專利名稱：具有小間距的微鏡陣列器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及包括多個微鏡器件，用于顯示系統(tǒng)的微鏡陣列器件。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及具有微鏡陣列中配備的反射型微鏡的空間光調(diào)制器，用于例如投影型顯示器(或者用于控制光束、無掩模光刻以及無掩模微陣列制造)。圖1說明經(jīng)過簡化的這種顯示系統(tǒng)。在其基本結(jié)構(gòu)中，顯示系統(tǒng)100包括光源102，光學(xué)裝置(例如光導(dǎo)管104，聚光透鏡106和投影透鏡108)，顯示靶112以及空間光調(diào)制器110，其中空間光調(diào)制器110進一步包括多個微鏡器件(例如微鏡器件陣列)。光源102(例如弧光燈)通過集光器/光導(dǎo)管104和聚光透鏡106，將光發(fā)射到空間光調(diào)制器110上。通過控制器有選擇地驅(qū)動空間光調(diào)制器110的微鏡(例如如2002年5月14日公告的美國專利6,388,661中所公開的，在這里將該專利引作參考)，從而當(dāng)微鏡處于“ON”狀態(tài)時，將入射光反射到投影光學(xué)系統(tǒng)108中，在顯示靶112(屏幕、觀看者的眼睛、光敏材料等)上產(chǎn)生圖像。通常，經(jīng)常使用更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，如采用多于三個空間光調(diào)制器(每個都用于調(diào)制紅、綠、藍三基色中的一種)的系統(tǒng)，尤其是在用于彩色圖像的顯示應(yīng)用中。
通常希望顯示系統(tǒng)具有明亮的圖像。能否得到更明亮的圖像取決于多種因素，這些因素包括微鏡陣列本身的光學(xué)效率(填充因子，衍射，反射鏡的反射率等)以及投影系統(tǒng)的光學(xué)效率(光源，通過濾波器和透鏡的光損耗，微鏡陣列光學(xué)效率等)。增大投影顯示器亮度的一種方法，是使用更短電弧長度的弧光燈。例如，與具有1.3mm或1.6mm電弧長度的弧光燈相比，0.7mm或1.0mm電弧長度的弧光燈具有更高亮度，這是因為較短電弧長度的燈產(chǎn)生的光束更容易通過光學(xué)系統(tǒng)。
不過，如果投影系統(tǒng)中使用弧光燈，那么最好使用具有優(yōu)選尺寸的微鏡陣列。特別是對于具有給定電弧長度的弧光燈而言，如果投影系統(tǒng)的光學(xué)效率(或者更具體而言，光源到陣列的光耦合效率，空間光調(diào)制器產(chǎn)生的圖像的亮度)不降低，則需要空間光調(diào)制器具有足夠大的尺寸。不過，由于多種因素，大的空間光調(diào)制器并非經(jīng)濟劃算的，諸如制造和光學(xué)元件(例如聚光和投影透鏡)的成本更高。在顯示系統(tǒng)和空間光調(diào)制器的實際設(shè)計中，需要平衡經(jīng)濟性與光學(xué)效率一從而產(chǎn)生最佳尺寸的空間光調(diào)制器。
對于給定分辨率(定義為微鏡陣列中微鏡的數(shù)量)的微鏡陣列而言，微鏡陣列的直徑與微鏡間距(定義為相鄰微鏡中心到中心之間的距離)成正比。假設(shè)空間光調(diào)制器具有最佳大小，如果需要更高分辨率，就需要減小微鏡間距。因為反射鏡間距是相鄰微鏡之間的間隙與微鏡尺寸之和，如果不損失填充因子(反射區(qū)占整個陣列尺寸的百分比，并通過反射鏡尺寸與間距的比值來度量)，則減小反射鏡間距需要減小相鄰微鏡之間的間隙。
因此，需要具有允許更高分辨率、同時保持相同最佳尺寸的微鏡器件陣列的空間光調(diào)制器，以及這種空間光調(diào)制器的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，同時提供了空間光調(diào)制器中微鏡陣列的設(shè)計方法及其制造方法。這一空間光調(diào)制器使微鏡陣列具有更小的總體尺寸，同時具有良好的分辨率和光學(xué)效率。另外，這一空間光調(diào)制器具有更高分辨率和光學(xué)效率，同時保持微鏡陣列尺寸相同。在本發(fā)明的多個實施例中，將微鏡陣列構(gòu)造成具有10.16微米或更小的間距。在另外的實施例中，微鏡陣列設(shè)計包括相鄰微鏡之間的間隙為0.5微米或更小的微鏡陣列，在另外的實施例中，間隙為0.1微米到0.5微米。在另一些實施例中，將微鏡構(gòu)造成不具有對稱的ON和OFF位置。在另一些實施例中，反射鏡陣列的制造方法利用自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻劑來提供比常規(guī)尺寸小的反射鏡。
在本發(fā)明的一個實施例中，公開了一種方法。該方法包括在基板上沉積第一犧牲層；在第一犧牲層上形成鏡片陣列，其中相鄰鏡片之間中心到中心的距離為4.38到10.16微米；在鏡片上沉積厚度從0.5到1.5微米的第二犧牲層；在第二犧牲層上為每個鏡片形成鉸鏈支架(hinge support)，用于支撐鏡片；以及，使用自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻劑去除第一和第二犧牲層之一或者兩者的至少一部分。
在本發(fā)明的另一實施例中，公開了一種空間光調(diào)制器。該空間光調(diào)制器包括在基板上形成的反射鏡器件陣列，用于有選擇地反射入射在反射鏡器件上的光，其中每個反射鏡器件包括用于反射光的鏡片；連接到鏡片使鏡片能夠相對于基板旋轉(zhuǎn)的鉸鏈，其中鉸鏈與鏡片分隔開0.5到1.5微米；以及，處于基板上的鉸鏈支架，用于將鉸鏈支撐在基板上；其中相鄰鏡片之間中心到中心的距離為4.3到10.16微米。
在本發(fā)明的又一實施例中，公開了一種空間光調(diào)制器。該空間光調(diào)制器包括在基板上形成的可移動鏡片陣列，用于有選擇地反射入射在鏡片上的光束，其中，相鄰鏡片之間中心到中心的距離為4.38到10.16微米。
在本發(fā)明的再一實施例中，公開了一種投影儀。該投影儀包括光源；空間光調(diào)制器；用于將來自光源的光引導(dǎo)到空間光調(diào)制器上的聚光透鏡；顯示靶；以及將來自空間光調(diào)制器的光收集并引導(dǎo)到顯示靶上的投影透鏡，其中該空間光調(diào)制器進一步包括在基板上形成的反射鏡器件陣列，用于有選擇地反射入射在反射鏡器件上的光，其中每個反射鏡器件包括用于反射光的鏡片；連接鏡片使鏡片能夠相對于基板旋轉(zhuǎn)的鉸鏈，其中鉸鏈與鏡片分隔開0.5到1.5微米；處于基板上的鉸鏈支架，用于將鉸鏈支撐在基板上；其中，相鄰鏡片之間中心到中心的距離為4.38到10.16微米。
在本發(fā)明的另一實施例中，公開了一種投影儀。該投影儀包括光源；以及空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器進一步包括在基板上形成的可移動鏡片陣列，用于有選擇地反射入射在鏡片上的光束，其中相鄰鏡片之間中心到中心的距離為4.38到10.16微米。
在本發(fā)明的另一實施例中，公開了一種投影儀。該投影儀包括具有1.0mm或更小電弧長度的弧光燈；具有從0.55到0.8英寸對角線的空間光調(diào)制器；多個光學(xué)元件，用于將來自弧光燈的光會聚到空間光調(diào)制器上，并將從空間光調(diào)制器反射出來的光投射到顯示靶上，其中該空間光調(diào)制器進一步包括微鏡器件陣列，用于有選擇地反射來自弧光燈的光，所述微鏡器件陣列進一步包括相鄰微鏡器件之間中心到中心的距離為4.38到10.16微米；相鄰微鏡器件之間的間隙為0.1到0.5微米；以及多個微鏡器件，每個微鏡器件進一步包括連接到鉸鏈上的鏡片和處于基板上的鉸鏈支架，使鏡片能夠相對于基板旋轉(zhuǎn)，其中鏡片與鉸鏈分隔開0.5到1.5微米。


所附權(quán)利要求具體給出了本發(fā)明的特征，通過下面結(jié)合附圖的詳細描述，能夠更好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點，在這些附圖中圖1示意性地說明采用空間光調(diào)制器的一種顯示系統(tǒng)；圖2說明具有微鏡陣列的一種示例性空間光調(diào)制器；圖3示意性地示出微鏡陣列所產(chǎn)生的圖像的亮度，微鏡陣列的制造成本以及價值(定義為單位成本的亮度)與微鏡直徑的關(guān)系曲線；圖4繪出了不同分辨率時，間距隨微鏡陣列直徑的變化曲線；圖5繪出了微鏡陣列的發(fā)光效率隨像素間距的變化曲線；圖6a示意性地說明由對稱旋轉(zhuǎn)的兩個相鄰鏡片所給出的最小間隙；圖6b示意性地說明由對稱旋轉(zhuǎn)的兩個相鄰鏡片所給出的另一最小間隙，其中鏡片與鉸鏈之間的距離小于圖6a中的距離；圖6c示意性地說明由非對稱旋轉(zhuǎn)的兩個相鄰鏡片所給出的另一最小間隙，其中鏡片與鉸鏈之間的距離與圖6b中的距離相同；圖7是兩個相鄰微鏡的剖面圖，它說明當(dāng)一個微鏡處于OFF狀態(tài)，另一微鏡處于ON狀態(tài)時，兩個相鄰鏡片的相對旋轉(zhuǎn)位置；圖8a表示本發(fā)明一個實施例中的一種示例性微鏡陣列；圖8b表示圖8a所示微鏡陣列的微鏡器件；圖9a表示本發(fā)明一個實施例中的另一種示例性微鏡陣列；圖9b表示圖9a所示微鏡陣列的微鏡器件；圖10a到10c為一種示例性制造過程中，微鏡的剖面圖；圖11所示的流程圖說明用于去除犧牲層的蝕刻過程中所執(zhí)行的步驟；圖12所示的方框圖說明圖11的蝕刻過程中所使用的主要部件；以及圖13為蝕刻過程中間反射鏡器件的剖面圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，同時提供了空間光調(diào)制器微鏡陣列的設(shè)計方法和制造方法。這種空間光調(diào)制器允許微鏡陣列具有更小的總直徑，同時具有良好的分辨率和光學(xué)效率。此外，這種空間光調(diào)制器還具有更高的分辨率和光學(xué)效率，同時這種空間光調(diào)制器的微鏡陣列保持總尺寸較小。
根據(jù)本發(fā)明，顯示系統(tǒng)的光源為具有短電弧長度的弧光燈，電弧長度優(yōu)選為1.6毫米或更短，更優(yōu)選為1.3毫米或更短，更優(yōu)選為1.0毫米或更短?；」鉄舻墓β蕛?yōu)選為100瓦到250瓦。
參考圖2來定義微鏡陣列和空間光調(diào)制器的尺寸?？臻g光調(diào)制器110包括具有m×n個微鏡(例如，微鏡器件114)的微鏡陣列，其中m和n分別表示在陣列的行和列中微鏡器件的數(shù)量。微鏡陣列還具有通常以英寸為單位度量的明確的對角線。如插圖所示，用兩個相鄰的微鏡來定義間隙和間距。Lplate度量微鏡的大小，Wpost度量微鏡的支柱區(qū)域。支柱區(qū)域是其中形成用于支撐鏡片的支柱的區(qū)域(例如圖8b和9b中的支柱219)。雖然在插圖中利用了矩形微鏡來說明微鏡和相鄰微鏡的尺寸，但是這些尺寸定義可以應(yīng)用于任何微鏡和微鏡陣列。
為了與作為顯示系統(tǒng)光源的弧光燈相適應(yīng)，同時滿足經(jīng)濟性要求，需要確定空間光調(diào)制器微鏡陣列的最佳直徑。例如，圖3中繪出了在使用電弧長度為大約1.0mm的弧光燈的顯示系統(tǒng)中，空間光調(diào)制器通過調(diào)制弧光燈發(fā)出的光而產(chǎn)生的圖像的亮度，空間光調(diào)制器的成本和價值(定義為單位成本的亮度)與空間光調(diào)制器總直徑的關(guān)系曲線。參考圖3，相對于右側(cè)的Y軸，分別將亮度和成本繪制為長劃線和點線。相對于左側(cè)的Y軸，將價值繪制為實線。從圖中可以看出，亮度隨微鏡陣列直徑的增大而增大，并且在微鏡陣列的直徑為大約0.8英寸時，亮度達到飽和。作為一種簡單近似，成本與微鏡陣列的直徑成正比。定義為每單位成本的亮度的價值隨微鏡陣列的直徑而變，并且當(dāng)直徑為大約0.7英寸時，價值具有最大值。根據(jù)本發(fā)明，微鏡陣列的直徑優(yōu)選0.55英寸到0.8英寸，更優(yōu)選為0.65英寸到0.75英寸，最好為大約0.7英寸。
給定空間光調(diào)制器內(nèi)微鏡陣列的直徑，微鏡陣列的間距(定義為相鄰微鏡中心到中心之間的距離)取決于微鏡陣列的分辨率，可以將它表示為 (公式1)圖4表示不同分辨率下，間距隨微鏡陣列直徑變化的曲線。參考圖4，空心圓、空心方形、空心三角形和實心圓分別表示分辨率1280×720，1400×1050，1600×1200和1920×1080。從曲線圖可以看出，當(dāng)直徑為大約0.38英寸時，隨著分辨率從1920×1080改變到1280×720，最佳間距從4.38μm改變到6.57μm。當(dāng)微鏡陣列的直徑為大約0.54英寸時，隨著分辨率從1920×1080改變到1280×720，最佳間距從6.23μm改變到9.34μm。當(dāng)微鏡陣列的直徑為大約0.7英寸時，隨著分辨率從1920×1080改變到1280×720，最佳間距從8.07μm改變到12.11μm。當(dāng)微鏡陣列的直徑為大約0.86英寸時，隨著分辨率從1920×1080改變到1280×720，最佳間距從9.92μm改變到14.87μm。
微鏡陣列的直徑取決于兩個尺寸—微鏡的鏡片對角線長度(Lplate)和相鄰微鏡之間的間隙，如同圖2中所定義的一樣。在這兩個參數(shù)中，間隙會降低微鏡反射光的光學(xué)效率?？梢岳谜丈湫蕘矸治鲞@種降低，而照射效率則定義為微鏡陣列總的有效反射面積與總面積的比值。具體而言，可以將照射效率(eff)表示為 (公式2)其中，(間距-間隙)2-2×Wpost2項是微鏡陣列中微鏡總的有效反射面積，間距2是微鏡陣列中微鏡的總面積。圖5繪出了支柱具有固定尺寸(Wpost＝1.0μm)，且間隙尺寸為0.5μm，0.25μm和0.15μm的情況下照射效率與間距之間的關(guān)系曲線。具體而言，具有實心三角形的線、具有實心圓的線和具有實心圓的線分別繪出了當(dāng)間隙為0.25μm，0.5μm和0.15μm，支柱大小為0.5μm時，照射效率對像素間距的依賴關(guān)系。從該附圖可以看出，當(dāng)間隙為大約0.25μm時，微鏡陣列的間距尺寸至少為4.38μm，從而得到的照射效率高于85％。當(dāng)間隙為大約0.5μm時，微鏡陣列的間距至少為8.07μm，從而得到的照射效率高于85％。如果希望照射效率高于90％，則當(dāng)間隙尺寸分別為大約0.15μm，0.25μm和0.5μm時，間距尺寸至少為4.38μm，6.23μm和10.16μm。在本發(fā)明中，微鏡陣列器件的間距尺寸優(yōu)選為4.38μm到10.16μm，優(yōu)選為4.38μm到9.34μm，優(yōu)選為4.38μm到6.57μm，優(yōu)選為6.23μm到9.34μm，且更優(yōu)選為8.07μm到10.16μm。還優(yōu)選相鄰微鏡之間的間隙為0.5μm或更小，更優(yōu)選為0.25μm到0.5μm，更優(yōu)選為0.15μm到0.25μm。
如上所述，考慮到顯示系統(tǒng)的光學(xué)效率和經(jīng)濟性，顯示系統(tǒng)中空間光調(diào)制器內(nèi)的微鏡陣列有一個最佳直徑。對于具有這一最佳直徑的微鏡陣列而言，希望減小微鏡陣列的間距以容納更多微鏡—實現(xiàn)更高分辨率。由于間距是微鏡長度與相鄰微鏡之間的間隙之和，因此可以通過減小微鏡尺寸或者相鄰微鏡之間的間隙來減小間距。不過，在減小微鏡尺寸但不減小間隙尺寸時，會降低微鏡陣列的照射效率，如同參考圖5所討論的一樣。因此，對于具有給定最佳直徑的微鏡陣列，在實現(xiàn)更高分辨率時還優(yōu)選減小間隙并減小反射鏡尺寸。盡管通過減小間隙尺寸和反射鏡尺寸可以減小間距，但是并非必須同時減小間隙尺寸和反射鏡尺寸。特別是如果能夠?qū)崿F(xiàn)的話，優(yōu)選減小間隙以獲得小間距。如果僅通過減小間隙不能獲得所需小間距，就減小反射鏡尺寸。
為了減小微鏡陣列中相鄰微鏡之間的間隙，將本發(fā)明的微鏡設(shè)計成使得微鏡的鏡片隨轉(zhuǎn)軸非對稱地旋轉(zhuǎn)，這是因為與對稱旋轉(zhuǎn)相比，非對稱旋轉(zhuǎn)可以使間隙更小。此外，與鏡片和上面形成有鏡片的基板之間的距離相比，鏡片與轉(zhuǎn)軸之間的距離同樣小。下面將參考圖6a，圖6b和圖6c討論詳細的實施例。作為本發(fā)明的一個可選特征，這種不對稱性有助于獲得更小間距和間隙的微鏡陣列，而不會有相鄰微鏡彼此碰撞。
圖6a畫出了兩個相鄰微鏡的剖面圖，每個微鏡對稱地旋轉(zhuǎn)。每個微鏡中的實心黑圓表示鏡片的轉(zhuǎn)軸。Pitch1度量的是相鄰微鏡之間的間距(等于兩個轉(zhuǎn)軸之間的距離)。tsac是鏡片與轉(zhuǎn)軸之間的距離。用虛線圓繪出了每個鏡片端部的軌跡。微鏡2固定，其鏡片順時針旋轉(zhuǎn)到與微鏡的OFF狀態(tài)相應(yīng)的OFF狀態(tài)角。可以將微鏡1制作成更靠近或遠離微鏡2。因此pitch1是可變的。在圖中，將微鏡1放置在這樣的位置，使得在微鏡1的鏡片朝向ON狀態(tài)角逆時針方向旋轉(zhuǎn)過程中，該鏡片的“右”端與微鏡2的鏡片的“左”端相切，但不會碰到微鏡2的“左”端。在這種情況下，在兩個相鄰微鏡的兩個鏡片“平坦”時，由這兩個鏡片(例如平行于基板或者不偏轉(zhuǎn)時)來定義gap1。
圖6b畫出了兩個相鄰微鏡的剖面圖，每個微鏡對稱地旋轉(zhuǎn)，同時鏡片與轉(zhuǎn)軸之間的距離tsac2小于圖6a中的距離，即tsac2＜tsac1。通過比較圖6a與圖6b中的間隙和間距，可以看出，gap2＜gap1，pitch2＜pitch1。也就是說，更小的tsac2允許微鏡陣列的間隙和間距更小。
通過將鏡片非對稱地連接到鉸鏈，可以使圖6b中相鄰微鏡之間的間隙和間距更小，如圖6c中所示。參考圖6c，其中畫出了兩個相鄰微鏡的剖面圖，將每個微鏡連接到鉸鏈，使鏡片隨轉(zhuǎn)軸非對稱地旋轉(zhuǎn)。具體而言，將每個鏡片連接到鉸鏈，并且將連接點設(shè)定為與鏡片的一端相比更靠近鏡片的另一端。例如，將微鏡1的鏡片連接點設(shè)定為遠離鏡片的“右”端A。并將微鏡2的鏡片的連接點設(shè)定為靠近微鏡2的“左”端B。在其它方面，該鏡片與圖6a和6b中的鏡片相同(例如，圖6c中鏡片和轉(zhuǎn)軸之間的距離與圖6b中相同)。將鏡片A端和B端的軌跡繪制為虛線圓。由于鏡片隨轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)是非對稱的，因此A端與B端的軌跡圓是不同的。通過比較圖6b與圖6c中的間隙和間距，可以看出，圖6c中的gap3和pitch3小于圖6b和圖6a中的。具體而言，gap3＜gap2＜gap1，且pitch3＜pitch2＜pitch1。雖然本發(fā)明中不要求鏡片與轉(zhuǎn)軸之間距離短和非對稱旋轉(zhuǎn)，不過這樣有助于獲得小間距和小間隙微鏡陣列—尤其是在本發(fā)明中尺寸范圍的小尺寸端。
參考圖7，其中畫出了兩個相鄰微鏡的剖面圖。微鏡的鏡片(例如鏡片116)分別繞轉(zhuǎn)軸非對稱地旋轉(zhuǎn)。具體而言，鏡片(例如鏡片116)通過鉸鏈觸點(例如鉸鏈觸點118)連接到鉸鏈(例如鉸鏈120)。用tsac表示鏡片與鉸鏈之間的距離。從附圖可以看出，鏡片非對稱地連接到鉸鏈。具體而言，鏡片與鉸鏈觸點的連接點靠近鏡片的一端，從而使鏡片能夠非對稱地旋轉(zhuǎn)到ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)。ON狀態(tài)定義為這樣一種狀態(tài)，其中鏡片反射的光由投影透鏡(例如圖1中的投影透鏡108)收集，并在顯示靶(例如圖1中的顯示靶112)上顯示圖像的一個“亮”像素。OFF狀態(tài)定義為這樣一種狀態(tài)，其中被鏡片反射的光遠離投影透鏡—在顯示靶上產(chǎn)生一個“暗”像素。
ON狀態(tài)角和OFF狀態(tài)角影響所產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量，諸如圖像的對比度。為了獲得高對比度，優(yōu)選與ON狀態(tài)相應(yīng)的大ON狀態(tài)角和與OFF狀態(tài)相應(yīng)的非零OFF狀態(tài)角。具體地說，ON狀態(tài)角優(yōu)選從12°到18°，OFF狀態(tài)角從-2°到-8°，其中“+”和“-”符號表示鏡片的相反旋轉(zhuǎn)方向，如圖所示。
通過向鏡片施加靜電力，并提供當(dāng)鏡片旋轉(zhuǎn)到ON狀態(tài)角或OFF狀態(tài)角時用于使鏡片停止旋轉(zhuǎn)的停止機制，獲得ON狀態(tài)旋轉(zhuǎn)角和OFF狀態(tài)旋轉(zhuǎn)角。例如，停止機制可以為上面形成該鏡片的基板(例如圖8b中的基板210)或者指定的停止器(例如圖8b中的停止器216)。在任何一種情形中，都希望鏡片與鉸鏈之間距離較小，以便有助于針對ON狀態(tài)獲得大旋轉(zhuǎn)角和針對OFF狀態(tài)獲得小旋轉(zhuǎn)角。根據(jù)本發(fā)明，鏡片與鉸鏈之間的距離優(yōu)選為0.15到0.45微米，例如0.15到0.25微米，或者0.25到0.45微米。鏡片與鉸鏈之間還可以采用更大的距離，如從0.5到1.5微米，或從0.5到0.8微米，或從0.8到1.25微米，或從1.25到1.5微米的距離。
參考圖8a，其中畫出了一種示例性的微鏡陣列器件110。該微鏡陣列器件包括m×n個微鏡，其中m和n分別表示陣列行中微鏡的數(shù)量和陣列列中微鏡的數(shù)量。m和n的數(shù)值決定所顯示圖像的分辨率。在本發(fā)明的實施例中，m×n優(yōu)選為1280×720，1400×1050，1600×1200，1920×1080，2048×1536或更高。微鏡陣列行或列中相鄰的微鏡限定它們之間的間隙。間隙決定微鏡陣列器件的填充因子，其中填充因子定義為微鏡陣列中鏡片的總面積與微鏡陣列的面積的比值。例如，假如微鏡的鏡片相同，且整個微鏡陣列上間距均勻，那么可以按照如下方式計算填充因子微鏡中鏡片的面積除以間距的平方。在本發(fā)明的一個實施例中，微鏡陣列器件的填充因子為85％或更高，更優(yōu)選為90％或更高?？拷㈢R陣列220設(shè)置電極陣列225，用于有選擇地驅(qū)動微鏡。例如，在所選擇的微鏡與靠近設(shè)置的電極之間建立靜電場，用于使所選擇的微鏡旋轉(zhuǎn)。對靜電場作出響應(yīng)，微鏡相對基板210旋轉(zhuǎn)到ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)(如果OFF狀態(tài)定義為微鏡與基板210具有某一夾角)，從而通過基板210入射到所選擇的微鏡上的光或者被反射到投影透鏡中，或者被反射遠離投影透鏡(例如圖1a中的投影透鏡108)。
在這一具體實例中，在基板210上，比如能夠透過可見光的石英或玻璃上，形成微鏡。在作為標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體晶片的基板215上形成電極陣列。除電極陣列之外，在基板215上還形成電路陣列，如DRAM或SRAM陣列。每個電路維持一個電壓信號，并與一個電極相連，從而由電路中的電壓信號限定電極的電壓。通過這種方式，利用這個電路來控制鏡片與電極之間的靜電場。
圖8b示意性地示出微鏡陣列110的微鏡的后視圖。從圖中可以看出，微鏡包括鏡片212、鉸鏈222、鉸鏈觸點224和鉸鏈支架218。鏡片通過觸點與鉸鏈相連。鉸鏈連接到形成在基板210上的鉸鏈支架上。注意，鏡片連接到鉸鏈上，使得鏡片能夠隨轉(zhuǎn)軸相對基板旋轉(zhuǎn)，當(dāng)從基板的頂部觀察時，轉(zhuǎn)軸平行但偏離鏡片的對角線?！捌叫械x對角線”意味著，從上面觀察時，轉(zhuǎn)軸可以嚴(yán)格地平行或者大致平行于微鏡的對角線(±19度)，但偏離對角線。利用這種結(jié)構(gòu)，鏡片能夠沿兩個相反的旋轉(zhuǎn)方向隨轉(zhuǎn)軸非對稱地旋轉(zhuǎn)，與那些對稱旋轉(zhuǎn)的微鏡所獲得的ON狀態(tài)角相比，能夠獲得較大的ON狀態(tài)角。在本發(fā)明中，ON狀態(tài)角優(yōu)選為+12°或更大，優(yōu)選+16°或更大，優(yōu)選+18°或更大，更優(yōu)選+20°或更大。OFF狀態(tài)角優(yōu)選從-1°到-8°，優(yōu)選大約-4°。除鉸鏈和觸點之外，在鉸鏈支架上還可以形成其它部件。例如，在鉸鏈支架上可以形成停止器216和217，當(dāng)鏡片達到ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)角時，停止器用于使鏡片停止旋轉(zhuǎn)。具體而言，將停止器216和217分別設(shè)計成用于使鏡片停止沿著朝向ON狀態(tài)的方向旋轉(zhuǎn)，和朝向OFF狀態(tài)另一方向的旋轉(zhuǎn)。通過適當(dāng)設(shè)定反射鏡停止器的長度和位置以及鏡片與鉸鏈之間的距離，可以均勻地實現(xiàn)微鏡的ON狀態(tài)角和OFF狀態(tài)角。均勻的OFF狀態(tài)角和ON狀態(tài)角必然能夠提高微鏡陣列器件的性能。提高所顯示圖像的質(zhì)量。
對鏡片與和該鏡片相關(guān)的電極之間的靜電場作出響應(yīng)，鏡片發(fā)生旋轉(zhuǎn)。具體而言，電極與鏡片關(guān)聯(lián)以驅(qū)動鏡片旋轉(zhuǎn)到ON狀態(tài)。當(dāng)微鏡的OFF狀態(tài)與非零OFF狀態(tài)角相對應(yīng)時，可以提供一個分離的電極(未示出)。第二電極可以設(shè)置在適當(dāng)?shù)娜魏挝恢锰?，只要它能夠?qū)動鏡片旋轉(zhuǎn)到非零OFF狀態(tài)角。例如，第二電極可以處于與用于ON狀態(tài)的第一電極相同的基板上，不過處于鏡片轉(zhuǎn)軸相對側(cè)的某一位置處。對于另一實例，相對于用于ON狀態(tài)的第一電極，可以將第二電極設(shè)置在鏡片的相反一側(cè)上。除了將第二電極形成在與形成ON狀態(tài)的第一電極相同的基板上之外，還可以將第二電極形成在上面形成有微鏡的玻璃基板上。在這種情況下，第二電極優(yōu)選為處于每個微鏡下面的電極格柵或者電極框(或段，如條)。還可以將第二電極形成為玻璃基板表面上的電極薄膜，在這種情況下，電極薄膜對于可見光而言是透明的。除了作為驅(qū)動鏡片旋轉(zhuǎn)的電極之外，還可以將玻璃基板上的第二電極用作光吸收格柵(或框或段)或者消反射膜。還可以不用第二電極而獲得與非零OFF狀態(tài)角相應(yīng)的OFF狀態(tài)。例如，可以將鉸鏈結(jié)構(gòu)的一部分制造成，在自然靜止?fàn)顟B(tài)下，這一部分基板發(fā)生彎曲，不再平行于基板。連接到彎曲部分的鏡片，在自然靜止?fàn)顟B(tài)下與基板之間呈現(xiàn)某一夾角。
參考圖9a和圖9b，其中畫出了另一種微鏡陣列器件和微鏡。如圖9b所示，微鏡的鏡片形狀、鉸鏈結(jié)構(gòu)的形狀以及鏡片與鉸鏈結(jié)構(gòu)的相對布局與圖8不同。實際上，微鏡陣列器件的微鏡和微鏡陣列可采取多種適當(dāng)形式。例如，微鏡陣列器件的微鏡和電極可以形成在同一基板(例如圖9a中的基板210)上。并且可以靠近每個微鏡設(shè)置不止一個電極，用于旋轉(zhuǎn)微鏡的鏡片。在這種情況下，指定至少一個電極用于驅(qū)動鏡片沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，并且指定至少另一電極用于驅(qū)動鏡片沿與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
有多種方法構(gòu)造上述微鏡器件，諸如美國專利5,835,256和6,046,840中所公開的制造方法，這兩個專利均屬于Huibers，在這里將每個專利的主題引作參考。無論采用何種制造工藝，犧牲材料都沉積在微鏡的結(jié)構(gòu)之間，并且都是在以后去除該犧牲材料。例如，將犧牲材料沉積在鏡片與連接鏡片的鉸鏈之間。鏡片與鉸鏈制造步驟的順序取決于所選擇的制造工藝和其它因素，如基板。具體而言，可以在鉸鏈之前制造鏡片，也可以在鉸鏈之后制造鏡片。例如，當(dāng)基板為硅晶片時，在硅晶片上制造鏡片之前制造鉸鏈。對于另一個實例，當(dāng)使用能夠透過可見光的玻璃基板時，可以在制造鉸鏈之前在玻璃基板上制造鏡片。犧牲材料還能夠填充空間，諸如微鏡陣列相鄰微鏡之間的間隙。不過，這些犧牲材料的去除并非無足輕重的過程。如上所述，盡管根據(jù)本發(fā)明，鏡片與鉸鏈之間的距離可以為0.15到1.5微米，鉸鏈與鏡片之間的間隙優(yōu)選0.15到0.45微米。為了有效地去除微鏡各結(jié)構(gòu)之間的犧牲材料，可以使用自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻工藝，該工藝將在下面關(guān)于實例性的制造工藝的討論中詳細描述。
下面將參考圖10a到圖10c討論用于制造本發(fā)明的微鏡和微鏡陣列器件的一種說明性制造工藝。均屬于Reid的2001年7月20日遞交的美國專利申請09/910,537和2001年6月22日遞交的60/300,533，包含有能夠用于本發(fā)明多個部件的材料的例子。在這里也將這些專利申請引作參考。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些示例性的工藝僅僅用作說明，不應(yīng)當(dāng)將其解釋為限制。具體地說，但不限于此，在對可見光透明的玻璃基板上形成示例性微鏡。在一個分離基板如硅晶片上形成電極和電路。也可以將微鏡與電極和電路形成在同一基板上。
參考圖10a，其中畫出了一種示例制造工藝中圖8b所示微鏡的剖面圖。在可以是玻璃(例如1737F，Eagle 2000，石英，PyrexTM，藍寶石)，對可見光透明的基板210上形成微鏡。在基板210上形成第一犧牲層240，隨后形成鏡片232。取決于犧牲材料的選擇以及所選擇的蝕刻劑，第一犧牲層240可以是適當(dāng)?shù)娜魏尾牧?，如非晶硅，也可以是聚合物或聚酰亞胺，甚至可以是多晶硅、氮化硅、二氧化硅和鎢。在本發(fā)明的實施例中，第一犧牲層為非晶硅，且最好在300-350℃下沉積。第一犧牲層的厚度可以有較寬的范圍，具體取決于微鏡尺寸和微鏡與微鏡之間所需要的傾斜角度(titleangle)，盡管優(yōu)選厚度為500到50,000，其中優(yōu)選接近25,000的厚度?？梢允褂眠m當(dāng)?shù)娜魏畏椒?，如LPCVD或PECVD，將第一犧牲層沉積到基板上。
作為本實施例一個可選擇的特征，可以在基板210的表面上沉積一層消反射膜。沉積消反射膜是為了減小入射光從基板表面的反射。當(dāng)然，可以根據(jù)需要在玻璃基板的任一表面上沉積其它光學(xué)增強膜。除光學(xué)增強膜之外，在基板210的表面上還可以形成電極?？梢詫㈦姌O形成為處于鏡片周圍的電極格柵或一系列電極段(例如電極條)。也可以換成在基板210的表面上將電極形成為電極薄膜，在這種情況下，電極薄膜對可見光是透明的?？梢允褂秒姌O將鏡片驅(qū)動到ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)。也可以換成在玻璃基板的表面上以及在每個微鏡的周圍或下面，形成光吸收格柵。光吸收框架吸收入射到微鏡上和/或從微鏡邊緣散射的光。對散射光的吸收能夠提高微鏡的性能，如對比度。
在沉積第一犧牲層之后，在第一犧牲層上沉積鏡片232，并進行構(gòu)圖。由于將微鏡用于反射感興趣的光譜范圍(例如可見光譜)內(nèi)的入射光，因此微鏡片層優(yōu)選包括對于可見光呈現(xiàn)出高反射率(優(yōu)選90％或更高)的一種或多種材料。取決于所需的機械性質(zhì)(例如彈性模量)、微鏡的尺寸、所需的ON狀態(tài)角和OFF狀態(tài)角以及鏡片的電學(xué)(例如導(dǎo)電率)性質(zhì)和所選擇的用于形成微鏡片的材料的性質(zhì)，微鏡片的厚度可以有較寬范圍。根據(jù)本發(fā)明，鏡片的厚度優(yōu)選500到50,000，優(yōu)選大約2500。在本發(fā)明的一個實施例中，鏡片232是一種多層結(jié)構(gòu)，包括優(yōu)選厚度為大約400的SiOx層，優(yōu)選厚度為大約2500的鋁反光層，優(yōu)選厚度為大約80的鈦層以及200TiNx層。除了鋁以外，還可以使用對可見光具有高反射率的其它材料，如Ti，AlSiCu和TiAl作為反光層?？梢栽趦?yōu)選大約150℃的溫度下，通過PVD沉積這些鏡片層。
在沉積之后，將鏡片232構(gòu)圖成所需的形狀，如圖8b或圖9b中的形狀?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的光刻膠構(gòu)圖，隨后使用例如CF4，Cl2或者其它適當(dāng)蝕刻劑進行蝕刻來實現(xiàn)對微鏡的構(gòu)圖，具體用什么蝕刻劑取決于微鏡片層的具體材料，。
在將鏡片232構(gòu)圖之后，在鏡片232和第一犧牲層240上沉積第二犧牲層242。第二犧牲層可以包括非晶硅，也可以包括上面針對第一犧牲層所述及的多種材料中的一種或多種。第一與第二犧牲層不必相同，盡管在優(yōu)選實施例中它們相同，以便在將來能夠簡化去除這些犧牲材料的蝕刻過程。與第一犧牲層類似，可以使用適當(dāng)?shù)娜魏畏椒ǎ鏛PCVD或PECVD來沉積第二犧牲層。在本發(fā)明的實施例中，第二犧牲層包括在大約350℃下沉積的非晶硅。第二犧牲層的厚度可以為12,000量級，不過可根據(jù)微鏡片與鉸鏈之間的所需距離(在垂直于微鏡片和基板的方向)，將其調(diào)整為合理的任何厚度，如介于2,000與20,000之間。優(yōu)選鉸鏈與鏡片分隔0.1到1.5微米，更優(yōu)選0.1到0.45微米，最好0.25到0.45微米的間隙。還可以使用更大間隙，如從0.5到1.5微米，或從0.5到0.8微米，或從0.8到1.25微米，或從1.25到1.5微米的間隙。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，微鏡片包括鋁，且犧牲層(例如第一和第二犧牲層)為非晶硅。不過由于鋁和硅的擴散，這種設(shè)計有可能引起缺陷，特別是鏡片邊緣周圍。為了解決這一問題，在沉積第二犧牲硅層之前，可以在已構(gòu)圖的微鏡片上沉積保護層(未示出)，從而能夠?qū)X層與硅犧牲層隔離。在去除犧牲材料之后，可以去除或不去除這種保護。如果不去除保護層，則在沉積到鏡片上之后對其進行構(gòu)圖。
然后，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)，接下來采用蝕刻，對沉積的第二犧牲層進行構(gòu)圖以形成兩個深通孔區(qū)248和淺通孔區(qū)246，如圖所示。取決于第二犧牲層的具體材料，可以使用Cl2、BCl3或者適當(dāng)?shù)钠渌g刻劑執(zhí)行蝕刻步驟。兩個深通孔區(qū)之間的距離取決于所定義的微鏡片對角線的長度。在本發(fā)明的實施例中，構(gòu)圖后兩個深通孔區(qū)之間的距離優(yōu)選為大約10μm，但是根據(jù)需要可以是適當(dāng)?shù)娜魏尉嚯x。為了形成淺通孔區(qū)，可以使用CF4或適當(dāng)?shù)钠渌g刻劑執(zhí)行蝕刻步驟。淺通孔區(qū)可以為任何適當(dāng)大小，優(yōu)選為2.2平方微米的量級。每個深通孔的大小近似為1.0微米。
在將第二犧牲層構(gòu)圖之后，在已構(gòu)圖的第二犧牲層上沉積鉸鏈結(jié)構(gòu)層250。由于鉸鏈結(jié)構(gòu)用于支撐鉸鏈(例如圖8b中的鉸鏈222)和微鏡片(例如圖8b中的鏡片232)，因此希望鉸鏈結(jié)構(gòu)層包括至少具有大彈性模量的材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，鉸鏈結(jié)構(gòu)層250包括通過PVD沉積的400厚度的TiNx(盡管可以包括厚度介于100到2000之間的TiNx)，以及通過PECVD沉積的3500厚度的SiNx(盡管SiNx層的厚度可以介于2000與10,000之間)。當(dāng)然，還可以使用適當(dāng)?shù)钠渌牧虾统练e方法(例如，諸如LPCVD或濺射方法)。TiNx層并非本發(fā)明必不可少的，但是它能夠在微鏡與鉸鏈之間提供導(dǎo)電接觸表面，以便至少減小電荷引起的靜摩擦。
在沉積之后，將鉸鏈結(jié)構(gòu)層250構(gòu)圖成所需外形，比如圖8b中的鉸鏈結(jié)構(gòu)218。在對鉸鏈結(jié)構(gòu)層構(gòu)圖時，使用一種或多種適當(dāng)?shù)奈g刻劑執(zhí)行蝕刻步驟。具體而言，可以使用氯化學(xué)物質(zhì)或氟化學(xué)物質(zhì)蝕刻該層，其中，蝕刻劑是能夠同時以化學(xué)和物理方式有選擇地蝕刻鉸鏈支撐層的全氟化碳或氫氟化碳(或SF6)(例如，用CF4，CHF3，C3F8，CH2F2，C2F6，SF6等，或者更可能是上述物質(zhì)或者與其它氣體的組合，如CF4/H2，SF6/Cl2，或使用不止一種蝕刻物質(zhì)的氣體如CF2Cl2，進行等離子體/RIE蝕刻，所有蝕刻劑都可以具有一種或多種可選擇的惰性稀釋劑)。當(dāng)然，可以采用不同蝕刻劑來蝕刻每個鉸鏈支撐層(例如，氯化學(xué)物質(zhì)用于金屬層，碳氫化合物或碳氟化合物(或SF6)等離子體用于硅或硅化合物層，等等)。
參考圖10b，在對鉸鏈結(jié)構(gòu)層構(gòu)圖之后，將接觸區(qū)236的底片去除，從而處于接觸區(qū)下面的微鏡片部分暴露于鉸鏈層238，該鉸鏈層沉積在已構(gòu)圖的鉸鏈結(jié)構(gòu)層上，形成與外部電源的電接觸。在構(gòu)圖后，接觸區(qū)236的側(cè)壁保留有鉸鏈結(jié)構(gòu)層殘留物。側(cè)壁上的殘留物有助于增強鉸鏈的機械和電學(xué)性質(zhì)。處于反射鏡每一側(cè)的兩個深通孔區(qū)234中的每一個，可與對應(yīng)于陣列中相鄰微鏡的深通孔區(qū)形成一個連續(xù)元件。
在本發(fā)明的實施例中，還將鉸鏈層用作微鏡片的電接觸點。希望鉸鏈層的材料是導(dǎo)電的。用作鉸鏈層適當(dāng)材料的例子有氮化硅，二氧化硅，碳化硅，多晶硅，Al，Ir，鈦，氮化鈦，氧化鈦，碳化鈦，CoSiNx，TiSiNx，TaSiNx或其它三元或更高元化合物。當(dāng)選擇鈦作為鉸鏈層時，可以在100℃下進行沉積。或者，鉸鏈層可由多層組成，如100TiNx和400SiNx。
在沉積之后，通過蝕刻根據(jù)需要將鉸鏈層構(gòu)圖。與鉸鏈結(jié)構(gòu)層類似，可以用氯化學(xué)物質(zhì)或氟化學(xué)物質(zhì)來蝕刻鉸鏈層，其中蝕刻劑是能夠同時以化學(xué)和物理方式有選擇地蝕刻鉸鏈層的全氟化碳或氫氟化碳(或SF6)(例如，用CF4，CHF3，C3F8，CH2F2，C2F6，SF6等，或者更可能是上述物質(zhì)或者與其它氣體的組合，如CF4/H2，SF6/Cl2，或者使用不止一種蝕刻物質(zhì)的氣體如CF2Cl2，進行等離子體/RIE蝕刻，所有蝕刻劑都可以具有一種或多種可選擇的惰性稀釋劑)。當(dāng)然，可以采用不同蝕刻劑來蝕刻每個鉸鏈層(例如，氯化學(xué)物質(zhì)用于金屬層，碳氫化合物或碳氟化合物(或SF6)等離子體用于硅或硅化合物層，等等)。
在鉸鏈形成之后，通過去除第一和第二犧牲層的犧牲材料將微鏡釋放，下面將參考圖11和圖12對其進行詳細說明。圖10c中畫出了釋放后微鏡器件的剖面圖。
為了有效地去除犧牲材料(例如非晶硅)，利用能夠?qū)奚牧线M行自發(fā)化學(xué)蝕刻的蝕刻氣體進行釋放蝕刻，優(yōu)選通過化學(xué)方式(非物理方式)去除犧牲材料的各向同性蝕刻。在1999年10月26日遞交的Patel等人的美國專利申請09/427,841和2000年8月28日遞交的美國專利申請09/649,569中公開了這種化學(xué)蝕刻和執(zhí)行這種化學(xué)蝕刻的設(shè)備，在這里將這兩個專利申請的主題引作參考。用于釋放蝕刻的優(yōu)選蝕刻劑為氣相氟化物蝕刻劑，除了可選的應(yīng)用溫度以外，該物質(zhì)不會被激活。例如包括HF氣，諸如二氟化氙的惰性氣體鹵化物，以及諸如IF5，BrCl3，BrF3，IF7和ClF3的鹵間化合物。釋放蝕刻可以包括惰性氣體化合物，如(N2，Ar，Xe，He等)。由此去除殘留的犧牲材料，釋放微機械結(jié)構(gòu)。在該實施例的一個方面，在具有稀釋劑(例如N2和He)的蝕刻室中提供XeF2。XeF2的濃度優(yōu)選為8托，盡管這一濃度可以為1托到30托或更高。最好采用這種非等離子體蝕刻900秒，盡管這一時間可以從60秒到5000秒，具體取決于溫度、蝕刻劑濃度、壓力、待去除的犧牲材料的量或其它因素。蝕刻速度可以保持18/s/托不變，盡管蝕刻速度可以從1/s/托到100/s/托變化?？梢栽谑覝叵聢?zhí)行釋放過程的每一步。
除了上述用于最終釋放或者中間蝕刻步驟的蝕刻劑和蝕刻方法之外，還有多種其它能夠單獨或結(jié)合使用的蝕刻劑或方法。這些蝕刻劑的一部分包括濕蝕刻劑，如ACT，KOH，TMAH，HF(液體)；氧等離子體，SCCO2或超臨界CO2(在美國專利申請10/167,272中描述了使用超臨界CO2作為蝕刻劑，在這里將該專利申請引作參考)。不過，更優(yōu)選自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻劑，這是因為與其它犧牲材料(例如有機材料)和其它蝕刻方法相比，通過相鄰鏡片之間的間隙和橫向間隙能夠有效地去除小空間(諸如圖13中的橫向間隙242(鏡片與鉸鏈之間)和小間隙240(基板與鏡片之間))內(nèi)的諸如非晶硅的犧牲材料。盡管并非本發(fā)明的所有實施例中均作此要求，但是利用這種自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻劑，更容易制造具有小間隙、小間距和鉸鏈與鏡片之間小距離的微鏡陣列。
參考圖11，該流程圖示出用于去除犧牲材料(非晶硅)的一種示例性蝕刻工藝中所執(zhí)行的步驟。該蝕刻工藝開始于在蝕刻系統(tǒng)的穿透蝕刻(breakthrough etch)室(圖12中272)中的穿透蝕刻(步驟254)，用于去除微鏡表面上的氧化層。該蝕刻步驟可以持續(xù)數(shù)十秒。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，將微鏡穿透蝕刻大約30秒。然后，將微鏡裝入蝕刻系統(tǒng)的蝕刻室(例如圖12中的278)中，用于蝕刻犧牲材料。在用于使蝕刻劑汽化的構(gòu)建室(例如圖12中274)中和用于將氣相(vapor)蝕刻劑設(shè)定到某一壓力的膨脹室(例如圖12中276)中，制備一種或多種氣相蝕刻劑(步驟258)。然后將膨脹后的氣相蝕刻劑抽運到(步驟258)蝕刻室(例如圖12中蝕刻室278)中。接下來，在蝕刻室中將微鏡蝕刻最好大約1200秒，以便完全去除犧牲材料?？梢允褂糜糜趯崟r監(jiān)測蝕刻室中蝕刻過程的終點檢測技術(shù)，在蝕刻室中對微鏡進行蝕刻。特別是最好使用殘留氣體分析儀分析蝕刻室排出的氣體。殘留氣體分析儀測量蝕刻室排出的氣體的化學(xué)成分以及某種成分的密度(它還可以測量某種成分的密度改變速度)。根據(jù)測量結(jié)果，可以推導(dǎo)出蝕刻室內(nèi)部犧牲材料的量。通過終點檢測，可以避免過度蝕刻和不完全蝕刻。當(dāng)蝕刻室中完成蝕刻時(從微鏡去除了犧牲材料)，通過抽運出蝕刻室內(nèi)的氣體(步驟262)，清洗蝕刻室。然后，從蝕刻室取下已蝕刻的微鏡(步驟264)。作為本實施例的一個可選特征，為蝕刻后的微鏡涂覆自組裝單層(SAM)，用于保護微鏡(例如不受三氯硅烷或三氯硅烷母體影響)。在步驟264到270中執(zhí)行SAM涂覆。在從蝕刻室取下微鏡的步驟263之后，將微鏡裝入SAM室(例如圖12中的SAM室280)中(步驟264)。然后，將SAM材料抽運到SAM室中(步驟266)。SAM室內(nèi)部的微鏡暴露于SAM材料大約60秒，從而涂覆上SAM材料。最后從SAM室取出微鏡(步驟270)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會知道，此處描述了一種新穎、有用的空間光調(diào)制器以及該空間光調(diào)制器的制造方法。但是鑒于多個可能實施方式都能夠應(yīng)用本發(fā)明的原理，因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，這里參考附圖所描述的實施例僅意在說明，而非限制本發(fā)明的范圍。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明白在不偏離本發(fā)明精神的條件下，可以就結(jié)構(gòu)和細節(jié)對所述實施例進行變型。具體而言，微鏡與電極和電路可以形成在同一基板上。此外，盡管上面提到了PVD和CVD，但是還可以使用其它薄膜沉積方法來沉積各層，這些方法包括旋涂、濺射、陽極氧化、氧化、電鍍和發(fā)。因此，這里所描述的本發(fā)明涵蓋可能處于其所附權(quán)利要求及其等效范圍之內(nèi)的所有實施方式。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在基板上沉積第一犧牲層；在第一犧牲層上形成鏡片陣列，其中相鄰鏡片之間的中心到中心距離為4.38到10.16微米；在所述鏡片上沉積厚度為0.15到1.5微米的第二犧牲層；以及在第二犧牲層上為每個鏡片形成鉸鏈支架，用于支撐所述鏡片；并且使用自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻劑去除一個或兩個犧牲層的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一犧牲層上形成所述鏡片陣列的所述步驟還包括形成所述鏡片陣列，從而使所述相鄰鏡片之間具有間隙，在去除第一和第二犧牲層的所述步驟中通過所述間隙去除第一犧牲層，其中所述間隙為0.15到0.5微米。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述基板表面上沉積消反射膜。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述基板邊緣周圍沉積光吸收框架。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中去除所述第一和第二犧牲層的所述步驟還包括使用殘留氣體分析儀監(jiān)測所述犧牲層的終點。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一犧牲層和/或所述第二犧牲層為非晶硅。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述自發(fā)氣相蝕刻劑為鹵間化合物。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述自發(fā)氣相蝕刻劑為惰性氣體鹵化物。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述惰性氣體鹵化物包括二氟化氙。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述鹵間化合物包括三氯化溴或三氟化溴。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣相化學(xué)蝕刻劑為HF。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在去除所述第一和第二犧牲層時，將稀釋劑與所述氣相蝕刻劑混合。
13.一種空間光調(diào)制器，包括可移動鏡片陣列，用于有選擇地反射入射在這些鏡片上的光，其中相鄰鏡片具有從4.38到10.16微米的中心到中心距離。
14.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列具有從0.55到0.8英寸的對角線。
15.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列具有從0.65到0.75英寸的對角線。
16.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列具有大約0.7英寸的對角線。
17.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，還包括連接到每個鏡片的鉸鏈，從而使所述鏡片能夠相對于所述基板旋轉(zhuǎn)，其中鉸鏈與鏡片分隔開0.15到1.5微米。
18.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鉸鏈與鏡片分隔開0.15到0.45微米。
19.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鉸鏈與鏡片分隔開0.5到1.5微米。
20.如權(quán)利要求19所述的空間光調(diào)制器，其中所述鉸鏈與鏡片分隔開0.75到0.3微米。
21.如權(quán)利要求19所述的空間光調(diào)制器，其中所述鉸鏈與鏡片分隔開0.2到1.15微米。
22.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列沿所述鏡片陣列的長度方向包括至少1280個鏡片。
23.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列沿所述鏡片陣列的長度方向包括至少1400個鏡片。
24.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列沿所述鏡片陣列的長度方向包括至少1600個鏡片。
25.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列沿所述鏡片陣列的長度方向包括至少1920個鏡片。
26.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中當(dāng)相鄰鏡片平行于所述基板時，相鄰鏡片之間具有0.1到0.5微米的間隙。
27.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中當(dāng)相鄰鏡片平行于所述基板時，相鄰鏡片之間具有0.2到0.25微米的間隙。
28.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中當(dāng)相鄰鏡片平行于所述基板時，相鄰鏡片之間具有0.25到0.5微米的間隙。
29.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中當(dāng)相鄰鏡片平行于所述基板時，相鄰鏡片之間具有0.5微米或更小的間隙。
30.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中相鄰鏡片的中心到中心距離為8.07到10.16微米。
31.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中相鄰鏡片的中心到中心距離為6.23到9.34微米。
32.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中相鄰鏡片的中心到中心距離為4.38到6.57微米。
33.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中相鄰鏡片的中心到中心距離為4.38到9.34微米。
34.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，還包括連接到所述鏡片的鉸鏈，從而使所述鏡片能夠繞轉(zhuǎn)軸相對于所述基板旋轉(zhuǎn)，其中當(dāng)從鏡片的上部觀察時，所述轉(zhuǎn)軸平行但偏離鏡片的對角線；其中，所述鏡片可以相對基板旋轉(zhuǎn)至少14度的角度；其中當(dāng)相鄰鏡片平行于所述基板時，相鄰鏡片具有從0.15到0.5微米的間隙。
35.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，還包括靠近每個鏡片的電極，用于使所述鏡片在靜電作用下偏轉(zhuǎn)。
36.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述基板是能夠透過可見光的玻璃或石英。
37.如權(quán)利要求36所述的空間光調(diào)制器，其中所述基板包括處于所述基板表面上的消反射膜。
38.如權(quán)利要求36所述的空間光調(diào)制器，其中所述基板包括處于所述基板邊緣周圍的光吸收框架。
39.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中每個鏡片都具有一個面積；并且鏡片的所有面積之和與基板面積的比值為90％或更大。
40.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片陣列的發(fā)光效率為90％或更大。
41.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中每個鏡片對靜電場作出響應(yīng)，相對于所述基板旋轉(zhuǎn)。
42.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，還包括第一電極，驅(qū)動所述鏡片沿第一旋轉(zhuǎn)方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)；和第二電極，驅(qū)動所述鏡片沿與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)。
43.如權(quán)利要求42所述的空間光調(diào)制器，其中所述第一電極和所述第二電極相對于所述鏡片的轉(zhuǎn)軸處于同一側(cè)。
44.如權(quán)利要求42所述的空間光調(diào)制器，其中所述第一電極和所述第二電極相對于所述鏡片的轉(zhuǎn)軸處于相反側(cè)。
45.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述基板為半導(dǎo)體。
46.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從15°到27°的角度。
47.如權(quán)利要求46所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度。
48.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從17.5°到22.5°的角度。
49.如權(quán)利要求48所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度。
50.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)大約20°的角度。
51.如權(quán)利要求49所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度。
52.如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)大約30°的角度。
53.如權(quán)利要求52所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度。
54.如權(quán)利要求16所述的空間光調(diào)制器，其中相鄰鏡片之間的間隙為0.1到0.5微米。
55.如權(quán)利要求20所述的空間光調(diào)制器，其中相鄰鏡片之間的間隙為0.2到0.3微米。
56.如權(quán)利要求20所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)從14°到20°的角度。
57.如權(quán)利要求56所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度，所述第二旋轉(zhuǎn)方向與第一旋轉(zhuǎn)方向相反。
58.如權(quán)利要求54所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)從14°到20°的角度。
59.如權(quán)利要求58所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度，所述第二旋轉(zhuǎn)方向與第一旋轉(zhuǎn)方向相反。
60.如權(quán)利要求26所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)從14°到20°的角度。
61.如權(quán)利要求60所述的空間光調(diào)制器，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，從而所述鏡片能夠沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)從2°到9°的角度，所述第二旋轉(zhuǎn)方向與第一旋轉(zhuǎn)方向相反。
62.一種投影系統(tǒng)，包括光源；如權(quán)利要求13所述的空間光調(diào)制器；用于將來自所述光源的光引導(dǎo)到所述空間光調(diào)制器上的聚光光學(xué)元件；以及用于收集所述空間光調(diào)制器反射的光并將其引導(dǎo)到顯示靶上的投影光學(xué)元件。
63.如權(quán)利要求62所述的投影系統(tǒng)，其中所述光源為電弧長度為1.0mm或更小的弧光燈。
64.如權(quán)利要求62所述的投影系統(tǒng)，其中所述光源為電弧長度為0.8mm或更小的弧光燈。
65.如權(quán)利要求62所述的投影系統(tǒng)，其中所述光源為電弧長度為大約0.7mm的弧光燈。
66.如權(quán)利要求62所述的投影系統(tǒng)，其中所述鏡片陣列具有從0.55到0.8英寸的對角線。
67.如權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中所述光源為有效電弧長度為大約1.0毫米的弧光燈。
68.如權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中所述光源為有效電弧長度小于1.0毫米的弧光燈。
69.如權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中所述光源為有效電弧長度為大約0.7毫米的弧光燈。
70.如權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，還包括輸入多個視頻信號的視頻信號輸入端，基于所述視頻信號，所述空間光調(diào)制器的鏡片有選擇地反射光，使所述鏡片的反射光在所述顯示靶上形成多個連續(xù)視頻幀。
71.如權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其中所述鏡片連接到所述鉸鏈上，使鏡片能夠沿第一方向相對于所述基板旋轉(zhuǎn)從15°到27°的角度。
全文摘要
公開了包括微鏡器件陣列的一種空間光調(diào)制器，以及這種空間光調(diào)制器的制造方法。對應(yīng)于所使用的光源確定相鄰微鏡器件之間的中心到中心距離和間隙，以便使光學(xué)效率和性能最高。該微鏡器件包括形成在基板(210)上的鉸鏈支架(218)，以及由鉸鏈支架(218)支撐的鉸鏈(22)。鏡片(212)通過觸點(224)與鉸鏈(222)連接，并且根據(jù)鏡片(212)所需的最大旋轉(zhuǎn)角度、相鄰微鏡之間的最佳間隙和間距來確定鏡片(212)與鉸鏈(222)之間的距離。在這種空間光調(diào)制器的制造方法中，將一個犧牲層沉積到基板(210)上，之后形成鏡片(212)，并將另一犧牲層沉積到鏡片(212)上，隨后形成鉸鏈支架(218)。用自發(fā)氣相化學(xué)蝕刻劑通過相鄰反射鏡器件之間的小間隙，去除兩個犧牲層。此外，還公開了一種投影系統(tǒng)，它包括這種空間光調(diào)制器以及光源、聚光光學(xué)裝置，其中光源發(fā)出的光被聚焦到微鏡陣列上，還包括將微鏡陣列有選擇反射的光投射到靶上的投影光學(xué)裝置，以及用于有選擇地驅(qū)動陣列中微鏡的控制器。
文檔編號G02B26/08GK1856881SQ200480027563
公開日2006年11月1日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者薩迪亞德夫·R·帕特爾, 安德魯·G·胡伊伯斯 申請人:反射公司