專利名稱：制造薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)投影系統(tǒng)；特別是涉及制造用于該系統(tǒng)的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法。
在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域可得到的各種視頻顯示系統(tǒng)中，光學(xué)投影系統(tǒng)已知能夠提供大規(guī)模高質(zhì)量的顯示。在這種光學(xué)投影系統(tǒng)中，來自燈的光均勻地照射在一個例如M×N可驅(qū)動反射鏡陣列上，其中各反射鏡與各驅(qū)動器相連接。驅(qū)動器可以由例如為壓電或電致伸縮材料的電致位移材料制成，這些材料響應(yīng)施加在其上的電場產(chǎn)生變形。
來自各反射鏡的反射光束入射到例如一個光闌的開口上。通過在各驅(qū)動器上施加一個電信號，各反射鏡對于入射光束的相對位置被改變，從而引起來自各反射鏡的反射光束的光路偏移。隨著各反射光束的光路的改變，通過開口的從各反射鏡反射的光量被改變，從而調(diào)制了光束的強度。通過開口的經(jīng)調(diào)制的光束通過一個適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)裝置例如一個投影透鏡被透射到一個投影屏上，從而在其上顯示一個圖象。
在

圖1A至1G中說明了公開在題目為“薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列”的美國序列號為08/430,628的未決共同擁有的申請中的關(guān)于制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡101的陣列100的制造步驟，其中M和N是整數(shù)。
制造陣列100的過程從準(zhǔn)備有源矩陣10開始，它有一個頂面并包括一個基底12，一個M×N晶體管陣列(未示出)及一個M×N連接端14陣列。
在接下來的一個步驟中，如果薄膜待除層28是由金屬制成的，則通過使用濺射法或蒸發(fā)法在有源矩陣10的頂面形成一個薄膜待除層28；如果薄膜待除層28是由磷硅玻璃(PSG)制成的，則采用化學(xué)氣相淀積法(CVD)或旋轉(zhuǎn)涂覆法；如果薄膜待除層28是由多晶硅制成的，則采用CVD法。
然后，形成一個包括由薄膜待除層28包圍的M×N支持元件24陣列的支持層20，其中支持層20是這樣形成的通過使用光刻法在薄膜待除層28上制成M×N空槽(未示出)陣列，各空槽位于連接端14的周圍；并且通過采用濺射法或CVD法在各空槽內(nèi)形成一個支持元件24，如圖1A中所示。支持元件24由絕緣材料制成。
在接下來的步驟中，由絕緣材料制成的彈性層60通過采用溶膠-凝膠(Sol-Gel)法，濺射法或CVD法形成在支持層20的頂上。
然后，由金屬制成的導(dǎo)線管22被這樣形成在各支持元件24中首先通過采用蝕刻法制出一個M×N孔(未示出)的陣列，各孔從彈性層60的頂部延伸到連接端14的頂部；并且在其中填充金屬從而形成導(dǎo)線管22，如圖1B所示。
在下一步驟中，通過采用濺射法將由導(dǎo)電材料制的第二薄膜層40形成在包含導(dǎo)線管22的彈性層60的頂上。該第二薄膜層40通過形成在支持元件24中的導(dǎo)線管22與晶體管電連接。
然后，通過采用Sol-Gel法，濺射法式CVD法，由壓電材料或電致伸縮材料制成的薄膜電致位移層70形成在第二薄膜層40的頂上，如圖1C所示。
在隨后的步驟中，通過采用光刻法或激光修剪法將薄膜電致位移層70，第二薄膜層40和彈性層60成型為一個M×N薄膜電致位移元件75的陣列、一個M×N第二薄膜電極45的陣列和一個M×N彈性元件65的陣列，直到支持層20的頂部暴露出來，如圖1D所示。各第二薄膜電極45通過形成在各支持元件24中的導(dǎo)線管22電連接到晶體管上并起到薄膜可驅(qū)動反射鏡101中的信號電極的作用。
接著，各薄膜電致位移元件75被熱處理，使之發(fā)生相變，從而形成一個M×N經(jīng)熱處理的結(jié)構(gòu)的陣列(未示出)。由于各薄膜電致位移元件75足夠薄，因此如果它由壓電材料制成，不必極化它，因為它可以在薄膜可驅(qū)動反射鏡101的工作過程中被施加的電信號極化。
在上述步驟之后，一個由導(dǎo)電和光反射材料制成的M×N第一薄膜電極35的陣列通過下述方法形成在M×N經(jīng)熱處理的結(jié)構(gòu)的陣列中的薄膜電致位移元件75的頂上首先采用濺射法形成由導(dǎo)電和光反射材料制成的層88，完全覆蓋M×N經(jīng)熱處理的結(jié)構(gòu)的陣列的頂部，包括暴露的支持層20，如圖1E所示，并且然后采用蝕刻法有選擇地去除層88，得到M×N可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)111的陣列110，其中各可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)111包括一個頂面和四個側(cè)面，如圖1F所示。各第一薄膜電極35在薄膜可驅(qū)動反射鏡101中起到反射鏡和偏壓電極的作用。
接下來的步驟是用一個薄膜保護層(未示出)完全覆蓋各可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)111的頂面和四個側(cè)面。
然后，支持層20中的薄膜待除層28被用蝕刻法去除。最后，薄膜保護層被用蝕刻法去除從而形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡101的陣列100，如圖1G所示。
存在很多與上述制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡101的陣列100有關(guān)的問題。第一位的和首要的問題是用于去除薄膜待除層28的腐蝕劑或化學(xué)品可能對構(gòu)成薄膜可驅(qū)動反射鏡101的薄膜發(fā)生化學(xué)侵蝕，降低結(jié)構(gòu)整體性及薄膜可驅(qū)動反射鏡101的性能，后者又反過來損害陣列100的整體性能。
另外，在去除薄膜保護層期間，其中用到的腐蝕劑或化學(xué)品也有可能對構(gòu)成薄膜可驅(qū)動反射鏡101的薄膜層進行化學(xué)侵蝕，這反過來進一步影響陣列100的整體性能。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種制造用在光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，它在去除薄膜待除層期間，將對構(gòu)成各薄膜可驅(qū)動反射鏡的薄膜層的化學(xué)侵蝕的可能性減至最小。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造用在光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，它使得不必形成薄膜保護層。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造用于光學(xué)投影系統(tǒng)的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，其中M和N是整數(shù)，并且各薄膜可驅(qū)動反射鏡具有單壓電晶片(unimorph)結(jié)構(gòu)，該方法包括下述步驟提供一個包括在其頂面上的一個連接端陣列，一個基底和一個晶體管陣列的有源矩陣；用薄膜待除層完全覆蓋連接端的陣列的方法在有源矩陣的頂面上形成一個薄膜待除層；在薄膜待除層中制出一個空槽的陣列，其中各空槽位于連接端的周圍，并且空槽的產(chǎn)生使薄膜待除層和空槽之間的邊界出現(xiàn)尖角；磨掉尖角；通過在其中填充第一絕緣材料在各空槽中形成支持元件；在支持元件和薄膜待除層的頂上沉淀由與支持元件相同材料制成的彈性層；形成適當(dāng)數(shù)目的導(dǎo)線管，各導(dǎo)線從彈性層的頂部穿過支持元件延伸到相應(yīng)的連接端的頂部；在彈性層和導(dǎo)線管的頂上形成由導(dǎo)電材料制成的第二薄膜層；在第二薄膜層的頂上沉淀一個薄膜電致位移層；分別將薄電致位移層和第二薄膜層成型為一個M×N薄膜電致位移元件的陣列和第二薄膜電極的陣列，使得各薄膜電致位移元件和第二薄膜電極形成在支持元件的頂上，有彈性層介于其間，其中各薄膜電致位移元件和第二薄膜電極有側(cè)表面；將由第二絕緣材料制成的絕緣層沉淀在各薄膜電致位移元件和彈性層的頂上，包括在各薄膜電致位移元件和第二薄膜電極的側(cè)面上；分別將絕緣和彈性層成型為絕緣和彈性元件的陣列，直到薄膜待除層暴露出來；去除薄膜待除層，從而形成M×N半成品驅(qū)動器的陣列，其中各半成品驅(qū)動器有一個驅(qū)動空間；在M×N半成品驅(qū)動器陣列的頂上形成一個阻光層，該阻光層完全填充進那里的驅(qū)動空間；去除在各半成品驅(qū)動器中的薄膜電致位移元件頂上形成的阻光層和絕緣元件部分；去除各絕緣元件頂上的阻光層部分和填充進驅(qū)動空間的阻光材料，從而形成一個M×N半成品可驅(qū)動反射鏡的陣列；在各半成品可驅(qū)動反射鏡頂上形成由導(dǎo)電和光反射材料制成的第一薄膜電極，從而形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列。
本發(fā)明的上述和其他目的特征將通過下面結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實施例的描述而變得顯然，其中圖1A至1G為說明前已公開的制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的步驟的示意性斷面圖；圖2A至2J提供了說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法的示意性斷面圖；圖3A至3B表示說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法的示意性斷面圖；以及圖4示出采用本發(fā)明方法制出的一個M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的一個例子的透視圖。
現(xiàn)在參見圖2A至2J，提供了說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的制造用于一種光學(xué)投影系統(tǒng)的一個M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法的示意性斷面圖，其中M和N是整數(shù)。需注意的是，出現(xiàn)在圖2A至2J和3A至3B中的相同部分用相同參考數(shù)字表示。
在圖2A至2J中，提供了說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡201的陣列200的方法的示意性斷面圖，其中各薄膜可驅(qū)動反射鏡201具有一個單壓電晶片結(jié)構(gòu)，它包括一個位于兩個電極之間的電致位移元件。
制造陣列200的過程從準(zhǔn)備有源矩陣210開始，有源矩陣210有一個頂面，并包括其頂面上的一個2M×N連接端214的陣列，一個基底212和一個M×N晶體管陣列(未示出)。
在接下來的步驟中，以使薄膜待除層226完全覆蓋連接端214的陣列的方法在有源矩陣210的頂面上形成有一個厚度為1-2μm，由金屬例如銅(Cu)或鎳(Ni)、磷硅玻璃(PSG)或多晶硅制成的薄膜待除層226。如果薄膜待除層226由金屬制成，薄膜待除層226通過采用濺射法或蒸發(fā)法形成，如果薄膜待除層226由PSG制成，則采用化學(xué)氣相淀積法(CVD)或旋轉(zhuǎn)涂覆法形成，如果薄膜待除層226由多晶硅制成，則用CVD法形成。
然后，通過采用光刻法在薄膜待除層226中形成一個2M×N空槽220的陣列，其中各空槽220位于連接端214周圍。結(jié)果，在剩余的薄膜待除層和空槽220之間的邊界有尖角。
在下一步中，尖角通過采用傳統(tǒng)的快速熱退火(RTA)法被磨圓，如圖2A所示。RTA法包括下述步驟在鎳氣氣氛中將溫度以45-55℃/秒的速度提高，直到獲得要求的溫度，要求的溫度在1000℃-1500℃的范圍；保持這一溫度30-60秒；以100-150℃/分鐘的速度降低溫度。
接著，各空槽220采用濺射法或CVD法被第一絕緣材料填充，從而在各空槽220中形成支持元件224，如圖2B所示。
在下一步中，通過采用Sol-Gel法、濺射法或CVD法，由與支持元件224相同的材料即第一絕緣材料制成的，厚度為0.1-2μm的彈性層260形成在薄膜待除層226和支持元件224的頂上。
然后形成2M×N個由金屬例如鎢(W)制成的導(dǎo)線管222。各導(dǎo)線管222通過下述步驟形成首先通過采用蝕刻法制出2M×N個孔(未示出)的陣列，其中各孔從彈性層260的頂部，通過支持元件224延伸到相應(yīng)的連接端214的頂部；并通過采用CVD法在其中填充金屬，如圖2C所示。
在下一步中，通過采用濺射法成真空蒸鍍法在彈性層260和導(dǎo)線管222的頂上形成由導(dǎo)電材料例如鉑(Pt)或鉑/鈦(Pt/Ti)制成的厚度為0.1-2um的第二薄膜層(未示出)。
接著，通過采用Sol-Gel法、CVD法或濺射法在第二薄膜層的頂上形成由壓電材料例如鈦酸鉛鋯(PZT)，或電致伸縮材料例如鎳酸鉛鎂(PMG)制成的厚度為0.1-2μm的薄膜電致位移層(未示出)。然后該薄膜電致位移層被熱處理使發(fā)生相變。
在下一步中，通過采用光刻法或激光修剪法，薄膜電致位移層和第二薄膜層分別被成型為M×N薄膜電致位移元件275的陣列和第二薄膜電極245的陣列，使得各薄膜電致位移元件275和第二薄膜電極245形成在支持元件224的頂上，彈性層260介于它們之間，其中各薄膜電致位移元件275和第二薄膜電極245具有側(cè)面，如圖2D所示。各第二薄膜電極245與相應(yīng)的連接端214通過導(dǎo)線管222電連接并在薄膜可驅(qū)動反射鏡201中起到信號電極的作用。由于各薄膜電致位移元件275足夠薄，如果它由壓電材料制成，則無需極化它，因為在薄膜可驅(qū)動反射鏡201工作的過程中它可以被施加的電信號極化。用于使相變發(fā)生的熱處理可在M×N薄膜電致位移元件275形成之后進行。
在下一步中，如圖2E所示，通過采用濺射法或CVD法，由第二絕緣材料例如鎳酸硅制成的厚度為0.1-2μm的絕緣層290形成在各薄膜電致位移元件275和彈性層260的頂上，包括在各薄膜電致位移元件275和第二薄膜電極245的側(cè)面上。
然后，通過采用干蝕刻法或濕蝕刻法，絕緣層和彈性層290，260被分別成型為M×N絕緣和彈性元件295，265的陣列，直到薄膜待除層226暴露出來。然后，通過采用濕蝕刻法，用例如氟化氫(HF)的腐蝕劑，去除薄膜待除層226，從而形成M×N半成品驅(qū)動器299的陣列，其中各半成品驅(qū)動器299有一個驅(qū)動空間228，如圖2F所示。
在隨后的一步中，如圖2G所示，通過采用旋轉(zhuǎn)涂覆法在半成品驅(qū)動器229的頂上形成由聚合物制成的，厚度為1-2μm的阻光層280，阻光層也完全填充到驅(qū)動空間228內(nèi)。
接著，通過采用光刻法，形成在各半成品驅(qū)動器299頂上的阻光層280和絕緣元件295的部分被去除，直到各半成品驅(qū)動器299中的薄膜電致位移元件275被暴露出來，如圖2H所示。各半成品驅(qū)動器299中的絕緣元件295的剩余部分的頂上的阻光層280的剩余部分和填充在驅(qū)動空間228內(nèi)的阻光材料被采用等離子蝕刻法相繼去除，從而形成M×N半成品可驅(qū)動反射鏡298的陣列297，如圖2I所示。
最后，通過采用濺射法或真空蒸鍍法，在各半成品驅(qū)動反射鏡298的頂上形成由導(dǎo)電和光反射材料例如鋁(Al)或銀(Ag)制成的，厚度為0.1-2m的第一薄膜電極230，從而形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡201的陣列200，如圖2J所示。形成在各半成品可驅(qū)動反射鏡298頂上的第一薄膜電極230在薄膜可驅(qū)動反射鏡201中起到反射鏡和偏壓電極的作用。
在圖3A至3B中，示出說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡301的陣列300的方法的示意性斷面圖。
在去除了形成在各半成品驅(qū)動器299的頂上的阻光層280和絕緣元件295的部分直到其中的薄膜電致位移元件275暴露出來的步驟之后，如圖2H所示，，在各半成品驅(qū)動器299中的絕緣元件295的剩余部分的頂上的阻光層280的剩余部分和填充驅(qū)動空間228的阻光材料被相繼去除。
形成在各半成品驅(qū)動器299中的彈性元件265頂上的絕緣元件295的部分通過采用光刻法被進一步去除，從而形成M×N半成品可驅(qū)動反射鏡403的陣列402，如圖3A所示。
在下一步中，由導(dǎo)電材料和光反射材料制成的第一薄膜電極230形成在各半成品可驅(qū)動反射鏡403的頂上，從而形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡301的陣列300，如圖3B所示。
應(yīng)指出的是，盡管采用本發(fā)明的方法制出的各薄膜可驅(qū)動反射鏡201、301具有單壓電晶片結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的方法可以同樣應(yīng)用在制造薄膜可驅(qū)動反射鏡的陣列，其中各薄膜可驅(qū)動反射鏡具有雙壓電晶片結(jié)構(gòu)，對于后一種情況，僅包含有附加的電致位移和電極層的形成。
還應(yīng)注意的是，本創(chuàng)造性的方法可被變化以適合制造具有不同形狀的薄膜可驅(qū)動反射鏡的陣列。
圖4中示出采用本發(fā)明的方法制出的薄膜可驅(qū)動反射鏡201的陣列200的一個例子的透視圖。
雖然本發(fā)明僅參照特定的優(yōu)選實施例進行了描述，但不超出由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍，可以作出其他修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種制造用于一種光學(xué)投影系統(tǒng)的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，其中M和N是整數(shù)，并且各薄膜可驅(qū)動反射鏡具有單壓電晶片結(jié)構(gòu)，該方法包括以下步驟提供包括在其頂面上的一個連接端陣列、一個基底和一個晶體管陣列的一個有源矩陣；在有源矩陣的頂面上這樣形成一個薄膜待除層，使得薄膜待除層完全覆蓋連接端的陣列；在薄膜待除層中制出一個空槽陣列，其中各空槽位于連接端的周圍，并且空槽的產(chǎn)生使得在薄膜待除層和空槽之間的邊界出現(xiàn)尖角；磨掉尖角；通過在其中填充第一絕緣材料在各空槽內(nèi)形成支持元件；在支持元件和薄膜待除層的頂上沉淀由與支持元件相同的材料制成的彈性層；形成一適當(dāng)數(shù)目的導(dǎo)線管，各導(dǎo)線管從彈性層的頂部通過支持元件延伸到相應(yīng)的連接端的頂上；在彈性層和導(dǎo)線管的頂上形成由導(dǎo)電材料制成的第二薄膜層；在第二薄膜層的頂上沉淀薄膜電致位移層；分別將薄膜電致位移層和第二薄膜層成型為一個M×N薄膜電致位移元件和第二薄膜電極的陣列，使得各薄膜電致位移元件和第二薄膜電極形成在支持元件的頂上，彈性層介于期間，其中各薄膜電致位移元件和第二薄膜電極具有側(cè)面；將由第二絕緣材料制成的絕緣層沉淀在各薄膜電致位移元件和彈性層的頂上，包括各薄膜電致位移元件和第二薄膜電極的側(cè)面上；分別將絕緣和彈性層成型為一個絕緣和彈性元件的陣列，直到薄膜待除層暴露出來；去除薄膜待除層，從而形成一個M×N半成品驅(qū)動器的陣列，其中各半成品驅(qū)動器提供有一驅(qū)動空間；在M×N半成品驅(qū)動器陣列的頂上形成一阻光層，阻光材料完全填充進那里的驅(qū)動空間；去除形成在各半成品驅(qū)動器中薄膜電致位移元件頂上的阻光層和絕緣元件的部分；去除在各絕緣元件和填充進驅(qū)動空間的阻光材料的頂上的阻光層部分，從而形成一個M×N半成品可驅(qū)動反射鏡的陣列；以及在各半成品可驅(qū)動反射鏡的頂上形成由導(dǎo)電和光反射材料制成的第一薄膜電極，從而形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡的陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中尖角通過采用快速熱退火法磨掉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中快速熱退火法包括下述步驟在鎳氣氣氛中以45-55℃/秒的速度升高溫度，直到獲得要求的溫度，要求的溫度在1000℃至1500℃的范圍內(nèi)；保持所要求的溫度30-60秒；以及以100-150℃/分鐘的速度降低溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中絕緣層的厚度為0.1-2μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中絕緣層通過采用濺射法或CVD法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一和第二絕緣材料相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中阻光層是聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中阻光層的厚度為1-2μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中阻光層通過采用旋轉(zhuǎn)涂覆法形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中填充進驅(qū)動空間的阻光材料通過采用等離子蝕刻法去除。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在去除形成在各絕緣元件上的阻光層部分和填充在驅(qū)動空間內(nèi)的阻光材料的步驟之后，還包括去除形成在各彈性元件頂上的絕緣元件部分的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中各薄膜可驅(qū)動反射鏡具有雙壓電晶片結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括形成另外的電致位移和電極層的步驟。
全文摘要
制造薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法包括提供有源矩陣；形成薄膜待除層；制出帶尖角的空槽陣列；磨掉尖角；形成支持元件；沉淀彈性層；形成導(dǎo)線管；形成第二薄膜層；沉淀薄膜電致位移層；成型薄膜電致位移元件和第二薄膜電極陣列；沉淀絕緣層；成型絕緣和彈性元件陣列；去除薄膜待除層，從而提供驅(qū)動空間；形成阻光層，阻光材料也填充在驅(qū)動空間內(nèi)；去除形成在各薄膜電致位移元件頂上的阻光層和絕緣元件；以及形成第一薄膜電極。
文檔編號H04N5/74GK1135610SQ9512041
公開日1996年11月13日 申請日期1995年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月19日
發(fā)明者閔庸基, 具明權(quán), 鄭在爀 申請人:大宇電子株式會社