(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
或る波長を有するレーザ光に用いられる微細加工レフレクタであって、平らな基材と、反射層と、前記反射層を前記平らな基材に固定する手段と、前記反射層に固定されていて、前記反射層を保護する誘電体層とを有し、前記反射層は、前記平らな基材から上方に延びる側壁を有し、前記誘電体層は、前記反射層の前記側壁の上に延びており、前記誘電体層は、前記レーザ光の前記或る波長の１／２に等しい光路長を有し、
前記反射層および、前記反射層を前記平らな基材に固定する前記手段は総応力を有し、前記誘電体層の応力は、前記微細加工レフレクタの平面性を高めるために、前記反射層および、前記反射層を前記平らな基材に固定する前記手段の前記総応力を、実質的に相殺している、微細加工レフレクタ。
【請求項２】
前記反射層は、金で作られ、前記反射層を前記平らな基材に固定する前記手段は、クロムの層である、請求項１記載の微細加工レフレクタ。
【請求項３】
前記反射層は引張応力を有し、前記誘電体層は圧縮応力を有している、請求項１記載の微細加工レフレクタ。
【請求項４】
前記誘電体層は、或る屈折率を有する材料の層と、前記或る屈折率よりも高い屈折率を有する他の材料の層とからなるＨＬペアを構成する、請求項１記載の微細加工レフレクタ。
【請求項５】
前記誘電体層は、前記反射層の上を覆う二酸化シリコンの層と、前記二酸化シリコン層の上を覆う窒化シリコンの層とを含む、請求項１記載の微細加工レフレクタ。
【請求項６】
前記反射層を前記平らな基材に固定する前記手段は、接着層である、請求項１記載の微細加工レフレクタ。
【請求項７】
前記接着層は、クロムで作られている、請求項６記載の微細加工レフレクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
以下に説明する本発明は、光ビーム操作、スイッチング及びスキャニングを行う微細加工ミラーの用途に関する。特に、本発明による改良は、ミラーのその信頼性及び反射率（又は反射能）に関する向上に関する。
背景
従来技術においては、微細加工ミラーレフレクタは、クロムの接着層によってポリシリコン製のミラープレートに取り付けられた金の単一層を有するものとして説明されている。金は適当な選択枝である。というのは、これは、ミラーを製造するのに用いることができる表面微細加工法との相性がよく、パターン付け（パターン成形）が容易であり、しかも反射率が高い（〜９５％）からである。しかしながら、金の層それ自体は、９５％よりも相当大きな反射率をもたらすことはできず、約６００nmよりも短い波長では反射率が十分ではなく、もし適当な被膜層で保護されなければ、長期間にわたる或る特定の動作環境への暴露の際に腐食を受けやすい。
【０００２】
金（Ａｕ）は、接触層、例えばクロム（Ｃｒ）を添加しなければポリシリコンには十分にはくっつかない。金は、比較的不活性の材料であるが、ある特定の環境、特に、微量の塩素成分を含有している環境では反応を生じる可能性を備えている。塩素との反応の際、金は腐食してレフレクタとしては不適当なものになる。かかる反応は相当強い影響をもたらすまでには数年間かかるが、潜在的な長期間にわたる信頼性の問題を提起する場合がある。さらに、金層に設けられたピンホールにより、その下に位置するクロム接着層への接近の恐れがあり、これはまた、塩素成分の存在下で腐食を生じる場合がある。クロムの腐食の結果として、金層の付着性が失われて離層する場合がある。
【０００３】
１９８０年に、K.E.Petersenは、回転可能なシリコンミラープレート上に被着されたアルミニウムの単一層から作られた反射面を含むシリコン捩りスキャニングミラーを記載している（“Silicon Torsional Scanning Mirror ”，IBM J.Res.Develop.,V24,5,September 1980,pp.631-637）。この用途の場合、微細加工の融通性は、適当な選択枝であった。というのは、これは、ミラーを形成するための工程中に容易に組み込まれたからである。
【０００４】
要望の高まりつつある用途では、反射層の設計に対して大いに注目する必要がある。１９９２年、U.Breng 氏等は、種々の金属膜を７８０nmの入射光波長でこれらの反射率に関して検討を加えた（“Electrostatic Micromechanic Actuators,”J.Micromech.Microeng,V2,1992,pp.256-261 ）。Breng の微細加工ミラーの製造及び動作原理は、Petersenのミラーのものと極めて類似していた。反射層の場合、アルミニウム上への沈降ではなく、これら研究者は、銀又は金を用いることにより高い反射率を得ることができるということに注目した。これら研究者は、銀の長期環境不安定性を問題視して、金をこれらのレフレクタとして用いることを選択している。
【０００５】
多層被膜は、光学面からの反射率を向上させる解決策として研究されてきた。例えば、材質及び厚さの注意深い選択により、被膜は、関心のある特定の波長で非常に高い反射率が得られるものとして利用対象となりうる。さらに、被膜は、これらの化学的性質に向けられた関心により、使用環境の化学的性質と両立して作製することができる。しかしながら、一般に、多層被膜の各層は、相当大きな薄膜応力で被着される恐れがある。非常に薄い（２μｍ）自立形プレート上への被着の際、薄膜応力により、プレート中に歪みが生じる場合がある。良好な光学的性質を得るためには、製造された状態と周囲温度の変動に関してミラープレートの歪みを最小限に抑えることが必要である。さらに、被膜に用いられる材料は、製造法で用いられる化学薬品に耐える必要がある。
【０００６】
単一の薄い金属層からの表面反射率を向上させる広く用いられている方法は、四分の一波長スタックを採用している（これについては、例えば、H.A.MacLeod,Thin Film Oprical Filters,McGraw-Hill,1989を参照されたい）。四分の一波長スタックは、一方が「高い」屈折率を有し、他方が「低い」屈折率を有する２つの非吸収誘電材料の層を交互に配置して構成できる。各層の厚さは、その光度長（屈折率と物理的な膜厚さを掛け算したもの）が、関心のある光の波長（λ／４）の１／４であるように選択される。所与の表面上に被着された高−低（ＨＬ）ペアの数の増大につれ、この波長での表面上に入射する光についての反射率は、１００％よりも幾分低い理論的最大反射率が達成することができるまで増大する。これらの例は比較的単純な光学被膜（「光学膜」と呼ばれることもある）であることが注目されるべきである。多層被膜は、種々の膜及び物理的膜厚さの観点から極めて複雑になる場合があり、実施されることが必要とされる機能（即ち、ビーム分割、フェーズリターデーション、反射防止等）によって決定される。
【０００７】
例えば上述したような多層被膜は、微細加工分野では稀に用いられるに過ぎなかった。公知の例が、Jerman氏等によって記載されている（“Aminiature Fabry-Perot interferometer with a corrugated silicon diaphragm support,”Sensors and Actuators A,V29,1991,pp.151-158 ）。ファブリペロー干渉計は、ギャップによって分離された損失の少ない２つの部分的反射性からなる光学要素である。Jermanの装置では、多層誘電製被膜がミラーとして用いられ、１．３０〜１．５５μｍの波長で高い反射性のものであるよう設計されていた。微細加工法は、干渉計を小型化し、ギャップを生じさせると共にギャップの幅を変えることができるよう用いられていた。
【０００８】
上述の光学被膜層は、或る量の残留薄膜応力を呈している。微細加工では、被膜を、製造、基板からの剥離の際、被膜中の残留応力の結果として変形する場合のある非常に薄い構造体上に被着される場合がある。さらに、もし被膜が金属製であれば、被膜は、バイメタル要素を形成する場合があり、この場合、金属と顕微鏡組織材料との間の熱膨張率の相違に起因して周囲温度の関数として変形の上乗せが薄い構造体中に誘起されるようになる。これら変形を最小限に抑える試みが、金属化レフレクタを微細加工構造体の両側に被着させて構造体の中立軸線に関して応力のバランスをとることによってなされた。しかしながら、金属層の特性の制御は困難なので、達成されたプレートの平面度又は平面性は最適度よりも低いものであった。“Multilayer Film Structure anda Vertical Cavity Surface Emitting Lasers”（１９９８年３月に発行された米国特許第５，７２９，５６７号）では、S.Nakagawaは、ＧａＡｓ基板上の多層光学被膜に関して上記上述したのと同様な問題に取り組んだ。ここでは、二酸化シリコン（Ｌ）及び二酸化チタン（Ｈ）で構成された四分の一波長スタックをミラー上に用いた。大きさは等しいが、極性が反対の２つの材料についての膜応力をもたらしてＨＬペアが応力を減少させるようにする被着条件が開発された。
【０００９】
上述の説明に鑑みて、従来技術の改良が必要であることは明らかである。これら改良のうち幾つかを以下に説明する。
〔発明の概要〕
本発明は、微細加工ミラーの反射率を向上させることができる手段及び方法に関する。微細加工ミラーは、捜査可能である。本発明は、６５０ナノメートルでのミラーの反射率を増大させ、４１０ナノメートルのところでのその反射率を増大させ、しかも長期信頼性を向上させる。他の波長での反射率をも向上させることができる。また、本発明は、適当な製造法を提供しながらミラープレートの歪みを最小限に抑える。
【００１０】
本発明では、微細加工をミラーの反射率を、単一の反射層だけを用いて達成できる反射率よりも大きくする。これは、四分の一波長スタックを反射層の頂部上に直接被着して所与の波長での反射率を、単独で動作する反射層の反射率よりも向上させるようにすることによって構成された高性能金属レフレクタを用いることによって達成される。金属及び誘電体層並びにこれらの被着厚さの適切な選択により、これら層を調和させて所望の反射率を達成することができる。金属層の頂部上に設けられた誘電体被膜は、金属を環境の腐食効果から保護するのに役立つ。また、誘電体被膜を、既存の製造方法に組み込むのがよく、それにより、ミラープレートの一部として補剛リブを組み込むことができる。かかるリブは、バイメタル効果により変形を減少させるのに役立つ。さらに、多層被膜を、複合構造体中の残留応力を最小限に抑えるような方法で被着させる。
【００１１】
本発明は、プレートと、プレート上に被着された反射層と、プレート上に被着された少なくとも１つの光学的に透明な薄膜とを有し、少なくとも１つの薄膜が、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成る群から選択されていることを特徴とするミラーに関する。本発明では、反射層は、第１の応力を有するのがよく、少なくとも１つの光学的に透明な薄膜は第２の応力を有するのがよく、第１の応力は、第２の応力に実質的に等しい。第１の応力は、引張応力であり、第２の応力は、圧縮応力であるのがよい。反射層は、金から成る層であるのがよい。ミラーは、ミラープレート上に被着された接着層を有するのがよく、反射層は、接着層上に被着される。少なくとも１つの光学的に透明な薄膜は、半波長窒化シリコンから成る薄膜であるのがよい。反射層は、側壁を有するのがよく、半波長窒化シリコンの薄膜は、側壁上に被着される。少なくとも１つの光学的に透明な薄膜は、四分の一波長窒化シリコンの薄膜及び四分の一波長二酸化シリコンの薄膜から成るのがよい。反射層は、アルミニウムの層から成るのがよい。少なくとも１つの光学的に透明な薄膜は、四分の一波長窒化シリコンの薄膜及び四分の一波長二酸化シリコンの薄膜から成るのがよい。反射層は、側壁を有するのがよく、四分の一波長窒化シリコンの薄膜は、側壁上に被着される。少なくとも１つの光学的に透明な薄膜は、半波長窒化シリコンの薄膜をさらに有するのがよく、半波長窒化シリコン薄膜は、四分の一波長窒化シリコンの薄膜上に被着され、反射層は、側壁を有し、半波長窒化シリコン薄膜は、側壁上に被着される。一実施形態では、ミラープレートの反射率は少なくとも９５％である。一実施形態では、ミラープレートは、微細加工ミラープレートから成る。一実施形態では、ミラープレートの厚さは２μｍ以下である。
【００１２】
本発明ば、微細加工プレート及び光を反射する反射手段から成るミラーに関する。反射手段は、微細加工プレート上に被着された反射層及び微細加工プレート上に被着された少なくとも１つの光学的に透明な薄膜を有するのがよく、少なくとも１つの薄膜は、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成る群から選択される。プレートの厚さは２μ以下であるのがよい。
【００１３】
本発明は、微細加工ミラープレートと、ミラープレート上に被着された反射層と、ミラープレート上に被着された少なくとも１つの光学的に透明な薄膜とを有し、少なくとも１つの薄膜は、四分の一波長薄膜及び半波長薄膜から成る群から選択されていることを特徴とするデータ記憶システムに関する。反射層は、アルミニウムから成るのがよい。
【００１４】
〔詳細な説明〕
次に図１及び必要に応じてその他の図を参照すると、本発明の光ディスク駆動装置又は駆動部が示されている。本発明は、光ビーム操作を必要とする用途を含む広範囲の用途に用いることができる。かかる用途の１つは、粗動アクチュエータ１０５が回転媒体１５５の内周部から外周部までの光学読取り／書込みヘッド１２５の位置を突き止めるのに用いられる点において従来型ウィンチェスター駆動部と外観が類似した図１の光ディスク駆動装置１００である。光ディスク駆動装置１００は、新規な精密作動方法が提供される点において従来型のものとは異なっている。
【００１５】
次に、図２及び必要に応じてこれに先行する図を参照すると、ヘッド１２５が示されている。共通譲渡人の米国特許出願第０９／２２６，４２３号に記載されているようにヘッド１２５は、フライング光学ヘッドを有している。なお、かかる米国特許出願の開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。ヘッド１２５は、一実施形態では、微細加工捩りミラー１４０を有する精密（微動）アクチュエータをさらに有している。
【００１６】
次に、図３及び必要に応じてこれに先行する図を参照すると、精密アクチュエータ及びフライング光学ヘッドが側面図で示されている。微細加工ミラー１４０の静電作動により、これは、レーザ（図示せず）からの光１６０を媒体１５５上の方向１４１に向けるよう回転する。サーボループ制御装置が、ミラー１４０の角度を調節して非常に微細なトラックピッチのトラック追従及び媒体１５５上の少数の隣り合うデータトラックを横切ってシークすることができるようにするために用いられる。
【００１７】
次に、図４及び必要に応じてこれに先行する図を参照すると、静電作動法に関する詳細が省略された微細加工ミラーが拡大斜視図で示されている。微細加工ミラー１４０は、捩りヒンジ１４２によってミラー基板に取り付けられたミラープレート１４６を有している。ミラープレート１４６は、反射層１４７及び薄膜１４８で覆われており、これらについて以下に詳細に説明する。駆動装置１００に用いられるミラー１４０の構造及びその用途についての実施形態が、共通譲渡人の米国特許出願第０９／１９２，００６号に記載されており、かかる米国特許出願の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００１８】
本発明は、駆動装置１００内におけるエネルギ消費量を節約することが望ましいことを明らかにしている。この目的は、媒体１５５から光１６０の反射光１６１中の電力供給だけではなく媒体１５５への光１６０からの電力供給を行うことを意味している。エネルギ節約の促進にあたり、反射光１６１中の最大戻りパワーを得るためには、ミラープレート１４６は、できるだけ高い効率で光１６０を反射することが必要である。波長が６５０nmの光１６０の場合、ミラープレート１６６上に厚さ１００nmで被着された単一の金層が、約９５％の反射率をもたらす。
【００１９】
本発明は、データ記憶密度を、もし例えば６５０nmに代えて４１０nmの波長で光を放出するレーザを用いることにより光１６０の波長を短くすることができれば向上させることができるということを一段と明らかにしている。しかしながら、単一の金層では、プレート１４６の反射率は、波長を６００nm以下に短くすると劇的に減少し、具体的に説明すると、例えば、４１０nmでは、金の最高反射率は約４０％に過ぎない。したがって、４１０nmの波長及び少なくとも９５％の所望の反射率を利用する駆動装置１００の好ましい実施形態では、プレート１４６上に被着された単一金層それ自体では適当であるとはいえない。
【００２０】
本発明を詳しく説明する前に、多層薄膜光学被膜の実用性及び設計についての理解が必要である。都合のよいことに、光学被膜設計を作製して分析するためによく知られている市販のソフトウエア製品が存在するので完全な理解は不要である。かかるソフトウエアパッケージの１つは、ソフトウエアスペクトラ（Software Spectra）社によって提供されているＴＦＣａｌｃ（登録商標）である。それにもかかわらず、マクスウェルの方程式から導くことができる以下に説明する基本的な概念を心に止めておくことによりこれら被膜の設計についてある程度の直感を働かせることができる。
【００２１】
材料中の光の伝搬は、大きくは、材料の複素屈折率、Ｎ＝ｎ−ｉｋの関数である。屈折率ｎの実部は、理想的な誘電体中のＮが純粋に実数であることに起因して屈折率とも通称されている。屈折率の虚部ｋは、光が材料中に伝搬するにつれて光の強度の指数的減少を生じさせるので消光係数と呼ばれている。理想的な誘電体はロスがなく、それゆえにｋ＝０である。薄膜の損失の無い（以下、「無損失」という場合がある）誘電体の場合、光が垂直に入射すると仮定すれば、屈折率ｎと材料の物理的厚さの積は、その特定の薄膜層の光路長を与える。代表的には、薄膜の厚さは、光の波長が薄膜中を伝搬すると仮定すれば光路長の関数として表される。かくして、四分の一波長層及び半波長層は、光路長がそれぞれ光の波長の１／４及び１／２の薄膜を意味している。
【００２２】
光は一連の薄膜中を伝搬すると、このうちの何割かの部分は、当たった各薄膜インタフェースのところで反射される。したがって、全反射光は、これらインタフェースのところにおける種々の反射光からの成分の合計である。反射光成分のフェーズのばらつきに起因して、これら成分は強め合う干渉を行い、或いは弱め合う干渉を行うことがあり、したがって、正味の反射光強度は、もし薄膜が存在していない場合のものから差し引かれるようになる。一例は、単一の半波長薄膜層のものである。この場合、薄膜の両側部から反射された光成分の合計は、半波長層が存在していない場合と同一である。本発明の一実施形態では、この技術的知識は、所与の波長での光の反射又は透過に対する影響が最小限な無損失半波長誘電体薄膜を形成するのに用いられる。
【００２３】
次に、図５及び必要に応じてこれに先行する図を参照すると、微細加工ミラー１４０のミラープレート１４６の平面図が示されており、ここでは、断面Ａ−Ａ′が、回転軸線１４９と垂直にミラープレート１４６を２等分している。
【００２４】
次に、図６及び必要に応じてこれに先行する図を参照すると、ミラープレート１４６についての図５のＡ−Ａ′矢視断面図が示されている。図６の実施形態では、反射層１４７は、厚さが５nmの接着クロム層（図示せず）によってポリシリコンミラープレート１４６に取り付けられた厚さが１００nmの金層で構成されている。反射層１４７の上には誘電体層として役立つ窒化シリコンの半波長層が設けられている。窒化シリコンの半波長スタックは、図４の薄膜１４８の一実施形態を構成しており、これを用いると、クロム及び金層を使用環境から保護することができる。この実施形態では、プレート１４６の反射率は、反射層１４７の反射特性によって制限され、この反射層は、６５０nmの光１６０の場合、９５％の反射率をもたらす。
【００２５】
次に、図７及び必要に応じてこれに先行する図を参照すると、本発明のＨＬ四分の一波長スタックを利用する本発明の実施形態では、ミラープレート１４６についてのＡ−Ａ′矢視断面図が示されている。
【００２６】
本発明は、誘電体薄膜の多層四分の一波長スタックもまた反射層１４７の頂部上に被着されて薄膜１４８を構成することを明らかにしている。本発明は、薄膜１４８のインタフェースのところで生じる強め合う干渉を用いると、その下に位置する反射層１４６の反射率を大きくすることができる。図７の実施形態では、薄膜１４８は、反射層１４７の頂部上に被着された少なくとも一対の四分の一波長層を有している。各対は、「高い」（Ｈ）屈折率を備えた材料の層及び「低い」（Ｌ）屈折率を備えた層からなる。この構成は、ＨＬペアと呼ばれている。単一のＨＬペア（スタックの一番上の側にＨ膜を備えている）の場合、反射率と波長帯域幅の両方が、２つの屈折率の比が高くなるにつれて増大する。本発明は、Ｈ及びＬ材料の所与の選択の場合、いっそう多くのＨＬペアを反射層１４７の頂部上に配置すると、反射率が増大することを明らかにしている。例示の実施形態では、反射層１４７は、厚さが５nmの接着クロム層によってポリシリコンミラープレートに取り付けられた厚さが１００nmの金層で構成されている。反射層１４７の上には、四分の一波長層の単一のＨＬペアが設けられている。より詳細に説明すると、二酸化リシコンの「Ｌ」四分の一波長層１４８ａが、金層の頂部上に直接載り、「Ｌ」窒化シリコンの「Ｈ」半波長層１４８ｂが一番上の層として載っている。他の実施形態では、追加のＨＬペアを最初のＨＬペア上に被着させてもよいことは理解されるべきである。その目的は、組み合わせたスタックの反射率を向上させることにある。しかしながら、実際問題としては、薄膜１４８のＨＬペアの数を、ミラープレート１４６からの特定の所望の反射率を達成するのに必要な最少数に保つことが望ましい。反射層１４７、例えば金層は代表的には軟質であり、それにより物理的な接触によって損傷を受けやすいことは注目されるべきである。かくして、誘電体層１４８ａ及び（又は）１４８ｂを設けることにより、反射層１４７を光的損傷から保護するという追加の利点が得られる。
【００２７】
図３に戻ると、微細加工ミラー１４０は、光１６０が垂直入射ではなく４５°の入射角度でミラープレート１４６に当たるように構成されている。この配向状態により、垂直でない入射の場合、マクスウェルの方程式の境界上限を満足させる電界ベクトルの２つの向き（偏光）があり、しかも、トータルフィールド解（total field solution）が両方の向きを考慮に入れなければならないので反射率の計算が複雑になる。これら２つの偏光をＴＭ（transverse magnetic ）又はＰ偏光及びＴＥ（transverse electric ）又はＳ偏光として考えるのが通例である。Ｐ−偏光波では、電界ベクトルは、入射平面に差し向けられ、Ｓ偏光は、入射平面に垂直な電界ベクトルを有している。恣意的な偏光の任意所与の電磁界を、これら向きの２つの成分に分解することができる。薄膜１４８のスタックの反射率を、非垂直入射で計算することができ、以下に得られた反射率の結果は、薄膜からの２つの偏光の平均反射率を表している。
【００２８】
上述のように、吸収フィルム（即ち、ｋは０ではない）中の光の強度は、光１６０が薄膜１４８中に伝搬するにつれて減少する。かくして、光１６０の何割かの部分は、薄膜１４８中で失われて、反射率の構造特性が減少するようになる。これは大抵の実際の誘電体フィルムに当てはまるが、一般的には、消失係数は、薄膜の有効性を維持するほど十分に０に近い。また、実際の材料は、無分散（dispersion-free ）傾向があり、即ち、これらのｎ及びｋの値は、波長関数として一定ではない。分散損失性材料及び非垂直入射角についての理由を説明すれば、上述の説明によって示唆された場合よりも多層被膜の最適化がいっそう複雑になる。例えば、所与の基準波長について反射率を最適化することは、予想される四分の一波長値とは幾分異なる膜厚さのＨＬスタックを必要とする場合がある。これら効果をすべて、実際の材料及び用途について最も良い反射率をもたらすのに必要な厚さを計算するための最適化アルゴリズムを用いるソフトウエアで考慮することができる。
【００２９】
本発明は、上述の薄膜１４８を用いると、ミラープレート１４６の反射率を向上させることができるが、薄膜１４８を効率的に使用するためには、ある別の問題を解決する必要があることを一段と明らかにしている。まず最初に、使用されるべき薄膜材料は、ミラー１４０の製造に用いられる製造方法との相性がよいものでなければならない。好ましい実施形態では、この製造方法によって提供される化学薬品及び環境に対して耐性のある材料が望ましい。別法として、プロセス設計への信頼性の高い方法は、薄膜が有害化学物質と接触しないようにする工程を有することが必要である。加うるに、用いられる材料は市販されており、半導体製造向上で慣例的に処理されることが好ましい。第２に、そして恐らくは一層大きな問題として、ミラープレート１４６に及ぼされる薄膜１４８中の残留応力を減少させてかかる残留応力がミラープレート１４６が剥離エッチ工程に続いて変形する傾向が強すぎる原因とならないようにすることである。少なくともこの目的のため、本発明は、反射率を増大させるために上述の二酸化シリコン層（ＳｉＯ2 ）１４８ａ及び窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）１４８ｂを交互に配置した同一層を利用している。これら材料は両方とも、半導体製造に通常見受けられるものであり、スパッタリング蒸着及び化学気相成長（ＣＶＤ）を含む種々の手段によってミラープレート１４６上に被着できる。これらはまた、慣例的にパターン付けされてエッチングできる。これら材料は主として、これらを製造工程の非常に終り近くで被着させてパターン付けし、これらが化学的又は環境条件（例えば、高温）から影響をほとんど又はまったく受けないようにすることにより製造工程から保護できる。このようなプロセス対策にもかかわらず、薄膜１４８はまた、もし、ミラープレート１４６の剥離エッチ工程を実施するのに用いられた場合濃フッ化水素酸（ＨＦ）からの化学的攻撃にも耐えるべきである。しかしながら、二酸化シリコンは、ＨＦ中で容易にエッチングをし、したがってこの工程中保護を必要とする。本発明は、理論量の窒化シリコンはＨＦに対して耐性があるので、これを薄膜１４８のスタックの最上層として用いると二酸化シリコン層及びその下に位置する任意他の層を保護することができるということを明らかにしている。かくして、窒化シリコンの最上層は、下に位置する層をすべて被着させた後に被着させて別個の段階でパターン付けするのがよい。この方法を用いると、最上層をパターン付けして下に位置する層及び下に位置する層の側壁をオーバーラップさせて下に位置する層の幾何学的形態全体を保護することができるということが判明し、この結果は、図６〜図８に示されている。図６では、最上層１４８は、窒化シリコンの半波長層からなることが理解される。半波長層を保護最上層として用いることにより、その下に位置する層の反射率は、図６を参照して上述したように満たされないままである。しかしながら、スパッタされ又は蒸着された窒化シリコンは、理論量の窒化シリコンから予測されるＨＦに対する耐性を示さないことが多い。本発明は、ＨＦ剥離エッチ後に誘電体層を被着させることによりこの問題を解決する。
【００３０】
ミラープレート１４６は、プロセス剥離エッチ工程の実施に続いて或る曲率を呈する場合のあることが判明している。本発明は、この曲率がミラープレート１４６からの歪みのない反射光を達成するために極小化を必要とすることを明らかにしている。好ましい実施形態では、剥離したミラープレート１４６の所望の曲率半径が１０cm以上であることが望ましい。ミラープレート１４６をポリシリコンで作った場合、長時間にわたる高温アニールサイクルを用いることによりミラープレート中の応力を除去することができる。かくして、任意の蒸着薄膜１４８がなくても、ミラープレート１４６の曲率を制御自在に最小限に抑えることができるということは明らかである。本発明はさらに、反射層１４８及び（又は）薄膜１４８の各々が、蒸着されると、ミラープレート１４６中の曲率を大きくする場合のあるそれ自体の残留膜応力を呈することを明らかにしている。事実、ミラープレート１４６上に誘導形成される曲率全体は、各薄膜層がその物理的厚さと残留膜応力の積に比例する項となるほぼ線形の項の組み合わせである。
【００３１】
次に、図８及び図９を参照すると共に必要に応じてこれらに先行する図を参照すると、レフレクタ層１４７の頂部上には薄膜１４８が設けられていることが分かり、例えば、これら薄膜の正味の効果は、ミラープレート１４６中に曲率を生じさせることにある。曲率の方向によって明らかなように、薄膜１４８の正味の残留応力は、負（圧縮）又は正（引張）のいずれかの場合がある。本発明は、レフレクタ層１４７の残留応力はポリシリコンプレート１４６上に被着されると、正（引張）となる傾向があり、誘電薄膜層１４８の残留応力は、負（圧縮）である傾向があり、そして、残留応力及び厚さを適当に制御すれば、これら層の負荷的効果を最小限に押さえ、その結果プレート１４６の曲率を最小限に抑えることができるということを明らかにしている。上述の方法の３つの実施形態を、所望の構造を具体化するのに用いることができる選択可能な製造方法と共に以下に説明する。
Ａ．保護状態の金レフレクタ（６５０nmレーザ光）
先に示唆したように反射層１４７として構成されたクロム（Ｃｒ）の層上に被着された状態の金（Ａｕ）の露出した又はむき出しの層は、ある環境中における長期間の信頼性及び使用に関して限界を示している。Ｃｒ−Ａｕ反射層の化学的劣化は、微量の塩素が存在している場合であっても起こり得る。図６を参照して上述したように、窒化シリコンの半波長薄膜層１４８を反射金層１４７上に被着させることにより、６５０nmの金の優れた反射特性を保持しながらＣｒ−Ａｕ層を腐食から守ることができる。窒化シリコンは本質的に損失がなく、その屈折率は２．０である。例示の実施形態では、６５０nmの窒化シリコンの半波長層は、厚さが１６２．５nmである。波長の関数としてのこの組み合わせの反射率は、図１０に示されている。比較のため、金の露出層についての反射層１４７の反射率を同一軸線上にプロットしている。
【００３２】
このグラフは、６５０nmの反射層１４７の反射率が、窒化シリコンの半波長層を追加すると事実上変わらないということを示している。実際問題として、Ａｕ金層の残留膜応力を、かなり小さくすることができ、したがってＡｕ層とその下に位置するＣｒ層の組合せ膜応力は、Ｃｒ層の（引張）応力によって凌駕されるようになる。本発明は、反射層の光学特性に対する影響をもたらさないでＣｒ層の厚さを変えることによりＣｒ−Ａｕ層に起因するミラープレート１４６の曲率に対する効果を最適化できることを明らかにしている。平面度が最適なミラープレート１４６が望ましい場合には半波長薄膜層１４８による応力の貢献を考慮に入れる必要があるということを考慮して、プロセス圧力、ターゲットへのパワー及び基板バイアス電圧の変化により応力を適切に変えるのがよく、窒化シリコン膜応力についての容易に達成可能な値は、２００ＭPaの圧縮力である。例示の実施形態では、被着条件は、１６．５nmのＣｒが１００nmのＡｕと組み合わせて用いられる場合、約２８２ＭPaの組み合わせＣｒ−Ａｕ膜応力をもたらす。Ｃｒ−Ａｕ層１４７についてその結果得られた膜厚さと膜応力の積は、３２，８５３ＭPa−nmの引張力であり、窒化シリコン層１４８の積は、３２，５００ＭPa−nmの圧縮力であって、したがって、これら層の各々からの応力に対する貢献度は、剥離したミラープレート１４７の最小曲率を生じさせる最終結果については互いに打ち消し合うようになっている。
Ｂ．高性能金レフレクタ（６５０nmレーザ光）
上述したように、ミラープレート１４６から得られる反射率を、薄膜１４８の四分の一波長スタックを用いることにより向上させることができる。単一の四分の一波長スタックを用いると、被覆を施していない金の場合の９５％と比較して、約９７％に反射率を上げることができる。第２及び第３の四分の一波長スタックは、それぞれ平均反射率を９８．３％及び９９％にする。これら４つの場合についての波長の関数としての平均反射率のプロットが、図１１に示されている。
【００３３】
例示の実施形態では、四分の一波長二酸化シリコン層１４８ａの屈折率は６５０nmでは１．４５であり、その厚さは１１２．０７nmであり、四分の一波長窒化シリコン層１４８ｂの厚さは８１．２５nmである。マルチソース型（multi-sourced ）スパッタ又は蒸着システムでは、これら層を単一の被覆工程中に被着させることができ、したがって、理論的には、３層薄膜ＨＬスタック１４８が単層ＨＬスタックよりも製造上の手の込み具合が少ない。薄膜１４８の全高を増大させると、この薄膜は、この下に位置する層の側壁の保護を行うよう窒化シリコンの四分の一波長厚さについて一層困難になることは理解されよう。図６を参照して上述したように、この問題の解決策は、追加の半波長窒化シリコン層を最上層として用いることにある。
【００３４】
好ましい実施形態では、被着されるべきスパッタ二酸化シリコン層１４８ａの残留応力は、スパッタした窒化シリコン層１４８ａの残留応力と大きさ及び符号が同一である。したがって、上述の応力をバランスさせる方法を用いると、薄膜１４８ａ，１４８ｂの組み合わせを用いた場合に、応力をバランスさせることができる。しかしながら、ＨＬペアの数を増やすと、これとバランスを取るようにＣｒ層の所要の厚さを増やす必要がある。厚いＣｒ層の加工は、薄い層の場合よりもいっそう厄介であり、Ｃｒ層をその下に位置するポリシリコンミラープレート１４６に付着させることもまた、これが厚くなるのでいっそう困難になることが分かっている。
Ｃ．高性能アルミニウムレフレクタ（４１０nmレーザ光）
本発明は、短い波長で高い屈折率を達成するために、異なる金属の反射層１４７を選択することが、短い波長での金の反射率が貧弱なので必要であることを一段と明らかにしている。このようにする際、珍しく且つ（或いは）加工の困難な材料を利用しないようにすることが分かっている。この目的のため、半導体製造で見受けられる最もありふれた金属化又は金属被覆法であり且つ４１０nmでかなり反射率が高い（〜９２．３％）アルミニウムを本発明で用いるのがよい。しかしながら、アルミニウム単独では、好ましい実施形態で必要な４１０nmで少なくとも９５％の所望の反射率が得られないことが判明している。
【００３５】
本発明は、上述の薄膜１４８の四分の一波長スタックを用いることによりアルミニウム反射層１４７の反射率の向上を達成することができることを明らかにしている。図１１は、二酸化シリコン（Ｌ）層１４８ａ及び窒化シリコン（Ｈ）層１４８ｂと組み合わせてアルミニウム反射層１４７を用いる実施形態の計算プロットを示している。単層、２層及び３層のＨＬペアについて、図１２は、４１０nmでの平均反射率がそれぞれ９５．７％、９７．５％、９８．５％であることを示している。例示の実施形態では、４１０nmでは、二酸化シリコン層１４８ａについての四分の一波長厚さは７０nmであり、窒化シリコン層１４８ｂについての四分の一波長厚さは５１nmである。
【００３６】
本発明は、アルミニウム反射層１４７を用いた場合、ミラープレート１４６の曲率もまた、金反射層について上述したような方法とほぼ同一の方法を用いると最小限に抑えることができるということを明らかにしている。アルミニウム反射層１４７は、Ｃｒ接着層を必要とせず、また、金の残留膜応力と実質的に同一の残留膜応力を備えている。Ｃｒ層は接着目的では不要であるが、好ましい実施形態では、これをアルミニウム反射層１４７の下に被着させると、上述のＣｒ−Ａｕ反射層によって達成されるのと同一の応力均衡化能力が得られる。Ｃｒ−Ａｌ反射層１４７の場合、この方法は、基本的に同一であり、それにより、Ｃｒ層の厚さを必要に応じて調節して薄膜１４８の応力のバランスを取る。例示の実施形態では、アルミニウム反射層１４７を厚さ６０nmまで被着させ、これはその反射率を最大にするのに十分である。誘電体層１４８ａ／１４８ｂ中の応力をＣｒ層によって釣り合わせることができない場合、誘電体層の膜応力を、これらの蒸着方法を設計変更することにより加減できる。４１０nmの場合、誘電体層１４８ａ／１４８ｂを、窒化シリコンの最も上に位置する半波長１０３nm層によって保護すると、その下に位置する誘電体層の側壁にオーバーラップしてこれを保護することができることが分かる。
【００３７】
製造方法
以下に記載する工程流れ図は、上述の実施形態についての変形例を含む例示の順序を記載している。
Ｉ．ウェーハの初期処理
Ａ．厚さ〜５００μｍのシリコンウェーハ出発材料。
Ｂ．３０００Åの熱二酸化シリコンの蒸着。
Ｃ．２５００ÅのＬＰＣＢＤ窒化シリコンの蒸着。
Ｄ．２５００ÅのＬＰＣＢＤポリシリコン（ポリ０）。パターン化及びエッチング。
Ｅ．２５００ÅのＬＰＣＢＤの薄いＰＳＧを蒸着。パターン付けしてエッチングする。
Ｆ．厚さ１０μｍのＰＳＧの蒸着及びアニール。
Ｇ．リブトレンチのパターン付け及び６μｍまでのリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）。
Ｈ．２．５μｍのリブ充填ＬＰＣＶＤポリシリコン（ポリ１）の蒸着。
Ｉ．ポリ１のＣＭＰ工程１を行ってＰＳＧ表面に戻す。
Ｊ．２．５μｍのミラープレートＬＰＣＶＤポリシリコン（ポリ２）を蒸着する。
Ｋ．ポリ２のＣＭＰ工程２を行って０．５μｍのポリ２を除去しながら滑らかな表面にする。
Ｌ．ミラープレートポリ２のパターン化及びエッチング。
Ｍ．ボンドパッド金属（１００ÅのＣＲ−７０００ÅのＡＵ）の蒸着、パターン付け及びエッチング。
Ｎ．ウェーハのバックラップ及び１７５μｍへの薄いウェーハへの研磨。
Ｏ．ＨＦ剥離エッチングをしてＰＳＧをミラープレートの下から離す。
【００３８】
ＩＩ．レフレクタオプション
Ａ．保護金レフレクタ
１．シャドーマスクスパッタ蒸着Ｃｒ−Ａｕ（シャドーマスク法は、必要な場合を除き、蒸着を防止し、かくして、次に行うＣｒ−Ａｕのパターン付け及びエッチングを不要にする）。
２．窒化シリコン半波長層（λ＝６５０nm）をスパッタ蒸着。
３．フォトレジストで被覆して剥離ミラープレート構造体を破損から保護すると共に次の工程のためのパターン付け層として役立たせる。
４．窒化シリコンをパターン付けしてエッチングし、それによりこれをボンドパットから除去し、金属結合パッドとの電気的接触を阻止しないようにする。
５．フォトレジスト層を除去する。
【００３９】
Ｂ．高性能銀レフレクタ
１．Ｃｒ−Ａｕをシャドーマスクでスパッタ蒸着する。
２．二酸化シリコン及び窒化シリコンの四分の一波長層（λ＝６５０nm）をスパッタ蒸着する。変形例として、最も外側に位置する窒化シリコン層は、３つの四分の一波長層であってもよい。
３．フォトレジストで被覆して剥離ミラープレート構造体を破損から保護すると共に次の工程のためのパターン付け層として役立たせる。
４．窒化シリコンをパターン付けしてエッチングし、それによりこれをボンドパットから除去し、金属結合パッドとの電気的接触を阻止しないようにする。
５．フォトレジスト層を除去する。
【００４０】
Ｃ．向上したアルミニウムレフレクタ
１．Ｃｒ−Ａｕをシャドーマスクでスパッタ蒸着する。
２．二酸化シリコン及び窒化シリコンの四分の一波長層（λ＝４１０nm）をスパッタ蒸着する。変形例として、最も外側に位置する窒化シリコン層は、３つの四分の一波長層であってもよい。
３．フォトレジストで被覆して剥離ミラープレート構造体を破損から保護すると共に次の工程のためのパターン付け層として役立たせる。
４．窒化シリコンをパターン付けしてエッチングし、それによりこれをボンドパットから除去し、金属結合パッドとの電気的接触を阻止しないようにする。
５．フォトレジスト層を除去する。
【００４１】
ＩＩＩ．最終加工
Ａ．フォトレジストで被覆して、ダイシング作業中、剥離したミラープレート構造体を破損から保護する。
Ｂ．代表的には半導体ダイシングソー（dicing saw) を用いてダイ分割する。
Ｃ．フォトレジスト層を除去する。
Ｄ．検査する。
【００４２】
本発明を、薄いミラープレートの反射率を向上させる手段、方法及び装置に関するものとして説明したが、当業者であれば、本発明を上述の本発明の要素及び構造体だけに限定されるべきではないことは理解されよう。例えば、上述の説明は、上記の波長以外の波長に適用でき、ミラーは他の幾何学的形態を有していてもよく、上述のディスク駆動装置は、他の形式の光学、電気的素子及び薄膜構造体を必要とする光学及び磁気光学（magneto-optical, magnetic-optical ）を利用した実施形態から成っていてもよいことは理解されよう。さらに、本発明は、光学ヘッド用以外の用途、例えば、反射面を利用する光学スイッチ又は他の素子の微細加工レフレクタ用に用いることができる。設計変更、種々の変更及び置換の適用範囲も又、上記開示に含まれており、場合によっては、本発明の幾つかの特徴を他の特徴と関連して用いないで採用でき、これは本発明の範囲から逸脱しないことはさらに理解されるべきである。これらを考慮すれば、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を具体化した光ディスク駆動装置の斜視図である。
【図２】  本発明のヘッドの斜視図である。
【図３】  精密アクチュエータ及びフライング光学ヘッドの側面図である。
【図４】  微細加工されたミラーの拡大斜視図である。
【図５】  微細加工ミラーのミラープレートの平面図である。
【図６】  ミラープレートのＡ−Ａ′矢視断面図である。
【図７】  ＨＬ四分の一波長スタックを利用した本発明の実施形態のミラープレートのＡ−Ａ′矢視断面図である。
【図８】  レフレクタ層の頂部上に被着された薄膜の側面図であり、薄膜の正味の効果がミラープレート内に曲率を生じさせるようなものであることを説明する図である。
【図９】  レフレクタ層の頂部上に被着された薄膜の側面図であり、薄膜の正味の効果がミラープレート内に曲率を生じさせるようなものであることを説明する図である。
【図１０】  ６５０ナノメートルの反射率のプロット図である。
【図１１】  ４つの場合に関し、波長の関数としての平均反射率のプロット図である。
【図１２】  ４１０ナノメートルでの反射率のプロット図である。
【図１】
0004640743.tif 000002
【図２】
0004640743.tif 000003
【図３】
0004640743.tif 000004
【図４】
0004640743.tif 000005
【図５】
0004640743.tif 000006
【図６】
0004640743.tif 000007
【図７】
0004640743.tif 000008
【図８】
0004640743.tif 000009
【図９】
0004640743.tif 000010
【図１０】
0004640743.tif 000011
【図１１】
0004640743.tif 000012
【図１２】
0004640743.tif 000013