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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】自動検査機構を有するＭＥＭＳ表示装置
(51)【国際特許分類】
B81B 7/02 20060101AFI20231206BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20231206BHJP
G02B 26/02 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
B81B7/02
B81B3/00
G02B26/02 E
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2021515112
(86)(22)【出願日】2019-09-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-06
(86)【国際出願番号】 US2019052158
(87)【国際公開番号】W WO2020061455
(87)【国際公開日】2020-03-26
【審査請求日】2022-06-21
(31)【優先権主張番号】62/733,782
(32)【優先日】2018-09-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521005487
【氏名又は名称】ＩＧＮＩＴＥ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100187322
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 直輝
(72)【発明者】
【氏名】イシイ フサオ
(72)【発明者】
【氏名】ビクター ストーン
(72)【発明者】
【氏名】鳥飼 俊敬
【審査官】永井 友子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２３１６６７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００２９８２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－０３９３１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１９４２０７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１４４２６１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ８１Ｂ ７／０２
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｇ０２Ｂ ２６／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板に実装された電子回路と、
前記基板に実装された可動素子と、
前記基板に実装され、前記電子回路によって前記可動素子との間に印加される操作電圧により前記可動素子の移動を制御する電極と、
前記基板に実装され、前記可動素子との機械的な接触により前記可動素子の移動を停止させるストッパと、
前記基板に少なくとも部分的に実装され、前記可動素子と前記電極との間に操作電圧が印加されていない場合に前記可動素子と前記ストッパとの間に前記操作電圧よりも低い試験電圧を印加して漏洩電流の有無を判定する自動検査機構とを備える、
ことを特徴とする、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置。
【請求項2】
請求項１において、前記可動素子はヒンジに取り付けられたミラーであり、前記ストッパに面する前記ミラーの裏面は光吸収コーティングを有する、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項3】
請求項１または２において、前記自動検査機構によって前記試験電圧が印加される前に、前記ストッパと前記可動素子とが電気的に絶縁される、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項4】
請求項１または２において、前記可動素子と前記自動検査機構との間に絶縁層をさらに含む、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項5】
請求項４において、前記絶縁層は、シリコン、アルミナ、または窒化アルミニウムのうちの少なくとも１つからなる、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項6】
請求項４において、前記絶縁層は、前記絶縁層の上方の構成要素を前記自動検査機構に接続するビアを備える、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項7】
請求項１または２において、前記ストッパは、タングステン、銅、シリコン、チタン、または窒化チタンのうちの少なくとも１つからなる、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項8】
請求項１または２において、前記可動素子は、ヒンジに取り付けられたミラーであり、前記ストッパと前記ヒンジとの距離は、前記ヒンジと前記ミラーの外周縁部との距離の半分未満である、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項9】
請求項１または２において、前記ストッパの材料の降伏強度は、前記可動素子が前記ストッパに接触した際に前記可動素子に加わる応力よりも大きい、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項10】
請求項１または２において、前記ストッパの断面形状は、四角形、円形、三角形、菱形、または二重三角形である、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項11】
請求項１または２において、前記自動検査機構は、前記漏洩電流を連続的または周期的に計測する、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項12】
請求項１または２において、前記自動検査機構は、前記漏洩電流の変動を計測する、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項13】
請求項１または２において、前記自動検査機構は、前記漏洩電流の絶対値を計測する、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項14】
基板と、前記基板に実装された複数の電子回路と、
前記基板上にアレイ状に配置された複数の可動素子と、
前記基板に実装され、前記電子回路によって前記可動素子との間に印加される操作電圧により前記可動素子の移動を制御する電極と、
前記基板上に実装され、前記可動素子とそれぞれ関連付けられる複数のストッパであって、前記可動素子に対する機械的接触により前記可動素子の移動を停止させる複数のストッパと、
前記基板上に少なくとも部分的に実装された自動検査機構であって、前記可動素子と前記電極との間に操作電圧が印加されていない場合に、前記複数の可動素子の少なくとも１つと、当該可動素子に関連付けられたストッパとの間に前記操作電圧よりも低い試験電圧を印加して漏洩電流が存在するか否かを判定する自動検査機構とを備える、
ことを特徴とする、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置。
【請求項15】
請求項１４において、前記自動検査機構は、
前記試験電圧を印加する電圧源と、
前記漏洩電流の値を計測する電流計と、
前記基板上にアレイ状に配置された複数の配線部分であって、前記電圧源および前記電流計に結合されて、前記複数の可動素子および前記複数のストッパと電気的に結合される複数の配線部分とを備える、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項16】
請求項１５において、前記複数の配線部分は、複数のビット線に直交に配置された複数のワード線を備え、前記複数のワード線および前記複数のビット線の各々は、制御部によって個別にアドレス指定可能である、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項17】
請求項１６において、前記複数の可動素子はそれぞれ、前記複数のワード線のうちの１つ、または前記複数のビット線のうちの１つと電気的に結合され、
前記複数のストッパはそれぞれ、前記複数のワード線のうち別の１つ、または前記複数のビット線のうちの別の１つと電気的に結合される、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項18】
請求項１４または１５において、前記複数の可動素子は、複数のミラー素子を備え、前記自動検査機構は、ミラー素子の行、ミラー素子の列、またはミラー素子の列と行の両方について前記漏洩電流を計測する、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年９月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／７３３７８２号に基づく優先権を主張するものであり、その開示内容をここに援用する。
本出願は、２０１８年９月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／７３３７８２号に基づく優先権を主張するものであり、その開示内容をここに援用する。
【0002】
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）表示装置のピクセルアレイを検査する検査システムを備えたＭＥＭＳ表示装置に関する。
【背景技術】
【0003】
近年、表示装置には、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）における２００万画素や、いわゆる４Ｋ表示における８００万画素など、多数の画素が必要とされることが多い。しかしながら、これらの装置では、画素数が多数のため、各画素が正常に機能しているか否かを検査することは困難である。目視検査システムが開発されている。しかし、このような検査システムでは、暗い部屋、高解像度視覚システム、複雑なソフトウェア、及び、システムを操作して最終的な目視による確認を行う人の検査員が必要となるため、必ずしも有効というわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示によれば、表示装置を自動的に試験することができる。表示装置には、不良ピクセルの正確なアドレスを提供する自己検査機構が組み込まれてもよい。前記アドレスは、歩留り向上に非常に有用な情報である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
ＭＥＭＳ表示装置などのＭＥＭＳ装置は、基板と、前記基板上の電子回路と、前記基板上に設けられ、前記電子回路によって印加される操作電圧により移動が制御される可動素子と、前記可動素子との機械的接触により前記可動素子の移動を停止させるストッパと、前記可動素子と前記ストッパとの間に試験電圧を印加して漏洩電流の有無を判定する自動検査機構とを備える。前記可動素子は、表示装置のピクセルであるミラー素子を含んでいてもよい。
【0006】
前記ＭＥＭＳ装置および他のＭＥＭＳ装置の変形例については、以下でさらに詳細に説明する。
【0007】
本開示は、添付の図面と併せて読まれると、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的プラクティスによれば、図面の種々の特徴は実寸大ではないことを強調しておく。それどころか、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小されている。さらに、特に明記しない限り、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態１に係る表示装置として利用可能なＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図3】実施形態２に係る表示装置として利用可能なＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図4】実施形態３に係る表示装置として利用可能なＭＥＭＳ装置の簡略化された斜視図である。
【図6】実施形態４に係る表示装置として利用可能なＭＥＭＳ装置のミラーがオン状態に変位した際の簡略化された側面図である。
【図7】表示装置のアレイに配置され、本明細書で教示するＭＥＭＳ装置のミラーおよびストッパに接続されたアレイ状の配線部分を示す回路図である。
【図8】本明細書に教示される、使用可能なストッパの断面図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図１および図２は、本開示の実施形態１におけるＭＥＭＳ装置１０１の断面図である。これらの図や本明細書で参照される他の図は、本開示によるＭＥＭＳ装置の単一の可動素子を説明するためのものである。しかしながら、本明細書に記載されるＭＥＭＳ装置は、複数の可動素子を含んでいてもよい。例えば、ＭＥＭＳ装置が表示装置で使用され可動素子がミラーである場合、ＭＥＭＳ装置が数百万個のミラー（例えば、アレイ状に配設される）を含む実装形態も可能である。ＭＥＭＳ装置１０１、またはそのミラー／ミラー素子は、本明細書において表示装置のマイクロミラーまたはピクセルと称することもある。
【0010】
ＭＥＭＳ装置１０１は、基板１１１を有する。基板１１１には、少なくとも１つの電子回路が形成されており、本実施例において前記電子回路は１または複数のトランジスタ１１６、１１７であり、これらのトランジスタは、以下で説明するように、ＭＥＭＳ装置１０１の切り替えのための操作電圧を印加することに使用されてもよい。また基板１１１には層間誘電体１１２、１１３、１１４が形成されている。具体的には、層間誘電体１１２は、基板１１１及び電子回路の一部（ここではトランジスタ１１６、１１７）に形成されている。層間誘電体１１３は、層間誘電体１１２上に形成され、層間誘電体１１４は層間誘電体１１３上に形成されている。層間誘電体の数はこれよりも多くても少なくてもよい。本明細書において、層間誘電体を絶縁層と称することもある。層間誘電体１１４上、すなわち基板から最も遠い層（例えば、トップ）には、エッチング停止層１１５が形成されている。
【0011】
ＭＥＭＳ装置１０１は、層間誘電体１１２、１１３、１１４間の電気配線用に、金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１と、電極１２１、１２２、１２３とを有する。また、ＭＥＭＳ装置１０１は、電気配線と電極とを接続するビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５を有する。より全体的には、ＭＥＭＳ装置１０１は、エッチング停止層１１５に実装された１または複数の電極を有しており、これら電極は、層間誘電体によって絶縁された金属層とビアを介して、ＭＥＭＳ装置１０１の１または複数の電子回路と電気的に接続される。本明細書に教示されるＭＥＭＳ装置における電極、金属層、ビアの数はＭＥＭＳ装置１０１内の電子回路及びこれらの配置に基づいて変更可能である。
【0012】
図１に示すように、ビア１２７は、エッチング停止層１１５上に形成される電極１２１から、層間誘電体１１４を通って、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３６への導電経路を提供する。ビア１２８は、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３６から、層間誘電体１１３を通って、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３７への導電経路を提供する。ビア１２９は、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３７から、層間誘電体１１２を通って、基板１１１への導電経路を提供する。ビア１２７、１２８、１２９、および金属層１３６、１３７を介して、電極１２１は、基板１１１、層間誘電体１１３、および層間誘電体１１４の接点において電子回路と電気的に配線または接続することができる。
【0013】
同様に、ビア１３０は、エッチング停止層１１５上に形成される電極１２２から、層間誘電体１１４を通って、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３８への導電経路を提供する。ビア１３１は、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３８から、層間誘電体１１３を通って、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３９への導電経路を提供する。ビア１３２は、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３９から、層間誘電体１１２を通って、基板１１１への導電経路を提供する。ビア１３０、１３１、１３２、および金属層１３８、１３９を介して、電極１２２は、基板１１１、層間誘電体１１３、および層間誘電体１１４の接点において電子回路と電気的に配線または接続することができる。
【0014】
ここで、図１には、電極と電子回路との接続として、電極１２３と１または複数のトランジスタ１１６、１１７の接点との接続が示されている。ビア１３３は、エッチング停止層１１５上に形成される電極１２３から、層間誘電体１１４を通って、層間誘電体１１４上に形成される金属層１４０への導電経路を提供する。ビア１３４は、層間誘電体１１４上に形成される金属層１４０から、層間誘電体１１３を通って、層間誘電体１１２上に形成される金属層１４１への導電経路を提供する。ビア１３５は、層間誘電体１１２上に形成される金属層１４１から、層間誘電体１１２を通って、１または複数のトランジスタ１１６、１１７の接点それぞれへの導電経路を提供する。ビア１３３、１３４、１３５、および金属層１４０、１４１を介して、電極１２３は、層間誘電体１１３、および層間誘電体１１４の接点において電子回路と電気的に配線または接続することができる。
【0015】
さらに、ＭＥＭＳ装置１０１は、電極１２２に直接形成された、或いは、電極１２２に実装された別の導電性支持構造に形成されたヒンジ１５２を有する。導電性支持構造は、本実施例を示す各図に示すように、電極１２２と同じ材料から形成されていてもよい。ＭＥＭＳ装置１０１は、ヒンジ１５２の上側に形成されたミラー素子１５１を有する。本実施形態および他の実施形態において、ミラー素子は、ＭＥＭＳ装置に組み込むことができる可動素子の一例である。
【0016】
基板１１１は、単結晶シリコンで形成されている。本実施例において、トランジスタ１１６、１１７はＣＭＯＳトランジスタであるが、他の電子回路であってもよい。層間誘電体１１２、１１３、１１４は、シリコン、アルミナ、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム、他の適切な絶縁性の材料、または絶縁性材料の組み合わせ等の絶縁材料を含む層間絶縁膜である。
【0017】
金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウム銅合金（Ａｌ－Ｃｕ）からなる。
【0018】
電極１２１、１２２、１２３は、タングステン（Ｗ）またはビアと同じ材料からなる。各ビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５は、ＭＥＭＳ装置１０１の少なくとも一層を貫通して延在する貫通孔として形成されており、導電性材料（本実施例ではタングステン（Ｗ））が充填されている。さらに、製造工程において、ビア１２７、１３０、１３３、及びエッチング停止層１１５との間にはギャップ１２４、１２５、１２６が形成されることがある。これらギャップは、後に使用されるエッチング液がこれらギャップに浸透し構造に損傷を与える可能性があり問題となる。この問題を軽減するために、ビア１２７の半径をｒとし、エッチング停止層１１５が、電極１２１によって覆われる距離ｘが、ｒの２倍超であることが望ましい。エッチング停止層上に実装される各電極についても、エッチング停止層を貫通するビアの半径ｒとエッチング停止層に実装される電極の長さ、または距離ｘとの関係が同様であることが望ましい。
【0019】
電極１２２などの電極がエッチング停止層１１５などのエッチング停止層に実装されている構造において、その関係は、上述のとおり電極がエッチング停止層を覆う距離ｘがｒの２倍超である。これに代えて、本明細書に記載される他の実施形態（例：図３、６）のように、エッチング停止層が、電極の一部または全体を覆う構造としてもよい。つまり、電極は当該電極が実装される表面に沿った長さ、サイズ、または寸法（例えば、長さ、幅、半径）が、当該電極が電気的に接続されるビアの半径の少なくとも２倍であると言うこともできる。
【0020】
すなわち、例えば、エッチング停止層１１５を覆う電極１２１、１２２、１２３は、それぞれが接続されるビアの半径の２倍以上の大きさを有することが望ましい。これにより、エッチング液の蒸気が、（ｉ）電極１２１、１２２、１２３およびエッチング停止層１１５を貫通すること、および（ｉｉ）ギャップ１２４、１２５、１２６を通して層間誘電体１１４を腐食することを防止する。
【0021】
ヒンジ１５２は、ミラー素子１５１を支持する変形可能な部材である。ヒンジ１５２は、例えば非晶質シリコンやポリシリコンなどの材料からなる。
【0022】
ミラー素子１５１は、光源からの光を反射可能な部材である。ミラー素子１５１は、チタン、タングステン等からなる支持層と、アルミニウム、金、銀等の反射率の良い材料、またはこれらの組み合わせからなるミラー層とを有してもよい。ミラー素子の裏面（例えば、ストッパに向く底面）は、ＴｉＮなどの光吸収コーティングを有してもよい。
【0023】
ミラー素子１５１は電極１２３に静電吸着され、ヒンジ１５２が変形することにより傾斜する。これは、電子回路によって（例えば、基板１１１上の配線部分および／または本実施例ではトランジスタ１１６、１１７のうちの１つ以上を含む電気的接続の他の組み合わせを介して）可動素子（例えば、ミラー素子１５１）と電極１２３との間に電圧を印加することから生じ得る。電圧によって吸着力が発生する。電子回路によって印加される電圧は、例えば、約２０～３０ボルトであってもよい。この位置（以下で説明する図２に示す）は、ミラー素子１５１またはＭＥＭＳ装置１０１のオン状態とも称す。
【0024】
１または複数の機械的ストッパ１５３、１５４は、エッチング停止層１１５を通ってミラー素子１５１の（例えば、底面）表面に向かって延在する。本実施例において、２つの機械的ストッパ１５３、１５４が、基板１１１の面に対してヒンジ１５２の両側に配置されている。ただし、１つまたは２つより多く含まれてもよい。図示される機械的ストッパ１５３、１５４はそれぞれ、基板１１１の実装面および各層に対して平行に延在するミラー素子１５１の既定の、または非励起位置に対して垂直に延在する単一の部材である。機械的ストッパ１５３、１５４は、ヒンジ１５２と同じ材料から形成されていてもよい。機械的ストッパ１５３、１５４は、タングステン、銅、シリコン、チタン、または窒化チタンのうちの少なくとも１つからなってもよい。機械的ストッパ１５３、１５４の材料は特に限定されないが、後述するように電圧が印加された際に通電可能であり、ヒンジ１５２の変形によって加えられる可動素子（ここではミラー素子１５１）との衝突応力よりも高い降伏強度を有するものであればよい。本実施例および他の実施例では、ストッパは、基板上に直接実装されているが、完全に基板まで延在する必要はなく、代わりに、配線部分、ビア、金属層、またはそれらの任意の組み合わせを介して、後述する自動検査機構に結合されてもよい。
【0025】
図２に示すように、ミラー素子１５１は、ストッパ１５３と接触することによって、絶縁層で覆われていない電極１２３と接触しないようになっている。追加として、または代替として、ミラー素子１５１は、ストッパ１５４と接触することによって、絶縁層で覆われていない電極１２１と接触しないようになっている。すなわち、電極１２１、１２３上方に実装される機械的ストッパ１５３、１５４の高さは、ヒンジ１５２の変形によってミラー素子１５１が大きく傾いてＭＥＭＳ装置の他のいずれの部分とも接触することのない高さとなっている。これにより、例えば、電気的短絡を防止することができる。ストッパ１５３または１５４などのストッパは、基板１１１の最上層から垂直に延在することができる。ストッパの高さおよび／または幅は、最上層の面に沿ったヒンジ１５２からのストッパの距離、ミラー素子１５１のサイズ（例えば、直径）、基板１１１の各層に設けられた電極もしくは他の構造の距離、またはこれらの特徴のいずれかの組み合わせによって異なる場合がある。ストッパ１５３、１５４とミラー素子１５１のヒンジ１５２との間の距離は、ヒンジ１５２とミラー素子１５１の外周縁部との距離の半分未満であってもよい。機械的ストッパ１５３、１５４はヒンジ１５２と同じ材料から形成される場合、機械的ストッパ１５３、１５４もわずかに変形することができるが、この変形は無視してもよく、または機械的ストッパ１５３、１５４の高さ（場合によっては幅）を決定する際に検討してもよい。
【0026】
図３は、本開示の実施形態２におけるＭＥＭＳ装置２０１の断面図である。ＭＥＭＳ装置２０１は、基板２１１を有する。基板２１１には、少なくとも１つの電子回路が形成されており、本実施例において前記電子回路は１または複数のトランジスタ２１６、２１７である。図１および図２のトランジスタ１１６、１１７と同様、トランジスタ２１６、２１７は、ＣＭＯＳトランジスタであってもよく、またはＭＥＭＳ装置２０１の切り替えのための操作電圧を印加することに使用可能な他の電子部品や回路であってもよい。また基板２１１には層間誘電体２１２、２１３、２１４が形成されている。具体的には、層間誘電体２１２は、基板２１１および電子回路の一部（ここではトランジスタ２１６、２１７）に形成されている。層間誘電体２１３は、層間誘電体２１２上に形成され、層間誘電体２１４は層間誘電体２１３上に形成されている。層間誘電体の数はこれよりも多くても少なくてもよく、層間誘電体２１２、２１３、２１４は、層間誘電体１１２、１１３、１１４と同じ材料から形成されていてもよい。層間誘電体２１４上、すなわち基板から最も遠い層（例えば、トップ）には、エッチング停止層２１５が形成されている。
【0027】
ＭＥＭＳ装置２０１は、層間誘電体２１２、２１３、２１４間の電気配線用に、金属層２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１と、電極２２１、２２２、２２３とを有する。また、ＭＥＭＳ装置２０１は、電気配線と電極とを接続するビア２２７、２２８、２２９、２３０、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５を有する。ビア２２７、２２８、２２９、金属層２３６、２３７、および電極２２１はそれぞれ、前述のビア１２７、１２８、１２９、金属層１３６、１３７、および電極１２１と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。ビア２３０、２３１、２３２、金属層２３８、２３９、および電極２２２はそれぞれ、前述のビア１３０、１３１、１３２、金属層１３８、１３９、および電極１２２と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。ビア２３３、２３４、２３５、金属層２４０、２４１、および電極２２３はそれぞれ、前述のビア１３３、１３４、１３５、金属層１４０、１４１、および電極１２３と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。
【0028】
ＭＥＭＳ装置２０１は、電極２２２に直接形成された、或いは、電極１２２上に実装された別の電極に形成されたヒンジ２５２と、ヒンジ２５２の上側に形成されたミラー素子２５１とを有する。ヒンジ２５２は、前述のヒンジ１５２と同じ材料を用いて同様に形成されていてもよく、ミラー素子２５１は前述のミラー素子１５１と同一のものであってもよい。１または複数の機械的ストッパ２５３、２５４が含まれる。機械的ストッパ２５３は、機械的ストッパ１５３と同様に配置およびサイズに決定されてもよい。機械的ストッパ２５４は、機械的ストッパ１５４と同様に配置およびサイズに決定されてもよい。
【0029】
電極２２１、２２２、２２３は、Ａｌ、Ａｌ－Ｃｕ合金等からからなる。電極２２１、２２２、２２３は、層間誘電体２１４上に形成されている。電極２２１、２２２、２２３は、層間誘電体２１４と段差を形成する。エッチング停止層１１５は層間誘電体１１４を覆っており、電極１２１、１２２、１２３がエッチング停止層１１５に形成されている図１～図２の配置とは対称的に、本実施形態においてエッチング停止層２１５は、電極２２１、２２２、２２３および層間誘電体２１４を覆うように階段状となっている。実施形態２と本実施形態１との主な差異は、エッチング停止層２１５が電極２２１、２２２、２２３を覆っているという点にある。
【0030】
ミラー素子２５１は電極２２３に静電吸着され、ヒンジ２５２は、図１に関して説明したものと同様に、電子回路によって印加される電圧を使用した変形によって傾斜する。ミラー素子２５１は、実施形態１と同様に、印加される電圧に応じて、ストッパ２５３、ストッパ２５４、またはストッパ２５３およびストッパ２５４の両方に接触することにより傾斜が規制される。ミラー素子２５１は、電極２２３を覆うエッチング停止層２１５との接触が防止される。エッチング停止層２１５はミラー素子２５１が電極２２３に直接接触することを防止する。エッチング停止層２１５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化アルミニウム（ＡＩ２Ｏ３）からなる絶縁膜であるため、電気的短絡を防止することができる。
【0031】
図４は、本開示の実施形態３に係るＭＥＭＳ装置４０１の簡略化された斜視図である。図４は、ＭＥＭＳ装置４０１の特定の要素のみが示されているので簡略化されている。ＭＥＭＳ装置４０１は、ＭＥＭＳ装置１０１の変形例である。基板及び全ての層間誘電体は省略され、印加される操作電圧によってＭＥＭＳ装置の可動素子の移動を制御するために使用されるトランジスタなどの電子回路も全て省略されている。図４に示すＭＥＭＳ装置４０１は、素子として、２つの電極４２１、４２２を含む。電極４２１、４２２は、上述の電極１２１、１２２、１２３などの電極の形成に使用される１または複数の材料から形成されてもよい。電極４２１、４２２は、図１のＭＥＭＳ装置１０１同様、エッチング停止層上に直接実装されてもよい。しかしながら、本実施例では、電極４２１、４２２は、図１の層間誘電体１１２、１１３、１１４（図４には図示せず）などの層間誘電体によってエッチング停止層４１５から離間して実装されている。エッチング停止層４１５は、基板上に積層された他の層間誘電体上に形成されてもよい。エッチング停止層４１５は、前述のエッチング停止層と同様、ＭＥＭＳ装置４０１の製作（製造、構築等）において、エッチング停止層４１５上の犠牲層をエッチングする際に、エッチング停止層４１５の下の構造を当該エッチングから保護する。
【0032】
ＭＥＭＳ装置４０１は複数のビア４２７を有し、図４では、そのうちの２つのみに符号が付されている。ビア４２７は、図１のビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５などの上述のビアと同じ材料で形成することができる。ビア４２７は、電気配線と電極とを接続する。例えば、ビア４２７は、エッチング停止層４１５の下の金属層（金属層１３６、１３７、１３８、１３９等）、および／または、電子回路（１または複数のトランジスタ１１６、１１７等）に電極４２１、４２２を電気的に接続する。
【0033】
さらに、ＭＥＭＳ装置４０１はヒンジ４５２を有する。ヒンジ４５２は、（例えば、図１示されるように電極１２２およびヒンジ１５２によって）電極上に直接形成されていてもよく、電極上に実装された別の導電性支持構造上のいずれかに形成されてもよく、またはエッチング停止層４１５を貫通して延在するビア４２７等のビアに形成されてもよい。ミラー素子４５１は、ヒンジ４５２の上側に形成される。ミラー素子４５１は、ミラー素子１５１、２５１と同じ材料を含むことができる。図４には、ストッパ４５３、４５４も示されている。ストッパ４５３、４５４は、ストッパ１５３、１５４と同じ材料から形成されていてもよい。ストッパ４５３、４５４は、ヒンジ４５２および電極４２１、４２２に対して、上述したような位置および高さに形成されてもよく、すなわち、これにより、ミラー素子４５１は、ストッパ１５３と接触することによって電極４２１と接触することが防止される、および／または、ミラー素子４５１は、ストッパ４５４と接触することによって電極４２２と接触することが防止される。
【0034】
図５は図４に示すＭＥＭＳ装置４０１のミラー素子４５１がオン状態に変位した際の簡略化された側面図である。すなわち、電子回路によってミラー素子４５１と電極４２１、４２２の一方との間に操作電圧が印加されると、ヒンジ４５２にたわみが生じる。本実施例において、ストッパ４５４は、ミラー素子４５１が電極４２２に接触することを防止する。
【0035】
図５はまた、ミラー素子４５１がその電極からの静電力によって傾斜し、ストッパ（この例ではストッパ４５４）で停止する際の、ミラー素子４５１に結合された自動検査機構５００の例を示す。自動検査機構５００は、電圧源と、電流を検出する電流検出装置とを含むが、電流を計測する電流計測装置が含まれていてもよい。本実施例では、電池５０２によって電圧が印加され、電流計５０４によって電流が計測される。
【0036】
自動検査機構５００の同様の部位は、実施形態４に係るＭＥＭＳ装置６０１の簡略化された側面図である図６においても示されており、当該図においてＭＥＭＳ装置６０１のミラー素子６５１は、オン状態に変位している。ＭＥＭＳ装置６０１は、ＭＥＭＳ装置２０１の変形例である。すなわち、ＭＥＭＳ装置６０１は、基板（基板２１１と同様）と、１または複数の層間誘電体（層間誘電体２１２、２１３、２１４と同様）と、１または複数の電子回路（トランジスタ２１６、２１７と同様のトランジスタなど）と、１または複数の金属層（金属層２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１と同様）とを含む。明瞭性のために、これらの要素は図６には示されていない。
【0037】
ＭＥＭＳ装置６０１は、ＭＥＭＳ装置６０１が１または複数の電極（ここでは少なくとも２つの電極６２１、６２２）を含むという点で、図３のＭＥＭＳ装置２０１と同様である。エッチング停止層６１５は、エッチング停止層２１５と同様、ＭＥＭＳ装置６０１の製作（製造、施工等）において、エッチング停止層６１５の上の犠牲層をエッチングする際に、エッチング停止層６１５の下の構造を当該エッチングから保護する。電極６２１、６２２は、電極２２１、２２２、２２３などの上述の電極を形成するために使用される１または複数の材料から形成されてもよい。ＭＥＭＳ装置２０１の構造と同様に、電極６２１、６２２はエッチング停止層６１５の下にある。しかしながら、本実施例では、電極６２１、６２２は、図２の層間誘電体２１４（図４には図示せず）などの層間誘電体に埋め込まれており、平坦な（滑らかな、連続的、平面状など）表面を形成することができる。そして、エッチング停止層６１５は電極６２１、６２２および周囲の層間誘電体の上に形成される。
【0038】
電気絶縁体であるエッチング停止層の下に電極を埋め込むことによって、図３および図６の構造は、電極とミラーとの間の短絡の可能性がより少なく、図１および図４の構造よりも有利である。さらに、製造における工程数を削減することができる。
【0039】
ＭＥＭＳ装置６０１は複数のビア６２７を有し、図６では、そのうちの２つのみに符号が付されている。ビア６２７は、図１のビア２２７、２２８、２２９、２３０、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５などの上述のビアと同じ材料で形成することができる。ビア６２７は、電気配線と電極とを接続する。例えば、ビア６２７は、エッチング停止層６１５の下の金属層（金属層２３６、２３７、２３８、２３９等）、および／または、ＭＥＭＳ装置６０１の動作を制御する電子回路（１または複数のトランジスタ２１６、２１７等）に電極６２１、６２２を電気的に接続する。
【0040】
さらに、ＭＥＭＳ装置６０１はヒンジ６５２を有する。ヒンジ６５２は、（例えば、図3示されるように電極２２２およびヒンジ２５２によって）電極上に直接形成されていてもよく、電極上に実装された別の導電性支持構造上のいずれかに形成されてもよく、またはエッチング停止層６１５を貫通して延在するビア６２７等のビアに形成されてもよい。ミラー素子６５１は、ヒンジ６５２の上側に形成される。ミラー素子６５１は、ミラー素子１５１、２５１と同じ材料を含んでいてもよい。また、図６には、ストッパ６５３、６５４が示されている。ストッパ６５３、６５４は、ストッパ２５３、２５４と同じ材料から形成されていてもよい。ストッパ６５３、６５４は、ヒンジ６５２および電極６２１、６２２に対して、上述したような位置および高さに形成されてもよく、すなわち、これにより、ミラー素子６５１は、エッチング停止層６１５と接触することが防止される。
【0041】
図６の簡略化された側面図には、オン状態に変位した際のＭＥＭＳ装置６０１のミラー素子６５１が示されている。すなわち、電子回路（上述のトランジスタおよび接続された電子機器など）によってミラー素子６５１と電極との間に電圧が印加することにより、ヒンジ６５２のたわみが生じる。本実施例において、ストッパ６５４は、ミラー素子６５１が電極６２２に接触することを防止する。
【0042】
上述した実施形態における「オフ状態」とは、ミラー素子１５１、２５１、４５１、または６５１がストッパと接触していない状態である。例えば、ミラー素子１５１、２５１、４５１、６５１が、図１および図４に示される配置のように、基板と各層に対して実質的に平行である非励起状態が、オフ状態に対応する。
【0043】
図２、図４、および図６から分かるように、ヒンジを変形させる（例えば、電極からの）操作電圧による静電力によって傾斜してストッパに接触する。そして、ミラーのヒンジを中心とした回転が停止する。操作電圧が除去されると、ミラーはヒンジの機械力によって中立位置（オフ状態）に戻るはずである。但し、コンタミ、破損したヒンジ等に起因する不良ピクセル（例えば、ＭＥＭＳ装置の個々の可動素子）がある場合、当該不良ピクセルが原因で、可動素子（例えば、ミラー素子）が中立位置に戻ることができない。ミラーが移動できないＭＥＭＳ装置は不良品である。
【0044】
不良のあるＭＥＭＳ装置を検出することが望ましい。これは初期の工場検査において行われることが望ましい。さらに、自動車用のディスプレイなど、用途によっては、リアルタイム検査を必要とする場合がある。通常動作時では、ストッパの電位はミラーの電位と同じである。ミラーと電極との間に操作電圧が印加されていない場合（すなわち、ＭＥＭＳ装置がオフ状態であると想定される場合）、ミラーとストッパとの間に試験電圧を印加することにより、漏洩電流の有無を確認することができる。試験電圧は、ヒンジが変形してミラーを移動させることがないように、操作電圧より低くなければならないが、短絡の際に計測可能な漏洩電流が発生するのに充分な高さでなければならない。すなわち、漏洩電流が存在すると、少なくとも１点の接触でミラーがストッパに固着する可能性がある。これは、試験電圧を印加する際に、ミラーの電位とストッパの電位とがもはや同じではないことに起因する。オフ状態において漏洩電流が存在するということは、ＭＥＭＳ装置が不良品であることになる。試験電圧は、いくつかの実施例において、約０．５ボルト以上１ボルト以下である。
【0045】
この試験に使用することができる自動検査機構は、電圧源と電流検出装置（例えば、電流計測装置）とを含む。図５および図６の本実施例では、自動検査機構５００は、電圧源としての電池５０２と、電流検出装置としての電流計５０４とを含む。自動検査機構は、任意のＭＥＭＳ装置と共に使用することができ、図７の構成部品を含むこともできる。図７は、ＭＥＭＳ装置のミラーおよびストッパに接続された配線部分のアレイを示す回路図である。
【0046】
ＭＥＭＳ装置は、表示装置のアレイに配置され、簡略化された形態で示されている。すなわち、図７のＭＥＭＳ装置の各々は、ＭＥＭＳ装置１０１、ＭＥＭＳ装置２０１、ＭＥＭＳ装置４０１、ＭＥＭＳ装置６０１のうちのいずれか１つであってもよく、若しくは、１または複数のストッパが組み込まれた別のＭＥＭＳ装置であってもよい。第１のＭＥＭＳ装置は、ミラー７５１Ａ、ヒンジ７５２Ａ、およびストッパ７５３Ａ、７５４Ａによって表されている。第２のＭＥＭＳ装置は、ミラー７５１Ｂ、ヒンジ７５２Ｂ、およびストッパ７５３Ｂ、７５４Ｂによって表されている。第３のＭＥＭＳ装置は、ミラー７５１Ｃ、ヒンジ７５２Ｃ、およびストッパ７５３Ｃ、７５４Ｃによって表されている。第４のＭＥＭＳ装置は、ミラー７５１Ｄ、ヒンジ７５２Ｄ、およびストッパ７５３Ｄ、７５４Ｄによって表されている。４つのＭＥＭＳ装置が２x２のアレイ状に配置されているが、任意の数のＭＥＭＳ装置が異なる次元のアレイに配置されてもよい。アレイ状に配置する際に、ＭＥＭＳ装置は、共通の基板と、それぞれのミラーおよび電気的接続を支持するための少なくともいくつかの層間誘電体とを共有することができる。またＭＥＭＳ装置は、上述の操作電圧を提供する電圧源を共有してもよい。
【0047】
ＭＥＭＳ装置は、配線部分に電気的に結合される。図７では、ワード線の形態の配線部分８００Ａ、８００Ｂは、水平線（すなわち、行）上のミラーに接続される。具体的には、ミラー７５１Ａおよび７５１Ｂはそれぞれ、ノード８０２Ａおよび８０２Ｂを介してワード線８００Ａに接続され、ミラー７５１Ｃおよび７５１Ｄはそれぞれ、ノード８０２Ｃおよび８０２Ｄを介してワード線８００Ｂに接続される。
【0048】
ビット線の形態の配線部分９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃ、９００Ｄは、列（すなわち、垂直）内のストッパに接続される。具体的には、ストッパ７５４Ａおよび７５４Ｃはそれぞれ、ノード９０２Ａおよび９０４Ａを介してビット線９００Ａに接続され、ストッパ７５３Ａおよび７５３Ｃはそれぞれ、ノード９０２Ｂおよび９０４Ｂを介してビット線９００Ｂに接続され、ストッパ７５４Ｂおよび７５４Ｄはそれぞれ、ノード９０２Ｃおよび９０４Ｃを介してビット線９００Ｃに接続され、ストッパ７５３Ｂおよび７５３Ｄはそれぞれ、ノード９０２Ｄおよび９０４Ｄを介してビット線９００Ｄに接続される。
【0049】
ワード線８００Ａ、８００Ｂは、個別にアドレス指定可能に行ドライバに接続されてもよい。同様に、ビット線９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃ、９００Ｄは、個別にアドレス可能に列ドライバに接続されてもよい。列ドライバおよび行ドライバは、制御部に接続されてもよい。明示的に示されていないが、制御部（または別個の制御部）は、電圧源の印加および電流計測装置による計測を時間調整するために、自動検査機構５００の電圧源および電流検出装置に結合されてもよい。図示の配置では、制御部は、列をアドレス指定して電圧源を、当該電圧源を有するＭＥＭＳ装置のストッパに結合し、行をアドレス指定して電流検出装置を、関連するミラーに結合し、漏洩電流があれば当該漏洩電流を検出（および任意で計測）することができる。ワード線が接地され、ＭＥＭＳ装置のうちの特定の１組のミラーおよびストッパについて、ビット線に試験電圧が印加され、ピクセル内のミラーがストッパに固着されると、ビット線とワード線との間に一般的に電子機器の感度に基づく最小値を上回る電流が観察される。例えば、ワード線８００Ａがアドレス指定され、ビット線９００Ｄがアドレス指定されて試験電圧が印加される場合、最小値を上回る検出電流は、ミラー７５１Ｂがストッパ７５３Ｂに固着されていることを示す。
【0050】
図７の回路を含む自動検査機構５００は、この試験を異なる時間および異なる時間間隔で行うことができる。試験は連続的に行われてもよい。例えば、ミラーがオン状態からオフ状態に戻るようにＭＥＭＳ装置が非通電状態となるたびに、ヒンジの機械的ばね作用が可能となる所定時間経過後に試験を行うことができる。試験は定期的に行われてもよい。例えば、ＭＥＭＳ装置は、１０回のオン－オフサイクル毎に試験されてもよい。
【0051】
図示される例における自動検査機構５００は、ＤＣ源、すなわち電池５０２を含む。その結果、電流計５０４によって計測される漏洩電流は、計測される漏洩電流の絶対値となる場合がある。自動検査機構５００はまた、ＭＥＭＳ装置がオフ状態にある期間に経時的に計測を繰り返すことによって漏洩電流の変動を計測してもよい。
【0052】
この機構は、欠陥の位置をピンポイントで示すことができる。本実施例では、ストッパが縦列に接続され、ミラーが横列に接続されているが、逆も可能である。さらに、電圧源および電流計測装置は、電圧源がミラーに結合され、電流計測装置がストッパに結合されるように配置されてもよい。他の構成も可能であり、漏洩電流の発生に対してＭＥＭＳ装置を個別に識別することができるようにしてもよい。いくつかの実施例において、アレイを改変して、２つ以上のＭＥＭＳ装置が同時に試験されるようにすることができる。すなわち、ＭＥＭＳ装置の行、ＭＥＭＳ装置の列、またはＭＥＭＳ表示装置の一部を形成するＭＥＭＳ装置の行と列の両方に対して漏洩電流を計測することも可能である。これにより、表示装置が多数のミラーを含む場合に、試験されるグループ内の個々の不良品を識別しないことを引き換えに、試験時間を短縮することができる。
【0053】
図７の配線部分およびノードは、基板１１１、２１１などのＭＥＭＳ装置の基板表面上に形成されてもよい。自動検査機構のこの電気回路は、任意の導電性材料で形成されてもよく、図１～図３に関して説明したように、層間誘電体を使用して絶縁された金属層およびビアを介してミラーおよびストッパに接続することができる。列ドライバ、行ドライバ、および制御部は、共通の基板上に実装されてもよく、または別々に実装されたものであってもよい。
【0054】
ミラーとストッパとの間の付着力を最小にするために、これらの接触は最小限に抑えるべきである。図８は本明細書に教示される、使用可能なストッパの断面図の例を示す。図示される例では、ストッパ１５３、１５４、２５３、２５４、４５３、４５４、６５３、６５４は、円形断面１００２を有する略円筒形である。この形状は、製造が容易なこともあり一部には有用である。但し、ミラー１５１、２５１、４５１、６５１は、それらの底面（支持面、裏面等）が略平面であるため、点接触によってミラーとストッパとの接触が低減する。例えば、三角柱は、三角形断面１００４の点が、ミラーの傾斜方向およびストッパの位置と一致するＭＥＭＳ装置の外周縁部を指すように配置された場合、単一の接触点を提供する。例えば、三角柱で形成されたストッパ６５４は、その三角形断面１００４が、図８に示される方向に向いている一方、三角柱で形成されたストッパ６５３は、その三角形断面１００４が、図８の鏡像となる方向を向いている。同様に、四角形断面１００６を有する直方体を使用することができるが、この直方体は、対向する角がミラーの傾斜方向に沿ってＭＥＭＳ装置のそれぞれの外周縁部を指すように配置される。例えば、直方体（またはより一般的には四角柱）で形成されたストッパ６５３、６５４のそれぞれは、図８に示される向きの四角形（または菱形）断面１００６を有する。これに対して、直方体を回転させると、ミラーが四角形断面１００６の縁部全体と接触することになる。ミラーのサイズに応じて、２つ以上の接触点を使用することができる。例えば、二重の三角柱はそれらの縁部が、単一の三角柱に関して上述したものと同様に配置した場合、断面１００８が２つの接触点を含むこととなる。ストッパの形状については、他の変形例も可能である。
【0055】
ミラーと、ヒンジと、１または複数のストッパと、電極とを有し、ミラーが電極に提供された静電力によって移動して、ストッパで停止するＭＥＭＳ装置に対して、ミラーとストッパとが付着力により固着した不良ピクセルを検査することができる。この付着力は「スティクション」と呼ばれる。ＭＥＭＳ表示装置の不良ピクセルは、通常、ストッパに対するミラーの付着によって引き起こされる。ミラーとストッパとが電気的に絶縁されていれば、電圧を印加して電流を確認することにより、ミラーとストッパとの接触を確認することができる。正確な位置は、線上のミラーをワード線に接続し、列内のストッパをビット線に接続し、ビット線とワード線との間の漏洩電流を観測することによって確認できる。
【0056】
特定の実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、この開示を限定として解釈されるべきでないことを理解されたい。本開示を読んだ後、当業者であれば様々な変更や修正が明らかとなるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内にあるすべての変更および修正を包含するものと解釈されることが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
