CN1135610A - 制造薄膜可驱动反射镜阵列的方法 - Google Patents

Abstract

制造薄膜可驱动反射镜阵列的方法包括：提供有源矩阵；形成薄膜待除层；制出带尖角的空槽阵列；磨掉尖角；形成支持元件；沉淀弹性层；形成导线管；形成第二薄膜层；沉淀薄膜电致位移层；成型薄膜电致位移元件和第二薄膜电极阵列；沉淀绝缘层；成型绝缘和弹性元件阵列；去除薄膜待除层，从而提供驱动空间；形成阻光层，阻光材料也填充在驱动空间内；去除形成在各薄膜电致位移元件顶上的阻光层和绝缘元件；以及形成第一薄膜电极。

Description

制造薄膜可驱动反射镜阵列的方法

本发明涉及一种光学投影系统；特别是涉及制造用于该系统的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法。

在现有技术领域可得到的各种视频显示系统中，光学投影系统已知能够提供大规模高质量的显示。在这种光学投影系统中，来自灯的光均匀地照射在一个例如M×N可驱动反射镜阵列上，其中各反射镜与各驱动器相连接。驱动器可以由例如为压电或电致伸缩材料的电致位移材料制成，这些材料响应施加在其上的电场产生变形。

来自各反射镜的反射光束入射到例如一个光阑的开口上。通过在各驱动器上施加一个电信号，各反射镜对于入射光束的相对位置被改变，从而引起来自各反射镜的反射光束的光路偏移。随着各反射光束的光路的改变，通过开口的从各反射镜反射的光量被改变，从而调制了光束的强度。通过开口的经调制的光束通过一个适当的光学装置例如一个投影透镜被透射到一个投影屏上，从而在其上显示一个图象。

在图1A至1G中说明了公开在题目为“薄膜可驱动反射镜阵列”的美国序列号为08/430,628的未决共同拥有的申请中的关于制造M×N薄膜可驱动反射镜101的阵列100的制造步骤，其中M和N是整数。

制造阵列100的过程从准备有源矩阵10开始，它有一个顶面并包括一个基底12，一个M×N晶体管阵列(未示出)及一个M×N连接端14阵列。

在接下来的一个步骤中，如果薄膜待除层28是由金属制成的，则通过使用溅射法或蒸发法在有源矩阵10的顶面形成一个薄膜待除层28；如果薄膜待除层28是由磷硅玻璃(PSG)制成的，则采用化学气相淀积法(CVD)或旋转涂覆法；如果薄膜待除层28是由多晶硅制成的，则采用CVD法。

然后，形成一个包括由薄膜待除层28包围的M×N支持元件24阵列的支持层20，其中支持层20是这样形成的：通过使用光刻法在薄膜待除层28上制成M×N空槽(未示出)阵列，各空槽位于连接端14的周围；并且通过采用溅射法或CVD法在各空槽内形成一个支持元件24，如图1A中所示。支持元件24由绝缘材料制成。

在接下来的步骤中，由绝缘材料制成的弹性层60通过采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法，溅射法或CVD法形成在支持层20的顶上。

然后，由金属制成的导线管22被这样形成在各支持元件24中：首先通过采用蚀刻法制出一个M×N孔(未示出)的阵列，各孔从弹性层60的顶部延伸到连接端14的顶部；并且在其中填充金属从而形成导线管22，如图1B所示。

在下一步骤中，通过采用溅射法将由导电材料制的第二薄膜层40形成在包含导线管22的弹性层60的顶上。该第二薄膜层40通过形成在支持元件24中的导线管22与晶体管电连接。

然后，通过采用Sol-Gel法，溅射法式CVD法，由压电材料或电致伸缩材料制成的薄膜电致位移层70形成在第二薄膜层40的顶上，如图1C所示。

在随后的步骤中，通过采用光刻法或激光修剪法将薄膜电致位移层70，第二薄膜层40和弹性层60成型为一个M×N薄膜电致位移元件75的阵列、一个M×N第二薄膜电极45的阵列和一个M×N弹性元件65的阵列，直到支持层20的顶部暴露出来，如图1D所示。各第二薄膜电极45通过形成在各支持元件24中的导线管22电连接到晶体管上并起到薄膜可驱动反射镜101中的信号电极的作用。

接着，各薄膜电致位移元件75被热处理，使之发生相变，从而形成一个M×N经热处理的结构的阵列(未示出)。由于各薄膜电致位移元件75足够薄，因此如果它由压电材料制成，不必极化它，因为它可以在薄膜可驱动反射镜101的工作过程中被施加的电信号极化。

在上述步骤之后，一个由导电和光反射材料制成的M×N第一薄膜电极35的阵列通过下述方法形成在M×N经热处理的结构的阵列中的薄膜电致位移元件75的顶上：首先采用溅射法形成由导电和光反射材料制成的层88，完全覆盖M×N经热处理的结构的阵列的顶部，包括暴露的支持层20，如图1E所示，并且然后采用蚀刻法有选择地去除层88，得到M×N可驱动反射镜结构111的阵列110，其中各可驱动反射镜结构111包括一个顶面和四个侧面，如图1F所示。各第一薄膜电极35在薄膜可驱动反射镜101中起到反射镜和偏压电极的作用。

接下来的步骤是用一个薄膜保护层(未示出)完全覆盖各可驱动反射镜结构111的顶面和四个侧面。

然后，支持层20中的薄膜待除层28被用蚀刻法去除。最后，薄膜保护层被用蚀刻法去除从而形成M×N薄膜可驱动反射镜101的阵列100，如图1G所示。

存在很多与上述制造M×N薄膜可驱动反射镜101的阵列100有关的问题。第一位的和首要的问题是用于去除薄膜待除层28的腐蚀剂或化学品可能对构成薄膜可驱动反射镜101的薄膜发生化学侵蚀，降低结构整体性及薄膜可驱动反射镜101的性能，后者又反过来损害阵列100的整体性能。

另外，在去除薄膜保护层期间，其中用到的腐蚀剂或化学品也有可能对构成薄膜可驱动反射镜101的薄膜层进行化学侵蚀，这反过来进一步影响阵列100的整体性能。

因此，本发明的一个主要目的是提供一种制造用在光学投影系统中的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，它在去除薄膜待除层期间，将对构成各薄膜可驱动反射镜的薄膜层的化学侵蚀的可能性减至最小。

本发明的另一个目的是提供一种制造用在光学投影系统中的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，它使得不必形成薄膜保护层。

根据本发明的一个方面，提供了一种制造用于光学投影系统的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，其中M和N是整数，并且各薄膜可驱动反射镜具有单压电晶片(unimorph)结构，该方法包括下述步骤：提供一个包括在其顶面上的一个连接端阵列，一个基底和一个晶体管阵列的有源矩阵；用薄膜待除层完全覆盖连接端的阵列的方法在有源矩阵的顶面上形成一个薄膜待除层；在薄膜待除层中制出一个空槽的阵列，其中各空槽位于连接端的周围，并且空槽的产生使薄膜待除层和空槽之间的边界出现尖角；磨掉尖角；通过在其中填充第一绝缘材料在各空槽中形成支持元件；在支持元件和薄膜待除层的顶上沉淀由与支持元件相同材料制成的弹性层；形成适当数目的导线管，各导线从弹性层的顶部穿过支持元件延伸到相应的连接端的顶部；在弹性层和导线管的顶上形成由导电材料制成的第二薄膜层；在第二薄膜层的顶上沉淀一个薄膜电致位移层；分别将薄电致位移层和第二薄膜层成型为一个M×N薄膜电致位移元件的阵列和第二薄膜电极的阵列，使得各薄膜电致位移元件和第二薄膜电极形成在支持元件的顶上，有弹性层介于其间，其中各薄膜电致位移元件和第二薄膜电极有侧表面；将由第二绝缘材料制成的绝缘层沉淀在各薄膜电致位移元件和弹性层的顶上，包括在各薄膜电致位移元件和第二薄膜电极的侧面上；分别将绝缘和弹性层成型为绝缘和弹性元件的阵列，直到薄膜待除层暴露出来；去除薄膜待除层，从而形成M×N半成品驱动器的阵列，其中各半成品驱动器有一个驱动空间；在M×N半成品驱动器阵列的顶上形成一个阻光层，该阻光层完全填充进那里的驱动空间；去除在各半成品驱动器中的薄膜电致位移元件顶上形成的阻光层和绝缘元件部分；去除各绝缘元件顶上的阻光层部分和填充进驱动空间的阻光材料，从而形成一个M×N半成品可驱动反射镜的阵列；在各半成品可驱动反射镜顶上形成由导电和光反射材料制成的第一薄膜电极，从而形成M×N薄膜可驱动反射镜阵列。

本发明的上述和其他目的特征将通过下面结合附图给出的优选实施例的描述而变得显然，其中：

图1A至1G为说明前已公开的制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的步骤的示意性断面图；

图2A至2J提供了说明根据本发明的一个实施例的制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法的示意性断面图；

图3A至3B表示说明根据本发明的另一个实施例的制造M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法的示意性断面图；以及

图4示出采用本发明方法制出的一个M×N薄膜可驱动反射镜阵列的一个例子的透视图。

现在参见图2A至2J，提供了说明根据本发明的优选实施例的制造用于一种光学投影系统的一个M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法的示意性断面图，其中M和N是整数。需注意的是，出现在图2A至2J和3A至3B中的相同部分用相同参考数字表示。

在图2A至2J中，提供了说明根据本发明的一个实施例的制造M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200的方法的示意性断面图，其中各薄膜可驱动反射镜201具有一个单压电晶片结构，它包括一个位于两个电极之间的电致位移元件。

制造阵列200的过程从准备有源矩阵210开始，有源矩阵210有一个顶面，并包括其顶面上的一个2M×N连接端214的阵列，一个基底212和一个M×N晶体管阵列(未示出)。

在接下来的步骤中，以使薄膜待除层226完全覆盖连接端214的阵列的方法在有源矩阵210的顶面上形成有一个厚度为1-2μm，由金属例如铜(Cu)或镍(Ni)、磷硅玻璃(PSG)或多晶硅制成的薄膜待除层226。如果薄膜待除层226由金属制成，薄膜待除层226通过采用溅射法或蒸发法形成，如果薄膜待除层226由PSG制成，则采用化学气相淀积法(CVD)或旋转涂覆法形成，如果薄膜待除层226由多晶硅制成，则用CVD法形成。

然后，通过采用光刻法在薄膜待除层226中形成一个2M×N空槽220的阵列，其中各空槽220位于连接端214周围。结果，在剩余的薄膜待除层和空槽220之间的边界有尖角。

在下一步中，尖角通过采用传统的快速热退火(RTA)法被磨圆，如图2A所示。RTA法包括下述步骤：在镍气气氛中将温度以45-55℃/秒的速度提高，直到获得要求的温度，要求的温度在1000℃-1500℃的范围；保持这一温度30-60秒；以100-150℃/分钟的速度降低温度。

接着，各空槽220采用溅射法或CVD法被第一绝缘材料填充，从而在各空槽220中形成支持元件224，如图2B所示。

在下一步中，通过采用Sol-Gel法、溅射法或CVD法，由与支持元件224相同的材料即第一绝缘材料制成的，厚度为0.1-2μm的弹性层260形成在薄膜待除层226和支持元件224的顶上。

然后形成2M×N个由金属例如钨(W)制成的导线管222。各导线管222通过下述步骤形成：首先通过采用蚀刻法制出2M×N个孔(未示出)的阵列，其中各孔从弹性层260的顶部，通过支持元件224延伸到相应的连接端214的顶部；并通过采用CVD法在其中填充金属，如图2C所示。

在下一步中，通过采用溅射法成真空蒸镀法在弹性层260和导线管222的顶上形成由导电材料例如铂(Pt)或铂/钛(Pt/Ti)制成的厚度为0.1-2um的第二薄膜层(未示出)。

接着，通过采用Sol-Gel法、CVD法或溅射法在第二薄膜层的顶上形成由压电材料例如钛酸铅锆(PZT)，或电致伸缩材料例如镍酸铅镁(PMG)制成的厚度为0.1-2μm的薄膜电致位移层(未示出)。然后该薄膜电致位移层被热处理使发生相变。

在下一步中，通过采用光刻法或激光修剪法，薄膜电致位移层和第二薄膜层分别被成型为M×N薄膜电致位移元件275的阵列和第二薄膜电极245的阵列，使得各薄膜电致位移元件275和第二薄膜电极245形成在支持元件224的顶上，弹性层260介于它们之间，其中各薄膜电致位移元件275和第二薄膜电极245具有侧面，如图2D所示。各第二薄膜电极245与相应的连接端214通过导线管222电连接并在薄膜可驱动反射镜201中起到信号电极的作用。由于各薄膜电致位移元件275足够薄，如果它由压电材料制成，则无需极化它，因为在薄膜可驱动反射镜201工作的过程中它可以被施加的电信号极化。用于使相变发生的热处理可在M×N薄膜电致位移元件275形成之后进行。

在下一步中，如图2E所示，通过采用溅射法或CVD法，由第二绝缘材料例如镍酸硅制成的厚度为0.1-2μm的绝缘层290形成在各薄膜电致位移元件275和弹性层260的顶上，包括在各薄膜电致位移元件275和第二薄膜电极245的侧面上。

然后，通过采用干蚀刻法或湿蚀刻法，绝缘层和弹性层290，260被分别成型为M×N绝缘和弹性元件295，265的阵列，直到薄膜待除层226暴露出来。然后，通过采用湿蚀刻法，用例如氟化氢(HF)的腐蚀剂，去除薄膜待除层226，从而形成M×N半成品驱动器299的阵列，其中各半成品驱动器299有一个驱动空间228，如图2F所示。

在随后的一步中，如图2G所示，通过采用旋转涂覆法在半成品驱动器229的顶上形成由聚合物制成的，厚度为1-2μm的阻光层280，阻光层也完全填充到驱动空间228内。

接着，通过采用光刻法，形成在各半成品驱动器299顶上的阻光层280和绝缘元件295的部分被去除，直到各半成品驱动器299中的薄膜电致位移元件275被暴露出来，如图2H所示。各半成品驱动器299中的绝缘元件295的剩余部分的顶上的阻光层280的剩余部分和填充在驱动空间228内的阻光材料被采用等离子蚀刻法相继去除，从而形成M×N半成品可驱动反射镜298的阵列297，如图2I所示。

最后，通过采用溅射法或真空蒸镀法，在各半成品驱动反射镜298的顶上形成由导电和光反射材料例如铝(Al)或银(Ag)制成的，厚度为0.1-2m的第一薄膜电极230，从而形成M×N薄膜可驱动反射镜201的阵列200，如图2J所示。形成在各半成品可驱动反射镜298顶上的第一薄膜电极230在薄膜可驱动反射镜201中起到反射镜和偏压电极的作用。

在图3A至3B中，示出说明根据本发明的另一实施例的制造M×N薄膜可驱动反射镜301的阵列300的方法的示意性断面图。

在去除了形成在各半成品驱动器299的顶上的阻光层280和绝缘元件295的部分直到其中的薄膜电致位移元件275暴露出来的步骤之后，如图2H所示，，在各半成品驱动器299中的绝缘元件295的剩余部分的顶上的阻光层280的剩余部分和填充驱动空间228的阻光材料被相继去除。

形成在各半成品驱动器299中的弹性元件265顶上的绝缘元件295的部分通过采用光刻法被进一步去除，从而形成M×N半成品可驱动反射镜403的阵列402，如图3A所示。

在下一步中，由导电材料和光反射材料制成的第一薄膜电极230形成在各半成品可驱动反射镜403的顶上，从而形成M×N薄膜可驱动反射镜301的阵列300，如图3B所示。

应指出的是，尽管采用本发明的方法制出的各薄膜可驱动反射镜201、301具有单压电晶片结构，本发明的方法可以同样应用在制造薄膜可驱动反射镜的阵列，其中各薄膜可驱动反射镜具有双压电晶片结构，对于后一种情况，仅包含有附加的电致位移和电极层的形成。

还应注意的是，本创造性的方法可被变化以适合制造具有不同形状的薄膜可驱动反射镜的阵列。

图4中示出采用本发明的方法制出的薄膜可驱动反射镜201的阵列200的一个例子的透视图。

虽然本发明仅参照特定的优选实施例进行了描述，但不超出由所附的权利要求限定的本发明的范围，可以作出其他修改和变化。

Claims (13)

1、一种制造用于一种光学投影系统的M×N薄膜可驱动反射镜阵列的方法，其中M和N是整数，并且各薄膜可驱动反射镜具有单压电晶片结构，该方法包括以下步骤：

提供包括在其顶面上的一个连接端阵列、一个基底和一个晶体管阵列的一个有源矩阵；

在有源矩阵的顶面上这样形成一个薄膜待除层，使得薄膜待除层完全覆盖连接端的阵列；

在薄膜待除层中制出一个空槽阵列，其中各空槽位于连接端的周围，并且空槽的产生使得在薄膜待除层和空槽之间的边界出现尖角；

磨掉尖角；

通过在其中填充第一绝缘材料在各空槽内形成支持元件；

在支持元件和薄膜待除层的顶上沉淀由与支持元件相同的材料制成的弹性层；

形成一适当数目的导线管，各导线管从弹性层的顶部通过支持元件延伸到相应的连接端的顶上；

在弹性层和导线管的顶上形成由导电材料制成的第二薄膜层；

在第二薄膜层的顶上沉淀薄膜电致位移层；

分别将薄膜电致位移层和第二薄膜层成型为一个M×N薄膜电致位移元件和第二薄膜电极的阵列，使得各薄膜电致位移元件和第二薄膜电极形成在支持元件的顶上，弹性层介于期间，其中各薄膜电致位移元件和第二薄膜电极具有侧面；

将由第二绝缘材料制成的绝缘层沉淀在各薄膜电致位移元件和弹性层的顶上，包括各薄膜电致位移元件和第二薄膜电极的侧面上；

分别将绝缘和弹性层成型为一个绝缘和弹性元件的阵列，直到薄膜待除层暴露出来；

去除薄膜待除层，从而形成一个M×N半成品驱动器的阵列，其中各半成品驱动器提供有一驱动空间；

在M×N半成品驱动器阵列的顶上形成一阻光层，阻光材料完全填充进那里的驱动空间；

去除形成在各半成品驱动器中薄膜电致位移元件顶上的阻光层和绝缘元件的部分；

去除在各绝缘元件和填充进驱动空间的阻光材料的顶上的阻光层部分，从而形成一个M×N半成品可驱动反射镜的阵列；以及

在各半成品可驱动反射镜的顶上形成由导电和光反射材料制成的第一薄膜电极，从而形成M×N薄膜可驱动反射镜的阵列。

2、根据权利要求1的方法，其中尖角通过采用快速热退火法磨掉。

3、根据权利要求2的方法，其中快速热退火法包括下述步骤：

在镍气气氛中以45-55℃/秒的速度升高温度，直到获得要求的温度，要求的温度在1000℃至1500℃的范围内；

保持所要求的温度30-60秒；以及

以100-150℃/分钟的速度降低温度。

4、根据权利要求1的方法，其中绝缘层的厚度为0.1-2μm。

5、根据权利要求1的方法，其中绝缘层通过采用溅射法或CVD法形成。

6、根据权利要求1的方法，其中第一和第二绝缘材料相同。

7、根据权利要求1的方法，其中阻光层是聚合物。

8、根据权利要求1的方法，其中阻光层的厚度为1-2μm。

9、根据权利要求1的方法，其中阻光层通过采用旋转涂覆法形成。

10、根据权利要求1的方法，其中填充进驱动空间的阻光材料通过采用等离子蚀刻法去除。

11、根据权利要求1的方法，在去除形成在各绝缘元件上的阻光层部分和填充在驱动空间内的阻光材料的步骤之后，还包括去除形成在各弹性元件顶上的绝缘元件部分的步骤。

12、根据权利要求1的方法，其中各薄膜可驱动反射镜具有双压电晶片结构。

13、根据权利要求12的方法，还包括形成另外的电致位移和电极层的步骤。

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