專利名稱：具有垂直鉸鏈結(jié)構(gòu)的微鏡面器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特殊的用于調(diào)制光的光調(diào)制器，具體而言是一個(gè)由鏡面組成的 器件，器件特征為該鏡面由一個(gè)鉸鏈支撐，并受一個(gè)電極控制。本發(fā)明同時(shí)也與這 種鏡面器件的生產(chǎn)方法及包含這種鏡面器件的投影設(shè)備有關(guān)。
背景技術(shù)：
盡管近年來在使用機(jī)電鏡面器件制作空間光調(diào)制器(SLM)方面取得了顯著的 進(jìn)展，但要將其應(yīng)用于提供高質(zhì)量畫面仍有一些局限性和困難。特別是，當(dāng)圖像受 數(shù)字信號控制時(shí)，會由于灰度等級足夠而導(dǎo)致圖像不能顯示，使得圖像質(zhì)量反而受 到影響。
機(jī)電鏡面器件的一個(gè)相當(dāng)大的熱點(diǎn)在于空間光調(diào)制器(SLM)。該機(jī)電鏡面器 件由安放有大量鏡面單元的"鏡面陣列"組成。 一般來說，鏡面單元的數(shù)量在 60， 000片到幾百萬片，它們被排列在機(jī)電鏡面器件的襯底表面。
如圖1A所示，是一個(gè)在美國專利No. 5,214,420中已經(jīng)公開的包含屏幕2的 圖像顯示系統(tǒng)1。光源10用于產(chǎn)生光能以照亮屏幕2。所產(chǎn)生的光束9被進(jìn)一步聚 集并通過鏡面11直射向透鏡12。透鏡12， 13， 14形成光束聚焦器，將光束9聚 焦到光束8的位置上?？臻g光調(diào)制器(SLM) 15通過總線18受電腦19輸入的數(shù)據(jù) 控制，而且選擇性地將部分光線從路徑7指向放大鏡5并最終顯示在屏幕2上。SLM 15包含一個(gè)鏡面陣列，該陣列由可開關(guān)的反射單元17， 27， 37和47組成，反射 單元均由通過鉸鏈30連接到機(jī)電鏡面器件襯底表面16的鏡面33組成，如圖1B所 示，當(dāng)單元17處于一個(gè)位置時(shí)，從路徑7射出的一部分光沿路徑6指向透鏡5，這一路徑的光被放大或是沿著路徑4投射在屏幕2上，從而形成一個(gè)照明像素3。 當(dāng)單元17處于另一個(gè)位置時(shí)，光束就不會打到屏幕2上，因此像素3就是暗的。
每一個(gè)組成鏡面器件的鏡面單元都具有空間光調(diào)制器(SLM)的功能，并且每 一個(gè)鏡面單元都由一面鏡面和電極構(gòu)成。加在電極上的電壓產(chǎn)生了鏡面和電極間的
庫倫力，因此使控制和傾斜鏡面成為可能。根據(jù)本文描述鏡面單元操作狀態(tài)的通用 術(shù)語，即鏡面是"偏轉(zhuǎn)的"。
當(dāng)加在電極上的電壓使鏡面發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，偏轉(zhuǎn)的鏡面也通過反射入射光改變了 反射光的方向。反射光的方向因偏轉(zhuǎn)角的改變而改變。本文定義當(dāng)入射光幾乎完全 被反射到為圖像顯示設(shè)定的投影路徑時(shí)，此時(shí)鏡面狀態(tài)為"ON light"，定義光被 反射到為圖像顯示設(shè)定的投影路徑以外的其它方向時(shí)，鏡面狀態(tài)為"OFF light"。
如果反射到投射路徑的光(如開態(tài))與沒有反射進(jìn)投射路徑的光(如關(guān)態(tài))的 比值為一特定值，即反射到投影路徑上的光量少于開態(tài)時(shí)，鏡面狀態(tài)為"中間態(tài)"。
本文定義沿順時(shí)針方向(CW)的旋轉(zhuǎn)角度為正(+ )，沿逆時(shí)針方向(CCW)的 旋轉(zhuǎn)角度為負(fù)(一)，當(dāng)鏡面位于初始狀態(tài)時(shí)，偏轉(zhuǎn)角定義為零度(0° )，以此 作為鏡面偏轉(zhuǎn)角度的參考。
如美國專利No. 5，214,420所介紹的裝置一樣，大部分傳統(tǒng)的圖像顯示裝置實(shí)
現(xiàn)了雙態(tài)鏡面控制，每個(gè)狀態(tài)分別代表開或關(guān)。圖像顯示的質(zhì)量受灰度等級限制的 影響，具體地說，在使用P麗(脈寬調(diào)制)的傳統(tǒng)控制電路中，圖像的質(zhì)量受到了 LSB(最低有效位)的限制，以及最小脈沖寬度作為開或關(guān)控制的限制。由于鏡面的 狀態(tài)要么是開，要么是關(guān)，傳統(tǒng)的圖像投影裝置無法提供一個(gè)比基于最低有效位的 持久控制更短的脈沖寬度。決定灰度級的最小光量是基于最小脈寬的持續(xù)時(shí)間內(nèi)反 射的光量?；叶鹊燃壍南拗茖?dǎo)致了圖像質(zhì)量的降低。
具體而言，圖1C給出了美國專利5285407中一個(gè)典型的鏡面單元控制電路， 該控制電路包含一個(gè)存儲單元32。每個(gè)晶體管都標(biāo)記為"M*"，其中"*"為晶體 管編號，所有晶體管均為絕緣柵場效應(yīng)晶體管。M5、 M7為p溝道晶體管；M6、 M8、 M9為n溝道晶體管。電容C1、 C2代表存儲單元32中的容性負(fù)載。存儲單元32包 含一個(gè)存取開關(guān)晶體管M9和一個(gè)基于SRAM設(shè)計(jì)的鎖存器32a。連接到行線的M9 通過位線接收數(shù)據(jù)信號。當(dāng)M9從字線上收到行信號后呈導(dǎo)通狀態(tài)，使存儲單元32 中的數(shù)據(jù)可以被讀取。鎖存器32a由兩個(gè)交叉耦合的反相器M5/M6和M7/M8組成。
這兩個(gè)反相器能夠提供兩種穩(wěn)態(tài)狀態(tài)l:節(jié)點(diǎn)A為高電位，節(jié)點(diǎn)B為低電位；狀
態(tài)2:節(jié)點(diǎn)A為低電位，節(jié)點(diǎn)B為高電位。
鏡面是由兩相鄰定位電極之間的電壓驅(qū)動的，并且在電極上有一預(yù)定的偏轉(zhuǎn) 角。在定位電極的一部分上形成一塊彈性"著陸片"，使定位電極與鏡面相接觸， 當(dāng)鏡面偏轉(zhuǎn)開啟時(shí)，使鏡面向相反的方向偏轉(zhuǎn)。著陸片與定位電極設(shè)計(jì)成相同的電位，從而避免定位電極接觸鏡面造成短路。
制備在襯底上的鏡面呈方形或矩形，邊長10至15微米不等。在這樣的布局下， 相鄰鏡面間的空隙不可避免地產(chǎn)生反射光，無法用于圖像的顯示。鏡面間隙的反射 而不是鏡面本身的反射弱化了相鄰鏡面產(chǎn)生顯示圖像的對比度，從而導(dǎo)致圖像顯示 質(zhì)量的降低。為了克服這樣的問題，可以使用版圖技術(shù)把鏡面排列在半導(dǎo)體襯底上， 使鏡面間隙減到最小。鏡面器件通常設(shè)計(jì)成包含適合數(shù)量鏡面單元的陣列，每個(gè)單
元作為一個(gè)偏轉(zhuǎn)微鏡面顯示圖像中的一個(gè)像素。按照視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會制定的VESE 標(biāo)準(zhǔn)，用于圖像顯示的單元數(shù)需與顯示分辨率一致，或與電視廣播標(biāo)準(zhǔn)相一致。當(dāng) 裝置的鏡面單元數(shù)量符合VESA標(biāo)準(zhǔn)中的WXGA (分辨率為1280x768)時(shí)，鏡面間 距為10微米，鏡面陣列的對角線長度為0. 6英尺。
圖1C中的控制電路控制微鏡面在兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，同時(shí)驅(qū)動鏡面在開態(tài)或
關(guān)態(tài)的偏轉(zhuǎn)角度(或位置)間振蕩。
每個(gè)鏡面單元反射的用于圖像顯示的最低可控光量，如數(shù)控圖像顯示設(shè)備中圖
像的灰度分辨率，是由鏡面可受控維持在"開態(tài)"位置的最短時(shí)間所決定的。每一 個(gè)鏡面可以維持在"開態(tài)"位置的最短時(shí)間由多位字依次控制。圖1D顯示了四位 字控制下SLM的二進(jìn)制時(shí)間周期。正如圖1D所示，時(shí)間周期有l(wèi)、 2、 4、 8四個(gè)相 對值，它們依次決定著每一位字的相對光通量。其中"1"為最低有效位(LSB)， "8" 為最高有效位(MSB)。在P觀控制機(jī)制下，決定灰度分辨率的最小光量就是受"最 低有效位"控制，在最短可控時(shí)間內(nèi)將鏡面保持在開態(tài)時(shí)的亮度。
舉個(gè)簡單的例子，用n位字控制的灰度， 一幀時(shí)間被分為(2n-l)個(gè)相等的時(shí) 間段。如果一幀時(shí)間是16.7毫秒的話，每一時(shí)間段就是16.7/ (2n-1)毫秒。
為每一幀圖像的每一像素設(shè)置時(shí)長，像素上的光量為"0"時(shí)段設(shè)定為黑(即 沒有光量)，"1"時(shí)為LSB代表的光量，15時(shí)(n=4)為亮度最大時(shí)的光量?；?于上述設(shè)定，鏡面在幀周期內(nèi)處于開啟狀態(tài)的時(shí)間是由每個(gè)像素決定的。因此，每 個(gè)設(shè)有比"0"時(shí)段長的特定值的像素在鏡面開啟時(shí)能顯示在屏幕上，這時(shí)時(shí)段的 數(shù)值與在一幀內(nèi)的光量相關(guān)。觀眾的眼睛結(jié)合了每一像素的亮度，這時(shí)，圖像顯示 就好像是以光的模擬方式控制形成的。
為了控制偏轉(zhuǎn)鏡面器件，脈寬調(diào)制要求數(shù)據(jù)以"位面"的格式存取，每一位面 與光量相關(guān)。因此，當(dāng)每一像素的亮度由n-位數(shù)值來表示時(shí)，每幀數(shù)據(jù)都有n-位 面。這樣，每個(gè)位面與對應(yīng)每個(gè)鏡面單元都有"0"或"1"值。在前面提到的脈寬 調(diào)制中，每個(gè)位面獨(dú)立加載，鏡面單元由一幀中對應(yīng)的位面值來控制。例如，每個(gè) 像素中代表最低有效位的位面顯示為"1"。
當(dāng)相鄰圖像像素用由于光量差別很大而非常粗糙的灰度來顯示時(shí)，相鄰像素間 產(chǎn)生偽像，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的降低。圖像的亮區(qū)尤其會產(chǎn)生這種圖像質(zhì)量下降的現(xiàn)象，因?yàn)檫@時(shí)灰度差距很大，即相鄰圖像像素間的光量相差很大。偽像是由于數(shù) 控圖像不能獲得足夠灰度等級，即光量等級而引起的。
鏡面處于開態(tài)或關(guān)態(tài)的位置，顯示圖像的光量是由每個(gè)鏡面處于開態(tài)位置的時(shí) 長來決定的。為了提高光量等級，必須提高鏡面的開關(guān)速度。因此，數(shù)控信號需要 有更多的位。然而，當(dāng)鏡面偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換速度提高時(shí)，支撐鏡面的鉸鏈需要更牢固以 維持所需的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)。為了驅(qū)動加固鉸鏈支撐的鏡面，需要在電極上加上
一個(gè)更高的電壓，這一電壓可能超過20伏，甚至達(dá)到30伏。使用CMOS技術(shù)制造 的鏡面并不適合做作在如此高的電壓下，因此可采用DMOS技術(shù)制作的鏡面。為了 更好的控制灰度，DMOS鏡面的制造使用了更為復(fù)雜的工藝和更大的器件面積。于 是傳統(tǒng)的鏡控制面臨這樣一個(gè)技術(shù)難題，那就是灰度的精度和可控電壓范圍不得不 為得到體積更小的圖像投影裝置而作出犧牲。
目前有許多關(guān)于光量控制的專利，如美國專利5,589,852、 6,232,963、 6， 592， 227、 6， 648476和6, 819， 064。根據(jù)光源的不同還有更多的專利和專利申請。 包括美國專利5， 442， 414、6， 036， 318和申請專利20030147052。美國專利6， 746， 123 采用了防止光損耗的特殊偏振光源。然而，這些專利或?qū)＠暾埗紱]有提供在數(shù)控 圖像顯示系統(tǒng)中獲得足夠的灰度等級的有效解決方法。
另外，還有很多關(guān)于空間光調(diào)制的專利，如美國專利2， 025， 143、 2， 682, 010、 2， 681, 423、4， 087， 810、4， 292， 732、4， 405， 209、4， 454， 541、 4， 592， 628、4， 767, 192、 4， 842， 396、 4， 907， 862、 5, 214， 420、 5, 287， 096、 5, 506， 597和5， 489， 952。然而， 這些專利并沒有為熟練操作人員提供克服上述限制和技術(shù)難題的直接解決方案。
鑒于上述問題，美國專利申請20050190429采用了制鏡面偏轉(zhuǎn)角的方法來達(dá)到 圖像更高的灰度等級。在這項(xiàng)專利中，鏡面在振蕩期間獲得的光量為處于開態(tài)時(shí)的 20%至[]37% 。
根據(jù)這樣的控制，就沒有必要高速驅(qū)動鏡面。同時(shí)，使用低彈性的支撐鉸鏈來 提供更高的灰度等級也成為可能。因此，該控制可以減小施加到電極上的電壓。
上述使用鏡面器件的圖像投影裝置大致可分為兩類一類是只由單個(gè)空間光調(diào) 制器實(shí)現(xiàn)的單片圖像投影裝置；另一類是由多個(gè)空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的多片圖像投影 裝置。在單片圖像投影裝置中，通過輪流改變色彩來顯示彩色圖像，即隨時(shí)間改變 的投射光的頻率和波長。在多片圖像投影裝置中，通過允許空間光調(diào)制器對應(yīng)不同 色彩、即不同頻率或波長的光束來實(shí)現(xiàn)彩色圖像的顯示。
近來，投影裝置業(yè)界要求像全高清(Full HD: 1920X1080像素)這樣的高分 辨率。這推動了更高分辨率顯示的設(shè)計(jì)和發(fā)展。
在此類投影裝置中使用的鏡面器件是由一個(gè)排列有一至兩百萬鏡面單元的二 維陣列構(gòu)成的。普通鏡面器件中鏡面單元的尺寸大約是11平方微米，用于驅(qū)動鏡面的存儲單
元CMOS電路中布線規(guī)則為0. 25微米。鏡面的控制由設(shè)定存儲單元電壓或鏡面驅(qū)動 電壓控制，該電壓高于20伏。這樣的鏡面由彈性鉸鏈支撐。
用于全高清(Full HD)的常用鏡面器件對角線尺寸為24. 13毫米(O. 95英尺)， 鏡面間距為11微米。具有擴(kuò)展圖形陣列(XGA)尺寸的鏡面器件對角線為17. 78毫 米(0.7英尺)，鏡面間距是14微米。
圖2顯示了鏡面器件的斜視圖。在襯底的二維空間中，通過鏡面的偏轉(zhuǎn)，鏡面 單元控制了反射方。
圖2所示鏡面器件200由許多鏡面單元排列而成，每一個(gè)鏡面單元300由電極 (未畫出)、彈性鉸鏈(未畫出)和由鉸鏈支撐的鏡面組成，在二維空間中，沿 303的邊長方向和對角方向均勻排布。圖2展示了具有多單元排列的情況，鏡面302 在303襯底上沿邊長方向和對角方向的間距保持不變。鏡面單元300中的鏡面302 由襯底303的定位電極上的電壓控制。
鏡面302的偏轉(zhuǎn)軸201用虛線畫出，從光源301發(fā)出的光入射到鏡面302上以 與偏轉(zhuǎn)軸201垂直正交或呈對角。
注意本說明將相鄰鏡面302的偏轉(zhuǎn)軸間距離稱為間距，而將某鏡面和相鄰鏡 面302邊緣之間的距離稱為間隙。
下面將通過分析一個(gè)鏡面單元300的剖面線I1-II來闡述如圖2所示鏡面器件 200中的描述鏡面單元300的操作。
圖3A和3B是如圖2所示鏡面器件的鏡面單元沿線I1-II的剖面圖。
一個(gè)鏡面單元300由鏡面302、支撐鏡面302的彈性鉸鏈304、定位電極307a 和307b以及包含有第一和第二兩個(gè)存儲單元組成，這兩個(gè)存儲單元分別為定位電 極307a和307b提供電壓以達(dá)到在所需偏轉(zhuǎn)態(tài)下控制鏡面302的目的。每個(gè)存儲單 元的驅(qū)動電路集成在襯底303中。這樣，對每個(gè)基于圖像數(shù)據(jù)的存儲單元的控制使 得控制鏡面302的偏轉(zhuǎn)角、調(diào)制和反射入射光成為可能。
圖3A通過偏轉(zhuǎn)鏡面的方法將入射光反射到投影光學(xué)系統(tǒng)的鏡面單元剖面圖。
圖3A顯示了當(dāng)加到定位電極307a上的電壓為0伏，307b上的電壓為Va伏， 即信號為(0， 1)時(shí)的情況。鏡面302受庫倫力作用，從水平態(tài)向施加電壓Va的 定位電極307b的方向偏轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致鏡面302將入射光反射到投影光學(xué)系統(tǒng)。(這 時(shí)稱為"開態(tài)")注意電極303上有一絕緣層306，鉸鏈電極305連接到彈性鉸 鏈304上，通過在絕緣層306中的通孔接地。
圖3B是鏡面偏轉(zhuǎn)不將入射光反射到投影光學(xué)系統(tǒng)時(shí)鏡面單元的剖面圖。
當(dāng)加到定位電極307a上的電壓為Va伏，307b上電壓為0伏，即信號為(1， 0)時(shí)，鏡面302受庫倫力的作用，從水平態(tài)向施加電壓Va的定位電極307a方向到投影光學(xué)系統(tǒng)以外(這時(shí)稱為"關(guān)態(tài)")。
順便提到，鏡面302和定位電極307a或307b間的庫倫力的表達(dá)式如下 F=k， e SV2 / 2h2 …(1);
其中S是定位電極307a或307b的面積，h是鏡面302到定位電極307a或307b 之間的距離，e是鏡面302和定位電極307a或307b間的介電常數(shù)，V是施加到307a 或307b上的電壓，k，是一修正系數(shù)。
圖4是圖2所示襯底上每個(gè)鏡面單元的工作情況剖面圖。
如圖3A和3B所示，對處于開態(tài)或關(guān)態(tài)的每個(gè)鏡面單元300進(jìn)行獨(dú)立操作，控 制了入射光的反射方向。這里，入射到鏡面302邊緣的光反射后被分散到與預(yù)期不 同的方向。入射到相鄰鏡面302間隙的光由襯底303反射，因此產(chǎn)生一束無關(guān)的反 射光。
同時(shí)，被入射光照亮的鏡面302在垂直于其邊沿的的方向產(chǎn)生衍射光。如果這 些光和無關(guān)的衍射光進(jìn)入投影裝置的透鏡中，圖像的對比度就會降低。
上述鏡面期間200中鏡面單元300的鏡面302描述了一部分鏡面302的特性。
美國專利6， 128， 121就是一個(gè)例子，該專利介紹了一個(gè)在鏡面支撐層中央具有 窗口并在其上涂覆反射層的鏡面。
但是，這種在支撐層中央有窗口的鏡面302允許開口反射層附近有一小的階 梯。這一階梯將從鏡面302中央產(chǎn)生無關(guān)的衍射光。進(jìn)入投影透鏡309的衍射光導(dǎo) 致圖像對比度降低。
圖5為一個(gè)在鏡面支撐層中央具有窗口并在其上涂覆反射層的鏡面。注意為 了強(qiáng)調(diào)中央反射層上的階梯552，特意勾勒了邊緣。
在鏡面302開口附近的階梯552上，從光源301發(fā)出的光551產(chǎn)生了衍射光 553，光的方向垂直于與開口處階梯522上的入射光的垂直的邊。入射到投影透鏡 的衍射光553降低了圖像對比度，因此，鏡面的設(shè)計(jì)必須考慮衍射光553的影響。
上述的鏡面器件的制造工藝與半導(dǎo)體制造工藝類似。制造工藝主要包括化學(xué)氣 相淀積(CVD)、光刻、刻蝕、摻雜和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等。
下面，為了使投影裝置的分辨率更高，必須增加鏡面單元的數(shù)量，這就要求鏡 面單元的鏡面尺寸小型化。如果不進(jìn)行鏡面尺寸的小型化就會增加與鏡面單元數(shù)成 正比的鏡面陣列的尺寸，從而增大整個(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，導(dǎo)致投影裝置的體積變大。 因此，解決這一問題并同時(shí)提高分辨率的重要挑戰(zhàn)就是使鏡面尺寸小型化。
鏡面尺寸小型化同時(shí)要求存儲單元和鏡面下結(jié)構(gòu)尺寸的小型化，為使存儲單元 尺寸縮小，MOS電路的布線規(guī)則也要相應(yīng)減小。 一旦布線實(shí)現(xiàn)小型化，場效應(yīng)管的 工作電壓和控制鏡面偏轉(zhuǎn)的單個(gè)電極上的電壓也會降低。如果沒有通過提升彈性鉸 鏈來控制鏡面偏轉(zhuǎn)，需要加大施加到電極上的電壓以控制鏡面的偏轉(zhuǎn)。因此，引入的問題在于需要提高襯底上電路上的參數(shù)(如晶體管的耐受電壓，DRAM電容器的 電容等)。為了解決這一問題，彈性鉸鏈也需要小型化。但是，鉸鏈與鏡面相比薄 而且小，必須考慮重復(fù)使用的耐用性、支撐鏡面和在環(huán)境和溫度的變化中的耐用性， 從而為彈性鉸鏈的小型化帶來許多困難。
同時(shí)，彈性鉸鏈回復(fù)力的增強(qiáng)使得提高鏡面偏轉(zhuǎn)速度成為可能，更快的偏轉(zhuǎn)控 制使得光量度可以得到微調(diào)而且可以獲得更高的圖像灰度等級。然而，為了增大回 復(fù)力而增強(qiáng)鉸鏈(如增大鉸鏈厚度)需要增大施加到電極上的電壓，因此也要求其 面積的增大。鑒于此，彈性鉸鏈通常要放在鏡面的中央，這限制了鏡面單元的設(shè)計(jì)， 如電極的形狀和表面積，因此在擴(kuò)大電極面積上存在阻礙。
下面列舉了關(guān)于制作鏡面器件的傳統(tǒng)鏡面器件結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)的參考專利文獻(xiàn)。
美國專利No. 5,214,420:該文獻(xiàn)描述了鏡面器件的結(jié)構(gòu)。 美國專利No. 5,936,760:該文獻(xiàn)描述了通過在犧牲層上打孔的方法來安裝鉸 鏈的鏡面器件。
美國專利No. 6， 929， 969、 No. 5， 083， 857、 No. 5， 526， 951和No. 20020024641:
這些文獻(xiàn)描述了鏡面器件的制造方法。
美國專利Nos. 5,673,139和7,233,428:這兩個(gè)專利描述了鏡面單元中垂直 鉸鏈的結(jié)構(gòu)。
美國專利No. 6,735,008:該文獻(xiàn)描述了裝有垂直鉸鏈的鏡面器件。 美國專利No. 6， 552, 840:該文獻(xiàn)描述了電極表面配備一個(gè)階梯的鏡面器件。 美國專利No. 5,504,614:該文獻(xiàn)描述了在制備鏡面設(shè)備時(shí)用離子注入方法來 制造鉸鏈層的方法。
美國專利No. 4,566,935:該文獻(xiàn)描述了制造鏡面器件時(shí)，去除犧牲層的方法。 美國專利No. 6,942,811和No. 6,800,210:這兩個(gè)文獻(xiàn)描述了在制備鏡面設(shè) 備時(shí)的刻蝕方法。
美國專利No. 5， 817， 569， No. 6,900,072， No. 6， 686， 291和No. 6,787,187:
這些文檔描述了在制備鏡面設(shè)備時(shí)的劃片方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制造能夠克服上述難題的由鏡面單元構(gòu)成的鏡面器件。還另一 個(gè)目的是提供含有這種鏡面器件的投影裝置。
本發(fā)明的第一方面是提供一個(gè)鏡面期間，它包括襯底上的多電極，至少連接一 個(gè)電極的鉸鏈和與鉸鏈相連、至少與一個(gè)電極相關(guān)的鏡面。在鉸鏈和鏡面之間和/ 或鉸鏈和電極之間有一阻擋層。本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一個(gè)投影裝置，它包括 一個(gè)由許多鏡面單元組成 的用于反射從光源發(fā)出光線的鏡面器件； 一個(gè)用來投影鏡面器件反射出來光的投影 光學(xué)系統(tǒng)，該裝置包含一個(gè)鏡面、 一個(gè)支撐鉸鏈、 一個(gè)支撐鉸鏈的襯底、 一個(gè)裝在 襯底內(nèi)部并與鉸鏈導(dǎo)通的電極、 一個(gè)含有襯底內(nèi)部電容的控制電路和一個(gè)連接到控 制電路的電極。
本發(fā)明的第三個(gè)方面是提供一種鏡面器件的制造方法，包括下列步驟在襯底 上形成電路并布線；形成連接布線和電路的電極；在襯底和電極表面形成犧牲層； 從犧牲層表面朝電極方向打孔，在犧牲層中通孔中形成鉸鏈層；通過掩膜版刻蝕鉸 鏈層；在已蝕刻的鉸鏈層上形成阻擋層；通過化學(xué)氣相淀積(CVD)在鏡面上形成 保護(hù)層。
圖1A展示了微鏡面器件的投影顯示基本原理；
圖1B展示了用于投影顯示的微鏡面器件的基本原理；
圖1C給出了一個(gè)早前的驅(qū)動電路的例子；
圖1D顯示了用于產(chǎn)生灰度的傳統(tǒng)數(shù)字微鏡面的二進(jìn)制脈寬調(diào)制(Binary P麗) 機(jī)制；
圖2為鏡面器件沿對角排列示意圖，在二維襯底上，鏡面單元通過偏轉(zhuǎn)鏡面控 制入射光的反射方向；
圖3A為通過鏡面偏轉(zhuǎn)將入射光反射到投影光學(xué)系統(tǒng)的鏡面單元剖面圖； 圖3B為通過鏡偏轉(zhuǎn)將入射光反射到投影光學(xué)系統(tǒng)外的鏡面單元剖面圖； 圖4為圖2所示襯底上每個(gè)鏡面單元的工作情況剖面圖； 圖5為一個(gè)在鏡面支撐層中央具有窗口并在其上涂覆反射層的鏡面；
圖6為優(yōu)選實(shí)施例1的鏡面單元平面圖和剖面圖7A為優(yōu)選實(shí)施例2的鏡面單元平面圖7B顯示了圖7A左上側(cè)鏡面單元一個(gè)鏡面的支撐層；
圖8為圖7A所示鏡面單元的改進(jìn)實(shí)施例平面圖和剖面圖9A為實(shí)施例3的鏡面單元剖面圖9B為實(shí)施例3半導(dǎo)體晶圓襯底表面的鏡面單元剖面圖9C為實(shí)施例3鏡面單元移掉鏡面后的平面圖9D為圖9A所示的鏡面單元的鏡面處于開態(tài)時(shí)的剖面圖9E為圖9A所示的鏡面單元的鏡面處于關(guān)態(tài)時(shí)的剖面圖10A為描述鏡面器件制造工藝的鏡面剖面圖IOB也是描述鏡面器件制造工藝的鏡面剖面圖；圖IIA為圖10A中步驟3從箭頭III方向看去的平面圖； 圖IIB為圖10A中步驟6從箭頭IV方向看去的平面圖； 圖12A為包含兩百萬鏡面單元的鏡面器件中一個(gè)鏡面單元的剖面圖； 圖12B也是包含兩百萬鏡面單元的鏡面器件中一個(gè)鏡面單元的剖面圖； 圖12C同樣是包含兩百萬鏡面單元的鏡面器件中一個(gè)鏡面單元的剖面圖； 圖13A為圖12B中步驟26從箭頭XXVI方向看去的平面圖； 圖13B顯示了圖12A至12C形成鏡面器件的生產(chǎn)工藝中制作在中央電極上的彈 性鉸鏈圖和鏡面；
圖14為本實(shí)施例含有一個(gè)鏡面器件的單片投影裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖15A為本實(shí)施例含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置的正視圖； 圖15B為圖15A所示結(jié)構(gòu)的后視圖； 圖15C為圖15A所示結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖； 圖15D為圖15A所示結(jié)構(gòu)的平面圖16為本實(shí)施例含有三個(gè)鏡面器件的三片投影裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
為詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將上述圖示作為參考。上述圖示及與之對應(yīng) 的說明僅作為本發(fā)明的范例，并不限制附加于本實(shí)施例詳細(xì)描述的專利范圍。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，本發(fā)明介紹了一種鏡面器件，它包括襯底上的許多電極， 至少連接一個(gè)電極的鉸鏈和與鉸鏈相連、至少與一個(gè)電極相關(guān)的鏡面。在鉸鏈和鏡 面之間和/或鉸鏈和電極之間有一阻擋層。此外，還有制造這種結(jié)構(gòu)鏡面器件的方 法以及由這種鏡面器件組成的投影裝置。
<實(shí)施例1〉
圖6是優(yōu)選實(shí)施例1鏡面器件中的鏡面單元剖面圖。
圖6左圖是優(yōu)選實(shí)施例1鏡面器件中四個(gè)鏡面單元650的平面圖。
首先描述圖6中每一個(gè)鏡面單元650的結(jié)構(gòu)。
圖6所示每個(gè)鏡面單元650中的鏡面651都是接近方形的，如正方形和平行四 邊形。鏡面651每條邊的長度最好在4至10微米之間，加在定位電極653a和653b 上的電壓產(chǎn)生庫倫力以使鏡面651沿偏轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這會致鏡面651上反射光改 變方向。注意圖6用虛線標(biāo)明每個(gè)鏡面單元的鏡面651，在鏡面651下方有一支 撐層656，該層與彈性鉸鏈652相連。支撐層656只可置于與某個(gè)彈性鉸鏈652相 關(guān)的相連的部位，而不是鏡面651下方的整個(gè)表面。同時(shí)， 一個(gè)用Ti、 W、 Ta等 類似材料制成的連接層可裝在某個(gè)彈性鉸鏈652和支撐層656之間。作為反射層的 鏡面最好是用Al作材料。彈性鉸鏈652被鏡面651及其相鄰鏡面所共用，同時(shí)連接到鏡面651的支撐層 656。圖6所示彈性鉸鏈652安裝在接近兩個(gè)有相同偏轉(zhuǎn)軸方向的鏡面651各自的 偏轉(zhuǎn)軸位置上。在兩鏡面651之間的間隙安裝彈性鉸鏈652。由于當(dāng)共用一條鉸鏈 的兩個(gè)鏡面中的一個(gè)鏡面651發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，彈性鉸鏈652的溝槽部分會發(fā)生形變， 這種結(jié)構(gòu)可以吸收外力，從而減小了鏡面向共用鉸鏈的鏡面偏轉(zhuǎn)時(shí)的影響。因此， 使得即使是在共用鉸鏈652的情況下，也可以獨(dú)立控制單個(gè)鏡面。彈性鉸鏈652的 放置方式是為了使定位電極653a和653b的面積最大化，這兩個(gè)電極分別在鏡面 651偏轉(zhuǎn)軸的左右兩側(cè)。
彈性鉸鏈652的材料最好是含有硅，如無定形硅和單晶硅的彈性體，可以在其 中摻雜砷或磷使其導(dǎo)電。支撐層656最好也采用這樣的材料。
另外，彈性鉸鏈652安裝在鉸鏈電極655上，該電極由鏡面651及其相鄰鏡的 末端所共用，作為支撐652的鉸鏈結(jié)構(gòu)體。鉸鏈電極655接地。注意支撐彈性鉸 鏈652的結(jié)構(gòu)體可以在鉸鏈電極655的一極獨(dú)立安裝。
定位電極653a和653b置于鏡面651下方，加在這兩個(gè)電極上的電壓在鏡面 651和定位電極653a或653b之間產(chǎn)生庫倫力，從而使得鏡面651可以按期望的方 向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
一般而言，彈性鉸鏈652在鏡面651的中央位置附近，為避開彈性鉸鏈652就 需要放置定位電極653a和653b，因此定位電極653a和653b的形式和位置都受到 限制。然而，本實(shí)施例1定位電極與彈性鉸鏈652相接觸，就可以共用鏡面651及 其相鄰鏡面651的末端，使得利用鏡面651中央附近的區(qū)域成為可能。這樣，可以 很自由地中央?yún)^(qū)域附近的定位電極653a和653b的放置形式更為自由，從而增加了 鏡面單元650設(shè)計(jì)的自由性。因此，可以利用鏡面651下方中央鄰近區(qū)域來加大定 位電極653a和653b的面積，同時(shí)增加鏡面651偏轉(zhuǎn)所需的庫倫力。為了在控制鏡 面651時(shí)使用較低的電壓控制鏡面651并保持庫倫力不變，可以采用更為緊湊的 DRAM電路作為控制電路。所以，鏡面單元650也可以更緊湊。另外，可能使用低 電壓控制鏡面651的，這樣就減小了控制鏡面器件所需的功耗。
附帶地，圖6所示的結(jié)構(gòu)中，定位電極653a和653b分別位于鏡面651下方的 左右兩側(cè)，呈三角形，其面積相同。這里，鏡面651的形狀，鉸鏈652的形式，定 位電極653a和653b的形狀、高度等都可以作出適當(dāng)?shù)男薷模鼈円矡o需關(guān)于鏡的 偏轉(zhuǎn)軸對稱。
圖6右上方是沿線A-A'的剖面?zhèn)纫晥D，該線在圖6左上方鏡面單元平面圖中 有所標(biāo)示。
鏡面651由支撐層656支撐，支撐層連接到與相鄰鏡面651共用的彈性鉸鏈 652上。也就是說，彈性鉸鏈652既與鏡面651的支撐層656末端相連，也與鏡面651的相鄰鏡面的支撐層656末端相連。彈性鉸鏈652由與相鄰鏡面651間的間隔 平行的溝槽構(gòu)成，彈性鉸鏈652與電極655相連，該電極被襯底654中的鏡面651 及其相鄰鏡面651所共用。定位電極653a和653b放置在鏡面651下方的襯底654 上。通過電路(未畫出)控制，這兩個(gè)電極被施以Va的電壓。
圖6左下方是沿線B-B'的剖面的側(cè)視圖，該線在圖6左上方鏡面單元的平面 圖中有所標(biāo)示。
施加到定位電極653a上的電壓Va在定位電極653a和鏡面651之間產(chǎn)生一庫 倫力，使鏡面單元650中的鏡面651向左側(cè)偏轉(zhuǎn)。鏡面651與定位電極653a相連， 定位電極653a置于左側(cè)的絕緣薄膜上，因此鏡面651就產(chǎn)生了一個(gè)固定的偏轉(zhuǎn)角。 當(dāng)鏡面處于某偏轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，入射光被反射到一個(gè)固定的方向。
這樣，實(shí)施例1所述鏡面器件的每一個(gè)鏡面單元都被構(gòu)造好。這里鏡面單元 650的彈性鉸鏈652的長度最好小于或等于2微米，鏡面651的邊長最好小于或等 于10微米。注意這種構(gòu)造方式使定位電極653a和653b從襯底654的表面突出 來，這樣鏡面651就能與定位電極653a或653b的角相連來作為鏡面651的制動器， 從而將鏡面651保持在一固定的偏轉(zhuǎn)角上。
本實(shí)施例中，彈性鉸鏈652安裝在鏡面651的末端，這樣就將定位電極653a 和653b分布在鏡面651下方的中央?yún)^(qū)域，并能擴(kuò)大定位電極653a和653b的面積。 這種構(gòu)造可以增大鏡面651和定位電極653a或653b間的庫倫力。庫倫力的增大可 以使彈性鉸鏈652的結(jié)構(gòu)更加牢度，從而更好地支撐鏡面651。另外，大的庫倫力 也可以更快地控制鏡面651的偏轉(zhuǎn)，同時(shí)與傳統(tǒng)技術(shù)相比可以提高圖像等級。
〈實(shí)施例2>
圖7A是優(yōu)選實(shí)施例2的鏡面單元平面和剖面圖，該圖的左上方是四個(gè)鏡面單 元的頂視圖。
首先描述每個(gè)鏡面單元700的構(gòu)造。圖7A所示每個(gè)鏡面單元中，由于庫倫力 的作用，鏡面701沿偏轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該力是由加到定位電極703a或703b上的電 壓產(chǎn)生的。因此，照在鏡面701上的反射光方向可以改變。圖7A用虛線標(biāo)明每個(gè) 鏡面單元的鏡面701。鏡面701下方的部分或全部區(qū)域有一支撐層706，該層與裝 在鏡面兩端的彈性鉸鏈702a和702b相連。支撐層706可以在彈性鉸鏈702a和702b 中的一個(gè)相連。另外，由Ti，W,Ta之類材料制造的接合物可以放置在在支撐層706 和702a或702b之間。另外作為反射層的鏡面701最好是用Al作材料。
彈性鉸鏈702a和702b安裝在鏡面701的偏轉(zhuǎn)軸附近。圖7A所示構(gòu)造將裝在 鏡面701上端的彈性鉸鏈702a放置于鏡面701偏轉(zhuǎn)軸的右側(cè)，同時(shí)將裝在鏡面701 底端的彈性鉸鏈702b放置于偏轉(zhuǎn)軸的左側(cè)，鏡面701左右兩側(cè)的定位電極703a和 703b面積相等。彈性鉸鏈702a和702b最好的構(gòu)造是鏡面701左右兩側(cè)的定位電極703a和703b的面積最大且相等。如果一個(gè)鏡面上安裝上述的兩個(gè)彈性鉸鏈， 則彈性鉸鏈的厚度可以減小到常規(guī)一個(gè)鉸鏈支撐鏡面時(shí)的一半。
彈性鉸鏈702a和702b分別裝在鏡面701末端下方的兩個(gè)區(qū)域中，這樣就能更 好地防止鏡面701沿水平方向旋轉(zhuǎn)。彈性鉸鏈702a和702b連接到同一支撐層706， 可以更牢固地支撐鏡面701，這樣就能承受更強(qiáng)的外部振動，并使鏡面器件更加耐 用。
鉸鏈電極705作為支撐彈性鉸鏈702a和702b的結(jié)構(gòu)體分別與之相連，其中， 彈性鉸鏈702a和702b安裝在鏡面701的兩端。鉸鏈電極705接地。注意鉸鏈結(jié) 構(gòu)體也可以與電極705分開安裝。
定位電極703a和703b放置于鏡面701的下方，加到其上的電壓在鏡面701和 定位電極703a或703b之間產(chǎn)生庫倫力，這就可以使鏡面701發(fā)生偏轉(zhuǎn)。彈性鉸鏈 放置于鏡面的中央?yún)^(qū)域附近，限制了鏡面下方的定位電極結(jié)構(gòu)、放置位置等因素。 而實(shí)施例2也要在一個(gè)鏡面701的兩端安裝彈性鉸鏈702a和702b，以允許鏡面701 下方中央?yún)^(qū)域附近得到自由應(yīng)用。這就能使定位電極703a和703b可以自由的放置 于鏡面701下方中央?yún)^(qū)域附近，同時(shí)可以通過利用鏡面701下方中央?yún)^(qū)域來增大定 位電極703a和703b及類似電極的面積。因此，使鏡面701偏轉(zhuǎn)的庫倫力增大了 。 結(jié)果，為使鏡面701偏轉(zhuǎn)而加到定位電極703a和703b上的電壓就可以減小，如實(shí) 施例1所述一樣，該電壓的減小可以使鏡面701更緊湊。
注意圖7A的結(jié)構(gòu)中，鏡面701偏轉(zhuǎn)軸左右兩側(cè)定位電極703a和703b的形 式可看作被剪切的三角形的一邊，使定位電極703a和703b的面積關(guān)于鏡面701中 心點(diǎn)對稱。
制動器707被放置于相鄰鏡面701間頂點(diǎn)處，并被其所共用。當(dāng)定位電極703a 和703b上所加電壓產(chǎn)生的庫倫力使鏡面701發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與制動器707相連的鏡面 701使得鏡面701的偏轉(zhuǎn)角固定，這樣就能使光線按照預(yù)定的方向反射。適當(dāng)?shù)卣{(diào) 整制動器707高度等參數(shù)使得對鏡面701偏轉(zhuǎn)角的控制成為可能。相對于傳統(tǒng)構(gòu)造 而言，707與鏡面701的共用不但可以減少鏡的數(shù)量，而且可以通過控制使反射光 與相鄰鏡面701有同樣的偏轉(zhuǎn)角。
注意每個(gè)鏡面701、支撐層706、彈性鉸鏈702a和702b、制動器707以及 定位電極703a和703b這些分立元件的結(jié)構(gòu)、厚度、高度等都可被適當(dāng)?shù)男薷摹?br>
用獨(dú)立結(jié)構(gòu)代替制動器與定位電極703a和703b相連的結(jié)構(gòu)，可以防止鏡面與 定位電極703a和703b的粘連。
圖7A的左上方是從線C-C'右邊看去的剖面圖，該線在圖7A左邊鏡面單元的 平面圖中有所標(biāo)示。鏡面701由支撐層706支撐，支撐層706的兩端與兩彈性鉸鏈 702a和702b相連。彈性鉸鏈702a和702b分別與相對應(yīng)的電極705相連。定位電極703a和703b置于鏡面701下方的襯底704上，定位電極703a在鏡面701的左 邊，定位電極703b在鏡面701的右邊，兩個(gè)電極相對鏡面701的中心點(diǎn)對稱。定 位電極703a和703b上的電壓由具有動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的控制電路(未 畫出)提供。
圖7A的左下方是線D-D'處的剖面?zhèn)纫晥D，該線在圖7A左邊的鏡面單元平面 圖中有所標(biāo)示。
當(dāng)電壓加到左側(cè)定位電極703a上時(shí)，由于左側(cè)定位電極703a與鏡面701之間 庫侖力的作用，鏡面單元700中的鏡面701向左偏轉(zhuǎn)。接下來，鏡面701與其相鄰 鏡面701共用的制動器707相接觸，維持在一固定的偏轉(zhuǎn)角。決定鏡面701偏轉(zhuǎn)角 的入射光將光線沿一指定方向反射。這就是實(shí)施例2鏡面期間的鏡面單元構(gòu)造。
接下來通過圖7B闡述圖7A左上圖所示鏡面單元700的支撐層706的一個(gè)例子。
通過圖7B闡述了圖7A左上圖所示鏡面單元700的支撐層706。
圖7A所示的鏡面701置于圖7B所示的支撐層706上，該支撐層由其與彈性鉸 鏈702a和702b接合部分的切角處組成。在鏡面的制造工藝中，需均勻淀積犧牲層 以覆蓋每個(gè)支撐層706，將淀積的犧牲層拋光至暴露出支撐層，再淀積鏡面701。 雖然鏡面701的厚度只有1000至3000埃，但由于表面形態(tài)的關(guān)系，在鏡面701的 淀積過程中會出現(xiàn)一小臺階。這將使淀積在支撐層706上的鏡面701在支撐層706 的切角表面產(chǎn)生一小臺階。同時(shí)，圖7B顯示了當(dāng)鏡面701被與鏡面701的偏轉(zhuǎn)軸 垂直的入射光照亮?xí)r產(chǎn)生的衍射光。
衍射光712與鏡面701被照亮的每一邊成直角，因此衍射光712沿圖7B所示 支撐層706上被照亮的鏡面701邊緣斷開處的左右兩箭頭方向傳播。在這種情況下， 衍射光912只在鏡面701兩側(cè)的斷開處產(chǎn)生，相比傳統(tǒng)技術(shù)在鏡的中央產(chǎn)生一個(gè)臺 階，從而產(chǎn)生中心區(qū)域的衍射光，這樣就可以減小進(jìn)入投影棱鏡的衍射光的影響。 順便提一下，最好能夠設(shè)計(jì)鏡面701的構(gòu)造，使其臺階高度或深度不為從光源發(fā)出 的光的波長，就可以盡可能地避免衍射光712的產(chǎn)生。
下面通過圖8示例性地給出了實(shí)施例2鏡面器件的修正方案。圖8是圖7A中 所示鏡面單元800修正例的剖面圖。
圖8左上方是圖7A所示四個(gè)鏡面單元的頂視圖，圖8所示鏡面單元800包括 鏡面801沿偏轉(zhuǎn)軸的中心分隔線，這與圖7A所示鏡面單元700不同。彈性鉸鏈802a 和802b安裝在偏轉(zhuǎn)軸附近鏡面801的末端，圖7A中所示定位電極703a和703b形 狀的改變是為了使鏡面801偏轉(zhuǎn)軸左右兩側(cè)的的電極面積相等。
制動器807置于偏轉(zhuǎn)軸和每一鏡面801的邊附近，以使807為相鄰鏡面801所 共用。鏡面801與制動器807的角相連，當(dāng)鏡面801轉(zhuǎn)受庫倫力偏轉(zhuǎn)時(shí)，使其偏轉(zhuǎn) 在一固定的角度，從而沿某一方向反射光線。對制動器807的高度等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以控制鏡807的偏轉(zhuǎn)角。相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，相鄰鏡面801對制動器 807的共用不但可以減少制動器的個(gè)數(shù)，而且可以使與相鄰鏡面801對光的反射方 向接近。
除了上述結(jié)構(gòu)，彈性鉸鏈802a和802b，定位電極803a和803b以及制動器807 對稱地放置于鏡面801的中心點(diǎn)兩邊，正如圖7A中顯示的結(jié)構(gòu)一樣。注意彈性 鉸鏈802a和802b的放置最好使鏡面801偏轉(zhuǎn)軸左右兩邊的定位電極803a和803b 的尺寸最大化和均均勻化。鏡末端的彈性鉸鏈802a和802b使得在鏡面801的中央 區(qū)域附近放置定位電極803a和803b等組件，并且能增大這兩個(gè)電極的尺寸成為可 能。這種結(jié)構(gòu)還增大了使鏡面801發(fā)生偏轉(zhuǎn)的庫倫力變大。
圖8的右上方是線E-E'處的側(cè)視剖面圖，該線在圖8左上方的鏡面單元800 的平面圖中有所標(biāo)示。鏡面801由支撐層806支撐，它的兩端分別與兩彈性鉸鏈 802a和802b相連。襯底804中的彈性鉸鏈802a和802b與鉸鏈電極805相連。彈 性鉸鏈802a和802b分別與相對應(yīng)的電極805相連。定位電極803a和803b置于鏡 面801下方的襯底804上，定位電極803a在鏡面801的左邊，定位電極803b在鏡 面801的右邊，兩個(gè)電極相對鏡面801的中心點(diǎn)對稱。定位電極803a和803b上的 電壓由具有動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的控制電路(未畫出)提供。制動器807 放置于彈性鉸鏈802a和802b附近以使鏡面801偏轉(zhuǎn)時(shí)與制動器807角相接觸。圖 8的左下方是線F-F'處的側(cè)面剖視圖，該線在圖8左上方鏡面單元800的平面圖 中有所標(biāo)示。
當(dāng)對左側(cè)定位電極803a施加電壓時(shí)(此時(shí)右側(cè)定位電極803b上沒有電壓)， 在定位電極803b和鏡面801之間庫倫力的作用下，鏡面單元800中的鏡面801向 左側(cè)偏轉(zhuǎn)。接下來，鏡面801與其相鄰鏡面801共用的制動器807相接觸，維持在 一固定的偏轉(zhuǎn)角。決定鏡面801偏轉(zhuǎn)角的入射光將光線沿一指定方向反射。
這就是圖8中一個(gè)鏡面單元800的結(jié)構(gòu)。注意每一鏡面單元800的彈性鉸鏈 長度最好小于或等于2微米，每一鏡面單元的邊長最好是小于或等于10微米。
〈實(shí)施例3〉
圖9A是基于實(shí)施例3的鏡面器件中鏡面單元的剖面圖。
圖9A中顯示的鏡面單元在襯底上形成鏡面913驅(qū)動控制電路的布布線906a， 906b和906c布線；與驅(qū)動電路中的布線906a， 906b， 906c相連的第一通孔907a、 907b、 907c、 907d和907e;第一絕緣層901和第二絕緣層902。這里，左側(cè)的布 布線906a通過絕緣層902與第一通孔907c和907e相連。同樣地，右側(cè)的布布線 906b通過絕緣層902與第一通孔907b和907e相連。在中央?yún)^(qū)域的布線906c僅與 通孔907a相連。如此，本實(shí)施例構(gòu)造出絕緣層902中的三條布線906a、 906b， 906c 以及五個(gè)第一通孔907a、 907b、 907c、 907d和907e。注意本實(shí)施例結(jié)構(gòu)中，左右布線分別與兩第一通孔相連但第一通孔的數(shù)量可 以是不同的。同時(shí)，第一通孔的數(shù)量可以比所述實(shí)施例的大或者小。第二通孔915a、 915b、 915c和表面電極908a、 908b形成于左右兩側(cè)的第一通孔907a、 907b、 907c、 907d和907e上。
第二通孔915a、 915b和915c形成于第一通孔907a上，907a在中央?yún)^(qū)域的布 線906c上，第一通孔907b和907c位于左右兩側(cè)的布線906a和906b上。表面電 極908a和908b分別形成于余下的第一通孔907d和907e上，第二通孔915a、 915b 和915c沒有形成于布線906a和906b上。
第一保護(hù)層903淀積在絕緣層902上，第二保護(hù)層904淀積在第一保護(hù)層903上。
半導(dǎo)體晶圓襯底最好選用硅襯底。 布線906a、 906b和906c最好采用鋁布線。
通孔907a、 907b、 907c、 907d和907e和第二通孔915a、 915b和915c由含鎢 或銅的金屬制成。
與第一通孔907a、 907b、 907c、 907d，和907e以及第二通孔915a、 915b和 915c類似，表面電極908a和908b可以使用諸如鴇或鋁之類的高電導(dǎo)率的材料制 成。表面電極908a和908b構(gòu)造的形狀不做規(guī)定。圖9A的結(jié)構(gòu)形成了第一通孔907d 和907e上的表面電極908a和908b，它們可以直接置于布線906a和906b上。
第一保護(hù)層903和第二保護(hù)層904最好由含硅的材料，如碳化硅(SiC)，無定 形硅等組成。如果表面電極908a和908b是由鋁制成的話，無定形硅與鋁電極908a 和908b的直接接觸會使鋁電極表面被腐蝕，因此，在無定形硅與鋁電極908a和 908b中間最好加一層碳化硅層。此外，電極還可以由摻雜的硅或除碳化硅外的其 它阻擋層材料組成。這樣的阻擋層可能含有兩層或是多層結(jié)構(gòu)。
譬如說，圖9A中第一絕緣層901和第二絕緣層902是由二氧化硅制成的。同 時(shí)，基于實(shí)施例3的鏡面單元裝有電極909a、 909b和914以保證與通孔915a、 915b 和915c有一個(gè)好的電連接。電極909a、 90%和914可由具有高電導(dǎo)率的材料，如 鋁制成。
在圖9A所示用于構(gòu)造彈性鉸鏈911的中央?yún)^(qū)域電極914 (在后續(xù)工藝中構(gòu)成 鉸鏈電極)與左右兩側(cè)的電極909a和909b的高度相同。中間的電極914和左右兩 側(cè)的電極909a、 909b具有相同的高度是為了在同一步驟中將它們制造出來。阻擋 層910由鉭、鈦等材料制成，該層形成于中央?yún)^(qū)域電極914的上方。阻擋層910為 兩層或是多層結(jié)構(gòu)。這樣的阻擋層包含909a、 909b和914三個(gè)電極。對中央?yún)^(qū)域 電極914的高度加以修正可以調(diào)整后面將提到的彈性鉸鏈911的高度。彈性鉸鏈 911的高度可以通過調(diào)整阻擋層910的高度來控制。彈性鉸鏈911形成于電極914上，阻擋層910也形成于其上方，這樣就可以使 之與阻擋層910相連。彈性鉸鏈911可由諸如無定形硅或鍺硅(SiGe)的材料制成， 其厚度(圖9A的左右方向上)最好是150至500埃。
這里，制造一個(gè)鏡面需要多個(gè)電極，鏡面可以由具有更小寬度的鉸鏈支撐，譬 如說，比傳統(tǒng)構(gòu)造更窄的兩個(gè)彈性鉸鏈可以放置于鏡的兩端位置。
同時(shí)，彈性鉸鏈911最好用摻雜(如砷，磷)、離子注入或是金屬硅化物(如 NiSi， TiSi等)的擴(kuò)散等方式來獲得良好的電導(dǎo)率。此外，基于實(shí)施例3的鏡面 單元中第三保護(hù)層905需要淀積在已形成電極909a、 90%和914半導(dǎo)體晶圓襯底 上。第三保護(hù)層905最好由含硅(如碳化硅，無定形硅等)的材料制成。
同時(shí)，彈性鉸鏈911的上表面可以由粘接部分提供，該部分可以配制成與后面 將要描述的鏡面913有相同的形狀和尺寸大小。實(shí)施例3的機(jī)構(gòu)中，粘接部分的尺 寸盡可能地小，這種的構(gòu)造可以防止由于鏡面913和粘接部分的線性膨脹系數(shù)不同 而導(dǎo)致的鏡面913形變或彎曲。為了保證在消除鏡面單元之間的高度差異時(shí)保證彈 性鉸鏈911和鏡面913間的電導(dǎo)率不發(fā)生變化，在彈性鉸鏈911的連接處淀積了一 金屬層912。
譬如說，金屬層912可由含有鎢或鈦的材料制成，也可以用含有其它金屬的材 料來替代。
如果鏡面913由鋁制成，彈性鉸鏈911由硅材料構(gòu)成，就需要在金屬層912上 淀積阻擋層(未畫出)以防止鏡面913與粘接部分相接處。這樣的阻擋層可以是兩 層或多層結(jié)構(gòu)。
阻擋層可由鉭，鈦等金屬制成?；趯?shí)施例3，在彈性鉸鏈901的金屬層912
上形成鏡面913的結(jié)構(gòu)，鏡面單元得以實(shí)現(xiàn)。
鏡面913最好由高反射率材料，如鋁等制成。鏡面913的邊長最好接近方形，
在4至19微米之間。鏡面913間的間距最好是在0. 15至0. 55微米之間，每個(gè)單
鏡面單元的孔徑比最好為90%左右。
這就使是根據(jù)圖9A所示實(shí)施例3鏡面單元的構(gòu)造。
圖9B是實(shí)施例3的鏡面單元所在半導(dǎo)體晶圓襯底表面的平面圖。
注意電極909a和909b位于左右兩側(cè)，電極914位于中央?yún)^(qū)域，它們都形成
于鏡面913和第二通孔915a、 915b和915c上，并由虛線描繪出來，鏡面913的偏
轉(zhuǎn)軸由點(diǎn)劃線描繪出來。
如圖犯所示，為保證電導(dǎo)性，第二通孔915a， 915b， 915c置于電極909a，
909b和914下方。為增大使鏡面913偏轉(zhuǎn)的庫倫力，表面電極908a和908b置于
電極下方。
圖9C為鏡面913被移走后的平面圖，鏡面913由虛線表示。如圖9C所示，實(shí)施例3的鏡面913兩端的電極909a和90%各自的頂點(diǎn)都突出來。這種設(shè)計(jì)是為了 使鏡面913偏轉(zhuǎn)與電極909a和90%的突出部分相接處，保持再預(yù)期的角度。
電極909a和909b尖端的設(shè)計(jì)應(yīng)使鏡面913的偏轉(zhuǎn)角在8至14度之間，以使 鏡面913的偏轉(zhuǎn)角符合光源和光學(xué)投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。每個(gè)鏡面單元彈性鉸鏈電 極911的長度最好小于或等于2微米，鏡面913最好近似方形，邊長小于或等于 10微米。
圖9D是圖9A所示鏡面單元處于開態(tài)時(shí)的剖面圖。
根據(jù)實(shí)施例3，為反射從光源射出的光，圖9A所示鏡面913處于開態(tài)時(shí)，向 右側(cè)偏轉(zhuǎn)；處于關(guān)態(tài)時(shí)，向左側(cè)偏轉(zhuǎn)。
當(dāng)左右兩側(cè)的電極908a和908b或909a和909b上沒有施加電壓時(shí)，彈性鉸鏈 911不會發(fā)生形變，鏡面913維持在水平位置。
這里，加到右側(cè)電極909b和右側(cè)表面電極908a上的電壓產(chǎn)生一庫倫力，其表 達(dá)式為*[電極上的電壓]*[鋁和鏡間距離的二次冪]。 該公式適用于右側(cè)電極909b和鏡面913間以及右側(cè)表面電極908a和鏡面913 間庫倫力的計(jì)算。鏡面913在右側(cè)電極909b和鏡面913間以及右側(cè)表面電極908a 和鏡面913間庫倫力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
在這種情況下，鏡面913和右側(cè)表面電極908a間的距離要比鏡面913和右側(cè) 電極90%間的距離長，右側(cè)表面電極908a的尺寸要比右側(cè)電極909b的尺寸小。 因此鏡面913和右側(cè)電極909b間的庫倫力也要比右側(cè)電極909b和鏡面913間的庫 倫力小。由于鏡面的偏轉(zhuǎn)，鏡面913被吸引到右側(cè)表面電極908a上，鏡面的偏轉(zhuǎn) 角度為12至14度，彈性回復(fù)力也很大。庫倫力使鏡面913頂端部分向位于襯底表 面上方的右側(cè)表面電極908a靠近。然而，由于杠桿原理，鏡面913也會被一小的 庫倫力吸引。所以，右側(cè)表面電極908a能在低電壓下使鏡面913保持一固定偏轉(zhuǎn) 角度。
當(dāng)鏡面913向右側(cè)偏轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)(左側(cè))的表面電極908b和左側(cè)電極909a 都接地。
同時(shí)，裝有電極909a，909b和鉸鏈電極914的半導(dǎo)體晶圓襯底表面不平整。光 源投影出來的光透過鏡間間隙到達(dá)電極，再次在鏡上反射以減少不需要的反射光。
圖9E是圖9A中所示的鏡面單元處于關(guān)態(tài)時(shí)的剖面圖。在圖犯中，施加到左 側(cè)表面電極909和左側(cè)電極909b上的電壓使鏡面913向左側(cè)偏轉(zhuǎn)，這與圖9D所示 的情況類似。
庫倫力產(chǎn)生的機(jī)理及表現(xiàn)形式與圖9D所示類似，因此此處不再贅述。 附帶地，當(dāng)鏡面單元左右兩邊鏡面913和彈性鉸鏈911的形式改變時(shí)，鏡面單元左右兩側(cè)鉸鏈911的彈性會有所不同，對鏡面單元左右兩側(cè)鏡面913的偏轉(zhuǎn)控制
也會發(fā)生改變。鏡面單元左右側(cè)表面電極908a、 908b和電極909a、 909b、 914的 尺寸、高度和布局(即版圖)可以修改以調(diào)整所加電壓，從而控制鏡面913的偏轉(zhuǎn)。
此外，還可通過對鏡面單元左右兩側(cè)電極908a、 908b和電極909a、 90%多次 施加電壓來達(dá)到控制的目的。
此外，鏡面單元右側(cè)表面電極908a、 908b和電極909a、 909b和/或鏡面單元 左側(cè)的表面電極908b和電極909a的電路和施加電壓都可以適當(dāng)?shù)馗淖儭?br>
此外，鏡面單元右側(cè)表面電極908a、 908b和電極909a、 909b和/或鏡面單元 左側(cè)的表面電極908b和電極909a可以從襯底中突出來。
此外，鏡面單元右側(cè)表面電極908a、 908b和電極909a、 909b和/或鏡面單元 左側(cè)的表面電極908b和電極909a可以放置于襯底表面。
這樣，實(shí)施例3的鏡面913發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這使適當(dāng)改變光的反射方向成為可能。
下面將通過圖10A至13B，根據(jù)實(shí)施例1、 2和3給出一種鏡面器件的制造方 法。使用該方法制造的鏡面單元擁有上述彈性鉸鏈或電極等特性。
〈鏡面器件制造方法1〉
圖10A至13B給出了圖7A和7B所示實(shí)施例的鏡面器件制造方法；通過對制造 工藝作小的修改就可以制造其它實(shí)施例的鏡面器件。
為了描述鏡面器件制造工藝，圖IOA和IOB給出了鏡面器件中鏡面單元的剖面圖。
圖10A所示步驟1:在半導(dǎo)體晶圓襯底704上，形成驅(qū)動并控制鏡面的驅(qū)動電 路(未畫出)以及制動器707。其中定位電極703a和703b連與驅(qū)動電路相連，制 動器707用來控制鏡面701的偏轉(zhuǎn)，防止其超過預(yù)定的角度。接下來要確定驅(qū)動電 路的工作狀態(tài)和定位電極703a， 703b的電連接。如果驅(qū)動電路和定位電極703a， 703b沒有異常，就可以進(jìn)行步驟2。
圖10A所示步驟二是淀積第一層犧牲層1001，其高度大約與形成驅(qū)動電路彈 性鉸鏈702a和702b的高度相同，在此之前，半導(dǎo)體晶圓襯底上已形成定位電極 703a和703b以及制動器707。第一犧牲層1001的作用是形成鏡表面，并通過后續(xù) 步驟保證襯底704與鏡面之間存在間隙。在本實(shí)施例中，第一犧牲層1001的高度 決定了支撐鏡面701的彈性鉸鏈702a和702b的高度。
本實(shí)施例所述第一犧牲層1001是通過化學(xué)氣相淀積(CVD)的方法淀積在襯底 704、定位電極703a和703b以及制動器707上的?；瘜W(xué)氣相淀積是指將半導(dǎo)體 晶圓片置于反應(yīng)腔室中，同時(shí)提供與犧牲層相應(yīng)的氣體材料，利用化學(xué)催化反應(yīng)來 淀積薄膜。等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)是首選。犧牲層1001最好圖10A所示步驟3通過刻蝕和為將在后續(xù)工藝中形成的彈性鉸鏈702a和702b 的高度和形狀提供窗口的方式來去除第一犧牲層1001移除的。為使放置定位電極 703a和703b的光斑變寬，窗口應(yīng)近可能地小。本實(shí)施例把窗口安放在鏡面701末 端偏轉(zhuǎn)軸附近。
圖IIA為圖10A步驟三從箭頭III方向看去的鏡面單元平面圖。該圖顯示了被第 一犧牲層1001覆蓋的鏡面單元的一部分，用虛線表明將在后續(xù)工藝中形成的鏡面 70。為形成彈性鉸鏈702a和702b，在鏡面701末端偏轉(zhuǎn)軸附近形成窗口 。圖11A 顯示了鏡面701頂端偏轉(zhuǎn)軸右側(cè)窗口 1005a以及鏡面701底端偏轉(zhuǎn)軸左側(cè)窗口 1005b的形成。這種構(gòu)造是為了使定位電極703a和703b關(guān)于鏡面701的中心點(diǎn)對 稱，從而使圖7A中偏轉(zhuǎn)軸左右兩側(cè)定位電極703a和703b的面積平均。窗口 1005a 和1005b的寬度(即圖中窗口的垂直方向的寬度)最好能與彈性鉸鏈702a和702b 的所需寬度相等。如果這兩個(gè)電極的形成如圖7A所示，它們各自的寬度可以減到 一條鉸鏈支撐一個(gè)鏡面時(shí)的一半。同時(shí)，通過使用一個(gè)鏡面的頂端和相鄰鏡面底端 的窗口來形成彈性鏈條窗口的方法，可以使相鄰鏡面共用一個(gè)鉸鏈，如圖6所示鉸 鏈一樣。
圖10A所示步驟4將粘接部分702淀積在第一犧牲層1001和窗口 1005a和 1005b上。圖10A將彈性鉸鏈702a和702b以及粘接部分702作為整體顯示?？蛇x 的制備材料包括無定形硅，多晶硅等。在本實(shí)施例中，粘接部分702、支撐鏡面701 的彈性鉸鏈702a和702b將在后面的刻蝕工藝中形成。覆蓋在窗口上的1005a和 1005b的粘接部分702的厚度最終決定了彈性鉸鏈702a和702b的厚度。
圖10A所示步驟6在粘接部分702上淀積了第一掩膜層1002，這一層可以是 光刻膠。
圖10A所示步驟6顯示了掩膜層1002的圖形形成。通過掩膜獲得了想要的粘 接部分702以及彈性鉸鏈702a和702b的形狀特征。具體而言，通過刻蝕的方法將 702移去，即留下覆蓋了第一掩膜層1002的彈性鉸鏈702a和702b，以及覆蓋如圖 所示第一掩膜層1002的一部分。在本實(shí)施例中，粘接部分702以及彈性鉸鏈702a 和702b是一個(gè)整體。本步驟的示意圖顯示了如何通過刻蝕一部分窗口 1005a和 1005b得到想要的結(jié)構(gòu)特征，產(chǎn)生窗口 1005a和1005b中的空間區(qū)域的。
圖11B顯示了從步驟6中圖IOA的箭頭IV方向看去的鏡面單元平面圖。(這里 沒有畫出第一掩膜層1002)
圖IIB顯示了鏡面單元的一部分，用虛線標(biāo)示了將在后面形成的鏡面701的位 置，用實(shí)線顯示了實(shí)現(xiàn)粘接部分702以及彈性鉸鏈702a和702b的曝光部分。粘接 部分702形成于彈性鉸鏈702a和702b上，按照所要求的形狀進(jìn)行刻蝕，粘接部分 702與彈性鉸鏈702a和702b相連。這樣的連接可以抑制彈性鉸鏈702a和702b的變形。同時(shí)，如果施加一個(gè)外力，這個(gè)力被粘接部分702分散，以阻止該力直接作 用于彈性鉸鏈702a和702b上，使它們不易損壞。
同時(shí)，圖7B所示不存在粘接部分702的鏡面701末端允許光的波長有一納米 級的臺階，當(dāng)鏡面淀積時(shí)，鏡面701的末端在已成形的鏡面701入射光方向上，形 成了一個(gè)臺階。接下來，在如圖7B中所示的箭頭方向上，由于上述鏡面末端的臺 階產(chǎn)生一入射光的衍射光。然后，如圖5所示，當(dāng)鏡面302不存在粘接部分，彈性 鉸鏈位于鏡面302的中央時(shí)，鏡面302中央?yún)^(qū)域會產(chǎn)生凹或凸的臺階552。從鏡面 302中央?yún)^(qū)域臺階處產(chǎn)生的入射光的衍射光553的方向如圖5中箭頭所示。相比這 種情況，基于鏡面701末端彈性鉸鏈702a和702b的寬度這樣一個(gè)窄的范圍內(nèi)(即 彈性鉸鏈寬度一半的范圍)產(chǎn)生的眼射光，比圖5鏡面中央臺階552的凹或凸產(chǎn)生 的衍射光更難入射到投影透鏡中。因此，可以防止由于衍射光而造成的圖像質(zhì)量的 下降。
圖10B所示步驟7在半導(dǎo)體晶圓襯底己形成的結(jié)構(gòu)體上淀積了第二犧牲層 1003。已被刻蝕的窗口的一部分被上述犧牲層填充。接下來，將淀積的第二犧牲層 1003拋光至暴露出粘接部分702的上表面。
圖10B所示步驟8在已曝光的彈性鉸鏈702a、 702b以及粘接部分702的上表 面上淀積了一支撐層706。該層位于鏡面701和彈性鉸鏈702a、 702b之間，它的 作用是增強(qiáng)鏡面層710和支撐它的彈性鉸鏈702之間的連結(jié)，還可以防止鏡面偏轉(zhuǎn) 時(shí)制動器707與鏡面701接觸部分之間的靜態(tài)阻力。支撐層706最好選用鈦，鎢之 類的材料。
圖10B所示步驟9將鏡面層701淀積在支撐層706上。注意在形成鏡面701 之前必須先形成另一層(比如阻擋層)。本實(shí)施例所述鏡面層701的材料最好使用 有高反射率的材料，如鋁，金，銀等。
圖10B所示步驟10在半導(dǎo)體晶圓襯底已成形的結(jié)構(gòu)體上淀積了第二掩膜層 1004，該層也可以是光刻膠。
圖IOB所示步驟11使用了第二掩膜層1004曝光、光刻，形成了鏡面的形狀。 接下來，刻蝕第二掩膜層1004、鏡面層701和支撐層706，這使得鏡面層701和支 撐層706相分離，從而形成了一個(gè)鏡面701的特征。具體而言，在鏡面701之間有 一間隙，這樣相鄰鏡面701就不會相互接觸，鏡面701的表面也按要求得的形狀形 成。
圖10B所示步驟12通過刻蝕工藝將第一犧牲層1001移除，上述的工藝確保驅(qū) 動電路(未畫出)和定位電極703a、 703b能夠使襯底704上的彈性鉸鏈702a、 702b 和鏡面701發(fā)生偏轉(zhuǎn)。實(shí)際的制造工藝過程包括將鏡面器件分為多個(gè)大小為使用 尺寸的鏡面器件(即劃片工藝)；劃分后的鏡面器件封裝工藝；防止可動部分(主要是鏡面)與其它部件(如鏡面制動器)粘連的反粘連工藝來等。其它工藝這里不 再贅述。
上述制造方法使得實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例鏡面器件成為可能。注意鏡面器件中，每個(gè)
鏡面單元彈性鉸鏈702a和702b的長度最好為2微米或更小，每個(gè)鏡面器件的鏡面 701最好類似方形且邊長在5至10微米之間。 〈鏡面器件制造方法2>
圖12A至13B給出了本實(shí)施例一種鏡面器件的制造方法。
通過進(jìn)行不同的修改，這種方法也可以用于實(shí)施例1、 2、 3的鏡面器件的制造。
為了闡述鏡面器件的制造工藝，圖12A至12C給出了具有兩百萬個(gè)鏡面單元的 鏡面器件中單個(gè)鏡面單元的剖面圖。
圖12A所示步驟21形成了驅(qū)動電路布線1205和連接到驅(qū)動電路的第一通孔 1206以及半導(dǎo)體襯底絕緣層上的第二絕緣層1202。上述驅(qū)動電路將在后續(xù)共一種 形成，用于驅(qū)動和控制鏡面。接下來，在第一通孔1206上形成第二通孔1207，在 第二絕緣層1202上形成第一保護(hù)層1203和第二保護(hù)層1204。
驅(qū)動電路的布線最好釆用鋁布線。
第一通孔1206和第二通孔1207最好由含鴇和銅的金屬材料制成。 第一絕緣層1201和第二絕緣層1202的材料最好采用二氧化硅(Si02)。 第一保護(hù)層1203和第二保護(hù)層1204的材料最好采用含硅的材料，如碳化硅， 無定形硅等。本步驟中，淀積二氧化硅作為絕緣層材料，碳化硅作為第一保護(hù)層 1203的材料，無定形硅作為第二保護(hù)層1204的材料。這里，第一保護(hù)層1203碳 化硅的厚度為300至1000埃，第二保護(hù)層1204無定形硅的厚度為1000至3000埃。 這些淀積層是為了防止在后續(xù)工藝中用來移除犧牲層的氫氟酸(HF)腐蝕第一通孔 1206和第二通孔1207。
為了確保與電極1208a， 1208b， 1209有良好的電連接，先在第一絕緣層1202 上淀積第一保護(hù)層1203和第二保護(hù)層1204，并分別在1202和1204上打孔，接下 來淀積第二通孔1207。如果選用鋁作為電極1208a、 1208b、 1209的材料，無定形 硅和鋁電極1208a、 1208b、 1209的直接連接會導(dǎo)致鋁電極的腐蝕，因此，需要在 無定形硅和鋁電極之間淀積碳化硅層。另一方面，可以用摻雜硅和鋁的混合，或者 是除碳化硅之外的阻擋層材料來形成電極1208a、 1208b和1209。
圖12A所示步驟22為半導(dǎo)體晶圓襯底上的結(jié)構(gòu)體加上電極1208a、 1208b和 1209，使得與第二通孔1207實(shí)現(xiàn)電互連。
電極1208a， 1208b和1209最好用鋁材料制作。在本步驟中，中央電極1209 (后面將作為鉸鏈電極)是為彈性鉸鏈裝配的電極，其高度與左右兩側(cè)電極高度相 等。這樣可以使電極1208a， 1208b， 1209在同一工藝中形成。電極的高度也可以改變。用鉭、鈦等材料制造的阻擋層1210形成于中央電極1209上。阻擋層1210
有兩層或者多層。
同時(shí)，對中央電極1209的高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整可以設(shè)置后面將會闡述的后面彈 性鉸鏈的高度，彈性鉸鏈高度的設(shè)置是通過調(diào)節(jié)阻擋層1210的高度來確定的。
圖12A所示步驟23在已形成電極1208a、 1208b和1209的半導(dǎo)體晶圓襯底上 形成第三保護(hù)層1211，再在第三保護(hù)層1211上形成第四保護(hù)層1212。
第三保護(hù)層1211和第四保護(hù)層1212最好由含有硅的材料，如碳化硅，無定形 硅制作。本步中第三保護(hù)層1211的材料為碳化硅，第四保護(hù)層1212的材料為無定 形硅。如步驟21所述，當(dāng)電極1208a， 1208b和1209的材料為鋁時(shí)，上述保護(hù)層 可以防止后續(xù)工藝中氟化氫的腐蝕。
圖12A所示步驟24在半導(dǎo)體晶圓襯底結(jié)構(gòu)體上淀積犧牲層1213，這之前已在 第三保護(hù)層1211上形成第四保護(hù)層1212。接下來刻蝕第三保護(hù)層1211、第四保護(hù) 層1212和犧牲層1213的部分區(qū)域形成孔洞，使彈性鉸鏈能夠在此形成。犧牲層 1213最好選用正硅酸乙酯(TEOS)。
本實(shí)施例中，中央電極上需要一個(gè)孔洞，彈性鉸鏈將形成于該孔洞上。洞的深 度由彈性鉸鏈的厚度和寬度以及鏡的偏轉(zhuǎn)角度來決定。洞的深度最好在0. 4至1. 2 微米之間。該深度與圖10A步驟3相比較淺，彈性鉸鏈的良品率得到改進(jìn)。
圖12B所示步驟25在已形成結(jié)構(gòu)體的半導(dǎo)體晶圓襯底上形成犧牲層1213和制 作彈性鉸鏈的鉸鏈層1214的孔洞。鉸鏈層1214的材料可以是無定形硅或者是鍺硅。
對犧牲層1213的上表面拋光后，淀積鉸鏈層1214。鉸鏈層1214的厚度最好 在150至350埃之間。這個(gè)厚度與圖10A所示步驟4相比較薄，淀積鉸鏈層1214 的工藝時(shí)間可以得到縮短。
同時(shí)，形成于孔洞表面的鉸鏈層1214，最好通過摻雜(如砷，磷)、離子注 入或是金屬硅化物(如NiSi， TiSi等)的擴(kuò)散來獲得良好的電導(dǎo)率。
圖12B所示步驟26通過刻蝕鉸鏈層1214得到要求的彈性鉸鏈形狀。用于該刻 蝕過程的掩膜同時(shí)填充孔洞的內(nèi)部。彈性鉸鏈1214的彈力由彈性鉸鏈的長度L， 厚度H和寬度W來決定。
圖13A是從圖12B所示步驟26種從箭頭XXVI方向看過去的鏡面單元平面圖。
彈性鉸鏈形成于犧牲層1213的孔洞1300中。犧牲層1213上彈性鉸鏈1214上 的一部分與鏡表面相連。相反，犧牲層1213下方洞1300中的彈性鉸鏈1214 t的一 部分與后面將會提到的阻擋層相連。
彈性鉸鏈1214形成后，每個(gè)鏡面單元的彈性鉸鏈1214厚度和長度的不均勻性 會強(qiáng)烈地影響其彈性強(qiáng)度。此外，移除犧牲層1213后，生產(chǎn)過程中殘余的應(yīng)力的 可能使鉸鏈發(fā)生形變。因此，彈性鉸鏈的尺寸最好滿足寬度W〉長度L。此外，希望彈性鉸鏈1214豎直地位于鏡面1217和中央電極1209之間，滿足[鉸鏈的寬度》 長度>厚度]這一條件。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)定彈性鉸鏈的長度L為1微米，寬度W為1.2微米，發(fā) 現(xiàn)置于彈性鉸鏈1214上的鏡面1217非常穩(wěn)固。
這里，還有另一種構(gòu)造，為一個(gè)鏡面安裝多個(gè)彈性鉸鏈，每一彈性鉸鏈寬度W 減小。譬如說，兩個(gè)比常規(guī)彈性鉸鏈寬度小的彈性鉸鏈可以放置在圖8所示鏡面的 末端。
彈性電極的上表面與粘接部分相連，該部分的尺寸和/或形式可以與后面所提 到鏡面的相近。本實(shí)施例中，粘接部分的尺寸要盡可能地小，這樣的構(gòu)造能防止鏡 面發(fā)生形變或由于鏡面和粘接部分的線性熱膨脹系數(shù)不同而造成彎曲。
圖12B所示步驟27在半導(dǎo)體晶圓襯底已成形的彈性鉸鏈1214上淀積了一掩膜 層1215。
淀積中，掩膜層1215將彈性鉸鏈1214全部覆蓋以填充用于彈性鉸鏈1214制 作的孔洞，并保持彈性鉸鏈和后面將提到的鏡面層1217間良好的電連接。掩膜層 1215可以使用光刻膠。
圖12B所示步驟28將半導(dǎo)體晶圓襯底結(jié)構(gòu)上的掩膜層1215留在彈性鉸鏈1214 的粘接部分上，以淀積一金屬層1216。接下來，在粘接部分上淀積多層材料。在 這步中，如果半導(dǎo)體晶圓襯底的直徑為8英尺，拋光應(yīng)該使襯底中央?yún)^(qū)域附近及其 末端附近每一個(gè)鏡面單元彈性鉸鏈1214的粘接部分曝露出來。
即使這樣拋光，襯底中央?yún)^(qū)域及其末端區(qū)域附近不同鏡面單元彈性鉸鏈1214 暴露出的連接部分尺寸和高度也是不同的。為了消除鏡面單元高度的不均勻性，并 保證彈性鉸鏈1214和鏡面1217之間良好的電連接，淀積一金屬層1216。
譬如說，金屬層1216可由含有鎢或鈦之類的材料，也可以用由含有其它金屬 的材料淀積而成。
如果鏡面1217是由鋁制造的，彈性鉸鏈1214是由硅材料制造的，阻擋層(這 里未畫出)在金屬層1216上面和下面淀積，可以使鏡面1217不與彈性鉸鏈1214 相接觸。注意阻擋層可以是兩層或多層材料構(gòu)成。
圖12C所示步驟29將鏡面層1217淀積在半導(dǎo)體晶圓襯底結(jié)構(gòu)體上。接下來， 刻蝕淀積的鏡面層1217以得到期望的鏡面形狀。鏡面層1217最好由高反射率材料， 如鋁來制造。
本實(shí)施例刻蝕的目的是將鏡面制造成近似正方形，鏡面的邊長最好是在4至 IO微米之間。鏡間的間隙最好在0. 15至0.55微米之間。每一鏡面單元的相對孔 徑需要設(shè)計(jì)成90%。
刻蝕完畢后，在已形成鏡面層的半導(dǎo)體晶圓襯底結(jié)構(gòu)體的整個(gè)表面淀積一保護(hù)層(未畫出)。保護(hù)層的材料可以選用正硅酸乙酯(TE0S)。
接下來，將這個(gè)鏡面單元劃切成兩百萬個(gè)鏡面單元。前面提到的保護(hù)層就是為 了在劃切過程中保護(hù)鏡面單元。
然后對半導(dǎo)體晶圓襯底分進(jìn)行劃片，為單個(gè)鏡面陣列，每個(gè)陣列中有兩百萬個(gè) 或更多的鏡面單元。
圖12C所示步驟30將已形成鏡面層的半導(dǎo)體晶圓襯底結(jié)構(gòu)體上的犧牲層移除。 如果犧牲層是由正硅酸乙酯制造的，則可以被氫氟酸(HF)或酒精移除。通過適當(dāng) 調(diào)整氫氟酸(HF)和酒精的配比和處理時(shí)間，能將犧牲層和其它所有殘余的外來材 料。這種工藝可以在切片工藝后在第四保護(hù)層1212上形成一反粘連層。
圖13B顯示了彈性鉸鏈1214和鏡面1217，它們制作圖12A至12C所示工藝制 造的鏡面器件的鏡面單元中央電極1209上。
阻擋層1210位于半導(dǎo)體晶圓襯底上的中央電極1209上，與彈性鉸鏈1214相 連接。第三保護(hù)層1211位于中央電極1210上，第四保護(hù)層1212位于第三保護(hù)層 1211上。
在彈性鉸鏈1214粘接部分上部，形成阻擋層1218。金屬層1216位于阻擋層 1218上，阻擋層1220位于金屬層1216上。也就是說，金屬層1216的上表面和下 表面分別被阻擋層1220和1218覆蓋。阻擋層1220和1218都連接到鏡面層1217 上。注意對粘接部分、金屬層1216、金屬層1216上表面和下表面阻擋層1220 和1218作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以設(shè)置鏡面層1217的高度。這樣，通過本實(shí)施例制造方法， 鏡面1217由鏡面單元中央電極1209上的彈性鉸鏈1214支撐。
制造彈性鉸鏈1214的無定形硅是用化學(xué)氣相淀積(CVD)實(shí)現(xiàn)的。無定形硅層 形成的方式最好是使彈性鉸鏈根部HL的厚度最小，逐漸增大彈性鉸鏈中上部HU的 厚度，在和彈性鉸鏈連接層的粘接部分HP厚度最大。也就是說，在接近于中央電 極1209的彈性鉸鏈1214的末端和接近于鏡面1217的彈性鉸鏈1214的末端，滿足 [電極附近彈性鉸鏈末端的剖面尺寸《鏡面附近彈性鉸鏈末端的剖面尺寸]這一要 求。
對含硅的彈性鉸鏈1214所做實(shí)驗(yàn)證明該彈性鉸鏈的耐用性好，在數(shù)十億次 的反復(fù)偏轉(zhuǎn)后，都沒有損壞。這樣，經(jīng)過本實(shí)施例所述制造方法制造出的鏡面單元 能夠有強(qiáng)的實(shí)用性。注意每個(gè)鏡面單元彈性鉸鏈1214的長度最好小于或等于2 微米，每個(gè)鏡面單元的邊長小于或等于10微米。還要注意的是鉸鏈電極1210和 電極1208a、 1208b使襯底表面凹凸不平。
下面將要描述的是基于實(shí)施例1、 2和3的包含鏡面器件的投影裝置。投影裝 置包括了單片投影儀和多片投影儀?；趯?shí)施例1、 2和3的鏡面器件對上述的兩 種投影裝置都適用?！磫纹队把b置〉
這里描述的是包含單個(gè)鏡面器件的單片投影裝置的例子。
圖14是基于包含單個(gè)鏡面器件的單片投影裝置的結(jié)構(gòu)圖。
單片投影裝置是由下述元件組成的。
產(chǎn)生用于圖像投影光線的光源401。光源401由含有處理器410的光源控制單 元402控制。它可以是弧光燈光源、激光光源或發(fā)光二極管(LED)光源。光源 401可以由許多亞光源組成。亞光源的數(shù)量由光源控制單元402來控制，從而調(diào)整 光強(qiáng)。同時(shí)，使亞光源處于偏置狀態(tài)的光源控制單元402可以展示光強(qiáng)的分布。
如果光源401由許多含有不同波長的激光光源組成，光源控制單元402對單個(gè) 激光光源的改變確保了對入射光的選擇性。因此，這種結(jié)構(gòu)不需要后面所提到的色 輪406。同時(shí)，也可執(zhí)行激光光源或發(fā)光二極管(LED)光源的光脈沖發(fā)射。
當(dāng)使用光色散角較小、光通量近似平行的光源(如激光光源)時(shí)，在延伸器的 作用下，入射光通量與反射在鏡面器件414上的光通量的數(shù)值孔徑NA可以減小。 在入射光被鏡面器件414反射，受到干擾時(shí)，這些光通量相互間可以靠的很近。所 以，鏡面的設(shè)計(jì)尺寸可以縮小，同時(shí)鏡的偏轉(zhuǎn)角度也可以減小。通過靠攏入射光通 量和投影光通量使鏡的偏轉(zhuǎn)角減小，這樣就可以減少穿過器件包413的入射光和反 射光間的光程差，同時(shí)減小使透射率差異。這樣，更多的入射光和反射光進(jìn)入到鏡 面陣列中和投影路徑。因此，通過使用激光光源來減小鏡偏轉(zhuǎn)角度的方法可以提高 圖像亮度。
聚光透鏡1403將來自光源401的光集中在一起。積分柱404使光量分布均勻。 聚光透鏡2405將來自積分柱404的光集中在一起。色輪406由含有多個(gè)濾波器的 濾波單元組成。每個(gè)濾波器都能提取一確定的波長。譬如說，濾波單元可以由三個(gè) 濾波器組成，其中一個(gè)濾波器提取出紅光， 一個(gè)濾波器提取出綠光，還有一個(gè)濾波 器提取出藍(lán)光。每個(gè)光通路上的濾波器都可以通過色輪驅(qū)動單元407來改變，這樣 就可以旋轉(zhuǎn)或滑動由多個(gè)濾波器構(gòu)成的濾波單元。濾波器可以有偏振的特性。處理 器410的電動控制單元408控制色輪驅(qū)動單元407，濾波器的旋轉(zhuǎn)或滑動速度就由 色輪驅(qū)動單元407控制。
全內(nèi)反射(TIR)棱鏡409由兩個(gè)三棱鏡組成，即第一棱鏡411和第二棱鏡412。 第一棱鏡411用來將入射光完全反射。例如，該棱鏡將入射光全反射至進(jìn)入鏡面器 件的光路上。全反射光由鏡面器件來調(diào)節(jié)，反射到第二棱鏡412上。第二棱鏡412 傳輸入射角小于臨界角度的反射光，這是由鏡面器件來調(diào)制的。鏡面器件414裝在 器件包413上，該鏡面器件414由處理器410中的空間光調(diào)制器(SLM)控制單元 415來控制。
投影透鏡416由鏡面器件414來調(diào)控用于放大反射光，將其投影在屏幕417上。由光源控制單元402、電動控制單元408和SLM控制單元415組成的處理器410 能夠同時(shí)控制上述控制單元。連接到圖像信號輸入單元418的處理器410對輸入的 圖像信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理器410還連接到幀存儲器419上。它能夠傳播經(jīng)過處 理的圖像信號數(shù)據(jù)。
圖像信號輸入單元418將收到的數(shù)據(jù)傳播給處理器410。幀存儲器419能夠?qū)?處理器410處理的單屏圖像信號數(shù)據(jù)進(jìn)行積累。這就是圖14所示單片投影裝置400 的組成單元。
下面將闡述如圖14所示單片投影裝置400上投影彩色圖像的基本原理。
在單片投影裝置400中，從光源401中發(fā)出的光通過聚光透鏡1403、積分柱 404和聚光器405進(jìn)入到色輪406的濾波器中。通過色輪406中的濾波器提取出所 需的特定波長的光，進(jìn)入到全內(nèi)反射棱鏡409的第一棱鏡411中。由第一棱鏡411 反射的光進(jìn)入到器件包413內(nèi)的鏡面器件414中。經(jīng)過鏡面器件中鏡面單元反射的 光再一次進(jìn)入到全反射棱鏡409中，并通過第二棱鏡412進(jìn)行傳播。然后，該光通 過投影棱鏡416投射到屏幕417上。
這樣投影圖像時(shí)，處理器410中的光源控制單元402控制了光量以及基于圖像 信號輸入單元418接收的圖像信號數(shù)據(jù)的光源。電動控制單元408由圖像信號數(shù)據(jù) 控制，同時(shí)它又控制著色輪驅(qū)動單元407。這種對色輪406中濾波器的控制是由色 輪驅(qū)動單元407來完成的。此外，基于圖像信號數(shù)據(jù)的SLM控制單元415控制了鏡 面器件414的許多光調(diào)制單元。
上述單片投影裝置400將一幅圖像(一幀)的周期分為許多子幀，它們與光的 波長相關(guān)，即分別與紅光、綠光和藍(lán)光相關(guān)。每一波長的光在每一子幀周期中照射 到鏡面器件414上。因此，子幀周期、鏡面器件414對任一波長光的調(diào)制周期以及 色輪406中濾波器的制動周期彼此相互獨(dú)立。選擇反射只使單波長的光反到投影 屏幕上。單波長光在各自子幀中的連續(xù)投影使投影圖像為彩色。
下面將列舉一個(gè)基于本實(shí)施例的含有多個(gè)鏡面器件的多片投影裝置的例子。
該多片投影裝置由許多光源，多個(gè)鏡面器件和一個(gè)投影棱鏡組成。
光源最好是激光光源或者是發(fā)光二極管(LED)光源。裝置中可能有很多激光 光源，每一個(gè)都是獨(dú)立控制的，這樣可以開/關(guān)特定波長的激光光源而不需要濾波 器。激光光源的使用可以產(chǎn)生一脈沖發(fā)射，這是弧光燈很難達(dá)到的。
下面闡述雙片和三片投影裝置的構(gòu)造和基本原理，作為本實(shí)施例含有鏡面器件 的多片投影裝置的例子。 '
〈雙片投影裝置〉
雙片投影裝置的是將兩個(gè)鏡面器件分別與兩組光源相對應(yīng)。一個(gè)鏡面器件調(diào)控 一組光源發(fā)出的光，另一個(gè)鏡面器件調(diào)控另一組光源發(fā)出的光。接下來，每個(gè)鏡面反射和調(diào)制的光被合成以投影圖像。
譬如說，當(dāng)使用三種顏色的不同波長的光(即紅光、綠光和藍(lán)光)投影圖像時(shí)， 具有高可見度的綠光由一個(gè)鏡面器件調(diào)控，紅光或藍(lán)光由另一個(gè)鏡面器件調(diào)控，該 調(diào)控可以按順序進(jìn)行或者同時(shí)進(jìn)行。接下來就是將每個(gè)鏡調(diào)控的光進(jìn)行合成來投影
圖像。圖15A至15D是居于本實(shí)施例的含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖15A至15D中所示的投影裝置500含有一綠光激光光源501、 一紅光激光光 源502、 一藍(lán)光激光光源503、照明光學(xué)系統(tǒng)504a和504b、兩個(gè)三棱鏡506和509、 器件包511中的兩個(gè)鏡面器件520和530、 一電路板508、 一粘接單元512、 一遮 光罩513、 一光導(dǎo)棱鏡514和一投影光學(xué)系統(tǒng)523。
下面介紹圖15A至15D中所示投影裝置500的組成元件。
光源501、 502和503都是與單片系統(tǒng)中一樣的激光光源，它們能形成一脈沖 發(fā)射。它們可以由多個(gè)亞激光光源組成，也可以由兩個(gè)與鏡面器件相對應(yīng)的弧光燈 組成。在使用弧光燈的情況下，濾波器505只允許特定波長光通過，在棱鏡510表 面合成反射其它波長的光時(shí)，通過合成反射光也可以達(dá)到類似的效果。或者，通過 使用二向棱鏡或雙色鏡將不同波長的光分離，從而將單色光投射到鏡面器件。
照明光學(xué)系統(tǒng)504a和504b含有如前所述單片投影裝置中的聚光透鏡、積分柱、 凸透鏡和凹透鏡等。
棱鏡510由三棱鏡506和509組成，它的作用是合成從兩個(gè)鏡面器件520和 530反射出來的光。當(dāng)棱鏡510合成從兩個(gè)鏡面器件520和530反射出來的光時(shí)， 最好要配備如二向?yàn)V波器之類的濾波器505。它可以通過具有特定波長的光，反射 其它波長的光。
濾波器505的作用是作為濾光器，因?yàn)樗軌蚴咕哂刑囟úㄩL的光通過而反射 其它波長的光。同時(shí)，當(dāng)使用激光光源來發(fā)射光時(shí)，該光有一特定的偏振方向，通 過在棱鏡510中合成反射光的表面使用不同的偏振光束分光鏡薄膜，也可以達(dá)到相 同的效果。
器件包511與前面描述的單片投影裝置的類似，圖15A至15D所示器件包511 需要可以容納兩個(gè)鏡面器件520和530。當(dāng)然，鏡面器件520和530也可以單獨(dú)裝。 注意圖15A至15D顯示的鏡面陣列521和531、器件襯底522和532分別屬于鏡 面器件520和530。
電路板508與上述單片投影裝置中的處理器相連，該處理器含有一個(gè)SLM控制 單元和一個(gè)光源控制單元。處理器處理輸入信號數(shù)據(jù)，并將處理過的數(shù)據(jù)傳播到 SLM控制單元和光源控制單元。SLM控制單元和光源控制單元通過電路板508的處 理數(shù)據(jù)來控制鏡面器件和光源。對鏡面器件的控制可以與對光源的控制同步。處理 器圖像信號數(shù)據(jù)的輸入在前面描述單片投影裝置時(shí)就已作闡述，這里不再贅述。粘接單元512的作用是將棱鏡連接到器件包511上。512可以由燒結(jié)的玻璃來 制成，遮光罩513的作用是遮住不需要的光。遮光罩513可以使用石墨制成。圖 15A至15D顯示了裝有遮光罩513的投影裝置500，它不僅安裝在是棱鏡510的底 部，還安裝在鏡510的背部。
光導(dǎo)棱鏡514為直角三角錐形，可以將斜面附著在棱鏡510上，底部朝上。棱 鏡514底部是向上的。光導(dǎo)棱鏡514的安裝是為了使光源501、 502、 503、照明光 學(xué)系統(tǒng)504a、 504b與光源及單光源501、 502、 503發(fā)出的光的光軸相關(guān)，它們分 別與光導(dǎo)棱鏡514的底部相垂直。這種結(jié)構(gòu)使光源501， 502， 503射出的光與光導(dǎo) 棱鏡514和棱鏡510相垂直。當(dāng)光源501， 502， 503射出的光進(jìn)入到光導(dǎo)棱鏡514 和棱鏡510中時(shí)，光導(dǎo)棱鏡514和棱鏡510表面的透射率增大。
投影光學(xué)系統(tǒng)523是把合適圖像投影到屏幕上的光學(xué)單元。譬如說，諸如投影 棱鏡之類的單元將投影到屏幕上形成圖像的光放大。注意當(dāng)同時(shí)使用偏振光和偏 振光束分光鏡薄膜時(shí)，雙片投影裝置的可以在棱鏡510下表面安裝1/2波長片和 1/4波長片。圖15A至15D所示的雙片投影裝置500中即有這樣的結(jié)構(gòu)。
下面將通過參考圖15A至15D來闡述雙片投影裝置500的工作原理。
投影裝置500使綠色激光515從棱鏡510的前面入射，接下來讓紅色激光516 和藍(lán)色激光517在時(shí)間上分開入射，并通過本實(shí)施例鏡面器件520和530使這三種 激光向棱鏡510的斜面方向反射。經(jīng)反射的綠色激光515和紅色激光516或藍(lán)色激 光517被合成，并通過投影光學(xué)系統(tǒng)523投影在屏幕上。
圖15A是本實(shí)施例的含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置正視圖。
通過參考圖15A所示雙片投影裝置前視圖下面將闡述本實(shí)施例如何通過鏡面 器件520和530來投影棱鏡510前方的入射激光515、 516、 517和棱鏡510斜面方 向上的反射激光515、 516、 517的基本原理。
綠色激光515和紅色激光516和/或藍(lán)色激光517分別從綠色激光光源501， 紅色激光光源502，藍(lán)色激光光源503發(fā)出，穿過與這三束光相應(yīng)的照明光學(xué)系統(tǒng) 504a和504b，之后通過光導(dǎo)棱鏡514進(jìn)入到棱鏡510中。然后，這三束光在棱鏡 510中傳播，進(jìn)入到與棱鏡510的底部相連的器件包511中。
綠色激光515和紅色激光516和/或藍(lán)色激光51通過器件包511進(jìn)入到裝在器 件包511中對應(yīng)激光光源515、 516、 517的鏡面器件520和530中。經(jīng)過鏡面器件 520， 530的調(diào)制后，激光515、 516和517都向棱鏡510的斜面方向反射。
參考圖15B中雙片投影裝置500的后視圖，下面將從激光515、 516和517在 鏡面器件520和530的反射到圖像的投影出發(fā)，來闡述投影的基本原理。
圖15B是本實(shí)施例含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置的后視圖。
開態(tài)的綠色激光518、開態(tài)的紅色或藍(lán)色激光519經(jīng)過開態(tài)的鏡面器件520和530向棱鏡510的斜面方向反射，在器件包511中傳播后進(jìn)入棱鏡510。然后，處 于開態(tài)的綠色激光518、紅色或藍(lán)色激光519各自在棱鏡510的斜面上反射。開態(tài) 綠色激光可以在反射其它波長光的同時(shí)讓具有特定波長的光通過的膜層505上重 新反射。同時(shí)，開態(tài)的紅色或藍(lán)色激光519通過膜層505傳播，接下來，開態(tài)綠色 激光51S、紅色或藍(lán)色激光519在同一個(gè)光路上合成向投影光學(xué)系統(tǒng)523投射，從 而得以形成彩色圖像。汪意從梭鏡510射向投影光學(xué)系統(tǒng)523的激光518和519 的光軸與棱鏡510的發(fā)射表面垂直。
因此，上述結(jié)構(gòu)能通過使用含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置500來投影圖像。
圖15C是上述含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置的側(cè)視圖。從綠色激光光源 501發(fā)出的綠色激光515通過照明光學(xué)系統(tǒng)504a垂直地入射到光導(dǎo)棱鏡514中。 通過在光導(dǎo)棱鏡514中的傳播，綠色激光515沿連接在光導(dǎo)棱鏡514上的棱鏡510 和傳播，進(jìn)入到器件包511中鏡面器件520的鏡面陣列521里。
鏡面陣列521通過處于任意偏轉(zhuǎn)角的開態(tài)鏡面將入射綠色激光515反射，所有 的反射光進(jìn)入到投影光學(xué)系統(tǒng)523中；當(dāng)光入射到中間態(tài)的鏡面時(shí)部分的反射光進(jìn) 入到投影光學(xué)系統(tǒng)523中；當(dāng)光入射到關(guān)態(tài)的鏡面時(shí)沒有反射光進(jìn)入到投影光學(xué)系 統(tǒng)523中。
同時(shí)，選擇中間態(tài)的激光525被鏡面陣列521反射，這樣， 一部分光進(jìn)入到投 影光學(xué)系統(tǒng)523中。選擇關(guān)態(tài)的激光526被鏡面陣列521反射，其方向是沿裝在棱 鏡510背面的遮光層513的方向。反射的激光526被遮光層513吸收。這樣，處于 開態(tài)具有最大光量的綠色激光，處于中間態(tài)具有中等光量的光，處于關(guān)態(tài)零光量的 光投射到投影光學(xué)儀器523中。注意開態(tài)和關(guān)態(tài)之間偏轉(zhuǎn)角的鏡面使得中間態(tài)光 的形成成為可能。上面提到的自由振蕩的鏡面反復(fù)地處于開態(tài)、中間態(tài)和關(guān)態(tài)偏轉(zhuǎn) 角。對自由振蕩數(shù)的控制可以調(diào)整射向投影光學(xué)系統(tǒng)523的光的光量。如此，中間 態(tài)光量的產(chǎn)生能使投影圖像有高的灰度等級。
在反面，即紅色激光光源502和藍(lán)色激光光源503的一側(cè)，也可以采用類似的 工藝。
圖15D是本實(shí)施例含有兩個(gè)鏡面器件的雙片投影裝置的平面圖。 處于關(guān)態(tài)的光可以在背面被遮光層513吸收而不沿棱鏡510的斜面方向反射。 這是通過放置鏡面器件520和530如圖15D所示同水平面成45度角。 <三片投影裝置> 下面將描述三片投影裝置。
三片投影裝置將三個(gè)鏡面器件分別與三組光源的單光束相對應(yīng)，并使鏡面器件 調(diào)制對應(yīng)光源發(fā)出的光。接下來，每個(gè)鏡面器件調(diào)控的光相互合成以投影圖像。譬如說，當(dāng)用三色光(即紅光，綠光和藍(lán)光)來投影圖像時(shí)，每種光分別持 續(xù)地被鏡面器件調(diào)制，調(diào)制后的光被合成以投影彩色圖像。
圖16是本實(shí)施例含有三個(gè)鏡面器件的三片投影裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖16所示的投影裝置600含有光源601、聚光透鏡1602、積分柱603、聚光 透鏡2604、聚光透鏡3605、 TIR棱鏡608、第一二向棱鏡609、第二二向棱鏡610、 第三二向棱鏡611、獨(dú)立鏡面器件612、 613、 614和裝載鏡面器件612、 613、 614、 投影透鏡618的獨(dú)立器件包615、 616和617。
下面描述圖16所示投影裝置600的組成單元。
光源601可以是弧光燈光源、激光光源、發(fā)光二極管單元或是如前所述的單片 投影裝置和雙片投影裝置的光源。諸如亞光源和/或脈沖發(fā)射之類光源的構(gòu)造和控 制與上述投影裝置的光源相似，因此不再贅述。
聚光透鏡1602、積分柱603、聚光透鏡2604和聚光透鏡3605與單片投影裝置 的相應(yīng)部件類似，聚光透鏡1602、積分柱603、聚光透鏡2604和聚光透鏡3605的 作用都是聚集光。同時(shí)，積分柱603的作用是使光的強(qiáng)度均勻化。
TIR棱鏡608與上述單片投影裝置的相似，因此這里不再贅述。注意圖16 所示三片投影裝置的TIR棱鏡608由第一棱鏡606和第二棱鏡607組成。
第一二向棱鏡609和第二二向棱鏡610只讓特定波長的光通過而反射其它波長 的光，第三棱鏡611為普通棱鏡。注意第一二向棱鏡609和第二二向棱鏡610可 由獨(dú)立的二向棱鏡構(gòu)成。
譬如說，圖16顯示了第一二向棱鏡609只反射紅光，而讓其它波長的光通過， 第二二向棱鏡610只反射藍(lán)光，而讓其它波長的光通過的情況。這幅圖顯示了第三 棱鏡611使綠光沿直線傳播的情況。
本實(shí)施例的獨(dú)立器件包615、 616和617分別裝載鏡面器件612、 613和614。
投影棱鏡618的作用是放大被鏡面器件612、 613和614反射和調(diào)制之后合成 的光。
處理器620與前面所述單片投影裝置的類似，它包含空間光調(diào)制控制單元621 和光源控制單元622，它對輸入圖像信號數(shù)據(jù)的處理也與前述單片投影裝置相同。
空間光調(diào)制控制單元621與前面所述單片投影裝置的基本類似，它與鏡面器件 612、 613和614相連，基于經(jīng)處理器處理的圖像信號數(shù)據(jù)，它能夠獨(dú)立或同步地 控制鏡面器件612、 613和614。它也可以和其它組件一起，同時(shí)控制鏡面器件612、 613和614。
光源控制單元622與前面所述單片投影裝置的類似，它與光源601相連，通過 經(jīng)處理器處理的圖像信號數(shù)據(jù)，能夠控制光源的光強(qiáng)和亞光源的數(shù)量。幀存儲器 623和圖像信號輸入單元624也與前面所述單片投影裝置的類似，因此，這里不再贅述。這就是圖16所示的三片投影裝置600的組成部件。
下面將闡述圖16中所示三片投影裝置600的彩色圖像投影原理。 在三片投影裝置600中，從光源601發(fā)出的光依次透過聚焦棱鏡-1 602、積分 柱603、聚焦棱鏡-2 604和聚焦棱鏡-3 605，并以大于或等于臨界角的角度射向 TIR棱鏡608的第一棱鏡606。入射光全部被TIR棱鏡608的第一棱鏡606反射， 進(jìn)入到第一二向棱鏡609中。在全反射光中，只有紅光被反射，其它波長的光都在 第一二向棱鏡609的發(fā)射表面和/或第二二向棱鏡610的入射表面。對于入射到第 二二向棱鏡610上的光，只有藍(lán)光才被反射，其它波長的光，即綠光通過第二二向 棱鏡610的發(fā)射表面和/或第三棱鏡611的入射表面。
進(jìn)入到第三棱鏡611的波長與藍(lán)光和紅光相等的光被移除，即綠光在第三棱鏡 611中沿直線傳播。分散到每個(gè)波長的光分別射到器件包615、 616和617上，它 們裝有第一二向棱鏡609、第二二向棱鏡610和第三棱鏡611的旁邊的鏡面器件 612、 613和614。
本實(shí)施例中，透過器件包615、 616和617的光束進(jìn)入到鏡面器件612、 613和 614中。這里，鏡面器件612， 613， 614由空間光調(diào)制控制單元621獨(dú)立地控制， 以分別響應(yīng)基于處理器620處理過的圖像信號數(shù)據(jù)。鏡面器件612、 613和614調(diào) 制和反射入射光。被鏡面器件612反射的紅光重新進(jìn)入到第一二向棱鏡609中。同 時(shí)，被鏡面器件614反射的藍(lán)光重新進(jìn)入到第二二向棱鏡610中。被鏡面器件613 反射的綠光重新進(jìn)入到第三棱鏡611中。
紅光重新進(jìn)入到第一二向棱鏡609中，藍(lán)光重新進(jìn)入到第二二向棱鏡610中， 這樣的反射過程被多次重復(fù)。藍(lán)光和綠光光路重疊，從第三棱鏡611重新進(jìn)入到第 二二向棱鏡610中，因此得以合成。接下來，合成過的綠光與藍(lán)光自第二二向棱鏡 610進(jìn)入到第一二向棱鏡609中。紅光和與綠光，藍(lán)光波長相等的光路徑重疊，自 第二二向棱鏡610進(jìn)入到第一二向棱鏡609中，因此得以合成。
經(jīng)合成的光由鏡面器件612， 613， 614分別調(diào)控，它以小于臨界角的角度入射 到TIR棱鏡608的第二二向棱鏡607中。
接下來，合成的光通過TIR棱鏡608的第二二向棱鏡607，并由投影棱鏡618 投射到屏幕619上。這樣就可以在三片投影裝置上投影彩色圖像。
與上面提到的單片圖像顯示系統(tǒng)相比，在這樣的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槿獾拿恳?束光都一直得到顯示，就不會出現(xiàn)所謂顏色分離的情況。另外，對光源發(fā)出的光的 有效使用原則上可以得到更亮的圖像。以上就是對本實(shí)施例含有鏡面器件的投影裝 置的闡述。這樣，本說明描述了裝在襯底上的含有許多電極的鏡面器件、連接到至 少一個(gè)電極上的鉸鏈和連到鉸鏈上且至少與一個(gè)電極相關(guān)的鏡面，其中鉸鏈和鏡面 之間或鉸鏈和電極之間有一阻擋層。值得注意的是造這種結(jié)構(gòu)鏡面器件的制造方法。還要注意的是含有這種結(jié)構(gòu)鏡面器件的投影裝置。
毫無疑問，熟讀上述詳細(xì)介紹并熟練掌握這一技巧的人肯定會想到許多種對裝 置的變動和更改。相應(yīng)地，附加如權(quán)利要求有必要列入這項(xiàng)發(fā)明可能變動和更改。 雖然己對優(yōu)選實(shí)施例作出說明，但本發(fā)明并不限于上述解釋。
因此，我們的目的是要讓附加如權(quán)利要求能涵蓋一切體現(xiàn)本發(fā)明思想、屬于本 發(fā)明范圍的變動與更改。
權(quán)利要求
1.鏡面器件，包括襯底上的許多電極；與至少一個(gè)電極相連，沿所述襯底垂直向外方向的鉸鏈；上述鉸鏈支撐頂部沿水平方向放置的鏡面，電極附近上述鉸鏈剖面積小于或等于鏡面附近上述鉸鏈的剖面積。
2. 鏡面器件，包括襯底上的許多電極；與至少一個(gè)電極相連，沿所述襯底垂直向外方向的鉸鏈；上述鉸鏈支撐頂部沿水平方向放置的鏡面，該鉸鏈的寬度大于或等于該鉸鏈的長度，該鉸鏈的長度大于該鉸鏈的厚度。
3. 鏡面器件，包括襯底上的許多電極，其中至少一個(gè)電極位于上述襯底上表面下方的襯底內(nèi)部，其余電極位于上述襯底表面上。
4. 鏡面器件，包括襯底上的許多電極；其中至少一個(gè)電極與通孔連接部件相連，該通孔連接部件包含上述襯底上通孔中的一根導(dǎo)線；在同一層上，至少有另一個(gè)電極連接到通孔連接部件。
5. 如權(quán)利要求1所述鏡面器件，其中鉸鏈的長度大約為2微米或者更小，鏡面為正方形，該正方形鏡面的邊長大約為IO微米或更小。
6. 如權(quán)利要求2所述鏡面器件，其中鉸鏈的長度大約為2微米或者更小，鏡面為正方形，該正方形鏡面的邊長大約為IO微米或更小。
7. 由鏡面器件組成的投影裝置，其中鏡面器件包含有許多鏡面單元以反射入射光，該投影裝置中鏡面器件含有沿襯底垂直向外方向的鉸鏈，該鉸鏈支撐頂部沿水平方向放置的鏡面；與鉸鏈相連的襯底上的鉸鏈電極；含有襯底內(nèi)部電容器的控制電路；上述襯底內(nèi)部位于該襯底上表面的下方與控制電路相連的電極。
8. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中鉸鏈的長度大約為2微米或者更小，鏡面為正方形，該正方形鏡面的邊長大約為IO微米或更小。
9. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中電極表面和鉸鏈電極表面的高度大約從襯底上表面開始算起。
10. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中電極表面有由硅構(gòu)成保護(hù)層。
11. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中光源是激光光源。
12. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中鉸鏈和鏡面間和/或鉸鏈和電極間的阻擋層。
13. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中鉸鏈附近的至少兩個(gè)上述電極，其中，至少一個(gè)電極放置在襯底上。
14. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中鏡面的上表面含有這樣的表面結(jié)構(gòu)其相對上述鏡面上表面的臺階深度和高度要比從光源投影的光的波長小。
15. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中-電極至少一部分要形成于相對襯底上表面的凸電極上，為阻止上述鏡面的進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，將一個(gè)電極作為制動器來接觸該鏡面，使其偏轉(zhuǎn)角保持不變。
16. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中上述鉸鏈支撐頂部沿水平方向放置的鏡面，電極附近上述鉸鏈剖面積小于或等于鏡面附近上述鉸鏈的剖面積。
17. 如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中上述鉸鏈支撐頂部沿水平方向放置的鏡面，該鉸鏈的寬度大于或等于該鉸鏈的長度，該鉸鏈的長度大于該鉸鏈的厚度。
全文摘要
一個(gè)鏡面器件包括襯底上的許多電極；與至少一個(gè)電極相連的鉸鏈；與至少和一個(gè)電極相關(guān)的鉸鏈相接觸的鏡面，其中鉸鏈和鏡面間和/或鉸鏈和電極間有一阻擋層。另外，還有一種制造這種鏡面器件的器件制作方法。此外，還有由這種鏡面器件組成的投影裝置。
文檔編號G02B26/00GK101595415SQ200780040211
公開日2009年12月2日 申請日期2007年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者前田義浩, 市川博敏, 杉本直也 申請人:硅索株式會社