用于在微机电系统装置的制造期间减少表面电荷的方法.pdf

本文提供用于在MEMS装置的制造期间防止表面关联电荷的形成和累积以及与其相关联的有害效应的方法。在一些实施例中，本文提供的方法包含在存在离子化气体的情况下蚀刻牺牲材料，其中所述离子化气体中和在所述蚀刻过程期间产生的带电物质，且允许将带电物质与其它蚀刻副产物一起移除。还揭示通过本发明的方法形成的微机电装置和并入有此类装置的视觉显示装置。

1.  一种蚀刻牺牲层的方法，所述方法包含：
在存在离子化气体的情况下，将牺牲材料暴露于气相化学蚀刻剂，所述离子化气体相对于所述牺牲材料是大体上非蚀刻性的；以及
蚀刻所述牺牲材料，所述蚀刻包含移除所述牺牲材料的相当大部分。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述气相化学蚀刻剂是惰性气体氟化物蚀刻剂。

3.  根据权利要求1到2中任一权利要求所述的方法，其中所述牺牲材料是钼。

4.  根据权利要求1到2中任一权利要求所述的方法，其中所述牺牲材料是非晶硅。

5.  根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中所述气相化学蚀刻剂是XeF₂。

6.  根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述离子化气体选自由以下各物组成的群组：N₂、Ar、Xe、He和清洁干燥空气(CDA)。

7.  根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其进一步包含：在存在所述离子化气体的情况下，在将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂之前，将所述牺牲材料暴露于所述离子化气体。

8.  根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法，其进一步包含：
在衬底上沉积所述牺牲材料；以及
在所述牺牲材料上沉积结构材料。

9.  根据权利要求8所述的方法，其中所述气相化学蚀刻剂相对于所述结构材料和所述衬底是大体上非蚀刻性的。

10.  根据权利要求8所述的方法，其中在存在所述离子化气体的情况下，所述气相化学蚀刻剂相对于所述结构材料和所述衬底是大体上非蚀刻性的。

11.  根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中蚀刻所述牺牲材料包含：
相对于所述结构材料移除所述牺牲材料的相当大部分；以及
形成与所述衬底相隔一间隙的结构层，所述结构层包含所述结构材料的至少一部分。

12.  根据权利要求8到11中任一权利要求所述的方法，其进一步包含：在沉积所述牺牲材料之前，将所述衬底暴露于所述离子化气体。

13.  根据权利要求8到12中任一权利要求所述的方法，其中沉积所述牺牲材料进一步包含：将所述衬底暴露于所述离子化气体。

14.  一种制造MEMS装置的方法，所述方法包含：
在衬底上沉积牺牲材料；
在所述牺牲材料上沉积结构材料；以及
蚀刻所述牺牲材料，所述蚀刻包含：在存在离子化气体的情况下，将所述牺牲材料暴露于气相化学蚀刻剂，所述离子化气体与所述牺牲材料大体上不反应。

15.  根据权利要求14所述的方法，其进一步包含：在存在离子化气体的情况下，在将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂之前，将所述牺牲材料暴露于所述离子化气体。

16.  根据权利要求14到15中任一权利要求所述的方法，其进一步包含：在沉积所述牺牲材料之前，将所述衬底暴露于所述离子化气体。

17.  根据权利要求14到16中任一权利要求所述的方法，其中沉积所述牺牲材料进一步包含将所述衬底暴露于所述离子化气体。

18.  根据权利要求14到17中任一权利要求所述的方法，其中所述蚀刻进一步包含：大体上移除所述牺牲材料以形成悬垂在所述衬底上的结构层，所述结构层包含所述结构材料的至少一部分。

19.  根据权利要求18所述的方法，其中所述结构层可在和所述衬底相隔第一一距离的第一位置与和所述衬底相隔第二距离的第二位置之间移动。

20.  根据权利要求19所述的方法，其中所述结构层响应于所述衬底与所述结构层之间的第一电压差而从所述第一位置移动到所述第二位置，且响应于所述衬底与所述结构层之间的第二电压差而从所述第二位置移动到所述第一位置，其中所述第二电压差低于所述第一电压差。

21.  根据权利要求20所述的方法，其中在存在离子化气体的情况下将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂减少了所述第一电压与所述第二电压之间的差。

22.  根据权利要求18到21中任一权利要求所述的方法，其中所述结构层对于入射光是至少部分反射的。

23.  根据权利要求14到22中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底包含反射层，所述反射层对于入射光是至少部分透射和至少部分反射的。

24.  根据权利要求23所述的方法，其中由所述结构层反射的光的至少一部分干涉由所述反射层反射的光的至少一部分。

25.  根据权利要求23到24中任一权利要求所述的方法，其中所述MEMS装置是干涉式调制器，所述结构层在所述第一位置与所述第二位置之间的移动调制从所述结构、层反射的光与从所述反射层反射的光的干涉。

26.  根据权利要求14到25中任一权利要求所述的方法，其中在存在离子化气体的情况下将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂减少了所述MEMS装置的一个或一个以上表面的净电荷。

27.  根据权利要求18到26中任一权利要求所述的方法，其中在存在离子化气体的情况下将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂减少了所述MEMS装置的所述结构层与一个或一个以上表面之间的粘滞。

28.  根据权利要求14到27中任一权利要求所述的方法，其中所述气相化学蚀刻剂是惰性气体氟化物蚀刻剂。

29.  根据权利要求14到28中任一权利要求所述的方法，其中所述牺牲材料包含钼。

30.  根据权利要求14到28中任一权利要求所述的方法，其中所述牺牲材料包含非晶硅。

31.  根据权利要求14到30中任一权利要求所述的方法，其中所述气相化学蚀刻剂是XeF₂。

32.  根据权利要求14到31中任一权利要求所述的方法，其中所述离子化气体选自由以下各物组成的群组：N₂、Ar、Xe、He和清洁干燥空气(CDA)。

33.  根据权利要求14到32中任一权利要求所述的方法，其中将所述牺牲材料暴露于所述离子化气体包含：使用离子枪朝向所述牺牲材料施加所述离子化气体。

34.  根据权利要求14到33中任一权利要求所述的方法，其中蚀刻所述牺牲材料发生在小于约150摄氏度的温度下。

35.  根据权利要求14到34中任一权利要求所述的方法，其中蚀刻所述牺牲材料发生在小于约10托的压力下。

36.  根据权利要求14到35中任一权利要求所述的方法，其中在存在所述离子化气体的情况下将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂并经历小于约5分钟的持续时间。

37.  根据权利要求14到36中任一权利要求所述的方法，其中在存在所述离子化气体的情况下将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂包含：
形成所述气相化学蚀刻剂与所述离子化气体的混合物；以及
将所述混合物施加到所述牺牲层。

38.  根据权利要求14到36中任一权利要求所述的方法，其中在存在所述离子化气体的情况下将所述牺牲材料暴露于所述气相化学蚀刻剂包含：
将所述离子化气体施加到所述牺牲材料；以及
将所述气相化学蚀刻剂施加到所述牺牲材料。

39.  根据权利要求38所述的方法，其中将所述气相化学蚀刻剂和所述离子化气体循序地施加到所述牺牲材料。

40.  根据权利要求39所述的方法，其中在将所述气相化学蚀刻剂施加到所述牺牲材料之前，将所述离子化气体施加到所述牺牲材料。

41.  一种MEMS装置，其由根据权利要求1到40中任一权利要求所述的方法制造。

42.  一种设备，其包含多个根据权利要求41所述的MEMS装置。

43.  根据权利要求42所述的设备，其进一步包含：
显示器；
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。

44.  根据权利要求43所述的设备，其进一步包含驱动器电路，所述驱动器电路经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。

45.  根据权利要求44所述的设备，其进一步包含控制器，所述控制器经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。

46.  根据权利要求43到45中任一权利要求所述的设备，其进一步包含图像源模块，所述图像源模块经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。

47.  根据权利要求46所述的设备，其中所述图像源模块包含接收器、收发器和传输器中的至少一者。

48.  根据权利要求43到47中任一权利要求所述的设备，其进一步包含输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送到所述处理器。

用于在微机电系统装置的制造期间减少表面电荷的方法
技术领域
本发明大体上涉及微机电系统(MEMS)，且更特定来说，涉及干涉式调制器和包含此些干涉式调制器的显示装置。
背景技术
微机电系统(MEMS)包括微机械组件、致动器和电子器件。可使用沉积、蚀刻和或蚀刻掉衬底和/或所沉积的材料层的部分或添加层而形成电气和机电装置的其它微机械加工工艺来制造微机械组件。一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制器。如本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉光调制器是指一种使用光学干涉的原理来选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施例中，干涉式调制器可包含一对导电板，其一者或两者可在整体或部分上为透明和/或反射的，且能够在施加适当电信号的情况下进西瓜相对运动。在一特定实施例中，一个板可包含沉积于衬底上的静止层，且另一板可包含通过气隙而与所述静止层分离的金属膜。如本文中较详细地描述，一个板相对于另一板的位置可改变入射于所述干涉式调制器上的光的光学干涉。此些装置具有广泛的应用，且在此项技术中利用和/或修改这些类型的装置的特征以使得其特征可用以改进现有产品并制造尚未开发的新产品将是有益的。
发明内容
本文中所描述的系统、方法和装置各自具有若干方面，所述方面中的单一方面并非仅对其所要属性负责。在不限制这些系统、方法和装置的范围的情况下，现将简要论述其较显著的特征。在考虑此论述后，且尤其在阅读标题为“具体实施方式”的部分后，将理解本文中所描述的特征如何提供优于既定技术的优势。
在各种方面中，提供用于制造微机电系统(MEMS)装置的方法，其中所述方法减少或防止电荷在所述MEMS装置的一个或一个以上结构元件的表面上的累积。在一些方面中，提供用于蚀刻牺牲层的方法，所述方法包括以下步骤：将牺牲材料暴露于气相化学蚀刻剂和离子化气体，所述离子化气体相对于牺牲材料大体上是非蚀刻性的；以及蚀刻牺牲材料，其中所述蚀刻涉及移除牺牲材料的相当大部分。
在一些额外方面中，提供用于制造MEMS装置的方法，其中所述方法包括以下步骤：在衬底上沉积牺牲材料；在牺牲材料上沉积结构材料；以及蚀刻牺牲材料。所述蚀刻涉及将牺牲材料暴露于气相化学蚀刻剂和离子化气体，其中所述离子化气体大体上不与牺牲材料反应。
在其它方面中，在本文中提供MEMS装置，根据包括以下步骤的方法而制造所述MEMS装置：在衬底上沉积牺牲材料；在牺牲材料上沉积结构材料；以及蚀刻牺牲材料。在此实施例中，所述蚀刻涉及将牺牲材料暴露于气相化学蚀刻剂和离子化气体，其中所述离子化气体大体上不与牺牲材料反应。
在一些额外方面中，提供一种设备，所述设备包括根据本文中所描述的方法而制造的多个MEMS装置。在各种实施例中，所述设备可进一步包括：显示器；处理器，其经配置以处理图像数据且与所述显示器通信；以及存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
在下文中更详细地描述这些和其它实施例。
附图说明
图1为描绘干涉式调制器显示器的一实施例的一部分的等角视图，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于放松位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于致动位置。
图2为说明并入3x3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例的系统方框图。
图3为图1的干涉式调制器的一示范性实施例的可移动镜面位置对所施加的电压的图表。
图4说明可用以驱动干涉式调制器显示器的一组行电压和列电压。
图5A说明图2的3x3干涉式调制器显示器中的显示数据的一示范性帧。
图5B说明可用于写入图5A的帧的行信号和列信号的一示范性时序图。
图6A和图6B是说明包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例的系统方框图。
图7A为图1的装置的横截面。
图7B为干涉式调制器的替代实施例的横截面。
图7C为干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。
图7D为干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。
图7E为干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。
图8A为说明可分离干涉式调制器的底板支撑的一实施例的示意图。
图8B为说明可分离干涉式调制器的底板的替代实施例的示意图。
图9A展示在用于制造具有变化尺寸的干涉腔的干涉式调制器的方法的一实施例中沉积、图案化和蚀刻牺牲材料的多个子层的一系列横截面图。
图9B为展示在蚀刻牺牲层之前在制造的预释放状态下在彩色显示器中构成像素的三个邻近干涉式调制器的横截面图。
图9C为展示在通过蚀刻牺牲层而释放之后各处于放松状态的图9B的干涉式调制器的横截面图。
图10说明用于蚀刻MEMS装置衬底的设备，其供应有用于减少和/或防止表面电荷的离子化气体。
图11说明类似于图10的设备的蚀刻设备，其有助于同时处理多个MEMS装置衬底。
图12说明蚀刻设备的内部腔室，其允许对离子化气体的产生和其到MEMS装置衬底的传递进行独立控制。
具体实施方式
以下详细描述是针对本发明的一些特定实施例。然而，本发明可以多种不同方式来实施。在此描述中，参考了多个图式，其中在全文中相同部分由相同数字来表示。如将从以下描述明白，所述实施例可实施于经配置以显示图像的任何装置中，无论是运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静态图像)且无论是文本图像还是图形图像。更特定来说，预期所述实施例可实施于多种电子装置中或与其相关联，所述电了装置例如为(但不限于)移动电话、无线装置、个人数字助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄像机、游戏控制台、腕表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、自动显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器和/或显示器、相机视图显示器(例如，车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、封装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像的显示器)。与本文中所描述的MEMS装置结构相似的MEMS装置还可用于非显示器应用中，例如电子开关装置。
在若干优选方面中，提供用于在干涉式调制器或其它MEMS装置的制造期间减少或防止表面关联电荷(“表面电荷”)的形成的方法(相对于既定方法)。在各种实施例中，通过在存在离子化气体的情况下以气相化学蚀刻剂蚀刻牺牲材料来减少或防止表面电荷的形成。在存在离子化气体的情况下的蚀刻优选地中和在蚀刻工艺期间产生的带电物质，所述带电物质接着与其它蚀刻副产物一起被移除。有利的是，根据本文中所提供的方法来减少表面电荷产生对MEMS制造方法和由此些方法制造的MEMS装置中的一个或一个以上方面的改进。
在图1中说明包含干涉MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于明亮状态或黑暗状态。在明亮(“接通”或“打开”)状态下，所述显示元件将较大部分的入射可见光反射到使用者。在黑暗(“切断”或“关闭”)状态下，所述显示元件将极少入射可见光反射到使用者。依据所述实施例，“接通”和“切断”状态的光反射特性可颠倒。MEMS像素可经配置以主要反射选定色彩，进而允许除黑色和白色外的彩色显示器。
图1为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图，其中每一像素均包含一MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包含这些干涉式调制器的行/列阵列。每一干涉式调制器均包括一对反射层，所述反射层以彼此相距可变且可控的距离而定位，以形成具有至少一可变尺寸的谐振光学腔。在一实施例中，所述反射层中的一者可在两个位置之间移动。在第一位置(在本文中被称为放松位置)中，可移动反射层位于距固定的部分反射层相对较大距离处。在第二位置(在本文中被称为致动位置)中，可移动反射层定位得较紧密邻近于所述部分反射层。依据可移动反射层的位置，从两个层反射的入射光相长或相消地干涉，进而针对每一像素产生总体反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近干涉式调制器12a与12b。在左侧干涉式调制器12a中，可移动反射层14a被说明为处于距光学堆叠16a预定距离处的放松位置中，所述光学堆叠16a包括部分反射层。在右侧干涉式调制器12b中，可移动反射层14b被说明为处于邻近于光学堆叠16b的致动位置中。
如本文所参考，光学堆叠16a和16b(统称为光学堆叠16)通常包含若干融合层(fusedlayer)，所述融合层可包括例如氧化铟锡(ITO)的电极层、例如铬的部分反射层和透明电介质。光学堆叠16因此为导电的、部分透明的且部分反射的，且可(例如)通过将上述层中的一者或一者以上沉积到透明衬底20上而制造。部分反射层可由部分反射的多种材料形成，例如各种金属、半导体和电介质。部分反射层可由一个或一个以上材料层形成，且所述层中的每一者均可由单一材料或材料的组合形成。
在一些实施例中，光学堆叠的各层被图案化为平行条带，且可形成如下文进一步描述的显示装置中的行电极。可移动反射层14a、14b可形成为一(或多个)所沉积的金属层的一系列平行条带(与行电极16a、16b正交)，所述层沉积于支柱18的顶部上且沉积于在支柱18之间沉积的介入牺牲材料上。当蚀刻掉牺牲材料时，可移动反射层14a、14b通过所界定的间隙19而与光学堆叠16a、16b分离。高度导电且反射的材料(例如铝)可用于反射层14，且这些条带可在显示装置中形成列电极。
在未施加电压的情况下，腔19保持在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械放松状态，如图1中的像素12a所说明。然而，当将电位差施加到选定的行和列时，在对应像素中，在行电极和列电极的交叉处形成的电容器开始带电，且静电力一起拉动所述电极。如果电压足够高，则可移动反射层14a变形且被迫抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的介电层(在此图中未说明)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离，如图1的右侧像素12b所说明。不管所施加的电位差的极性如何，此行为均相同。以此方式，可控制反射对非反射像素状态的行/列致动类似于常规LCD和其它显示器技术中所使用的许多方式。
图2到图5B说明在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的一示范性过程和系统。图2为说明可并入本发明的若干方面的电子装置的一实施例的系统方框图。在所述示范性实施例中，所述电子装置包括处理器21，其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、、Pentium 、Pentium 、Pentium 、Pro、8051、、Power 、；或任何特殊用途微处理器，例如数字信号处理器、微控器或可编程门阵列。如此项技术中常见的，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执行操作系统外，处理器可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，包括网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一实施例中，阵列驱动器22包括将信号提供到显示阵列或面板30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。图1中所说明的阵列的横截面在图2中由线1-1展示。对于MEMS干涉式调制器，行/列致动协议可利用图3中所说明的这些装置的滞后特性。可能需要(例如)10伏特电位差以促使可移动层从放松状态变形到致动状态。然而，当电压从此值降低时，可移动层随着电压下降回到低于10伏特而维持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层不完全放松直到电压下降到低于2伏特。因此，在图3中所说明的实例中，存在约3V到7V的电压范围，其中存在所施加的电压的窗口，在所述窗口内，所述装置稳定于放松或致动状态。此窗口在本文中被称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于具有图3的滞后特征的显示阵列，行/列致动协议可经设计以使得在行选通期间，选通行中的待致动的像素暴露于约10伏特的电压差，且待放松的像素暴露于接近零伏特的电压差。在选通后，所述像素暴露于约5伏特的稳定状态电压差以使得所述像素保持在行选通将其置于的任何状态。在被写入后，在此实例中，每一像素均经历3到7伏特的“稳定窗口”内的电位差。此特征使图1中所说明的像素设计在同一所施加的电压条件下稳定于致动或放松预存状态。因为所述干涉式调制器的每一像素(不管处于致动状态还是放松状态)基本上为由固定和移动反射层形成的电容器，所以可在几乎不具有功率耗散的情况下以滞后窗口内的电压保持此稳定状态。如果所施加的电位是固定的，则基本上没有电流流动到像素中。
在典型应用中，通过根据第一行中的所致动的像素的所要集合来断定列电极的集合而建立显示帧。接着将行脉冲施加到行1电极，进而致动对应于所断定的列线的像素。接着将列电极的所断定的集合改变为对应于第二行中的所致动的像素的所要集合。接着将脉冲施加到行2电极，进而根据所断定的列电极来致动行2中的适当像素。行1像素不受行2脉冲影响，且保持于其在行1脉冲期间被设置的状态中。可以循序方式对整个系列的行重复此过程，以产生帧。通常，通过以每秒某一所要数目的帧来不断重复此过程，而使用新的显示数据刷新和/或更新帧。用于驱动像素阵列的行电极和列电极以产生显示帧的广泛多种协议也是众所周知的，且可结合本发明而使用。
图4、5A和5B说明用于在图2的3x3阵列上产生显示帧的一种可能的致动协议。图4说明可用于展现图3的滞后曲线的像素的列电压电平与行电压电平的可能集合。在图4实施例中，致动像素涉及将适当列设置为-V_bias且将适当行设置为+ΔV，其可分别对应于-5伏特和+5伏特。放松像素可通过以下方式实现：将适当列设置为+V_bias且将适当行设置为相同+ΔV，进而在像素上产生零伏特的电位差。在行电压保持于零伏特的那些行中，所述像素稳定于其初始所处的任何状态，而不管列处于+V_bias还是-V_bias。还如图4中所说明，将了解，可使用与上文所述的极性相反的极性的电压，例如，致动像素可涉及将适当列设置为+V_bias且将适当行设置为-ΔV。在此实施例中，释放像素是通过以下方式实现：将适当列设置为-V_bias且将适当行设置为相同-ΔV，进而在像素上产生零伏特的电位差。
图5B是展示施加到图2的3x3阵列的一系列行信号和列信号的时序图，其将产生图5A中所说明的显示布置(其中所致动的像素为非反射的)。在写入图5A中所说明的帧之前，所述像素可处于任何状态，且在此实例中，所有行均处于0伏特且所有列均处于+5伏特。在这些所施加的电压的情况下，所有像素均稳定于其现有的致动或放松状态中。
在图5A帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)被致动。为实现此，在行1的“线时间”期间，将列1和2设置为-5伏特，且将列3设置为+5伏特。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持在3到7伏特的稳定窗口中。接着通过从0升到5伏特且回落到零的脉冲而选通行1。此将致动(1，1)和(1，2)像素并放松(1，3)像素。阵列中的其它像素不受影响。为了在需要时设置行2，将列2设置为-5伏特，且将列1和3设置为+5伏特。施加到行2的相同选通接着将致动像素(2，2)和放松像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列的其它像素不受影响。以类似方式通过将列2和3设置为-5伏特且将列1设置为+5伏特而设置行3。行3选通设置行3像素，如图5A中所示。在写入所述帧之后，行电位为零，且列电位可保持于+5或-5伏特，且显示器稳定于图5A的布置中。应了解，相同程序可用于数十或数百行和列的阵列。还应了解，在上文概述的一般原理内，可广泛改变用以执行行和列致动的电压的时序、序列和电平，且以上实例仅为示范性的，且任何致动电压方法均可与本文中所描述的系统和方法一起使用。
图6A和6B为说明显示装置40的一实施例的系统方框图。显示装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其微小变化还说明各种类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器。
显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48和麦克风46。通常由所属领域的技术人员众所周知的多种制造工艺(包括注射模制和真空成形)中的任一者形成外壳41。此外，外壳41可由多种材料中的任一者制成，包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷，或其组合。在一实施例中，外壳41包括可移除部分(未图示)，其可与不同色彩、或含有不同标识、图片或符号的其它可移除部分互换。
示范性显示装置40的显示器30可为多种显示器中的任一者，包括如本文中所描述的双稳态显示器。在其它实施例中，显示器30包括如上所述的平板显示器(例如等离子体、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或非平板显示器(例如CRT或其它显像管装置)，如所属领域的技术人员众所周知的。然而，出于描述本实施例的目的，显示器30包括干涉式调制器显示器，如本文中所描述。
在图6B中示意性地说明示范性显示装置40的一实施例的组件。所说明的示范性显示装置40包括外壳41且可包括至少部分被封闭于其中的额外组件。举例来说，在一实施例中，示范性显示装置40包括网络接口27，网络接口27包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21还连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。电源50将电力提供到如由特定示范性显示装置40设计所需的所有组件。
网络接口27包括天线43和收发器47，使得示范性显示装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。在一实施例中，网络接口27还可具有某些处理能力以减轻对处理器21的要求。天线43为用于传输和接收信号的所属领域的技术人员已知的任何天线。在一实施例中，所述天线根据IEEE 802.11标准(包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g))来传输和接收RF信号。在另一实施例中，所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来传输和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS或用以在无线手机网络中进行通信的其它已知信号。收发器47预处理从天线43接收的信号，使得其可由处理器21接收并进一步操纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得其可经由天线43从示范性显示装置40传输。
在替代实施例中，收发器47可被接收器取代。在另一替代实施例中，网络接口27可被图像源取代，图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来说，图像源可为存储器装置，例如含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器，或产生图像数据的软件模块。
处理器21通常控制示范性显示装置40的总体操作。处理器21接收数据(例如来自网络接口27或图像源的经压缩图像数据)并将数据处理为原始图像数据或处理为容易处理为原始图像数据的格式。处理器21接着将经处理的数据发送到驱动器控制器29或发送到帧缓冲器28以供存储。原始数据通常涉及识别图像内每一位置处的图像特征的信息。举例来说，此些图像特征可包括色彩、饱和度和灰度水平。
在一实施例中，处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件52通常包括放大器和滤波器以用于将信号传输到扬声器45以及用于从麦克风46接收信号。调节硬件52可为示范性显示装置40内的离散组件或可并入在处理器21或其它组件中。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据且适当地重新格式化原始图像数据以供高速传输到阵列驱动器22。具体来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流，使得其具有适于在显示阵列30上进行扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常作为独立集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但可以许多方式实施此些控制器。其可作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中，或以硬件与阵列驱动器22完全整合。
通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息，并将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述波形每秒多次地被施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百且有时数千个导线。
在一实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示阵列30对于本文中所描述的多种类型显示器中的任一者均适用。举例来说，在一实施例中，驱动器控制器29为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22整合在一起。此实施例在高度整合的系统(例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器)中是常见的。在又一实施例中，显示阵列30为典型显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包括干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许使用者控制示范性显示装置40的操作。在一实施例中，输入装置48包括小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、触敏屏幕、压敏或热敏膜。在一实施例中，麦克风46为用于示范性显示装置40的输入装置。当麦克风46用于将数据输入到装置中时，可由使用者提供语音命令以控制示范性显示装置40的操作。
电源50可包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一实施例中，电源50为可再充电电池组，例如镍镉电池组或锂离子电池组。在另一实施例中，电源50为可再生能源、电容器或太阳能电池(包括，塑料太阳能电池和太阳能电池涂料)。在又一实施例中，电源50经配置以从墙上插座接收电力。
在一些实施方案中，如上所述，控制可编程性驻留于可位于电子显示系统中的若干位置中的驱动器控制器中。在一些情况下，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将认识到，上述优化可实施于任何数目的硬件和/或软件组件中且实施于各种配置中。
根据上文陈述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来说，图7A到图7E说明可移动反射层14和其支撑结构的五个不同的实施例。图7A为图1的实施例的横截面，其中金属材料14的条带沉积于正交延伸的支撑件18上。在图7B中，可移动反射层14仅在系链32上在拐角处附接到支撑件。在图7C中，可移动反射层14从可变形层34悬垂，可变形层34可包含柔性金属。可变形层34在可变形层34的周边周围直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中被称为支撑柱。图7D中所说明的实施例具有支撑柱插塞42，可变形层34搁置于所述支撑柱插塞42上。可移动反射层14保持悬垂在腔上(如在图7A到图7C中)，但可变形层34不通过填充在可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支撑柱。而是，支撑柱由平坦化金属形成，所述金属用以形成支撑柱插塞42。图7E中所说明的实施例是基于图7D中所示的实施例，但还可经调适以与图7A到图7C中所说明的实施例以及未图示的额外实施例中的任一者一起运作。在图7E中所展示的实施例中，金属或其它导电材料的额外层已用于形成总线结构44。此允许信号沿干涉式调制器的背面路由，进而消除可能原本必须在衬底20上形成的许多电极。
在例如图7中所展示的实施例的实施例中，干涉式调制器充当直视型装置，其中从透明衬底20的前侧看到图像，所述侧与上面布置有调制器的侧相反。在这些实施例中，反射层14光学屏蔽干涉式调制器在与衬底20相反的反射层(包括可变形层34)的侧上的部分。此允许屏蔽区域可在不负面影响图像质量的情况下经配置和操作。此屏蔽允许实现图7E中的总线结构44，其提供使调制器的光学特性与调制器的机电特性(例如寻址或由此寻址引起的移动)分离的能力。此可分离的调制器架构允许选择用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料并彼此独立地作用。此外，图7C到图7E中所展示的实施例具有由反射层14的光学特性与其机械特性去耦而得到的额外益处，其是由可变形层34实行。此允许用于反射层14的结构设计和材料在光学特性方面经优化，且用于可变形层34的结构设计和材料在所要机械特性方面经优化。
在图8A和图8B中展示可变形层34的两个可能配置，图8A和图8B描绘从调制器背面观看的图，其还可被看作图1中所展示的调制器底部或图7A到图7E中所展示的调制器顶部。在图8A中，可变形层34呈柔性膜的形式，所述柔性膜在其拐角处由支撑柱72a到72d支撑，支撑柱72a到72d锚定于衬底20和/或衬底20上的层中，例如光学堆叠16(见图7的横截面图)中。在图7D和图7E中所说明的实施例中，支撑柱72a到72d包括支撑柱插塞42。可变形层34经由较大中央背面支撑件74和四个较小周围支撑件76a到76d连接到下伏反射层14(在图8A中由虚线划分界线)。背面支撑件74和周围支撑件76a到76d可包含与支撑柱插塞42相同的平坦化材料或包含任何合适材料。可变形层34使反射层14悬垂于光学堆叠上。或者，在图8B中，可变形层34经图案化而形成连接到每一支撑柱72a到72d的较薄线性狭条78a到78d。所述狭条通过中心支撑件74而附接到反射层14。图8A和图8B的配置为许多可能性中的两个替代方案。可用于本发明的干涉式调制器可包含将所要移动自由度给予反射层14并给予此移动的所要机械特征的任何配置。
在若干方面中，本文提供用于制造MEMS装置(包括但不限于干涉式调制器)的方法，其中所述方法在MEMS制造方法和/或由此些方法制成的MEMS装置中的一个或一个以上方面中产生实质改进。可结合半导体、集成电路和/或MEMS领域中已知的任何数目的方法来实践本文中所描述的方法。本文所提供的方法通常涉及一系列材料沉积、图案化和蚀刻步骤，以及各种额外步骤，例如清洁、遮蔽、移除、清洗、掺杂、充电、加热、冷却、移动、存储、连接(例如，连接到其它组件)、测试等。举例来说，在第6,040,937号美国专利和第2004/0051929号美国专利申请案中描述了合适技术的实例。然而，用于制造特定装置的方法可能需要依据(例如)正制造的装置的类型和配置而显著改变既定方法。
在MEMS装置的制造中的显著问题在于表面关联电荷(“表面电荷”)的累积，其可导致多种制造和/或性能问题。举例来说，所累积的表面电荷可吸引并固持干扰MEMS装置的光学、机械和/或其它方面的微粒污染物。表面电荷还可导致静电放电(ESD)事件，其可永久损坏电路和/或其它组件。与表面电荷相关的问题可显现为可降低生产效率和/或产品质量的制造缺陷和/或显现为可在各个制造后阶段(例如产品封装、运输、存储和/或使用)导致系统故障或其它问题的“潜在”缺陷。潜在缺陷由于(例如)检测有缺陷产品和诊断相关可靠性和/或性能问题方面的困难而特别成问题。
由既定方法制造的MEMS装置通常累积大量表面电荷，进而需要额外处理步骤以移除此些表面电荷和/或减少其有害效应。用于在MEMS装置中处理表面电荷的多种方法在此项技术(例如，在半导体制造技术)中是已知的。举例来说，MEMS制造方法通常并入用于通过将MEMS装置的一个或一个以上组件接地而对表面电荷进行放电的材料和/或处置步骤。尽管接地可成功地消除一些表面电荷，但其它表面电荷(例如与绝缘材料(例如，介电层)相关联或与结构上不可接近的导电材料相关联的表面电荷)并不易于通过接地而放电。装置还可(例如)在“无尘室”或其中的微环境中暴露于离子化空气或另一离子化气体，以便中和表面电荷。虽然离子化方法可有效地耗散一些表面电荷，但其它表面电荷抗中和，例如驻留于与周围环境隔离的表面上的电荷。此外，表面电荷的累积和/或其后续中和可改变表面化学性质或其它材料特性，且借此负面影响MEMS装置的光学、机械和/或其它特性。
除了上述用于消除表面电荷的方法外，已开发较广范围的技术来抵消或补偿表面电荷对MEMS装置的制造和操作的影响。此些方法包括(例如)额外层和涂层(例如，绝缘层、抗粘滞涂层)的并入、额外结构(例如，粘滞凸块)的并入、对操作参数(例如，致动电压)的限制，和/或其它修改。此些方法通常成本较高、耗时且仅部分有效。因此，根据本文所描述的方法来防止表面电荷的累积可提供对MEMS装置和制造方法的大量改进。
在一些方面中，经由本文所提供的用于蚀刻牺牲材料的方法来减少或防止表面电荷形成于MEMS装置的一个或一个以上结构元件上。在不限于特定理论的情况下，据信表面电荷累积于MEMS装置上的主要机制为摩擦带电，借此在制造过程期间接触且接着分离的两个或两个以上表面之间发生电荷转移。蚀刻工艺对于表面电荷尤其成问题，因为其通常涉及移除与结构或其它材料广泛接触的牺牲材料。术语“牺牲”根据其一般含义而在本文中用以(例如)描述在制造MEMS装置的过程中被移除的材料(例如，牺牲材料)和/或包含此些材料的结构(例如，牺牲层)。在各种实施例中，牺牲材料与构成MEMS装置的结构材料之间的表面接触的分离(例如)经由电子在表面之间的供予和接受以产生正电荷和负电荷的局部区域而导致表面的摩擦带电。此外，经由化学蚀刻而产生的带电物质以及带电污染物可吸收、凝结(物理吸收)、化学吸收和/或以其它方式粘附到MEMS装置的一个或一个以上表面。
在某些方面中，本文中所提供的方法通过在存在离子化气体的情况下以气相化学蚀刻剂来蚀刻牺牲材料而防止或减少表面电荷的形成和/或累积，其中离子化气体相对于牺牲材料和/或构成MEMS装置的材料优选为大体上非蚀刻性的。在不受特定理论限制的情况下，据信在存在离子化气体的情况下的蚀刻中和带电物质(否则带电物质将粘附到装置的一个或一个以上表面)。在各种实施例中，经电荷中和的物质大体上不粘附到MEMS装置的表面，而是(例如)经由真空源与蚀刻工艺的其它副产物一起被移除。与既定方法相比，本文所提供的方法可防止表面电荷的初始形成(与在形成表面电荷后移除或补偿表面电荷相对)。有利的是，本文所提供的方法可产生对MEMS制造方法的效率、成本、组装时间、准确度、再现性(例如，较低公差)和/或其它方面的改进。本文还提供具有降低的表面电荷水平的MEMS装置和包含此些装置的系统。在各种实施例中，此些装置和系统展现相对于由其它方法制造的装置和系统的改进的耐久性、可靠性、性能和/或其它方面。
层、涂层和/或其它结构元件在本文中相对于其它结构元件可被描述为“在......上”(例如，在......上沉积或在......上形成)、“在......之上”、“在......上方”、“邻近于”、“在......之间”等。如本文中所使用，这些术语可直接和/或间接意指在......上、在......之上、在......上方、邻近于、在......之间等，因为多种中间层和/或其它结构元件可介于本文所述的结构元件之间。类似地，本文所述的结构元件(例如衬底或层)可包含单一组件结构(例如，单层)或多组件结构(例如，在具有或不具有额外材料层的情况下，包含多个所述材料层的叠片)。除上述涵义外，术语“在......上”可表示一结构元件以将所述结构元件与另一元件维持彼此接近的任何方式而与所述另一元件附接、连接、接合或以其它方式相关联。被描述为“在另一结构元件上”的结构元件可与另一元件整合、或与另一元件分离/不同，且所述元件可永久地、不可逆地(等等)或可移除地、可分离地(等等)相关联。关于对象或元件的术语“一个或一个以上”、“至少一个”等的使用不以任何方式指示在结合未使用此(些)术语的情况下没有对象或元件的潜在多个布置。
如本文中所使用，术语“微机电系统(MEMS)装置”通常涉及在制造的任何阶段的任一此装置，包括“预释放”装置(例如，具有在后续处理步骤中移除的一个或一个以上牺牲层的装置)和“后释放”装置(例如，包含操作装置的结构元件的装置)。虽然可参考特定结构或装置来描述各种实施例，但本文所提供的方法和产品不限于所示范的装置或任何特定类别的装置，而是通常适用于任何兼容的MEMS装置。
在一些优选实施例中，由本文所提供的方法制造的MEMS装置为干涉式调制器，例如图1到图9中所说明的干涉式调制器。然而，本文所提供的方法不限于此些装置，而是还可适用于具有“颠倒”配置的干涉式调制器(例如第6,650,455号美国专利中所描述的干涉式调制器)、“多态”干涉式调制器(例如第20040240032号美国专利公开案中所描述的干涉式调制器)和/或其它合适的MEMS装置。
图9A到图9C为说明用于形成干涉式调制器阵列的示范性过程的若干步骤的横截面图，每一干涉式调制器均包含安置于光学堆叠16上且经由支撑柱113而与光学堆叠16隔开的可移动反射层14，支撑柱113大体上垂直于光学堆叠16。支撑柱113、光学堆叠16和反射层14形成干涉腔110。图9A到图9C的横截面展示三个干涉式调制器100(a)、100(b)和100(c)的形成，三个干涉式调制器100(a)、100(b)和100(c)在彩色显示装置中构成像素。在图9C中展示由所示范的过程形成的干涉式调制器的最终配置。调制器100(a)、100(b)和100(c)的干涉腔110(a)、110(b)、110(c)的尺寸分别确定干涉的性质和由每一调制器反射的光的所得色彩。举例来说，调制器100(a)、100(b)和100(c)具有变化高度(例如，在静止或放松状态下，可移动反射层14与光学堆叠16之间的距离)的干涉腔110(a)、110(b)和110(c)，其中腔的高度与所反射的光的波长相关。因此，在“RGB”像素实例中，具有最大高度的腔的调制器100(a)反射红光，具有中间高度的腔的调制器100(b)反射绿光，且具有最小高度的腔的调制器100(c)反射蓝光。其它色彩组合也是可能的，以及使用黑色和白色像素。
在所说明的过程中，如图9A中所示，在透明衬底20上沉积光学堆叠16。光学堆叠16通常包含若干整合层或融合层，包括：电极层112，其通过沉积适当材料(例如氧化铟锡(ITO))而形成在衬底20上；以及部分反射层117，其通过沉积适当材料(例如铬)而形成在电极层112的顶部上。在此处未展示的过程中，电极层112和部分反射层117可按照显示器设计所要求而经图案化并蚀刻以形成电极列、行和/或其它有用形状。光学堆叠16通常还包含形成在经图案化的电极层112和部分反射层117上的介电层118。介电层118包含适当材料，例如氧化硅。在各种实施例中，使用其它材料来形成电极层、部分反射层和/或介电层。在所说明的实施例中，透明衬底20的观看表面在衬底20的“底部”上，即，衬底20的与光学堆叠16相反的侧上。
在形成光学堆叠后，沉积第一牺牲层120，第一牺牲层120可包含若干子层(例如，下文所描述的子层120(a)、120(b)和120(c))。在一些实施例中，在沉积第一牺牲层120之前，在光学堆叠16上形成(例如)包含Al₂O₃的蚀刻终止层(未图示)以保护光学堆叠16免受后续蚀刻步骤。参看图9B，第一牺牲层120占用可移动反射层14与光学堆叠16之间的空间，且因此第一牺牲层120的厚度对应于每一干涉式调制器100中的干涉腔110的尺寸。图9A说明通过沉积、制造和蚀刻多个牺牲子层120(a)、120(b)和120(c)而在干涉式调制器100(a)、100(b)和100(c)中的每一者中产生具有可变厚度的第一牺牲层120的示范性过程。在所说明的实施例的步骤1中，沉积、遮蔽并蚀刻第一子层120(a)以形成最左侧干涉式调制器100(a)的第一牺牲层的一部分。在步骤2和3中，沉积、图案化并蚀刻第二牺牲子层120(b)以形成干涉式调制器100(a)和100(b)的第一牺牲层120的一部分。最终，在步骤4中，沉积第三牺牲子层120(c)以形成干涉式调制器100(a)、100(b)和100(c)的第一牺牲层120的一部分。第三子层120(c)不需图案化，因为其厚度包括在构成像素的所有三个干涉式调制器100(a)、100(b)和100(c)中。因此，在图9A到图9C中，最左侧干涉式调制器100(a)的第一牺牲层120包含子层120(a)、120(b)和120(c)的组合厚度，中间干涉式调制器100(b)的第一牺牲层120包含子层120(b)和120(c)的组合厚度，且最右侧干涉式调制器100(c)的第一牺牲层120包含子层120(c)的厚度。
在本文所提供的方法中使用多个子层来形成一个或一个以上牺牲层允许制造具有较广范围的腔尺寸的干涉式调制器，所述腔尺寸(例如)取决于干涉式调制器的所要光学和机电特性。举例来说，在显示装置中构成像素的邻近干涉式调制器可具有对应于一个、两个、三个或三个以上牺牲子层(例如图9A到图9C中的子层120(a)、120(b)和120(c))的组合厚度的干涉腔尺寸。此外，构成牺牲层的子层可具有不同尺寸，进而允许包含此些子层的牺牲层的总厚度的额外可变性。形成第一牺牲层120的所述一个或一个以上子层的组合厚度的范围可广泛变化。在一些实施例中，牺牲层120具有约500埃到约50,000埃的组合厚度，且更优选具有约几千埃到约10,000埃的组合厚度。
为了形成图9B中所说明的预释放结构，在第一牺牲层120(包含一个、两个或三个子层)上沉积金属层，且随后图案化并蚀刻所述金属层以形成每一干涉式调制器的可移动反射层14。在一些实施例中，在第一牺牲层120和金属层(其随后形成反射层14)之间沉积第二蚀刻终止层(未图示)以在金属层的图案蚀刻期间保护第一牺牲层120。接着在反射层14上和在反射层14之间的空间上(在第一牺牲层120上)沉积(且视情况，平坦化)第二牺牲层122。随后遮蔽并蚀刻第二牺牲层122以形成穿过第二牺牲层延伸到光学堆叠16(穿过第一牺牲层)的腔，其中沉积结构材料(例如，聚合物、金属或氧化物)以形成支撑柱113。支撑柱113通常具有(例如)通过平坦化步骤(例如，使用化学机械平坦化(CMP))(未图示)而实现的均一高度。还在反射层14与可变形层34之间形成连接36。接着，沉积、图案化并蚀刻可变形层，例如，如图8A和8B中所示。
如图9B中所说明，可变形层34在支撑柱113与可移动反射层14之间形成弹性连接。在一些实施例中，视情况在可变形层34上沉积第三牺牲层(未图示)。蚀刻牺牲层120和122“释放”干涉式调制器，使得可移动反射层14通过可变形层34而悬垂于光学堆叠16上，如图9C中所说明。
在各种实施例中，蚀刻MEMS装置的一个或一个以上牺牲层(例如，牺牲层120、122)和可变形层34上的可选牺牲层包含：在存在离子化气体的情况下将所述(等)牺牲层暴露于气相化学蚀刻剂。在一些实施例中，MEMS装置的与牺牲层接触或紧密接近的一个或一个以上表面具有降低的固定电荷水平。举例来说，参看图9C，根据本文所提供的方法来蚀刻牺牲层120防止对暴露于干涉腔110的可移动反射层14、光学堆叠16和/或支撑柱113的表面的充电。仍参看图9C，也可在暴露于第二牺牲层122的一个或一个以上表面(包括可移动反射层14的上表面、可变形层34的下表面和/或支撑柱113的表面)上减少表面电荷。有利的是，本文所揭示的方法在不需要实质性偏离既定制造方法的情况下防止表面电荷和其有害效应。此外，在一些实施例中，表面电荷在暴露于干涉腔的一个或一个以上表面上的减少消除了经设计以消除、减少或补偿表面电荷的额外处理步骤，例如沉积额外层或涂层。
所属领域的技术人员将理解，牺牲材料、气相化学蚀刻剂和离子化气体的选择取决于多种因素，包括用于沉积牺牲材料的方法和条件(所述方法和条件可影响牺牲材料的物理和/或化学特性)以及用于移除牺牲材料的蚀刻条件。所属领域的技术人员还将理解，实际上所有材料在某些条件下均为可蚀刻的，且本文中将材料描述为选择性可蚀刻或抗蚀刻的，或将蚀刻剂和/或离子化气体描述为非蚀刻性的是在特定条件下与其它材料或气体进行比较。因此，在许多情况下，在受控条件下根据经验来确定适当的牺牲材料、蚀刻剂和/或离子化气体。或者，可用于多种目的的蚀刻剂-牺牲材料组合在此项技术中是已知的和/或可购得的。
在本文所提供的方法中使用的气相蚀刻剂、离子化气体和所述牺牲材料通常经选择以使得在使用本文所提供的化学蚀刻方法时，牺牲材料相对于MEMS装置的结构材料和/或衬底是选择性可蚀刻的。在一些优选实施例中，气相化学蚀刻剂相对于结构材料和/或衬底是大体上非蚀刻性的。举例来说，在一些实施例中，气相化学蚀刻剂以比结构材料和/或衬底的蚀刻速率大约5X、优选大约10X且更优选大约40X的速率蚀刻牺牲材料。在其它实施例中，气相化学蚀刻剂在存在离子化气体的情况下相对于结构材料和/或衬底是大体上非蚀刻性的。
在一些优选实施例中，离子化气体相对于牺牲材料是大体上非蚀刻性的。举例来说，在一些实施例中，离子化气体以一速率蚀刻牺牲材料，所述速率比气相化学蚀刻剂进行蚀刻的速率小约10X或更小、更优选小约40X或更小，且甚至更优选小约100X或更小。有利的是，使用相对于牺牲材料大体上为非蚀刻性的离子化气体允许MEMS装置在制造过程期间暴露于离子化气体达延长时期。举例来说，在一些优选实施例中，MEMS装置在引入化学蚀刻剂之前以及在整个蚀刻工艺中暴露于离子化气体达一段时期以防止带电物质在不存在离子化气体的情况下形成。在其它实施例中，MEMS装置在沉积一个或一个以上牺牲层之前、其期间和/或之后暴露于离子化气体(例如)以防止由于牺牲材料与结构材料和/或衬底之间的接触而形成摩擦电荷。有利的是，使用大体上为非蚀刻性的离子化气体允许在不需要显著更改既定制造协议的情况下实行本文所描述的方法。例如，在各种实施例中，在与不存在离子化气体的情况下所使用的条件相同或大体上类似的条件下，在存在大体上非蚀刻性的离子化气体的情况下实行MEMS装置的制造中的一个或一个以上沉积和/或蚀刻步骤。
虽然未受特定理论限制，但据信在一些实施例中，电荷形成的程度与牺牲材料与结构材料之间的接触性质和程度有关。举例来说，在各种实施例中，电荷形成受以下因素影响：表面之间的接触面积和持续时间、分离的速率和方向、湿度和/或在表面-表面界面处的“接触电阻”。在一些优选实施例中，通过本文所提供的方法在某些条件下进行蚀刻而最小化摩擦带电程度，在所述条件中，气相蚀刻剂自发地经由化学工艺来蚀刻牺牲材料(例如，通过将牺牲材料转化为与其它蚀刻副产物一起从反应腔室移除的挥发性化学物质)而不是通过物理工艺进行大量蚀刻(例如，离子轰击、溅镀等)。因此，优选以大体上各向同性(非定向)方式(与纯化学蚀刻工艺相一致)来蚀刻牺牲层。
在各种优选实施例中，通过在大体上非激励条件下执行蚀刻而在无大量物理蚀刻的情况下实行化学蚀刻。举例来说，蚀刻条件优选具有足够低的能量以在整个蚀刻工艺和蚀刻剂接触MEMS装置的任何后续步骤中将化学蚀刻剂维持于气相(例如，未转化为等离子体)中。在各种实施例中，在未将气相蚀刻剂暴露于激励条件(例如高温、高压、辐射(例如，UV或其它光)、电磁能和/或能够激励气态蚀刻剂的其它条件)的情况下实行蚀刻工艺。举例来说，在各种实施例中，在以下条件下执行根据本文所提供的方法的蚀刻：小于约100托的压力、更优选小于约50托的压力且甚至更优选小于约10托的压力；小于约200℃的温度、更优选小于约150℃的温度且甚至更优选小于约100℃的温度；和/或持续小于约10分钟的时间、更优选小于约5分钟的时间且甚至更优选小于约1分钟的时间。
在一些实施例中，气相化学蚀刻剂为惰性卤化物(noble halide)-氟化物气体蚀刻剂，例如氟化氦、氟化氖、氟化氩、氟化氪、氟化氙或氟化氡气体。在一些优选实施例中，蚀刻剂为KrF₂、XeF₂、XeF₄或XeF₆，其中XeF₂是尤其优选的。在一些实施例中，气相化学蚀刻剂为卤素氟化物气体，例如BrF_x(例如，BrF、BrF₃或BrF₅)、ClF_x(例如，ClF、ClF₃或ClF₅)、IF_x(例如，IF₅或IF₇)、XeF_x(例如，XeF₂)，或其组合。在其它实施例中，气相化学蚀刻剂包含气相酸(例如，HF、HBr或HI)、氯化物或溴化物气体(例如，Cl₂、BrI₃、BrCl₃或AICl₃)，或上述蚀刻剂的任何组合。在一些实施例中，蚀刻剂进一步包含额外气态成份(例如，稀释剂)。举例来说，气相化学蚀刻剂可与N₂气体或另一惰性气体(例如Ar、Xe、He等)组合。
在不具有经由物理工艺进行的大量蚀刻的情况下，可通过本文所提供的方法化学蚀刻多种牺牲材料。举例来说，在各种实施例中，牺牲材料可包含多晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、铝、钛、锆、铪、钒、钽、铬、钼、钨、锰、各种聚合物(例如，有机聚合物)，和/或其组合物。在一些实施例中，牺牲材料包含牺牲层，例如图9B中的牺牲层120，所述牺牲层120可由例如化学气相沉积(CVD)或低压CVD(LPCVD)的化学工艺形成或由例如物理气相沉积(PVD)的其它工艺形成。在一些优选实施例中，牺牲层120包含钼、硅、钛或钨，且使用例如XeF₂的惰性卤化物-氟化物气体蚀刻剂进行蚀刻以释放干涉式调制器。
如上所述，牺牲材料和化学蚀刻剂的选择可需要在界定的条件下根据经验确定牺牲材料相对于各种结构材料的蚀刻速率。因此，本文所描述的各种实例提供对此些材料的选择的普通准则，而不应被解释为普遍适用的可用材料或详尽列举了可用材料。在一些实施例中，(例如)通过测量装置的反射率或蚀刻副产物的释放来监视蚀刻。在其它实施例中，允许进行蚀刻并持续固定时间，例如，先前经确定以提供所要程度的蚀刻和/或选择性的持续时间。所属领域的技术人员还将理解，牺牲材料层的蚀刻速率可基于以下因素而变化：层的厚度、周围层的间距和方位、蚀刻方向和其它因素。在各种实施例中，用于蚀刻牺牲层的气相蚀刻剂的量是足以按所要速率(例如，至少1纳米/秒、且更优选至少5纳米/秒且甚至更优选至少10纳米/秒或更大)蚀刻牺牲材料的量。在各种实施例中，在本文所描述的方法中使用的离子化气体的量为约1重量％与约99重量％之间的蚀刻剂-离子化气体混合物，且优选小于约50重量％，或更优选小于约25重量％，或甚至更优选小于约10重量％的蚀刻剂-离子化气体混合物。所属领域的技术人员容易依照木文所提供的教示通过常规实验来确定特定MEMS装置的蚀刻剂-离子化气体比、蚀刻条件等。
在各种实施例中，离子化气体为离子化惰性气体，例如N₂、Ar、Xe、He和类似气体。在一些优选实施例中，离子化气体相对于牺牲材料和/或构成MEMS装置的结构材料是大体上非反应性的(例如，大体上非蚀刻性的)。在其它实施例中，离子化气体在存在气相化学蚀刻剂的情况下相对于此些材料是大体上非蚀刻性的。离子化气体优选包含带正电的分子和带负电的分子以便在蚀刻工艺期间中和两种类型的带电物质。然而，在一些实施例中，离子化气体可大体上或全部包含带正电的分子或带负电的分子，例如，其中某一组份的离子化气体先前已被确定为有效地减少表面电荷。
用于产生离子化气体并将离子化气体传递到目标微环境的方法与设备在此项技术中是已知的且在(例如)第5,594,247号和第5,898,268号美国专利中予以描述。举例来说，在一些实施例中，通过“电晕放电”方法将惰性气体离子化，其中气体暴露于针状电极，在将离子化电压施加到针状电极后所述电极离子化气体分子。在一些实施例中，将负电压施加到一个或一个以上电极，进而主要产生正离子，而在其它实施例中，施加正电压，进而主要产生负离子。通过混合如上述而产生的负离子化物质和正离子化物质和/或通过将交流电流施加到单一电极，优选使用经设计以最大化两种物质的产量的时间脉冲-暂停协议(例如，通过最小化带电物质的再组合)，可产生正离子与负离子的混合物。在各种实施例中，通过施加真空、压力和/或电磁力，和/或通过此项技术中已知的其它方法而将离子化物质引导到含有MEMS装置的蚀刻腔室或其它微环境。在一些实施例中，使用离子枪(多种离子枪在此项技术中是已知的且可购得)而将离子化气体引入到蚀刻腔室。
在一些优选实施例中，惰性气体具有较低“离子化能量”使得其在相对较低能量条件下(例如，在环境温度和压力下)容易被离子化。在一些实施例中，N₂和Ar气体是尤其优选的。在一些优选实施例中，离子源被置放得紧密接近于目标用于电荷减少的区域，因为具有较低离子化能量的气体通常容易再组合而形成不带电的物质。此外，在其它实施例中，(例如)使用离子枪而使离子化气体分子向目标区域加速，使得离子化分子在其“半衰期”的大部分时间中驻留于蚀刻腔室中。
所属领域的技术人员将理解，MEMS装置可依据所制造的特定装置、所利用的设备和材料等而以多种方式暴露于气相化学蚀刻剂和离子化气体。举例来说，在半导体、MEMS和集成电路领域中已知许多方法和设备用于在装置制造的一个或一个以上步骤期间控制围绕装置的微环境。举例来说，在其内实行一个或一个以上特定处理步骤的独立、密封的微环境(例如，处理“工具”)中，可实行在MEMS装置的制造中的各种步骤。
在一些实施例中，在密封的蚀刻腔室中实行根据本文所提供的方法的蚀刻，其允许气体和微粒物质以受控方式并以受控速率被引入腔室或从腔室移除。为了最小化表面电荷的形成，优选以一方式将气相蚀刻剂引入到蚀刻腔室，使得在不存在离子化气体的情况下最小化气相蚀刻剂对牺牲材料的暴露。因此，在一些优选实施例中，在引入气相蚀刻剂之前，将离子化气体散布在整个腔室中。举例来说，离子化气体可在蚀刻腔室中连续循环且气相蚀刻剂可渗入离子化气体的循环中。在其它实施例中，气相蚀刻剂和离子化气体被一起引入到腔室中(例如，每一气体可从独立源流动到共同管道中，所述共同管道又将混合物载运到蚀刻腔室)或在蚀刻腔室中组合(例如，可从独立源将每一气体引入到腔室中)。在一些优选实施例中，蚀刻剂为XeF₂，可(例如)通过将固态晶体维持于室温，从所述晶体升华来产生XeF₂。
图10说明示范性蚀刻设备1000，其包括反应腔室1010，所述反应腔室1010具有载物台1012，待蚀刻的衬底1014安装于其上。载物台1012电接地以防止表面电荷形成且对现有表面电荷进行放电。离子物质源1020将源气体(例如，氩气)1022供应到离子枪1024，离子枪1024离子化所述源气体1022且将其作为离子束1030传递到反应腔室1010中。气体供应阀1026在源气体电力和流量控制器1028的控制下控制源气体1022从离子物质源1020的流动。源气体控制器1028还控制对离子枪1024的电力供应。离子枪1024产生包含离子化气体1022的离子束1030，且将其引导到蚀刻衬底1014的暴露表面。蚀刻剂源1040在蚀刻气体供应阀1032a和1032b以及蚀刻气体流量控制器1034的控制下将一种或一种以上蚀刻气体供应到反应腔室1010中。反应腔室1010连接到排放泵(未图示)，所述排放泵在排放泵阀1050的控制下将真空压力施加到反应腔室1010以促进蚀刻副产物的移除。反应腔室1010还连接到交换腔室1060，交换腔室1060在对腔室1010装载以及卸载蚀刻衬底(例如，1014)期间使蚀刻腔室1010与外部环境隔离。多种离子物质源、离子枪、蚀刻气体源、控制器等在此项技术中是众所周知的，且可从商业来源获得。
图11说明类似于图10中所展示的蚀刻设备的蚀刻设备1100，其具有多个离子枪1120以促进离子化气体在蚀刻腔室1110内的传递和/或分布，从而允许同时处理多个衬底1130。
图12说明类似于图10和图11中所展示的设备的设备内的蚀刻腔室1200，其中腔室1200包含：第一子腔室1210a，其中产生离子化气体；以及第二了腔室1210b，其中驻留于电接地的载物台1242上的待蚀刻的衬底1240暴露于离子化气体。在子腔室1210a中，惰性气体(例如，氩气)暴露于由场产生器1220产生的高压，进而将惰性气体转化为产生离子化气体的等离子体。在所说明的实施例中，离子化气体在子腔室1210a内的产生可独立于离子化气体到蚀刻衬底1240的流动而受到控制。举例来说，可通过改变由场产生器1220产生的电压和/或施加到截止栅(cut-off grid)1224a和1224b的电压来控制离子化气体的产生。在不限于特定机制的情况下，在一些实施例中，电压对电极1222a和1222b的施加使子腔室1210a内的带电粒子加速，带电粒子碰撞并离子化惰性气体的分子以形成等离子体。可通过调整施加到截止栅1224a和1224b的电压来控制气体离子的产生。此控制水平独立于对离子化气体进入子腔室1210b中的流动的控制，可通过改变施加到使子腔室1210a和1210b分离的静电加速栅1230的电压来控制所述流动。
本文所提供的方法可用于在制造过程期间减少MEMS装置的接触牺牲层的任何表面上的表面电荷。举例来说，参看图9B，在存在离子化气体的情况下蚀刻牺牲层120和122可减少暴露于干涉腔110的一个或一个以上表面(包括可移动反射层14的反射表面、光学堆叠16的所暴露的表面，和/或在反射层14后方(即，与观看表面相对)的一个或一个以上表面)上的表面电荷。
在一些优选实施例中，本文所提供的方法减少在干涉式调制器的光学路径内的一个或一个以上表面(“光学活性”表面)上的表面电荷。如上文参看图1而描述，干涉式调制器通常反射来自可移动反射层14的光，所述光以各种角度干涉由光学堆叠16反射的光，光学堆叠16对于入射光是部分反射且部分透射的。因此，光学堆叠16的暴露表面和/或可移动反射层14的反射表面具有某些光学特性(例如反射、吸收和/或透射特定波长的光的能力)，所述光学特性与干涉式调制器的所要光学响应相一致。因此，电荷和/或微粒污染物在干涉式调制器或其它MEMS装置的一个或一个以上光学活性表面上的累积可干扰装置的图像保真度、分辨率、对比度和/或光学性能的其它方面。此外，补偿光学活性表面上的表面电荷可为困难的，因为材料和结构配置受装置的光学要求限制。因此，在各种优选实施例中，防止电荷在一个或一个以上光学活性表面上形成可大体上改进MEMS装置的性能。
在其它优选实施例中，本文所提供的方法减少在MEMS装置的操作期间可移动的一个或一个以上表面(“机械活性”表面)上的表面电荷。举例来说，在一些实施例中，带电粒子可粘附到干涉式调制器的机械层(例如，图9B中的层34)且使其局部变形，借此改变其机械特性中的一者或一者以上，例如应变能和/或恢复力。如上所述，可变形层的机械特性对于确定干涉式调制器的致动电压、“滞后窗口”和其它操作参数来说是重要的。因此，防止电荷在机械活性层(例如层34)上形成可显著改进干涉式调制器和/或其它MEMS装置的性能。
在其它优选实施例中，本文所提供的方法减少包含绝缘材料的一个或一个以上结构元件上的表面电荷。举例来说，在一些实施例中，图9B中的光学堆叠16包含暴露于干涉腔110的绝缘层。因为绝缘层通常不易经由接地而放电，所以在绝缘层上形成的表面电荷成为表面静电荷，表面静电荷可具有多种有害效应，如本文所描述。有利的是，根据本文所描述的方法在存在离子化气体的情况下使用气相化学蚀刻剂来蚀刻牺牲材料(例如构成牺牲层120的牺牲材料)防止了表面电荷在MEMS装置的一个或一个以上绝缘层上的形成。
在一些额外方面中，提供由本文所描述的方法生产的MEMS装置以及并入此些装置的系统。具有减少量的表面电荷的MEMS装置可展现多种改进特征，包括(但不限于)减少的腐蚀、侵蚀和/或磨损、更佳的光学和/或机械特性、对制造公差的改进的遵守，和其它所要特性。
所属领域的技术人员将理解，上述设备和制造方法的改变是可能的，例如，添加和/或移除组件和/或步骤，和/或改变其次序。此外，本文所描述的方法、结构和系统可用于制造其它电子装置，包括其它类型的MEMS装置，例如，其它类型的光学调制器。
此外，尽管以上详细描述已展示、描述并指出了本发明应用于各种实施例的新颖特征，但应理解，所属领域的技术人员可在不脱离本发明的精神的情况下在所说明的装置或过程的形式和细节方面进行各种省略、替代和改变。如将认识到，可在不提供本文所陈述的所有特征和益处的形式内实施本发明，因为某些特征可与其它特征分离地使用或实践。