KR100724081B1 - 마이크로미러 어레이, 프로젝션 시스템, 광 변조 방법, 광 마이크로기계식 소자 및 광선을 공간적으로 변조시키는 방법 - Google Patents

Abstract

스위칭 방향을 따라서의 광회절 및 특히 수집 광학계의 수용 원추로의 광 회절을 최소화하기 위해서, 본 발명에 있어서 직사각형이 아닌 마이크로미러들이 제공된다. 또한 본 발명의 광공급 광학계의 비용과 디스플레이 유닛의 크기를 최소화하기 위해서, 광원은 어레이의 행(또는 열)에 대해 수직으로 배치되고/되거나, 광원은 어레이의 활성 영역을 정의하는 프레임의 변에 대해 수직으로 배치된다. 그러나, 입사 광선은 활성 영역들의 변에 대해 수직이지만, 어레이 내의 각각의 마이크로미러들의 변들의 어떤 실질적인 부분에 대해서도 수직하지 않다. 수직인 변은 입사광이 마이크로미러 스위칭의 방향을 따라 회절하도록 하고, 결국 마이크로미러들이 '오프' 상태에 있는 경우에도 '누설' 광이 '온' 상태로 입사되도록 한다. 이러한 광 회절은 마이크로미러들의 콘트라스트 비를 감소시킨다. 본 발명의 마이크로미러들은 개선된 콘트라스트 비를 이끌어내고, 본 발명에서의 마이크로미러 어레이에 대한 관원의 구성은 시스템을 좀 더 콤팩트하게 한다. 본 발명의 다른 특징은 온 및 오프 위치(온 위치가 광을 수집 광학계로 조사함)에 대해 반대 방향으로 피벗할 수 있는 마이크로미러들의 기능에 있다. 본 발명의 또다른 특징은 마이크로미러 어레이를 위한 패키지인데, 이 패키지는 마이크로미러들이 위에 형성되는 기판에 대해 평행하지 않은 창을 가진다. 본 발명의 한 예는 상기의 모든 특징들을 가진다.

마이크로미러, 프로젝터, 프로젝션

Description

마이크로미러 어레이, 프로젝션 시스템, 광 변조 방법, 광 마이크로기계식 소자 및 광선을 공간적으로 변조시키는 방법{Micromirror array, Projection System, Light Modulation Method, Optical Micromechanical Element and Method for Spatially Modulating a Light Beam}

본 발명은, 예컨대 프로젝션 디스플레이를 위한, 가동식(可動式) 마이크로미러들(movable micromirrors) 및 마이크로미러 어레이들(micromirror arrays)에 관한 것이다. 휴이버스(Huibers)의 미국 특허 제5,835,256호 및 제6,046,840호와 휴이버스 등의 미국 특허출원 제09/617,419호는 그 각각의 주제가 본 명세서에서 참조로 언급된 것으로, 광 스위치와 같은 곳에서 광선(光線)을 조종하고/하거나 디스플레이(예컨대, 프로젝션 디스플레이)를 위한 마이크로-전기기계식 장치들(MEMS)을 개시한다. 공통 특징은 마이크로미러 소자인데, 마이크로미러는 마이크로미러 소자의 틸트 각도에 따라서 다른 각도를 통해서 광을 편향시키도록 움직일 수 있다. 종래의 다이렉트 뷰(direct view) 또는 프로젝션 디스플레이 시스템의 한 형태에 있어서, 반사식 마이크로미러 소자들의 어레이가 상을 만들기 위해 제공된다. 전형적으로, 마이크로미러 소자들은 사각형이고, '온(on)' 상태에 대해서는 단일의 틸트 각도를 가지면서 오프(off) 상태에 대해서는 평편하거나 또는 '온' 및 '오프' 상태에 대해 반대 부호의 동일한 틸트 각도를 가진다.

스위칭 방향을 따라서의 광 회절 특히 수집 광학계(collection optics)의 수용 원추(acceptance cone) 속으로의 광 회절을 줄이기 위해, 직사각형(여기서 사용되는 "직사각형"은 정사각형을 포함함)이 아닌 마이크로미러들이 제공된다. 여기서 언급되는 회절은 주기적 구조의 광의 산란을 나타내는 것으로, 여기서의 광은 단색이거나 동위상일 필요는 없다. 또한, 본 발명의 디스플레이 유닛의 크기 및 광공급 광학계(illumination optics)의 비용을 줄이기 위해, 광원은 어레이의 행(또는 열)에 대해 직각으로 배치되고/되거나, 광원은 어레이의 활성 영역을 정의하는 프레임의 변(邊)에 대해 직각으로 배치된다. 그러나, 입사 광선은 행(또는 열) 및/또는 활성 영역의 변에 대해서는 수직하지만, 어레이 내의 각 마이크로미러의 변들에 대해서는 수직해서는 안된다. 수직 변들은 입사광이 마이크로미러의 스위칭 방향을 따라서 회절하도록 하고, 마이크로미러가 '오프' 상태에 있는 경우에도 '누설' 광이 '온' 상태로 입사되도록 한다. 이러한 광 회절은 마이크로미러의 콘트라스트 비를 감소시킨다.

본 발명은 마이크로미러 어레이의 콘트라스트 비를 최적화하여, 마이크로미러들이 '오프' 상태에 있을 때, 마이크로미러들이 '온'상태에 있을 때에 광이 조사되는 곳의 공간 영역에 최소의 광을 보내도록 한다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명은 특별히 배치된 광원과 입사광선과 어레이 내의 특별히 디자인된 마이크로미러들을 포함하여, 프로젝션(또는 뷰) 광학계의 수용 원추(acceptance cone)로 회절되는 광을 줄여서 콘트라스트비가 향상되도록 한다. 본 발명의 구성 및 디자인은 일정하게 반복되는 마이크로미러의 축들을 따라서 어레이에 광이 공급되더라도 마이크로미러들의 조밀한 조립과 '오프'상태에서 '온' 상태로 적게 회절되게 하는 큰 채움 인수(fill factor)를 고려함으로써 어레이 내에서 비반사 영역(non-reflective area)이 최소화되도록 한다. 환언하면, 이러한 디자인은 마이크로미러의 회전축에 대해 평행하지 않는 모퉁이 변들(angular sides)을 통해 콘트라스트 비를 최적화한다. 그리고, 이러한 디자인은 상대적으로 작은 영역만이 필요하도록 하여 이웃하는 마이크로미러들이 낭비되는 비반사 영역을 조금만 가지고 서로 연결되도록 하는 힌지(hinge)들을 통해서 채움 인수를 최적화한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 마이크로미러의 구조와 형태는 마이크로미러들이 정전기적으로 편향될 때 인접 마이크로미러들 간의 크로스 토크(cross talk)를 줄인다.

본 발명의 또다른 태양은 각 마이크로미러들이 평편하거나 편향되지 않은 상태 주위로 비대칭적으로 틸트하는 마이크로미러 어레이에 관한 것이다. 마이크로미러들의 '오프' 상태를 '온' 상태의 마이크로미러들의 각도보다 작은 반대의 각도로 되게 함으로써, a) 수집 광학계로 입사되는 마이크로미러들의 에지들로부터의 회절되는 광이 줄어들고, b) 수집 광학계로 입사되는 마이크로미러들의 바로 아래에서 산란되는 광이 또한 줄어들고, c) 마이크로미러들의 이동이 줄어들어 인접한 마이크로미러들이 서로 부딪히는 경우를 줄이고, 또한 마이크로미러들 간의 갭을 줄여서 마이크로미러 어레이의 채움 인수를 증가시키도록 하고, d) 마이크로미러들의 편향 각도는 온 및 오프 상태에 대해 동일한 편향 각을 가진 마이크로미러 어레이 구성보다 크게 증가될 수 있다. 본 발명의 또다른 태양은, 각 마이크로미러가 피벗 축을 갖고 각 마이크로미러가 피벗 축에 대해 45도 이하의 각도로 경사져서 연장되는 하나 이상의 연장된 변을 갖는 피벗식 마이크로미러들(pivotable micromirrors)의 어레이에 관한 것이다. 바람직하게는 상기 각도는 30 내지 42.5도이다. 본 발명의 또다른 태양은, 각 마이크로미러가 4개 이상의 변을 갖고, 이들 변들 중 2개는 90도 이하의 각도로 경사져서 서로 만나는 가동식 마이크로미러들(movable micromirrors)의 어레이에 관한 것이다. 상기 각도는 바람직하게는 45도 내지 85도이다.

본 발명의 또다른 태양은 마이크로미러 어레이를 위한 패키지에 관한 것으 로, 이것은 마이크로미러들이 위에 형성되는 기판과 평행하지 않는 패키지의 광 투과성 부분을 가진다. 광 투과성 부분은 폴리머(polymer), 석영(quartz) 또는 유리의 플레이트와 같은 임의의 적당한 재료일 수 있고, 패키지 내에서의 평행한 광 투과성 플레이트에서 기인하는 것과는 다른 방향으로 광 투과성 기판에서의 거울 반사를 향하게 하는 것을 허용한다. 바람직하게는, 거울 반사는 수집 광학계에서 충분히 멀리 향해져서, 광공급 원추의 크기의 증가는 거울 반사가 수집 광학계로 들어가는 것을 막도록 한다.

본 발명의 또다른 태양은, 활성 마이크로미러들의 어레이, 광원 및 수집 광학계를 포함하고, 활성 마이크로미러들의 어레이는 직사각의 형태로 배치되고, 마이크로미러들은 오프 상태와 온 상태 사이에서 스위칭 축을 중심으로 회전할 수 있고, 마이크로미러들은 화상(viewed image)내의 화소들과 대응되고, 광원은 마이크로미러들의 어레이에 광을 조사하고, 광원은 각 마이크로미러의 적어도 2개의 변에 대해 수직하지 않는 광을 조사하도록 배치되고, 수집 광학계는 온 상태에 있는 마이크로미러들로부터의 광을 받아들이는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 마이크로미러들의 어레이, 광원 및 수집 광학계를 포함하고, 각 마이크로미러는 화상 내의 화소에 대응되고 오목한 다각형 또는 하나 이상의 직사각형이 아닌 평행사변형들의 형태를 가지고, 광원은 마이크로미러들의 어레이에 광을 조사하고, 수집 광학계는 마이크로미러들에서 반사된 광을 받아들이는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 입사 광선(光線)을 제공하기 위한 광원, 가동식 반사 소자들의 어레이 및 어레이로부터 광을 투영하기 위한 수집 광학계를 포함하고, 프로젝션 시스템에서 투영된 이미지는 직사각형의 상으로 타깃(target)에 나타나고, 이미지는 수천개에서 수만개의 화소로 형성되고, 각 화소는 오목 다각형, 하나의 직사각형이 아닌 평행사변형 또는 직사각형이 아닌 평행사변형의 조립체의 형태인 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 광원, 가동식 마이크로미러 소자들의 어레이 및 수집 광학계를 포함하고, 어레이 내의 각 마이크로미러 소자는 어레이의 활성 영역의 적어도 한 변에 대해 실질적으로 평행이고 마이크로미러의 하나 이상의 변들에 대해 35도 내지 60도로 경사진 스위칭 축을 가지는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 태양은, 광원과 가동식 마이크로미러 소자들의 어레이를 포함하고, 각 마이크로미러 소자는 입사 광선에 대해 수직하지 않고 활성 영역의 어떤 변과도 수직하지 않는 전방 변을 가져서, 입사 광선에 대해 수직인 변들을 가지는 마이크로미러 소자들과 비교할 때 2 내지 10배의 콘트라스트 비의 증가를 달성하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

발명의 또다른 태양은, 광원, 수집 광학계 및 가동식 마이크로미러 소자들의 어레이를 포함하고, 도 21c에 도시된 것과 실질적으로 동일한 회절 패턴을 가지는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 광원과 가동식 마이크로미러들의 직사각형 어레이를 포함하고, 마이크로미러는 온 상태와 오프 상태 사이에서 움직일 수 있고 미리 설정된 공간 영역에 온 상태의 광을 반사시킬 수 있는 프로젝션 시스템으로서, 광원은 어레이에 의해 정의되는 직사각형의 적어도 하나의 변에 대해 실질적으로 90도의 각도로 광을 조사하도록 배치되고, 마이크로미러가 오프 상태일 때 회절된 광이 미리 설정된 공간 영역에 실질적으로 전혀 입사되지 않는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 마이크로미러의 직사각형 어레이 상에 광선을 조사하는 단계 및 타깃 상에 상(像)을 형성하기 위해 타깃 상에 마이크로미러로부터의 광을 투영하는 단계를 포함하고, 광선은 90도에서 ±40도 범위 내의 각도로 직사각형 어레이의 전방 변으로 조사되고, 어레이 내의 마이크로미러들은 다각형 형상을 가지며 광선이 90도 이외의 각도로 모든 다각형 변들 상에 입사되도록 위치하는 타깃 상에 상을 투영하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 부분은, 광원, 광 수집 광학계, 및 광원으로부터의 광선을 공간적으로 변조하도록 배치된 마이크로미러들의 어레이를 포함하고, 어레이는 기판 상에 형성되고, 각 마이크로미러는 동작 중이 아닐 때는 제 1 위치에 있을 수 있고, 각 마이크로미러는 어레이에 대한 광 수집 광학계로 광을 조사하는 온(on) 위치로 움직일 수 있고 광 수집 광학계 밖으로 광을 조사하기 위한 오프 위치로 반대 방향으로 움직일 수 있도록 구성되고, 상기 온 위치와 오프 위치 모두는 상기 제 1 위치와는 다르고, 온 위치와 제 1 위치가 이루는 각은 오프 위치와 제 1 위치가 이루는 각과 다른 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 프로젝션 시스템은 프로젝션 디스플레이에서 마이크로미러들의 어레이의 부분이다. 마이크로미러들은 바람직하게는 광 투과성 기판 또는 반도체 상에 배치된다. 상기 기판은 바람직하게는 마이크로미러를 움직이게 하기 위한 전극들 및 회로를 갖는 실리콘 기판이다. 한 전극은 바람직하게는 마이크로미러를 온 위치로 정전기적으로 움직이게 하기 위해 제공되고, 다른 한 전극은 비편향 위치에 대해 마이크로미러를 오프 위치로 정전기적으로 움직이게 하기 위해 제공된다. 마이크로미러들의 온 및 오프 위치들은 1도 이상으로 서로 다르다. 마이크로미러들은 바람직하게는 온 위치로 적어도 +12도 회전할 수 있고, 반대 방향으로 -4 내지 -10도 회전할 수 있다. 프로젝션 시스템은 바람직하게는 프론트 또는 리어 스크린 프로젝션 텔레비젼 또는 컴퓨터 모니터이다. 마이크로미러들은 바람직하게는 상기 제 1 위치로부터 축 주위를 회전하여 상기 온 또는 상기 오프 위치에 도달하도록 구성된다. 마이크로미러들은 바람직하게는 단일 축 주위로 회전하도록 구성된다. 수집 광학계는 바람직하게는 모든 마이크로미러들을 위한 단일 렌즈 또는 렌즈 그룹이다. 마이크로미러들은 바람직하게는 디지털적으로 어드레스된다. 마이크로미러들은 펄스 폭 변조에 의해 그레이 스케일을 달성한다. 프로젝션 시스템은 수집 광학계로부터의 광이 입사되는 타깃을 더욱 포함한다. 광원은 아크 램프이다. 오프 및 온 위치는 바람직하게는 마이크로미러들이 맞닿는 구조에 의해 정의된다. 프로젝션 시스템은 바람직하게는 온 및 오프 마이크로미러들의 패턴이 입사되는 스크린을 더욱 포함한다. 프로젝션 시스템은 바람직하게는 마이크로미러 어레이 상에 일련의 연속적 컬러를 제공하기 위한 컬러 필터를 더욱 포함한다. 프로젝션 시스템은 어레이 상의 광 분포의 균일성을 향상시키기 위한 디바이스를 더욱 포함한다. 수집 광학계는 바람직하게는 마이크로미러 어레이로부터의 광 패턴을 타깃에 투영하도록 배치된 복수의 렌즈들이다. 프로젝션 시스템은 바람직하게는 원추형 광을 마이크로어레이 상에 조사하고 포커싱하기 위한 하나 이상의 마이크로미러들 또는 렌즈들을 더욱 포함한다. 바람직하게는 프로젝션 시스템은 프론트 또는 리어 프로젝션 디스플레이이다. 바람직하게는 프로젝션 시스템은 감광 물질의 마스크가 없는 패턴닝(maskless patterning)을 위한 마스크 프로젝터이다. 바람직하게, 프로젝션 시스템은 포토리소그래피 시스템의 프로젝터이다. 마이크로미러들은 바람직하게는 기판에 대해 한 방향으로 온 위치로 회전할 수 있고, 기판에 대해 반대 방향으로 오프 위치로 회전할 수 있다. 회로 및 전극들이 마이크로미러들과 동일한 기판 상에 형성된다. 회로 및 전극들은 바람직하게는 상기 기판에 접합되는 제 2 기판 상에 형성된다. 부가 전극들이 바람직하게는 인접 마이크로미러들과 동전위에 있다. 광원, 미어크로미러 어레이 및 수집 광학계는 바람직하게는 타깃 상에 이미지를 투영하도록 배치된다. 타깃은 바람직하게는 시청자의 망막, 감광물질 또는 스크린이다. 어레이의 모든 온 마이크로미러들은 광을 수집 광학계를 통해 공동으로 조사하도록 배치된다. 마이크로미러 어레이는 바람직하게는 광원으로부터의 광선이 마이크로미러 어레이에 입사되도록 하는 패키지 내의 광 투과성 창을 갖는 패키지화된 마이크로미러 어레이이고, 여기서 광 투과성 창은 마이크로미러들의 기판에 평행하지 않는다. 광 투과성 창은 바람직하게는 마이크로미러 어레이 기판에 대해 -2 내지 -15도 각도로 경사져 있다. 광 투과성 창은 바람직하게는 마이크로미러 어레이 기판에 대해 -3도 내지 -10도 각도로 경사져 있다. 마이크로미러들의 어레이는 바람직하게는 직사각형 형상으로 배치되고, 마이크로미러들은 온 상태 및 오프 상태 사이에서 스위칭 축 주위로 회전할 수 있고, 마이크로미러들은 화상 내의 화소에 대응되고; 광원은 각 마이크로미러의 적어도 2 변에 대해 직각이 아닌 광을 조사하고, 마이크로미러들의 위에서 볼 때 각 마이크로미러의 적어도 다른 2개의 변들에 대해 평행한 광을 조사하도록 배치된다. 광원은 바람직하게는 마이크로미러들의 스위칭 축들에 대해 실질적으로 수직인 각도로 광을 조사한다. 바람직하게, 프로젝션 시스템은 광원 및 마이크로미러 어레이 사이에 제공되는 색 분리 구성요소를 더욱 포함한다. 광원은 바람직하게는 광을 마이크로미러들에 조사하도록 배치되어, 광이 각 마이크로미러의 전방 변에 약 100도 내지 150도 각도로 경사져서 닿도록 한다.

본 발명의 또다른 태양은, 광원으로부터의 광선을 공간적으로 변조하도록 배 치된 마이크로미러들의 어레이를 통해서 광원으로부터의 광선을 광 수집 광학계로 조사하는 단계, 및 각 마이크로미러는 어레이에 대한 광 수집 광학계로 광을 조사하는 온 위치로 움직이도록 그리고 광 수집 광학계 밖으로 광을 조사하기 위한 오프 위치로 움직이도록 어레이 내의 마이크로미러들을 변조하는 단계를 포함하고, 어레이는 기판 상에 형성되고, 각 마이크로미러는 변조되지 아닐 때는 제 1 위치에 있고, 상기 온 위치와 오프 위치 모두는 상기 제 1 위치와는 다르고, 온 위치는 제 1 위치에 대해 오프 위치일 때의 각도의 크기와는 다른 각도의 크기에 있는 광선을 공간적으로 변조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 기판 상에 형성되고, 기판에 대해 제 1 각도 크기에 있는 온 위치를 가지고 기판에 대해 제 2 각도 크기에 있는 오프 위치를 가지고, 제 1 각도 크기와 제 2 각도 크기는 서로 다르고, 기판에 대해 실질적으로 평행한 제 3 위치를 가지고, 온 위치와 오프 위치 모두는 기판 또는 상기 기판 상에 형성된 구조물에 대한 광 마이크로기계식(micromechanical) 소자의 인접성에 의해 정의되는 광 마이크로기계식 소자에 관한 것이다. 바람직하게는, 착지(landing) 전극들이 온 위치 및 오프 위치에서 마이크로미러가 멈추는 기판 상에 제공된다. 하나의 착지 전극은 바람직하게는 기판에 대하여 다른 하나의 전극보다 높이 위치한다. 광 마이크로기계식 소자는 패키지 내에 있고, 상기 패키지는 기판에 대해 경사진 창을 포함한다. 상기 패키지는 바람직하게는 밀폐되거나 부분적으로 밀폐된다. 마이크로기계식 소자는 바람직하게는 패키지 내에 분자 청소기(molecular scavenger)를 더욱 포함한다. 마이크로기계식 소자는 바람직하게는 패키지 내에 스틱션 감소제(stiction reduction agent)를 더욱 포함한다. 마이크로기계식 소자는 바람직하게는 마이크로미러 소자의 플레이트와 기판 사이의 갭 내에 배치되는 휨(flexure) 힌지들을 더욱 포함한다. 마이크로기계식 소자들은 바람직하게는 온 위치 또는 오프 위치로 소자를 편향시키기 위한 편향 전극들을 더욱 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 편향 전극은 소자를 오프 위치로 움직이도록 하기 위해 배치되고, 적어도 하나의 편향 전극은 소자를 오프 위치로 움직이도록 하기 위해 배치된다.

본 발명의 또다른 태양은, 평면 기판 상에 배치되는 편향 가능한 마이크로미러들의 어레이로부터 광을 반사시키는 단계를 포함하고, 상기 마이크로미러들이 제 1 위치와 제 2 위치 중 어느 한 위치로 틸트되고, 상기 제 1 위치와 기판 간에 형성되는 각과 상기 제 2 위치와 기판 간에 형성되는 각은 실질적으로 서로 다른 광을 변조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 부분은, 광원, 편향 가능한 소자들을 포함하는 평면 광 변 조 어레이 및 수집 광학계를 포함하고, 어레이 내의 소자들은 선택적으로 적어도 2개의 상태들로 구성되고, 제 1 상태 소자들은 제 1 각도를 통해서 광원으로부터의 광을 수집 광학계로 조사하고, 제 2 상태 소자들은 제 2 각도를 통해서 광원으로부터의 광을 수집 광학계로 조사하고, 제 3 각도는 마이크로미러의 표면인 것처럼 어레이에서 반사된 광을 나타내고, 제 1 각도 및 제 3 각도 및 제 2 각도 및 제 3 각도 간의 차이는 실질적으로 다른 광을 변조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 광선을 제공하기 위한 광원, 광선의 경로 내에 제공된 복수의 마이크로미러들을 포함하는 마이크로미러 어레이, 및 광선이 마이크로미러 어레이 상에 입사되고 어레이 내의 온 및 오프 마이크로미러들의 패턴에 따라 복수의 마이크로미러들에서 반사된 후 광선의 경로 내에 배치되는 수집 광학계를 포함하고, 마이크로미러 어레이는 기판을 포함하고, 마이크로미러들의 어레이는 각 마이크로미러가 편향되지 않는 위치에서 온 위치 및 오프 위치로 움직일 수 있는 기판 상에 고정되고, 온 위치는 편향되지 않는 위치에 대해서 오프 위치와는 다른 각도에 있는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 부분은, 광원으로부터의 광선을 마이크로미러 어레이 상에 조사하는 단계, 각 마이크로미러들을 온 위치 또는 오프 위치로 변조하는 단계를 포함하고, 온 위치에서 마이크로미러들은 온 위치에 있는 마이크로미러들로부터 광을 받아들이도록 배치된 수집 광학계로 광을 조사하고, 온 및 오프 마이크로미러들의 패턴은 상을 형성하고, 온 위치에 있는 마이크로미러들의 위치는 오프 위치에 있는 마이크로미러들의 각도 크기와 비교하면 다른 각도 크기에 있는 상을 타깃에 투영하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 부분은, 광선을 마이크로미러들의 어레이 상에 조사하는 단계를 포함하고, 마이크로미러들은 제 1 위치 또는 제 2 위치로 움직일 수 있고, 제 1 위치에 있어서 마이크로미러들은 그 위에 입사된 광선의 일부를 수집 광학계로 조사하고, 각각이 제 2 위치에 있을 때의 인접한 마이크로미러들 간의 최소 거리는 각각이 제 1 위치에 있을 때의 인접한 마이크로미러들 간의 최소 거리보다 작은 광선을 공간적으로 변조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 가동식 반사 또는 회절 마이크로기계식 장치가 위에 형성되는 기판과, 가동식 마이크로기계식 장치로 기판을 유지하기 위한 패키지를 포함하고, 패키지는 기판에 대해 평행하지 않은 광 투과성 창을 포함하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 부분은, 광원, 광 수집 광학계, 가동식 반사 또는 회절 마이크로기계식 장치가 위에 형성되는 기판, 가동식 마이크로기계식 장치로 기판을 유지하기 위한 패키지를 포함하고, 패키지는 기판에 대해 평행하지 않는 광 투과성 창을 포함하고, 패키지화된 마이크로기계식 장치는 광선으로부터 광을 변조하기 위해 광원으로부터의 광선의 경로 내에 배치되고, 수집 광학계는 변조된 광을 수집하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 참고 태양에 따르면, 광 투과성 유리는 디스플레이용 재질의 유리이다. 본 발명의 참고 태양에 따르면, 상기 프로젝션 시스템은 기판을 패키지에 전기적으로 연결하기 위해 제 1 측면 상에 결합 배선들을 더욱 포함한다. 광 투과성 창은 바람직하게는 기판의 반대 끝에서부터보다는 기판 상의 접속 내선들 상의 한 점에서부터가 더 멀다. 상기 패키지는 바람직하게는 밀폐되거나 부분적으로 밀폐된다. 본 발명의 참고 태양에 따르면, 상기 패키지 내에 분자 제거제(molecular scavenger)를 더욱 포함한다. 바람직하게는, 마이크로기계식 장치는 광선을 공간적으로 변조하기 위한 마이크로미러 어레이다.

본 발명의 또다른 부분은, 광원과, 마이크로기계식 장치를 위에 가진 기판 및 기판에 대해 경사지도록 배치된 패키지 내의 창을 가진 패키지화된 MEMS 장치와, 패키지화된 MEMS 장치에 의해 변조 이 후의 광원으로부터의 광을 받아들이도록 배치된 수집 광학계를 포함하는 프로젝터에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 기판을 제공하는 단계, 기판 상에 제 1 희생층을 증착하고 패터닝하는 단계, 희생층 상에 적어도 하나의 힌지층을 증착하고 적어도 하나의 휨 힌지를 정의하기 위해 적어도 하나의 힌지층을 패터닝하는 단계, 제 2 희생층을 증착하고 패터닝하는 단계, 제 2 희생층 상에 적어도 하나의 미러층을 증착하고 미러 소자를 형성하기 위해 적어도 하나의 미러층을 패터닝하는 단계, 마이크로미러를 현출(現出)하기 위해 제 1 및 제 2 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 마이크로미러 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 태양은, 기판, 기판 상의 제 1 포스트, 휨 힌지의 근단(近端)이 포스트 상에 있는 휨 힌지, 휨 힌지의 말단에 부착되는 제 2 포스트, 및 제 2 포스트에 부착되는 플레이트를 포함하는 광 마이크로기계식 장치에 관한 것이다. 본 발명의 참고 태양에 따르면, 상기 프로젝션 시스템은 광원과 마이크로미러 사이에 제공되는 색 분리 구성요소를 더욱 포함한다. 마이크로미러는 바람직하게는 금속과 유전체를 포함한다. 유전체는 바람직하게는 실리콘의 산화물, 탄화물 또는 질화물이다. 마이크로미러들은 바람직하게는 회로 기판 상에 배치된다. 회로 기판은 바람직하게는 CMOS 기판이다. 마이크로미러들은 바람직하게는 하측 실리콘 기판에 접합되는 상측 유리기판에 부착된다. 상측 및 하측 기판들은 바람직하게는 UV 및/또는 IR 에폭시를 통해 결합된다. 바람직하게는, 64,000개에서 약 6,000,000개까지의 마이크로미러들이 약 1 cm²에서 약 1 in²까지의 면적 내에 제공된다. 더욱이, 마이크로미러 어레이 상에 또는 그 위쪽에 직사각형 마스크가 더욱 배치된다. 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 마이크로미러 어레이는 바람직하게는 4개의 변들로 직사각형을 정의하는 4개의 모서리부 활성 마이크로미러들을 포함한다. 마이크로미러들은 바람직하게는 적어도 4개의 연장된 마이크로미러 변들을 포함하고, 하나 이상의 마이크로미러 변들은 4개의 모서리부 활성 마이크로미러들에 의해 정의되는 직사각형의 어떤 변에 대해서도 평행하거나 수직하지 않는다. 바람직하게는, 마이크로미러 변은 마이크로미러 직사각형 어레이의 어떤 변에 대해서도 평행하거나 수직하지 않는다. 바람직하게는, 적어도 2개의 마이크로미러 변들은 마이크로미러 어레이 직사각형의 변들에 평행하지도 수직하지도 않고, 적어도 2개의 마이크로미러 변들은 마이크로미러 어레이 직사각형의 변들에 평행하다. 각 마이크로미러는 바람직하게는 평행사변형 또는 평행사변형들의 조립체의 형태를 가진다. 평행사변형들의 조립체로서의 형태는 바람직하게는 평행사변형들의 연속처럼 보이고 각 평행사변형은 인접하는 평행사변형의 마이크로미러 상(image)이다. 평행사변형의 조립체로서의 형태는 바람직하게는 동일한 평행사변형들의 연속처럼 보인다. 마이크로미러들은 바람직하게는 실질적으로 직사각형이 아닌 형상을 갖는다. 본 발명의 한 태양에 따르면, 프로젝션 시스템은, 마이크로미러들의 어레이, 광원 및 수집 광학계를 포함하고, 각 마이크로미러는 화상 내의 화소에 대응되고 오목한 다각형 또는 하나 이상의 직사각형이 아닌 평행사변형들의 형태를 가지고, 광원은 마이크로미러들의 어레이에 광을 조사하고, 수집 광학계는 마이크로미러들에서 반사된 광을 받아들이도록 구성된다. 각 마이크로미러는 바람직하게는 직사각형이 아닌 평행사변형 또는 나란히 배열된 직사각형이 아닌 평행사변형들의 조립체의 형태를 가진다. 평행사변형들의 조립체로서의 형태는 바람직하게는 평행사변형들의 연속처럼 보이고 각 평행사변형은 인접하는 평행사변형의 마이크로미러 상(image)이다. 상기 형태는 바람직하게는 6개 이상의 변들과 적어도 하나의 오목한 부분을 가진다. 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, M을 마이크로미러의 폭이라고 하고 λ를 입사광의 파장이라고 할 때, 평행사변형의 개수는 M/λ보다 적다. 평행사변형들의 개수는 바람직하게는 0.5M/λ보다 적다. 평행사변형들의 개수는 바람직하게는 0.1M/λ보다 적다. 마이크로미러들은 바람직하게는 6개 이상의 연장된 곧은 변들을 포함한다. 6개 이상의 변들은 바람직하게는 적어도 하나의 돌출부과 절결부을 가진 형태를 형성한다. 마이크로미러들은 바람직하게는 8개 이상의 변들을 포함한다. 돌출부 및 절결부은 삼각형 형상을 이룬다. 돌출부은 바람직하게는 70도에서 120도까지의 외부 각을 형성하고, 절결부은 이에 대응되는 70도에서 120도까지의 내부 각을 형성한다. 마이크로미러들은 바람직하게는 '대체로 직사각형인 형태' 이외의 형태를 가진다. 마이크로미러들은 바람직하게는 35도와 60도 사이의 외부 각들을 적어도 2개 가진다. 마이크로미러들은 바람직하게는 직사각형의 활성 영역의 변들에 대해 평행하지도 않고 수직하지도 않은 직선의 변들을 가진다. 각 마이크로미러는 바람직하게는 4개의 변 및 4개의 각 이상을 갖는 오목 다각형의 형상을 갖는다. 본 발명의 바람직한 태양에 따르면, 어레이는 대략 직사각의 형태를 가지고 적어도 1000개의 마이크로미러들을 포함하고, 상기 마이크로미러들은 오목 또는 볼록 다각형의 형태이고, 상기 다각형 마이크로미러들의 어떤 변들도 대략 직사각형인 활성 영역의 변들에 대해 평행하지 않는다. 마이크로미러들은 바람직하게는 적어도 4개의 대체로 곧은 변들을 가지고 상기 변들 중 어떤 것도 직사각형의 활성 영역의 전방 또는 후방 변들에 대해 평행하지 않는다. 어레이는 바람직하게는, 서로 연결되는 경우 어레이의 직사각의 형태를 형성하는 4개의 모서리부 마이크로미러를 가진다. 마이크로미러들은 바람직하게는 직사각형 어레이의 적어도 2개 변들에 대해 평행인 스위칭 축들을 가진다. 각 마이크로미러는 바람직하게는 평행사변형 또는 평행사변형의 조립체의 형상을 가진다. 마이크로미러들은 바람직하게는 5개 이상의 연장된 곧은 변들을 포함한다. 마이크로미러들은 바람직하게는 적어도 하나의 돌출부 및 절결부를 가진 형태를 형성하는 6개 이상의 변들을 포함한다. 마이크로미러들은 바람직하게는 8개 이상의 변들을 포함한다. 돌출부 및 절결부는 바람직하게는 삼각의 형상을 이룬다. 돌출부는 바람직하게는 70도에서 120도까지의 외부 각을 형성하고, 절결부는 이에 대응되는 70도에서 120도까지의 내부 각을 형성한다. 마이크로미러들은 바람직하게는 90도보다 작은 사이각을 형성하는 적어도 2개의 다각형 변들을 가진다. 마이크로미러들은 바람직하게는 35도에서 60도까지의 사이각을 형성하는 적어도 2개의 다각형 변들을 가진다. 각 마이크로미러들은 바람직하게는 1개에서 10개까지의 평행사변형들의 조립체의 형태를 가진다. 마이크로미러들은 바람직하게는 활성 영역의 변들에 대해 약 35도 내지 55도인 변들을 가진다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 프로젝션 시스템은 입사 광선(光線)을 제공하기 위한 광원, 가동식 반사 소자들의 어레이, 및 어레이로부터 광을 투영하기 위한 수집 광학계를 포함하고, 여기서 프로젝션 시스템에서 투영된 화상은 직사각형의 상으로 타깃(target)에 나타나고, 화상은 수천개에서 수만개의 화소로 형성되고, 각 화소는 오목 다각형, 하나의 직사각형이 아닌 평행사변형, 또는 직사각형이 아닌 평행사변형의 조립체의 형태이다. 투영된 화상 내의 각 화소는 바람직하게는 4개 이상의 변들과 4개 이상의 각들을 가지는 오목 다각형이다. 바람직하게는, 어떤 화소의 변들도 직사각형의 투영된 상의 변들 중 적어도 2개의 변들과 평행하지 않는다. 적어도 2개의 화소 변들은 바람직하게는 투영된 상의 변들에 대해 평행하지 않고 수직하지 않으며, 적어도 2개의 화소 변들은 상의 변들에 대해 평행이고 수직이다. 적어도 하나의 화소 변이 바람직하게는 투영된 상의 변들 중 하나로부터 35도 내지 85도 각도의 방향으로 연장된다. 적어도 2개의 화소 변들이 바람직하게는 투영된 상의 변들 중 적어도 하나로부터 40도 내지 55도 각도의 방향으로 연장된다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로미러들의 한 실시예를 나타내는 평면도이다.

도 2a 내지 도 2e는 도 1의 2-2 선을 따라서 본 발명에 따른 마이크로미러들을 제조하는 한 방법을 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 도 3d는 도 1의 3-3 선을 따라서 도 2a 내지 2e에 도시된 것과 동일한 방법을 나타내는 단면도이다.

도 4a 내지 도 4j는 본 발명에 따른 마이크로미러들을 제조하는 또다른 방법을 나타내는 단면도이다.

도 5a 내지 도 5g는 본 발명에 따른 마이크로미러들을 제조하는 또다른 방법 을 나타내는 단면도이다.

도 6a 내지 도 6c는 다른 마이크로미러 형태 및 힌지 조합들의 평면도이다.

도 7은 도 6a에 도시된 것과 동일한 복수의 마이크로미러들을 갖는 마이크로미러 어레이의 부분을 나타내는 평면도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로미러를 나타내는 부분적 등각 분해조립도(partially exploded isometric view)이다.

도 9a 내지 도 9c는 도 8의 실시예에 따른 마이크로미러의 작동을 도시하는 단면도이다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 공정을 나타내는 단면도이다.

도 11a 내지 도 11c는 도 10a 내지 도 10d에 도시된 방법에 따라 제조된 마이크로미러의 작동을 도시하는 단면도이다.

도 12는 도 11a 내지 도 11c의 방법에 따라 형성된 마이크로미러 어레이 내의 복수의 마이크로미러들의 평면도이다.

도 13은 도 12의 마이크로미러의 부분적 등각 분해조립도이다.

도 14a 내지 도 14c는 평편하고 편향되지 않은 '오프' 상태를 갖는 마이크로미러들을 도시한다.

도 15a 내지 도 15c는 동일한 각도의 편향되지 않은 '온 ' 및 '오프' 상태를 갖는 마이크로미러들을 도시한다.

도 16a 내지 도 16c는 '오프' 상태 보다 '온'상태에 대해 더 큰 각도를 갖는 마이크로미러들을 도시한다.

도 17a 내지 도 17e는 경사진 창을 갖는 마이크로미러들을 위한 패키지 구성을 나타낸다.

도 18은 본 발명에 따른 마이크로미러를 위한 광공급 시스템을 도시한다.

도 19a 내지 도 19e는 입사광의 각도, 마이크로미러 변들 및 활성 영역 변들의 관계를 도시한다.

도 20은 종래 기술의 마이크로미러 어레이를 도시한다.

도 21 및 도 22는 정사각형 마이크로미러들이 활성 영역 변들에 대해 경사져 있는 본 발명의 실시예를 도시한다.

도 23 내지 도 25는 마이크로미러들의 "전방" 및 "후방" 에지들이 입사 광선에 대해 수직하지 않는 마이크로미러들을 도시한다.

도 26a 내지 도 26f 및 도 27a 내지 도 27f는 하나 이상의 평행사변형의 형태를 갖는 마이크로미러들을 도시한다.

도 28은 단일 마이크로미러를 도시한다.

도 29는 전방 및 후방 변들의 일부는 입사 광선에 대해 수직이고 다른 일부는 입사 광선에 대해 45도인 마이크로미러 어레이를 도시한다.

도 30 내지 도 31은 마이크로미러들이 입사 광선 또는 어레이의 활성 영역의 변들에 대해 평행하거나 수직한 변들을 가지지 않는 마이크로 어레이들을 도시한다.

도 32a 내지 도 32j는 대응하는 힌지 구조물을 갖는 마이크로미러들을 도시 한다.

도 33a 내지 도 33c는 수집 광학계의 수용 원추를 통과하고(33a) 수용 원추를 피하는(33b 및 33c) 회절 라인을 갖는 회절 패턴을 도시한다.

가동식 마이크로미러나 마이크로미러 어레이에 대한 미소제조공정이 휴이버스(Huibers)의 미국특허 제5,835,256호와 제6,046,840호에 개시되어 있으며, 각각의 주제가 본 명세서에서 참조로 언급된다. 본 발명의 마이크로미러 형성을 위한 유사 공정이 도 1 내지 도 3에 예시되어 있다. 도 1은 본 발명에 따른 마이크로미러의 일 실시예의 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 포스트들(posts)(21a,21b)이 마이크로미러 판(24)을 편향시키기 위해 (도시되지 않은) 전극이 있는 하부기판 위의 힌지들(hinges)(120a,120b)을 통해 마이크로미러 판(24)을 지지한다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 본 명세서에서 또한 논의되어지는 바와 같이, 수 천 또는 심지어 수 백만개의 마이크로미러(24)가 어레이 내에 제공되어 어레이 상(上)에 입사되는 광을 반사하고 상(像)을 뷰어(viewer) 또는 타깃/스크린에 투영할 수 있다.

마이크로미러(24)와 에레이 내의 다른 마이크로미러들이 많은 다른 방법으로 제조될 수 있다. 한 방법이 (도 1의 2-2 횡단면을 따라 취한) 도 2A 내지 도 2E에 예시되어 있고, 상기 도면에서는 마이크로미러들이 회로 기판에 접합되는 광투과성 기판 상에 바람직하게 제조된다. 이러한 방법은 일코브 등의(Ilkov et al.) 2000년 8월 30일 출원된 미국 가출원 제60/229,246호와, 일코브 등의 2000년 12월 7일 출 원된 미국특허출원 제09/732,445호에 또한 개시되어 있다. 상기 방법은 광투과성 기판과 관련되어 기술되어질 것이지만, 회로가 있는 반도체기판과 같은 다른 적절한 기판도 사용될 수 있다. 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판이 사용되면, IC 공정에서 마이크로미러 포스트들을 금속(3)층에 전기적으로 접속하고 적어도 마이크로미러의 일부에 대해 도전재료를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. (별도의 광투과성 기판 대신에) 회로 기판 상에 마이크로미러를 직접적으로 형성하는 방법이 본 명세서에서 보다 더 상세히 논의될 것이다.

도 2A에 도시된 바와 같이, (적어도 또 다른 층을 추가하기 전에) 유리(예를 들면, 코닝(Corning) 1737CF, 이글(Eagle) 2000), 석영, 파이렉스(Pyrex^TM), 사파이어 등과 같은 광투과성 기판(13)이 제공된다. 광투과성 기판은 공정동안 기판을 처리하는데 보조하기 위해 광투과성 기판 하부면 상에 추가되는 선택적 광차단 층을 가질 수 있다. 이러한 광차단 층은 광투과성 기판의 배면 상에 2000Å 두께의 스퍼터링(sputtering) 반응으로 증착되는 TiN 층일 수 있으며, 상기 층은 일단 공정이 완료된 후에 제거될 것이다. 기판은 직접회로 제조 시설에 사용되는 표준 웨이퍼의 형태가 바람직하나, 임의의 형태나 크기일 수 있다.

도 2A에 또한 도시된 바와 같이, 아모포스 실리콘(amorphous silicon)과 같은 희생층(sacrificial layer)(14)이 증착된다. 희생층은 나중에 마이크로기계식 구조재료(예를 들면, SiO2, 폴리실리콘(polysilicon), 폴리이미드(polyimide), 노볼락(novolac) 등)하에 제거될 수 있는 또 다른 적절한 재료여도 된다. 희생층의 두께는 500Å 에서 50,000Å, 바람직하게는 5000Å의 두께가 바람직하나, 가동식 소자/마이크로미러 크기와 요망 틸트각에 따라 광범위할 수 있다. 아모포스 실리콘 대신에, 희생층은 임의의 다수의 폴리머, 포토레지스트(photoresist) 또는 다른 유기물질(또는 에천트(etchant)에 저항하게 선택된 재료 및 선택된 에천트에 따라 심지어 폴리실리콘, 실리콘 질화물(nitride), 실리콘 이산화물(dioxide) 등)일 수 있다. 선택적 접착 촉진제(promoter)(예를 들면, SiO2나 SiN)가 희생층을 증착하기 전에 제공될 수 있다.

기판(13)과 나중에 증착된 마이크로기계식 구조층 사이에 접촉영역을 제공하기 위해 폭"d"인 구멍(6)이 희생층에 형성된다. (방식제(resist)가 포지트브인지 네가티브인지에 따라) 방식제의 용해도(solubility)를 증가시키거나 감소시키기 위해 마스크를 통해 포토레지스트 상에 스핀코팅되거나 광을 쪼임으로써 구멍이 형성된다. 마이크로미러와 마이크로미터 어레이의 최종 크기에 따라, 치수"d"는 0.2㎛ 에서 2㎛(바람직하게는 0.7㎛)일 수 있다. 구멍영역에 있는 방식제를 제거하기 위해 방식제를 현상한 후, (희생층 재료에 따라) 염소(clorine)나 다른 적절한 에천트로써 구멍이 아모포스 실리콘 층에서 식각된다. 그런 후 잔여 포토레지스트는 예를 들면 산소 플라즈마로 제거된다. 희생층에서의 구멍은 바람직하게는 직경이 0.1㎛ 에서 1.5㎛, 더 바람직하게는 0.7 ±0.25㎛이나 임의의 적합한 크기일 수 있다. 식각은 접착촉진층과 같은 유리/석영 기판이나 임의의 중간층 아래에 수행된다. 광투과성 기판이 모두 식각되면, 바람직하게는 2000Å 미만이다. 희생층(14)이 직접적으로 패턴가능한 재료(예를 들면, 노볼락이나 다른 광민감성 포토레지스트)이면, 희생층(14)의 상단에 증착되고 현상되는 포토레지스트의 부가층이 필요하지 않다. 이런 경우, 포토레지스트 희생층이 구멍들(6) 영역에 있는 재료를 제거하기 위해 패턴된 후, 추가층이 증착되기 전에 선택적으로 경화된다.

여기서, 도 2B에 도시된 바와 같이, 제 1 구조층(7)이 예를 들면, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 증착된다. 바람직하게는 재료는 LPCVD(저압화학기상증착, low pressure chemical vapor deposition)나 PECVD(플라즈마화학기상증착, plasma chemical vapor deposition)에 의해 증착된 실리콘 질화물나 실리콘 산화물이다. 그러나, 폴리실리콘, 금속 또는 금속합금, 실리콘 카바이드(silicn carbide)나 유기화합물과 같은 임의의 적절한 박막재료가 여기서 증착될 수 있다(물론 희생층과 에천트는 사용되는 구조재료(들)에 적합해야 한다). 이러한 제 1 층의 두께는 가동식 소자의 크기와 상기 소자의 요망 경도(stiffness)에 따라 변할 수 있으나, 일 실시예에서 상기 층은 두께가 100Å 에서 3200Å, 더 바람직하게는 900Å 에서 1100Å이다. 도 2B에 도시된 바와 같이, 층(7)은 희생층에 식각된 구멍으로 연장되어 있다.

제 2 층(8)이 도 2C에 도시된 바와 같이 증착된다. 재료는 제 1 층과 동일하거나(예를 들면, 실리콘 질화물) 다를 수 있으며(예를 들면, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 폴리실리콘 등) 제 1 층에 대해 화학기상증착으로 증착될 수 있다. 가동식 소자의 요망 경도와, 힌지의 요망 가요성(flexibility), 사용된 재료 등에 따라, 제 2 층의 두께는 제 1 층의 두께보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 일 실시예에서 제 2 층은 두께가 50Å 에서 2100Å, 더 바람직하게는 약 900Å이다. 또 다른 실시예에서, 제 1 층은 PECVD로 증착되고 제 2 층은 LPCVD로 증착된다.

도 2A 내지 2E에 예시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 층 모두는 가동식 (마이크로미러) 소자와 포스트들을 정의하는 영역에서 증착된다. 마이크로미러 소자에 대한 요망 경도에 따라, 마이크로미러 소자의 영역에 제 1 층 또는 제 2 층 중 어느 한 층만이 또한 증착될 수 있다. 또한, 단일층이 마이크로미러의 모든 영역에 대해 2개의 층(7,8) 대신에 제공될 수 있으나, 이는 판 경도와 힌지 가요성에서 트레이드오프(tradeoff) 문제를 내포할 수 있다. 또한, 단일층이 사용되면, 힌지를 형성하는 영역은 이 영역에서 두께를 줄이고 이로 인한 힌지의 가요성을 증가시키도록 부분적으로 식각될 수 있다. 층상구조(laminate)의 가동식 소자를 생산하기 위해 2개 층 이상을 또한 사용할 수 있으며, 상기 층상구조의 가동식 소자는 특히 광스위치에서 광선을 스위칭하기 위해 가동식 소자의 크기가 증가될 때 바람직할 수 있다. 이러한 층 또는 층들에 대한 재료가 금속과 유전체의 합금 또는 금속과 질소, 산소, 또는 탄소의 화합물(특히 전이금속)을 또한 포함할 수 있다. 이들 다른 재료의 일부가 미국 가출원 제60/228,007호에 개시되어 있으며, 상기 가특허출원의 주제는 본 명세서에서 참조로 언급된다.

도 2D에 도시된 바와 같이, 반사층(9)이 증착된다. 반사재료는 금, 은, 티타늄, 알루미늄이나 다른 금속, 또는 한 금속이상의 합금일 수 있으나, PVD(물리기상증착)로 증착된 알루미늄이 바람직하다. 금속층의 두께는 50Å 에서 2000Å, 바람직하게는 500Å이다. (도시되지 않은) 선택적 금속 차단층(metal passivation layer)이, 예를 들면 층(9) 상단에 PECVD로 증착된 10Å 에서 1100Å의 실리콘 산 화물 층으로 추가될 수 있다. 화학유체증착(chemical fluid deposition) 및 전기도금(electroplating)과 같은 다른 금속증착기술이 금속층(9)을 증착하는데 사용될 수 있다. 층(9)을 증착한 후, 포토레지스트가 스핀코팅되고 패턴된 후 적절한 금속 에천트로 금속층을 식각한다. 알루미늄 층의 경우, 염소(또는 브롬) 화학이 사용될 수 있다(예를 들면, 바람직하게는 아르곤(Ar) 및/또는 헬륨(He)과 같은 선택적 불활성 희석제로 Cl2 및/또는 BCl3(또는 Cl2, CCl4, Br2, CBr3 등)의 플라스마/PIE 식각). 반사층이 마지막으로 증착되는 것이 아니라 오히려 마이크로미러 소자를 정의하는 다른 층들 사이에, 또는 단지 마이크로미러 소자를 정의하는 층으로서 희생층(14)에 직접 증착될 수 있음을 주목해야 한다. 그러나, 일부 공정에서 많은 유전체가 증착되는 더 높은 온도로 인해 유전체 층 다음에 금속층을 증착하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 2E에 대해, 제 1 및 제 2 층(7,8)은 (사용된 재료와 요망되는 등방성 수준에 따라) 공지된 에천트나 에천트의 조합으로 반사층에 연이어 식각될 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 층은 염소화학이나 플루오르(또는 다른 할로겐화물)화학으로 식각될 수 있다(예를 들면, F2, CF4, CHF3, C3F8, CH2F2, C2F6, SF6 등 또는 상기 가스와 같은 조합이나 CF4H2, SF6/Cl2와 같은 추가 가스들 또는 CF2Cl2와 같은 모든 가능한 하나 이상의 선택적 불활성 희석제를 갖는 하나 이상의 식각 종(種)을 이용한 가스들의 플라즈마/RIE 부식). 물론, 다른 재료가 제 1 및 제 2 층으로 사용되면, 다른 에천트가 각 층을 식각하기 위해 이용될 수 있다(사용된 재료에 따른 해당기술분야에 공지된 플라즈마 식각화학). 반사층이 제 1 및 제 2 층 이전 에 증착되면, 사용되는 식각화학이 반대로 될 것이다. 또한, 사용되는 재료에 따라, 모든 층이 함께 식각될 수 있다. 도 2E에서 도시된 폭"e"를 갖는 갭(20a 및 20b)은 포스트(21)와 마이크로미러 본체(22)를 분리하기 위한 것이다.

도 3A 에서 도 3D는 다른 횡단면(도 1에서 횡단면 3-3)을 따라 취한 동일한 공정을 예시하고 희생층(14)에 증착된 광투과성 기판(13)을 도시한다. 희생층(14) 상에 구조층(7)이 증착된다. 도 3B와 도 3C에서 도시된 바와 같이, 층(7)의 일부가 층(8,9)을 추가하기 전에 제거된다. 이러한 제거된 부분은 힌지가 형성되는 영역이고, 힌지 영역에서 가요성을 증대시키게 한다. 이러한 방식으로 힌지 영역에서의 "얇아짐"은 트루 등(True et al.)의 2000년 1월 28일 출원된 미국 가특허명세서 제 60/178,902호와 트루 등의 2001년 1월 22일 출원된 미국 특허출원 제 09/767,632호에 개시되어 있으며, 각 주제는 본 명세서에서 참조문헌으로 합체되어 있다. 층(7)의 일부를 제거한 후에, 층(8 및 9)이 추가되고 나서, 상기 개시한 바와 같이 층(7,8 및 9)이 패터닝된다. 도 3D에 도시된 바와 같이, 힌지(23)는 폭"a"이 0.1㎛에서 10㎛, 바람직하게는 약 0.7㎛일 수 있다. 힌지(23)는 갭"b" 만큼 서로 이격되어 있고 인접한 마이크로미러 판과 갭"c"만큼 이격되어 있으며 상기 갭"c"은 0.1㎛에서 10㎛, 바람직하게는 약 0.7㎛일 수 있다.

일반적으로 상술한 공정단계가 여러가지 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들면, 투명기판을 일시적으로 반투명하게 처리하기 위해 유리 웨이퍼(코닝 1737F, 이글 2000, 석영 또는 사파이어 웨이퍼)가 Cr, Ti, Al, TaN, 폴리실리콘 또는 TiN과 같은 반투명 코팅이나 웨이퍼의 배면 상에 두께 2000Å(또는 재료에 따라 그 이상) 의 다른 반투명 코팅으로 제공되고 피복될 수 있다. 그런 후, 도 1-4에 따라, 선택흡착층이 증착된 후(예를 들면, SiNx- 또는 SiOx와 같은 댕글링 본드(dangling bond)를 갖는 재료나 유리질의 탄소나 인듐주석산화물과 같은 도전재료) 어플라이드 머티리얼스(Apllied Materials) P5000과 같은 PECVD 시스템에서 두께 5000Å으로 투명한 웨이퍼 상에 수소화된 아모포스 실리콘의 희생재료가 증착된다(가스=SiH4(200sccm), 아르곤 1500 sccm, 전력=100W, 압력=3.5Torr, 온도=380℃, 전극간격=350㎜; 또는 가스=SiHy(150sccm), 아르곤 100 sccm, 전력=55W, 압력=3Torr, 온도=380℃, 전극간격=350㎜; 또는 가스=SiH4(200sccm), 아르곤 1500 sccm, 전력=100W, 온도=300℃, 압력=3.5T; 또는 이들 셋팅 내의 다른 압력값). 또는, 희생재료는 본 명세서에서 참조문헌으로 합체된 휴이버스 등의 미국특허 제5,835,256호에 개시된 라인을 따라 560℃에서 LPCVD로 증착될 수 있다. 또는, 희생재료는 스퍼터링에 의해서 증착될 수 있거나, (예를 들면, 플라즈마 산소 애쉬(ash)에 의해 나중에 제거되는) 유기물질과 같은 논실리콘(non-silicon) 함유물질일 수 있다. Si가 패턴되어(포토레지스트와 예를 들면, Cl2, BCl3 및 N2의 염소화학에 의해 식각되어), 마이크로미러의 부착을 위해 유리 기판에 구멍을 형성한다. 마이크러미러에서의 경도를 생성하고 마이크로미러를 유리에 접촉시키기 위한 실리콘 질화물의 제 1 층이 두께 900Å으로 PECVD에 의해 증착되고(RF 전력=150W, 압력=3Torr, 온도=360℃, 전극간격=570㎜, 가스=N2/SiH4/NH3(1500/25/10); 또는 RF 전력=127W, 압력=2.5Torr, 온도=380℃, 가스=N2/SiH4/NH3(1500/25/10 sccm), 전극간격=550㎜, 또는 175W의 RF과, 3.5Torr의 압력과 같은 다른 공정 매개변수가 사용 될 수 있다), 패턴되어(압력=800mT, RF 전력=100W 에서 200W, 전극 간격=0.8mm 에서 1.1mm, 가스=CF4/CHF3/Ar(60 또는 70/40 에서 70/600 또는 800 sccm, He=0 에서 200 sccm), 마이크로미러 힌지가 형성되어지는 영역에 실리콘 질화물을 제거한다. 다음으로, 실리콘 질화물의 제 2 층이 두께 900Å으로 PECVD에 의해 증착된다(RF 전력=127W, 압력=2.5Torr, 온도=380℃, 가스=N2/SiH4/NH3(1500/25/10 sccm), 전극간격=550㎜). 그런 후 Al이 온도 140℃ 에서 180℃, 전력=2000W, Ar=135 sccm에서 두께 500Å으로 실리콘 질화물 층에 스퍼터된다. 또는, Al 대신에, 재료는 알루미늄 합금(Al-Si(1%), Al-Cu(0.5%) 또는 AlSiCu 또는 AlTi) 뿐만 아니라 임플란트되거나 타깃 도프된 알루미늄일 수 있다. 알루미늄은 염소화학으로 P5000에서 패턴된다(압력=40mT, 전력=550W, 가스=BCl3/Cl2/N2=50/15/30 sccm). 그리고 나서, SiN 층이 식각된 후(압력=100mT, 전력=460W, 가스=CF4/N2(9/20 sccm)), 플라즈마 H2O+O2+N2 화학으로 애쉬된다. 다음으로, 잔여 구조가 ACT 세척(아세톤+Di 워터용액)되고 스핀드라이(spin dry)된다(이러한 세척은 또한 EKC 테크놀로지사의 EKS265 포토레지스트 잔여물 제거제나 다른 세척제 기반 용매로 행해질 수 있다). 마이크로구조를 갖는 웨이퍼의 전면을 방식제 코팅한 후에, 배면 TiN이 플라즈마 BCl₃/Cl₂/CF₄ 화학으로 식각되거나(또는 금속 에찬트의 CRC 핸드북으로부터 다른 금속 에찬트)- CMP를 이용하여 끝마무리 또는 연마되거나, HF와 같은 산성 증기로 제거된 후- 제 2 ACT 세척(아세톤+Di 워터용액)되고 제 2 스핀드라이된다. 웨이퍼는 각각의 다이(die)로 싱귤레이트(singulate)되고, 각 다이는 300W CF4 플라즈마(압 력=150Torr, 60초 동안 85 sccm)로 노출된 후 He, XeF2 및 N2 (식각 압력 158Torr) 혼합물로 300초 씩 식각된다. 식각은 약 400Torr에서 N2 챔버에 다이를 제공함으로써 수행된다. 제 2 영역/챔버는 XeF2 3.5Torr 및 He 38.5Torr를 갖는다. 2 영역/챔버 사이의 장벽이 제거되고, 조합된 XeF2, He 및 N2 식각혼합물이 생성된다.

또는, 투명한 웨이퍼(예를 들면, 코닝 1737F)가 유리 웨이퍼의 배면에 2000Å의 두께로 TiN 피복된다. 그런 후, 도 1-4에 따라, 접착층 없이, 수소화된 아모포스 실리콘의 희생재료가 어플라이드 머티리얼 P5000에서 두께 5300Å으로 유리 웨이퍼 상에 증착된다(전력=100W, 압력=3.5Torr, 온도=300℃, SiH4=200 sccm, Ar=1500sccm, 또는 압력=2.5Torr, 전력=50W, 온도=360℃, 전극간격=350㎜, SiH4 흐름=200 sccm, Ar 흐름=2000sccm). Si가 패턴되고(포토레지스트와 예를 들면, Cl2, BCl3 및 N2-50W의 염소화학에 의해 식각되어) 마이크로미러의 부착을 위해 유리 기판에 구멍을 형성한다. 마이크로미러에서의 경도를 생성하고 마이크로미러를 유리에 접속시키기 위해, 실리콘 질화물의 제 1 층이 두께 900Å으로 PECVD에 의해 증착되고(압력=3Torr, 전력=125W, 온도=360℃, 전극간격=570㎜, SiH4=25 sccm, NH3=10 sccm, N2=1500 sccm) 패턴되어서(CF4/CHF3), 마이크로미러 힌지가 형성되어 지는 영역에 실리콘 질화물을 제거한다. 다음으로, 실리콘 질화물의 제 2 층이 두께 900Å으로 PECVD(제1 층과 동일한 조건)에 의해 증착된다. 그런 후 Al이 두께 500Å으로 제 2 실리콘 질화물 층 상에 스퍼터된다. 알루미늄은 P5000에서 염소화학(BCl3, Cl2, Ar)으로 패턴된다. 그리고 나서 SiN층이 식각된 후(CH3,CH4), 한 베럴의 애셔(ascher)(250℃에서 O2와 CH3OH)에서 애싱된다. 다음으로, 잔여 구조가 EKC 테크놀로지사의 EKS265 포토레지스트 잔여물 제거제로 세척된다. 마이크로구조를 가지는 웨이퍼의 전면을 방식제 코팅한 후, 배면 TiN이 SF6/Ar 플라즈마로 식각되고 나서, 제 2 세척 및 제 2 스핀드라이된다.

웨이퍼 기판 상에 희생층과 구조층을 증착한 후, 웨이퍼는 싱귤레이트되고 그런 후 각 다이가 드라이텍(Drytek) 병행판 RF 플라즈마 반응기에 놓여진다. CH4 100sccm과 O2 30sccm가 플라즈마 챔버로 유입되며, 상기 플라즈마 챔버는 80초간 약 200mTorr로 작동한다. 그리고 나서, 다이는 (조합된 XeF2, He 및 N2 ) 143Torr 식각 압력 300초간 식각된다. 식각은 다이를 N2 챔버에 약 400Torr로 제공함으로써 수행된다. 제 2 영역/챔버는 XeF2, 5.5Torr 및 He 20Torr를 갖는다. 2 영역/챔버 사이의 장벽이 제거되고, 조합된 XeF2, He 및 N2 식각 혼합물이 생성된다. 상기 공정은 또한 120초간 전력 300W (150Torr, 85 sccm)CF4로 평행판 플라즈마 에처(etcher)로 달성될 수 있다. 제 2 (화학적, 논플라즈마) 식각의 부가적인 특징이 패텔(Patel et al.) 등의 1999년 10월 26일 출원된 미국특허출원 제09/427,841호와 패텔 등의 2000년 8월 28일 출원된 미국특허출원 제09/649,569호에 개시되어 있으며, 각 주제는 본 명세서에서 참조로 언급된다.

각 마이크로미러의 힌지가 마이크로미러 소자(도 3D에서 마이크로미러 본체의 층(7,8 및 9) 대 마이크로미러 힌지의 층(8 및 9))와 동일 평면에 필수적으로 형성될 수 있지만, 힌지는 또한 다른 평면에 있는 마이크로미러 소자로부터 이격되고 평행하며 분리공정단계의 일부로서(제 2 희생재료의 증착 후) 형성될 수 있다. 포개어진 형태의 힌지가 상술한 미국 특허 제6,046,840호의 도 8 및 도 9에 개시되 어 있으며, 2000년 8월 3일 출원된 휴이버스 등의 미국특허출원 제09/631,536호에 더 상세히 개시되어 있고, 각 주제가 본 명세서에서 참고문헌으로서 합체되어 있다. 도면들에서 한 희생층으로 형성되거나 포개어진 힌지에 관해서 2(또는 2이상) 희생층이 형성되면, 하기에 논의되어지는 바와 같은 희생층이 바람직한 등방성 에천트로 제거된다. 마이크로미러의 "현출(release)"는 상술한 단계 이후에 즉각 실행되거나, 제 2 기판 상에 회로와 함께 조립 전에 즉시 실행될 수 있다. 만일 회로, 전극 및 마이크로미러가 동일한 기판 상에 형성되지 않으면, 상술한 바와 같은 광투과성 기판 상에 마이크로미러를 형성한 후, 기판(예를 들면 실리콘)의 상단 금속층(예를 들면, 금속(3)) 상에 커다란 전극 어레이를 포함한 제 2 기판이 제공된다. 도 11A에 도시된 바와 같이, 상기 논의되어진 바와 같은 형성된 마이크로미러(44)의 어레이를 갖는 광투과성 기판(40)이 마지막 층으로서 형성된 전압 V0, VA 및 VB으로 회로와 전극을 가지는 제 2 기판(60)에 접합된다(마이크로미러 당 단일 전극이 또한 도 1에 예시된 바와 같은 단일 이동방향을 갖는 마이크로미러 실시예에 대해 사용되어 질 수 있다). 마이크로미러(44)는 스페이서(spacer)(41)들(예를 들면, 기판(40)을 기판(60)에 접합 할 때 매 마이크로미러에 인접한 포토레지스트 스페이서들 및/또는 에폭시내에 증착된 스페이서들)에 의해 기판(60) 상의 전극으로부터 이격 유지된다. 회로 기판상에 하나 이상의 전극이 마이크로디스플레이의 화소(광투과성 기판 상단의 한 마이크로미러)을 전기적으로 조절한다. 백플레인(bakcplane) 면 상의 각 전극의 전압은 마이크로 디스플레이 상에 가시적인 이미지를 형성하는 대응 마이크로디스플레이 화소가 광학적으 로 '온(on)' 인지 '오프(off)'인지를 결정한다. 펄스-폭-변조된 그레이스케일(grayscale)이나 컬러 이미지를 생산하기 위한 백플레인과 방법의 세부 내용이 리차드(Richards)의 미국특허출원 제09/564,069호에 개시되어 있으며, 상기 주제는 본 명세서에서 참고문헌으로 합체되어 있다. 제 1 및 제 2 기판의 조립이 일코브 등의 상술한 특허출원에 상세히 개시되어 있다. 다른 많은 형태의 웨이퍼 접합이 접착, 양극접합(anodic), 공융(共融), 융합(fusion), 마이크로파, 납땜 및 열압축(thermocompression) 접합과 같이, 해당기술분야에 공지되어 있다.

본 발명의 마이크로미러의 현출은 사용된 희생재료의 형태에 따른 공정 형태로 단일 또는 다수단계의 공정일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상대적으로 저 선택도(selectivity)(예를 들면, 200:1 미만, 바람직하게는 100:1 미만, 더 바람직하게는 10:1 미만)를 갖는 제 1 식각이 수행되고, 고 선택도(예를 들면, 100:1 이상, 바람직하게는 200:1 이상, 더 바람직하게는 1000:1 이상)를 갖는 제 2 식각이 뒤따른다. 이러한 이중 식각은 2001년 5월 22일 출원된 패텔 등의(Patel et al.) 미국특허출원 제 60/293,092호에 또한 개시되어 있으며, 상기 주제는 본 명세서에 참고문헌으로 합체되어 있다. 물론 다른 현출 방법이 희생재료에 따라 사용될 수 있다. 예를 들면, 포토레지스터나 다른 유기물질이 희생재료이면, 산소플라즈마 애싱(ashing) 또는 초임계 유체 방출이 사용될 수 있다. 순수 산소를 함유한 플라즈마가 산물로서 H2O, CO 및 CO2를 형성하기 위해 유기물질을 공격하나 SiO2, Al 또는 Si을 식각하지 않는 종들을 생성할 수 있다. 또는, 희생재료가 SiO2이면, 등방성 건조 에천트(CHF3+O2, NF3 또는 SF6)와 같은 에천트가 사용될 수 있다. 희생 재료가 실리콘 질화물이면, 플루오르원자가 실리콘 질화물을 등방성으로 식가하는데 사용된다(예를 들면, CHF4/O2, CHF3/O2, CH2F2 또는 CH3F 플라즈마). 희생재료가 아모포스 실리콘이면, XeF2, BrF3 또는 BrCl3 형태의 플루오르 원자가 사용될 수 있다. 희생층이 알루미늄이면, 염소화학(BCl3, CCl4, SiCl4)이 사용될 수 있다. 물론 임의의 에천트(및 희생재료)가 요구되는 언더컷(undercut) 식각 양에 기초하여 적어도 부분적으로 선택되어진다.

마이크로미러 형성을 위한 또 다른 공정이 도 4A 내지 도 4J에 예시되어 있다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 희생재료(31)가 기판(30) 상에 증착되어 있다(이러한 기판은 유리/석영 기판 또는 반도체 회로기판과 같은 임의의 적절한 기판일 수 있다). 임의의 적절한 희생재료가 사용될 수 있으며, 바람직하게 상기 재료는 식각되는 재료와 희생재료 사이의 커다란 식각 선택비를 가진다. 한가지 가능한 희생재료는 포토레지스트와 같은 유기희생재료나 라이드 등의(Reid et al.) 2001년 6월 15일 출원된 미국특허출원 제60/298,529호에 개시된 바와 같은 또 다른 유기물질이다. 구조층(들)의 정확한 제조법에 따라, 아모포스 실리콘 또는 PSG와 같은 다른 공지된 MEMS 희생재료가 사용될 수 있다. 희생재료가 직접적으로 패턴가능하지 않으면, 포토레지스트 층(32)이 하나 이상의 개구를 형성하기 위해 추가되고 현상된다(도 4B). 그런 후, 도 4C에 도시된 바와 같이, 개구(34)들이 희생재료(31)에 식각되고 포토레지스트(32)가 제거된다. 도 4D에 도시된 바와 같이, MEMS 장치에 대한 적어도 유연한 부분들(실시예에서는 마이크로미러 구조)을 최종적으로 형성할 (바람직하게는 도전) 층(35)이 증착된다. 층(35)은 또한 마이크로미러를 기판에 부 착하기 위한 포스트(36)들을 마이크로미러 본체의 심지어 전부 또는 일부에 형성할 수 있다. 본 명세서에서 더 논의되어지는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서 도전층(35)이 금속-Si, Al, B-질화물을 포함하고, 바람직하기로 금속은 전이 금속이며, 특히 마지막 전이 금속이다. 층(35)은 다수의 (바람직하게는 도전)층 또는 다른 많은 형태의 층(구조 유전체층, 반사층 및 반점착(anti-stiction)층, 등) 중에 한 도전층일 수 있다. 층(35)은 도전성일 필요가 없으며, 증착공정에 사용되는 정확한 방법과, 타깃 재료 및 대기압에 따라, 층(35)이 또한 절연될 수 있다.

도 4E는 포토레지스트(37)의 추가 후 질화물 층(들)(35)의 일부를 식각하고 포토레지스트의 제거(도 4F)를 도시한다. 그런 후, 도 4G에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 구조재료 층(48)이 증착된다. 재료는 도전층이거나 절연층일 수 있으며, 다수의 층일 수 있다. 재료가 단일층이면, 바람직하게는 반사층이다(예를 들면, 알루미늄이나 금 층 또는 금속합금층). 그런 후, 도 4H에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(39)가 추가되고 현상된 후 층(38)의 (조작 간에 유연해질 부분의 면적에서와 같이) 일부를 식각/제거한다(도 4I). 마지막으로, 도 4J에 도시된 바와 같이, 희생재료가 기판 상에 프리 스탠딩(free-standing)하도록 MEMS 장치를 현출하기 위해 제거된다. (기판이 회로 기판이면) 기판(30) 상에 또는 내에 형성되는 회로나 (기판이 유리, 석영, 사파이어 등과 같은 광투과성 기판이면) 기판의 자동 처리를 향상시키기 위한 기판(30) 상의 광차단 층은 도 4에 도시되지 않는다.

도 4A 에서 도 4J까지 도시된 바와 같이, 층(35)이 MEMS 장치의 유연한 부분을 형성하는 프리 스탠딩 MEMS 구조가 생성되는 한편, 층(38)이 층(35)의 유연한 성질로 인해 이동되는 구조를 형성한다. 도시된 바와 같이, 층(38)은 가동식 부분 뿐만 아니라 기판(30) 상에 MEMS 구조를 지지하는 포스트나 벽을 형성한다. 가동식 소자가 층(38 및 35)들의 층상구조(뿐만 아니라 필요하다면 추가 층들) 또는 층(38)만으로, 또는 심지어 층(35)만으로 형성될 수 있다. 가동식의 유연한 소자의 제조방법은 요망되는 최종 경도나 가요성, 요망되는 최종 도전성, 형성되는 MEMS 장치 등에 따른다.

도 1 내지 도 4에 따라 형성된 마이크로미러는 광투과성 기판 상에 바람직하게 형성되고 편향되지 않는 '오프'상태와 편향되는 '온'상태를 가진다. 그러나, 마이크로미러는 동일한 기판 상에 마이크로미러 작동 회로와 전극으로서 형성될 수 있다. 또한, 마이크로미러의 '온' 및 '오프'상태 둘 다는 평판 비편향 상태와는 다른 위치일 수 있다. 도 5-9에 예시된 실시예에서, 마이크로미러는 동일한 기판 상에 마이크로미러를 이동시키는 전극과 회로로서 형성된다. 그리고, 마이크로미러는 '온' 및 '오프'상태 둘 다를 가질 뿐만 아니라 편향각은 '온' 및 '오프'상태 사이에 있다. 도 5A 내지 도 5G에 예시된 바와 같이, 기판 상에(또는 기판 내에) 형성된 회로와 전극을 가진 반도체 기판이 본 발명에 따른 마이크로미러를 제조하는 시작 기판일 수 있다.

도 5A에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 제어용 회로를 갖는 반도체 기판(10)이 분리 영역(12a 내지 12e)-전형적으로 알루미늄(예를 들면, 반도체 공정에서 최종 금속층)에 형성된 패턴된 금속층을 가진다. 희생층(14)이 도 5B에 도시된 바와 같이, 기판 상에 증착된다. 앞선 실시예에서와 같이, 희생재료는 인접한 구조와 요망 에천트에 따라 많은 재료로부터 선택될 수 있다. 본 실시예에서, 희생재료는 노볼락 포토레지스티이다. 또한 도 5B에 도시된 바와 같이, 개구(15a와 15b)가 노볼락 포토레지스터에 대한 표준 패터닝 방법으로 희생재료에 형성되어, 개구(15a와 15b)를 금속 영역(12a 에서 12c)에 접속하게 형성한다. 도 5C에 도시된 바와 같이 개구(15a 에서 15c)를 형성한 후, 플러그나 다른 접속(16a 내지 16c)이 표준 플러그 형성 방법에 따라 형성된다. 예를 들면, 텅스텐(W)이 a) 실리콘 감소: 2WF6+3Si→2W+3SiF4(이 반응은 WF6 가스를 약 300℃의 온도로 웨이퍼 표면 상에 노출된 고체 실리콘의 영역과 반응하게 함으로써 정상적으로 생산된다), b) 수소 감소: WF6+3H2→W+6HF(이 공정은 대개 약 450℃의 온도 이하의 감소된 압력으로 실행된다), c) 실란(silane) 감소: 2WF6+3SiH4→2W+3SiF4+6H2(이 반응(약 300℃의 LPCVD)은 수소반응에 대한 W 핵층을 생산하는데 광범위하게 사용된다)에 의한 CVD로 증착될 수 있다. 다른 도전재료, 특히 다른 내화재료가, 플러그(16a 에서 16c)에 사용될 수 있다. 플러그 재료의 층을 증착한 후, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)가 도 5C에 도시된 바와 같은 플러그를 형성하도록 희생재료 아래에 수행된다. 일부 플러그 재료에 대해, 필링(peeling)을 피하기 위해 라이너(liner)를 먼저 증착하는 것이 바람직할 수 있다(예를 들면, 텅스텐 플러그에 대해, TiN, TiW 또는 TiWN 라이너가 희생재료내의 구멍에 있는 텅스텐을 둘러싼 후 희생층을 나중에 방출할 수 있다).

도 5D에 도시된 바와 같이, 도전층이 증착되고 패턴되어 분리된 금속영역(18a 에서 18c)을 이루며, 각 금속 영역은 각각 플러그(16a 에서 16c)를 통해 하부 금속 영역(12a 에서 12c)에 각각 전기적으로 연결되어 있다. 도전층은 물리적 기상 증착이나 전기도금과 같은 적절한 방법으로 증착되는 임의의 적절한 재료(알루미늄, 알루미늄 합금, 다른 금속 합금, 도전성 세라믹 화합물 등)일 수 있다. 재료는 바람직하게 도전성 뿐만 아니라 굳기(hardness), 탄성 등의 적절한 조합을 가져야 한다(도시된 바와 같이, 면적 18c는 형성된 마이크로미러용 힌지로서 작동할 것이다). 물론 분리된 영역(18a 에서 18c)은 다른 재료나 성질이 한 분리된 영역에서 인접한 영역까지(마찬가지로 영역(12a 에서 12c) 및 플러그(18a 에서 18c)와 같은 장치 내에 형성된 다른 영역들과 함께) 요망된다면 동일한 시간에 형성될 필요가 없다. 층내의 각 분리 영역이 동일 시간에 증착된 동일 재료이면 자연히 몇몇의 공정이 포함된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 도전층은 2000년 8월 23일 출원된 라이드의 미국특허출원 제60/228,007호와 2001년 6월 22일 출원된 라이드의 미국특허출원 제60/300,533호에 개시된 알루미늄 합금이나 도전성 이진 또는 삼진(또는 고차) 화합물이며, 둘 다 본명세서에서 참조문헌으로 합체되고 스퍼터링 작용으로 증착된다. 적절한 식각화학이 도전층(예를 들면 알루미늄에 대한 염소화학)을 형성하는데 사용되어 분리된 도전 영역(18a 에서 18c)을 형성한다.

또한 도 5E에 예시된 바와 같이, 희생재료 층(14)과 동일하거나 다를 수 있는 희생층(20)의 제 2 층이 증착된다(바람직하게는 상기 재료는 양 층이 동시에 제거될 수 있도록 동일하다). 그런 후, 층(20)이 패턴되어 영역(18c) 아래에 개구(20e)를 형성한다. 희생층(14)에서 개구를 형성하는 것과 관련하여, 이는 포토레지스트의 추가 층으로 행해질 수 있거나 재료가 포토레지스트나 다른 직접적으로 패턴가능한 재료이면 층(20)이 직접적으로 패턴될 수 있다. 도 5F에 도시된 바와 같이, 플러그나 접속(22)은 희생층(20) 상에 바람직하게는 전기적 도전재료를 증착한 후 화학기계적연마가 수행되어 플러그(22)를 분리된 영역("힌지")(18c)에 접속하게 형성된다. 그런 후, 도 5G에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 본체(24)는 (바람직하게는 도전)층을 증착한 후 마이크로미러의 요망 형태로 패터닝함으로써 형성된다. 도 6A에 예시된 바와 같고, 본 명세서에 더 상세히 논의되어질 많은 마이크로미러 형태가 가능하다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 형태는 도 6B 및 도 6C에 도시된 바와 같이 정사각형 또는 다이아몬드형을 포함한 임의의 형태일 수 있다. 물론, 이들 형태는 마이크로미러의 조밀한 패킹(packing)을 허용함으로써 (도 7의 밀집한 장치어레이(close fitting array)에 예시된 도 6A에서의 마이크로미러 형태와 같이) 높은 충진율(fill factor)이 선호된다. 도 6C(및 나중의 도 12)의 점선(62)은 마이크로미러의 축 또는 회전이다.

도 5A 에서 도 5G에 따른 마이크로미러를 제조하는데 사용되는 다양한 층에 대해 단일 층으로서 예시되어 있으나, (구조적이거나 희생적인)각 층은, 예를 들면, 향상된 기계적 성능을 갖는 층상구조의 한 층과 향상된 도전성을 갖는 또 다른 층과 같은 층상구조로서 제공될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서 구조적 재료가 도전성이지만, 마이크로미러(24)(또는 층상구조(24)내의 한 층)를 도전성이게 할 뿐만 아니라 작동전극(12d 및 18b)(및 전극(12d 및 18b)을 반도체 기판에 접속시키는 층/재료)을 도전성이게 할 수 있다. 더욱이, 상기 개시된 재료(금속, 금속합금, 금속-세라믹 합금, 등)는 어떤 금속일 필요가 없으며, 예를 들면 실리콘(예 를 들어, 다결정 실리콘) 또는 실리콘 화합물(예를 들어, Si3N4, SiC, SiO2, 등)일 수 있다. Si3N4가 구조재료로서 사용되고 아모포스 실리콘이 희생재료로서 사용되면, 크세논 디플루오라이드(xenon difluoride)가 상기 희생 아모포스 실리콘을 재거하기 위해 기상 에천트로서 이용될 수 있다. 필요하다면, 구조재료로서 사용되는 실리콘 또는 실리콘 화합물(또는 다른 화합물)이 구조층(들)의 응력 특징을 향상시키기 위해 희생층을 제거하기 전/후에 어닐링될 수 있다. 도 8은 도 5A 에서 도 5G에 따라 형성된 마이크로미러의 분해도이다.

마이크로미러 제조의 최종 단계중 하나는 희생층(14 및 20)을 제거하는 단계이다. 도 9A는 2개의 희생층을 제거한 다음의 마이크로미러 예시로서, 포스트(22), 힌지(18c), 포스트(16c) 및 금속영역(12c)을 통해 기판(10)에 접속된 마이크로미러(24)를 도시한다. 어떠한 전압도 어떤 하부의 전극(상술한 공정에서 형성된 분리된 금속 영역), 예를 들면, 전극(18b 또는 12d)에 인가되지 않는 한, 도 9A에 도시된 바와 같은 마이크로미러는 이동되거나 편향되지 않는다. 이러한 비편향된 위치는 각도인 마이크로미러에 대한 '오프'위치가 아니며, (투영된 이미지에 대한 최상의 콘트라스트 비(contrast ratio)를 달성하기 위해) 프로젝션 시스템에 대해 일반적으로 '온'위치로부터 가장 멀리 떨어진 위치이다. 마이크로미러의 '온'상태, 즉, 수용 광학계(collection optics)의 수용 원추(cone)로 광을 편향시키는 마이크로미러의 위치가 도 9B에 예시되어 있다. 판(24)의 엣지가 전극(12e)에 닿을 때 까지 전압(VA)이 마이크로미러 판(24)을 전기적으로 잡아당기도록 전극(12d)에 인가된다. 마이크로미러 판(24)과 전극(12e) 둘 다는 동일한 전위이 며, 실시예에서는 전압(V0)이다. 도 9C에 예시된 바와 같이, 전압(VB)이 전극(18b)에 인가될 때, 마이크로미러 판(24)은 반대방향으로 편향되고, 전극(18a)에 의해 이동이 정지된다. 전극(18a)과 마이크로미러 판(24) 둘 다는 동일한 전위(실시예에서 전압 V0)이다. 전극(18b) 대 전극(12d)의 크기와 이들 전극과 마이크로미러 판(24) 사이의 거리에 따라, 전극(18b 및 12d)에 인가된 전압이 동일할 필요는 없다. 도 9C에 예시된 이러한 편향위치가 '오프'위치이며, 수용 광학계로부터 가장 멀리 광을 편향시킨다.

도 9B와 도 9C를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 오프위치는 온위치 보다 (기판에 대해) 더 작은 각도를 형성한다. 이하, 온 및 오프각도(또는 기판이나 비편향된 마이크로미러 위치에 대해 이러한 각도)를 언급할 때, 각도의 부호(기판이나 비편향 위치에 대해 양이나 음)가 사용될 것이다. 부호는 임의적이나, 마이크로미러가 '온'위치에 대해 한 방향으로 회전하고 '오프'위치에 대해 다른 방향으로는 회전함을 의미한다. 이러한 비대칭의 잇점은 하기에 더 상세히 논의될 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 온위치는 0 에서 +30도 이고 오프위치는 0 에서 -30도 이며, 온 위치의 이동이 오프위치의 이동보다 더 크다. 예를 들면, 온 위치는 +10도 에서 +30(또는 +12도 에서 +20도 또는 +10도 에서 +15도)를 형성될 수 있고 오프위치는 0보다 크고 0도 및 -30도(또는 0 및 -10도나 -12도 사이의 작은 범위내에, 또는 -1도 에서 -12도, 또는 -1도 에서 -10도나 -11도, 또는 -2도 에서 -7도) 사이일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마이크로미러는 온위치에 대해 적어도 +12도 및 오프위치에 대해 -4도 및 -10도 사이에 회전가능하다. 힌지에 사용되는 재료에 따라, 온회전에서는 +10도 에서 +35도 및 오프회전에서는 -2도 에서 -25도와 같이더 큰 각도가 달성될 수 있다(물론 재료 피로(fatigue)와 크리프(creep)가 매우 큰 각도에서 문제가 될 수 있다). 회전 방향을 고려하지 않으면, 온 및 오프위치가 기판에 대해 적어도 3도 이상 30도 미만이며, 바람직하게는 온위치는 +10도 이상이고, 마이크로미러는 반대로 오프방향에서 보다 온방향에서 1도 더(또는 1도 이상) 회전하는 것이 선호된다.

도 10A 에서 도 10D는 또 다른 방법 및 마이크로미러 구조를 예시한다. 재료들, 층들, 희생 식각, 구조층들의 증착 등의 다양성은 상술한 공정에 대해 상기와 같다. 도 10A 에서 도 10D에 예시된 방법에 대해, 기판(40)은 (나중에 회로 및 전극을 갖느 제 2 기판에 접합되는)광투과성 기판이나 회로 및 전극을 이미 가지고 있는 반도체 기판일 수 있다. 본 실시예에서 도 11A 에서 도 11B에 도시된 바와 같이, 회로 및 전극들이 분리된 기판 상에 형성된다.

도 10A에서, 희생층(42)이 개구(43)를 형성하기 위해 증착되고 패턴된다. 그런 후, 도 10B에 예시된 바와 같이, 플러그(46)가 형성된다(바람직하게는 도 5A 에서 도 5G의 공정에서와 같이 - 플러그를 형성하기 위해 금속, 금속 합금 또는 다른 도전층과 (예를 들면 CMP에 의한) 플라나라이즈(planarize)를 증착한다). 그런 후, 도 10C에 도시된 바와 같이, 힌지(50)가 전기적 도전재료를 증착함으로써 형성된다(적절한 부정형성(armophousness), 탄성, 굳기, 세기 등). 본 실시예에서, 힌지(및/또는 마이크로미러)는 Ta-Si-N과 같은 초기전이 금속 실리콘 질화물, Co-Si-N과 같은 후기 전이금속 실리콘 질화물 또는 티타늄 알루미늄 합금과 같은 금속 이나 금속 세라믹 합금, 또는 티타늄 알루미늄 산화물 합금이다. 이러한 재료를 증착한 후, 포토레지스트가 증착되고 패턴되어 힌지영역(50)을 제외한 모든 영역을 식각/제거 한다. 그런 후, 도 10D에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 판(44)이 포토레지스트를 갖는 힌지를 먼저 보호한 후 힌지 구조층을 증착하고 패터닝함으로써 부분적으로 중첩되고 힌지(50)와 접속한 마이크로미러 판(44)을 형성한다. 또 다른 실시예에서와 같이, 수 천 또는 수 백만의 이러한 마이크로미러 어레이가 한 어레이에서 동일한 시간에 형성된다.

그런 후, 웨이퍼나 다이 수준에서, 마이크로미러를 갖는 기판이 작동회로 및 전극을 갖는 기판에 부착된다. 본 실시예에서는 각 편향방향에 대해 하나 씩 마이크로미러당 적어도 2개의 전극과, 바람직하게는 마이크로미러 그 자체와 동일한 전위로 재료를 접촉함으로써 마이크로미러가 (방향중 한 방향)이동을 정지하게 하는 제 3 전극이 있어야 한다. 마이크로미러를 편향시키기 위한 전극(72,74)을 갖는 제 2 기판(60)과, 랜딩패드 또는 전극(70)이 도 11A에 예시되어 있다. 마이크로미러는 도 11A에서 비편향 위치이다. 전압(VA)이 전극(72)에 인가되면, 전극(70)에 닿을 때 까지 마이크로미러(44)가 편향된다(도 11B). 이는 광을 시스템의 집광장치로 입사하도록 하는 마이크로미러의 '온'위치이다. 마이크로미러 판(44)의 끝단이 전극(7)과 기판(40)에 동시에 닿도록 기판 사이의 갭을 설계하는 것이 가능하다. 전압(VB)이 전극(74)에 인가되면, 마이크로미러 판(44)의 끝단이 기판(40)에 닿을 때 까지 마이크로미러 판(44)이 반대방향으로 편향된다. 이는 마이크로미러의 '오프'위치이다(도 11C). 힌지(50)와 포스트(46)의 위치로 인해, 이러한 '오프'위치에 서 마이크로미러의 각은 '온'위치에서의 마이크로미러의 각보다 작다. 이러한 마이크로미러의 어레이가 도 12에 예시되어 있고, 도 10A 에서 도 10D의 공정에 따라 제조된 마이크로미러의 분해도가 도 13에 도시되어 있다.

도 14A는 어레이내의 다중 마이크로미러의 횡단면도로서 '오프'상태에 있는 마이크로미러가 편향되지 않은 반면에(그룹 100), '온'상태에 있는 마이크로미러는 평평한 상태로부터 이동되어 광을 투영시키며 상기 광이 보여질 수 있다(직접적으로, 단일장치내의 타깃상에, 룸을 가로질러 스크린에, 등). 이러한 마이크로미러 어레이 배열이 도 14B 및 도 14C에 예시되어 있다. 도 14B에 예시된 바와 같이, '온'상태의 마이크로미러에서, 광(50)의 입사 원추가 마이크로미러들에 대해 반사되고(모든 마이크로미러들이 도면에서 '온'상태에 있다) 광이 광(52)의 원추로서 출력개구(60)로 투영되며, 대부분의 경우 이미지 시스템(예를 들면 프로젝션 렌즈나 렌즈들)으로 진행될 것이다. 원추(54)는 투명커버로부터 거울반사를 나타낸다. 도 14C는 '오프'상태에 있는 마이크로미러의 예시이고, 원추(52)는 '오프'상태에 있는 마이크로미러로부터 반사된 광을 나타낸다. 광의 입사 및 반사된 원추들은, 도면들을 통해, 전체 어레이에서 좁아질 것이며, 예시를 용이하게 하기 위해, 광의 원추는 각각의 마이크로미러상에 태퍼지게(tapering) 도시되어 있다.

도 14B 및 도 14C의 배열은 마이크로미러가 '오프'상태에 있을 때, 거의 광이 마이크로미러들 사이의 갭을 지나지 않고 바람직하지 않은 "갭 산란(gap scatter)"을 야기하지 않는 잇점을 가진다. 그러나, 도 14C에 도시된 바와 같이, 회절된 광이 마이크로미러의 반복 패턴(반사된 '오프' 광(52)의 원추를 지나 확장 한 광(61a 및 61b))에 의해 야기된다. 바람직하지 않은 광이 마이크로미러의 엣지로부터("엣지 산란") 산란이나 회절에 의해 야기된다. 특히, 광의 입사 원추(및 따라서 광의 출사 원추)는 효율을 증가시키기 위해 가능한 한 크게 제작되고, 반사된 '오프'광의 원추를 넘어서 확장한 광(61)과 같은 회절 광이 출력 개구(60)(예를 들면, 수집 광학계)에 들어가서 바람직하지 않은 콘트라스트 비를 줄일 수 있다.

콘트라스트 비를 줄이는 (회절 광을 포함한) '오프'상태와 '온'상태 광의 이러한 "중첩"을 피하기 위해, '오프'상태와 '온'상태 광이 온' 및 '오프'상태 둘 다에 대한 마이크로미러를 편향시킴으로써 서로 분리될 수 있다. 도 15A에 도시된 바와 같이, 마이크로미러가 상기 도면에서 예시된 바와 같이 '오프'상태에서 편향되면, 일부 광이 광선(116)으로 도시된 바와 같은 '온'상태 방향으로부터 멀리 마이크로미러에 대해 적절히 반사될 것이다. 인접한 마이크로미러가 '오프'상태에 있을지라도, 또 다른 광(112)이 마이크로미러 상에 닿는 것이 아니라 아래 기판의 상단 면 상에(예를 들면, 하부 회로 및 전극 상에) 산란되어 수집 광학계로 들어갈 것이다. 또는, 광선(114)에 의해 도시된 바와 같이, 갭 산란이 발생하기 보다는 광선(116)과 같은 '오프'각도로 적절히 지향되는 입사광이 마이크로미러에 닿을 수 있다. 도 15B에 예시된 바와 같은 이러한 '온' 배열은 도 14B에서와 동일하다. 그러나, 도 15C에 예시한 바와 같이, 마이크로미러 주기성에 의해 야기된 회절(61a)을 따르는 '오프'상태가 '온'상태로부터 최대한 이동되어 (상술한 바와 같이, 갭 산란으로 인해 콘트라스트 비가 감소되었지만) 회절/엣지 산란으로 인해 향상된 콘트라스트 비가 초래된다.

향상된 마이크로미러 어레이는 '오프' 광 원추와 '온' 광 원추 사이의 거리를 최대화하나(수용 원추로 엣지 산란을 최소화), 인접한 마이크로미러들 사이의 갭을 최소화(갭 산란의 최소화)할 것이다. 시도되었던 한가지 해결방안은 도 15A 에서 도 15C에서와 같은 '온' 및 '오프' 상태에 대해 반대방향으로 편향되는 마이크로미러를 마이크로미러 어레이에 제공하고, 마이크로미러 아래의 광 흡수층을 제공하여 갭 산란을 줄이도록 제공하는 것이었다. 불행히도, 이는 공정 복잡도를 증가시키거나, 광을 마이크로미러 조립물에 흡수시키며(광 값에 대해), 상기 조립물은 광 값의 온도를 증가시키고 열팽창과, 마이크로미러 구조의 증가된 피로 또는 드룹(droop)과, 차단(passivation) 박막의 증가된 파열과, 자체 조립된 단일층 및/또는 윤활제 등으로 인해 문제를 야기한다.

도 16A 에서 도 16C에 도시된 바와 같이, '온' 및 '오프'상태 둘 다, 심지어 다른 편향각도로 편향된 마이크로미러들이 제공되어 있다. 도 16A에 도시된 바와 같이, (평평하거나 비편향된 위치로부터 반대방향으로 편향된)'온'상태의 마이크로미러(102)보다 작은 편향 각도에 있는 마이크로미러(100)가 '오프'상태로 편향되어 있다. 도 16B에 도시된 바와 같이, '온'상태는 일부 거울반사(54)를 가지며 변하지 않는다(출력 개구(60)로 출사광(52)으로서 투영된 입사광(50)). 도 16C에서, 마이크로미러는 충분히 편향된 위치의 '오프'상태에 있으므로 출력 개구(60)로 통과되는 엣지 산란광(61a)이 최소화되지만, 큰 오프상태 편향각도로 인해 마이크로미러들 아래로부터 갭 산란광을 최소화하기 위해 이러한 엣지 산란광(61a)을 수용 원추에서 벗어나게 하는 정도로만 편향된다.

본 발명의 또 다른 특징은 장치의 패키지화이다. 상술한 바와 같이, 광투과성 기판의 반사는 구면반사를 발생할 수 있다. 도 17A에 도시된 바와 같이, 입사광 원추(50)는, 반사된 원추(52)로 예시한 바와 같이, 온위치에서 마이크로미러들에 대해 반사된다. 광투과성 기판(32)의 표면으로부터 반사된 구면광이 광 원추(54)로 예시되어 있다. 원추의 팽창각을 증가시켜 이텐듀(etendue)와 프로젝션 시스템 효율을 증가시키는 것이 프로젝션 시스템 제조에 바람직하다. 그러나, 도 17A에 도시된 바와 같이, 비록 마이크로미러가 '오프'상태에 있다하더라도(따라서 콘트라스트 비를 감소시킴), 원추(50)의 팽창각 증가로 인해 원추(52 및 54)의 팽창각에서의 증가를 초래하여 원추(54)으로부터 거울반사광이 출력 개구(60)로 들어가게 할 것이다.

도 17b에서 볼 수 있는 바와 같이, 더욱 확장된 각도의 광 원추를 허용하면서도 출력 개구로 들어가는 거울 반사를 방지하기 위하여, 광 투과 기판(32)이 기판(30)에 대하여 상대적인 특정한 각도로 경사진다. 많은 경우, 기판(30)은 그 위에 마이크로미러들(또는 다른 광학적 MEMS 소자들)이 형성되는 기판인 반면, 기판(32)은 광학적 MEMS 장치를 위한 패키지에서의 광 투과 창이다. 창의 각도는 -1도보다 크다(음의 부호는 각도들 또는 마이크로미러들의 방향과 보조를 맞추기 위함임). 한 예에서, 창은 -2에서 -15도까지의 각도로 경사지거나, 또는 -3에서 -10도까지의 범위 내에 있다. 어떤 경우이든, 창은 (마이크로미러 기판 및/또는 패키지 바닥에 대하여 상대적으로) 마이크로미러들의 오프 위치와 동일한 "방향"으로 있는 것이 바람직한 마이크로미러 기판에 대하여 상대적인 특정한 각도로 경사진 다. 도 17b에서 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로미러들이 '온' 상태에 있을 때는, '온' 마이크로미러들로부터의 광으로서 반사된 광(광 반사율 원추(52))과 거울 반사광(광 원추(54)) 사이에 갭이 있다. 이 "갭"은 거울 반사 원추(54)가 경사진 광 투명 기판 때문에 더 먼 거리에서 반사되는데 기인한다. 도 17c에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 배열은 '온' 마이크로미러들(원추(52))과 광 투명 기판(원추(54))으로부터의 입사 광 원추( 및 상응하는 반사율 광 원추들)의 확장된 각도를 증가시킬 수 있도록 한다. (비록 실제로는 광 원추(52)는 마이크로미러(들)로부터 반사하고 거울 반사 원추(54)는 기판(32)으로부터 반사하지만, 도시의 편의를 위하여, 광 원추들의 반사율 점은 마이크로미러와 광 투과 기판의 중간지점에 있다.) 도 17b 및 도 17c에 도시된 것과 같은 경사진 광 투과 창은 더 큰 통과량(throughput), 더 높은 시스템 효율, 더 큰 라이트밸류(light value)의 이텐듀(etendue)(이텐듀=입체각(solid angle)×면적)를 허용한다. 도 17b 및 도 17c에 도시된 것과 같은 광 밸브는 더 큰 이텐듀의 광선을 변조할 수 있고 광원으로부터의 더 많은 광을 통과할 수 있으며 따라서 더 효율적이다.

패키지화된 장치가 도 17d 및 도 17e에 도시되어 있다. 도 17d에서 볼 수 있는 바와 같이, 입사광(40)(본도에서는 이전의 도면들과 반대이다)이 어레이에 입사하고 어레이로부터 반사된다. 도 17e에서 볼 수 있는 바와 같이, (마스크 영역(34a, 34b)이 구비된) 경사진 광 투과 기판(32)은 상기한 바와 같이 증가된 광 원추 확장각을 허용할 뿐 아니라 이에 더하여 창(32)의 마스크와 마이크로미러 어레이 사이의 갭을 최소화함으로써 패키지 내에서 광의 분산과 온도 증가를 감소시킨다. 광 투과 창의 각도는 기판에 대하여 상대적으로 1에서 15도까지이고, 2에서 15도까지 또는 심지어는 3에서 10도까지인 것이 바람직하다. 도 17d 및 도 17e에서 볼 수 있는 바와 같이, 패키지 내에서 기판의 일 단부에 있는 (마이크로미러들 또는 다른 미소(微小)기계적 소자의 작동을 위하여 기판을 패키지에 전기적으로 연결하는) 접합 배선들(bond wires)(37)은 경사진 창이 기판의 반대쪽 단부에서보다 더 멀리 떨어져 있는 곳에 배치된다. 따라서, 경사진 창은 접합 배선들의 존재를 허용하지만, 접합 배선들이 없는 기판의 일 단부에서 광 투과 창과 마이크로미러 기판 사이에 최소의 거리만을 허용한다. 패키지에서 접합 배선들 및 경사진 창의 높은 쪽 위치에 대응하는 쪽으로부터 광이 마이크로미러 어레이에 입사함을 유의하라. 패키지 내에 존재할 수 있는 추가적인 구성요소들은 패키지 접착제, 분자 제거제 또는 기타 게터(getter), 스틱션(stiction) 감소제 공급원(예를 들어, 클로로실레인, 퍼플루오리네이티드 n-알카노익 산, 헥사메틸디실라제인 등)이다.

본 발명의 마이크로미러들이 프로젝션 디스플레이용이라면, 어레이를 비추고 수집 광학계를 통하여 타깃에 화상을 투영(project)하는 적합한 광원이 있어야 한다. 본 발명에 있어서, 프로젝션 시스템의 설치공간(footprint)은 최소화하면서 향상된 콘트라스트 비를 허용하는, 광원과 어레이 및 각각의 마이크로미러로의 입사 광선의 배열을 도 18 및 도 19a 내지 도 19c에서 볼 수 있다. 도 18에서 볼 수 있는 바와 같이, 광원(114)은 어레이의 활성 영역(도면에서 직사각형(94)으로 도시됨)의 전방 변(邊)(93)에 대하여 90도 각도로 광선(116)을 조사한다. 도 18에 도시된 것과 같은 대개 직사각형인 어레이에서 활성 영역(94)에는 전형적으로 64,000 에서 약 2,000,000개의 화소들이 있게 된다. 활성 영역(94)은 수집 광학계(115)를 통해 타깃으로 ('온'상태 마이크로미러들에 의해) 광을 반사하여 상응하는 직사각형 화상을 타깃(예컨대, 벽 또는 스크린)에 형성한다. 물론, 어레이는 직사각형 이외의 형상일 수도 있고, 그 경우 (마스크를 통과한 것이 아니라면) 그에 상응하는 형상으로 타깃에 나타날 것이다. 광원(114)으로부터의 광은 어레이에 있는 특정 마이크로미러들('온'상태에 있는 것들)로부터 반사되고, 광학계(115)(명료하게 하기 위해 두 개의 렌즈로 단순화됨)를 통과한다. '오프'상태(편향되지 않은 "휴지(休止)"상태)에 있는 마이크로미러들은 도 18에 있는 영역 99로 광을 조사한다. 도 18은, 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이, TIR 프리즘, 추가적인 초점맞추기용 또는 확대용 렌즈, 컬러 화상을 제공하기 위한 컬러 휠(color wheel), 광 파이프 등과 같은 추가적인 구성요소들을 가질 수 있는 프로젝션 시스템을 단순화한 것이다. 물론, 프로젝션 시스템이 컬러 화상 투영용(예컨대, 전면 또는 후면 스크린 프로젝션 TV, 컴퓨터 모니터 등)이 아닌 마스크 없는 리소그라피(lithography) 또는 비컬러 응용품을 위한 것이라면, 컬러 휠과 다른 수집 광학계가 사용될 수 있다. 그리고, 타깃은 스크린이나 포토레지스트(photoresist)가 아니라 디렉트 뷰 디스플레이(direct view display)와 관련하여 시청자의 망막이 될 수도 있다. 도 18에서 볼 수 있는 바와 같이, 어레이의 모든 '온' 마이크로미러들은 함께 단일 수집 광학계로 광을 조사하는데, 단일 수집 광학계는 광을 타깃에 조사하고/초점을 맞추고/투영하기 위한 하나의 렌즈 또는 일단(一團)의 렌즈들이 될 수 있다.

보여지는 화상이 컴퓨터 상에 있든, 텔레비전 상에 있든 또는 영화 스크린 상에 있든, 스크린 화상의 화소들(어레이 내의 마이크로미러 소자에 대응하는, 보여지는 또는 투영되는 화상의 각 화소)은 직사각형의 스크린 화상을 정의하는 네 변(邊) 중 적어도 둘과 평행하지 않은 변들을 가진다. 도 19a 내지 도 19e에 나타낸 마이크로미러 소자의 한 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 입사 광선은 마이크로미러 소자의 어느 변에도 수직으로 닿지 않는다. 도 19a는 광이 하나의 마이크로미러 소자에 부딪치는 모습의 사시도이며, 한편 도 19b는 평면도, 도 19c는 측면도이다. 입사 광선은 (마이크로미러/어레이 평면에 대하여) 수직으로부터 10에서 50도까지(예컨대 20도)로 될 수 있다. 도 19c에 있는 각도 133을 참조하라.

마이크로미러 평면으로부터의 입사 광선의 각도에 상관없이, 마이크로미러의 어떤 변도 그 변에 입사하는 광선에 대하여 수직이 되지 않을 것이다(도 19d 참조). 바람직한 일 실시예에서, 마이크로미러의 변들은 입사 광선의 축의 마이크로미러 평면(102) 상의 투영에 대하여 80도보다 작은 각도 131로 배치되어야 하며, 바람직하게는 55도 이하, 보다 바람직하게는 45도 이하, 그리고 가장 바람직하게는 40도 이하여야 한다. 반대로, 각도 132는 100도 이상이어야 하며, 바람직하게는 125도 이상, 보다 바람직하게는 135도 이상, 그리고 가장 바람직하게는 140도 이상이어야 한다. 마이크로미러의 스위칭 축(즉, 회전축)은 도 19d에 점선 103으로 표시되어 있다. 상기 스위칭 축은, 사용되는 힌지의 종류에 따라, 마이크로미러 상의 다른 위치, 예컨대 선 106에 있을 수도 있다. 도 19d에서 볼 수 있는 바와 같이, 스위칭 축(예컨대, 103 또는 106)은 마이크로미러 평면상으로 투영되는 입사 광선(102)에 대하여 수직이다. 도 19e는 도 19d와 마찬가지로 평면도이지만, 도 19e에는 마이크로미러들의 어레이가 마이크로미러들의 2-D 어레이 상으로의 입사 광선(102)과 함께 도시되어 있다. 도 19e의 각 마이크로미러는 도 19a 내지 도 19d에 도시된 마이크로미러의 형상을 하고 있음에 유의하라. 도 19e에서 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로미러 어레이의 전체적인 형상은 직사각형이다. 어레이의 네 변(邊)들 각각(117 내지 120)은 활성 영역(121 내지 124)의 마지막 행 또는 열에서 가장 멀리 떨어진 화소들 사이에 선을 그음으로써 정의된다(예를 들어, 변 119는 모퉁이 화소 123 및 122와 교차하는 선에 의해 정의됨). 비록 "전방"(광원에 가장 가까운) 및 "후방"(광원에서 가장 먼) 활성 영역 변들(119, 117) 각각이 활성 영역에 있는 마이크로미러들의 형상 때문에 "들쭉날쭉"하지만, 1㎠에서 1in2까지의 면적 내에 마이크로미러들이 약 3,000,000개까지 또는 그 이상 있을 수 있음을 기억해야 한다. 따라서, 극단적으로 확대된 경우가 아니라면, 활성 영역은 기본적으로 직사각형이 될 것이며, 활성 영역 변들 118 및 120(또는 117 및 119)은 도 19d의 마이크로미러 변들 107 및 108에 평행하고(도 19d의 마이크로미러는 도 19e의 활성 영역 내의 마이크로미러 소자들 중 하나임); 활성 영역 변들 117 및 119(또는 118 및 120)는 각 마이크로미러의 스위칭 축 103(또는 106)에 평행하며(도 19d 참조); 또한 활성 영역 변들 117 및 119(또는 118 및 120)는 마이크로미러들의 전방 또는 후방 변들 125a 내지 125d(도 19d 참조)에 대하여 수직이 아니다. 도 19e는 또한 다수의 투영된 화소들을 포함하는 투영된 화상으로 볼 수도 있다(각 투영된 화소는 도 19d에 도시된 형상임). 이에 따르면, 투영된 화상의 변들 118 및 120(또는 117 및 119)은 투영된 화소의 변들 107 및 108에 평행하고, 투영된 화상의 변들 117 및 119(또는 118 및 120)는 투영된 화소의 변들 125a 내지 125d에 대하여 수직이 아니다.

도 20은 (물론 전형적인 활성 영역 내에 있는 것보다 훨씬 적은 수의 화소들을 가진) 2-D 마이크로미러 어레이를 도시한 것이다. 비록 전형적인 디스플레이는 64K개 화소들(320×200 화소들)에서 1,920K개 화소들(1600×1200 화소들=UXGA)까지, 또는 그 이상의 화소들(예컨대 1920×1080=HDTV; 2048×1536=QXGA)을 가질 것이지만, 도시의 편의를 위하여(도 20에서 뿐 아니라 도 21 내지 도 26 및 도 29 내지 도 32에서도) 60개 미만의 마이크로미러들/화소들이 도시되어 있다. 본 발명에서는 각 화소의 크기가 매우 작기 때문에, 얻을 수 있는 해상도는 기본적으로 무제한이다. 도 20에서는, 각 화소의 변들은 활성 영역의 상응하는 변들에 평행하다. 따라서, 마이크로미러의 각 변은 활성 영역의 변들에 대하여 수직이거나 또는 평행하다. 대조적으로, 도 21에서는, 마이크로미러의 변들은 활성 영역의 변들에 대하여 평행도 수직도 아니다. 아래에서 알게 되겠지만, 다른 실시예들에서는, 변들 중 일부는 활성 영역의 변들에 대하여 평행도 수직도 아니며, 어떤 변들은 (이들이 입사 광선으로부터 마이크로미러 평면 위에 덧붙여지는 선의 방향에 또한 평행인 한) 활성 영역의 변들에 대하여 평행일 수 있다.

도 22에 도시된 마이크로미러 어레이는 높은 콘트라스트 비를 달성한다. 하지만, 도 23 내지 도 29에 도시된 것과 같은 마이크로미러 배열들은 어드레싱 계획(addressing scheme)을 단순화한다. 더욱 상세하게는, 도 23 내지 도 29는 어레이의 X축 및 Y축에 대하여 특정 각도로 정렬된 격자 상에 화소들을 위치시키지 않는 이점이 있다. 전형적인 비디오 화상 소스(source)들은 화소 색채 데이터를 X-Y 격자 형태로 제공하기 때문에, 도 23 내지 도 29의 화소 배열은 디스플레이 상에 봐줄 만한 화상을 만들기 위한 사소하지 않은 비디오의 전처리과정(preprocessing)을 피하게 한다. 또한 도 23 내지 도 29의 배열은 (화소 제어기 셀(cell)들로 가는 행 또는 열 배선들이 두 배 많이 필요할 수 있는 도 13 및 도 14와 관련하여) 디스플레이 후면의 배치설계(layout)가 더 복잡해지는 것을 피하게 한다. 도 22의 수평선(80)은 마이크로미러 소자들의 맨 위쪽 행을 연결하며, 수직선들(81a 내지 81d)은 이들 맨 위쪽 행 마이크로미러들 각각으로부터 연장된다(이들 수평선 및 수직선들은 어레이에서 행과 열을 어드레스하는 것에 상응함). 도 22에서 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로미러들은 이러한 방식으로 하나 건너 하나씩만 연결된다. 따라서, 모든 마이크로미러들이 어드레스되기 위해서는 두 배 많은 행들과 열들이 필요하며, 그리하여 어레이를 어드레스함에 있어 복잡성이 증가된다. 도 22는 또한 마이크로미러들의 모서리들에 있는 지지기둥들(83)을 도시하는데, 지지기둥들은 각 마이크로미러 소자 아래의 힌지들(미도시)(상술한 "겹쳐진 힌지들")과 마이크로미러 소자들 위의 광학적 투과 기판(미도시)에 연결된다.

도 23에 도시된 바와 같은 보다 바람직한 일 실시예에 있어서는, 어레이 92가 제공된다. 마이크로미러의 어느 변도 입사 광선에 대하여 수직이 아니도록 광선(90)이 어레이에 조사된다. 도 23에서는, 마이크로미러들의 (입사 광선(90)에 대하여 상대적으로) 전방 변들이 입사 광선(90)에 대하여 약 135도의 각도로 경사져 있다. 상기 각도는 100도보다 큰 것이 바람직하고, 130도보다 크면 더 바람직하다. 입사 광선과 전방 변 간의 각도가 135도 이상이면 콘트라스트 비가 더욱 향상되고, 140도 이상이면 더더욱 향상될 수 있다. 도 23에서는, 마이크로미러 소자들의 방향이 도 22와 관련하여 상술한 것과 같은 어드레싱 문제를 일으키지는 않는다. 도 23에서 기둥들(95)은 각 마이크로미러 소자 아래의 힌지들(미도시)에 연결된다. 힌지들은 입사 광선의 방향에 대하여 수직하게 (그리고 활성 영역들의 전방 및 후방 변들(91b 및 91d)에 대하여 평행하게) 연장된다. 힌지들은 입사 광선에 대하여 수직인, 마이크로미러들의 회전축을 허용한다.

도 24는 도 23에 도시한 것과 유사한 마이크로미러들을 도시한 것이다. 하지만 도 24에서는, 마이크로미러 소자들이 "뒤집혀져" 있고 "오목한" 부분이 전방 변으로 된다. 도 24의 마이크로미러들이 도 23에 도시된 것과 반대로 되어 있긴 하지만, 마이크로미러들에서 입사 광선에 대하여 수직인 변들은 여전히 없다. 도 24는 힌지가 부착되는 마이크로미러 소자와 동일한 평면에 배치된 힌지(101)를 도시한다. 두 종류의 힌지 모두 위에서 언급한 '840 특허에 개시되어 있다. 도 25도 마찬가지로 마이크로미러 어레이와 동일 평면에 있는 힌지(110)를 도시하며, 각 마이크로미러의 전방 변 상에 "볼록"부(112)("돌출부")와 "오목"부(113)("절결부") 둘 다를 도시하고 있다. 각 마이크로미러의 오목부 또는 절결부 때문에 각 마이크로미러는 오목 다각형의 형상을 하고 있다. (볼록 다각형 마이크로미러들의 어느 변도 활성 영역의 전방 변에 대하여 평행하지 않다면) 마이크로미러들은 볼록 다각형이 될 수도 있긴 하지만, 마이크로미러들은 오목 다각형 형상인 것이 바람직하다. 볼록 다각형들은 변(邊)을 포함하는 어떤 선도 다각형의 내부를 관통할 수 없는 다각형으로 알려져 있다. 다각형은 볼록 다각형이 아닌 경우에만 오목 다각형이다. 오목 다각형의 형상은, 어떤 오목 다각형 형상도 가능하지만, 일련의 (직사각형이 아닌) 평행사변형들의 형태이거나 또는 적어도 하나의 오목부 및 이와 들어맞는 (인접한 마이크로미러의 오목부 내에 끼워맞추기 위한) 적어도 하나의 볼록부를 구비한 형태일 수 있다. 상술한 바와 같이 덜 바람직하기는 하지만, 마이크로미러 형상은 또한 하나의 (직사각형이 아닌) 평행사변형 형태일 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 서로 들어맞는 하나 이상의 돌출부 및 하나 이상의 절결부는 반드시 직선으로 이루어질 필요는 없으며(사실 마이크로미러의 변들 중 어느 것도 직선일 필요는 없다), 오히려 곡선으로 될 수도 있다. 도시된 모가 난 돌출부들 및 절결부들이 바람직하긴 하지만, 이러한 한 실시예에서 돌출부(protrusion)(들)와 절결부(cut-out)(들)는 반원형으로 된다.

도 26a 내지 도 26f는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한다. 각 도면에서 마이크로미러들의 형태는 다르지만, 어떤 것도 입사 광선에 대해 수직한 변을 가지지 않는다는 점에서 각각은 동일하다. 물론, 마이크로미러 변이 방향을 바꾸면, 단지 순간적으로 변이 수직으로 여겨지는 점이 조금이지만 있다. 그러나, 수직한 변이 없다고 서술되는 경우, 이것은 수직인 실질적인 부분이 없다는 것 또는 마이크로미러들의 전방 변 및 후방 변에 적어도 그러한 실질적인 부분이 없다는 것을 의미한다. 전방 변들의 방향이 점차 바뀌더라도(전방 변의 부분이 도 29에 도시된 바와 같이 입사 광선에 수직이더라도), 입사광선에 대해 수직인 부분이 전방 변의 1/2이 넘지 않는 것이 바람직하고, 1/4 이하가 더욱 바람직하고, 1/10 이하가 한층 더 바람직하다. 입사 광선에 대해 수직인 전방 변 또는 후방 변의 부분이 작을수록, 콘트라스트 비의 개선은 증대된다.

많은 마이크로미러 실시예들이 하나 이상의 평행사변형들(예를 들면, 동일한 평행사변형)의 조합체로 보여질 수 있다. 도 27a에 도시된 바와 같이, 단일 평행사변형은 입사 광선(광선은 페이지의 하부에서 상부쪽으로의 방향을 가지고 페이지 면의 바깥에서 시작됨))에 대해 수직인 변이 없기 때문에 광 회절을 줄이는데 효과적이다. 도 27a는 단일 평행사변형을 도시하는데, 수평 화살표는 평행사변형의 폭 "d"를 나타낸다. 도 27a( 및 도 27b 내지 도 27f)의 마이크로미러에 대한 스위칭 축 또한 수평 방향이다. 예를 들면, 스위칭 축은 도 27a의 점선을 따라서일 수 있다. 도 27a 및 도 27c는 모두 2개 및 3개의 평행사변형 마이크로미러 디자인을 도시하는데, 각 연속적인 평행사변형은 이전의 것과 동일한 형태, 크기 및 외관을 가진다. 이러한 구성은 마이크로미러 소자의 "톱니 모양의" 전방 및 후방 변을 형성한다. 도 27d 내지 도 27f는 2 내지 4개의 평행사변형을 도시한다. 그러나, 도 27d 내지 도 27f에 있어서, 각 연속적 평행사변형은 이전의 것의 마이크로미러 상인데, 동일한 상은 아니다. 이러한 구성은 마이크로미러 소자들의 전방 및 후방 변 상에서 "들쭉날쭉한 변"을 형성한다. 평행사변형들의 각각은 동일한 폭일 필요는 없고, 톱니모양의 또는 들쭉날쭉한 변들의 끝을 연결하는 라인이 입사 광선에 대해 수직일 필요는 없다는 것을 유의해야 한다. 이들이 동일한 폭이 되도록 구성된다면, 각 평해사변형의 폭은 "d"=M/N이 될 것이다. 단, 여기서 M은 전체 마이크로미러의 폭이고, N은 평행사변형들의 개수이다. 평행사변형들의 개수가 증가함에 따라 (마이크로미러 폭이 일정하다고 가정하면) 폭 "d"는 감소한다. 그러나, 폭"d"는 입사광의 파장보다는 바람직하게는 훨씬 커야 할 것이다. 콘트라스트 비가 높도록 유지하기 위해서는 평행사변형들의 개수 N(전방 마이크로미러 변이 방향을 바꾸는 횟수)은 0.5 M/λ보다 작거나 같아야 하고, 바람직하게는 0.2 M/λ보다 작거나 같아야 하고, 더욱 바람직하게는 0.1 M/λ보다 작거나 같아야 한다. 단, 여기서 λ는 입사광의 파장이다. 도 27에서 평행사변형의 개수는 1 내지 4지만, 어떤 개수라도 가능하고, 15 이하 그리고 바람직하게는 10 이하라도 좋은 콘트라스트 비를 산출한다. 도 27의 평행사변형의 개수들이 가장 바람직하다(4개 이하).

도 28에 도시된 바와 같이, 힌지들(또는 휨부들(flexures))(191, 193)은 마이크로미러 소자(190)와 동일한 면에 배치된다. 도 28의 면 밖의 광원으로부터의 입사광선(195)은 마이크로미러의 전방 변들에 닿는데, 어떤 변들도 수직하지 않는다. 힌지들의 어떤 부분도 입사 광선에 수직하지 않아서 마이크로미러 스위칭 방향의 회절을 줄이도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 활성 영역 변들에 대해 평행한 것처럼 도시된 "직선의" 마이크로미러 변들(예컨대, 도 28의 194와 196의 마이크로미러 변)은 또한 다른 형태들을 가질 수 있다. 이전의 도 21은 입사광선(85)에 대해 평행한 마이크로미러 변들이 전혀 없는 경우에 대한 예이다. 도 30 및 도 31은 어떤 마이크로미러 변도 입사광선에 대해 수직하거나 평행하지 않지만 도 22의 것처럼 증가된 어드레싱 복잡성을 갖지 않는 경우에 대한 예이다. 입사광은 도 30의 임의의 4개의 활성 영역 변들에 대해서 실질적으로 수직으로 조사되며(화살표 1-4 참조), 어떤 마이크로미러 변들에 대해서도 수직으로 입사되지 않는다. 이러한 독특한 특징이 도 31에 도시된 어레이에서도 나타난다. 도 29에 도시된 바와 같이, 각 마이크로미러의 전방 변의 일부는 입사광선에 대해 수직이고 일부는 수직하지 않지 않도록 하는 것도 가능하다.

도 32a 내지 도 32j는 본 발명의 마이크로미러들에 대해서 가능한 힌지들을 도시한다. 도 24와 유사하게, 도 34a는 입사광선에 대해 평행하도록 연장되고 마이크로미러(97)에 연결되어 기판 상에서 마이크로미러 소자들을 고정하는 포스트(98)를 지지하는 휨부(96)를 갖는 마이크로미러들을 도시한다. 입사광은 어레이에서 도 32a의 화살표 5 또는 6의 방향으로 조사될 수 있다(위에서 보는 경우). 이러한 입사광은 도 32b 내지 도 32l에 대해서도 동일하다. 도 32c 내지 도 32e는 이러한 타입의 힌지의 또다른 예이다. 도 32f 내지 도 32l은 또다른 힌지 및 마이크로미러 실시예들을 도시하는데, 여기서 도 32j를 제외하고는 힌지들은 입사광선(또는 전방 활성 영역 변)에 대해 평행하도록 연장되지 않지만 여전히 마이크로미러들이 입사광선에 대해 수직인 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 한다.

마이크로미러의 회전축에 대해 평행한 (그리고, 입사광선에 대해 수직인) 마이크로미러 변들이 최소화되지 않으면, 이러한 마이크로미러 변들에 의해 회절된 광은 마이크로미러가 '오프' 상태인 경우에도 수집 광학계를 통과하기 때문에 콘트라스트비를 감소시킨다. 도 33a에 도시된 바와 같이, (어레이의 전방 변에 대해 90도로 기울어진 도 20의 것과 같은 실질적으로 사각형인 마이크로미러들의 어레이에 광을 공급함으로써 유발되는) "+" 형태의 회절 패턴이 수용 원추(도면 내의 원)를 가로지른다. 회절 패턴은 상기 도면에서 일련의 어두운 점들(대응하는 밝은 배경을 가짐)로 도시될 수 있는데, 이 점들은 하나의 수직 라인 및 하나의 수평 라인을 형성하고 상기 라인들은 회절 패턴 상에 중첩된 원형의 검은 실선으로 도시된 수용 원추 원 바로 아래를 지난다. 도시되지는 않았지만, 마이크로미러의 '온' 상태에 있어서 2개의 회절 선들은 수용 원추 원 내부를 지난다. 따라서, 도 33a에 도시된 바와 같이, 수직 회절 라인은 마이크로미러가 '오프'상태일지라고 수집 광학계의 수용 원추에 들어갈 것이고 따라서 콘트라스트 비를 악화시킨다. 도 33b는 45도 각도로 정사각형 마이크로미러들의 어레이에 광을 공급함으로써 유발되는 회절 패턴이다. 도 33b에서 도시되는 바와 같이, 수용 원추로 들어가는 회절광은 도 33a에 비해 감소된다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 비록 회절은 이러한 광공급에 의해 감소될 수 있지만, 다른 문제가 발생한다.

대조적으로, 도 33c에 도시되는 바와 같이, 본 발명('오프'상태의 도 28에서의 마이크로미러)의 회절 패턴은 수집 광학계 수용 원추를 통하여, 또는 마이크로미러가 온 상태일 때 광이 조사되는 다른 공간적 영역으로 연장되는 회절 라인을 가지지 않는다. 따라서, 마이크로미러가 '온' 상태일 때 광이 통과하는 영역으로 통과하는 회절광은 실질적으로 없다. 어레이의 활성 영역의 변들에 수직인 광을 조사하면서 이러한 회절 패턴을 산출하는 마이크로미러 어레이는 새로운 것이다. 마찬가지로, 마이크로미러 디자인들, 이에 따른 힌지들, 마이크로미러들로의 광원의 구성, 활성 영역 변 및/또는 행열의 어드레싱 또한 새로운 것이다.

본 발명은 특정 실시예들에 의해 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 당업자들은 여기에 설명된 실시예들을 미루어 보아 많은 변형들이 존재함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명에 따른 마이크로미러 형태들은 광 스위치의 마이크로미러들(휴이버스의 2000년 7월 17일자 미국출원 제09/617,149호 및 휴이버스의 2000년 9월 8일자 미국가출원 제60/231,041호에 개시됨. 양자 모두 본 명세서에서 참조로 언급됨)로 사용되어 스위치에서의 회절을 줄일 수 있을 것이다. 게다가, 본 발명의 마이크로미러들은 트루(True) 등의 2001년 1월 22일자 미국 특허출원 제09/767,632호, 휴이버스 등의 2000년 8월 3일자 미국 특허출원 제09/631,536호, 파텔(Patel) 등의 2001년 5월 22일자 미국 특허출원 제60/293,092호 및 휴이버스 등의 2000년 8월 11자 미국 특허출원 제06/637,479호에서 설명된 바와 같은 구조들 및 방법들에 따라서 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로미러를 장착한 프로젝션 디스플레이에 있어서 표준 적/녹/청 또는 적/녹/청/백 컬러 휠이 사용될 수 있지만, 모두 본 명세서에서 참조로 언급된 휴이버스의 2001년 2월 9일자 미국가출원 제60/267,648호 및 리차드스(Richards) 등의 2001년 2월 6일자 미국가출원 제60/266,780호에 개시된 바와 같은 다른 컬러 휠도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 파텔 등의 2001년 3월 15일자 미국가출원 제60/276,222호에서 설명된 바와 같은 싱규레이션(singulation) 및 조립체 목적들을 위해 가동식(교체식(replaceable)을 이용하는 방법에 적합하다. 게다가, 본 발명에 따른 마이크로미러들은 주제가 본 명세서에서 참조로 언급된 리차드스의 2000년 5월 3일자 미국특허출원 제09/574,069호에서 설명된 바와 같은 펄스 폭 변조에 의해 어레이 내에 서 작동될 수 있다. 더욱이, 인터할로겐스(interhalogens) 또는 비활성 기체 플루오르화물들이 마이크로미러들의 현출을 위한 에천트로 사용될 수 있다면, 모두 본 명세서에서 참조로 언급된 파텔 등의 1999년 12월 26일자 미국특허출원 제09/427,841호 및 파텔 등의 2000년 8월 28일자 미국특허출원 제09/649,569호에서 설명된 바와 같은 방법이 사용될 수 있다. 또는, 희생물질들 및 이들을 제거하는 방법은 레이드(Reid) 등의 2001년 6월 15일자 미국특허출원 제60/298,529호에서 설명된 것일 수 있다. 부가적으로, 2000년 8월 23일자 미국특허출원 제60/228,007호 및 2001년 6월 22일자 미국특허출원 제60/300,533호에서 설명된 MEMS 재료들과 같은 다른 구조 재료물이 사용될 수 있다. 이상의 특허들 및 출원들 각각은 본 명세서에서 참조로 언급된다.

본 명세서의 전체를 통해서, 구조물들 또는 층들은 다른 구조물들 또는 층들의 위, 위쪽, 또는 인접하여 있는 것(증착된 것)처럼 개시되어 있다. 이것은 직접적 또는 간접적으로 위, 위쪽 또는, 인접하여 있는 것으로 인식되어야 한다. 왜냐하면, 실런트층, 접합촉진층, 도전층, 스틱션 감소층 등(여기에 한정되는 것은 아님)을 포함하여 다양한 중간층 또는 구조물이 삽입될 수 있다는 것은 본 발명의 기술분야에서 널리 인식되고 있기 때문이다. 같은 방식으로, 기판 또는 층과 같은 구조물은 부가적인 구조물 또는 층으로 인해 층상구조(laminate)가 될 수 있다. 또한, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"(또는 유사한 것)의 표현이 사용되는 경우, 특정 구조 또는 층의 잠재적인 복수의 특성을 강조하기 위한 것이다. 그러나, 이러한 표현은 이런 식으로 설명되지 않은 다른 구조들 또는 층들의 잠재적인 복수성의 결 여를 결코 암시하지 않는다. 같은 방식으로, "직접 또는 간접"의 표현이 사용되는 경우, 이러한 표현이 사용되지 않은 곳에서 그 의미를 직접 또는 간접 중 어느 하나로 한정하는 것은 아니다. 또한, "MEMS", "마이크로기계식" 및 "마이크로 전자기계식(micro electromechnical)"은 본 명세서에서 서로 바꿔서 사용될 수 있고, 이러한 구조는 전기 소자를 포함할 수도 포함하지 않을 수도 있다. 마지막으로, "~을 위한 수단(means for)" 표현에서의 "수단"이 특허청구범위에서 설명되지 않는 경우, 특허청구범위에서의 어떤 구성요소가 "~을 위한 수단(means for)"에 관한 특정 규칙에 따라서 해석되도록 의도되는 것은 아니다.

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13. 광원, 광 수집 광학계, 및 상기 광원으로부터의 광선을 공간적으로 변조하도록 배치된 마이크로미러들의 어레이를 포함하고,

    상기 어레이는 기판 상에 형성되고,

    상기 어레이는, 각 마이크로미러는 동작 중이 아닐 때는 제 1 위치에 있을 수 있고 각 마이크로미러는 어레이에 대한 광 수집 광학계로 광을 조사하는 온(on) 위치로 움직일 수 있고 각 마이크로미러는 광 수집 광학계 밖으로 광을 조사하기 위한 오프 위치로 반대 방향으로 움직일 수 있도록 구성되고,

    상기 온 위치와 오프 위치 모두는 상기 제 1 위치와는 다르고, 온 위치와 제 1 위치가 이루는 각은 오프 위치와 제 1 위치가 이루는 각과 다른 프로젝션 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 온 위치는 제 1 위치로부터 0도에서 +30도 사이이고, 바람직하게는 +10도에서 +30도 사이이고, 더욱 바람직하게는 +12도에서 +20도 사이이고,

    상기 오프 위치는 제 1 위치로부터 0도에서 -30도 사이이고, 바람직하게는 -1도에서 -12도 사이이고, 더욱 바람직하게는 -1도에서 -10도 사이인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    마이크로미러의 상기 온 위치와 상기 오프 위치는 1도 이상으로 서로 다른 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 온 위치는 제 1 위치로부터 +10도 내지 +15도 사이이고, 상기 오프 위치는 제 1 위치에 대해 -2도 내지 -7도 사이이고, 상기 온 위치 및 상기 오프 위치는 제 1 위치에 대해서 반대 방향으로 틸트되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
17. 제 13 항에 있어서,

    각 마이크로미러는 오프 위치에서는 기판에 대해 -2도 내지 - 25도의 각을 형성하고, 온 위치에서는 기판에 대해 +10도에서 +35도의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
18. 제 13 항에 있어서,

    상기 온 위치 및 상기 오프 위치는 그 위치에 접하는 마이크로미러들 및/또는 그 위치에 놓이는 제2 기판 또는 구조물에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
19. 제 13 항에 있어서,

    마이크로미러들은 회로와 전극들에 인접한 기판 상에 형성되고, 적어도 2개의 전극들은 각 마이크로미러에 인접하도록 배치되고, 한 전극은 인접한 마이크로미러를 오프 위치로 정전기적으로 당기기 위한 것이고, 다른 한 전극은 인접한 마이크로미러를 온 위치로 정전기적으로 당기기 위한 것인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
20. 제 13 항에 있어서,

    마이크로미러가 온 또는 오프 위치에 도달할 때, 인접한 마이크로미러의 움직임을 막기 위한 부가 전극들을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
21. 평면 기판 상에 배치되는 편향 가능한 마이크로미러들의 어레이로부터 광을 반사시키는 단계; 및

    상기 마이크로미러들이 제 1 위치와 제 2 위치 중 어느 한 위치로 틸트되는 단계를 포함하고,

    상기 제 1 위치와 기판 간에 형성되는 각과 상기 제 2 위치와 기판 간에 형성되는 각은 실질적으로 서로 다른, 광 변조 방법.
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38. 광원으로부터의 광선을 공간적으로 변조하도록 배치되고, 기판 상에 형성되고, 각 마이크로미러는 변조되지 아닐 때는 제 1 위치에 있는 마이크로미러들의 어레이를 통해서 광원으로부터의 광선을 광 수집 광학계로 조사하는 단계; 및

    각 마이크로미러는 상기 어레이에 대한 상기 광 수집 광학계로 광을 조사하는 온 위치로 움직이고 상기 광 수집 광학계 밖으로 광을 조사하기 위한 오프 위치로 움직이도록, 상기 어레이 내의 마이크로미러들을 변조하는 단계를 포함하고,

    상기 온 위치와 오프 위치 모두는 상기 제 1 위치와는 다르고, 상기 온 위치는 제 1 위치에 대해 상기 오프 위치일 때의 각도의 크기와는 다른 각도의 크기에 있는, 광선을 공간적으로 변조하는 방법.
39. 기판 상에 형성되고, 기판에 대해 제 1 각도 크기에 있는 온 위치를 가지고 기판에 대해 제 2 각도 크기에 있는 오프 위치를 가지고, 제 1 각도 크기와 제 2 각도 크기는 서로 다르고, 기판에 대해 실질적으로 평행한 제 3 위치를 가지고, 온 위치와 오프 위치 모두는 기판 또는 상기 기판 상에 형성된 구조물에 대한 광 마이크로기계식(micromechanical) 소자의 인접성에 의해 정의되는, 광 마이크로기계식 소자.
40. 광선을 마이크로미러들의 어레이 상에 조사하는 단계를 포함하고, 마이크로미러들은 제 1 위치 또는 제 2 위치로 움직일 수 있고, 제 1 위치에 있어서 마이크로미러들은 그 위에 입사된 광선의 일부를 수집 광학계로 조사하고, 각기 제 2 위치에 있을 때의 인접한 마이크로미러들 간의 최소 거리는 각기 제 1 위치에 있을 때의 인접한 마이크로미러들 간의 최소 거리보다 작은, 광선을 공간적으로 변조시키는 방법.
41. 제 40 항에 있어서,

    상기 최소 거리는 마이크로미러들의 회전축에 대해 평행하지 않은 방향에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광선을 공간적으로 변조시키는 방법.
42. 제 41 항에 있어서,

    상기 거리는 제 1 위치와 제 2 위치 중 어느 하나의 위치로의 마이크로미러들의 회전으로 인해 움직인 인접한 평행한 마이크로미러 에지들 사이이고, 상기 거리의 최소치는 인접 마이크로미러들의 평행 에지들 간의 가장 가까운 지점인 것을 특징으로 하는 광선을 공간적으로 변조시키는 방법.
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44. 기판;

    상기 기판 상에 고정되고 각기 상기 기판으로의 힌지에 의해 고정되는 미러들의 어레이; 및

    어레이 내의 각 미러에 근접 형성되는 복수의 전극들을 포함하고,

    상기 복수의 전극들은 이들 중 하나에 인가되는 전압에 따라서 인접 미러를 단 2개의 다른 편향 각도들 중 하나로 편향시키는, 미러 어레이.
45. 제 44 항에 있어서,

    어레이 내의 미러들과 동일한 전압으로 유지되는 착지 전극을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 미러 어레이.
46. 제 44 항에 있어서,

    착지 전극이 온 위치의 미러 및 오프 위치의 미러를 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 미러 어레이.
47. 제 44 항에 있어서,

    전압이 복수의 전극들 중 하나의 전극에 인가되어 인접한 미러를 온 위치로 정전기적으로 당기고, 전압이 복수의 전극들 중 다른 전극에 인가되어 인접한 미러를 온 위치와는 다른 오프 위치로 정전기적으로 당기는 것을 특징으로 하는 미러 어레이.
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