CN1160220A - 制造薄膜致动的反射镜阵列的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造M×N个薄膜致动的反射镜的阵列的方法，包括如下步骤：制备有源矩阵，在弹性层顶部依次淀积薄膜待除层、弹性层、第二薄膜层、薄膜电致移位层和第一薄膜层，将第一薄膜层、薄膜电致移位层和第二薄膜层分别制成M×N个第一薄膜电极的一个阵列、M×N个薄膜电致移位件的一个阵列和M×N个第二薄膜电极的一个阵列的图案，将弹性层在纵向上制成M个伪弹性件的图案，制成一个薄膜保护层，将薄膜待除层和薄膜保护层去除，以及将M个伪弹性件制成M×N个弹性件的阵列的图案，从而构成M×N个薄膜致动的反射镜的阵列。

Description

制造薄膜致动的反射镜阵列的方法

本发明涉及光学投影系统，更具体地说，涉及用于该系统中的M×N个薄膜致动的反射镜的制造方法。

在现有技术中能利用的各种视频显示系统中，光学投影系统已知能够提供大规模的高质量显示。在这种光学投影系统中，来自一盏灯的光线均匀地照射在诸如M×N个致动反射镜的一个阵列上，其中的各反射镜是连接在各致动器上的。这些致动器可由一种电致移位材料制成，诸如响应作用在其上的电场而变形的压电或电致伸缩的材料。

从各反射镜反射的光束入射在诸如一块遮光板的一个小孔中。通过在各致动器上作用一个电信号，便可改变各反射镜对入射光束的相对位置，从而导致从各反射镜反射的光束的光径的偏移。随着各反射光束的光径的变化，各反射镜反射的通过小孔的光量产生了变化，借此调制了光束的强度。将通过小孔调制的光束经由诸如投影透镜等适当的光学器件透射到一块投影屏幕上，便在其上面显示出一个图象。

图1A至1G中，示出了用于制造M×N个薄膜致动的反射镜101的一个阵列100的步骤，其中M与N为整数，这一方法公开在名为“薄膜致动的反射镜阵列”的未授权并为本申请人所拥有的08/430,628号美国专利申请中。

制造阵列100的工艺从制备具有一个上表面并包括一块基板12、M×N个晶体管的一个阵列(未示出)及M×N个连接端14的一个阵列的有源矩阵10开始。

在随后的步骤中，当薄膜待除层24是由金属制成时用真空喷镀或蒸发法，当薄膜待除层24是由硅酸磷玻璃(PSG)制成时用化学汽相淀积(CVD)或旋涂法，而当薄膜待除层24是由多晶硅制成时则用CVD法，在有源矩阵10的上表面上形成一个薄膜待除层24。

此后，形成一个由该薄膜待除层24包围的包含M×N个支承件22的阵列的支承层20，其中该支承层20是用下述方法形成的：用光刻法在薄膜待除层24上形成M×N个空槽的一个阵列(未示出)，各该空槽位于连接端14周围，以及用真空喷镀或CVD法在位于连接端14周围的各空槽中构成支承件22，如图1A所示。支承件22是用绝缘材料制成的。

在下一步骤中，用Sol-Gel(溶胶-凝胶)、真空喷镀或CVD法在支承层20上方形成与支承件22的材料相同的绝缘材料制成的一个弹性层30。

随后，用下述方法在各支承件22中形成由金属制成的一个导管26：用蚀刻法首先制成M×N个孔的一个阵列(未示出)，各孔从弹性层30的顶面延伸到连接端14的顶面；然后在其中填充金属从而形成导管26，如图1B中所示。

在下一步骤中，用真空喷镀法在包含导管26的弹性层30顶部形成由导电材料制成的第二薄膜层40。第二薄膜层40通过形成在支承件22中的导管26电连接在晶体管上。

然后用真空喷镀法、CVD法或Sol-Gel法在第二薄膜层40的顶部形成由诸如钛酸铅锆(PZT)等压电材料制成的一个薄膜电致移位层50，如图1C中所示。

在下一步骤中，用光刻或激光修剪法将薄膜电致移位层50、第二薄膜层40及弹性层30制成M×N个薄膜电致移位件55的一个阵列、M×N个第二薄膜电极45的一个阵列及M×N个弹性件35的一个阵列的图案，直到支承层20被暴露出为止，如图1D中所示。各该第二薄膜电极45通过形成在各支承件22中的导管26电连接在晶体管上，并作为薄膜致动的反射镜101中的一个信号电极工作。

接着，在高温下，例如对于PZT为650摄氏度左右，热处理各薄膜电致移位件55以使其产生相变，而借此形成M×N个经过热处理的结构(未示出)的一个阵列。由于各经过热处理的薄膜电致移位件55是充分薄的，在它是用压电材料制成的情况中，没有必要推撑它：因为在薄膜致动的反射镜101的操作期间它能被所作用的电信号推撑。

上述步骤之后，用下述方法在M×N个经过热处理的结构的阵列中的薄膜电致移位件55的顶部构成由一种导电与反光的材料制成的M×N个第一薄膜电极65的一个阵列：首先用真空喷镀法形成完全覆盖包含暴露的支承层20在内的M×N个经过热处理的结构的阵列的顶部的、用导电与反光材料制成的一个层60，如图1E中所示；然后用蚀刻法有选择地去掉该层60，获得M×N个致动的反射镜结构111的一个阵列110，其中各该致动的反射镜结构111包含一个顶部表面及四个侧面，如图1F中所示。各第一薄膜电极65作为一块反射镜及薄膜致动的反射镜101中的一个偏压电极工作。

在上一步骤后面，用一个薄膜保护层(未示出)完全覆盖各该致动的反射镜结构111中的顶部表面及四个侧面。

然后用蚀法刻去掉支承层20中的薄膜待除层24。最后去掉薄膜保护层，从而构成M×N个薄膜致动的反射镜101的阵列100，如图1G中所示。

上述用于制造M×N个薄膜致动的反射镜101的阵列100的方法具有很多缺陷，首先并且最主要的问题是，用于去除薄膜待除层24和薄膜保护层时所使用的蚀刻剂的去掉方面，除去这种蚀刻剂使用的是清洗剂，而这些清洗剂是利用蒸发法去掉的。但是，在去掉清洗剂的过程中，清洗剂的表面张力会将弹性件35向下拉向有源矩阵10，而导致弹性件35粘到有源矩阵10上。这将损坏薄膜致动的反射镜101的一体性并且使其性能下降，并会进一步损害到薄膜致动的反射镜101的阵列100的所有性能。

因此，本发明的主要目的是提供一种能在光学投影系统中使用的、在清洗剂的去掉过程中弹性件不会粘到有源矩阵上的M×N个薄膜致动的反射镜的一个阵列的制造方法。

根据本发明的一个特点，本发明提出一种用于制造光学投影系统中的M×N个薄膜致动的反射镜的阵列的方法，其中M、N为整数；该方法包括如下步骤：

制备一个包含一个基板、M×N个连接端的一个阵列及M×N个晶体管的一个阵列的有源矩阵，其中各该连接端电连接在晶体管阵列中一个对应的晶体管上；

在该有源矩阵的顶部淀积一个薄膜待除层；

在薄膜待除层上形成M×N个空槽的一个阵列，各该空槽位于连接端的顶部周围；

在薄膜待除层的顶部淀积一个由绝缘材料构成的弹性层同时使其填在所述空槽中；

在各弹性层中构成M×N个导管的一个阵列，各该导管从弹性层的顶部延伸到一个对应的连接端的顶部；

在包含导管的弹性层的顶部淀积一个第二薄膜层、一个薄膜电致移位层和一个第一薄膜层，其中第二薄膜层由导电材料构成，第一薄膜层由导电并反光的材料构成；

将第一薄膜层、薄膜电致移位层和第二薄膜层分别制成M×N个第一薄膜电极、M×N个薄膜电致移位件的一个阵列和M×N个第二薄膜电极的一个阵列的图案，直到使弹性层暴露出来，籍此，构成M×N个半致动的反射镜结构的一个阵列，各半致动的反射镜结构包括第一薄膜电极、薄膜电致移位件和第二薄膜电极；其中第二薄膜电极通过导管和连接端电连接到对应的晶体管上，并作为薄膜致动的反射镜中的一个信号电极工作，第一薄膜电极作为一块反射镜及各薄膜致动的反射镜中的一个偏压电极工作；

将弹性层在纵向上制成M个伪弹性件的图案，直到薄膜待除层暴露出来，M个伪弹性件中的每一个均具有N个桥形部；

制成一个薄膜保护层，以将每一个半致动反射镜结构完全覆盖起来；

将薄膜待除层去除，从而构成多个驱动空间；

将薄膜保护层去除；以及

将M个伪弹性件在横向上制成M×N个弹性件的阵列的图案，从而构成M×N个薄膜致动的反射镜的阵列。

根据本发明的另一个方案，提出一种用于制造光学投影系统中的M×N个薄膜致动的反射镜的阵列的方法，其中M、N为整数；该方法包括如下步骤：

制备一个包含一个基板、M×N个连接端的一个阵列及M×N个晶体管的一个阵列的有源矩阵，其中各该连接端电连接在晶体管阵列中一个对应的晶体管上；

在该有源矩阵的顶部淀积一个薄膜待除层；

在薄膜待除层上形成M×N个空槽的一个阵列，各该空槽位于连接端的顶部周围；

在包括该空槽的薄膜待除层的顶部淀积一层由绝缘材料构成的弹性层；

在各弹性层中构成M×N个导管的一个阵列，各该导管从弹性层的顶部延伸到一个对应的连接端的顶部；

在包含导管的弹性层的顶部淀积一个第二薄膜层、一个薄膜电致移位层和第一薄膜层，其中第二薄膜层由导电材料构成，第一薄膜层由导电并反光的材料构成；

将第一薄膜层、薄膜电致移位件、第二薄膜层和弹性层制成M×N个第一薄膜电极的一个阵列、M×N个薄膜电致移位件的一个阵列、M×N个第二薄膜电极的一个阵列和M×N个弹性件的一个阵列的图案，直到使薄膜待除层和有源矩阵的多个部分暴露出来，籍此，构成M×N个薄膜致动的反射镜结构的一个阵列；各薄膜致动的反射镜结构包括第一薄膜电极、薄膜电致移位件、第二薄膜电极和弹性件，其中，第二薄膜电极通过导管和连接端电连接到对应的晶体管上，并作为各薄膜致动的反射镜中的一个信号电极工作，第一薄膜电极作为一块反射镜及各薄膜致动的反射镜中的一个偏压电极工作；

构成一个薄膜保护层，以将包括薄膜待除层和有源矩阵的暴露部分的致动反射镜结构完全覆盖起来；

将薄膜保护层在纵向上制成M个伪薄膜保护件的图案，直到薄膜待除层暴露出来；

将薄膜待除层去除，从而构成一个驱动空间；

将M个伪薄膜保护层去除，籍此，构成M×N个薄膜致动的反射镜的一个阵列。

从下面结合附图给出的对较佳实施例的描述中，本发明的上述及其它目的与特征将是显而易见的，附图中：

图1A至1G为展示以前公开的制造M×N个薄膜致动的反射镜的一个阵列的方法的示意性剖视图；

图2A至2F是根据本发明的一个实施例的用于制造M×N个薄膜致动的反射镜的阵列的一种方法的示意性剖视图；

图3A至3D是根据本发明的另一个实施例的用于制造M×N个薄膜致动的反射镜的阵列的一种方法的示意性剖视图。

图2A至图2F和图3A至图3D分别是根据本发明的制造用于光学投影系统中的M×N个薄膜致动的反射镜301的一个阵列300的一种方法的示意性剖视图；其中M、N为整数。应该指出，出现在图2A至图2F和图3A至图3D中的相同部件是用相同的参照标号表示的。

图2A至2F是根据本发明的一个实施例的用于制造M×N个薄膜致动的反射镜301的一个阵列300的一种方法的示意性剖视图。

制造阵列300的方法从制备一个包含一个基板212、M×N个连接端214的一个阵列和M×N个晶体管的一个阵列(未示出)的有源矩阵210开始，其中各该连接端214电连接在晶体管阵列中一个对应的晶体管上。

在下一步骤中，在该有源矩阵210的顶部构成厚度为0.1-2μm的、由诸如金属铜(Cu)或镍(Ni)、硅酸磷玻璃(PSG)或多晶硅制成的一个薄膜待除层224。如果该薄膜待除层224是用金属制成的，则用真空喷镀或蒸发法形成该薄膜待除层224；如果该薄膜待除层224是用PSG制成的，则用化学汽相淀积(CVD)法或旋涂法；而如果该薄膜待除层224是用多晶硅制成的，则用CVD法。

然后，用光刻法在薄膜待除层224中形成M×N个空槽的一个阵列(未示出)，各该空槽位于连接端214的顶部周围。

随后，用蒸发法、真空喷镀或CVD法在薄膜待除层224的顶部淀积一层厚度为0.1-2μm的、由例如氮化硅绝缘材料构成的弹性层230，同时使该弹性层填在空槽中。

此后，在各弹性层230中构成一个用诸如金属铝(Al)或钨(W)构成的M×N个导管226的一个阵列。各该导管226用下述方法构成：首先用蚀刻法形成M×N个孔的一个阵列(未示出)，各孔从弹性层230的顶部延伸到一个对应的连接端214的顶部；然后用诸如真空喷镀或CVD法在其中填充金属，如图2A中所示。

然后，用真空喷镀或真空蒸发法在包含导管226的弹性层230的顶部形成厚度为0.1-2μm的、用诸如铂(Pt)或铂/钛(Pt/Ti)等导电材料制成的一个第二薄膜层240。

接着，用蒸发法、真空喷镀法或Sol-Gel法在第二薄膜层240的顶部形成厚度为0.1-2μm的用诸如钛酸铅锆(PZT)等压电材料或诸如铌酸铅镁(PMN)等电致伸缩的材料制成的一个薄膜电致移位层250。然后热处理该薄膜电致移位层250以使之产生相变。

在随后的步骤中，用真空蒸发法或真空喷镀法在第一薄膜电致移位层250的顶部淀积一层厚度为0.1-2μm的用诸如金属铝(Al)或银(Ag)等导电并反光材料制成的第一薄膜层260，如图2B所示。

在上述步骤之后，利用光刻法或激光修剪法分别将第一薄膜层260、薄膜电致移位层250和第二薄膜层240制成M×N个第一薄膜电极265的一个阵列、M×N个薄膜电致移位件255的一个阵列和M×N个第二薄膜电极245的一个阵列的图案，直到使弹性层230暴露出来，籍此，构成M×N个半致动的反射镜结构321的一个阵列。各半致动的反射镜结构321包括第一薄膜电极265、薄膜电致移位件255和第二薄膜电极245。第二薄膜电极245通过导管226和连接端214电连接到对应的晶体管上，并作为各薄膜致动的反射镜301中的一个信号电极工作。第一薄膜电极265作为一块反射镜及各薄膜致动的反射镜301中的一个偏压电极工作。

由于各薄膜电致移位件255是充分薄的，在它是用压电材料制成的情况下，没有必要推撑(pole)它：因为在薄膜致动的反射镜301的工作期间它能被所作用的电信号推撑。

在随后的步骤中，利用光刻法或激光修剪法，弹性层230在纵向上被制成M个伪弹性件233的图案，直到薄膜待除层224暴露出来，如图2C所示。M个伪弹性件233中的每一个均具有N个桥形部。

随后的步骤是，用一个薄膜保护层270将每一个半致动反射镜结构321完全覆盖起来，如图2D所示。

然后，利用蚀刻剂或其他化学试剂，将薄膜待除层224去掉，从而构成驱动空间280。用于去掉薄膜待除层224的蚀刻剂或化学试剂由清洗剂去除，然后再将清洗剂去掉。

接着，薄膜保护层270用一种化学试剂去除，如图2E所示。用于去掉薄膜保护层270的化学试剂由清洗剂去除，然后再将清洗剂去掉。

最后，利用蚀刻法，例如反应离子蚀刻法(reaction ion etching method)，M个伪弹性件233在横向上被制成M×N个弹性件235的一个阵列的图案，从而构成M×N个薄膜致动的反射镜301的一个阵列300，如图2F所示。

与制造M×N个薄膜致动的反射镜101的阵列100的方法相反，在本发明的方法中，由于在除去清洗剂的过程中，半致动反射镜结构321由M个伪弹性件233所支持，M个伪弹性件233中的每一个均具有N个桥形部，弹性件235不会由于清洗剂的表面张力而粘到有源矩阵210上，从而，提高了薄膜致动的反射镜301的一体性并且使其性能提高，并进而提高了薄膜致动的反射镜301的阵列300的整个性能。

图3A至3D是根据本发明的另一个实施例的用于制造M×N个薄膜致动的反射镜301的阵列300的一种方法的示意性剖视图。

如图2B所示，在淀积完第一薄膜层260后，利用光刻法或激光修剪法分别将第一薄膜层260、薄膜电致移位层250、第二薄膜层240和弹性层230制成M×N个第一薄膜电极265的一个阵列、M×N个薄膜电致移位件255的一个阵列、M×N个第二薄膜电极245的一个阵列和M×N个弹性件235的一个阵列的图案，直到使薄膜待除层224和有源矩阵210的多个部分暴露出来，籍此，构成M×N个薄膜致动的反射镜结构311的一个阵列310，如图3A所示。

随后的步骤是，用由光致抗蚀剂构成的薄膜保护层(未示)将包括薄膜待除层224和有源矩阵210的的暴露部分的致动反射镜结构311完全覆盖起来。

在随后的步骤中，利用光刻法，薄膜保护层在纵向上被制成M个伪薄膜保护件275的图案，直到薄膜待除层224暴露出来，如图3B所示。

然后，利用蚀刻剂或其他化学试剂，将薄膜待除层224去掉，从而构成一个驱动空间280，如图3C所示。用于去掉薄膜待除层224的蚀刻剂或其他化学试剂由清洗剂清洗掉，然后再将清洗剂去掉。

在随后的步骤中，利用蚀刻法，例如等离子体蚀刻法将M个伪薄膜保护层275去掉或灼烧掉，籍此，构成M×N个薄膜致动的反射镜301的一个阵列300，如图3D所示。

在上述用于制造M×N个薄膜致动的反射镜301的阵列300的方法中，由于在去除清洗剂的过程中，致动的反射镜结构311由M个伪薄膜保护件275所支持，弹性件235不会粘到有源矩阵210上，从而，提高了薄膜致动的反射镜301的一体性及其性能，并进而提高了薄膜致动的反射镜的阵列300的整个性能。

虽然上面已相对于一定的较佳实施例描述了本发明，但是，还可以作出其它修正与变型而不脱离下述权利要求书中所限定的本发明的范围。

Claims (9)

1、一种用于制造光学投影系统中的M×N个薄膜致动的反射镜的一个阵列的方法，其中M、N为整数；其特征在于，该方法包括如下步骤：

制备一个包含一个基板、M×N个连接端的一个阵列及M×N个晶体管的一个阵列的有源矩阵，其中各该连接端电连接在晶体管阵列中一个对应的晶体管上；

在该有源矩阵的顶部淀积一个薄膜待除层；

在薄膜待除层上形成M×N个空槽的一个阵列，各该空槽位于连接端的顶部周围；

在薄膜待除层的顶部淀积一个由绝缘材料构成的弹性层同时使其填在所述空槽中；

在各弹性层中构成M×N个导管的一个阵列，各该导管从弹性层的顶部延伸到一个对应的连接端的顶部；

在包含导管的弹性层的顶部淀积一个第二薄膜层、一个薄膜电致移位层和一个第一薄膜层，其中第二薄膜层由导电材料构成，第一薄膜层由导电并反光的材料构成；

将第一薄膜层、薄膜电致移位层和第二薄膜层分别制成M×N个第一薄膜电极的一个阵列、M×N个薄膜电致移位件的一个阵列和M×N个第二薄膜电极的一个阵列的图案，直到使弹性层暴露出来，籍此，构成M×N个半致动的反射镜结构的一个阵列，各半致动的反射镜结构包括第一薄膜电极、薄膜电致移位件和第二薄膜电极；其中第二薄膜电极通过导管和连接端电连接到对应的晶体管上，并作为薄膜致动的反射镜中的一个信号电极工作，第一薄膜电极作为一块反射镜及各薄膜致动的反射镜中的一个偏压电极工作；

将弹性层在纵向上制成M个伪弹性件的图案，直到薄膜待除层暴露出来，M个伪弹性件中的每一个均具有N个桥形部；

制成一个薄膜保护层，以将每一个半致动反射镜结构完全覆盖起来；

将薄膜待除层去除，从而构成多个驱动空间；

将薄膜保护层去除；以及

将M个伪弹性件在横向上制成M×N个弹性件的阵列的图案，从而构成M×N个薄膜致动的反射镜的阵列。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用光刻法，弹性层被制成M个伪弹性件的图案。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用激光修剪法，弹性层被制成M个伪弹性件的图案。

4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，利用反应离子蚀刻法，M个伪弹性件在横向上被制成M×N个弹性件的阵列的图案。

5、一种用于制造光学投影系统中的M×N个薄膜致动的反射镜的阵列的方法，其中M、N为整数；其特征在于，该方法包括如下步骤：

制备一个包含一个基板、M×N个连接端的一个阵列及M×N个晶体管的一个阵列的有源矩阵，其中各该连接端电连接在晶体管阵列中一个对应的晶体管上；

在该有源矩阵的顶部淀积一个薄膜待除层；

在薄膜待除层上形成M×N个空槽的一个阵列，各该空槽位于连接端的顶部周围；

在包括该空槽的薄膜待除层的顶部淀积一层由绝缘材料构成的弹性层；

在各弹性层中构成M×N个导管的一个阵列，各该导管从弹性层的顶部延伸到一个对应的连接端的顶部；

在包含导管的弹性层的顶部淀积一个第二薄膜层、一个薄膜电致移位层和一个第一薄膜层，其中第二薄膜层由导电材料构成，第一薄膜层由导电并反光的材料构成；

将第一薄膜层、薄膜电致移位件、第二薄膜层和弹性层制成M×N个第一薄膜电极的一个阵列、M×N个薄膜电致移位件的一个阵列、M×N个第二薄膜电极的一个阵列和M×N个弹性件的一个阵列的图案，直到使薄膜待除层和有源矩阵的多个部分暴露出来，籍此，构成M×N个薄膜致动的反射镜结构的一个阵列；各薄膜致动的反射镜结构包括第一薄膜电极、薄膜电致移位件、第二薄膜电极和弹性件，其中，第二薄膜电极通过导管和连接端电连接到对应的晶体管上，并作为各薄膜致动的反射镜中的一个信号电极工作，第一薄膜电极作为一块反射镜及各薄膜致动的反射镜中的一个偏压电极工作；

构成一个薄膜保护层，以将包括薄膜待除层和有源矩阵的暴露部分的致动反射镜结构完全覆盖起来；

将薄膜保护层在纵向上制成M个伪薄膜保护件的图案，直到薄膜待除层暴露出来；

将薄膜待除层去除，从而构成一个驱动空间；

将M个伪薄膜保护件去除，籍此，构成M×N个薄膜致动的反射镜的一个阵列。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该薄膜保护层由光致抗蚀剂构成。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用光刻法，薄膜保护层被制成M个伪薄膜保护件的图案。

8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用灼烧法，将M个伪薄膜保护件除去。

9、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用等离子体蚀刻法，将M个伪薄膜保护件除去。

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