CN1064135C - 薄膜可驱动反射镜阵列 - Google Patents
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Abstract
制造用于光学投影系统的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，包括：(a)在有源矩阵的顶部形成待除层；(b)在待除层上形成M×N支持单元阵列；(c)淀积弹性层；(d)形成M×N个导体；(e)淀积第二薄膜层；(f)形成电致位移层；(g)使弹性层、第二层和电致位移层形成图案，形成半完成可驱动反射镜结构阵列；(h)对该阵列做热处理；(i)在各半完成结构上淀积第一薄膜层，形成M×N可驱动反射镜结构阵列；(j)用保护层覆盖各可驱动反射镜结构；(k)去除保护层和待除层。
Description
本发明涉及光学投影系统，较具体地说，涉及用于这种系统的一种M×N薄膜可驱动反射镜阵列及其制造方法。
在本技术领域内可获得的各种视像显示系统中，已知光学投影系统能够以大尺度给出高质量的显示。在这种光学投影系统中，来自光源的光均匀地照明在一个例如M×N的可驱动反射镜阵列上，其中各个反射镜都与相应的各个驱动器相耦合。驱动器可以用象压电材料或电致伸缩材料那样的电致位移材料做成，这种材料在对施加于其上的电场作出响应时将发生形变。
从各个反射镜反射的光束入射到例如一个光学挡板的开口上。通过给各个驱动器加上电信号，各反射镜和入射光束之间的相对位置将发生改变，由此使各反射镜的反射光束的光路发生偏转。当各个反射光束的光路改变时，从各反射镜反射的光束中能通过开口的光量便发生变化，从而调制了光束的强度。借助一个适当的光学装置，例如一个投影透镜，通过开口的受调制光束被传送到一个投影屏幕上，由此在屏幕上显示出图象。
在图1和图2A至F中，分别示出了：M×N薄膜可驱动反射镜51阵列50的横截面图，其中M×N为整数，阵列中包括一个有源矩阵52，一个M×N薄膜驱动结构54阵列53，一个M×N支持单元55阵列56，和一个M×N反射镜58阵列57；以及关于该阵列的制造步骤的一些示意性横截面图；以上这些已在下列共有的美国专利申请中公开：美国专利申请序列号08／331，399，标题为“薄膜可驱动反射镜阵列及其制造方法(THIN FILM ACTUATED MI RROR ARRAY AND METHOD FOR THE MANUF ACTURE THEREOF)。”
制造M×N薄膜可驱动反射镜51阵列50的过程从制备有源矩阵52开始，该矩阵有一个顶面和一个底面75、76，并包括一个基底59，一个M×N晶体管阵列(未示出)以及一个M×N接线端(61)阵列60，如图2A所示。
下一步骤是，在有源矩阵52的顶面75上形成一个支持层80，它含有一个对应于M×N支持单元55阵列56的M×N底坐(82)阵列81和一个待除区83，其中支持层80是这样形成的：在有源矩阵52的整个顶面75上淀积一个待除层(未示出)；形成一个M×N空槽阵列(未示出)，由此得到待除区83，各个空槽位在M×N个接线端61中各个接线端61的周围；以及在每个空槽内提供一个底坐82，如图2B所示。待除层用溅射法形成，空槽阵列用蚀刻法形成，底坐用溅射法或化学气相淀积(CVD)法及随后的蚀刻法形成。然后对支持层80中的待除区83进行处理使其以后能够用蚀刻法或施加化学试剂予以去除。
在各个底坐82中用下述方法形成导体73：首先用蚀刻法形成从底坐顶部延伸到相应接线端61顶部的空洞，然后在空洞中充填导电材料，如图2C所示。
下一个步骤如图2D所示，在支持层80上淀积一个第一薄膜电极层84，它由例如象金属(Au)那样的导电材料做成。其后，先后在第一薄膜电极层84上形成一个由象PZT(钛酸铅锆)那样的电致位移材料做成的薄膜电致位移层85和一个第二薄膜电极层95。各个导体73用来使各个薄膜可驱动反射镜51中的接线端61与第一电极层84实现电连接。然后对图2D所示的结构进行热处理，以使薄膜电致位移层85发生相变。
接着，在第二电极层95的顶部形成一个由象铝(Al)那样的反光材料做成的薄膜层99。
导电薄膜层、电致位移层和反光材料层可以用已知的薄膜技术进行淀积和形成图案，这些技术“例如是溅射、溶胶-凝胶、蒸镀、蚀刻、和微加工等技术，如图2E所示。
然后，通过施加化学试剂去除或溶解支持层80中的待除区83，由此形成了上述M×N薄膜可驱动反射镜51阵列50，如图2F所示。
在上述制造M×N薄膜可驱动反射镜51阵列50的方法中，可以再加上形成一个弹性层的过程，该过程和形成其它薄膜层的过程相类似。
上述形成M×N薄膜可驱动反射镜阵列50的方法存在一些问题。首先必须提到的是，由于在薄膜驱动结构54中的各个薄膜层具有不同的热胀系数，所以在热处理的过程中将会在薄膜电致位移层中产生应力。应力的产生将造成缺陷，例如在各个薄膜可驱动反射镜51的薄膜电致位移层85上形成裂缝或凸起，这就要影响到各个反射镜的性能，从而影响阵列50的性能。
此外，在去除各可驱动反射镜51中的支持层80的待除区83时所使用的化学试剂或腐蚀剂可能会对其他薄膜层起化学作用，破坏各个薄膜可驱动反射镜51的结构完整性，这就要影响到各个反射镜的性能，从而影响阵列50的性能。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种形成M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，该方法能够使各个可驱动反射镜中的薄膜电致驱动层内的由下述原因造成的缺陷达到最小程度，造成该缺陷的原因是，由于各个可驱动反射镜中的各个薄膜层具有不同的热胀系数，从而在热处理过程中在薄膜电致位移层内产生了应力。
本发明的另一个目的是要提供一种形成M×N薄膜驱动反射镜阵列的方法，该方法可以在去除支持层中的待除区的过程中使各个可驱动反射镜中的各薄膜层所受到的化学作用达到最小程度。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造上述M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，上述方法包括下列步骤：(a)提供一个带有顶面的有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底，一个M×N晶体管阵列，在其顶面上的一个M×N对接线端阵列，以及一个导经图案；(b)在主动矩阵的顶面上形成这样一个待除层，使该待除层完全覆盖M×N对接线端阵列；(c)去除待除层中环绕各对接线端的那些部分；(d)用绝缘材料充填上述部分，以在每个接线端周围形成支持单元；(e)在含有支持单元的待除层的顶部淀积一个用绝缘材料做成的弹性层；(f)在每个支持单元中形成一个导体，每个导体都从弹性层的顶部延伸到各接线端上，其中的导体与晶体管有电连接；(g)在弹性层的顶部淀积一个由导电材料做成的第二薄膜层；(h)在第二薄膜层的顶部形成一个电致位移层，由此形成了半完成驱动结构；(i)使半完成驱动结构的弹性层、第二层以及电致位移层形成图案，直到曝露出待除层，从而形成一个M×N半完成可驱动反射镜结构阵列，其中每个半完成可驱动反射镜结构含有一个电致位移层、一个第二电极层以及一个弹性单元；(j)对M×N半完成可驱动反射镜结构阵列进行热处理，以迫使各个半完成可驱动反射镜结构中的电致位移层发生相变；(k)在各个半完成可驱动反射镜结构上淀积一个由既导电又反光的材料做成的第一薄膜层，以形成M×N可驱动反射镜结构阵列，其中每个可驱动反射镜结构都含有一个顶面和四个侧面；(1)用一个薄膜保护层完全覆盖各个可驱动反射镜结构，以形成M×N有保护的可驱动反射镜结构阵列；(m)去除各个有保护的可驱动反射镜结构中四个侧面上的薄膜保护层和待除层，以形成上述M×N薄膜可驱动反射镜阵列。
本发明的上述目的和其它目的以及特点将通过下面结合附图对优选实施例的说明而变得清楚明了，在附图中：
图1示出过去已公开的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的横截面图；
图2(A)至(2E)示出关于图1所示阵列的制造步骤中的一些示意性横截面图；以及
图3(A)至3(J)示出关于根据本发明的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的制造步骤中的一些示意性横截面图。
图3A至3J示出了在M×N薄膜可驱动反射镜20阵列200的制造过程中涉及到的各个有创造性的制造步骤。制造阵列200的过程从制备具有一个顶面220的有源矩阵202开始，它包括基底208，M×N晶体管阵列(未示出)，导线图案(未示出)，以及M×N接线端210矩阵209，如图3A所示。
在下一个步骤中，在有源矩阵202的顶面220上形成一个待除层221，该待除层的厚度为1μm-2μm，由象铜(Cu)或镍(Ni)那样的金属，或者磷硅玻璃(PSG)，或者多晶硅做成；当该待除层221由金属做成时，则用溅射方法形成；当该待除层211由PSG做成时，则用化学气相淀积(CVD)法或旋转镀膜法形成；当该待除层由多晶硅做成时，则用CVD法形成，如图3B所示。
接着，形成一个第一支持层222，它含有M×N支持单元204阵列203和待除层221，其中第一支持层222是这样形成的；用光刻法造成一个M×N空槽阵列(未示出)，各个空槽位在各个接线端210的周围；然后用溅射法或CVD法在位于各个接线端210的周围的各个空槽中形成由象氮化硅(Si3N4)那样的绝缘材料做成的支持单元204，如图3C所示。
在下一个步骤中，在包含支持单元204的待除层221的顶部形成一个由象二氧化硅(SiO2)那样的绝缘材料做成的弹性层105。
其后，用下述方法在各个支持单元204中形成由象钨(W)那样的金属做成的导体104：首先用蚀刻法形成从弹性层105顶部延伸到相应接线端210顶部的空洞；然后用象钨(W)那样的金属充填空洞，如图3D所示。
接着，如图3E所示，用溅射法在第一支持层222的顶部形成第二薄膜层223，该层用象铂(pt)那样的导电材料做成，厚度为0．7μm～2μm。第二薄膜层223是通过形成在各个支持单元204内的导体与M×N各晶体管相电连接的。
其后，如图3F所示，用溶胶-凝胶法或溅射法在第二薄膜层223顶部形成一个薄膜电致位移层225，该层由象PZT那样的压电材料或象PMN那样的电致伸缩材料做成，厚度为0．7μm～2μm，这样就形成了半完成驱动结构250。
下一个步骤如图3G所示，用光刻法或激光剪裁法使半完成驱动结构250的弹性层105、第二薄膜层223和薄膜电致位移层225形成图案，直到含有M×N支持单元204阵列203和待除层221的第一支持层222曝露出来，这样就形成了M×N半完成可驱动反射镜结构252阵列251，其中每个半完成可驱动反射镜结构252都含有一个电致位移层254、一个第二电极层253和一个弹性单元255。
其后，对各个半完成可驱动反射镜结构252中的电致位移层254进行600℃到800℃的热处理，以使之发生相变。由于各个半完成可驱动反射镜结构中的电致位移层254是足够薄并且尺寸足够小的，所以当它由压电材料做成时没有必要对它进行极化；它可以在各个相应的可驱动反射镜201的工作过程中用所施加的电信号予以极化。
在下一步骤中，如图3H所示，用溅射法在各个半完成可驱动反射镜结构252中的电致位移层254的顶部形成一个第一薄膜层226，该层由象银(Ag)那样的既导电又反光的材料制成，厚度为500～2000，这样就获得了M×N可驱动反射镜结构(226)阵列264，其中各个可驱动反射镜结构266都含有一个顶面和四个侧面。
下一个步骤如图3I所示，用由SiO2或Si3N4做成的一个薄膜保护层260完全覆盖各个可驱动反射镜结构266中的顶面和四个侧面，由此形成了M×N有保护的可驱动反射镜结构268阵列267。
然后用蚀刻法去除第一支持层222的待除层221，以形成M×N薄膜可驱动反射镜201阵列200，如图3J示所。各个有保护的可驱动反射镜结构268中的覆盖了顶面和四个侧面的薄膜保护层250防止了构成各个可驱动反射镜结构268的其他薄膜层被腐蚀刻剂侵蚀，从而保持了该结构的完整性。
尽管只是通过某些优选实施例对本发明进行了说明，然而在不偏离由下述权利要求所规定的本发明范畴的情形下，可以做出其他各种修改改和变化。
Claims (8)
1、一种制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，其中M和N为整数，上述方法包括以下步骤：
(a)提供一个含有一个顶面的有源矩阵，该有源矩阵包含一个基底，一个M×N晶体管阵列，一个在其顶面上的M×N对接线端阵列，以及一个导线图案；
(b)在有源矩阵的顶面上形成这样一个待除层，该待除层完全覆盖M×N对接线端阵列；
(c)去除待除层中环绕各对接线端的那些部分；
(d)用绝缘材料充填这些部分，以形成环绕各个接线端的支持单元；
(e)在含有支持单元的待除层的顶部淀积一个由绝缘材料做成的弹性层；
(f)在每个支持单元中形成一个导体，各个导体都从弹性层的顶部延伸到各个接线端上，其中该导体与晶体管相电连接；
(g)在弹性层的顶部淀积一个由导电材料做成的第二薄膜层；
(h)在第二薄膜层的顶部形成一个电致位移层，以形成半完成驱动结构；
(i)使半完成驱动结构的弹性层、第二层和电致位移层形成图案，直到曝露出待除层，由此形成M×N半完成可驱动反射镜结构阵列，其中各个半完成可驱动反射镜都含有一个电致位移层、一个第二电极层和一个弹性单元；
(j)对M×N半完成可驱动反射镜结构阵列进行热处理，以迫使在各个半完成可驱动反射镜结构中的电致位移层内发生相变；
(K)在各个半完成可驱动反射镜结构上淀积一个由既导电又反光的材料做成的第一薄膜层，以形成M×N可驱动反射镜结构阵列，其中每个可驱动反射镜结构都含有一个顶面和四个侧面；
(l)用一个薄膜保护层完全覆盖各个可驱动反射镜结构，以形成M×N有保护的可驱动反射镜结构阵列；以及
(m)去除各个有保护的可驱动反射镜结构中四个侧面上的薄膜保护层和待除层，由此形成上述M×N薄膜可驱动反射镜阵列。
2、根据权利要求1的方法，其中的待除层当由金属做成时，它用溅射法形成；当由磷硅玻璃做成时，则用化学气相淀积法形成；或者当由多晶硅做成时，则用旋转镀膜法形成。
3、根据权利要求1的方法，其中第二薄膜层用溅射法形成。
4、根据权利要求1的方法，其中薄膜电致位移层用溶胶-凝胶法或溅射法形成。
5、根据权利要求1的方法，其中第一薄膜层用溅射法或真空蒸镀法形成。
6、根据权利要求1的方法，其中半完成驱动结构用光刻法或激光剪裁法形成图案。
7、根据权利要求1的方法，其中待除层用蚀刻法去除。
8、一种光学投影系统，它包括用根据权利要求1至7中任何一项所述的方法制备的M×N薄膜可驱动反射镜阵列。
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