CN1184950A - 制造具有增强的结构完整性的薄膜致动反射镜阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜的方法,包括有步骤:制备一有源矩阵,该有源矩阵包括一基底和一M×N连接端子阵列;顺序地在该有源矩阵的顶上沉积一钝化层、腐蚀剂阻止层和薄膜待除层、第一掩膜层、第二掩膜层;分别蚀刻第一掩膜层和薄膜待除层,在该薄膜待除层中形成一M×N对空腔阵列;去除第二掩膜层和第一掩膜层;在薄膜待除层的顶上形成一M×N致动机构阵列;及去除该薄膜待除层,从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。

Description

制造具有增强的结构完整性的薄膜致动反射镜阵列的方法
本发明涉及一种光学投影系统；且更具体地，涉及一种制造用于该系统的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，该方法可增强该薄膜致动反射镜的结构完整性。
在现有技术的可用的各种视频显示系统中，已知一种光学投影系统能够以大标度提供高质量的显示。在这样一光学投影系统中，来自一灯的光被均匀地照射到例如M×N致动反射镜阵列上，其中各反射镜被与各致动器相耦合，这些致动器可由响应于施加至其的电场而变形的例如压电或电致伸缩材料的电致位移材料制成。
来自各反射镜的反射的光束被入射到例如一光反射体的孔径上。通过将一电信号施加给各致动器，各反射器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束的光路中的偏差。当各反射束的光路被改变时，自各反射镜反射的通过该孔径的光量被改变，从而调制该束的强度，通过该孔径被调制后的束经例如一投影透镜的适当的光学装置被透射到一投影屏幕上，从而在其上显示一图案。
在图1A至1I中，示出了一种制造M×N薄膜致动反射镜101的阵列100的方法，其中M和N为整数，该方法在题为“用于光学投影系统的薄膜致动反射镜阵列”的美国专利申请序列号为08/602,928的共有未决的专利申请中被公开。
制造阵列100的过程开始于制备一有源矩阵110，该有源矩阵110包括一基底112、一M×N连接端子114的阵列和一M×N晶体管(未示出)的阵列。各连接端子被电连接至晶体管阵列中的相应晶体管。
在接着的步骤中，通过使用例如化学汽相淀积(CVD)或旋转涂覆法在有源矩阵110的顶上形成一由例如PSG或氮化硅制成的且具有0.1-2μm厚度的钝化层120。
然后，通过使用例如溅射或CVD法在钝化层120的顶上淀积一由氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的腐蚀剂阻止层130，如图1A中所示。
然后，通过使用CVD或旋转涂覆法，随后使用化学机械抛光(CMP)法在该腐蚀剂阻止层130的顶上形成一由例如PSG制成且具有一平坦顶表面的薄膜待除层140，如图1B所示。
接着，通过使用干或湿蚀刻法在该薄膜待除层140中形成M×N对空腔145的阵列，使各对中的空腔145之一围绕着一个连接端子114。
在下一步骤中，通过使CVD法在包括这些空腔145的薄膜待除层140的顶上沉积一由氮化物，例如氮化硅制成且具有0.1-2μm厚度的弹性层150。
然后，通过使用溅射或真空蒸镀法在弹性层150的顶上形成由导电材料，例如Pt/Ta制成且具有0.1-2μm厚度的第二薄膜层(未示出)。然后该第二薄膜层通过使用一干蚀刻法被等切割成一M×N第二薄膜电极165的阵列，其中各第二薄膜电极165与其它的第二薄膜电极165电断开，如图1D所示。
然后，通过使用蒸镀、So1-Ge1、溅射或CVD法在M×N第二薄膜电极165的阵列的顶上沉积一由压电材料，例如PZT或电致伸缩材料，例如PMN制成且具0.1-2μm厚度的薄膜电致位移层170。然后通过使用快速热退火(RTA)法对该薄膜电致位移层170进行热处理以使产生相变。
接着，通过使用溅射或真空蒸镀法在薄膜电致位移层170的顶上形成由导电且反光材料，例如铝(Al)或银(Ag)制成并具有0.1-2μm厚度的第一薄膜层180，从而形成一多层化的结构200，如图1E所示。
在随后的步骤中，如图1F所示，通过使用光刻法或激光修剪法将该多层化的结构构型成一M×N半成品的致动机构210的阵列直至薄膜待除层140被曝露出，使各半成品的致动机构210包括第一薄膜电极185、一薄膜电致位移元件175、第二薄膜电极165和一弹性元件155。
在接着的步骤中，通过使用搬移(lift-off)法形成由例如钨(W)制成的M×N导管190的阵列，其中各导管190从薄膜电致位移元件175的顶部延伸至相应的连接端子114的顶部，从而形成M×N致动机构220的阵列，如图1G所示。
最后，通过使用采用腐蚀剂或例如氟化氢(HF)蒸气的化学物的湿蚀刻法去除薄膜待除层140，从而形成M×N薄膜致动反射镜101的阵列100，如图1H所示。
在上述制造M×N薄膜致动反射镜101的阵列100的方法中存在有某些缺陷。通过使用光致抗蚀剂蚀刻薄膜待除层140，空腔145通常被形成为矩形。应力被集中于位于空腔145上方的薄膜电致位移层170的边上，当该薄膜电致位移层170被热处理以使发生相变时，该应力会使形成裂纹，进而，肯定会影响薄膜致动反射镜101的结构完整性。
因此，本发明的主要目的在于提供一种制造M×N薄膜致动反射镜阵列的方法，该方法能保持这些薄膜致动反射镜的结构完整性。
根据本发明的一个方面，提供了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及N为整数，该方法包括有步骤：制备包括一基底和一M×N连接端子阵列的一有源矩阵；在该有源矩阵的顶上连续地沉积一钝化层、一腐蚀剂阻止层和一薄膜待除层；在薄膜待除层的顶上沉积由例如氧化硅制成的第一掩膜层；在第一掩膜层的顶上形成由例如光阻材料制成的第二掩膜层；蚀刻第一掩膜层和薄膜待除层，从而形成M×N对具有不规则四边形的空腔的阵列；去除第二掩蔽层和第一掩膜层；在包括这些空腔的薄膜待除层的顶部上连续沉积一弹性层和第二薄膜层；将第二薄膜层等切割成M×N薄膜电极阵列；在第二薄膜电极的顶上沉积一薄膜电致位移层和第一薄膜层，从而形成一多层化的结构；将该多层化结构构型成一M×N半成品的致动机构阵列，直至薄膜待除层被曝露出；形成M×N导管阵列，各导管从薄膜电致位移元件的顶部延伸至相应连接端子的顶部，从而形M×N致动机构阵列；去除薄膜待除层，从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。
通过以下结合附图对优选实施例的描述，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1H为表示先前公开的制造M×N薄膜致动反射镜阵列的方法的概辂性截面视图；及
图2A至2L为表示根据本发明的制造M×N薄膜致动反射镜阵列的方法的概辂性截面视图。
图2A至2L提供了说明根据本发明的一种制造用于光学投影系统的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的方法，其中M及N为整数。该方法能保持薄膜致动反射镜301的结构完整性。应指出图2A至2L中出现的相似部件以相同的参考数字表示。
制造阵列300的过程开始于制备一有源矩阵310，该有源矩阵310包括一基底312和一M×N连接端子314的阵列。
在接着的步骤中，通过使用例如CVD法在有源矩阵310的顶上形成一由例如PSG制造且具有0.1-2μm的厚度的钝化层320。
然后，通过使用例如低压化学汽相淀积(LPCVD)法在钝化层320的顶上沉积一由氮化硅制成且具有1000-2000埃厚度的腐蚀剂阻止层330。
然后，通过使用大气压化学汽相淀积(APCVD)法，接着使用CMP法在腐蚀剂阻止层330的顶上形成一由PSG制成且具有0.5-4μm厚度的薄膜待除层340，如图2A所示。
在接着的步骤中，通过在低于400℃的温度上使用等离子增强化学汽相淀积(PECVD)法，在薄膜待除层340的顶上沉积一由例如二氧化硅(SiO2)制成且具有500-1000埃厚度的第一掩膜层352，如图2B所示。
接着，通过使用旋转涂覆法，在第一掩膜层352的顶上沉积一由例如光阻材料制成且具有500-1000埃厚度的第二掩膜层354，如图2C所示。
接着，通过使用蚀刻法，有选择地蚀刻第二掩膜层354，如图2D所示。
然后，通过使用干蚀刻法，蚀刻第一掩膜层352和薄膜待除层340，从而形成一M×N对空腔345的阵列，其中由于在第一掩膜层352和薄膜待除层340之间蚀刻速率的不同，各空腔被形成为一不规则四边形，如图2E所示。
在接着的步骤中，通过使用砂磨法而去除第二掩膜层354，如图2F所示。
在接着的步骤中，通过使用湿蚀刻法而去除第一掩膜层352，其中被形成为不规则四边形的空腔345的角度部分通过接连的蚀刻过程而被倒圆，如图2G所示。
在接着的步骤中，通过使用LPCVD法在薄膜待除层340的顶上沉积一由例如氮化硅的氮化物制成且具有0.1-1μm厚度的弹性层360。
然后，通过使用溅射法，在弹性层360的顶上形成由导电材料，例如Pt/Ta制成且具有0.1-1μm厚度的第二薄膜层(未示出)。然后通过使用干蚀刻法将第二薄膜层等切割成M×N第二薄膜电极375的阵列，其中各第二薄膜电极375与其它的第二薄膜电极375电断开，如图2H所示。
然后，通过使用蒸镀、So1-Ge1、溅射或CVD法，在M×N第二薄膜电极375的阵列的顶上沉积由压电材料例如PZT或电致伸缩材料例如PMN制成的且具有0.1-1μm厚度的薄膜电致位移层380。然后通过使用RTA法对薄膜电致位移层380进行热处理以使发生相变。
接着，通过使用溅射法，在薄膜电致位移层380的顶上形成由导电及反光材料例如铝(Al)或银(Ag)制成且具有0.1-1μm厚度的第一薄膜层390，从而形成多层化的结构410，如图2I所示。
在接着的步骤中，如图2J所示，通过使用光刻或激光修剪法将多层化的结构410构形成M×N半成品的致动机构420的阵列，直到曝露出薄膜待除层340。各半成品的致动机构420包括第一薄膜电极395、薄膜电致位移元件385、第二薄膜电极375和弹性元件365。
在接着的步骤中，通过使用蚀刻法形成一M×N孔阵列(未示出)，其中各孔从薄膜电致位移元件385的顶部延伸至相应连接端子314的顶部。然后通过使用例如搬移法，用金属例如钨(W)填充各孔而形成一M×N导管400的阵列，从而形成M×N致动机构430的阵列，如图2K所示。
最后，通过使用采用腐蚀剂或化学物，例如氟化氢(HF)蒸气的湿蚀刻法，去除薄膜待除层340，如图2L所示。
在本发明的制造M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的方法中，在形成由例如光阻材料制成的第二掩膜层354之前，在薄膜待除层340的顶上形成第一掩膜层352。为了通过蚀刻由例如氧化硅制成的第一掩膜层352和由例如PSG制成的薄膜待除层340形成空腔345，由于在第一掩膜层352和薄膜待除层340之间的蚀刻速率的不同而将各空腔345形成一不规则四边形。而且，在第一掩膜层352的去除期间，通过随后的蚀刻处理而将空腔345的边倒圆，进而，防止了在薄膜电致位移层370中形成裂纹。
尽管仅相对优选实施例对本发明进行了描述，在不脱离由所附权利要求定义的精神和范围的前提下，可作出其它的改型和变化。

Claims (10)

1.一种用于制造在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜的方法，其中M及N为整数，该方法包括有步骤：
制备一有源矩阵，该有源矩阵包括一基底和一M×N连接端子阵列；
分别在该有源矩阵的顶上沉积一钝化层、一腐蚀剂阻止层和一薄膜待除层；
在薄膜待除层的顶上沉积第一掩膜层；
在第一掩膜层的顶上形成第二掩膜层；
分别蚀刻第一掩膜层和薄膜待除层，从而在该薄膜待除层中形成一M×N对空腔阵列；
去除第二掩膜层和第一掩膜层；
在薄膜待除层的顶上形成一M×N致动机构阵列，各致动机构包括一弹性元件、第二薄膜电极、一薄膜电致位移层、第一薄膜电极和一导管；及
去除该薄膜待除层，从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。
2.根据权利要求1的方法，其中第一掩膜层由氧化硅制成。
3.根据权利要求1的方法，其中第二掩膜层由光阻材料制成。
4.根据权利要求1的方法，其中通过使用等离子增强化学汽相淀积(PECVD)来沉积第一掩膜层。
5.根据权利要求4的方法，其中第一掩膜层在低于400℃的温度上被沉积。
6.根据权利要求1的方法，该第一掩膜层具有500-1000埃的厚度。
7.根据权利要求1的方法，其中通过使用砂磨法去除第二掩膜层。
8.根据权利要求1的方法，其中通过使用干蚀刻法去除第一掩膜层。
9.一种用于制造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，该方法包括有以下以步骤：
制造一有源矩阵，该有源矩阵包括一基底和一M×N连接端子阵列；
分别在该有源矩阵的顶上沉积一钝化层、一腐蚀剂阻止层和一薄膜待除层；
在薄膜待除层的顶上沉积第一掩膜层；
在第一掩膜层的顶上沉积第二掩膜层；
选择地蚀刻第二掩膜层；
选择地蚀刻第一掩膜层和该薄膜待除层，从而形成M×N对空腔阵列；
去除第二掩膜层；
去除第一掩膜层；
分别在薄膜待除层的顶上沉积一弹性层和第二薄膜层；
分别在第二薄膜层的顶上沉积一薄膜电致位移层和第一薄膜层，从而形成一多层化的结构；
将该多层化的结构构型成M×N半成品的致动机构阵列，直至曝露出薄膜待除层，各半成品的致动机构包括第一薄膜电极、一薄膜电致位移元件、第二薄膜电极、一弹性元件；
形成M×N导管阵列，从而形成一M×N致动机构阵列，各导管从薄膜电致位移元件的顶部延伸至相应连接端子的顶部；及
去除薄膜待除层，从而形成M×N薄膜致动反射镜阵列。
10.根据权利要求9的方法，其中通过使用旋转涂覆法形成第二掩膜层。
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