CN1164042A - 具有一平的反光表面的薄膜致动反射镜的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜致动反射镜阵列的制造方法包括有以下步骤：提供一有源矩阵；在有源矩阵的顶上形成多个具有被平整的顶表面的绝缘层，在该多个绝缘层的顶表面上形成具有一空腔阵列的薄膜待除层；在该薄膜待除层的顶上形成一致动机构阵列，各致动机构包括一第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件，一第二薄膜电极、一弹性元件及一导管；并去除该薄膜待除层，从而形成该薄膜致动反射镜阵列。提高了该阵列的整体光效率及性能。

Description

具有一平的反光表面的薄膜致动反射镜的制造方法

本发明涉及一种光学投影系统；且更具体地，涉及一种用于该系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列的改进的制造方法。

在现有技术的各种视频显示系统中，已知一种光学投影系统能够提供大幅的高质量显示。在这样一光学投影系统中，来自一灯的光线被均匀地照射在例如一M×N致动反射镜阵列上，其中各反射镜与各致动器相连接，这些致动器可由响应于施加于其的电场而变形的电致位移材料制成。例如为压电材料或电致伸缩材料。

来自各反射镜的反射光束被入射在例如一光阑的小孔上。通过对各致动器施加一电信号，各反射镜与入射光束的相对位置被改变。从而导致来自各反射镜的反射光束发生偏转。当各反射光束的光路发生变化时，自各反射镜反射的通过该小孔的光量被改变，从而调制光束的强度，通过该小孔被调制的光束经一适当的光学装置例如一投影透镜被传送到一投影屏幕上，从而在其上显示一图象。

在图1A至1G中，说明了在制造一M×N薄膜致动反射镜101中所包括的制造步骤，其中M及N与整数，该方法被公开在一美国序列号为08/430,628，题为“薄膜致动反射镜阵列”的共有未决申请中。

该制造阵列100的过程开始于准备一具有一顶表面并包括一基底12、一M×N晶体管阵列(未示出)及一M×N连接端子14的阵列的有源矩阵10。

在接着的步骤中，在该有源矩阵的顶表面上形成一薄膜待除层24，如果该薄膜待除层24由金属制成。通过采用溅射法或蒸镀法形成，如果该薄膜待除层24由磷一硅玻璃(PSG)制成，通过采用化学汽相淀积(CVD)法或旋转涂覆法形成，如果该薄膜待除层24由多晶硅制成，通过采用CVD法形成。

然后，形成有一支持层20，该支持层20包括一由薄膜待除层24所环绕的M×N支持元件22的阵列，其中该支持层20通过以下步骤形成：通过采用光刻法在薄膜待除层24上建立一M×N空槽阵列(未示出)，各空槽位于连接端子14的四周；并通过采用溅射法或CVD法在各位于连接端子14四周的空槽中形成一支持元件22，如图1A所示，这些支持元件22由绝缘材料制成。

在接着的步骤中，通过采用一Sol-Gel、溅射或CVD法在支持层20的顶上形成一由与支持元件22相同的绝缘材料制成的弹性层30。

接着，通过以下步骤在各支持元件22中形成一由金属制成的导管26；首先通过采用蚀刻法，建立一M×N孔的阵列(未示出)各孔从弹性层30的顶部延伸至连接端子14的顶部；并以金属填充其中，从而形成导管26，如图1B所示。

在下一步骤中，通过采用溅射法，在包括这些导管26的弹性层30的顶上形成一由导电材料制成的第二薄膜层40。该第二薄膜层40通过形成在支持元件22中的导管26被电连接至晶体管。

然后，通过采用溅射法、CVD法或Sol-Gel法在第二薄膜层40的顶上形成一由压电材料，例如锆钛酸铅(PZT)制成的薄膜电致位移层50，如图1C中所示。

在接着的步骤中，通过采用光刻法或激光微调法，薄膜电致位移层50，第二薄膜层40及弹性层30被构型成一M×N薄膜电致位移元件55的阵列、一M×N第二薄膜电极45的阵列及一M×N弹性元件35的阵列，直至暴露出支持层20，如图1D所示。各第二薄膜电极45通过形成在各支持元件22中的导管26被电连接至晶体管并在薄膜致动反射镜101中起信号电极的作用。

接着，各薄膜电致位移元件55被热处理以允许产生相变，从而形成一M×N热处理机构的阵列(未示出)。由于各热处理薄膜电致位移元件55非常地薄，如果其由压电材料制成，则必需极化(Pole)它：因为在薄膜致动反射镜101的操作期间，它可被所施加的电信号极化。

在以上步骤后，通过以下步骤在M×N热处理机构的阵列中的薄膜电致位移元件55的顶上形成一由导电及反光材料制成的M×N第一薄膜电极65的阵列：首先采用溅射法形成一由导电及反光材料制成的层60，该层60完全覆盖M×N热处理机构的阵列的顶部，包括暴露出的支持层20，如图1E所示，然后采用蚀刻法，选择地去除层60，结果形成一M×N致动反射镜111的阵列110，其中各致动反射镜机构111包括一顶表面及四个侧表面，如图1F中所示。各第一薄膜电极65在薄膜致动反射镜101中起反射镜及偏置电极的作用。

接着以一薄膜保护层(未示出)完全覆盖各致动反射镜机构111中的顶表面及四个侧表面。

然后通过采用一湿蚀刻法去除支持层20中的薄膜待除层24。最后，去除该薄膜保护层，从而形成M×N薄膜致动反射镜101的阵列100，如图1G所示。

存在有许多与上述M×N薄膜致动反射镜101的阵列100的制造方法相关的缺陷。其中一个缺陷是这样构成的阵列100的整体光效率。由于通过例如在基底12的顶上形成的伸出的连接端子14，被提供用于制造阵列100的有源矩阵10具有一粗糙的顶表面，在弹性元件35、第二薄膜电极45、薄膜电致位移元件55及各薄膜致动反射镜101中的第一薄膜电极上形成有凸起，结果导致在也起到反射镜作用的第一薄膜电极65上建成一区域，光束从该区域被不规则地反射，如图1G的详细图所示。这样，阵列100的整体光效率降低。而且，被提供用于制造阵列100的有源矩阵10具有粗糙的顶表面的事实使得阵列100的整个制造过程困难。

因此，本发明的主要目的在于提供一种用于光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法，该方法能提供具有改善的光效率的阵列。

根据本发明的一个方面，提供有一种用于光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法，其中M及N为整数，该方法包括以下步骤：提供一有源矩阵，该有源矩阵包括一基底及一M×N连接端子的阵列；在该有源矩阵的顶上淀积一钝化层，该钝化层具有一顶表面；平整(planarizing)该钝化层的顶表面；在该钝化层的被整平的顶表面上的淀积一腐蚀剂阻止层；在该腐蚀剂阻止层的顶上形成一具有一M×N空腔阵列的薄膜待除层，各致动机构包括第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件、一第二薄膜电极、一弹性元件及一导管；并去除该薄膜待除层，从而形成M×N薄膜致动反射阵列。

根据本发明的另一方面，提供有一种用于光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法，其中M及N为整数，该方法包括以下步骤：提供一有源矩阵，该有源矩阵包括一基底及一M×N连接端子的阵列；在有源矩阵的顶上淀积一钝化层，该钝化层具有一顶表面；在钝化层的顶表面上淀积一平整(plan arization)层；去除平整层，同时平整钝化层的顶表面；在钝化层被平整的顶表面上形成一具有一M×N空腔阵列的薄膜待除层；在包括这些空腔的薄膜待除层的顶上形成一M×N致动机构的阵列，各致动机构包括一第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件、一第二薄膜电极、一弹性元件及一导管；并去除该薄膜待除层，从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。

通过以下结合附图给出的对优选实施例的描述，本发明的以上及其它目的及特征将变得明显，附图中：

图1A至1G提供了说明先前公开的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法的概略性截面视图；

图2A至2F给出了说明根据本发明的一个实施例的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法的概略性截面视图；

图3A至3G示出了说明根据本发明的另一实施例的M×N薄膜致动反射镜阵列的制造方法的概略性截面视图。

图2A至2F及图3A至3G分别给出了说明根据本发明的用于一光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的制造方法的概略性截面视图，其中M及N为整数。应当指出图2A至2F及图3A至3G中出现的相同部件以相同的参考数字表示。

在图2A至2F中，给出了说明根据本发明的一个实施例的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的制造方法的概略性截面视图。

该阵列300的制造过程开始于准备一有源矩阵210，该有源矩阵210包括一基底212、一M×N连接端子214的阵列及一M×N晶体管的阵列(未示出)，其中各连接端子214被电连接至晶体管阵列中相应的晶体管。该有源矩阵210具有一由例如形成于基底212的顶上的连接端子214的存在所导致的粗糙的顶表面。

在接着的步骤，通过采用例如大气压化学汽相淀积(APCUD)法在有源矩阵210的顶上淀积一由例如磷一硅玻璃(PSG)或硼磷-硅玻璃(BPSG)的绝缘材料制成的并具有可掩蔽有源矩阵210的粗糙顶表面的厚度，例如2-3μm的钝化层220，如图2A所示，其中钝化层220具有一顶表面。

然后，通过采用化学机械抛光(CMP)法，平整钝化层220的顶表面，如图2B所示。

在接着的步骤中，通过采用例如低压化学汽相淀积(LPCVD)或等离子增强化学汽相淀积(PECVD)法，在钝化层220的被平整的顶表面上淀积一由绝缘材料，例如氮化硅制成的并具有0.1-2μm厚度的腐蚀剂阻止层230，如图2C所示。

在接着的步骤中，在腐蚀剂阻止层230的顶上形成一由金属，例如铜(Cu)或镍(Ni)、磷-硅玻璃(PSG)或多晶硅制成的并具有0.1-2μm厚度的薄膜待除层250。如果该薄膜待除层250由金属制成，通过采用溅射法或蒸镀法形成，如果该薄膜待除层250由PSG制成，通过采用CVD或旋转涂覆法形成，如果该薄膜待除层250由多晶硅制成，通过采用CVD法形成。

接着，通过采用蚀刻法，在薄膜待除层250上建立一M×N空腔阵列(未示出)，使得各空腔围绕一连接端子214。

在接着的步骤中，通过采用CVD法，在包括这些空腔的薄膜待除层250的顶上淀积一由绝缘材料制成，并具有0.1-2μm厚度的弹性层260。

然后，在弹性层260中形成一由金属制成的M×N导管255的阵列。各导管255通过以下步骤形成：首先通过采用蚀刻法，建立一M×N孔的阵列(未示出)，各孔从弹性层260的顶部延伸至连接端子214的顶部；并通过采用例如搬移法用金属填充其中。

然后，通过采用溅射或真空蒸镀法在包括导管255的弹性层260的顶上形成一由导电材料制成并具有0.1-2μm厚度的第二薄膜层270。

接着，通过采用CVD法、蒸镀法、Sol-Gel法或溅射法，在第二薄膜层270的顶上形成一由压电或电致位移材料制成，并具有0.1-2μm厚度的薄膜电致位移层280。然后，该薄膜电致位移层280被热处理以允许发生相变。

在接着的步骤中，通过采用溅射法或真空蒸镀法，在薄膜电致位移层280的顶上形成一由导电且反光材料制成，并具有0.1-2μm厚度的第一薄膜层290，如图2D所示。

在上述步骤后，通过采用光刻法或激光微调法，将第一薄膜层290、薄膜电致位移层280、第二薄膜层270及弹性层260分别构型直至暴露出薄膜待除层250，从而形成M×N致动机构200的阵列，各致动机构200包括一第一薄膜电极295、一薄膜电致位移元件285、一第二薄膜电极275、一弹性元件265及导管255，如图2E所示。第二薄膜电极275通过导管255电连接至连接端子214，从而在各致动机构200中起到信号电极的作用。第一薄膜电极295被电连接至地，从而在各致动机构200中起到反射镜及公共偏置电极的作用。

由于各薄膜电致位移元件285非常薄，如果其由压电材料制成则不需极化它：由于在薄膜致动反射镜301的操作期间它可被所施加的电信号极化。

最后，去除薄膜待除层250，从而形成M×N薄膜致动反射镜301的阵列300，如图2F所示。

在图3A至3F中，提供了说明根据本发明的另一实施例的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的制造方法的概略性截面视图。

该阵列300的制造过程开始于准备一有源矩阵210，该有源矩阵210包括一基底212、一M×N连接端子214的阵列及一M×N晶体管的阵列(未示出)，其中各连接端子214电连接至晶体管阵列中相应的晶体管。该有源矩阵具有一由例如形成于基底212的顶上的连接端子214的伸出导致的粗糙的顶表面。

在接着的步骤中，通过采用例如CVD法，在有源矩阵210的顶上淀积一由绝缘材料，例如磷-硅玻璃(PSG)或硼磷-磷玻璃(BPSG)制成，并具有可掩蔽有源矩阵210的粗糙顶表面的厚度，例如2-3μm的钝化层220，其中该钝化层220有一顶表面。

在接着的步骤中，通过采用旋转涂覆法，使用溶剂，例如乳酸乙酯，在钝化层220的顶表面上形成一由粘性聚合物，例如accuflo制成的平整层240，如图3A所示。

接着，通过采用深腐蚀法，例如使用CF₄及O₂等离子的等离子蚀刻法，或CMP法，去除平整层240，同时平整钝化层220的顶表面，如图3B所示，然后通过采用热板烘烤法，在150℃至250℃的温度范围内处理90至150秒，由其蒸发而去除在形成平整板240中使用的溶剂。

然后，通过采用例如低压化学汽相淀积(LPCVD)或等离子增强化学汽相淀积(PEVCD)法，在钝化层220的被平整的顶表面上淀积一由绝缘材料，例如氮化硅制成的，并具有0.1-2μm厚度的腐蚀剂阻止层230，如图3C所示。

在图3D至3G中所示的步骤与图2D至2F中所说明的根据本发明的一实施例的过程一样，从而形成M×N薄膜致动反射镜301的阵列300。

在本发明的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的制造方法中，由于构成各致动机构200的薄膜层形成在钝化层220的被平整的顶表面上，构成各致动机构200的薄膜层为平的，允许位于其顶上的也起到反射镜作用的第一薄膜电极295具有一平的顶表面，从而提高了阵列300的整体性能和光效率。

应当指出，即使使用本发明方法构成的各薄膜致动反射镜301具有一单压电晶片(unimorph)结构，本发明方法也可很好地应用于制造一薄膜致动反射镜阵列，各薄膜致动反射镜具有一双压电晶片结构，因为后者仅包含附加的电致位移及电极层的形成。

还应当指出，本发明方法可被改型以允许制造具有不同几何结构的薄膜致动反射镜阵列。

虽然仅相对特定的优选实施例对本发明进行了描述，但在不超出由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，可做出其它的改型和变化。

Claims (12)

1、一种用于光学投影系统中的薄膜致动反射镜阵列的制造方法，该方法包括以下步骤：

提供一有源矩阵；

在该有源矩阵的顶上淀积一钝化层，其中该钝化层有一顶表面；

平整该钝化层的顶表面；

在该钝化层的被平整的顶表面上淀积一腐蚀剂阻止层；

在该钝化层的顶上形成一具有一空腔阵列的薄膜待除层；

在该包括有空腔的薄膜待除层的顶上形成一致动机构的阵列，各致动机构包括一第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件、一第二薄膜电极及一弹性元件；及

去除该薄膜待除层，从而形成该薄膜致动反射镜阵列。

2、根据权利要求1的方法，其中该钝化层由磷-硅玻璃(PSG)制成。

3、根据权利要求1的方法，其中该钝化层由硼磷-硅玻璃(BPSG)制成。

4、根据权利要求1的方法，其中该钝化层淀积有2-3μm的厚度。

5、根据权利要求1的方法，其中通过采用一大气压化学汽相淀积(APCVP)法淀积该钝化层。

6、根据权利要求1的方法，其中通过采用化学机械抛光(CMP)法平整该钝化层的顶表面。

7、一种用于光学投影系统中的薄膜致动反射镜阵列的制造方法，该方法包括以下步骤：

提供一有源矩阵；

在该有源矩阵的顶上淀积一钝化层，该钝化层有一顶表面；

在该钝化层的顶表面上淀积一平整层；

去除该平整层，同时平整该钝化层的顶表面；

在该钝化层的被平整的顶表面上形成一具有一空腔阵列的薄膜待除层；

在包括有空腔的薄膜待除层的顶上形成一致动机构的阵列，各致动机构包括一第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件，一第二薄膜电极及一弹性元件；及

去除该薄膜待除层，从而形成该薄膜致动反射镜阵列。

8、根据权利要求7的方法，其中通过采用一旋转涂覆法淀积该平整层。

9、根据权利要求8的方法，其中该平整层由粘性聚合物制成。

10、根据权利要求7的方法，其中通过采用CMP法去除该平整层，同时平整该钝化层的顶表面。

11、根据权利要求7的方法，其中通过采用深腐蚀法去除该平整层，同时平整该钝化层的顶表面。

12、根据权利要求11的方法，其中用于平整该钝化层的顶表面的深腐蚀法是一采用CF₄及O₂等离子的等离子蚀刻法。

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