專利名稱：反射式空間光調(diào)節(jié)器的制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間光調(diào)節(jié)器(SLM)，更為確切地說，涉及用于顯示設(shè)備中帶有電子可尋址控制電路的微鏡陣列。
背景技術(shù)：
空間光調(diào)節(jié)器(SLM)在光學(xué)信息處理、投影顯示、視頻和圖形監(jiān)視器、電視和電子照相印刷等領(lǐng)域里有著大量的應(yīng)用。反射式SLM是在空間模式中調(diào)制入射光以反射對應(yīng)于電子或光學(xué)輸入的圖像的設(shè)備?？梢詫θ肷涔膺M行相位、強度、偏振或偏轉(zhuǎn)方向等方面的調(diào)制。反射式SLM一般由能夠反射入射光的可尋址圖片元件(像素)的區(qū)域或二維陣列組成。源像素數(shù)據(jù)首先經(jīng)過有關(guān)的控制電路的處理，然后被加載到像素陣列上，一次加載一框架。
現(xiàn)有技術(shù)的SLM具有多種缺點。這些缺點包括不夠優(yōu)化的光學(xué)有效區(qū)域(通過測量設(shè)備表面中的反射部分所占比例而得，也叫做“填充比”)減少了光學(xué)效率，粗糙的反射表面降低了鏡的反射性，衍射降低了顯示的對比度，使用的材料在長期耐用性方面存在問題，還有，復(fù)雜的制造過程增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
許多現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備包括了在其表面上基本不反射的區(qū)域。這使它具有低填充比和低的最佳反射效率。例如，美國專利號4,229,732中公開的MOSFET器件是在鏡以及設(shè)備表面上形成的。這些MOSFET器件占用了表面面積，減少了設(shè)備區(qū)域中的光學(xué)有效部分，并且減少了反射效率。該設(shè)備表面上的MOSFET器件還衍射入射光，這會降低顯示的對比度。進而，照射到暴露的MOSFET器件的強光通過對MOSFET器件進行充電和使電路過熱，從而干擾了這些器件的正常工作。
一些SLM設(shè)計具有粗糙的表面，這也降低了反射效率。例如，在一些SLM設(shè)計中，反射表面為淀積于LPCVD硅氮化物層上的鋁膜。由于它們是淀積的薄膜，因此很難控制這些反射鏡面的光滑度。這樣，最終產(chǎn)品就具有粗糙的表面，因此降低了反射效率。
降低一些SLM設(shè)計，特別是一些上方懸掛鏡的設(shè)計的反射效率的另一個問題，是大面積暴露的鉸鏈表面區(qū)域。這些大面積暴露的鉸鏈表面區(qū)域不得不在鉸鏈上部使用一般由鎢制成的厚片來遮擋，以防止入射光的散射。這些厚片大大地減少了光學(xué)有效面積，降低了反射效率。
諸如美國專利號4,566,935中公開的SLM等許多現(xiàn)有的SLM，都有由鋁合金制成的鉸鏈。鋁以及其他金屬，容易發(fā)生疲性和塑性變形，導(dǎo)致長期耐用性問題。另外，鋁易受單元“記憶”的影響，其中其他位置開始朝向最頻繁被占用的位置傾斜。進而，在4,566,935號專利中公開的鏡通過從下部切割鏡面來釋放出來。這一技術(shù)在釋放期間，經(jīng)常導(dǎo)致精細微鏡結(jié)構(gòu)的毀損。它還需要鏡之間具有大的隙縫，這樣將減少設(shè)備區(qū)域中的光學(xué)有效部分。
理想情況下需要的是反射效率和SLM設(shè)備長期耐用性經(jīng)過改善的SLM，并且制造過程得到了簡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種空間光調(diào)節(jié)器(SLM)。在一個實施例中，SLM具有由第一襯底制造的反射式、偏轉(zhuǎn)可選的微鏡陣列，其中第一襯底被壓焊到具有單個可尋址電極的第二襯底。第二襯底也可具有用于微鏡陣列的尋址和控制電路?？蛇x情況下，尋址和控制電路部分位于單獨的襯底上，并且連接到位于第二襯底上的電路和電極。
微鏡陣列包括受控可偏轉(zhuǎn)的鏡板，它具有反射表面，用于反射入射光。鏡板通過連接器與垂直鉸鏈相連接，該鉸鏈然后再通過支撐桿連接到隔離壁。鏡板、連接器、垂直鉸鏈、支撐桿和隔離壁中的每一個都是由第一襯底來制造的。在一個實施例中，該第一襯底是由單一材料如單晶硅組成的晶片。隔離壁在鏡板和與鏡板有關(guān)并控制著鏡板偏轉(zhuǎn)的電極之間提供隔離，隔離壁位于被壓焊到微鏡陣列的第二襯底上。對于微鏡陣列，鏡板的緊密間距和鉸鏈的垂直方向使得反射表面具有很高的填充比。很少光能夠通過微鏡陣列，照射到位于第二襯底上的電路上。
空間光調(diào)節(jié)器的制造只需要很少的步驟，這降低了制造成本和復(fù)雜度?？昭ㄊ窃诘谝灰r底的第一側(cè)面形成的。這是通過在一個實施例中進行單個各向異性蝕刻來完成的。電極和尋址與控制電路是在第二襯底的第一側(cè)面上以并列的方式制造的。第一襯底的第一側(cè)面被壓焊到第二襯底的第一側(cè)面上。這些側(cè)面經(jīng)過對齊，以便第二襯底上的電極與電極控制的鏡板處在正確的關(guān)系中。第一襯底的第二側(cè)面薄到預(yù)期厚度?？蛇x地，可以將反射材料層淀積在第一襯底的第二側(cè)面上。第二各向異性蝕刻限定了支撐柱、垂直鉸鏈和連接器，并且從第一襯底的第二側(cè)面釋放出鏡板。這樣，僅通過兩個主要蝕刻步驟就可以制造出空間光調(diào)節(jié)器。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的空間光調(diào)節(jié)器的總體結(jié)構(gòu)。
圖2a和2b為單個微鏡的透視圖。
圖3a和3b為透視圖，示出了微鏡陣列的頂部和側(cè)面。
圖4a和4b為透視圖，示出了微鏡陣列的底部和側(cè)面。
圖5a和5b為微鏡陣列的俯視圖。
圖6a和6b為微鏡陣列的仰視圖。
圖7a～7d為透視圖，示出了微鏡陣列的備選實施例中的單個鏡面的頂部、底部和側(cè)面。
圖8a～8d為透視圖，示出了備選微鏡陣列的頂部和底部。
圖9a為一流程圖，示出了如何制造空間光調(diào)節(jié)器的優(yōu)選實施例。
圖9b～9j為框圖，更加詳細地示出了空間光調(diào)節(jié)器的制造。
圖10更加詳細地示出了在第一襯底中形成空穴的掩模和蝕刻的產(chǎn)生。
圖11為形成于第二襯底之上的電極的一個實施例的透視圖。
圖12為透視圖，示出了位于電極上面的第一襯底之上的微鏡陣列，以及位于第二襯底之上的其他電路。
圖13示出了在蝕刻第一襯底的上表面中使用的掩模的經(jīng)過簡化的實施例。
圖14為壓焊在一起的兩個襯底的部分的剖面圖。
具體實施例方式
反射式空間光調(diào)節(jié)器(“SLM”)100具有由可偏轉(zhuǎn)鏡202組成的陣列103。通過在單個鏡202和對應(yīng)的電極126之間施加偏置電壓，可以有選擇地使這個鏡發(fā)生偏轉(zhuǎn)。每個鏡202的偏轉(zhuǎn)控制著光從光源反射到視頻顯示器。這樣，通過控制鏡202的偏轉(zhuǎn)，就可以使照射到那個鏡202的光在選定的方向上發(fā)生反射，從而能夠控制視頻顯示器上的像素的出現(xiàn)。
空間光調(diào)節(jié)器概述圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的SLM100的總體結(jié)構(gòu)。所示的實施例有三層結(jié)構(gòu)。第一層為鏡陣列103，它由多個可偏轉(zhuǎn)的微鏡202組成。在一個優(yōu)選實施例中，微鏡陣列103由作為諸如單晶硅等單一材料的第一襯底105制造而得。
第二層為電極陣列104，它具有用于控制微鏡202的多個電極126。每個電極126與微鏡202有關(guān)，并且控制著微鏡202的偏轉(zhuǎn)。尋址電路能夠選擇單個電極126，用以控制與該電極126有關(guān)的特定微鏡202。
第三層為控制電路106層。控制電路106具有尋址電路，它使控制電路106能夠控制施加于所選電極126上的電壓。因此使控制電路106經(jīng)由電極126控制著鏡陣列103中的鏡202的偏轉(zhuǎn)。一般地，控制電路106也包括顯示控制108、線路存儲緩存110、脈寬調(diào)制陣列112和用于視頻信號120和圖形信號122的輸入。微控制器114、光學(xué)控制電路116和閃存118可以是與控制電路106相連的外部組件，或者在一些實施例中可以包括到控制電路106中。在各種實施例中，控制電路106的上述所列部件中的一些部件可以沒有，可以在單獨的襯底上并且和控制電路106相連，或者也可以提供其他額外部件作為控制電路106的部件或與控制電路106相連。
在一個實施例中，第二層104和第三層106是通過使用半導(dǎo)體制造技術(shù)在單個的第二襯底107上制造的。也就是說，第二層104不需要與第三層106分離并位于其上方。而且，術(shù)語“層”用于概念化空間光調(diào)節(jié)器100的不同部件。例如，在一個實施例中，電極的第二層104是在控制電路106的第三層的上部制造的，而第二層和第三層都是在單個第二襯底107上制造的。也就是說，在一個實施例中，電極126，以及顯示控制108、線路存儲緩存110和脈寬調(diào)制陣列112，都是在單個襯底上制造的。與將顯示控制108、線路存儲緩存110和脈寬調(diào)制陣列112分別制造在單獨的襯底上的現(xiàn)有空間光調(diào)節(jié)器相比，將控制電路106的幾個功能組件集成在同一個襯底上會使數(shù)據(jù)傳輸率得到提高。進而，在單個襯底107上制造電極層104的第二層和控制電路106的第三層，具有制造簡單和成本低廉的優(yōu)勢，同時使最終的產(chǎn)品小型化。
在制造了層103、104和106之后，將它們壓焊在一起，以形成SLM100。具有鏡陣列103的第一層覆蓋第二層和第三層104、106。在鏡陣列103中位于鏡202下面的區(qū)域決定了在第一層103下面有多少空間用于電極126，以及尋址和控制電路106。在鏡陣列103的微鏡202下面只有有限的空間來裝配電極126和形成顯示控制108、線路存儲緩存110和脈寬調(diào)制陣列112的電子元件。本發(fā)明使用的制造技術(shù)(下面將詳細介紹)能夠生成小的特征尺寸，諸如0.18微米特征的制造處理，以及0.13微米或更小的特征的制造處理?，F(xiàn)有空間光調(diào)節(jié)器的制造處理無法針對這么小的特征。一般地，現(xiàn)有空間光調(diào)節(jié)器是通過將特征尺寸限制在約1微米或更大尺寸的制造處理而獲得的。這樣，本發(fā)明在鏡陣列103的微鏡下面的有限面積中，能夠制造諸如晶體管等更多的電路器件。這樣能夠?qū)⒅T如顯示控制108、線路存儲緩存110和脈寬調(diào)制陣列112等項集成與電極126相同的襯底上。在與電極126同一的襯底107上包括這種電路陣列112，將改善SLM100的性能。
在其他實施例中，電極126和控制電路的組件的各種組合可以制造于不同的襯底上，并且電子連接起來。
鏡圖2a為單個微鏡202的透視圖。在一個優(yōu)選的實施例中，微鏡202由諸如單晶硅等單一材料的晶片制造而得。這樣，在這種實施例中的第一襯底105是單晶硅材料的晶片。由單一材料的晶片來制造微鏡202大大簡化了鏡202的制造。進而，單晶硅能夠被拋光，以生成光滑的鏡面，其表面光潔度要比淀積膜的表面光潔度光滑高一個數(shù)量級。由單晶硅制造的鏡202在機械上是剛性的，這樣能防止對鏡面進行未預(yù)期的彎折或扭曲，并且由單晶硅制造的鉸鏈耐用、柔韌和可靠。在其他實施例中，可以使用其他材料來代替單晶硅。一種可能性是使用另一種類型的硅(例如，多晶硅，或無定形硅)來制造微鏡202，或甚至完全使用金屬(例如，鋁合金，或鎢合金)來制造鏡202。
微鏡202具有頂部鏡板204。該鏡板204微鏡202的部分，微鏡202是通過在鏡202和相應(yīng)的電極126之間施加偏置電壓來有選擇地被偏轉(zhuǎn)的。在一個實施例中，這種反射性鏡板204在形狀上基本上是方形的，大約為15微米×15微米，其面積大約為225平方微米，不過其他形狀和尺寸也是可以的。在一個優(yōu)選實施例中，微鏡陣列103的表面區(qū)域的大部分是由微鏡202的鏡板204的區(qū)域組成的。
鏡板204具有反射性表面，能夠以通過鏡板204的偏轉(zhuǎn)而確定的角度來反射來自光源的光。該反射表面的所用材料可以與制造微鏡202所用的材料相同，在這種情況下，鏡板204的表面經(jīng)過拋光后其光潔度能夠達到預(yù)期的反射系數(shù)水平。可選地，在制造了微鏡202之后，可以將諸如鋁等反射性材料層添加到鏡板204的表面。由于在優(yōu)選實施例中，微鏡陣列103的表面區(qū)域的大部分是由微鏡的鏡板204的區(qū)域組成的，并且鏡板204具有反射表面，微鏡陣列103的表面區(qū)域的大部分是反射性的，能夠以選定的角度來反射光。這樣，SLM100就具有大的填充比，并且有效地反射了入射光。
鏡板204通過連接器216連接到扭轉(zhuǎn)彈簧鉸鏈206。扭轉(zhuǎn)彈簧鉸鏈206連接到隔離支持框架210，它在適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ㄖまD(zhuǎn)彈簧206。注意到在鏡板204、鉸鏈206和隔離支持框架210之間還可以使用其他彈簧和連接結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過在鏡202和相應(yīng)的電極126之間施加電壓來向鏡板204施加諸如靜電力的力時，扭轉(zhuǎn)彈簧鉸鏈206允許將鏡板204沿著位于隔離支持框架210的兩壁之間的軸相對于隔離支持框架210進行旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了角度偏轉(zhuǎn)，用于將光反射到選定的方向上。在一種實施例中，這種旋轉(zhuǎn)發(fā)生在與鉸鏈的長軸基本上在同一條直線上的一個軸上。在一個優(yōu)選實施例中，扭轉(zhuǎn)彈簧鉸鏈206具有“垂直的”排列。也就是說，鉸鏈206具有比鉸鏈的深度小的寬度222(垂直于鏡板204的表面)。鉸鏈的寬度一般位于0.1和0.5微米之間，在該實施例中約為0.2微米。這個鉸鏈的“垂直的”排列的作用是有助于最小化鏡陣列103表面上的非反射性表面，并且保持高的填充比。另外，在一個優(yōu)選的實施例中，隔離支持框架210將鏡板204從電極以及尋址電路中分離出來，以便鏡板204可以在不接觸下面的電極和其他電路的情況下，能夠向下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在一個實施例中，隔離支持框架210包括隔離壁，它一般不是與隔離支持框架210的其余部分分離開來的單獨組件。這些壁有助于限定隔離支持框架210的高度。隔離支持框架210的高度選擇是基于位于鏡板204和電極126之間的預(yù)期間隔，以及對電極的外形設(shè)計。高度較大則能夠使鏡板204具有更多的偏轉(zhuǎn)，以及更大的偏轉(zhuǎn)角。更大的偏轉(zhuǎn)角則能提供更好的對比度。在一種實施例中，鏡板204的最大偏轉(zhuǎn)角為20度。隔離支持框架210也對鉸鏈206提供支持，并且將鏡陣列103中的鏡板204相互分隔開來。隔離支持框架210具有隔離壁寬212，當(dāng)將其加到鏡板204和支持框架210之間的隙縫時，該寬度基本上等于相鄰微鏡202的相鄰鏡板204之間的距離。在一個實施例中，隔離壁寬212為1微米或更小。在一個優(yōu)選實施例中，隔離壁寬212為0.5微米或更小。這樣就將鏡板204更加緊密地放置在一起，以增加鏡陣列103的填充比。
在一些實施例中，當(dāng)鏡板204被向下偏轉(zhuǎn)一個預(yù)定角度時，微鏡202包括能夠停止鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)的元件。一般地，這些元件包括活動塞和著陸端。當(dāng)鏡面204發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，位于鏡板204上的活動塞與著陸端相接觸。此時，鏡板204就不再偏轉(zhuǎn)。對于活動塞和著陸端，有幾種可能的結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，著陸端制造于與鉸鏈側(cè)相對的隔離框架210上。鏡板204的最大傾角將受到位于隔離框架210上的著陸端的限制，隔離框架210停止了鏡板204的向下機械運動。具有固定的最大傾角會簡化對空間光調(diào)節(jié)器100的控制，以便將入射光反射到已知的方向上。
在另一個實施例中，著陸端的制造沿著位于第二襯底107上的電極126。該實施例的著陸端可以由諸如硅氧化物等絕緣體制造而得，以便防止在鏡板204和電極126之間發(fā)生短路。在該實施例中，鏡板204的最大傾角受到鏡板204與位于第二襯底107上的著陸端相接觸處的角度的限制。隔離框架210的高度影響著這個角度；隔離框架210越高，則這個角越大。位于第二襯底107上的著陸端可以是一個凸出的引腳，它減少了實際上接觸的總表面面積。該引腳可以與鏡板204處于同一電勢，以避免接觸面發(fā)生焊接。
在另一個實施例中，位于鏡板204和鉸鏈206之間的隙縫得到準(zhǔn)確地制造，因此當(dāng)鏡板204傾斜一個預(yù)定的角度時，鏡板204與鉸鏈206接近的拐角將與鉸鏈206的端點發(fā)生接觸，充當(dāng)機械塞。這之所以發(fā)生，是因為與鏡板204相連接的鉸鏈206部分沿著鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而靠近支持壁210的鉸鏈206部分保持相對未偏轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)扭轉(zhuǎn)鉸鏈206的高度為1微米時，在支持壁和鉸鏈206之間的0.13微米的隙縫將導(dǎo)致鏡板204的最大傾角為15度。
在一個優(yōu)選實施例中，活動塞和著陸端都是由與鏡202的其他部分相同的材料制造的，并且均是從第一襯底105制造而得。在材料為單晶硅的實施例中，活動塞和著陸端因此由具有較長功能壽命的硬材料制造而得，這樣能夠使鏡陣列103延續(xù)很長時間。進而，由于單晶硅為硬材料，則活動塞和著陸端能夠使得活動塞與著陸端相接觸一小塊區(qū)域來制造，這樣將大大減少粘附力，并使鏡板204自由地發(fā)生偏轉(zhuǎn)。另外，這意味著活動塞和著陸端保持同樣的電勢上，這樣能夠防止因焊接而可能發(fā)生的粘附，并且電荷注入過程就是在不同的電勢上的活動塞和著陸端。
圖2b為透視圖，示出了單個微鏡的下部，包括支持壁210，鏡板204，鉸鏈206和連接器216。
圖3a為透視圖，示出了具有9個微鏡202-1至202-9的微鏡陣列103的上部和側(cè)部。圖3a示出了帶有三行和三列的微鏡陣列103，總共9個微鏡202，具有其他尺寸的微鏡陣列103可能的。一般地，每一個微鏡202對應(yīng)于視頻顯示中的一個像素。這樣，具有更多微鏡202的大型陣列103的視頻顯示帶有更多的像素。由于鏡陣列103中的鉸鏈206都平行于一個方向，因此光源沿著反射的單個方向被引導(dǎo)到陣列103中的鏡202上，這樣在視頻顯示上形成了投射圖像。
如圖3a所示，微鏡陣列103的表面具有大的填充比。也就是說，微鏡陣列103的表面大部分是由微鏡202的鏡板204的反射性表面制成的。微鏡陣列103的表面上有很少是非反射性的。如圖3a所示，微鏡陣列103表面的非反射部分是位于微鏡202的反射表面之間的區(qū)域。例如，位于鏡202-1和202-2之間的區(qū)域的寬度是由間隔壁寬212以及位于鏡202-1和202-2的鏡板204和支持壁210之間的隙縫寬度之和來決定的。隙縫和間隔壁寬212可以做得與由制造技術(shù)所支持的特征尺寸一樣小。這樣，在一個實施例中，隙縫為0.2微米，并且在另一個實施例中，隙縫為0.13微米。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)允許有更小的特征，可以減小間隔壁210和隙縫的尺寸，以便具有更高的填充比。圖3b為透視圖，它詳細描述了圖3a中的鏡陣列103的一個鏡202。本發(fā)明的實施例允許的填充比為85％、90％或更高。
圖4a為透視圖，示出了如圖3所示的微鏡陣列103的底部和側(cè)部。如圖4a所示，微鏡202的隔離支持框架210限定了鏡板204下面的空穴。這些空穴為鏡板204向下偏轉(zhuǎn)提供空間，并且還能夠允許在鏡板204下面具有大的區(qū)域，以便放置帶有電極126的第二層104，和/或帶有控制電路106的第三層。圖4b為透視圖，詳細描述了圖4a的鏡陣列103的一個鏡202。
圖5a為如圖3a和4a所示的帶有9個微鏡202-1至202-9的微鏡陣列103的俯視圖。例如，對于微鏡202-1，圖5a示出了鏡板204、隔離支持框架210、扭轉(zhuǎn)彈簧206以及用于將鏡板204與扭轉(zhuǎn)彈簧206相連接的連接器216。正如上面參考圖3a所示的，圖5a也清楚地示出了微鏡陣列103具有大的填充比。微鏡陣列103的大部分表面是由微鏡202-1至202-9的反射性表面制造的。圖5a清楚地表明填充比是如何由反射性鏡板204的面積以及位于鏡板204的各反射性區(qū)域之間的區(qū)域來決定的。在一個實施例中，位于鏡板204的反射性表面之間的區(qū)域尺寸受到制造過程的特征尺寸限度的限制。這就決定了在鏡板204和間隔壁210之間的隙縫可以做得多么小，并且間隔壁210是多么厚。注意到，當(dāng)所述的如圖2所示的單個鏡202具有各自的隔離支持框架210時，則在諸如202-1和202-2等兩個鏡之間通常沒有相鄰的兩個單獨相鄰隔離壁210。相反，一般在鏡202-1和202-2之間會有支持框架210的一個物理隔離壁。圖5b為透視圖，詳細描述了圖5a的鏡陣列103的一個鏡202。
圖6a為如圖3至圖5所示的具有9個微鏡202-1至202-9的微鏡陣列103的仰視圖。圖6a除了示出了隔離支持框架210、扭轉(zhuǎn)彈簧206和連接器216的底部以外，也示出了鏡板204的底部。在許多實施例中，位于鏡板204下面的區(qū)域足夠大，以便能夠進行電極126和控制電路106的最佳設(shè)計和擺放，具有容納得下可能的鏡著陸端的空間。圖6b為透視圖，詳細描述了圖6a的鏡陣列103的一個鏡202。
如圖5a和6a所示，在鏡板204的法線上很少光能夠穿過微鏡陣列103到達微鏡陣列103下面的電極126或控制電路106。這是因為隔離支持框架210、扭轉(zhuǎn)彈簧206、連接器216和鏡板204對微鏡陣列103下面的電路提供幾乎完全的覆蓋。還有，由于隔離支持框架210將鏡板204與微鏡陣列103下面的電路分開，因此沿著與鏡板204非垂直的角度傳輸并且穿過鏡板204的光有可能打到隔離支持框架210的壁上，而到達不了微鏡陣列103下面的電路。由于很少入射到鏡陣列103上的強光到達電路，因此SLM100避免了與打到電路的強光相關(guān)的問題。這些問題包括加熱電路的入射光，并且入射光子為電路元件充電，這兩個問題都會引起電路功能故障。
在圖3～6中，在微鏡陣列103中的每一個微鏡202在同一側(cè)都有它的扭轉(zhuǎn)彈簧206。在一個可選的實施例中，在微鏡陣列103中的不同微鏡202在不同側(cè)都有扭轉(zhuǎn)彈簧206。例如，回到圖3a，鏡202-1和202-3將如圖所示，在同一側(cè)具有彈簧206。與此相對照，鏡202-2在不同側(cè)具有彈簧206，以便鏡202-2的彈簧206垂直于鏡202-1和202-3的彈簧206。這樣能夠使不同微鏡202-1和202-2的鏡板204在不同的方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此使鏡陣列103總體上具有一個可控自由度。在這個可選實施例中，兩個不同的光源(例如，具有不同顏色的光源)能夠直接朝向微鏡陣列103引導(dǎo)，并且分別有選擇地被微鏡陣列103中的微鏡202重新引導(dǎo)，在視頻顯示器上形成圖像。在這種實施例中，可以使用多個微鏡202將來自多個光源的光反射到視頻顯示器的同一像素上。例如，兩個不同顏色的光源可以沿著不同的方向引導(dǎo)到鏡陣列103上，并且被陣列103反射，在視頻顯示器上形成多色圖像。在第一側(cè)上具有扭轉(zhuǎn)彈簧206的微鏡202-1和202-3控制著第一光源到視頻顯示器的反射。諸如在另一個不同側(cè)上帶有彈簧206的微鏡202-2等的微鏡控制著第二個光源到視頻顯示器的反射。
圖7a為根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的微鏡702的透視圖。在這個實施例中，扭轉(zhuǎn)彈簧206相對于隔離支持框架210位于對角線方向上，并且將鏡板204分成兩部分，或兩側(cè)第一側(cè)704和第二側(cè)706。兩個電極126與鏡702有關(guān)，一個電極126用于第一側(cè)704，一個電極126用于第二側(cè)706。這使兩側(cè)704和706都被吸引到位于下面的一個電極126上并且垂直向下，并且為同一支持壁210的高度提供了與如圖2～6所示的鏡相比的更大范圍的角度移動。圖7b為鏡702的更加詳細的視圖，其中示出了鏡板204、鉸鏈206和支持壁210。圖7c和7d示出了單個鏡702的下側(cè)以及鏡702的內(nèi)角的更為詳細的視圖。在其他實施例中，鉸鏈206基本上與鏡板204的側(cè)邊之一而不是對角線相平行，并且其安裝位置將鏡板204分成兩部分704和706。
圖8a～8d為由如圖7a～7d所述的多個微鏡702所組成的各個微鏡陣列的各種透視圖。圖8a和8b示出了鏡702陣列的上部以及陣列中的鏡702的更加詳細的視圖。圖8c和8d示出了鏡702陣列的下側(cè)以及陣列中的一個鏡702的更加詳細的視圖。
空間光調(diào)節(jié)器的制造圖9a為一流程圖，示出了空間光調(diào)節(jié)器100的制造的一個優(yōu)選實施例。圖9b～9g為框圖，更加詳細地示出了空間光調(diào)節(jié)器100的制造?？傊?，微鏡202部分制造于第一襯底105上。個別地說，電極、尋址電路和控制電路中的一些或全部都制造于第二襯底107上。第一和第二襯底105和107于是被壓焊在一起。第一襯底105去薄，然后是平版印刷和蝕刻步驟。然后，完成微鏡202的制造。最終步驟，包括封裝等，完成了空間光調(diào)節(jié)器100的制造。在一個實施例中，鏡陣列103僅是通過使用各向異性干蝕刻方法，由單晶硅的晶片制造而成的，要制造鏡陣列103，只需要兩步蝕刻，并且電路的制造使用了標(biāo)準(zhǔn)的CMOS技術(shù)。這為制造SLM100提供了容易和便宜的方法。
現(xiàn)有的空間光調(diào)節(jié)器的制造使用的表面微型機器制造技術(shù)包括蝕刻、結(jié)構(gòu)層的淀積、犧牲層的淀積和去除。這些現(xiàn)有的MEMS制造技術(shù)產(chǎn)生很低的產(chǎn)量、很差的同一性，并且結(jié)果得到約1微米或更大尺寸的特征尺寸。與之相對照，本發(fā)明的一個實施例使用半導(dǎo)體制造技術(shù)，它不包括犧牲層，并且具有更高的產(chǎn)量，并且能夠制造0.13微米或更小的特征。
參考圖9a，第一掩模的生成(902)初始化地部分制造了微鏡202。該掩模限定了第一襯底105的一側(cè)中需要蝕刻的部分，通過蝕刻，在微鏡陣列103的下面形成空穴，該空穴限定了隔離支持框架210和支撐柱208。諸如照相平版印刷等標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)可用于在第一襯底上生成掩模。如前所述，在一個優(yōu)選實施例中，微鏡202是由諸如單晶硅等單一材料形成的。這樣，在一個優(yōu)選實施例中，第一襯底105是單晶硅的材料。注意，一般在多個SLM100中使用的多個微鏡陣列103是在單個晶片上制造的，并且在后來被分開。被制造用以生成微鏡陣列103的結(jié)構(gòu)一般大于在CMOS電路中使用的特征，因此使用用于制造CMOS電路的已知技術(shù)來形成微鏡陣列103相對比較容易。圖9b為側(cè)視圖，它示出了在進行制造之前的第一襯底105。襯底105起初包括器件層938，它是鏡陣列103賴以制造的材料，絕緣氧化層936，以及處理襯底934。圖9c為側(cè)視圖，它示出了第一襯底105，其上有掩模。
在生成了掩模902之后，在優(yōu)選實施例中，第一襯底105被各向異性離子蝕刻(904)，以便在鏡板204的下面形成空穴。換句話說，在第一襯底中為每一個微鏡202形成了“阱”。除各向異性離子蝕刻之外的其他方法，諸如濕蝕刻或等離子蝕刻等，也可用于形成空穴或“阱”。圖9d為框圖，示出了第一襯底105，其中被蝕刻有空穴。
與位于鏡板204下面的空穴制造相分別的是，電極126和控制電路106被制造于第二襯底107上(906)。第二襯底107可以是諸如石英等透明材料或其它材料。與結(jié)晶硅相比，如果第二襯底為石英，也可以用多晶硅來制造晶體管。電路的制造可以使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造技術(shù)(906)。例如，在一個實施例中，制造于第二襯底107之上的控制電路106包括存儲單元陣列、行尋址電路和列數(shù)據(jù)加載電路。有多種不同方法來制造電路以執(zhí)行尋址功能。公知的DRAM、SRAM和鎖存器件可以執(zhí)行尋址功能。由于鏡板204的區(qū)域在半導(dǎo)體的尺度上相對較大(例如，鏡板204可以具有225平方微米的區(qū)域)，因此可以在微鏡202下面制造復(fù)雜的電路?？梢灾圃斓碾娐钒ǖ痪窒抻谟靡源鎯r序像素信息的存儲緩存，通過以不同的電壓來驅(qū)動電極126以補償鏡板204到電極126之間間隔距離的可能的非均一性的電路，以及用以執(zhí)行脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換的電路。
該控制電路106的上面覆蓋著諸如硅氧化物或硅氮化物等鈍化層然后，在其上淀積金屬化層。在一個實施例中，該金屬化層被形成構(gòu)圖，并經(jīng)過蝕刻，除了限定偏置/重置總線之外，還限定了電極126。電極126是在制造期間放置進去的，這樣一個或多個電極126就對應(yīng)于每一個微鏡202。對于第一襯底105，一般在多個SLM100中使用的多套電路是在第二襯底107上制造的(906)，并且在稍后被分開。
下一步，第一和第二襯底被壓焊在一起(910)。第一襯底105的具有空穴的一側(cè)被壓焊到第二襯底107的具有電極的一側(cè)。襯底105和107經(jīng)過對齊，這樣位于第二襯底107上的電極就處于適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，以便能夠控制微鏡陣列103中的微鏡202的偏轉(zhuǎn)。在一個實施例中，通過將第一襯底105上的圖形與第二襯底107上的圖形進行對齊，從而使用雙聚焦顯微鏡來將這兩個襯底105和107進行光學(xué)對齊，并且通過諸如陽極或共晶壓焊方法的低溫壓焊方法，將這兩個襯底105和107壓焊在一起。有許多可能的替換實施例用于制造(906)。例如，可以使用熱塑性或電介質(zhì)性旋涂玻璃壓焊材料，這樣襯底105和107就得到熱力式壓焊。圖9e為側(cè)面圖，示出了被壓焊在一起的第一和第二襯底105和107。
在將第一和第二襯底105和107壓焊到一起之后，尚未被蝕刻的第一襯底105的表面被去薄到一個預(yù)定厚度(912)。首先，如圖9f所示，通過研磨或蝕刻將處理襯底934除去。然后，除去氧化物936。然后，根據(jù)需要，將器件層938去薄或拋光。在一個實施例中，這種去薄操作是通過在所制造的“阱”的底部與第一襯底105的相對表面之間將襯底105機械式研磨到一個厚度來完成的，該厚度接近于微鏡202的預(yù)期厚度。在一個實施例中，這種通過機械式研磨而取得的厚度約為5微米。然后，通過機械式精細拋光或化學(xué)機械拋光的方法將襯底105拋光到一個在“阱”底部和第一襯底105的相對面之間預(yù)期的厚度。這一厚度限定了鏡板204的厚度。在一個實施例中，這一預(yù)期厚度小于約1微米或更小。圖9g為一側(cè)視圖，示出了在第一襯底105去薄之后被壓焊在一起的第一和第二襯底105和107。
接下來，生成了微鏡202的反射表面。這可以通過拋光第一襯底105來實現(xiàn)(913)，以便使第一襯底105的表面具有反射性?？梢栽诘谝灰r底105上淀積一層反射材料(914)，以生成反射表面。也可以使用其他生成反射表面的方法。
在一個實施例中，鋁反射層被淀積(914)。第一襯底105的經(jīng)過去薄的表面上面涂敷厚約10nm的鈦種子薄膜。然后，約30nm厚的鋁層淀積于其上，形成反射層，對于絕大部分可見光譜而言，其反射率大于95％。圖9h為側(cè)視圖，它示出了淀積反射層932。
然后，第一襯底105的反射表面被掩模，并且在優(yōu)選實施例中進行高縱橫比的各向異性離子蝕刻(916)，以最終形成微鏡陣列103和釋放鏡板204。這第二步蝕刻限定了鏡板204、扭轉(zhuǎn)彈簧鉸鏈206和連接器216。這樣，僅需對第一襯底105進行兩步蝕刻就可以制造微鏡202。這樣將大大降低微鏡202的制造成本。圖9i為框圖，示出了為模板933所覆蓋的第一襯底105的表面，并且圖9j為框圖，示出了經(jīng)過第二步蝕刻之后的空間光調(diào)節(jié)器100，它包括鏡板204、鉸鏈206、隔離支持框架210和電極126。
在一些實施例中，鉸鏈206被部分地蝕刻，從鏡板204的表面上凹下去。還有，在一些實施例中，在進行了用于限定鏡板204、扭轉(zhuǎn)彈簧鉸鏈206和連接器216的第二蝕刻之后，淀積了反射表面(914)。這一反射層可以通過例如以一個向下的角度蒸發(fā)鋁來淀積，以便該角度的水平矢量為從鏡板204至鉸鏈206。有了這個角度，以及在鉸鏈206被蝕刻以便從鏡板204的表面凹陷的情況下，基本上可以在凹進去的鉸鏈206的表面上不淀積反射涂層，以便最小化入射光在扭轉(zhuǎn)鉸鏈206的表面上的散光。例如，在電子槍熱蒸發(fā)器的反應(yīng)室中，可以以每秒一納米的淀積速度發(fā)生蒸發(fā)。
在一些實施例中，微鏡陣列103被一塊玻璃或其他透明材料所保護。在一個實施例中，在微鏡陣列103的制造期間，沿著在第一襯底105上制造的每一個微鏡陣列103的周邊留下了一個邊框。為了保護在微鏡陣列103中的微鏡202，一片玻璃或其他透明材料被壓焊到這個邊框(918)。這種透明材料保護著微鏡202免受物理損害。在一個替換實施例中，平板印刷術(shù)被用于在玻璃板上的光敏樹脂層中產(chǎn)生邊框陣列。然后，將環(huán)氧樹脂應(yīng)用于邊框的上邊緣處，并且將玻璃板對齊和粘附于完整的反射性SLM100。
如上面所討論的，可以由兩個襯底105和107來制造多個空間光調(diào)節(jié)器100；多個微鏡陣列103可以在第一襯底105中制造，并且多套電路可以在第二襯底107中制造。制造多個SLM100增加了空間光調(diào)節(jié)器100制造過程的效率。不過，如果多個SLM100是一次性制造的，則它們將被必須分成單個SLM100。有多種方法來將每一個空間光調(diào)節(jié)器100分開和便于使用。在第一個方法中，每一個空間光調(diào)節(jié)器100只是在結(jié)合的襯底105和107上與SLM100的其他部分相分離(920)的管芯。然后使用標(biāo)準(zhǔn)的封裝技術(shù)將每一個分離的空間光調(diào)節(jié)器100進行封裝(922)。
在第二個方法中，執(zhí)行晶片級芯片尺度的封裝，以便將每一個SLM100封裝成單個的空穴和在SLM100被分開之前形成電鉛。這進一步保護反射性可偏轉(zhuǎn)元件和減少封裝成本。在該方法的一個實施例中，第二襯底107的后側(cè)與焊接引腳壓焊在一起(924)。然后，第二襯底107的后側(cè)被蝕刻(926)，暴露出金屬連接器，該連接器是在第二襯底107上進行電路制造期間形成的。接下來，將導(dǎo)線淀積于金屬連接器和焊接引腳之間，以電連接這二者。最后，多個SLM就成為分開的管芯(930)。
圖10更加詳細地示出了掩模1000的生成(902)和用于在第一襯底中形成空穴的蝕刻(904)。在優(yōu)選實施例中，第一襯底為單晶硅的晶片。氧化物在第一襯底上被淀積和構(gòu)圖。結(jié)果得到如圖10所示的圖形，其中區(qū)域1004為防止其下的襯底被蝕刻的氧化物，并且區(qū)域1002為暴露的襯底區(qū)域。暴露的襯底1002的區(qū)域經(jīng)過蝕刻，形成空穴。未被蝕刻的區(qū)域1004仍然保持，并形成隔離支持柱208和隔離支持框架210。
在一個實施例中，襯底在分別以100sccm、50sccm和10sccm的流速流通著SF6、HBr和氧氣等的反應(yīng)離子蝕刻室中被蝕刻。工作壓強在10到50mTorr范圍內(nèi)，偏置功率為60W，并且源功率為300W。在另一個實施例中，襯底在分別以100sccm、50sccm和10sccm的流速流通著Cl2、HBr和氧氣等的反應(yīng)離子蝕刻室中被蝕刻。在這些實施例中，當(dāng)空穴為約3～4微米的深度時，蝕刻過程停止。這一深度是通過使用現(xiàn)場蝕刻深度監(jiān)視來測量的，例如通過現(xiàn)場光學(xué)干涉儀技術(shù)，或者通過調(diào)整蝕刻速率。
在另一個實施例中，空穴是通過各向異性反應(yīng)離子蝕刻過程在晶片中形成的。該晶片被放置于反應(yīng)室中。SF6、HBr和氧氣分別以100sccm、50sccm和20sccm的流速被引入到反應(yīng)室中。在50mTorr的壓強下使用50W的偏置功率設(shè)置和150W的源功率大約5分鐘。該晶片然后在1mTorr的壓強下被20sccm流速的后側(cè)氦氣流所冷卻。在一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)空穴為大約3～4微米深時，蝕刻處理停止。這一深度是使用現(xiàn)場蝕刻深度監(jiān)視來測量的，例如通過現(xiàn)場光學(xué)干涉儀技術(shù)，或者通過調(diào)整蝕刻速率。
圖11為形成于第二襯底107上的電極126的一個實施例的透視圖。在該實施例中，每一個微鏡202具有相應(yīng)的電極126。在所示的實施例中，制造的電極126比第二襯底107上的電路的其他部分要高。如圖11所示，位于電極126的側(cè)邊上的材料從電極的上表面以某種金字塔的形狀向下傾斜。在其他實施例中，電極126與第二襯底107上的電路的其他部分位于同一高度上，而不是在電路上方延伸。在本發(fā)明的一個實施例中，電極126為大約10×10微米的單個鋁片。這些電極126制造于第二襯底107的表面上。在該實施例中，電極126的大部分表面區(qū)域?qū)⒕哂杏靡詫㈢R板204向下拉到機械塞上的相對較低的尋址電壓，從而使鏡板204完全以預(yù)定的角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
圖12為一透視圖，示出了第一襯底105上的微鏡陣列103，其中的第一襯底105置于第二襯底107上的電極126和其他電路上。該圖示出了在將第一和第二襯底105和107壓焊(910)到一起之前，在微鏡陣列103中的微鏡202和電極的相對位置。注意，為便于解釋，在微鏡陣列103中的微鏡202是作為完整的微鏡202來示出的。不過，在優(yōu)選實施例中，參考圖9a所述，只有位于第一襯底105中的鏡板204下面的空穴才能夠在將第一襯底105壓焊到第二襯底107之前被蝕刻。鏡板204、鉸鏈206和連接器216目前還沒有被制造。在電極126位于電路的其余部分的高度之上以及電極126一側(cè)的材料向下傾斜的情況下，傾斜的材料則有助于正確地將第一襯底105擺放到第二襯底107上。
圖13示出了掩模的經(jīng)過簡化的實施例，該掩模用于在第一襯底105的上表面的蝕刻中(916)。在蝕刻步驟(916)中，區(qū)域1302被暴露出來，并且經(jīng)過蝕刻后生成了鏡板204和形成扭轉(zhuǎn)鉸鏈206、連接器216和支持柱208。其他區(qū)域1304為光阻材料所覆蓋，并且沒有被蝕刻。這些區(qū)域包括鏡板204自身和形成鉸鏈206的材料。如圖13所示，鏡陣列103的大部分表面是反射性的。制造過程僅生成用于將鏡板204與支持壁210和鉸鏈206相分離的小的非反射隙縫。
在第一襯底105的上表面被掩模之后，第一襯底105的上表面經(jīng)過蝕刻生成了鏡板204和形成鉸鏈206。在一個實施例中，它在分別以100sccm、50sccm和10sccm的流速流通著SF6、HBr和氧氣等的反應(yīng)離子蝕刻室中被蝕刻。工作壓強在10到50mTorr范圍內(nèi)，偏置功率為60W，并且源功率為300W。由于蝕刻深度一般小于1微米，因此有其他幾個制造過程能夠取得這一目標(biāo)。另一個實施例在工作壓強為10到50mTorr范圍內(nèi)，蝕刻反應(yīng)室的偏置功率為50W和源功率為300W的情況下，分別使用Cl2和氧氣來取得緊密維度控制。通過使用現(xiàn)場蝕刻深度監(jiān)視或通過調(diào)整蝕刻速率，該蝕刻處理停止于預(yù)期深度(在一個實施例中，約為5微米深)。
操作在操作中，單個反射元件被有選擇地偏轉(zhuǎn)，并用于空間調(diào)制入射到鏡并被反射的光。
圖14為剖面圖，它示出了位于電極126之上的微鏡202。在操作中，將電壓應(yīng)用于電極126上，以控制在電極126上的相應(yīng)鏡板204的偏轉(zhuǎn)。如圖14所示，當(dāng)將電壓應(yīng)用于電極126時，鏡板204被吸引到電極上。這會使鏡板204沿著扭轉(zhuǎn)彈簧206發(fā)生旋轉(zhuǎn)。當(dāng)從電極126上去除電壓時，鉸鏈206將使鏡板204向上彈回。這樣，打到鏡板204上的光被反射到可以由應(yīng)用到電極的電壓所控制的方向上。
一個實施例的操作如下。一開始鏡板沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在這種未偏置的狀態(tài)，來自光源并傾斜入射到SLM100上的入射光束被扁平的鏡板204所反射。向外的反射光束可以被，例如，光學(xué)垃圾桶所吸收。從未發(fā)生偏轉(zhuǎn)的鏡板204上反射回來的光不被反射到視頻顯示器上。
當(dāng)將偏置電壓應(yīng)用于鏡板204和底部電極126之間時，鏡板204由于靜電吸引而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于鉸鏈206的設(shè)計，鏡板204的自由端朝向第二襯底107發(fā)生偏轉(zhuǎn)。注意，在一個優(yōu)選實施例中，基本上所有的彎曲都發(fā)生在鉸鏈206中而不是發(fā)生在鏡板204中。在一個實施例中，這可以通過使鉸鏈寬度222變薄，并且將鉸鏈206僅在兩端連接到支持柱208來完成。鏡板204的偏轉(zhuǎn)受到活動塞的限制，如上所述。鏡板204的全反射將向外反射的光束偏轉(zhuǎn)到成像光學(xué)設(shè)備上，并到達視頻顯示器。
當(dāng)鏡板204偏轉(zhuǎn)過“扳動”或“拖動”電壓(在一個實施例中約為12伏)，則恢復(fù)機械力或鉸鏈206的力矩將不再平衡靜電力或力矩，并且鏡板204向下“扳動”電極126，以獲得完全偏轉(zhuǎn)，僅受到活動塞的限制。為了從完全偏轉(zhuǎn)的位置處釋放得到鏡板204，電壓必須大大低于扳動電壓，到達一個釋放電壓(例如，在扳動電壓為5.0伏的實施例中大約為3.3伏)。這樣，微鏡202為電機式雙穩(wěn)態(tài)設(shè)備。給定位于釋放電壓和扳動電壓之間的特定電壓，則鏡板204可處于兩個可能的偏轉(zhuǎn)角，這取決于鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)的歷史。因此，鏡板204的偏轉(zhuǎn)起到鎖存的作用。由于使鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)所需的機械力大約正比于偏轉(zhuǎn)角，因此這種雙穩(wěn)態(tài)和鎖存的作用是存在的，盡管相對的靜電力是反比于鏡板204和電極126之間的距離的。
由于在鏡板204和電極126之間的靜電力依賴于鏡板204和電極126之間的總電壓，因此應(yīng)用于鏡板204上的負電壓將減少需要施加于電極126上以獲得給定偏轉(zhuǎn)量的正電壓。這樣，將電壓應(yīng)用到鏡陣列103將減少電極126的電壓幅度要求。這將是很有用的，例如，因為在一些應(yīng)用中需要將必須施加到電極126上的最大電壓維持在低于12V，這是因為5V的開關(guān)能力在半導(dǎo)體工業(yè)中是更為常見的。另外，在將電壓施加于鏡陣列103時需要對每一個電極126施加偏置的電荷量，要比在將鏡陣列103維持在地電勢的實施例中所需的電荷少。這樣，向電極126正確地施加合適的電壓和使鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)所需的時間是相對較快的。
由于鏡板204的最大偏轉(zhuǎn)是固定的，因此在操作電壓大于扳動電壓時，可以以數(shù)字的方式來操作SLM100。這種操作實質(zhì)上是數(shù)字的，因為鏡板204要么可以通過將電壓應(yīng)用到相關(guān)的電極126使其發(fā)生完全向下偏轉(zhuǎn)，要么允許在沒有將電壓施加到相關(guān)電極126的情況下發(fā)生向上彈回。使鏡板204完全向下偏轉(zhuǎn)直到被能夠阻擋鏡板204偏轉(zhuǎn)的物理元件所阻擋的電壓稱為“扳動”或“拖動”電壓。這樣，為了使鏡板204全面向下偏轉(zhuǎn)，可以向相對應(yīng)的電極126施加等于或大于扳動電壓的一個電壓。在視頻顯示應(yīng)用中，當(dāng)鏡板204被完全向下偏轉(zhuǎn)時，入射到鏡板204上的光被反射到位于視頻顯示器上的相應(yīng)像素。當(dāng)允許鏡板204向上彈回時，光的反射方向為不會照射到視頻顯示器上的方向。
在這種數(shù)字操作期間，在相關(guān)的鏡板204發(fā)生完全偏轉(zhuǎn)后，不需要在電極126上再保持住完全的扳動電壓。在“尋址階段”期間，用于所選電極126的電壓對應(yīng)于應(yīng)該發(fā)生完全偏轉(zhuǎn)的鏡板204，該電壓被設(shè)置為能夠使鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)的電平級別。在所述鏡板204因為在電極126上施加的電壓而發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后，在偏轉(zhuǎn)位置處保持鏡板204所需的電壓小于實際發(fā)生偏轉(zhuǎn)所需的電壓。這是因為偏轉(zhuǎn)的鏡板204和尋址電極126之間的間隙小于當(dāng)鏡板204處于被偏轉(zhuǎn)時的過程中的。因此，在尋址階段之后的“保持階段”，施加于所選電極126的電壓可以在基本不影響鏡板204的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下，從它最初所需的電平被減小。具有低保持階段電壓的一個優(yōu)勢是，近乎未發(fā)生偏轉(zhuǎn)的鏡板204受到更小的靜電吸引力，并且因此與零偏轉(zhuǎn)位置保持很近的距離。這將改善偏轉(zhuǎn)鏡板204和未偏轉(zhuǎn)鏡板204之間的光學(xué)對比度。
通過選擇合適的尺度(在一個實施例中，位于鏡板204和電極126之間的間隔210為1～5微米，并且鉸鏈206的厚度為0.05～0.45微米)，以及材料(諸如單晶硅(100))，則可以使反射性SLM100的操作電壓僅有幾伏的水平。鉸鏈206的扭轉(zhuǎn)模塊由單晶硅制成，它可以是例如每平方米每半徑5×1010牛頓的大小。通過將鏡板204維持在合適的電壓值(“負偏置”)上而不是地電勢上，可以使讓相關(guān)鏡板204完全發(fā)生偏轉(zhuǎn)的電極126的操作電壓更低一些。這樣對于施加在電極126上的給定電壓，會導(dǎo)致更大的偏轉(zhuǎn)角。最大的負偏置電壓為釋放電壓，因此當(dāng)尋址電壓下降到零時，鏡板204能夠扳回到未發(fā)生偏轉(zhuǎn)的位置。
另外還可以以“模擬”的方式來控制鏡板204的偏轉(zhuǎn)。使用小于“扳動電壓”的電壓來使鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且控制著入射光的反射方向。
其它應(yīng)用除了視頻顯示器以外，空間光調(diào)節(jié)器100在其他應(yīng)用中也是有用的。一個應(yīng)用是在沒有掩模的照相平板印刷中，其中空間光調(diào)節(jié)器100引導(dǎo)光以顯影淀積的光阻材料。這將免除對掩模的需要，以便在預(yù)期圖形中正確地顯影光阻材料。
盡管通過參考多個實施例對本發(fā)明進行特別的展示和描述，但是對于在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對其進行形勢和細節(jié)上的改變都是可以理解的。例如，可以通過使用除靜電吸引之外的其他方法來使鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)?？梢允褂么?、熱和壓電式激勵方法來使鏡板204發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種制造空間光調(diào)節(jié)器的方法，包括在第一襯底的第一側(cè)中形成空穴；在第二襯底的第一側(cè)上制造電極；將第一襯底的第一側(cè)壓焊到第二襯底的第一側(cè)上；以及在將第一襯底的第一側(cè)壓焊到第二襯底的第一側(cè)上之后，在第一襯底的第二側(cè)上形成鉸鏈、連接器和鏡板；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一襯底為連續(xù)單片材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中第一襯底為單晶硅。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在第一襯底的第二側(cè)上形成鉸鏈、連接器和鏡板之前，在第一襯底的第二側(cè)上淀積反射層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在將第一襯底的第一側(cè)壓焊到第二襯底的第一側(cè)上之前，在第二襯底的第一側(cè)上制造尋址和控制電路。
6.一種為空間光調(diào)節(jié)器制造多個鏡的方法，包括從第一襯底的第一側(cè)生成待蝕刻的第一掩模限定區(qū)域；除去由第一掩模所限定的第一襯底的第一側(cè)上的區(qū)域中的材料；將第一襯底的第二側(cè)去薄到預(yù)定的厚度；在第一襯底的第二側(cè)上創(chuàng)建反射表面；從第一襯底的第二側(cè)生成待蝕刻的第二掩模限定區(qū)域；以及除去由第二掩模所限定的第一襯底的第二側(cè)上的區(qū)域中的材料，以形成多個鉸鏈和鏡板；
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中由第一掩模所限定的第一襯底的區(qū)域中的材料被除去，以在第一襯底的第一側(cè)中形成多個空穴。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中除去由第一和第二掩模所限定的第一襯底的區(qū)域中的材料包括蝕刻第一襯底。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中除去由第一掩模所限定的第一襯底的區(qū)域中的材料包括使用SF6、HBr和氧氣流來進行各向異性反應(yīng)離子蝕刻。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中將第一襯底的第二側(cè)去薄包括從由機械研磨、濕蝕刻和等離子蝕刻組成的組中選取的處理過程。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在第一襯底的第二側(cè)上創(chuàng)建反射表面包括在將第一襯底的第二側(cè)去薄之后，對第一襯底的第二側(cè)進行拋光。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在第一襯底的第二側(cè)上創(chuàng)建反射表面包括在將第一襯底的第二側(cè)去薄之后，在第一襯底的第二側(cè)上淀積反射性材料的薄膜。
13.一種制造包括有多鏡陣列的空間光調(diào)節(jié)器的方法，包括從第一襯底的第一側(cè)生成待蝕刻的第一掩模限定區(qū)域；蝕刻由第一掩模所限定的第一襯底的第一側(cè)上的區(qū)域，以在第一襯底的第一側(cè)中形成多個空穴；在第二襯底的第一側(cè)上制造電極；將第一襯底的第一側(cè)壓焊到第二襯底的第一側(cè)上；在第一襯底的第二側(cè)上創(chuàng)建反射表面；從第一襯底的第二側(cè)來生成待蝕刻的第二掩模限定區(qū)域；蝕刻由第二掩模所限定的第一襯底的第二側(cè)上的區(qū)域，以形成多個鉸鏈和鏡板。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中蝕刻由第一掩模所限定的第一襯底的第一側(cè)上的區(qū)域以在第一襯底的第一側(cè)中形成多個空穴包括使用SF6、HBr和氧氣流來進行各向異性反應(yīng)離子蝕刻。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括在第二襯底的第一側(cè)上制造電極之前，在第二襯底的第一側(cè)上制造控制電路。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在第二襯底的第一側(cè)上制造控制電路包括制造存儲緩存、顯示控制器和脈寬調(diào)制陣列。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在第二襯底的第一側(cè)上制造電極包括使用鈍化層來覆蓋所制造的控制電路；在鈍化層上淀積金屬層；在限定電極的圖形中構(gòu)圖金屬層；以及蝕刻金屬層以留下構(gòu)成電極的材料。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括在將第一襯底的第一側(cè)壓焊到第二襯底的第一側(cè)之前，將第一襯底與第二襯底對齊，以便當(dāng)?shù)谝缓偷诙r底被壓焊在一起時，第二襯底上的電極能夠被定位以控制第一襯底中的鏡的偏轉(zhuǎn)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中將第一襯底與第二襯底對齊包括將第一襯底上的圖形與第二襯底上的圖形對齊。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中將第一襯底的第一側(cè)壓焊到第二襯底的第一側(cè)包括在低于大約500攝氏度的情況下執(zhí)行低溫壓焊方法。
全文摘要
一種包括微鏡陣列的反射式空間光調(diào)節(jié)器的制造。在一個實施例中，微鏡陣列是通過僅使用兩個主要蝕刻步驟由單晶材料的襯底制造而成的。第一步蝕刻在材料的第一側(cè)中形成空穴。第二步蝕刻形成支持柱、垂直鉸鏈和鏡板。在第一和第二步蝕刻之間，可以將襯底壓焊到尋址和控制電路上。
文檔編號B81C1/00GK1610644SQ03801744
公開日2005年4月27日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者曉和.X.潘, 楊曉, 陳東敏 申請人:明銳有限公司