JP4152437B2

JP4152437B2 - Thin film actuated mirror array and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4152437B2
Application number: JP52750197A
Authority: JP
Inventors: ヨンゲウンリム
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: WiniaDaewoo Co Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2016-04-08
Also published as: MX9707476A; UY24186A1; HUP9801148A3; KR970060514A; PL179839B1; TW348324B; PE47197A1; AR001149A1; JPH11503538A; CA2216557A1; WO1997028653A1; CZ304197A3; AU724477B2; PL322490A1; CN1104815C; BR9607803A; CN1179871A; HUP9801148A2; KR100229790B1; AU5289996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光投射システムに関し、特に、その光投射システムに用いられ、各薄膜アクチュエーテッドミラー上に複数の誘電体層を順に積層して光効率性を最適とするＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多様なビデオディスプレーシステムのうち、光投射システムは高画質の画像を大画面で形成し得るものとして知られている。そのような光投射システムにおいて、ランプから発せられた光線は、例えば、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイ上に一様に投射される。ここで、各ミラーは各アクチュエータに結合されている。これらのアクチュエーターは、印加された電界信号に応じて変形を起こす、圧電物質または電歪物質のような電気的に変形可能な物質からなる。
【０００３】
各ミラーから反射した光ビームは、例えば、光学バッフルの開口に入射される。各アクチュエーターに電気信号を印加することによって、各ミラーの入射光ビームに対する相対的な位置が変更されることによって、各ミラーからの反射光ビームの光路が偏向される。各反射光ビームの光路が変わる場合、開口を通じて各ミラーから反射された光ビームの光量が変わることによって光の強さが変調される。開口を経て変調された光ビームは、投射レンズのような適切な光学装置を介して投射スクリーンに入射し、その上に像を表示する。
【０００４】
図１Ａ〜図１Ｇには、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー11よりなるアレイ10の製造方法を説明するための概略的な断面図が各々示されている。ここで、Ｍ及びＮは各々正の整数である。このアレイ10は、本願出願と出願人を同じくする米国特許出願番号第08/430、628号明細書に、「THIN FILM ACTUATED MIRROR ARRAY」との名称で開示されている。
【０００５】
アレイ10の製造工程は、基板22、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイ（図示せず）及びＭ×Ｎ個の接続端子24のアレイを備える能動マトリックス20を準備することから始まる。
その後、能動マトリックス20の上面に薄膜犠牲層40が形成される。この薄膜犠牲層40の形成は、薄膜犠牲層40が金属からなる場合はスパッタリング法及または蒸着法を、ＰＳＧからなる場合は化学気相成長法（ＣＶＤ）またはスピンコーティング法を、ポリシリコンからなる場合にはＣＶＤ法を各々用いて行われる。
その後、図１Ａに示すように、薄膜犠牲層40により取り囲まれたＭ×Ｎ個の支持部材30のアレイを有する支持層15が形成される。ここで、支持層15の形成は、各々が各接続端子24の周囲に位置するＭ×Ｎ個の空スロットのアレイ（図示せず）をフォトリソグラフィー法を用いて、薄膜犠牲層40の上に形成し、各接続端子24の周囲に位置した各空スロットに支持部材30がスパッタリング法またはＣＶＤ法を用いて形成されるプロセスによって行われる。支持部材30は絶縁性物質からなる。
【０００６】
続いて、支持部材30のような絶縁性物質からなる弾性層70が、支持層15の上にゾルーゲル（sol-gel）法、スパッタリングまたはＣＶＤ法を用いて形成される。
しかる後、図１Ｂに示すように、金属からなるコンジット35が各支持部材30に形成される。即ち、このコンジット35は最初、エッチング法を用いて、各々が弾性層70の上部から各接続端子24の上部まで延在するＭ×Ｎ個の孔のアレイ（図示せず）を生成し、各孔内に金属を埋め込んで形成される。
次に、導電性の物質からなる第２薄膜層60が、スパッタリング法を用いて、コンジット35を含む弾性層70の上に形成される。この第２薄膜層60は支持部材30に形成されたコンジット35を通じて各トランジスタに電気的に接続されている。
その後、図１Ｃに示したように、例えば、ＰＺＴのような圧電物質からなる電気的に変形可能な薄膜層80がスパッタリング法、ＣＶＤ法またはゾル−ゲル法を用いて第２薄膜層60の上に形成される。
【０００７】
続いて、図１Ｄに示したように、電気的に変形可能な薄膜層80、第２薄膜層60及び弾性層70が、フォトリソグラフィー法またはレーザトリミング法を用いて支持層15が露出されるまで、各々Ｍ×Ｎ個の電気的に変形可能な薄膜部85のアレイ、Ｍ×Ｎ個の第２薄膜電極65のアレイ及びＭ×Ｎ個の弾性部75のアレイにパターニングされる。第２薄膜電極65の各々は各支持部材30に形成された各コンジット35を通じて各トランジスタに電気的に接続されており、各薄膜アクチュエーテッドミラー11において信号電極としての機能を果たす。
次に、各変形可能な薄膜部85が相転移の発生のために熱処理されることによって、Ｍ×Ｎ個の熱処理済みの構造体のアレイ（図示せず）が形成される。この場合、各変形可能な薄膜部85が十分に薄くなっているため、薄膜部85が圧電物質で作られる場合は別に分極は必要でない。これは、薄膜アクチュエーテッドミラー11の駆動の際に印加された電気信号によって分極できるからである。
【０００８】
次に、図１Ｅに示すように、例えば、アルミニウム（Al）または銀（Ag）のような導電性及び光反射性の物質からなるＭ×Ｎ個の第１薄膜電極55のアレイが、Ｍ×Ｎ個の熱処理済みの構造体のアレイにおける変形可能な薄膜部85の上に形成される。この第１薄膜電極55の形成は最初スパッタリング法を用いて、導電性及び光反射性の物質からなり、Ｍ×Ｎ個の熱処理済みの構造体の上部を完全に覆い、また露出された支持層15を有する層50を形成し、その後に、エッチング法を用いて層50を選択的に取り除いて行われる。かくして、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー構造体95のアレイ90が形成される。図１Ｆに示すように、各アクチュエーテッドミラー構造体95は一つの上面及び四つの側面を有する。各第１薄膜電極55は各薄膜アクチュエーテッドミラー11においてバイアス電極としてだけではなく、ミラーとしても作用する。
その後、各アクチュエーテッドミラー構造体95における一つの上面及び四つの側面を完全に覆う薄膜保護層（図示せず）が形成される。
その後、支持層15における薄膜犠牲層40がエッチング法によって取り除かれる。最後に、図１Ｇに示すように、薄膜保護層が取り除かれることによって、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー11のアレイ10が形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のＭ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラー11のアレイ10の製造方法には多くの欠点がある。薄膜保護層の除去の際に用いられるエッチング液が各薄膜アクチュエーテッドミラー11においてミラーとして機能する第１薄膜電極55に化学的に作用して、薄膜アクチュエーテッドミラー11のアレイ10の光効率に悪影響を及ぼす。更に、第１薄膜電極55が銀で作られた場合、第１薄膜電極が酸化されミラーの反射効率性を一層低下させるという不都合がある。
【００１０】
従って、本発明の主な目的は、光効率性を最大とし得るＭｘＮ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイ及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、光投射システムに用いられるＭ×Ｎ（Ｍ、Ｎは正の整数）個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイであって、
基板、各々がＭ×Ｎ個のトランジスタのアレイの対応するトランジスタに電気的に接続されるＭ×Ｎ個の接続端子のアレイ、及びＭ×Ｎ個のトランジスタのアレイを有する能動マトリックスと、
各々が導電性物質からなるＭ×Ｎ個のコンジットと、
各々が接続部分及び光反射部分からなり、弾性部、第２薄膜電極、電気的に変形可能な薄膜部及び第１薄膜電極を有するＭ×Ｎ個の駆動構造体のアレイと、
各々が前記各駆動構造体の前記光反射部分上に位置し、予め定められた厚み及び互いに異なる屈折率を有する２層の誘電体薄膜部が積層されたＭ×Ｎ個の積層体とを具え、
前記各コンジットが前記各駆動構造体の前記接続部分に位置し、前記第２薄膜電極の下部から対応するトランジスタに電気的に接続された前記接続端子の上部まで延在して、前記第２薄膜電極が前記各薄膜アクチュエーテッドミラーにおいて信号電極として作用するようにし、導電性及び反射性物質からなる前記第１薄膜電極が接地されることによって、前記第１薄膜電極が前記各薄膜アクチュエーテッドミラーにおいてミラーとしてだけでなくバイアス電極としても作用するようにし、前記積層体は前記第１薄膜電極をエッチング液から保護し、前記光反射部分の反射率を向上させ、下記の式
（ｎ₁／ｎ₂）²＜１／（ｎ²＋ｋ²）
（ｎ₁、ｎ₂は前記２層の誘電体薄膜部のそれぞれの屈折率であり、ｎ₂は前記光反射部分に接している誘電体薄膜部の屈折率であり、ｎ₁は前記ｎ₂の屈折率を有する誘電体薄膜部に接している誘電体薄膜部の屈折率であり、ｎ及びｋはそれぞれ前記光反射部分の屈折率および吸光率である）
を満足することを特徴とするＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイを提供する。
【００１２】
本発明の他の実施例によれば、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイの製造方法であって、
基板、各々がＭ×Ｎ個のトランジスタのアレイにおいて対応するトランジスタに電気的に接続されるＭ×Ｎ個の接続端子のアレイ、該Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイを有する能動マトリックスを準備する第１の工程と、
前記能動マトリックスの上に薄膜犠牲層を堆積する第２の工程と、
各々が前記接続端子の上部の周囲に位置するＭ×Ｎ個の空スロットのアレイを前記薄膜犠牲層に形成する第３の工程と、
絶縁性物質からなる弾性層を前記空スロットに埋め込むと共に前記薄膜犠牲層上に堆積する第４の工程と、
各々が前記弾性層の上部から対応する接続端子の上部まで延在するＭ×Ｎ個のコンジットのアレイを前記弾性層に形成する第５の工程と、
導電性材料からなる第２薄膜層、電気的に変形可能な薄膜層及び導電性及び光反射性物質からなる第１薄膜層を順次前記弾性層上に堆積する第６の工程と、
前記薄膜犠牲層が露出するまで、前記第１薄膜層、前記電気的に変形可能な薄膜層、前記第２薄膜層及び前記弾性層を各々パターニングして、各々が第１薄膜電極、電気的に変形可能な薄膜部、第２薄膜電極及び弾性部を有するＭ×Ｎ個の半完成駆動構造体を形成する第７の工程と、
前記露出した薄膜犠牲層を有する前記半完成駆動構造体上に、予め定めた厚みと互いに異なる屈折率を有し、前記第１薄膜層をエッチング液から保護し、アクチュエーテッドミラーの反射率を向上させるための２層の誘電体薄膜層を堆積する第８の工程と、
各半完成アクチュエーテッドミラーが任意に駆動部分及び光反射部分に分けられ、前記各コンジットが前記各半完成アクチュエーテッドミラーにおける前記駆動部分に位置し、各誘電体薄膜部が前記各半完成アクチュエーテッドミラーにおける前記光反射部分に位置するように、前記薄膜犠牲層が再び露出されるまで、前記２層の誘電体薄膜層を各々誘電体薄膜部からなるＭ×Ｎ個の積層体にパターニングすることによって、Ｍ×Ｎ個の半完成アクチュエーテッドミラーのアレイを形成する第９の工程と、
前記半完成アクチュエーテッドミラーを薄膜保護層で覆うことによって、Ｍ×Ｎ個の保護されたアクチュエーテッドミラーのアレイを形成する第10の工程と、
前記薄膜犠牲層を取り除く第11の工程と、
前記薄膜保護層を取り除くことによって、前記Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイを形成する第12の工程と、を含み、下記の式
（ｎ₁／ｎ₂）²＜１／（ｎ²＋ｋ²）
（ｎ₁、ｎ₂は前記２層の誘電体薄膜部のそれぞれの屈折率であり、ｎ₂は前記光反射部分に接している誘電体薄膜部の屈折率であり、ｎ₁は前記ｎ₂の屈折率を有する誘電体薄膜部に接している誘電体薄膜部の屈折率であり、ｎ及びｋはそれぞれ前記光反射部分の屈折率および吸光率である）
を満足することを特徴とするＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイの製造方法を提供する。
【００１３】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。
図２及び図３Ａ〜図３Ｆは、光投射システムに用いられ、Ｍ×Ｎ（Ｍ、Ｎは正の整数である）個の薄膜アクチュエーテッドミラー201のアレイ200及びその製造方法を説明するための断面図である。各図中で、同一部分には同一の参照符号を付して表示したことに注目されたい。
【００１４】
図２には、本発明の一実施例によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー201のアレイ200の線図的な断面図が示されており、アレイ200は能動マトリックス210、Ｍ×Ｎ個のコンジット225、Ｍ×Ｎ個の駆動構造体300のアレイ及び誘電体薄膜部401のＭ×Ｎ個の積層体400から構成されている。説明の便宜上、図２には、各々が誘電体薄膜部401の積層体400を有するＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー201のアレイ200が示されている。ここで、積層体400は一対の誘電体薄膜部401からなる。
能動マトリックス210は、基板212、Ｍ×Ｎ個の接続端子214のアレイ及びＭ×Ｎ個のトランジスタのアレイ（図示せず）を有し、各接続端子214は対応するトランジスタに電気的に接続される。
【００１５】
各駆動構造体300には接続部分330及び光反射部分335が形成され、弾性部235、第２薄膜電極245、電気的に変形可能な薄膜部255、第１薄膜電極265を含む。導電性物質からなる各コンジット225は、各駆動構造体300の接続部分330に位置し、第２薄膜電極245の下部からトランジスタに電気的に接続される対応する接続端子214の上部まで延在して、第２薄膜電極245をトランジスタに電気的に接続することによって、第２薄膜電極245が各薄膜アクチュエーテッドミラー201において信号電極として作用するようにする。例えば、アルミニウムのような導電性且つ光反射性の材料からなる第１薄膜電極265は、電気的に接地されて、各薄膜アクチュエーテッドミラー201においてミラーとしてだけでなくバイアス電極としても作用するようにする。
【００１６】
誘電体薄膜部401の各積層体400は、各駆動構造体300の光反射部分335上に配置され、各誘電体薄膜部401は予め定められた厚み及び特定の屈折率を有する。
可視領域においては、附加的な誘電体層により補強することによって単一の金属層の反射率を増加させ得る。
空気中での垂直入射の特性反射率Ｒは次の通りである。
【数１】

ここで、ｎは屈折率であり、ｋは金属の吸光率である。
【００１７】
例えば、各々が屈折率ｎ₁及びｎ₂である1/4波長を有する２つの材料で金属がオーバーコーティングされ、ｎ₂が金属上にコーティングされた材料の場合、空気中での垂直入射の光反射率Ｒは次の通りである。
【数２】

ここで、
【数３】

（ｎ₁、ｎ₂は前記２層の誘電体薄膜部のそれぞれの屈折率であり、ｎ₂は前記光反射部分に接している誘電体薄膜部の屈折率であり、ｎ₁は前記ｎ₂の屈折率を有する誘電体薄膜部に接している誘電体薄膜部の屈折率であり、ｎ及びｋはそれぞれ前記光反射部分の屈折率および吸光率である）を満足し、ｎ²＋ｋ²≧１であると仮定する時、
【数４】

の関係を有することになり、この場合には、式（１）に与えられた露出した単一の金属の反射率より大きくなる。
【００１８】
積層体400を構成する各誘電体薄膜部401の厚さ及び屈折率、誘電体薄膜部401の数及びシミュレーションによる入射を最適化することによって、アレイ200における各薄膜アクチュエーテッドミラー201の反射率は最大化され得る。
【００１９】
誘電部薄膜401の各積層体400は、各駆動構造体300の第１薄膜電極265が化学的または物理的損傷から保護すること他にも、各薄膜アクチュエーテッドミラー201において最大の反射率を与えることによって、アレイ200における各薄膜アクチュエーテッドミラー201の光効率を最適とする。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｆには、図２に示したＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー201のアレイ200の製造方法を説明するための線図的な断面図が各々示されている。
アレイ200の製造工程は、基板212、Ｍ×Ｎ個の接続端子214のアレイ、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイ（図示せず）を備える能動マトリックス210を準備することから始まり、基板212は、例えば、シリコンウェーハのような絶縁性材料からなる。
続いて、厚み、0.2〜２μｍを有し、例えば、銅（Cu）またはニッケル（Ni）のような金属、リン珪酸塩ガラス（PSG）またはポリシリコンからなる薄膜犠牲層220が、能動マトリックス210の上に形成される。この薄膜犠牲層220は、薄膜犠牲層220が金属で作られる場合はスパッタリング法または蒸着法を用いて形成され、ＰＳＧからなる場合は化学気相成長法（ＣＶＤ）またはスピンコーティング法を用いて形成され、ポリシリコンからなる場合にはＣＶＤ法を用いて形成される。
しかる後に、Ｍ×Ｎ個の空スロットのアレイ（図示せず）がフォトリソグラフィー法を用いて薄膜犠牲層220に形成される。各空スロットは、接続端子214の上部の周囲に位置する。
【００２１】
次に、例えば、窒化ケイ素のような絶縁性物質から作られ、厚み、0.2〜２μｍを有する弾性層230が、空スロットを有する薄膜犠牲層220の上にゾル−ゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法を用いて蒸着される。
続いて、図３Ａに示すように、例えば、タングステン（Ｗ）のような金属からなるＭ×Ｎ個のコンジット225が弾性層230に形成される。各コンジット225は、最初、エッチング法を用いて、各々が弾性層230の上部から接続端子214の上部まで延在するＭ×Ｎ個の孔のアレイ（図示せず）を形成し、スパッタリング法を用いて該孔内に金属を埋め込むことによって形成される。
続いて、例えば、白金（Pt）または白金／チタン（Pt/Ti）のような導電性物質から作られ、厚み、0.2〜２μmを有する第２薄膜層240が、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて弾性層230及びコンジット225の上に形成される。
【００２２】
次に、例えば、ＰＺＴのような圧電物質または例えば、ＰＭＮのような電歪物質から作られ、厚み、0.2〜２μmを有する電気的に変形可能な薄膜層250が、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて第２薄膜層240の上に蒸着される。その後、電気的に変形可能な薄膜層250は相転移を引起こすように熱処理される。
続いて、図３Ｂに示すように、例えば、アルミニウム（Al）または銀（Ag）のような導電性及び光反射性物質から作られ、厚み、0.1〜２μmを有する第１薄膜層260が、スパッタリング法または真空蒸着法を用いて電気的に変形可能な薄膜層250の上に形成される。
【００２３】
次に、図３Ｃに示すように、第１薄膜層260、電気的に変形可能な薄膜層250、第２薄膜層240及び弾性層230が、各々薄膜犠牲層220が露出するまでパターニングすることによって、Ｍ×Ｎ個の半完成駆動構造体341のアレイ340が形成される。ここで、各半完成駆動構造体341は、第１薄膜電極265、電気的に変形可能な薄膜部255、第２薄膜電極245及び弾性部235を備える。各半完成駆動構造体341における第２薄膜電極245は、対応するコンジット225及び対応する接続端子214を通じてトランジスタに電気的に接続されることによって、各薄膜アクチュエーテッドミラー201において信号電極として作用する。各半完成駆動構造体341における第１薄膜電極265は、各薄膜アクチュエーテッドミラー201においてミラーだけでなくバイアス電極としても作用する。
各々の電気的に変形可能な薄膜部255が十分に薄いため、もし、変形可能な薄膜部255が圧電物質からなる場合、薄膜アクチュエーテッドミラー201の駆動の際に印加された電気信号によって分極できるので別の分極は必要でない。
続いて、２層の誘電体薄膜層（図示せず）が、スパッタリング法または蒸着法を用いて露出された薄膜犠牲層220を有する半完成駆動構造体341の上に順次堆積される。各誘電体薄膜層は、予め定められた厚み及び反射率を有する。説明の便宜上、図中には２つの誘電体薄膜層のみが示されている。
【００２４】
次に、図３Ｄに示すように、薄膜犠牲層220が再び露出されるまで、２層の誘電体薄膜層が誘電体薄膜部401のＭ×Ｎ個の積層体400にパターニングされることによって、Ｍ×Ｎ個の半完成アクチュエーテッドミラー321のアレイ320を形成される。各半完成アクチュエーテッドミラー321が駆動部分330及び光反射部分335を有するように、２層の誘電体薄膜層はパターニングされる。ここで、各コンジット225は各半完成アクチュエーテッドミラー321における駆動部分330に位置し、誘電体薄膜部401の各積層体400は各半完成アクチュエーテッドミラー321における光反射部分335に位置する。各半完成アクチュエーテッドミラー321は誘電体薄膜部401の多層構造体400、第１薄膜電極265、電気的に変形可能な薄膜部255、第２薄膜電極245及び弾性部235を備える。
続いて、図３Ｅに示すように、各半完成アクチュエーテッドミラー321は薄膜保護層290によって完全に覆われることによって、Ｍ×Ｎ個の保護されたアクチュエーテッドミラー311のアレイ310が形成される。
次に、図３Ｆに示すように、薄膜犠牲層220がエッチング法を用いて取り除かれる。最後に、薄膜保護層290が取り除かれることによって、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー201のアレイ200が形成される。
【００２５】
たとえ、本発明によって各薄膜アクチュエーテッドミラー201がユニモルフ構造を有するとしても、本発明の方法は、各薄膜アクチュエーテッドミラー201が付加的な電気的に変形可能な層及び付加的な電極層を有するので、各々がバイモルフ構造をなす薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイを製造するにも同様に適用することができる。
さらに、本発明の方法は、他の幾何学的な構造を有する薄膜アクチュエーテッドミラーのアレイを製造するのにも適用することができる。
【００２６】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変形をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜図１Ｇは、各々、従来のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの製造方法を説明するための線図的な断面図である。
【図２】図２は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｆは、各々、図２に示す本発明のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの製造方法を説明するための断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical projection system, and in particular, M × N thin films that are used in the optical projection system and have a plurality of dielectric layers stacked on each thin film actuated mirror in order to optimize light efficiency. The present invention relates to an array of actuated mirrors and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Among various conventional video display systems, the light projection system is known as being capable of forming high-quality images on a large screen. In such a light projection system, the light emitted from the lamp is uniformly projected onto an array of, for example, M × N thin film actuated mirrors. Here, each mirror is coupled to each actuator. These actuators are made of an electrically deformable material such as a piezoelectric material or an electrostrictive material that deforms in response to an applied electric field signal.
[0003]
The light beam reflected from each mirror is, for example, incident on the opening of the optical baffle. By applying an electrical signal to each actuator, the relative position of each mirror with respect to the incident light beam is changed, so that the optical path of the reflected light beam from each mirror is deflected. When the optical path of each reflected light beam changes, the intensity of light is modulated by changing the light amount of the light beam reflected from each mirror through the aperture. The light beam modulated through the aperture is incident on the projection screen via a suitable optical device such as a projection lens and displays an image thereon.
[0004]
1A to 1G are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an array 10 composed of M × N thin film actuated mirrors 11. Here, M and N are each a positive integer. This array 10 is disclosed under the name “THIN FILM ACTUATED MIRROR ARRAY” in US patent application Ser. No. 08 / 430,628, which has the same applicant as the present application.
[0005]
The manufacturing process of the array 10 begins with the provision of an active matrix 20 comprising a substrate 22, an array of M × N transistors (not shown) and an array of M × N connection terminals 24.
Thereafter, a thin film sacrificial layer 40 is formed on the upper surface of the active matrix 20. The thin film sacrificial layer 40 is formed by using sputtering or vapor deposition when the thin film sacrificial layer 40 is made of metal, and chemical vapor deposition (CVD) or spin coating when PSG is made of polysilicon. In some cases, the CVD method is used.
Thereafter, as shown in FIG. 1A, a support layer 15 having an array of M × N support members 30 surrounded by the thin film sacrificial layer 40 is formed. Here, the support layer 15 is formed on the thin film sacrificial layer 40 by using an array of M × N empty slots (not shown), each of which is located around each connection terminal 24, using a photolithography method. The support member 30 is formed by using a sputtering method or a CVD method in each empty slot that is formed and positioned around each connection terminal 24. The support member 30 is made of an insulating material.
[0006]
Subsequently, an elastic layer 70 made of an insulating material such as the support member 30 is formed on the support layer 15 using a sol-gel method, a sputtering method, or a CVD method.
Thereafter, a conduit 35 made of metal is formed on each support member 30 as shown in FIG. 1B. That is, the conduit 35 first uses an etching method to generate an array of M × N holes (not shown), each extending from the top of the elastic layer 70 to the top of each connection terminal 24, It is formed by embedding metal in the hole.
Next, the second thin film layer 60 made of a conductive material is formed on the elastic layer 70 including the conduit 35 using a sputtering method. The second thin film layer 60 is electrically connected to each transistor through a conduit 35 formed on the support member 30.
Thereafter, as shown in FIG. 1C, an electrically deformable thin film layer 80 made of a piezoelectric material such as PZT is formed on the second thin film layer 60 by using a sputtering method, a CVD method or a sol-gel method. Formed.
[0007]
Subsequently, as shown in FIG. 1D, the electrically deformable thin film layer 80, the second thin film layer 60, and the elastic layer 70 are exposed until the support layer 15 is exposed using a photolithography method or a laser trimming method. , Each of which is patterned into an array of M × N electrically deformable thin film portions 85, an array of M × N second thin film electrodes 65, and an array of M × N elastic portions 75. Each of the second thin film electrodes 65 is electrically connected to each transistor through each conduit 35 formed in each support member 30, and functions as a signal electrode in each thin film actuated mirror 11.
Next, each deformable thin film portion 85 is heat treated to generate a phase transition, thereby forming an array (not shown) of M × N heat treated structures. In this case, since each deformable thin film portion 85 is sufficiently thin, no separate polarization is required when the thin film portion 85 is made of a piezoelectric material. This is because it can be polarized by an electric signal applied when the thin film actuated mirror 11 is driven.
[0008]
Next, as shown in FIG. 1E, for example, an array of M × N first thin-film electrodes 55 made of a conductive and light-reflective material such as aluminum (Al) or silver (Ag) is M × N. Formed on the deformable thin film portion 85 in an array of N heat treated structures. The first thin film electrode 55 is first formed of a conductive and light-reflective material using a sputtering method, completely covering the top of the M × N heat-treated structures, and the exposed support layer. This is done by forming a layer 50 having 15 and then selectively removing the layer 50 using an etching method. Thus, an array 90 of M × N thin film actuated mirror structures 95 is formed. As shown in FIG. 1F, each actuated mirror structure 95 has one upper surface and four side surfaces. Each first thin film electrode 55 acts not only as a bias electrode but also as a mirror in each thin film actuated mirror 11.
Thereafter, a thin film protective layer (not shown) that completely covers one upper surface and four side surfaces of each actuated mirror structure 95 is formed.
Thereafter, the thin film sacrificial layer 40 in the support layer 15 is removed by an etching method. Finally, as shown in FIG. 1G, an array 10 of M × N actuated mirrors 11 is formed by removing the thin film protective layer.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method of manufacturing the array 10 of M × N actuated mirrors 11 described above has many drawbacks. The etching solution used in removing the thin film protective layer chemically acts on the first thin film electrode 55 functioning as a mirror in each thin film actuated mirror 11, and the light efficiency of the array 10 of thin film actuated mirrors 11. Adversely affect. Further, when the first thin film electrode 55 is made of silver, there is a disadvantage that the first thin film electrode is oxidized and the reflection efficiency of the mirror is further reduced.
[0010]
Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide an array of M × N thin film actuated mirrors that can maximize light efficiency and a method of manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, there is an array of M × N (M, N is a positive integer) thin film actuated mirrors used in a light projection system,
A substrate, an array of M × N connection terminals each electrically connected to a corresponding transistor of an array of M × N transistors, and an active matrix having an array of M × N transistors;
M × N conduits each made of a conductive material;
An array of M × N drive structures each comprising a connecting portion and a light reflecting portion, each having an elastic portion, a second thin film electrode, an electrically deformable thin film portion and a first thin film electrode;
Each located on the light reflecting portion of each of the actuating structures, the dielectric thin film of two layers comprising a the M × N laminates are stacked with a predetermined thickness and different refractive indices ,
Each conduit is located at the connection portion of each driving structure and extends from a lower portion of the second thin film electrode to an upper portion of the connection terminal electrically connected to a corresponding transistor, and the second thin film. An electrode acts as a signal electrode in each thin film actuated mirror, and the first thin film electrode made of a conductive and reflective material is grounded, whereby the first thin film electrode becomes each thin film actuated. In the mirror, it acts not only as a mirror but also as a bias electrode, and the laminated body protects the first thin film electrode from the etching solution and improves the reflectance of the light reflecting portion, and the following formula (n ₁ / n ₂ ) ² <1 / (n ² + k ² )
(N ₁ and n ₂ are the refractive indexes of the two dielectric thin film portions, n ₂ is the refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the light reflecting portion, and n ₁ is the n ₂ The refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the dielectric thin film portion having a refractive index of n and k are the refractive index and the absorptivity of the light reflecting portion, respectively)
An array of M × N thin film actuated mirrors is provided.
[0012]
According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing an array of M × N thin film actuated mirrors, comprising:
A substrate, an array of M × N connection terminals each electrically connected to a corresponding transistor in an array of M × N transistors, an active matrix having an array of M × N transistors are provided. 1 process,
A second step of depositing a thin film sacrificial layer on the active matrix;
A third step of forming in the thin film sacrificial layer an array of M × N empty slots, each positioned around the top of the connection terminal;
A fourth step of embedding an elastic layer of an insulating material in the empty slot and depositing on the thin film sacrificial layer;
Forming an array of M × N conduits in the elastic layer, each extending from the top of the elastic layer to the top of the corresponding connection terminal;
A sixth step of sequentially depositing a second thin film layer made of a conductive material, an electrically deformable thin film layer, and a first thin film layer made of a conductive and light-reflective material on the elastic layer;
The first thin film layer, the electrically deformable thin film layer, the second thin film layer, and the elastic layer are each patterned until the thin film sacrificial layer is exposed. A seventh step of forming M × N semi-finished drive structures having a deformable thin film portion, a second thin film electrode, and an elastic portion;
The semi-finished driving structure having the exposed thin film sacrificial layer has a refractive index different from a predetermined thickness, protects the first thin film layer from an etchant, and increases the reflectance of the actuated mirror. An eighth step of depositing two dielectric thin film layers for improvement;
Each semi-finished actuated mirror is arbitrarily divided into a drive part and a light reflecting part, each conduit is located in the drive part in each semi-finished actuated mirror, and each dielectric thin film part is each semi-finished The two dielectric thin film layers are formed into M × N laminates each composed of a dielectric thin film portion until the thin film sacrificial layer is exposed again so as to be positioned at the light reflecting portion of the actuated mirror. A ninth step of forming an array of M × N semi-finished actuated mirrors by patterning;
A tenth step of forming an array of M × N protected actuated mirrors by covering the semi-finished actuated mirror with a thin film protective layer;
An eleventh step of removing the thin film sacrificial layer;
A twelfth step of forming the array of M × N thin film actuated mirrors by removing the thin film protective layer , comprising the following formula (n ₁ / n ₂ ) ² <1 / (n ² + k ² )
(N ₁ and n ₂ are the refractive indexes of the two dielectric thin film portions, n ₂ is the refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the light reflecting portion, and n ₁ is the n ₂ The refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the dielectric thin film portion having a refractive index of n and k are the refractive index and the absorptivity of the light reflecting portion, respectively)
A method of manufacturing an array of M × N thin film actuated mirrors is provided.
[0013]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
2 and 3A-3F are used in an optical projection system to illustrate an array 200 of M × N (M, N is a positive integer) thin film actuated mirrors 201 and a method of manufacturing the same. FIG. It should be noted that the same parts are denoted by the same reference numerals in each drawing.
[0014]
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an array 200 of M × N thin film actuated mirrors 201 according to one embodiment of the present invention, the array 200 comprising an active matrix 210, M × N. Conduit 225, an array of M × N drive structures 300, and M × N stacks 400 of dielectric thin film portions 401. For convenience of explanation, FIG. 2 shows an array 200 of M × N thin film actuated mirrors 201 each having a laminate 400 of dielectric thin film portions 401. Here, the laminated body 400 includes a pair of dielectric thin film portions 401.
The active matrix 210 has a substrate 212, an array of M × N connection terminals 214 and an array of M × N transistors (not shown), and each connection terminal 214 is electrically connected to a corresponding transistor. The
[0015]
Each driving structure 300 includes a connection portion 330 and a light reflection portion 335, and includes an elastic portion 235, a second thin film electrode 245, an electrically deformable thin film portion 255, and a first thin film electrode 265. Each conduit 225 made of a conductive material is located at the connection portion 330 of each driving structure 300 and extends from the lower part of the second thin film electrode 245 to the upper part of the corresponding connection terminal 214 electrically connected to the transistor. Thus, the second thin film electrode 245 is electrically connected to the transistor so that the second thin film electrode 245 functions as a signal electrode in each thin film actuated mirror 201. For example, the first thin-film electrode 265 made of a conductive and light-reflective material such as aluminum is electrically grounded so that it functions not only as a mirror but also as a bias electrode in each thin-film actuated mirror 201. To.
[0016]
Each laminated body 400 of the dielectric thin film portion 401 is disposed on the light reflecting portion 335 of each driving structure 300, and each dielectric thin film portion 401 has a predetermined thickness and a specific refractive index.
In the visible region, the reflectance of a single metal layer can be increased by reinforcement with an additional dielectric layer.
The characteristic reflectance R of normal incidence in air is as follows.
[Expression 1]

Here, n is a refractive index and k is a light absorptivity of a metal.
[0017]
For example, each of the metal overcoated with two materials having a quarter wavelength is the refractive index n ₁ and n _2, if n ₂ is coated material on a metal, the light of normal incidence in air The reflectance R is as follows.
[Expression 2]

here,
[Equation 3]

(N ₁ and n ₂ are the refractive indexes of the two dielectric thin film portions, n ₂ is the refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the light reflecting portion, and n ₁ is the n ₂ N ^{2 and} k ² ≧ n ² + k ² ≧ the refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the dielectric thin film portion having a refractive index of Assuming 1
[Expression 4]

Will have a relationship, in this case, greater than the reflectance of the single metal exposed given in equation (1).
[0018]
The reflectivity of each thin film actuated mirror 201 in the array 200 is optimized by optimizing the thickness and refractive index of each dielectric thin film portion 401 constituting the multilayer body 400, the number of dielectric thin film portions 401, and incidence by simulation. Can be maximized.
[0019]
In addition to the first thin film electrode 265 of each driving structure 300 protecting against the chemical or physical damage, each laminated body 400 of the dielectric thin film 401 has a maximum reflectance in each thin film actuated mirror 201. By providing, the light efficiency of each thin film actuated mirror 201 in the array 200 is optimized.
[0020]
3A to 3F are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the array 200 of M × N thin film actuated mirrors 201 shown in FIG.
The manufacturing process of the array 200 begins with the provision of an active matrix 210 comprising a substrate 212, an array of M × N connection terminals 214, an array of M × N transistors (not shown), For example, it is made of an insulating material such as a silicon wafer.
Subsequently, a thin film sacrificial layer 220 having a thickness of 0.2-2 μm and made of, for example, a metal such as copper (Cu) or nickel (Ni), phosphosilicate glass (PSG) or polysilicon is formed on the active matrix 210. Formed on top. The thin film sacrificial layer 220 is formed by sputtering or vapor deposition when the thin film sacrificial layer 220 is made of metal, and is formed by chemical vapor deposition (CVD) or spin coating when it is made of PSG. If it is made of polysilicon, it is formed using the CVD method.
Thereafter, an array of M × N empty slots (not shown) is formed in the thin film sacrificial layer 220 using photolithography. Each empty slot is located around the top of the connection terminal 214.
[0021]
Next, an elastic layer 230 made of an insulating material such as silicon nitride and having a thickness of 0.2 to 2 μm is formed on the thin film sacrificial layer 220 having an empty slot by a sol-gel method, a sputtering method, a CVD method. Vapor deposition is used.
Subsequently, as shown in FIG. 3A, for example, M × N conduits 225 made of a metal such as tungsten (W) are formed in the elastic layer 230. Each conduit 225 first uses an etching method to form an array of M × N holes (not shown), each extending from the top of the elastic layer 230 to the top of the connection terminal 214, and the sputtering method is used. And is formed by embedding a metal in the hole.
Subsequently, for example, a second thin film layer 240 made of a conductive material such as platinum (Pt) or platinum / titanium (Pt / Ti) and having a thickness of 0.2 to 2 μm is formed using a sputtering method or a vacuum evaporation method. And formed on the elastic layer 230 and the conduit 225.
[0022]
Next, an electrically deformable thin film layer 250 made of a piezoelectric material such as PZT or an electrostrictive material such as PMN and having a thickness of 0.2 to 2 μm is formed by vacuum deposition or sputtering. And deposited on the second thin film layer 240. Thereafter, the electrically deformable thin film layer 250 is heat-treated to cause a phase transition.
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a first thin film layer 260 made of a conductive and light reflective material such as aluminum (Al) or silver (Ag) and having a thickness of 0.1 to 2 μm is formed by sputtering. The thin film layer 250 is formed on the electrically deformable thin film layer 250 by using a vacuum evaporation method or a vacuum evaporation method.
[0023]
Next, as shown in FIG. 3C, the first thin film layer 260, the electrically deformable thin film layer 250, the second thin film layer 240, and the elastic layer 230 are patterned until the thin film sacrificial layer 220 is exposed. , An array 340 of M × N semi-finished drive structures 341 is formed. Here, each semi-finished drive structure 341 includes a first thin film electrode 265, an electrically deformable thin film portion 255, a second thin film electrode 245, and an elastic portion 235. The second thin film electrode 245 in each semi-finished drive structure 341 acts as a signal electrode in each thin film actuated mirror 201 by being electrically connected to the transistor through the corresponding conduit 225 and the corresponding connection terminal 214. . The first thin film electrode 265 in each semi-finished drive structure 341 functions not only as a mirror but also as a bias electrode in each thin film actuated mirror 201.
Since each electrically deformable thin film portion 255 is sufficiently thin, if the deformable thin film portion 255 is made of a piezoelectric material, it is polarized by an electric signal applied when the thin film actuated mirror 201 is driven. No separate polarization is necessary as it can.
Subsequently, two dielectric thin film layers (not shown) are sequentially deposited on the semi-finished drive structure 341 having the thin film sacrificial layer 220 exposed using sputtering or evaporation. Each dielectric thin film layer has a predetermined thickness and reflectance. For convenience of explanation, only two dielectric thin film layers are shown in the figure.
[0024]
Next, as shown in FIG. 3D, until the thin film sacrificial layer 220 is exposed again, the two dielectric thin film layers are patterned into the M × N stacked bodies 400 of the dielectric thin film portion 401, An array 320 of M × N semi-finished actuated mirrors 321 is formed. The two dielectric thin film layers are patterned so that each semi-finished actuated mirror 321 has a drive portion 330 and a light reflecting portion 335. Here, each conduit 225 is located in the driving portion 330 of each semi-finished actuated mirror 321, and each laminate 400 of the dielectric thin film portion 401 is located in the light reflecting portion 335 of each semi-finished actuated mirror 321. . Each semi-finished actuated mirror 321 includes a multilayer structure 400 of a dielectric thin film portion 401, a first thin film electrode 265, an electrically deformable thin film portion 255, a second thin film electrode 245, and an elastic portion 235.
Subsequently, as shown in FIG. 3E, each semi-finished actuated mirror 321 is completely covered by a thin film protective layer 290 to form an array 310 of M × N protected actuated mirrors 311. The
Next, as shown in FIG. 3F, the thin film sacrificial layer 220 is removed using an etching method. Finally, the thin film protective layer 290 is removed to form an array 200 of M × N thin film actuated mirrors 201.
[0025]
Even if each thin film actuated mirror 201 has a unimorph structure in accordance with the present invention, the method of the present invention provides that each thin film actuated mirror 201 has an additional electrically deformable layer and an additional electrode layer. Therefore, the present invention can be similarly applied to manufacturing an array of thin film actuated mirrors each having a bimorph structure.
Furthermore, the method of the present invention can be applied to produce arrays of thin film actuated mirrors having other geometric structures.
[0026]
While preferred embodiments of the present invention have been described above, various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the claims of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A to FIG. 1G are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a conventional M × N thin film actuated mirror array, respectively.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an M × N thin film actuated mirror array according to the present invention.
3A to 3F are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the M × N thin film actuated mirror array of the present invention shown in FIG.

Claims

An array of M × N (M, N is a positive integer) thin film actuated mirrors used in a light projection system,
A substrate, an array of M × N connection terminals each electrically connected to a corresponding transistor of an array of M × N transistors, and an active matrix having an array of M × N transistors;
M × N conduits each made of a conductive material;
An array of M × N drive structures each comprising a connecting portion and a light reflecting portion, each having an elastic portion, a second thin film electrode, an electrically deformable thin film portion and a first thin film electrode;
Each located on the light reflecting portion of each of the actuating structures, the dielectric thin film of two layers comprising a the M × N laminates are stacked with a predetermined thickness and different refractive indices ,
Each conduit is located at the connection portion of each driving structure and extends from a lower portion of the second thin film electrode to an upper portion of the connection terminal electrically connected to a corresponding transistor, and the second thin film. An electrode acts as a signal electrode in each thin film actuated mirror, and the first thin film electrode made of a conductive and reflective material is grounded, whereby the first thin film electrode becomes each thin film actuated. In the mirror, it acts not only as a mirror but also as a bias electrode, and the laminated body protects the first thin film electrode from the etching solution and improves the reflectance of the light reflecting portion, and the following formula (n ₁ / n ₂ ) ² <1 / (n ² + k ² )
(N ₁ and n ₂ are the refractive indexes of the two dielectric thin film portions, n ₂ is the refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the light reflecting portion, and n ₁ is the n ₂ The refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the dielectric thin film portion having a refractive index of n and k are the refractive index and the absorptivity of the light reflecting portion, respectively)
M × N thin film actuated mirror arrays characterized by satisfying

2. The thin film actuated mirror array according to claim 1, wherein each thin film actuated mirror has a bimorph structure having a pair of electrically deformable members separated by electrodes.

3. The thin film actuated mirror array of claim 2, wherein each thin film actuated mirror further comprises an additional electrically deformable layer and an additional electrode layer.

A method of manufacturing an array of M × N thin film actuated mirrors, comprising:
A substrate, an array of M × N connection terminals each electrically connected to a corresponding transistor in an array of M × N transistors, an active matrix having an array of M × N transistors are provided. 1 process,
A second step of depositing a thin film sacrificial layer on the active matrix;
A third step of forming in the thin film sacrificial layer an array of M × N empty slots, each positioned around the top of the connection terminal;
A fourth step of embedding an elastic layer of an insulating material in the empty slot and depositing on the thin film sacrificial layer;
Forming an array of M × N conduits in the elastic layer, each extending from the top of the elastic layer to the top of the corresponding connection terminal;
A sixth step of sequentially depositing a second thin film layer made of a conductive material, an electrically deformable thin film layer, and a first thin film layer made of a conductive and light-reflective material on the elastic layer;
The first thin film layer, the electrically deformable thin film layer, the second thin film layer, and the elastic layer are each patterned until the thin film sacrificial layer is exposed. A seventh step of forming M × N semi-finished drive structures having a deformable thin film portion, a second thin film electrode, and an elastic portion;
The semi-finished driving structure having the exposed thin film sacrificial layer has a refractive index different from a predetermined thickness, protects the first thin film layer from an etchant, and increases the reflectance of the actuated mirror. An eighth step of depositing two dielectric thin film layers for improvement;
Each semi-finished actuated mirror is arbitrarily divided into a drive part and a light reflecting part, each conduit is located in the drive part in each semi-finished actuated mirror, and each dielectric thin film part is each semi-finished The two dielectric thin film layers are formed into M × N laminates each composed of a dielectric thin film portion until the thin film sacrificial layer is exposed again so as to be positioned at the light reflecting portion of the actuated mirror. A ninth step of forming an array of M × N semi-finished actuated mirrors by patterning;
A tenth step of forming an array of M × N protected actuated mirrors by covering the semi-finished actuated mirror with a thin film protective layer;
An eleventh step of removing the thin film sacrificial layer;
A twelfth step of forming the array of M × N thin film actuated mirrors by removing the thin film protective layer , comprising the following formula (n ₁ / n ₂ ) ² <1 / (n ² + k ² )
(N ₁ and n ₂ are the refractive indexes of the two dielectric thin film portions, n ₂ is the refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the light reflecting portion, and n ₁ is the n ₂ The refractive index of the dielectric thin film portion in contact with the dielectric thin film portion having a refractive index of n and k are the refractive index and the absorptivity of the light reflecting portion, respectively)
A method of manufacturing M × N thin film actuated mirror arrays satisfying

5. The method of manufacturing an array of M.times.N thin film actuated mirrors according to claim 4, wherein the two dielectric thin film layers are deposited using a sputtering method or a vapor deposition method.

5. The M × N thin film actuated mirrors according to claim 4, wherein each thin film actuated mirror has a bimorph structure having a pair of electrically deformable members separated by electrodes. Array manufacturing method.

The method of claim 4, further comprising forming an additional electrode layer and an additional electrically deformable layer after depositing the electrically deformable layer. Manufacturing method of thin film actuated mirror array.