DE69706762T2

DE69706762T2 - Anordnung von gesteuerten Dünnschichtspiegeln und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69706762T2
Application number: DE69706762T
Authority: DE
Inventors: Yong-Ki Min
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: WiniaDaewoo Co Ltd
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2017-05-21
Also published as: AU716242B2; JP3881697B2; JP2000511294A; AU2793597A; ID16958A; AR007778A1; DE69706762D1; CN1220067A; US5930025A; WO1997046025A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Projektionssystem und insbesondere eine Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln (thin film actuated mirrors) zur Verwendung in dem System und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Unter den verschiedenen Videoabbildungssystemen, die im Stand der Technik bekannt sind, gibt es ein optisches Projektionssystem, das in der Lage ist; Abbildungen von hoher Qualität in großem Maßstab zu erzeugen. Bei einem derartigen optischen Projektionssystem wird eine Anordnung, zum Beispiel M · N betätigte Spiegel, mit Licht einer Lampe gleichmäßig beleuchtet, wobei jeder der Spiegel mit jedem der Betätigungsglieder gekoppelt ist. Die Betätigungsglieder können aus einem elektrisch polarisierbaren Material, wie beispielsweise einem piezoelektrischen oder einem elektrostriktiven Material, bestehen, welches sich als Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Feldes verformt.
Der reflektierte Lichtstrahl von jedem der Spiegel fällt auf eine Öffnung beispielsweise einer optischen Fläche. Durch Anlegen eines elektrischen Signals an jedes der Betätigungsglieder ändert sich die relative Position jedes der Spiegel in bezug auf das einfallende Lichtes und erzeugt dadurch eine Abweichung des optischen Pfades des reflektierten Lichts von jedem der Spiegel. Da der optische Pfad jedes reflektierten Strahls variiert, ändert sich der Anteil des reflektierten Lichts von jedem der Spiegel, welches durch die Öffnung tritt, wodurch die Intensität des Strahls moduliert wird. Die durch die Öffnung tretenden modulierten Strahlen werden über eine geeignete optische Vorrichtung auf einen Projektionsschirm, wie beispielsweise eine Projektionslinse übertragen, um dadurch eine Abbildung auf dem Projekaionsschirm darzustellen.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 100 dargestellt, wobei M und N ganze Zahlen sind, die in der parallelen europäischen Patentanmeldung 96 102 744.8 mit dem Titel "THIN FILM ACTUATED MIRROR ARRAY FOR USE IN AN OPTICAL PROJECTION SYSTEM" beschrieben ist.
Die Anordnung 100 umfasst eine aktive Matrix 110, eine Passivierungsschicht 116, eine Ätzstoppschicht 118 und eine Anordnung von M · N betätigenden Strukturen 120.
Die aktive Matrix 110 umfasst ein Substrat 112, eine Anordnung von M · N Transistoren (nicht dargestellt) und eine Anördnung von M · N Verbindungsanschlüssen 114. Jeder der Verbindungsanschlüsse 114 ist elektrisch mit einem jeweiligen Transistor in der Anordnung der Transistoren verbunden.
Die Passivierungsschicht 116, die beispielsweise aus einem Phosphor-Silikatglas (phosphor-silicate glass = PSG) oder einem Siliziumnitrid besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, ist an der Oberseite der aktiven Matrix 110 angeordnet.
Die Ätzstoppschicht 118, die aus Siliziumnitrid besteht und eine Dicke von 0,2 bis 2 um aufweist, ist auf der Oberseite der Passivierungsschicht 116 angeordnet.
Jede der betätigenden Strukturen 120 weist distale und proximale Enden auf und umfasst ferner eine Spitze (nicht dargestellt) an deren distalen Ende und eine Ätzöffnung (nicht dargestellt), die sich in vertikaler Richtung durch diese erstreckt. Jede der betätigenden Strukturen 120 weist eine erste Dünnfilmelektrode 132, ein elektrisch polarisierbares Dünnfilmelement 126, eine zweite Dünnfilmelektrode 124, ein elastisches Element 122 und einen Leiter 128 auf. Die erste Dünnfilmelektrode 132, die aus einem elektrisch leitenden und lichtreflektierendem Material, zum Beispiel Aluminium (Al) oder Silber (Ag), besteht, ist auf der Oberseite des elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelements 126 angeordnet und durch einen horizontalen Streifen in einen betätigenden und einen lichtreflektierenden Abschnitt 130, 140 unterteilt, wobei der horizontale Streifen 124 den betätigenden und den lichtreflektierenden Abschnitt 130, 140 elektrisch voneinander trennt. Der betätigende Abschnitt 130 ist elektrisch mit Masse verbunden und funktioniert sowohl als Spiegel als auch als gemeinsame Vorspannungselektrode. Der lichtreflektierende Abschnitt 140 funktioniert als Spiegel. Das elektrisch polarisierbare Dünnfilmelement 126, das aus einem piezoelektrischen Material, zum Beispiel Bleizirkoniumtitanat (lead zirconium titanate = PZT), oder einem elektrostriktiven Material. zum Beispiel Bleimagnesiumniobat (lead magnesium niobate PMN) besteht, ist auf der Oberseite der zweiten Dünnfilmelektrode 124 angeordnet. Die zweite Dünnfilmelektrode 124, die aus einem elektrisch leitendem Material, zum Beispiel Blei/Tantal (Pt/Ta), besteht, ist auf der Oberseite des elastischen Elements 126 angeordnet und ist elektrisch mit einem zugehörigen Transistor über den Leiter 128 und den Verbindungsanschluss 114 verbunden, wobei die zweite Dünnfilmschicht 124 in eine Anordnung von M · N zweiten Dünnfilmelektrode 124 unter Verwendung eines Trockenätzverfahrens derart unterteilt (iso-cut) ist, das jede der zweiten Dünnfilmelektroden 124 elektrisch anderen zweiten Dünnfilmelektroden 124 (nicht dargestellt) getrennt ist, um zu ermöglichen, dass sie als eine Signalelektrode funktioniert. Das elastische Element 122, das aus einem Nitrid, beispielsweise Siliziumnitrid, besteht, ist unterhalb der zweiten Dünnfilmelektrode 124 angeordnet. Ein unterer Abschnitt an deren proximalem Ende ist an der Oberseite der aktiven Matrix 110 angeordnet, wobei die Ätzstoppschicht 118 und die Passivierungsschichten 116 teilweise dazwischen angeordnet sind, um die Betätigungsstruktur 120 beweglich zu lagern. Der Leiter 128, der aus einem Metall, zum Beispiel Wolfram (W) besteht, erstreckt sich von der Oberseite des elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelements 126 zu der Oberfläche eines zugehörigen Verbindungsanschlusses 114, und verbindet dadurch die zweite Dünnfilmelektrode 120 elektrisch mit dem Verbindungsanschluss 114. Der Leiter 128, der von der Oberseite des elektrisch polarisierbaren Dünnfilmbauteils 126 ausgeht, und die erste Dünnfilmelektrode 132, die auf der Oberfläche des elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelements 126 in jedem der betätigten Dünnfilmspiegeln 150 angeordnet ist, sind nicht elektrisch miteinander verbunden.
Es gibt einige Nachteile im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Anordnung 100 von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 150, wobei einer der Nachteile das mögliche Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den ersten und zweiten Elektroden 132, 124 in jedem der betätigten Spiegel 150 ist. In der Anordnung ist während des Strukturierens der ersten Dünnfilmelektrode 132 sehr große Vorsicht geboten, da der Leiter 128 in jedem der betätigten Dünnfilmspiegel 150 sich ausgehend von dem zugehörigen Verbindungsanschluss zu der Oberseite des elektrisch polarisierbaren Bauteils 126 erstreckt. Die erste Dünnfilmelektrode 132 muss elektrisch von dem Leiter 128 in jedem der betätigten Dünnfilmspiegel 150 vollständig getrennt sein. Wenn nicht, kann dies zum Zustandekommen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Dünnfilmelektrode 132 und der zweiten Dünnfilmelektrode 124 führen, was einen Kurzschluss zwischen diesen bewirkt.
Es ist daher ein hauptsächliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln zur Verfügung zu stellen, wobei jeder der betätigten Dünnfilmspiegeln eine neue Struktur aufweist, die in der Lage ist, das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode zu verhindern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln zu Verfügung zu stellen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln zur Verwendung in einem optischen Projektionssystem zur Verfügung gestellt, wobei M und N ganze Zahlen sind und wobei die Anordnung aufweist: eine aktive Matrix; und eine Anordnung mit M · N betätigenden Strukturen, wobei jede der betätigenden Strukturen aufweist: ein elastisches Element, einen unteren Abschnitt an einem proximalen Ende, der an der aktiven Matrix befestigt, um dadurch das elastische Element freitragend zu lagern, eine erste Dünnfilmelektrode, die elektrisch an Masse angeschlossen ist, so dass die erste Dünnfilmelektrode als Spiegel und als Vorspannungselektrode funktioniert, eine zweite Dünnfilmelektrode, einen Leiter, der sich von der Oberseite der zweiten Dünnfilmelektrode zu der aktiven Matrix nach unten erstreckt, um zwischen diesen eine elektrische Verbindung zu bilden, so dass die zweite Dünnfilmelektrode als Signalelektrode funktioniert, ein elektrisch polarisierbares Dünnfilmelement, das zwischen der ersten und der zweiten Dünnfilmelektrode angeordnet ist, und ein Isolationselement, wobei das Isolationselement zwischen der Oberseite des Leiters und der Unterseite der ersten Dünnfilmelektrode angeordnet ist, so dass die erste und zweite Dünnfilmelektrode elektrisch voneinander getrennt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln zur Verwendung in einem optischen Projektionssystem zur Verfügung gestellt, wobei M und N ganze Zahlen sind und wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Herstellen einer aktiven Matrix mit einem Substrat und einer Anordnung von M · N Verbindungsanschlüssen; Herstellen einer Passivierungsschicht auf der Oberseite der aktiven Matrix; Abscheiden einer Ätzstoppschicht auf der Oberseite Passivierungsschicht; Herstellen einer Dünnfilm--Opferschicht auf der Oberseite der Ätzstoppschicht; Herstellen einer Anordnung mit M · N Paaren von leeren Aussparungen in der Dünnfilm- Opferschicht derart, dass eine der leeren Aussparungen jedes Paares einen der Verbindungsanschlüsse umgibt; Abscheiden einer elastischen Schicht, einer zweiten Dünnfilmschicht und einer elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht aufeinanderfolgend auf die Oberseite der Dünnfilm-Opferschicht einschließlich der leeren Aussparungen; Strukturieren der elektrisch polarisierbaren Schicht und der zweiten Dünnfilmschicht, um eine Anordnung mit M · N elektrisch polarisierbaren Elementen und eine Anordnung mit M · N zweiten Dünnfilmelektroden zu bilden; Herstellen einer Anordnung von M · N Leitern, wobei sich jeder der Leiter ausgehend von den zweiten Dünnfilmelektroden zu der Oberseite des zugehörigen Verbindungsanschlusses erstreckt; Herstellen einer Anordnung von M · N Isolationselementen; Abscheiden einer ersten Dünnfilmschicht auf die Oberseite der Anordnung von M · N Isolationselementen und der elektrisch polarisierbaren Elemente, um dadurch eine Mehrschichtstruktur zu bilden; Strukturieren der Mehrschichtstruktur in eine Anordnung von M · N betätigten Spiegelstrukturen bis die Dünnfilm-Opferschicht freiliegt; und Entfernen der Dünnfilm-Opferschicht unter Verwendung eines Ätzmittels oder einer Chemikalie, um dadurch die Anordnung von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln zu bilden.
Fig. 1 ist eine schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellung, die eine Anordnung von M · N betätigen Dünnfilmspiegeln zeigt, die vorher beschrieben wurde.
Fig. 2 zeigt eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung mit einer Anordnung von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 3A bis 3M zeigen ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen eines Verfahrens zum Herstellen einer Anordnung von M · N betätigten, in Fig. 2 dargestellten Dünnfilmspiegeln.
Fig. 4 zeigt eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung einer Anordnung von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung von M · N betätigten, in Fig. 4 dargestellten Dünnfilmspiegeln veranschaulichen.
In den Fig. 2, 4, 3A bis 3M und 5A bis 5D sind ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen von Anordnungen 200, 300 von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 295, 395 - wobei M und N ganze Zahlen sind - zur Verwendung in einem optischen Projektionssystem in Übereinstimmung mit: einer ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, und es sind schematische Querschnittsdarstellungen gezeigt, die Verfahren zum Herstellen der Anordnung 200, 300 der M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 295, 395 veranschaulichen, die in den Fig. 2 bzw. 4 gezeigt sind. Es sei darauf hingewiesen, das gleiche Teile in den Fig. 2, 4, 3A bis 3M und 5A bis 5D durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Anordnung 200 mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 295 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung 200 eine aktive Matrix 210 und eine Anordnung mit M · N betätigenden Strukturen 220 umfasst.
Die aktive Matrix 210 umfasst eine Substrat 212, eine Anordnung von M · N Transistoren (nicht dargestellt) und eine Anordnung von M · N Verbindungsanschlüssen 214. Jeder der Verbindungsanschlüsse 214 ist elektrisch mit einem zugehörigen Transistor in der Anordnung der Transistoren verbunden.
Die Passivierungsschicht 216, die beispielsweise aus einem Phosphor-Silikatglas (PSG) oder Siliziumnitrid besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, ist auf der Oberseite der aktiven Matrix 210 angeordnet.
Die Ätzstoppschicht 218, die aus Siliziumnitrid besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, ist auf der Oberseite der Passivierungsschicht 216 angeordnet.
Jede der betätigenden Strukturen 220 weist eine erste Dünnfilmelektrode 292, ein elektrisch polarisierbares Dünnfilmelement 275, eine zweite Dünnfilmelektrode 265, ein elastisches Element 255, einen Leiter 282 und ein Isolationselement 284 auf. Die erste Dünnfilmelektrode 292, die aus einem elektrisch leitenden und lichtreflektierenden Material, zum Beispiel Aluminium (A1) oder Silber (Ag), besteht, ist auf der Oberseite des elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelements 275 angeordnet. Die erste Dünnfilmelektrode 292 ist elektrisch mit Masse verbunden, um dadurch sowohl als Spiegel als auch als gemeinsame Vorspannungselektrode zu funktionieren. Das elektrisch polarisierbare Dünnfilmelement 272, das aus einem piezoelektrischem Material, zum Beispiel Bleizirkoniumtitanat (PZT), oder einem elektrostriktiven Material, zum Beispiel Bleimagnesiumniobat (PMN) besteht, ist zwischen der ersten und zweiten Dünnfilmelektrode 292, 265 angeordnet. Die zweite Dünnfilmelektrode 265, die aus einem elektrisch leitenden Material, zum Beispiel Platin/Tantal (Pt/Ta), besteht, ist auf der Oberseite des elastischen Elements 255 angeordnet und ist elektrisch mit einem zugehörigen Transistor über den Leiter 282 und den Verbindungsanschluss 214 verbunden und ist elektrisch von der zweiten Dünnfilmelektrode 265 in anderen betätigten Dünnfilmspiegeln 295 getrennt, so dass sie als Signalelektrode in jedem der betätigten Spiegel 295 funktioniert. Das elastische Element 255, das aus einem Nitrid, zum Beispiel Siliziumnitrid, besteht, ist unterhalb der zweiten Dünnfilmelektrode 265 angeordnet. Ein unterer Abschnitt an deren proximalem Ende ist an der Oberseite der aktiven Matrix 210 befestigt, um die betätigende Struktur 220 freitragend zu lagern. Der Leiter 282, der aus einem Metall, zum Beispiel Wolfram (W), besteht, erstreckt sich von der Oberseite der zweiten Dünnfilmelektrode 265 zu der Oberseite des zugehörigen Verbindungsanschlusses 214 um dadurch die zweite Dünnfilmelektrode 265 elektrisch mit dem Verbindungsanschluss 214 zu verbinden. Das Isolationselement 284 ist zwischen der Oberseite des Leiters 282 und der Oberseite der ersten Dünnfilmelektrode 292 ausgebildet, um dadurch zu verhindern, das die erste Dünnfilmelektrode 292 elektrisch mit der zweiten Dünnfilmelektrode 262 verbunden ist.
Die Fig. 3A bis 3M zeigen schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung 200 von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 295, wie in Fig. 2 dargestellt, veranschaulichen.
Der Prozess für die Herstellung der Anordnung 200 beginnt mit dem Herstellen einer aktiven Matrix 210, die ein Substrat 212 umfasst, einer Anordnung von M · N Verbindungsanschlüssen 214 und einer Anordnung M · N Transistoren (nicht dargestellt). Das Substrat 210 besteht aus einem isolierenden Material, zum Beispiel einem Silizium-Wafer. Jeder der Verbindungsanschlüsse 214 ist elektrisch mit einem zugehörigen Transistor in der Anordnung der Transistoren verbunden. In einem nachfolgenden Schritt wird eine Passivierungsschicht 216 die beispielsweise aus einem Phosphor-Silikatglas (PSG) oder Siliziumnitrid besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, auf der Oberseite der aktiven Matrix 210 gebildet, beispielsweise unter Verwendung eines CVD-Verfahrens oder eines Spin- Beschichtungsverfahrens. Danach wird, wie dies in Fig. 3A dargestellt ist, eine Ätzstoppschicht 218, die aus Siliziumnitrid besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, auf der Oberseite der Passivierungsschicht 216 abgeschieden, beispielsweise unter Verwendung eines Aufsprühverfahrens (sputtering method) oder eines CVD-Verfahrens.
Dann wird eine Dünnfilm-Opferschicht 240 auf der Oberseite der Ätzstoppschicht 218 gebildet, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist. Die Dünnfilm-Opferschicht 240 wird gebildet unter Verwendung eines Aufsprüh- oder eines Dampfabscheidungsverfahren, wenn die Dünnfilm-Opferschicht aus einem Metall besteht, unter Verwendung eines CVD- oder eines Spin- Beschichtungsverfahrens, wenn die Dünnfilm-Opferschicht 240 aus PSG besteht, oder unter Verwendung eines CVD-Verfahrens, wenn die Dünnfilm-Opferschicht 240 aus einem Polysilizium besteht.
Als nächstes wird, wie dies in Fig. 3C dargestellt ist, die Oberseite der Dünnfilm-Opferschicht 240 flach gemacht unter Verwendung eines Spin-On-Glass-Verfahrens (spin an glass=SOG) oder unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens (chemical mechanical polishing = CMP) gefolgt von einem Reinigungsverfahren.
Anschließend wird, wie dies in Fig. 3D dargestellt ist, unter Verwendung eines trockenen oder eines nassen Ätzverfahrens eine Anordnung von M · N Paaren von leeren Ausnehmungen 242 in der Dünnfilm-Opferschicht 240 derart erzeugt, dass eine der leeren Aufnehmungen 242 in jedem Paar fluchtend zu einem der Verbindungsanschlüsse 214 ausgerichtet ist.
In einem nächsten Schritt wird unter Verwendung eines CVD- Verfahrens, wie in Fig. 3E dargestellt, ein elastisches Element 250, das aus Nitrid, beispielsweise Siliziumnitrid, besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, auf die Oberseite der Dünnfilm-Opferschicht 240 einschließlich der leeren Aufnehmungen 242 abgeschieden. Während des Abscheidens wird die Spannung innerhalb der elastischen Schicht 250 kontrolliert durch Ändern des Verhältnisses der Reaktionsgase als Funktion der Zeit.
Danach wir unter Verwendung eines Aufsprühverfahrens oder eines Vakuum-Dampfabscheidungsverfahrens, wie in Fig. 3F dargestellt, eine zweite Dünnfilmschicht 260, die aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Pt/Ta besteht und eine Dicke von 0,2 bis 2 um aufweist, auf der Oberseite des elastischen Elements 250 gebildet. Die zweite Dünnfilmschicht 260 wird dann in eine Anordnung von M · N zweiten Dünnfilmelektroden 265, die in Fig. 2 dargestellt sind, unter Verwendung eines trockenen Ätzverfahrens unterteilt, wobei jede der zweiten Dünnfilmelektroden 265 elektrisch von anderen zweiten Dünnfilmelektroden 265 getrennt ist.
Dann wird, wie dies in Fig. 3 G dargestellt ist, eine elektrisch polarisierbare Dünnfilmschicht 270, die aus piezoelektrischen Material, zum Beispiel PZT, oder einem elektrostriktiven Material, zum Beispiel PMN, besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, auf die Oberseite der Anordnung von M · N zweiten Dünnfilmelektroden 265 unter Verwendung eines Dampfabscheidungsverfahrens (evaporation method), eines Sol- Gel-Verfahrens, eines Aufsprühverfahrens (sputtering method) oder eines CVD-Verfahrens abgeschieden. Die elektrisch polarisierbare Dünnfilmschicht 270 wird dann unter Verwendung eines schnellen thermischen Temperverfahrens (rapid thermal annealing=RTA) behandelt, um einen Phasenübergang zu ermöglichen.
Da die elektrisch polarisierbare Dünnfilmschicht 270 ausreichend dünn ist, besteht für den Fall, dass sie aus einem piezoelektrischen Material besteht, keine Notwendigkeit, sie zu polen, da sie während des Betriebs der betätigten Dünnfilmspiegel 295 durch das angelegte elektrische Signal gepolt werden kann.
Während eines nachfolgenden Schrittes wird eine Anordnung von M · N Löchern 280 unter Verwendung eines Ätzverfahrens erzeugt, wobei jedes der Löcher sich ausgehend von der Oberseite der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht 270 zu einer Oberfläche eines zugehörigen Verbindungsanschlusse erstreckt.
In einem folgenden Schritt wird der Leiter 282 gebildet durch Auffüllen eines Abschnittes jedes der Löcher 280 mit einem Metall, beispielsweise Wolfram (W), beispielsweise unter Verwendung eines Lift-Off-Verfahrens derart, dass der Leiter 282 in elektrischem Kontakt mit der zweiten Dünnfilmschicht 260 und dem zugehörigen Verbindungsanschluss 214 entsteht, wie in Fig. 3I dargestellt ist.
Nachfolgend wird, wie dies in Fig. 3J dargestellt ist, ein Isolationselement 284 in dem verbleibenden Abschnitt jedes der Löcher 280 gebildet durch Auffüllen mit einem isolierenden Material, zum Beispiel einem Oxid oder einem Nitrid, unter Verwendung eines Lift-Off-Verfahrens bis die Oberseite des Isolationselements 284 in einer Ebene ist mit der Oberseite der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht 270, um dadurch die Wahrscheinlichkeit für das Bilden eines elektrischen Kontakts zwischen der zweiten Dünnfilmelektrode 265 und einer ersten Dünnfilmschicht 290, die auf der Oberseite der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht 270 erzeugt werden muss, zu reduzieren.
Danach wird, wie in Fig. 3K dargestellt ist, eine erste Dünnfilmschicht 290, die aus einem elektrisch leitenden und reflektierenden Material, beispielsweise Aluminium (Al) oder Silber (Ag) besteht und eine Dicke von 09,1 bis 2 um aufweist, auf der Oberseite der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht und des isolierenden Elements 284 gebildet unter Verwendung eines Aufsprühverfahrens oder eines Vakuum-Dampf- Abscheidungsverfahrens, um dadurch eine Mehrschichtstruktur 252 zu bilden.
In einem weiteren Schritt wird, wie in Fig. 3L dargestellt, die Mehrschichtstruktur 252 in eine Anordnung von M · N halbfertigen betätigten Spiegeln 245 strukturiert unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens oder eines Lasertrimmverfahrens (laser trimming method), bis die Dünnfilm- Opferschicht 240 freiliegt. Jeder der M · N halbfertigen betätigten Spiegel 245 umfasst eine erste Dünnfilmelektrode 292, ein elektrisch polarisierbares Dünnfilmelement 245, die zweite Dünnfilmelektrode 265 und ein elastisches Element 255.
Auf den vorangehenden Schritt folgt ein vollständiges Abdecken jedes der halbfertigen betätigten Spiegel 245 mit einer Dünnfilm-Schutzschicht (nicht dargestellt).
Die Dünnfilm-Opferschicht 240 wird dann entfernt mittels eines Nass-Ätzverfahrens unter Verwendung eines Ätzmittels oder einer Chemikalie, beispielsweise Dampf aus Wasserstoffflourid (HF), um dadurch einen Betätigungsraum für jeden der betätigten Dünnfilmspiegel 295 zu bilden.
Als nächstes wird die Dünnfilm-Schutzschicht entfernt.
Schließlich wird die aktive Matrix 210 vollständig in eine gewünschte Form unterteilt unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens oder eines Lasertrimmverfahrens, um dadurch die Anordnung 200 von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 296 zu bilden, wie in Fig. 3M dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Anordnung 300 von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 395 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung 300 eine aktive Matrix 310 uni eine Anordnung von M · N betätigenden Strukturen 320 aufweist.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Anordnung 300 von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln 395, wobei die zweite Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform ist, außer dass das Isolationselement 284 derart gebildet ist, dass es die Oberseite des Leiters 282 und auch das elektrisch polarisierbare Dünnfilmelement 275 abdeckt. Mit anderen Worten: Das isolierende Element 284 liegt in Schichtform vor und befindet sich zwischen der ersten Dünnfilmelektrode 292 und dem elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelement 275, wobei sich das isolierende Element 284 von der oberen Oberfläche des Leiters 282 zu einem distalen Ende des elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelements 275 erstreckt. In diesem Fall besteht das isolierende Element 284 aus einem elektrisch polarisierbaren Keramikmaterial, beispielsweise MZrxTiyO&sub3;, wobei M für Pb steht das teilweise oder vollständig durch eines oder mehrere der folgenden Elemente ersetzt werden kann: Ca, Ba, Mg, Li, Cu, Ag, Au oder Cd. Weiterhin kann MZrxTiyO&sub3; auch mit geringen Mengen von Mg, Na, Nb, La oder Zn dotiert sein.
Alternativ sind in den Fig. 5A bis 5D ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen gezeigt, die ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die Schritte zum Herstellen der zweiten Ausführungsform identisch mit den Schritten zum Herstellen der in den Fig. 3A bis 3I gezeigten ersten Ausführungsform sind, bis zu dem Schritt zum Herstellen des isolierenden Elements 284 auf der Oberfläche des Leiters 282 und dem elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelement 275.
In Fig. 5A wird das isolierende Element 284 auf der Oberseite des Leiters 282 und der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht 270 in jeder der betätigenden Strukturen 320 erzeugt unter Verwendung eines Dampfabscheidungsverfahrens, eines Sol-Gel-Verfahrens, eines Aufsprühverfahrens oder eines CVD-Verfahrens wobei das isolierende Element die Leiter 282 und die dünne elektrisch polarisierbare Schicht 270 vollständig überdeckt.
Anschließend wird, wie in Fig. 5B dargestellt, eine erste Dünnfilmschicht 390, die aus einem elektrisch leitenden und lichtreflektierenden Material, beispielsweise Aluminium (Al) oder Silber (Ag) besteht und eine Dicke von 0,1 bis 2 um aufweist, auf der Oberseite des isolierenden Elements 284 unter Verwendung eines Aufsprühverfahrens oder eines Vakuum- Dampfabscheidungsverfahrens gebildet, um dadurch eine Mehrschichtstruktur 352 zu bilden.
In einem nächsten Schritt wird, wie in Fig. 5C dargestellt ist, die Mehrschichtstruktur 352 in eine Anordnung von M · N halbfertigen betätigten Spiegel 345 unter Verwendung eines Photolithographie-Verfahrens oder eines Lasertrimmverfahrens strukturiert, bis die Dünnfilm-Opferschicht 240 freiliegt. Jede der M · N halbfertigen betätigten Spiegel 345 umfasst eine erste Dünnfilmelektrode 392, ein isolierendes Element 284, ein elektrisch polarisierbares Dünnfilmelement 275, die zweite Dünnfilmelektrode 265 und ein elastisches Element 255.
Die nachfolgenden Schritte sind ähnlich denen zur Herstellung der ersten Ausführungsform, um dadurch die Anordnung 300 von M · N betätigten Dünnfilmspiegel 395, die in Fig. 5D dargestellt ist, zu bilden.
Im Vergleich zu der Anordnung 100 von M · N betätigten Dünnfilmspiegel 150 nach dem Stand der Technik und deren Herstellverfahren, ist bei den erfindungsgemäßen Anordnungen 200, 300 der M · N betätigten Dünnfilmspiegel 295, 395 und deren Herstellverfahren eine Wahrscheinlichkeit für einen Kurzschluss zwischen den ersten und zweiten Dünnfilmelektroden reduziert durch Einfügen des Isolationselements 284 zwischen dem Leiter 282 und der ersten Dünnfilmelektrode 392 bei jedem der betätigten Dünnfilmspiegel 395.
Es sollte erwähnt werden, dass obwohl die betätigten Dünnfilmspiegel 295, 395 und deren Herstellverfahren in Bezug auf einen Fall beschrieben wurden, bei dem jeder der betätigten Dünnfilmspiegel eine unimorphe Struktur aufweist, die oben erläuterten Ideen in gleicher Weise auf einen Fall übertragen werden können, bei dem jeder der betätigten Dünnfilmspiegel eine bimorphe Struktur aufweist, wobei der zuletzt genannte Fall lediglich eine zusätzliche elektrisch polarisierbare Schicht und eine Elektrodenschicht und deren Herstellung umfasst.
Nachdem die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, der in den nachfolgenden Ansprüchen angegebenen ist, abzuweichen.

Claims

1. Eine Anordnung von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln, wobei M und N ganze Zahlen sind, zur Verwendung in einem optischen Projektionssystem, wobei die Anordnung aufweist: eine aktive Matrix (210); und eine Anordnung von M · N betätigenden Strukturen (220), wobei jede der betätigenden Strukturen aufweist: ein elastisches Element, einen unteren Abschnitt an einem proximalen Ende, der an der aktiven Matrix (210) befestigt ist, um dadurch das elastische Element freitragend zu halten, eine erste Dünnfilmelektrode (292), die elektrisch an Masse angeschlossen ist, so dass die erste Dünnfilmelektrode als Spiegel und als Vorspannungselektrode funktioniert, eine zweite Dünnfilmelektrode (265), einen Leiter (282), der sich von der Oberseite der zweiten Dünnfilmelektrode (265) nach unten zu der aktiven Matrix (210) erstreckt und den Leiter (282) und die zweite Elektrode (265) elektrisch miteinander verbindet, so dass die zweite Dünnfilmelektrode als Signalelektrode funktioniert, ein elektrisch polarisierbares Dünnfilmelement (275), das zwischen der ersten und zweiten Dünnfilmelektrode angeordnet ist; und ein Isolationselement (284), wobei das Isolationselement zwischen der Oberseite des Leiters (282) und der Unterseite der ersten Dünnfilmelektrode angeordnet ist, wodurch die ersten und zweiten Dünnfilmelektroden durch das Isolationselement und die elektrisch polarisierbare Schicht (275) elektrisch isoliert sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Isolationselement (284) aus Nitrid besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Isolationselement (284) aus einem elektrisch polarisierbaren Material besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der das Isolationselement (284) schichtförmig ausgebildet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der das Isolationselement (284) die Oberseite des Leiters und das elektrisch polarisierbare Dünnfilmelement bedeckt.

6. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit M · N betätigten Dünnfilmspiegeln, wobei M und N ganze Zahlen sind, zur Verwendung in einem optischen Projektionssystem, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Herstellen einer aktiven Matrix (210) mit einem Substrat und einer Anordnung von M · N Verbindungsanschlüssen (214);

Herstellen einer Passivierungsschicht (116) auf der Oberseite der aktiven Matrix;

Abscheiden einer Ätzstoppschicht (118) auf der Oberseite der Passivierungsschicht;

Herstellen einer Dünnfilm-Opferschicht (240) auf der Oberseite der Ätzstoppschicht;

Herstellen einer Anordnung von M · N Paaren von leeren Aussparungen in der Dünnfilm-Opferschicht in der Weise, dass eine der leeren Aussparungen jedes Paares einen der Verbindungsanschlüsse (214) umgibt;

Abscheiden einer elastischen Schicht (255) einer zweiten Dünnfilmschicht (265) und einer elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht (275) aufeinanderfolgend auf die Oberseite der Dünnfilm-Opferschicht (240) einschließlich der leeren Aussparungen,

Strukturieren der elektrisch polarisierbaren Schicht (275) und der zweiten Dünnfilmschicht, um eine Anordnung von M · N elektrisch polarisierbaren Elementen und eine Anordnung von M · N zweiten Dünnfilmelektroden (265, 292) zu bilden;

Bilden einer Anordnung von M · N Leitern (282), wobei sich jeder der Leiter von der zweiten Dünnfilmelektrode (265) zu der Oberseite des zugehörigen Verbindungsanschlusses erstreckt;

Bilden einer Anordnung von M · N Isolationselementen, so dass die Oberseiten der Leiter (282) bedeckt sind;

Abscheiden einer ersten Dünnfilmschicht: (292) auf die Oberseite der Anordnung der M · N Isolationselemente und der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmelemente, um dadurch eine Mehrschichtstruktur zu bilden;

Strukturieren der Mehrschichtstruktur in eine Anordnung aus M · N betätigten Spiegelstrukturen, bis die Dünnfilm- Opferschicht (240) freiliegt; und

Entfernen der Dünnfilm-Opferschicht unter Verwendung eines Ätzmittels oder eine Chemikalie um dadurch die Anordnung von M · N betätigten Dünnfilmspiegeln zu bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Herstellens einer Dünnfilm-Opferschicht (240) weiterhin den Schritt, deren Oberfläche zu ebnen, umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt zum Herstellen der Anordnung der M · N Leiter (282) weiterhin den Schritt umfasst, eine Anordnung von M · N Löchern herzustellen, wobei sich jedes der Löcher von der Oberseite der elektrisch polarisierbaren Dünnfilmschicht (275) zu der Oberseite eines zugehörigen Verbindungsanschlusses erstreckt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Anordnung der M · N Leiter (284) durch Auffüllen der Löcher mit einem Metall bis zu der zweiten Dünnfilmelektrode gebildet wird, um dadurch eine Anordnung von M · N Leitern zu bilden, wobei sich jeder der Leiter von der Oberseite des zugehörigen Verbindungsanschlusses zu der zweiten Dünnfilmelektrode erstreckt.

10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Isolationselement (284) aus Nitrid besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Isolationselement (284) aus einem elektrisch polarisierbaren Material besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Isolationselemente schichtförmig ausgebildet sind und jeden der Leiter und die elektrisch polarisierbare Dünnfilmschicht bedecken.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei der das Isolationselement (286) durch ein Dampfabscheidungs-, ein Sol-Gel-, ein Aufsprüh- oder ein CVD-Verfahren hergestellt wird.