で達成されるよりも大きな回転角度で回転できることである。ポスト、ヒンジおよびヒンジ接触部に加え、ヒンジ支持体２１０は追加的な特徴を含んでもよい。例えば、ストップ２１１ａがミラープレートの回転をＯＮ状態で止めるためにヒンジ支持体の一部であり得て、それゆえストップ２１１ａがマイクロミラーアレイ装置のマイクロミラーに対して一様なＯＮ状態角度を規定するために用いられることができる。ストップ２１１ｂはまたヒンジ支持体の一部であってもよい。このストップは、ミラープレートの回転をＯＦＦ状態で止めるために用いられることができ、それゆえマイクロミラーアレイのマイクロミラーに対して一様なＯＦＦ状態を規定する。基板に対して回転させるようミラープレートを駆動するために、上に電極および回路（図示せず）を有する基板１２４がミラープレートに近接して置かれる。
【００４２】
動作中、第１の電圧がミラープレートに印加され、第２の電圧がミラープレートに対応する電極に印加される。ミラープレートと電極との間の電圧差およびそれらの間の距離によって、ミラープレートに加わる静電力の強度が決まり、それゆえミラープレートの回転角度が決まる。ミラープレートと、電極と、ミラープレートと電極との間の電圧差とが与えられると、ミラープレートと電極との間の距離によって静電力が決まる。特に、ミラープレートに加わる静電力は、ミラープレートと電極との間の「実効的な距離」を低減することによって強められることができる。このことは、本発明にかかるミラープレートと電極との間に延長プレート２１２を設けることによって達成される。本発明の一実施形態において、延長プレートは、基板（例えば基板１２０）を基準にしてミラープレートの向こう側にあり、そこではヒンジ支持体（例えばヒンジ支持体２１０）とヒンジが接続されている。延長プレートはポスト２３６を介してミラープレートに接続され、ミラープレートとヒンジとヒンジ支持体とを介して基板１２０に接続される。ミラープレート上のポスト２３６の地点はミラープレートの中心でも対角線でもない。これらの相対的な位置は、マイクロミラー装置の断面図を示している図６においても理解できる。図６に示すように、延長プレートは、延長プレートと電極１２６との間の第１の間隙Ｇ１と、延長プレートとミラープレートとの間の第２の間隙Ｇ２とを規定する。延長プレートが図４ｃに示すようにミラープレートを越えて延びる場合、延長プレートは、延長プレートとミラープレートが接続される基板（例えば図６における基板１２０）との間で第３の間隙を規定する。
【００４３】
本発明の一実施形態において、延長プレートは金属性であり、ミラープレートと電気的に接続されている。動作中、ミラー延長プレートはミラープレートと同じ電圧を有している。しかしながら、延長プレートがミラープレートよりも電極に近くなると、延長プレートに加わる静電力はミラープレートに加わる力よりも大きくなる。つまり、ミラープレートを所望の角度まで回転させるために必要な電極とミラープレートとの間の電圧差に比べて、ミラープレートを同じ所望の角度まで回転させるのにより小さい延長プレートと電極との間の電圧差で十分である。本発明の実施形態において、延長プレートのミラープレートからの距離は、ヒンジ２１４とミラープレートとの間の距離と同じである。この種の配置によって、後述するマイクロミラー装置の製造が簡単になる。
【００４４】
本発明の別の実施形態において、延長プレートのミラープレートからの距離はヒンジからの距離とは異なる。例えば、図７に示されるように、延長プレートとミラープレートとの間の距離はヒンジとミラープレートとの間の距離よりも大きい。この状況で、所望の回転角度を達成するために、同じ所望の角度を達成するために図６のマイクロミラーで必要な電圧差よりも、必要な電圧差をさらに小さくすることができる。なお、ヒンジと延長プレートのミラープレートからの距離は同じである。
【００４５】
本発明のさらに別の実施形態において、延長プレートは１よりも大きい誘電率を有する誘電体プレートである。動作中、電圧が電極とミラープレートとに印加されて、電極とミラープレートとの間の電圧差が生じると、ミラープレートに加わる電気力は、間に誘電体プレートがなくミラープレートと電極との間に確立された同じ電圧差から生じるミラープレートに加わる電気力よりも大きくなる。つまり、ミラープレートを所望の角度まで回転させるために必要な電極とミラープレートとの間の電圧差と比較して、ミラープレートを同じ所望の角度まで回転させるのに必要な電圧差は小さい。延長プレートが金属性である実施形態と同様に、誘電体延長プレートが、ミラープレートとヒンジとの間の距離と同じかまたは異なる距離でミラープレートから離れ得る。
【００４６】
図３ｂを参照すると、マイクロミラーアレイ装置の斜視図が示されている。マイクロミラーアレイ装置は図３ａのマイクロミラーのアレイを備えている。表示用途では、各マイクロミラー装置は、画像または動画フレームの１画素（ｐｉｘｅｌ）に対応する。アレイ中のマイクロミラーの数によって、表示される画像および動画の解像度が決まる。本発明の実施形態において、マイクロミラーアレイ装置は、１２８０×７２０、１４０００×１０５０、１６００×１２００、１９２０×１０８０または２０４８×１５３６のマイクロミラー装置を備えることが好ましい。なお、ｍ×ｎ（例えば１２８０×７２０）とは、１２８０個のマイクロミラーがマイクロミラーアレイの長さに沿ってあり、７２０個のマイクロミラーがマイクロミラーアレイの幅に沿ってあることを表している。もちろん、他の所望の解像度に対応するマイクロミラーアレイも図３ａのマイクロミラー装置を用いて形成することができる。
【００４７】
図４ａを参照すると、本発明の別の実施形態にかかる別の例示的なマイクロミラー装置が示されている。この図に示されるように、延長プレート２２０は、基板１２０を基準にしてミラープレートの向こう側にあり、ここでは、ヒンジ支持体２１０とヒンジが接続されている。延長プレートは、ミラープレートを回転させるために、ミラープレートとそのミラープレートに対応する電極（図示せず）との間に置かれる。延長プレートはポスト２２１を介してミラープレートに接続され、ミラープレートとヒンジとヒンジ支持体とを介して基板１２０に接続される。ミラープレートのポスト２２１の地点はミラープレートの中心でも対角線でもない。図３ａの延長プレートとは異なり、延長プレート２２０はミラープレートを越えて延びている。さらに、延長プレートの形状は異なり、ポスト２２１など複数のポストを介してミラープレートに接続される。この特定例においては、延長プレートは矩形状である。実際には、延長プレートは、正方形、長方形、菱形または台形など所望の形状であればどのような形状をとってもよい。さらに延長プレートは任意の数のポストを介してミラープレートに接続され得る。図３ａの延長プレートと同様に、図４ａの延長プレートは金属性または誘電性であり得る。延長プレートが金属性である場合、延長プレートはミラープレートに電気的に接続される。いずれの状況でも、ミラープレートを所望の角度まで回転させるのに必要な電圧差は、ミラープレートと電極との間に延長プレートがない場合に比べて低減される。ミラープレートの回転をそれぞれＯＮ状態およびＯＦＦ状態で止めるためにストップ２１１ａ、２１１ｂなどの他の特徴がヒンジ支持体上に形成されてもよい。
【００４８】
図４ｂは、図４ａのマイクロミラーのアレイを有するマイクロミラーアレイ装置の斜視図を示している。この図に示すように、各マイクロミラーの延長プレートはミラープレートを越えて延びる。ミラープレートには延長プレートが接続されている。その結果、延長プレートは隣接するマイクロミラーのミラープレートを部分的に覆う。本発明の実施形態において、マイクロミラーアレイ装置は、１２８０×７２０、１４０００×１０５０、１６００×１２００、１９２０×１０８０または２０４８×１５３６のマイクロミラー装置を備えることが好ましい。なお、ｍ×ｎ（例えば１２８０×７２０）とは、１２８０個のマイクロミラーがマイクロミラーアレイの長さに沿ってあり、７２０個のマイクロミラーがマイクロミラーアレイの幅に沿ってあることを表している。もちろん、他の所望の解像度に対応するマイクロミラーアレイが図４ａのマイクロミラー装置を用いて形成されてもよい。
【００４９】
図４ｃを参照すると、本発明のさらに別の実施形態にかかる別の例示的なマイクロミラー装置が示されている。図３ａおよび図４ａのマイクロミラー装置と違い、マイクロミラー装置のヒンジ支持体２２４が異なって構成されている。特に、図３ａおよび図４ａにおけるストップ２１１ｂがヒンジ支持体から省かれている。そして、端部Ａなどのヒンジ支持体の端部がミラープレートの回転を止めるためのストップとして用いられる。ヒンジのこの構成によって、図３ａおよび図４ａの延長プレートと比べて延長プレート（例えば延長プレート２２２）を大きくすることができる。その結果、例えば図４ａのマイクロミラー装置など、より小型のミラー延長部を備えたマイクロミラー装置と比べて、ミラープレートを所望の角度まで回転させるのに必要な電気力が低減される。図３ａおよび図４ａの延長プレートと同様に、延長プレート２２２は金属性または誘電性であり得る。延長プレートが金属性の場合、延長プレートはミラープレートに電気的に接続され得る。延長プレートは、正方形、長方形、菱形または台形など所望の形状であればどのような形状をとってもよい。さらに延長プレートは任意の数のポストを介してミラープレートに接続することができる。延長プレートは、ミラープレートからヒンジまでの距離と同じかまたは異なった距離でミラープレートから離れ得る。特に、延長プレートはヒンジよりもミラープレートに近いかまたは遠くに離れていてもよい。
【００５０】
図４ｄを参照すると、例示的なマイクロミラーアレイ装置が示されている。マイクロミラーアレイ装置は、図４ｃのマイクロミラーのアレイを備える。マイクロミラー装置の構成によってミラー延長部を大きくすることができるので、アレイの各マイクロミラー装置のミラー延長部はマイクロミラー装置のミラープレートを越えて延びる。また、マイクロミラーの延長プレートは、図４ａの延長プレートと比較して、隣接するマイクロミラー装置のミラープレートのより大きな部分を覆う。
【００５１】
各マイクロミラー装置に対して１つの延長プレートを形成する代わりに、図５に示されるように、複数のミラー延長部がマイクロミラー装置上に形成されてもよい。図５の特定の例示的なマイクロミラー装置において、マイクロミラー装置は、各々が別々のポストを介してマイクロミラー装置のミラープレートに接続されている、２つの延長プレート２２６を備えている。あるいは、任意の数の延長プレートがミラープレート上に形成され得る。また、延長プレートをミラープレートに接続するために任意の数のポストが設けられ得る。
【００５２】
上述のマイクロミラー装置を構成するのに多数の方法がある。図８ａから図１１ｄを参照して例示的なプロセスを以下に述べる。例示的なプロセスは説明のためだけであって限定するものと解釈されるべきではないことが当業者に理解されよう。
【００５３】
図８ａから図８ｄは、マイクロミラー装置の例示的な製造プロセスにおける異なった工程でのマイクロミラー装置の側面図である（装置の断面図は図６に示されている）。ここで、マイクロミラー装置は、ヒンジと同じ距離でミラープレートから離れた延長プレートを有している。図８ａを参照すると、基板１２０が設けられている。第１の犠牲層２３２が基板上に堆積され、次いでミラープレート層２３０が堆積される。基板は、ガラス（例えば１７３７Ｆ、Ｅａｇｌｅ２０００）、石英、パイレックス（登録商標）およびサファイアであり得る。基板はまた、１つ以上の作動電極および／または制御回路（例えばＣＭＯＳ型ＤＲＡＭ）がその上に形成された半導体基板（例えばシリコン基板）であってもよい。第１の犠牲層は、アモルファスシリコンなどの適切な材料であればいかなる材料でもあり得るか、あるいは、犠牲材料の選択によっては、ポリマーまたはポリイミドもしくはポリシリコン、窒化シリコン、二酸化シリコン等および選択されたエッチャントであってもよい。第１の犠牲層がアモルファスシリコンである場合、第１の犠牲層は３００〜３５０℃で堆積され得る。第１の犠牲層の厚みは、マイクロミラー装置の大きさとマイクロミラー装置のミラープレートの所望の最大回転角度とによって広範囲であり得るが、５００Åから５０，０００Å、好ましくは約１０，０００Åの厚みであるのが好ましい。第１の犠牲層は、ＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤなどの適切な方法であればどのような方法を用いて基板の上に堆積されてもよい。
【００５４】
本実施形態の代替特徴として、反射防止膜（図示せず）が基板の表面上に堆積され得る。反射防止膜は、基板の表面からの入射光の反射を低減するために堆積される。必要に応じて、その他の光学的向上層をガラス基板のいずれかの面に堆積してもよい。光学的向上層に加えて、電気導電層が基板の表面上に堆積されてもよい。この電気導電層は、特にＯＦＦ状態まで回転させるようミラープレートを駆動するための電極として使用されることができる。
【００５５】
第１の犠牲層を堆積した後、ミラープレート２３０が第１の犠牲層上に堆積されパターニングされる。マイクロミラーは、対象となるスペクトル（例えば可視光スペクトル）の入射光を反射するように指定されているため、マイクロミラープレート層は、入射光に対して高反射性（好ましくは９０％以上）を示す１つ以上の材料でできていることが好ましい。マイクロミラープレートの厚みは、所望の機械（例えば弾性モジュール）、マイクロミラーの大きさ、所望のＯＮ状態角度とＯＦＦ状態角度およびミラープレートの電気的（例えば導電性）特性およびマイクロミラープレートを形成するために選択された材料の特性とによって広範囲であり得る。本発明の一実施形態において、ミラープレートは多層積層構造であり、約４００Åの厚みであるのが好ましいＳｉＯｘ層と、約２５００Åの厚みであるのが好ましいアルミニウムでできた光反射層と、約８０Åの厚みであるのが好ましいチタン層とを含む。アルミニウムに加えて、可視光に対して高反射性を有するＴｉ、ＡｌＳｉＣｕおよびＴｉＡｌなどの他の材料を光反射層に用いることもできる。これらのミラープレート層は、好ましくは約１５０℃の温度でＰＶＤによって堆積されることができる。
【００５６】
堆積後、ミラープレート層はパターニングされて図３ａのミラープレートのような所望の形状となる。マイクロミラーのパターニングは、標準的なフォトレジストパターニングを用いた後、マイクロミラープレート層の特定の材料に応じて、例えばＣＦ４、Ｃｌ２またはその他の適切なエッチャントを用いてエッチングすることによって達成されることができる。
【００５７】
ミラープレート２３０をパターニングした後、第２の犠牲層２３４がミラープレート２３０と第１の犠牲層２３２との上に堆積される。第２の犠牲層はアモルファスシリコンを含み得るか、あるいは第１の犠牲層に関する上述の種々の材料のうちの１つまたは複数を含めることができる。第１および第２の犠牲層は同じでなくてもよいが、好適な実施形態においては同一であり、後にこれらの犠牲層を除去するためのエッチングプロセスを簡略化できる。第１の犠牲層と同様に、第２の犠牲層はＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤなどの適切な方法であればどのような方法を用いて堆積されてもよい。本発明の実施形態において、第２の犠牲層は、約３５０℃で堆積されたアモルファスシリコンを含む。第２の犠牲層の厚みは９０００Å程度であり得るが、マイクロミラープレートとヒンジとの間の（マイクロミラープレートと基板とに対して垂直な方向において）所望の距離に応じて、例えば２０００Åから２０，０００Åの合理的な厚みであればいかなる厚みに調節することができる。ヒンジとミラープレートとは、０．５から１．５ミクロン、より好ましくは０．５から０．８ミクロン、さらに好ましくは０．８から１．２５ミクロン、さらに好ましくは１．２５から１．５ミクロンの大きさの間隙によって隔てられていることが好ましい。
【００５８】
本発明の好適な実施形態において、マイクロミラープレートはアルミニウムを含み、犠牲層（例えば第１および第２の犠牲層）はアモルファスシリコンを含む。しかしながら、この設計は、特にミラープレートの縁部あたりで、アルミニウムおよびシリコンの拡散に起因する欠陥の原因となり得る。この問題を解決するために、アルミニウム層がシリコン犠牲層から隔離できるように、第２の犠牲シリコン層を堆積する前にパターニングされたマイクロミラープレート上に保護層（図示せず）を堆積してもよい。この保護層は犠牲材料の除去後に除去されてもされなくてもよい。保護層が除去されない場合は、保護層はミラープレート上に堆積した後パターニングされる。
【００５９】
その後、堆積された第２の犠牲層は、この図に示すように、標準的なリソグラフィー技術の後にエッチングを用いて、２つの深ビア領域２１８と浅ビア領域２１６とミラー延長ビア２１３とを形成するためにパターニングされる。エッチング工程は、第２の犠牲層の特定の材料（複数可）に応じて、Ｃｌ２、ＢＣｌ３またはその他の適切なエッチャントを用いて行われ得る。２つの深ビア領域に跨る距離はマイクロミラープレートの規定された対角線の長さによる。本発明の一実施形態において、パターニング後の２つの深ビア領域に跨る距離は約１０μｍであるのが好ましいが、必要に応じて適切な距離であればどのような距離であってもよい。浅ビア領域を形成するために、ＣＦ４または他の適切なエッチャントを用いたエッチング工程が実施され得る。浅ビア領域は、適切な大きさであればどのような大きさでもあり得るが、２．２平方ミクロン程度であるのが好ましい。また、各深ビアの大きさは約０．５ミクロンである。
【００６０】
図８ｂに示されるように、第２の犠牲層をパターニングした後、ヒンジ支持層２３６、２３８がパターニングされた第２の犠牲層の上に堆積される。ヒンジ支持層（例えば図３ａの２１４）と、ミラープレートが回転できるようヒンジ支持層に取り付けられたミラープレート（例えば図３ａのミラープレート２３０）とを保持するように指定されているので、ヒンジ支持層は少なくとも弾性係数が大きい材料でできることが望ましい。本発明の一実施形態によると、層２３６は、ＰＶＤによって堆積された厚さが４００ÅのＴｉＮｘ（ＴｉＮｘを含み、１００Åから２０００Åの厚みを有していてもよいが）層と、ＰＥＣＶＤによって堆積された厚さが３５００ÅのＳｉＮｘ（ＳｉＮｘ層の厚みは２０００Åから１０，０００Åであってもよい）層２３８とを備える。もちろんその他の適切な材料および堆積方法（例えばＬＰＣＶＤまたはスパッタリングなどの方法）を用いてもよい。ＴｉＮｘ層は本発明には必要ではないが、少なくとも電荷に起因する静止摩擦を減少させるために、マイクロミラーとヒンジとの間の導電的な接触面を提供する。
【００６１】
図８ｃに示されるように、堆積後、層２３６、２３８が所望の構成（例えば図３ａのヒンジ支持体２１０）にパターニングされる。「ＯＮ」状態に対応するミラーストップ（例えば図３ａのミラーストップ２１１ａ）および／または「ＯＦＦ」状態に対応するミラーストップ（例えば図３ａのミラーストップ２１１ｂ）などのミラーストップを構成することができる。その後、１つまたは複数の適切なエッチャントを用いたエッチング工程が行われる。特に、これらの層は塩素の化学的作用またはフッ素の化学的作用を用いてエッチングされ得る。ここで、エッチャントは、ヒンジ支持層を化学的および物理的に選択的にエッチングするようエネルギーを与えられたペルフルオロカーボンまたはハイドロフルオロカーボン（またはＳＦ６）である（例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ3Ｆ8、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６など、あるいはより現実的には上記の組み合わせまたは追加的なガスとの組み合わせ（ＣＦ４／Ｈ２、ＳＦ６／Ｃｌ２など）、またはＣＦ２Ｃｌ２など、２つ以上のエッチング種を用いたガスを有するプラズマ／ＲＩＥエッチング、いずれも任意で１つ以上の不活性希釈剤とともに用いることが可能である）。もちろん、各ヒンジ支持体層をエッチングするために種々のエッチャントが採用されてもよい（例えば、塩素化学を金属層に、ハイドロカーボンまたはフルオロカーボン（またはＳＦ６）プラズマをシリコンまたはシリコン化合物層になど）。
【００６２】
ヒンジ支持層をエッチングした後、２つのポスト２１８（この図では２つのポストは重なっている）とヒンジ接触領域２１６とミラー延長ビア２１３とが形成される。ヒンジ接触領域２１６とミラー延長ビア２１３の底部分がエッチングによって除去され、それゆえヒンジ接触領域の下のミラープレートの一部が露出する。ミラープレートの露出部分は外部電源との電気的接触を形成するよう用いられる。エッチング後、層２３６、２３８の残滓とともに、ヒンジ接触領域２１６とミラー延長ビアの側壁（例えば側壁２４０）が残される。側壁上の残滓は、後に形成されるヒンジの機械的および電気的特性を向上させる助けとなる。
【００６３】
層２３６、２３８のパターニングおよびエッチングが完了した後、図８ｄに示されるように、ヒンジ層２４２が堆積されて、パターニングされる。本発明の実施形態において、ヒンジ層は電気的に導電性である。ヒンジ層の適切な材料の例として、Ａｌ、Ｉｒ、チタン、窒化チタン、酸化チタン（複数可）、炭化チタン、ＴｉＳｉＮｘ、ＴａＳｉＮｘまたはその他の三元以上の化合物である。チタンがヒンジ層に選択される場合、１００℃で堆積され得る。あるいは、ヒンジ層は、１００ÅのＴｉＮｘおよび４００ÅのＳｉＮｘなどの積層からできてもよい。
【００６４】
堆積後、ヒンジ（例えば図３ａのヒンジ２１４）をヒンジ領域２１６で形成し、延長プレート（例えば図３ａの延長プレート２１２）をミラー延長領域２１２で形成するためにエッチングを用いてヒンジ層がパターニングされる。ヒンジ支持層（層２３６、２３８）と同様に、ヒンジ層２４２は、塩素の化学作用またはフッ素の化学作用でエッチングされ得る。なお、エッチャントは、化学的および物理的にヒンジ層を選択的にエッチングするようにエネルギーを与えられたペルフルオロカーボンまたはハイドロフルオロカーボン（またはＳＦ６）である（例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ3Ｆ8、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６など、あるいはより現実的には上記の組み合わせまたは追加的なガスとの組み合わせ（ＣＦ４／Ｈ２、ＳＦ６／Ｃｌ２など）、またはＣＦ２Ｃｌ２など、２つ以上のエッチング種を有するガスを有するプラズマ／ＲＩＥエッチング、いずれも任意で１つ以上の不活性希釈剤とともに用いてもよい）。もちろん、各ヒンジ支持層をエッチングするために種々のエッチャントが採用されてもよい（例えば、塩素化学を金属層に、ハイドロカーボンまたはフルオロカーボン（またはＳＦ６）プラズマをシリコンまたはシリコン化合物層になど）。
【００６５】
上述の例において、延長プレートはヒンジと同じ材料を有し、延長プレートはヒンジと同じ距離でミラープレートから離れている。それによって、延長プレートは同時に製造（例えば堆積とエッチング）されることができる。延長プレートがヒンジと違う材料を含む場合、ヒンジおよび延長プレートはパターニングされたヒンジ支持層上に別々に製造されることができる。この場合、第３の犠牲層が堆積され得て、別個のエッチング工程が行われ得る。例えば、第３の犠牲層がパターニングされたヒンジ層上に堆積される（ミラー延長領域２１２でのヒンジ材料はヒンジ層をパターニングした後に除去される）。また、ヒンジとは異なった材料を含むミラー延長層を堆積するためのミラー延長領域２１２を露出するために、第３の犠牲層がパターニングされる。その後、堆積されたミラー延長層がパターニングされて、所望の延長プレートを形成する。上記の例において、ヒンジが形成され、次いで延長プレートが形成される。あるいは、ヒンジを形成する前に延長プレートが形成されてもよい。同様のプロセス（例えば、ミラー延長層を堆積、パターニングし、第３の犠牲層を堆積、パターニングし、次いでパターニングされたものの上にヒンジ層を堆積、パターニングすること）が行われることができる。これについてはさらに説明しない。
【００６６】
最後に、選択されたエッチャントで適切なエッチングプロセスを用いて犠牲層を除去することによってマイクロミラー装置が解放される。解放エッチングは、犠牲材料の自発的な化学的エッチング、好ましくは犠牲材料を化学的に（物理的ではなく）除去する等方性エッチングが可能な、エッチャントガスを利用する。そのような化学的エッチングおよびそのような化学的エッチングを行うための装置が、Ｐａｔｅｌらの１９９９年１０月２６日付で出願された米国特許出願第０９／４２７，８４１号、およびＰａｔｅｌらの２０００年８月２８日付で出願された米国特許出願第０９／６４９，５６９号に開示されている。これら各々の内容を本願において援用する。解放エッチングのための好ましいエッチャントは、任意で温度を加える以外にはエネルギーを与えられない、気相フッ化物エッチャントである。例として、ＨＦガス、二フッ化キセノンなどの希ガスハロゲン化物、ならびにＩＦ５、ＢｒＣｌ３、ＢｒＦ３、ＩＦ７およびＣｌＦ３などのハロゲン間化合物である。解放エッチングは、Ｎ２または不活性ガス（Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅなど）などの追加的なガス成分を含んでもよい。このようにして、残存する犠牲材料を除去し、微小機械構造が解放される。このような実施形態の一態様において、エッチング室でＸｅＦ２が希釈剤（例えばＮ２およびＨｅ）とともに供給される。ＸｅＦ２の濃度は好ましくは８Ｔｏｒｒであるが、濃度は１Ｔｏｒｒから３０Ｔｏｒｒ以上まで変化し得る。この非プラズマエッチングは好ましくは９００秒採用されるが、温度、エッチャント濃度、圧力、除去すべき犠牲材料の量、またはその他の要素によって、時間は６０から５０００秒まで変化し得る。エッチングレートは１８Å／ｓ／Ｔｏｒｒで一定に保たれ得るが、エッチングレートは１Å／ｓ／Ｔｏｒｒから１００Å／ｓ／Ｔｏｒｒまで変化してもよい。解放プロセスの各工程は、室温で行われることができる。
【００６７】
最終的な解放または中間のエッチング工程における使用について述べた上記のエッチャントおよびエッチング方法に加えて、単独または組み合わせで用いられ得る他の方法がある。これらの方法のうちいくつかは、ＡＣＴ、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＨＦ（液体）などのウェットエッチング、酸素プラズマ、ＳＣＣＯ２あるいは超臨界ＣＯ２（エッチャントとして超臨界ＣＯ２を用いることは、米国特許出願第１０／１６７，２７２号に記載され、本願において援用する）を含む。もちろん、選択されるエッチャントおよび方法は除去される犠牲材料および残される所望の材料に合わせられるべきである。
【００６８】
図９は、解放後のマイクロミラー装置の断面図を示している。また、図１０は図９の同じマイクロミラー装置の側面図を示している。
【００６９】
先に述べたように、延長プレート（図３ａの延長プレート２１２）は、ヒンジとは異なった距離でミラープレートから離れ得る。そのようなマイクロミラー装置の例示的な製造プロセスが図１１ａから図１１ｄを参照して以下に記載する。なお、図１１ａから図１１ｄはマイクロミラー装置の側面図を製造プロセスの異なった工程で示している（装置の断面図は図７で示されている）。
【００７０】
図１１ａを参照すると、図８ａから図８ｄで説明した同一の工程が、ヒンジ層をパターニングする前に行われる。この例示的なプロセスにおいて、図８ｄで示されるように、ミラー延長領域２１２でのヒンジ層がパターニング後に除去されるよう、ヒンジ層がパターニングされる。その後、図１１ｂに示されるように、第３の犠牲層２４４がパターニングされたヒンジ層の上に堆積される。堆積された第３の犠牲層の厚みによって、延長プレート（例えば図３ａの２１２）とミラープレート（例えば図３ａの２３０）との間の距離が決まる。堆積後、第３の犠牲層はパターニングされる。パターニングされた第３の犠牲層の上に、図１１ｃに見られるように、ミラー延長層が堆積、パターニングされる。最後に、エッチングを用いて３つの犠牲層を除去することによってマイクロミラー装置が解放される。解放後のマイクロミラーが図１１ｄに示されている。
【００７１】
図１１ａから図１１ｄは、ヒンジよりも大きな距離でミラープレートから離れた延長プレートを有するマイクロミラー装置の製造プロセスを示している。同様の製造プロセスが、ヒンジより短い距離でミラープレートから離れた延長プレートを有するマイクロミラー装置を製造するために続けることができる。
【００７２】
新規で有用な空間光変調器が本明細書で説明されてきたことが当業者に理解されよう。しかしながら、本発明の原理が適用され得る多くの可能な実施形態に鑑みて、本明細書において図面を参照して記載した実施形態は例示のためだけであって、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが理解される。例えば、本発明の趣旨から逸脱することなく、例示した実施形態を構成および詳細について修正できることを当業者は理解するであろう。したがって、本明細書で記載した発明は、以下の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるような実施形態全てを想定したものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【国際調査報告】
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