(57)【要約】ＭＥＭＳデバイス等のためのシステムおよび方法は、親水性官能基を含む層を片側に含む、接触部分を有する構成要素と、層上に形成される被覆とを含むことができる。被覆は、層の親水性官能基と相互作用するように適合される親水性官能基を含むことができる。被覆はまた、被覆の親水性官能基の反対側に疎水性官能基を含むこともできる。層は、構成要素に結合することができ、被覆は、層に結合することができる。被覆は、蒸気形態である間に層上に形成されるように適合することができ、かつ潤滑剤を含むことができる。層は、酸化アルミニウム等の単原子層または多層であり得、被覆は、パーフルオロデカン酸等のフッ酸を含むことができる。
2012527015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械デバイスであって、
接触部分を有する第１の構成要素であって、該接触部分は、親水性官能基を含む層を片側に含む、第１の構成要素と、
該層上に形成された被覆と
を備え、
該被覆は、該層の親水性官能基と相互作用するように適合された親水性官能基を含み、該被覆は、該被覆の親水性官能基の反対側に疎水性官能基を含む、
機械デバイス。
【請求項２】
前記層は、前記第１の構成要素の前記接触部分に化学的に結合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記層は、単原子層である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記層は、多層である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記層は、酸化物または窒化物を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記酸化物は、酸化アルミニウムである、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記被覆は、カルボン酸官能基を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記被覆は、フッ酸を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記フッ酸は、パーフルオロデカン酸である、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記被覆の親水性官能基は、前記層の親水性官能基に結合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記被覆は、前記層に比較的に弱く結合される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記被覆は、蒸気形態である間に前記層上に形成されるように適合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記被覆は、高温にさらされた場合に、前記層に結合するように適合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記被覆は、高温にさらされた場合に、潤滑剤を放出するように適合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記機械デバイスは、ＭＥＭＳデバイスである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記機械デバイスは、空間光変調器である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記層は、前記機械デバイスの実質的に全体を覆い、前記被覆は、該層の実質的に全体を覆う、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記被覆は、該被覆を活性化することに応じて、前記被覆の親水性官能基が前記層の親水性官能基に結合するように適合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記被覆を活性化することは、前記被覆を高温にさらすことを含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記被覆は、前記層に比較的に弱く結合される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記被覆を活性化することは、前記被覆の中に封入された潤滑剤を放出することを含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記第１の構成要素の接触部分の片側と取り外し可能に接触する、第２の構成要素の接触部分をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２３】
被覆の方法であって、
第１の接触部分を有する機械デバイスを形成することと、
該第１の接触部分の側面上に層を形成することであって、該層は、親水性官能基を含む、ことと、
該層に被覆を適用することと
を含み、
該被覆は、該層の該親水性官能基に結合するように適合された親水性官能基を含み、該被覆は、該被覆の親水性官能基の反対側に疎水性官能基を含む、
方法。
【請求項２４】
前記層を形成することは、前記層を前記機械デバイスの表面に化学的に結合することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記層は、単原子層を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記層は、酸化物を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記酸化物は、酸化アルミニウムである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記被覆は、カルボン酸官能基を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記被覆は、フッ酸を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記酸は、パーフルオロデカン酸である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記機械デバイスは、ＭＥＭＳデバイスである、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記層は、前記機械デバイスの実質的に全体を覆い、前記被覆は、該層の実質的に全体を覆う、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記被覆の親水性官能基が前記層の親水性官能基に結合するように、前記被覆を活性化することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記被覆を活性化することは、前記被覆を高温にさらすことを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記被覆は、前記層に比較的に弱く結合される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記被覆を活性化することは、前記被覆の中に封入された潤滑剤を放出することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
第２の接触部分を形成することをさらに含み、該第２の接触部分は、前記第１の接触部分の側面に近接し、かつ前記第１の接触部分に取り外し可能に接触するように構成されている、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この説明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）等の機械システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳの１つの種類は、空間光変調器（ＳＬＭ）デバイスであり、これは、入射光を微小鏡面板の配向に依存する方向に偏向させるように、静電トルクによって個々の微小鏡面板をトーションヒンジの周りで傾斜させることによって動作する。デジタルモード動作において、個々の微小鏡面板のそれぞれは、個々の鏡を選択的に回転させることによって「オン」または「オフ」にすることができる、画素としての機能を果たす。鏡は、正確な偏向角を確保するために、特定の着座位置で機械的に止めることができる。機能的微小鏡アレイは、機械的ストッパでの接触静トルク、すなわち「スティクション」に打ち勝ち、かつタイミングを制御して信頼性を確保するように、十分な静電トルクおよび機械的復元トルクを必要とする。ＳＬＭデバイスは、例えば、ビデオ画像を表示するために使用され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスにおいて、アクチュエータおよびセンサは、導電性材料から形成することができる。アクチュエータおよびセンサなどを通る電流フローは、電気化学的酸化および還元による腐食の結果として、ＭＥＭＳデバイスの劣化を引き起こすか、またはこれに寄与する可能性がある。また、ＭＥＭＳデバイスにおける接触面間の付着は、粘着を引き起こすか、またはこれに寄与するか、あるいはＭＥＭＳデバイスの動作を制限する可能性がある。ＭＥＭＳデバイスは、例えば、その表面に形成される単数または複数の原子層もしくは分子層で実装することができる。被覆は、単層または多層に適用することができる。被覆は、活性化を伴わずに、または潤滑剤を放出する活性化を伴って使用することができる。層および被覆は、腐食、付着、またはその両方を軽減または防止するように、ＭＥＭＳデバイスの残部と相互作用することができる。
【０００４】
一般の態様において、本開示は、親水性官能基を含む層を片側に含む接触部分を有する第１の構成要素と、層上に形成される被覆とを含む、システムおよび方法に関する。被覆は、層の親水性官能基と相互作用するように適合される親水性官能基を含むことができる。被覆はまた、被覆の親水性官能基の反対側に疎水性官能基を含むこともできる。
【０００５】
別の態様において、本開示は、第１の接触部分を有する機械デバイスを形成することと、第１の接触部分の側面上に層を形成することと、層に被覆を適用することとを含む、システムおよび方法に関する。層は、親水性官能基を含むことができ、被覆は、層の親水性官能基に結合するように適合される親水性官能基を含むことができる。被覆はまた、被覆の親水性官能基の反対側に親水性官能基を含むこともできる。
【０００６】
実装例は、以下のうちの１つまたは複数を含み得る。層は、第１の構成要素の接触部分に化学的に結合することができる。層は、単原子層であり得、多層であり得、かつ酸化アルミニウム等の酸化物または窒化物を含むことができる。被覆は、カルボン酸官能基を含むことができ、かつパーフルオロデカン酸等のフッ酸を含むことができる。被覆の親水性官能基は、層の親水性官能基に結合する（比較的に弱く結合する等）ことができる。被覆は、蒸気形態である間に層上に形成されるように適合することができ、かつ高温にさらされた時に層に結合されるように適合することができる。被覆は、高温にさらされた時に潤滑剤を放出するように適合することができる。機械デバイスは、ＭＥＭＳデバイスであり得、かつ空間光変調器であり得る。層は、機械デバイスの実質的に全体を覆うことができ、被覆は、層の実質的に全体を覆うことができる。被覆は、被覆の活性化に応じて、被覆の親水性官能基が層の親水性官能基に結合するように適合することができ、被覆は、層に比較的に弱く結合することができる。被覆を活性化することは、被覆の中に封入された潤滑剤を放出することを含むことができる。第２の構成要素は、第１の構成要素の接触部分の片側と取り外し可能に接触する、接触部分を含むことができる。
【０００７】
層を形成することは、層を機械デバイスの表面に化学的に結合することを含むことができる。システムおよび方法は、被覆の親水性官能基が層の親水性官能基に結合するように、被覆を活性化することを含むことができる。被覆を活性化することは、被覆を高温にさらすことを含むことができる。システムおよび方法はまた、第２の接触部分を形成することであって、第２の接触部分は、第１の接触部分に近接し、かつ第１の接触部分に取り外し可能に接触するように構成される、ことも含むことができる。
【０００８】
実装例は、以下の利点のうちの一部もしくは全てを提供することができ、またはそれらのいずれも提供できない場合がある。無機誘電層等の単層または多層は、陽極の酸化を低減または排除する等によって、耐食性を改善することができる。そのような無機多層および有機潤滑被覆の使用は、無機層単独または潤滑被覆単独のいずれかと比較して、改善された耐食性を提供することができる。無機層と連携した被覆の存在は、水および他の有機吸着物質をはじくことができ、それによって、陽極の酸化または他の腐食をさらに軽減する。有機単層または多層は、耐摩耗性を提供することができ、それによって、ＳＬＭユニットの有効寿命を延ばす。いくつかの実装例において、被覆と誘電層との間の弱い結合は、摩耗または損傷によって被覆が除去されてしまった層の部分を被覆が覆うことを可能にすることができる移動性を促進することができる。そのような表面移動性はまた、ＳＬＭユニットの腐食および耐摩耗性をさらに改善することもできる。無機層および被覆の使用は、スティクションを低減することができ、それによって、ＳＬＭユニットの確実な動作に必要な電圧を低減することができる。ＳＬＭユニットの移動可能な構成要素と静止構成要素との間の低い付着力および低い付着モーメントを達成することができる。静止摩擦は、最小化することができ、構成要素の粘着は、低減または防止することができる。さらに、層および被覆の使用は、デバイスの稼働寿命中の付着力の増加を最小化または防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、光を「オン」状態に反射する空間光変調器の一部分の概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光を「オフ」状態に反射する図１ａの空間光変調器の一部分の概略断面図である。
【図２】図２は、投影システムの長方形状の鏡のアレイの一部分の概略斜視図である。
【図３】図３は、空間光変調器の下部分の概略斜視図である。
【図４】図４は、図１ａの空間光変調器の一部分の概略断面図である。
【図５】図５は、被覆および層の化学構造の概略図である。
【図６】図６は、ＳＬＭユニットを被覆するためのプロセスを表す流れ図である。
【００１０】
種々の図面における同じ参照符号は、同じ要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
微小電気機械式アクチュエータおよびセンサは、典型的に、導電性材料から形成される。電圧がアクチュエータに印加された場合、またはセンサが電気信号を生成した場合に、電気化学的酸化および還元の結果として、これらのシステムおよびデバイスの中の電流フローが悪化する可能性があり、これは、腐食と称され得る。加えて、ＭＥＭＳの表面が互に機械的に接触すると、表面間の付着力が、電気的に生成された復元力および機械的復元力よりも高くなる可能性がある。付着力は、これらの表面が分離することを妨げる可能性があり、ＭＥＭＳの所望の動作を妨げる可能性がある。この開示は、腐食を制限して、スティクションを低減することに対処する。ＭＥＭＳデバイスは、例えば、その表面に形成される１つまたは複数の原子層もしくは分子層で実装することができる。被覆は、単層または多層に適用することができる。被覆は、活性化を伴わずに、または潤滑剤を放出する活性化を伴って使用することができる。層および被覆は、腐食、付着、またはその両方を最小化または低減するように構成することができる。
【００１２】
図１ａは、光を「オン」状態に反射するＳＬＭユニット１００（本明細書で「ＳＬＭユニット」とも称される）の一部分の概略断面図である。ＳＬＭデバイスは、図１ａに示されるものと同様の複数のＳＬＭユニット１００を含むことができる。ＳＬＭデバイスの実施例は、Ｐａｎ他への米国特許第７，４４３，５７２号に記載されているようなものを含み、該特許は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。鏡面板１２０は、ヒンジ１３０上で電極１５４ａに向かって傾斜する。照明光源（図示せず）から照明光１８２は、反射面に垂直である方向１８３に対する入射角θｉを形成する。反射光１８４は、鏡面板１２０の頂面１２４に垂直である方向において測定される角度θｏを有し、かつＳＬＭユニット１００を出射して、レンズ（図示せず）または他の表示構成要素等の標的１８６に向かうことができる。角度θｉおよびθｏは、互いに等しい。デジタル動作モードにおいて、図１ａに示される構成は、本開示の目的に対して「オン」状態または「オン」位置と称することができる。
【００１３】
図１ｂは、光を「オフ」状態に反射する図１ａのＳＬＭユニット１００の概略断面図である。鏡面板１２０は、電極１５４ａに向かって傾斜する。照明光１８２および偏向光１８４は、ＳＬＭユニットが「オフ」位置にある時には、角度θｉ’およびθｏ’を形成する。これらの角度は、鏡面板１２０の寸法、および鏡面板１２０の底面１２６と、本明細書でさらに説明される着座ポスト１６４ａ、１６４ｂまたは他の構造体の頂面１６２との間の空隙の関数であり得る。反射光１８４は、ＳＬＭユニット１００を出射して、光吸収体１８８に向かう。デジタル動作モードにおいて、図１ｂに示される構成は、本開示の目的に対して「オフ」状態または「オフ」位置と称することができる。
【００１４】
ＳＬＭユニット１００は、底部分、中間部分、および上部分を含むものと考えることができる。ＳＬＭユニット１００の底部分は、ＳＬＭデバイスの微小鏡アレイの中の各鏡面板１２０の動作を選択的に制御するために、ウエハ基板１４０と、アドレス指定回路１７０とを含むことができる。アドレス指定回路１７０は、メモリセルのアレイと、信号を通信するためのワード線／ビット線相互接続とを含むことができる。ウエハ基板１４０は、シリコン基板であり得、従来の相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術を使用して製造することができる。アドレス指定回路１７０は、低密度メモリアレイに類似するように製造することができる。電圧源Ｖｂ１７２は、鏡面板１２０および着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの電圧電位を制御することができる。電圧源Ｖｄ１７４ａは、電極１５４ａの電圧電位を制御することができる。電圧源Ｖａ１７４ｂは、電極１５４ｂの電圧電位を制御することができる。
【００１５】
ＳＬＭユニット１００の中間部分は、基板１４０の上に形成することができる。中間部分は、電極１５４ａ、１５４ｂと、ヒンジ支持ポスト１３４とを含むことができる。随意に、中間部分は、第１の着座ポスト１６４ａと、第２の着座ポスト１６４ｂとを含むことができる。着座ポスト１６４ａ、１６４ｂは、固定的および垂直であり得、かつ基板１４０の上に形成することができる。製造を容易にするために、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂは、電極１５４ａ、１５４ｂの最も高い頂面と同じ高さを有することができる。着座ポスト１６４ａ、１６４ｂは、「オン」状態から「オフ」状態、および「オフ」状態から「オン」状態への遷移ごとに、鏡面板１２０が着座するための機械的な着地を促進することができる。随意に、本明細書でさらに説明するブリッジばね１２９ａ、１２９ｂは、鏡面板１２０とともに形成するか、またはこれに取り付けることもでき、かつ鏡面板１２０の着地領域であることができる。それによって、ブリッジばね１２９ａ、１２９ｂは、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂとともに、スティクションを最小化すること、またはこれに打ち勝つことを補助し、かつデバイスの信頼性を延ばし得る。スティクションは、鏡面板１２０とＳＬＭユニット１００の他の構成要素との間に相対的移動を引き起こすために必要とされる力を含む可能性がある。スティクションは、例えば、付着モーメントまたは付着力であり得、ヒンジ１３０、鏡面板１２０と他の構成要素との間の接触、その両方、または摩擦もしくは付着の他の要因と関連する可能性がある。いくつかの実装例において、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂは、鏡面板１２０に電気的に接続することができる。そのような電気接続部は、ＳＬＭユニット１００の動作中に鏡面板１２０と着座ポスト１６４ａ、１６４ｂとの間で起こり得る、電気アーク放電を低減または排除することができる。
【００１６】
ＳＬＭユニット１００の上部分は、鏡面板１２０を含むことができる。トーションヒンジ１３０は、鏡面板１２０の一部として製造することができ、かつ鏡面板１２０の頂面１２４からの最小距離に保たれることができる。トーションヒンジ１３０は、鏡面板が、鏡軸２２０（図２を参照）の周りを回転することが可能になるように構成することができる。鏡軸２２０と鏡面板１２０の頂面１２４との間の距離を最小化することによって、「オン」状態から「オフ」状態への角度遷移中の各鏡面板１２０の水平変位を最小化することができる。図１ａおよび図１ｂに示される実装例において、鏡面板１２０は、３つの薄膜層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを含む。薄膜層１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃのそれぞれは、隣接する層とは異なる材料組成を有することができる。いくつかの実装例において、頂層１２２ａは、反射型で、アルミニウム等の反射材料を含み、かつ、例えば、約６０ナノメートル（ｎｍ）等の、約５０〜１００ｎｍの間であり得る。
【００１７】
鏡面板１２０の中間層１２２ｂは、ドープシリコン、低温アモルファスシリコン、金属、または金属合金等の数多くの導電性材料のうちの１つまたは複数から成ることができる。中間層１２２ｂは、例えば、約１００〜２００ｎｍ等の、約１００〜５００ｎｍの間の厚さであり得る。代替として、中間層１２２ｂは、例えば、ドープシリコン、アモルファスシリコン、ニッケル、チタン、タンタル、タングステン、またはモリブデンのうちの１つまたは複数を含む、物理気相蒸着（ＰＶＤ）またはスパッタリングによって蒸着される材料等の、別の低温蒸着材料を含むことができる。いくつかの実装例において、中間層１２２ｂは、２つ以上の金属等の、２つ以上の材料の複合層を含むことができる。空洞１２８ａ、１２８ｂは、底層１２２ｃの中にブリッジばね１２９ａ、１２９ｂを形成するように、中間層１２２ｂの中に形成することができ、ブリッジばね１２９ａ、１２９ｂは、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂと整列するように位置付けることができる。
【００１８】
鏡面板１２０の底層１２２ｃは、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル、それらのケイ素化合物、およびそれらの合金等の、電気機械材料に基づく金属薄膜等の、導電性材料を含むことができる。好適なチタン合金は、アルミニウム、ニッケル、銅、酸素、および／または窒素を含むことができる。底層１２２ｃのための別の好適な材料は、高ドープ伝導性非晶質シリコンであり得る。底層１２２ｃは、約５０〜６０ｎｍの間の厚さ等の、約１０〜１００ｎｍの間の厚さであり得る。ヒンジ１３０は、底層１２２ｃの一部として実装することができる。空洞１２８ａ、１２８ｂに露出される底層１２２ｃの部分によって形成されるブリッジばね１２９ａ、１２９ｂは、底層１２２ｃが着座ポスト１６４ａ、１６４ｂに接触した時に、空洞１２８ａ、１２８ｂの中に偏向するように構成することができる。それによって、空洞１２８ａ、１２８ｂに露出される底層１２２ｃの部分は、ばねとして機能することができ、本明細書でばねと称され得る。底層１２２ｃのこれらの部分によって加えられる力は、鏡面板１２０の接触状態からの分離、および「オン」状態と「オフ」状態との間の切り替えを促進することができる。いくつかの実装例において、鏡面板１２０の底層１２２ｃおよびトーションヒンジ１３０は、耐熱性金属、それらのケイ化物、またはそれらの合金のうちの１つから成る。耐熱性金属およびそれらのケイ化物は、ＣＭＯＳ半導体処理に適合しており、かつ比較的に良好な機械的特性を有することができる。これらの材料は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、または他の好適な技術によって蒸着することができる。３層薄膜鏡面板１２０は、例えば、約２００〜３００ｎｍの間等の、約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍの間の総厚さを有することができる。図２は、長方形状の鏡板１２０を有するＳＬＭユニット１００のＳＬＭアレイ２００の一部分の概略斜視図である。図３は、ＳＬＭユニット１００の下部分の概略斜視図である。図２および３を参照すると、鏡板１２０は、鏡板１２０が鏡軸２２０の周りを回転することができるように、トーションヒンジ１３０によって支持することができる。ＳＬＭデバイスの一部としてのＳＬＭユニット１００のアレイ２００の中の近接する鏡板１２０間の空隙２５０は、比較的に小さくすることができる。例えば、ＳＬＭアレイ２００の中の鏡板１２０間の空隙２５０は、例えば、０．５ミクロン未満に低減することができる。いくつかの実装例では、高い能動反射領域の充填率を達成するように、空隙２５０を最小化することが望ましくなる可能性がある。すなわち、空隙２５０が減少するにつれて、より高い割合の照明光１８２が鏡板１２０によって偏向光１８４として反射される可能性がある。基板１４０と鏡板１２０との間の空間は、下部空間２６０と称することができる。図３において、ＳＬＭユニット１００は、鏡面板１２０を伴わずに例示目的のために示され、したがって、下部空間２６０が示されている。いくつかの実装例において、下部空間２６０は、空隙２５０だけを通して周囲環境２７０に露出される。
【００１９】
ＳＬＭユニット１００およびＳＬＭアレイ２００は、Ｐａｎへの米国特許第７，３８８，７０８号に記載されているように製造することができ、該特許は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。微小鏡アレイを構成する際に使用する材料は、好ましくは、制御基板の中の事前製造された回路に損傷を与えるのを回避するように、典型的な製造プロセスの温度制限である、摂氏約４００〜４５０度以下の温度で処理される。いくつかの実装例において、ＳＬＭユニット１００の処理は、摂氏約１５０度以下の温度であり得る。
【００２０】
前述のように、「オン」状態または「オフ」状態における鏡面板１２０のスティクションは、ＳＬＭユニット１００の動作中に起こり得る。いくつかの事例において、表面の接触付着は、電極１５４ａ、１５４ｂと鏡面板１２０との間で生成される静電場によって加えられる静電力、ならびに機械的復元力の合計よりも大きくなり得る。そのような場合、ＳＬＭユニット１００の鏡の粘着は、動作を中断させ、潜在的に、全てのＳＬＭアレイ２００またはＳＬＭデバイス全体の交換が必要になり得る。表面の接触付着は、双極子間の相互作用、さらには、ブリッジばね１２９ａ、１２９ｂを伴う鏡面板１２０と着座ポスト１６４ａ、１６４ｂとの間に存在する水または有機材料のガス放出によって引き起こされ得、これは、そのような環境におけるスティクションによってデバイスの不具合を引き起こし得る。底層１２２ｃと着座ポスト１６４ａ、１６４ｂとの間の接触付着を低減するように、および動作中に機械的摩耗から界面を保護するように、鏡面板１２０の底面１２６および着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの頂面１６２に潤滑剤を蒸着させることができる。いくつかの実装例において、潤滑剤は、熱的に安定していること、限定された蒸気圧を有すること、およびＳＬＭユニット１００を形成する電気機械材料と反応しないことが望ましいことがある。他の実装例では、潤滑剤を相互に機械的に接触する電気化学材料に付着させることが望ましいことがある。いくつかの実装例において、潤滑剤は、実質的にＳＬＭユニット１００の露出面全体に適用することができる。
【００２１】
いくつかの実装例において、潤滑剤は、鏡面板１２０の底面１２６および着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの頂面１６２に被覆される、フルオロカーボン薄膜であり得る。例えば、ＳＬＭユニット１００は、摂氏約２００度の基板温度で、ＣＦ４等のフルオロカーボンに曝露することができる。別の実施例では、潤滑剤は、長鎖フルオロカーボン分子から成ることができ、これを気化させて気体を形成し、次いで、ＳＬＭ上に凝縮させる。得られたフルオロカーボン被覆は、底層１２２ｃおよび着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの界面への水の付着または接着を防止することができ、これは、湿潤または湿性周囲環境２７０における底層１２２ｃのスティクションを低減することができる。フルオロカーボン膜を底層１２０および着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの接触部分に適用することで、双極子間の相互作用を低減することによって付着力を低減することができ、また、有機汚染物質の吸着も防止することができ、さらに、接触表面上の水の量を最小化することができ、それによって、スティクションが低減され得る。
【００２２】
ブリッジばね１２９ａ、１２９ｂ、トーションばね、頂層１２２ａ等の反射面、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂ、およびそれらに対する電気接続部の腐食も、ＳＬＭユニット１００の動作中に起こる可能性がある。そのような腐食は、ＳＬＭユニット１００の構成要素への、またはそこからの電流の流れによって生じる可能性があり、電気回路の陽極または陰極を構成する構成要素の腐食を含み得る。したがって、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂおよび鏡面板１２０等のＳＬＭユニット１００の他の構成要素、ならびに着座ポスト１６４ａ、１６４ｂに対する電気接続部を絶縁することが望ましくなる可能性がある。絶縁は、誘電材料を使用して行うことができる。電流の流れを少なくするまたは阻止することによって、誘電体またはいくつかの他の好適な材料が酸化または他の腐食を軽減または防止することができる。代替として、腐食を起こし易い表面は、腐食せず、かつ腐食材料を水および酸素への曝露から保護する材料で覆われることができる。
【００２３】
図４は、ＳＬＭユニット１００の一部分の概略断面図であり、その上に形成される層４３０が示されている。説明の便宜上、図４は、必ずしも正しい縮尺で描画されているわけではない。いくつかの実装例において、層４３０は、無機の誘電体であり得る。層４３０は、着座ポスト１６４ａの頂面１６２およびブリッジばね１２９ａを含む底層１２２ｃの表面等の、ＳＬＭユニット１００の表面の一部または全体に形成することができ、これは、空洞１２８ａを覆う底層１２２ｃの一部分であり得る。層４３０は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術を使用してＳＬＭユニット１００の表面にコンフォーマルに形成することができ、層４３０は、厚さＴを有することができる。厚さＴは、実質的にＳＬＭユニット１００の露出面全体にわたって均一であり得る。いくつかの実装例において、層４３０は、５〜１５の単原子層を含むことができる。着座ポスト１６４ａ、１６４ｂおよびブリッジばね１２９ａ、１２９ｂの露出面等の、ＳＬＭユニット１００露出面を完全に覆うことが望ましいことがあるので、ＡＬＤによる層４３０の形成は、有利であり得る。例えば、完全に覆うことで、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂまたはＳＬＭユニット１００の他の構成要素への、またはそこからの電流フローを少なくすること、または阻止することによって、陽極の酸化を軽減または防止することができる。すなわち、完全に覆われていない「ピンホール」、ボイド、またはＳＬＭユニット１００の構成要素が存在すると、そのようなピンホール、ボイド、または他の露出面等を通って電流が流れ得るので、層４３０の腐食防止性能を著しく損なう可能性がある。
【００２４】
被覆４５０は、層４３０の露出側面４３５に適用することができ、被覆４５０は、単層または多層の有機被覆であり得る。例えば、層４３０が鏡面板１２０の底面１２６に形成された場合、被覆４５０は、底面１２６の反対側の層４３０の側面に適用することができる。被覆４５０は、鏡面板１２０の底面１２６が着座ポスト１６４ａの頂面１６２に接触する、接触領域４６０を潤滑することができる。いくつかの実装例において、被覆４５０の露出側面４５２は、疎水性であり得る。この被覆４５０の疎水性特性は、ＳＬＭユニット１００の下部空間４６０表面または他の部分に水、湿気、および有機吸着物質が存在することを低減または排除することができる。陽極が酸化するには湿気が必要になり得るので、疎水性被覆４５０の使用は、陽極の酸化を軽減または防止することができる。それによって、層４３０および被覆４５０がないユニットと比較して、ＳＬＭユニット１００の稼働寿命が延長され得る。
【００２５】
層４３０は、被覆４５０を保持するのに適合した材料を含むことができる。例えば、層４３０は、層４３０および被覆４５０の原子または分子間の引力を増加させる材料を含むことができる。被覆４５０は、層４３０に化学的に結合することができ、そのような化学的結合は、以下に説明するように、被覆４５０の活性化の後に起こり得る。いくつかの実装例において、被覆４５０は、層４３０に比較的に強く結合することができる。いくつかの他の実装例において、被覆４５０は、層４３０に比較的に弱く結合することができる。被覆４５０の比較的に弱い結合は、被覆４５０の表面移動を可能にすることができる。すなわち、被覆４５０が層４３０に比較的に弱く結合された場合、被覆４５０の分子は、層４３０上のある場所から別の場所に移動することができる。この被覆４５０の分子の移動は、被覆４５０に対する摩耗または損傷の「自己修復」を促進することができる。すなわち、被覆４５０の一部分が摩耗または損傷によって除去された場合、その部分の近隣のまたは近接する被覆４５０の分子が移動して被覆４５０を充填し、それによって、層４３０を完全に覆うことを促進することができる。他の場合において、潤滑剤の限定された蒸気圧または空洞の中の反スティクション被覆は、被覆分子の吸着によって、被覆４５０の損傷を修復することができる。この場合には、被覆４５０の表面移動が不要であり得る。
【００２６】
随意に、ＳＬＭユニット１００は、電極１５４ａ、１５４ｂおよび着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの上に形成されるスペーサ４８０を含むことができる。スペーサ４８０は、厚さ１００ｎｍのＰＥＣＶＤ二酸化シリコンのブランケット層として形成することができる。形成後、スペーサ４８０は、電極１５４ａ、１５４ｂの頂部を露出するように、方向性プラズマエッチングでブランケットエッチングすることができ、電極１５４ａ、１５４ｂおよび着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの側面上にはスペーサ４８０が残る。エッチングの後のスペーサ４８０の膜厚は、基板１４０での厚さ１００ｎｍから、電極１５４ａ、１５４ｂおよび着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの頂部での厚さ０ｎｍまで変動し得る。いくつかの実装例において、スペーサ４８０は、電極１５４ａ、１５４ｂと他の構成要素との間の静電気による短絡を最小化または防止することができる。
【００２７】
図５は、着座ポスト１６４ａの頂面１６２上に形成される層４３０、ならびに層４３０およびブリッジばね１２９ａ上の同じ層に結合または吸着される被覆４５０の化学構造の概略図である。層４３０は、層４３０の露出側面４３５上に親水性官能基５２０を含むことができる。層４３０の親水性官能基５２０は、図５において文字「Ａ」で表される。露出側面４３５は、層４３０がその上に形成される構成要素の反対側の層４３０の側面であり得る。層４３０は、親水性官能基５２０を有するあらゆる材料を含むことができる。いくつかの実装例において、層４３０は、酸化物を含むことができる。酸化物は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、または他の酸化物であり得る。層４３０は、親水性官能基５２０を有する複数の分子から成ることができる。
【００２８】
いくつかの実装例において、層４３０の厚さＴ（図４を参照）は、小さくする（約１５単層以下等、約５〜１５単原子層の間等）ことができる。いくつかの実装例は、１単原子層等の、５単層未満の厚さＴを有する層４３０を含むことができる。層４３０が酸化アルミニウムから成る場合の実装例において、層４３０の厚さＴは、約２．０ｎｍ未満であり、他の場合では、約１．０ｎｍ未満であり得る。いくつかの実装例において、層４３０は、約０．２ｎｍ未満であり得る。層４３０の小さい厚さＴは、層４３０が電極１５４ａ、１５４ｂを覆う場合の実装例で望ましいことがある。鏡面板１２０と電極１５４ａ、１５４ｂとの間に印加される電圧は、「オン」状態と「オフ」状態との間で鏡面板１２０を切り替えるための作動力を提供する。電極１５４ａ、１５４ｂ上に層４３０が存在することで、電極１５４ａ、１５４ｂ上に層４３０が存在しない場合に印加され得る静電力と比較して、鏡面板１２０に印加される静電力が減少し得る。厚くした層４３０の厚さＴは、さらに減少した静電力をもたらし得る。したがって、層４３０の厚さＴを厚くすると、鏡面板１２０の作動のために、鏡面板１２０と電極１５４ａ、１５４ｂとの間により大きい印加電圧が必要になる可能性がある。したがって、層４３０の厚さＴは最小化するが、適切に腐食を最小化する厚さＴを保つことが望ましいことがある。
【００２９】
スパッタリングまたは化学蒸着等の数多くの材料蒸着技術は、特に直接的な「視線」上にない表面には、比較的に薄い層による表面の完全かつ連続的な被覆を確実に提供しない。むしろ、そのような技術では、いかなるピンホールまたはボイドも有しない完全な被覆を確保するために、典型的に、比較的に厚い層を蒸着しなければならない。加えて、スパッタリング等のいくつかの材料蒸着技術は、「視線」を基準とする蒸着を提供する。すなわち、表面と材料蒸着源との間の障害物は、材料がその表面に蒸着されることを妨げ得る。ＡＬＤ技術は、他の材料蒸着技術では妨げられ得るまたは視線上にない場合がある表面に到達できる、気体または蒸気形態の前駆体を利用することができる。ＡＬＤ技術は、Ｄｅｎｎｉｓ  Ｍ．Ｈａｕｓｍａｎｎ他の「Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｆｎｉｕｍ  ａｎｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｅｔａｌ  Ａｍｉｄｅ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ」（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．１４（２００２）４３５０−４３５８）にさらに記載されている。ＡＬＤ技術は、完全でコンフォーマルかつ連続的な層４３０の形成を促進することができ、したがって、比較的に薄い層４３０の使用を促進することができる。
【００３０】
ＡＬＤプロセスは、反応チャンバの中の表面を第１の前駆体に曝露することを含むことができる。第１の前駆体は、前駆体層を表面に均一かつコンフォーマルに形成することができる。次いで、反応チャンバを真空にして、表面と反応しなかった、またはこれに結合しなかった第１の前駆体分子を除去することができる。次いで、第２の前駆体を反応チャンバに導入することができる。第２の前駆体は、第１の前駆体と反応して、均一でコンフォーマルな単層を表面に形成することができる。第２の前駆体と第１の前駆体との反応は、１つの原子層だけが表面に結合されるように、自動制限的であり得る。したがって、１つのＡＬＤサイクルは、第１の前駆体を反応チャンバに導入すること、チャンバを真空にすること、第２の前駆体を反応チャンバに導入すること、再度チャンバを真空にすることを含むことができる。ＡＬＤサイクルは、追加の単層を既に形成された単層上に形成するために、繰り返すことができる。すなわち、追加のＡＬＤサイクルのそれぞれにおいて、追加の単層を、既に形成された露出単層の頂部に形成することができる。
【００３１】
被覆４５０は、親水性官能基（Ｂ）５３０を含むことができ、かつ結合５５０によって、層４３０の親水性官能基５２０に物理的または化学的に結合することができる。結合５５０は、双極子間結合、共有結合、水素結合、または他の好適な結合であり得る。被覆４５０は、被覆４５０の親水性官能基５３０の反対側に疎水性官能基（Ｃ）５４０をさらに含むことができる。疎水性官能基は、図５において文字「Ｃ」で表される。被覆４５０は、親水性官能基５３０および疎水性官能基５４０を有する、複数の分子から成ることができる。被覆４５０は、親水性官能基５３０および疎水性官能基５４０を有する、あらゆる材料を含むことができる。いくつかの実装例において、被覆４５０は、カルボキシル（ＣＯＯＨ）官能基等のカルボン酸官能基等の、親水性官能基５３０を含むことができる。被覆４５０は、シロキサン官能基、リン酸官能基、硫酸官能基、またはシラン官能基を含むことができる。さらに、いくつかの実装例において、被覆４５０は、ＣＦ３等のフッ化化合物等の疎水性官能基５４０を含むことができ、好適な材料は、パーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）、パーフルオロデカン酸（ＰＦＤＡ）、フルオロ−オクチル−トリクロロ−シラン（ＦＯＴＳ）、いくつかの他のフッ酸、またはいくつかの好適なフッ化化合物を含むことができる。そのような被覆４５０は、ＳｙｎＱｕｅｓｔ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ａｌａｃｈｕａ、Ｆｌｏｒｉｄａ）によって製造されるＰＦＤＡを含むことができる。
【００３２】
図６は、ＳＬＭユニット１００を被覆するためのプロセス６００を表す流れ図である。ＳＬＭユニット１００は、第１の接触部分および第２の接触部分を有して、前述のように形成することができる（ステップ６１０）。第１の接触部分は、例えば、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂのうちの１つまたは両方の頂面１６２であり得る。第２の接触部分は、例えば、ブリッジばね１２９ａ、１２９ｂの底面１２６の一部分であり得る。いくつかの実装例において、第１の接触部分および第２の接触部分のうちの１つまたは両方は、表面処理済みであり得る。例えば、着座ポスト１６４ａ、１６４ｂの頂面１６２およびブリッジばね１２９ａ、１２９ｂの底面１２６は、酸化物または窒化物で被覆することができる。そのような表面処理は、ＳＬＭユニット１００の耐摩耗性を改善し得る。
【００３３】
層４３０は、第１の接触部分上に形成することができる（ステップ６２０）。いくつかの実装例において、第１の接触部分上に形成する代わりに、またはそれに加えて、層４３０を第２の接触部分上に形成することができる。製造を容易にするために、層４３０はまた、ＳＬＭユニット１００の実質的に表面全体に形成することもできる。ＡＬＤプロセス中の層４３０の形成は、コンフォーマルであり得る。すなわち、いくつかの実装例において、層４３０は、ＳＬＭユニット１００の露出面全体に均一に形成することができる。この層４３０のコンフォーマル形成は、気体または蒸気形態の前駆体材料を導入することを含む、ＡＬＤ技術によって促進することができる。さらに、ＡＬＤプロセスは、例えば、各ＡＬＤサイクル中に単一の単層だけがＳＬＭユニット１００上に形成されるように、自動制限的であり得る。多層は、複数のＡＬＤサイクルを実施することによって形成することができる。いくつかの実装例では、ＳＬＭユニット１００の全てまたは実質的に全ての構成要素を腐食およびスティクションから保護するために、ＳＬＭユニット１００の露出面全体または実質的に全体に層４３０を形成することが望ましいことがある。
【００３４】
被覆４５０は、例えば気相または蒸気形態で、層４３０に適用することができる（ステップ６３０）。被覆４５０は、Ｓｅｔｈ  Ｍｉｌｌｅｒによって提出され、２００８年３月１３日に公開された、米国特許出願公開第２００８／００６２４９６  Ａ１号に記載されているような、霧状形態で適用することもできる。しかしながら、いくつかの実装例では、例えば鏡面板間の空間２５０のサイズが小さいことにより、霧状または微粒状被覆４５０の材料が、下部空間４６０に適切に入り込むことができない場合がある。気相または蒸気形態で被覆４５０の材料を適用することは、層４３０の完全な被覆を促進することができる。また、いくつかの実装例では、層４３０への適用の際に、被覆４５０が不活性であること、例えば層４３０に結合しないことが望ましいことがある。例えば、ＳＬＭアレイ２００を製造するためのウエハレベルの処理中に、活性被覆４５０が、ＳＬＭユニット１００の構成要素の結合または他のプロセスステップを妨げる場合がある。ＳＬＭユニット１００の他の構成要素の結合は、非結合または不活性の被覆４５０の材料が層４３０上に存在していても行われ得る。例えば、そのような被覆４５０の材料は、他の構成要素の結合を促進するように移動され得る。すなわち、そのような被覆４５０の材料は、ＳＬＭユニット１００の他の構成要素のための結合領域から移動され得る。別の実施例として、被覆４５０の材料は、そのような被覆４５０の材料が非結合または不活性状態である間、ＳＬＭユニット１００の他の構成要素の結合に使用される接着剤を妨害しない場合がある。いくつかの実装例において、層４３０は、被覆４５０の反スティクションおよび耐腐食特性等の特定の特性を最大にするために、完全に洗浄して汚染から保護することができる。すなわち、被覆から汚染を除去することは、被覆４５０の有効な適用および結合にとって重要であり得る。
【００３５】
随意に、被覆４５０は、活性化することができ、それによって、被覆４５０を層４３０に結合することができる（ステップ６４０）。いくつかの実装例において、被覆４５０はそれ自体が潤滑剤であり（潤滑剤という用語は上記に説明済）、被覆４５０の活性化は、層４３０への被覆の結合を引き起こす。
【００３６】
いくつかの実装例において、被覆４５０が気相から蒸着される時等は、いかなる活性化も不要である。被覆４５０の材料が液体または固体形態でデバイスの空洞に蒸着された場合、加熱による活性化は、被覆の分子を空洞の容積の中に放出することができ、これは、気相からの実質的に表面全体の被覆を促進することができる。被覆４５０の表面官能基と層４３０との間の化学結合はまた、高温で加熱することによって形成することもできる。
【００３７】
いくつかの実装例において、潤滑剤は、ＰＦＤＡを含むことができる。被覆４５０は、被覆４５０を高温にさらすことによって、またはいくつかの他の好適なプロセスによって活性化することができる。高温は、例えば、摂氏約５０度から摂氏約２５０度以上であり得る。被覆４５０の結合は、自動制限的であり得る。すなわち、被覆４５０の層は、層４３０に適用することができ、その後、被覆４５０の材料はそれ自体に付着しない。いかなる特定の特徴にも限定されずに、この自動制限的な特徴は、一端に親水性官能基を有し、反対端に疎水性官能基を有する、被覆４５０の材料の使用に起因し得る。層４３０の親水性官能基５２０は、被覆４５０の親水性官能基５３０に結合することができる。次いで、他の被覆４５０材料の親水基５３０を、層４３０に結合した被覆４５０の材料に結合不可能であり得る。すなわち、層４３０に結合した被覆４５０の材料は、他の被覆４５０の材料の親水基に結合するために利用可能な未結合の親水基を持たない。いくつかの実装例において、被覆４５０の露出した疎水性基５４０は、追加の被覆材料を被覆４５０に加えるように十分強く、他の被覆４５０の材料の疎水性基に結合することができない。前述の実装例は、以下の利点のうちの一部もしくは全てを提供することができ、またはそれらのいずれも提供できない場合がある。無機誘電層等の単層または多層は、陽極の酸化を低減または排除する等によって、耐食性を改善することができる。そのような無機多層および有機潤滑被覆の使用は、無機層単独または潤滑被覆単独のいずれかと比較して、改善された耐食性を提供することができる。無機層と連携した被覆の存在は、水および他の有機吸着物質をはじくことができ、それによって、陽極の酸化または他の腐食をさらに軽減する。有機単層または多層は、耐摩耗性を提供することができ、それによって、ＳＬＭユニットの有効寿命を延ばす。いくつかの実装例において、被覆と誘電層との間の弱い結合は、摩耗または損傷によって被覆が除去されてしまった層の部分を被覆が覆うことを可能にすることができる、移動性を促進することができる。そのような表面移動性はまた、ＳＬＭユニットの腐食および耐摩耗性をさらに改善することもできる。無機層および被覆の使用は、スティクションを低減することができ、それによって、ＳＬＭユニットの確実な動作に必要な電圧を低減することができる。ＳＬＭユニットの移動可能な構成要素と静止構成要素との間の低い付着力および低い付着モーメントを達成することができる。静止摩擦は、最小化することができ、構成要素の粘着を低減または防止することができる。さらに、層および被覆の使用は、デバイスの稼働寿命中の付着力の増加を最小化または防止することができる。ＳＬＭユニットのいくつかの実装例において、約５〜１０ナノニュートン（ｎＮ）以下程度の付着力を達成することができる。
【００３８】
本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」等の用語の使用は、単なる例示目的に過ぎず、本明細書に記載されるシステムの種々の構成要素と他の要素とを区別するためのものである。そのような用語の使用は、任意の他の構成要素の特定の配向を意味するものではない。同様に、任意の水平、垂直、または要素の配向または角度を表す任意の他の用語は、記載されている実装例に関連するものである。他の実装例では、同じまたは同様の要素は、場合によって、水平、垂直、または、記載されている任意の他の角度に配向することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態を説明してきた。それでもなお、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、種々の変形を行うことができるものと理解されよう。例えば、被覆は、粉状、霧状、または微粒状形態等の固相または液相で適用することができる。別の例として、層および被覆は、ＳＬＭデバイス以外のＭＥＭＳ、ならびにＭＥＭＳ以外の機械システムで使用することもできる。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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