(57)【要約】  静止摩擦を低減したマイクロ機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス（２００）が提供されている。このＭＥＭＳデバイスは、基板に形成された中心電極（２１６）と、一対の外側電極（２２０）とを含む。中心電極は複数の延長部を備え、これら延長部は当該延長部（２１８）に散在した複数の溝（２２１）を形成している。外側電極は中心電極の溝内に配置された複数の延長部を含む。
2008538328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、複数の離間した延長部を有する第１電極であって、前記離間した延長部は、前記第１電極の両側面から延び、延長部と共に散在した複数の溝を形成する前記第１電極と、
前記第１電極の両側面に隣接する、前記基板に形成された一対の追加電極であって、前記第１電極の両側面に形成された溝内に配置されている、離間する複数の延長部を有する前記追加電極と、
を備えたマイクロ電気機械デバイス。
【請求項２】
前記基板に作動的に固定されたヨークを更に含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記基板に作動的に固定されたミラーを更に含む、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記ヨークは、内部に形成された溝を有し、前記ミラーは前記ヨークに形成されたミラーと係合するよう下方に延びるポストを有する、請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数の延長部のうちの少なくとも１つは、幾何学的に多角形の形状となっている、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
基板と、
前記基板に形成された第１電極であって、前記第１電極の第１部分から延びる少なくとも１つの延長部と、前記第１電極の第２部分から延びる少なくとも１つの延長部とを有し、前記第２部分は、前記第１部分に実質的に対向している前記第１電極と、
前記第１電極の前記第１部分に実質的に隣接する、前記基板に形成された第２電極であって、前記第１電極に向かって延びる少なくとも１つの延長部を有する前記第２電極と、
前記第１電極の前記第２部分に実質的に隣接する、前記基板に形成された第３電極であって、前記第１電極に向かって延びる少なくとも１つの延長部を有する前記第３電極と、
を備えたマイクロ電気機械デバイス。
【請求項７】
マイクロ電気機械デバイスの作動に関連する静止摩擦を低減するための方法において、
第１電極と、この第１電極の両側に配置された一対の電極を含むよう、マイクロ電気機械デバイスを形成するステップを含み、
前記第１電極は前記一対の電極に構成された複数の溝内に配置された複数の延長部を介し、前記一対の電極と境界部を構成しており、
前記第１電極と、前記一対の電極との間の境界部に構成された表面積が、前記マイクロ電気機械デバイスの作動に関連した表面付着力を克服するのに充分大きい静電力を発生するようになっている、静止摩擦を低減するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のようなマイクロ機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関し、より詳細には、かかるデバイスにおける静止摩擦を低減するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、これまで集積回路を製造するために開発された技術、例えば光リソグラフィ、ドーピング、金属スパッタリング、酸化膜デポジションおよびプラズマエッチングを使って、一般に半導体ウェーハ上に製造される小型の構造体である。変形可能なマイクロミラーデバイスとも時々称されるこれらデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）は、あるタイプのＭＥＭＳデバイスであり、このデバイスは反射により光を制御することにより、プロジェクタディスプレイで使用される、あるタイプのＭＥＭＳデバイスである。他のタイプのＭＥＭＳデバイスとして、加速度計、圧力計および流量センサ並びにギアおよびモータを挙げることができる。
【０００３】
図１には、従来のＤＭＤ１００が示されている。ここに図示されているように、ＤＭＤ１００は、３つの金属層、すなわち頂部層１０２と、中間層１０４と、底部層１０６とから構成されている。これら３つの金属層は、電気的コマンドおよび信号を発生する集積回路（図示せず）に位置する。頂部層１０２は、ミラー支持ポスト１１０を介して支持された中間層１０４上に位置するピクセルミラー１０８を含み、次に中間層１０４は、ヒンジ支持ポスト１１２に支持された底部層１０６の上に位置している。頂部層１０２のミラー支持ポスト１１０は、ヨーク１１４に取り付けられており、ヨーク１１４がそのねじりヒンジ１１８上で回転すると、このヨークはミラー支持ポスト１１０を回転させ、傾斜するようにこのポストを駆動する。従って、ミラー支持ポスト１１０が回転し、傾斜する際に、このポストはピクセルミラー１０８が回転し、傾斜する角度、その方向およびその大きさを定める。基本的にはヨーク１１４は、その中継効果によりピクセルミラー１０８を制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＭＥＭＳデバイス、例えばＤＭＤ１００に関連する１つの問題は、静止摩擦である。これは、ねじりヒンジ１１８上でヨーク１１４が回転し、ヨークの設置先端１１６が下方の底部層１０６内に位置する設置サイト１２０に物理的に接触する際に生じる。表面の付着力が充分大きいときに、ヨークの設置先端１１６が下方の底部層１０６内にある設置サイト１２０に付着し、ピクセルミラー１０８の応答時間およびデバイス全体の性能に悪影響を及ぼすケースもあれば、設置先端１１６が、設置サイト１２０に付着し、加えられた機械的回復力が、生じている表面付着力に打ち勝つのに充分強力でない場合に、付着したままとなるケースもある。所定の角度で固定された状態のままとなるので、このピクセルミラー１０８は永久的に故障したものと見なされる。
【０００５】
これまで静止摩擦の問題は、付着力を最小にするよう、これら金属表面を充分スリップ状態にするために、ヨークの設置先端１１６および設置サイト１２０に潤滑層またはパッシベーション層を塗布することによって解決していた。更に、ヨーク１１４内に別の電気的エネルギーをポンピングし、ヨークの設置先端１１６と設置サイト１２０との間の拘束的表面付着力をなくすように、リセット電子回路１２２を使用していた。これら技術では、余分な製造プロセスと別のコストが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスに関し、より詳細には、少なくとも静止摩擦を防止するか、または少なくとも低減する静電駆動されるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）に関する。中心電極は、基板に当初形成された、散在する延長部を含む。中心電極の両側に２つの外側電極が配置されるよう、その後これら散在した延長部を有する２つの外側電極を基板に形成する。外側電極に印加される低バイアス電圧が中心電極に作用する静電力を発生させ、中心電極の頂部に形成されたピクセルミラーが自由に移動、回転および傾斜できるように、中心電極と外側電極の延長部が互い違いに配置される。
【実施例】
【０００７】
図１の従来のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を参照すると、ピクセルミラー１０８はヨークの傾斜および回転に従って傾斜し、回転する。実際にミラー１０８は、ピクセルミラー１０８とミラーアドレス電極１１３の間の電界だけでなく、ヨーク１１４とヨークアドレス電極１２１との間で発生する電界によっても発生する静電力に起因しても回転し、傾斜する。下方の集積回路（図示せず）から、金属製接触孔を通して電気信号が供給され、搬送される。
【０００８】
次に、本開示に従ったデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）２００を示す、図２を参照する。このＤＭＤ２００は、頂部層２０２と、中間層２０４と、底部層２０６とを含む。図に示されるように、頂部層２０２は下方に延びるミラー支持ポスト２１０に接続されたピクセルミラー２０８を含み、ミラー支持ポスト２１０は、後述するように、中間層２０４に形成された対応するポスト嵌合孔２１１に係合するようになっている。一部の実施例では、ピクセルミラー２０８は、約２０００〜５０００Åの厚さを有し、このミラーは、公知の方法および技術を使ってアルミから製造されている。現時点で開示する実施例のピクセルミラー２０８の厚みは、約３,３００Åの厚さを有することが好ましい。ピクセルミラー２０８を製造するのに、アルミの他にシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリシリコンおよびリン酸ガラス（ＰＳＧ）のような別の材料も使用できる。一部の実施例では、ミラー支持ポスト２１０は約５００〜１,０００Åの厚さを有し、公知の方法および技術を使ってアルミ合金から製造される。現時点で開示する実施例のミラー支持ポスト２１０の厚さは約７００Åとなることが好ましい。
【０００９】
頂部層２０２の下方に配置された中間層２０４は、複数のヨーク支持ポスト２１４によって支持されたヨーク２１２を含む。このヨーク支持ポスト２１４は、ミラー支持ポスト２１０と同一または同様な材料および方法に従って形成できる。更に、ヨーク支持ポスト２１４は、ミラー支持ポスト２１０と同じ厚さまたは同様な厚さを有することができる。中間層２０４は、ポスト嵌合孔２１１も有し、この孔は、公知の材料および方法を使って形成できる。
【００１０】
中間層２０４の下方に位置する底部層２０６は、ヨークアドレス電極２１６と、ミラーアドレス電極２２０とを含む。底部層２０６は更に、ヨーク支持ポスト２１４を支持するために設けられた接点パッド２２４を含む。底部層２０６は、ヨークアドレス電極２１６によって分離された一対の金属接点開口部２１７を更に含む。当然ながら他の金属接点開口部の配置、例えば別の金属接点開口部と交互に配置された金属接点開口部とを設けることも可能である。底部層２０６の下方に位置する集積回路（図示せず）からの電気信号および接続は、一対の金属接点開口部２１７を介して、ヨークアドレス電極２１６またはミラーアドレス電極２２０のいずれかに送ることが可能となっている。この集積回路は、スタティックなランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）セルまたは集積化された相補的金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスとすることができ、別の実施例では、この集積回路は一方のデバイスの上に他方のデバイスをスタックし、機能を追加しながら、より高速の電子デバイスのための単一モジュールにすることにより、多数のデバイスを組み立てたマルチチップモジュール（ＭＣＭ）としてもよい。
【００１１】
ヨークアドレス電極２１６は、全体が底部層２０６の中間部分に位置し、両側に２つの外側のマイナーアドレス電極２２０がある。ヨークアドレス電極２１６は複数の散在した延長部２１８を含み、これによって複数の散在した溝２２１を形成している。一実施例では、これら複数の散在した延長部２１８は、ヨークアドレス電極２１６の両側の横方向側面に位置している。これら複数の溝２２１内には、横方向に位置するミラーアドレス電極２２０の複数の対応する散在した延長部２２２が配置されている。従って、延長部２１８と２２２とは、櫛歯状の構造体を形成するよう、実質的に互い違いになっている。一部の実施例では、ヨークアドレス電極２１６および２つのミラーアドレス電極２２０は、約５００〜約３０００Åの厚さを有する。現時点で開示する実施例におけるヨークアドレス電極２１６および２つのミラーアドレス電極２２０の厚さは、約１,５００Åであることが好ましい。更に、散在した延長部２１８、２２２は、約２０μｍの対応する幅および長さと、約５００〜約３,０００Åの厚さを有することができる。また、延長部２１８と２２２との間の間隔は約５μｍから約１０μｍまで様々であることができる。現時点で開示する実施例における散在した延長部２１８、２２２の厚さは、約１,５００Åであることが好ましい。現時点で開示する実施例における散在した延長部２１８と２２２との間の間隔は、約７．５μｍであることが好ましい。
【００１２】
散在した延長部２１８、２２２は、形状が正方形に示されているが、これら延長部は、種々の多角形およびサイズにすることができる。これら散在した延長部２１８、２２２は、例えば、長方形、三角形、平行四辺形、菱形、台形または他の適当な任意の形状とすることができる。更にこれら散在した延長部２１８、２２２は、平面−湾曲形状、例えば円形、半円形、楕円形、半楕円形、直線状、放物線状または双曲線状とすることもできる。更に、これら散在した延長部２１８、２２２は、均一に離間してもよいし、または不均一に離間してもよい。形状およびサイズが均一でもよいし、不均一でもよい。形状およびサイズの均一な組み合わせおよび不均一な組み合わせも可能である。
【００１３】
これら延長部２１８、２２２との間で発生できる静電力の大きさにより、ＤＭＤ２００の利点を実現できる。特にある帯電物体Ｑ２が存在する結果、帯電した別の物体Ｑ１に作用する静電力Ｆは、クーロンの法則（Ｆ＝ｋ×Ｑ１×Ｑ２／ｄ２）によって計算でき、ここで、ｋは定数であり、ｄは物体の間の距離である。帯電物体Ｑの電荷量は、表面密度σを帯電物体の表面積Ａで乗算することによって計算できる(Ｑ＝σＡ)。従って、静電力Ｆは、帯電物体の表面積Ａに比例して増加する（Ｆ∝Ａ）。このＤＭＤ２００は、従来のＤＭＤ、例えば図１のＤＭＤ１００と比較すると、表面積がより広くなっている。より詳細に説明すれば、散在した延長部２１８、２２２は、ＤＭＤ２００の電極の表面積を広くし、よって従来のＤＭＤ１００の静電力よりも大きい静電力の発生を容易にできる。
【００１４】
実際に、ミラーアドレス電極２２０にパルスを加えることにより、静電界が発生する。発生したこの電界は、次にピクセルミラー２０８を傾斜または回転させる静電力を発生する。ピクセルミラー１０８は、傾斜または回転中に静止摩擦を生じ得るような従来のＤＭＤ１００と異なり、このＤＭＤ２００は、より大きい静電力を発生できるので、ピクセルミラー２０８がＤＭＤ２００の下方の層に付着する可能性を解消するか、または少なくとも低減できる。更に、このように静電力が大きくなることによってリセット電子回路が不要となる。
【００１５】
本発明に関係する当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明を他の特定の形態で実現できることが理解できよう。例えばＤＭＤ２００は、シリコンウェーハまたは他の適当な基板の表面上の薄膜の層内に構造体をビルトアップする表面マイクロ機械加工によっても製造できる。ＤＭＤを製造する別の技術として、バルクマイクロ機械加工がある。更に、現時点で開示する実施例は、生物のタンパク質および遺伝子の機能を研究し、理解するために有効な用途のためのＭＥＭＳデバイスも実施できる。従って、ここに開示した実施例は、単に発明を説明するためのものに過ぎず、発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の分解図である。
【図２】本発明に係わるＤＭＤの分解図である。
【図１】
2008538328.tif 000003
【図２】
2008538328.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月19日(2007.10.19)
【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】
基板と、
前記基板と平行に形成されたヒンジと共に、前記基板上に形成され、複数の離間した延長部を有する第１電極であって、前記離間した延長部は、前記第１電極の両側面から延び、延長部と共に散在した複数の溝を形成する前記第１電極と、
前記第１電極の両側面に隣接する、前記基板に形成された一対の追加電極であって、前記第１電極の両側面に形成された溝内に配置されている、離間する複数の延長部を有する前記追加電極と、
を備え、
前記第１電極の第１部分の前記少なくとも１つの延長部が、前記第２電極の前記少なくとも１つの延長部と実質的にオーバーラップし、
前記第１電極の第２部分の前記少なくとも１つの延長部が、前記第３電極の前記少なくとも１つの延長部と実質的にオーバーラップする、マイクロ電気機械デバイス。
【請求項２】
前記基板に作動的に固定されたヨークを更に含む、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記基板に作動的に固定されたミラーを更に含む、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記ヨークは、内部に形成された溝を有し、前記ミラーは前記ヨークに形成されたミラーと係合するよう下方に延びるポストを有する、請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数の延長部のうちの少なくとも１つは、幾何学的に多角形の形状となっている、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
基板と、
第１材料層において、前記基板に形成された第１電極であって、前記第１電極の第１部分から延びる少なくとも１つの延長部と、前記第１電極の第２部分から延びる少なくとも１つの延長部とを有し、前記第２部分は、前記第１部分に実質的に対向している前記第１電極と、
第１材料層において、前記第１電極の前記第１部分に実質的に隣接する、前記基板に形成された第２電極であって、前記第１電極に向かって延びる少なくとも１つの延長部を有する前記第２電極と、
第１材料層において、前記第１電極の前記第２部分に実質的に隣接する、前記基板に形成された第３電極であって、前記第１電極に向かって延びる少なくとも１つの延長部を有する前記第３電極と、
第２材料層において、前記基板と平行な平面に形成されたヨークと、
を備えたマイクロ電気機械デバイス。
【請求項７】
マイクロ電気機械デバイスの作動に関連する静止摩擦を低減するための方法において、
第１電極と、この第１電極の両側に配置された一対の電極を含むよう、基板にマイクロ電気機械デバイスを形成するステップを含み、
前記第１電極は前記一対の電極に構成された複数の溝内に配置された複数の延長部を介し、前記一対の電極と境界部を構成しており、
前記第１電極が前記基板と平行な平面に配向されたヒンジを備え、
前記第１電極と、前記一対の電極との間の境界部に構成された表面積が、前記マイクロ電気機械デバイスの作動に関連した表面付着力を克服するのに充分大きい静電力を発生するようになっており、
前記方法は更に前記ヒンジに結合されたヨークを形成するステップを更に含む、静止摩擦を低減するための方法。
【国際調査報告】
2008538328.tif 000005