專利名稱：微機(jī)電裝置中的高能量、低能量密度的抗輻射光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括提高可移動(dòng)微機(jī)械光學(xué)元件的抗輻射性的方法和裝置。特別地，抗輻射層被加到可移動(dòng)微機(jī)械光學(xué)元件中，其適于減少所述元件的表面和基體材料(bulk material)的改變，通過曝光于能量密度小于100微焦耳/平方厘米以及波長小于或等于大約248nm的脈沖激光產(chǎn)生所述改變。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，在電影和圖像投影儀以及電視中使用光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或空間光調(diào)制器(SLM)以便為觀眾產(chǎn)生圖像。通常在大面積表面上，如投影屏幕或顯示板上顯示圖案。在這些應(yīng)用中，使用可見波長的光(400-800nm)。MEMS也用作指引光束從一個(gè)光路到達(dá)另一光路的切換開關(guān)。在切換開關(guān)應(yīng)用中，通常使用可見波長光，而不使用更短波長的紫外光。
本發(fā)明人及其同事近來將SLM用于半導(dǎo)體制造中所包括的微光刻工藝中。SLM一直用于產(chǎn)生更精確、更小以及更密集的影像。小而密集的影像的描繪需要使用紫外線光譜內(nèi)或小于其的短波長光。靜電致動(dòng)用于偏轉(zhuǎn)微反射鏡。為了產(chǎn)生力，在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電壓，所述兩個(gè)電極中一個(gè)固定而另一個(gè)附接于致動(dòng)器，如可移動(dòng)微反射鏡上。諸如掩膜寫入工具或芯片制造工具中所使用的具有致動(dòng)器陣列的SLM載有特定的圖案，其中，在將電磁輻射束中繼或傳輸至工件上時(shí)，所述致動(dòng)器處于尋址狀態(tài)或非尋址狀態(tài)。這種被中繼的電磁輻射束包括將印制在所述工件上的圖案的標(biāo)記(stamp)。這種圖案可分別是印制在掩膜或芯片上的圖案的子集或全部圖案。
因此，出現(xiàn)一個(gè)能夠理解使用短波長光，包括248nm或更短波長的光的SLM的問題，以及研究讓SLM使用短波長光并且有效延伸MEMS元件的使用性和壽命的方法和裝置的時(shí)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括提高可移動(dòng)微機(jī)械光學(xué)元件的抗輻射性的方法和裝置。特別地，在可移動(dòng)微機(jī)械光學(xué)元件中添加抗輻射層，其適于減少所述元件的表面和基體材料的改變，通過曝光于能量小于100微焦耳/平方厘米以及波長小于或等于大約248nm的脈沖激光產(chǎn)生所述改變。


圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖2示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖3示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖4示出了本發(fā)明第四實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖5示出了本發(fā)明第五實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖6示出了本發(fā)明第六實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖7示出了本發(fā)明第七實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖8示出了本發(fā)明第八實(shí)施例的MEMS構(gòu)件的截面圖。
圖9示出了微反射鏡構(gòu)件的一個(gè)實(shí)例的透視圖。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明參照上述的圖1-9。描述優(yōu)選實(shí)施例用以教導(dǎo)本發(fā)明的技術(shù)而非限制在此限定的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解以下描述中存在各種等同變化。
微光刻SLM使用非常小、非常精確的可移動(dòng)光調(diào)制元件或光學(xué)元件，如反射鏡的陣列。反射光學(xué)元件在其一側(cè)可為從幾微米至幾十微米。包括多個(gè)這種元件的SLM陣列在一側(cè)可為小于1厘米至幾十厘米。光學(xué)元件的厚度可以是1-2微米或350-700nm厚，或更薄和更厚。所需的平坦度(單個(gè)反射元件的波峰波谷曲率)可以精確為橫跨16微米寬上為4-10nm或更好。表面平坦度和機(jī)械穩(wěn)定性(包括對(duì)邊緣卷曲的抵抗能力)都是需要的。當(dāng)調(diào)節(jié)元件以產(chǎn)生所需的微光刻圖案時(shí)，元件所需的使用壽命可以是十億至百億或千億次的輻射脈沖以及大量機(jī)械彎曲。
與用于為觀眾產(chǎn)生圖像的SLM相比，微光刻SLM使用較短波長且具有較高的每光子能量的光。較高能量的光子可于材料方面改變光學(xué)元件的表面和基體的物理化學(xué)特性。研究得知，短波長的光、高能量的光子可改變光學(xué)元件的光學(xué)特性。通常，恒定流量(fluence)的反射表面特性中的每光子凈改變(per-photon net change)逆相關(guān)于入射電磁輻射的波長。通常，電磁輻射波長越短，光學(xué)元件的表面和/或基體特性中的每光子改變?cè)酱?。所產(chǎn)生的光學(xué)元件的基體和材料特性的改變是不可逆的并是累積的。微光刻SLM光學(xué)元件的特性改變是不期望的并且是不可逆，因?yàn)樯鲜龈淖兘档土酥噩F(xiàn)精度，并進(jìn)而降低了產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量。
反射光學(xué)元件由期望的高反射系數(shù)材料，如鋁制成。脈沖速率大于500Hz、波長小于或等于248nm并且能量密度小于100微焦耳/平方厘米的脈沖和入射高能量光子，被可移動(dòng)光學(xué)元件的表面所反射。碰撞的光子可與光學(xué)元件的表面和基體特性相互作用。
反射SLM的使用并不限于使用上述產(chǎn)生激光圖案的SLM。權(quán)利要求的范圍傾向于覆蓋其他可移動(dòng)的和靜止的、反射和透射的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件不包括在以在此指定能量密度和波長產(chǎn)生激光圖案的上述技術(shù)的使用范圍內(nèi)；實(shí)例為適用于通信和MEMS開關(guān)陣列的光子切換開關(guān)，但不限于掃描反射鏡。
期望的改變類型極大依賴于光學(xué)元件的表面和基體材料特性。當(dāng)暴露于相同波長和流量的光時(shí)，導(dǎo)電、絕緣和半導(dǎo)體材料表現(xiàn)不同?？芍苯踊蜷g接測(cè)量光學(xué)元件的基體和表面特性中的光致改變?？筛鶕?jù)硬度、化學(xué)組成、表面粗糙度、材料損耗、薄膜厚度改變或光學(xué)元件的形狀改變直接量化反射鏡的材料改變。反射鏡的光學(xué)特性改變可由反射系數(shù)、鏡面反射系數(shù)和非鏡面反射系數(shù)、亮度或?qū)Ρ榷鹊母淖儊砹炕?br> 因?yàn)楸┞队诃h(huán)境，已經(jīng)觀察到用于限定SLM中光學(xué)元件的抗蝕構(gòu)圖工序會(huì)遺留殘留物。已經(jīng)觀察到來自抗蝕工序或其他來源而使得在光學(xué)元件表面上存在殘留的碳。試樣構(gòu)件(所指的反射鏡試樣(mirrored sample))包括光致抗蝕層上的350nm厚的鋁/鎂/硅合金薄膜。這些試樣構(gòu)件以160攝氏溫度退火12小時(shí)。所指的“經(jīng)處理”的構(gòu)件暴露于90兆、2.5mJ/cm2、25ns、500Hz的248nm的激光脈沖。其他試樣構(gòu)件(所指的非反射鏡試樣)包括未經(jīng)退火的單晶硅襯底上的1000nm厚的鋁/鎂/硅合金薄膜。通過暴露于低能量密度、高能量激光脈沖而處理一些非反射鏡試樣。分析試樣構(gòu)件。
所述實(shí)例的分析示出了表面的上部兩個(gè)單層中具有相對(duì)高的碳存在率。在離表面9nm處碳含量大量地減少。氧化鋁層與碳相混合。在表面上能夠觀察到合金的納米顆粒(nanogranule)，根據(jù)需要可將其視為濺射沉積的副產(chǎn)品。納米顆粒的尺寸為20-25nm的量級(jí)。在一些經(jīng)處理的試樣中，顯示出合金納米顆粒已經(jīng)從表面上移出，干凈地移除而留下鄰近微粒未改變并且也沒有移動(dòng)，還留下包括20-30納米深的孔洞的不平表面。納米顆粒從所述表面上的解吸效果與下述材料的試驗(yàn)結(jié)果相一致，即與H.Helvahan、L.Wiedman和H.S.Kim，在Optics and Electronics(光學(xué)器件和電子儀器)的高級(jí)材料，40(1993)卷2第31-42頁的“Photophysical Processes inLow-fluence UV Laser-Material Interaction and the Relevance to Atomic LayerProcessing(低流量UV激光材料相互作用中的光物理處理以及與原子層處理的相關(guān)性)”中闡述的結(jié)果相一致。
另外比較處理過和未處理過的構(gòu)件的表面硬度。Hystiron TryboScopeTM分析儀所施加的力與AFM分析的結(jié)果的組合，顯示出處理過的試樣表面能夠更多地抵抗分析探針的穿透，進(jìn)而認(rèn)為其比未處理過的表面硬。處理過的反射鏡試樣的TEM圖像示出了一個(gè)薄膜，其可被認(rèn)為是物理化學(xué)非均質(zhì)的、富含碳的以及鋁、氧、鎂和硅的混合物。推測(cè)材料(氧和納米顆粒)損耗和增加的表面硬度的結(jié)合與所觀察到的在處理之后橫跨反射鏡構(gòu)件16微米寬的表面的5-20nm的曲率相關(guān)聯(lián)。
從這些觀察中并與這些觀察相符合，可研究出適用于暴露于248nm或更短波長的光學(xué)MEMS的處理的方法?？稍诜瓷溏R從反射鏡構(gòu)件下層的抗蝕層釋放之前對(duì)反射鏡施加平坦化拋光輪拋光，或更一般的，對(duì)暴露于短波長的光學(xué)MEMS構(gòu)件施加平坦化拋光輪拋光。CMP拋光輪拋光優(yōu)選地使用非常小的研磨劑微粒，以產(chǎn)生低表面粗糙度。拋光輪拋光足夠適用于弄平光學(xué)MEMS表面上的納米顆粒，即被認(rèn)為與反射光學(xué)元件的表面和基體特性的后曝光(post-exposure)改變相關(guān)聯(lián)的納米顆粒。拋光輪拋光足夠適于移除反射鏡表面上的納米顆粒。具有50或70nm微粒尺寸的硅基漿料(slurry)可以適當(dāng)?shù)膒H和粘性等使用。更通常地，可使用300nm或更小尺寸的不同研磨劑顆粒。同樣也可以使用具有不同研磨劑的其他漿料。由ATMI公司的ACSI集團(tuán)研發(fā)和銷售的、商標(biāo)名稱為“Planar Chem OS Series Oxide SMPSlurries”的漿料，具有所需的小顆粒尺寸。這些漿料的結(jié)構(gòu)如下述專利中所公開，即美國專利申請(qǐng)No.5,993,685(1999年，11月30日)“PlanarizationComposition for Removing Metal Films(用于移除金屬薄膜的平坦化組成)”、美國專利申請(qǐng)No.6,267,909(2001年，7月31日)“Planarization Compositionfor Removing Metal Films(用于移除金屬薄膜的平坦化組成)”、以及美國專利申請(qǐng)No.6,322,600(2001年，11月27日)“Planarization composition andmethods for removing interlayer dielectric films(用于移除中間介電薄膜的平坦化組成)”?？蛇x地，根據(jù)光學(xué)MEMS表面的組分，實(shí)行移除包括大約5-30、5-20、5-10、10-20、20-30、50-100nm或5、10、20、30、50或100納米或更小范圍的材料的拋光輪拋光。拋光輪拋光的關(guān)鍵尺寸隨表面組成變化。運(yùn)用原子力顯微技術(shù)觀察和測(cè)量表面粗糙度。
圖9示出了可移動(dòng)微光學(xué)元件的一個(gè)實(shí)施例?？梢苿?dòng)光學(xué)元件可以是空間光調(diào)制器(SLM)陣列中的反射鏡元件。所述反射鏡可被偏轉(zhuǎn)以一定范圍的偏轉(zhuǎn)角或偏轉(zhuǎn)至二元最大限度(binary maximum)以及零偏轉(zhuǎn)。反射鏡元件的偏轉(zhuǎn)可以是輸入信號(hào)的線性的或非線性的函數(shù)。
在圖9中，可移動(dòng)光學(xué)元件10通常為矩形并由一對(duì)扭轉(zhuǎn)鉸接件60沿其一個(gè)中間部分所支撐。所述可移動(dòng)光學(xué)元件可以為任意的形式，如多邊形、圓形或橢圓形。所述鉸接件由支撐元件50支撐。可移動(dòng)的微元件10、扭轉(zhuǎn)鉸接件60和支撐元件可以由相同材料如鋁或者不同的材料制得。襯底20包括導(dǎo)電電極30、40。電極30、40與襯底20內(nèi)構(gòu)造的電路(未示出)相連。通過在一個(gè)電極與所述光學(xué)元件之間施加電位差而產(chǎn)生靜電力，靜電吸引(偏轉(zhuǎn))所述可移動(dòng)光學(xué)元件。
圖1示出了第一實(shí)施例的微反射鏡構(gòu)件100的橫截面。構(gòu)件100包括光學(xué)元件或前表面120，支撐構(gòu)件123和襯底140。支撐構(gòu)件將光學(xué)元件120附接于襯底140上。襯底至少包括一個(gè)用于靜電吸引所述元件120的電極?？梢苿?dòng)元件在其表面上層疊有抗輻射涂層110。抗輻射涂層110大致是反射性的。大致反射性的表面具有一個(gè)反射比，優(yōu)選地具有但不限于大于20％的反射比。該反射比水平在高頻率/低波長的情況時(shí)比在可見光范圍內(nèi)要低。在與前表面120接觸之前減小能量密度能夠減少低流量、高能量光子所引起的對(duì)暴露的反射光學(xué)元件120的表面和基體特性的光致?lián)p傷。低流量的特征在于總脈沖流量低于100微焦耳/平方厘米。反射鏡元件120可由鋁制成?？蛇x地，其可包括氮化硅、硅、鈦、鉭或鎢、鋁或不包括鋁?？梢苿?dòng)光學(xué)元件的基本(base)構(gòu)件可由(但不限于)以下材料制成，即鋁、氮化硅、硅、鈦、鉭、鎢或一些其他充分非延展性的、夾層的或復(fù)合的材料，該材料可以以額定的彈性滯后量予以充分偏轉(zhuǎn)?？蓱?yīng)用未單獨(dú)示出的反射層，其包括鋁、銀、金或其他更適合反射表面的材料。
抗輻射層110可由是由以下材料制成的單層或多層，所述材料為鉿、硅、鋁的氧化物；釔或鈧；或鎂、鈣、鑭、鋰、鉬、鈉與鋁以及釹、釓或鋁的氟化物；鉬的硅化物；或者甚至可以是硼的碳化物。例如，可以使用四至六交迭層的鋁和硅氧化物層。在其他實(shí)施例中，可以使用50或100層的多個(gè)層。在下文中提及了多個(gè)層的使用，SPIE第3110卷第509-516頁中的第510頁內(nèi)、Angela Duparré，Stefan Jakobs與Norbert Kaiser的“Influence of substratesurface and film roughness on the quality of optical coatings for the UV specralregion(襯底表面和薄膜粗糙度對(duì)于UV光譜范圍的光學(xué)涂層品質(zhì)的影響)”，其中提及了一種具有49層的系統(tǒng)，而在Thin Solid Film(1995)No.260第86-92頁中的第87頁內(nèi)、N.Kaiser，H.Uhlig，U.B.Schallenberg，B.Anton， K.Marin，E.Eva的“High Damage Threshold Al2O3/SiO2 dielectriccoatings for excimer lasers(適用于準(zhǔn)分子激光的高損傷閾的Al2O3/SiO2電介質(zhì)涂層)”中提及了一種24層的系統(tǒng)。通過公知的沉積和離子注入技術(shù)施加抗輻射層。沉積技術(shù)包括濺射、CVD、電子蒸鍍(electron evaporation)、激光蒸鍍和激光或等離子增強(qiáng)氧化。
在施加所需抗輻射涂層之前，如上所述可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或一些其他適合的表面平滑技術(shù)使反射鏡的反射表面變得平滑。期望可移動(dòng)光學(xué)元件的前表面具有高的平滑度。認(rèn)為這樣有助于入射光子與所述表面之間的去耦合。光學(xué)元件的表面平滑度應(yīng)當(dāng)小于2nm RMS(均方根)，更優(yōu)選地小于1nm RMS，仍更優(yōu)選地小于0.5nm RMS。
期望上述抗輻射涂層能夠極大減少由于對(duì)于具有小于或等于248nm波長的低流量光子的超過十億的多重重疊脈沖(multiple superimposed pulses)所引起的反射率降低或者損傷。期望所述表面于每重重疊脈沖保持平整。
圖1中的實(shí)施例示出了所述反射鏡元件120的后表面上、在所述支撐構(gòu)件123以及包括至少一個(gè)電極150的下襯底140上的抗反射涂層130。所述抗反射涂層130可由一層或多層的鎂或鈣的氟化物或者硅和/或鋁的氧化物或者對(duì)于所用波長具有抗反射特性的其他更適合涂層所制成?？狗瓷渫繉?30減少SLM元件反射表面下的可能的偽反射(spurious reflections)，其使得SLM光學(xué)元件產(chǎn)生的反射成像的重現(xiàn)精度下降。此外，上述抗輻射涂層的抗反射性質(zhì)能夠?yàn)橄聦拥膶?duì)于高能量、短波長的光子敏感的電路提供保護(hù)。
抗輻射涂層的厚度通常處于2-150nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，處于5-100nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于10-50nm范圍內(nèi)。
抗反射涂層的厚度通常處于15-80nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，處于15-70nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于20-60nm的范圍內(nèi)。
比較圖1中的截面圖與圖9中的立體圖，可以明顯地看出中部的垂直構(gòu)件123不需要具有與調(diào)制構(gòu)件120相同的覆蓋區(qū)。即，扭轉(zhuǎn)鉸接件60可由任一端處的支撐件50形成。多種反射和透射幾何結(jié)構(gòu)可以從使用具有支撐光調(diào)制構(gòu)件120的各種構(gòu)件的本發(fā)明獲益。
圖2示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的反射鏡構(gòu)件200的截面圖。所述構(gòu)件200包括光學(xué)元件220、支撐構(gòu)件223和襯底240。所述支撐構(gòu)件將光學(xué)元件220附接于所述襯底240上。所述襯底包括至少一個(gè)靜電吸引所述光學(xué)元件220的電極。反射鏡元件覆蓋有抗輻射涂層210。當(dāng)暴露于小于或等于248nm波長的低流量光子時(shí)，所述涂層極大減少了對(duì)反射元件220的基體和表面光致的影響。
反射光學(xué)元件220可由鋁或適于更多波長的其他反射涂層或襯底制成。抗輻射涂層210可由一個(gè)或多個(gè)鉿、鋁或硅的氧化物或者鈣、鎂或鋰的氟化物或硼的碳化物制成。類似鉑、鈀、釕、銠、錸、鋨或銥的材料同樣可用作抗輻射涂層。也可以使用單層或多層結(jié)構(gòu)的涂層。可以使用本領(lǐng)域公知的沉積和/或離子注入技術(shù)施加所述抗輻射涂層210。借助使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)退火工序的后注入退火(post implant annealing)技術(shù)，激活離子注入光學(xué)元件并產(chǎn)生抗輻射性。在形成抗輻射涂層210之前使得未涂覆反射光學(xué)元件的頂面平滑。
抗輻射涂層210大致降低了十億多重疊曝光于具有小于或等于248nm波長的低流量光而引起的亮度和對(duì)比度的損失率?？馆椛渫繉?10增加了對(duì)具有相同反射損耗的幾億至幾十億脈沖范圍內(nèi)輻射的抵抗能力。部分地通過形成減少到達(dá)反射表面的光子數(shù)量的障礙物以及將反射光學(xué)元件的原子和電子鎖定，抗輻射涂層能夠保護(hù)所述表面不受光致化學(xué)和物理改變的影響。
類似于圖1，圖2中的實(shí)施例同樣示出了在所述反射鏡元件220的后表面上、至少一部分的所述支撐構(gòu)件223上但并沒有在包括至少一個(gè)電極250的下襯底240上具有抗反射涂層230。所述抗反射涂層230可通過沉積形成的一層或多層的鎂或鈣的氟化物或者硅和/或鋁的氧化物或者一些對(duì)于所用波長具有抗反射特性的其他更適合的涂層所形成。所述抗反射涂層230減少了SLM元件反射表面下層的虛反射，其使得SLM反射光學(xué)元件產(chǎn)生的反射成像重現(xiàn)精度下降。此外，上述涂層的抗反射屬性能夠?yàn)閷?duì)于這樣高能量、短波長光子敏感的下層電路提供保護(hù)。
圖3示出了第三實(shí)施例的微反射鏡構(gòu)件300。在此實(shí)施例中，示出了抗反射涂層330僅覆蓋包括所述至少一個(gè)電極350的襯底340。所述反射鏡元件320和所述支撐構(gòu)件的后表面未覆蓋有所述抗反射涂層。
圖4示出了第四實(shí)施例的微反射鏡構(gòu)件400。類似于其他實(shí)施例，所述構(gòu)件400包括反射鏡元件420、支撐構(gòu)件423、襯底440和至少一個(gè)電極450。反射鏡元件420覆蓋有抗輻射涂層410。在本實(shí)施例中，可完全省略抗反射涂層。
在圖1、2、3和4中所示的實(shí)施例中，可認(rèn)為反射鏡元件包括光學(xué)元件和結(jié)構(gòu)元件。光學(xué)和結(jié)構(gòu)元件可由至少一種大致材料，如鋁或鋁合金制成。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，其中，反射鏡結(jié)構(gòu)元件520在其前表面522、其后表面521或在兩個(gè)表面上覆蓋有光學(xué)元件。在此情況中，反射鏡結(jié)構(gòu)元件520可由更非延展性材料，如氮化硅、鈦、鉭、鎢的非延展性材料或顯示很少或無偏轉(zhuǎn)滯后作用的其他更適合的非延展性材料制成，例如硅或者類似的非延展性材料合成物。
微反射鏡構(gòu)件500與圖1中所示的非常相似。反射鏡結(jié)構(gòu)元件520可由單個(gè)的元素成分制成或者是合金，如鋁、銅和硅的合金。此外，結(jié)構(gòu)元件520也可以是包括多個(gè)不同材料層的疊層結(jié)構(gòu)?？蓪⑺霪B層結(jié)構(gòu)中的材料設(shè)計(jì)得能夠有效地最小化反射鏡的任何暫時(shí)變形，其中，所述暫時(shí)變形持續(xù)時(shí)間長于脈沖之間的時(shí)間。
光學(xué)元件522可以是鋁，鋁、銀、金的合金或具有高反射率的其他適合的材料。
抗輻射元件510可以是上述指定的單層或多層。
可用由碳化硼硬化的鋁的微反射鏡。通過硼離子和碳離子的離子注入，將碳化硼施加于鋁的微反射鏡。在注入之后，微反射鏡被退火，例如熱退火。
圖5中的參考標(biāo)記與圖1中的參考標(biāo)記相對(duì)應(yīng)，但將數(shù)字100改換成數(shù)字500。同樣情況適用于圖6-8，其中，圖6中的特征對(duì)應(yīng)圖2，圖7的對(duì)應(yīng)圖3而圖8的對(duì)應(yīng)圖4。以上描述都適用于圖6-8中描述的特征。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種提高對(duì)光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的輻射致?lián)p傷的抵抗能力的方法。MEMS可包括至少一個(gè)可移動(dòng)調(diào)制元件。低流量、短波長電磁輻射的重疊脈沖可引起對(duì)調(diào)制元件的損傷。在此文中，低流量意指低能量密度。所述方法包括在至少一個(gè)可移動(dòng)調(diào)制元件的前側(cè)上形成至少一個(gè)抗輻射層。根據(jù)該方法，抗輻射層大致反射240nm或更短的工作波長?？馆椛鋵涌砂ㄖ辽僖粋€(gè)鉿、鋁或硅的氧化物?？馆椛鋵涌梢园ㄖ辽僖粋€(gè)鎂、鑭或鋰的氟化物。抗輻射層可包括氧化物和氟化物的組合?？蛇x地，抗輻射層可包括注入層。該層可注入在可移動(dòng)調(diào)制元件的前表面上。所述注入物可包括硼和碳。所述注入物可以是被激活的。退火，如熱退火可用于激活作用。抗輻射層或多個(gè)抗輻射層可具有大約30nm至70nm的厚度。可選地，其可具有大約2nm至50nm或50nm至100nm的厚度。所述可移動(dòng)調(diào)制元件可包括鋁，或氮化硅、硅、鈦、碳或鎢中的一個(gè)或多個(gè)?？馆椛鋵拥牟牧铣煞挚梢允巧喜糠滞繉又料虏糠滞繉拥钠骄w成分。可在形成抗輻射層之前形成反射層。反射層可包括鋁、銀或金中的一個(gè)或多個(gè)的材料?？梢苿?dòng)調(diào)制元件可以具有后側(cè)面并且所述方法可進(jìn)一步包括在所述元件后側(cè)面上形成一個(gè)或多個(gè)抗反射層。所述一個(gè)或多個(gè)抗反射層可以是15至100nm，或可選地為40至60nm或者60至80nm厚?？梢苿?dòng)調(diào)制元件可以是反射性或透射性的。在本文中，透射意指對(duì)于小于或等于248nm的波長大致是透明的。可移動(dòng)調(diào)制元件可以包括硅、硅或鋁的氧化物或鋁的氧化物。本發(fā)明的另一目的是在形成抗輻射層之前，所述可移動(dòng)調(diào)制元件的前側(cè)面是平坦的。平坦化的結(jié)果在橫跨所述元件平面上可以是優(yōu)于2nm的均方根平坦度，優(yōu)選地為優(yōu)于1nm并更優(yōu)選地為優(yōu)于0.5nm的均方根平坦度。在本文中，元件可以是16微米寬，或者更多或者更少。使用顆粒尺寸小于300nm，如大約70nm或大約50nm的研磨劑實(shí)行所述平坦化。在此描述的元件和方面可結(jié)合在各種有用組合中。
產(chǎn)生對(duì)應(yīng)以上描述的方法的裝置。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是至少一個(gè)光學(xué)MEMS的可移動(dòng)調(diào)制元件，其包括前側(cè)面以及前側(cè)面上的至少一個(gè)抗輻射層?？馆椛鋵訉?duì)于248nm或更短波長的輻射大致是反射性的?？馆椛鋵涌砂ㄔ诖嗣枋龅娜我唤M成。所述元件的平坦特性可以與方法中所描述的相同?？馆椛鋵涌山Y(jié)合于形成在支撐的非移動(dòng)襯底上、可移動(dòng)調(diào)制元件后表面上或者兩部分上的一個(gè)或多個(gè)抗反射層。
雖然參照以上描述的優(yōu)選實(shí)施例和實(shí)例披露了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解這些實(shí)例并不能限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠預(yù)想到很容易產(chǎn)生上述披露技術(shù)的修改和組合。所述修改和組合被視為處于本發(fā)明和以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，參照可移動(dòng)反射SLM光學(xué)元件和裝置描述了優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，反射性SLM之外的MEMS構(gòu)件，如透射性SLM，可得益于本發(fā)明的這些方面。對(duì)于透射SLM，可選則形成在透射構(gòu)件上的抗輻射層，其大致不是反射性的。例如，抗反射層形成在透射構(gòu)件的前側(cè)面或后側(cè)面上。
權(quán)利要求
1.一種提高對(duì)包括至少一個(gè)可移動(dòng)調(diào)制元件的光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中的輻射致?lián)p傷的抵抗能力的方法，由低流量、短波長電磁輻射的重疊脈沖引發(fā)上述損傷，所述方法包括步驟-在至少一個(gè)可移動(dòng)調(diào)制元件的前側(cè)面上形成至少一個(gè)抗輻射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層對(duì)于大約248nm或更短的工作波長大致是反射性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層包括鉿的氧化物(HfaOb)、鎂的氟化物(MgeFx)、鑭的氟化物(LapFx)、鋁的氧化物(AlsOt)、硅的氧化物(SiyOx)或鋰的氟化物(LikFz)中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層包括鉿的氧化物、鋁的氧化物或硅的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層包括鎂的氟化物、鈣的氟化物或鋰的氟化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層為所述可移動(dòng)調(diào)制元件前側(cè)面上的注入層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述注入的抗輻射層是被激活的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述注入的抗輻射層包括注入元素硼和碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)一步包括形成多個(gè)抗輻射層、所述抗輻射層包括鉿的氧化物、鋁的氧化物、硅的氧化物、鎂的氟化物、鈣的氟化物、鋰的氟化物或硼和碳的激活注入層中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層具有大約30nm至70nm的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層具有大約2nm至50nm的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層具有大約50nm至100nm的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件包括鋁。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件包括氮化硅、硅、鈦、鉭或鎢中的一種或多種材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述抗輻射層的所述材料成分為從該層頂部到該層底部的平均基體成分。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，多個(gè)所述抗輻射層中的任意一個(gè)的所述材料成分為從該層頂部到該層底部的平均基體成分。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)一步包括在形成抗輻射層之前，形成包括鋁、銀和金中的一種或多種的反射層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件具有一個(gè)后側(cè)面，進(jìn)一步包括在所述后側(cè)面上形成至少一個(gè)抗反射層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述抗反射層包括CaF2或MgF2。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述抗反射層包括鎂或鈣的氟化物。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述抗反射層具有大約15nm至80nm的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述抗反射層具有大約40nm至60nm的厚度。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述抗反射層具有大約60nm至80nm的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件傳輸電磁輻射。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件對(duì)于小于或等于248nm的波長大致是透明的。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件包括硅的氧化物。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述抗輻射層包括一個(gè)層。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述抗輻射層包括多個(gè)層。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述抗輻射層包括鎂或鈣的氟化物。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述抗輻射層為兩種或多種鋁或硅的氧化物。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)一步包括在形成抗輻射層之前平坦化所述前側(cè)面。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，在所述平坦化之后，所述前側(cè)面具有優(yōu)于2nm的RMS平坦度。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，在所述平坦化之后，所述前側(cè)面具有優(yōu)于1nm的RMS平坦度。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，在所述平坦化之后，所述前側(cè)面具有優(yōu)于0.5nm的RMS平坦度。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述平坦化包括使用微粒尺寸小于300nm的研磨劑的CPM。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述平坦化包括使用微粒尺寸大約70nm的研磨劑的CPM。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述平坦化包括使用微粒尺寸大約50nm的研磨劑的CPM。
38.光學(xué)機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中的至少一個(gè)可移動(dòng)元件，其包括一前側(cè)面；和所述前側(cè)面上的至少一個(gè)抗輻射層。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述抗輻射層對(duì)于大約248nm或更短工作波長的輻射大致是反射性的。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述可移動(dòng)調(diào)制元件和抗輻射層對(duì)于248nm或更短的工作波長大致是透射性的。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述抗輻射層包括氧化鉿(HfO2)、氟化鎂(MgF2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或氟化鋰(LiF2)中的至少一種。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述抗輻射層包括鉿的氧化物、鋁的氧化物或硅的氧化物。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述抗輻射層包括鎂的氟化物、鈣的氟化物或鋰的氟化物。
44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述抗輻射層為所述可移動(dòng)調(diào)制元件前側(cè)面上的注入層。
45.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述前側(cè)面是平的，并具有2nm或更好的RMS。
46.根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其中，進(jìn)一步包括所述可移動(dòng)調(diào)制元件的一個(gè)后側(cè)面；以及形成在所述后側(cè)面上的至少一個(gè)抗反射層。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其中，進(jìn)一步包括位于所述可移動(dòng)調(diào)制元件下方的不可移動(dòng)的襯底，所述可移動(dòng)元件與所述襯底可移動(dòng)地接合；以及形成在所述不可移動(dòng)襯底的一部分上的至少一個(gè)抗反射層。
全文摘要
本發(fā)明包括提高可移動(dòng)微機(jī)械光學(xué)元件的抗輻射性的方法和裝置。特別地，為可移動(dòng)微機(jī)械光學(xué)元件添加抗輻射層，該抗輻射層適于減少由于曝光于能量小于100微焦耳/平方厘米以及波長小于或等于大約248nm的脈沖激光所產(chǎn)生的所述元件的表面和基體材料的改變。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1732393SQ200380107933
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月2日
發(fā)明者托布喬恩·桑茲特羅姆, 托馬斯·J·格里賓斯基, 烏爾里克·多德斯泰特, 烏爾里克·揚(yáng)布拉德, 克里斯琴·庫納思, 庫爾思·埃伯哈德 申請(qǐng)人:麥克羅尼克激光系統(tǒng)公司, 弗朗霍弗應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)