DE60126849T2

DE60126849T2 - Vereinzelte Die-Wafer mit Mikrospiegeln

Info

Publication number: DE60126849T2
Application number: DE60126849T
Authority: DE
Inventors: Andrew G. Huibers; Fedor Ilkov; Satyadev Sunnyvale Patel; Peter W. Richards; John Stockton
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2021-08-04
Also published as: ATE354814T1; CN100371763C; KR20030036665A; DE20122615U1; JP2006178447A; WO2002012925A2; CN1567019A; DE20122617U1; DE20122373U1; CN100412604C; CN1567020A; CN1567018A; DE20122618U1; EP1315993A2; CN100412602C; WO2002012925A3; CN100412603C; AU2001281019A1; DE20122614U1; CN100392467C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft bewegliche Mikrospiegel und Mikrospiegelfelder, beispielsweise für Projektionsanzeigen. In den US-Patenten US-A-5 835 256 und US-A-6 046 840 und in der US-Patentanmeldung 09/617 419 sind mikroelektromechanische Vorrichtungen (MEMS) zum Steuern von Lichtstrahlen in der Art eines optischen Schalters und/oder für eine Anzeige (beispielsweise eine Projektionsanzeige) offenbart. Ein gemeinsames Merkmal ist ein Mikrospiegelelement, das beweglich ist, um Licht, abhängig vom Neigungswinkel des Mikrospiegelelements, in verschiedenen Winkeln abzulenken. Bei einem Typ eines herkömmlichen Direktbetrachtungs- oder Projektionsanzeigesystems ist ein Feld reflektierender Mikrospiegelelemente zum Erzeugen eines Bilds bereitgestellt. Typischerweise sind die Mikrospiegelelemente quadratisch und haben entweder einen einzigen Neigungswinkel für den "Ein"-Zustand und sind für den Aus-Zustand flach, oder sie haben die gleichen Neigungswinkel für den "Ein"- und den "Aus"-Zustand, jedoch entgegengesetzte Vorzeichen.
In US-A-5 696 619 ist eine elektrisch adressierbare, integrierte, monolithische Mikrospiegelvorrichtung dargestellt, die durch die Verwendung von Sputtertechniken, einschließlich verschiedener Metall- und Oxidschichten, Photoresists, Flüssig- und Plasmaätzen, Plasmaabschälen und verwandter Techniken und Materialien, gebildet ist. Die Vorrichtung weist eine selektiv elektrostatisch auslenkbare Masse oder einen selektiv elektrostatisch auslenkbaren Spiegel auf, die oder der von einem oder mehreren Auslegern getragen wird, welche durch Sputtern und selektives Ätzen gebildet sind. Die Ausleger werden verbessert, indem sie aus einer mit Störstoffen versehenen Titanwolframschicht mit einem Störstoff, wie Stickstoff, gebildet werden, wodurch bewirkt wird, dass die Ausleger eine Gitterkonstante aufweisen, die von derjenigen von TiW verschieden ist. Die verbesserten Ausleger weisen eine erhöhte Stärke und eine verringerte Relaxation und ein verringertes Kriechen auf.
In US-A-5 758 941 ist ein pixelkompensiertes elektrooptisches Anzeigesystem dargestellt, bei dem ein Pixelkompensator zum Korrigieren von Bildproblemen verwendet wird. Der Pixelkompensator weist Pixel mit lang gestreckten geometrischen Formen auf, welche Verzerrungen kompensieren, die normalerweise in optischen Systemen auftreten, bei denen eine oder mehrere reflektierende Flächen verwendet werden. Die Pixel sind so konfiguriert, dass, wenn die Bildebene unter einem bestimmten Winkel betrachtet wird, das Bild ohne eine Komplexe optische Umformung in erheblichem Maße korrigiert wird. Das pixelkompensierte elektrooptische Anzeigesystem gemäß der vorliegenden Erfindung minimiert dementsprechend die Notwendigkeit, das reflektierte Bild zu korrigieren. Das optische System gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei Anwendungen nützlich, welche wegen räumlicher und anderer Einschränkungen ein reflektiertes Bild benötigen. Das optische System gemäß der vorliegenden Erfindung findet insbesondere Anwendung in hochgestellten Fahrzeuganzeigesystemen sowie in Virtuelle-Realitäts- und Totalimmersions-Anzeigesystemen.
Zum Minimieren der Lichtbeugung entlang der Schaltrichtung und insbesondere der Lichtbeugung in den Akzeptanzkegel der Sammeloptik sind gemäß der vorliegenden Erfindung Mikrospiegel vorgesehen, die nicht rechteckig sind ("rechteckig" schließt hier quadratische Mikrospiegel ein). Die hier ennrähnte Beugung bezeichnet die Streuung von Licht an einer periodischen Struktur, wobei das Licht nicht notwendigerweise monochromatisch oder phasenkohärent ist. Weiterhin wird zum Minimieren der Kosten der Beleuchtungsoptik und der Größe der Anzeigeeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung die Lichtquelle senkrecht zu den Zeilen (oder Spalten) des Felds angeordnet, und/oder die Lichtquelle wird senkrecht zu einer Seite des den aktiven Bereich des Felds definierenden Rahmens angeordnet. Der einfallende Lichtstrahl sollte jedoch, wenngleich er zu den Zeilen (oder Spalten) und/oder der Seite des aktiven Bereichs senkrecht steht, nicht senkrecht zu den Seiten der einzelnen Mikrospiegel in dem Feld stehen. Senkrechte Seiten bewirken, dass einfallendes Licht entlang der Richtung des Mikrospiegelschaltens gebeugt wird, und sie führen zu einem "Lecken" von Licht in den "Ein"-Zustand, selbst wenn sich der Mikrospiegel im "Aus"-Zustand befindet. Diese Lichtbeugung verringert das Kontrastverhältnis des Mikrospiegels.
Die vorliegende Erfindung optimiert das Kontrastverhältnis des Mikrospiegelfelds, so dass, wenn sich Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand befinden, sie minimales Licht in den räumlichen Bereich senden, in den Licht gerichtet wird, wenn sich die Mikrospiegel in ihrem "Ein"-Zustand befinden. Insbesondere weist die vorliegende Erfindung eine besonders angeordnete Lichtquelle und einen besonders angeordneten einfallenden Lichtstrahl und besonders ausgelegte Mikrospiegel in dem Feld auf, wodurch das in den Akzeptanzkegel der Projektionsoptik (oder Betrachtungsoptik) gebeugte Licht minimiert wird, so dass ein verbessertes Kontrastverhältnis bereitgestellt wird. Die Anordnung und der Entwurt der vorliegenden Erfindung minimieren auch nicht reflektierende Bereiche in dem Feld, indem ein enges Passen von Mikrospiegeln und ein hoher Füllfaktor bei einer geringen Beugung aus dem "Aus"- in den "Ein"-Zustand ermöglicht werden, selbst wenn das Feld entlang den Achsen der Mikrospiegelperiodizität beleuchtet wird. Insbesondere optimiert der Entwurf das Kontrastverhältnis durch geneigte Seiten, die nicht parallel zu der Drehachse der Mikrospiegel sind, und es wird dadurch der Füllfaktor durch Gelenke, die eine verhältnismäßig kleine Flächengröße benötigen und ermöglichen, dass benachbarte Mikrospiegel bei einer kleinen verschwendeten nicht reflektierenden Fläche fliesenartig aneinander gelegt werden, optimiert. Die Mikrospiegelstrukturen und die Formen verschiedener Beispiele der Erfindung verkleinern auch das Übersprechen zwischen benachbarten Mikrospiegeln, wenn die Mikrospiegel elektrostatisch ausgelenkt werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Mikrospiegelfeld, bei dem sich die einzelnen Mikrospiegel asymmetrisch um einen flachen oder nicht ausgelenkten Zustand neigen. Indem der "Aus"-Zustand der Mikrospiegel bei einem Winkel eingestellt wird, der kleiner ist als der entgegengesetzte Winkel der Mikrospiegel im "Ein"-Zustand, wird folgendes erreicht: a) Gebeugtes Licht von den Kanten der Mikrospiegel, das in die Sammeloptik eintritt, wird minimiert, und b) Licht, das unterhalb der Mikrospiegel gestreut wird und in die Sammeloptik eintritt, wird auch minimiert, c) der Weg der Mikrospiegel wird verkleinert, so dass die Möglichkeit minimiert wird, dass benachbarte Mikrospiegel aufeinander treffen, wodurch wiederum ermöglicht wird, dass der Zwischenraum zwischen Mikrospiegeln verringert wird und der Füllfaktor des Mikrospiegelfelds erhöht wird, und d) der Auslenkwinkel der Mikrospiegel kann in höherem Maße vergrößert werden als bei Mikrospiegelfeldanordnungen mit dem gleichen Auslenkwinkel für den Ein- und den Aus-Zustand.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Feld schwenkbarer Mikrospiegel, wobei jeder Mikrospiegel eine Schwenkachse aufweist und jeder Mikrospiegel eine oder mehrere lang gestreckte Seiten aufweist, die sich unter einem Winkel von weniger als 45 Grad zur Schwenkachse erstrecken. Vorzugsweise reicht der Winkel von 30 bis 42,5 Grad.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Feld beweglicher Mikrospiegel, wobei jeder Mikrospiegel vier oder mehr Seiten aufweist, wobei zwei der Seiten unter einem Winkel von weniger als 90 Grad zusammenkommen. Der Winkel reicht vorzugsweise von 45 bis 85 Grad.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Gehäuse für das Mikrospiegelfeld, das einen lichtdurchlässigen Abschnitt aufweist, der nicht parallel zu dem Substrat ist, auf dem die Mikrospiegel ausgebildet sind. Der lichtdurchlässige Abschnitt kann aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen und beispielsweise eine Platte aus Glas, Quarz oder Polymer sein, und er ermöglicht das Richten einer spiegelnden Reflexion von dem lichtdurchlässigen Substrat in andere Richtungen als jene, die sich von einer parallelen lichtdurchlässigen Platte in der Verpackung ergeben. Vorzugsweise wird die spiegelnde Reflexion ausreichend weit von der Sammeloptik fort gerichtet, so dass eine Vergrößerung des Beleuchtungskegels verhindert, dass die spiegelnde Reflexion in die Sammeloptik eintritt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einem Feld aktiver Mikrospiegel, die in einer rechteckigen Form angeordnet sind, wobei die Mikrospiegel zu einer Drehung um eine Schaltachse zwischen einem Aus-Zustand und einem Ein-Zustand in der Lage sind, wobei die Mikrospiegel Pixeln in einem betrachteten Bild entsprechen, einer Lichtquelle zum Richten von Licht auf das Mikrospiegelfeld, wobei die Lichtquelle so angeordnet ist, dass Licht nicht senkrecht auf mindestens zwei Seiten jedes Mikrospiegels und parallel, wenn als eine Draufsicht jedes Mikrospiegels betrachtet wird, auf mindestens zwei andere Seiten jedes Mikrospiegels gerichtet wird, und einer Sammeloptik, die angeordnet ist, um Licht von Mikrospiegeln in einem Ein-Zustand zu empfangen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einem Mikrospiegelfeld, wobei jeder Mikrospiegel einem Pixel in einem betrachteten Bild entspricht und eine Form eines konkaven Polygons oder eines oder mehrerer nicht rechteckiger Parallelogramme aufweist, und einer Lichtquelle zum Richten von Licht auf das Feld von Mikrospiegelsammeloptiken, die angeordnet sind, um von den Mikrospiegeln reflektiertes Licht zu empfangen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle zum Bereitstellen eines einfallenden Lichtstrahls, einem Feld beweglicher reflektierender Elemente und einer Sammeloptik zum Projizieren des Lichts von dem Feld, wobei ein von dem Projektionssystem projiziertes Bild auf einem Ziel als ein rechteckiges Bild erscheint, wobei das Bild aus Tausenden bis Millionen von Pixeln gebildet wird und jedes Pixel die Form eines konkaven Polygons, eines einzigen nicht rechteckigen Parallelogramms oder einer Anordnung nicht rechteckiger Parallelogramme aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle, einem Feld beweglicher Mikrospiegelelemente und einer Sammeloptik, wobei jedes Mikrospiegelelement in dem Feld eine Schaltachse aufweist, die im Wesentlichen parallel zu mindestens einer Seite des aktiven Bereichs des Felds und unter einem Winkel von 35 bis 60 Grad zu einer oder mehreren Seiten des Mikrospiegelelements verläuft.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle und einem Feld beweglicher Mikrospiegelelemente, wobei jedes Mikrospiegelelement eine Vorderseite aufweist, die nicht senkrecht zu dem einfallenden Lichtstrahl und nicht senkrecht zu irgendeiner Seite des aktiven Bereichs ist, so dass eine Erhöhung des Kontrastverhältnisses, verglichen mit Mikrospiegelelementen, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrechte Seiten aufweisen, um das 2 bis 10Fache erreicht wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle, einer Sammeloptik und einem Feld beweglicher Mikrospiegelelemente, wobei das Projektionssystem ein Beugungsmuster aufweist, das dem in 21C dargestellten im Wesentlichen gleicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle und einem rechteckigen Feld beweglicher Mikrospiegel, wobei die Mikrospiegel in der Lage sind, sich zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand zu bewegen und Licht in dem Ein-Zustand in einen vorgegebenen räumlichen Bereich zu reflektieren, wobei die Lichtquelle angeordnet ist, um Licht unter einem Winkel von im Wesentlichen 90 Grad auf mindestens eine Seite des durch das Feld definierten Rechtecks zu richten, und wobei im Wesentlichen kein gebeugtes Licht in den vorgegebenen räumlichen Bereich eintritt, wenn sich die Mikrospiegel im Aus-Zustand befinden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Projizieren eines Bilds auf ein Ziel mit den folgenden Schritten: Richten eines Lichtstrahls auf ein rechteckiges Mikrospiegelfeld, wobei der Lichtstrahl unter einem Winkel innerhalb eines Bereichs von 90 Grad plus oder minus 40 Grad auf die Vorderseite des rechteckigen Felds gerichtet wird und die Mikrospiegel in dem Feld als Polygone geformt sind und so positioniert sind, dass der Lichtstrahl auf alle polygonalen Seiten unter anderen Winkeln als 90 Grad fällt, und Projizieren des Lichts von den Mikrospiegeln auf ein Ziel, um darauf ein Bild zu erzeugen.
Ein anderer Teil der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle, einer Lichtsammeloptik und einem Feld von Mikrospiegeln, die angeordnet sind, um einen Lichtstrahl von der Lichtquelle räumlich zu modulieren, wobei das Feld auf einem Substrat ausgebildet ist und so aufgebaut ist, dass sich jeder Mikrospiegel in einer ersten Position befinden kann, wenn er nicht betätigt ist, wobei sich jeder Mikrospiegel zu einer Ein-Position bewegen kann, welche Licht auf eine Lichtsammeloptik für das Feld richtet, und zu einer Bewegung in entgegengesetzter Richtung zu einer Aus-Position in der Lage ist, um Licht von der Lichtsammeloptik fort zu richten, wobei die Ein-Position und die Aus-Position von der ersten Position verschieden sind und sich die Ein-Position unter einem Winkel in Bezug auf die erste Position befindet, der von jenem der Aus-Position verschieden ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das Projektionssystem ein Teil eines Mikrospiegelfelds in einer Projektionsanzeige. Die Mikrospiegel sind vorzugsweise auf einem Halbleiter oder einem lichtdurchlässigen Substrat angeordnet. Das Substrat ist vorzugsweise ein Siliciumsubstrat mit einer Schaltungsanordnung und Elektroden zum Bewegen des Mikrospiegels. Eine Elektrode ist vorzugsweise bereitgestellt, um den Mikrospiegel elektrostatisch zu einer Ein-Position zu bewegen, und eine andere Elektrode ist bereitgestellt, um den Mikrospiegel elektrostatisch zu einer Aus-Position in Bezug auf eine nicht ausgelenkte Position zu bewegen. Die Ein- und die Aus-Position der Mikrospiegel sind vorzugsweise um mehr als 1 Grad voneinander verschieden. Die Mikrospiegel sind vorzugsweise in der Lage, sich um mindestens +12 Grad zu der Ein-Position zu drehen und sich um –4 bis –10 Grad in entgegengesetzte Richtung zu drehen. Das Projektionssystem ist vorzugsweise ein Frontbildschirmprojektions-Fernsehgerät oder ein Rückbildschirmprojektions-Fernsehgerät oder -Computerbildschirm. Die Mikrospiegel sind vorzugsweise so aufgebaut, dass sie sich um eine Achse aus der ersten Position drehen, damit sie an der Ein- oder der Aus-Position ankommen. Die Mikrospiegel sind vorzugsweise so aufgebaut, dass sie sich um eine einzige Achse drehen. Die Sammeloptik ist vorzugsweise eine Einzellinse oder eine Gruppe von Linsen für alle Mikrospiegel. Die Mikrospiegel werden vorzugsweise digital adressiert. Die Mikrospiegel erreichen vorzugsweise eine Grauskala durch Impulsbreitenmodulation. Das Projektionssystem weist vorzugsweise weiter ein Ziel auf, auf das Licht von der Sammeloptik fällt. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine Bogenlampe. Die Ein- und Aus-Positionen werden vorzugsweise durch die Struktur definiert, gegen die die Mikrospiegel stoßen. Das Projektionssystem weist vorzugsweise weiter einen Bildschirm auf, auf den das Muster von ein- und ausgeschalteten Mikrospiegeln fällt. Das Projektionssystem weist vorzugsweise weiter ein Farbfilter zum Bereitstellen einer Reihe sequenzieller Farben auf dem Mikrospiegelfeld auf. Das Projektionssystem weist vorzugsweise weiter eine Vorrichtung zum Verbessern der Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung auf dem Feld auf. Die Sammeloptik besteht vorzugsweise aus mehreren Linsen, die so angeordnet sind, dass das Lichtmuster von dem Mikrospiegelfeld auf ein Ziel projiziert wird. Das Projektionssystem weist vorzugsweise weiter einen oder mehrere Mikrospiegel oder eine oder mehrere Linsen zum Richten und Fokussieren eines Lichtkegels auf das Mikrospiegelfeld auf. Vorzugsweise ist das Projektionssystem eine Frontprojektionsanzeige oder eine Rückprojektionsanzeige. Vorzugsweise ist das Projektionssystem ein Maskenprojektor zum maskenlosen Strukturieren eines lichtempfindlichen Materials. Vorzugsweise ist das Projektionssystem ein Projektor in einem Photolithographiesystem. Die Mikrospiegel sind vorzugsweise zu einer Drehung in einer Richtung in Bezug auf das Substrat zu einer Ein-Position und einer entgegengesetzten Richtung in Bezug auf das Substrat zu einer Aus-Position in der Lage. Die Schaltungsanordnung und die Elektroden werden vorzugsweise auf demselben Substrat gebildet wie die Mikrospiegel. Die Schaltungsanordnung und die Elektroden werden vorzugsweise auf einem zweiten Substrat gebildet, das an das Substrat gebondet wird. Die zusätzlichen Elektroden liegen vorzugsweise auf dem gleichen Potential wie der benachbarte Mikrospiegel. Die Lichtquelle, das Mikrospiegelfeld und die Sammeloptik werden vorzugsweise angeordnet, um ein Bild auf ein Ziel zu projizieren. Das Ziel ist vorzugsweise die Netzhaut eines Betrachters, ein photoempfindliches Material oder ein Bildschirm. Alle Mikrospiegel in dem Feld werden vorzugsweise so angeordnet, dass Licht gleichzeitig durch die Sammeloptik gerichtet wird. Das Mikrospiegelfeld ist vorzugsweise ein mit einem Gehäuse versehenes Mikrospiegelfeld, das ein lichtdurchlässiges Fenster in dem Gehäuse aufweist, um zu ermöglichen, dass der Lichtstrahl von der Lichtquelle auf das Mikrospiegelfeld einfällt, wobei das lichtdurchlässige Fenster nicht parallel zu dem Substrat des Mikrospiegelfelds steht. Das lichtdurchlässige Fenster steht vorzugsweise unter einem Winkel von –2 bis –15 Grad in Bezug auf das Substrat des Mikrospiegelfelds. Das lichtdurchlässige Fenster steht vorzugsweise unter einem Winkel von –3 bis –10 Grad in Bezug auf das Substrat des Mikrospiegelfelds. Das Mikrospiegelfeld ist vorzugsweise in einer rechteckigen Form angeordnet, wobei sich die Mikrospiegel um eine Schaltachse zwischen dem Aus- und dem Ein-Zustand drehen können, wobei die Mikrospiegel Pixeln in einem betrachteten Bild entsprechen und die Lichtquelle so angeordnet ist, dass Licht nicht senkrecht zu mindestens zwei Seiten jedes Mikrospiegels und, bei Betrachtung jedes Mikrospiegels in Draufsicht, parallel zu mindestens zwei anderen Seiten jedes Mikrospiegels gerichtet wird. Die Lichtquelle richtet Licht vorzugsweise unter einem Winkel, der im Wesentlichen senkrecht zur Schaltachse der Mikrospiegel steht. Das Projektionssystem weist vorzugsweise weiter ein Farbtrennelement auf, das zwischen der Lichtquelle und dem Mikrospiegelfeld bereitgestellt ist. Die Lichtquelle ist vorzugsweise so eingerichtet, dass sie Licht derart auf die Mikrospiegel richtet, dass das Licht auf die Vorderseite jedes Mikrospiegels unter einem Winkel von 100 bis 150 Grad einfällt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum räumlichen Modulieren eines Lichtstrahls mit den folgenden Schritten: Richten eines Lichtstrahls von einer Lichtquelle auf Lichtsammeloptik über ein Feld von Mikrospiegeln, die angeordnet sind, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle räumlich zu modulieren, wobei das Feld auf einem Substrat ausgebildet ist und sich jeder Mikrospiegel in einer ersten Position befindet, wenn er nicht moduliert ist, Modulieren von Mikrospiegeln in dem Feld, so dass sich jeder Mikrospiegel zu einer Ein-Position bewegt, welche Licht auf die Lichtsammeloptik für das Feld richtet, und sich zu einer Aus-Position bewegt, um Licht von der Lichtsammeloptik fort zu richten, wobei die Ein- und die Aus-Position von der ersten Position verschieden sind und wobei die Ein-Position bei einem Betrag eines Winkels in Bezug auf die erste Position liegt, der vom Betrag eines Winkels in der Aus-Position verschieden ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein optisches mikromechanisches Element, das auf einem Substrat ausgebildet ist und eine Ein-Position bei einem ersten Betrag eines Winkels in Bezug auf das Substrat und eine Aus-Position bei einem zweiten Betrag eines Winkels in Bezug auf das Substrat aufweist, wobei der erste und der zweite Betrag verschieden sind, und das eine dritte Position im Wesentlichen parallel zu dem Substrat aufweist, wobei sowohl die Ein- als auch die Aus-Position durch das Anstoßen des optischen mikromechanischen Elements gegen das Substrat oder gegen eine auf dem Substrat gebildete Struktur definiert sind.
Vorzugsweise sind Aufsetzelektroden auf dem Substrat bereitgestellt, an denen der Mikrospiegel in der Ein- und der Aus-Position anhält. Eine Aufsetzelektrode ist vorzugsweise in Bezug auf das Substrat höher positioniert als eine andere Aufsetzelektrode. Das Gehäuse ist vorzugsweise ein hermetisches oder teilweise hermetisches Gehäuse. Das mikromechanische Element weist vorzugsweise weiter einen Molekülfänger in dem Gehäuse auf. Das mikromechanische Element weist vorzugsweise weiter ein Haftverringerungsmittel innerhalb des Gehäuses auf. Das mikromechanische Element weist vorzugsweise weiter Biegegelenke auf, die in einem Zwischenraum zwischen einer Platte des Mikrospiegelelements und dem Substrat angeordnet sind. Das mikromechanische Element weist vorzugsweise weiter Auslenkelektroden zum Auslenken des Elements zu der Ein- oder der Aus-Position auf. Mindestens eine Auslenkelektrode ist vorzugsweise angeordnet, um das Element zu der Ein-Position zu bewegen, und mindestens eine Auslenkelektrode ist angeordnet, um das Element zu der Aus-Position zu bewegen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Modulieren von Licht, bei dem Licht von einem Feld auslenkbarer Mikrospiegel, die auf einem planaren Substrat angeordnet sind, reflektiert wird, wobei die Mikrospiegel entweder zu einer ersten oder zu einer zweiten Position geneigt werden, wobei der zwischen der ersten Position und dem Substrat gebildete Winkel und der zwischen der zweiten Position und dem Substrat gebildete Winkel erheblich verschieden sind.
Ein anderer Teil der Erfindung ist ein Verfahren zum Modulieren von Licht mit einer Lichtquelle und einem planaren Lichtmodulatorfeld, das auslenkbare Elemente und eine Sammeloptik aufweist, wobei die Elemente in dem Feld selektiv in mindestens zwei Zuständen konfiguriert werden, wobei die Elemente im ersten Zustand Licht von der Lichtquelle durch einen ersten Winkel in die Sammeloptik richten und die Elemente im zweiten Zustand das Licht von der Lichtquelle durch einen zweiten Winkel in die Sammeloptik richten, wobei ein dritter Winkel Licht darstellt, das von dem Feld reflektiert wird, als ob es eine mikroverspiegelte Fläche wäre, wobei die Differenz zwischen dem ersten und dem dritten Winkel und die Differenz zwischen dem zweiten und dem dritten Winkel erheblich verschieden sind.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle zum Bereitstellen eines Lichtstrahls, einem Mikrospiegelfeld, das mehrere in einem Weg des Lichtstrahls bereitgestellte Mikrospiegel aufweist, und einer Sammeloptik, die in einem Weg des Lichtstrahls angeordnet ist, nachdem der Lichtstrahl auf das Mikrospiegelfeld eingefallen ist und von den mehreren Mikrospiegeln als ein Muster ein- und ausgeschalteter Mikrospiegel in dem Feld reflektiert wurde, wobei das Mikrospiegelfeld ein Substrat aufweist und auf dem Substrat gehalten wird, wobei sich jeder Mikrospiegel aus einer nicht ausgelenkten Position zu einer Ein-Position und einer Aus-Position bewegen kann, wobei die Ein-Position in Bezug auf die nicht ausgelenkte Position unter einem anderen Winkel steht als die Aus-Position.
Ein weiterer Teil der Erfindung ist ein Verfahren zum Projizieren eines Bilds auf ein Ziel mit den folgenden Schritten: Richten eines Lichtstrahls von einer Lichtquelle auf ein Mikrospiegelfeld und Modulieren der Mikrospiegel jeweils zu einer Ein- oder einer Aus-Position, wobei in der Ein-Position die Mikrospiegel Licht auf eine Sammeloptik richten, die zum Empfangen von Licht von Mikrospiegeln in ihrer Ein-Position eingerichtet ist, wobei das Muster eingeschalteter und ausgeschalteter Mikrospiegel ein Bild erzeugt und wobei die Position der Mikrospiegel in ihrer Ein-Position unter einem anderen Winkelbetrag liegt als der Winkelbetrag der Mikrospiegel in ihrer Aus-Position.
Ein anderer Teil der Erfindung ist ein Verfahren zum räumlichen Modulieren eines Lichtstrahls mit folgendem Schritt: Richten eines Lichtstrahls auf ein Mikrospiegelfeld, wobei sich die Mikrospiegel zu einer ersten oder einer zweiten Position bewegen können, wobei die Mikrospiegel in der ersten Position einen Teil des darauf einfallenden Lichtstrahls in eine Sammeloptik richten und wobei der minimale Abstand zwischen benachbarten Mikrospiegeln, wenn sich alle in der zweiten Position befinden, kleiner ist als der minimale Abstand zwischen den benachbarten Mikrospiegeln, wenn sich alle in der ersten Position befinden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einem Substrat, auf dem eine bewegliche reflektierende oder diffraktive mikromechanische Vorrichtung ausgebildet ist, und einem Gehäuse zum Halten des Substrats mit der beweglichen mikromechanischen Vorrichtung, wobei das Gehäuse ein optisch durchlässiges Fenster aufweist, das nicht parallel zu dem Substrat ist.
Ein weiterer Teil der Erfindung ist ein Projektionssystem mit einer Lichtquelle, einer Lichtsammeloptik, einem Substrat, auf dem eine bewegliche reflektierende oder diffraktive mikromechanische Vorrichtung ausgebildet ist, und einem Gehäuse zum Halten des Substrats mit der beweglichen mikromechanischen Vorrichtung, wobei das Gehäuse ein optisch durchlässiges Fenster aufweist, das nicht parallel zu dem Substrat ist, wobei die in einem Gehäuse angeordnete mikromechanische Vorrichtung in einem Weg eines Lichtstrahls von der Lichtquelle angeordnet ist, um das Licht von dem Lichtstrahl zu modulieren, und die Sammeloptik das modulierte Licht sammelt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung besteht das optisch durchlässige Fenster aus Glas mit Bildschirmqualität. Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das vorstehend erwähnte Projektionssystem weiter Bonddrähte auf einer ersten Seite zum elektrischen Verbinden des Substrats mit dem Gehäuse auf. Das optisch durchlässige Fenster ist vorzugsweise an einem Punkt oberhalb der Bonddrähte an dem Substrat weiter von dem Substrat entfernt als an einem entgegengesetzten Ende des Substrats. Das Gehäuse ist vorzugsweise ein hermetisches oder teilweise hermetisches Gehäuse. Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das vorstehend erwähnte Projektionssystem weiter einen Molekülfänger in dem Gehäuse auf. Vorzugsweise ist die mikromechanische Vorrichtung ein Mikrospiegelfeld zum räumlichen Modulieren eines Lichtstrahls.
Ein weiterer Teil der Erfindung ist ein Projektor mit einer Lichtquelle, einer in einem Gehäuse angeordneten MEMS-Vorrichtung mit einem Substrat, auf dem sich eine mikromechanische Vorrichtung befindet, wobei ein Fenster in dem Gehäuse unter einem Winkel zum Substrat angeordnet ist, und einer Sammeloptik, die angeordnet ist, um Licht von der Lichtquelle nach der Modulation durch die in einem Gehäuse angeordnete MEMS-Vorrichtung zu empfangen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrospiegels mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats, Abscheiden und Strukturieren einer ersten Opferschicht auf dem Substrat, Abscheiden mindestens einer Gelenkschicht auf der Opferschicht und Strukturieren der mindestens einen Gelenkschicht, um mindestens ein Biegegelenk zu definieren, Abscheiden und Strukturieren einer zweiten Opferschicht, Abscheiden mindestens einer Spiegelschicht auf der zweiten Opferschicht und Strukturieren der mindestens einen Spiegelschicht, um ein Spiegelelement zu bilden, und Entfernen der ersten und der zweiten Opferschicht, um den Mikrospiegel freizugeben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine optische mikromechanische Vorrichtung mit einem Substrat, einem ersten Stab auf dem Substrat, einem Biegegelenk, dessen proximales Ende sich an dem Stab befindet, einem zweiten Stab, der an einem distalen Ende des Biegegelenks angebracht ist, und einer Platte, die an dem zweiten Stab angebracht ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das vorstehend erwähnte Projektionssystem ein Farbtrennelement auf, das zwischen der Lichtquelle und dem Mikrospiegelfeld bereitgestellt ist. Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise ein Metall und ein dielektrisches Material auf. Das dielektrische Material ist vorzugsweise ein Nitrid, ein Carbid oder ein Oxid von Silicium. Die Mikrospiegel befinden sich vorzugsweise oberhalb eines Schaltungssubstrats. Das Schaltungssubstrat ist vorzugsweise ein CMOS-Substrat. Die Mikrospiegel sind vorzugsweise an einem oberen Glassubstrat angebracht, das an ein unteres Siliciumsubstrat gebondet ist. Das obere und das untere Substrat werden vorzugsweise durch UV- und/oder IR-Epoxidharz zusammengehalten. 64000 bis etwa 6000000 Mikrospiegel werden vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 cm² bis etwa (2,54 cm)² (1 Zoll²) bereitgestellt. Überdies wird eine rechteckige Maske vorzugsweise auf dem Mikrospiegelfeld oder oberhalb von diesem angeordnet.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Mikrospiegelfeld vorzugsweise aktive Mikrospiegel mit vier Ecken auf, welche ein Rechteck mit vier Seiten definieren. Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise mindestens vier lang gestreckte Mikrospiegelseiten auf, wobei eine oder mehrere der Mikrospiegelseiten weder parallel noch senkrecht zu irgendeiner Seite des durch die aktiven Mikrospiegel mit vier Ecken definierten Rechtecks sind. Vorzugsweise verläuft keine Mikrospiegelseite parallel oder senkrecht zu irgendeiner Seite des Rechtecks des Mikrospiegelfelds. Mindestens zwei Mikrospiegelseiten sind vorzugsweise weder parallel noch senkrecht zu den Seiten des Rechtecks des Mikrospiegelfelds, wobei mindestens zwei Mikrospiegelseiten parallel zu Seiten des Rechtecks des Mikrospiegelfelds sind. Jeder Mikrospiegel hat vorzugsweise die Form eines Parallelogramms oder einer Anordnung von Parallelogrammen. Die Form einer Anordnung von Parallelogrammen erscheint vorzugsweise als eine Reihe von Parallelogrammen, die jeweils ein Mikrospiegelbild eines benachbarten Parallelogramms sind. Die Form einer Anordnung von Parallelogrammen erscheint vorzugsweise als eine Reihe identischer Parallelogramme. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise andere Formen als im Wesentlichen rechteckig.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Projektionssystem auf: ein Mikrospiegelfeld, wobei jeder Mikrospiegel einem Pixel in einem betrachteten Bild entspricht und eine Form eines konkaven Polygons oder eines oder mehrerer nicht rechteckiger Parallelogramme aufweist, und eine Lichtquelle zum Richten von Licht auf eine Sammeloptik des Mikrospiegelfelds, die angeordnet ist, um von den Mikrospiegeln reflektiertes Licht zu empfangen. Jeder Mikrospiegel hat vorzugsweise eine Form eines nicht rechteckigen Parallelogramms oder einer Anordnung Seite an Seite angeordneter nicht rechteckiger Parallelogramme. Die Form als eine Anordnung von Parallelogrammen erscheint vorzugsweise als eine Reihe von Parallelogrammen, bei denen jedes ein Mikrospiegelbild eines benachbarten Parallelogramms ist, Die Form ist vorzugsweise ein konkaves Polygon mit sechs oder mehr Seiten und mindestens einem konkaven Abschnitt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Anzahl der Parallelogramme kleiner als M/λ, wobei M die Breite des Mikrospiegels ist und λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist. Die Anzahl der Parallelogramme ist vorzugsweise kleiner als 0,5 M/λ, Die Anzahl der Parallelogramme ist vorzugsweise kleiner als 0,1 M/λ, Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise 6 oder mehr lang gestreckte gerade Seiten auf. Die 6 oder mehr Seiten bilden vorzugsweise eine Form mit mindestens einem Vorsprung und einem Ausschnitt. Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise 8 oder mehr Seiten auf. Der Vorsprung und der Ausschnitt liegen in Form eines Dreiecks vor. Der Vorsprung bildet vorzugsweise einen Außenwinkel von 70 bis 120 Grad, und der Ausschnitt bildet vorzugsweise einen entsprechenden Innenwinkel von 70 bis 120 Grad. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise Formen, die von einer quadratischen Form erheblich verschieden sind. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise mindestens zwei Außenwinkel zwischen 35 und 60 Grad. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise gerade Seiten, die weder parallel noch senkrecht zu den Seiten des rechteckigen aktiven Bereichs verlaufen. Jeder Mikrospiegel hat vorzugsweise die Form eines konkaven Polygons mit mehr als 4 Seiten und 4 Winkeln.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung hat das Feld eine im Wesentlichen rechteckige Form mit mindestens 1000 Mikrospiegeln, wobei die Mikrospiegel in Form eines konkaven oder konvexen Polygons vorliegen und keine Seiten der polygonalen Mikrospiegel parallel zu den Seiten des im Wesentlichen rechteckigen aktiven Bereichs verlaufen. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise mindestens 4 im Wesentlichen gerade Seiten, von denen keine parallel zu Vorderseiten oder zu Hinterseiten des rechteckigen aktiven Bereichs verlaufen. Das Feld weist vorzugsweise Mikrospiegel mit vier Ecken auf, welche, wenn sie verbunden sind, die Rechteckform des Felds bilden. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise Schaltachsen, die zu mindestens zwei Seiten des rechteckigen Felds parallel sind. Jeder Mikrospiegel hat vorzugsweise die Form eines Parallelogramms oder einer Anordnung von Parallelogrammen. Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise 5 oder mehr lang gestreckte gerade Seiten auf. Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise 6 oder mehr Seiten auf, welche eine Form mit mindestens einem Vorsprung und einem Ausschnitt bilden. Die Mikrospiegel weisen vorzugsweise 8 oder mehr Seiten auf. Der Vorsprung und der Ausschnitt liegen vorzugsweise in Form eines Dreiecks vor. Der Vorsprung bildet vorzugsweise einen Außenwinkel von 70 bis 120 Grad, und der Ausschnitt bildet vorzugsweise einen entsprechenden Innenwinkel von 70 bis 120 Grad. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise mindestens zwei Polygonseiten, zwischen denen ein Winkel von weniger als 90 Grad gebildet ist. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise mindestens zwei Polygonseiten, zwischen denen ein Winkel von 35 bis 60 Grad gebildet ist. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise jeweils eine Form einer Anordnung von 1 bis 10 Parallelogrammen. Die Mikrospiegel haben vorzugsweise Seiten, die etwa 35 bis 55 Grad zu den Seiten des aktiven Bereichs aufweisen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Projektionssystem auf: eine Lichtquelle zum Bereitstellen eines einfallenden Lichtstrahls, ein Feld beweglicher reflektierender Elemente und eine Sammeloptik zum Projizieren von Licht von dem Feld, wobei ein von dem Projektionssystem projiziertes Bild auf einem Ziel als ein rechteckiges Bild erscheint, wobei das Bild aus Tausenden bis Millionen von Pixeln gebildet wird, die jeweils die Form eines konkaven Polygons, eines einzigen nicht rechteckigen Parallelogramms oder einer Anordnung nicht rechteckiger Parallelogramme aufweisen. Jedes Pixel in dem projizierten Bild ist vorzugsweise ein konkaves Polygon mit mehr als 4 Seiten und 4 Winkeln. Vorzugsweise sind keine Pixelseiten parallel zu mindestens zwei Seiten des rechteckigen projizierten Bilds. Mindestens zwei Pixelseiten sind vorzugsweise nicht parallel und nicht senkrecht zu den Seiten des projizierten Bilds, wobei mindestens zwei Pixelseiten zu Seiten des projizierten Bilds parallel und senkrecht sind. Mindestens eine Pixelseite erstreckt sich vorzugsweise in einer Richtung unter einem Winkel von 35 bis 85 Grad von einer der Seiten des projizierten Bilds. Mindestens zwei Pixelseiten erstrecken sich vorzugsweise in einer Richtung unter einem Winkel von 40 bis 55 Grad von mindestens einer der Seiten des projizierten Bilds.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung,
die 2A bis 2E Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen der Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie 2-2 aus 1,
die 3A bis 3D Schnittansichten des gleichen Verfahrens, das in den 2A bis 2E dargestellt ist, jedoch entlang einer Linie 3-3 aus 1,
die 4A bis 4J Schnittansichten eines weiteren Verfahrens zum Herstellen von Mikrospiegeln gemäß der vorliegenden Erfindung,
die 5A bis 5G Schnittansichten eines weiteren Verfahrens zum Herstellen von Mikrospiegeln gemäß der vorliegenden Erfindung,
die 6A bis 6C Draufsichten verschiedener Mikrospiegelform- und Gelenkkombinationen,
7 eine Draufsicht eines Abschnitts eines Mikrospiegelfelds mit mehreren Mikrospiegeln, die jenen in 6A gleichen,
8 eine teilweise explodierte isometrische Ansicht eines Mikrospiegels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
die 9A bis 9C Schnittansichten, welche die Betätigung eines Mikrospiegels gemäß der Ausführungsform aus 8 zeigen,
die 10A bis 10D Schnittansichten eines Prozesses gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
die 11A bis 11C Schnittansichten, welche die Betätigung eines gemäß dem in den 10A bis 10D dargestellten Verfahren hergestellten Mikrospiegels zeigen,
12 eine Draufsicht mehrerer Mikrospiegel in einem gemäß dem Verfahren aus den 11A bis 11C gebildeten Mikrospiegelfeld,
13 eine teilweise explodierte isometrische Ansicht des Mikrospiegels aus 12,
die 14A bis 14C Mikrospiegel mit einem flachen nicht ausgelenkten "Aus"-Zustand,
die 15A bis 15C Mikrospiegel mit ausgelenkten "Ein"- und "Aus"-Zuständen mit gleichen Winkeln,
die 16A bis 16C Mikrospiegel mit einem größeren Winkel für den "Ein"-Zustand als für den "Aus"-Zustand,
die 17A bis 17E eine Gehäuseanordnung für Mikrospiegel mit einem geneigten Fenster,
18 das Beleuchtungssystem für das Mikrospiegelfeld gemäß der vorliegenden Erfindung,
die 19A bis 19E die Beziehung zwischen dem Winkel des einfallenden Lichts, den Mikrospiegelseiten und den Seiten des aktiven Bereichs,
20 ein Mikrospiegelfeld aus dem Stand der Technik,
die 21 und 22 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der quadratische Mikrospiegel unter einem Winkel zu den Seiten des aktiven Bereichs stehen,
die 23 bis 25 Mikrospiegel, bei denen "Vorderkanten" und "Hinterkanten" der Mikrospiegel nicht senkrecht zu dem einfallenden Lichtstrahl sind,
die 26A bis 26F und 27A bis 27F Mikrospiegel mit Formen eines oder mehrerer Parallelogramme,
28 einen einzigen Mikrospiegel,
29 ein Mikrospiegelfeld, wobei ein Teil der Vorderseiten und der Hinterseiten senkrecht zu dem einfallenden Lichtstrahl steht und ein anderer Teil unter einem Winkel von 45 Grad zu dem einfallenden Lichtstrahl steht,
die 30 und 31 Mikrospiegelfelder, bei denen die Mikrospiegel keine Seiten aufweisen, die parallel oder senkrecht zu dem einfallenden Lichtstrahl oder den Seiten des aktiven Bereichs des Felds sind,
die 32A bis 32J Mikrospiegel mit entsprechenden Gelenkstrukturen, und
die 33A bis 33C Beugungsmuster mit einer Beugungslinie, die durch den Akzeptanzkegel der Sammeloptik (33A) läuft und den Akzeptanzkegel vermeidet (33B und 33C).
Prozesse zur Mikrofabrikation eines beweglichen Mikrospiegels oder eines Felds beweglicher Mikrospiegel sind in US-A-5 835 256 und US-A-6 046 840 offenbart. Ein ähnlicher Prozess zum Bilden der Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 3 dargestellt. 1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt ist, halten Stäbe 21a und 21b eine Mikrospiegelplatte 24 durch Gelenke 120a und 120b über einem unteren Substrat, auf dem sich Elektroden befinden (nicht dargestellt), um eine Auslenkung der Mikrospiegelplatte 24 zu bewirken. Wenngleich dies in 1 nicht dargestellt ist, können, wie hier weiter erörtert wird, Tausende oder sogar Millionen von Mikrospiegeln 24 in einem Feld zum Reflektieren darauf einfallenden Lichts und zum Projizieren eines Bilds auf einen Betrachter oder ein Ziel bzw. Bildschirm bereitgestellt werden.
Der Mikrospiegel 24 und die anderen Mikrospiegel in dem Feld können durch viele verschiedene Verfahren hergestellt werden. Ein Verfahren ist in den 2A bis 2E (entlang dem Querschnitt 2-2 aus 1) dargestellt, wobei die Mikrospiegel vorzugsweise auf einem lichtdurchlässigen Substrat hergestellt werden, das dann mit einem Schaltungssubstrat verbunden wird. Dieses Verfahren ist weiter in der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/229 246 und in der US-Patentanmeldung 09/732 445 offenbart. Wenngleich das Verfahren in Zusammenhang mit einem lichtdurchlässigen Substrat beschrieben wird, könnte auch jedes andere geeignete Substrat in der Art eines Halbleitersubstrats mit einer Schaltungsanordnung verwendet werden. Falls ein Halbleitersubstrat in der Art eines einkristallinen Siliciumsubstrats verwendet wird, kann es bevorzugt sein, die Mikrospiegelstäbe in dem IC-Prozess elektrisch mit der Metallschicht 3 zu verbinden und leitfähige Materialien zumindest für einen Teil der Mikrospiegel zu verwenden. Verfahren zum Bilden von Mikrospiegeln direkt auf einem Schaltungssubstrat (statt auf einem getrennten lichtdurchlässigen Substrat) werden hier in weiteren Einzelheiten erörtert.
Wie in 2A ersichtlich ist, wird ein lichtdurchlässiges Substrat 13 (zumindest vor dem Hinzufügen von weiteren Schichten darauf), beispielsweise aus Glas (beispielsweise Corning 1737F oder Eagle2000), Quarz, Pyrex^TM, Saphir usw., bereitgestellt. Auf der Unterseite des lichtdurchlässigen Substrats kann eine optionale Lichtblockierschicht hinzugefügt werden, um dabei zu helfen, das Substrat während der Verarbeitung zu handhaben. Eine solche Lichtblockierschicht könnte eine durch reaktives Sputtern bis zu einer Tiefe von 2000 Angstrom auf der Rückseite des lichtdurchlässigen Substrats abgeschiedene TiN-Schicht sein, die später entfernt wird, sobald die Verarbeitung abgeschlossen ist. Das Substrat kann eine beliebige Form oder Größe aufweisen, wenngleich die Form eines in einer Einrichtung zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendeten Standardwafers bevorzugt ist.
Wie in 2A auch ersichtlich ist, wird eine Opferschicht 14, beispielsweise aus amorphem Silicium, abgeschieden. Die Opferschicht kann aus einem anderen geeigneten Material bestehen, das später unter den mikromechanischen Strukturmaterialien (beispielsweise SiO₂, Polysilicium, Polyimid, Novolac usw.) entfernt werden kann. Die Dicke der Opferschicht kann, abhängig von der Größe und dem gewünschten Neigungswinkel der beweglichen Elemente bzw. der Mikrospiegel über einen weiten Bereich variieren, wenngleich eine Dicke von 500 Å bis 50000 Å, vorzugsweise etwa 5000 Å, bevorzugt ist. Alternativ zu dem amorphen Silicium könnte die Opferschicht aus beliebigen von einer Anzahl von Polymeren, Photoresist oder einem anderen organischen Material bestehen (oder sogar aus Polysilicium, Siliciumnitrid, Siliciumdioxid usw., wobei dies von den Materialien, die ausgewählt werden, so dass sie für das Ätzmittel widerstandsfähig sind, und von dem ausgewählten Ätzmittel abhängt). Ein optionales Haftfördermittel (beispielsweise SiO₂ oder SiN) kann vor dem Abscheiden des Opfermaterials bereitgestellt werden.
Ein Loch 6 mit einer Breite "d" wird in der Opferschicht gebildet, um einen Kontaktbereich zwischen dem Substrat 13 und später abgeschiedenen mikromechanischen Strukturschichten bereitzustellen. Die Löcher werden durch Aufschleudern eines Photoresists und Lenken von Licht durch eine Maske gebildet, um die Löslichkeit des Resists zu erhöhen oder zu verringern (abhängig davon, ob der Resist ein positiver oder ein negativer Resist ist). Die Abmessung "d" kann, abhängig von der endgültigen Größe des Mikrospiegels und des Mikrospiegelfelds, von 0,2 bis 2 Mikrometer reichen (vorzugsweise um 0,7 μm). Nach dem Entwickeln des Resists zum Entfernen des Resists in dem Bereich der Löcher werden die Löcher in dem amorphen Opfersilicium mit Chlor oder einem anderen geeigneten Ätzmittel (abhängig von dem Opfermaterial) geätzt. Der restliche Photoresist wird dann, beispielsweise mit einem Sauerstoffplasma, entfernt. Das Loch in der Opferschicht kann eine beliebige geeignete Größe aufweisen, wenngleich es vorzugsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 1,5 μm, bevorzugter um 0,7 +/– 0,25 μm, aufweist. Das Ätzen wird bis zu dem Glas-/Quarzsubstrat hinab oder bis zu beliebigen Zwischenschichten, wie beispielsweise Haftförderschichten, hinab ausgeführt. Falls das lichtdurchlässige Substrat überhaupt geätzt wird, wird es vorzugsweise in einem Ausmaß von weniger als 2000 Å geätzt. Falls die Opferschicht 14 aus einem direkt strukturierbaren Material besteht (beispielsweise aus Novolac oder einem anderen photoempfindlichen Photoresist), ist eine zusätzliche Schicht aus Photoresist, die auf der Opferschicht 14 abgeschieden und entwickelt wird, nicht erforderlich. In einem solchen Fall wird die Photoresist-Opferschicht strukturiert, um Material im Bereich des Lochs bzw. der Löcher 6 zu entfernen, und dann vor dem Abscheiden zusätzlicher Schichten optional gehärtet.
An diesem Punkt wird, wie in 2B ersichtlich ist, eine erste Strukturschicht 7, beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung, abgeschieden. Vorzugsweise ist das Material Siliciumnitrid oder Siliciumoxid, das durch LPCVD (chemische Niederdruck-Dampfabscheidung) oder PECVD (plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung) abgeschieden wird, es könnte jedoch auch jedes beliebige geeignete Dünnfilmmaterial, wie Polysilicium, ein Metall oder eine Metalllegierung, Siliciumcarbid oder eine organische Verbindung, an diesem Punkt abgeschieden werden (natürlich sollten die Opferschicht und das Ätzmittel an das verwendete Strukturmaterial bzw. die verwendeten Strukturmaterialien angepasst werden). Die Dicke dieser ersten Schicht kann, abhängig von der Größe des beweglichen Elements und der gewünschten Steifigkeit des Elements, variieren, bei einer Ausführungsform hat die Schicht jedoch eine Dicke von 100 bis 3200 Å, bevorzugter zwischen 900 und 1100 Å. Wie in 2B ersichtlich ist, erstreckt sich die Schicht 7 in die Löcher, die in die Opferschicht geätzt sind.
Eine zweite Schicht 8 wird abgeschieden, wie in 2C ersichtlich ist. Das Material kann das gleiche wie bei der ersten Schicht sein (beispielsweise Siliciumnitrid), oder es kann davon verschieden sein (Siliciumoxid, Siliciumcarbid, Polysilicium usw.), und es kann wie bei der ersten Schicht durch chemische Dampfabscheidung abgeschieden werden. Die Dicke der zweiten Schicht kann größer oder kleiner als jene der ersten sein, wobei dies von der gewünschten Steifigkeit des beweglichen Elements, der gewünschten Flexibilität des Gelenks, dem verwendeten Material usw. abhängt. Gemäß einer Ausführungsform hat die zweite Schicht eine Dicke von 50 Å bis 2100 Å und vorzugsweise von etwa 900 Å. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die erste Schicht durch PECVD abgeschieden und die zweite Schicht durch LPCVD abgeschieden.
Gemäß der in den 2A bis 2E dargestellten Ausführungsform werden sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht in den Bereichen abgeschieden, die das bewegliche Element (den Mikrospiegel) und die Stäbe definieren. Abhängig von der gewünschten Steifigkeit des Mikrospiegelelements, ist es auch möglich, nur eine von der ersten oder der zweiten Schicht im Bereich des Mikrospiegelelements abzuscheiden. Weiterhin könnte eine Einzelschicht an Stelle der beiden Schichten 7, 8 für alle Bereiche der Mikrostruktur bereitgestellt werden, wenngleich hierbei ein Kompromiss zwischen der Plattensteifigkeit und der Gelenkflexibilität notwendig sein könnte. Weiterhin könnte, falls eine Einzelschicht verwendet wird, der Bereich, der das Gelenk bildet, teilweise geätzt werden, um die Dicke in diesem Bereich zu verringern und die Flexibilität des sich ergebenden Gelenks zu erhöhen. Es ist auch möglich, mehr als zwei Schichten zu verwenden, um ein bewegliches Laminatelement herzustellen, das insbesondere dann wünschenswert sein kann, wenn die Größe des beweglichen Elements erhöht ist, beispielsweise zum Schalten von Lichtstrahlen in einem optischen Schalter. Das Material für eine solche Schicht oder für solche Schichten könnte auch Legierungen von Metallen und Dielektrika oder Verbindungen von Metallen und Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff (insbesondere der Übergangsmetalle) aufweisen. Einige dieser alternativen Materialien sind in der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/228 007 offenbart.
Wie in 2D dargestellt ist, wird eine reflektierende Schicht 9 abgeschieden. Das reflektierende Material kann Gold, Silber, Titan, Aluminium oder ein anderes Metall oder eine Legierung von mehr als einem Metall sein, wenngleich es bevorzugt durch PVD abgeschiedenes Aluminium ist. Die Dicke der Metallschicht kann von 50 bis 2000 Å reichen und vorzugsweise etwa 500 Å betragen. Eine optionale Metallpassivierungsschicht (nicht dargestellt) kann hinzugefügt werden, beispielsweise eine durch PECVD auf der Schicht 9 abgeschiedene 10 bis 1100 Å dicke Siliciumoxidschicht. Andere Metallabscheidungstechniken können zum Abscheiden der Metallschicht 9 verwendet werden, beispielsweise chemisches Fluidabscheiden und Galvanisieren. Nach dem Abscheiden der Schicht 9 wird Photoresist aufgeschleudert und strukturiert, woraufhin die Metallschicht mit einem geeigneten Metallätzmittel geätzt wird. Im Fall einer Aluminiumschicht kann eine Chlorchemie (oder Bromchemie) (beispielsweise ein Plasma/RIE-Ätzen mit Cl₂ und/oder BCl₃ (oder Cl₂, CCl₄, Br₂, CBr₄ usw.) mit einem optionalen, vorzugsweise reaktionsträgen Verdünnungsmittel, wie Ar und/oder He) verwendet werden. Es sei bemerkt, dass die reflektierende Schicht nicht zuletzt abgeschieden zu werden braucht, sondern vielmehr zwischen anderen Schichten, welche das Mikrospiegelelement definieren, direkt auf die Opferschicht 14 abgeschieden werden könnte oder als die einzige Schicht, welche das Mikrospiegelelement definiert, abgeschieden werden könnte. Jedoch kann es bei manchen Prozessen wünschenswert sein, infolge der höheren Temperatur, bei der viele Dielektrika abgeschieden werden, eine Metallschicht nach einer dielektrischen Schicht abzuscheiden.
In Bezug auf 2E sei bemerkt, dass die erste Schicht 7 und die zweite Schicht 8 nach der reflektierenden Schicht mit bekannten Ätzmitteln oder Kombinationen von Ätzmitteln (abhängig von dem verwendeten Material und dem gewünschten Niveau an Isotropie) geätzt werden können. Beispielsweise können die erste und die zweite Schicht mit einer Chlorchemie oder einer Fluorchemie (oder einer Chemie eines anderen Halogenids) geätzt werden (beispielsweise durch ein Plasma/RIE-Ätzen mit F₂, CF₄, CHF₃, C₃F₈, CH₂F₂, C₂F₆, SF₆ usw. oder wahrscheinlicher Kombinationen der vorstehend erwähnten Gase oder mit zusätzlichen Gasen, wie CF₄/H₂, SF₆/Cl₂ oder Gasen, bei denen mehr als eine Ätzspezies, wie CF₂Cl₂, verwendet wird, wobei all dies möglicherweise mit einem oder mehreren optionalen reaktionsträgen Verdünnungsmitteln geschieht). Falls verschiedene Materialien für die erste Schicht und die zweite Schicht verwendet werden, kann natürlich ein anderes Ätzmittel für das Ätzen jeder Schicht verwendet werden (mit einer auf dem Fachgebiet bekannten Plasmaätzchemie, die von den verwendeten Materialien abhängt). Falls die reflektierende Schicht vor der ersten und der zweiten Schicht abgeschieden wird, würden die verwendeten Ätzchemien umgekehrt werden. Andernfalls könnten, abhängig von den verwendeten Materialien, alle Schichten zusammen geätzt werden. Die Zwischenräume 20a und 20b mit einer Breite "e", wie in 2E dargestellt ist, dienen dem Trennen des Stabs 21 vom Mikrospiegelkörper 22.
Die 3A bis 3D zeigen den gleichen Prozess entlang einem anderen Querschnitt (Querschnitt 3-3 in 1), und sie zeigen das lichtdurchlässige Substrat 13, auf dem eine Opferschicht 14 abgeschieden ist. Auf der Opferschicht 14 ist die Strukturschicht 7 abgeschieden. Wie in den 3B und 3C dargestellt ist, wird ein Teil der Schicht 7 vor dem Hinzufügen der Schichten 8 und 9 entfernt. Dieser entfernte Abschnitt liegt in dem Bereich, in dem das Gelenk zu bilden ist, und er ermöglicht eine erhöhte Flexibilität in dem Gelenkbereich. Dieses auf diese Weise geschehende "Verdünnen" des Gelenkbereichs ist in der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/178 902 und in der US-Patentanmeldung 09/767 632 dargelegt. Nach dem Entfernen von Abschnitten der Schicht 7 werden die Schichten 8 und 9 hinzugefügt, woraufhin die Schichten 7, 8 und 9 strukturiert werden, wie vorstehend dargelegt wurde. Wie in 3D ersichtlich ist, haben die Gelenke 23 eine Breite "a", die von 0,1 bis 10 μm reichen kann und vorzugsweise etwa 0,7 μm betragen kann. Die Gelenke 23 sind voneinander durch einen Zwischenraum "b" und von benachbarten Mikrospiegelplatten durch Zwischenräume "c" getrennt, die auch von 0,1 bis 10 μm reichen können und vorzugsweise etwa 0,7 μm betragen.
Die vorstehend allgemein erwähnten Prozessschritte können auf eine Anzahl von Arten implementiert werden. Beispielsweise kann ein Glaswafer (in der Art eines Wafers aus Corning 1737F, Eagle 2000, Quarz oder Saphir) bereitgestellt und mit einer lichtundurchlässigen Beschichtung, wie Cr, Ti, Al, TaN, Polysilicium oder TiN, oder einer anderen lichtundurchlässigen Beschichtung mit einer Dicke von 2000 Angstrom (oder mehr, abhängig von dem Material) auf der Rückseite des Wafers beschichtet werden, um das transparente Substrat für die Handhabung vorübergehend lichtundurchlässig zu machen. Dann wird, in Übereinstimmung mit den 1-4, nach Abscheiden einer optionalen Haftschicht (beispielsweise aus einem Material mit einer losen Siliciumbindung, wie SiN_x oder SiO_x, oder einem leitfähigen Material, wie glasartiger Kohlenstoff oder Indiumzinnoxid) ein Opfermaterial aus hydriertem amorphem Silicium auf den transparenten Wafer mit einer Dicke von 5000 Angstrom in einem plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidungssystem in der Art eines Systems P5000 von Applied Materials abgeschieden (Gas = SiH₄ (200 sccm), 1500 sccm Ar, Leistung = 100 W, Druck = 3,5 T, Temperatur = 380 °C, Elektrodenabstand = 350 Millizoll; oder Gas = 150 sccm SiH_y, 100 sccm Ar, Leistung = 55 W, Druck = 3 Torr, Temperatur = 380 °C, Elektrodenabstand = 350 Millizoll; oder Gas = 200 sccm SiH₄, 1500 sccm Ar, Leistung = 100 W, Temperatur = 300 °C, Druck = 3,5 T; oder andere Prozesspunkte zwischen diesen Einstellungen). Andernfalls könnte das Opfermaterial auch bei 560 °C entlang den in US-A-5 835 256 dargelegten Linien durch LPCVD abgeschieden werden. Andernfalls könnte das Opfermaterial durch Sputtern abgeschieden werden, oder es könnte ein nicht siliciumhaltiges Material in der Art eines organischen Materials sein (das später beispielsweise durch Plasmasauerstoffveraschung zu entfernen ist). Das a-Si wird strukturiert (mit Photoresist und durch eine Chlorchemie, beispielsweise Cl₂, BCl₃ und N₂ geätzt), um Löcher zum Anbringen des Mikrospiegels an dem Glassubstrat zu bilden. Eine erste Schicht aus Siliciumnitrid zum Erzeugen von Steifheit in dem Mikrospiegel und zum Verbinden des Mikrospiegels mit dem Glas wird durch PECVD (RF-Leistung = 150 W, Druck = 3 Torr, Temperatur = 360 °C, Elektrodenabstand = 570 Millizoll, Gas = N₂/SiH₄/NH₃ (1500/25/10); oder RF-Leistung = 127 W, Druck = 2,5 T, Temperatur = 380 °C, Gas = N₂/SiH₄/NH₃ (1500/25/10 sccm), Elektrodenabstand = 550 Millizoll, oder es könnten andere Prozessparameter verwendet werden, wie eine Leistung von 175 W und ein Druck von 3,5 Torr) mit einer Dicke von 900 Angstrom abgeschieden und strukturiert (Druck = 800 mT, RF-Leistung = 100 bis 200 W, Elektrodenabstand = 0,8 bis 1,1 mm, Gas = CF₄/CHF₃/Ar (60 oder 70/40 bis 70/600 bis 800 sccm, He = 0 bis 200 sccm), um das Siliciumnitrid in Bereichen zu entfernen, in denen die Mikrospiegelgelenke gebildet werden. Als nächstes wird eine zweite Schicht aus Siliciumnitrid durch PECVD mit einer Dicke von 900 Angstrom abgeschieden (RF-Leistung = 127 W, Druck = 2,5 T, Temperatur = 380 °C, Gas = N₂/SiH₄/NH₃ (1500/25/10 sccm), Elektrodenabstand = 550 Millizoll). Dann wird Al mit einer Dicke von 500 Angstrom bei einer Temperatur von 140 bis 180 °C, einer Leistung von 2000 W und Ar = 135 sccm auf die zweite Siliciumnitridschicht gesputtert. Andernfalls könnte an Stelle von Al das Material eine Aluminiumlegierung (Al-Si (1 %), Al-Cu (0,5 %) oder Al-SiCu oder AlTi) sowie implantiertes oder zielgerichtet dotiertes Aluminium sein. Das Aluminium wird im P5000 mit einer Chlorchemie strukturiert (Druck = 40 mT, Leistung = 550 W, Gas = BCl₃/Cl₂/N₂ = 50/15/30 sccm). Dann werden die SiN-Schichten geätzt (Druck = 100 mT, Leistung = 460 W, Gas = CF₄/N₂ (9/20 sccm)), woraufhin in einer H₂O + O₂ + N₂-Chemie in einem Plasma verascht wird. Als nächstes werden die restlichen Strukturen ACT-gereinigt (Aceton + DI-Wafer-Lösung) und durch Schleudern getrocknet. (Diese Reinigung kann auch mit einem Photoresist-Restentferner EKS265 von EKC Technology oder einem anderen lösungsmittelbasierten Reinigungsmittel vorgenommen werden). Nach der Resistbeschichtung der Vorderseite des Wafers mit den sich darauf befindenden Mikrostrukturen wird das rückseitige TiN in einer BCl₃/Cl₂/CF₄-Chemie in einem Plasma (oder einem anderen Metallätzmittel aus CRC Handbook of Metal Etchants) geätzt oder unter Verwendung von CMP fortpoliert oder fortgeschliffen oder mit Säuredampf, wie HF, entfernt, worauf eine zweite ACT-Reinigung (Aceton + DI-Wafer-Lösung) und ein zweites Schleudertrocknen folgen. Der Wafer wird in Einzelchips zerlegt, und jeder Chip wird einem 300-W-CF₄-Plasma ausgesetzt (Druck = 150 Torr, 85 sccm während 60 Sekunden, gefolgt von einem 300 s dauernden Ätzen in einer Mischung von He, XeF₂ und N₂ (Ätzdruck 158 Torr)). Das Ätzen wird durch Bereitstellen des Chips in einer Kammer von N₂ bei etwa 400 Torr ausgeführt. In einem zweiten Bereich bzw. einer zweiten Kammer befinden sich 3,5 Torr XeF2 und 38,5 Torr He. Eine Barriere zwischen den beiden Bereichen bzw. Kammern wird entfernt, woraus sich die kombinierte XeF₂-, He- und N₂-Ätzmischung ergibt.
Andernfalls wird der transparente Wafer (beispielsweise Corning 1737F) mit TiN mit einer Dicke von 2000 Angstrom auf der Rückseite des Glaswafers überzogen. Dann wird entsprechend den 1-4 ohne eine Haftschicht ein Opfermaterial aus hydriertem amorphem Silicium auf einem Glaswafer mit einer Dicke von 5300 Angstrom in einem Applied Materials P5000 abgeschieden (Leistung = 100 W, Druck = 3,5 T, Temperatur = 300 °C, SiH₄ = 200 sccm, Ar = 1500 sccm oder Druck = 2,5 Torr, Leistung = 50 W, Temperatur = 360 °C, Elektrodenabstand = 350 Millizoll, SiH₄-Fluss = 200 sccm, Ar-Fluss = 2000 sccm). Das a-Si wird strukturiert (mit Photoresist und durch eine Chlorchemie, beispielsweise Cl₂, BCl₃ und N₂ – 50 W geätzt), um Löcher zum Anbringen des Mikrospiegels an dem Glassubstrat zu bilden. Eine erste Schicht aus Siliciumnitrid zum Erzeugen von Steifigkeit in dem Mikrospiegel und zum Verbinden des Mikrospiegels mit dem Glas wird durch PECVD (Druck = 3 Torr, 125 W, 350 °C, Zwischenraum = 570, SiH₄ = 25 sccm, NH₃ = 10 sccm, N₂ = 1500 sccm) mit einer Dicke von 900 Angstrom abgeschieden und strukturiert (CF₄/CHF₃), um das Siliciumnitrid in Bereichen zu entfernen, in denen die Mikrospiegelgelenke gebildet werden. Als nächstes wird eine zweite Schicht aus Siliciumnitrid durch PECVD (gleiche Bedingungen wie bei der ersten Schicht) mit einer Dicke von 900 Angstrom abgeschieden. Dann wird Al mit einer Dicke von 500 Angstrom auf die zweite Siliciumnitridschicht gesputtert (bei 150 °C). Das Aluminium wird im P5000 mit einer Chlorchemie (BCl₃, Cl₂, Ar) strukturiert. Dann werden die SiN-Schichten geätzt (CHF₃, CF₄), woraufhin ein Veraschen in einem Trommelverascher (O₂, CH₃OH bei 250 °C) ausgeführt wird. Als nächstes werden die restlichen Strukturen mit dem Photoresist-Restentferner EKS265 von EKC Technology gereinigt. Nachdem die Vorderseite des Wafers mit den sich darauf befindenden Mikrostrukturen mit Resist überzogen wurde, wird das rückseitige TiN in einem SF₆/Ar-Plasma geätzt, woraufhin ein zweites Reinigen und ein zweites Schleudertrocknen stattfinden.
Nach dem Aufbringen der Opferschichten und der Strukturschichten auf ein Wafer-Substrat wird der Wafer vereinzelt, und jeder Chip wird dann in einem Parallelplatten-RF-Plasmareaktor von Drytek angeordnet. 100 sccm CF₄ und 30 sccm O₂ fließen zur Plasmakammer, die bei etwa 200 mtorr 80 Sekunden lang betätigt wird. Dann wird der Chip 300 Sekunden lang bei einem Ätzdruck von 143 Torr (kombiniertes XeF₂, He und N₂) geätzt. Das Ätzen wird durch Bereitstellen des Chips in einer Kammer von N₂ bei etwa 400 Torr ausgeführt. In einem zweiten Bereich bzw. einer zweiten Kammer befinden sich 5,5 Torr XeF₂ und 20 Torr He. Eine Barriere zwischen den beiden Bereichen bzw. Kammern wird entfernt, woraus sich die kombinierte XeF₂-, He- und N₂-Ätzmischung ergibt. Das vorstehend Erwähnte könnte auch in einer Parallelplatten-Plasmaätzvorrichtung mit einer Leistung von 300 W und CF4 (150 Torr, 85 sccm) während 120 Sekunden erreicht werden. Zusätzliche Merkmale des zweiten Ätzens (chemisch, nicht Plasma) sind in der am 26. Oktober 1999 eingereichten US-Patentanmeldung 09/427 841 von Patel u.a. und in der US-Patentanmeldung 09/649 offenbart.
Wenngleich das Gelenk jedes Mikrospiegels im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie das Mikrospiegelelement gebildet werden kann (Schichten 7, 8 und 9 für den Mikrospiegelkörper gegenüber Schichten 8 und 9 für das Mikrospiegelgelenk in 3D), wie vorstehend dargelegt wurde, können sie auch getrennt von dem Mikrospiegelelement und parallel dazu in einer anderen Ebene und als Teil eines getrennten Prozessschritts gebildet werden (nach der Abscheidung eines zweiten Opfermaterials). Der überlagerte Typ des Gelenks ist in den 8 und 9 des zuvor erwähnten US-Patents US-A-6 046 840 und in weiteren Einzelheiten in der US-Patentanmeldung 09/631 536 offenbart. Unabhängig davon, ob sie aus einer Opferschicht bestehen, wie in den Figuren, oder aus zwei (oder mehr) Opferschichten bestehen, wie für das überlagerte Gelenk, werden diese Opferschichten mit einem vorzugsweise isotropen Ätzmittel entfernt, wie nachstehend erläutert wird. Dieses "Freigeben" der Mikrospiegel kann unmittelbar nach den vorstehend beschriebenen Schritten oder unmittelbar vor dem Zusammensetzen mit der Schaltungsanordnung auf dem zweiten Substrat ausgeführt werden. Falls die Schaltungsanordnung, die Elektroden und die Mikrospiegel nicht auf demselben Substrat ausgebildet sind, wird nach der Bildung der Mikrospiegel auf einem lichtdurchlässigen Substrat, wie vorstehend dargelegt wurde, ein zweites Substrat bereitgestellt, das ein großes Feld von Elektroden auf einer oberen Metallschicht (beispielsweise Metall 3) des Substrats (beispielsweise ein Siliciumwafer) enthält. Wie in 11A ersichtlich ist, ist ein lichtdurchlässiges Substrat 40 mit einem Feld darauf ausgebildeter Mikrospiegel 44, wie vorstehend erörtert wurde, an ein zweites Substrat 60 gebondet, das eine Schaltungsanordnung und Elektroden bei Spannungen V₀, V_A und V_B aufweist, die als eine letzte Schicht darauf ausgebildet sind (eine einzige Elektrode je Mikrospiegel könnte auch für eine Ausführungsform eines Mikrospiegels mit einer einzigen Bewegungsrichtung verwendet werden, wie in 1 dargestellt ist). Die Mikrospiegel 44 werden durch Abstandselemente 41 (beispielsweise Photoresist-Abstandselemente angrenzend an jeden Mikrospiegel und/oder mit Epoxidharz aufgebrachte Abstandselemente, wenn das Substrat 40 an das Substrat 60 gebondet wird) von den Elektroden auf dem Substrat 60 beabstandet gehalten. Eine oder mehrere Elektroden auf dem Schaltungssubstrat steuern ein Pixel (einen Mikrospiegel auf dem oberen optisch durchlässigen Substrat) der Mikroanzeige elektrostatisch. Die Spannung an jeder Elektrode an der Oberfläche der rückseitigen Ebene bestimmt, ob das entsprechende Mikroanzeigepixel optisch "eingeschaltet" oder "ausgeschaltet" ist, wodurch ein sichtbares Bild auf der Mikroanzeige gebildet wird. Einzelheiten der rückseitigen Ebene und von Verfahren zum Herstellen der impulsbreitenmodulierfen Grauskala oder des Farbbilds sind in der US-Patentanmeldung 09/564 offenbart. Die Montage des ersten und des zweiten Substrats ist in weiteren Einzelheiten in den vorstehend erwähnten Patentanmeldungen von Ilkov u.a. dargelegt. Viele verschiedene Typen des Waferbondens sind auf dem Fachgebiet bekannt, wie ein Klebstoffbonden, ein anodisches Bonden, ein eutektisches Bonden, ein Fusionsbonden, ein Mikrowellenbonden, ein Lötbonden und ein Thermokompressionsbonden.
Das Freigeben des Mikrospiegels gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Einzelschrittprozess oder ein Mehrschrittprozess sein, wobei der Prozesstyp von dem Typ des verwendeten Opfermaterials abhängt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das erste Ätzen ausgeführt, das eine verhältnismäßig geringe Selektivität aufweist (beispielsweise weniger als 200 : 1, vorzugsweise weniger als 100 : 1 und bevorzugter weniger als 10 : 1), und es folgt ein zweites Ätzen, das eine höhere Selektivität aufweist (beispielsweise größer als 100 : 1, vorzugsweise größer als 200 : 1 und bevorzugter größer als 1000 : 1). Ein solches duales Ätzen ist weiter in der US-Patentanmeldung 60/293 092 dargelegt. Natürlich könnten, abhängig von dem Opfermaterial, auch andere Freigabeverfahren verwendet werden. Falls beispielsweise ein Photoresist oder ein anderes organisches Material das Opfermaterial ist, könnte eine Sauerstoffplasmaveraschung oder ein Freigeben mit einem überkritischen Fluid verwendet werden. Plasmen, die reinen Sauerstoff enthalten, können Spezies erzeugen, die organische Materialien angreifen, so dass H₂O, CO und CO₂ als Produkte erzeugt werden, und die SiO₂, Al oder Si nicht ätzen. Andererseits könnte, falls das Opfermaterial SiO₂ ist, ein Ätzmittel, wie ein isotropes Trockenätzmittel (CHF₃ + O₂, NF₃ oder SF₆), verwendet werden. Falls das Opfermaterial Siliciumnitrid ist, könnten Fluoratome verwendet werden, um das Siliciumnitrid isotrop zu ätzen (beispielsweise CF₄/O₂-, CHF₃/O₂-, CH₂F₂- oder CH₃F-Plasmen). Falls das Opfermaterial amorphes Silicium ist, könnten Fluoratome in Form von XeF₂, BrF₃ oder BrCl₃ verwendet werden. Falls die Opferschicht Aluminium ist, könnte eine Chlorchemie (BCl₃, CCl₄, SiCl₄) verwende werden. Natürlich wird jedes Ätzmittel (und Opfermaterial) zumindest teilweise auf der Grundlage des Ausmaßes des erforderlichen Unterätzens ausgewählt.
Ein anderer Prozess zum Bilden von Mikrospiegeln ist in den 4A bis 4J dargestellt. Wie in 4A dargestellt ist, ist auf einem Substrat 30 (dieses kann ein beliebiges geeignetes Substrat in der Art eines Glas-/Quarzsubstrats oder eines Halbleiterschaltungssubstrats sein) eine Opferschicht 31 abgeschieden. Es kann jedes beliebige geeignete Opfermaterial verwendet werden, und vorzugsweise eines, das ein großes Ätzselektivitätsverhältnis zwischen dem geätzten Material und dem Opfermaterial aufweist. Ein mögliches Opfermaterial ist ein organisches Opfermaterial, wie ein Photoresist, oder andere organische Materialien, wie jene, die in der am 15. Juni 2001 von Reid u.a. eingereichten US-Patentanmeldung 60/298 529 dargelegt sind. Abhängig von dem genauen Aufbau der Strukturschicht bzw. der Strukturschichten, könnten andere bekannte MEMS-Opfermaterialien, wie amorphes Silicium oder PSG, verwendet werden. Falls das Opfermaterial nicht direkt strukturierbar ist, wird eine Photoresistschicht 32 hinzugefügt und entwickelt, um eine oder mehrere Öffnungen zu bilden (4B). Dann werden, wie in 4C dargestellt ist, Öffnungen 34 in das Opfermaterial 31 geätzt, und der Photoresist 32 wird entfernt. Wie in 4D dargestellt ist, wird eine (vorzugsweise leitfähige) Schicht 35 abgeschieden, welche schließlich zumindest die flexiblen Abschnitte der MEMS-Vorrichtung (in diesem Beispiel eine Mikrospiegelstruktur) bilden wird. Die Schicht 35 kann auch die Stäbe 36 zum Anbringen des Mikrospiegels an dem Substrat oder sogar den gesamten Mikrospiegelköroper oder einen Teil davon bilden. Wie hier weiter erörtert wird, weist die leitfähige Schicht 35 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Metall-Si,Al,B-Nitrid auf, wobei das Metall vorzugsweise ein Übergangsmetall, insbesondere ein spätes Übergangsmetall, ist. Die Schicht 35 könnte auch aus mehreren (vorzugsweise leitfähigen) Schichten bestehen oder eine einzige leitfähige Schicht unter vielen anderen Schichttypen sein (dielektrische Strukturschichten, reflektierende Schichten, Antistiktionsschichten usw.). Die Schicht 35 braucht nicht leitfähig zu sein, und abhängig von dem genauen Verfahren, dem Zielmaterial und der Atmosphäre, die in dem Abscheidungsprozess verwendet wird, könnte die Schicht 35 auch isolierend sein.
4E zeigt das Hinzufügen von Photoresist 37 (strukturiert), gefolgt von einem Ätzen eines Abschnitts der Nitridschicht bzw. der Nitridschichten 35 und dem Entfernen des Photoresists (4F). Dann wird, wie in 4G dargestellt ist, eine Mikrospiegel-Strukturmaterialschicht 38 abgeschieden. Das Material kann leitfähig oder isolierend sein, und es kann mehrere Schichten bilden. Falls das Material eine Einzelschicht ist, ist es vorzugsweise reflektierend (beispielsweise eine Aluminium- oder Goldschicht oder eine Metalllegierungsschicht). Dann wird, wie in 4H dargestellt ist, Photoresist 39 hinzugefügt und entwickelt, woraufhin Abschnitte der Schicht 38 (beispielsweise im Bereich der Teile, die sich beim Betrieb biegen) geätzt bzw. entfernt werden (4I). Schließlich wird, wie in 4J dargestellt ist, die Opferschicht entfernt, um die MEMS-Vorrichtung freizugeben, so dass sie auf dem Substrat frei steht. In 4 ist die auf oder in dem Substrat 30 gebildete Schaltungsanordnung (falls das Substrat ein Schaltungssubstrat ist) oder eine Lichtblockierschicht auf dem Substrat 30 zum Verbessern der automatischen Handhabung des Substrats (falls das Substrat ein lichtdurchlässiges Substrat, wie Glas, Quarz, Saphir usw. ist) nicht dargestellt.
Wie in den 4A bis 4J dargestellt ist, wird eine freistehende MEMS-Struktur erzeugt, bei der die Schicht 35 einen flexiblen Abschnitt der MEMS-Vorrichtung bildet, während die Schicht 38 die Struktur bildet, die sich infolge der flexiblen Natur der Schicht 35 bewegt. Die Schicht 38 bildet, wie ersichtlich ist, sowohl den beweglichen Abschnitt als auch den Stab oder die Wand, wodurch die MEMS-Struktur auf dem Substrat 30 gehalten wird. Das bewegliche Element kann als ein Laminat der Schichten 38 und 35 (sowie zusätzlicher Schichten, falls erwünscht) oder ausschließlich aus der Schicht 38 oder sogar ausschließlich aus der Schicht 35 gebildet werden. Der Aufbau der beweglichen und flexiblen Elemente hängt von der schließlich gewünschten Steifigkeit oder Flexibilität, der schließlich gewünschten Leitfähigkeit, der gebildeten MEMS-Vorrichtung usw. ab.
Die entsprechend den 1 bis 4 gebildeten Mikrospiegel werden vorzugsweise auf einem lichtdurchlässigen Substrat gebildet und haben einen nicht ausgelenkten "Aus"-Zustand und einen ausgelenkten "Ein"-Zustand. Die Mikrospiegel können jedoch auf demselben Substrat gebildet werden wie die Mikrospiegel-Betätigungsschaltungsanordnung und Elektroden. Weiterhin können sowohl der "Ein"-Zustand als auch der "Aus"-Zustand des Mikrospiegels eine andere Position als ein flacher nicht ausgelenkter Zustand sein. In der in den 5-9 dargestellten Ausführungsform sind die Mikrospiegel auf demselben Substrat wie Elektroden und Schaltungsanordnungen zum Bewegen der Mikrospiegel ausgebildet. Überdies haben die Mikrospiegel nicht nur ausgelenkte "Ein"- und "Aus"-Zustände, sondern es ist auch der Auslenkungswinkel zwischen "ein" und "aus" verschieden. Wie in den 5A bis 5G dargestellt ist, kann ein Halbleitersubstrat mit einer Schaltungsanordnung und Elektroden, die darauf (oder darin) ausgebildet sind, das Ausgangssubstrat für das Herstellen von Mikrospiegeln gemäß der vorliegenden Erfindung sein.
Wie in 5A dargestellt ist, weist ein Halbleitersubstrat 10 mit einer Schaltungsanordnung zum Steuern des Mikrospiegels eine strukturierte Metallschicht auf, die darauf zu diskreten Bereichen 12a bis 12e gebildet ist und typischerweise aus Aluminium besteht (beispielsweise die letzte Metallschicht in einem Halbleiterprozess). Eine Opferschicht 14 wird darauf abgeschieden, wie in 5B dargestellt ist. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen kann das Opfermaterial aus vielen Materialien ausgewählt werden, welche von den benachbarten Strukturen und dem gewünschten Ätzmittel abhängen. In dem vorliegenden Beispiel ist das Opfermaterial ein Novolac-Photoresist. Wie auch in 5B dargestellt ist, werden Öffnungen 15a und 15b in dem Opfermaterial durch Standardstrukturierungsverfahren für einen Novolac-Photoresist gebildet, um Öffnungen 15a bis 15c zu bilden, welche mit Metallbereichen 12a bis 12c verbinden. Nach dem Bilden der Öffnungen 15a bis 15c werden, wie in 5C dargestellt ist, Stecker oder andere Verbindungen 16a bis 16c nach Standardverfahren zur Bildung von Steckern gebildet. Beispielsweise könnte Wolfram (W) durch CVD durch folgende Prozesse abgeschieden werden: a) Siliciumreduktion: 2WF₆ + 3Si → 2W + 3SiF₄ (diese Reaktion wird normalerweise erzeugt, indem das WF₆-Gas mit Bereichen freigelegten massiven Siliciums auf einer Waferoberfläche bei einer Temperatur von etwa 300 °C reagieren gelassen wird), b) Wasserstoffreduktion: WF₆ + 3H₂ → W + 6HF (dieser Prozess wird bei verringerten Drücken, gewöhnlich bei Temperaturen unterhalb von 450 °C ausgeführt) oder c) Silanreduktion: 2WF₆ + 3SiH₄ → 2W + 3SiF₄ + 6H₂ (diese Reaktion (LPCVD bei etwa 300 °C) wird weit verbreitet verwendet, um eine W-Keimschicht für die Wasserstoffreaktion zu erzeugen). Andere leitfähige Materialien, insbesondere andere Refraktärmetalle, könnten für die Stecker 16a bis 16c verwendet werden. Nach dem Abscheiden einer Schicht des Steckermaterials wird ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) bis hinab zur Opferschicht ausgeführt, um die Stecker zu bilden, wie in 5C dargestellt ist. Für manche Steckermaterialien kann es wünschenswert sein, zuerst einen Überzug aufzubringen, um ein Abschälen zu verhindern (beispielsweise könnte für einen Wolframstecker ein TiN-, TiW- oder TiWN-Überzug aufgebracht werden, um das Wolfram in dem Loch in der Opferschicht und später nach dem Lösen der Opferschicht zu umgeben).
Wie in 5D ersichtlich ist, wird eine leitfähige Schicht abgeschieden und strukturiert, um diskrete Metallbereiche 18a bis 18c zu erhalten, die jeweils über jeweilige Stecker 16a bis 16c mit jeweiligen darunter liegenden Metallbereichen 12a bis 12c elektrisch verbunden sind. Die leitfähige Schicht kann aus einem beliebigen geeigneten Material (Aluminium, Aluminiumlegierungen, Legierungen anderer Metalle, leitfähige Keramikverbindungen usw.) bestehen, das durch geeignete Verfahren, wie physikalische Dampfabscheidung oder Galvanisieren, abgeschieden wird. Das Material sollte vorzugsweise sowohl leitfähige Eigenschaften als auch eine geeignete Kombination von Härte, Elastizität usw. aufweisen (wie ersichtlich wird, wirkt der Bereich 18c als ein Gelenk für den gebildeten Mikrospiegel). Natürlich brauchen die diskreten Bereiche 18a bis 18c nicht gleichzeitig gebildet zu werden, falls verschiedene Materialien oder Eigenschaften von einem diskreten Bereich zum nächsten gewünscht sind (ebenso bei den anderen in der Vorrichtung gebildeten Bereichen in der Art der Bereiche 12a bis 12e und der Stecker 18a bis 18c). Natürlich sind weniger Prozessschritte beteiligt, falls jeder diskrete Bereich innerhalb einer Schicht aus dem gleichen Material besteht, das gleichzeitig abgeschieden wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht diese leitfähige Schicht entweder aus einer Aluminiumlegierung oder einer leitfähigen binären oder ternären (oder höheren) Verbindung, wie in der am 23. August 2000 eingereichten US-Patentanmeldung 60/228 007 von Reid und in der US-Patentanmeldung 60/300 533 offenbart ist, welche durch reaktives Sputtern abgeschieden wird. Die geeignete Ätzchemie wird verwendet, um die leitfähige Schicht zu strukturieren (beispielsweise eine Chlorchemie für Aluminium) und dabei diskrete leitfähige Bereiche 18a bis 18c zu bilden.
Wie in 5E weiter dargestellt ist, wird eine zweite Opferschicht 20 abgeschieden, die das gleiche Material wie das Opfermaterial der Schicht 14 oder ein anderes Material aufweisen könnte (vorzugsweise ist das Material gleich, so dass beide Schichten gleichzeitig entfernt werden können). Dann wird die Schicht 20 strukturiert, um die Öffnung 20a bis hinab zum Bereich 18c zu bilden. Wie beim Bilden von Öffnungen in der Opferschicht 14 kann dies mit einer zusätzlichen Photoresistschicht erfolgen, oder die Schicht 20 kann direkt strukturiert werden, falls das Material ein Photoresist oder ein anderes direkt strukturierbares Material ist. Wie in 5F ersichtlich ist, wird ein Stecker oder eine Verbindung 22 durch Abscheiden eines vorzugsweise elektrisch leitfähigen Materials auf der Opferschicht 20 gebildet, worauf ein chemisch-mechanisches Polieren folgt, wodurch der Stecker 22 mit dem diskreten Bereich ("Gelenk") 18c verbunden gelassen wird. Dann wird, wie in 5G ersichtlich ist, der Mikrospiegelkörper 24 durch Abscheiden einer (vorzugsweise leitfähigen) Schicht, gefolgt von einem Strukturieren zu der gewünschten Form des Mikrospiegels, gebildet. Es sind viele Mikrospiegelformen möglich, wie jene, die in Figur 6A dargestellt ist und wie hier in weiteren Einzelheiten erörtert wird. Der Mikrospiegel gemäß diesem Beispiel der Erfindung kann jedoch eine beliebige Form aufweisen, einschließlich eines Quadrats oder eines Diamanten, wie in den 6B und 6C dargestellt ist. Natürlich sind solche Formen bevorzugt, welche ein dichtes Packen von Mikrospiegeln ermöglichen, so dass ein hoher Füllfaktor bevorzugt ist (in der Art der Form des Mikrospiegels in 6A, wie in einem eng zusammengepassten Feld in 7 dargestellt ist). Eine gepunktete Linie 62 in 6C (und später in 12) ist die Drehachse des Mikrospiegels.
Vier verschiedene Schichten, die bei der Herstellung des Mikrospiegels entsprechend den 5A bis 5G verwendet werden, sind als Einzelschichten dargestellt, es könnte jedoch auch jede Schicht (ob Strukturschicht oder Opferschicht) als ein Laminat bereitgestellt werden, wobei beispielsweise eine Schicht des Laminats eine verbesserte mechanische Funktionsweise aufweist und eine andere Schicht eine verbesserte Leitfähigkeit aufweist. Weiterhin ist es, wenngleich die Strukturmaterialien gemäß der bevorzugten Ausführungsform leitfähig sind, möglich, das Mikrospiegelelement 24 (oder eine Schicht innerhalb eines Laminats 24) sowie die Betätigungselektroden 12d und 18b (und die Schichten bzw. Materialien, welche die Elektroden 12d und 18b mit dem Halbleitersubstrat verbinden) leitfähig zu machen. Überdies brauchen die vorstehend offenbarten Materialien (Metall, Metalllegierungen, Metallkeramiklegierungen usw.) kein Metall zu enthalten, sondern könnten beispielsweise Silicium (beispielsweise polykristallines Silicium) oder eine Siliciumverbindung (beispielsweise Si₃N₄, SiC, SiO₂ usw.) sein. Falls Si₃N₄ als ein Strukturmaterial verwendet wird und amorphes Silicium als das Opfermaterial verwendet wird, könnte Xenondifluorid als ein Gasphasenätzmittel verwendet werden, um das amorphe Opfersilicium zu entfernen. Falls gewünscht, könnte das Silicium oder die Siliciumverbindung (oder eine andere Verbindung), die als ein Strukturmaterial verwendet wird, vor und/oder nach dem Entfernen der Opferschicht wärmebehandelt werden, um die Spannungseigenschaften der Strukturschicht bzw. der Strukturschichten zu verbessern. 8 ist eine Einzelteilansicht des gemäß den 5A bis 5G gebildeten Mikrospiegels.
Einer der letzten Schritte beim Herstellen des Mikrospiegels besteht im Entfernen der Opferschichten 14 und 20. 9A zeigt den Mikrospiegel nach der Entfernung der beiden Opferschichten, und es ist darin ersichtlich, dass der Mikrospiegel 24 über einen Stab 22, ein Gelenk 18c, einen Stab 16c und Metallbereiche 12c mit dem Substrat 10 verbunden ist. Der in 9A dargestellte Mikrospiegel wird nicht bewegt oder ausgelenkt, weil keine Spannungen an darunter liegende Elektroden (diskrete Metallbereiche, die bei dem vorstehend beschriebenen Prozess gebildet werden), beispielsweise die Elektroden 18b oder 12d, angelegt werden. Diese nicht ausgelenkte Position ist nicht die "Aus"-Position für den Mikrospiegel, wobei es sich bei Projektionssystemen im Allgemeinen um den Winkel handelt, der am weitesten von der "Ein"-Position entfernt ist (um das beste Kontrastverhältnis für das projizierte Bild zu erreichen). Der "Ein"-Zustand des Mikrospiegels, d.h. die Position des Mikrospiegels, in der Licht in den Akzeptanzkegel der Sammeloptik umgelenkt wird, ist in 9B dargestellt. Eine Spannung V_A wird an die Elektrode 12d angelegt, um die Mikrospiegelplatte 24 elektrostatisch herunterzuziehen, bis die Kante der Platte 24 gegen die Elektrode 12e stößt. Sowohl die Mikrospiegelplatte 24 als auch die Elektrode 12e liegen auf demselben Potential, in diesem Beispiel bei einer Spannung V₀. Wie in 9C dargestellt ist, wird, wenn eine Spannung V_B an die Elektrode 18b angelegt wird, die Mikrospiegelplatte 24 in die entgegengesetzte Richtung ausgelenkt, wobei ihre Bewegung durch die Elektrode 18a unterbrochen wird. Sowohl die Elektrode 18a als auch die Mikrospiegelplatte 24 liegen auf demselben Potential (in diesem Beispiel einer Spannung V₀). Abhängig von der Größe der Elektrode 18b, verglichen mit jener der Elektrode 12d, und abhängig vom Abstand zwischen diesen Elektroden und der Mikrospiegelplatte 24, brauchen die an die Elektroden 18b und 12d angelegten Spannungen nicht gleich zu sein. Diese in 9C dargestellte ausgelenkte Position ist die "Aus"-Position, und es wird darin Licht am weitesten von der Sammeloptik fort abgelenkt.
Wie beim Vergleichen der 9B und 9C ersichtlich ist, bildet die Aus-Position einen kleineren Winkel (mit dem Substrat) als die Ein-Position. Nachfolgend wird, wenn auf die Ein- und Aus-Winkel Bezug genommen wird (oder solche Winkel in Bezug auf das Substrat oder eine nicht ausgelenkte Mikrospiegelposition), ein Vorzeichen des Winkels verwendet (positiv oder negativ in Bezug auf das Substrat oder die nicht ausgelenkte Position). Das Vorzeichen ist beliebig, bedeutet jedoch, dass sich die Mikrospiegel in eine Richtung zu einer "Ein"-Position und in eine entgegengesetzte Richtung zu einer "Aus"-Position drehen. Die Vorteile dieser Asymmetrie werden nachstehend in weiteren Einzelheiten erörtert. Bei einem Beispiel der Erfindung reicht die Ein-Position von 0 bis +30 Grad und die Aus-Position von 0 bis –30 Grad, wobei die Bewegung zur Ein-Position größer als die Bewegung zur Aus-Position ist.
Beispielsweise könnte die Ein-Position von +10 bis +30 Grad (oder +12 bis +20 Grad oder +10 bis +15 Grad) reichen und die Aus-Position größer als 0 sein und zwischen 0 und –30 Grad liegen (oder innerhalb eines kleineren Bereichs zwischen 0 und –10 oder –12 oder von –1 bis –12 oder –1 bis –10 oder –11 Grad oder –2 bis –7 Grad). In einem anderen Beispiel sind die Mikrospiegel in der Lage, sich um mindestens +12 Grad zu der Ein-Position und zwischen –4 und –10 Grad zu der Aus-Position zu drehen. Abhängig von den für die Gelenke verwendeten Materialien, könnten größere Winkel erreicht werden, wie eine Ein-Drehung von +10 bis +35 Grad und eine Aus-Drehung von –2 bis –25 Grad (natürlich können Materialermüdungen und Kriechen bei sehr großen Winkeln problematisch werden). Ungeachtet der Drehrichtung ist es bevorzugt, dass die Ein- und Aus-Positionen bei Winkeln größer als 3 Grad, jedoch kleiner als 30 Grad in Bezug auf das Substrat liegen, wobei die Ein-Position vorzugsweise größer als +10 Grad ist, und dass sich die Spiegel um 1 Grad (oder mehr) weiter in Ein-Richtung als in der entgegengesetzten Aus-Richtung drehen.
Die 10A bis 10D zeigen ein weiteres Verfahren und eine weitere Mikrospiegelstruktur. Die Variationen der Materialien, Schichten, des Opferätzens, des Abscheidens von Strukturschichten usw. entsprechen jenen in Bezug auf die vorstehend beschriebenen Prozesse. Für das in den 10A bis 10D dargestellte Verfahren könnte das Substrat 40 entweder ein lichtdurchlässiges Substrat (das später mit einem zweiten Substrat mit einer Schaltungsanordnung und Elektroden zu verbinden ist) oder ein Halbleitersubstrat sein, auf dem sich bereits eine Schaltungsanordnung und Elektroden befinden. In dem vorliegenden Beispiel werden, wie in den 11A bis 11B dargestellt ist, die Schaltungsanordnung und die Elektroden auf einem getrennten Substrat gebildet.
In 10A wird eine Opferschicht 42 abgeschieden und strukturiert, um eine Öffnung 43 zu bilden. Dann wird, wie in 10B dargestellt ist, ein Stecker 46 gebildet (vorzugsweise wie in dem Prozess aus den 5A bis 5G – Abscheiden eines Metalls, einer Metalllegierung oder einer anderen leitfähigen Schicht und Planarisieren (beispielsweise durch CMP), um den Stecker zu bilden). Dann wird, wie in 10C ersichtlich ist, ein Gelenk 50 durch Abscheiden eines elektrisch leitfähigen Materials gebildet (mit einer geeigneten amorphen Eigenschaft, Elastizität, Härte, Stärke usw.). In dem vorliegenden Beispiel ist das Gelenk (und/oder der Mikrospiegel) eine Verbindung eines frühen Übergangsmetalls mit Siliciumnitrid, wie Ta-Si-N, eine Verbindung eines späten Übergangsmetalls mit Siliciumnitrid, wie Co-Si-N, oder ein Metall oder eine Metallkeramiklegierung in der Art einer Titanaluminiumlegierung, oder eine Titanaluminiumoxidlegierung. Nach dem Abscheiden eines solchen Materials wird ein Photoresist abgeschieden und strukturiert, um das Ätzen bzw. Entfernen aller Bereiche mit Ausnahme der Gelenkbereiche 50 zu ermöglichen. Dann wird, wie in 10D dargestellt ist, die Mikrospiegelplatte 44 gebildet, indem zuerst die Gelenke mit Photoresist geschützt werden und dann eine Gelenkstrukturschicht abgeschieden und strukturiert wird, um die Mikrospiegelplatte 44 zu bilden, die das Gelenk 50 teilweise überlappt und daher verbindet. Wie bei den anderen Ausführungsformen wird ein Feld von Tausenden oder Millionen solcher Mikrospiegel gleichzeitig in einem Feld gebildet.
Dann wird das Substrat mit Mikrospiegeln, ob auf der Wafer- oder der Chip-Ebene, an einem Substrat mit einer Betätigungsschaltungsanordnung und Elektroden angebracht. Es sollte in dem vorliegenden Beispiel mindestens zwei Elektroden je Mikrospiegel geben, nämlich eine für jede Auslenkrichtung, und vorzugsweise eine dritte, um zu ermöglichen, dass die Bewegung des Mikrospiegels (in einer der Richtungen) unterbrochen wird, indem er auf ein Material trifft, das auf dem gleichen Potential liegt wie der Mikrospiegel selbst. Das zweite Substrat 60 mit Elektroden 72 und 74 zum Auslenken des Mikrospiegels und einer Aufsetzstelle oder -elektrode 70 ist in 11A dargestellt. Der Mikrospiegel befindet sich in 11A in einer nicht ausgelenkten Position. Wenn eine Spannung V_A an die Elektrode 72 angelegt wird, wird der Mikrospiegel 44 ausgelenkt, bis er gegen die Elektrode 70 stößt (11B). Dies ist die "Ein"-Position des Mikrospiegels, die es ermöglicht, dass Licht in die Sammeloptik des Systems eintritt. Es ist möglich, den Zwischenraum zwischen den Substraten so auszulegen, dass die Enden der Mikrospiegelplatte 44 gleichzeitig gegen die Elektrode 70 und das Substrat 40 stoßen. Wenn eine Spannung V_B an die Elektrode 74 angelegt wird, wird die Mikrospiegelplatte 44 in die entgegengesetzte Richtung ausgelenkt, bis das Ende des Mikrospiegels gegen das Substrat 40 stößt. Dies ist die "Aus"-Position des Mikrospiegels (11C). Infolge der Position des Gelenks 50 und des Stabs 46 ist der Winkel des Mikrospiegels in dieser "Aus"-Position kleiner als der Winkel des Mikrospiegels in der "Ein"-Position. Ein Feld dieser Mikrospiegel ist in 12 dargestellt, und eine Einzelteilansicht eines nach dem Prozess aus den 10A bis 10D hergestellten Mikrospiegels ist in 13 dargestellt.
14A ist eine Schnittansicht mehrerer Mikrospiegel innerhalb eines Felds, wobei die Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand nicht ausgelenkt sind (Gruppe 100), während die Mikrospiegel in ihrem "Ein"-Zustand (Gruppe 102) aus dem flachen Zustand bewegt sind, so dass sie Licht an eine Stelle projizieren, an der das Licht gesehen werden kann (direkt auf einem Ziel innerhalb einer einheitlichen Vorrichtung, über einen Raum auf einem Bildschirm usw.). Eine solche Mikrospiegelfeldanordnung ist in den 14B und 14C besser dargestellt. Wie in 14B dargestellt ist, wird im "Ein"-Zustand der Mikrospiegel ein eingehender Lichtkegel 50 von den Mikrospiegeln fortreflektiert (alle Mikrospiegel in dieser Figur sind "Ein"-Zustand), und Licht wird als ein Lichtkegel 52 in die Ausgangsöffnung 60 fortprojiziert und läuft in den meisten Fällen zu einem Abbildungssystem (beispielsweise einer Projektionslinse oder Projektionslinsen). Der Kegel 54 stellt eine spiegelnde Reflexion von der transparenten Abdeckung dar. 14C zeigt die Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand, wobei der Kegel 52 von den Mikrospiegeln in diesem "Aus"-Zustand reflektiertes Licht darstellt. Die einfallenden und reflektierten Lichtkegel verschmälern sich auf das gesamte Feld, wenngleich in diesen Figuren zur Vereinfachung der Darstellung die Lichtkegel als sich auf einen einzigen Mikrospiegel verengend dargestellt sind.
Die Anordnung aus den 14B und 14C hat den Vorteil, dass, wenn sich die Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand (nicht ausgelenkten Zustand) befinden, wenig Licht durch die Zwischenräume zwischen den Mikrospiegeln hindurchtreten kann und eine unerwünschte "Zwischenraumstreuung" hervorrufen kann. Wie in 14C dargestellt ist, wird gebeugtes Licht jedoch durch das sich wiederholende Muster der Mikrospiegel hervorgerufen (Licht 61a und 61b, das sich über den Kegel des reflektierten "Aus"-Lichts 52 erstreckt). Dieses unerwünschte Licht wird durch Streuung oder Beugung von den Kanten der Mikrospiegel ("Kantenstreuung") hervorgerufen. Weil insbesondere der Eingangslichtkegel (und damit die Ausgangslichtkegel) so groß wie möglich gemacht wird, um die Wirksamkeit zu erhöhen, kann gebeugtes Licht in der Art des Lichts 61a, das sich über den Kegel des reflektierten "Aus"-Lichts erstreckt, in die Ausgangsöffnung 60 eintreten (beispielsweise die Sammeloptik) und das Kontrastverhältnis in unerwünschter Weise verringern.
Um dieses "Überlappen" des Lichts im "Aus"-Zustand (einschließlich des gebeugten Lichts) und des Lichts im "Ein"-Zustand zu vermeiden, wodurch das Kontrastverhältnis verringert wird, können das Licht im "Aus"-Zustand und das Licht im "Ein"-Zustand durch Auslenken der Mikrospiegel sowohl für den "Ein"-Zustand als auch für den "Aus"-Zustand weiter voneinander getrennt werden. Wie in 15A ersichtlich ist, wird, falls der Mikrospiegel in seinen "Aus"-Zustand ausgelenkt ist, wie in dieser Figur dargestellt ist, einiges Licht in geeigneter Weise von den Mikrospiegeln weit weg aus der Richtung des "Ein"-Zustands (beispielsweise Sammeloptik) fortreflektiert, wie als Strahl 116 dargestellt ist. Anderes Licht 112 trifft nicht auf einen Mikrospiegel, sondern wird an der oberen Fläche des unteren Substrats (beispielsweise an einer unteren Schaltungsanordnung und unteren Elektroden) gestreut und tritt selbst dann in die Sammeloptik ein, wenn sich der benachbarte Mikrospiegel in dem "Aus"-Zustand befindet. Andernfalls könnte, wie durch den Strahl 114 dargestellt ist, das einfallende Licht auf einen Mikrospiegel treffen, jedoch noch immer zu einer Zwischenraumstreuung führen, statt richtig in dem "Aus"-Winkel, wie beim Strahl 116, gerichtet zu werden. Diese "Ein"-Anordnung, welche in 15B dargestellt ist, gleicht jener in 14B. Wie jedoch in 15C dargestellt ist, wird der "Aus"-Zustand zusammen mit der durch die Mikrospiegelperiodizität hervorgerufenen Beugung 61a weiter weg von dem "Ein"-Winkel bewegt, was zu einem verbesserten Kontrastverhältnis infolge von Beugung bzw. Kantenstreuung führt (wenngleich ein geringeres Kontrastverhältnis infolge der Zwischenraumstreuung auftritt, wie vorstehend erwähnt wurde).
Eine verbesserte Mikrospiegelanordnung würde den Abstand zwischen dem "Aus"-Lichtkegel und dem "Ein"-Lichtkegel maximieren (die Kantenstreuung in den Akzeptanzkegel minimieren), jedoch Zwischenräume zwischen benachbarten Mikrospiegeln minimieren (die Zwischenraumstreuung minimieren). Eine Lösung, die versucht wurde, bestand darin, ein Mikrospiegelfeld mit Mikrospiegeln bereitzustellen, welche für die "Ein"- und die "Aus"-Zustände in entgegengesetzte Richtungen ablenken, wie in den 15A bis 15C dargestellt ist, und eine Lichtabsorptionsschicht unter den Mikrospiegeln bereitzustellen, um die Zwischenraumstreuung zu vermindern. Leider wird hierdurch die Prozesskomplexität erhöht oder Licht an der Baugruppe des Mikrospiegelfelds (an dem Lichtventil) absorbiert, wodurch die Temperatur des Lichtventils erhöht wird und Probleme infolge der Wärmeausdehnung, einer erhöhten Ermüdung oder eines Einsackens von Mikrospiegelstrukturen, eines erhöhten Durchbruchs von Passivierungsfilmen, von selbst zusammengesetzten Monoschichten und/oder Schmiermitteln usw. hervorgerufen werden.
Wie in den 16A bis 16C ersichtlich ist, sind Mikrospiegel vorgesehen, die sowohl in ihren "Ein"- als auch in ihren "Aus"-Zuständen ausgelenkt sind, jedoch unter verschiedenen Auslenkwinkeln. Wie in 16A dargestellt ist, sind die Mikrospiegel 100 in einem "Aus"-Zustand ausgelenkt, der sich bei einem Auslenkwinkel befindet, der kleiner ist als jener der Mikrospiegel 102 in ihrem "Ein"-Zustand (in entgegengesetzter Richtung von der flachen oder nicht ausgelenkten Position ausgelenkt). Wie in 16B ersichtlich ist, ist der "Ein"-Zustand unverändert (einfallendes Licht 50 wird als ausfallendes Licht 52 in die Ausgangsöffnung 60 projiziert), wobei eine gewisse spiegelnde Reflexion 54 auftritt. In 16C befinden sich Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand an einer ausreichend ausgelenkten Position, so dass Kantenstreulicht 61a, das in die Ausgangsöffnung 60 tritt, minimiert ist, jedoch nur so weit ausgelenkt, dass dieses Kantenstreulicht aus dem Akzeptanzkegel herausgehalten wird, um das Zwischenraumstreulicht von dem Bereich unter den Mikrospiegeln infolge eines großen Ablenkwinkels im Aus-Zustand zu minimieren.
Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht in der Packung der Vorrichtung. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann eine Reflexion von dem lichtdurchlässigen Substrat zu einer spiegelnden Reflexion führen. Wie in 17A dargestellt ist, wird der Einfallslichtkegel 50 von Mikrospiegeln in ihrer Ein-Position reflektiert, wie als reflektierter Kegel 52 dargestellt ist. Das von einer Fläche des lichtdurchlässigen Substrats 32 reflektierte gespiegelte Licht ist als Lichtkegel 54 dargestellt. Es ist bei der Herstellung eines Projektionssystems wünschenswert, den Öffnungswinkel des Kegels zu vergrößern und so die Etendue und die Wirksamkeit des Projektionssystems zu vergrößern. Wie in 17A dargestellt ist, führt eine Vergrößerung des Öffnungswinkels des Kegels 50 jedoch zu Vergrößerungen der Öffnungswinkel der Kegel 52 und 54, so dass spiegelnd reflektiertes Licht vom Kegel 54 in die Ausgangsöffnung 60 eintritt, selbst wenn sich die Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand befinden (wodurch das Kontrastverhältnis verringert wird).
Um größere Öffnungswinkel der Lichtkegel zu ermöglichen, jedoch zu verhindern, dass eine spiegelnde Reflexion in die Ausgangsöffnung eintritt, wird, wie in 17B dargestellt ist, das lichtdurchlässige Substrat 32 unter einem Winkel in Bezug auf das Substrat 30 angeordnet. In vielen Fällen ist das Substrat 30 das Substrat, auf dem die Mikrospiegel (oder andere optische MEMS-Elemente) gebildet sind, während das Substrat 32 ein lichtdurchlässiges Fenster in einem Gehäuse für die optische MEMS-Vorrichtung ist. Der Winkel des Fensters ist größer als –1 Grad (das Minuszeichen drückt die Richtungen der Winkel oder der Mikrospiegel aus). In einem Beispiel steht das Fenster unter einem Winkel von –2 bis –15 Grad oder liegt im Bereich von –3 bis –10 Grad. In jedem Fall steht das Fenster unter einem Winkel in Bezug auf das Mikrospiegelsubstrat, welches vorzugsweise in der gleichen "Richtung" liegt wie die Aus-Position der Mikrospiegel (in Bezug auf das Mikrospiegelsubstrat und/oder den Gehäuseboden). Wie in 17B ersichtlich ist, gibt es, wenn sich die Mikrospiegel in dem "Ein"-Zustand befinden, einen Zwischenraum zwischen dem Licht, das von "Ein"-Mikrospiegeln reflektiert wird (Lichtreflexionskegel 52), und spiegelnd reflektiertem Licht (Lichtkegel 54). Dieser "Zwischenraum" ist darauf zurückzuführen, dass der Spiegelreflexionskegel 54 infolge des geneigten lichttransparenten Substrats in einem größeren Abstand reflektiert wird. Diese Anordnung ermöglicht es, wie in 17C dargestellt ist, den Öffnungswinkel des Einfallslichtkegels (und die entsprechenden Reflexionslichtkegel) von den "Ein"-Mikrospiegeln (Kegel 52) und dem lichttransparenten Substrat (Kegel 54) zu vergrößern. (Zur Vereinfachung der Darstellung liegt der Reflexionspunkt der Lichtkegel in der Mitte zwischen dem Mikrospiegel und dem lichtdurchlässigen Substrat, wenngleich der Lichtkegel 52 in Wirklichkeit von dem Mikrospiegel bzw. den Mikrospiegeln reflektiert wird und der Spiegelreflexionskegel 54 von dem Substrat 32 reflektiert wird.) Das in den 17B und 17C dargestellte geneigte lichtdurchlässige Fenster ermöglicht einen größeren Durchsatz, eine größere Systemeffizienz und eine größere Lichtwert-Etendue (Etendue = Raumwinkel mal Fläche). Ein Lichtventil in der Art des in den 17B und 17C dargestellten ist in der Lage, einen Lichtstrahl mit einer größeren Etendue zu modulieren, und kann mehr Licht von einer Lichtquelle durchlassen und ist daher wirksamer.
Eine mit einem Gehäuse versehene Vorrichtung ist in den 17D und 17E dargestellt. Wie in 17D dargestellt ist, fällt einfallendes Licht 40 (diese Darstellung ist gegenüber den vorhergehenden Darstellungen umgekehrt) auf das Feld und wird davon reflektiert. Wie in 17E ersichtlich ist, ermöglicht ein geneigtes lichtdurchlässiges Substrat 32 (mit Maskenbereichen 34a und 34b) nicht nur größere Lichtkegel-Öffnungswinkel, wie vorstehend erwähnt wurde, sondern es wird zusätzlich ein Zwischenraum zwischen der Maske des Fensters 32 und dem Mikrospiegelfeld minimiert, wodurch die Lichtstreuung und die Temperaturerhöhung in dem Gehäuse verringert werden. Der Winkel des lichtdurchlässigen Fensters beträgt 1 bis 15 Grad in Bezug auf das Substrat und reicht vorzugsweise von 2 bis 15 Grad oder sogar von 3 bis 10 Grad. Wie in den 17D bis 17E ersichtlich ist, sind Bonddrähte 37 an einem Ende des Substrats in dem Gehäuse (welche das Substrat zur Betätigung der Mikrospiegel oder eines anderen mikromechanischen Elements elektrisch mit dem Gehäuse verbinden) angeordnet, wo sich das geneigte Fenster in einem größeren Abstand befindet als an einem entgegengesetzten Ende des Substrats. Demgemäß ermöglicht das geneigte Fenster das Vorhandensein von Bonddrähten, es ermöglicht jedoch auch einen minimierten Abstand zwischen dem lichtdurchlässigen Fenster und dem Mikrospiegelsubstrat an einem Ende des Substrats, an dem sich keine Bonddrähte befinden. Es sei bemerkt, dass Licht von einer Seite des Gehäuses, entsprechend der Position der Bonddrähte und der erhöhten Seite des geneigten Fensters, auf das Mikrospiegelfeld einfällt. Zusätzliche Komponenten, die in dem Gehäuse vorhanden sein könnten, sind Gehäuseklebstoffe, Molekülfänger oder andere Getter und eine Quelle eines Haftverringerungsmittels (beispielsweise Chlorosilane, perfluorierte n-Alkanoidsäuren, Hexamethyldisilazan usw.).
Falls die Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Projektionsanzeige vorgesehen sind, sollten sie eine geeignete Lichtquelle sein, welche das Feld beleuchtet und das Bild über eine Sammeloptik auf ein Ziel projiziert. Die erfindungsgemäße Anordnung der Lichtquelle und des auf das Feld und jeden Mikrospiegel einfallenden Lichtstrahls, wodurch ein verbessertes Kontrastverhältnis ermöglicht wird, während die Größe des Projektionssystems minimiert wird, ist in den 18 und 19a bis 19c ersichtlich. Wie in 18 dargestellt ist, lenkt eine Lichtquelle 114 einen Lichtstrahl 116 unter einem Winkel von 90 Grad zur Vorderseite 93 des aktiven Bereichs des Felds (der aktive Bereich des Felds ist in der Figur als Rechteck 94 dargestellt). Der aktive Bereich 94 hat typischerweise 64000 bis etwa 2000000 Pixel in einem gewöhnlich rechteckigen Feld, wie in 18 dargestellt ist. Der aktive Bereich 94 reflektiert Licht (über Mikrospiegel im "Ein"-Zustand) durch eine Sammeloptik 115 zu einem Ziel, um ein entsprechendes rechteckiges Bild auf dem Ziel (beispielsweise einer Wand oder einem Bildschirm) zu bilden. Natürlich könnte das Feld auch eine andere Form als ein Rechteck aufweisen und würde zu einer entsprechenden Form auf dem Ziel führen (es sei denn, es wird durch eine Maske geführt). Licht von der Lichtquelle 114 wird von bestimmten Mikrospiegeln (jenen im "Ein"-Zustand) in dem Feld reflektiert und durchläuft die Optik 115 (welche zur Klarheit als zwei Linsen vereinfacht ist). Mikrospiegel in ihrem "Aus"-Zustand (in einem nicht ausgelenkten "Ruhezustand") lenken Licht zum Bereich 99 in 18. 18 ist eine Vereinfachung eines Projektionssystems, das zusätzliche Komponenten, wie TIR-Prismen, zusätzliche Fokussierungs- oder Vergrößerungslinsen, ein Farbrad zum Bereitstellen eines Farbbilds, ein Lichtrohr usw., aufweisen könnte, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Natürlich könnten ein Farbrad und verschiedene Sammeloptiken verwendet werden, falls das Projektionssystem für die maskenlose Lithographie oder Nicht-Farbanwendungen außer für die Projektion eines Farbbilds vorgesehen ist (beispielsweise ein Front- oder Rückprojektions-Fernsehgerät, ein Computerbildschirm usw.). Überdies kann ein Ziel nicht ein Bildschirm oder ein Photoresist sein, sondern es könnte im Fall einer Direktbetrachtungsanzeige die Netzhaut eines Betrachters sein. Wie in 18 dargestellt ist, lenken alle "Ein"-Mikrospiegel in dem Feld Licht gemeinsam auf eine einzige Sammeloptik, welche eine Linse oder eine Linsengruppe zum Lenken/Fokussieren/Projizieren des Lichts auf ein Ziel sein kann.
Unabhängig davon, ob das betrachtete Bild auf einem Computer, einem Fernsehgerät oder einem Kinobildschirm vorhanden ist, weisen die Pixel des Bildschirmbilds (jedes Pixel in dem betrachteten oder projizierten Bild entspricht einem Mikrospiegelelement in dem Feld) Seiten auf, die nicht parallel zu mindestens zwei der vier Seiten sind, welche das rechteckige Bildschirmbild definieren. Wie in einem Beispiel eines Mikrospiegelelements in den 19A -E dargestellt ist, fällt der einfallende Lichtstrahl nicht senkrecht auf Seiten des Mikrospiegelelements ein. 19A ist eine perspektivische Ansicht von Licht, das ein einziges Mikrospiegelelement trifft, während 19B eine Draufsicht ist und 19C eine Seitenansicht ist. Der einfallende Lichtstrahl kann 10 bis 50 Grad (beispielsweise 20 Grad) von der Normalen (zur Mikrospiegel-/Feldebene) aufweisen. Siehe den Winkel 133 in 19C.
Unabhängig von dem Winkel des von der Ebene des Mikrospiegels einfallenden Lichtstrahls sind keine Mikrospiegelseiten senkrecht zu dem darauf einfallenden Lichtstrahl (siehe 19D). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sollten die Mikrospiegelseiten unter einem Winkel (131) von weniger als 80 Grad oder vorzugsweise höchstens 55 Grad in Bezug auf die Achsenprojektion des einfallenden Lichtstrahls auf die Mikrospiegelebene (102) und bevorzugter unter einem Winkel von 45 Grad oder weniger und am bevorzugtesten unter einem Winkel von 40 Grad oder weniger angeordnet sein. Umgekehrt sollte der Winkel 132 mindestens 100 Grad, vorzugsweise mindestens 125 Grad, bevorzugter mindestens 135 Grad und am bevorzugtesten mindestens 140 Grad aufweisen. Die Schaltachse (d.h. Drehachse) des Mikrospiegels ist in 19D mit einer gepunkteten Linie 103 bezeichnet. Die Schaltachse könnte, abhängig vom Typ der verwendeten Gelenke, an anderen Stellen entlang dem Mikrospiegel, beispielsweise entlang einer Linie 106, angeordnet sein. Wie in 19D ersichtlich ist, verläuft die Schaltachse (beispielsweise 103 oder 106) senkrecht zu dem auf die Ebene des Mikrospiegels projizierten einfallenden Lichtstrahl 102. 19E ist ebenso wie 19D eine Draufsicht, es ist jedoch in 19E ein Feld von Mikrospiegeln zusammen mit einem auf das zweidimensionale Feld von Mikrospiegeln einfallenden Lichtstrahl 102 dargestellt. Es sei bemerkt, dass jeder Mikrospiegel in 19E die Form des in den 19A-D dargestellten Mikrospiegels aufweist. Wie in 19E dargestellt ist, ist die Gesamtform des Mikrospiegelfelds ein Rechteck. Jede der vier Seiten 117-120 des Felds ist durch Zeichnen einer Linie zwischen den fernsten Pixeln in der letzten Zeile und Spalte des aktiven Bereichs (121-124) definiert (wobei die Seite 119 beispielsweise durch eine Linie definiert ist, welche die Eckpixel 123 und 122 schneidet). Wenngleich in 19E ersichtlich ist, dass jede der "vorderen" (der Lichtquelle am nächsten gelegenen) und "hinteren" (von der Lichtquelle am weitesten entfernten) Seiten 119, 117 des aktiven Bereichs infolge der Form der Mikrospiegel in dem aktiven Bereich "gezackt" ist, sei daran erinnert, dass es in einer Fläche von 1 cm² bis 1 Zoll² bis zu etwa 3000000 Mikrospiegel oder mehr geben könnte. Daher ist der aktive Bereich, außer bei extremer Vergrößerung, im Wesentlichen rechteckig, wobei die Seiten 118 und 120 (oder 117 und 119) des aktiven Bereichs parallel zu den Mikrospiegelseiten 107 und 108 in 19D verlaufen (wobei der Mikrospiegel in 19D eines der Mikrospiegelelemente innerhalb des aktiven Bereichs von 19E ist), die Seiten 117 und 119 (oder 118 und 120) des aktiven Bereichs parallel zu der Schaltachse 103 (oder 106) jedes Mikrospiegels sind (siehe 19D) und die Seiten 117 und 119 (oder 118 und 120) des aktiven Bereichs nicht senkrecht zu den vorderen oder hinteren Seiten 125a-d der Mikrospiegel sind (siehe 19D). 19E könnte auch als das projizierte Bild angesehen werden, welches eine große Anzahl projizierter Pixel aufweist (wobei jedes projizierte Pixel die in 19D dargestellte Form aufweist). Entsprechend dem vorstehend Erwähnten sind die Seiten 118 und 120 (oder 117 und 119) des projizierten Bilds daher parallel zu den Seiten 107 und 108 der projizierten Pixel und die Seiten 117 und 119 (oder 118 und 120) des projizierten Bilds nicht senkrecht zu den Seiten 125a-d des projizierten Pixels.
20 zeigt ein zweidimensionales Mikrospiegelfeld (natürlich mit viel weniger Pixeln als innerhalb des typischen aktiven Bereichs). Zur Vereinfachung der Darstellung (in 20 sowie in den 21-26 und 29-32) sind weniger als 60 Mikrospiegel bzw. Pixel dargestellt, wenngleich eine typische Anzeige von 64K Pixel (320 × 200 Pixel) bis 1920K Pixel (1600 × 1200 Pixel = UXGA) oder mehr (beispielsweise 1920 × 1080 = HDTV, 2048 × 1536 = QXGA) aufweisen würde. Infolge der sehr geringen Größe jedes Pixels gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erreichbare Auflösung im Wesentlichen unbegrenzt. Wie in 20 ersichtlich ist, sind die Seiten jedes Pixels parallel zu entsprechenden Seiten des aktiven Bereichs. Auf diese Weise ist jede Mikrospiegelseite entweder senkrecht oder parallel zu den Seiten des aktiven Bereichs. Dagegen sind, wie in 21 dargestellt ist, die Mikrospiegelseiten weder parallel noch senkrecht zu den Seiten des aktiven Bereichs. Wie nachstehend ersichtlich wird, sind bei anderen Ausführungsformen einige der Seiten weder parallel noch senkrecht zu Seiten des aktiven Bereichs, und einige Seiten können zu Seiten des aktiven Bereichs parallel sein (solange sie auch zur Richtung einer Linie parallel sind, die der Ebene des Mikrospiegels vom einfallenden Lichtstrahl überlagert ist).
Das in 22 dargestellte Mikrospiegelfeld erreicht ein hohes Kontrastverhältnis. Die Mikrospiegelanordnungen in der Art der in den 23 -29 dargestellten vereinfachen jedoch das Adressierungsschema. Insbesondere haben die 23-29 den Vorteil, dass die Pixel nicht auf einem Gitter positioniert werden, das unter einem Winkel zu der X- und der Y-Achse des Felds ausgerichtet ist. Weil typische Videobildquellen Pixelfarbdaten in einem X-Y-Gitter bereitstellen, vermeidet die Anordnung der Pixel in den 23-29 eine nicht triviale Videovorverarbeitung, um ein annehmbares Bild auf einer Anzeige zu erzeugen. Weiterhin vermeidet die Anordnung aus den 23-29 ein komplizierteres Layout der Anzeigerückebene (in Bezug auf die 13 und 14, welche zwei Mal so viele Zeilen- oder Spaltendrähte zu den Pixelsteuerzellen erfordern könnten). Die horizontale Linie 80 in 22 verbindet die obere Zeile von Mikrospiegelelementen, und die vertikalen Linien 81A-D erstrecken sich von jeder dieser oberen Zeilen von Mikrospiegeln (diese horizontalen und vertikalen Linien entsprechen Adressierungszeilen und -spalten in dem Feld). Wie in 22 dargestellt ist, ist nur jeder zweite Mikrospiegel auf diese Weise angeschlossen. Demgemäß sind zum Adressieren aller Mikrospiegel zwei Mal so viele Zeilen und Spalten erforderlich, was zu einer zusätzlichen Komplexität beim Adressieren des Felds führt. 22 zeigt auch Tragstäbe 83 an den Ecken der Mikrospiegel, diese Tragstäbe verbinden mit Gelenken (nicht dargestellt) unterhalb jedes Mikrospiegelelements (den vorstehend erörterten "überlagerten Gelenken") und mit einem optisch durchlässigen Substrat (nicht dargestellt) oberhalb der Mikrospiegelelemente.
Gemäß einer in 23 dargestellten bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Feld 92 bereitgestellt. Ein Lichtstrahl 90 wird so auf das Feld gerichtet, dass keine Mikrospiegelseiten zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht sind. In 23 stehen die Vorderseiten der Mikrospiegel (in Bezug auf den einfallenden Lichtstrahl 90) unter einem Winkel von etwa 135 Grad zum einfallenden Lichtstrahl (90). Es ist bevorzugt, dass dieser Winkel größer als 100 Grad, vorzugsweise größer als 130 Grad, ist. Das Kontrastverhältnis ist weiter verbessert, falls der Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und der Vorderseite 135 Grad oder mehr beträgt, und er kann sogar 140 Grad oder mehr betragen. Wie in 23 ersichtlich ist, führt die Orientierung der Mikrospiegelelemente nicht zu Adressierungsproblemen, welche bereits in Bezug auf 22 erörtert wurden. Die Stäbe 95 verbinden mit Gelenken (nicht dargestellt) unterhalb jedes Mikrospiegelelements in 23. Die Gelenke verlaufen senkrecht zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls (und parallel zu den Vorderseiten 91B und den Hinterseiten 91D der aktiven Bereiche). Die Gelenke ermöglichen eine Drehachse der Mikrospiegel, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht steht.
24 zeigt Mikrospiegel ähnlich jenen, die in 23 dargestellt sind. In 24 sind die Mikrospiegelelemente jedoch "umgekehrt" und weisen ihren "konkaven" Abschnitt an ihrer Vorderseite auf. Wenngleich die Mikrospiegel in 24 gegenüber jenen, die in 23 dargestellt sind, umgekehrt sind, gibt es nach wie vor keine Seiten der Mikrospiegel, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht sind. 24 zeigt ein Gelenk 101, das in der gleichen Ebene angeordnet ist wie das Mikrospiegelelement, an dem das Gelenk angebracht ist. Beide Gelenktypen sind in dem vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 840 offenbart. 25 zeigt ebenso ein Gelenk 110 in der gleichen Ebene wie das Mikrospiegelfeld, und es sind darin sowohl "konvexe" Abschnitte 112 ("Vorsprünge") als auch "konkave" Abschnitte 113 ("Ausschnitte") auf der Vorderseite jedes Mikrospiegels dargestellt. Infolge des konkaven oder ausgeschnittenen Abschnitts jedes Mikrospiegels liegt jeder Mikrospiegel in Form eines konkaven Polygons vor. Wenngleich die Mikrospiegel konvexe Polygone sein können (falls keine Seiten der konvexen polygonalen Mikrospiegel zu der Vorderseite des aktiven Bereichs parallel sind), ist es bevorzugt, dass die Mikrospiegel die Form eines konkaven Polygons aufweisen. Konvexe Polygone sind als Polygone bekannt, bei denen keine Linie, die eine Seite enthält, durch das Innere des Polygons gehen kann. Ein Polygon ist genau dann konkav, wenn es nicht konvex ist. Die konkave Polygonform kann die Form einer Reihe (nicht rechteckiger) Parallelogramme aufweisen oder mindestens einen konkaven und mindestens einen konvexen Abschnitt aufweisen (zum Einpassen innerhalb des konkaven Abschnitts des benachbarten Mikrospiegels), wenngleich jede beliebige konkave Polygonform möglich ist. Wenngleich es weniger bevorzugt ist, könnte, wie vorstehend erwähnt wurde, die Mikrospiegelform auch jene eines einzelnen (nicht rechteckigen) Parallelogramms sein. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, brauchen der eine oder die mehreren Vorsprünge und der eine oder die mehreren Ausschnitte, die zueinander passen, nicht aus geraden Linien (und auch nicht aus den Mikrospiegelseiten) zusammengesetzt sein, sondern sie könnten stattdessen gekrümmt sein. Gemäß einer solchen Ausführungsform sind der Vorsprung bzw. die Vorsprünge und der Ausschnitt bzw. die Ausschnitte halbkreisförmig, wenngleich die dargestellten gebogenen Vorsprünge und Ausschnitte bevorzugt sind.
Die 26A bis 26F zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung. Wenngleich die Formen der Mikrospiegel in den jeweiligen Figuren verschieden sind, sind sie in der Hinsicht aneinander gleich, dass keine Seiten aufweist, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht sind. Natürlich gibt es, wenn eine Mikrospiegelseite die Richtung wechselt, einen wenn auch kleinen Punkt, an dem die Seite als senkrecht angesehen werden könnte, wenn auch nur momentan.
Wenn ausgesagt wird, dass es keine senkrechten Seiten gibt, ist damit jedoch gemeint, dass es keine erheblichen Abschnitte gibt, die senkrecht sind, oder dass es zumindest keine solchen erheblichen Abschnitte auf der Vorderseite und der Hinterseite der Mikrospiegel gibt. Selbst wenn sich die Richtung der Vorderseiten allmählich ändert (oder ein Abschnitt der Vorderseite zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht ist, wie in 29 dargestellt ist), ist es bevorzugt, dass es nie mehr als 1/2, bevorzugter nicht mehr als 1/4 und am bevorzugtesten höchstens 1/10 der Vorderseite gibt, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht steht. Je kleiner der Abschnitt der Vorderseite und der Hinterseite ist, der zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht steht, desto größer ist die Verbesserung des Kontrastverhältnisses.
Viele der Mikrospiegelausführungsformen können als eine Anordnung von einem oder mehreren Parallelogrammen (beispielsweise identischen Parallelogrammen) betrachtet werden. Wie in 27A ersichtlich ist, ist ein einziges Parallelogramm wirksam, um die Lichtbeugung zu verringern, weil es keine Seiten aufweist, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht stehen (wobei der Lichtstrahl eine Richtung vom unteren Teil zum oberen Teil der Seite aufweist und von der Ebene der Seite ausgeht). 27A zeigt ein einziges Parallelogramm mit einem horizontalen Pfeil, der die Breite "d" des Parallelogramms angibt. Die Schaltachse für den Mikrospiegel in 27A (und in den 27B bis 27F) liegt auch in dieser horizontalen Richtung. Beispielsweise könnte die Schaltachse entlang der gepunkteten Linie in 27A verlaufen. Die 27B und 27C zeigen Mikrospiegelentwürfe mit zwei und auch mit drei Parallelogrammen, wobei jedes folgende Parallelogramm die gleiche Form, die gleiche Größe und das gleiche Aussehen aufweist wie das vorhergehende. Diese Anordnung bildet eine Vorderseite und eine Hinterseite in Form eines "Sägezahns" des Mikrospiegelelements. Die 27D bis 27F zeigen 2 bis 4 Parallelogramme. In den 27D bis 27F ist jedes folgende Parallelogramm jedoch ein Mikrospiegelbild des vorhergehenden und nicht das gleiche Bild. Diese Anordnung bildet eine "gezackte Seite" auf der Vorderseite und der Hinterseite der Mikrospiegelelemente. Es sei bemerkt, dass die Parallelogramme nicht die gleiche Breite aufweisen brauchen und dass eine Linie, die die Spitzen der sägezahnförmigen oder gezackten Seiten verbindet, nicht zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht zu sein braucht. Die Breite jedes Parallelogramms ist, wenn sie mit der gleichen Breite versehen sind, "d" = M/N, wobei M die Gesamtmikrospiegelbreite ist und N die Anzahl der Parallelogramme ist. Mit zunehmender Anzahl der Parallelogramme nimmt die Breite "d" ab (bei Annahme einer konstanten Mikrospiegelbreite). Die Breite "d" sollte jedoch vorzugsweise viel größer sein als die Wellenlänge des einfallenden Lichts. Um das Kontrastverhältnis hoch zu halten, sollte die Anzahl N der Parallelogramme (oder die Häufigkeit, mit der die vordere Mikrospiegelseite die Richtung wechselt) kleiner oder gleich 0,5 M/λ, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 M/λ und sogar kleiner oder gleich 0,1 M/λ sein, wobei λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist. Wenngleich die Anzahl der Parallelogramme in 27 irgendwo zwischen 1 und 4 liegt, ist jede beliebige Anzahl möglich, wenngleich 15 oder kleiner und vorzugsweise 10 oder kleiner zu einem besseren Kontrastverhältnis führt. Die Anzahl der Parallelogramme in 27 ist am bevorzugtesten (4 oder kleiner).
Wie in 28 ersichtlich ist, sind Gelenke (oder Biegestellen) 191, 193 in der gleichen Ebene angeordnet wie das Mikrospiegelelement 190. Der von einer Lichtquelle außerhalb der Ebene von 28 einfallende Lichtstrahl 195 fällt auf die Vorderseiten des Mikrospiegels 190, von denen keine senkrecht sind. Es ist bevorzugt, dass kein Abschnitt der Gelenke zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht ist, um die Lichtbeugung in Richtung des Schattens der Mikrospiegel zu verringern.
Weiterhin sei bemerkt, dass die "geraden" Mikrospiegelseiten, die als parallel zu Seiten des aktiven Bereichs dargestellt sind (beispielsweise die Mikrospiegelseiten 194, 196 in 28), auch andere Formen aufweisen können. Die vorstehende 21 ist ein Beispiel, bei dem es keine Mikrospiegelseiten gibt, die zum einfallenden Lichtstrahl 85 parallel sind. Die 31) und 31 sind weitere Beispiele, bei denen keine Mikrospiegelseiten zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht oder parallel sind, die jedoch nicht die erhöhte Adressierungskomplexität wie in 22 aufweisen. Das einfallende Licht kann im Wesentlichen senkrecht zu beliebigen der vier Seiten des aktiven Bereichs in 30 gerichtet sein (siehe die Pfeile 1-4) und nicht senkrecht auf die Mikrospiegelseiten fallen. Dieses einzigartige Merkmal ist auch bei dem in 31 dargestellten Feld vorhanden. Es ist auch möglich, dass ein Teil der Vorderkante jedes Mikrospiegels zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht steht und ein Teil nicht senkrecht steht, wie in 29 dargestellt ist.
Die 32A bis 32J zeigen mögliche Gelenke für die Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung. Ähnlich 24 zeigt 32A Mikrospiegel mit Biegestellen 96, die parallel zu dem einfallenden Lichtstrahl verlaufen (bei Betrachtung als eine Draufsicht wie in dieser Figur) und den Mikrospiegel 97 mit einem Tragstab 98 verbinden, der das Mikrospiegelelement auf dem Substrat hält. Einfallendes Licht könnte auf das Feld in Richtung der Pfeile 5 oder 6 in 32A gerichtet sein (von oben betrachtet). Natürlich würde das einfallende Licht von außerhalb der Ebene ausgehen (siehe die 11A bis 11E). Dieses einfallende Licht wäre für die 32B bis 32L gleich. Die 32C bis 32E sind weitere Ausführungsformen dieses Gelenktyps. Die 32F bis 32L sind Darstellungen weiterer Gelenk- und Mikrospiegelausführungsformen, bei denen, abgesehen von 32J, die Gelenke nicht parallel zu dem einfallenden Lichtstrahl (oder der Vorderseite des aktiven Bereichs) verlaufen, jedoch weiterhin dazu führen, dass sich die Mikrospiegel um eine Drehachse drehen, die zu dem einfallenden Lichtstrahl senkrecht steht.
Wenn Mikrospiegelseiten, die parallel zur Drehachse des Mikrospiegels (und senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl) verlaufen, nicht minimiert sind, läuft von diesen Mikrospiegelseiten gebeugtes Licht selbst dann durch die Sammeloptik, wenn sich der Mikrospiegel im "Aus"-Zustand befindet, wodurch das Kontrastverhältnis verringert wird. Wie in 33A ersichtlich ist, schneidet ein Beugungsmuster (das durch Beleuchten eines Felds im Wesentlichen quadratischer Mikrospiegel in der Art des in 20 dargestellten unter einem Winkel von 90 Grad zur Vorderseite des Felds hervorgerufen wird) in Form eines "+" den Akzeptanzkegel (den Kreis in der Figur). Das Beugungsmuster ist in dieser Figur als eine Reihe dunkler Punkte dargestellt (mit einem entsprechenden helleren Hintergrund), welche eine vertikale und eine horizontale Linie bilden und welche einander gleich unter dem Akzeptanzkegelkreis schneiden, der als eine kreisförmige durchgezogene schwarze Linie dargestellt ist, welche dem Beugungsmuster überlagert ist). Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kreuzen die beiden Beugungslinien einander im "Ein"-Zustand des Mikrospiegels innerhalb des Akzeptanzkegelkreises. Daher tritt die vertikale Beugungslinie, wie in 33A ersichtlich ist, in den Akzeptanzkegel der Sammeloptik ein, selbst wenn sich der Mikrospiegel im "Aus"-Zustand befindet, wodurch das Kontrastverhältnis beeinträchtigt wird. 33B zeigt ein Beugungsmuster, das durch Beleuchten eines Felds quadratischer Mikrospiegel unter einem Winkel von 45 Grad hervorgerufen wird. Wie in 33B ersichtlich ist, ist das in den Akzeptanzkegel (den kleinen durchgezogenen schwarzen Kreis in 33B) eintretende Beugungslicht, verglichen mit 33A, verringert. Wie vorstehend erwähnt wurde, treten jedoch andere Probleme auf, wenngleich die Beugung durch eine solche Beleuchtung verringert werden kann.
Dagegen weist das Beugungsmuster gemäß der vorliegenden Erfindung (Mikrospiegel aus 28 im "Aus"-Zustand), wie in 33C ersichtlich ist, keine Beugungslinie auf, die sich durch den Akzeptanzkegel der Sammeloptik oder andererseits zum räumlichen Bereich, in den Licht gerichtet wird, wenn sich der Mikrospiegel im "Ein"-Zustand befindet, erstreckt. Demgemäß wird im Wesentlichen kein gebeugtes Licht zu dem Bereich durchgelassen, zu dem Licht durchgelassen wird, wenn sich der Mikrospiegel im "Ein"-Zustand befindet. Ein Mikrospiegelfeld, das ein solches Beugungsmuster mit Beleuchtungslicht, das senkrecht zu den Seiten des aktiven Bereichs des Felds steht (und/oder senkrecht zu den Spalten oder Zeilen), erzeugt, ist neu. Ebenso sind auch die Mikrospiegelkonstruktionen, die Gelenke dafür und die Anordnung der Lichtquelle zu den Mikrospiegeln, zu den Seiten des aktiven Bereichs und/oder den Adressierungszeilen und -spalten neu. Die Erfindung wurde in Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Dennoch werden Fachleute verstehen, dass viele Variationen der hier beschriebenen Ausführungsformen existieren. Beispielsweise könnten die Mikrospiegelformen der vorliegenden Erfindung für Mikrospiegel in einem optischen Schalter (wie beispielsweise in der US-Patentanmeldung 09/617 149 und in der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/231 041 offenbart ist) verwendet werden, um die Beugung in dem Schalter zu verringern. Zusätzlich können die Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend Strukturen und Verfahren hergestellt werden, wie jene, die in der US-Patentanmeldung 09/767 632, in der US-Patentanmeldung 09/631 536, in der US-Patentanmeldung 60/293 092 und in der US-Patentanmeldung 06/637 479 dargelegt sind. Wenngleich weiterhin ein Rot/Grün/Blau- oder Rot/Grün/Blau/Weiß-Standardfarbrad in einer Projektionsanzeige verwendet werden könnte, welche die Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, könnten auch andere Farbräder verwendet werden, wie solche, die in den vorläufigen US-Patentanmeldungen 60/267 648 und 60/266 780 offenbart sind.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung für ein Verfahren geeignet, welches ein entfernbares (und austauschbares) Substrat für Vereinzelungs- und Montagezwecke verwendet, wie in der vorläufigen US-Patentanmeldung 60/276 222 dargelegt ist. Zusätzlich können die Mikrospiegel gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Felds durch Impulsbreitenmodulation betätigt werden, wie in der US-Patentanmeldung 09/564 069 dargelegt ist. Falls weiterhin Interhalogene oder Edelgasfluoride als Ätzmittel für das Freigeben der Mikrospiegel verwendet werden, könnten Verfahren verwendet werden, wie sie in den US-Patentanmeldungen 09/427 841 und 09/649 569 dargelegt sind. Alternativ könnten die Opfermaterialien und die Verfahren zum Entfernen von ihnen jene sein, die in der US-Patentanmeldung 60/298 529 dargelegt sind. Zusätzlich könnten andere Strukturmaterialien in der Art der MEMS-Materialien, die in der US-Patentanmeldung 60/228 007 und in der US-Patentanmeldung 60/300 533 dargelegt sind, verwendet werden.
In der vorliegenden Anmeldung wurde dargelegt, dass Strukturen oder Schichten "auf" anderen Strukturen oder Schichten (oder darauf abgeschieden) sind oder über, oberhalb, neben usw. diesen liegen. Es sei bemerkt, dass dies direkt oder indirekt auf, über, oberhalb, neben usw. bedeuten soll, weil auf dem Fachgebiet anerkannt ist, dass eine Vielzahl von Zwischenschichten oder -strukturen eingefügt werden könnte, einschließlich Versiegelungsschichten, Haftförderschichten, elektrisch leitender Schichten, Schichten zur Verringerung von Haftung usw. In der gleichen Weise können Strukturen, wie ein Substrat oder eine Schicht, als ein Laminat zusätzlicher Strukturen oder Schichten angeordnet werden. Weiterhin soll durch den Ausdruck "mindestens einer" oder "einer oder mehrere" (oder ähnlich) die möglicherweise mehrfache Natur dieser bestimmten Struktur oder Schicht hervorgehoben werden, diese Begriffswahl soll jedoch in keiner Weise das Fehlen möglicherweise mehrerer anderer Strukturen oder Schichten, die nicht in dieser Weise dargelegt sind, implizieren. In der gleichen Weise soll der Ausdruck "direkt oder indirekt" an Stellen, an denen er nicht verwendet wird, in keiner Weise die Bedeutung anderswo auf entweder direkt oder indirekt einschränken. Weiterhin werden "MEMS", "mikromechanisch" und "mikroelektromechanisch" hier austauschend verwendet, und die Struktur kann eine elektrische Komponente aufweisen oder dies kann nicht der Fall sein. Schließlich soll das Wort "Einrichtung", sofern es nicht in einem "Einrichtung-für"-Ausdruck in den Ansprüchen spezifisch dargelegt ist, nicht angeben, dass irgendwelche Elemente in den Ansprüchen entsprechend den spezifischen Regeln interpretiert werden, die sich auf den "Einrichtung-für"-Begriffsgebrauch beziehen.

Claims

Chip, der durch Vereinzeln eines Wafers erzeugt wurde und auf dem ein Feld von Mikrospiegeln (24; 44) in einer zweidimensionalen Anordnung ausgebildet ist, wobei die Mikrospiegel (24; 44) oberhalb einer Schaltungsanordnung und von Elektroden (12a-e; 18a-c; 70, 72) zum elektrostatischen Betätigen der Mikrospiegel (24; 44) angeordnet sind, wobei die Mikrospiegel (24; 44) vierseitig sind und keine Seiten aufweisen, die parallel zu Seiten des Chips verlaufen, wobei das Mikrospiegelfeld rechteckig ist und eine Fläche von 1 cm² bis (2,54 cm)² aufweist, wobei sich eine horizontale Zeile von Mikrospiegeln (24; 44) von Ecke zu Ecke in der zu einer Seite des Felds parallelen Zeile erstreckt und wobei sich vertikale Linien (81a-d), die Adressierungsspalten entsprechen, von jedem Mikrospiegel (24; 44) in der Zeile erstrecken und mit jeder zweiten Zeile von Mikrospiegeln (24; 44) verbinden, und wobei sich eine vertikale Spalte von Mikrospiegeln (24; 44) von Ecke zu Ecke in der zu einer Seite des Felds parallelen Spalte erstreckt und wobei sich horizontale Linien (80), die Adressierungszeilen entsprechen, von jedem Mikrospiegel (24; 44) in der Spalte erstrecken und mit jeder zweiten Spalte von Mikrospiegeln (24; 44) verbinden, und wobei mehrere Zeilendrähte und Spaltendrähte zum Adressieren der Mikrospiegel (24; 44) bereitgestellt sind und die Anzahl der Zeilendrähte, multipliziert mit der Anzahl der Spaltendrähte, größer ist als die Anzahl der Mikrospiegel (24; 44).
Chip nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Zeilendrähte, multipliziert mit der Anzahl der Spaltendrähte, zwei Mal so groß ist wie die Anzahl der Mikrospiegel (24; 44).
Chip nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Mikrospiegel (24; 44) von 1920000 bis 3145278 reicht.
Chip nach Anspruch 1, wobei das Feld von Mikrospiegeln (24; 44) 1600 × 1200 Mikrospiegel (24; 44) aufweist.
Chip nach Anspruch 1, wobei das Feld von Mikrospiegeln (24; 44) 1920 × 1080 Mikrospiegel (24; 44) aufweist.
Chip nach Anspruch 1, wobei eine Drehachse der Mikrospiegel (24; 44) parallel zu einer Seite des Chips verläuft.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Mikrospiegel (24; 44) quadratisch sind.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Mikrospiegel (24; 44) auf einem Gitter angeordnet sind, das unter einem Winkel zur X- und zur Y-Achse des Chips ausgerichtet ist.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Mikrospiegel (24; 44) Mikrospiegelplatten (24) aufweisen, die über Gelenke (50, 120a, 120b) mit einem Substrat (10; 13; 30; 40) verbunden sind, und wobei das Substrat (10; 13; 30; 40), die Mikrospiegelplatten (24) und die Gelenke (50, 120a, 120b) in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
Chip nach Anspruch 9, wobei ein erster Zwischenraum zwischen dem Gelenk (50, 120a, 120b) und der Mikrospiegelplatte (24) ausgebildet ist und ein zweiter Zwischenraum zwischen der Mikrospiegelplatte (24) und dem Substrat (10; 13; 30; 40) ausgebildet ist.
Chip nach Anspruch 9, wobei ein erster Zwischenraum zwischen dem Substrat (10; 13; 30; 40) und dem Gelenk (50, 120a, 120b) ausgebildet ist und ein zweiter Zwischenraum zwischen dem Gelenk (50, 120a, 120b) und der Mikrospiegelplatte (24) ausgebildet ist.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Mikrospiegel (24; 44) auf einem Substrat (10; 13; 30; 40) angrenzend an die Schaltungsanordnung und Elektroden ausgebildet sind und mindestens zwei Elektroden angrenzend an jeden Mikrospiegel (24; 44) angeordnet sind, wobei die eine Elektrode dazu dient, den benachbarten Mikrospiegel (24; 44) elektrostatisch zu einer Ausschaltposition zu ziehen, und die andere Elektrode dazu dient, den benachbarten Mikrospiegel (24; 44) elektrostatisch zu einer Einschaltposition zu ziehen.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung und Elektroden auf demselben Substrat (10; 13; 30; 40) wie die Mikrospiegel (24; 44) ausgebildet sind.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Mikrospiegel (24; 44) fliesenartig aneinander gelegt sind.
Chip nach Anspruch 1, wobei jeder Mikrospiegel (24; 44) eine Schaltachse aufweist, die im Wesentlichen parallel zu mindestens einer Seite des Felds verläuft.
Chip nach Anspruch 9, wobei die Dicke der Mikrospiegelplatte (24) von 200 bis 7300 Angstrom reicht.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Mikrospiegel (24; 44) über darunter liegende Gelenke (50, 120a, 120b) durch ein elektrisch leitfähiges Material, das Aluminium, eine Metalllegierung oder eine leitfähige Keramikverbindung ist, mit einem Substrat (10; 13; 30; 40) verbunden sind.
Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welcher ein Substrat (10; 13; 30; 40), auf dem eine bewegliche reflektierende oder diffraktive mikromechanische Vorrichtung ausgebildet ist, und ein Gehäuse zum Halten des Substrats (10; 13; 30; 40) mit der beweglichen mikromechanischen Vorrichtung aufweist, wobei das Gehäuse ein optisch durchlässiges Fenster aufweist.