CN101213481B - 微镜阵列装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的空间光调制器包括微镜阵列，其中的每一微镜具有反射性可偏转镜板。提供一组支柱来用于将所述镜板保持在衬底上，但并不是微镜阵列的所有微镜均具有支柱。

Description

微镜阵列装置及其制造方法
技术领域
本发明大体而言涉及微机电装置技术领域，且更具体而言，涉及用于显示系统中的微镜阵列装置。
背景技术
微镜阵列是基于微机电系统(MEMS)的空间光调制器(SLM)的主要组件。SLM是传感器，其用于以对应于光或电输入的空间图案来调制入射光束。典型的基于MEMS的SLM由可单独寻址的微镜阵列组成。每一微镜由附装至可变形铰链上的可偏转反射镜板组成，所述可变形铰链形成于衬底上以使得镜板可在衬底上旋转。通过静电力可使每一单独的镜板独立偏转。静电力源自于在镜板与电极之间形成的静电场。入射到微镜上的入射光束的反射可由此得到控制，例如，通过改变施加至微镜上的静电力来偏转微镜。基于MEMS的SLM已经历巨大发展，且已实施于许多应用之中，其中之一是用于数字显示系统中。在显示应用中，每一微镜与所显示图像的一像素相关联。为产生亮的像素，以使来自微镜的反射光射至目标上以便观看的方式来设置与该像素相关联的微镜的状态。为产生暗的像素，调节微镜的状态以使来自该微镜的反射光远离显示装置投射。为了显示黑白图像，微镜阵列由一束光来照明。通过根据所需图像的像素的亮度来调整微镜的反射状态，来自各个微镜的所有反射光的聚合效果便会产生所需图像。还可使用具有脉宽调制和顺序彩色显示技术的微镜阵列来显示灰阶和彩色图像，在本文中不再详细论述这一点。
已经开发出构成SLM的微镜阵列的各种变化形式。不论如何变化，微镜都是用于显示系统的SLM的主要组件，且所显示的图像的质量取决于该微镜的完整性和功能。因此，需要一种将简化所述产品及其制造的方法和装置。
发明内容
本发明的目的和优点将显而易见，并将部分地显现于下文中，且通过本发明得到实现，本发明提供一种用于操作显示系统中的空间光调制器的像素的方法和设备。在随附的独立权利要求项的特征中实现本发明的这些目的。较佳实施例则在附属权利要求项中表征。
附图说明
尽管随附的权利要求书详细阐述了本发明的特征，但根据下文的详细说明并结合附图可更好地了解本发明及其目的和优点，其中：
图1图解说明一种可在其中实施本发明某些实施例的具有空间光调制器的实例性显示系统；
图2a图解说明图1中所示实例性空间光调制器的一部分的透视图；
图2b图解说明图2a中所示另一空间光调制器的剖面图；
图3图解说明根据本发明一实施例的另一实例性空间光调制器的透视图；
图4图解说明一种实例性微镜；
图5图解说明另一实例性微镜；及
图6a至6c图解说明在实例性制造过程期间图2b所示微镜的剖面图。
具体实施方式
在本发明的微镜阵列装置中，为阵列中选定的微镜提供支柱，然而，微镜阵列的所有可偏转镜板均由所提供的支柱支撑和保持，以使镜板可在衬底上独立地寻址及偏转。出于这一目的，根据特定图案将微镜的铰链互连。支柱分布于整个微镜阵列上，并将铰链连接至衬底。可根据铰链的连接图案、以及铰链的机械性质及/或铰链接头的机械性质来确定支柱的位置。因此，微镜阵列中的一个或多个微镜未设置有支柱。这种微镜的镜板和铰链由其他铰链和支柱来保持。同时，在微镜阵列中可存在具有最多一个支柱直接连接到上面的微镜。
下文说明将参考图式，所述图式是基于仅出于阐述目的而选定的实例，而不应视为对本发明的限制。其他不背离本发明精神的变化形式也可适用。
本发明的微镜阵列装置具有各种应用，其中之一是用在显示系统中。图1显示采用包括微镜阵列的空间光调制器的实例性显示系统。在其基本配置中，显示系统100包括光源102、光学装置(例如光导管104、聚光透镜108及投影透镜112)、显示目标114及空间光调制器110，空间光调制器110又进一步包括多个微镜装置(例如微镜阵列)。光源102(例如弧光灯)通过光积分器/光导管104、色轮106及聚光透镜108发出光线并照射到空间光调制器110上。尽管在该实例中将色轮定位于光导管之后，但是色轮也可定位于光导管之前。空间光调制器110的微镜由控制器选择性地致动(例如，如2002年5月14日颁予的第6,388,661号美国专利所揭示，该专利以引用方式并入本文中)，以将入射光线反射(当处于其“开”位置时)到投影光学装置112中，从而在显示目标114(屏幕、观看者的眼睛、光敏材料等)上形成图像。大体而言，经常使用更加复杂的光学系统，尤其是在用于彩色图像的显示应用中。
图2a绘示一可用于图1所示空间光调制器110的微镜阵列的实例。出于简化目的，仅显示4×4个微镜。通常，微镜阵列可具有上百万个微镜，尤其是在显示系统中。例如，微镜阵列可具有1024×1768个、或1280×1024、或1600×1024个或甚至更多数量的微镜。
微镜阵列可构造成具有25微米或以下、或10.16微米或以下、或4.38微米～10.16微米的间距(相邻微镜之间的中心距)。相邻微镜之间的间隙约为0.5微米或以下、或0.1微米～0.5微米。且微镜的镜板具有20微米～10微米的尺寸。
在图2a所示具体实例中，微镜阵列形成于衬底201上，衬底201可以是透光性衬底，例如玻璃或石英。每一微镜包括镜板(例如镜板210)和铰链(例如铰链206)。镜板附装至铰链上，使得镜板可相对于衬底旋转。铰链由衬底上的铰链支撑件(例如铰链支撑件204)保持。阵列中的微镜的铰链支撑件沿微镜阵列的方向互连。例如，沿AA方向的微镜210、212、214和216的铰链支撑件互连—形成铰链支撑条(例如铰链支撑条209)。如图中所示的铰链支撑条是沿AA方向，此为微镜阵列的一条对角线。在本发明的其他实施例中，微镜阵列的铰链支撑条可沿微镜阵列平面中的任何所需方向。例如，铰链支撑条可沿边缘、或沿与微镜阵列的边缘成一角度的方向。微镜阵列可具有多个铰链支撑条，在俯视时，这些铰链支撑条在平面图中相互平行。或者，微镜阵列可具有不相互平行的铰链支撑条，这未在图中示出。
图2b是沿图2a所示AA方向截取的剖面图。微镜的镜板附装至由铰链支撑件保持的铰链上。例如，镜板210通过铰链触点207附装到可变形铰链上。铰链由图2a中所示的铰链结构209保持。微镜210、212、214和216的铰链支撑件相互连接，形成铰链支撑条218。铰链支撑条通过支柱202和203支撑、保持并连接到衬底201上。支柱202和203分别连接到微镜211铰链结构的一端及微镜217的铰链结构的一端。然而，微镜212和214的铰链结构不直接连接到支柱上。也就是说，微镜212和214的镜板211和213通过铰链和铰链支撑件分别连接到衬底上，而铰链支撑条和支柱是连接到除微镜212和214以外的微镜(例如微镜210和216)的铰链支撑件。当然，也可应用支柱的其他布置。具体而言，可根据铰链支撑件的机械性质为微镜提供支柱。例如，只需为具有刚性铰链或铰链支撑件的微镜提供较少的支柱。
如图3中所示，在微镜阵列中的微镜的铰链支撑件也可互连以形成铰链支撑框架。参照图3，微镜的铰链支撑件在BB和CC两个方向上均互连—形成铰链支撑框架。BB和CC方向可以或可不相互垂直。BB和CC方向可以或可不平行于微镜阵列的边缘。通过这一铰链支撑框架，微镜阵列的机械稳定性和可靠性可肯定得到改良。
尽管图中未示出，但微镜阵列中的微镜的铰链支撑件可互连成铰链支撑条、或铰链支撑框架、或铰链支撑网格、或这些结构的组合。在一情况中的微镜的铰链支撑件可独立，不连接至其他铰链支撑件。
铰链支撑条(框架和网格(如有))由衬底上的多个支柱支撑和保持。支柱定位在衬底上的铰链支撑条(框架或网格(如有))之间，并将铰链支撑条(框架或网格(如有))连接至衬底上。在本发明的一实施例中，每一支柱连接到微镜阵列中的一微镜的铰链支撑件上。支柱可沿镜板的轴线在一端或两端定位，以支撑铰链支撑件(即图4中所示铰链支撑件304、或图5中所示铰链支撑件324)。然而，并不是微镜阵列中的微镜的所有单独的铰链支撑结构均直接连接在一个或两个支柱上。例如，微镜的铰链支撑件可仅有一个支柱将该铰链支撑件连接到衬底上，且将该铰链支撑件支撑在衬底上，或者微镜上可不形成支柱。在此情况下，铰链和保持铰链的铰链支撑件均由铰链支撑条(及/或铰链支撑框架)支撑，不带支柱的铰链支撑件连接到铰链支撑条(及/或铰链支撑框架)上。
根据本发明，仅为微镜阵列中的选定微镜的铰链支撑件提供支柱。具体而言，要提供有支柱的微镜可根据预定的标准来选择。作为实例，所述标准可以是：沿给定方向(例如微镜阵列的对角线或由微镜的铰链结构的所配置界定的任何方向)为每特定数量m个微镜提供支柱；或为从微镜阵列中随机选定的微镜提供支柱；或根据铰链支撑件及/或铰链条(或框架或网格(如有))的机械性质来提供及分布支柱。
作为实例，微镜阵列可具有多个提供有至少两个支柱的第一微镜、及多个提供有少于两个支柱的第二微镜，其中第一微镜数量与第二微镜数量之比为1∶2或以下，例如1∶3、或1∶4、或1∶5。作为另一实例，具有至少两个支柱的微镜总数是微镜阵列中微镜总数的约90％或以下，例如80％或以下、或70％或以下、或60％或以下、或50％或以下、或甚至40％或以下。作为又一实例，没有支柱的微镜总数可以是微镜阵列中微镜总数的约5％或以上、例如10％或以上、30％或以上、或50％或以上。或者，分别具有至少一个支柱的微镜数量是不带支柱的微镜总数的约90％或以下，例如80％或以下、或70％或以下、或50％或以下、或45％或以下。
在另一实例中，微镜阵列包括一群组第一微镜装置，其中每一微镜装置包括可偏转镜板、可变形铰链及至少两个支柱以用于将镜板和铰链保持在衬底上方；一群组第二微镜装置，其中每一微镜装置包括可偏转镜板、可变形铰链及至多一个支柱以用于将镜板和铰链保持在衬底上方；其中第一微镜的数量与第二微镜数量之比是1∶2或以下。第一微镜的数量可以是微镜阵列中的微镜总数的70％或以下，例如50％或以下、30％或以下。第二微镜数量可以是微镜阵列中的微镜总数的50％或以上。该一群组第二微镜可进一步包括一子群组第三微镜，其中每一微镜不带支柱；及一子群组第四微镜，其中每一微镜具有单个支柱，其中所述群组中第三微镜的数量是第二微镜总数的10％或以下。所述群组中第三微镜的数量可以是第二微镜总数的5％或以下，例如1％或以下。所述群组中第四微镜的数量可以是第二微镜总数的95％或以上、85％或以上、75％或以上。
在微镜阵列中，支柱总数与镜板总数n之比较佳为小于(n+1)/n，例如小于(n+1)/2n。
在运作中，照明光射向微镜的镜板，在此处调制照明度以(例如)产生所需图像。然而，照明光可由暴露于照明光中的支柱部分散射，而产生不需要的散射光。在显示应用中，这些散射光会降低反差比，因此降低所显示图像的质量。出于这一原因，将支柱(支柱的至少暴露于照明光中的部分)涂覆光吸收材料。
如图2A和3中所示的那些微镜阵列的微镜可具有各种配置，其中之一如图4中所示。该特定实例显示具有两个支柱302，在支撑铰链306的铰链支撑件304的每一端上各有一个。铰链支撑件304在微镜的镜板的对角线上运作。其在镜板中心轴上方的位置允许其非对称旋转，也就是说，其能够在一个方向上比在另一方向上偏转至更大的角度。还可使用止动机制的一些变化形式来控制镜偏转的角度，例如在该实例中的尖端310。图5绘示微镜的又一实施例，其具有不同的形状和结构。与图3a中所示镜板不同，该镜板具有锯齿状边缘。这些锯齿状边缘的一个优点是其减少了光散射量。
微镜阵列的各微镜均具有镜板和附装镜板的铰链，以使该镜板可相对于衬底旋转。可相对于入射光而言将铰链形成于镜板下面。具体而言，镜板可定位于铰链与透光性衬底之间。这一配置具有许多优点。例如，因为铰链位于镜板下方，其不会暴露在入射光中。因此，可避免来自铰链的不需要的光散射。所显示的图像的质量(例如所显示图像的反差比)与具有暴露铰链的微镜相比可得到改良。
根据本发明的一个实施例，镜板附装至铰链上以使镜板和铰链位于平行于衬底的不同平面中，并可操作以非对称旋转。具体而言，镜板在一个方向上比在另一方向上旋转至更大的角度(例如当在具有“开”状态和“关”状态的二元状态模式下工作时的“开”状态角度更大)。出于这一目的，镜板可附装到铰链上以使附装点不在镜板的几何中心上或其周围。当从上面形成有微镜的衬底的顶部俯视时，镜板的旋转轴可平行于但偏离镜板的对角线。当然，其他其中镜板对称旋转的配置也可适用。
为了分别偏转微镜阵列的各微镜，可提供电极和电路的阵列，使每一电极与一微镜相关联。在工作中，在微镜的镜板与同各个微镜相关联的电极之间形成静电场，以使镜板可响应于源自所述静电场的静电力而偏转。在一个实施例中，电极和电路可形成于半导体衬底上，所述半导体衬底按规定的距离靠近上面形成有微镜的所述衬底布置。或者，微镜阵列及电极和电路的阵列可形成于相同的衬底上，例如半导体衬底上。
下文将参考图6a至图6c来论述用于制造本发明的微镜和微镜阵列的示范性制作过程。均颁予Reid的于2001年7月20日申请第09/910,537号美国专利申请案及于2001年6月22日申请的第60/300,533号美国专利申请案包含可用于本发明的各种组件的材料的一些实例。这些专利申请案也以引用方式并入本文中。实例性过程仅用于示范目的，且不应视为对本发明范畴的限制。具体而言，尽管并不仅限于此，但是实例性微镜形成在对可见光透明的玻璃衬底上，且电极和电路形成在单独的衬底上，例如硅晶圆上。然而，另一选择为，微镜和电极及电路可形成在相同的衬底上，此并不超出本发明的范畴或不改变本发明的本质。例如，微镜衬底可形成在透光的转移衬底上。具体而言，微镜板可形成在转移衬底上，且然后微镜衬底随转移衬底一同附装到另一衬底上，例如透光性衬底上，随后移除转移衬底并将微镜衬底图案化以形成微镜。
图6a图解说明图2b中所示实例性微镜阵列的剖面图。微镜阵列形成在对可见光透明的衬底400上(例如，玻璃、1737F、Eagle 2000、石英、PyrexTM、和蓝宝石)。第一牺牲层402沉积在衬底400上。根据牺牲材料的选择及所选的蚀刻剂，第一牺牲层402可以是任何适宜材料，例如非晶硅，或可替代地为聚合物或聚酰亚胺、或甚至为多晶硅、氮化硅、二氧化硅及钨。在本发明的实施例中，第一牺牲层是非晶硅，且较佳在300-350℃温度下沉积。根据微镜的大小和微镜的所需倾斜角，第一牺牲层的厚度范围可以很宽广，尽管较佳为
Figure G05841816820070608D000061
的厚度，较佳为接近
Figure G05841816820070608D000062
可使用任何适当方法(例如LPCVD或PECVD)将第一牺牲层沉积在衬底上。
作为本实施例的可选特征，可在衬底400的表面上沉积减反射膜。沉积减反射膜以减少来自衬底表面的入射光的反射。当然，可根据需要在玻璃衬底的两个表面之一上沉积其他光学增强膜。除光学增强膜之外，一电极可形成在衬底400的表面上。电极可在镜板周围形成为电极网格或一系列电极段(例如电极条)。或者，电极可形成为在衬底400的表面上的电极膜，在这种情况下，电极膜对可见光是透明的。电极可用来将镜板驱动到“开”状态或“关”状态。或者，在玻璃衬底的表面上及每一微镜的周围或下方可沉积光吸收网格。光吸收框架吸收到达衬底的入射光及/或来自微镜边缘的散射光。通过防止光从衬底上意外反射，散射光的吸收提高了微镜性能(例如反差比)的品质。
在沉积第一牺牲层之后，形成微镜的镜板(例如镜板404、414、416和418)，互连镜板的铰链支撑件，例如在该实例中互连成铰链支撑条形式或互连成框架形式。在第一牺牲层上沉积镜板并将其图案化。因为微镜指定用于反射在所关心光谱(例如可见光光谱)中的入射光，较佳地，微镜板层包括对入射光呈现出高反射率(较佳为90％或更高)的一种或多种材料。根据所需的机械性质(例如弹性模量)、微镜的大小、所需的“开”状态角和“关”状态角、镜板的电子性质(例如导电性)和选择用来形成微镜板的材料的性质，微镜板的厚度范围可以很宽广。根据本发明，镜板的厚度较佳为从至
Figure G05841816820070608D000064
较佳为约
Figure G05841816820070608D000065
。在本发明的给定实施例中，镜板是多层结构，其包括具有较佳厚度约的SiOx层、具有较佳厚度约
Figure G05841816820070608D000067
的光反射铝层、具有较佳厚度约
Figure G05841816820070608D000068
的钛层、及TiNx层。除铝之外，对可见光具有高反射率的其他材料(如Ti、AlSiCu和TiAl)也可用于光反射层。这些镜板层可通过PVD在温度较佳为约150℃时沉积。
在沉积之后，将镜板404、414、416和418图案化成所需形状，例如图3a或图3b中所绘示的形状。通过使用标准的光阻剂图案化及随后的蚀刻(使用例如CF4、Cl2，或根据微镜板层的具体材料而使用其他适宜蚀刻剂)，可实现微镜的图案化。
在将镜板图案化之后，将第二牺牲层412沉积在第一牺牲层402和镜板404、414、416和418上。第二牺牲层可包括非晶硅、或另一选择为可包括上文关于第一牺牲层所述的各种材料中的一种或多种。第一和第二牺牲层无需相同，尽管在较佳实施例中它们是相同的以使后续用于去除这些牺牲材料的蚀刻过程可简化。如同第一牺牲层一样，可使用任何适当的方法(例如LPCVD或PECVD)来沉积第二牺牲层。在本发明的实施例中，第二牺牲层包括在约350℃下沉积的非晶硅。第二牺牲层的厚度可约为
Figure G05841816820070608D0000610
，但可根据微镜板与铰链之间的所需距离(在与微镜板和衬底垂直的方向上)而调节成任何合理的厚度，例如在
Figure G05841816820070608D0000611
与
Figure G05841816820070608D0000612
之间。较佳使铰链和镜板相隔0.1至1.5微米、更佳为0.1至0.45微米、且尤佳为0.25至0.45微米的距离的间隙。也可使用更大的间隙，例如0.5至1.5微米、或0.5至0.8微米、或0.8至1.25微米、或1.25至1.5微米的间隙。
在本发明的较佳实施例中，微镜板包括铝，且牺牲层(例如，第一和第二牺牲层)是非晶硅。然而，这种设计可因铝和硅的扩散而引起缺陷，尤其是在镜板边缘周围。为解决这一问题，在沉积第二牺牲硅层之前可在经图案化的微镜板上沉积一保护层(未示出)，以使铝层可与硅牺牲层隔离。在清除牺牲材料之后，可以或可不清除该保护层。如果没有清除保护层，则在沉积在镜板上之后，其将进行图案化。
然后如图中所示，使用标准的微影技术及随后使用蚀刻对所沉积的第二牺牲层进行图案化以形成两个深通路区406和420(用于支柱，例如图2b中分别为支柱202和203)和浅通路区410、424、426和428(用于铰链触点，例如图2b中所示铰链触点207、224、226和228)。出于简明和示范目的，浅通路区可能看起来相对于镜板居中；然而，浅通路区应根据微镜的设计及其铰链触点的位置相对于镜板定位。例如，根据图2b中所示微镜阵列的实施例，浅通道区应相对于镜板中心不对称分布并应按照这种方式形成。根据第二牺牲层的具体材料，可使用Cl2、BCl3、或其他适宜蚀刻剂来执行蚀刻步骤。从一深通路区至下一深通路区之间的距离取决于所界定的铰链支撑条或图案的长度。在所述给定实施例中，不应在连接至铰链支撑条的微镜的两相邻镜板之间形成深通路区，因为在两相邻的微镜之间没有提供支柱，仅在微镜所连接到的铰链支撑条的每一端处有一个支柱。出于简明及示范目的，在图4a中所示的该制造过程的截面中仅显示4个微镜；然而，深通路区应根据微镜阵列的设计及提供用来支撑微镜铰链支撑件的支柱的图案来相对于微镜及相对于彼此进行定位。为形成浅通道区，可执行使用CF4或其他适宜蚀刻剂的蚀刻步骤。在该实施例中，浅通道区—其可为任何适宜尺寸—在平行于镜板和衬底的平面中的截面面积较佳约为2.2平方微米，且在该实施例中，每一深通路的大小在平行于镜板和衬底的平面中的截面面积为约1.0平方微米。
将第二牺牲层进行图案化之后，在经图案化的第二牺牲层上沉积铰链支撑层408。因为铰链支撑件指定用于保持铰链及微镜板，所以需要铰链支撑层包括具有大弹性模量的材料。根据本发明的一个实施例，铰链层408包括通过PVD沉积的厚度为(尽管其可包括TiNx，且可具有介于
Figure G05841816820070608D000072
与
Figure G05841816820070608D000073
之间的厚度)的TiNx层、及通过PECVD沉积的厚度为
Figure G05841816820070608D000074
(尽管SiNx层的厚度可介于
Figure G05841816820070608D000075
与
Figure G05841816820070608D000076
之间)的SiNx层。当然，可使用其他适宜材料和沉积方法(例如LPCVD或溅射法)。TiNx层并不是本发明所必需的，但其在微镜与铰链之间提供导电接触表面以减少由电荷所感应的静态阻力。
在沉积之后，铰链支撑层408经图案化形成所需构造，例如图2a中所示铰链支撑条209的构造，或图3中所示铰链支撑框架252的构造或任何其他数量的可能构造，在本文中不一一列示。在将铰链支撑层进行图案化时执行一使用一种或多种适宜蚀刻剂的蚀刻步骤。具体而言，可使用氯化学品或氟化学品对所述层进行蚀刻，其中蚀刻剂为全氟烃或氢氟烃或SF6，其受到激励以通过化学和物理两种方式对铰链支撑层进行选择性蚀刻(例如，等离子体/RIE蚀刻，其使用CF4、CHF3、C3F8、CH2F2、C2F6、SF6等，更可能为上述蚀刻剂的组合，或使用额外的气体(例如CF4/H2、SF6/Cl2或使用不止一种蚀刻物质的气体，如CF2Cl2)，所有这些蚀刻剂均可能与一种或多种可选惰性稀释剂一同使用)。当然，可以采用不同的蚀刻剂来蚀刻每一铰链支撑层(例如氯化学品用于金属层，碳氢化合物或氟碳化合物或SF6等离子体用于硅或硅化合物层，等等)。
参照图6b，在将铰链支撑层进行图案化之后，接触区(例如接触区506)的底部段被移除，且因此接触区下面的微镜板的一部分暴露给沉积在经图案化的铰链支撑层上的铰链层504，以形成与外部电源的电接触。在图案化之后，接触区506的侧壁留有铰链支撑层的残余物。侧壁上的残余物有助于增强铰链的机械性质和电性性质。如果选定的相邻微镜确实共享一个支柱，一个微镜的深通路区可与对应于阵列中相邻微镜的深通路区形成连续元件。在所述微镜之间将仅需要形成一个深通路区。当然，如果没有支柱，将不会形成深通路区。
在本发明的实施例中，铰链层还用作微镜板的电触点。需要使铰链层的材料具有导电性。用于铰链层的适宜材料的实例包括氮化硅、氧化硅、碳化硅、多晶硅、Al、Ir、钛、氮化钛、氧化钛、碳化钛、CoSiNx、TiSiNx、TaSiNx、或其他三元及更高化合物。当选择钛用于铰链层时，其可在100℃下沉积。或者，铰链层可包括多层，例如
Figure G05841816820070608D000081
厚的TiNx及厚的SiNx。
在沉积之后，接着使用蚀刻根据需要对铰链层进行图案化。如同铰链支撑层一样，可使用氯化学品或氟化学品对铰链层进行蚀刻，其中蚀刻剂为全氟烃或氢氟烃或SF6，其受到激励以通过化学和物理两种方式对铰链层进行选择性蚀刻(例如，等离子体/RIE蚀刻，其使用CF4、CHF3、C3F8、CH2F2、C2F6、SF6等，或更可能使用上述蚀刻剂的组合或使用额外的气体(例如CF4/H2、SF6/Cl2或使用不止一种蚀刻物质的气体，如CF2Cl2)，所有这些蚀刻剂均可能与一种或多种可选惰性稀释剂一同使用)。当然，可以采用不同的蚀刻剂来蚀刻每一铰链层(例如氯化学品用于金属层，碳氢化合物或氟碳化合物或SF6等离子体用于硅或硅化合物层，等等)。
在形成铰链之后，通过移除第一及第二牺牲层的牺牲材料，使微镜得到释放。图6c显示经释放的微镜装置的剖面图。移除第一和第二牺牲层及随后释放微镜装置会允许镜板在受到电极如此驱动时偏转。
为有效移除牺牲材料(例如非晶硅)，释放蚀刻使用能够对牺牲材料进行自发性化学蚀刻、较佳通过化学(而非物理)方式移除牺牲材料的各向同性蚀刻的蚀刻气体。于1999年10月26日申请的颁予Patel等人的第09/427,841号美国专利申请案中及于2000年8月28日申请的颁予Patel等人的第09/649,569号美国专利申请案中揭示了用于执行这种化学蚀刻的这种化学蚀刻及设备，每一专利申请案的标的物以引用方式并入本文中。用于释放蚀刻的较佳蚀刻剂是除视需要应用温度外未受到激励的气相氟化物蚀刻剂。其实例包括HF气体、惰性气体卤化物(例如二氟化氙)、及卤间化合物(例如IF5、BrCl3、BrF3、IF7和ClF3)。释放蚀刻可包括惰性气体成分，例如N2、Ar、Xe、He等。通过此种方式，移除剩余的牺牲材料，且释放微机械结构。在这一实施例的一个方面中，在带有稀释剂(例如N2和He)的蚀刻室中提供XeF2。XeF2的浓度较佳为8托，尽管浓度可在从1托至30托或更高之间变化。较佳采用这种非等离子体蚀刻达900秒，尽管根据温度、蚀刻剂浓度、压力、要移除的牺牲材料的量或其他因素而定，该时间可在从60秒至5000秒之间变化。蚀刻速率可保持恒定为
Figure G05841816820070608D000091
，尽管蚀刻速率可在从至
Figure G05841816820070608D000093
之间变化。可在室温下执行释放过程的每一步骤。
除了提及用于最终释放中或中间蚀刻步骤中的上述蚀刻剂和蚀刻方法之外，还有其他可自身或组合使用的蚀刻剂或蚀刻方法。其中的一些包括湿蚀刻剂，例如ACT、KOH、TMAH、HF(液体)；氧等离子体、SCCO2、或超临界CO2(在第10/167,272号美国专利申请案中说明了使用超临界CO2作为蚀刻剂，所述美国专利申请案以引用方式并入本文中)。然而，与通过其他蚀刻方法来移除其他牺牲材料(例如有机材料)的效率相比而言，自发性气相化学蚀刻剂更佳，因为在相邻镜板之间的小间隙中及层之间的横向间隙中可更有效地移除牺牲材料，例如非晶硅材料。尽管并非在本发明的所有实施例中均要求使用所述蚀刻方法，但使用这种自发性气相化学蚀刻剂可更容易地制作具有极小间隙、小间距、及在铰链与镜板之间具有小距离的微镜阵列。
所属技术领域的技术人员将了解，本文已说明一种新的微镜阵列装置。然而，考虑到可应用本发明原理的许多可能的实施例，应认识到，本文根据图式所阐述的实施例仅意欲作为例示性实施例，且不应视为是对本发明的范畴的限制。例如，所属技术领域的技术人员将认识到，所示实施例可在不背离本发明的精神的情况下在结构和细节方面进行修改。具体而言，可在由封装衬底和覆盖衬底形成的空间中填充其他保护性材料，例如惰性气体。因此，本文所述的发明涵盖可归属于上文权利要求书及其等价内容的范围内的此等实施例。在权利要求书中，根据35U.S.C.§112第六段，只有由用语“用于...的手段”所表示的元件打算被视为手段加功能的权利要求项。

Claims (29)

1.一种投影系统，其包括：
照明系统，其提供要入射到空间光调制器上的光束；
所述空间光调制器，其包括：
微镜阵列，每一微镜定位在一个像素位置处，其进一步包括：
在第一像素位置处的第一微镜，其包括：
可偏转反射镜板，其附装至可变形铰链，所述可变形铰链在所述第一像素位置处由支柱支撑在衬底上；及
在第二像素位置处的第二微镜，其包括：
可偏转反射镜板，其附装至可变形铰链，所述可变形铰链在所述第二像素位置处不由支柱支撑于所述衬底上；及
光学元件，其用于将光引导至或引导出所述空间光调制器。
2.如权利要求1所述的投影系统，其包括用于将所述光束引导至所述空间光调制器的第一光学元件；还包括用于将所述光束自所述空间光调制器投影到目标上的第二光学元件。
3.如权利要求1所述的投影系统，其中为多个第一微镜提供至少两个支柱且为多个第二微镜提供少于两个支柱，其中第一微镜的数量与微镜总数之比是1∶2或以下。
4.如权利要求1所述的投影系统，其中为多个第三微镜提供至少一个支柱且不为多个第四微镜提供支柱，其中第三微镜的数量与微镜总数之比是1∶3或以下。
5.如权利要求4所述的投影系统，其中所述比率是1∶4或以下。
6.如权利要求1与3至5中任一权利要求所述的投影系统，其中形成所述可变形铰链的材料包括TiNx、TiSixNy或SiNx。
7.如权利要求1或2所述的投影系统，其中所述微镜阵列的每一微镜具有用以保持所述微镜的所述铰链的铰链支撑件。
8.如权利要求7所述的投影系统，其中所述微镜阵列中的一组所述铰链支撑件互连到一起而形成铰链支撑、框架或网格。
9.如权利要求1所述的投影系统，其中所述镜板及/或铰链由自硅衬底图案化而成的单晶硅制成。
10.如权利要求1或2所述的投影系统，其中所述第一微镜的镜板的支柱上面包括光吸收层，以用于吸收来自所述照明系统的入射到其上面的光。
11.一种投影系统，其包括：
照明系统，其用于为所述投影系统提供光束；
空间光调制器，其包括：
微镜阵列，其中的至少一者包括：
可偏转反射镜板，其附装至由支柱直接支撑于衬底上的可变形铰链上；及其中的至少另一者包括：
可偏转反射镜板，其附装至不由支柱直接支撑于所述衬底上的可变形铰链上；
光学元件，其用于将光引导至所述空间光调制器或从所述空间光调制器引导出。
12.一种投影系统，其包括：
光源，其用于提供光至微镜阵列上；
微镜阵列，其包括第一群组及第二群组，其中所述第一群组的微镜每一者均具有一微镜板及毗邻所述微镜板以用于可偏转地支撑所述微镜板的两个支柱，且其中所述第二群组的微镜中每一者均具有一微镜板及毗邻所述微镜板以用于可偏转地支撑所述微镜板的单个支柱。
13.如权利要求12所述的投影系统，其中所述微镜阵列包括第三群组，所述第三群组中每一者均具有一微镜板且毗邻所述微镜板没有支柱，其中所述第三群组微镜连接至毗邻的微镜以用于支撑。
14.一种显示系统，其包括：
照明系统；
空间光调制器，其包括：
衬底；
在所述衬底上的反射性可偏转镜板阵列；
铰链及铰链支撑件阵列，每一铰链由所述铰链支撑件保持并附装至镜板上，以使所述镜板可相对于所述衬底旋转；及
其中所述铰链支撑件的第一铰链支撑件连接有将所述第一铰链支撑件连接到所述衬底上的支柱，且其中所述铰链支撑件的第二铰链支撑件没有直接将所述第二铰链支撑件连接至所述衬底的支柱；及光学元件，其用于将光引导至所述空间光调制器或从所述空间光调制器引导出。
15.如权利要求14所述的显示系统，其中每一支柱直接将所述铰链支撑件阵列中的一者连接至所述衬底，且其中所述铰链支撑件阵列中的至少一者不直接连接至支柱上；
16.如权利要求14所述的显示系统，其中所述铰链支撑件阵列中的一组互连在一起而形成铰链支撑、框架或网格。
17.如权利要求14所述的显示系统，其中为多个第一镜板提供至少两个支柱且为多个第二镜板提供少于两个支柱，其中第一镜板的数量与镜板总数之比是1∶2或以下。
18.如权利要求14所述的显示系统，其中为多个第三镜板提供至少一个支柱且不为多个第四镜板提供支柱，其中第三镜板的数量与镜板总数之比是1∶3或以下。
19.如权利要求18所述的显示系统，其中所述比率是1∶4或以下。
20.如权利要求14、16、17至19中任一权利要求所述的显示系统，其中形成所述铰链的材料包括TiNx、TiSixNy或SiNx。
21.一种空间光调制器，其包括：
衬底；
在所述衬底上的反射性可偏转镜板阵列；
包含一组铰链支撑件的铰链支撑框架，每一铰链支撑件保持可变形铰链，所述可变形铰链附装有所述镜板阵列的镜板；及
多个支柱，其定位在所述铰链支撑框架与所述衬底之间，以将所述铰链支撑件支撑于所述衬底上，从而使所述镜板可在所述衬底上旋转；
其中至少一个铰链支撑件直接连接到少于两个支柱上。
22.一种投影系统，其包括：
照明系统；及
空间光调制器，其包括：
一群组第一微镜装置，其中的每一者包括可偏转反射镜板、可变形铰链、及至少两个支柱以用于将所述镜板及铰链保持在衬底上方；及
一群组第二微镜装置，其中的每一者包括可偏转镜板、可变形铰链、及最多一个支柱以用于将所述镜板及铰链保持在衬底上方；
其中所述第一微镜与所述第二微镜的数量之比是1∶2或以下。
23.如权利要求22所述的投影系统，其中所述群组第二微镜进一步包括：其中的每一者均不带支柱的第三微镜子群组，及其中的每一者均具有单个支柱的第四微镜子群组，其中所述第三微镜的数量是所述群组中的所述第二微镜总数的10％或以下。
24.如权利要求23所述的投影系统，其中所述第四微镜的数量是所述群组中第二微镜总数的95％或以上。
25.一种投影系统，其包括：
照明系统；及
空间光调制器，其包括：
一群组第一微镜装置，其中的每一者包括可偏转反射镜板、可变形铰链、及至少两个支柱以用于将所述镜板及铰链保持在衬底上方；及
一群组第二微镜装置，其中的每一者包括可偏转镜板、可变形铰链、及最多一个支柱以用于将所述镜板及铰链保持在衬底上方；
其中所述第一微镜的数量是所述微镜阵列中的微镜总数的70％或以下。
26.如权利要求25所述的投影系统，其中所述第二微镜的数量是所述微镜阵列中的微镜总数的30％或以上。
27.一种用于制造空间光调制器的方法，其包括：
在衬底上沉积第一及第二牺牲层；
在所述第一及第二牺牲层上形成镜板阵列及用于所述镜板的多个支柱，其中所述多个支柱的数量与镜板总数n之比小于(n+1)/n；
形成用于每一镜板的铰链；及
移除所述第一及第二牺牲层以释放所述镜板。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述第一及第二牺牲层包括非晶硅；且其中移除所述第一及第二牺牲层的所述步骤进一步包括：用气相蚀刻剂移除所述非晶硅。
29.如权利要求27或28所述的方法，其中所述比率小于(n+1)/2n。
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