CN1136471C - 光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光学投影系统中的薄膜AMA及其制作方法。薄膜AMA具有一包含电路和连接点的有源阵列、第一驱动装置、第二驱动装置、支撑元件和反射元件。第一、二驱动装置平行地形成，支撑元件沿垂直于第一、二驱动装置的方向形成。由多个支柱支撑的反射元件以两倍的位移倾斜，因此，投射到屏幕上的图像的质量大大地增强了。此外，第一、二驱动装置底部为以第一、二支撑物为中心的对称结构，使第一、二驱动装置具有稳定的结构。

Description

光学投影系统中的 薄膜驱动式反射镜阵列及其制造方法

技术领域

本发明涉及光学投影系统中的一种薄膜驱动式反射镜阵列及其制造方法，而且，尤其涉及具有结构稳定的驱动装置，在驱动装置上形成的支柱和在支柱上形成的反射元件以便通过增加反射元件的倾斜角来提高光效率，进而使投射到屏幕上的图像的品质和对比度增加的光学投影系统中的薄膜驱动的反射镜阵列，及制造这种阵列的方法。

背景技术

一般说来，光调制器按照其光学特性被划分为两种，一种类型是象阴极射线管(CRT)这类的直射式光调制器，而另一种类型是象液晶显示器(LCD)这类的透射式光调制器。CRT可在屏幕上产生高品质的图像，但是，CRT的重量，体积以及制造成本按照屏幕的放大倍率而增加。LCD具有简单的光学结构，因而其重量和体积比CRT的要低。然而，由于光的偏振，LCD具有低于1％到2％的很差的光效率。而且，在LCD的液晶材料方面还存在一些问题，如灵敏度低及过热现象。

所以，为了解决这些问题，已经开发出了数字反射装置(DMD)和驱动式反射镜阵列(AMA)。目前，DMD具有约5％的光效率，而AMA具有高于10％的光效率。AMA提高了反射到屏幕上的图像的对比度，因此，图像更加清晰明亮。AMA不受入射光束偏振的影响。而且，AMA也不影响反射光的偏振。因此，AMA比起LCD或DMD来更有效。

图1表示在美国专利第5,126,836(授予Gregory Um)号中公开的一种传统的AMA中的机械系统。参照图1，来自光源1的入射光穿过第一狭缝3和第一透镜5并按照颜色表示法中的红-绿-蓝(R-G-B)系统被分成红光、绿光和蓝光。当被分出的红、绿、蓝光分别由第一反射镜7、第二反射镜9以及第三反射镜11反射之后，反射光分别入射到与反射镜7、9和11相对应的AMA装置13、15和17上。AMA装置分别使安装在其中的反射镜斜置，因此，入射光束被这些斜置的反射镜所反射。在这种情况下，安装在AMA装置13、15和17中的这些反射镜根据在这些反射镜下形成的有源层的变形情况而被斜置。由AMA装置13、15和17反射出的光束通过第二透镜19和第二狭缝21并利用投影透镜23在屏幕上(未示出)形成图像。

在多数情况下，ZnO被用作构成有源层的材料。然而，已经发现，锆钛酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O₃)比ZnO具有更好的压电特性。PZT是一种由锆酸铅(PbZrO₃)和钛酸铅(PbTiO₃)制成的完全固溶体。在高温下，PZT以仲电态存在，其晶体结构为立方体；而在室温下，根据Zr与Ti的组成比例，PZT以反铁电态和铁电态存在，其晶体结构分别为正交晶系和三角晶系。当Zr与Ti的组成比例为1∶1时，PZT具有一种正方晶相和三角晶相混合的变晶区域(MPB)。在MPB中，PZT具有最大的介电特性和压电特性。MPB并非在特定的组成比例时存在，而是在正交晶态和三角晶态共存的一较宽的范围内存在。研究人员不同意有关PZT晶态共存区域的组合。已经有人提出过各种理论(如热力学稳定性，组成变化和内部应力)作为晶态共存区域的原因。目前，可以用多种方法，如甩胶法、化学汽相淀积法(CVD)或溅射法来制作PZT薄膜。

AMA通常被划分为块状型AMA和薄膜型AMA。美国专利第5,469,302(授予Dae-Young Lim)号中公开了这样一种块状型AMA。在该块状型AMA中，当在一具有三极管的有源阵列上安装具有多层内含金属电极的陶瓷晶片之后，通过将陶瓷晶片锯开在其上安装一反射镜。然而，块状型AMA具有一些缺陷，即，需要非常精确的方法和设计，而且，有源层的灵敏度低。因此，已经开发出了可以采用半导体生产技术进行制造的薄膜AMA。

在题为“用于光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列”的美国专利08/602,928中公开了这样的薄膜AMA，该美国专利申请目前在美国专利商标局正待结案，并且，受到该申请受让人的契约的约束。

图2表示薄膜AMA的一剖面视图。参照图2，薄膜AMA具有一有源阵列60和一在该有源阵列60上形成的驱动装置90。有源阵列60具有一衬底50，该衬底上具有M×N(M，N为整数)个三极管(未示出)，M×N(M，N为整数)个分别形成在三极管上的连接点，在衬底50和连接点53上形成的钝化层56，以及在钝化层56上形成的蚀刻阻止层59。

驱动装置90具有一支持层68，一第一电极71，一有源层74，一第二电极77，和一通路接触装置80。支持层68具有一第一部分，该部分与下面形成有连接点53的蚀刻阻止层59相连，和一在蚀刻阻止层59上方平行形成的第二部分。支持层的第一部分被称作支撑物68a。在支持层68的第二部分和蚀刻阻止层59之间夹有一空气间隙65。在支持层68上形成第一电极71，在第一电极71上形成有源层74，并且，在有源层74上形成第二电极77。通路接触装置80是在从下面形成有连接点53的有源层74的一部分到连接点53之间形成的。第一电极71通过通路接触装置80与连接点53相连。

下面将对薄膜AMA的制造方法进行描述。

图3A到3D表示薄膜AMA的制作步骤。在图3A到3D中，相同的标号被用来表示与图2相同的部件。

参照图3A，首先，提供了一上面含有M×N个三极管(未示出)的衬底50和M×N个分别在三极管上形成的连接点53。接着，在连接点53和衬底50上面形成一钝化层56。钝化层56是采用一种硅酸磷玻璃(PSG)和化学汽相淀积(CVD)法形成的以使得钝化层56具有0.1μm到2.0μm之间的厚度。在随后的制作步骤中，钝化层56对带有三极管的衬底50起保护作用。

当在钝化层56上形成一蚀刻阻止层59之后，有源阵列60就完成了。有源阵列60包括衬底50，连接点53，钝化层56，和蚀刻阻止层59。蚀刻阻止层59是采用氮化物用化学汽相淀积法形成的以使得蚀刻阻止层59具有1000埃到2000埃之间的厚度。蚀刻阻止层59在随后的蚀刻步骤中防止了钝化层56和衬底50被蚀刻。

在蚀刻阻止层59上形成有一牺牲层62。该牺牲层62是利用一种硅酸磷玻璃并采用化学汽相淀积法形成的以使得该牺牲层62具有1.0μm到2.0μm之间的厚度。在这种情况下，牺牲层62的表面平滑度差，因为牺牲层62覆盖了具有三极管的衬底50。因此，利用在玻璃上进行甩胶(SOG)或采用化学机械抛光方法对牺牲层62的表面进行平滑。然后，牺牲层62形成一使得下面具有连接点53的那部分蚀刻阻止层59被暴露出来的形状。在蚀刻阻止层59的暴露部分处形成一支撑物68a。

参照图3B，在蚀刻阻止层59和牺牲层62的暴露部分上形成一第一层67。第一层67是利用氮化物制成的，采用溅射法或CVD法制成，以使得第一层具有0.1μm到2.0μm之间的厚度。利用一种金属，如铂或钽并采用溅射法或CVD方法在第一层67上形成一第一电极层70，以使得第一电极层70具有0.1μm到1.0μm之间的厚度。然后，将第一电极层70均匀切割以便向包含该第一电极层70的每一象素分别施加一第一信号(图像信号)。

利用一种压电材料，如锆钛酸铅(PZT)或一种电致伸缩材料，如镁铌酸铅(PMN)在第一电极层70上形成一第二层73。采用一种溶解溶胶(sol-gel)方法、溅射法或CVD方法形成该第二层73，以使得第二层具有0.1μm到1.0μm的厚度。利用一种金属，如铝或银并采用溅射法或CVD方法在第二层73上形成第二电极层76以使得第二电极层73具有0.1μm到1.0μm之间的厚度。

参照图3C，第二电极层76、第二层73和第一电极层70被分别模制以形成一第二电极77、一有源层74和一第一电极71。这样，形成了具有预定形状的M×N个象素。此时，通过对下面形成有连接点53的那部分第二电极77进行蚀刻而使得有源层74的一部分被暴露出来。接着，在部分有源层74、第一电极71、第一层67、蚀刻阻止层59和钝化层56被蚀刻之后，在从有源层74到连接点53之间的暴露部分中形成一通路孔79。

参照图3D，通过利用一种导电材料(如钨)填入通路孔79而在通路孔79中形成一通路接触装置80。通路接触装置80是采用溅射法或CVD方法形成的。通路接触装置80将连接点53与第一电极71相连。从外部传入的第一信号通过三极管、连接点53和通路接触装置80被施加到第一电极71上。同时，从外部传入的第二信号(偏置信号)通过公共线(未示出)被施加到第二电极77上。因此，在第二电极77和第一电极71之间产生一电场。在第二电极77和第一电极71之间形成的有源层74由于电场的作用而发生变形。有源层74沿着垂直于电场的方向变形，从而使得包含该有源层74的驱动装置90向上以一预定角度被驱动。第二电极77也向上倾斜，并且第二电极77以一预定角度反射来自光源(未示出)的入射光。

接着，第一层67被模制以形成用于支持驱动装置90的一支持层68。支持层68的一部分与下面形成有连接点53的蚀刻阻止层59相连。支持层68的该连接部分被称作支撑物68a。当采用氟化氢气体去除了牺牲层62之后，象素被漂洗并干燥以完成薄膜AMA。

然而，在上述薄膜AMA中，当考虑到薄膜AMA的面积时，由反射镜反射出的光量小于入射到薄膜AMA上的光量，因为，作为反射镜的第二电极的一支撑部分大于其反射部分。即，由于在反射镜倾斜过程中支撑反射部分的反射镜的支撑部分大于实际上对入射到薄膜AMA上的光进行反射的反射镜的反射部分，就薄膜AMA的实际面积而言，光效率降低进而使由薄膜AMA投射到屏幕上的图像质量下降。此外，为了增加驱动装置的倾斜角而在第一电极和第二电极之间施加一高压，因此，有源层的压电性能下降或有源层的疲劳加剧。而且，由于由驱动装置构成的薄膜内的应力作用而使驱动装置弯曲，从而，驱动装置的稳定性下降。因此，驱动装置的寿命以及由薄膜AMA投射到屏幕上的图像的质量也下降。

发明内容

因此，考虑到上述问题，本发明的第一目的就是提供一种光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，其具有结构稳定的驱动装置、在驱动装置上形成的支柱和在支柱上形成的反射元件，并便通过增加反射镜的倾斜角来提高光效率。

此外，本发明的第二个目的就是提供一种用于制造上述光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的方法。

为了实现上述第一目的，本发明提供了一种薄膜驱动式反射镜阵列，其中具有一有源阵列，一第一驱动装置，一第二驱动装置，一支撑元件，和一反射元件，

有源阵列具有一包含用来接收来自外部的第一信号并传输第一信号的电路和连接点的衬底，

第一驱动装置具有一第一支持层，一第一底部电极，一第一有源层，和一第一顶部电极。第一支持层具有一中央部分和一周边部分，其中，中央部分与含有连接点的有源阵列的第一部分相连，而周边部分平行地形成在有源阵列的上方。第一底部电极是在第一支持层上形成的并接收第一信号。对应于第一底部电极的第一顶部电极接收第二信号并在第一顶部电极和第一底部电极之间产生一第一电场。第一有源层是在第一顶部电极和第一底部电极之间形成的并由于第一电场的作用而产生变形，

第二驱动装置具有一第二支持层，一第二底部电极，一第二有源层，和一第二顶部电极。第二支持层具有一中央部分和一周边部分，其中中央部分与含有连接点的有源阵列的第二部分相连，而周边部分平行地形成在有源阵列的上方。第二底部电极是在第二支持层上形成的并接收第一信号。对应于第二底部电极的第二顶部电极接收第二信号并在第二顶部电极和第二底部电极之间产生一第二电场。第二有源层是在第二顶部电极和第二底部电极之间形成的并由于第二电场的作用而产生变形。第一顶部电极具有在第二有源层的周边部分上形成的一第一部分和一第二部分，第二顶部电极具有在第二有源层的周边部分上形成的一第一部分和一第二部分。

支撑元件具有一在有源阵列上的一第三部分上形成的第三支持层，一在第三支持层上形成的第三底部电极，一在第三底部电极上形成的第三有源层，一在第三有源层上形成的第三顶部电极，

反射元件是从在从第一和第二支柱的延伸部分至第三支柱之间形成的。

优选地，第一驱动装置和第二驱动装置平行地形成，且支撑元件沿着垂直于第一、二驱动装置的方向形成。

优选地，有源阵列具有一在衬底上形成的钝化层和一在钝化层上形成的蚀刻阻止层。

优选地，第一驱动装置具有一第一支柱，其中包括分别与第一顶部电极相连的周边部分和一在第一顶部电极上方形成的中央部分。而第二驱动装置具有一第二支柱，其中包括分别与第二顶部电极相连的周边部分和一在第二顶部电极上方形成的中央部分。第一支柱和第二支柱彼此相向延伸，以使第一支柱和第二支柱形成H形。第一驱动装置还包括一用来将第一信号从连接点传输到第一底部电极的第一通路接触装置。第一通路接触装置是在通路孔内形成的，而该通路孔是从第一有源层的中央部分至连接点贯穿第一底部电极和第一支持层形成的。第二驱动装置还包括一用来将第一信号从连接点传输到第二底部电极的第二通路接触装置。第二通路接触装置是在第二通路孔内形成的，而该通路孔是从第二有源层的中央部分至连接点贯穿第二底部电极和第二支持层形成的。

支撑元件还具有一在第三顶部电极上形成的第三支柱。

反射元件为长方形。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了一种制造薄膜驱动式反射镜阵列的方法，其步骤如下：

提供一具有用来接收来自外部的第一信号并传输第一信号的电路和连接点的有源阵列；

在该有源阵列上形成一第一牺牲层；

对第一牺牲层进行模制以暴露出含有连接点的有源阵列的一第一部分和一第二部分，并暴露出有源阵列一垂直于第一和第二暴露部分的第三暴露部分；

在有源阵列的暴露部分和第一牺牲层上形成一第一层，一底部电极层，一第二层，和一顶部电极层；

通过对顶部电极层模制以形成一用于分别接收第二信号并分别产生一第一和第二电场的第一顶部电极和第二顶部电极，通过对第二层模制以产生一分别由于第一和第二电场作用而发生变形的第一有源层和第二有源层，通过对底部电极层模制以形成分别接收第一信号的第一底部电极层和第二底部电极层，以及通过对第一层模制以便形成一具有与有源阵列的第一暴露部分相连的中央部分和在第一牺牲层上形成的周边部分的第一支持层，并形成一具有与有源阵列的第二暴露部分相连的中央部分和在第一牺牲层上形成的周边部分的第二牺牲层，这样，平行地形成一第一驱动装置和一第二驱动装置；

通过对顶部电极层模制以形成第三顶部电极，通过对第二层模制以形成一第三有源层，通过对底部电极模制以形成一第三底部电极，以及通过对第一层模制以形成一与有源阵列的暴露部分相连的第三支持层，这样，形成一支撑元件；

在第一驱动装置、第二驱动装置和支撑元件上形成一第二牺牲层；以及

在第一驱动装置，第二驱动装置，和支撑元件上形成一用于反射一束光的反射元件。

形成第一驱动装置的步骤还包括在从第一有源层至连接点之间形成一第一通路孔和在第一通路孔中形成一用来连接第一底部电极与连接点的第一通路接触装置。形成第二驱动装置的步骤还包括在从第二有源层至连接点之间形成一第二通路孔和在第二通路孔中形成一用来连接第二底部电极与连接点的第二通路接触装置。

优选地，形成反射元件的步骤还包括：i)对第二牺牲层模制以暴露出第一顶部电极的周边部分，第二顶部电极的周边部分和一部分第三顶部电极，ii)在第一顶部电极、第二顶部电极，第三顶部电极和第二牺牲层的暴露部分上形成一层反射金属，如银、铝、镍或铂，和iii)在第一顶部电极上形成一第一支柱，在第二顶部电极上形成一第二支柱，在第三顶部电极上形成一第三支柱，和对方式金属层模制以形成反射元件。

形成第二牺牲层的步骤是通过在聚合物或感光性树脂上甩胶来完成的。

优选地，形成反射元件的步骤还包括等离子氧气去除第二牺牲层和利用氟化氢蒸汽去除第一牺牲层。

在根据本发明的光学投影系统中的薄膜AMA中，第一信号通过电路、连接点和第一通路接触装置从外部被施加到第一底部电极上，而且第一信号还通过电路、连接点和第二通路接触装置被施加到第二底部电极上。同时，第二信号通过公共线被从外部施加到第一顶部电极和第二顶部电极上。结果，在第一顶部电极和第一底部电极之间产生一第一电场，在第二顶部电极和第二底部电极之间产生一第二电场。在第一底部电极和第一顶部电极之间形成的第一有源层由于第一电场的作用而产生变形，且在第二底部电极和第二顶部电极之间形成的第二有源层由于第二电场的作用而产生变形。第一有源层和第二有源层分别沿着垂直于第一和第二电场的方向产生变形。具有第一有源层的第一驱动装置沿着相对于第一支持层所处的方向被驱动，而具有第二有源层的第二驱动装置沿着相对于第二支持层所处的方向被驱动。第一驱动装置的周边部分以第一支撑物为中心向上地被驱动。当第一驱动装置的周边部分被驱动时，在第一驱动装置上形成的第一支柱由于第一驱动装置和第一支柱之间的金属张力区的作用而向上弯曲。在这种情况下，当第一驱动装置的位移为δ时，第一支柱具有与第一驱动装置相同的位移。即，第一支柱的位移为δ。此外，第二驱动装置的周边部分以第二支撑物为中心向上地被驱动。当第二驱动装置的周边部分被驱动时，在第二驱动装置上形成的第二支柱由于第二驱动装置和第二支柱之间的金属张力区的作用而向上弯曲。当第二驱动装置的位移为δ时，第二支柱具有与第二驱动装置相同的位移。因此，驱动装置和支柱的位移之和为2δ。由第一支柱和第二支柱支撑的反射元件以2δ的位移倾斜。所以，反射元件将光束反射到屏幕上，进而在屏幕上形成图像。因此，在根据本发明的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列中，薄膜AMA具有一第一驱动装置、一第二驱动装置、一支撑元件和一反射元件。第一驱动装置和第二驱动装置分别以一预定的位移被驱动。在第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置上分别形成一第一支柱、第二支柱和一第三支柱。由于支柱与驱动装置之间的金属张力区作用，第一支柱和第二支柱以一预定的位移被弯曲。由第一支柱和第二支柱支撑的反射元件以一两倍的位移倾斜，从而投射到屏幕上的图像的质量大大地增加了。此外，第一驱动装置和第二驱动装置分别具有以第一支撑物和第二支撑物为中心的对称结构以使得第一驱动装置和第二驱动装置具有稳定的结构。此外，反射元件由第一支柱、第二支柱和第三支柱所支撑从而增加了反射元件的平整度。

附图说明

通过参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的及优点将变得更加明显，其中：

图1是表示传统的驱动式反射镜阵列的机械系统的示意图；

图2是表示在本申请的申请人的一份在先中请中公开的一种用于光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的一剖视图；

图3A至图3D表示制造用于图2所示的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的步骤；

图4是表示根据本发明的薄膜驱动式反射镜阵列的一平面图；

图5是表示用于图4所示的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的透视图；

图6是沿着图5中的A1-A2线的剖视图；

图7A至7E表示根据本发明的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的制作步骤；

图8表示根据本发明的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的工作原理的剖视图。

下面，将结合附图对本发明的优选实施例进行更加详细说明。

具体实施方式

图4是表示根据本发明的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的一平面图，图5是图4所示的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的一透视图，而图6是沿着图5中的A1-A2线的一剖视图。

参照图4至图6，根据本发明的光学投影系统中的薄膜AMA具有一有源阵列125，一第一驱动装置215a，一第二驱动装置215b，一支撑元件220，和一反射元件200。

参照图6，有源阵列125具有一包含电路(未示出)的衬底100，在电路上形成的一连接点120，在衬底100和连接点120上形成的钝化层130，和一在钝化层130上形成的蚀刻阻止层135。优选地，电路具有M×N(M，N为整数)个MOS三极管且连接点120具有一从MOS三极管的漏极延伸出来的漏极焊盘，以传输第一信号(图像电流信号)。

参照图5至6，第一驱动装置215a具有一第一支持层150a一第一底部电极155a，一第一有源层160a，一第一顶部电极175a，和一第一通路接触装置170a。第一支持层150a的中央部分的底部与下面含有连接点120的蚀刻阻止层135的第一部分相连。第一支持层150a的中央部分被称作第一支撑物153a。第一支持层150a的周边部分在蚀刻阻止层上方平行地形成。在第一支持层150a的周边部分和蚀刻阻止层135之间夹有一第一空气间隙145。在第一支持层150a上形成一第一底部电极155a，并在第一底部电极155a上形成第一有源层160a。第一顶部电极175a被划分为分别形成于第一有源层160a的周边部分上的两部分。在从第一有源层160a的中央部分到连接点120之间穿过第一底部电极155a、第一支持层150a(即，第一支撑物153a)、蚀刻阻止层135和钝化层130形成的第一通路孔165a中形成第一通路接触装置170a。所以，第一驱动装置为U形，其中，第一驱动装置215a的中央部分与蚀刻阻止层135的第一部分相连，而第一驱动装置215a的周边部分在蚀刻阻止层135上方平行地延伸。第一通路孔165a和第一通路接触装置170a是在第一驱动装置215a的中央部分上形成的。

第二驱动装置215b沿着与第一驱动装置215a平行的方向对应地形成。第二驱动装置215b具有一第二支持层150b一第二底部电极155b，一第一有源层160a，一第二顶部电极175b，和一第二通路接触装置170b。第二支持层150b的中央部分的底部与下面含有连接点120的蚀刻阻止层135的第二部分相连。第二支持层150b的中央部分被称作第二支撑物153b。第二支持层150b的周边部分在蚀刻阻止层上方平行地形成。在第二支持层150b的周边部分和蚀刻阻止层135之间夹有一第一空气间隙145。在第二支持层150b上形成一第二底部电极155b，并在第二底部电极155b上形成第二有源层160b。第二顶部电极175b被划分为分别形成于第二有源层160b的周边部分上的两部分。在从第二有源层160b的中央部分到连接点120之间穿过第二底部电极155b、第二支持层150b(即，第二支撑物153b)、蚀刻阻止层135和钝化层130形成的第二通路孔165b中形成第二通路接触装置170b。所以，第二驱动装置为U形，其中，第二驱动装置215b的中央部分与蚀刻阻止层135的第二部分相连，而第二驱动装置215b的周边部分在蚀刻阻止层135上方平行地延伸。第二通路孔165b和第二通路接触装置170b是在第二驱动装置215b的中央部分上形成的。

支撑元件220是沿着垂直于第一驱动装置215a和第二驱动装置215b的方向形成的。支撑元件220具有一第三支持层150c，一第三底部电极155c，一第三有源层160c，和一第三顶部电极175c。第三支持层150c的第一部分与蚀刻阻止层135的第三部分相连。第三支持层150c的第二部分在蚀刻阻止层135的上方平行地形成。在第三支持层150c的第二部分和蚀刻阻止层135之间夹有一第一空气间隙145。支撑元件220与第一驱动装置215a和第二驱动装置215b具有相同的高度以便水平地支撑反射元件200。第一驱动装置215a和第二驱动装置215b在蚀刻阻止层135上平行地形成，而支撑元件220相对于第一驱动装置215a和第二驱动装置215b垂直地形成，从而第一驱动装置215a和第二驱动装置215b，以及支撑元件220的平面示意图为U形。

参照图5，在第一顶部电极175a上形成一第一支柱180，在第二顶部电极175b上形成一第二支柱185，在第三顶部电极175c上形成一第三支柱190。第一支柱180的周边部分分别与第一顶部电极175a的周边部分相连，而第一支柱180的中央部分伸出到第一顶部电极175a以外。在第一支柱180的中央部分与第一顶部电极175a之间夹有一第二空气间隙195a。此外，第二支柱185的周边部分分别与第二顶部电极175b的周边部分相连，而第二支柱185的中央部分伸出到第二顶部电极175b以外。在第二支柱185的中央部分与第二顶部电极175b之间夹有一第三空气间隙195b。第一支柱180和第二支柱185的中央部分彼此相对地延伸，使得第一支柱180与第二支柱185一起构成一H形。第一支柱180和第二支柱185的周边部分的底部和第三支柱190的底部分别为U形。第一支柱180、第二支柱185和第三支柱190共同支撑反射元件200。

用来反射入射光的反射元件200是在第一支柱180，第二支柱185，和第三支柱190当中形成的。反射元件200的第一部分与第一支柱180和第二支柱185的延伸部分相连接。此外，反射元件200的第二部分与第三支柱190的第二部分相连接，因此，反射元件200为长方形。

下面将描述根据本发明的光学投影系统中的薄膜AMA的制造方法。

图7A和7E表示根据本发明的薄膜AMA的制造方法。在图7A到7E中，与图5和6相同的元件采用与其相同的标号。

参照图7A，提供一种具有电路(未示出)和连接点120的衬底100。电路和连接点120接收来自外部的第一信号，即，图像电流信号，并将该第一信号传输到第一底部电极155a和第二底部电极155b上。优选地，衬底100是一种硅晶片，电路120具有M×N(M，N为整数)个用于转换操作的MOS三极管。连接点120包括从MOS三极管的漏极延伸出来的漏极焊盘。连接点120是采用一种金属，如钛(Ti)或钨(W)构成的。

采用硅酸磷玻璃(PSG)并利用化学汽相淀积法(CVD)在衬底100上形成钝化层130以使其具有0.1μm到2.0μm的厚度。钝化层130在随后的制作步骤中对含有电路和连接点120的衬底100起到保护作用。

在钝化层130上形成蚀刻阻止层135，以完成有源阵列125。采用氮化物形成蚀刻阻止层135以使其具有约1000埃到2000埃的厚度。利用低压化学汽相淀积法(LPCVD)形成蚀刻阻止层135。蚀刻阻止层135在随后的制作步骤中防止钝化层130和衬底100被蚀刻。

采用PSG在蚀刻阻止层135上形成第一牺牲层140。第一牺牲层140是利用大气压下的CVD(APCVD)方法形成的，以使其具有约2.0μm到3.0μm的厚度。在这种情况下，第一牺牲层140的平整度差，因为第一牺牲层14覆盖了具有含电路和连接点120的衬底100的有源阵列125的顶部。因此，采用在玻璃上的甩胶法(SOG)或采用化学机械抛光法(CMP)对第一牺牲层140的表面进行平整以使第一牺牲层140具有约1.1μm的厚度。接着，对下面含有连接点120的第一牺牲层140的第一部分和第二部分以及第一牺牲层140的第三部分进行蚀刻以便暴露出下面含有连接点120的蚀刻阻止层135的第一和第二部分并暴露出蚀刻阻止层135的第三部分。图7B是表示对第一牺牲层140模制时的状态平面图。在图7B中，蚀刻阻止层135的第三暴露部分相对于蚀刻阻止层135的第一和第二暴露部分垂直地形成。分别在蚀刻阻止层135的第一、第二和第三暴露部分上形成第一支撑物153a、第二支撑物153b和第三支撑物153c。第一支撑物153a、第二支撑物153b和第三支撑物153c分别支撑第一驱动装置215a、第二驱动装置215b和支撑元件220。第一支撑物153a和第二支撑物153b是平行地形成的，而第三支撑物153c是沿着垂直于第一支撑物153a和第二支撑物153b的方向形成的。所以，第一支撑物153a、第二支撑物153b和第三支撑物153c一起组成了一U形。

参照图7C，在蚀刻阻止层135的暴露部分上和第一牺牲层140上形成第一层149。采用刚性材料，如氮化物或一种金属形成第一层149。利用LPCVD方法形成第一层149以使其具有约0.1μm到1.0μm的厚度。对第一层149进行模制以形成第一支持层150a，第二支持层150b，和第三支持层150c。

在第一层149上形成一底部电极层154。采用一种导电金属，如铂(Pt)、钽(Ta)或铂-钽(Pt-Ta)形成底部电极154。利用溅射法或CVD方法形成底部电极层154以使其具有约0.1μm到1.0μm的厚度。对底部电极层154进行模制以便形成第一底部电极155a、第二底部电极155b和第三底部电极155c。

第二层159在底部电极层154的上面形成。采用一种压电材料，如PZT(Pb(Zr，Ti)O₃)或PLZT((Pb，La)(Zr，Ti)O₃)形成第二层159以使其具有约0.1μm到1.0μm的厚度。此外，采用一种电致伸缩材料，如PMN(Pb(Mg，Nb)O₃)形成第二层159。利用溅射法或CVD方法形成第二层159。优选地，采用由sol-gel方法生成的PZT并利用溅射法形成第二层，以使其具有约0.4μm的厚度。接着，利用快速热退火(RTA)方法对第二层159进行退火以完成压电材料的相变。对第二层159进行模制以便形成第一有源层160a、第二有源层160b和第三有源层160c。

在第二层159的上面形成一层顶部电极层174。顶部电极层174是采用具有导电性的金属材料制成的，如铝、铂、钽或铂-钽。顶部电极层174是利用溅射法或CVD方法形成的以使其具有约0.1μm到1.0μm之间的厚度。对顶部电极层174进行模制以便形成第一顶部电极175a、第二顶部电极175b和第三顶部电极175c。

参照图7D，当利用甩胶法在顶部电极层174上涂覆一层第一感光性树脂(未示出)之后，利用该第一感光性树脂作为蚀刻掩模对顶部电极层174进行模制以便形成第一顶部电极175a、第二顶部电极175b和第三顶部电极175c。结果，第一顶部电极175a和第二顶部电极175b彼此平行地形成，而第三顶部电极175c垂直于第一顶部电极175a和第二顶部电极175b形成。在这种情况下，如图5所示，第一顶部电极175a以其下面的第一支撑物153a为中心被划分为两部分。第二顶部电极175b也以其下面的第二支撑物153b为中心被划分为两部分。

将一第二信号，即，一偏置电流信号，施加在第一顶部电极175a上，以便在第一顶部电极175a和第一底部电极155a之间产生一第一电场。该第二信号也施加在第二顶部电极175b上以便在第二顶部电极175b和第二底部电极155b之间产生一第二电场。接着，在利用蚀刻法去除了第一感光性树脂之后，采用甩胶法在第一顶部电极175a、第二顶部电极175b、第三顶部电极175c和第二层上覆盖一第二感光性树脂(未示出)。以第二感光性树脂作为蚀刻掩模对第二层159进行模制以便形成第一有源层160a、第二有源层160b和第三有源层160c。第一有源层160a、第二有源层160b和第三有源层160c分别宽于第一顶部电极175a、第二顶部电极175b和第三顶部电极175c。

接着，通过对穿过底部电极层154、第一层149、蚀刻阻止层135和钝化层130从第一有源层160a的中央部分到连接点120进行蚀刻来形成第一通路孔165a，如图5所示。同时，对通过穿过底部电极层154、第一层149、蚀刻阻止层135和钝化层130从第二有源层160b的中央部分到连接点120进行蚀刻来形成第二通路孔165b。然后，分别在第一通路孔165a和165b中形成第一通路接触装置170a和第二通路接触装置170b。采用一种导电金属，如钨、铂或钽并利用溅射法或CVD方法形成第一通路接触装置170a和第二通路接触装置170b。第一通路接触装置170a将连接点120与第一底部电极155a相连，而第二底部电极170b将连接点120与第二底部电极155b相连。因此，通过电路、连接点120和第一通路接触装置170a将第一信号施加在第一底部电极155a上，而且第一信号还通过电路、连接点120和第二通路接触装置170b被施加在第二底部电极155b上。

在利用蚀刻法去除了第二感光性树脂之后，利用甩胶法在第一顶部电极175a、第二顶部电极175b、第三顶部电极175c、第一有源层160a、第二有源层160b、第三有源层160c和底部电极层154上覆盖一第三感光性树脂(未示出)。通过以第三感光性树脂作为蚀刻掩模对顶部电极层154进行模制以形成第一底部电极155a、第二底部电极155b和第三底部电极155c。第一底部电极155a、第二底部电极155b和第三底部电极155c分别宽于第一有源层160a、第二有源层160b和第三有源层160c。然后，利用蚀刻法去除第三感光性树脂。因此，当第一信号被施加在第一底部电极155a并且第二信号被施加在第一顶部电极175a上时，在第一顶部电极175a和第一底部电极155a之间产生第一电场。因此，第一有源层160a由于第一电场作用而产生变形。同时，当第一信号被施加在第二底部电极155b并且第二信号被施加在第二顶部电极175b上时，在第二顶部电极175b和第二底部电极155b之间产生第二电场。因此，第二有源层160b由于第二电场的作用而产生变形。

在利用甩胶法在第一底部电极155a，第二底部电极155b和第三底部电极155c上覆盖第四感光性树脂之后，通过以第四感光性树脂(未示出)作为蚀刻掩模对第一层149模制以形成第一支持层150a，第二支持层150b和第三支持层150c。第一支持层150a的中央部分的底部与蚀刻阻止层135的第一部分相连，第二支持层150b的中央部分的底部与蚀刻阻止层135的第二部分相连，第三支持层150b的中央部分的底部与蚀刻阻止层135的第三部分相连。第一支持层150a、第二支持层150b和第三支持层150c的连接部分部分被称为第一支撑物153a、第二支撑物153b和第三支撑物153c。然后，利用蚀刻法去除第四感光性树脂。结果，第一驱动装置215a、第二驱动装置215b和支撑元件220成为半成品。

参照图7E，在第一驱动装置215a、第二驱动装置215b、支撑元件220和第一牺牲层140上形成一第二牺牲层230。通过利用甩胶法在聚合物或感光性树脂上甩胶形成第二牺牲层230。接着，对第二牺牲层230模制以暴露出第一顶部电极175a、第二顶部电极175b以及第三顶部电极175c的周边部分。然后，在第一顶部电极175a，第二顶部电极175b和第三顶部电极175c的周边部分上和第二牺牲层230上形成一反射金属层，如镍、铝、铂或银。反射层是采用溅射法或CVD方法形成的并具有约0.1μm到1.0μm的厚度。在对反射金属层进行模制之后形成第一支柱180、第二支柱185、第三支柱190和反射元件200。同时，第一支柱180的周边部分的底部与第一顶部电极175ad周边部分相连，第二支柱185的周边部分的底部与第二顶部电极175b的周边部分相连。在利用蚀刻法去除了第二牺牲层230之后，在第一支柱180的中央部分和第一顶部电极175a之间夹有一第二空气间隙195a。此外，在利用蚀刻法去除了第二牺牲层230之后，在第二支柱185的中央部分和第二顶部电极175b之间夹有一第三空气间隙195b。所以，第一支柱180的中央部分在第一顶部电极175a的上方水平地伸出，而第二支柱185的中央部分在第二顶部电极175b的上方水平地伸出。第一支柱180和第二支柱185的中央部分彼此相对地延伸，使得第一支柱180和第二支柱185一起形成一H形。第三支柱190的底部与第三顶部电极175c相连。第一、第二和第三支柱180、185和190的连接部分分别为U形。在从第一和第二支柱180和185的延伸部分到第三支柱190的第二牺牲层230上形成反射元件200。反射元件200为长方形。所以，第一支柱180、第二支柱185和第三支柱190一起支撑反射元件200。

接着，利用等离子氧去除第二牺牲层230并且利用氟化氢蒸汽(HF)去除第一牺牲层140。结果，就完成了第一驱动装置215a、第二驱动装置215b和支撑元件220。当去除了第一牺牲层140之后，在第一牺牲层140所处的位置形成一第一空气间隙145。然后，在进行了漂洗和干燥步骤之后，如图5所示的薄膜驱动式反射镜阵列就完成了。

下面将描述根据本发明的光学投影系统中的薄膜AMA的工作原理。

在根据本实发明的薄膜AMA中，第一信号通过电路、连接点120、第一通路接触装置175a从外部被施加在第一底部电极155a上。此外，第一信号还通过电路、连接点120、第二通路接触装置170b从外部被施加在第二底部电极155b上。同时，第二信号通过公共线(未示出)从外部被施加在第一顶部电极175a和第二顶部电极175b上。结果，在第一顶部电极175a和第一底部电极155a之间产生一第一电场并且在第二顶部电极175b和第二底部电极155b之间产生一第二电场。在第一顶部电极175a和第一底部电极155a之间形成的第一有源层160a由于第一电场的作用而产生变形，而在第二顶部电极175b和第二底部电极155b之间形成的第二有源层160b由于第二电场的作用而产生变形。第一有源层160a和第二有源层160b分别沿着垂直于第一和第二电场方向产生变形。包含第一有源层160a的第一驱动装置215a沿着相对于第一支持层150a所处的方向被驱动，而包含第二有源层160b的第二驱动装置215b沿着相对于第二支持层150b所处的方向被驱动。图8是表示根据本发明的第一驱动装置215a的工作原理的剖面图。参照图8，第一驱动装置215a的周边部分分别以第一支撑物153a为中心向上地被驱动。当第一驱动装置的周边部分被驱动时，在第一驱动装置215a上形成的第一支柱180由于第一驱动装置215a和第一支柱180之间的金属张力区作用而向上弯曲。在这种情况下，当第一驱动装置215a的位移为δ时，第一支柱180具有与第一驱动装置215a相同的位移。即，第一支柱180的位移为δ。此外，第二驱动装置215b的周边部分以第二支撑物153b为中心向上地被驱动。当第二驱动装置215b的周边部分被驱动时，在第二驱动装置215b上形成的第二支柱185由于第二驱动装置215b和第二支柱185之间的金属张力区作用而向上弯曲。当第二驱动装置215b的位移为δ时，第二支柱185具有与第二驱动装置相同的位移。因此，驱动装置和支柱的位移之和为2δ。所以，由第一支柱180和第二支柱185支撑的反射元件200以2δ的位移倾斜。所以，反射元件将光束反射到屏幕上，进而在屏幕上形成图像。

在传统的薄膜AMA中，当考虑到薄膜AMA的面积时，由反射元件反射出的光量小于入射到薄膜AMA上的光量，因为，反射元件的支撑部分大于其反射部分。即，由于在反射元件倾斜过程中根据驱动装置的倾斜角支撑反射元件的支撑部分大于实际上对入射光进行反射的反射元件的反射部分，就薄膜AMA的面积而言，光效率降低进而使由薄膜AMA投射到屏幕上的图像质量下降。此外，入射光在与反射元件的反射部分相邻的反射元件支撑部分的位置上被散射，因为在支撑部分的位置上入射光也被反射。因此，由薄膜AMA投射到屏幕上的图像的质量下降。

然而，在根据本发明的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列中，薄膜AMA具有一第一驱动装置、一第二驱动装置、一支撑元件和一反射元件。第一驱动装置和第二驱动装置分别以一预定的位移被驱动。在第一驱动装置、第二驱动装置和支撑元件上分别形成一第一支柱、第二支柱和一第三支柱。由于支柱与驱动装置之间的金属张力区作用，第一支柱和第二支柱以一预定的位移被弯曲。由第一支柱和第二支柱支撑的反射元件以一两倍的位移倾斜，从而投射到屏幕上的图像的质量大大地增加了。此外，第一驱动装置和第二驱动装置分别具有以第一支撑物和第二支撑物为中心的对称结构，使得第一驱动装置和第二驱动装置具有稳定的结构。此外，反射元件被第一支柱、第二支柱和第三支柱所支撑以便增加反射元件的平整度。

尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是，应该理解，本发明不应被局限于这些优选实施例，而对于本领域的普通技术人员来说，可以在此后所要求的本发明的精神实质和保护范围之内作出各种不同的变化和改进。

Claims (14)

1、一种光学投影系统中由第一信号和第二信号驱动的薄膜驱动式反射镜阵列，包括：

一有源阵列，其具有一用来接收来自外部的第一信号并传输该第一信号的电路和连接点；

一第一驱动装置，包括：一第一支持层，具有一中央部分和一周边部分，其中中央部分与含有连接点的所述有源阵列的第一部分相连，而周边部分平行地形成在所述有源阵列的上方；一第一底部电极，用来接收第一信号并在所述第一支持层上形成；一对应于所述第一底部电极的所述第一顶部电极，用来接收第二信号并在所述第一顶部电极和所述第一底部电极之间产生一第一电场；以及一第一有源层，它是在所述第一顶部电极和所述第一底部电极之间形成的并由于第一电场的作用而产生变形；

一第二驱动装置，包括：一第二支持层，具有一中央部分和一周边部分，其中央部分与含有连接点的所述有源阵列的第二部分相连，而周边部分平行地形成在所述有源阵列的上方；一第二底部电极，用来并接收第一信号并且所述第二底部电极是在第一支持层上形成的；一对应于所述第二底部电极的第二顶部电极，用来接收第二信号并在所述第二顶部电极和所述第二底部电极之间产生一第二电场；以及一第二有源层，它是在所述二顶部电极和所述第二底部电极之间形成的并由于第二电场的作用而产生变形；

一在所述有源阵列的第三部分上形成的支撑装置，所述的支撑装置包括一在所述有源阵列的第三部分上形成的第三支持层，一在所述第三支持层上形成的第三底部电极，一在所述第三底部电极上形成的第三有源层，一在所述第三有源层上形成的第三顶部电极；以及

一用来反射光的反射装置，所述反射装置是在所述第一驱动装置、所述第二驱动装置和所述支撑装置上形成的。

2、如权利要求1所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，所述的有源阵列还包括一钝化层，用来保护所述有源阵列；和一蚀刻阻止层以防止所述有源阵列被蚀刻。

3、如权利要求1所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，其中，所述的第一驱动装置和所述的第二驱动装置是平行地形成的，并且支撑装置相对于所述第一驱动装置和所述第二驱动装置垂直地形成。

4、如权利要求3所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，所述的第一驱动装置还包括一第一支柱，它具有分别与所述第一顶部电极相连接的周边部分和在所述第一顶部电极上方形成的中央部分，所述第二驱动装置还包括一第二支柱，它具有分别与所述第二顶部电极相连接的周边部分和在所述第二顶部电极上方形成的一中央部分。

5、如权利要求4所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，其中，所述的支撑装置还包括一在所述第三顶部电极上形成的第三支柱。

6、如权利要求5所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，其中，所述的第一支柱和所述第二支柱的中央部分彼此相对地延伸，并且所述第一支柱和所述第二支柱一起构成一H形。

7、如权利要求6所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，其中，所述的反射装置是在从所述第一支柱和所述第二支柱的延伸部分到所述第三支柱之间形成的，并为长方形。。

8、如权利要求1所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，所述的第一顶部电极具有一分别在所述第一有源层的周边部分上形成的第一部分和一第二部分，所述第二顶部电极具有一分别在所述第二有源层的周边部分上形成的第一部分和一第二部分。

9、如权利要求8所述的光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列，所述的第一驱动装置还包括一用于将第一信号从连接点传输到所述第一底部电极的第一通路接触装置，所述第一通路接触装置是在由所述第一有源层的中央部分到连接点之间贯穿所述第一底部电极和所述第一支持层形成的第一通路孔内形成的，所述的第二驱动装置还包括一用于将第一信号从连接点传输到所述第二底部电极的第二通路接触装置，所述第二通路接触装置是在由所述第二有源层的中央部分到连接点之间贯穿所述第二底部电极和所述第二支持层形成的第二通路孔内形成的。

10、一种用于制作光学投影系统中由第一信号和第二信号驱动的薄膜驱动式反射镜阵列的方法，所述方法包括下列步骤：

提供一具有用来接收来自外部的第一信号并传输第一信号的电路和连接点的有源阵列；

在所述有源阵列上形成一第一牺牲层；

对第一牺牲层进行模制以暴露出含有连接点的所述有源阵列的一第一部分和一第二部分，并暴露出所述有源阵列的一垂直于第一和第二暴露部分的第三暴露部分；

在所述有源阵列的暴露部分和第一牺牲层上形成一第一层、一底部电极层、一第二层和一顶部电极层；

通过对所述顶部电极层模制以形成一用于分别接收第二信号并分别产生一第一电场和第二电场的第一顶部电极和第二顶部电极，通过对所述第二层模制以产生一分别由于第一电场和第二电场作用而发生变形的第一有源层和第二有源层，通过对所述底部电极层模制以形成分别接收第一信号的所述第一底部电极和所述第二底部电极，以及通过对所述第一层模制以便形成一具有与所述有源阵列的第一暴露部分相连的中央部分和在所述第一牺牲层上形成的周边部分的第一支持层，并形成一具有与所述有源阵列的第二暴露部分相连的中央部分和在第一牺牲层上形成的周边部分的第二牺牲层，这样，平行地形成一第一驱动装置和一第二驱动装置；

通过对所述顶部电极层模制以形成第三顶部电极，通过对所述第二层模制以形成一第三有源层，通过对所述底部电极层模制以形成一第三底部电极，以及通过对所述第一层模制以形成一与所述有源阵列的暴露部分相连的第三支持层，这样，形成一支撑装置；

在所述第一驱动装置、所述第二驱动装置和所述支撑装置上形成一第二牺牲层；以及

在所述第一驱动装置，所述第二驱动装置，和所述支撑装置上形成一用于反射一束光的反射装置。

11、如权利要求10所述的制作光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的方法，其中，形成所述第一驱动装置的步骤还包括从所述第一有源层的中央部分至连接点之间形成一第一通路孔和在第一通路孔中形成一用来连接所述第一底部电极与连接点的第一通路接触装置，形成所述第二驱动装置的步骤还包括从所述第二有源层至连接点之间形成一第二通路孔和在第二通路孔中形成一用来连接所述第二底部电极与连接点的第二通路接触装置。

12、如权利要求10所述的制作光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的方法，其中，形成反射装置的步骤还包括：

i)对第二牺牲层模制以暴露出所述第一顶部电极的周边部分，所述第二顶部电极的周边部分和一部分所述第三顶部电极；

ii)在所述第一顶部电极、所述第二顶部电极、所述第三顶部电极的暴露部分和第二牺牲层上形成一层反射金属，如银、铝、镍或铂；和

iii)在所述第一顶部电极上形成一第一支柱，在所述第二顶部电极上形成一第二支柱，在所述第三顶部电极上形成一第三支柱，并对反射金属层模制以形成反射装置。

13.如权利要求10所述的制作光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的方法，其中，形成第二牺牲层的步骤是通过在聚合物或感光性树脂上进行甩胶来完成的。

14.如权利要求10所述的制作光学投影系统中的薄膜驱动式反射镜阵列的方法，其中，形成反射装置的步骤还包括利用等离子氧气去除第二牺牲层和利用氟化氢蒸汽去除第一牺牲层。

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