專利名稱：薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)投影系統(tǒng)，較具體地說，涉及用于這種系統(tǒng)的一種M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列及其制造方法。
在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)可獲得的各種視像顯示系統(tǒng)中，已知光學(xué)投影系統(tǒng)能夠以大尺度給出高質(zhì)量的顯示。在這種光學(xué)投影系統(tǒng)中，來自光源的光均勻地照明在一個例如M×N的可驅(qū)動反射鏡陣列上，其中各個反射鏡都與相應(yīng)的各個驅(qū)動器相耦合。驅(qū)動器可以用象壓電材料或電致伸縮材料那樣的電致位移材料做成，這種材料在對施加于其上的電場作出響應(yīng)時將發(fā)生形變。
從各個反射鏡反射的光束入射到例如一個光學(xué)擋板的開口上。通過給各個驅(qū)動器加上電信號，各反射鏡和入射光束之間的相對位置將發(fā)生改變，由此使各反射鏡的反射光束的光路發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)各個反射光束的光路改變時，從各反射鏡反射的光束中能通過開口的光量便發(fā)生變化，從而調(diào)制了光束的強(qiáng)度。借助一個適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)裝置，例如一個投影透鏡，通過開口的受調(diào)制光束被傳送到一個投影屏幕上，由此在屏幕上顯示出圖象。
在

圖1和圖2A至F中，分別示出了M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡51陣列50的橫截面圖，其中M×N為整數(shù)，陣列中包括一個有源矩陣52，一個M×N薄膜驅(qū)動結(jié)構(gòu)54陣列53，一個M×N支持單元55陣列56，和一個M×N反射鏡58陣列57；以及關(guān)于該陣列的制造步驟的一些示意性橫截面圖；以上這些已在下列共有的美國專利申請中公開美國專利申請序列號08/331,399，標(biāo)題為“薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列及其制造方法(THIN FILM ACTUATED MI RROR ARRAY AND METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF)。”制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡51陣列50的過程從制備有源矩陣52開始，該矩陣有一個頂面和一個底面75、76，并包括一個基底59，一個M×N晶體管陣列(未示出)以及一個M×N接線端(61)陣列60，如圖2A所示。
下一步驟是，在有源矩陣52的頂面75上形成一個支持層80，它含有一個對應(yīng)于M×N支持單元55陣列56的M×N底坐(82)陣列81和一個待除區(qū)83，其中支持層80是這樣形成的在有源矩陣52的整個頂面75上淀積一個待除層(未示出)；形成一個M×N空槽陣列(未示出)，由此得到待除區(qū)83，各個空槽位在M×N個接線端61中各個接線端61的周圍；以及在每個空槽內(nèi)提供一個底坐82，如圖2B所示。待除層用濺射法形成，空槽陣列用蝕刻法形成，底坐用濺射法或化學(xué)氣相淀積(CVD)法及隨后的蝕刻法形成。然后對支持層80中的待除區(qū)83進(jìn)行處理，使其以后能夠用蝕刻法或施加化學(xué)試劑予以去除。
在各個底坐82中用下述方法形成導(dǎo)體73首先用蝕刻法形成從底坐頂部延伸到相應(yīng)接線端61頂部的空洞，然后在空洞中充填導(dǎo)電材料，如圖2C所示。
下一個步驟如圖2D所示，在支持層80上淀積一個第一薄膜電極層84，它由例如象金屬(Au)那樣的導(dǎo)電材料做成。其后，先后在第一薄膜電極層84上形成一個由象PZT(鈦酸鉛鋯)那樣的電致位移材料做成的薄膜電致位移層85和一個第二薄膜電極層95。各個導(dǎo)體73用來使各個薄膜可驅(qū)動反射鏡51中的接線端61與第一電極層84實現(xiàn)電連接。然后對圖2D所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理，以使薄膜電致位移層85發(fā)生相變。
接著，在第二電極層95的頂部形成一個由象鋁(Al)那樣的反光材料做成的薄膜層99。
導(dǎo)電薄膜層、電致位移層和反光材料層可以用已知的薄膜技術(shù)進(jìn)行淀積和形成圖案，這些技術(shù)“例如是濺射、溶膠一凝膠、蒸鍍、蝕刻、和微加工等技術(shù)，如圖2E所示。
然后，通過施加化學(xué)試劑去除或溶解支持層80中的待除區(qū)83，由此形成了上述M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡51陣列50，如圖2F所示。
在上述制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡51陣列50的方法中，可以再加上形成一個彈性層的過程，該過程和形成其它薄膜層的過程相類似。
上述形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列50的方法存在一些問題。首先必須提到的是，由于在薄膜驅(qū)動結(jié)構(gòu)54中的各個薄膜層具有不同的熱脹系數(shù)，所以在熱處理的過程中將會在薄膜電致位移層中產(chǎn)生應(yīng)力。應(yīng)力的產(chǎn)生將造成缺陷，例如在各個薄膜可驅(qū)動反射鏡51的薄膜電致位移層85上形成裂縫或凸起，這就要影響到各個反射鏡的性能，從而影響陣列50的性能。
此外，在去除各可驅(qū)動反射鏡51中的支持層80的待除區(qū)83時所使用的化學(xué)試劑或腐蝕劑可能會對其他薄膜層起化學(xué)作用，破壞各個薄膜可驅(qū)動反射鏡51的結(jié)構(gòu)完整性，這就要影響到各個反射鏡的性能，從而影響陣列50的性能。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，該方法能夠使各個可驅(qū)動反射鏡中的薄膜電致驅(qū)動層內(nèi)的由下述原因造成的缺陷達(dá)到最小程度，造成該缺陷的原因是，由于各個可驅(qū)動反射鏡中的各個薄膜層具有不同的熱脹系數(shù)，從而在熱處理過程中在薄膜電致位移層內(nèi)產(chǎn)生了應(yīng)力。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種形成M×N薄膜驅(qū)動反射鏡陣列的方法，該方法可以在去除支持層中的待除區(qū)的過程中使各個可驅(qū)動反射鏡中的各薄膜層所受到的化學(xué)作用達(dá)到最小程度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造上述M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，上述方法包括下列步驟(a)提供一個帶有頂面的有源矩陣，該有源矩陣包括一個基底，一個M×N晶體管陣列，在其頂面上的一個M×N對接線端陣列，以及一個導(dǎo)經(jīng)圖案；(b)在主動矩陣的頂面上形成這樣一個待除層，使該待除層完全覆蓋M×N對接線端陣列；(c)去除待除層中環(huán)繞各對接線端的那些部分；(d)用絕緣材料充填上述部分，以在每個接線端周圍形成支持單元；(e)在含有支持單元的待除層的頂部淀積一個用絕緣材料做成的彈性層；(f)在每個支持單元中形成一個導(dǎo)體，每個導(dǎo)體都從彈性層的頂部延伸到各接線端上，其中的導(dǎo)體與晶體管有電連接；(g)在彈性層的頂部淀積一個由導(dǎo)電材料做成的第二薄膜層；(h)在第二薄膜層的頂部形成一個電致位移層，由此形成了半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)；(i)使半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)的彈性層、第二層以及電致位移層形成圖案，直到曝露出待除層，從而形成一個M×N半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列，其中每個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)含有一個電致位移層、一個第二電極層以及一個彈性單元；(j)對M×N半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列進(jìn)行熱處理，以迫使各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)中的電致位移層發(fā)生相變；(k)在各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)上淀積一個由既導(dǎo)電又反光的材料做成的第一薄膜層，以形成M×N可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列，其中每個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)都含有一個頂面和四個側(cè)面；(1)用一個薄膜保護(hù)層完全覆蓋各個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)，以形成M×N有保護(hù)的可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列；(m)去除各個有保護(hù)的可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)中四個側(cè)面上的薄膜保護(hù)層和待除層，以形成上述M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列。
本發(fā)明的上述目的和其它目的以及特點將通過下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的說明而變得清楚明了，在附圖中圖1示出過去已公開的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的橫截面圖；圖2(A)至(2E)示出關(guān)于圖1所示陣列的制造步驟中的一些示意性橫截面圖；以及圖3(A)至3(J)示出關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的制造步驟中的一些示意性橫截面圖。
圖3A至3J示出了在M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡20陣列200的制造過程中涉及到的各個有創(chuàng)造性的制造步驟。制造陣列200的過程從制備具有一個頂面220的有源矩陣202開始，它包括基底208，M×N晶體管陣列(未示出)，導(dǎo)線圖案(未示出)，以及M×N接線端210矩陣209，如圖3A所示。
在下一個步驟中，在有源矩陣202的頂面220上形成一個待除層221，該待除層的厚度為1μm-2μm，由象銅(Cu)或鎳(Ni)那樣的金屬，或者磷硅玻璃(PSG)，或者多晶硅做成；當(dāng)該待除層221由金屬做成時，則用濺射方法形成；當(dāng)該待除層211由PSG做成時，則用化學(xué)氣相淀積(CVD)法或旋轉(zhuǎn)鍍膜法形成；當(dāng)該待除層由多晶硅做成時，則用CVD法形成，如圖3B所示。
接著，形成一個第一支持層222，它含有M×N支持單元204陣列203和待除層221，其中第一支持層222是這樣形成的；用光刻法造成一個M×N空槽陣列(未示出)，各個空槽位在各個接線端210的周圍；然后用濺射法或CVD法在位于各個接線端210的周圍的各個空槽中形成由象氮化硅(Si3N4)那樣的絕緣材料做成的支持單元204，如圖3C所示。
在下一個步驟中，在包含支持單元204的待除層221的頂部形成一個由象二氧化硅(SiO2)那樣的絕緣材料做成的彈性層105。
其后，用下述方法在各個支持單元204中形成由象鎢(W)那樣的金屬做成的導(dǎo)體104首先用蝕刻法形成從彈性層105頂部延伸到相應(yīng)接線端210頂部的空洞；然后用象鎢(W)那樣的金屬充填空洞，如圖3D所示。
接著，如圖3E所示，用濺射法在第一支持層222的頂部形成第二薄膜層223，該層用象鉑(pt)那樣的導(dǎo)電材料做成，厚度為0.7μm～2μm。第二薄膜層223是通過形成在備個支持單元204內(nèi)的導(dǎo)體與M×N各晶體管相電連接的。
其后，如圖3F所示，用溶膠-凝膠法或濺射法在第二薄膜層223頂部形成一個薄膜電致位移層225，該層由象PZT那樣的壓電材料或象PMN那樣的電致伸縮材料做成，厚度為0.7μm～2μm，這樣就形成了半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)250。
下一個步驟如圖3G所示，用光刻法或激光剪裁法使半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)250的彈性層105、第二薄膜層223和薄膜電致位移層225形成圖案，直到含有M×N支持單元204陣列203和待除層221的第一支持層222曝露出來，這樣就形成了M×N半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)252陣列251，其中每個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)252都含有一個電致位移層254、一個第二電極層253和一個彈性單元255。
其后，對各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)252中的電致位移層254進(jìn)行600℃到800℃的熱處理，以使之發(fā)生相變。由于各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)中的電致位移層254是足夠薄并且尺寸足夠小的，所以當(dāng)它由壓電材料做成時沒有必要對它進(jìn)行極化；它可以在各個相應(yīng)的可驅(qū)動反射鏡201的工作過程中用所施加的電信號予以極化。
在下一步驟中，如圖3H所示，用濺射法在各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)252中的電致位移層254的頂部形成一個第一薄膜層226，該層由象銀(Ag)那樣的既導(dǎo)電又反光的材料制成，厚度為500?！?000，這樣就獲得了M×N可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)(226)陣列264，其中各個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)266都含有一個頂面和四個側(cè)面。
下一個步驟如圖3I所示，用由SiO2或Si3N4做成的一個薄膜保護(hù)層260完全覆蓋各個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)266中的頂面和四個側(cè)面，由此形成了M×N有保護(hù)的可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)268陣列267。
然后用蝕刻法去除第一支持層222的待除層221，以形成M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡201陣列200，如圖3J示所。各個有保護(hù)的可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)268中的覆蓋了頂面和四個側(cè)面的薄膜保護(hù)層250防止了構(gòu)成各個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)268的其他薄膜層被腐蝕刻劑侵蝕，從而保持了該結(jié)構(gòu)的完整性。
盡管只是通過某些優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，然而在不偏離由下述權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明范疇的情形下，可以做出其他各種修改改和變化。
權(quán)利要求
1.一種制造M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列的方法，其中M和N為整數(shù)，上述方法包括以下步驟(a)提供一個含有一個頂面的有源矩陣，該有源矩陣包含一個基底，一個M×N晶體管陣列，一個在其頂面上的M×N對接線端陣列，以及一個導(dǎo)線圖案；(b)在有源矩陣的頂面上形成這樣一個待除層，該待除層完全覆蓋M×N對接線端陣列；(c)去除待除層中環(huán)繞各對接線端的那些部分；(d)用絕緣材料充填這些部分，以形成環(huán)繞各個接線端的支持單元；(e)在含有支持單元的待除層的頂部淀積一個由絕緣材料做成的彈性層；(f)在每個支持單元中形成一個導(dǎo)體，各個導(dǎo)體都從彈性層的頂部延伸到各個接線端上，其中該導(dǎo)體與晶體管相電連接；(g)在彈性層的頂部淀積一個由導(dǎo)電材料做成的第二薄膜層；(h)在第二薄膜層的頂部形成一個電致位移層，以形成半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)；(i)使半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)的彈性層、第二層和電致位移層形成圖案，直到曝露出待除層，由此形成M×N半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列，其中各個半完成可驅(qū)動反射鏡都含有一個電致位移層、一個第二電極層和一個彈性單元；(j)對M×N半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列進(jìn)行熱處理，以迫使在各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)中的電致位移層內(nèi)發(fā)生相變；(k)在各個半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)上淀積一個由既導(dǎo)電又反光的材料做成的第一薄膜層，以形成M×N可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列，其中每個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)都含有一個頂面和四個側(cè)面；(l)用一個薄膜保護(hù)層完全覆蓋各個可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)，以形成M×N有保護(hù)的可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列；以及(m)去除各個有保護(hù)的可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)中四個側(cè)面上的薄膜保護(hù)層和待除層，由此形成上述M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中的待除層當(dāng)由金屬做成時，它用濺射法形成；當(dāng)由磷硅玻璃做成時，則用化學(xué)氣相淀積法形成；或者當(dāng)由多晶硅做成時，則用旋轉(zhuǎn)鍍膜法形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二薄膜層用濺射法形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中薄膜電致位移層用溶膠-凝膠法或濺射法形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一薄膜層用濺射法或真空蒸鍍法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中半完成驅(qū)動結(jié)構(gòu)用光刻法或激光剪裁法形成圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中待除層用蝕刻法去除。
8.一種光學(xué)投影系統(tǒng)，它包括用根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項所述的方法制備的M×N薄膜可驅(qū)動反射鏡陣列。
全文摘要
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，包括(a)在有源矩陣的頂部形成待除層；(b)在待除層上形成M×N支持單元陣列；(c)淀積彈性層；(d)形成M×N個導(dǎo)體；(e)淀積第二薄膜層；(f)形成電致位移層；(g)使彈性層、第二層和電致位移層形成圖案，形成半完成可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列；(h)對該陣列做熱處理；(i)在各半完成結(jié)構(gòu)上淀積第一薄膜層，形成M×N可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)陣列；(j)用保護(hù)層覆蓋各可驅(qū)動反射鏡結(jié)構(gòu)；(k)去除保護(hù)層和待除層。
文檔編號H04R17/08GK1123916SQ9510475
公開日1996年6月5日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月30日
發(fā)明者池政范, 金東局 申請人:大宇電子株式會社