用于蚀刻微机电系统的装备及方法

专利名称：用于蚀刻微机电系统的装备及方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及微机电系统(MEMS)装置，且更特定来说涉及用于蚀 刻牺牲层以在MEMS中界定空腔的装备及方法。
背景技术：
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激活器及电子装置。可使用沉积、蚀 刻及/或其它蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或添加某些层以形成电及机 电装置的微机械加工工艺形成微机械元件。 一种类型的MEMS装置被称为干涉式调 制器。在本文中所使用的术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指一种使用光学干 涉原理选择性地吸收及/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包含一 对导电板，其中之一或两者可全部或部分地透明及/或为反射性，并能够在施加适当 电信号时相对运动。在特定实施例中， 一个板可包含沉积在衬底上的静止层，且另 一个板可包含通过气隙与所述静止层隔开的金属隔膜。如本文中更详细描述， 一个 板相对于另一个板之位置可改变入射在该干涉式调制器上之光之光学干涉。此类装 置具有广泛的应用范围，且在所属技术中，利用及/或修改这些类型装置的特性以使
其特征可用于改善现有产品及形成目前尚未开发的新产品将是有益的。

发明内容
本文中揭示用于更有效地从永久性MEMS结构之间蚀刻牺牲材料的蚀刻装备 及方法。蚀刻头包括细长蚀刻剂入口结构，其可以是槽形或若干入口孔的细长分布。 以如下方式将衬底支撑于接近所述蚀刻头处以界定大致平行于衬底面的流动路径 并准许相对运动以使所述蚀刻头跨越所述衬底进行扫描。
实施例提供一种蚀刻微机电系统(MEMS)装置的方法，所述方法包含在衬 底上形成包含牺牲材料的MEMS装置；通过细长蚀刻气体入口在所述MEMS装置 的表面处引导包含气相蚀刻剂的气体流；选择性地从其之间蚀刻牺牲材料的至少一部分；及相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底。
在某些实施例中，在衬底上形成包含牺牲材料的MEMS装置包含在衬底上形 成在两个电极之间包含牺牲材料的MEMS装置。
在某些实施例中，引导气体流包含使惰性气体流动。在某些实施例中，引导气 体流包含产生大致层流。在某些实施例中，引导气体流包含提供二氟化氙。在某些 实施例中，引导气体流包含使所述气体流垂直于所述MEMS装置的表面流动。在某 些实施例中，引导气体流包含大致平行于所述MEMS装置的表面引导所述气体流的 至少一部分。在某些实施例中，通过细长蚀刻气体入口引导气体流包含通过槽形喷 嘴引导气体流。在某些实施例中，通过槽形喷嘴引导气体流包含通过气帘喷嘴引导 气体流。在某些实施例中，通过细长蚀刻气体入口引导气体流包含通过多个孔口引 导气体流。在某些实施例中，通过细长蚀刻气体入口引导气体流包含通过至少与所 述衬底的尺寸一样长的细长气体入口引导气体流。
在某些实施例中，选择性地蚀刻包含在所述MEMS装置中形成空腔。
在某些实施例中，相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底包含沿正交于所述 蚀刻气体入口的长尺寸的方向相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底。在某些实 施例中，相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底包含在单遍中大致完成对来自 MEMS装置的牺牲材料的蚀刻。在某些实施例中，相对地移动所述蚀刻气体入口及 所述衬底包含在所述蚀刻气体入口下方来回扫描所述衬底。
在某些实施例中，引导气体流且相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底同时 发生。
某些实施例进一步包含在引导气体流之后通过一个或一个以上排气开口抽取 所述气体流的至少一部分。
另一实施例提供一种蚀刻系统，所述蚀刻系统包含蚀刻头，其包含形成在第 一导流表面与第二导流表面之间的蚀刻气体入口 ，其中所述蚀刻头可操作以大致垂 直于所述第一导流表面及所述第二导流表面引导蚀刻气体；及衬底支撑件，其可操 作以同时地将衬底以预定高度支撑于接近所述蚀刻气体入口处且相对于所述蚀刻头 移动安装在其上的衬底，其中所述第一及第二导流表面经确定尺寸且经配置以大致 平行于所述衬底导引来自所述蚀刻气体入口的气体的流动。
在某些实施例中，所述第一及第二导流表面及所述预定距离界定具有大于约 10:1的纵横比的活动蚀刻带。
在某些实施例中，所述蚀刻头进一步包含至少一个排气口，其中所述第一及第 二导流表面中的一者安置在所述至少一个排气口与所述蚀刻气体入口之间。某些实 施例包含第一排气口及第二排气口 。
在某些实施例中，将所述蚀刻气体入口拉长。
另一实施例提供一种蚀刻系统，所述蚀刻系统包含蚀刻头，其包含纵轴； 第一导流表面，其形成在所述蚀刻头上，平行于所述纵轴延伸；及蚀刻气体入口，其毗邻于所述第一导流表面形成，平行于所述纵轴延伸，其中所述导流表面经确定 尺寸且经配置以重新引导来自所述蚀刻气体入口的蚀刻气体的至少一部分以形成大 致平行于所述导流表面的蚀刻气体的流动。
某些实施例进一步包含第二导流表面，其形成在所述蚀刻头上，平行于所述纵 轴延伸，其中所述蚀刻气体入口形成在所述第一导流表面与所述第二导流表面之间。
在某些实施例中，所述第一导流表面与第二导流表面一起界定大致平坦表面。
在某些实施例中，沿所述纵轴拉长所述蚀刻气体入口。
另一实施例提供一种蚀刻设备，其包含沿第一方向延伸的细长蚀刻气体入口， 所述第一方向界定第一侧及第二侧；第一细长排气口，其平行于所述细长蚀刻气体 入口且在所述第一侧上与所述细长蚀刻气体入口间隔开；第二细长排气口，其平行 于所述细长蚀刻气体入口且在所述第二侧上与其间隔开；气相蚀刻剂源，其以流体 方式连接到所述细长蚀刻气体入口；及真空源，其以流体方式连接到所述第一及第 二槽。
在某些实施例中，所述蚀刻气体入口包含界定蚀刻剂流动间隙的气帘喷嘴。
在某些实施例中，所述第一及第二排气口每一者包含细长槽，其分别界定第一 吹扫间隙及第二吹扫间隙。
某些实施例提供一种蚀刻微机电系统(MEMS)装置的方法，所述方法包含 提供衬底，其包含形成在其表面上的MEMS装置，其中所述MEMS装置包含牺牲 材料；相对地移动蚀刻气体入口及所述衬底；通过所述蚀刻气体入口在所述MEMS 装置的表面处引导包含气相蚀刻剂的气体流；及选择性地蚀刻来自所述MEMS的牺 牲材料的至少一部分。
在某些实施例中，提供所述包含MEMS装置的衬底包含提供包含MEMS装置 的衬底，所述MEMS装置包含安置于两个电极之间的牺牲材料。
在某些实施例中，引导气体流包含引导包含惰性气体的气体流。在某些实施例 中，引导气体流包含引导具有大致层流的气体流。在某些实施例中，引导气体流包 含引导包含二氟化氙的气体流。在某些实施例中，引导气体流包含使所述气体流垂 直于所述MEMS装置的表面流动。在某些实施例中，引导气体流包含大致平行于所 述MEMS装置的表面引导所述气体流的至少一部分。在某些实施例中，通过蚀刻气 体入口引导气体流包含通过细长蚀刻气体入口引导气体流。在某些实施例中，通过
所述细长蚀刻气体入口引导气体流包含通过槽形喷嘴引导所述气体流。在某些实施 例中，通过所述槽形喷嘴引导气体流包含将所述细长蚀刻气体入口的整个纵轴大致 定位于接近所述MEMS装置的表面处。在某些实施例中，通过所述槽形喷嘴引导气 体流包含通过气帘喷嘴引导所述气体流。在某些实施例中，通过所述细长入口引导 气体流包含通过至少与所述衬底的尺寸一样长的细长气体入口引导所述气体流。 在某些实施例中，选择性地蚀刻包含在所述MEMS装置中形成空腔。 在某些实施例中，相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底包含沿正交于所述蚀刻气体入口的长尺寸的方向相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底。在某些实 施例中，相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底包含在所述蚀刻气体入口下方扫 描所述衬底。
在某些实施例中，引导气体流及相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底同时 发生。
某些实施例进一步包含通过至少一个排气开口抽取气体流的至少一部分。在某 些实施例中，抽取所述气体流的至少所述部分进一步包含抽取蚀刻副产物。
某些实施例提供一种蚀刻系统，所述蚀刻系统包含包含纵轴、蚀刻气体入口 及第一导流表面的蚀刻头，其中所述第一导流表面安置于所述蚀刻气体入口的第一 侧上，且所述蚀刻头可操作以将蚀刻气体引导出所述蚀刻气体入口；及衬底支撑件， 其可操作以同时地将衬底以预定高度支撑于接近所述蚀刻气体入口处且相对于所述 蚀刻头平移安装于其上的衬底，其中所述第一导流表面经确定尺寸且经配置以大致 平行于所述衬底导引来自所述蚀刻气体入口的气体的流动。
在某些实施例中，所述第一导流表面及所述预定高度界定具有大于约10:1的纵 横比的活动蚀刻带。
在某些实施例中，所述蚀刻头进一步包含第一排气口，其中所述第一导流表面 安置于所述第一排气口与所述蚀刻气体入口之间。在某些实施例中，所述蚀刻头进 一步包含第二排气口，其中第二导流表面安置于所述蚀刻气体入口的第二侧上，且 位于所述第二排气口与所述蚀刻气体入口之间。在某些实施例中，第一排气口包含大致平行于所述蚀刻头的纵轴的细长槽。在 某些实施例中，所述蚀刻气体入口包含大致平行于所述蚀刻头的纵轴的细长槽。
某些实施例提供一种蚀刻设备，其包含沿第一方向延伸的细长蚀刻气体入口， 所述第一方向界定第一侧及第二侧；第一细长排气口，其平行于所述细长蚀刻气体 入口且在所述第一侧上与所述细长蚀刻气体入口间隔开；第二细长排气口，其平行 于所述细长蚀刻气体入口且在所述第二侧上与其间隔开；气相蚀刻剂源，其以流体 方式连接到所述细长蚀刻气体入口；及真空源，其以流体方式连接到所述第一及第 二排气口。
在某些实施例中，所述蚀刻气体入口包含界定蚀刻剂流动间隙的气帘喷嘴。
在某些实施例中，所述第一及第二排气口每一者包含细长槽，其分别界定第一 吹扫间隙及第二吹扫间隙。
某些实施例提供一种用于蚀刻微机电系统(MEMS)装置的方法，所述方法包 含提供在衬底的表面上形成有MEMS装置的衬底，其中所述MEMS装置包含牺 牲材料；通过蚀刻气体入口朝向所述MEMS装置引导包含气相蚀刻剂的气体流；通 过所述气相蚀刻剂选择性地蚀刻所述牺牲材料的至少一部分；及通过至少一个排气 开口抽取所述气体流的至少一部分，同时引导所述气体流。
在某些实施例中，提供所述包含MEMS装置的衬底包含提供包含MEMS装置的衬底，所述MEMS装置包含安置于两个电极之间的牺牲材料。
在某些实施例中，引导气体流包含通过气帘喷嘴引导所述气体流。


图1是描绘干涉式调制器显示器的一个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松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层 处于激活位置。
图2是系统框图，其图解说明并入有3 X 3干涉式调制器显示器的电子装置 的一个实施例。
图3是图1的干涉式调制器的一个例示性实施例的可移动镜面位置对所施加电 压的图示。
图4是一组可用于驱动干涉式调制器显示器的行及列电压的图解说明。 图5A图解说明图2的3X3干涉式调制器显示器中的一个例示性显示数据帧。 图5B图解说明可用于写入图5A的帧的行及列信号的一个例示性时序图。 图6A及6B是图解说明包含多个干涉式调制器的视觉显示器装置的实施例的系 统框图。
图7A是图1的装置的截面图。
图7B是干涉式调制器的替代实施例的截面图。
图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的截面图。
图7D是干涉式调制器的再一替代实施例的截面图。
图7E是干涉式调制器的额外替代实施例的截面图。
图8A-8E以截面实施例图解说明对应于图7A-7E中所图解说明的已释放干涉式 调制器的未释放干涉式调制器。
图9示意性地图解说明用于相对大MEMS阵列的电极之间的牺牲蚀刻的浸泡 及回填蚀刻装置的实施例。
图10A以透视方法示意性地图解说明改进型蚀刻系统的实施例。图IOB示意性 地图解说明蚀刻头相对于接近所述蚀刻头安装的衬底的实施例的截面图。图ioc及 IOD示意性地图解说明所述蚀刻头的替代实施例的仰视图。图IOE示意性地图解说 明所述蚀刻头的替代实施例的截面图。
图11是流程图，其图解说明用于使用图10A-10E中所图解说明的蚀刻系统蚀 刻未释放MEMS的方法的实施例。
图12A-12G图解说明在类似于图9的装置的浸泡及回填蚀刻系统中蚀刻的测试 衬底。
图13A是包含单个蚀刻头的蚀刻系统的实施例的部分俯视图。图13B是包含多 个蚀刻头的蚀刻系统的实施例的部分俯视图。图14A是大致圆柱蚀刻头1410的实施例的端部的俯视图，且图14B是大致圆 柱蚀刻头1410的实施例的截面图。
图15A是垂直锥形蚀刻头1510的实施例的一部分的俯视图，且图15B是垂直 锥形蚀刻头1510的实施例的截面图。
图16A是具有大致展平的圆锥形状的蚀刻头1610的实施例的前视图，且图16B 是具有大致展平的圆锥形状的蚀刻头1610的实施例的侧视图。
具体实施例方式
以下详细说明是针对本发明的某些具体实施例。然而，本发明可通过许多种不 同的方式体现。在本说明中，会参照图式，在图式中，相同的部件自始至终使用相 同的编号标识。从以下说明将显而易见，所述实施例可在配置用于显示图像(无论 是动态图像(例如，视频)还是静态图像(例如，静止图像)，且无论是文本图像 还是图片图像)的任一装置中实施。更特定来说，本发明涵盖所述实施例可在例如
(但不限于)以下各种电子装置中实施或与所述各种电子装置相关联移动电话、 无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/ 导航器、相机、MP3播放器、摄录机、游戏机、手表、时钟、计算器、电视监视器、 平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制 装置及/或显示器、相机景物显示器(例如，车辆的后视相机显示器)、电子照片、 电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包装及美学结构(例如， 一件珠宝上的图 像显示器)。与本文所说明MESE装置具有类似结构的MEMS装置也可用于非显 示应用，例如用于电子切换装置。
如下文更详细论述，用于制造干涉式调制器及其它MEMS的方法的实施例包 括一个或一个以上其中形成空腔的步骤，此准许所述MEMS的某些组件运动。本文 中揭示有效地从永久性MEMS结构之间蚀刻牺牲材料的蚀刻装备及方法。蚀刻头包 括细长蚀刻剂入口结构，所述入口结构可包含槽形开口及/或入口孔的细长分布。以 如下方式将衬底支撑于接近所述蚀刻头处界定大致平行于衬底面的流动路径并准 许相对运动以使所述蚀刻头跨越所述衬底进行扫描。
在图1中图解说明包含干涉式MEMS显示器元件的一个干涉式调制器显示器 实施例。在这些装置中，像素处于亮状态或暗状态。在亮("接通(on)"或"打 开(open)")状态下，显示器元件将入射可见光的一大部分反射到用户。在处于 暗("关断(off)"或"关闭(closed)")状态下时，显示器元件几乎不向用户 反射入射可见光。视不同的实施例而定，可颠倒"接通"及"关断"状态的光反射 性质。MEMS像素可经配置以主要在所选色彩下反射，以除黑色及白色以外还允许 彩色显示。
图l是等角视图，其描绘视觉显示器的一系列像素中的两个毗邻像素，其中每
11一像素包含MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，干涉式调制器显示器包含由这 些干涉式调制器构成的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，所述对反射 层定位成彼此相距可变且可控制的距离，以形成具有至少一个可变尺寸的光学谐振 间隙。在一个实施例中，所述反射层中的一者可在两个位置之间移动。在本文中称 为松弛位置的第一位置处，所述可移动反射层以距固定的部分反射层相对大的距离 定位。在本文中称作激活位置的第二位置处，所述可移动反射层更紧密地邻近部分 反射层而定位。根据可移动反射层的位置，从这两个层反射的入射光会以相长或相 消方式干涉，从而产生每一像素的总体反射或非反射状态。
图1中所描绘的像素阵列部分包括两个毗邻的干涉式调制器12a及12b。在左 边的干涉式调制器12a中，图中图解说明可移动反射层14a处于距包括部分反射层 的光学堆叠16a预定距离的松弛位置处。在右边的干涉式调制器12b中，图中图解 说明可移动反射层14b处于毗邻光学堆叠16b的激活位置处。
本文中所提及的光学堆叠16a及16b (统称为光学堆叠16)通常包含若干熔合 层，所述若干熔合层可包括电极层(例如，铟锡氧化物(ITO))、部分反射层(例 如，铬)及透明介电层。因此，光学堆叠16具有导电性、部分透明性及部分反射性， 且举例来说，可通过将以上各层中的一个或一个以上层沉积到透明衬底20上加以制 作。所述部分反射层可由各种具有部分反射性的材料(例如，各种金属、半导体及 介电质)形成。所述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 一者可由单一材料或材料的组合形成。
在某些实施例中，光学堆叠16的层图案化为平行条带，且如下文进一步说明 可在显示器装置中形成行电极。可移动反射层14a、 14b可形成为一系列由沉积在支 柱18顶部上的一个或一个以上沉积金属层(正交于行电极16a、 16b)及沉积在支 柱18之间的中间牺牲材料所构成的平行条带。当蚀刻掉牺牲材料时，可移动反射层 14a， 14b与光学堆叠16a， 16b隔开经界定的间隙19。反射层14可使用具有高度导 电性及反射性的材料(例如，铝)，且这些条带可形成显示器装置中的列电极。
如图1中的像素12a所图解说明，在不施加电压的情况下，间隙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处于机械松弛状态。 然而，在向选定行及列施加电位差时，在对应像素处之行电极及列电极相交处形成 的电容器变成充电状态，且静电力将这些电极拉在一起。如果所述电压足够高，那 么可移动反射层14会变形并被迫使抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的介电层(未 在图1中进行图解说明)可防止短路并控制层14与16之间的间隔距离，如图1中 右边的像素12b所图解说明。无论所施加的电位差极性如何，所述行为均相同。以 此方式，可控制反射对非反射像素状态的行/列激活与常规LCD及其它显示其技术 中所使用的行/列激活在许多方面相似。
图2到图5B图解说明用于在显示器应用中使用干涉调制器阵列的一个例示性 过程及系统。图2是图解说明可并入有本发明的若干方面的电子装置的一个实施例的系统框 图。在所述例示性实施例中，所述电子装置包括处理器21，其可以是任何通用单芯 片或多芯片微处理器，例如ARM、 Pentium 、 Pentium II 、 Pentium III 、 Pentium IV 、 Pentium Pro、 8051、 MIPS 、 Power PC 、 ALPHA ,或任何专用微处理器， 例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。如在所属技术中为常规，处理器 21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执行操作系统以外，还可将所述处 理器配置成执行一个或一个以上软件应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、 电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22进行通信。在一个实 施例中，阵列驱动器22包括行驱动器电路24及列驱动器电路26，其向显示器阵列 或面板30提供信号。图1中所示阵列的截面图在图2中以线1-1示出。对于MEMS 干涉式调制器，所述行冽激活协议可利用图3中所图解说明的这些装置的滞后性质。 举例来说，其可能需要IO伏的电位差来使可移动层从松弛状态变形为激活状态。然 而，当所述电压从所述值降低时，在所述电压降回到IO伏以下时，所述可移动层维 持其状态。在图3的例示性实施例中，在电压降低到2伏以下之前，可移动层不完 全松弛。因此，图3中所图解说明的实例中存在约3到7V的施加电压窗口，在所 述施加电压窗口内所述装置稳定在松弛或激活状态下。在本文中将其称为"滞后窗 口"或"稳定窗口"。对于具有图3的滞后特性的显示器阵列来说，行/列激活协议 可设计成在行选通期间，使所选通行中将被激活的像素经受约IO伏的电压差，并使 将被松弛的像素经受接近O伏的电压差。在选通之后，使所述像素经受约5伏的稳 态电压差，使得其保持在行选通使其所处的任何状态。在此实例中，在被写入之后， 每一像素均承受在3-7伏"稳定窗口"内的电位差。此特性使图1中所图解说明的 像素设计在相同的所施加电压条件下稳定在激活状态或松弛预存在状态。由于干涉 式调制器的每一像素，无论处于激活状态还是松弛状态，实质上均是由所述固定及 移动反射层形成的电容器，因此，此稳定状态可在滞后窗口内的电压下得以保持而 几乎不消耗功率。如果所施加的电位是固定的，那么实质上没有电流流入像素中。
在典型应用中，可通过根据第一行中的所需受激活像素组来断言列电极组而形 成显示帧。然后，将一行脉冲施加到行1电极，从而激活对应于所断言的列线的像 素。然后，将所断言的列电极组变成与第二行中的所需受激活像素组对应。然后， 将脉冲施加到行2电极，从而根据所断言的列电极来激活行2中的适当像素。行l 像素不受行2脉冲的影响，且因此保持在其在行1脉冲期间所设定的状态。可按顺 序性方式对整个系列的行重复以上步骤，以产生所述帧。通常，通过以某一所需帧 数/秒的速度连续重复此过程来以新显示数据刷新及/或更新所述帧。还有很多种用于 驱动像素阵列的行及列电极以产生显示帧的协议为人们所熟知，且可结合本发明使 用。
图4、图5A及图5B图解说明一种用于在图2的3X3阵列上形成显示帧的可能激活协议。图4图解说明可用于展示图3的滞后曲线的像素的一组可能的列及行 电压电平。在图4的实施例中，激活像素涉及将适当的列设定为-V，，并将适当的 行设定为+AV，其可分别对应于-5伏及+5伏。使像素松弛则是通过将适当的列设定 为+V ,并将适当的行设定为相同的+AV以在所述像素两端形成0伏的电位差来实 现。在那些其中行电压保持在O伏的行中，像素稳定在其最初所处的状态，而与所 述列处于+V偏压还是-V偏压无关。如也在图4中所图解说明，应了解，可使用与上文 所说明的电压具有相反极性的电压，例如，激活像素可涉及将适当的列设定为+V偏 压并将适当的行设定为-AV。在此实施例中，释放像素是通过将适当的列设定为-V偏 E并将适当的行设定为相同的-AV从而在像素两端产生O伏的电位差来实现的。
图5B是显示施加到图2的3X3阵列的一系列行及列信号的时序图，所述信号 将导致图5A中所图解说明的显示布置，其中受激活像素为非反射性。在写入图5A 所图解说明的帧之前，像素可处于任何状态，且在此实例中，所有行均处于O伏， 且所有列均处于+5伏。在这些所施加电压下，所有像素稳定在其现有的激活状态或 松弛状态。
在图5A的帧中，像素(1,1) 、 (1，2) 、 (2，2) 、 (3,2)及(3,3)受到激活。 为实现此效果，在行1的"线时间"期间，将列1及列2设定为-5伏，将列3设定 为+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定窗口 内。然后，通过从0伏上升到5伏然后又回到0伏的脉冲来选通行1。此激活(1， 1)及(1， 2)像素并使(1， 3)像素松弛。阵列中的其它像素不受影响。为如需地 设定行2，可将列2设定为-5伏，且将列l及列3设定为+5伏。然后，施加到行2 的相同选通脉冲将激活像素(2， 2)并使像素(2， 1)及(2， 3)松弛。同样，阵 列中的其它像素不受影响。类似地，通过将列2及列3设定为-5伏且将列1设定为 +5伏来设定行3。行3选通脉冲如图5A中所示设定行3像素。在写入帧之后，行 电位为O，且列电位可保持在+5或-5伏，且然后显示将稳定为图5A的布置。应了 解，可对由数十或数百个行及列构成的阵列采用相同的程序。还应了解，用于执行 行及列激活的电压的时序、序列及电平可在上文所概述的一般原理内广泛地变化， 且以上实例仅为例示性，且任何激活电压方法均可与本文中所说明的系统及方法一 起使用。
图6A及图6B是图解说明显示器装置40的实施例的系统框图。举例来说，显 示器装置40可以是蜂窝式电话或移动电话。然而，显示器装置40的相同组件及其 稍作变化的形式也可作为(例如)电视机及便携式媒体播放器等各种类型显示器装 置的例证。
显示器装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及 麦克风46。外壳41通常由所属领域的技术人员所熟知的各种制造工艺中的任一种 形成，所述制造工艺包括注射模制及真空成形。另外，外壳41可由各种材料中的任 一种制成，所述材料包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合。在一个实施例中，外壳41包括可移动部分(未显示)，所述可移动部分可与其它具 有不同色彩或含有不同标记、图片或符号的可移动部分互换。
例示性显示器装置40的显示器30可以是各种显示器中的任一种，所述显示器
包括本文中所说明的双稳显示器。在其它实施例中，如所属领域的技术人员所熟知，
显示器30包括平板显示器(例如，如上文所说明的等离子显示器、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)。然而， 为便于说明本实施例，显示器30包括如本文中所说明的干涉式调制器显示器。
图6B中示意性地图解说明例示性显示器装置40的一个实施例的组件。所图解 说明的例示性显示器装置40包括外壳41且可包括至少部分地封闭于其中的额外组 件。举例来说，在一个实施例中，例示性显示器装置40包括网络接口 27，所述网 络接口包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，而处理器21 连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以对信号进行调节(例如，对信号进行 滤波)。调节硬件52连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还连接到输入装置 48及驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28并耦合到阵列驱动器 22，而阵列驱动器22又耦合到显示器阵列30。电源50根据特定例示性显示器装置 40的设计需要为所有组件提供电力。
网络接口 27包括天线43及收发器47，使得例示性显示器装置40可在网络上 与一个或一个以上装置进行通信。在一个实施例中，网络接口 27也可具有某些处理 能力，以减轻对处理器21的要求。天线43是所属领域的技术人员所知的任一种用 于发射及接收信号的天线。在一个实施例中，所述天线根据IEEE 802.11标准(包 括IEEE 802.11 (a) ， (b)，或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中， 所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的 情况下，所述天线经设计以接收CDMA、 GSM、 AMPS或用于在无线蜂窝电话网络 内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接收及进一步调处。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从例示性显示器装置40发射。
在替代实施例中，可使用接收器取代收发器47。在再一替代实施例中，网络接 口 27可由可存储或产生将要发送到处理器21的图像数据的图像源取代。举例来说， 所述图像源可以是数字视盘(DVD)或含有图像数据的硬盘驱动器或产生图像数据 的软件模块。
处理器21通常控制例示性显示器装置40的整体操作。处理器21从网络接口 27或图像源接收例如经压縮图像数据等数据，并将所述数据处理成原始图像数据或 易于处理成原始图像数据的格式。然后，处理器21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进行存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处 的图像特性的信息。举例来说，此类图像特性可包括颜色、饱和度及灰阶级。
在一个实施例中，处理器21包括微控制器、CPU或用以控制例示性显示器装置40的操作的逻辑单元。调节硬件52通常包括用于向扬声器45发射信号及从麦克 风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可以是例示性显示器装置40内的离 散组件，或者可并入于处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28获取由处理器21产生的原 始图像数据，并适当地将所述原始图像数据重新格式化以便高速传输到阵列驱动器 22。具体来说，驱动器控制器29将所述原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式 的数据流，以使其具有适合于跨越显示器阵列30进行扫描的时间次序。然后，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)经常作为独立集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但此类控制 器可以许多方式实施。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，或以硬件形式完全与阵列驱动器22集成在一起。
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 新格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒很多次地施加到来自显示器的x-y 像素矩阵的数百条且有时数千条引线。
在一个实施例中，驱动控制器29、阵列驱动器22及显示器阵列30适用于本文 中所说明的任一类型的显示器。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29是常 规显示器控制器或双稳显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施 例中，阵列驱动器22是常规驱动器或双稳显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示 器)。在一个实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成在一起。此一实施 例在例如蜂窝式电话、手表或其它小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又 一实施例中，显示器阵列30是典型的显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包括 干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制例示性显示器装置40的操作。在一个实施例中，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 屏幕或压敏或热敏隔膜。在一个实施例中，麦克风46是例示性显示器装置40的输 入装置。当使用麦克风46向所述装置输入数据时，可由用户提供语音命令来控制例 示性显示器装置40的操作。
如在所属技术中所熟知，电源50可包括各种能量存储装置。举例来说，在一 个实施例中，电源50是可再充电式电池，例如镍-镉电池或锂离子电池。在另一实 施例中，电源50是可再生能源、电容器或太阳能电池，其中包括塑料太阳能电池及 太阳能电池涂料。在另一实施例中，电源50经配置以从墙上插座接收电力。
在某些实施例中，如上文所说明，控制可编程能力驻存在驱动器控制器中，所 述驱动器控制器可位于电子显示器系统中的若干位置处。在某些实施例中，控制可 编程能力可驻存在阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将认识到，可以任一数量 的硬件及/或软件组件且可以各种配置来实施上文所说明的优化。
根据上述原理操作的干涉式调制器的详细结构可广泛地变化。举例来说，图7A-7E图解说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1的 实施例的截面图，其中金属材料条带14沉积在正交延伸的支撑件18上。在图7B 中，可移动反射层14仅在拐角处在系链32上附接至支撑件。在图7C中，可移动 反射层14悬挂于可变形层34上，可变形层34可包含挠性金属。可变形层34直接 或间接地在可变形层34的周边附近连接到衬底20。这些连接可采取连续壁及/或独 立支柱的形式。举例来说，平行轨道可支撑可变形层34材料的交叉行，因此界定所 述轨道之间的沟渠及/或空腔中的像素列。每一空腔内的额外支撑支柱可用于加固可 变形层34并防止在松弛位置中垂陷。
图7D中所图解说明的实施例具有支撑支柱栓塞42，可变形层34座落在支撑 支柱栓塞42上。如在图7A-7C中，可移动反射层14保持悬挂在间隙上方，但可变 形层34并不通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔来形成支撑支柱。而是， 所述支撑支柱由用以形成支撑支柱栓塞42的平面化材料形成。图7E中所图解说明 的实施例基于图7D中所示的实施例，但也可经修改以与图7A-7C中所图解说明的 任一实施例以及未显示的额外实施例一同合作。在图7E中所示的实施例中，已使 用额外的一层金属或其它导电材料来形成总线结构44。此允许信号沿干涉式调制器 的背面路由，从而消除了原本必须在衬底20上形成的若干电极。
在例如在图7A-7E所示的那些实施例中，干涉式调制器用作直视式装置，其中 从透明衬底20的前侧(与上面布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施 例中，反射层14可光学屏蔽干涉式调制器的位于反射层侧(其与衬底20相对)上 的部分，其中包括可变形层34。此允许对所述屏蔽区域进行配置及处理，而不会不 利地影响图像质量。此种屏蔽允许存在图7E中的总线结构44，此提供使调制器的 光学性质与调制器的机电性质分离的能力，例如，寻址及因所述寻址引起的移动。
此种可分离的调制器架构允许可彼此独立地选择调制器机电方面所使用及调制器光 学方面所使用的结构设计及材料且允许其彼此独立地发挥作用。此外，图7C-7E中 所示的实施例具有从反射层14的光学性质与其机械性质分离(此由可变形层34来 实施)而得到的额外益处。此允许用于反射层14的结构设计及材料在光学性质方面 得到优化，且允许用于可变形层34的结构设计及材料在所需的机械性质方面得到优 化。
包含可移动组件或元件的MEMS装置的实施例通过其中从前驱结构移除或蚀 刻一个或一个以上牺牲材料，从而在成品MEMS中形成空腔或开口的方法加以制 作。由于此一蚀刻步骤将可移动组件从所述前驱MEMS中的锁定配置释放，因此此 一蚀刻步骤在本文中称为"释放蚀刻"。相应地，所述前驱MEMS也称为"未释放" MEMS。所述牺牲材料在所述MEMS的制造过程中充当占位符，其包含界定所述 MEMS的积层经图案化层。特定来说，对于静电MEMS，固定电极与可移动电极之 间形成的牺牲层占据成品装置中的空腔的体积。举例来说，图8A-8E图解说明分别 对应于图7A-7E中所图解说明的释放干涉式调制器的未释放干涉式调制器。未释放干涉式调制器800包含其上形成有光学堆叠816的衬底820。第一牺牲层850在光 学堆叠816上形成。反射层814在牺牲层850上且在通过牺牲层850延伸的支撑结 构818上形成。在图8C-8E中所图解说明的实施例中，第二牺牲层852在反射层814 上方形成，反射层814悬挂在可变形层834上。在图8A及8B中，层814表示可变 形层及可移动电极或镜面两者。在某些实施例中，层814包含多个(举例来说)具 有不同光学及/或机械性质的子层以提供具有所需性质的复合层S14。在图8C-8E中， 可变形层834及可移动电极或镜面814是分离的结构。
在某些实施例中，释放蚀刻包含将所述未释放干涉式调制器暴露给一个或一个 以上蚀刻剂，所述蚀刻剂选择性地蚀刻第一牺牲层850及(如果存在)第二牺牲层 852，从而分别在图7A-7E中所图解说明的干涉式调制器中形成空腔，从而释放反 射层814。在优选实施例中，使用气相蚀刻剂执行所述释放蚀刻，所述气相蚀刻剂 选择性地蚀刻第一牺牲层850及第二牺牲层852两者。所述气相蚀刻剂通过可变形 层834中形成的一个或一个以上蚀刻孔(未图解说明)、通过可变形层834的条带 之间的间隙及/或从所述装置的侧接近第一牺牲层850及第二牺牲层852。在某些优 选实施例中，所述气相蚀刻剂包含一个或一个以上氟基蚀刻剂，且特定来说，气相 二氟化氙(XeF2)。在环境温度下，二氟化氙是具有约3.8托(在25'C下为0.5kPa) 的蒸气压力的固体。来自二氟化氯的蒸气选择性地蚀刻某些牺牲材料，也就是说， 不形成等离子。
在某些优选实施例中，第一牺牲层850及第二牺牲层852包含一个或一个以上 牺牲材料，所述牺牲材料可由MEMS中的非牺牲或结构材料上方的蚀刻剂选择性地 蚀刻。其中所述蚀刻剂为XeF2，合适的牺牲材料包括硅、钛、锆、铪、钒、钽、铌、 钼、钨及其组合。其中蚀刻剂为XeF2的优选牺牲材料包括钼、硅、钛及其组合。
图9示意性地图解说明使用气相蚀刻剂(举例来说，XeF2)释放蚀刻未释放 MEMS的设备900的实施例。在本文中，此种类型的设备也称为"浸泡及回填"设 备。设备卯0包含XeF2容器卯2、膨胀室904、第一真空源卯6、蚀刻室908、吹扫 气体源914及第二真空源916。如下文所说明，所述组件通过可独立控制的阀门以 流体方式连接，在某些实施例中所述阀门的控制是自动化的。在某些实施例中，第 一真空源906及第二真空源916是相同的真空源。
固体XeF2安置在XeF2容器902中，所述容器以流体方式连接到膨胀室904。 膨胀室904又以流体方式连接到第一真空源906及蚀刻室卯8。膨胀室卯4以流体 方式连接到蚀刻室卯8。在所图解说明的实施例中，来自膨胀室904的气体通过入 口 (例如，莲蓬头910)进入蚀刻室卯8，所述莲蓬头包含接近衬底支撑件912定向 的多个开口。蚀刻室908以流体方式连接到吹扫气体源914及第二真空源916。
在蚀刻工艺的例示性实施例中，使用以下程序以XeF2气体填充膨胀室904。首 先，使用第一真空源906将膨胀室904抽空。然后将膨胀室卯4以流体方式连接到 XeF2室卯2，从而以XeF2蒸气填充膨胀室904。然后关闭XeF2室902与膨胀室卯4之间的阀门。
将上面制作有一个或一个以上未释放MEMS的衬底或一批衬底装载到蚀刻室 卯8中的衬底支撑件912上。然后使用第二真空源916将蚀刻室908抽空。随后将 蚀刻室908以流体方式连接到膨胀室904，从而在"回填"步骤中通过入口 910以 XeF2蒸气填充蚀刻室卯8。然后在"浸泡"步骤中，在通过XeF2蒸气蚀刻衬底时隔 离蚀刻室908。随后使用吹扫气体914及第二真空源916为蚀刻室908吹扫蚀刻副 产物。执行抽空、以XeF2回填、浸泡及吹扫的额外蚀刻循环直到实现所需的蚀刻程 度为止。
上文所说明的使用浸泡及回填设备900的蚀刻工艺的实施例通常是批工艺，且 因此不易被集成为连续工作流程。此外，衬底配置的改变(举例来说，大小)可使 对所述设备的重新设计成为必要。所述工艺循环也涉及其中不发生蚀刻的步骤，举 例来说，在吹扫蚀刻室卯8时。由于MEMS阵列中牺牲材料的量通常超过在单个回 填步骤中可在蚀刻室908中提供的蚀刻剂的量，因此典型蚀刻工艺需要多个蚀刻循 环，举例来说，多达约50个循环。因此，在某些实施例中生产量为约每小时两个衬 底。可通过(举例来说)以群集类型的工具机械连接蚀刻设备900来实现改善的生 产量；然而，此成本较高。监视蚀刻进度可能也较困难，从而导致高蚀刻剂消耗， 以及不期望地蚀刻所述蚀刻剂对其具有不完美选择性的结构组件。
图IOA图解说明蚀刻系统IOOO的透视图，所述蚀刻系统包含蚀刻头1010、蚀 刻气体源1030、真空源1040及衬底支撑件1050。上面制作有一个或一个以上未蚀 刻MEMS装置的衬底1070支撑在衬底支撑件1050上。在优选实施例中，未蚀刻 MEMS装置是制作在衬底1070上的一个或一个以上MEMS装置阵列1072的元件。 在某些实施例中，蚀刻系统1000安置在较大蚀刻室或房中(举例来说)以容纳蚀刻 副产物及蚀刻剂及/或提供受控环境。
在所图解说明的实施例中，蚀刻头1010定位在衬底1070上方，所述衬底又由 衬底支撑件1050支撑。在所图解说明的实施例中，蚀刻头1010具有带有长轴或纵 轴的细长结构，所述长轴或纵轴的长度比衬底1070的长尺寸略大。在光学调制器(举 例来说，图7A-7E中所图解说明的光学调制器)的制造过程中使用的MEMS衬底 通常是玻璃、矩形衬底，但所属领域的技术人员将理解，在其它实施例中也可使用 其它衬底材料及其它形状。优选衬底的尺寸包括约370 mm X 470 mm (Gen2)、 约550 mm X 650 mm (Gen 3)、约600 mm X 720 mm (Gen 3.5)、约680 mm X 880 mm、约730 mm X 920 mm (Gen 4)、约1100 mm X 1250 mm或更大。所 属领域的技术人员将理解，所图解说明的蚀刻系统1000也适合于蚀刻具有其它尺寸 的衬底，举例来说，较窄的衬底。关闭蚀刻头1010的端部1012。在所图解说明的 实施例中，蚀刻气体源1030是气相蚀刻剂源，举例来说，XeF2气体。源1030的图 解说明的实施例包含包含惰性气体入口 1034及气体出口 1036的罐1032。在优选实 施例中，罐1032装配有适合于使其中充满的固体XeF2升华的加热单元。馈入惰性气体入口 1034的惰性气体带走罐1032内的XeF2，于是所述气体混合物退出气体出 口 1036进入歧管中，可将额外工艺气体(举例来说，其它惰性气体)引入所述歧管 中。所述歧管通过控制阀门1038以流体方式连接到蚀刻头1010。真空源1040通过 控制阀门1042以流体方式连接到蚀刻头1010。如下文更详细论述，所图解说明的 实施例还包含再循环单元1044，所述再循环单元准许循环利用用过的蚀刻气体。
如下文更详细论述，衬底支撑件1050是任一合适的类型，但优选地促进在衬 底1070与蚀刻头1010之间垂直定位，以及其相对水平移动。所述蚀刻头可移动(例 如，如同印刷头)以实现对衬底的扫描。为避免提供可移动蚀刻头时固有的复杂性
(举例来说，挠性垂准、维持对准及对齐及类似操作)，更优选的是衬底支撑件1050 沿大致垂直于蚀刻头1010的纵轴的方向单向或以往复方式可移动。举例来说，衬底 支撑件1050可以是带式传送机、活底式传送机、辊轮传送机及类似传送机。衬底支 撑件1050的某些实施例也可沿另一方向移动，举例来说，可大致平行于蚀刻头1010 的纵轴平移，此准许衬底相对于蚀刻头1010的侧向对准。衬底支撑件1050的某些 实施例准许所述衬底的旋转调整及/或垂直调整。衬底支撑件1050及蚀刻头1010两 者的某些实施例均可移动。衬底支撑件1050的实施例也包含加热器(未图解说明)， 所述加热器用于在其中蚀刻化学性质可从加热激活受益的实施例中对支撑在其上的 衬底1070进行加热。所述加热器是任一合适的类型，举例来说，电阻加热器、红外 线加热器、热灯，其组合及类似物。
图10B图解说明沿图10A的截面B-B截取的蚀刻头1010、衬底1070、未释放 MEMS阵列1072及衬底支撑件1050的实施例的截面图。在所图解说明的实施例中， 衬底支撑件1050是传送机系统，其能够沿由双头箭头M所指示的方向平移衬底 1070。蚀刻头IOIO包含其中形成有细长蚀刻气体入口 1014及一对排气口 1016的细 长本体1012。在所图解说明的实施例中，排气口 1016呈细长槽的形式，大致平行 于蚀刻气体入口 1014。在图10B中，本体1012、气体入口 1014及排气口 1016延 伸进页面中及延伸出页面。如下文将变得显而易见，蚀刻头的某些实施例包含单个 排气口或根本没有排气口。在某些实施例中，在蚀刻室中提供排气口，其优选经定 位且经配置以跨越所述衬底的表面沿侧向汲取蚀刻气体。蚀刻气体控制阀门1038
(图10A)以流体方式连接到蚀刻气体入口 1014，所述蚀刻气体入口朝向衬底1070 向下引导蚀刻气体。真空控制阀门1042 (图10A)以流体方式连接到排气口 1016， 所述排气口将用过的蚀刻气体抽离衬底1070。通过蚀刻头IOIO及在蚀刻头1010下 方的蚀刻气体的流动由箭头指示且大致平行于衬底1070。
在优选实施例中，蚀刻气体入口 1014是气帘喷嘴，其在所属技术中也称为空 气刀喷嘴或气刀喷嘴。气帘喷嘴的实施例是包含槽或间隙的细长结构，馈入气体通 过所述槽或间隙作为气帘或气刀退出。在优选实施例中，气帘具有大致层流。蚀刻 气体入口 1014界定蚀刻气体流过的蚀刻剂流动间隙G。在某些实施例中，蚀刻剂流 动间隙G的宽度是从约0.01 mm到约10 mm，更优选从约0.1 mm到约5 mm。蚀刻头1010的某些实施例包含多个(举例来说)沿长轴呈线性(也就是说， 端对端)以细长图案安置的蚀刻气体入口 1014。举例来说，图IOC图解说明包含两 个对准的、细长蚀刻气体入口 1014的蚀刻头1010的实施例的仰视图。图10D图解 说明蚀刻头1010的实施例的仰视图，其中蚀刻气体入口 1014包含多个穿孔或网状 物。气体入口 1014的实施例具有一个或一个以上形状，举例来说，圆形、椭圆性、 多角形及/或槽形。所属领域的技术人员将了解，在某些实施例中，入口 1014包含 多个呈另一细长图案(也就是说，并非以单个线)的孔口或开口。在某些实施例中， 可独立控制蚀刻气体入口 1014或蚀刻气体入口 1014群组中的至少某些中的气体流 动，也就是说，可视需要激活或去激活所述气体流动。此一蚀刻头准许在相同蚀刻 系统1000上蚀刻具有不同宽度的衬底1070，控制跨越细长轴或纵轴的相对气体流 动，及/或蚀刻衬底1070的所选部分。
回到图IOB，排气口 1016也界定反应物吹扫间隙g，通过所述间隙从衬底1070 的活动蚀刻带抽取用过的蚀刻气体及蚀刻副产物。在其它实施例中，排气口 1016 包含以细长图案布置的多个孔口或开口。如上所述，蚀刻头1010的某些实施例仅在 蚀刻气体入口 1014的一个侧上包含排气口，或根本没有排气口，在此情况下，所述 蚀刻室优选地装配有经定位且经配置以提供所需的气体流动图案的排气口 。在某些 实施例中，反应物吹扫间隙g的宽度从约0.01 mm到约10 mm，更优选从约0.1 mm 到约5 mm。
具有宽度『的导流表面1018将每一排气口 1016与蚀刻气体入口 1014隔开。 在所图解说明的实施例中，导流表面1018大致平行于衬底1070。这些导流表面1018 在蚀刻头1000下方界定活动蚀刻带的宽度。在优选实施例中，导流表面1018的宽 度『是从约10 mm到约300 mm，更优选从50 mm到约200 mm。在某些实施例中， 对两个排气口 1016来说导流表面1018的宽度『相同，而在其它实施例中，导流表 面1018具有不同宽度。蚀刻头1010及衬底支撑件1050经布置使得蚀刻头1010在 阵列1072上方间隔开高度H，在某些实施例中，所述高度是从约0.5 mm到约25 mm， 更优选从约1 mm到约10 mm。此高度界定所述活动蚀刻带的高度。在所图解说 明的实施例中，与其高度i/相比所述活动蚀刻带相对宽(2『)。相应地，导流表面 1018将蚀刻气体重新引导成大致平行于衬底1070的大致水平流动。在某些实施例 中，所述活动蚀刻区域的纵横比(在所图解说明的实施例中为2『://)大于约2:1， 优选大于约10:1，更优选大于约50:1。所述平行流动提供所述活动蚀刻带中可预测 的蚀刻剂与MEMS接触、可预测蚀刻时间及气相蚀刻剂的有效使用。将理解，即使 在其中所述排气口位于蚀刻室中而非蚀刻头1010中的实施例中，导流表面1018用 于在蚀刻头1010与所述衬底之间界定受限、大致平行的流动路径以确保用于MEMS 衬底1070且特定来说其中的牺牲层的有效蚀刻的滞留时间。所属领域的技术人员将 理解，活动蚀刻带中蚀刻气体的滞留时间将取决于以下因素，包括所述蚀刻气体 的压力、真空源的压力、所述活动蚀刻带的尺寸、蚀刻剂流动间隙G的尺寸及反应物吹扫间隙g的尺寸。
蚀刻头1010的某些实施例进一步包含准许调整所述蚀刻气体的温度的加热器 (未图解说明)。所述加热器是任一合适的类型，举例来说，电阻加热器。在某些 实施例中，通过蚀刻头1010中形成的一个或一个以上以流体方式与气体入口 1014 及排气口 1016隔离的通道使流体流通来提供温度控制。在某些实施例中，在蚀刻气 体进入蚀刻头1010之前对其温度进行调整。
图10E中所图解说明的蚀刻头1010的另一实施例通过添加额外蚀刻气体入口 1014及排气口 1016来增加活动蚀刻带的宽度。所属领域的技术人员将理解，可在 其它实施例中添加额外蚀刻气体入口 1014及排气口 1016。
蚀刻头1010 (未图解说明)的另一实施例类似于图10B的蚀刻头，除仅包含 一个导流表面1018及一个相关联排气口 1016夕卜。在优选实施例中，参照蚀刻头1010 与衬底1070之间的相对运动将导流表面1018及排气口 1016提供在蚀刻头1010的 下游侧上。在某些实施例中，蚀刻气体入口 1014还朝向蚀刻头1010的下游侧倾斜。
如上所述，所图解说明的实施例包含用于捕获未反应的蚀刻气体及/或蚀刻副产 物的再循环单元1044。在某些实施例中，举例来说，通过(举例来说)使用冷阱或 类似物使气相XeF2凝结成固态来回收排出气体中的未反应XeF2以供将来使用。在 某些实施例中，通过所属技术中已知的手段(举例来说，过滤、吸收、化学吸附、 物理吸附、起反应、凝结、组合及类似手段)将蚀刻副产物从排出的气体流中移除。
蚀刻系统1000的某些实施例进一步包含用于监视释放蚀刻的进度的监视系统 (未图解说明)。监视系统的某些实施例监视(举例来说)排出的蚀刻气体流中蚀 刻反应的副产物及/或蚀刻剂的浓度。用于所属技术中已知的此种监视的合适方法是 (举例来说)光谱分析法、质谱分析法、红外线光谱分析法、可见UV光谱分析法、 拉曼光谱分析法(Raman spectroscopy)、微波光谱分析法、核磁共振光谱分析法、 组合及类似方法。在某些实施例中，通过在释放蚀刻工艺期间直接监视MEMS来监 视蚀刻进度。举例来说，在某些实施例中，监视光学调制器或光学调制器阵列的反 射以对蚀刻进度进行评估。
图11是图解说明参照图10A-10E中所图解说明的蚀刻系统1000释放蚀刻未释 放MEMS的方法1100的实施例的流程图，图10A-10E中所图解说明的蚀刻系统1000 作为用于实施所述方法的合适蚀刻设备的实例。所属领域的技术人员将理解，方法 IIOO也可在其它装置上实践。
在步骤1110中，将包含未释放MEMS的衬底1070安装在衬底支撑件1050上 并定位在蚀刻头1010下方。在某些实施例中，将衬底1070安装成使得较长边缘对 应于蚀刻头1010的长度或纵轴，且较短边缘对应于衬底支撑件1050与蚀刻头1010 之间的相对运动的方向。此一布置的实施例提供较短蚀刻时间，因为在此一配置中 活动蚀刻带覆盖所述衬底的较大比例。
在步骤1120中，在衬底1070的上面形成有未释放MEMS的表面处通过蚀刻头1010的蚀刻气体入口 1014引导蚀刻气体。在某些实施例中，调整气体流动以在 活动蚀刻带的至少一部分中提供大致层流。如上所述，通过从蚀刻气体入口 1014 释放新鲜蚀刻气体并通过排气口 1016抽取用过的蚀刻气体及蚀刻副产物来界定衬 底1070上的活动蚀刻带。在所述活动蚀刻带中，所述蚀刻气体接触牺牲材料，从而 蚀刻所述牺牲材料的至少一部分。任选地，使用衬底支撑件1050中的加热装置对衬 底1070进行加热以加速蚀刻。
蚀刻头的设计在活动蚀刻带中提供均匀蚀刻。再次参照图IOB，直接在蚀刻气 体入口 1014下方的气相蚀刻剂的浓度最高。相应地，在活动蚀刻带的此部分中蚀刻 较快。在蚀刻气体朝向排气口 1016移动时，气相蚀刻剂的浓度减小。因此，恰好在 排气口 1016下方的蚀刻速率最低。所属领域的技术人员将理解，可针对特定衬底选 择蚀刻头1010的尺寸、所述蚀刻头距阵列1072的高度//、气相蚀刻剂的浓度、蚀 刻气体的压力、真空源的压力以使排气装置中的气相蚀刻剂的浓度极低，从而保存 所述气相蚀刻剂。举例来说，在某些实施例中，从约80%到约99%，更优选从约85% 到约99%的气相蚀刻剂在所述蚀刻气体通过排气口 1016排出之前反应。
将了解，在来自入口 1014沿衬底表面大致平行流动，及低轮廓(优选约为0.5-25 mm，更优选约为l-10mm)的限制内，蚀刻头1010的导流表面与所述衬底之间的 小角度(如由衬底支撑件1050限制)可有助于调整所述工艺的效率。特定来说，距 平行约O。到约IO。之间的角度允许对局部压力及流动速率进行调整。
在步骤1130中，相对于蚀刻头1010移动衬底1070，从而将活动蚀刻带移动到 所述未释放MEMS或MEMS阵列的另一部分上方。在图10B的实施例中，通过可 移动衬底支撑件1050沿双头箭头M所指示的方向移动衬底1070。在某些实施例中， 除衬底1070移动外蚀刻头1010也移动或蚀刻头1010移动而不是衬底1070移动。
在优选实施例中，同时执行步骤1120及1130,也就是说，从蚀刻头1010引导 蚀刻气体，与此同时以连续方式使蚀刻头1010与衬底1070相对位移。
在任选步骤1140中，重复步骤1120及1130直到如(举例来说)通过如上所 述监视蚀刻工艺而确定蚀刻完成。在某些优选实施例中，在单遍中或蚀刻头1010 的扫描过程中实现MEMS的完整释放蚀刻。如上文所说明，结合衬底1070的速度 调整蚀刻气体滞留时间。在某些实施例中，根据监视系统来调整传送机系统1070 的速度以准许单遍释放。
在其它实施例中，在多遍中蚀刻所述MEMS。举例来说，在某些实施例中，通 过衬底支撑件1050在蚀刻头1010下方来回扫描整个衬底1070直到蚀刻完成。在其 它实施例中，将衬底1070安置在开始位置、对其进行扫描、然后使其回到所述开始 位置并再次对其蚀刻。如上所述，在某些实施例中，蚀刻头1010在衬底1070上方 移动。
在其它实施例中，提供多个大致平行的蚀刻头1010以便在衬底1070由衬底支 撑件1050运送时，衬底1070的区按顺序通过每一蚀刻头1010的活动蚀刻带下方。为比较，图13A是类似于图IOA及10B中所图解说明的系统的蚀刻系统1300的实 施例的部分俯视图，其显示蚀刻头1310及衬底1370。在所图解说明的实施例中， 蚀刻头1310的纵轴比衬底1370的较长边缘长且大致平行于衬底1370的较长边缘。 蚀刻头1310到衬底1370的相对运动由箭头^指示，且衬底1370到蚀刻头1310的 相对运动由箭头S指示。
图13B是类似于图13A中所图解说明的系统的蚀刻系统1300的实施例的部分 俯视图，且其包含多个安置在衬底1370上方的蚀刻头1310"、 13106及1310c。蚀 刻头1310"、 13106及1310c到衬底1370的相对运动由箭头」指示，且衬底1370 到蚀刻头1310a、 13106及1310c的相对运动由箭头石指示。包含多个蚀刻头的蚀刻 系统的实施例提供改善的蚀刻控制及较快蚀刻中的至少一者。举例来说，在某些实 施例中，可独立控制蚀刻头1310"、 13106及1310c中的每一者中的气体流动。所属 领域的技术人员将理解，其它实施例使用不同数量的蚀刻头。
所属领域的技术人员将理解，任一合适的蚀刻头可用于所述装置、系统及/或方 法。举例来说，图14A是包含气体出口 1414的大致圆柱蚀刻头1410的实施例的端 部的俯视图，且图14B是包含气体出口 1414的大致圆柱蚀刻头1410的实施例的截 面图。图15A是包含气体出口 1514的垂直锥形蚀刻头1510的实施例的一部分的俯 视图，且图15B是包含气体出口 1514的垂直锥形蚀刻头1510的实施例的截面图。 图16A是具有大致展平的圆锥形状的蚀刻头1610的实施例的前视图，且图16B是 具有大致展平的圆锥形状的蚀刻头1610的实施例的侧视图。尽管图14A-16B中所 图解说明的实施例不包含排气口，然而所属领域的技术人员将理解，如上文所说明 其它实施例包括一个或一个以上排气口 。
实例1
在玻璃衬底(370 mm X 470 mm X 2.5 mm)上通过物理气相沉积来沉积钼 膜(150 nm)。如上文所说明及图9中所图解说明，将经涂敷的衬底装载到浸泡及 回填蚀刻设备中，并使用XeF2蒸气对其进行蚀刻。在10个蚀刻循环之后，如图12A 中所图解说明没有观察到蚀刻。在20个循环之后，如图12B中所图解说明，对应 于蚀刻室的莲蓬头上的开口的图案在钼上形成图案。在30个循环之后，如图12C 中所图解说明，在衬底中心周围也观察到某些蚀刻。在40、 50及60个循环，如图 12D-121F中所图解说明，衬底中心中的经蚀刻区域连同所述莲蓬头的开口周围的区 一起增长。如图12G中所图解说明，在70个循环之后，蚀刻完成。
实例2
类似于图8A中所图解说明的实施例的未释放干涉式调制器阵列制作在玻璃衬 底(370 mm X 470 mm)上，在所述玻璃衬底上沉积以下层铟锡氧化物导电层、 80A的钼/铬部分反射层、400-500A的二氧化硅介电层、2000A的钼牺牲层、300A 的铝可移动反射层及1000A的镍可变形层。
具有图10B中所图解说明的类型的气帘(空气刀)蚀刻头定位在其上安置有所述阵列的传送机系统上方，其中所述蚀刻头在所述阵列上方且平行于所述阵列的 470 mm的边缘。向蚀刻气体入口及连接到真空源的排气口提供处于环境温度下的氮 气中的XeF2流。所述阵列通过传送机在所述蚀刻头下方移动，且所述牺牲层在单遍 中被蚀刻掉。
所属领域的技术人员应理解，上文所说明设备及制造工艺也可作出改变，举例 来说，添加及/或移除组件及/或步骤及/或改变其次序。此外，本文中所说明的方法、 结构及系统也适用于制作其它电子装置，包括其它类型的MEMS装置，举例来说， 其它类型的光学调制器。
此外，尽管以上详细说明已显示、说明并指出了适用于各种实施例的本发明的 新颖特征，然而应理解，所属领域的技术人员可在不背离本发明的精神的前提下在 形式及细节上对所图解说明的装置或工艺作出各种省略、替代及改变。应认识到， 本发明可体现在并不提供本文所述的全部特征及益处的形式中，因为某些特性可独 立于其它特性使用或实践。
权利要求
1、一种用于蚀刻微机电系统(MEMS)装置的方法，其包含提供衬底，其包含形成在其表面上的MEMS装置，其中所述MEMS装置包含牺牲材料；相对地移动蚀刻气体入口及所述衬底；通过所述蚀刻气体入口在所述MEMS装置的表面处引导包含气相蚀刻剂的气体流；及从所述MEMS选择性地蚀刻所述牺牲材料的至少一部分。
2、 如权利要求l所述的方法，其中提供所述包含所述MEMS装置的衬底包含提 供包含MEMS装置的衬底，所述MEMS装置包含安置在两个电极之间的牺牲材料。
3、 如权利要求1所述的方法，其中引导所述气体流包含引导包含惰性气体的气 体流。
4、 如权利要求1所述的方法，其中引导所述气体流包含引导具有大致层流的气 体流。
5、 如权利要求1所述的方法，其中引导所述气体流包含引导包含二氟化氙的气 体流。
6、 如权利要求1所述的方法，其中引导所述气体流包含使所述气体流垂直于所 述MEMS装置的表面流动。
7、 如权利要求l所述的方法，其中引导所述气体流包含大致平行于所述MEMS 装置的表面引导所述气体流的至少一部分。
8、 如权利要求1所述的方法，其中通过所述蚀刻气体入口引导所述气体流包含 通过细长蚀刻气体入口引导气体流。
9、 如权利要求8所述的方法，其中通过所述细长蚀刻气体入口引导所述气体流 包含通过槽形喷嘴引导所述气体流。
10、 如权利要求9所述的方法，其中通过所述槽形喷嘴引导所述气体流包含将所述细长蚀刻气体入口的整个纵轴大致定位于接近所述MEMS装置的表面处。
11、 如权利要求9所述的方法，其中通过所述槽形喷嘴引导所述气体流包含通过 气帘喷嘴引导所述气体流。
12、 如权利要求8所述的方法，其中通过所述细长入口引导所述气体流包含通过 至少与所述衬底的尺寸一样长的细长气体入口引导所述气体流。
13、 如权利要求1所述的方法，其中选择性地蚀刻包含在所述MEMS装置中形 成空腔。
14、 如权利要求l所述的方法，其中相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底包 含沿正交于所述蚀刻气体入口的长尺寸的方向相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬 底。
15、 如权利要求l所述的方法，其中相对地移动所述蚀刻气体入口及所述衬底包 含在所述蚀刻气体入口下方扫描所述衬底。
16、 如权利要求l所述的方法，其中引导所述气体流及相对地移动所述蚀刻气体 入口及所述衬底同时发生。
17、 如权利要求l所述的方法，其进一步包含通过至少一个排气开口抽取所述气 体流的至少一部分。
18、 如权利要求17所述的方法，其中抽取所述气体流的至少所述部分进一步包 含抽取蚀刻副产物。
19、 一种蚀刻系统，其包含蚀刻头，其包含纵轴、蚀刻气体入口及第一导流表面，其中 所述第一导流表面安置在所述蚀刻气体入口的第一侧上，且 所述蚀刻头可操作以将蚀刻气体引导出所述蚀刻气体入口 ，及 衬底支撑件，其可操作以同时地将衬底以预定高度支撑于接近所述蚀刻气体入口 处且相对于所述蚀刻头平移安装在其上的所述衬底，其中所述第一导流表面经确定尺寸且经配置以大致平行于所述衬底导引来自所 述蚀刻气体入口的气体的流动。
20、 如权利要求19所述的蚀刻系统，其中所述第一导流表面及所述预定高度界 定具有大于约10:1的纵横比的活动蚀刻带。
21、 如权利要求19所述的蚀刻系统，其中所述蚀刻头进一步包含第一排气口， 其中所述第一导流表面安置在所述第一排气口与所述蚀刻气体入口之间。
22、 如权利要求22所述的蚀刻系统，其中所述蚀刻头进一步包含第二排气口， 其中第二导流表面安置在所述蚀刻气体入口的第二侧上，且安置在所述第二排气口与 所述蚀刻气体入口之间。
23、 如权利要求22所述的蚀刻系统，其中第一排气口包含大致平行于所述蚀刻 头的所述纵轴的细长槽。
24、 如权利要求19所述的蚀刻系统，其中所述蚀刻气体入口包含大致平行于所 述蚀刻头的所述纵轴的细长槽。
25、 一种蚀刻设备，其包含-细长蚀刻气体入口，其沿第一方向延伸，所述第一方向界定第一侧及第二侧； 第一细长排气口，其平行于所述细长蚀刻气体入口并在所述第一侧上与所述细长蚀刻气体入口间隔开；第二细长排气口，其平行于所述细长蚀刻气体入口并在所述第二侧上与所述细长蚀刻气体入口间隔开；气相蚀刻剂源，其以流体方式连接到所述细长蚀刻气体入口；及 真空源，其以流体方式连接到所述第一及第二排气口。
26、 如权利要求25所述的蚀刻设备，其中所述蚀刻气体入口包含界定蚀刻剂流 动间隙的气帘喷嘴。
27、 如权利要求25所述的蚀刻设备，其中所述第一及第二排气口每一者包含细 长槽，从而分别界定第一吹扫间隙及第二吹扫间隙。
28、 一种用于蚀刻微机电系统(MEMS)装置的方法，其包含提供衬底，其具有形成在所述衬底的表面上的MEMS装置，其中所述MEMS装 置包含牺牲材料；通过蚀刻气体入口朝向所述MEMS装置引导包含气相蚀刻剂的气体流； 用所述气相蚀刻剂选择性地蚀刻所述牺牲材料的至少一部分；及抽取所述气体流的至少一部分，同时通过至少一个排气开口引导所述气体流。
29、 如权利要求28所述的方法，其中提供所述包含所述MEMS装置的衬底包含 提供包含MEMS装置的衬底，所述MEMS装置包含安置在两个电极之间的牺牲材料。
30、 如权利要求28所述的方法，其中引导所述气体流包含通过气帘喷嘴引导所 述气体流。
全文摘要
本文中揭示用于更有效地从永久性MEMS结构之间蚀刻牺牲材料的蚀刻装备及方法。蚀刻头包括细长蚀刻剂入口结构，其可以是槽形或若干入口孔的细长分布。以如下方式将衬底支撑于接近所述蚀刻头处界定大致平行于所述衬底面的流动路径并准许相对运动以使所述蚀刻头跨越所述衬底进行扫描。
文档编号H01L21/00GK101632150SQ200880005644
公开日2010年1月20日 申请日期2008年2月18日 优先权日2007年2月20日
发明者戴维·希尔德, 胡尔希德·赛义德·阿拉姆 申请人:高通Mems科技公司