KR20010106484A - 자기-제한 정밀기계요소를 가진 2중 기판반사형의 공간 광변조기 - Google Patents

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Abstract

공간 광 변조기(12)는 어드레싱회로(30)을 포함하는 하부기판(34)위에 지지되어 있는 상부 광 전송기판(20)을 포함한다. 하나이상의 정전력 편향요소(48)가 상부기판(20)으로부터 힌지(50)에 의해 매달려있다. 동작에 있어서는, 개개의 미러(48)는 선택적으로 편향되고, 상부기판(20)으로 입사한후 상부기판(20)을 통하여 다시 뒤로 반사되는 광(50)을 공간적으로 변조하는데 기여한다.
운동정지부(49)는 미러(48)가 하부기판(34)으로 순간적으로 움직이지 않도록 반사편향요소가 부착될수 있다. 대신, 운동정지부(49)는 상부기판(20)에 기대게 되어서 반사편향요소(48)의 편향각을 제한한다.

Description

자기-제한 정밀기계요소를 가진 2중 기판반사형의 공간 광 변조기{A DOUBLE SUBSTRATE REFLECTIVE SPATIAL LIGHT MODULATOR WITH SELF-LIMITING MICRO-MECHANICAL ELEMENTS}
공간 광 변조기(Spatiol lighet modulators : LSMs)는 광 또는 전기적인 입력에 상응하는 공간 패턴에서 입사광선의 빔을 변조하는 변환기이다. 입사광선 빔(incident light beam)은 위상, 세기, 편파 또는 방향에서 변조될수 있다. 이와 같은 변조는 자기-광학(magneto-optic) 전기-광학(electro-optic) 또는 탄성의 성질을 나타내는 여러 가지 물질의 사용을 통하여 이루어질수 있다.
SLMs는 디스플레이 시스템, 광 정보처리, 광 데이터 저장 및 프린팅을 포함하는 많은 적용을 가지고 있다.
SLM 셀에 대한 일반적인 기술은 적어도 한 전극이 투명한 2개 전극 사이에 끼워져 있는 액정물질을 이용하는 것이다. 이들 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 액정층내 분자의 배향이 변경하고, 이와 같은 변경은 액정층의 광학적 성질,구체적으로는 액정층을 통하여 지나 가는 광선의 편파를 바꾼다. 따라서, 하나 이상의 편광 필터와 결합한 액정층은 진폭변조기(광밸브)를 만들기 위해 이용될수 있다.
그러나, 그와 같은 액정을 토대로한 장치는 SLM의 적용에 대하여 여러 가지로 불리하다. 먼저 광선의 거의가 편광필터에서 흡수되어서 광효율을 감소시킨다. 게다가, 상기 장치는 제한된 콘트라스트 비(온일때의 화소세기와 오프일때의 화소세기의비)를 가지며, 널리 사용되는 액정의 응답시간은 매우 느리다.(수 밀리초) 또한, 액정은 아주좁은 온도범위를 벗어나면 성능이 빈약하게 된다. 이들 및 다른 이유 때문에, 광선을 편향하기 위해 이동하는 구조물을 사용하는 기계적인 SLMs가 추구되어 왔다.
투영 디스플레이 시스템에서 사용하기 위해 설계된 초기의 기계적 SLM은 Nathanson의 USP. NO. 3,746,911 에 개시되어 있다. SLM의 개개의 화소는 통상의 직시 음극관(direct-view cathod ray tube(CRT))에서와 같이 주사하는 전자빔을 개재하여 어드레스된다. 형광체를 여자하는 대신에 전자빔은 수정 페이스 플레이트(face plate)상에 배열되어 있는 편향 가능한 반사요소를 대전시킨다. 대전되어 있는 요소는 정전력으로 인해 페이스 플레이트를 향하여 구부러진다. 구부러진 요소와 구부러지지 않는 요소는 평행하게 입사한 광선빔을 다른 방향으로 반사시킨다. 구부러지지않는 요소로부터 반사된 광선은 일세트의 슐리렌 스톱(Schlieren Stops)으로 차단되는 반면에 구부러진 요소로부터 반사된 광선은 투광 광학장치를 통하여 지나가서 스크린 상에 영상을 형성하도록 하여 준다.
또하나의 다른 전자빔-어드레스의 SLM 은 E. Baumann의 "피서 대형-스크린 투영 시스템(아이도퍼)(The Fisher large-screen projection system (Eidophor))" 20 J.SMPTE 351(1953)에 개시되어 있는 아이도퍼(Eidophor)이다.
이 시스템에서, 액티브 광학 요소는 입사광을 회전시키도록 전자빔에 의하여 주기적으로 움푹 들어가게되는 오일 박막이다. 아이도퍼 시스템의 불리한점은 상기 오일 박막이 일정한 전자충격에 의하여 중합되고 오일증기는 음극 수명을 단축하게 한다는 점이다. 또한, 이들 양 시스템의 불리한점은 부피가 크고 값비싼 진공관의 사용이다.
가동요소가 실리콘 기판상의 전기회로를 통하여 어드레스되는 공간 광 변조기는 K.Peterson의 "실리콘상에 제조되는 정밀기계 광 변조기 어레이(Micro Mechanical Light Modulator Array Fabricated On Silicon)" 31 Appl. Phys. Let. 521(1977)에 개시되어 있다. 이 SLM은 실리콘기판위에 캔틸레버 미러(Cantilever Mirrors)의 16×1 어레이를 포함하고 있다. 상기 미러는 이산화 실리콘으로 만들어지고 반사금속 피복층을 가지고 있다. 미러 아래의 공간이 KOH 에칭을 통하여 실리콘을 에칭제거함으로써 만들어진다. 미러는 정전인력에 의하여 편향된다. 즉 전압 바이어스가 반사요소와 기판사이에 인가되어 정전력을 발생한다.유사한 공간 광 변조기는 Hartstein 과 Peterson의 USP. NO. 4, 229,732 에 개시되어 있는 2차원 어레이이다. 이 SLM의 스위칭 전압이 다만 한 코너에서 편향 미러요소를 접속함으로써 낮아 졌지만, 이장치는 작은 광 활성 영역(전체장치영역의 비로서)으로 인해 효율이 낮다. 게다가, 어드레싱 회로부터의 회절은 디스플레이의 콘트라스트비를 떨어뜨린다.
장치의 대부분이 광학적으로 활성인 실리콘-토대 정밀-기계식의 SLM이 텍사스 인스트루민츠에 의해 개발되고 Hornbeck의 USP. NO. 5,216,537 및 그의 인용문헌에 개시되어 있는 디지털 미러장치(DMD)이다. 가장 최초에 도입된 것은 어드레싱 전극위에 비틀림 힌지를 개재하여 매달려있는 제 1 알루미늄 플레이트를 포함한다. 제 2 알루미늄 플레이트는 제 1 알루미늄 플레이트의 윗면상에 설치되어 있고 미러로서 작동한다. 2중 플레이트 알루미늄구조는 허용 가능한 콘트라스트비를 달성하기 위하여 필수 불가결한 하부회로와 힌지 기구를 포함하느 대체로 편평한 미러표면을 제공하는 것이 필요하게 된다. 전체구조는 알루미늄합금으로 만들어지고, 플레이트, 비틀림 힌지 및 특수의 "착지팁(landing tips)"이 각각 독립적으로 최적화된 구성을 가진다. 알루미늄은 낮은 온도에서 증착될수 있어, 제조시에 밑에 있는 CMOS 어드레싱 회로의 손상을 피할수 있다. 그러나 알루미늄은 피로 및 열가소성 변형에 취약하고 장기간의 신뢰성 문제를 초래할수 있고, 셀 "메모리"는 나머지 위치가 그것의 대부분 자주 점유하는 위치로 향하여 기울어지기 시작한다는 불리한점을 가지고 있다.
DMD의 그밖의 불리한점은, 1) 넓은 딤플(dimple)(미러 지지 지주에 의하여 야기된)이 현 디자인에서 미러의 중심에 나타내고 이것은 입사광의 분산을 야기시켜서 광효율을 경감시킨다. 2) 전체의 DMD 구조는 폴리머 희생층의 플리즈마 에칭을 통하여 이탈되며, 이 제조공정은 다음과 같은 점에서 문제가 된다. 즉, (a) 상기 제조공정은 프라즈마 에칭 이탈을 유효하도록 하기 위해서는 미러들 사이의 큰갭을 필요로하며, (b) 화소고장이 이탈공정 동안에 만들어지며, 이것은 미세한 정밀 미러구조로는 충분히 감당할 수 없다. 이와같은 복잡한 구조와 프로세스의 어려움 때문에 DMD의 상업화는 느리게 진행되었다.
편평한 기판상에 제조되는 또 하나의 다른 SLM은 Bloom등의 USP 5,311,360에 개시되어있는 격자 광 밸브(Grating Light Valve(GLV))이다. 상기 특허에서 개시되어 있는 바와 같이 GLV의 편향 기계요소는 반사하는 편평한빔이나 또는 띠(ribbon)이다. 광은 띠 및 기판모두에서 반사한다. 반사띠의 표면과 반사기판사이의 거리가 파장의 1/2이라면, 두 표면으로부터 반사되는 광선은 서로 합처지도록 더해지고 그 장치는 미러같이 동작한다. 이 거리가 파장의 1/4이라면 두표면으로부터 직접 반사되는 광선은 서로 상쇄되도록 간섭하게 되어서 그 장치는 회절격자로서 동작하여 회절차수로 광을 보낸다. 바람직한 방법은 LPCVD(저압 화학증기증착)의 질화 실리콘과 같은 기계적 고품질의 세라믹 박막으로 장치를 만드는 것이다.
어드레싱회로는 그와 같은 박막하에 설치될수 없다 하더라도, 고유의 전기-기계적 쌍안정이 "패시브" 어드레싱 구조를 구현하기 위해 사용될수있다(Raj Apte의 고해상디스플레이용 회절광 밸브(Grating Light Valves for High Resolution Displays). Stanford University PH.D thesis. June 1994). 상기 쌍안정은 편향에 필요로되는 기게적인 힘이 대략 선형인데 반하여, 정전력은 역자승 법칙에 지배되기 때문에 존재하게 된다. 전압 바이어스가 인가될 때 상기 띠(ribbons)는 편향한다. 상기 띠가 어떤점을 지나도록 편향될 때, 복원하는 기계적인 힘은 상기 정전력과 더 이상 밸런스가 깨져서 띠가 기판으로 순간적으로 움직인다. 상기 띠가 그들의 편향되지 않는 위치로 복귀하기 위하여는 실질적으로 스냅핑 전압 이하로 전압을 낮추어 주어야 한다. 이와 같은 래칭동작은 드라이버 회로가 칩외(off-Chip)나 또는 주변부에만 설치되게 하여주며, 어드레싱회로가 어레이의 광 활성부를 점유할 필요가 없게된다. 실제로는 이방법은 구현하기가 어렵다. 즉, 띠가 다른 전위에 있는 기판과 접속하게 될 때, 전하가 절연의 세라믹띠 물질로 주입될수 있어 스위칭 전압을 시프트하여 패시브 어드레싱을 불가능하게 한다. 장치에 걸쳐있는 박막의 불균일성은 또한 스위칭전압을 상당히 시프트 시킬수 있다. GLV 기술의 또하나의 다른 문제점은 들러붙는 점이다. 즉, 편향되는 띠의 하측은 넓은 표면영역으로 기판을 접촉하고 있기 때문에, 띠는 기판에 들러붙으러는 경향이 있다. 구조를 구성하는 박막은 거칠게 될수 있지만, 이것은 결과적으로 바람직하지 않는 광산란을 발생시켜서 장치의 콘트라스트비를 경감시킨다.
정밀-기계식 미러를 토대로한 SLM은 회절을 토대로한 SLM에 대하여 장점을 가지고 있는데 이것은 전자는 아주 크게 될 수 있는 또하나의 각도에서 입사광을 반사시킬수 있기 때문이다. 이것은 높은 효율을 유지하면서도, 변조광이 결상렌즈의 중심을 통과할수 있는 광학시스템의 설계를 간편하게 하여준다. 이결과 영상에 보다 더 작은 수차를 가지게하고 제조비용을 더 저렴하게 하여준다.
따라서, 제조가 용이하면서도 높은 콘트라스트비와 높은 효율, 그리고 빠른 속도를 가지며 이동요소가 기계적으로 신뢰성이 있는 물질로 만들어지는 공간 광 변조기가 필요하다.
본발명은 공간 광 변조기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 광 전송기판에 부착된 전자적으로 어드레스 가능한 편향요소를 가진 공간 광 변조기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 따른 공간 광 변조기의 한 실시에에서 코너의 평면 사시도를 나타낸 도면.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 여러 제조과정동안, 도 1 의 화소셀의 저면 사시도를 나타낸 도면.
도 3a 와 도 3b는 광선빔을 변조하는 도 1 의 화소 단면을 나타낸 도면.
도 4 는 인가 전압 바이어스에 대한 도 1 의 미러 편향각에서의 히스테리시스 그래프를 나타낸 도면.
도 5 는 여러 가지 다른 바이스 전압에 대한 편향 미러상에서 작용하는 전기 및 기계적 토크의 그래프를 나타낸 도면.
도 6a 는 도 1의 SLM 화소셀을 개별적으로 어드레싱 하기 위한 DRAM 구조를 나타낸 도면.
도 6b 는 도 1 의 SLM 화소셀을 개별적으로 어드레싱 하기위한 SRAM 구조를 나타낸 도면.
도 7은 실질 화소어레이에서 스페이셔 배치의 평면도를 나타낸 도면.
도 8a 내지 도 8h는 다른 힌지 디자인을 가진 미러 어레이의 저면도를 나타낸 도면.
도 9a 내지 도 9d 는 미러와 광 전송기판 사이에서 힌지를 가진 화소셀(서브-힌지 디자인)의 제조과정을 나타낸 도면.
도 10a 내지 도 10d는 서브-힌지 디자안의 실시에를 나타낸 도면.
도 11a 내지 도 11c는 힌지와 광 전송기판 사이에서 미러를 가지는 화소셀(슈퍼-힌지 디자인)의 제조과정을 나타낸 도면.
도 13 은 본 발명의 공간 광 변조기의 한 실시예에서 코너의 분해 평면 사시도를 나타낸 도면.
도 14 는 동일 유사하게 구축된 셀의 어레이로 구성되는 도 10a의 서브-힌지 디자인을 가진 셀을 나타낸 도면.
도면의 인용 부호설명
10 : 정밀기계 공간 광 변조기 12 : 화소셀
14 : 하부표면 16 : 상부표면
20 : 광전소기판 22 : 어퍼처층
24 : 보호층 25 : 홀
26 : 희생층 28 : 미러 구조 지지층
30 : 힌지층 32 : 반사층
34 : 회로기판 36 : 어드레싱 회로
38 : 패시베이션층 42 : 하부전극
43 : 콘텍 44 : 스페이셔
46 : 패시베이션층 48 : 미러
49 : 운동정지부 50 : 힌지
51 : 힌지 지지부 54 : 부착영역
56 : 입사광선 58 : 출력광선
60 : 워드라인 62 : 비트라인
64 : 광원 66 : 결상광학부 장치
68 : 트랜지스터 70 : 제 1 유전체층
72 : 제 2 유전체층 74 : 전원
78 : 광덤프 111 : 범프
요약하면, 본 발명의 한 실시에에 따라 공간 광 변조기는 광 전송기판과 회로기판을 구비한다. 하나이상의 반사 편향요소가 상기 광 전송기판의 하부표면에 부착되어 있다.
이 광 전송기판은 각 반사 편향 요소를 선택하여 작동시킬수 있는 어드레싱 회로를 포함하는 회로기판위에 공간적으로 떨어지게 유지되어 있다.
동작에 있어서는, 개개의 반사요소는 선택적으로 편향되고 상기 광 전송기판으로 입사한후 다시 상기 광 전송기판을 관통하여 후방으로 반사하는 광을 공간적으로 변조하는데 기여한다.
본 발명의 한 실시예에서, 공간 광 변조기는 화소의 어레이를 구비한다.
각화소는 싱글의 편향 가능한 강성의 미러와 그위에 미러를 부착하는 힌지, 광 전송기판을 구비한다. 광 전송기판은 전극의 어레이가 형성되어 있는 실리콘 기판위에 지지되어있다. 한 실시예에서, 광이 전극 또는 미러 지지구조(힌지 및 그 부착부)에 이르는 것을 차단하도록 광 전송기판내에 어퍼처층이 설치되어 있다. 개개의 미러들은 개개의 미러와 그들의 상응하는 전극사이에 전압 바이어스를 인가함으로써, 정전력에 의해 선택하여 편향된다.
본 발명의 한 실시에에 따른 공간 광 변조기를 제조하는 방법이 제공된다. 희생층이 기판상에 증착된다. 홀이 상기 희생층을 관통하게 에칭되며 상기 홀은 상기 광 전송기판으로 후속층의 접속을 허용하여 준다. 반사층이 희생층위에 증착되고 하나 이상의 반사 편향요소를 정의 하도록 패터닝된다. 반사층은 홀을 통하여 희생층에 접속된다. 반사요소가 해방되어 편향될수 있도록 상기 희생층이 제거된다. 어드레싱 회로와 전극이 회로기판상에 형성된다. 광 전송기판과 회로기판은 정렬되고, 상기 반사 요소가 어드레싱 회로와 전극에 의하여 선택적으로 동작될수 있도록 결합된다.
상기 두기판은 기판의 주변부 둘레를 예를들어, 에폭시 로 접합되게 할수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 프로세스는 반사 편향요소와 어드레싱 회로 사이에 바이어스 전압을 인가하는 것을 포함한다. 바이어스 전압은 디바이스 동작동안에 변경될수 있다.
실리콘 기판상의 전기 어드레싱 회로는 표준 CMOS 기술을 이용하여 제조될수 있고 저 밀도 메모리 어레이와 유사하다.
두기판은 그들이 별도로 제조된후에만 서로접합되며, 각 기판에 대한 제조프로세스가 결합되어 있다. 상부 기판의 제조동안 CMOS 호환성에 대한 우려가 전혀 업기 때문에, 본 발명에 의한 공간 광 변조기의 이점은, 기계적인 반사 편향요소가, LDCVD 증착 질화 실리콘, 이산화 실리콘, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘과 같은 그들의 뛰어난 기계적 특성에 대하여서만 선택된 물질로 만들어질수 있는 것이다. 이들 박막은 고온에서 증착되기 때문에 일반으로 CMOS 프로세스에 적합하지 않으며, 이는 후자가 이들 높은 온도에서 녹게 되는 알루미늄 접속을 사용하기 때문이다.
본 발명의 공간 광 변조기의 또하나의 이점은 두기판이 서로 본딩된후에 이동부가 충분이 캡슐에 집어 넣어지게 될 수 있기 때문이다. 이것은 뛰어난 패킹방법을 제공하여 주고 장치를 아주 튼튼하여 하여준다.
본 발명의 공간 광 변조기는 또한 비용이 저렴하고 곧바로 제조할수 있는 이점을 가진다. 상기 공간 변조기는 두 기판으로 구성되어 있는데, 하나는 표준 CMOS 기술을 사용하여 만들 수 있는 것이고 다른 하나의 광 전송기판은 반사 편향 요소를 포함하고 있어, 제조가 매우 간편하다.
본 발명의 공간 광 변조기의 또하나의 다른 이점은, 다른 평면 광학장치(예를 들면, 칼러필터, 반사율 증강코팅, 마이크로렌즈) 뿐만 아니라 광차단 버퍼층은 상기 광 전송기판내 통합되게 할수 있다는 점이다. 이것은 콘트라스트 비를 개선 시킬수 있고, 유효 광 편향각을 증가시켜주며 시스템 레벨에서 자유공간 광학장치(free-space optics)의 비용은 경감하여 준다.
본 발명의 공간 광 변조기의 또하나의 다른 이점은, 운동제한 구조물이 튼튼하고 수명이 긴 고온 물질로서 만들어질수 있다는 점이다. 그들의 경도와 형상 때문에 운동 제한 구조물은 동작동안에 작은 접촉영역을 가지게 되고 이것은 상기 구조물과 기판사이에서 들러붙은 힘을 크게 경감시켜준다. 또한 운동제한 구조물은 접촉하게 되는 기판과 동일 전위에 있고 이것은 용착 및 전하주입을 통한 들어붙음을 방지하여 준다. 이들은 상술한 DMD와 GLV의 초창기 세대에서 부딪치는 문제였다.
본 발명의 공간 광 변조기의 다른 또하나의 이점은 광 전송기판의 고온처리가 반사 편향요소상에 고-저유전율의 어느 하나를 선택한 유전체박막의 증착을 허용하여 주며 이것으로 그들의 반사율은 크게 할수 있다.
이들 및 다른이점은 첨부 도면 및 상세 설명을 고려하면 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 명백할 것이다.
본 발명의 설명은 인용번호를 포함하는 여러 도면을 인용한다.
다른 도면에서의 동일 인용번호는 유사 또는 동일한 부품을 나타낸다.
본 발명의 전 설명에 걸쳐, "광학 또는 광(Optical)"과 "광선 또는 광(Light)"이란 단어가 사용되어 있다. 본 발명의 설명 및 청구범위에서 "광학 또는 광(Optical)"은 가시영역내의 주파수만이 아닌, 어느 전자파 주파수에 관계된다. 예를 들면, "광전송기판(Optically Transmissive Substrate)"은 가시영역내이든지 아니든지간에, 작동 주파수의 전자파 전파로 전송하는 기판이다.
본 발명의 정밀-기계 공간 광 변조기(Micro-Mechanical Spatial Light Modulator)(10)(이하, SLM(10))의 실시예에 대한 코너의 평면 사시도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 SLM(10)에 대한 분해도가 도 13에 도시되어 있다. SLM(10)은 임의의 구조 또는 어레이 사이즈의 화소셀을 포함할 수 있다. 그러나 간략하게하기 위해 2×2 그리드 구조에서 단지 4개의 화소셀(12,12a,12b,12c)이 도 1에 도시되어 있다. 화소셀(12,12a,12b,12c)은 예를들어 12 미크론의 픽셀 피치를 가진다. "픽셀 피치(Pixel Pitch)"는 이웃 화소셀의 같은 부분간의 거리로서 정의된다.
각 화소셀(12,12a,12b,12c)에 상응하는 반사 편향소자(예를 들면, 미러(48,48a,48b,48c))가 편향되지 않는 위치에서 광 전송기판(20)의 하부표면(14)에 부착되어 있다. 그래서, 미러(48,48a,48b,48c)는 도 1에서 광 전송기판(20)을 통하여 볼 수 있다. 간략하게하기 위해, 미러(48,48a,48b,48c)와 광 전송기판(20) 사이에 있는 광 차단 어퍼처층(22)은 아래에 있는 힌지(50,50a,50b,50c)를 나타내도록 일점 쇄선으로만 표시되어 있다. 인접하는 미러를 격리하는 거리는, 예를들어 0.5미크론 이하일 수 있다. SLM(10)을 제조하기 위한 한 처리공정이 도 2A~도 2F의 저면 사시도에 도시되어 있다. 간략하게 하기 위해, 화소셀(12)의 제조만이 설명된다.
그러나, 이 설명으로부터, 화소셀(12a,12b,12c)과 SLM(10)내에 있는 다른 화소셀은 화소셀(12)이 제조되는 것과 동시에 그리고 동일한 방법으로 제조될 수 있음이 명백할 것이다.
광 전송기판(20)은 후속 처리온도를 견딜 수 있는 물질로 만들어진다. 광 전송기판(20)은, 예를 들면 두께가 500 미크론인 4인치 석영 웨이퍼일 수 있다. 그러한 석영 웨이퍼는 예를 들면, Hoya Corporation U.S.A at 960 Rincon Circle, San Jose, CA 95131로부터 널리 구입할 수 있다.
도 2a에 표시된 바와같이, 광 차단층(Light Blocking Layer)(예를들어 50nm 두께의 텅스텐층)은 광 차단 어퍼처층(22)을 형성하기 위해 증착되고 패터닝된다.
어퍼처층(22)은 후속 제조공정동안 안전하게 남아있게 되는 투명물질(예를들어, 텅스텐)로 만들어진다.
텅스텐은, 예를들어, 공지의 스퍼터링 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 포트 레지스트의 패턴이 공지의 포토리소그래픽 프로세스를 사용하여 어퍼처층(22)위에 형성된다. 그때 어퍼처층(22)은 드라이텍(Drytek) 100 프라즈마 에칭장치를 사용하여 에칭된다. 체적 50%의 SF6과 체적 50%의 C2ClF5의 혼합물을 300sccm(SF6에 대하여 150sccm과 C2ClF5에 대하여 150sccm)의 유량으로 에칭장치의 반응 쳄버내에 도입된다.
에칭은 광 전송기판(20)이 노출될때까지(약 1분) 500W로 에칭장치에 설정한 파워와 약 100mTorr의 압력하에서 일어난다. 에칭후에, 남아있는 포토레지스트가 통상의 산소 플라즈마 스트립을 사용하여 제거된다. 이후에 설명되는 패터닝도 동일방법으로 형성될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와같이, 광 전송보호층(24)(예를들어, 약 94nm 두께의 중량 7% 인-도프 이산화 실리콘)은 패시베이션층으로서 증착된다. 반사 편향요소(미러48)는 보호층(24)을 통하여 광 전송기판(20)에 접속되어져 있다. 이산화 실리콘 보호층(24)은, 예를들어, 틸란(Tylan)노의 석영관에서, 약 5분동안 약 400℃ 온도 및 250mTorr로 LPCVD 프로세스에 의하여 증착될 수 있다. SiH4, O2및 PH3가각각28,115 및 7의 유량으로 챔버내에 도입된다. 인-도프 이산화 실리콘은 그때 증기분위기에서 약 20분동안 1100℃에서 리플로 된다.
후술하는 바와같이 결국에는 제거되어지는 희생층(20)(예를들어, 약 0.6㎛두께의 비정질 실리콘층)은 보호층(24)상에 증착된다. 비정질 실리콘층은 예를들어, 틸란노의 석영관에서 LPCVD 프로세스를 사용하여 증착될 수 있다. SLM(10)은 135분동안 약 670℃ 및 200mTorr로 석영관에서 노출된다. SiH4및 H4의 조성물이 246sccm(SiH4에 대하여146sccm와 H2에 대하여 100sccm) 유량으로 석영관내에 도입된다.
홀(25)은 예를 들면, 보호층(24)의 일부분이 희생층(26)을 통하여 노출될때까지 50% SF6및 50% C2ClF5(체적으로) 분위기에서, 패턴 프라즈마 에칭을 사용함으로서 선택 이방성 에칭으로 비정질 실리콘 희생층(26)을 통하여 패터닝된다. 그와같은 에칭은 드라이텍 100 프라즈마 에칭 장치의 반응 챔버에서 일어날 수 있다. 가스조성물이 100sccm(SF6에 대하여 50sccm과 C2ClF2에 대하여 50sccm)의 유량과 150mTorr입력으로 도입된다. 전형적으로 이들 조건하에서 희생층을 통하여 약 45분동안 보호층(24)의 일부를 노출시킨다.
미러 구조 지지층(28)이, 예를들어 약 138nm 두께의 저-스트레스 질화 실리콘층이 미러(48)와 운동 정지부(Motion Stop)(49)를 형성하기 위하여 증착되고 패터닝된다. 미러(48)는 실질적으로 강성플레이트(Rigid Plate)이다. 저-스트레스 질화실리콘층은 예를 들면, 약 36분동안 약 785℃ 및 250mTorr로 LPCVD 프로세스를사용함으로써 틸란노의 석영관에서 증착될 수 있다. 증착은 예를 들면, SiCl2H2와 NH3을 각각 165sccm과 32sccm에서 석영관으로 도입함으로서 일어난다. 포토 레지스트의 증착과 패턴의 노광후에 질화 실리콘층은 1200W로 구동되는 AMT 8100 6각-전극 프라즈마 에칭장치를 사용하여 에칭될 수 있다. 예를들어, O2와 CHF3의 에칭가스가 17분의 에칭 주기로 각각 6sccm와 85sccm의 유량에서 반응챔버내로 도입된다. 이들의 조건하에서 다 결정실리콘 대 질화실리콘의 선택비율은 약 1:6이다.
도 2c에 나타낸 바와같이, 그 다음 힌지층(30)(예를들어, 약 40nm 두께의 저-스트레스 질화 실리콘층)이 성장된 후 비틀림 힌지(50)(이 패턴의 평면도가 도 8A에 도시되어 있다)를 부가적으로 정의하도록 패터닝된다.
적어도 힌지(50)의 일부분이 지지부(51,51)(도 2d~2f)를 정의하도록 홀(25)을 통하여 보호층(24)을 접촉한다. 힌지(50)는 힌지의 세로방향에 대하여 토크를 인가함으로서 힌지(50)가 비틀어지는 것을 의미하는 "비틀림(Torsion)"으로 동작한다. 그래서 미러(48)에 부착된 힌지(50)의 단부는 지지부(51)에 의해 지지되는 단부에 대하여 각도로 편향된다. 힌지(50)는 예를 들면, 약 0.5미크론 폭일 수 있다.
힌지층(30)을 위한 저 스트레스 질화 실리콘 박막이 LPCVD 프로세스를 이용하여 틸란노의 석영관에서 증착된다. SiCL2H2와 NH3가 예를 들면, 각각 165sccm과 32sccm의 유량으로 석영관내에 도입된다. 증착이 예를 들면, 11분동안 785℃의 온도와 250mTorr의 압력에서 일어난다.
도 2d에 도시된 바와같이, 그 다음 희생층(26)이 등방식각 프로세스를 사용하여 부분적으로 제거된다.
에칭 프로세스는 희생층(26)의 부분이 미러(48)와 힌지(50) 아래로부터 제거되도록 등방식각이다. 희생층(26)의 부분적인 에칭후에 미러(48)와 힌지(50)의 아래가 아닌 희생층(26)도 제거되어 있다. 반면에 미러(48)와 힌지(50) 아래의 희생층(26)의 상당부분이 미러(48)와 힌지(50)의 보호 때문에 남아있다. 따라서, 부분 에칭후에도 희생층(26)은 미러(48)와 힌지(50)를 계속하여 지지하며 후술하는 반도체 제조공정 동안 에어로졸(Airbone particulates)이 미러(48)와 힌지(50) 아래로 들어가는 것을 방지하여 준다. 한 적절한 등방 에칭 프로세스는 드라이텍 100 프라즈마 에칭장치내의 반응챔버내에서 프라즈마 에칭 프로세스에 따른 노출에 의한 것이다. 약 100% SF6이 에칭 장치의 파워를 375W로 설정하고 약 50sccm의 유량으로 반응챔버내에 도입된다. 에칭은 실온(그러나 프라즈마가 열을 발생한다)과 약 150mTorr의 압력에서 약 100초동안 발생한다. 이 프로세스에서, 실리콘대 질화실리콘의 선택비는 약 6:1이다.
도 2e를 참조하면, 이어 SLM(10)의 수평표면(예를들어, 미러 구조 지지층(28), 힌지층(30), 보호층(24)의 일부)은 광을 반사하는 도전성의 반사층(32)(예, 약 30nm 두께의 알루미늄층)으로 코팅된다. 일부의 수직 표면(예를들어, 미러(48) 부근의 힌지(50)의 수직표면) 역시 미러 구조 지지층(28)상의 반사층(32)을 보호층(24)상의 반사층(32)과 전기적으로 접속하기 위해 코팅된다. 간략하게 하기 위해, 힌지층(30)상의 반사층(32) 일부와 수직 표면은 도 2e에 도시되어 있지 않다. 그와같은 반사층(32)은 예를 들면, 각의 수평벡터가 미러(48)로부터 운동정지부(49)까지되도록하는 각도에서 하방으로 증발하는 알루미늄에 의해 증착될 수 있다. 이러한 각도로는, 운동정지부(49)가 금속 증착으로부터 보호층의 표면을 차단하기 때문에 운동정지부(49)가 보호층(24)을 접촉하는 점에서 어떠한 금속(알루미늄)도 이 보호층(24)상에 존재하지 않는다. 여기서 유념하여야할 것은 보호층(24)은 상술한 희생층(26)의 부분 에칭으로 인해 노출되는 점이다. 증발은 예를들어, 초당 1nm의 증착 속도에서 전자건(e-gun) 열 증발기의 반응챔버에서 발생할 수 있다.
스페이셔(44)(도 1 및 13)가 광 전송기판상에 제공된다. 스페이셔(44)는 예를들어, 30초동안 5000rpm에서 회전된 후, 종래의 포토리소그래픽 기술을 이용하여 스페이셔(44)를 형성하기 위해 노광된 후 패터닝되고, 이어 구조강성을 증가시키도록 1시간동안 233℃에서 단단하게 소성되는 Hoechst Delanese AZ 4330-125 포토레지스터로 구성된다.
미러(48a,48b,48c)는 희생층(26)을 완전하게 제거하는 제 2 등방식각, 예를들어 이불화 퀴세논 에칭처리로, 힌지 지지부(51,51)를 제외하고는 광 전송기판(20)으로부터 이탈되어 있다. 이 에칭은 약 20분동안 실온에서 약 100% 이불화 퀴세논 환경하의 약 4Torr에서 수행된다. 이와같은 조건하에서 이 에칭처리의 선택비는 100대 1을 넘는다.
그 다음, 부착된 미러 어레이를 가진 광 전송기판(20)은 도 3a에서 단면도로도시되어 있는 바와같이, 어드레싱 회로(36)를 포함하는 회로기판(34)(예를들어, 반도체 기판)에 본딩된다. 스페이셔(44)(도 1 및 13)는 광 전송기판(20)이 회로 기판(34)으로부터 떨어져 유지되지만 부근에 근접되어 유지되도록 회로기판(34)에 본딩되어 있다.
한 실시예에서, 다른 굴절율을 가지는 2개의 유전체층(70,72)(도 2f)과 같은 평면상의 광학소자(Planar Optical Element)가 미러 구조물 지지층(28)으로서 증착되어 있다. 이와같은 유전체층의 적층은 광선(Light)을 반사하거나 특정 범위의 주파수를 필터링한다. 예를 들면, 질화 실리콘층(광 굴절율 2.0)의 윗면상에 증착되는 이산화 실리콘층(광 굴절율 1.46)은 질화 실리콘층의 두께가 68nm이고 이산화 실리콘층의 두께가 96nm라면 많은 광스펙트럼(Optical Spectrum)에 걸쳐 92%에서 95%의 반사율로 예를들어, 알루미늄 반사층(32)의 반사율을 증강하게 될 것이다.
희생층(26)이 충분히 에칭되어 제거된 후, 광 전송기판(20)은 회로기판(34)에 본딩된다. 먼저, 기판(20,34)은 광학적으로 서로 정렬된 후 유지되며 회로기판(34)의 단부 둘레에 분배된 에폭시로 서로 접착될 수 있다. 상부 기판(20)은 광학적으로 투명하기 때문에 정렬이 광 전송기판(20)상의 패턴을 회로기판(34)상의 패턴에 정렬시킴으로서 용이하게 달성될 수 있다. 광 전송기판(20)과 회로기판(34)의 단부둘레에 청정 환경하에서 에폭시를 분배함으로써, 미러(48)는 에어로졸로부터 격리될 수 있다.
도 3a에서, 셀(12)의 하부전극(42)(예를들어, 500nm 두께의 알루미늄 하부전극)은 콘택트(43)를 통하여 어드레싱 회로(30)에 접속되게 도시되어 있다.
여러 가지 구조가 가능하다. 한 실시예에서, 액티브 하부전극(42)은 나머지의 회로 구성부재(36)와 회로 접속보다도 물리적으로 더 높게 위치되어야한다. 이 실시예에서 하부전극(42)은 정전력을 통하여 위에있는 미러(48)와 상호작용한다.
도 3a 및 도 3b에 상술한 동작이 도시되어 있다. 도 3a에서 미러(48)는 편향되어 있지 않다. 이 바이어스 되어있지 않은 상태에서, 광원(Light Source)(64)으로부터 경사지게 SLM(10)으로 입사하는 입사광빔(56)은 광 전송기판(20)을 통과하여 편평한 미러(48)에 의하여 반사되고 일부분은 어퍼처층(22)에 의해 반사된다. 그래서, 출력광빔(58)의 각도는 역시 광 전송기판(20)에 경사진다. 출력광빔은, 예를들어 광학 덤프(78)에 의하여 수신될 수 있다. 광 전송기판(20)으로의 어퍼처층(22)의 통합은 하부 힌지(50)로부터 상당하는 원치않은 광을 제거하는 기술이다.
미러(48)와 하부전극(42) 사이에 인가하는 전압 바이어스를 가진 셀(22)이 도 3b에 도시되어 있다. 미러(48)는 정전인력으로 평향되어 있다. 힌지(50)의 설계 때문에, 미러(48)의 지유단은 회로기판(34)을 향하여 편향되어 있다. 힘의 인가로 인하여 실질적으로 모든 벤딩이 힌지(50)내에 야기되도록 힌지(50)가 미러(48)보다는 더욱 유연하도록 되어야 하는 점을 유의하여야 한다. 이것은 전술한 바와같이 힌지층(30)을 미러구조물 지지물층(28)보다 더욱 얇게 만듦으로써 이루어질 수 있다. 미러(48)의 편향은 상당한 각도만틈 출력광빔(58)을 결상광학장치(66)로 편향한다.
미러(48)의 운동은 미러(48)가 회로기판(34)을 접촉하지 않도록 광 전송기판(20)에 증착된 보호층(24)을 접촉하는 운동정지부(49)에 의해 제한된다(도3b 참조). 접촉이 일어나지 아니하므로, 전기적으로 접속된 미러(48a,48b,48c)는 동일전위로 있게 된다. 또한, 들러붙는 것을 발생시킬 수 있는 미러(48)와 전극(42) 사이의 전하주입과 용착이 전혀 없다. 미러(48)는 편향되지 않은 위치에서, 광 전송기판(20)과는 예를들어 2.8 마이크론만큼 떨어지게 될 때, 운동정지부(49)는 힌지(50)의 피봇축으로부터 열장될 수 있다(예를들어, 약 3.3미크론).
변조기의 전반적인 전기기계적 특성은 도 4 및 도 5에 더욱 상세히 설명되어 있다. 도 4에서, 미러(48)의 편향각 alpha 는 전압 바이어스에 대하여 도시되어 있으며 히스테리시스가 관측되고 있다. 전압 바이어스가 미러(48)와 전극(42) 사이에 인가될 때(도 3a, 도 3b) 미러(48)는 편향한다(도 4의 401라인을 참조). 미러(48)가 스냅전압 Vsnap(예를들어, 약 6.6V)을 지나 편향할 때, 힌지(50)의 복원력을 정전력과 균형이 깨기게 되어, 운동정지부(49)가 광 전송기판(20)에 접촉될 때까지 미러(48)는 회로기판(34)의 전극(42)(도 4의 402라인을 참조)을 향하여 순간적으로 움직인다. 미러(48)가 그의 편향되지 않은 위치(도 4의 404라인을 참조)를 향하여 복원하기 위해서 실질적으로 스냅전압 이하(도 4의 403라인을 참조)인 VreLease(예를들어, 약 5.6V)로 전압이 낮아지지 않으면 안된다. 그래서 미러(48)는 전압 VreLease와 전압 Vsnap사이의 특정 전압이 주어지게 되면, 미러(48) 편향의 이력에 따른 미러(48)의 2개의 가능한 편향각 alpha 가 존재한다. 따라서, 미러(48) 편향은 래치로서 동작한다. 이들 쌍 안정성특성과 래치특성은 편향시키는데 필요한 기계적인 힘은 편향각 alpha 에 대하여 대체로 선형이지만 대항하는 정전력은 미러(48)와 전극(42) 사이의 거리에 역비례하기 때문에 존재한다.
이와같은 래칭동작은 드라이버회로가 칩외(off-chip)에 설치되게 허용되거나 또는 각 전극을 구동하기 위한 메모리셀을 가지는 대신에 수동 어드레싱을 사용하는 주변부에만 설치 되도록 허용하여준다. 예를 들면, 각각의 주어진 열에서의 각 전극(42)이 전기적으로 접속될 수 있고, 한편 각 주어진 행에 있어서의 각 미러(48)가 전기적으로 접속된다. 어드레싱동안, 어드레스되는 화소셀과 같은 열이나 또는 행에 있지 않은 각 화소 셀에 대하여서는 인가되는 전압 바이어스가 VreLease와 Vsnap사이의 중간값(예를들어 6.2V)에 있게 된다. 그래서, 이들 화소셀에 대하여 미러(48)의 편향은 미러(48)가 라인 403에서 편향되어 있다면, 하나의 바이너리상태(예를들어, 바이너리 원)를 나타내고, 미러(48)가 라인 401에서 편향되어 있다면, 다른 바이어리 상태(예를들어 바이너리 제로)를 나타낸다. 즉, 이 중간 전압은 미러(48) 편향상태를 유일하게 결정하지 못한다.
만약 온상태(또는 오프상태)가 어드레스되는 화소셀에 프로그램되어진다면, 어드레스되는 화소셀 열의 전극(42) 전압은 인가되는 바이어스 전압을 증가(또는 감소)하도록 변경된다. 어드레스된 화소셀 행의 미러(48) 전압 역시, 인가되는 바이어스 전압을 증가(또는 턴오프 하기 위해 감소)하도록 변경된다. 어드레스되는 화소셀과 같은 열이나 또는 행에 있게 되는 어드레스되지 않은 화소셀에 대하여서는 인가되는 바이어스 전압이 증가(또는 턴오프하기 위해 감소)하나 아직 VreLease와Vsnap사이에 있게 된다. 따라서, 바이너리 상태가 어드레스되는 화소셀과 같은 열이나 행에 있는 어드레스되지 않는 화소셀에 대하여서는 변경하지 않는다. 그러나, 어드레스되는 화소셀에 대하여서는 전극(42)과 미러(48)의 양자전압은 인가되는 바이어스 전압을 증가(또는 턴오프하기위해 감소)하도록 변경되어 있다. 이와 같은 증가는 Vsnap보다 더 크며(또는 어드레스되는 화소를 턴오프하도록 VreLease보다 작으며), 따라서 어드레스되는 화소는 온(또는 오프)된다. 어드레스하고 프로그램하기 위해, 각 열과 행에 대한 하나의 드라이버 회로만이 필요하게 된다. 따라서, 드라이버 회로는 디바이스의 주변에 따라 또는 칩 외부에 설치되어도 된다.
각 전극(42)이 드라이빙 회로(DRAM 구조에서 트랜지스터와 같은)를 가지는 전 액티브 어드레싱(Full Active Addressing)에 대하여서도 그룹내에서 접속하는 미러가 어드레싱 효율을 증가할 수 있다. 이것은 미러 어레이의 주변에서 접속을 가지거나 또는 화소 위치에서 미러를 기판으로 접속하는 필러(Pillar)를 증착하므로써 달성될 수 있다. 정전력은 도전성의 반사층(32)과 하부전극(42) 사이의 전체전압에 따라 달라지기 때문에 미러그룹(반사층(32)을 통하여)에 인가되는 부(-) 전압은 해당 전극의 동작전압을 경감시켜서 SLM(10)의 필요한 전압을 경감시킨다. 예를 들면, 반도체 산업에서는 5V 스위칭 가능 출력이 표준이기 때문에 5V 이하로 동작전압을 유지시키는 것이 바람직하다. 또한 어드레스되는 화소의 각 전극을 바이어스하는데 필요하게 되는 전하량은 모든 미러가 접지로 유지되는 실시예보다 더욱 적다. 그래서 어드레스되는 화소셀을 프로그램하기 위해 요구되는 시간이 상대적으로 빠르게 된다.
도 5에서, 인가되는 전압 바이어스가 증가되고 미러(48)가 경사지게될 때의 편향각 alpha에 대한 기계적인 토크 및 전기적 토크가 도시되어 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와같이, 힌지(50)의 기계적인 복원력에 의하여 야기되는 기계적인 토크는 편향각 alpha에 대하여 대체로 선형이다. 반면에, 미러(48)와 전극(42) 사이의 정전력에 의하여 야기되는 각 전기적인 토크(Telectrical) 곡선은 역자승 법칙을 적용 받아서 편향각 alpha의 증가에 따라 날카롭게 상승한다(미러(48)-전극(42) 구조의 용량이 증가되기 때문에). 하부곡선(V=Va)으로 예시된 바와같이, 낮은 전압 바이어스에서, 평형점(alpha E)이 존재한다. 미러(48)가 평형점(alpha E)보다 약간 더(도는 작게)경사되면, 상방으로 지향되는 기계적인 힘(또는 하방으로 지향되는 정전력)이 지배하여 미러(48)는 평형점(alpha E)으로 다시 올라가게(또는 내려가게) 편향한다. 미러(48)와 전극(42) 사이의 온-상태 전압을 변경함으로써, 미러(48)의 경사가 제어된다.
미러(48)와 전극(42) 사이의 전압 바이어스가 임계치(여기서, 중간 곡선으로 도시된 바와같이 V=VD)를 초과하면, 평형점(alpha E)은 더 이상 존재하지 않게 되어 미러(48)는 회로기판(34)으로 향하여 순간적으로 움직인다(도 4의 라인 402를 참조). 기계적인 토크가 각도에서 선형이라면, 미러(48)가 대략 반정도 회로기판(34)으로 향하여 편향될 때 스냅핑이 발생한다. 또 하나의 다른 정지 기구가 설치되어 있지 아니하면, 스냅핑 동작은 미러(48)가 전극(42)과 접촉될 때까지 계속될 것이다. 용착에 의해 들러붙음(Sticking)이 발생하게 되기 때문에 이와같은 동작모드를 피하는 것이 바람직하다. 용착은 접촉 표면이 본래부터 다른 전위에 있을 때나 또는 넓은 접촉면 영역이 금속과 같은 전성 물질로서 이루어져 있을 때 특히 쉽게 발생한다.
상술한 운동정지부(49)는 질화 실리콘 같은 단단한 물질로 만들어져 있다. 이들 단단한 물질은 잠재적으로 금속구조보다는 더 긴 수명을 가지고 있다. 운동정지부(49)는 역시 광 전송기판(20)과 제한적 접촉 영역을 가지고 있기 때문에 달라붙는 힘을 경감시킨다. 운동정지부(49)를 서로 접촉하게 되는 반사층(32)과 동 전위로 유지하게 함으로서, 용착이 초래하게 되는 전위차가 역시 회피될 수 있다. 스냅핑과 운동정지부(49)와 광전송기판 사이의 그와 같은 물리적인 접촉은 V<VD를 유지하게 함으로써 완전히 피할 수 있다.
SLM(10)이 스냅점을 지나는 전압에서 동작되면, 상술한 전기 기계적 쌍 안정성을 이용함으로써 액티브 어드레싱을 사용하거나(예를들어, 개개의 트랜지스터가 각 화소 위치에서 전극(42)을 구동) 또는 패시브 어드레싱을 사용하거나(예를들어 각 열이나 또는 행에 대하여 단 하나의 드라이브 회로)하는 어느 하나를 사용하는 디지털 방법으로 동작될 수 있다. SLM(10)이 Vsnap보다 더 높은 전압에서 동작하면 라인(403)에 다른 편향은 하나의 바이어리 상태를 나타낼 수 있고 한편 모든 다른 편향은 다른 바이너리 상태를 나타낸다.
SLM(10)이 스냅핑점 이하의 전압에서 동작되면, 액티브 어드레싱을 사용하여아날로그 방식으로 동작될 수 있다. 예를 들면, 광원(64)이 넓은 범위의 위치로부터 광선을 방출하면, 다른 경사각도 alpha에 대하여 세기의 광이 결상 광학장치(66)로 반사될 수 있다. 상술한 높은 품질의 기계적인 재로의 사용은 화소 어레이에 걸쳐 우수한 균일성이 생기게 되어 아날로그 동작을 실현한다. 이때 미러(48)의 편향은, 각 상응 전극에 축적되는 전하에 비례될 것이다. 또한 스냅핑점 이하에서의 동작은 동작동안의 기계적인 접촉을 방지하고 가능한 들러붙는 문제를 제거하는 이점을 가진다.
스냅핑 전압을 지나는 미러 동작에 대하여 또한, 다음과 같은 시간함수로서 액티브 어드레싱 전압을 변경하는 것이 가능하다. 액티브 어드레싱 단계동안, 어드레싱은 미러 편향이 필요하게 되는 이들 전극에 대하여 정전력 토대의 미러 편향에 대하여 요구되는 레벨로 설정된다. 문제중의 미러가 편향한 후 그 편향된 위치에서 유지하기 위하여 필요하게 되는 전압은 실제의 편향에 대하여 필요로 되는 것 보다 작다. 이것은 편향된 미러와 어드레싱하는 전극간의 갭이 미러가 편향되고 있는 과정에 있을 때 보다 이미 더 작기 때문이다. 따라서, 액티브 어드레싱 단계 후의 단계(예를들어 "유지단계(Hold stage)"라 칭함)에서 어드레싱 전압 레벨은 실질적으로 미러의 상태에 영향을 주지 않고 원래의 레벨로부터 경감될 수 있다. 유지단계 전압을 가지는 것의 한 이점은 편향되지 않은 미러들 또한 이전보다도 더 작은 정전 인력을 받게되고 이 때문에 편향되지 않은 미러들은 제로-편향된 위치에 더욱 가까운 위치를 얻는다는데 있다. 이것은 편향된 미러와 편향되지 않은 미러간의 광학적 콘트라스트 비를 개선하여 준다.
어드레싱 회로(36)의 메모리 어레이부의 전기적인 개략도가 도 6a와 도 6b에 도시되어 있다. 액티브 어드레싱이 사용된다면 도 6a의 회로에서 실현된 어드레싱 구조가 SLM(10)의 각각의 화소셀을 개별적으로 어드레스하기 위해 사용될 수 있다. 기판(20,34)이 도 6a에는 도시되어 있지 아니하지만 미러(48)와 하부전극(42)이 상징적으로 도시되어 있다. 상기 개략도는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)를 위해 사용되는 것과 동일하다. 각 화소셀(12,12a,12b,12c)은 각각의 NMOS 트랜지스터(68,68a,68b,68c)에 의하여 구동된다. 예를 들면 화소셀(12)이 어드레스 되어지는 것이라면, 전극(42)은 다음과 같이 충전된다. 화소의 상응하는 행(화소셀 12와 12c를 포함)의 상태가 소정의 미러경사에 의한 적절한 바이어스 전압으로 상응하는 비트라인(62)을 유지함으로써 설정된다. 바이어스는 미러(48)에 관한 것이며, 이들 미러(48)는 그라운드와 같은 공통전압에 접속되어 있다. 그때 상응하는 워드라인(60)은 로우-하이-로우 펄스를 발생하게 되며(예를들어 NMOS 트랜지스터가 일시적으로 오픈된다) 전압값이 하부전극(42)과 미러(48) 사이에서 전하로서 저장된다. 부가적인 커패시터가 누설을 극복하기 위하여 충분한 전하의 저장을 확보하도록 미러-전극 결합에 대하여 병렬이 되게 전기적으로 설치될 수 있다.
또 하나의 실시예는 활성전극을 구동하기 위하여 SRAM(Static Random Access Memory)를 사용한다(도 6b). 예를들어, 화소셀(12)이 상응하는 비트라인(62)상에 바이너리 원을 나타내는 전압을 인가함으로서 어드레스 된다. 그 전압은 전극(42)을 충전시켜서 미러(48)를 편향시키는 것이면 충분하다. 바이너리 제로를 나타내는 전압은 다른 비트라인(62)(바)에 나타난다. 상응하는 워드라인(60)이 트랜지스터(69a,69b)를 오픈하는데 충분한 전압을 인가함으로서 선택된다. 인버터(69c)로의 입력과 인버터(69d)로부터의 출력은 바이너리 제로를 나타낸다. 인버터(69c)로부터의 출력과 인버터(69d)로부터의 입력을 바이너리 원을 나타낸다. 트랜지스터(69a)가 오픈되면 전극(42)은 비트라인(62)을 통하여 충전된다.
미러(48)의 영역이 반도체 스케일(12×12 미크론 = 144평방 미크론)상에서 상대적으로 넓기 때문에 보다더 복잡한 회로가 각 활성 전극밑에서 제조될 수 있다. 본 발명의 회로는 각 화소에서 시간적으로 연속하는 화소정보를 저장하는 스트라지 버퍼와 변동하는 전압레벨에서 전극을 구동함으로써 미러/전극 분리의 가능한 불균일성을 보상하기 위한 전자회로를 포함할 수 있지만 이것으로 제한되지는 않는다.
적절한 칫수의 선택(1에서 5㎛의 기판(20,34) 분리와 0.03에서 0.㎛의 힌지두께)과 물질의 적절한 선택(질화 실리콘)으로 SLM(10)은 단지 2~3 볼트의 구동전압을 가지도록 만들어 질 수 있다. 힌지(50)의 각 비틀림(Angular torsion) 단위는, 예를들어 약 3.3×10-14뉴톤미터/회전각도일 수 있다. 앞에서 논의된 바와같이, 어드레싱 회로가 동작하지 않으면 안되는 전압은 미러(48)를 회로 그라운드(또는 바이어스전압)을 기준으로 하여 부(또는 양)의 전위를 유지함으로써 보다 낮게 맞들어질 수 있다. 예를 들면, 부의 바이어스 경우에 이것은 활성전극 어레이가 0~5V와 같은 저전압 범위에서 동작하여 미러편향을 야기시킬 수 있도록 도 4의 히스테리시스 곡선 좌측으로 천이시키는 영향을 가진다. 이결과 주어진 전압에 대하여 편향각이 더욱 큰 차로 된다. 최대의 부(-)의 바이어스 전압은 -VreLease이다. 부의 전압은 예를들어 부의전압을 인가하도록 구성된 전원(74)(도 6a의 화소셀(12)을 참조)으로 미러(48)를 카프링하는 스위치(76)로 접속함으로서 미러(48)로 인가될 수 있다.
두 기판(20,34)의 평탄성과 이들의 굴곡에 대한 저항에 따라 스페이셔(44)는 미러 어레이 자체내에 매입될 필요가 있을 수 있다. 도 7은 중앙에 스페이셔를 가지는 적당하게 인접하는 미러 어레이의 평면도를 나타낸 것이다. 미러 어레이는 56개의 미러(48, 48a~48z, 48aa~84az, 48ba, 48bb, 48bc)를 포함한다. 간략하게 하기 위해, 광 전송기판(20)과 회로기판(34)이 도시되어 있지 아니하며, 각 미러(48)는 정사각형으로 나타나 있다. 스페이셔(44)는 미러(48aa, 48ab,48ai,48aj) 사이에서 중심에 있고 각 미러는 도 7에 도시된 바와같이 스페이셔(44)의 상응하는 단부와 동일 평면상에 있는 단부를 가진다.
도 8a는 도 2a~도 2d에 참조하여 설명된 프로세스에 의하여 만들어진 SLM(10)의 화소셀(12,12a)에 대한 평면도를 나타낸 것이다. 미러(48,48a)는 가는 힌지(50,50a)에 의하여 정의된 축 주위를 회전한다. 미러(48~48a)의 운동은 미러(48,48a)가 부착되어 있는 (도 3b를 참조) 광 전송기판(20)으로 향하고 결국 부딪치는 운동정지부(49,49a)에 의하여 제한된다. 한 실시예에서, 대각선은 보다 더 가는 힌지에 비하여 비교적 두꺼운 질화 실리콘층을 포함하는 영역을 나타낸다.
이와같은 보강은 힌지(50,50a)내에서 유연성을 유지하면서도 기계적으로 미러(48,48a)를 뻣뻣하게 하여 준다. 동양의 보강이 도 8b~도 8e에 도시되어 있다.
SLM(10)의 광학액티브 구성부재를 구성하는 미러(48)의 디자인에 있어서 많은 가능한 변형이 존재한다. 도 8a 내지 도 8d는 운동 정지부(49)와 미러(48)가 실질적으로 동일 면상에 있는 변형을 나타낸 것이다. 한 실시예는 도8b에 도시된 바와 같은 2개의 운동정지부(498B)를 가지고 있다. 도8c에서, 힌지(508C)는 운동정지부(498C)에 직접 접속되어 있다. 도 8c 및 8d의 실시예는 도 8d가 단지 하나의 운동정지부(498D)를 나타내고 있는 것을 제외하고는 동일유사하다. 도 8e는 인접하고 있는 지지부(518E)를 나타낸 것이다. 도 8e의 화소셀(128E)는 전혀 운동정지부를 가지고 있지 아니하며 SLM(10)이 vsnap 이하에서 동작한다면 가장 유용하다.
도 8e 및 8g에서 도시된 실시예에서, 힌지 (508E, 508G)는 휨(flexure)에의하여 동작하며 비틀림에 의해 동작하지 않는다.
여기서 "휨"은 힌지(508F,508G)의 양단부가 고정되어 있고 미러(488F, 688G)의 각도 편향은 힌지(508F, 508G)가 이들 힌지의 중앙부분에서 각도로 편향을 야기시키고, 이것에 의해 힌지(508F, 508G)가 이들 힌지(508F, 508G)의 세로방향에 따라 늘어나게 야기시킨다. 도 8f 및 8g의 힌지(508F, 508G)는 광 전송기판(20)(도 1, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 3a, 3b, 9a, 9b, 9c, 9d, 10a, 10b, 10c, 11a, 11b, 11c, 12,13)아래로 힌지(508F, 508G)를 결합하는 힌지 지지부(508F, 508G)를 가진다. 그래서 힌지(508F, 508G)는 세로방향으로 굽어지나 비틀어지게 굽어지지 않는다.
이와 같은 힌지(508F, 508G)의 실시예에서, 기계적 복원력은, 주로 인장변형과 같이, 선형 의존편향 보다도 더욱 빠르게 증가된다. 이와같은 특성을 가진 힌지(508F) 또는 힌지(508G)는 스냅링 각도(Vsnap)가 증가되기 때문에, 미러(48)가 아날로그 방식으로 작동이될 때 유용할 것이다. 도 8h에서, 힌지(508H)는 외팔보(cantilever) 디자인이며, 역시 비틀림에 의해서가 아니라 휨에 의하여 동작한다.
본 발명의 정밀-기계식의 SLM(10)을 제조하는 제 2 제조 프로세스가 도 9a-9d와 도 10a에서 단면으로 도시되어 있다. 이 프로세서는 도 2a-2f에서 개략적으로 도시된 프로세스로 가능한 것보다는 더 높은 어퍼처비율(광활성영역의 비율)을 가진 미러타입의 구조를 얻기위하여 다수의 질화 실리콘층을 사용한다. 이것은 부분적으로는 운동 정지부(4910A)(도 10a)와 미러(4810A)(도 10a)는 다른 평면에 놓여 있다. 광 전송기판(20)은 후속처리 공정의 온도에 견딜수 있는 석영과 같은 물질로 만들어진다. 이 프로세스에서, 도 1, 2a, 2b 및 2c에 도시된 광 차단 어퍼처층(22)과 보호층(24)의 증착에는 프로세스의 첫단계로서 제거되거나 부가될수 있다. 희생층(2010A)(예를 들어 약 0.5미크를 두께 LPCVD 성장의 비정질 실리콘층)이 증착된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 광 전송기판(20)으로 관통하게홀(2510A) 이 패터닝된후 운동정지층(예를 들어 150nm 두께, LPCVD 성장 저-스트레스 질화실리콘층)이 날카로운 콘택팁(90)을 가지는 운동 정지부(4910A)를 형성하도록 증착된후 패터닝된다.
그 다음 도 9b에 도시된 바와 같이, 힌지층(예를 들면, 40nm두께의 저-스트레스 질화실리콘층)이 성장된후 비틀림 힌지(5010A)를 정의하도록 패터닝된다. 제 2 희생층이 증착되며(예를 들어, 약 0.5 미크를 두께, LPCVD 성장 비정질 실리콘층), 홀(25c)이 힌지(5010A)(도 9c)까지 아래로 도달하도록 패터닝된다. 이 제 2 희생층(2710A)은 후속의 막증착을 위한 편평한 표면을 얻도록 공지의 화학-기계연마(CMP) 기술로 연마될수 있다. 후속으로 증착되는 층은 미러구조 지지층(2810A)를 포함하기 때문에 미러구조 지지층(2810A)은 강화된 평탄성의 특징을 이루며 따라서 반사균일성, 시스템 콘트라스트와 휘도가 개량된다. 최종적으로 약 138nm 두께 질화 실리콘의 미러구조 지지층(2810A)이 실질적으로 강성의 미러 플레이트(도 9d)를 형성하도록 증착된후 패터닝된다.
그 다음 희생층(2610A, 27)이 등방성 에칭처리(예를들어, 이불화 크세논 가스 에칭: 앞에서 인용된 100% SF0 프라즈마 프로세스가 사용될수 있음)을 사용하여 부분적으로 제거되며, 전구조는 상술한 바와 같이 반사를 높게 하여주고, 전기적으로 미러와 같이 연결하는데 이바지하는, 예를들어 매우 얇은 알루미늄 박막층(30nm)으로 코팅한다.
최종적으로 미러는 제 2 등방성에칭 프로세스를 충분히 받게되어(예를 들어 이불화 크세논 가스에칭), 희생층(2610A)를 완전히 제거한다. 그 다음 미러는 예를 들면, 일찍히 도 2 와 도 3을 참조하여 설명된 바와 같은 기술을 이용하여 어드레칭 회로를 포함하는 회로기판에 접속된다. 따라서 힌지(5010A)가 투명성이며 광 전송기판(20)과 미러(48) 사이에 증착되게 힌지구조가 제조된다.
도 10a~10c는 상술한 프로세스를 이용하여 제조된 서브-힌지구조의 실시예를 나타낸 것이다.
간략화를 위해, SLM'S(1010a-10D)는 힌지(5010A~ 10D)가 보여질수 있도록 90도로 회전되어 있다. 도 10a는 비틀림 힌지(5010A)와 중앙에 위치되는 한 운동정지부(4910A)를 가진 셀(1210A)를 나타내고 있다. 이장치는 도 14에서의 유사한 구조 셀의 어레이와 같은 크기로 도시되어 있다. 도 10b는 2개의 운동 정지부(4910B)를 가진 실시예를 나타낸다. 도 10c는 두방향에서 "운동정지"기능을 본래부터 가지고 있는 2개의 리본-타입 힌지(4910C)를 사용하는 장치를 나타낸 것이다. 미러(4810C)가 편향할 때, 편향되어 있지 않은 위치에서는 곧게 되어 있을 힌지(5010C)는 미러(4810C)에 의해 인가되는 토크에 기인하여 S자형상으로 된다. 미러(4810C)의 각도 편향이 증가함에 따라, 힌지(5010C)는 굽어질 뿐만아니라 신장한다.그래서, 미러(4810C)에 대한 기계적 복원력은 각도 편향에 기준하여 선형의 비율보다 더 큰 비율로 증가한다. 이와 같은 비선형의 특성을 힌지(5010C)의 기능이 광 전송기판(20)에 접촉하지 않고서도 "운동정지" 기능을 제공하여 주는 한 방법이다. "운동정지" 기능이 이와 같은 구조로 달성되는 제 2 방법은 미러(4810C)와 힌지(5010C) 사이에서의 접촉에 의한 것이다.
도 10d는 별도의 운동정지부를 이용할수 없기 때문에 운동정지층의 제조단계가 제거될수 있는 비틀림 힌지 장치의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도 10d의 실시예에서, 콘택(5010D)이 제 1 희생층내의 홀을 통하여 형성된다. 제 2 희생층은 힌지(5010D)와 제 1 희생층 위에 형성되며, 힌지(5010D)의 중앙부를 노출하는 홀을 가지도록 형성된다.
콘택(512)은 홀을 통하여 형성되고 미러(4810D)를 형성하는 단일층과 운동정지부(4910D)가 제 2 희생층의 윗면상에 증착된다. 그후 2개의 희생층은 미러(4810D)와 운동정지부(4910D)를 자유롭게 하기 위하여 제거된다.
본 발명의 정밀-기계 공간 광 변조기(SLM)를 제조하는 제 3 제로프로세스가 도 11a~11c와 도 12에서 단면으로 도시되어 있다. 이 프로세스 역시 도 2에서 개략적으로 도시된 프로세스로 가능한 것보다 더 높은 어퍼처 비율(광 활성영역의 비율)을 가진 미러 타입 구조를 얻기 위해 질화 실리콘층을 사용한다. 광 전송기판(20)은 후속처리시의 온도에 견딜수 있는 석영과 같은 물질로 만들어진다.이 프로세스에서, 광-차단 어퍼처층(22), 보호층(24)의 증착은 프로세스로부터 생략되어 있지만 그 프로세스의 제 1 단계로서 부가될수 있다.
먼저, 광 전송기판(20)은 도 11a에 도시된바와 같이, 작은 범프(111)가 콘택점으로서 형성되도록 패터닝 된후 에칭된다. 그다음 0.5㎛두께 LPCVD 성장 비정질 실리콘 희생층(2612)이 증착되며 이 희생층(2012)는 결국 제거되어 질 것이다. 이어서, 실질적으로 강성의 미러 플레이트(2812)(도 11b)를 형성하기 위해 패터닝되는 138nm 두께의 질화 실리콘 미러구조 지지층(2812)을 증착한다음 제 2 희생층(2712)이 증착된후 홀(29B)이 미러플레이트(28)까지 아래로 도달하며 홀(2912)이 범프(111)까지 아래로 도달하도록 패터닝된다. 그 다음 약 40nm 두께의 저-스트레스 질화 실리콘 힌지층(2912)이 성장된후 도 11c에 도시된 바와 같이 비틀림 힌지를 정의하도록 패터닝된다.
그 다음 희생층(2612,2712)이 100이상대 1의 에칭 선택비를 가지는 이불화 크세논 등방에칭 프로세스(100%SF6프라즈마 프로세스가 사용될수 있음)를 사용하여 부분적으로 제거된다. 전체구조는 반사가 높고 미리와 전기적으로 접속하는데 기여하는 매우 얇은 알루미늄박막(30nm)으로 코팅된다. 최종적으로 미러는 제 2 이불화 크세논 에칭 프로세스를 충분히 받게하여 희생층(2612)을 완전히 제거한다. 그리고 미러는 도 2, 도 3을 참조하여 일찍이 설명된것과 동일한 기판 본딩 기술을 사용하여 어드레싱 회로를 포함하는 반도체 기판에 연결된다.
도 12는 상기 프로세스를 이용하여 제조된 구조의 실시예를 나타낸 것이다. 지지부(5112)는 홀(2912)을 통하여 질화실리콘 힌지층 적층에 의하여 형성된다. 힌지(5012)는 힌지층(2912)으로 형성된다. 미러(4812)는 도 11b에 도시된 미러 플레이트(2812)이다. 이 미러는 지지부(51B)를 통하여 힌지(5012)에 부착된다. 미러(4812)는 지지부(5112)에 기인하여 편향되지 않은 위치에서 광 전송기판(20)으로부터 분리되어 있다.
단일 정방형 미러만이 가능한 반사편향요소(48)가 아니며 크로버잎이나 격자와 같은 다른 디자인도 가능하다. 예를 들면, 일제히 모두 편향하는 외피 같은 미러의 열은 스위칭 가능한 회절격자를 형성할수 있다. 또한 편향가능한 반사요소는 금속 코팅막으로 하는것도 실현 가능하다. 편향요소의 디자인이 또한 소자의 일부분이 하부기판으로 향하는 대신에 멀리 떨어지게 움직이도록 설계될수도 있다. 미러 요소는 하나 이상의 방향에서, 편향하도록 예를 들어 제어가능한 하나 이상의 자유단을 가지도록 설계 될 수 있다.
변조장치는, 도 8e에 도시된 실시예 장치에서 발생되는 바와 같이, 활성화 될 때 편향가능한 반사장치가 회로기판을 접촉하도록 동작된다면 부가적인 구조가 회로기판에 부가될수 있다. 예를 들면, 미러장치에서, 돌출범프가 실질적으로 접촉하는 전체 표면영역을 감소시키기 위하여 제조될수 있다. 범프는 접촉시의 용착을 피하기 위하여 미러와 동일한 전위에 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한 산화 인디움 주석과 같은 도전성 투명층이 보호층(24) 이전에 증착될수 있다. 도전 투명층과 미러간에 인가되는 바이어스는 실질적으로 미러를 윗기판(20)까지 끌어당겨서 미러를 오픈상태로 리셋한다.
어드레싱기능을 수행하는 전기회로를 만드는 많은 다른 방법이 있다. 본 발명의 기술분야에서 공지된 래치장치 뿐만 아니라, 상술한 DRAM, SRAM 그리고 패시부 어드레싱구조 모두는 어드레싱기능을 수행할수 있다. 회로기판은 투명한 예를들어 석영이면 된다. 이 경우에 트랜지스터는 결정 실리콘에 비교되는 바와 같은 다결성 실리콘으로 만들어질수 있다.
한실시예에서, 어퍼처층(22)은 또한 임의의 바이너리 광학패턴을 구비하도록 수정될수 있다. 그외에 다른 평면형 광학 구성부재가 광 전송기판(20)의 윗표면(16)이나 또는 밑표면(14)의 어느한 표면에서 광 전송기판(20)에 집적될수 있다. 많은 가능한 구조 가운데 일부는 일개층이나 하나이상의 층들의 적층, 마이크로 렌즈, 컬러분산 또는 회절구조로 구성되는 컬러필터를 포함한다. 한예로서 Jahns and Huang의 "자유공간 광학 구성부재의 프래너 집적(Planar Integration of Free-Space Optical Components)" Applied Optics, Vol. 28, No. 9, 1 May 1989를 들수 있다. 이와 같은 광학기능을 광 전송기판으로 집적할수 있음으로 인하여, 시스템 레벨에서 자유공간 광학(free-space optics)의 비용을 경감함으로써 달성 가능한 콘트라스트 비를 증가하거나 비용을 경감시킬수 있다. 본 발명의 많은 실시예에서, 미러 플레이트 그 자체는 단순한 반사성 이상의 광학적 기능을 통합 할수 있다. 예를 들면, 미러는 필터링 능력을 부가하거나 또는 다른것과 비교하는 바의 어떤 파장에서의 반사성을 크게하기 위하여 실질적으로 다수의 투명층으로 구성될수도 있다. 이것은, 예를 들면, 조명램프의 스펙트럼에서와 같이 광학시스템의 컬러 결합을 밸런스하는 수단으로서 유용하다.
많은 여러 가지 제조프로세의 변형이 만들어질수 있다. 두 기판을 접합하기 위하여 에폭시를 사용하는 대신에, 획득가능 프로세스 온도에서 녹거나, 또는 열가소성 물질과 같은 다른 물질이 사용될수 있다. 어떤 한 구조에서는 기판을 격리 유지하는 스페이셔가 기판의 어느하나에 설치될수 있다. 또한 편향 방법은 반드시 정전력에만 한정되지 않은 것을 이해하는 것이 중요하며, 열 및 피에조 전기 작동이 대체가능한 것 중의 하나이다. 또한 기판의 윗면에서 밑면으로 각 화소에서 전기적 접속을 할수 있고, 각 픽셀을 구성하는 소자는 그 자신의 전위로 유지될수도 있다. 화학-기계적 연마(CMP)가 제조 프로세스 동안 여러단계에서, 예를 들면, 가능하는한 미러의 광 활성영역은 평탄하게 만들기 위하여 보호층이 패터닝된 어퍼처층의 윗면에 증착되어진 후나 또는 미러층이 증착되어진 후에 부가될수 있다.
많은 물질의 대체가 정밀-기계 요소에 대하여 가능하다. 즉 하나의 가능성은 미러용으로 다른 타입의 세라믹(예를 들여, 이산화 실리콘)의 사용이나 또는 완전히 금속(예를들어 알루미늄 합금)으로 미러를 만드는 것도 가능하다. 이 산화 실리콘같이 희생층 물질에 대하여서도 많은 대체 가능성이 있다. 또한 실리콘은 그리드 재료로서 텅스텐 대신에 사용될수 있다. 이것은 프로세스가 CMOS칩 생산시에 사용되고 있는 질화 실리콘 증착 설비와 더욱더 호환할수있게 만들어 준다.
그리드와 그 관련 보호층은 역시 완전히 무시 될수도 있다. 또한 재료의 또하나의 다른 결합은 편향소자(예를들어 미러)용으로 실리콘(예를들어 LPCVD 다결정실리콘)일수있고, 희생층용으로 이 산화 실리콘(예를들어 LPCVD 성장)일수 있다. 이 산화 실리콘은 불화수소산으로 에칭하여 제거될수 있고, 드라잉은 들러붙음이 없는 미러 이탈을 촉진하기 위하여 공지의 크리티컬-포인트-드라잉(critical-point-drying)기술을 이용하여 완성될수 있다. 스페이셔는 또한 여러 가지의 폴리머, 산화물 또는 금속을 포함하는 여러 가지 물질로서 만들어질수 있다.
요약하면, 본 발명의 SLM(10)은 높은 분해도, 높은 광효율, 높은 콘트라스트 비 또는 변조 깊이, 그리고 높은 기계적 신뢰도를 포함하여 많은 바람직한 특성을 나타내고 있는 장치이다.
SLM(10)은 프로젝션 디스플레이 시스템을 포함하여 여러 가지 광범위한 영역에서 적용할수 있다. 낮은 스위칭전압과 SLM(10)의 새로운 디자인은 표준 CMOS 회로가 어드레싱 기구로서 사용될수 있게 하여준다. 편향요소 그 자체는 역시 분리된 실리콘상에서 실리콘 CMOS 제조설비로써 이용할수 있는 표준 프로세스를 사용하여 제조될수 있다. 양기판은 비교적 조약한 특성과 이미 개발된 기술 이하의 설비를 통하여 제조될수 있다. 이들요인은 SLM(10)을 용이하게 제조할수 있고 값싼 비용으로 제조할수 있도록 하여준다.
본 발명은 특정의 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 대체나 변경이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 명백하게 될 수 있음을 예견할수 있다. 따라서 다음의 청구항들은 본 발명의 기술사상이나 범위내에서의 그와 같은 모든 대체나 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
발명의 상세한 설명에 포함되어 있음.

Claims (55)

  1. 상부표면과 하부표면을 가지는 광 전송기판;
    상기 광 전송기판의 하부표면에 부착되는 적어도 하나의 편향 요소; 그리고
    상기 광 전송기판의 하부표면의 아래에 떨어져서 위치되며, 상기 적어도 하나의 편향요소의 임의 세트를 동작시킬수 있는 어드레싱 회로를 포함하는 회로기판을 구비하는 공간 광 변조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 어드레싱 회로에 접속되는 적어도 하나의 전극을 더 구비하고, 상기 적어도 하나의 전극중의 각 하나는 상기 적어도 한 전극과 상응하는 편향요소 간에 바이어스 전압이 인가될 때 적어도 하나의 편향요소중의 해당하는 하나 이상을 선택적으로 편향하도록 위치되는 공간 광 변조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향 요소의 각각은 반사하는 것이며 그리고 금속층을 구비하는 공간 공변조기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 구조 지지층을 더 구비하는 공간 광변조기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 하나이상의 비틀림 힌지를 가진 광 전송기판에 부착되는 실질적으로 강성의 프레이트를 더 구비하고,
    상기 하나 이상의 비틀림 힌지는 상기 플레이트의 단부에 따라 위치되고 이것에 의해 상기 플레이트가 상기 단부주위를 회전 할수 있는 공간 광 변조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각과 상기 광 전송기판 사이에서 접촉영역을 제한하기 위한 수단을 더 구비하는 공간 광 변조기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전송기판은 광선이 상기 광 전송기판의 하부표면의 일부를 통하여서만 지나 갈수 있는 어퍼처층을 구비하는 공간 광 변조기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전송기판은 고정된 광학요소를 구비하는 공간 광 변조기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 전기적인 도전부를 구비하고 정전력에 의하여 편향할수 있는 공간 광 변조기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 상기 회로 기판에 전기적으로 접속하기 위한 수단을 더 구비하는 공간 광 변조기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 실질적으로 강성(rigid)이고 플렉시블 힌지에 의하여 상기 광 전송기판에 부착되는 공간 광 변조기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소는 복수의 반사 편향요소를 구비하고, 상기 복수의 반사편향요소는 복수의 서브-세트로 그룹지어지고 각서브-세트는 특정 각도로 입사광을 선택적으로 지향하도록 배향되는 공간 광 변조기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향소자의 적어도 하나는 금속층을 포함하는 적층으로 구성되는 공간 광 변조기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 적어도 하나의 반사편향요소의 각각과 상기 광 전송기판 사이에서 정전인력을 생성하기 위한 전극을 구비하는 공간 광 변조기.
  15. 광 전송기판에 위에 희생층을 증착하는 과정;
    희생층을 관통하여 상기 광전송기판으로 후속층의 부착을 허용하는 홀을 에칭하는 과정;
    상기 희생층 위에 반사층을 증착하는 과정;
    하나이상의 반사의 편향 요소를 정의하도록 상기 반사층을 패터닝하는 과정;
    상기 반사편향요소가 자유롭게 되고 편향할수 있도록 상기 희생층을 제거하는 과정;
    상기 회로기판상에 어드레싱 회로와 전극을 형성하는 과정; 그리고
    상기 반사편향요소가 상기 어드레싱 회로와 전극에 의하여 선택적으로 작동될수 있게 상기 광 전송기판과 회로기판을 정렬하여 접합하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 희생층이 상기 광 전송기판 상에 증착되기 전에 상기 광 전송기판상에 어퍼처층은 증착되고, 이것에 의해 상기 어퍼처층은 광선이 상기 광 전송기판영역의 서브-세트를 통하여서만 통과하도록 하여주는 공간 광 변조기의 제조방법.
  17. 회로기판상의 전극의 어레이;
    하부측을 구비하고, 상기 회로기판의 상부에서 공간적으로 떨어지게 위치되며, 상기 전극의 어레이에 상응하고 상기 하부측에 부착되는 도전성 반사 편향요소의 어레이를 가지는 광 전송기판을 구비하는 반사 공간 광 변조기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반사 편향요소는 열로 전기적으로 접속되고,
    상기 전극은 화소의 위치에서 상기 열을 교차하는 행으로 전기적으로 접속되며, 이것에 의해 개개의 화소가 적절한 열과 행 바이어스의 선택적인 인가에 의하여 턴오프와 턴온되어 정전 인력을 생성하도록 하는 반사 공간 광 변조기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 광 전송기판은 광선이 기판영역의 서브-세트를 통하여서만 통과할수 있도록 하여 주는 어퍼처 층을 포함하도록 하는 반사 공간 광 변조기.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 광 전송기판에 대하여 어드레싱 회로에서 상응하는 전극을 작동시킴으로서 계속적으로 변경될수 있는 어느 한 각을 가지는 공간 광 변조기.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은 각이 증가할 때 그의 자유단이 상기 광 전송기판에 더욱 근접하여 이동하도록 상기 미러에 고정하게 접속되는 미러 정지부를 더 구비하는 공간 광 변조기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 미러 정지부는 미러의 정지부의 자유단이 광 전송기판과 접속될 때 미러의 한자유단이 회로 기판으로부터 분리하도록 구성되는 공간 광 변조기.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각이 상응하는 힌지 주위를 회전하는 것이 자유롭고, 상기 미러 정지부는 상기 미러에 대향하여 있는 힌지에 접속되도록 상기 적어도 하나의 편향요소의 각각이 힌지에 의하여 회로기판에 접속되는 공간 광 변조기.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 미러 정지부는 상기 각이 최대치로 될 때, 상기 광 전송기판에 접촉되게 구성된 날카로운 접속팁을 구비하는 공간 광 변조기.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 미러 정지부는 미러와 동일 평면상에 있는 공간 광 변조기.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 미러 정지부와 상기 광 전송기판은 전기적으로 접속되는 공간 광 변조기.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 각각은
    미러 플레이트; 그리고
    상기 미터 플레이트를 상기 광 전송기판으로 접속하고 힘이 미터 플레이트에 인가될 때, 힌지내에 굴곡이 발생하고 그 결과로써 미러 플레이트와 상기 광 전송기판 사이의 각이 변경되도록 구성된 힌지를 구비하는 공간 광 변조기.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 힌지는 미러 플레이트의 단부에 따라 배치되는 공간 광 변조기.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 힌지는 상기 미러 플레이트에 비하여 비교적 탄성인 공간 광 변조기.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 힌지의 재료는 상기 미러의 재료보다 더 작은 탄성율을 가지는 공간 광 변조기.
  31. 제 30 항에 있어엇,
    상기 힌지는 상기 미러 플레이트 보다 더 얇은 공간 광 변조기.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 힌지는 상기 미러 플레이트와는 다른 평면내에 위치하는 공간 광 변조기.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 힌지는 상기 미러 플레이트와 광 전송기판 사이에 배치되는 공간 광 변조기.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 힌지는 실질적으로 투명한 물질로 구성되는 공간 광 변조기.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 미러 플레이트는 상기 힌지와 상기 광 전송기판 사이에 배치되는 공간광 변조기.
  36. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향요소의 적어도 하나가 작동될 때 어드레싱 회로를 향하여 편향하는 공간 광 변조기.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향 요소가 어드레싱 회로를 향하여 순간이동 하도록 야기시켜주는 데 필요로되는 상기 어드레싱 회로의 전압은 상기 편향요소가 상기 어드레싱 회로로부터 해체되는 상기 어드레싱 회로의 전압보다 더 큰 공간 광 변조기.
  38. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 공간 광 변조기의 2차원 어레이의 일부분을 구비하는 공간 광 변조기.
  39. 제 1 항에 있어서,
    상기 어드레싱 회로는 메모리 어레이를 구비하는 공간 광 변조기.
  40. 제 40 항에 있어서,
    상기 메모리 어레이는 DRAM 메모리 어레이를 구비하는 공간 광 변조기.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 메모리 어레이는 SRAM 메모리 어레이를 구비하는 공간 광 변조기.
  42. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로기판은 실리콘 다이의 일부를 구비하는 공간 광 변조기.
  43. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전송기판은 수정을 구비하는 공간 광 변조기.
  44. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 반사편향소자의 하나로 전자방사(electro magnetic radiation)을 전파하도록 구성된 광원, 그리고 반사되는 전자방사의 적어도 일부를 수신하도록 구성된 결상 광학 장치를 더 구비하는 공간 광 변조기.
  45. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향 소자는 광 투명지지층; 그리고 반사층을 구비하는 공간 광 변조기.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 광 투명 지지층은 질화 실리콘층을 구비하는 공간 광 변조기.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 반사층은 알루미늄을 구비하는 공간 광 변조기.
  48. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 편향 요소의 하나 이상의 서브-세트로 전압 바이어스를 인가하도록 구성되는 전원을 더 구비하는 공간 광 변조기.
  49. 제 15 항에 있어서,
    상기 희생층을 제거하는 과정은, 상기 반사편향요소를 광 전송기판으로 접속하는 힌지를 제외한 부분에서 상기 반사 편향-요소를 이탈시키도록 XeF2가스상 에칭으로 희생층을 에칭하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 제조방법.
  50. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사층은 증착하는 과정은,
    제 1 굴절율의 제 1 유전체층을 증착하는 과정; 그리고
    제 1 굴절율과는 다른 제 2 굴절율의 제 2 유전체층을 증착하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 제조방법.
  51. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사층을 패터닝하는 과정은,
    광 전송층을 증착하는 과정;
    한 자유단을 가지는 미러 정지부를 정의하도록 상기 광 전송층을 패터닝하는 과정; 그리고
    상기 미러정지부가 상기 광 전송기판과 접촉할 때 도전성 물질이 상기 광 전송기판을 접촉하지 않도록 상기 미러 정지부상에 상기 도전성 물질을 증착하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 제조방법.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 도전물질을 증착하는 과정은,
    상기 미러정지부의 자유단을 향한 어느한 각도에서 도전성 물질을 증착하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 제조방법.
  53. 광 전송기판 아래에서 떨어져 배치되는 회로기판내에 포함되어 있는 어드레싱 회로와 상기 광 전송기판의 하부 표면에 부착된 반사편향 요소 사이에 바이어스 전압을 인가하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 작동방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압을 인가하는 과정은,
    상기 반사편향 요소에 부(-)의 전압을 인가하는 과정; 그리고
    상기 어드레싱 회로에 0~5V의 정(+)의 전압을 인가하는 과정을 구비하는 공간 광 변조기의 구동방법.
  55. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편향 요소의 각각과 상기 회로 기판 사이에서의 접촉 영역을 제한하기 위한 수단을 더 구비하는 공간 광 변조기.
KR1020017003698A 1998-09-24 1998-09-24 자기-제한 정밀기계소자를 가진 2중 기판 반사형의 공간 광 변조기 및 이의 제조방법 KR100635589B1 (ko)

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