專利名稱：薄膜致動(dòng)反射鏡陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)投影系統(tǒng)，且更具體地說，涉及一種在該系統(tǒng)中使用的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列及其制造方法，其中每一個(gè)薄膜致動(dòng)反射鏡的薄膜之間粘合性較高從而具有一個(gè)改進(jìn)的反射鏡結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)有技術(shù)的各種視頻顯示系統(tǒng)中，已知的光學(xué)投影系統(tǒng)能夠提供大幅的高質(zhì)量顯示。在這樣一個(gè)光學(xué)投影系統(tǒng)中，來自一燈的光線被均勻地照射在例如一M×N致動(dòng)反射鏡陣列上，其中各反射鏡與各致動(dòng)器相連接。這些致動(dòng)器可由能夠響應(yīng)施加于其上的電場(chǎng)而變形的電致位移材料制成，例如壓電材料或電致伸縮材料。
來自各反射鏡的反射光束入射在例如一光闌的小孔上。通過對(duì)各致動(dòng)器施加一電信號(hào)，各反射鏡與入射光束的相對(duì)位置被改變，從而導(dǎo)致來自各反射鏡的反射光束的光路發(fā)生偏移。當(dāng)各反射光束的光路發(fā)生變化時(shí)，自各反射鏡反射的通過該小孔的光量被改變，從而光束的強(qiáng)度被調(diào)制，通過該小孔的被調(diào)制過的光束經(jīng)一適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)裝置例如一投影透鏡被傳遞到一投影屏幕上，從而在其上顯示一圖象。
在

圖1A至1G中，說明了制造一M×N個(gè)薄膜致動(dòng)反射鏡101的陣列100中所包含的制造步驟，其中M及N為整數(shù)，該方法被公開在中國申請(qǐng)?zhí)枮?5104755.8的題為“薄膜致動(dòng)反射鏡陣列”的一共有未決的申請(qǐng)中。
制造該陣列100的過程起始于制備一包括一基底12、一M×N晶體管陣列(未示出)和一M×N連接端子14陣列的有源矩陣10。
在接著的步驟中，如果薄膜待除層24由金屬制成，通過使用濺射法或蒸鍍法在該有源矩陣10的頂表面上形成一薄膜待除層24，如果薄膜待除層24由磷-硅玻璃(PSG)制成，則采用化學(xué)汽相淀積法(CVD)或旋轉(zhuǎn)涂覆法，或如果薄膜待除層24由多晶硅制成，則采用CVD法。
然后，形成一支持層20，該支持層20包括一由薄膜待除層24環(huán)繞的M×N個(gè)支持構(gòu)件22的陣列，其中該支持層20通過以下步驟形成使用光刻法在薄膜待除層24上建立一M×N空槽陣列(未示出)，各空槽位于連接端子14的四周；并通過使用一濺射法或CVD法在位于連接端子14四周的各空槽內(nèi)形成一支持構(gòu)件22，如圖1A所示。這些支持構(gòu)件22由絕緣材料制成。
在接著的步驟中，通過使用Sol-Ge1、濺射法或CVD法在支持層20的頂上形成一由與支持構(gòu)件22相同的絕緣材料制成的彈性層30。
接著，通過以下步驟在各支持構(gòu)件22中形成一由金屬制成的導(dǎo)管26通過使用蝕刻法首先建立一M×N孔的陣列(未示出)，各孔從彈性層30的頂部延伸至連接端子14的頂部，并用金屬填充這些孔中，從而形成導(dǎo)管26，如圖1B所示。
在接著的步驟中，通過使用濺射法，在包括導(dǎo)管26的彈性層30的頂上形成一由導(dǎo)電材料制成的第二薄膜層40。該第二薄膜層40通過在支持構(gòu)件22中形成的導(dǎo)管26被電連接至晶體管。
然后，通過使用濺射法、CVD法或So1-Ge1法，在第二薄膜層40的頂部上形成一由壓電材料例如鋯鈦酸鉛(PZT)制成的薄膜電致位移層50，如圖1C所示。
在接著的步驟中，通過使用光刻法或激光修剪法，將薄膜電致位移層50，第二薄膜層40及彈性層30構(gòu)型成一M×N個(gè)薄膜電致位移構(gòu)件55的陣列、一M×N個(gè)第二薄膜電極45的陣列及一M×N個(gè)彈性構(gòu)件35的陣列，直至支持層20中的薄膜待除層24被暴露出，如圖1D所示。各第二薄膜電極45通過在各支持構(gòu)件22中形成的導(dǎo)管26被電連接至相應(yīng)的晶體管并在薄膜致動(dòng)反射鏡101中起信號(hào)電極的作用。
接下來，將各薄膜電致位移構(gòu)件55在高溫下(如果是PZT，溫度為攝氏650度)進(jìn)行熱處理以使其產(chǎn)生相變，從而形成一M×N熱處理機(jī)構(gòu)陣列(未示出)，由于各薄膜電致位移構(gòu)件55非常薄，如果其由壓電材料制成，則不再需要對(duì)其極化(Pole)因?yàn)樵诒∧ぶ聞?dòng)反射鏡101的工作期間，它能被施加的電信號(hào)所極化。
在以上步驟后，通過以下步驟在M×N熱處理機(jī)構(gòu)陣列中的薄膜電致位移構(gòu)件55的頂上形成一由導(dǎo)電及反光材料制成的M×N第一薄膜電極65的陣列首先使用濺射法形成一由導(dǎo)電及反光材料制成的層60，其完全覆蓋M×N熱處理機(jī)構(gòu)陣列的頂部和暴露的支持層20的薄膜待除層24，如圖1E所示，然后使用蝕刻法，選擇地去除層60，形成一M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)111的陣列110，其中各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)111均包括一個(gè)頂表面和四個(gè)側(cè)表面，如圖1F所示。各第一薄膜電極65在薄膜致動(dòng)反射鏡101中作為一反射鏡及偏置電極。
接著以上步驟，用一薄膜保護(hù)層(未示出)完全覆蓋各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)111中的頂表面及四個(gè)側(cè)表面。
然后通過使用蝕刻法去除支持層20中的薄膜待除層24。最后，去除該薄膜保護(hù)層，從而形成M×N薄膜致動(dòng)反射鏡101的陣列100，如圖1G所示。
上述用于制造M×N個(gè)薄膜致動(dòng)反射鏡101的陣列100的方法存在有一些缺陷。首先也是最主要的是構(gòu)成致動(dòng)反射鏡101的薄膜之間的粘合性。當(dāng)各薄膜致動(dòng)反射鏡101響應(yīng)施加到薄膜電致位移件55上的電場(chǎng)而變形時(shí)，其中的第一薄膜電極和第二薄膜電極65、45均會(huì)變形。在薄膜反射鏡101中，由于構(gòu)成薄膜電極65、45的材料為金屬，而構(gòu)成薄膜電致位移件55的材料通常為電瓷例如PZT，這些材料之間缺乏性質(zhì)的兼容性，因此，在長時(shí)間使用后，第一薄膜電極65、第二薄膜電極45和薄膜電致位移件55之間可能會(huì)脫開。
此外，與第一薄膜電極65相接觸的薄膜電致位移件55的頂表面的熱動(dòng)力性不穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)行高溫處理時(shí)，在薄膜電致位移件55的頂表面上會(huì)形成有多個(gè)島狀分布的凸起。當(dāng)作為反射鏡的第一薄膜致動(dòng)反射鏡65形成在該表面上后，最后構(gòu)成的反射鏡表面不是完全平的，從而導(dǎo)致薄膜反射鏡101的光學(xué)效率的降低。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列，其中各薄膜致動(dòng)反射鏡中的薄膜之間的粘合性較高從而具有一個(gè)改進(jìn)的反射鏡結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于提供一種用于制造這種在光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種在光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的一個(gè)M×N薄膜致動(dòng)反射鏡的陣列，其中M和N是整數(shù)，該陣列包括一個(gè)有源矩陣，該有源矩陣包括一個(gè)基底和一個(gè)M×N連接端子陣列；以及一個(gè)M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的陣列，各薄膜致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)均具有一個(gè)近端和一個(gè)遠(yuǎn)端，并包括一第一薄膜電極、一個(gè)阻隔件、一個(gè)薄膜電致位移件、一個(gè)第二薄膜電極和一個(gè)彈性件，其中該薄膜電致位移件放置在二電極之間，第一薄膜電極與大地電連接，從而在薄膜致動(dòng)反射鏡中作為共同的偏置電極和一個(gè)反射鏡。第二薄膜電極與相應(yīng)的各連接端子相電連接，從而使其在各薄膜致動(dòng)反射鏡中作為信號(hào)電極。阻隔件位于該第一薄膜電極和該薄膜電致位移件之間，該第二薄膜電極具有一個(gè)離子破壞頂表面，各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的近端的底部與有源矩陣的頂部相連接，從而被懸臂支持住。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，還提出一種制造用于光學(xué)投影系統(tǒng)的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法，其中M和N為整數(shù)，該方法包括下列步驟準(zhǔn)備一有源矩陣，該有源矩陣包括一個(gè)基底和一M×N連接端子陣列；在有源矩陣的頂上沉積一鈍化層；在鈍化層的頂上沉積一阻蝕層；在阻蝕層的頂上沉積一薄膜待除層；在薄膜待除層中建立一M×N空槽的陣列，各空槽分別位于一個(gè)連接端子的四周；在包括空槽陣列的薄膜待除層的頂上沉積出一彈性層；形成一M×N對(duì)導(dǎo)管的陣列；將一第二薄膜層形成在包括導(dǎo)管的彈性層的頂部上；
破壞第二薄膜層的頂表面；在第二薄膜層的頂表面上沉積一個(gè)薄膜電致位移層；將一阻隔層形成在薄膜電致位移層的頂表面上；在阻隔層的頂表面上沉積一第一薄膜層，以形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)；構(gòu)型該多層結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成一M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的陣列；去除該薄膜待除層，從而形成一M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列。
通過以下結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述及其它目的和特征將變得顯然，附圖中圖1A至1G為說明先前公開的用于制造一M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法的概略性截面視圖；及圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的截面視圖；圖3A至3J為說明用于制造根據(jù)本發(fā)明的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法的概略性截面視圖。
圖2，圖3A-3J分別給出了根據(jù)本發(fā)明的在一光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的一個(gè)M×N薄膜致動(dòng)反射鏡301的陣列300的截面視圖，以及說明根據(jù)本發(fā)明的用于制造在一光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法的概略性截面視圖，其中M及N為整數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，在圖2、圖3A-3J中出現(xiàn)的類似部件以類似的參考數(shù)字表示。
圖2中，示出了本發(fā)明的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡301的陣列300的截面視圖，該陣列300包括有源矩陣210、鈍化層220、阻蝕層230及一M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311的陣列310。
該有源矩陣210包括一個(gè)基底212、一個(gè)M×N個(gè)連接端子214的陣列及一M×N個(gè)晶體管(未示出)的陣列，其中各連接端子214均與M×N晶體管陣列中的一個(gè)相應(yīng)晶體管電連接。
鈍化層220位于該有源矩陣210之上，該鈍化層由磷-硅玻璃(PSG)或氮化硅構(gòu)成，其厚度為0.1-2um。
阻蝕層230位于該鈍化層220之上，該阻蝕層由氮化物制成，其厚度為0.1-2um。
各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311均具有一個(gè)近端和一個(gè)遠(yuǎn)端，并包括一第一薄膜電極295、一個(gè)由細(xì)粒氧化物例如二氧化硅(SiO2)制成的阻隔件285、一個(gè)由壓電材料或電致伸縮材料構(gòu)成的電致位移件275、一個(gè)第二薄膜電極件265和一個(gè)彈性件255。薄膜電致位移件275放置在電極295、265之間，電極件295與大地電連接，從而在薄膜致動(dòng)反射鏡301中作為共同的偏置電極和反射鏡。第二薄膜電極265與相應(yīng)的各連接端子214相電連接，從而使其在各薄膜致動(dòng)反射鏡301中作為信號(hào)電極。阻隔件285位于第一薄膜電極295和薄膜電致位移件275之間，各致動(dòng)反射鏡301的近端的底部與有源矩陣210的頂部相連接，從而被懸臂支持住。
圖3A至3J說明用于制造本發(fā)明實(shí)施例的M×N個(gè)薄膜致動(dòng)反射鏡301的陣列300的方法的概略性截面視圖。
該陣列300的制造過程開始于準(zhǔn)備一有源矩陣210，該有源矩陣210包括帶有一M×N連接端子214陣列及一M×N晶體管陣列(未示出)的基底212。
在下一個(gè)步驟中，通過例如CVD法或者濺射法，將鈍化層220沉積在該有源矩陣210之上，該鈍化層220由例如PSG或氮化硅構(gòu)成，其厚度為例如0.1-2um。
隨后，通過例如CVD法或者濺射法，將阻蝕層230沉積在該鈍化層220之上，該阻蝕層由氮化物構(gòu)成，其厚度為0.1-2m，如圖3A所示。
在接著的步驟中，在阻蝕層230頂上形成一薄膜待除層240，該薄膜待除層的厚度為0.1-2um，并由金屬例如銅(Cu)或鎳(Ni)、磷-硅玻璃(PSG)或者多晶硅構(gòu)成。如果薄膜待除層240由金屬制成，則使用濺射法或蒸鍍法形成薄膜待除層240，如果薄膜待除層240由磷-硅玻璃(PSG)制成，則采用化學(xué)汽相淀積法(CVD)，如果薄膜待除層240由多晶硅制成，則采用CVD法。
然后，使用蝕刻法在薄膜待除層240中建立一M×N空槽245的陣列，各空槽245分別位于一個(gè)連接端子214的四周，如圖3B所示。
在接著的步驟中，通過使用CVD法，在包括空槽245的薄膜待除層240的頂上，沉積出一由絕緣材料制成的、厚度為0.1-2um的彈性層250。
接著，在彈性層250中形成一由金屬制成的M×N個(gè)導(dǎo)管216的陣列。各導(dǎo)管216通過下列步驟形成通過使用蝕刻法首先建立M×N孔的陣列(未示出)，各孔從彈性層250的頂部延伸至連接端子214的頂部，用金屬通過例如搬走法，填充這些孔中，如圖3C所示。
然后，利用濺射法或真空蒸鍍法，將由導(dǎo)電材料例如鉑(Pt)構(gòu)成的厚度為例如0.1-2um的第二薄膜電極層260，沉積在薄膜待除層250的頂部上，如圖3D所示，第二薄膜電極層240具有一個(gè)頂表面266。
第二薄膜層260的頂表面266被具有例如數(shù)千電子伏特的高能惰性離子束例如氬離子束所破壞，從而形成一個(gè)離子破壞表面268，如圖3E所示。
在隨后的步驟中，利用CVD法、濺射法、蒸鍍法或SOL-GEL法，將由壓電材料或電致伸縮材料構(gòu)成的、厚度為0.1-2um的薄膜電致位移層270，形成在第二薄膜電極層260的離子破壞表面268的頂上。第二薄膜層260的離子破壞表面268具有高表面能量，因此薄膜電致位移層270可以很容易地形成在離子破壞表面268上。然后，薄膜電致位移層270被熱處理，從而產(chǎn)生相變，如圖3F所示。
在以下的步驟中，利用濺射法、真空蒸鍍法或PECVD法，將由細(xì)粒氧化物例如二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的、厚度小于100埃的阻隔層280，形成在薄膜電致位移層的頂上。如圖3G所示。阻隔層280具有一個(gè)平的頂表面286。
在以后的步驟中，利用濺射法或真空蒸鍍法，將由導(dǎo)電并且反光的材料構(gòu)成的厚度為0.1-2um的第一薄膜層290，沉積在阻隔層280的頂上，以形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)200，如圖3H所示。
經(jīng)過上述步驟，利用光刻法或激光修剪法，多層結(jié)構(gòu)200被構(gòu)型，直到薄膜待除層240暴露出來，從而構(gòu)成一M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311的陣列310，其中每一個(gè)薄膜致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311包括一個(gè)第一薄膜電極295、一個(gè)阻隔件285、一個(gè)薄膜電致位移件275、一個(gè)第二薄膜電極265、一個(gè)彈性件255和導(dǎo)管216，如圖3I所示。在各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311中，第二薄膜電極265通過導(dǎo)管216電連接至連接端子214，作為信號(hào)電極。在每一個(gè)薄膜致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311中，第一薄膜電極295作為反射鏡的同時(shí)，也作為共同的偏置電極。
接著以上步驟，用一薄膜保護(hù)層(未示出)完全覆蓋各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)311。
然后通過使用蝕刻劑例如氟化氫，去除薄膜待除層240。
最后，通過干式蝕刻法例如等離子蝕刻法，去除該薄膜保護(hù)層，從而形成M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列，如圖3J所示。
需要提及的是，在本申請(qǐng)中，一個(gè)M×N薄膜致動(dòng)反射鏡301的陣列300以及用于制造該M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法被描述出來，其中為了提高構(gòu)成各薄膜致動(dòng)反射鏡301的薄膜之間的粘合性，阻隔層280被設(shè)置在電致位移層270之上，而且第二薄膜層260的頂表面266通過使用離子束而受到離子破壞。
此外，為了獲得較好的反射鏡的結(jié)構(gòu)和更高的光學(xué)效率，第一薄膜層290作為反射鏡形成在阻隔層280的頂上。
雖然以上僅參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離由所附權(quán)項(xiàng)敘述的本發(fā)明的范圍的前提下還可以作出其它的改型及變化。
權(quán)利要求
1.一種在光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡的陣列，其特征在于，該陣列包括一個(gè)有源矩陣，該有源矩陣包括個(gè)基底和一個(gè)M×N連接端子陣列；以及一個(gè)M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的陣列，各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)均具有一個(gè)近端和一個(gè)遠(yuǎn)端，并包括一第一薄膜電極、一個(gè)阻隔件、一個(gè)薄膜電致位移件、一個(gè)第二薄膜電極和一個(gè)彈性件，其中該薄膜電致位移件放置在二電極之間，阻隔件位于該第一薄膜電極和該薄膜電致位移件之間，該第二薄膜電極具有一個(gè)離子破壞頂表面，各致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的近端的底部與有源矩陣的頂部相連接，從而被懸臂支持住。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列，其特征在于，該有源矩陣還包括一個(gè)鈍化層和一個(gè)阻蝕層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列，其特征在于，該阻隔件由氧化物例如二氧化硅(SiO2)構(gòu)成。
4.一種制造用于光學(xué)投影系統(tǒng)的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟準(zhǔn)備一有源矩陣，該有源矩陣包括一個(gè)基底和一M×N連接端子陣列；在有源矩陣的頂上形成一薄膜待除層；在薄膜待除層中建立一M×N空槽的陣列，各空槽分別位于一個(gè)連接端子的四周；在包括空槽陣列的薄膜待除層的頂上沉積出一彈性層；形成一M×N對(duì)導(dǎo)管的陣列；將一第二薄膜層形成在包括導(dǎo)管的彈性層的頂部上；利用離子束破壞第二薄膜層的頂表面；沉積一個(gè)薄膜電致位移層；將一阻隔層形成在薄膜電致位移層的頂上；沉積一第一薄膜層，以形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)；構(gòu)型該多層結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成一M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的陣列；去除該薄膜保護(hù)層，從而形成一M×N薄膜致動(dòng)反射鏡陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括將一鈍化層沉積在該有源矩陣之上的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括將一個(gè)阻蝕層沉積在該鈍化層之上的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該離子束為惰性氣體離子束。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該阻隔層的厚度小于100埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，利用濺射法、真空蒸鍍法或PECVD法，對(duì)該阻隔層進(jìn)行沉積。
全文摘要
一種在光學(xué)投影系統(tǒng)中使用的M×N薄膜致動(dòng)反射鏡的陣列及其制造方法,該陣列包括:一個(gè)有源矩陣,包括一個(gè)基底和一個(gè)M×N連接端子陣列;及一個(gè)M×N致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)的陣列,各薄膜致動(dòng)反射鏡機(jī)構(gòu)均包括一第一薄膜電極、一個(gè)阻隔件、一個(gè)薄膜電致位移件、一個(gè)第二薄膜電極和一個(gè)彈性件,其中為了提高構(gòu)成各薄膜致動(dòng)反射鏡的薄膜之間的粘合性,阻隔層被設(shè)置在電致位移層之上,第二薄膜層的頂表面通過使用離子束而受到離子破壞。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1177110SQ97111910
公開日1998年3月25日 申請(qǐng)日期1997年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月29日
發(fā)明者金貨年 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社