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制造薄膜可驱动反射镜阵列的改进方法 Download PDF

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Abstract

制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列方法包括：提供一含有M×N个接线端的矩阵，在其顶面上构造一薄膜待除层；去除薄膜待除层中围绕各接线端的部分，在其中形成一支持元件，以形成一支持层；在支持层的顶部形成一弹性层；在支持元件和弹性层内构造一导管；在弹性层的顶部沉积第二薄膜层，在第二薄膜电极和弹性层顶部形成薄膜电致位移层，并使之与弹性层及其上的第一薄膜层分别形成M×N个相应的电极和元件图案；去除薄膜待除层，形成要制造的阵列。

Description

制造薄膜可驱动反射镜阵列的改进方法
本发明涉及一种光学投影系统，较具体地说，涉及一种制造用于该系统的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的改进方法。
在本技术领域内可获得的各种视象显示系统中，已知光学投影系统能够提供大尺度的高质量显示。在这种光学投影系统中，来自一个光源灯的光束被均匀地照明在一个例如M×N的可驱动反射镜阵列上，其中的每个反射镜都分别与一个驱动器相连接。驱动器可以用诸如压电材料或电致伸缩材料的电致位移材料做成，这些材料在施加于其上的电场的作用下将发生形变。
从各个反射镜反射的光束入射到一个开口，例如一个光学挡板上。通过在各个驱动器上施加一个电信号，各个反射镜相对于入射光束的位置将发生改变，由此使从各个反射镜反射的光束的光路发生偏转。当各个反射光束的光路改变时，从各个反射镜反射的光束中能通过开口的那部分光量就发生变化，从而调制了光束的强度。通过开口的调制光束经过一个诸如投影透镜那样的适当的光学装置，被传送到一个投影屏幕，从而在其上显示出图象。
图1A至1J示出了制造M×N个薄膜可驱动反射镜101的阵列100的过程中所涉及的制造步骤，其中M和N均为整数，该制造步骤已公布于标题为“薄膜可驱动反射镜阵列(THIN FILM ACTUATED MIRROR ARRAY)”、美国专利申请流水号为08/430,628的待批共有美国专利申请中。
如图1A所示，该阵列100的制造过程从制备具有一个顶面120的有源矩阵102开始，该有源矩阵102包括一个基底108、一个M×N晶体管阵列(未示出)以及一个M×N个接线端110的阵列109。
在下一步骤中，在有源矩阵102的顶面120上形成一个薄膜待除层121，如果该薄膜待除层121由金属做成，则它用溅射法或蒸镀法形成；如果该薄膜待除层121由磷硅玻璃(PSG)做成，则它用化学汽相淀积(CVD)法或旋转镀膜法形成；如果该薄膜待除层121由多晶硅做成，则它用CVD法形成，如图1B所示。
接着，如图1C所示，形成一个包含M×N个支持元件104的阵列103和薄膜待除层121在内的第一支持层122，其中第一支持层122是这样形成的：利用照相蚀刻法产生一个M×N空槽阵列(未示出)，使各个空槽分别包围着各个接线端110；并利用溅射法或CVD法在包围着各个接线端110的各个空槽内形成支持元件104。
在下一步骤中，在含有支持元件104的薄膜待除层121的顶部形成一个由绝缘材料做成的弹性层55。
其后，如图1D所示，在每个支持元件104中用下述方法形成一个由金属做成的导管54：首先用腐蚀法产生一个空洞(未示出)，使该空洞从弹性层55的顶部延伸到接线端110的顶部；然后用金属充填该空洞。
接着，如图1E所示，利用溅射法在含有M×N个导体的弹性层55的顶部形成一个由导电材料做成的第二薄膜层123。该第二薄膜层123通过形成在各个支持元件104中的导体54与M×N个晶体管发生电连接。
其后，如图1F所示，利用溶胶-凝胶法、溅射法或CVD法在第二薄膜层123的顶部形成一个由压电材料或电致伸缩材料做成的薄膜电致位移层125，由此形成半完成的驱动结构150。
在接着的步骤中，如图1G所示，利用照相蚀刻法或激光修剪法使半完成驱动结构150的弹性层55、第二薄膜层123以及薄膜电致位移层125形成图案，直到包含M×N个支持元件的阵列103和薄膜待除层121的第一支持层122暴露出来，由此形成M×N个半完成可驱动反射镜结构152的阵列151，其中每个半完成可驱动反射镜结构152都包含一个电致位移层154、一个第二电极层153和一个弹性元件155。
其后，对每个半完成可驱动反射镜结构152中的电致位移层154进行热处理，使之发生相变。
在接着的步骤中，如图1H所示，利用溅射法在每个半完成可驱动反射镜结构152的电致位移层154的顶部形成一个由既导电又反光的材料做成的第一电极层126，以做成M×N个可驱动反射镜结构166的阵列164，其中每个可驱动反射镜结构166都含有一个顶面和四个侧面。
在下一步骤中，如图1I所示，用由光阻材料、二氧化硅或氮化硅做成的薄膜保护层160完全覆盖每个可驱动反射镜结构的顶面和四个侧面，由此形成M×N个被保护的可驱动反射镜结构168的阵列167。
然后，利用蚀刻法除去第一支持层122中的薄膜待除层121。在除去每个被保护可驱动反射镜结构168中的薄膜待除层121之后，再除去其中的薄膜保护层160，由此形成M×N个薄膜可驱动反射镜101的阵列100，如图1J所示。
在上述制造M×N薄膜可驱动反射镜101阵列100的方法中，存在着几个问题。首先需要提出的是其中要形成薄膜保护层160，这会使得本来已经很复杂的整个制造过程变得更为复杂。
此外，去除第一支持层122中的薄膜待除层121时所使用的蚀刻剂或化学试剂有可能对组成薄膜可驱动反射镜101的薄膜层产生化学侵蚀，使结构的整体性和性能下降，进而使阵列100的整体性能下降。
因此，本发明的一个主要目的是，提供一种制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，它能够在去除支持层中的薄膜待除层时，最大限度地减小对组成各个薄膜可驱动反射镜的薄膜层的化学侵蚀的可能性。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造薄膜可驱动反射镜阵列的改进方法，该方法包括以下步骤：提供一个带有一个顶面的有源矩阵，该有源矩阵包含一个位于其顶面上的M×N接线端阵列、一个基底和一个M×N晶体管阵列；在有源矩阵的顶面上构造一个薄膜待除层，使得该薄膜待除层完全覆盖M×N接线端阵列；去除薄膜待除层中围绕各个接线端的那些部分；通过用第一绝缘材料充填这些部分，在各个接线端的周围形成支持元件，由此形成一个包括M×N支持元件阵列和薄膜待除层的支持层；在支持层顶部淀积一个由第二绝缘材料做成的弹性层；在每个支持元件中形成一个导体，每个导体都从弹性层的顶部开始，通过相应的支持元件，延伸到相应接线端的顶部；在弹性层的顶部淀积一个由导电材料做成的第二薄膜层；使第二薄膜层形成图案，变为M×N第二薄膜电极阵列，其中每个第二薄膜电极都与相应的导管有电连接；在M×N第二薄膜电极阵列和弹性层的顶部形成一个薄膜电致位移层；对薄膜电致位移层进行热处理，使之发生相变；使薄膜电致位移层形成图案，变为M×N薄膜电致位移元件阵列，各个薄膜电致位移元件分别包围着各个第二薄膜电极；使弹性层形成图案，变为M×N弹性元件阵列；在薄膜电致位移元件、弹性元件和支持层顶部淀积一个第一薄膜层；使第一薄膜层形成图案，变为M×N第一薄膜电极阵列，其中各个第一薄膜电极包围着各个相应的薄膜电致位移元件，并覆盖各个弹性元件的部分；以及，除去薄膜待除层，由此形成M×N薄膜可驱动反射镜阵列。
本发明的上述目的和其他目的及特点将通过下面结合附图对优选实施例的说明而变得清楚，在附图中：
图1A至1J示出以前公开的说明M×N薄膜可驱动反射镜阵列的制造步骤的示意性截面图；以及
图2A至2F示出说明本发明的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的制造方法的示意性截面图。
现在参见图2A至2F，那里根据本发明的优选实施例示出了说明本发明的用于光学投影系统的M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200的制造方法的示意性截面图，其中M和N均为整数。需要指出，出现在图2A至2F中的相同部分用相同的代号表示。
如图2A所示，制造阵列200的过程从制备一个有源矩阵202开始，该矩阵有一个顶面，并含有一个带有一个M×N接线端210阵列和一个M×N晶体管阵列(未示出)的基底208，其中该基底208用例如玻璃那样的绝缘材料做成。
其后，在有源矩阵202的顶面形成一个薄膜待除层221，其厚度为1μm-2μm，由诸如铜(Cu)、镍(Ni)那样的金属或磷硅玻璃(PSG)或多晶硅做成。如果该薄膜待除层221由金属做成；则它利用溅射法或蒸镀法形成；如果它由PSG做成，则利用化学汽相淀积(CVD)法或旋转镀膜法形成；如果它由多晶硅做成，则利用CVD法形成。
接着，形成一个由一个M×N支持元件204的阵列和薄膜待除层221组成的支持层222。该支持层222是这样形成的：利用照相蚀刻法产生一个M×N空槽阵列(未示出)，使各个空槽位于各个相应接线端210的周围；利用溅射法或VCD法在位于各个接线端210周围的各个空槽中形成由例如氮化硅那样的第一绝缘材料做成的支持元件204。
如图2B所示，利用溶胶-凝胶法、溅射法或CVD法在支持层222的顶部形成一个弹性层105，它由例如氮化硅那样的第二绝缘材料做成，厚度为500A-2000A。
其后，形成一个M×N导体104的阵列，其中每个导体104都由例如铝(Al)那样的金属做成，用来向各个相应的可驱动反射镜201提供电信号。M×N导体104阵列是这样形成的：首先用蚀刻法产生一个M×N空洞阵列(未示出)，每个空洞都从弹性层105的顶部开始，通过相应的支持元件204，延伸到相应的接线端210的顶部；然后用溅射法以金属充填这些空洞。
接着，用溅射法或真空蒸镀法在弹性层105的顶部形成一个第二薄膜层223，它由诸如铂(pt)或铂/钛(Pt/Ti)合金那样的导电材料做成，厚度为0.1μm-2μm。
在下一步骤中，如图2C所示，利用举除法使第二薄膜层223形成图案，变为一个M×N第二薄膜电极233的阵列，其中各个第二薄膜电极233通过相应的导体104与相应的晶体管发生电连接。各个第二薄膜电极233的功能是作为薄膜可驱动反射镜201的信号电极。
其后，如图2D所示，利用溶胶--凝胶法或溅射法在弹性层105和M×N第二薄膜电极233阵列的顶部形成一个薄膜电致位移层225，它由例如钛酸铅锆(PZT)那样的压电材料或例如铌酸铅镁(PMN)那样的电致伸缩材料做成，厚度为0.1μm～2μm。然后对该薄膜电致位移层225进行热处理，使之发生相变。
如图2E所示，利用照相蚀刻法或激光修剪法使薄膜电致位移层225形成图案，变为一个M×N薄膜电致位移元件235的阵列，其中各个薄膜电致位移元件235包围着相应的第二薄膜电极233。其后，利用照相蚀刻法或激光修剪法使弹性层105形成图案，变为一个M×N弹性元件205的阵列，由此使支持层222的一部分暴露出来。由于各个薄膜电致位移元件235都是足够地薄的，当它们由压电材料组成时可以在薄膜可驱动反射镜201的工作过程中由所施加的电信号来极化，所以这里不必对它们进行极化。用以迫使发生相变的热处理也可以在形成了M×N薄膜电致位移元件235之后或在形成了M×N弹性元件205之后进行。
在下一步骤中，利用溅射法或真空蒸镀法在薄膜电致位移元件235、弹性单元205、以及支持层222的暴露部分的顶部形成一个第一薄膜层(未示出)，它由诸如铝(Al)、金(Au)或铂(Pt)那样的既导电又反光的材料做成，厚度为500A-1000A。
其后，用举除法使第一薄膜层形成图案，变为一个M×N第一薄膜电极226的阵列，其中每个第一薄膜电极226都包围着相应的薄膜电致位移元件235，并覆盖了相应的弹性元件205的部分。各个第一薄膜电极226在薄膜可驱动反射镜201中起着反射镜和偏置电极的作用。
接着，利用蚀刻法去除薄膜待除层221，由此形成M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200，如图2F所示。
和以前公开的制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法不同，在本发明的方法中，各个第一薄膜电极226都包围了相应的薄膜电致位移元件235并覆盖了相应弹性元件205的暴露部分，这防止了在去除支持层222中的薄膜待除层221时对各个薄膜层的化学侵蚀。
尽管只通过某些优选实施例对本发明进行了说明，但在不偏离所附权利要求所规定的本发明的范畴的情况下，可以做出各种其他的修改和变化。

Claims (10)

1、一种制造用于光学投影系统的薄膜可驱动反射镜阵列的方法，该方法包括以下步骤：
提供一个带有一个顶面的有源矩阵，该有源矩阵包含一个位于其顶面的M×N接线端阵列、一个基底和一个M×N晶体管阵列；
在有源矩阵的顶面构造一个薄膜待除层，使得该薄膜待除层完全覆盖M×N接线端阵列；
去除薄膜待除层中围绕各个接线端的那些部分；
通过用第一绝缘材料充填上述那些部分，在每个接线端的周围形成一个支持元件，由此形成一个带有M×N支持元件阵列和薄膜待除层的支持层；
在支持层的顶部淀积一个由第二绝缘材料做成的弹性层；
在每个支持元件中形成一个导管，每个导管都从弹性层的顶部开始，通过相应的支持元件，延伸到相应接线端的顶部；
在弹性层的顶部淀积一个由导电材料做成的第二薄膜层；
使第二薄膜层形成图案，变为一个M×N第二薄膜电极阵列，其中每个第二薄膜电极都与相应的导管有电连接；
在M×N第二薄膜电极阵列和弹性层的顶部形成一个薄膜电致位移层；
对薄膜电致位移层进行热处理，使之发生相变；
使薄膜电致位移层形成图案，变为一个M×N薄膜电致位移元件阵列，每个薄膜电致位移元件都包围着相应的第二薄膜电极；
使弹性层形成图案，变为一个M×N弹性元件阵列；
在各薄膜电致位移元件、各弹性元件和支持层的顶部淀积一个第一薄膜层；
使第一薄膜层形成图案，变为一个M×N第一薄膜电极阵列，其中，每个第一薄膜电极都包围着相应的薄膜电致位移元件，并覆盖着相应的弹性元件部分；以及
去除薄膜待除层，由此形成M×N薄膜可驱动反射镜阵列。
2、根据权利要求1的方法，其中各个第一薄膜电极用既导电又反光的材料做成。
3、根据权利要求1的方法，其中各个第一和第二薄膜电极利用溅射法或真空蒸镀法随之以举除法形成。
4、根据权利要求1的方法，其中各个薄膜的电致位移元件用压电材料做成。
5、根据权利要1的方法，其中各个薄膜电致位移元件用电致伸缩材料做成。
6、根据权利要求1的方法，其中各个薄膜电致位移元件利用溶胶-凝胶法或溅射法随之以照相蚀刻法或激光修剪法形成。
7、根据权利要求1的方法，其中各个弹性元件用绝缘材料做成。
8、根据权利要求1的方法，其中各个弹性元件利用溶胶-凝胶法、溅射法或CVD(化学汽相淀积)法随之以照相蚀刻法或激光修剪法形成。
9、根据权利要求1的方法，其中用以迫使发生相变的热处理在形成了M×N薄膜电致位移元件阵列之后进行。
10、根据权利要求1的方法，其中用以迫使发生相变的热处理在形成了M×N弹性元件阵列之后进行。
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