KR20050106428A - 투사 디스플레이의 미소거울 및 미소거울 배열을 위한 힌지구조 - Google Patents

투사 디스플레이의 미소거울 및 미소거울 배열을 위한 힌지구조 Download PDF

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KR20050106428A
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새티아데브 알 패텔
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Abstract

각각 힌지 및 기판 위에 힌지를 통하여 고정된 미소거울 판을 가진 미소거울 배열로 이루어진 공간 광 변조기 및 그러한 변조기를 반드는 방법이 개시된다. 상기 미소거울 판은 미소거울 판을 가로지르는 대각선을 가지고 상기 힌지로부터 분리된 평면에 배치되고, 미소거울 판이 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어져 평행하게 배열된 회전축을 따라 회전할 수 있도록 힌지에 부착된다. 또한 광원, 광원으로부터의 빛이 미소거울 배열에 초점이 맞춰지도록 하는 수렴기, 미소거울 배열로부터 선택적으로 반사된 빛을 타겟으로 투사하기 위한 투사기, 및 상기 배열에서 미소거울들을 선택적으로 활성화시키기 위한 제어기로 이루어지는 투사 시스템을 개시한다.

Description

투사 디스플레이의 미소거울 및 미소거울 배열을 위한 힌지 구조{Micromirrors and off-diagonal hinge structures for micromirror arrays in projection displays}
본 발명은 공간 광 변조기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 힌지 구조를 가진 공간 광 변조기의 제조에 관한 것이다.
공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; 이하 SLM이라 함)는 전기적 또는 광학적 입사에 대응하여 공간 패턴 내에서 빛의 입사빔을 변조시키는 변환기이다. 입사광 빔은 위상, 강도, 편향 또는 방향에서 변조될 수 있다. 이러한 변조는 현존하는 자기광학, 전기광학 또는 탄성 성질의 다양한 물질들의 사용을 통하여 달성될 수 있다. SLM은 광학 정보 처리, 디스플레이 시스템 및 정전 인쇄(electrostatic printing)를 포함하는 다양한 분야에 응용될 수 있다.
투사 디스플레이 시스템에 사용하기 위하여 설계된 초기 SLM은 나탄슨(Nathanson)에 의해 미국특허 제3,746,911호에 개시되고 있다. SLM의 각각의 픽셀들은 종래 직접 화상(direct-view) 음극선관(CRT)에서와 같이 스캐닝 전자빔을 통하여 어드레싱된다. 형광체를 여기시키는 대신, 전자빔은 수정판 위에 배열된 편향가능한 반사 소자들을 충전시킨다. 충전된 소자들은 정전기력에 의하여 화면을 향하여 굴절된다. 굴절 및 비굴절 소자들은 다른 방향에서 평행한 입사광 빔을 반사시킨다. 비굴절 소자들로부터 반사된 광은 슐리렌(Schlieren) 광제한판에 의하여 차단되는 반면, 굴절 소자들로부터의 광은 투사기를 통과하게 되고 스크린에 이미지를 형성한다. 다른 전자빔 어드레싱된 SLM은 이. 바우만(E.Baumann)에 의해 20 J.SMPTE 351 (1953) "피셔(Ficher) 대형-스크린 투사 시스템(아이포도어)"에 개시되어 있는 아이도포어(Eidophor)이다. 그 시스템에서 능동 광학 소자는 전자빔에 의해 주기적으로 잔물결을 일으켜 입사광을 회절시키는 오일 필름이다. 아이포도어 시스템의 단점은 그 오일 필름이 정전자 충돌에 의하여 중합되고, 오일 증기가 음극의 수명을 짧게 한다는 것이다. 이러한 두 시스템의 단점은 부피가 크고 값비싼 진공관을 사용한다는 것이다.
실리콘 기판 위에서 전자 회로를 통하여 가동 소자들이 어드레싱되는 SLM이 케이. 피터슨(K. Peterson)에 의해 31 Appl. Phys. Let. 521 (1997) "실리콘 위에 제조된 초정밀 광 변조기 배열"에 개시되어 있다. 이 SLM은 실리콘 기판 위의 16×1 배열의 캔틸레버(cantilever) 거울을 포함한다. 그 거울은 이산화규소(SiO2)로 구성되고 반사 금속 코팅을 가진다. 거울 아래 공간은 KOH 식각을 통하여 실리콘을 식각하는 것에 의하여 형성된다. 그 거울은 정전 인력에 의하여 편향된다: 바이어스 접압이 반사 소자와 기판 사이에 인가되고 정전기력이 발생한다. 2차 배열과 결합한 유사한 SLM이 하트스틴(Hartstein)과 피터슨(Peterson)에 의해 미국특허 제4,229,732호에 개시되고 있다. 비록 이 SLM의 스위칭 전압은 오직 하나의 모퉁이에 편향 가능한 거울 소자를 연결함으로써 낮아지나, 그 장치는 작은 부분의 활성 영역 때문에 낮은 광 효율을 갖는다. 게다가, 어드레싱 회로로부터의 회절은 디스플레이의 명암대비(변조도)를 낮게 한다.
또 다른 SLM 설계는 브룸(Bloom) 외에 의하여 미국특허 제5,311,360호에 개시된 GLV(Grating Light Value)이다. GVL의 편향 가능한 기계적 소자들은 반사 평면 빔 또는 리본이다. 빛은 리본과 기판 모두로부터 반사된다. 만약 반사 리본의 표면과 반사 기판 사이의 거리가 반 파장길이라면, 두 표면으로부터 반사된 빛은 서로 보강되고, 그 장치는 거울처럼 행동한다. 만약 이 거리가 파장길이의 1/4이라면, 두 표면으로부터 직접 반사된 빛은 서로 상쇄될 것이며, 그 장치는 빛을 회절된 순서로 보내는 회절 격자처럼 행동한다. 각 픽셀의 위치에 능동 반도체 소자를 사용하는 대신에, 상기 특허(미국특허 제5,311,360호)의 접근은 수동 어드레싱 설계를 위하여 고유한 전기기계적인 쌍안정성에 의존한다. 쌍안정성은 굴절을 위하여 요구되는 기계적인 힘이 거의 선형적이기 때문에 존재하며, 여기서 정전기력은 역제곱의 법칙을 따른다. 바이어스 전압이 인가됨에 따라, 리본은 굴절된다. 리본이 종래 임의의 점에서 굴절될 때, 복원력은 더이상 정전기력과 균형을 이룰 수 없고, 리본은 기판을 향하여 꺽인다. 그 전압은 실제적으로 리본을 비굴절 위치로 되돌리기 위한 스내핑(snapping) 전압 아래로 낮아져야만 한다. LPCVD(저전압 화학 증기 증착) 질화규소와 같은 높은 기계적 특성의 세라믹 필름이 리본을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나 GLV에는 몇 가지 어려움이 있다. 문제는 수동 어드레싱 설계는 높은 프레임율을 제공할 수 없다는 것이다(전체 SLM 분야에서 그 비율은 업데이트된다). 게다가, 수동 어드레싱 설계에서 리본은 오프일 때조차 약간 굴절된다. 이것을 획득 가능한 명암대비를 감소시킨다. 또한, 비록 장치가 실제적으로 평면이고, DMD에서처럼 픽셀들 사이의 영역으로부터 빛이 산란된다 하더라도 명암대비는 더욱 감소된다.
다른 회절에 기초한 SLM은 피. 알베다(P.Alvelda)에 의해 "고효율 컬러 마이크로디스플레이" 307 SID 95 다이제스트(Digest)에 개시된 마이크로디스플레이이다. 상기 SLM음 회절 패턴에서 배열된 전극의 꼭대기에 액정층을 사용한다. 필셀은 교류전극에 적절한 전압을 인가하는 것에 의하여 온-오프 될 수 있다. 그 장치는 능동적으로 어드레싱되고, 잠재적으로 GLV보다 더 나은 명암대비를 가질 수 있다. 그러나 액정의 복굴절에 기초한 그 장치는 광효율을 감소시키는 편광을 요구한다. 게다가, 액정의 반응시간은 매우 느리다. 그래서 컬러를 만들기 위하여, 세 개의 장치들-각각의 원색을 위하여 하나의 장치가 제공된다-이 병렬로 사용되어야만 한다. 이러한 배열은 값비싼 광학 시스템을 유도한다.
큰 범위의 광학적인 활동 영역을 가지는 실리콘에 기초한 초정밀 SLM은 텍사스 인스트루먼트에 의하여 개발되고 혼벡(hornbeck)에 의한 미국특허 제5,216,537호 및 다른 참고서들에 개시된 디지털 거울 장치(Digital Mirror Device; DMD)이다.
도 1은 공간 광 변조기를 이용한 전형적인 디스플레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 시스템에 사용된 공간 광 변조기의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미소거울의 배면도이다.
도 3b는 도 3a의 미소거울의 힌지 구조를 도시한 도면이다.
도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소거울의 배면도이다.
도 3d는 도 3c의 미소거울의 힌지 구조를 도시한 도면이다.
도 3e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 힌지 구조를 도시한 도면이다.
도 3f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 힌지 구조를 도시한 도면이다.
도 3g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 힌지 구조를 도시한 도면이다.
도 4a는 "오프" 상태에서 미소거울 장치의 단면도이다.
도 4b는 다른 "오프" 상태에서 미소거울 장치의 단면도이다.
도 4c는 "온" 상태에서 미소거울 장치의 단면도이다.
도 4d는 힌지 구조가 두 세트의 거울 멈추개를 가지고 있는 또 다른 "오프" 상태에서 미소거울 장치의 단면도이다.
도 4e는 "온" 거울을 가진 미소거울 장치의 다른 실싱예의 단면도이다.
도 5a는 자연상태에서 휘어진 힌지 지지부재를 가진 미소거울 장치의 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 힌지 지지부재의 박리(剝離) 전 단면도이다.
도 5c는 도 5b에 도시된 힌지 지지부재의 박리 후 단면도이다.
도 6a 내지 6h는 본 발명의 일 실시예에 따른 미소거울 장치 형성을 위한 방법을 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소거울 장치 형성을 위한 다른 방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 희생층의 제거에 의한 박리 후 미소거울 장치의 단면도이다.
따라서 요구되는 것은 높은 분해능, 높은 활성화 범위, 높은 명암대비를 가진 공간 광 변조기이다. 더 필요한 것은 편광을 요구하지 않고 그래서 광 효율과 기계적 강도가 좋은 공간 광 변조기이다.
본 발명의 일 실시예에서는, 반사 미소거울이 개시된다. 상기 반사 미소거울은 힌지(hinge) 및 대각선을 가지고, 상기 힌지에 부착되며 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어진 회전축을 따라 회전할 수 있는 미소거울 판을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 미소거울 장치를 만드는 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판을 제공하는 단계; 제1 희생층을 형성하는 단계; 대각선을 가진 미소거울 판을 형성하는 단계; 제2 희생층을 형성하는 단계; 미소거울 판이 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어져 있는 회전축을 따라 회전할 수 있도록, 기판 위에 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 힌지 구조를 형성하는 단계 및 제1 및 제2 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 반사 미소거울 장치를 개시한다. 상기 미소거울 장치는 기판; 대각선을 가지고 입사광을 반사시키기 위하여 기판 위에 형성된 미소거울 판; 및 상기 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하며, 상기 힌지 구조는 미소거울 판이 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어져 있는 회전축을 따라 회전할 수 있도록, 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 힌지를 고정하기 위한 힌지 지지부재를 포함하며, 상기 힌지 지지부재는 자연 상태에서 휘어져 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 미소거울 장치를 만드는 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판을 제공하는 단계; 제1 희생층을 형성하는 단계; 입사광을 반사시키도록 제1 희생층 위에 미소거울 판을 형성하는 단계; 상기 미소거울 판 위에 제2 희생층을 형성하는 단계; 미소거울 판이 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어져 있는 회전축을 따라 회전할 수 있도록, 기판 위에 미소거울 판을 고정하기 위하여 제2 희생층 위에 힌지 구조를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 힌지 구조를 형성하는 단계는 고유 양(+)의 인장 응력을 가진 제1 힌지 구조층을 형성하는 단계; 제1 힌지 구조층 위에 고유 음(-)의 압축 응력을 가진 제2 힌지 구조층을 형성하는 단계; 및 제1 및 제2 힌지 구조층이 자연 상태에서 휘어지도록, 그래서 상기 힌지 구조에 의하여 고정되는 미소거울 판이 자연 상태에서 기판과 평행하지 않도록, 제1 및 제2 희생층을 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 반사 미소거울 장치가 개시된다. 상기 장치는 기판; 입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판; 미소거울 판을 고정하기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하며, 상기 힌지 구조는 미소거울 판이 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어져 있는 축을 따라 회전할 수 있도록 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 축을 따라 회전하는 미소거울 판의 회전을 멈추게 하는 하나 이상의 거울 멈추개를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 미소거울 배열이 개시된다. 상기 장치는 기판; 및 기판 위에 형성된 다수 개의 미소거울들을 포함하되, 상기 각각의 미소거울은 입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판; 및 상기 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하며, 상기 힌지 구조는 미소거울 판이 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어져 있는 축을 따라 회전할 수 있도록 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 축을 따라 회전하는 미소거울 판의 회전을 멈추게 하는 하나 이상의 거울 멈추개를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 투사기가 개시된다. 상기 투사기는 입사광을 제공하기 위한 광원; 및 미소거울 배열을 포함하되, 상기 미소거울 배열은 기판; 및 기판 위에 형성된 다수 개의 미소거울들을 포함하고, 상기 각각의 미소거울은 입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판; 및 상기 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하며, 상기 힌지 구조는 미소거울 판이 그것의 대각선과 평행하나 대각선으로부터 떨어져 있는 축을 따라 회전할 수 있도록 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 축을 따라 회전하는 미소거울 판의 회전을 멈추게 하는 하나 이상의 거울 멈추개를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 반사 미소거울 장치가 개시된다. 상기 장치는 기판; 상기 기판 위에 형성된 두 개 이상의 기둥에 의해 기판 위에 고정된 힌지; 및 두 개의 기둥 사이의 직선을 따라 있지 않는 점에서 힌지에 부착된 미소거울 판을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 반사 미소거울 장치가 개시된다. 상기 장치는 기판; 상기 기판 위에 형성된 두 개 이상의 기둥; 자연 상태에서 휘어지도록 상기 두 개의 기둥에 의해 상기 기판 위에 고정된 힌지 지지부재; 상기 힌지 지지부재에 의해 상기 기판 위에 고정된 힌지; 및 입사광을 반사시키기 위하여 두 개의 기둥 사이의 직선을 따라 있지 않는 점에서 힌지에 부착되고, 정의된 대각선을 가진 미소거울 판을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 반사 미소거울 장치가 개시된다. 상기 장치는 기판; 입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판; 및 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하되, 상기 힌지 구조는 기판 위에 형성된 두 개 이상의 기둥; 상기 기둥 사이의 직선을 따라 있지 않는 점에서 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 축을 따라 회전하는 미소거울 판의 회전을 멈추게 하는 하나 이상의 거울 멈추개를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 미소거울 배열이 개시된다. 상기 미소거울 배열은 기판; 및 상기 기판 위에 형성된 다수 개의 미소거울들을 포함하되, 상기 각 미소거울은 입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판; 및 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하며, 상기 힌지 구조는 기판 위에 형성된 두 개 이상의 기둥; 상기 기둥 사이의 직선을 따라 있지 않는 점에서 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 축을 따라 회전하는 미소거울 판의 회전을 멈추게 하기 위한 하나 이상의 거울 멈추개를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 투사기가 개시된다. 상기 투사기는 입사광을 제공하기 위한 광원; 및 미소거울 배열을 포함하되, 상기 미소거울 배열은 기판; 및 상기 기판 위에 형성된 다수개의 미소거울들을 포함하고, 상기 각 미소거울은 입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판; 및 미소거울 판을 고정시키기 위하여 기판 위에 형성된 힌지 구조를 포함하며, 상기 힌지 구조는 기판 위에 형성된 두 개 이상의 기둥; 상기 기둥 사이의 직선을 따라 있지 않는 점에서 미소거울 판에 부착된 힌지; 및 축을 따라 회전하는 미소거울 판의 회전을 멈추게 하기 위한 하나 이상의 멈추개를 포함한다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 힌지는 기판으로부터 미소거울 판의 반대쪽에 형성된다. 기판은 바람직하게는 가시광선을 통과시킨다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 회로 소자를 포함한 제2 기판이 미소거울들을 정전기적으로 굴절시키기 위하여 가시광선을 통과시키는 기판에 가깝게 배치된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축은 미소거울 판의 대각선으로부터 0.5㎛, 좀 더 바람직하게는 1.0㎛, 가장 바람직하게는 2.0㎛ 떨어져 위치한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 미소거울의 가장자리는 빛 흡수 물질로 덮여진다. 기판은 유리 또는 수정기판이며 반사 방지 필름으로 덮여 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 그것이 온 상태일 때, 미소거울 판은 멈춤 구조물에 접해 있다. 미소거울의 오프 상태는 기판과 적어도 2°, 바람직하게는 적어도 3°의 각을 이룬다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 힌지 구조는 적어도 0.1㎛의 간격을 가지고 미소거울 판으로부터 분리된 평면에 위치하며, 또는 미소거울 판은 25㎛ 이하의 대각선 길이를 가진다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 미소거울 판과 힌지의 부착점은 대각선 길이의 1/40~1/3, 바람직하게는 1/20~1/4의 거리에서 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어진 점에 위치된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 각 미소거울 판은 힌지를 기판에 연결시키기 위한 지지 기둥과 미소거울 판의 회전을 저지시키기 위하여 지지 기둥에 의해 돌출 고정된 멈춤 구조를 구비한다. 상기 미소거울은 온 상태에서 멈춤 구조와 충돌하며, 미소거울 판은 실제적으로 대각선을 가진 네 변의 판이며, 상기 힌지는 대각선으로부터 적어도 0.5㎛ 떨어진 점에서 미소거울 판에 부착되고, 힌지는 적어도 0.1㎛의 간격을 가지고 미소거울 판으로부터 떨어진 평면에 위치된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 힌지는 질산티타늄 및/또는 실리콘으로 구성되고, 희생층은 비결정질 실리콘으로 구성되고, 희생층은 자연 가스 상태 화학 식각에 의하여 제거된다. 식각 물질은 플르오르화물 또는 할로겐화물의 희귀가스일 수 있다. 희생층은 중합체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 힌지 구조는 화학 증착 방법(CVD)에 의하여 형성되고, 제2 힌지 구조는 물리 증착 방법(PVD)에 의하여 형성되거나, 또는 제2 힌지구조는 각각 스퍼터링된 세라믹층일 수 있고 제1 힌지 구조는 화학 증착 방법에 의하여 형성된 세라믹층일 수 있다.
첨부된 클레임은 본 발명의 특징을 상세하게 개시하며, 본 발명은 목적 및 장점과 함께 후술할 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
움직일 수 있는 미소거울 및 거울 배열과 같은 MEMS 장치의 미소 제조 공정이 미국특허 제5,835,256호 및 제6,046,840호에 개시되어 있다. 웨이퍼 기판(예를 들면 빛 투과 기판 또는 CMOS나 다른 회로 소자들로 이루어진 기판) 위에 MEMS 움직일 수 있는 소자(예를 들면, 거울들)를 형성하는 유사한 과정이 본 발명에 도시된다. "빛 투과"라고 하는 것은, 물질이 적어도 장치 동작 중에 빛을 투과시키는 것을 의미한다(그 물질은 그 위에 제조 중 기판을 처리하는 능력을 향상시키기 위하여 일시적으로 빛 차단층을 가질 수 있고, 또는 사용하는 동안 빛의 산란을 감소시키기 위하여 부분 빛 차단층을 가질 수 있다. 그것과는 관계없이, 기판의 일부는 가시광선 응용을 위하여 바람직하게는 가시광선을 통과시키며, 따라서 빛이 그 장치를 통과할 수 있으며, 거울에 의하여 반사되어 그 장치로 돌아온다. 물론, 모든 실시예에서 가시광선 통과 기판을 사용하지는 않는다). "웨이퍼"라고 하는 것은, 그것은 다중 미소거울들 또는 미소구조 배열이 형성된 후, 다이(die)들로 나누어지며, 각 다이마다 그 위에 하나 이상의 미소거울들을 가진 임의의 기판을 의미한다. 비록 모든 상황에서는 아니지만, 때때로 다이들은 하나의 장치 또는 분리되어 패키지되거나 팔려지는 제품이다. 큰 기판이나 웨이퍼 위에 다수의 "제품" 또는 다이를 형성하는 것은 각 다이를 분리하여 형성하는 것에 비하여 낮고 빠른 제조 단가를 제공한다. 비록 표준 주조에서 제조를 위하여 웨이퍼가 전통적으로 둥글거나 실제적으로 둥근 웨이퍼(예를 들면, 직경이 4, 6 또는 8인치)인 것이 바람직하나, 웨이퍼는 임의의 크기나 형태일 수 있다.
레이드(Reid)에 의한 2001년 7월 10일에 출원된 미국특허출원 09/910,537 및 2001년 6월 22일에 출원된 미국특허출원 60/300,533은 본 발명의 다양한 구성에 사용될 수 있는 물질들의 예를 포함한다. 이 출원들은 참고를 위하여 여기에 인용된다.
본 발명은 이미지를 디스플레이함에 있어서, 더 높은 분해능, 증가된 활성화 범위, 증가된 명암대비를 가진 공간 광 변조기를 제공한다. 상기 공간 광 변조기는 편광이 없는 상태에서 동작될 수도 있다. 게다가 상기 공간 광 변조기는 제조를 고려하여 전기기계적 특성과 강도를 향상시킨다.
본 발명의 공간 광 변조기는 다양한 응용(예를 들면, 마스크가 없는 석판인쇄술, 원자 분광학, 미소거울 배열의 마스크 없는 제조, 신호처리, 현미경 등)을 가지며, 그 중 하나가 디스플레이 시스템이다. 공간 광 변조기를 이용한 전형적인 디스플레이 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 가장 기본적인 형태에서, 디스플레이 시스템은 광원(120), 광학 장치(예를 들면, 광 파이프(150), 수렴기(160), 투사기(190)), 디스플레이 타겟(210) 및 공간 광 변조기(200)를 포함한다. 광원(120; 예를 들면, 아크 램프)은 광 적분기/파이프(150), 수렴기(160), 투사기(190)를 통과하여 빛을 직진시킨다. 상기 공간 광 변조기(200)의 미소거울들은 제어기(예를 들면, 여기에 참고로 인용된 2002년 5월 14일 출원된 미국특허 6,388,661호에 개시된 것처럼)에 의해, 그것이 온 상태일 때, 입사광을 투사기(190)로 반사하여 디스플레이 타겟(210; 스크린, 보는 사람의 눈, 감광물질 등)에 이미지를 형성하도록 선택적으로 동작한다. 물론, 도 1의 디스플레이 시스템은 전형적인 디스플레이 광학 시스템의 단순화 형태이며, 좀 더 복잡한 광학 시스템이 종종 사용된다.
일반적으로, 공간 광 변조기는 수천, 수백만 개의 미소 거울 배열들의 배열을 포함한다. 도 2는 전형적인 미소거울 배열의 일부를 도시한다. 도 2를 참조하면, 유리를 통하여 보이는 전형적인 공간 광 변조기(200)의 일부 평면이 도시된다. 도시된 바와 같이, 공간 광 변조기(200)는 가시광선을 통과시키는 유리와 같은 기판(202) 위에 형성된 미소거울 배열(201)을 포함한다. 대안으로, 기판(202)은 그 위에 미소거울들의 동작을 정전기적으로 제어하기 위한 전극 배열이나 회로 소자들을 형성한 전형적인 반도체 웨이퍼이다. 미소거울 배열(201)은 미소거울 장치(215)와 같은 다수 개의 미소거울 장치들로 이루어진다. 그리고 각 미소거울 장치는 입사광을 반사시키기 위하여 미소거울 판(210)과 같은 반사 미소거울 판으로 이루어진다. 동작 중, 각 개별적인 미소거울들은 하나 이상의 전극과 회로 소자의 제어로 원하는 대로 편향될 수 있고, 그래서 기판(202; 이 경우, 기판은 유리이다)을 통과하여 미소거울들 표면에 입사한 입사광의 공간 변조가 이루어질 수 있다. 입사광을 반사시키기 위하여 미소거울 판이 기판 위에서(보는 관점에 따라 아래에서) 회전하는 것을 용이하게 하기 위하여, 기판 위에 미소거울을 고정하고, 미소거울 판을 위한 회전축을 제공하기 위한 힌지 구조가 필수적이다.
도 3a를 참조하면, 도 2에 도시된 미소거울 배열(예를 들면, 201)의 배면이 도시된다. 각 미소거울 판(예를 들면 미소거울 210)은 힌지 구조(예를 들면, 힌지 구조 230)에 부착되고 따라서 미소거울 판은 기판(예를 들면, 도 2에서 기판 202) 위에서 힌지 구조를 따라 회전할 수 있다. 디스플레이되는 이미지의 질을 향상시키기 위하여, 상기 힌지 구조는 도시된 바와 같이 미소거울 판 아래에 형성되는 것이 바람직하다. 특별히, 힌지 구조와 입사광을 반사시키기 위한 표면은 서로 미소거울 판의 반대측에 놓인다.
본 발명의 실시예에 따르면, 미소거울 판은 힌지 구조에 부착되고, 따라서 미소거울 판은 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어져 평행하게 위치한 축을 따라 회전할 수 있다. 예를 들면, 미소거울 판(210)은 잘 정의된 기하학적인 대각선(211)을 가진다. 그러나, 미소거울 판의 회전축은 대각선(211)으로부터 떨어져 평행하게 형성된 방향(213)을 따라 형성된다. 그러한 회전축은 미소거울 판 대각선(211)을 따라 있지 않는 점에서 힌지 구조를 미소거울 판에 부착시키는 것에 의하여 달성될 수 있다. 부착점은 대각선(211)으로부터 적어도 0.5㎛, 적어도 1㎛, 또는 적어도 2㎛ 떨어져 있다. 일 실시예에서, 부착점은 대각선(211)으로부터 대각선 길이의 1/40~1/3, 바람직하게는 1/20~1/4 떨어져 있다-비록, 만약 본 발명에서 매우 적절하다면, 대각선으로부터 임의의 적절한 거리가 가능함에도 불구하고, 본 발명에서, 미소거울은 바람직하게는 사면체 형상을 가진다. 미소거울이 직사각형, 정사각형, 마름모 또는 사다리꼴이든 아니든 간에, 비록 모서리가 둥글거나 짧게 깍였거나, 또는 구멍이나 돌기가 미소거울의 하나 이상의 면에 형성되었을지라도, 그것은 여전히 개념적으로 미소 거울의 네 개의 주요 변의 형태로 연결될 수 있다. 이러한 방법으로, 비록 미소거울이 완벽하지는 않더라도 실제적으로 마름모, 사다리꼴, 직사각형, 정사각형 등이라면, 중심 대각선이 정의될 수 있다. 그러나, 도 3a에서, 미소거울 판의 회전축은 중심 대각선을 따라서가 아니라, 대각선(211)로부터 떨어져 그것과 평행한 방향(213)을 따라 형성된다. "대각선으로부터 떨어져 그것과 평행한"이라고 하는 것은, 회전축이 미소거울의 대각선에 정확하게 평행하거나 실제적으로 평행(±19°)할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 형태의 디자인은 다수의 방법들에서 미소거울 장치의 특성에 유리하다. 비대칭 옵셋(offset) 배열의 하나의 장점은 미소거울 판이 대칭 배열(미소거울 판-기판 사이가 같은 것)에서 달성할 수 있는 회전각보다 더 큰 각에서 회전할 수 있다는 것이다. 미소거울 판의 대각선의 길이는 바람직하게는 25㎛ 이하이다.
미소거울 판을 고정시키는 것과 동시에 기판 위에서의 회전을 위한 미소거울 판에 회전축을 제공하기 위하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 힌지 구조 230과 같은 각 힌지 구조는 힌지 지지부재(250) 및 힌지(240)로 이루어진다. 힌지(240)는 접촉자(257)를 통하여 미소거울 판에 부착된다. 힌지 지지부재(250)는 두 개의 기둥(251)으로 이루어진다. "힌지"라고 하는 것는, 장치에 움직임을 허용하기 위하여(아래에서 상세히 설명된다) 굽어진 장치의 일부를 정의하는 층이나 적층을 의미한다. 미소거울 판의 특성을 향상시키기 위하여 더욱 적절한 구조가 또한 그 위에 제공된다. 특별히, 두 개의 거울 멈추개(255)가 미소거울 판이 임의의 각에 도달한 경우에 미소 거울 판의 회전을 멈추게 하기 위하여 힌지 지지부재(250)의 가장자리에 형성된다. 힌지-판으로부터 거울의 거리 및 위치와 같은 기하학적 배열이 미소거울 판과 힌지 사이의 거리에 따라 미소거울이 충돌 전 도달할 수 있는 최대 회전각을 결정한다. 미소거울 배열에서 미소거울 판을 위한 거울 멈추개의 적절한 설정에 의하여, 모든 미소거울들을 위한 최대 회전각이 균일하게 정의될 수 있다. 이 균일하게 정의된 회전각은 동작 중 모든 미소거울들을 위하여 온 상태로 정의될 수 있다. 이 경우, 공간 광 변조기의 모든 미소거울들은 동작 중 온 상태에서 균일하게 정의된 각으로 회전한다. 입사광은 디스플레이를 위하여 하나의 적절한 방향을 향하여 균일하게 반사될 수 있다. 명백하게, 이것은 디스플레이된 이미지의 질을 상당히 향상시킨다. 바람직하게이긴 하지만, 다수 개의 거울 멈추개가 원하는 수만큼(하나 이상) 있거나 또는 전혀 제공될 필요가 없을 수 있다. 그리고 비록 거울 멈추개와 미소거울 판 사이의 접촉점의 수를 최소화시켜 하나인 것이 바람직하긴 하지만, 각 거울 멈추개는 임의의 원하는 형태일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 두 개의 기둥이 기판 위에 형성된다. 힌지 지지부재(250)은 기판 위의 두 개의 기둥에 의하여 지지된다. 힌지는(예를 들면, 힌지 240)는 힌지 지지부재에 고정되고 접촉자(예를 들면, 접촉자 255)를 통하여 미소거울 판에 부착된다. 이러한 형태에서, 미소거울 판은 기판 위에서 힌지를 따라 회전할 수 있다.
힌지 구조는 원한다면 다른 적절한 형태를 가질 수 있다. 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 힌지 구조 설계를 도시한다. 도 3a의 구조와 유사하게, 힌지 구조(260)는 미소거울 판(210)을 지지하기 위하여 기판 위에 형성되고, 미소거울 판을 위한 회전축(214)을 제공한다. 회전축(214)은 미소거울 판(212)의 대각선으로부터 떨어져 평행하게 형성된다. 도 3b의 힌지 지지부재(250)와 유사하게, 도 3d에서도 힌지 지지부재(263)는 미소거울 판이 임의의 각에 도달하였을 경우 미소거울 판의 회전을 멈추게 하기 위하여 그 위에 형성된 다수 개의 거울 멈추개를 갖는다. 미소거울 판과 힌지 사이의 거리에 따라 힌지 지지부재 위의 거리 및 위치와 같은 기하학적 배열이 미소거울이 충돌 전 도달할 수 있는 최대 회전각을 결정한다. 바람직하게이긴 하나, 거울 멈추개의 숫자는 임의의 적절한 수일 수 있다. 그리고 각 거울 멈추는 임의의 적절한 형태일 수 있다.
힌지 구조는 다른 적절한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 3e에 도시된 바와 같이 인접한 미소거울 장치의 기둥을 관통하도록, 힌지 지지부재(261)는 미소거울 판의 일부 가장자리를 따라 형성될 수 있다. 이 경우, 모든 미소거울 장치의 힌지 지지부재는 모든 미소거울 판들에 연속적인 힌지 지지부재 프레임을 형성한다. 이것은 이 배열에서 미소거울들의 2차원 전기적 연결을 제공한다.
대안으로, 각 힌지 구조의 기둥들은 미소거울 판의 대각선을 따라 형성되도록 요구되지 않는다. 도 3f를 참조하면, 힌지 구조의 두 개의 기둥(251)은 미소거울 판의 모서리 대신에 미소 거울 판의 가장자리를 따라 형성된다. 또한, 도시된 바와 같이, 힌지는 힌지 및 힌지와 교차되는 두 개의 팔이 이등변 삼각형을 형성하도록 위치되는 것이 요구되지 않는다. 대신에, 도 3g에 도시된 바와 같이, 힌지는 실제적으로 평행하나, 도 3f에서 힌지 위치와 작은 각도(±19°)를 형성하도록 위치될 수 있다.
동작 중, 미소거울 판은 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어져 평행하게 형성된 힌지를 따라 회전한다. 회전 각에 기초하여, 온 및 오프 상태가 정의된다. 온 상태에서, 미소거울 판은 입사각이 보는 사람을 위한 방향으로, 예를 들면, 타겟을 향하여 빛을 직진시키기 위한 미리 배열된 광학 소자로, 반사될 수 있도록 소정의 각으로 회전된다. 오프 상태에서, 미소거울 판은 입사광이 디스플레이 타격으로부터 멀어지게 반사되도록 평평하거나 다른 각으로 유지된다. 도 4a 내지 도 4d는 동작 중 미소거울 장치의 단면도를 도시한다.
도 4a를 참조하면, 온 상태는 미소거울 판(210)이 자연 상태에서 유리 기판(280)과 평행한 것으로서 정의된다. 힌지 지지부재(263)는 미소거울 판을 지지하기 위하여 기판 위에 형성된다. 힌지(예를 들면, 도 3b에서 힌지 240)는 힌지 지지부재(263)에 고정되고 미소거울 판을 위한 회전축을 제공하기 위하여 접촉부재(241; 이하 "접촉부재"라 함)를 통하여 미소거울 판(210)에 부착된다. 오프 상태에서, 입사광은 유리기판을 통과하여 나아가고, 특정 입사각에서 미소거울 판의 일면에 빛을 비추고 미소거울 판에 의하여 타겟으로부터 멀어지도록 반사된다. 미소거울 판의 회전은 전극과 연결된 회로 소자(미도시) 및 전극들(282)에 의하여 정전기적으로 제어될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 전극들 및 회로 소자는 웨이퍼(281) 위에 형성되고, 이 웨이퍼는 전형적인 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 미소거울 판 회전의 효율적인 제어를 위하여, 웨이퍼(281)는 정전기장이 미소거울들 및 이와 결합된 전극 사이에 형성될 수 있도록 미소거울 판에 근접하여 위치된다. 대안으로, 하나 보다 많은 전극이 미소거울 판 회전을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 특별히, 전극(283; 그리고 도시되지는 않았지만 전극과 연결된 회로 소자)은 도 4b에 도시된 바와 같이, 오프 상태에서 미소거울 판을 제어하기 위하여 미소거울 판의 다른 일부 바로 아래에 위치 및 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전극, 회로 소자 및 미소거울들은 기판 280과 같이 같은 기판 위에 형성될 수 있다. 이 경우 기판(280)은 표준 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그리고, 입사광이 미소거울 판의 반대 표면을 비출 수 있다. 디스플레이된 이미지의 질, 특히 명암대비를 향상시키기 위하여, 오프 상태에서 반사광은 가능한 수렴기 또는 타겟으로부터 멀리 떨어지도록 반사되는 것이 바람직하다. 이것을 달성하기 위하여 다른 "오프" 상태가 도 4b에 도시된 것과 같이 정의된다. 도 4b를 참조하면, 미소거울 판(210)은 "오프" 상태에서 소정 각도 회전된다. 동작 특정에 따라, "오프" 상태에 대응되는 각은 미소거울 판이 이 각도 회전할 때 미소거울 판의 일단이 기판에 부딪혀서 기판에 의하여 멈춰지도록 정의된다. 이러한 정의는 미소거울 배열에서 모두 미소거울 판을 위한 균일한 "오프" 상태를 보장한다. 물론, "오프" 상태 각을 정의하는 다른 방법들 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 미소거울 판 및 미소거울 판과 연결된 전극 및 회로 소자 사이에 인가된 전기장을 적절하게 제어함으로써, "오프" 상태에 대응되는 적절한 각이 획득될 수 있다. 디스플레이를 위하여 반사광을 타겟으로 향하게 하기 위하여, 미소거울 판은 임의의 각으로 회전되어야 한다. 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전형적인 "온" 상태에서 미소거울 장치의 단면도를 도시한다. "온" 상태에서, 미소거울 판의 회전은 거울 멈추개(270)에 의하여 멈춰진다. 미소거울 판의 타단의 움직임이 자유로운 한, 거울 멈추개의 형태(예를 들면, 힌지 구조 위의 위치 및 길이)를 조정함으로써, "온" 상태에 대응되는 각이 조절될 수 있다. 거울 멈추개의 존재는 공간 광 변조기에서 모든 미소거울 판을 위한 균일한 "온" 상태에 유리하며, 따라서 디스플레이된 이미지의 질은 상당히 향상된다. 본 실시예의 광학적 특성에 따라, 거울 멈추개는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 미소거울 판의 회전이 거울 멈추개에 의하여 충돌하고 멈춰질 때, 미소거울 판의 타단이 기판에 의하여 충돌하고 멈춰질 수 있도록 설계되고 형성될 수 있다. 이 이중 멈춤 구조는 모든 미소거울 판을 위하여 "온" 상태에 대응하는 균일한 회전각을 보장한다. 다른 광학 특성에 따라, 도 4d에 도시된 바와 같이, "온" 상태를 위한 거울 멈추개 세트에 외에 "오프" 상태를 위한 다른 거울 멈추개 세트가 제공될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 제1 거울 멈춤 세트(270)가 모든 미소거울 판에 균일한 "온" 상태를 제공하기 위하여 힌지 구조 위에 형성된다. 그리고 제2 거울 멈춤 세트(275)가 모든 미소거울 판에 균일한 "오프" 상태를 보장하기 위하여 더 제공된다. 제2 거울 멈춤 세트(275)의 물리적 특성(예를 들면, 위치 및 길이)이 "오프" 상태의 회전 위치를 결정한다. 대안으로, 제2 거울 멈춤 세트는 미소거울 판이 제2 거울 멈춤 세트에 의하여 충돌하고 멈춰졌을 때, 미소거울 판의 타단이 유리 기판에 의하여 충돌하고 멈춰지도록 설계되고 형성될 수 있다.
동작 중, 미소거울 판(예를 들면, 도 3c의 210)은 힌지를 따라 회전하며 입사광을 반사시킨다. 이러한 형태의 동작 매커니즘은 미소거울 판, 힌지 구조 및 접촉부재의 광학적, 기계적 및 전기적 특성에서 많은 요구 사항을 필요로 한다. 특별히, 미소거울 판은 예를 들어 전이금속, 금속 또는 금속 합금과 같이 관심 영역의 빛에 높은 반사율을 가지는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 미소거울 판의 물질은 미소거울 판의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 또한 적절한 기계적 특성(예를 들면, 낮은 변형률 및 높은 탄성율 등)을 나타내는 것이 바람직하다. 게다가, 미소거울 판의 물질은 거기에 전기전압이 인가될 수 있도록 전기적으로 도전성이 있는 것이 바람직하다.
힌지 지지부재(예를 들면, 도 3c의 260)는 미소거울 판(예를 들면, 미소거울 판 210)이 회전할 수 있는 회전축을 제공한다. 힌지 지지부재는 입사광을 산란시킬 수 있고 산란된 입사광은 반사광과 섞일 수 있으며, 그래서 명암대비가 감소될 수 있다. 이러한 형태의 산란을 억제하기 위하여, 힌지 구조는 바람직하게 미소거울 판 바로 아래 "숨겨진다". 예를 들면, 힌지 구조는 입사광을 반사시키는 미소거울 면의 반대되는 면에 형성된다. 미소거울 판의 동작 매커니즘과 구조적 설계에 따라, 기둥들은 장치 동작중 탄성 변형(예를 들면, 피로(fatigue), 크리프(creep). 전위 동작(dislocation motion))에 무감각한 물질로 이루어진다. 그러한 물질들은 또한 큰 탄성율을 가지고 높은 강도를 나타내는 것이 바람직하다. 기둥을 이루는 물질과는 반대로, 힌지(예를 들면, 도 3d의 힌지 240)의 물질들은 미소거울 판이 회전하는 동안 힌지가 변형되기 때문에 좀 더 유연한 것이 바람직하다. 게다가, 힌지는 미소거울 판이 특정 전압 수준에서 고정될 수 있도록 전기적으로 도전성 있는 것이 바람직하다.
도 4b 및 도 4d에서 정의된 "오프" 상태를 달성하기 위하여, 외력(예를 들면, 전기장)이 미소거울 판을 회전시키기 위해 요구된다. 예를 들면, 전극(283)과 회로소자가 기판으로부터 떨어져 회전하는 미소거울 판의 일부 바로 아래 배치될 수 있다. 그러면 미소거울 판을 "오프" 상태로 회전시키기 위하여 전기장이 전극과 미소거울 판의 일부에 인가될 수 있다. 그러나 이러한 설계는 다른 전극들과 회로 소자를 요구한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 자연 상태에서 기판으로부터 떨어지도록 휘어지는 부분을 가진 힌지 지지부재가 제안된다. 도 5a를 참조하면, 힌지 지지부재 부분(250)은 자연 상태에서 기판으로부터 멀어지도록 휘어진다. 휘어진 힌지 지지부재에 부착된 미소거울 판(210)은 외력(예를 들면, 전기장) 없이 기판과 한정된 각을 나타낸다. 힌지 지지부재 부분의 휘어짐이 적용됨에 의하여 미소거울 판과 기판 사이에 적절한 각이 달성될 수 있다.
휘어진 힌지 지지부재는 많은 다른 방법들로 형성될 수 있다. 전형적인 방법이 도 5b 및 5c를 참조하여 다음에 설명된다. 도 5b를 참조하면, 힌지 지지부재(250)는 층 251 및 층 253의 두 개의 층으로 이루어진다. 층 251은 증착 상태에서(예를 들면, 층 251이 희생층 위에 증착되었을 때) 외부로의 압축 변형을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 층 251은 바람직하게는 80Å의 두께를 가진 TiNx이다. 바람직하게이긴 하지만, 층 251은 외부로의 압축 변형을 나타내는 한 임의의 적절한 물질일 수 있다. 층 251의 두께는 10Å과 1500Å 사이의 두께와 같은 임의의 적절한 두께일 수 있다. 층 253은 층 251 위에 증착되고 증착 상태에서 내부로의 인장 변형을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 층 253은 바람직하게는 400Å의 두께를 가진 SiNx이다. 바람직하게이긴 하지만, 층 253은 내부로의 인장 변형을 나타내는 한 임의의 적절한 물질일 수 있다. 층 253의 두께는 또한 10Å에서 20000Å 사이의 두께와 같은 임의의 적절한 두께일 수 있다. PVD(물리 증기 증착 또는 스퍼터링)는 압축 필름, 특히 고용융점 금속을 생산하는데 사용되는 반면, CVD(화학 증기 증착)은 인장 필름을 생산하는데 사용된다. 따라서, 일 실시예에서 층 251은 PVD에 의하여 증착되고, 층 253은 CVD에 의하여 증착된다. 특정한 실시예에 있어서, 층 251은 반응성 스퍼터링으로 된 세라믹층이고, 층 253은 화학 증기 증착에 의하여 증착된 세라믹층이다.
박리(예를 들면, 층 251이 증착된 희생층을 제거함에 의하여) 후에, 층들(251, 253)은 인장 응력이 존재하는 층 253을 향하여 휘어진다. 두 층들의 이러한 휘어짐은 자연발생적 현상이며, 물질의 응력이 존재함으로써 발생한다. 곡률은 내부로의 인장 응력과 외부로의 압축 응력의 상대적인 강도에 의하여 결정된다. 도 5c를 참조하면, 두 층의 휘어짐을 보여주는 개략도가 도시된다. 그러나 힌지와 미소거울 판의 연결 위치에 의하여, "오프" 상태에서 동일방향으로 거울이 회전하는 동안 반대 방향으로 힌지 구조의 굴곡을 일으키기 위하여 두 층의 순서가 뒤바뀔 수도 있다.
미소거울 장치를 형성하기 위한 다양한 방법이 위에서 설명되었다. 전형적인 과정을 도 6a 내지 도 6h를 참조하여 설명한다. 이러한 전형적인 과정은 오직 설명을 위한 목적일 뿐, 한계를 정하는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이다.
도 6a를 참조하면, 기판(280)이 제공된다. 제1 희생층(290)이 미소거울 판 층(300)이 다음에 오도록 기판 위에 배치된다. 기판은 유리(예를 들면, 이글 2000 1737F), 수정, 파이렉스TM, 사파이어일 수 있다. 기판은 또한 하나 이상의 구동 전극 및/또는 제어 회로 소자를 가진 반도체 기판(예를 들면, 실리콘 기판)일 수 있다.
제1 희생층(290)은 기판(280) 위에 증착된다. 제1 희생층(290)은 비결정질 실리콘과 같은 임의의 적절한 물질일 수 있거나, 또는 대안으로 중합체, 폴리이미드, 심지어 폴리실리콘, 질화규소, 이산화규소 등일 수 있으며, 희생 물질 선택에 따라 식각 물질이 선택된다. 만약 제1 희생층이 비결정질 실리콘이라면, 300-350℃에서 증착될 수 있다. 제1 희생층의 두께는 500Å에서 50000Å이며, 바람직하게는 약 10000Å이나, 미소거울 크기와 극소-미소거울의 적절한 경사각(tilt angle)에 따라 넓은 범위일 수 있다. 제1 희생층은 LPCVD 또는 PFCVD와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 기판 위에 증착될 수 있다.
본 실시예의 선택적인 특성에 따라, 반사 방지층(285)이 기판의 표면에 증착될 수 있다. 반사 방지층은 기판 표면으로부터 입사광의 반사를 감소시키기 위하여 증착된다. 대안으로, 바람직하게 다른 광학 증가층이 유리 기판의 다른 면에 증착된다.
제1 희생층이 증착된 후에, 다수의 구조층들이 적절하게 증착 및 패터닝(patterning)된다. 본 발명에 따르면, 구조층은 희생층의 제거 후에도 제거되지 않는 층이다. 제1 희생층 위에 증착된 제1 구조층은 미소거울을 형성하기 위한 미소거울 판 층(300)이다. 미소거울은 관심 스펙트럼(예를 들면, 가시광선 스펙트럼)에서 입사광을 반사시키기 위하여 존재하기 때문에, 미소거울 판 층은 입사광에 높은 반사율(바람직하게는 90% 이상)은 나타내는 하나 이상의 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 미소거울 판 층(300)은 도 6b에 도시된 바와 같이 다층 구조이다. 도 6b를 참조하면, 미소거울 판 층(300)은 층 307, 305, 303 및 301로 이루어진다. 층 307과 301은 내부층(층 303과 305)을 보호하기 위한 보호층들이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 층 307과 301은 바람직하게는 400Å의 두께를 가진 SiOX이다. 물론, 다른 적절한 물질이 또한 여기에 사용될 수 있다. 층 305는 높은 반사율을 나타내는 하나 이상의 물질로 이루어진 빛 반사층이다. 그러한 물질의 예로는 Al, Ti, AlSiCu 또는 TiAl이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 층 305는 2500Å의 두께를 가진 알루미늄이다. 이 알루미늄층은 150℃ 또는 바람직하게는 400℃ 이하의 다른 온도에서 증착되는 것이 바람직하다.층 303은 미소거울 판의 전기 및 기계적 특성을 향상시키기 위하여 금속 또는 금속합금으로 이루어진 향상층이다. 이러한 향상층의 예로는 80Å의 두께를 가진 티타늄을 들 수 있다. 물론 관심 입사광에 높은 반사율을 가진 다른 적절한 물질이 또한 미소거울 판에 적용될 수 있다. 미소거울 판 층의 증착에 있어서, PVD는 바람직하게는 150℃에서 사용된다. 미소거울 판의 두께는 미소거울 판의 적절한 기계적 특성(예를 들면 탄성율), 미소거울의 크기, 적절한 경사각 및 전기적 특성(예를 들면, 전도율) 및 미소거울 판을 형성하기 위하여 선택된 물질의 특성에 따라 넓은 범위일 수 있다. 본 발명에 따르면, 500Å 내지 50000Å, 바람직하게는 약 2500Å의 두께가 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 빛 반사층(305)은 10mΩㆍ㎝보다 작은 저항율을 가진 물질로 이루어진 전기적 도전층이다. 층 301 및 307은 10mΩㆍ㎝ 보다 큰 저항율을 가진 절연체이다. 그리고 층 305는 10mΩㆍ㎝보다 작은 저항율을 가진 전기적 도전층이다.
비록 바람직하게이긴 하지만, 도 6b에 도시된 바와 같이 다층 구조는 네 개의 층으로 이루어진다. 그러한 개수의 다층 구조가 본 발명을 제한하는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이다. 대신 임의의 수의 층들(단층을 포함한다)이 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 사용될 수 있다.
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이 미소거울 판 층(300)은 적절한 형태로 패터닝 되어진다. 미소거울의 패터닝은 다음에 오는, 예를 들면, CF4, Cl2 또는 미소거울 판의 특정 물질에 따라 다른 적절한 식각 물질을 사용한 식각에 의하여 표준 감광 패터닝을 사용하여 달성될 수 있다.
미소거울 판 형성 후에 추가 다층 구조가 증착되고 패터닝된다. 특별히, 다층 힌지 구조가 힌지 구조를 형성하기 위하여 증착되고 패터닝될 것이다. 도 6d를 참조하면, 추가 다층 구조가 증착되기 전에 제2 희생층(310)이 미소거울 판 및 제1 희생층(290) 위에 증착된다. 제2 희생층(310)은 비결정질 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 또는 대안으로 제1 희생층(290)을 참조하여 앞에서 언급된 하나 이상의 다양한 물질들로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 희생층은 비록, 나중에 희생층을 제거하기 위한 식각 과정을 간략화 할 수 있도록 같은 것이 바람직하긴 하나, 반드시 같은 필요는 없다. 제1 희생층과 유사하게, 제2 희생층(310)은 LPCVD 또는 PECVD와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 증착될 수 있다. 만약 제2 희생층이 비결정질 실리콘으로 이루어진다면, 그 층은 350℃에서 증착될 수 있다. 제2 희생층의 두께는 9000Å일 수 있으나, 미소거울 판과 힌지 사이의 적절한 거리(미소거울 판과 기판에 수직인 방향으로)에 따라 2000Å 내지 20,000Å과 같은 임의의 합리적인 두께가 적용될 수 있다. 힌지와 거울 판은 박리 후에 적어도 0.5㎛(적절하다면, 적어도 1㎛ 또는 2㎛ 이상)의 간격을 가지고 분리되는 것이 바람직하다. 제2 희생층(310)은 또한 미소거울 판의 패터닝으로부터 남겨진 홈을 가득채울 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 미소거울 판 층은 알루미늄층(예를 들면, 도 6b에서 층 305)으로 이루어지고, 제2 희생층은 실리콘이다. 그러나 이러한 설계는 알루미늄이 실리콘에 노출되는 미소거울 판의 가장자리에서 알루미늄과 실리콘의 확산 때문에 힌지 구조에 결함을 유발할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 알루미늄층이 실리콘 희생층으로부터 격리될 수 있도록 보호층(미도시)이 제2 희생층의 증착 전에 패터닝된 미소거울 판 위에 증착될 수 있다. 그리고 그 보호층은 미소거울 판의 형태를 따라 패터닝된다. 패터닝 후에, 보호층의 단편(예를 들면, 도 6c에서 단편 211)은 알루미늄과 실리콘 희생층을 격리시키기 위하여 미소거울 판의 가장자리를 덮는다.
도 6e에 도시된 바와 같이, 증착된 제2 희생층은 다음에 오는 식각에 의하여 표준 석판인쇄 기술을 사용하여 두 개의 깊은 관통 영역(320) 및 얕은 관통 영역(330)을 형성하기 위하여 패터닝된다. 식각 단계는 Cl2, BCl3 또는 제2 희생층의 특정 물질에 따라 다른 적절한 식각 물질을 사용하여 수행될 수 있다. 두 개의 깊은 관통 영역(320)을 가로지르는 거리는 미소거울 판의 정의된 대각선의 길이에 의존한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 패터닝 후의 두 개의 깊은 관통 영역은 바람직하게는 10㎛이나, 원한다면 임의의 적절한 거리일 수 있다. 얕은 관통 영역(330)을 형성하기 위하여, CF4 또는 다른 적절한 식각 물질이 사용된 식각 단계가 수행될 수 있다. 얕은 관통 영역은 임의의 적절한 크기일 수 있으며, 바람직하게는 한 변이 2.2㎛이다.
도 6f를 참조하면, 힌지 지지층들(340 및 350)이 제2 희생층(310) 위에 증착된다. 힌지 지지층들(층 340 및 350)은 미소거울 판이 힌지를 따라 회전할 수 있도록 힌지(예를 들면, 도 3d의 240) 및 거기에 부착된 미소거울 판(예를 들면, 도 3c의 210)을 고정하기 위하여 존재하기 때문에, 힌지 지지층은 적어도 큰 탄성율을 가진 물질로 이루어는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 층 340은 PVD에 의하여 증착된 400Å 두께의 TiNx(비록 TiNx의 두께가 100Å-2000Å일 수 있다 하더라도)층으로 이루어지고, 층 350은 PECVDD에 의하여 증착된 3500Å 두께의 SiNx(비록 SiNx의 두께가 2000Å-10,000Å일 수 있다 하더라도)로 이루어진다. 물론 다른 적절한 물질과 증착 방법(예를 들면, LPCVD 또는 스퍼터링과 같은 방법)이 사용될 수 있다. TiNx 층은 본 발명에 필수적인 것은 아니나, 적어도 전하-유도 정마찰(stiction)을 감소시키기 위하여 미소거울과 힌지 사이에 도전성 접촉면을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 휘어진 힌지 지지층을 형성하기 위하여 층들(340 및 350)은 내부로의 압축 응력과 외부로의 인장 응력이 본질적으로 나타난다. 대안으로, TiNx 및 SiNx 층은 또한 평평한 힌지 지지부재를 형성하기 위하여 고유 응력이 가능한 낮도록, 바람직하게는 250㎫보다 낮도록 증착된다. 어느 경우에서도, SiNx 층은 400℃에서 증착될 수 있다.
도 6g에 도시된 바와 같이, 증착 후에, 층들(340 및 350)은 적절한 형태(예를 들면, 도 3d의 힌지 지지부재 275)로 패터닝된다. 기둥들(260)은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 대안으로, 각각의 기둥들은 도 3f의 기둥들(251)과 같이 다이아몬드처럼 형성될 수 있다. "온" 상태에 대응하는 거울 멈추개들(예를 들면, 도 3d의 거울 멈추개 270) 및 "오프" 상태에 대응하는 거울 멈추개(미도시)와 같은 거울 멈추개들이 또한 형성될 수 있다. 하나 이상의 적절한 식각 물질을 사용한 식각 단계가 다음에 수행된다. 특별히, 층들은 염소 화합물 또는 불소 화합물을 가지고 식각될 수 있다. 식각 물질은 화학적 물리적으로 힌지 지지층을 선택적으로 식각하도록 활성화된 과불화탄소(perfluorocarbon, PFC) 또는 수소화불화탄소(hydrofluorocarbon, HFC)(또는 SF6)이다(예를 들면, CF4, CHF3, C3F8, CH2F2, C2F6, SF6 등 또는 이들의 조합 또는 CF4/H2, SF6/Cl2, 또는 하나 이상의 임의의 불활성 희석제인 CF2Cl2와 같은 하나 이상의 종류의 식각 물질을 이용한 가스와 같은 추가적 가스를 이용한 플라즈마/RIE 식각). 물론 서로 다른 식각 물질이 각 힌지 지지층을 식각하기 위하여 사용될 수 있다(예를 들면, 금속층을 위한 염소 화합물, 실리콘 또는 실리콘 화합물층을 식각하기 위한 탄화수소 또는 플루오르화탄소(또는 SF6) 플라즈마 등). 대안으로, 식각 단계는 각 힌지 지지층 증착 후에 수행될 수 있다. 예를 들면, 층 340은 층 340의 증착 후 및 층 350 증착 전에 식각되고 패터닝될 수 있다.
층들(340 및 350)을 식각한 후, 두 개의 기둥들(260) 및 접촉 영역(330)이 형성된다. 접촉 영역(330)의 바닥 단면은 식각에 의하여 제거되고, 따라서 접촉 영역 아래의 미소거울 판 부분이 노출된다. 미소거울(210)의 노출된 부분은 외부 전원과의 전기 접촉을 형성하도록 사용될 것이다. 접촉 영역(330)의 측벽에는 식각 후 층들(340 및 350)의 잔여물이 남겨진다. 그 잔여물(335)은 거의 75°의 각으로 측정된 기울기를 가지나 0°에서 89°사이에서 변화할 수 있다. 측벽의 잔여물은 앞으로 형성될 힌지의 기계적 전기적 특성을 향상시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 거울 측면의 두 개의 기둥(260) 각각은 인접한 미소거울에 대응하는 기둥들과 연속적인 소자를 형성할 수 있다.
층들(340 및 350)의 패터닝 및 식각이 완성된 후, 도 6h에 도시된 바와 같이 힌지층(360)이 증착되고 패터닝된다. 힌지는 미소거울 판을 위한 회전 축을 제공하기 때문에, 힌지층은 적어도 소성 변형(피로(fatigue), 크리프(creep). 전위 동작(dislocation motion))을 허용하는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 게다가, 힌지층이 또한 미소거울 판을 위한 전기 접촉에 사용되어질 때, 힌지층의 물질은 전기적으로 전도성이 있는 것이 바람직하다. 힌지층을 위한 적절한 물질의 예로는 질화실리콘, 산화실리콘, 탄화실리콘, 폴리실리콘, Al, Ir, 티타늄, 질화티타늄, 산화티타늄, CoSiN, TiSiN, TaSiN 또는 3원자 및 고차원 화합물이다. 티타늄이 힌지층을 위하여 사용되어질 때, 그것은 100℃에서 증착된다. 대안으로, 힌지층은 100Å TiNx 및 400Å SiNx과 같은 다층으로 이루어질 수 있다.
증착 후, 다음으로 힌지층은 식각을 사용하여 적절하게 패터닝된다. 힌지 지지층(340 및 350)과 유사하게, 힌지층은 염소 화학물 또는 불소 화합물을 가지고 식각될 수 있다. 식각 물질은 화학적 물리적으로 힌지 지지층을 선택적으로 식각하도록 활성화된 과불화탄소(perfluorocarbon, PFC) 또는 수소화불화탄소(hydrofluorocarbon, HFC)(또는 SF6)이다(예를 들면, CF4, CHF3, C3F8, CH2F2, C2F6, SF6 등 또는 이들의 조합 또는 CF4/H2, SF6/Cl2, 또는 하나 이상의 임의의 불활성 희석제인 CF2Cl2와 같은 하나 이상의 종류의 식각 물질을 이용한 가스와 같은 추가적 가스를 이용한 플라즈마/RIE 식각). 물론 서로 다른 식각 물질(예를 들면, 금속층을 위한 염소 화합물, 실리콘 또는 실리콘 화합물층을 식각하기 위한 탄화수소 또는 플루오르화탄소(또는 SF6) 플라즈마 등)이 각 힌지층을 식각하기 위하여 사용될 수 있다.
미소거울 판이 힌지를 따라 회전하도록 자유롭게 하기 위하여, 희생층(예를 들면, 층 290 및 310)이 후술할 식각에 의하여 제거된다. 자유로워진 미소거울 장치의 단면도가 도 8에 도시된다.
상술한 전형적인 제조 공정에서, 힌지 지지부재 형성 공정(예를 들면, 도 6a 내지 도 6g에 설명된 공정) 및 힌지 형성 공정(예를 들면, 도 6h에 설명된 공정)은 연속적으로 수행된다. 특히, 힌지의 증착, 패터닝 및 식각은 힌지 지지부재의 패터닝 및 식각에 다음에 일어난다. 힌지와 힌지 지지부재는 다음에 오는 도 7a 및 7b를 참조하여 설명될 본 발명의 다른 실시예에 따르면 동시에 형성될 수 있다.
도 7a를 참조하면, 힌지 지지부재(예를 들면, 도 3d의 275)를 위하여 증착된 힌지층(340 및 350)은 먼저 힌지의 적절한 형태에 따라 패터닝되고 식각된다. 그래서 식각 후에, 힌지(예를 들면, 도3d의 240)의 위치에 대응하는 창(370)이 거기에 형성된다. 창(370)은 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어져 대각선과 평행하게 형성된다. 창은 창의 바닥이 미소거울 판의 일부를 노출시키도록 제2 희생층(도 6d의 310)의 꼭대기면 및 미소거울 판까지 식각된다.
패터닝이 완성된 다음에, 힌지층(360)이 힌지 지지층(예를 들면, 350) 위에 증착되고 창(370)을 채운다. 증착 후에, 층(340, 350 및 360)은 동시에 패터닝되고 식각된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 층들(340 및 350)은 도 6g에 설명된 것과 같은 방법을 사용하여 동시에 패터닝되고 식각된다. 층들(340 및 350)의 패터닝 및 식각 후에, 희생층이 미소거울 장치를 자유롭게 하기 위하여 식각에 의하여 제거된다.
미소거울 판을 희생층으로부터 자유롭게 하기 위한 식각(이하 해방 식각이라 함)은 희생층의 자발적인 화학적 식각, 바람직하게는 (물리적이 아닌)화학적으로 희생층을 제거하는 등방성 식각이 가능한 식각 가스를 사용한다. 그러한 화학적 식각 및 이러한 화학적 식각을 수행하기 위한 장치가 파텔(Patel) 외에 의하여 1999년 10월 26일에 출원된 미국특허출원 09/427,841 및 파텔 외에 의하여 2000년 8월 28일에 출원된 미국특허출원 09/649,569에 개시되어 있다. 해방 식각을 위한 바람직한 식각 물질은 온도의 선택적 적용을 제외하고, 활성화되지 않는 가스상(像)의 플루오르화 식각 물질들이다. 예들은 HF 가스, 플루오르화크세논과 같은 비활성 가스 할로겐화물 및 IF5, BrCl3, BrF3 IF7 및 CIF3와 같은 할로겐간화합물을 포함한다. 해당 식각은 N2 또는 불활성 가스(Ar, Xe, He 등)와 같은 추가적 가스 성분으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 남은 희생 물질이 제거되고 초정밀 구조가 자유롭게 된다. 이러한 실시예의 일 측면에 따르면, XeF2가 희석제(예를 들면, N2 및 He)와 함께 식각 챔버(chamber)에 제공된다. XeF2의 농도는 비록 1토르(Torr) 내지 30 토르 사이에서 변화할 수 있으며 더 높을 수 있으나, 바람직하게는 8 토르이다. 이 비-플라즈마 식각은 온도, 식각 물질 농도, 압력, 제거될 희생층의 양 또는 다른 요소들에 따라 그 시간이 60 내지 5000초 사이에서 다양하게 변할 수 있지만, 바람직하게는 900초 동안 적용된다. 식각율은 비록 1Å/s/Torr 내지 100Å/s/Torr 사이에서 다양하게 변할 수 있지만, 18Å/s/Torr에서 항상 유지되는 것이 바람직하다.
마지막 희생층 식각 뿐만 아니라 중간 식각 단계에서의 사용을 위해 위에서 언급되었던 식각 물질과 식각 방법 외에도, 각자 사용되거나 조합하여 사용될 수 있는 다른 식각 물질 및 방법이 있다. 이들 중 일부는 ACT, KOH, TMAH, HF(액체), 산소 플라즈마, SCCO2, 또는 초임계 CO2(식각 물질로 초임계 CO의 사용은 여기에 참조로 인용된 미국특허출원 10/167,272에 개시되어 있다) 같은 습식 식각이다. 물론, 선택된 식각 물질과 방법은 제거될 희생 물질 및 뒤에 남겨질 물질과 조화되어야 한다.
새롭고 유용한 공간 광 변조기가 여기에 설명되고 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 사항이다. 그러나, 본 발명의 원리가 응용될 수 있는 많은 가능한 실시예의 관점에서, 도면과 함께 설명된 실시예는 단지 설명을 위한 것을 뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아님이 인식되어야 한다. 예를 들면, 설명된 실시예가 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 배열 및 상세한 구성이 수정될 수 있음은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다. 특별히, 미소거울 판 층(300; 도 6b에 도시된 바와 같이 301, 303, 305 및 307의 층들로 이루어질 수 있다), 힌지 지지층(340 및 350), 힌지층(360)과 같은 구조층들의 각 층들은 적어도 하나의 층이 전기적으로 도전성을 띠고 미소거울에 전기 접촉을 제공하는 한, 전기적 도전성을 가지거나 또는 전기적 절연성을 가지는 하나 이상의 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 다른 예에 있어서, 샌디아(Sandia) SUMMiT 공정(구조층을 위하여 폴리실리콘 사용) 또는 크로노스(Cronos) MUMPS 공정(이것 또한 구조층을 위하여 폴리실리콘 사용)이 본 발명에 사용될 수 있다. 또한, 예를 들면, 머레가니(Mehregany) 외, 고체 박막, v.355-356, pp. 528-524, 1999에 개시된 MUSiC 공정(구조층을 위하여 다결정 SiC를 사용)과 같이, MOSIS 공정(AMI ABN-1.5㎛ CMOS 공정)이 본 발명을 위하여 적용될 수 있다.
또한, 여기에 개시된 희생층 및 식각 물질은 단지 예일 뿐이다. 예를 들면, 이산화규소 희생층이 사용될 수 있으며 HF(또는 HF/HCl)로 제거될 수 있고, 또는 실리콘 희생층은 ClF3 또는 BrF3로 제거될 수 있다. 또한 PSG 희생층은 완충처리된 HF로 제거될 수 있고, 또는 폴리이미드와 같은 유기 희생층은 건조 플라즈마 산소 희생층 식각 단계에서 제거될 수 있다. 물론 식각 물질과 희생 물질은 사용되는 구조 물질에 따라 선택되어야 한다. 또한, PVD 및 CVD가 위에서 언급되었으나, 회전코팅(spin-on), 스퍼터링, 플라즈마 산화 피막화(anodization), 산화, 전기도금, 증발 탈수법(evaporation)을 포함하는 다른 박막 증착 방법이 층들을 증착하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 여기에 설명된 발명은 다음에 오는 청구범위 및 그것의 균등 범위 내에서 유추할 수 있는 모든 실시예를 포함한다.
발명의 상세한 설명에 포함되어 있음.

Claims (31)

  1. 미소거울 배열을 포함하는 공간 광 변조기에 있어서, 각 미소거울은,
    힌지; 및
    기판 위에 상기 힌지를 통하여 고정된 미소거울 판을 포함하되,
    상기 미소거울 판은 상기 힌지로부터 떨어진 평면에 배치되고, 미소거울 판을 가로지르는 대각선을 가지며, 상기 미소거울 판은 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어져 상기 미소거울 판과 평행한 회전축을 따라 회전할 수 있도록 상기 힌지에 부착되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  2. 기판 위에 미소거울 배열을 포함하는 공간 광 변조기에 있어서, 각 미소거울은,
    두 개의 기둥;
    힌지; 및
    상기 힌지 및 상기 두 개의 기둥을 통하여 상기 기판 위에 부착된 미소거울 판을 포함하되,
    상기 미소거울 판은 상기 힌지로부터 떨어진 평면에 배치되고, 상기 미소거울 판을 가로지르는 대각선을 가지며, 상기 미소거울 판이 상기 두 개의 기둥 사이의 직선을 따라 있지 않는 점에서 상기 힌지에 부착되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힌지는 비틀림 힌지이고, 상기 미소거울 판은 상기 비틀림 힌지의 위치에 대응하는 회전축을 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판은 상기 힌지를 상기 기판에 연결시키는 하나 이상의 기둥에 의하여 기판에 고정되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 힌지의 상기 미소거울 판에의 부착점은 상기 미소거울 판의 대각선을 따라 있지 않는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힌지는 상기 미소거울 판과 상기 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 미소거울의 온 상태는 미소거울로부터의 빛이 투사된 이미지에서 픽셀로 타겟에 보여질 수 있도록 상기 미소거울의 회전이 멈춰지는 점으로 정의되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미소거울은 온 상태에서 상기 미소거울 판의 회전이 방지되도록 기판 또는 기판에 패터닝 된 구조에 대하여 접하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  9. 제7항에 있어서, 각 미소거울은 힌지를 기판에 연결시키기 위한 지지 기둥 및 미소거울 판의 회전을 방지하기 위하여 상기 지지 기둥에 의하여 돌출 고정된 멈춤 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 힌지는 상기 미소거울 판을 상기 기판에 회전 가능하도록 고정하는 힌지 지지 구조의 일부이며,
    상기 힌지 지지 구조는 미소거울 판이 정전기적으로 편향되지 않는 경우 층들 사이의 응력 차로 인하여 휨 상태를 가지는 다층 구조인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 미소거울은 상기 힌지를 상기 기판에 고정시키기 위한 지지 기둥 및 상기 미소거울 판의 회전을 저지하기 위하여 상기 지지 기둥에 의하여 돌출 고정된 멈춤 구조를 포함하되,
    상기 미소거울은 온 상태에서 상기 멈춤 구조에 충돌하고, 상기 미소거울 판은 실제적으로 대각선을 가진 사각형의 판이며, 상기 힌지는 상기 대각선으로부터 적어도 0.5㎛ 떨어진 점에서 상기 미소거울 판에 부착되고, 상기 힌지는 상기 미소거울 판으로부터 적어도 0.1㎛의 간격으로 떨어진 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 가시 광선을 통과시킬 수 있는 기판인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 유리 또는 수정기판인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  14. 제12항에 있어서, 상기 미소거울들을 정전기적으로 편향시키기 위하여 전극들 및 회로소자들을 구비한 제2 기판이 가시광선을 통과시키는 상기 기판에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판은 실제적으로 정사각형인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판은 실제적으로 마름모 형상인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판은 실제적으로 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판은 실제적으로 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 힌지는 비틀림 힌지이고 상기 미소거울 판은 상기 비틀림 힌지의 위치에 대응하는 회전축을 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전축은 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 0.5㎛ 이상 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 회전축은 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 1.0㎛ 이상 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 회전축은 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 2.0㎛ 이상 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  23. 제13항에 있어서, 상기 기판의 표면은 반사 방지막으로 덮여지는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판과 상기 힌지의 부착점은 상기 대각선 길이의 1/40-1/3 거리에서 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어진 점에 위치하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  25. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미소거울 판과 상기 힌지의 부착점은 상기 대각선 길이의 1/20-1/4 거리에서 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어진 점에 위치하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 미소거울은 상기 힌지를 상기 기판에 연결시키기 위한 지지 기둥 및 상기 미소거울 판의 회전을 저지하기 위하여 지지 기둥에 의하여 돌출 고정된 멈춤 구조를 포함하되,
    상기 미소거울은 온 상태에서 상기 멈춤 구조에 충돌하고, 상기 미소거울 판은 실제적으로 대각선을 가진 네 변의 판이며, 상기 힌지는 상기 대각선으로부터 적어도 0.5㎛ 떨어진 점에서 상기 미소거울 판에 부착되고, 상기 힌지는 상기 미소거울 판으로부터 적어도 0.1㎛의 간격으로 떨어진 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  27. 광원;
    앞선 청구항들의 임의의 공간 광 변조기;
    상기 광원으로부터의 빛이 미소거울 배열에 초점이 모아지도록 하는 수렴기;
    상기 미소거울 배열로부터 선택적으로 반사된 빛을 투사시키기 위한 투사기; 및
    상기 미소거울 배열에서 미소거울들을 선택적으로 활성화시키기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 시스템.
  28. 기판을 제공하는 단계;
    제1 희생층을 증착하는 단계;
    입사광을 반사시키기 위한 미소거울 판을 형성하는 단계;
    제2 희생층을 증착하는 단계;
    상기 미소거울 판을 상기 기판에 연결시키기 위하여 힌지 구조를 형성하는 단계; 및
    상기 희생층들을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 미소거울 판은 대각선을 가지고, 상기 힌지 구조는 상기 대각선을 따라 있지 않는 점에서 상기 미소거울 판에 부착되도록 기판 위에 형성되고, 상기 힌지 구조는 상기 미소거울 판이 상기 미소거울 판의 대각선으로부터 떨어져 평행한 회전축의 수단에 의하여 회전하도록 상기 기판 위에 상기 미소거울 판을 고정하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기 제조 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 기판까지 관통하는 두 개의 비아(via) 및 상기 미소거울 판까지 관통하는 하나의 비아를 형성하고, 상기 세 개의 비아가 삼각형을 형성하도록 희생층을 패터닝 하는 단계; 및
    상기 세 개의 비아에 형성된 기둥 및 미소거울 판과 기판을 연결하기 위하여 그 사이에 배치된 힌지 구조로 이루어지는 힌지 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기 제조 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 기판에 상기 미소거울 판을 연결시키기 위하여 제2 희생층 위에 힌지 구조를 형성하는 단계-상기 힌지 구조의 형성은 고유 양의 인장 응력을 갖는 제1 희생층을 증착하는 단계, 및 고유한 음의 압축 응력을 갖는 제2 희생층을 증착시키는 단계로 이루어짐-; 및
    상기 고유한 응력차에 의하여 제1 및 제2 희생층 자연 상태에서 휘어지도록, 그래서 상기 미소거울 판이 상기 힌지 구조에 의하여 상기 기판과 평행하지 않은 위치에 고정되도록 상기 제1 및 제2 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기 제조 방법.
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