CN1123917A - 制造薄膜可驱动反射镜阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

制造薄膜可驱动反射镜阵列的方法，包括：(a)提供一底板；(b)在底板顶部淀积一分离层；(c)在分离层顶部相继形成一第一层、一电致位移层、一第二层、一弹性层和一待除层；(d)形成M×N支持单元阵列，各支持单元含有一导体；(e)进行图案形成以形成多层可驱动反射镜结构阵列；(f)把含有一晶体管阵列的有源矩阵粘接在该阵列上；(g)把基板分离开以形成上述薄膜可驱动反射镜阵列。对电致位移层的热处理在粘接上有源矩阵前进行，可避免晶体管因被加热而降低性能。

Description

制造薄膜可驱动反射镜阵列的方法
本发明涉及光学投影系统，较具体地说，涉及用于该系统的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象显示系统中，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一个例如M×N的可驱动反射镜阵列，其中的每个反射镜都与一个驱动器相耦合。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，它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。通过在各个驱动器上施加电信号，各个反射镜与入射光束之间的相对位置将发生变化，从而导致从各个反射镜反射的光束的光路发生偏转。当各反射光束的光路改变时，从各反射镜反射的光束中能够通过开口的那部分光量将发生变化，由此调制了光束的强度。借助于一个适当的光学装置，例如一个投影透镜，通过开口的被调制光束被传送到一个投影屏幕上，由此在该屏幕上显示出图象。
在图1和图2A-2F中，分别画出了一个M×N薄膜可驱动反射镜11的阵列10的横截面图，其中M和N为整数，它包括一个有源矩阵12，一个M×N薄膜驱动结构14的阵列13，一个M×N支持单元16的阵列15，和一个M×N反射镜18的阵列17；以及说明阵列10的制造步骤的一些示意性横截面图，上述内容已在下述共有美国专利申请中公开：美国专利申请号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 RRORS ARRAY AND METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF)”。
M×N薄膜可驱动反射镜11的阵列10的制造过程从制备有源矩阵12开始，该矩阵含有一个顶面和一个底面75、76，它包括：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的阵列60，如图2A所示。
在下一步骤中，在有源矩阵12的顶面75上形成一个支持层80，它包含一个对应于M×N支持单元16的阵列15的M×N底座82的阵列81和待除区83，其中的支持层80是这样形成的：在有源矩阵12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)，由此产生待除区83，各个空槽都位在围绕M×N个接线端61中的相应接线端的位置处；然后在每个空槽内做出一个底座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，而底座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的待除区83进行处理，使之以后可以用蚀刻法或施加化学试剂来去除。
用下述方法在各个底座82中形成一个导体73：首先用蚀刻法形成一个从底座顶部延伸到相应接线端61顶部的空洞，然后用导电材料充填这些空洞，如图2C所示。
下一个步骤，如图2D所示，在支持层80上淀积一个由象铂(Pt)那样的导电材料做成的第一薄膜电极层84。其后，再淀积一由象PZT(钛酸铝锆)那样的电致位移材料做成的薄膜电致位移层85。然后对这个结构进行热处理，使得在薄膜电致位移层85内发生相变。随在薄膜电致位移层85的顶部形成一个第二薄膜电极层95。在各个薄膜可驱动反射镜11中，各个导体73是用来使相应的接线端61与第一电极层84发生电连接的。
接着，在第二电极层95的顶部提供一个由象铝(Al)那样的反光材料做成的薄膜层99。
各个导电的薄膜层、电致位移层以及反光材料层可以用已知的薄膜技术来淀积和形成图案，如图2E所示，这些薄膜技术例如是溅射法、溶胶-凝胶法、蒸镀法、蚀刻法和微加工等。
然后用施加化学试剂的方法去除或溶解支持层80中的待除区83，由此形成了M×N薄膜可驱动反射镜11的阵列10，如图2F所示。
在上述制造M×N薄膜可驱动反射镜11的阵列10的方法中，还可以额外加上形成一个弹性层的过程，该过程与形成其他各薄膜层的过程相似。
在上述形成M×N薄膜可驱动反射镜11的阵列10的方法中存在一些问题。首先必须提及的是，由于在形成支持单元16和电致位移层85的过程中需要出现高温，这会使有源矩阵12中的晶体管性能下降。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种制造M×N薄膜反射镜阵列的方法，该方法能使有源矩阵中的晶体管性能下降达到最小程度。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造上述用于光学投影系统的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，该方法包括下列步骤：(a)提供一个由绝缘材料做成的、具有一个顶面和一个底面的基板；(b)在该基板的顶面上形成一个由水溶性材料做成的分离层；(c)在分离层顶部淀积一个由既导电又反光的材料做成的第一薄膜层；(d)在第一薄膜层顶部淀积一个由电致位移材料做成的薄膜电致位移层；(e)在薄膜电致位移层顶部形成一个由导电材料做成的第二薄膜层；(f)在第二薄膜层顶部产生一个由第一绝缘材料做成的薄膜弹性层；(g)在薄膜弹性层顶部淀积一个待除层，由此形成一个半完成的多层结构；(h)在多层结构上形成一个M×N支持单元阵列，各个支持单元均由第二绝缘材料做成，其形成方法为，先去除待除层中的某些部分，再用第二绝缘材料充填这些部分，其中每个支持单元都从薄膜弹性层的顶部延伸到待除层的顶部；(i)在各个支持单元中形成一个导体，其方法是在相应的支持单元和薄膜弹性层中去除某个部分，再用金属充填这个部分，其中的那个部分从相应的支持单元顶部延伸到第二薄膜层的顶部，由此形成多层结构；(j)使该多层结构的第一薄膜层、薄膜电致位移层、第二薄膜层、薄膜弹性层、以及待除层形成图案，变为M×N多层可驱动反射镜结构阵列，其中每个多层可驱动反射镜结构都包含：一个由既反光又导电的材料做成的偏置电极层，一个由电致位移材料做成的驱动层，一个由导电材料做成的信号电极层，一个由第一绝缘材料做成的弹性单元，一个待除单元，以及一个由第二绝缘材料做成的支持单元；(k)提供一个有源矩阵，它包括一个基底，一个M×N接线端阵列和一个M×N晶体管阵列，其中各个接线端与相应的晶体管有电连接；(l)以下述方式把有源矩阵粘接在M×N多层可驱动反射镜结构阵列的顶部，使得各个支持单元中的导体与相应的各接线端发生电连接，由此形成M×N半完成可驱动反射镜阵列；以及(m)溶解分离层，使基板和M×N半完成可驱动反射镜阵列分离，去除各半完成可驱动反射镜中的待除层，由此形成上述M×N薄膜可驱动反射镜阵列。
本发明的上述目的和其他目的以及特征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2(F)示出图1所示阵列在各制造步骤中的一些示意性横截面图；以及
图3(A)至3(G)示出在根据本发明的制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的过程中，说明有发明性的制造步骤的一些示意性横截面图。
图3A至3G示出了在制造M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200时所涉及到的一些有发明性的制造步骤。
阵列200的制造过程从底板202的的制备开始，该底板由例如玻璃那样的绝缘材料做成，并具有一个平坦的顶面203，如图3A所示。
下一步骤如图3B所示，在底板202的顶面203上用溅射法或真空蒸镀法形成一个薄膜分离层204，该层由象氯化钠(NaCl)那样的水溶性材料做成，其厚度为1000至3000。
在接着的步骤中，在薄膜分离层204的顶部相继地形成一个第一薄膜层205，一个薄膜电致位移层206，一个第二薄膜层207，一个薄膜弹性层208以及一个薄膜待除层209，由此形成半完成多层结构210，如图3C所示。第一薄膜层205用溅射法或真空蒸镀法形成，它由象铂(Pt)那样的既反光又导电的材料做成，厚度为5O0A至1000A；薄膜电致位移层206用溶胶-凝胶法或溅射法或化学气相淀积(CVD)法形成，其厚度为0.7μm至2.0μm，由象PZT那样的压电材料或者象PMN那样的电致伸缩材料做成。第二薄膜层207用溅射法或真空蒸镀法形成，它由象铂(Pt)那样的导电材料做成，厚度为500A至2000A。薄膜弹性层208由象二氧化硅(SiO2)那样的第一绝缘材料做成。薄膜待除层209的厚度为1μm至2μm，由象铜(Cu)或镍(Ni)那样的金属做成，或由磷硅玻璃(PSG)做成，或由多晶硅做成；当该待除层209由金属做成时，则用溅射法使它形成在薄膜弹性层208的顶部；当它由PSG做成时，则用化学气相淀积(CVD)法或旋转镀膜法形成在弹性层顶部；当它由多晶硅做成时，则用CVD法形成在弹性层208顶部。
其后，对半完成多层结构210进行热处理，使组成薄膜电致位移层206的电致位移材料发生相变。因为半完成多层结构210中的电致位移层206是足够薄的，所以当它由压电材料做成时没有必要进行极化；它可以在相应的可驱动反射镜201的工作过程中用施加的电信号予以极化。
下一步骤，如图3D所示，在半完成多层结构210上形成一个M×N支持单元212的阵列211，各个支持单元212均由象氮化硅(Si3N4)那样的第二绝缘材料做成，其形成方法是，用光刻法去除待除层209中的一些部分，然后用第二绝缘材料充填这些部分，其中各个支持单元212都从薄膜弹性层208的顶部延伸到薄膜待除层209的顶部。其后，在每个支持单元212中形成一个由象铝(Al)那样的金属做成的导体213，其方法是，首先去除相应支持层212和薄膜弹性层208中的一个部分，由此使第二薄膜层207曝露出来，然后用金属充填该部分，从而形成一个多层结构230，其中所述的那个部分，因而也就是所形成的导体213，从相应的支持单元212的顶部延伸到第二薄膜层207的顶部。
随后，如图3E所示，用光刻法或激光裁剪法使多层结构230的第一薄膜层205、薄膜电致位移层206、第二薄膜层207、弹性层208以及待除层209形成图案，由此形成M×N多层可驱动反射镜结构221的阵列220。
在其后的步骤中，把有源矩阵216粘接在M×N多层可驱动反射镜结构阵列220上，其中的有源矩阵216包括一个基底217，一个M×N晶体管阵列(未示出)和一个M×N接线端219的阵列218，并且各个接线端219与各个相应的晶体管有电连接；上述的粘接使得各个支持单元212中的导体213与各个相应的接线端219有电连接，这样就形成了一个如图3F所示的M×N半完成可驱动反射镜234的阵列233，其中每个半完成可驱动反射镜234都包含一个由既反光又导电的材料做成的偏置电极241，一个由电致位移材料做成的驱动层242，一个由导电材料做成的信号电极243，一个由第一绝缘材料做成的弹性单元244，一个由第二绝缘材料做成的支持单元212，以及一个待除层245。
其后，通过使分离层204溶解而把底板202从M×N半完成可驱动反射镜234的阵列233上分离开，然后用蚀刻法去除各个半完成可驱动反射镜234中的待除单元245，从而形成了M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200，如图3G所示。
过去已公开的制造M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200的方法与本方法不同；在过去的方法中，为迫使组成电致位移层206的电致位移材料发生相变所需的热处理是在粘接了有源矩阵216粘接之后进行的，而在本发明的方法中，热处理是在与有源矩阵216粘接之进行的，从而可以防止由于加热而使有源矩阵216中的晶体管性能下降。
尽管只是通过一些优选实施例对本发明进行了说明，但在不偏离下面权利要求所规定的本发明的范畴的情形下有可能做出其他各种修改和变化。

Claims (10)

1、一种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，其中M的N为整数，上述方法包括下列步骤：
(a)提供一个由绝缘材料做成并具有一个顶面和一个底面的基板；
(b)在基板顶面上形成一个由水溶性材料做成的分离层；
(c)在分离层顶部淀积一个由既导电又反光的材料做成的第一薄膜层；
(d)在第一薄膜层顶部淀积一个由电致位移材料做成的薄膜电致位移层；
(e)在薄膜电致位移层顶部形成一个由导电材料做成的第二薄膜层；
(f)在第二薄膜层顶部产生一个由第一绝缘材料做成的薄膜弹性层；
(g)在薄膜弹性层顶部淀积一个待除层，由此形成半完成多层结构；
(h)在多层结构上的形成一个M×N支持单元阵列，各个支持单元均由第二绝缘材料做成，其形成方法是去除待除层的一些部分，然后用第二绝缘材料充填这些部分，其中每个支持单元都从薄膜弹性层顶部延伸到待除层顶部；
(i)在每个支持单元内产生一个导体，其产生方法是去除相应支持单元和薄膜弹性层中的一个部分，并用金属充填该部分，由此形成多层结构，其中所述的那个部分从相应支持单元的顶部延伸到第二薄膜层顶部；
(j)使多层结构中的第一薄膜层、薄膜电致位移层、第二薄膜层、薄膜弹性层和待除层形成图案，变成M×N多层可驱动反射镜结构阵列，其中每个多层可驱动反射镜结构包含一个由既反光又导电的材料做成的偏置电极层，一个由电致位移材料做成的驱动层，一个由导电材料做成的信号电极层，一个由第一绝缘材料做成的弹性单元，一个待除单元，以及一个由第二绝缘材料做成的支持单元；
(k)提供一个包括一个基底、一个M×N接线端阵列和一个M×N晶体管阵列的有源矩阵，其中各个接线端与相应的晶体管有电连接；
(1)把有源矩阵粘接在M×N多层可驱动反射镜结构阵列上，使得各个支持单元中的导体与各个相应接线端有电连接，由此形成M×N半完成可驱动反射镜阵列；以及
(m)通过溶解分离层使基板和M×N半完成可驱动反射镜阵列分离开，去除各个半完成可驱动反射镜中的待除单元，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则用溅射法形成；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，其中的第二薄膜层用溅射法或真空蒸镀法形成。
4、根据权利要求1的方法，其中的薄膜电致位移层用溶胶一凝胶法、溅射法或化学气相淀积法形成。
5、根据权利要求1的方法，其中的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，其中的多层结构用光刻法或激光裁剪法形成图案。
7、根据权利要求1的方法，其中的待除单元用蚀刻法去除。
8、根据权利要求1的方法，其中的分离层用溅射法或真空蒸镀法形成。
9、根据权利要求1的方法，其中的第一和第二绝缘材料是相同的。
10、根据权利要求1的方法，其中的第一和第二绝缘材料是互不相同的。
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