專利名稱：薄膜致動反射鏡陣列及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種光學投影系統，且更具體地說，涉及一種在該系統中使用的M×N薄膜致動反射鏡陣列及其制造方法，其中每一個薄膜致動反射鏡的薄膜之間粘合性較高從而具有一個改進的反射鏡結構。
在現有技術的各種視頻顯示系統中，已知的光學投影系統能夠提供大幅的高質量顯示。在這樣一個光學投影系統中，來自一燈的光線被均勻地照射在例如一M×N致動反射鏡陣列上，其中各反射鏡與各致動器相連接。這些致動器可由能夠響應施加于其上的電場而變形的電致位移材料制成，例如壓電材料或電致伸縮材料。
來自各反射鏡的反射光束入射在例如一光闌的小孔上。通過對各致動器施加一電信號，各反射鏡與入射光束的相對位置被改變，從而導致來自各反射鏡的反射光束的光路發生偏移。當各反射光束的光路發生變化時，自各反射鏡反射的通過該小孔的光量被改變，從而光束的強度被調制，通過該小孔的被調制過的光束經一適當的光學裝置例如一投影透鏡被傳遞到一投影屏幕上，從而在其上顯示一圖象。
在
圖1A至1G中，說明了制造一M×N個薄膜致動反射鏡101的陣列100中所包含的制造步驟，其中M及N為整數，該方法被公開在中國申請號為95104755.8的題為“薄膜致動反射鏡陣列”的一共有未決的申請中。
制造該陣列100的過程起始于制備一包括一基底12、一M×N晶體管陣列(未示出)和一M×N連接端子14陣列的有源矩陣10。
在接著的步驟中，如果薄膜待除層24由金屬制成，通過使用濺射法或蒸鍍法在該有源矩陣10的頂表面上形成一薄膜待除層24，如果薄膜待除層24由磷-硅玻璃(PSG)制成，則采用化學汽相淀積法(CVD)或旋轉涂覆法，或如果薄膜待除層24由多晶硅制成，則采用CVD法。
然后，形成一支持層20，該支持層20包括一由薄膜待除層24環繞的M×N個支持構件22的陣列，其中該支持層20通過以下步驟形成使用光刻法在薄膜待除層24上建立一M×N空槽陣列(未示出)，各空槽位于連接端子14的四周；并通過使用一濺射法或CVD法在位于連接端子14四周的各空槽內形成一支持構件22，如圖1A所示。這些支持構件22由絕緣材料制成。
在接著的步驟中，通過使用Sol-Ge1、濺射法或CVD法在支持層20的頂上形成一由與支持構件22相同的絕緣材料制成的彈性層30。
接著，通過以下步驟在各支持構件22中形成一由金屬制成的導管26通過使用蝕刻法首先建立一M×N孔的陣列(未示出)，各孔從彈性層30的頂部延伸至連接端子14的頂部，并用金屬填充這些孔中，從而形成導管26，如圖1B所示。
在接著的步驟中，通過使用濺射法，在包括導管26的彈性層30的頂上形成一由導電材料制成的第二薄膜層40。該第二薄膜層40通過在支持構件22中形成的導管26被電連接至晶體管。
然后，通過使用濺射法、CVD法或So1-Ge1法，在第二薄膜層40的頂部上形成一由壓電材料例如鋯鈦酸鉛(PZT)制成的薄膜電致位移層50，如圖1C所示。
在接著的步驟中，通過使用光刻法或激光修剪法，將薄膜電致位移層50，第二薄膜層40及彈性層30構型成一M×N個薄膜電致位移構件55的陣列、一M×N個第二薄膜電極45的陣列及一M×N個彈性構件35的陣列，直至支持層20中的薄膜待除層24被暴露出，如圖1D所示。各第二薄膜電極45通過在各支持構件22中形成的導管26被電連接至相應的晶體管并在薄膜致動反射鏡101中起信號電極的作用。
接下來，將各薄膜電致位移構件55在高溫下(如果是PZT，溫度為攝氏650度)進行熱處理以使其產生相變，從而形成一M×N熱處理機構陣列(未示出)，由于各薄膜電致位移構件55非常薄，如果其由壓電材料制成，則不再需要對其極化(Pole)因為在薄膜致動反射鏡101的工作期間，它能被施加的電信號所極化。
在以上步驟后，通過以下步驟在M×N熱處理機構陣列中的薄膜電致位移構件55的頂上形成一由導電及反光材料制成的M×N第一薄膜電極65的陣列首先使用濺射法形成一由導電及反光材料制成的層60，其完全覆蓋M×N熱處理機構陣列的頂部和暴露的支持層20的薄膜待除層24，如圖1E所示，然后使用蝕刻法，選擇地去除層60，形成一M×N致動反射鏡機構111的陣列110，其中各致動反射鏡機構111均包括一個頂表面和四個側表面，如圖1F所示。各第一薄膜電極65在薄膜致動反射鏡101中作為一反射鏡及偏置電極。
接著以上步驟，用一薄膜保護層(未示出)完全覆蓋各致動反射鏡機構111中的頂表面及四個側表面。
然后通過使用蝕刻法去除支持層20中的薄膜待除層24。最后，去除該薄膜保護層，從而形成M×N薄膜致動反射鏡101的陣列100，如圖1G所示。
上述用于制造M×N個薄膜致動反射鏡101的陣列100的方法存在有一些缺陷。首先也是最主要的是構成致動反射鏡101的薄膜之間的粘合性。當各薄膜致動反射鏡101響應施加到薄膜電致位移件55上的電場而變形時，其中的第一薄膜電極和第二薄膜電極65、45均會變形。在薄膜反射鏡101中，由于構成薄膜電極65、45的材料為金屬，而構成薄膜電致位移件55的材料通常為電瓷例如PZT，這些材料之間缺乏性質的兼容性，因此，在長時間使用后，第一薄膜電極65、第二薄膜電極45和薄膜電致位移件55之間可能會脫開。
此外，與第一薄膜電極65相接觸的薄膜電致位移件55的頂表面的熱動力性不穩定，當進行高溫處理時，在薄膜電致位移件55的頂表面上會形成有多個島狀分布的凸起。當作為反射鏡的第一薄膜致動反射鏡65形成在該表面上后，最后構成的反射鏡表面不是完全平的，從而導致薄膜反射鏡101的光學效率的降低。
因此，本發明的主要目的在于提供一種在光學投影系統中使用的M×N薄膜致動反射鏡陣列，其中各薄膜致動反射鏡中的薄膜之間的粘合性較高從而具有一個改進的反射鏡結構。
本發明的另外一個目的在于提供一種用于制造這種在光學投影系統中使用的M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法。
根據本發明的一個方面，提出一種在光學投影系統中使用的一個M×N薄膜致動反射鏡的陣列，其中M和N是整數，該陣列包括一個有源矩陣，該有源矩陣包括一個基底和一個M×N連接端子陣列；以及一個M×N致動反射鏡機構的陣列，各薄膜致動反射鏡機構均具有一個近端和一個遠端，并包括一第一薄膜電極、一個阻隔件、一個薄膜電致位移件、一個第二薄膜電極和一個彈性件，其中該薄膜電致位移件放置在二電極之間，第一薄膜電極與大地電連接，從而在薄膜致動反射鏡中作為共同的偏置電極和一個反射鏡。第二薄膜電極與相應的各連接端子相電連接，從而使其在各薄膜致動反射鏡中作為信號電極。阻隔件位于該第一薄膜電極和該薄膜電致位移件之間，該第二薄膜電極具有一個離子破壞頂表面，各致動反射鏡機構的近端的底部與有源矩陣的頂部相連接，從而被懸臂支持住。
根據本發明的另外一個方面，還提出一種制造用于光學投影系統的M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法，其中M和N為整數，該方法包括下列步驟準備一有源矩陣，該有源矩陣包括一個基底和一M×N連接端子陣列；在有源矩陣的頂上沉積一鈍化層；在鈍化層的頂上沉積一阻蝕層；在阻蝕層的頂上沉積一薄膜待除層；在薄膜待除層中建立一M×N空槽的陣列，各空槽分別位于一個連接端子的四周；在包括空槽陣列的薄膜待除層的頂上沉積出一彈性層；形成一M×N對導管的陣列；將一第二薄膜層形成在包括導管的彈性層的頂部上；
破壞第二薄膜層的頂表面；在第二薄膜層的頂表面上沉積一個薄膜電致位移層；將一阻隔層形成在薄膜電致位移層的頂表面上；在阻隔層的頂表面上沉積一第一薄膜層，以形成一個多層結構；構型該多層結構，從而構成一M×N致動反射鏡機構的陣列；去除該薄膜待除層，從而形成一M×N薄膜致動反射鏡陣列。
通過以下結合附圖給出的優選實施例的描述，本發明的上述及其它目的和特征將變得顯然，附圖中圖1A至1G為說明先前公開的用于制造一M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法的概略性截面視圖；及圖2為根據本發明的一個優選實施例的用于光學投影系統中的M×N薄膜致動反射鏡陣列的截面視圖；圖3A至3J為說明用于制造根據本發明的M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法的概略性截面視圖。
圖2，圖3A-3J分別給出了根據本發明的在一光學投影系統中使用的一個M×N薄膜致動反射鏡301的陣列300的截面視圖，以及說明根據本發明的用于制造在一光學投影系統中使用的M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法的概略性截面視圖，其中M及N為整數。應當注意，在圖2、圖3A-3J中出現的類似部件以類似的參考數字表示。
圖2中，示出了本發明的M×N薄膜致動反射鏡301的陣列300的截面視圖，該陣列300包括有源矩陣210、鈍化層220、阻蝕層230及一M×N致動反射鏡機構311的陣列310。
該有源矩陣210包括一個基底212、一個M×N個連接端子214的陣列及一M×N個晶體管(未示出)的陣列，其中各連接端子214均與M×N晶體管陣列中的一個相應晶體管電連接。
鈍化層220位于該有源矩陣210之上，該鈍化層由磷-硅玻璃(PSG)或氮化硅構成，其厚度為0.1-2um。
阻蝕層230位于該鈍化層220之上，該阻蝕層由氮化物制成，其厚度為0.1-2um。
各致動反射鏡機構311均具有一個近端和一個遠端，并包括一第一薄膜電極295、一個由細粒氧化物例如二氧化硅(SiO2)制成的阻隔件285、一個由壓電材料或電致伸縮材料構成的電致位移件275、一個第二薄膜電極件265和一個彈性件255。薄膜電致位移件275放置在電極295、265之間，電極件295與大地電連接，從而在薄膜致動反射鏡301中作為共同的偏置電極和反射鏡。第二薄膜電極265與相應的各連接端子214相電連接，從而使其在各薄膜致動反射鏡301中作為信號電極。阻隔件285位于第一薄膜電極295和薄膜電致位移件275之間，各致動反射鏡301的近端的底部與有源矩陣210的頂部相連接，從而被懸臂支持住。
圖3A至3J說明用于制造本發明實施例的M×N個薄膜致動反射鏡301的陣列300的方法的概略性截面視圖。
該陣列300的制造過程開始于準備一有源矩陣210，該有源矩陣210包括帶有一M×N連接端子214陣列及一M×N晶體管陣列(未示出)的基底212。
在下一個步驟中，通過例如CVD法或者濺射法，將鈍化層220沉積在該有源矩陣210之上，該鈍化層220由例如PSG或氮化硅構成，其厚度為例如0.1-2um。
隨后，通過例如CVD法或者濺射法，將阻蝕層230沉積在該鈍化層220之上，該阻蝕層由氮化物構成，其厚度為0.1-2m，如圖3A所示。
在接著的步驟中，在阻蝕層230頂上形成一薄膜待除層240，該薄膜待除層的厚度為0.1-2um，并由金屬例如銅(Cu)或鎳(Ni)、磷-硅玻璃(PSG)或者多晶硅構成。如果薄膜待除層240由金屬制成，則使用濺射法或蒸鍍法形成薄膜待除層240，如果薄膜待除層240由磷-硅玻璃(PSG)制成，則采用化學汽相淀積法(CVD)，如果薄膜待除層240由多晶硅制成，則采用CVD法。
然后，使用蝕刻法在薄膜待除層240中建立一M×N空槽245的陣列，各空槽245分別位于一個連接端子214的四周，如圖3B所示。
在接著的步驟中，通過使用CVD法，在包括空槽245的薄膜待除層240的頂上，沉積出一由絕緣材料制成的、厚度為0.1-2um的彈性層250。
接著，在彈性層250中形成一由金屬制成的M×N個導管216的陣列。各導管216通過下列步驟形成通過使用蝕刻法首先建立M×N孔的陣列(未示出)，各孔從彈性層250的頂部延伸至連接端子214的頂部，用金屬通過例如搬走法，填充這些孔中，如圖3C所示。
然后，利用濺射法或真空蒸鍍法，將由導電材料例如鉑(Pt)構成的厚度為例如0.1-2um的第二薄膜電極層260，沉積在薄膜待除層250的頂部上，如圖3D所示，第二薄膜電極層240具有一個頂表面266。
第二薄膜層260的頂表面266被具有例如數千電子伏特的高能惰性離子束例如氬離子束所破壞，從而形成一個離子破壞表面268，如圖3E所示。
在隨后的步驟中，利用CVD法、濺射法、蒸鍍法或SOL-GEL法，將由壓電材料或電致伸縮材料構成的、厚度為0.1-2um的薄膜電致位移層270，形成在第二薄膜電極層260的離子破壞表面268的頂上。第二薄膜層260的離子破壞表面268具有高表面能量，因此薄膜電致位移層270可以很容易地形成在離子破壞表面268上。然后，薄膜電致位移層270被熱處理，從而產生相變，如圖3F所示。
在以下的步驟中，利用濺射法、真空蒸鍍法或PECVD法，將由細粒氧化物例如二氧化硅(SiO2)構成的、厚度小于100埃的阻隔層280，形成在薄膜電致位移層的頂上。如圖3G所示。阻隔層280具有一個平的頂表面286。
在以后的步驟中，利用濺射法或真空蒸鍍法，將由導電并且反光的材料構成的厚度為0.1-2um的第一薄膜層290，沉積在阻隔層280的頂上，以形成一個多層結構200，如圖3H所示。
經過上述步驟，利用光刻法或激光修剪法，多層結構200被構型，直到薄膜待除層240暴露出來，從而構成一M×N致動反射鏡機構311的陣列310，其中每一個薄膜致動反射鏡機構311包括一個第一薄膜電極295、一個阻隔件285、一個薄膜電致位移件275、一個第二薄膜電極265、一個彈性件255和導管216，如圖3I所示。在各致動反射鏡機構311中，第二薄膜電極265通過導管216電連接至連接端子214，作為信號電極。在每一個薄膜致動反射鏡機構311中，第一薄膜電極295作為反射鏡的同時，也作為共同的偏置電極。
接著以上步驟，用一薄膜保護層(未示出)完全覆蓋各致動反射鏡機構311。
然后通過使用蝕刻劑例如氟化氫，去除薄膜待除層240。
最后，通過干式蝕刻法例如等離子蝕刻法，去除該薄膜保護層，從而形成M×N薄膜致動反射鏡陣列，如圖3J所示。
需要提及的是，在本申請中，一個M×N薄膜致動反射鏡301的陣列300以及用于制造該M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法被描述出來，其中為了提高構成各薄膜致動反射鏡301的薄膜之間的粘合性，阻隔層280被設置在電致位移層270之上，而且第二薄膜層260的頂表面266通過使用離子束而受到離子破壞。
此外，為了獲得較好的反射鏡的結構和更高的光學效率，第一薄膜層290作為反射鏡形成在阻隔層280的頂上。
雖然以上僅參照優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離由所附權項敘述的本發明的范圍的前提下還可以作出其它的改型及變化。
權利要求
1.一種在光學投影系統中使用的M×N薄膜致動反射鏡的陣列，其特征在于，該陣列包括一個有源矩陣，該有源矩陣包括個基底和一個M×N連接端子陣列；以及一個M×N致動反射鏡機構的陣列，各致動反射鏡機構均具有一個近端和一個遠端，并包括一第一薄膜電極、一個阻隔件、一個薄膜電致位移件、一個第二薄膜電極和一個彈性件，其中該薄膜電致位移件放置在二電極之間，阻隔件位于該第一薄膜電極和該薄膜電致位移件之間，該第二薄膜電極具有一個離子破壞頂表面，各致動反射鏡機構的近端的底部與有源矩陣的頂部相連接，從而被懸臂支持住。
2.根據權利要求1所述的陣列，其特征在于，該有源矩陣還包括一個鈍化層和一個阻蝕層。
3.根據權利要求1所述的陣列，其特征在于，該阻隔件由氧化物例如二氧化硅(SiO2)構成。
4.一種制造用于光學投影系統的M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟準備一有源矩陣，該有源矩陣包括一個基底和一M×N連接端子陣列；在有源矩陣的頂上形成一薄膜待除層；在薄膜待除層中建立一M×N空槽的陣列，各空槽分別位于一個連接端子的四周；在包括空槽陣列的薄膜待除層的頂上沉積出一彈性層；形成一M×N對導管的陣列；將一第二薄膜層形成在包括導管的彈性層的頂部上；利用離子束破壞第二薄膜層的頂表面；沉積一個薄膜電致位移層；將一阻隔層形成在薄膜電致位移層的頂上；沉積一第一薄膜層，以形成一個多層結構；構型該多層結構，從而構成一M×N致動反射鏡機構的陣列；去除該薄膜保護層，從而形成一M×N薄膜致動反射鏡陣列。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，還包括將一鈍化層沉積在該有源矩陣之上的步驟。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，還包括將一個阻蝕層沉積在該鈍化層之上的步驟。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，該離子束為惰性氣體離子束。
8.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，該阻隔層的厚度小于100埃。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，利用濺射法、真空蒸鍍法或PECVD法，對該阻隔層進行沉積。
全文摘要
一種在光學投影系統中使用的M×N薄膜致動反射鏡的陣列及其制造方法,該陣列包括:一個有源矩陣,包括一個基底和一個M×N連接端子陣列;及一個M×N致動反射鏡機構的陣列,各薄膜致動反射鏡機構均包括一第一薄膜電極、一個阻隔件、一個薄膜電致位移件、一個第二薄膜電極和一個彈性件,其中為了提高構成各薄膜致動反射鏡的薄膜之間的粘合性,阻隔層被設置在電致位移層之上,第二薄膜層的頂表面通過使用離子束而受到離子破壞。
文檔編號H04N5/74GK1177110SQ97111910
公開日1998年3月25日 申請日期1997年6月25日 優先權日1996年6月29日
發明者金貨年 申請人:大宇電子株式會社