CN1177110A - 薄膜致动反射镜阵列及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜的阵列及其制造方法,该阵列包括:一个有源矩阵,包括一个基底和一个M×N连接端子阵列;及一个M×N致动反射镜机构的阵列,各薄膜致动反射镜机构均包括一第一薄膜电极、一个阻隔件、一个薄膜电致位移件、一个第二薄膜电极和一个弹性件,其中为了提高构成各薄膜致动反射镜的薄膜之间的粘合性,阻隔层被设置在电致位移层之上,第二薄膜层的顶表面通过使用离子束而受到离子破坏。

Description

薄膜致动反射镜阵列及其制造方法
本发明涉及一种光学投影系统，且更具体地说，涉及一种在该系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列及其制造方法，其中每一个薄膜致动反射镜的薄膜之间粘合性较高从而具有一个改进的反射镜结构。
在现有技术的各种视频显示系统中，已知的光学投影系统能够提供大幅的高质量显示。在这样一个光学投影系统中，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。这些致动器可由能够响应施加于其上的电场而变形的电致位移材料制成，例如压电材料或电致伸缩材料。
来自各反射镜的反射光束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的光路发生偏移。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，从而光束的强度被调制，通过该小孔的被调制过的光束经一适当的光学装置例如一投影透镜被传递到一投影屏幕上，从而在其上显示一图象。
在图1A至1G中，说明了制造一M×N个薄膜致动反射镜101的阵列100中所包含的制造步骤，其中M及N为整数，该方法被公开在中国申请号为95104755.8的题为“薄膜致动反射镜阵列”的一共有未决的申请中。
制造该阵列100的过程起始于制备一包括一基底12、一M×N晶体管阵列(未示出)和一M×N连接端子14阵列的有源矩阵10。
在接着的步骤中，如果薄膜待除层24由金属制成，通过使用溅射法或蒸镀法在该有源矩阵10的顶表面上形成一薄膜待除层24，如果薄膜待除层24由磷-硅玻璃(PSG)制成，则采用化学汽相淀积法(CVD)或旋转涂覆法，或如果薄膜待除层24由多晶硅制成，则采用CVD法。
然后，形成一支持层20，该支持层20包括一由薄膜待除层24环绕的M×N个支持构件22的阵列，其中该支持层20通过以下步骤形成：使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；并通过使用一溅射法或CVD法在位于连接端子14四周的各空槽内形成一支持构件22，如图1A所示。这些支持构件22由绝缘材料制成。
在接着的步骤中，通过使用Sol-Ge1、溅射法或CVD法在支持层20的顶上形成一由与支持构件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构件22中形成一由金属制成的导管26：通过使用蚀刻法首先建立一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，并用金属填充这些孔中，从而形成导管26，如图1B所示。
在接着的步骤中，通过使用溅射法，在包括导管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通过在支持构件22中形成的导管26被电连接至晶体管。
然后，通过使用溅射法、CVD法或So1-Ge1法，在第二薄膜层40的顶部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所示。
在接着的步骤中，通过使用光刻法或激光修剪法，将薄膜电致位移层50，第二薄膜层40及弹性层30构型成一M×N个薄膜电致位移构件55的阵列、一M×N个第二薄膜电极45的阵列及一M×N个弹性构件35的阵列，直至支持层20中的薄膜待除层24被暴露出，如图1D所示。各第二薄膜电极45通过在各支持构件22中形成的导管26被电连接至相应的晶体管并在薄膜致动反射镜101中起信号电极的作用。
接下来，将各薄膜电致位移构件55在高温下(如果是PZT，温度为摄氏650度)进行热处理以使其产生相变，从而形成一M×N热处理机构阵列(未示出)，由于各薄膜电致位移构件55非常薄，如果其由压电材料制成，则不再需要对其极化(Pole)：因为在薄膜致动反射镜101的工作期间，它能被施加的电信号所极化。
在以上步骤后，通过以下步骤在M×N热处理机构阵列中的薄膜电致位移构件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：首先使用溅射法形成一由导电及反光材料制成的层60，其完全覆盖M×N热处理机构阵列的顶部和暴露的支持层20的薄膜待除层24，如图1E所示，然后使用蚀刻法，选择地去除层60，形成一M×N致动反射镜机构111的阵列110，其中各致动反射镜机构111均包括一个顶表面和四个侧表面，如图1F所示。各第一薄膜电极65在薄膜致动反射镜101中作为一反射镜及偏置电极。
接着以上步骤，用一薄膜保护层(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。
然后通过使用蚀刻法去除支持层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。
上述用于制造M×N个薄膜致动反射镜101的阵列100的方法存在有一些缺陷。首先也是最主要的是构成致动反射镜101的薄膜之间的粘合性。当各薄膜致动反射镜101响应施加到薄膜电致位移件55上的电场而变形时，其中的第一薄膜电极和第二薄膜电极65、45均会变形。在薄膜反射镜101中，由于构成薄膜电极65、45的材料为金属，而构成薄膜电致位移件55的材料通常为电瓷例如PZT，这些材料之间缺乏性质的兼容性，因此，在长时间使用后，第一薄膜电极65、第二薄膜电极45和薄膜电致位移件55之间可能会脱开。
此外，与第一薄膜电极65相接触的薄膜电致位移件55的顶表面的热动力性不稳定，当进行高温处理时，在薄膜电致位移件55的顶表面上会形成有多个岛状分布的凸起。当作为反射镜的第一薄膜致动反射镜65形成在该表面上后，最后构成的反射镜表面不是完全平的，从而导致薄膜反射镜101的光学效率的降低。
因此，本发明的主要目的在于提供一种在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列，其中各薄膜致动反射镜中的薄膜之间的粘合性较高从而具有一个改进的反射镜结构。
本发明的另外一个目的在于提供一种用于制造这种在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法。
根据本发明的一个方面，提出一种在光学投影系统中使用的一个M×N薄膜致动反射镜的阵列，其中M和N是整数，该阵列包括：
一个有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底和一个M×N连接端子阵列；以及
一个M×N致动反射镜机构的阵列，各薄膜致动反射镜机构均具有一个近端和一个远端，并包括一第一薄膜电极、一个阻隔件、一个薄膜电致位移件、一个第二薄膜电极和一个弹性件，其中该薄膜电致位移件放置在二电极之间，第一薄膜电极与大地电连接，从而在薄膜致动反射镜中作为共同的偏置电极和一个反射镜。第二薄膜电极与相应的各连接端子相电连接，从而使其在各薄膜致动反射镜中作为信号电极。阻隔件位于该第一薄膜电极和该薄膜电致位移件之间，该第二薄膜电极具有一个离子破坏顶表面，各致动反射镜机构的近端的底部与有源矩阵的顶部相连接，从而被悬臂支持住。
根据本发明的另外一个方面，还提出一种制造用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，其中M和N为整数，该方法包括下列步骤：
准备一有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底和一M×N连接端子阵列；
在有源矩阵的顶上沉积一钝化层；
在钝化层的顶上沉积一阻蚀层；
在阻蚀层的顶上沉积一薄膜待除层；
在薄膜待除层中建立一M×N空槽的阵列，各空槽分别位于一个连接端子的四周；
在包括空槽阵列的薄膜待除层的顶上沉积出一弹性层；
形成一M×N对导管的阵列；
将一第二薄膜层形成在包括导管的弹性层的顶部上；
破坏第二薄膜层的顶表面；
在第二薄膜层的顶表面上沉积一个薄膜电致位移层；
将一阻隔层形成在薄膜电致位移层的顶表面上；
在阻隔层的顶表面上沉积一第一薄膜层，以形成一个多层结构；
构型该多层结构，从而构成一M×N致动反射镜机构的阵列；
去除该薄膜待除层，从而形成一M×N薄膜致动反射镜阵列。
通过以下结合附图给出的优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特征将变得显然，附图中：
图1A至1G为说明先前公开的用于制造一M×N薄膜致动反射镜阵列的方法的概略性截面视图；及
图2为根据本发明的一个优选实施例的用于光学投影系统中的M×N薄膜致动反射镜阵列的截面视图；
图3A至3J为说明用于制造根据本发明的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法的概略性截面视图。
图2，图3A-3J分别给出了根据本发明的在一光学投影系统中使用的一个M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的截面视图，以及说明根据本发明的用于制造在一光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法的概略性截面视图，其中M及N为整数。应当注意，在图2、图3A-3J中出现的类似部件以类似的参考数字表示。
图2中，示出了本发明的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的截面视图，该阵列300包括有源矩阵210、钝化层220、阻蚀层230及一M×N致动反射镜机构311的阵列310。
该有源矩阵210包括一个基底212、一个M×N个连接端子214的阵列及一M×N个晶体管(未示出)的阵列，其中各连接端子214均与M×N晶体管阵列中的一个相应晶体管电连接。
钝化层220位于该有源矩阵210之上，该钝化层由磷-硅玻璃(PSG)或氮化硅构成，其厚度为0.1-2um。
阻蚀层230位于该钝化层220之上，该阻蚀层由氮化物制成，其厚度为0.1-2um。
各致动反射镜机构311均具有一个近端和一个远端，并包括一第一薄膜电极295、一个由细粒氧化物例如二氧化硅(SiO2)制成的阻隔件285、一个由压电材料或电致伸缩材料构成的电致位移件275、一个第二薄膜电极件265和一个弹性件255。薄膜电致位移件275放置在电极295、265之间，电极件295与大地电连接，从而在薄膜致动反射镜301中作为共同的偏置电极和反射镜。第二薄膜电极265与相应的各连接端子214相电连接，从而使其在各薄膜致动反射镜301中作为信号电极。阻隔件285位于第一薄膜电极295和薄膜电致位移件275之间，各致动反射镜301的近端的底部与有源矩阵210的顶部相连接，从而被悬臂支持住。
图3A至3J说明用于制造本发明实施例的M×N个薄膜致动反射镜301的阵列300的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包括带有一M×N连接端子214阵列及一M×N晶体管阵列(未示出)的基底212。
在下一个步骤中，通过例如CVD法或者溅射法，将钝化层220沉积在该有源矩阵210之上，该钝化层220由例如PSG或氮化硅构成，其厚度为例如0.1-2um。
随后，通过例如CVD法或者溅射法，将阻蚀层230沉积在该钝化层220之上，该阻蚀层由氮化物构成，其厚度为0.1-2m，如图3A所示。
在接着的步骤中，在阻蚀层230顶上形成一薄膜待除层240，该薄膜待除层的厚度为0.1-2um，并由金属例如铜(Cu)或镍(Ni)、磷-硅玻璃(PSG)或者多晶硅构成。如果薄膜待除层240由金属制成，则使用溅射法或蒸镀法形成薄膜待除层240，如果薄膜待除层240由磷-硅玻璃(PSG)制成，则采用化学汽相淀积法(CVD)，如果薄膜待除层240由多晶硅制成，则采用CVD法。
然后，使用蚀刻法在薄膜待除层240中建立一M×N空槽245的阵列，各空槽245分别位于一个连接端子214的四周，如图3B所示。
在接着的步骤中，通过使用CVD法，在包括空槽245的薄膜待除层240的顶上，沉积出一由绝缘材料制成的、厚度为0.1-2um的弹性层250。
接着，在弹性层250中形成一由金属制成的M×N个导管216的阵列。各导管216通过下列步骤形成：通过使用蚀刻法首先建立M×N孔的阵列(未示出)，各孔从弹性层250的顶部延伸至连接端子214的顶部，用金属通过例如搬走法，填充这些孔中，如图3C所示。
然后，利用溅射法或真空蒸镀法，将由导电材料例如铂(Pt)构成的厚度为例如0.1-2um的第二薄膜电极层260，沉积在薄膜待除层250的顶部上，如图3D所示，第二薄膜电极层240具有一个顶表面266。
第二薄膜层260的顶表面266被具有例如数千电子伏特的高能惰性离子束例如氩离子束所破坏，从而形成一个离子破坏表面268，如图3E所示。
在随后的步骤中，利用CVD法、溅射法、蒸镀法或SOL-GEL法，将由压电材料或电致伸缩材料构成的、厚度为0.1-2um的薄膜电致位移层270，形成在第二薄膜电极层260的离子破坏表面268的顶上。第二薄膜层260的离子破坏表面268具有高表面能量，因此薄膜电致位移层270可以很容易地形成在离子破坏表面268上。然后，薄膜电致位移层270被热处理，从而产生相变，如图3F所示。
在以下的步骤中，利用溅射法、真空蒸镀法或PECVD法，将由细粒氧化物例如二氧化硅(SiO2)构成的、厚度小于100埃的阻隔层280，形成在薄膜电致位移层的顶上。如图3G所示。阻隔层280具有一个平的顶表面286。
在以后的步骤中，利用溅射法或真空蒸镀法，将由导电并且反光的材料构成的厚度为0.1-2um的第一薄膜层290，沉积在阻隔层280的顶上，以形成一个多层结构200，如图3H所示。
经过上述步骤，利用光刻法或激光修剪法，多层结构200被构型，直到薄膜待除层240暴露出来，从而构成一M×N致动反射镜机构311的阵列310，其中每一个薄膜致动反射镜机构311包括一个第一薄膜电极295、一个阻隔件285、一个薄膜电致位移件275、一个第二薄膜电极265、一个弹性件255和导管216，如图3I所示。在各致动反射镜机构311中，第二薄膜电极265通过导管216电连接至连接端子214，作为信号电极。在每一个薄膜致动反射镜机构311中，第一薄膜电极295作为反射镜的同时，也作为共同的偏置电极。
接着以上步骤，用一薄膜保护层(未示出)完全覆盖各致动反射镜机构311。
然后通过使用蚀刻剂例如氟化氢，去除薄膜待除层240。
最后，通过干式蚀刻法例如等离子蚀刻法，去除该薄膜保护层，从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列，如图3J所示。
需要提及的是，在本申请中，一个M×N薄膜致动反射镜301的阵列300以及用于制造该M×N薄膜致动反射镜阵列的方法被描述出来，其中为了提高构成各薄膜致动反射镜301的薄膜之间的粘合性，阻隔层280被设置在电致位移层270之上，而且第二薄膜层260的顶表面266通过使用离子束而受到离子破坏。
此外，为了获得较好的反射镜的结构和更高的光学效率，第一薄膜层290作为反射镜形成在阻隔层280的顶上。
虽然以上仅参照优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离由所附权项叙述的本发明的范围的前提下还可以作出其它的改型及变化。

Claims (9)

1、一种在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜的阵列，其特征在于，该阵列包括：
一个有源矩阵，该有源矩阵包括个基底和一个M×N连接端子阵列；以及
一个M×N致动反射镜机构的阵列，各致动反射镜机构均具有一个近端和一个远端，并包括一第一薄膜电极、一个阻隔件、一个薄膜电致位移件、一个第二薄膜电极和一个弹性件，其中该薄膜电致位移件放置在二电极之间，阻隔件位于该第一薄膜电极和该薄膜电致位移件之间，该第二薄膜电极具有一个离子破坏顶表面，各致动反射镜机构的近端的底部与有源矩阵的顶部相连接，从而被悬臂支持住。
2、根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，该有源矩阵还包括一个钝化层和一个阻蚀层。
3、根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，该阻隔件由氧化物例如二氧化硅(SiO2)构成。
4、一种制造用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
准备一有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底和一M×N连接端子阵列；
在有源矩阵的顶上形成一薄膜待除层；
在薄膜待除层中建立一M×N空槽的阵列，各空槽分别位于一个连接端子的四周；
在包括空槽阵列的薄膜待除层的顶上沉积出一弹性层；
形成一M×N对导管的阵列；
将一第二薄膜层形成在包括导管的弹性层的顶部上；
利用离子束破坏第二薄膜层的顶表面；
沉积一个薄膜电致位移层；
将一阻隔层形成在薄膜电致位移层的顶上；
沉积一第一薄膜层，以形成一个多层结构；
构型该多层结构，从而构成一M×N致动反射镜机构的阵列；
去除该薄膜保护层，从而形成一M×N薄膜致动反射镜阵列。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括将一钝化层沉积在该有源矩阵之上的步骤。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将一个阻蚀层沉积在该钝化层之上的步骤。
7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该离子束为惰性气体离子束。
8、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该阻隔层的厚度小于100埃。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用溅射法、真空蒸镀法或PECVD法，对该阻隔层进行沉积。
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