專利名稱：一種具有光吸收掩模的裝置及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)裝置。更具體地，本發(fā)明涉及微型光學(xué)機電裝置及其加工方法。
背景技術(shù)：
如今，很多種類的光學(xué)裝置例如微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置，可以利用微機械和微電子加工技術(shù)來加工。
例如在某些情況下，MEMS裝置可以包括光學(xué)元件，從而被特別地稱為微光機電系統(tǒng)即“MOEMS”裝置。這種MOEMS裝置的一個例子就是美國專利5,835,255所描述的干涉測量調(diào)制器(IMOD)裝置。美國專利5,835,255的IMOD裝置可被加工在一個陣列中，而且能用在反射顯示裝置內(nèi)，其中每個IMOD作為一個像素來提供期望光響應(yīng)(desired optical response)。
為了提高期望光響應(yīng)，應(yīng)該降低來自IMODS某些非作用區(qū)域(inactive area)的反射環(huán)境光的影響。因此，就應(yīng)該將IMODS的這些非作用區(qū)域制成吸收光的區(qū)域，即，通常需要屏蔽掉光學(xué)裝置的非作用區(qū)域，或者使非作用區(qū)域成為吸收光的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種對包括至少一個光學(xué)元件的裝置進(jìn)行加工的方法，在一個透明襯底上形成所述光學(xué)元件，該方法包括確定將吸收光的所述襯底的一個區(qū)域；和在加工至少一個光學(xué)元件之前，在所確定的區(qū)域上加工一個光吸收掩模。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種裝置，其包括一個襯底；以及在所述襯底上形成的第一和第二光學(xué)元件，其中所述第一光學(xué)元件有兩種模式，每種模式都對其上入射的光產(chǎn)生不同的光響應(yīng)，且其中所述第二光學(xué)元件吸收所述光，并且先于所述第一光學(xué)元件在所述襯底上形成。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種加工裝置的方法，該方法包括在一個襯底上形成一個靜態(tài)光學(xué)元件，其中該靜態(tài)光學(xué)元件吸收光；并形成一個鄰接于該靜態(tài)光學(xué)元件的動態(tài)光學(xué)元件，其中該動態(tài)光學(xué)元件包括一個被驅(qū)動狀態(tài)和一個無驅(qū)動狀態(tài)，每個狀態(tài)對入射光都有一個特有的光響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種裝置，該裝置包括一個襯底；所述襯底上的一個靜態(tài)光學(xué)元件，其中該靜態(tài)光學(xué)元件吸收光；以及鄰接于該靜態(tài)光學(xué)元件的一個動態(tài)光學(xué)元件，其中該動態(tài)光學(xué)元件包括一個被驅(qū)動狀態(tài)和一個無驅(qū)動狀態(tài)，每個狀態(tài)對入射光都有一個特有的光響應(yīng)。


附圖中的圖1表示一個根據(jù)本發(fā)明的、具有已屏蔽非作用區(qū)域的顯示裝置的側(cè)視圖。
附圖中的圖2表示一個根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MEMS裝置的橫截面，該裝置具有一黑掩模或者光吸收區(qū)域。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的MEMS裝置的另一實施例，該裝置具有一黑掩?；蛘吖馕諈^(qū)域。
圖4示出了組成圖2 MEMS裝置的光吸收或黑掩模層的不同的層。
圖5A-圖5G示出了加工本發(fā)明的MEMS裝置的各種步驟。
具體實施例方式
出于說明的目的，下面的描述將給出很多具體的細(xì)節(jié)以使人們能夠完全理解本發(fā)明。然而，顯而易見的是，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以實施本發(fā)明。
在說明書中對“一個實施例”或“某個實施例”的引用指的是所描述的與該實施例相關(guān)的一個特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在說明書中不同地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”不一定都指同一個實施例，也不是相互之間排除其他實施例的單獨的或替換的實施例。而且，所描述的各種特征可能被某些實施例呈現(xiàn)，而未被另外的實施例呈現(xiàn)。同樣，所描述的各種要求可能是某些實施例所需的，而另外的實施例并不需要。
在一個實施例中，本發(fā)明以MOEMS裝置的形式公開了一種MEMS裝置，該裝置包括一個靜態(tài)光學(xué)元件和一個動態(tài)光學(xué)元件，其中該靜態(tài)光學(xué)元件作為“黑掩?！眮砦窄h(huán)境光或雜散光，從而提高該動態(tài)光學(xué)元件的光響應(yīng)。
雖然將使用一種包括IMOD的MEMS裝置來描述本發(fā)明，但應(yīng)該明白的是，本發(fā)明還涵蓋了其他光學(xué)裝置，例如通常意義上的各種圖像顯示裝置和光電裝置，這些裝置所具有的非作用區(qū)域要求是吸收光的，但這些裝置并不包括IMODS。
現(xiàn)參考附圖中的圖1，示出了裝置100的側(cè)視圖。應(yīng)該明白的是，為了不至于掩蓋本發(fā)明，顯示裝置100的很多元件都被省略了。顯示裝置100包括兩個作用(active)光學(xué)元件，其表現(xiàn)為IMOD裝置104的形式，IMOD裝置104典型地包括一個反射膜排列，當(dāng)按箭頭106所示的方向朝襯底102驅(qū)動該反射膜排列時，該反射膜排列會產(chǎn)生期望光響應(yīng)。在美國專利5,835,255中已經(jīng)描述了IMOD裝置104的操作，此處通過引用將該專利并入。附圖標(biāo)記108指的是IMOD裝置104的非作用區(qū)域，這些非作用區(qū)域需要成為光吸收區(qū)域或者作為“黑掩模”，因此，當(dāng)觀察者從箭頭110所示的方向觀察顯示裝置100的時候，由IMOD裝置104產(chǎn)生的實際光響應(yīng)不會被來自非作用區(qū)域108的環(huán)境光反射降低質(zhì)量。
每個非作用區(qū)域108都可由被選擇的具有光響應(yīng)的材料加工成，其吸收或減弱光。根據(jù)本發(fā)明的實施例，每個非作用區(qū)域108都可以被加工成薄的膜疊層。例如，在一個實施例中，該薄的膜疊層可以包括夾在兩個光反射鉻層之間的不吸收光的電介質(zhì)層，下面將會更詳細(xì)地描述。在其他實施例中，非作用區(qū)域108可以包括單一的有機材料層或無機材料層，該層減弱或吸收光。
附圖中的圖2示出了一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的IMOD裝置200的橫截面。IMOD裝置200包括一個作用元件(active component)，該作用元件包括鉻反射層204、氧化硅層206、氣隙208、和在襯底202上制成的機械膜210。機械膜210由聚合物柱212支撐。在使用中，當(dāng)從箭頭214所示的方向觀察時，機械膜210就被驅(qū)動以接觸氧化硅層206從而產(chǎn)生期望光響應(yīng)。
在其上形成聚合物柱212的每個IMOD 200的區(qū)域不是IMOD作用元件的一部分，因此，需要成為吸收光的區(qū)域以減少雜散光和環(huán)境光對IMOD作用元件的期望光響應(yīng)造成的干擾。這些非作用區(qū)域確定了由圈起來的區(qū)域216所表示的靜態(tài)元件，并被加工形成薄的膜疊層，選擇該薄的膜疊層以使其具有光吸收的光學(xué)特性。在一個實施例中，本發(fā)明包括確定襯底202的哪一部分區(qū)域需要成為光吸收的區(qū)域，并在形成IMODS的作用光學(xué)元件之前，在所確定的區(qū)域上加工光吸收掩?；蚝谘谀?。該黑掩模可以包括薄的膜疊層，在一個實施例中，該疊層可以包括鉻基部218、氧化物中間層220和鉻層204。
現(xiàn)參考附圖的圖3，附圖標(biāo)記300通常指的是根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種IMOD裝置的另一個實施例。IMOD裝置300類似于IMOD裝置200，因此相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。IMOD 300與IMOD 200之間主要的差別是，整個聚合物柱212由一種有機材料組成，例如可確定光(photo-definable)的黑樹脂，例如由Brewer ScienceInc.生產(chǎn)的稱為DARC 100的材料，該有機材料有效地作為一種光吸收或黑掩模。IMOD 300的一個優(yōu)點在于聚合物柱212起到了兩種功能。第一，聚合物柱212作為機械膜210的機械支撐。第二，聚合物柱212作為光學(xué)掩模來屏蔽掉IMOD的非作用區(qū)域或者使其成為光吸收的。
圖4是一個示意圖，其中示出了各種層，這些層組成了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的薄膜黑掩模。
參考圖4，在襯底400上加工出所示的薄膜黑掩模402。黑掩模402包括具有三層的膜，該膜包括鉻層404、氧化硅層406和鋁層408?？梢赃x擇各種材料來制成黑掩模。在一個實施例中，組成黑掩模的膜和用于加工IMOD作用元件的膜是相同的，因此，可以使用相同的沉積參數(shù)來加工非作用元件(inactive component)和作用元件。
現(xiàn)在參考附圖的圖5A-5G來描述加工薄膜黑掩模402的各個階段。
參考圖5A，在初始的準(zhǔn)備步驟中準(zhǔn)備玻璃襯底500，例如清洗，在此之后，沉積反射鉻層502，例如通過在襯底500上濺涂所述鉻層。在一個實施例中，鉻層502的厚度可以是大約60埃。
然后，運用常規(guī)技術(shù)圖案化和開發(fā)鉻層502，留下鉻露頭，鉻露頭將作為薄的膜疊層的基層，該薄的膜疊層作為黑掩模(參考圖5B)。
然后，典型地大約300-800埃的黑掩模氧化物層(例如SiO2)通過濺涂而沉積。黑掩模氧化物層的厚度取決于所需的黑態(tài)(black state)質(zhì)量。
接著，另一個反射鉻層506被濺涂在黑掩模氧化物層504上。鉻層506的厚度通常為大約60埃，其精確厚度取決于最終的顯示裝置所需的亮度，層越薄，亮度越亮。
然后，層508和510分別被濺涂在層506上。層508包括氧化硅，并且大約為300-800埃，然而由于層510是包括鉬的犧牲層，其厚度通常為大約0.2-1.2微米。因此，從圖5C可以看出，層504-層510形成了襯底502上的厚的膜疊層。
參考圖5D，執(zhí)行圖案化步驟和蝕刻步驟形成凹槽512，該凹槽穿過該薄的膜疊層至到鉻露頭502。
參考圖5E，聚合物柱514是通過這樣的方式在凹槽512中形成的在薄的膜疊層上旋轉(zhuǎn)負(fù)性光刻膠材料，例如Futurex Inc.公司制造的稱為NR7-350P的材料；通過合適的掩模使其曝光并開發(fā)形成柱514。這些步驟都是常規(guī)的，因此不再贅述。
現(xiàn)在參考圖5F，在一個實施例中，包括鋁合金的機械膜516通過在鉬層510上濺涂而被沉積。
此后，對鉬層510進(jìn)行蝕刻，以留下氣隙516，如附圖中的圖5G所示。
盡管結(jié)合特定的示例性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯然，在不脫離權(quán)利要求所述的本發(fā)明的較寬的精神的情況下，可以作出各種修改和變化。因此，說明書和附圖應(yīng)被視為解釋性的，而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于加工光學(xué)裝置的方法，該光學(xué)裝置包括在一個透明襯底上形成的至少一個作用光學(xué)元件，所述方法包括確定將吸收光的所述襯底的一個區(qū)域，其中所述的所確定的區(qū)域橫向偏離所述至少一個作用光學(xué)元件；和在加工所述至少一個作用光學(xué)元件之前，在所述的所確定的區(qū)域上加工一個光吸收掩模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述作用光學(xué)元件包括一個像素，所述光吸收區(qū)域是鄰接所述像素的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述加工包括在所述襯底上沉積一個第一光反射層；在所述第一光反射層上沉積一個不吸收光的電介質(zhì)層；和在所述不吸收光的電介質(zhì)層上沉積一個第二光反射層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一和第二光反射層的組成材料是金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中不吸收光的電介質(zhì)層包括一個氧化物層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述像素由一種干涉測量調(diào)制器確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光吸收掩模包括一種有機材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述有機材料包括一種可確定光的黑樹脂。
9.一種光學(xué)裝置，其包括一個襯底；和在所述襯底上形成的第一和第二光學(xué)元件，其中所述第一光學(xué)元件有兩個模式，每個模式對所述第一光學(xué)元件上的光入射產(chǎn)生不同的光響應(yīng)，且其中所述第二光學(xué)元件吸收光，并且先于所述第一光學(xué)元件在所述襯底上形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一光學(xué)元件包括一個干涉測量調(diào)制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第二光學(xué)元件圍繞所述干涉測量調(diào)制器形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第二光學(xué)元件包括一種有機材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中第二光學(xué)元件包括一個膜疊層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述膜疊層包括夾在兩個鉻層之間的不吸收光的電介質(zhì)材料。
15.一種用于微加工光學(xué)裝置的方法，該方法包括在一個襯底上形成一個靜態(tài)光學(xué)元件，其中所述靜態(tài)光學(xué)元件吸收光；和形成一個鄰接于所述靜態(tài)光學(xué)元件的動態(tài)光學(xué)元件，其中所述動態(tài)光學(xué)元件包括一個被驅(qū)動狀態(tài)和一個無驅(qū)動狀態(tài)，每個狀態(tài)對入射光都有一個特有的光響應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述動態(tài)光學(xué)元件包括一個干涉測量調(diào)制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述靜態(tài)光學(xué)元件包括一個膜疊層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述膜疊層包括夾在兩個鉻層之間的不吸收光的電介質(zhì)材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述靜態(tài)光學(xué)元件形成所述動態(tài)光學(xué)元件部分的機械支撐。
20.一種光學(xué)裝置，包括一個襯底；在所述襯底上形成的一個靜態(tài)光學(xué)元件，其中所述靜態(tài)光學(xué)元件吸收光；和鄰接所述靜態(tài)光學(xué)元件形成的一個動態(tài)光學(xué)元件，其中所述動態(tài)光學(xué)元件包括一個被驅(qū)動狀態(tài)和一個無驅(qū)動狀態(tài)，每個狀態(tài)對入射光都有一個特有的光響應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述動態(tài)光學(xué)元件包括一個干涉測量調(diào)制器。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述靜態(tài)光學(xué)元件包括一個膜疊層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述膜疊層包括夾在兩個鉻層之間的不吸收光的電介質(zhì)材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述靜態(tài)光學(xué)元件形成所述動態(tài)光學(xué)元件部分的機械支撐。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于加工光學(xué)裝置的方法，該光學(xué)裝置包括在透明襯底上形成的至少一個光學(xué)元件。該方法包括確定將吸收光的所述襯底的一個區(qū)域；和在加工所述至少一個光學(xué)元件之前，在所確定的區(qū)域上加工一個光吸收掩模。本發(fā)明也提供了一種光學(xué)裝置，其包括襯底(102)；以及在所述襯底上形成的第一和第二光學(xué)元件，其中所述第一光學(xué)元件(104)有兩個模式，每個模式對所述第一光學(xué)元件上的光入射都產(chǎn)生不同的光響應(yīng)，且其中所述第二光學(xué)元件(108)吸收光，并且先于所述第一光學(xué)元件在所述襯底上形成。
文檔編號B81B3/00GK1666138SQ03815325
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者M·W·邁爾斯 申請人:Idc公司