专利名称：用于投影显示器中微型反射镜阵列的微型反射镜和偏离对角线的铰链结构的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种空间光调制器，并且特别涉及带有铰链结构的空间光调制器的制造。
背景技术：
空间光调制器(SLMs)是指根据光输入或电输入调制以空间图案入射的光束的转换器。可以调制入射光束的相位、亮度、偏振或方向。可以通过使用具有磁光、电光、或者弹性特性的材料实现这种调制。SLMs的应用很广泛，包括光信息处理，显示系统，以及静电印刷。
在Nathanson的美国专利No.3,746,911中叙述了在投影显示系统中使用的早先的SLM。SLM的独立像素通过扫描电子束而定址，就像在常规的直视阴极射线管(CRT)中一样。电子束给在石英屏上布置的可偏转反射元件充电，从而代替激发荧光体。充电的元件由于静电力而向屏面弯曲。弯曲的和未弯曲的元件将平行的入射光向着不同的方向反射。从未弯曲元件反射的光被一组纹影止动器阻挡，而从弯曲元件反射的光则穿过了投影光学部件，在屏幕上形成图像。另一种电子束定址SLM是在E.Baumann，“The Fischer large-screen projectionsystem(Eidophor)”20 J.SMPTE 351(1953)中描述的艾多福投影器(Eidophor)。在该系统中，主动光学元件是油膜，靠电子束周期性地产生波纹从而衍射出入射光。艾多福投影器系统的缺点是在持续的电子轰击和油蒸发的情况下，最终使得油膜的阴极寿命很短。这两种系统都具有的缺点是它们都要使用体积较大并且成本昂贵的真空管。
在K.Peterson，“Micromechanical Light Modulator ArrayFabricated on Silicon”31 Appl.Phys.Let.521(1977)中叙述了通过硅基板上的电路给可移动元件进行定址的SLM。这种SLM包括在硅基板之上以16乘1排列的悬臂反射镜。反射镜由二氧化硅制成并具有反射金属涂层。通过KOH蚀刻方法将硅蚀刻掉，从而生成反射镜下面的空间。这些反射镜靠静电引力而产生偏转在反射元件和基板之间施加偏压并产生静电力。在Hartstein和Peterson的美国专利No.4,229,723中叙述了同样的结合二维阵列的SLM。尽管通过只在一角连接可偏转反射镜元件降低了这种SLM的切换电压，但是由于只有比率很小的有效区域因此装置的光学效率很低。另外，定址电路的衍射降低了显示器的对比率(调制深度)。
另一种SLM设计是Bloom，et.al.的美国专利No.5,311,360描述的光栅式光阀。GLV的可偏转机械元件是反射平梁或带。带和基板都反射光。如果反射带的表面和反射基板之间的距离是二分之一个波长，则加入了从两个表面反射的光并且使该装置就像反射镜一样。如果这个距离为四分之一的波长，从两个表面直接反射的光将发生破坏性的干涉，该装置将作为衍射光栅，将光发送成为衍射顺序。取代在各像素位置使用有效半导体电路，在‘360专利中的方法依靠其固有的机电双稳定性来进行被动的寻址方案。这种双稳定性存在是因为要求偏转的机械力大致为线性，而静电力遵守平方反比定律。当施加偏压时，带就偏转。当带偏转过特定点时，回复机械力就无法再平衡静电力使带与基板对齐。必须将电压降低到对齐电压之下，从而使带返回到它们未偏转的位置。可以用机械质量高的陶瓷膜形成该带，例如用LPCVD(低压化学气相沉积)的氮化硅。然而，GLV存在一些困难。一个问题是被动的寻址方案可能无法提供高的帧频(整个SLM场更新的频率)。另外，带有被动的寻址方案，即使关闭时带也会轻微的偏转。这会降低所获得的对比率。同样，即使装置实际为平面，光也会从像素之间的区域散射，就像在DMD中那样，进一步降低对比率。
另一种基于衍射的SLM是在P.Alvelda，“High-Efficiency ColorMicrodisplays”307 SID 95 Digest叙述的微型显示器。该SLM在光栅图案中排列的电极顶部上使用了液晶层。通过在交错的电极中施加适当的电压将像素打开和关闭。装置被有效定址并可具有比GLV更好的对比率。然而该装置基于液晶的双折射，需要偏振光降低其光学效率。另外，液晶的反应速度较慢。因此，为了获得颜色，必须平行使用三个装置—其中一个用于各自的原色。这种布置使得光学系统成本昂贵。
一种光学有效区域比率较大的硅基微型机械SLM，是由TexasInstruments发展并由Hornbeck在美国专利No.5,216,537和其它文献中叙述的数字反射镜装置(DMD)。
发明内容
因此，需要一种具有高分辨率、高占空因数以及高对比率的空间光调制器。还需要不再要求偏振光的空间光调制器，从而加强光学效率和机械坚固性。
在本发明的一个实施例中，公开了一种可反射的微型反射镜(micromirror)。该反射镜包括铰链；以及安装到铰链上的具有对角线的微型反射镜板，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种制造微型反射镜装置的方法。该方法包括提供基板；沉积第一牺牲层；形成具有对角线的微型反射镜板；沉积第二牺牲层；在基板上形成铰链结构，从而将微型反射镜板固定在基板之上，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转；以及除去第一和第二牺牲层。
在本发明又一实施例中，公开了一种可反射的微型反射镜装置。该微型反射镜装置包括基板；在基板上方形成的具有对角线的微型反射镜板，用于反射入射光；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括安装到微型反射镜板上的铰链，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转；以及用于固定铰链的铰链支撑，其中铰链支撑在自然静止状态下是弯曲的。
在本发明的又一实施例中，提供了一种制造微型反射镜装置的方法。该方法包括提供基板；沉积第一牺牲层；在第一牺牲层上形成用于反射入射光的微型反射镜板；在微型反射镜板上沉积第二牺牲层；在第二牺牲层上形成固定微型反射镜板的铰链结构，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转，还包括沉积具有内在正向拉伸应变的第一铰链结构层；以及第一层上沉积第二铰链结构层，其中第二层具有内在负向压缩应变；除去第一和第二牺牲层，使得第一和第二铰链结构层在其自然静止状态下弯曲，而且被铰链结构固定的微型反射镜板在其自然静止状态下不与基板平行。
还在本发明的又一实施例中，公开了一种可反射的微型反射镜装置。该装置包括基板；用于反射入射光的微型反射镜板；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括安装到微型反射镜板上的铰链，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转；以及一个或多个反射镜止动器，停止微型反射镜板沿其轴旋转。
在本发明的又一实施例中，公开了一种微型反射镜阵列。该装置包括基板；在基板上形成的多个微型反射镜，其中各微型反射镜还包括用于反射入射光的微型反射镜板；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括安装到微型反射镜板上的铰链，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转；以及一个或多个反射镜止动器，停止微型反射镜板沿其轴旋转。
在本发明的又一实施例中，公开了一种投影器。该投影器包括提供入射光的光源；以及微型反射镜阵列，其还包括基板；在基板上形成的多个微型反射镜，其中各微型反射镜还包括用于反射入射光的微型反射镜板；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括安装到微型反射镜板上的铰链，使得微型反射镜板可以沿着平行于但是偏移开微型反射镜板对角线的旋转轴进行枢轴旋转；以及一个或多个反射镜止动器，停止微型反射镜板沿其轴旋转。
还在本发明的又一实施例中，公开了一种可反射的微型反射镜装置。该装置包括基板；由在基板上形成的两个或更多个柱固定在基板之上的铰链；以及安装到铰链上不沿着两个柱之间直线的一点处的微型反射镜板。
在本发明的又一实施例中，公开了一种可反射的微型反射镜装置。该装置包括基板；在基板上形成的铰链结构，还包括在基板上形成的两个或更多个柱；由两个柱固定在基板之上的铰链支撑，该铰链支撑在自然静止的状态下是弯曲的；由铰链支撑固定在基板之上的铰链；以及安装到铰链上不沿着两个柱之间直线的一点处的用于反射入射光的微型反射镜板，该微型反射镜板具有限定的对角线。
在本发明的又一实施例中，公开了一种可反射的微型反射镜装置。该装置包括基板；用于反射入射光的微型反射镜板；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括在基板上形成的两个或更多个柱；由这些柱固定在基板之上的铰链，该铰链安装到微型反射镜板上不沿着两个柱之间直线的一点处；以及一个或多个反射镜止动器，停止微型反射镜板沿其轴旋转。
在本发明的又一实施例中，公开了一种微型反射镜阵列。该微型反射镜阵列包括基板；在基板上形成的多个微型反射镜，其中各微型反射镜还包括用于反射入射光的微型反射镜板；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括在基板上形成的两个或更多个柱；由这些柱固定在基板之上的铰链，该铰链安装到微型反射镜板上不沿着两个柱之间直线的一点处；以及一个或多个反射镜止动器，停止微型反射镜板沿其轴旋转。
还在本发明的又一实施例中，公开了一种投影器。该投影器包括提供入射光的光源；以及微型反射镜阵列，还包括基板；在基板上形成的多个微型反射镜，其中各微型反射镜还包括用于反射入射光的微型反射镜板；以及在基板上形成的用于固定微型反射镜板的铰链结构，其中铰链结构还包括在基板上形成的两个或更多个柱；由这些柱固定在基板之上的铰链，该铰链安装到微型反射镜板上不沿着两个柱之间直线的一点处；以及一个或多个反射镜止动器，停止微型反射镜板沿其轴旋转。根据本发明的一个方面，铰链布置在微型反射镜板的与基板相对一侧上。基板最好可以透射可见光。
根据本发明的一个方面，其上具有电极和电路的第二基板位置接近于可以透射可见光的基板，从而使得微型反射镜可以靠静电偏转。微型反射镜板可以是正方形、或基本为菱形、或基本为梯形、或基本为矩形的形状。
根据本发明的一个方面，旋转轴的位置距离微型反射镜板对角线为0.5微米或更大，优选的是1.0微米或更大，最好是2.0微米或更大。
根据本发明的一个方面，微型反射镜板的边缘被吸收光的材料覆盖。基板为玻璃或石英基板并可以被防反射薄膜覆盖。
根据本发明的一个方面，当达到打开状态时，微型反射镜板紧靠止动机构。微型反射镜的关闭状态则相对基板成至少-2度的角度，最好成至少-3度的角度。
根据本发明的一个方面，铰链所布置的平面距离微型反射镜板的间隙为至少0.1微米和/或微型反射镜板具有的对角线长度为25微米或更少。
根据本发明的一个方面，铰链安装到微型反射镜板上的点的位置在与微型反射镜板对角线的距离为对角线长度的1/40至1/3并最好为1/20至1/4的点上。
根据本发明的一个方面，每个微型反射镜包括将铰链连接到基板上的支撑柱，以及由支撑柱固定的突起止动机构，用于阻止微型反射镜板旋转，其中在打开状态下微型反射镜撞击止动机构，其中微型反射镜板是具有对角线的大体上四边形板，并且其中铰链安装到微型反射镜板上的点距离对角线至少0.5μm，并且其中铰链布置在距离微型反射镜板的间隙至少为0.1μm的平面上。
根据本发明的一个方面，铰链包括氮化钛和/或硅，牺牲层包括非晶硅，并且牺牲层被本身为气态的化学蚀刻剂所除去。蚀刻剂可以是惰性气体的氟化物或者卤间化合物。牺牲层可包括聚合物。
根据本发明的一个方面，通过化学气相沉积而沉积得到第一铰链结构层，通过物理气相沉积而沉积得到第二铰链结构层，或者第二铰链结构层可以是反应喷涂陶瓷层，而第一铰链结构层可以是化学气相沉积的陶瓷层。
附加的权利要求详细阐明了本发明的特征，下面结合附图进行详细的叙述将更好的理解本发明以及它的目的和优点，其中图1大致示出了采用空间光调制器的显示系统的示例；图2是图1显示系统中使用的空间光调制器的俯视图；图3A是根据本发明一个实施例的一组微型反射镜的后视图；图3B示出了图3A微型反射镜的铰链结构；图3C是根据本发明另一实施例的一组微型反射镜的后视图；图3D示出了图3C微型反射镜的铰链结构；图3E示出了根据本发明又一实施例的铰链结构；图3F示出了根据本发明又一实施例的铰链结构；图3G示出了根据本发明又一实施例的铰链结构；图4A是在“关闭”状态下微型反射镜装置的截面视图；图4B是在另一“关闭”状态下微型反射镜装置的截面视图；图4C是在“打开”状态下微型反射镜装置的截面视图；图4D还是在另一“关闭”状态下微型反射镜装置的截面视图，其中铰链结构具有两组反射镜止动器；图4E是微型反射镜装置另一实施例的截面视图，反射镜处于“打开”状态下；
图5A是铰链支撑在自然静止状态下弯曲的微型反射镜装置的截面视图；图5B是根据本发明一个实施例在释放之前的示例铰链支撑的截面视图；图5C是图5B的铰链支撑在释放之后的截面视图；图6A至图6H是结构的截面视图，示出了用于形成根据本发明一个实施例的微型反射镜装置的方法；图7A至图7B是结构的截面视图，示出了用于形成根据本发明另一实施例的微型反射镜装置的另一方法；以及图8示出了在牺牲层除去而被释放之后微型反射镜装置的截面视图。
具体实施例方式
诸如可移动微型反射镜和反射镜阵列的MEMS装置的微型制造方法公开在Huibers的美国专利5,835,256和6,046,840中，其主题在此作为参考引入。在本申请中也示出了用于在晶片基板(例如可透光基板或者包括CMOS或其它电路的基板)上形成MEMS可移动元件(例如反射镜)的类似方法。对于“可透光”，它表示至少在装置操作中可以透射光线的材料(这种材料可以暂时在其上具有光阻挡层，以改善生产过程中处理基板的能力，或者具有部分的光阻挡层以在使用过程中减少光的散射。无论如何，对于可见光的应用，基板的一部分在使用过程中最好对可见光透射，从而使得光可以在装置中通过、被反射镜反射、返回并离开装置。当然，不是所有实施例都将使用可透光基板)。对于“晶片”，它表示可以在其上形成多个微型反射镜或微型结构阵列的任何基板，而且其可以被分割为小片，各小片上都具有一个或多个微型反射镜在其上。尽管不是在所有情况中，但通常各小片就是一个可被单独封装和出售的装置或产品。在较大的基板或晶片中形成多个“产品”或小片，相对于单独形成各个小片，可以降低制造成本提高制造速度。当然，晶片可以是任何的尺寸或形状，尽管晶片最好是常规的圆形或者实际为圆形的晶片(例如直径为4”，6”，或12”)从而可以在标准厂中进行制造。
Reid的2001年7月20日提交的美国专利申请09/910,537，以及2001年6月22日提交的60/300,533所包含的材料的实施例，可以用于本发明的不同组件。这些申请在此作为参考引入。
本发明提供了一种空间光调制器，它在显示图像时具有更高的分辨率、增大的占空因数、以及更大的对比率。该空间光调制器可以在没有偏振光时操作。另外，该空间光调制器具有改进的机电性能和制造强度。
本发明的空间光调制器应用广泛(例如无屏蔽平版印刷、原子光谱学、微型反射镜阵列的无屏蔽制造、信号处理、显微镜学等)，其中一项是在显示系统中。使用空间光调制器的典型显示系统如图1所示。其最基本的构造是，显示系统包括光源120、光学装置(例如光导管150、汇集光学部件160和投影光学部件190)、显示目标210和空间光调制器200。光源120(例如弧光灯)引导光通过光学积分器/光导管150和汇集光学部件160并照到空间光调制器200上。控制器(例如在此作为参考引入的2002年5月14日公开的美国专利6,388,661)有选择地启动空间光调制器200的微型反射镜，从而在位于“打开”位置时可以将入射光反射进入投影光学部件190，最终在显示目标210上(屏幕、观看者的眼睛、光敏材料等)形成图像。当然，也常使用更复杂的光学系统，图1的显示系统是简化的典型投影显示光学系统。
通常，空间光调制器包括由成千上万个微型反射镜构成的阵列。图2示出了示例微型反射镜阵列的一部分。参考图2，其示出了透过玻璃看到的示例空间光调制器200一部分的俯视图。如图所示，空间光调制器包括有形成在基板202上的微型反射镜阵列201，基板例如是可透射可见光的玻璃。或者，基板202也可以是典型的半导体晶片，在其上形成有用于静电控制微型反射镜移动的电极和电路阵列(图2中未示出)。微型反射镜阵列201包括多个微型反射镜装置，例如微型反射镜装置215。各微型反射镜装置还包括可反射微型反射镜板，例如用于反射入射光的微型反射镜板210。在操作中，各独立的微型反射镜可以在一个或多个电极和电路的控制下根据要求偏转，因此可以获得使入射光穿过基板202(在这种情况下，基板为玻璃)并入射到微型反射镜表面上的空间调制。为了方便微型反射镜板在基板之上(或之下，取决于视点)进行旋转以反射入射光，必须用铰链结构将微型反射镜板保持在基板之上，并且为微型反射镜板提供旋转轴。
参考图3A，其中示出了图2的微型反射镜阵列(例如201)的后视图。各微型反射镜板(例如微型反射镜210)安装到铰链结构上(例如铰链结构230)，使得微型反射镜板可以沿铰链结构在基板(例如图2中的基板202)之上进行枢轴转动。为了改善显示图像的质量，铰链结构最好如图所示那样在反射镜板的下面形成。特别地，铰链结构和反射入射光的表面位于微型反射镜板的相反的侧面上。
根据本发明的一个实施例，微型反射镜板安装到铰链结构上，使得微型反射镜板可以沿与微型反射镜板对角线平行但偏移的轴进行枢轴旋转。例如，微型反射镜板具有很好限定出的几何对角线211。然而，微型反射镜板的旋转轴是沿着与对角线211平行但偏移的方向213。通过将铰链结构安装到反射镜板上不沿着反射镜板对角线211的一点处，可以获得这样的旋转轴。安装点可以离开对角线211至少0.5um、至少1um、或至少2um。在一个实施例中，安装点离开对角线211的距离为对角线长度的1/40到1/3，或者如果需要从1/20到1/4，尽管在本发明中如果需要离开对角线任何需要的距离都是可以的。在本发明中，微型反射镜最好为大体上四边形形状。无论微型反射镜是矩形、正方形、菱形或梯形，即使其角被修圆、“剪短”，或者即使在微型反射镜的一个或多个边上具有孔或突起，仍然可以在概念上连接微型反射镜的四个主要边并且穿过微型反射镜的中间形成对角形。这样，即使微型反射镜基本上是，却并非理想的菱形、梯形、矩形或正方形，仍可以限定出中心对角线。然而，微型反射镜板的旋转轴并不是沿着中心对角线，而是沿着图3A中与对角线211平行但偏移的方向213。对于“与对角线平行但偏移”，它表示旋转轴可以精确地平行于或大体上平行于(±19度)微型反射镜的对角线。这种设计在许多方面有益于微型反射镜装置的性能。这种非对称偏移布置的一个优点是，相对于对称布置(反射镜板和基板的间隔相同)所能获得的旋转角度，非对称偏移布置的微型反射镜板可以更大角度旋转。反射镜板对角线的长度最好是25微米或更小。
为了保持微型反射镜板并同时为微型反射镜板提供旋转轴以便在基板之上旋转，各铰链结构例如铰链结构230还包括铰链支撑250和铰链240，如图3B中所示。铰链240通过触点257安装到微型反射镜板上。铰链支撑250还包括两个柱251。对于“铰链”，它表示限定可弯曲从而可以使装置移动的装置部分的层或层的叠加(下面详细叙述)。为了改善微型反射镜板的性能，其上还提供了细微结构。具体地，在铰链支撑250的边缘上形成了两个反射镜止动器255，用于当微型反射镜板获得确定角度时就停止微型反射镜板旋转。其几何结构，例如反射镜止动器距铰链板的长度和位置，连同反射镜板与铰链之间的距离一起，确定了微型反射镜板在接触之前所能获得的最大旋转角度。通过在微型反射镜阵列中为所有微型反射镜板合适地设置反射镜止动器，就可以均匀限定所有微型反射镜的最大旋转角度。这种均匀限定出的旋转角度随后可以限定为操作中所有微型反射镜的“打开”状态。在这种情况下，在操作中的“打开”状态下，空间光调制器中的所有微型反射镜都旋转至均匀限定的角度。因此入射光可以均匀反射向一个理想的显示方向。显然，这显著改善了所显示图像的质量。尽管有优选的，但是反射镜止动器的数量可以是任何所需的数目(一个或多个)，或者根本不需要提供。而且各反射镜止动器可以是任何所需的形状，尽管最好是使得反射镜止动器与微型反射镜板之间的触点数量最少。
在本发明的实施例中，在基板上形成了两个柱。铰链支撑250靠这两个柱支撑在基板之上。铰链(例如铰链240)固定在铰链支撑上并通过触点(例如触点255)安装到微型反射镜板上。
铰链可以按需要采用其它适合的形式。图3C示出了根据本发明另一实施例的另一铰链结构设计。与图3A类似，铰链结构260形成在基板上用于支撑微型反射镜板210，并提供了微型反射镜板的旋转轴214。旋转轴214与微型反射镜板的对角线212平行但偏移开。与图3B中的铰链支撑250类似，图3D中的铰链支撑263也具有在其上形成的多个反射镜止动器，用于当微型反射镜板获得确定角度时停止微型反射镜板旋转。其几何结构，例如在铰链支撑上的长度和位置，连同反射镜板与铰链之间的距离一起，确定了微型反射镜板在接触之前所能获得的最大旋转角度。尽管有优选的，但是反射镜止动器的数量可以是任何所需的数目。而且各反射镜止动器可以是任何所需的形状。
铰链结构也可以采用其它适合的形式。例如，铰链支撑261可以沿着微型反射镜板一部分的边缘形成，使得铰链支撑穿过相邻微型反射镜装置的柱，如图3E中所示。在这种情况下，所有微型反射镜的铰链支撑形成了所有微型反射镜板的连续的铰链支撑框架。这样获得了阵列中微型反射镜的二维电连接。
或者，不要求各铰链结构的柱沿着微型反射镜板的对角线形成。参考图3F，铰链结构的两个柱251沿着微型反射镜板的边缘形成，而不是在微型反射镜板的拐角处。另外，不要求铰链如图中所示那样放置成为使铰链和与铰链交叉的两个臂形成等腰三角形。取而代之的是如图3G中所示，铰链放置成为基本上平行但是与图3F中的铰链位置形成小角度(±19度)。
在操作中，微型反射镜板沿着与微型反射镜板对角线平行但偏移的铰链旋转。根据旋转的角度，限定出“打开”和“关闭”状态。在“打开”状态，微型反射镜板旋转至预定角度，使得入射光可以反射进入观察方向，例如进入一组预先布置的光学装置以将光引导至目标。在“关闭”状态下，微型反射镜板保持平的或者在另一角度，使得入射光被反射离开显示目标。图4A至图4D示出了操作中微型反射镜装置的截面视图。
参考图4A，当微型反射镜板210在平行于玻璃基板280的其自然静止状态时，就限定出了“关闭”状态。在基板上形成了支撑微型反射镜板的铰链支撑263。铰链(例如图3B中的铰链240)固定在铰链支撑263上并且通过薄层通过触点241(下文中为“触点”)安装到微型反射镜板210上，从而为微型反射镜板提供旋转轴。在这种“关闭”状态下，入射光穿过玻璃基板，以特定的入射角度照射在微型反射镜板的一个表面上，并且被微型反射镜板反射离开目标。电极282和连接到电极的电路可以静电控制微型反射镜板的旋转。在本发明的一个实施例中，电极和电路形成在晶片281中，晶片可以是典型的硅晶片。为了有效控制微型反射镜板的旋转，晶片281放置在接近微型反射镜板处，使得可以在微型反射镜与相关的电极之间建立静电场。或者，可以使用多于一个的电极来控制微型反射镜板的旋转。具体地，电极283(以及图中未示出的连接到电极的电路)可以形成并放置在微型反射镜板其它部分的下面，以控制微型反射镜板进处于关闭”状态，如图4B所示。在本发明另一实施例中，可以在同一基板上形成电极、电路和微型反射镜，例如在基板280上。这种情况下，基板280可以是标准的硅基板。入射光照射在微型反射镜板的相反表面上。为了改善所显示图像的质量，特别是分辨率，需要使得在“关闭”状态下的反射光尽可能多地离开汇集光学部件或目标。为了获得该效果，限定出了另一种“关闭”状态，如图4B所示。参考图4B，微型反射镜板210旋转到“关闭”状态的角度。作为可选特征，对应“关闭”状态的角度被限定为，当微型反射镜板旋转到这个角度时，微型反射镜板的一端接触到基板并且被基板停止。这种限定确保了微型反射镜阵列中的所有微型反射镜板都具有均匀的“关闭”状态。当然，也可以采用其它的方法限定“关闭”状态的角度。例如，靠准确控制微型反射镜板与电极和相关电路之间的电场，就可以获得对应于“关闭”状态的理想角度。为了将反射光引导进入目标进行显示，微型反射镜板需要旋转至对应于“打开”状态的特定的角度。图4C示出了根据本发明具体实施例的在示范“打开”状态下的微型反射镜装置的截面视图。在这种打开状态下，微型反射镜板的旋转被反射镜止动器270停止。通过调节反射镜止动器的构造(例如铰链结构的长度和位置)，就可以调节对应于“打开”状态的角度，只要微型反射镜板的另一端可以自由移动。反射镜止动器的存在有益于获得空间光调制器中所有微型反射镜板的均匀的“打开”状态，因此，显著改善了所显示图像的质量。作为该实施例的可选特征，反射镜止动器可以设计并形成，使得当微型反射镜板的旋转接触到并被反射镜止动器停止时，微型反射镜板的另一端接触到基板并被基板停止，如图4C中所示。这种双重停止结构进一步保证了所有微型反射镜板对应于“打开”状态的均匀旋转角度。作为进一步可选的特征，除了用于“打开”状态的那组反射镜止动器，还可以提供另一组用于“关闭”状态的反射镜止动器，如图4D中所示。
参考图4D，第一组反射镜止动器270形成铰链结构上，给所有微型反射镜板提供均匀的“打开”状态。而且还提供了第二组反射镜止动器275，用于保证所有微型反射镜板的均匀的“关闭”状态。第二组反射镜止动器275的物理特性决定了“关闭”状态的旋转位置。或者，可以设计并形成第二组反射镜止动器，使得当微型反射镜板接触到并被第二组反射镜止动器停止时，微型反射镜板的另一端接触到并被玻璃基板停止。
在操作中，微型反射镜板(如图3C中的210)沿着铰链枢轴转动并反射入射光。这类操作机构对微型反射镜板、铰链结构和触点255的光学、机械和电学性能都具有确切的要求。特别地，微型反射镜板要求包含对特定光具有高反射率的材料，例如早期过渡金属材料、金属或金属合金。另外，微型反射镜板的材料要求也具有适合的机械性能(例如低蠕变率和高弹性模量等)以增强微型反射镜板的机械性能。另外，微型反射镜板的材料要求是导电材料，从而可以在其上施加电压。
铰链支撑(例如图3C中的260)提供了微型反射镜板(微型反射镜板210)可以围绕其旋转的轴。因为铰链支撑可以散射入射光并且该散射光可以与反射光混合，因此会降低对比率。为了抑制这种散射，铰链结构最好“藏在”微型反射镜板的下面。例如，在微型反射镜板反射入射光的那侧相反的一侧上形成铰链结构。根据微型反射镜板的操作机构和结构设计，理想的是柱所包含的材料在装置操作过程中不受弹性变形(例如疲劳、蠕变、位错移动)影响。还最好是具有高弹性模量和高硬度的材料。与柱的材料不同，希望铰链的材料(例如图3D中的铰链240)更加顺从，因为在微型反射镜板枢转时铰链会变形。另外，要求铰链是可导电的，从而使微型反射镜板可以保持在一定的电压电平下。
为了获得图4B和图4D中的“关闭”状态，可要求外力(例如电场)来旋转微型反射镜板。例如，可以在旋转离开基板的那部分微型反射镜板下面设置电极283和电路。然后在电极和那部分微型反射镜板之间施加电场，以将微型反射镜板旋转至“关闭”状态。然而这种设计也需要额外的电极和电路。
根据本发明的一方面，还提出带有可在自然静止状态下弯曲离开基板的部分的铰链支撑，如图5A所示。参考图5A，铰链支撑部分250在自然静止状态下弯曲离开基板。而安装到弯曲的铰链支撑上的微型反射镜板210没有外力作用(例如外加电场)就与基板成有限角度。通过调整铰链支撑部分的曲率，可以获得微型反射镜板与基板之间的理想角度。
可以用多种方式形成弯曲的铰链支撑。下面将参考图5B和图5C叙述一种示例的方法。参考图5B，铰链支撑250包括两层，层251和层253。层251在其沉积状态(例如当层251沉积在牺牲层上)表现出向外的压缩应变。在本发明的优选实施例中，层251为厚度最好是80的TiNX。尽管有优选的实施例，但是只要它表现出向外的压缩应变，层251可以是任何适合的材料。层251的厚度也可以是任何适合的范围，例如厚度在10和1500之间。层253沉积在层251上并在其沉积状态表现出向内的拉伸应变。在本发明的优选实施例中，层253为厚度最好是400的SiNX。尽管有优选的实施例，但是只要它表现出向内的拉伸应变，层253可以是任何适合的材料。层253的厚度也可以是任何适合的范围，例如厚度在10和2000之间。趋向于使用PVD(物理气相沉积或喷涂)制造压缩膜，特别是高熔融温度金属，而使用CVD(化学气相沉积)制造拉伸膜。因此，在一个实施例中，层251靠PVD沉积，而层253靠CVD沉积。在一个特别实施例中，层251是反应喷涂陶瓷层，而层253是靠化学气相沉积的陶瓷层。
释放之后(例如，除去其上沉积着层251的牺牲层)，层253和251向着表现向内拉伸应变的层253那边弯曲。两个层的这种弯曲是自发现象，由于材料应变而产生。根据向内拉伸应变和向外压缩应变的相对强度确定其曲率。参考图5C，其中示出的是两个弯曲层的示意图。然而，根据铰链连接到微型反射镜板的位置，可以颠倒各层的顺序，从而使铰链结构向相反的方向弯曲，同时向同样方向旋转微型反射镜板以形成“关闭”状态。
上面叙述了构造微型反射镜板装置的各种不同的方法。下面将参考图6A至图6H叙述示例方法。对于本领域普通技术人员而言，这些示例方法只是作为示范，而不应该认为是作为限定。
参考图6A，提供了基板280。在基板上沉积第一牺牲层290，随后沉积微型反射镜板层300。基板可以是玻璃(例如1737F，Eagle2000)、石英、派热克斯玻璃TM、蓝宝石。基板也可以是其上形成有一个或多个致动电极和/或控制电路(如CMOS型DRAM)的半导体基板(例如硅基板)。
在基板280上沉积第一牺牲层290。第一牺牲层290可以是任何适合的材料，例如非晶硅，或者可以选择聚合体或聚酰亚胺，或甚至是多晶硅，氮化硅，二氧化硅等，根据所选的牺牲层选择腐蚀剂。如果第一牺牲层是非晶硅，可以在300-350℃沉积。尽管可以根据微型反射镜大小和微型反射镜所需的标题角度确定第一牺牲层厚度的较宽范围为500到50,000，而优选的是在10,000左右。第一牺牲层可以使用任何合适的方法沉积在基板上，例如LPCVD或PECVD。
作为实施例的可选特征，可以在基板表面上沉积防反射层285。沉积防反射层是为了减小入射光从基板表面的反射。或者，可以根据需要在玻璃基板的任意表面上沉积光学增强层。
在沉积第一牺牲层之后，将会沉积多个结构层并形成合适的图案。根据本发明，结构层是在牺牲层除去之后不会被除去的层。沉积在第一牺牲层上的第一结构层是用于形成微型反射镜的微型反射镜板层300。因为微型反射镜被指定用来反射在特定光谱中的入射光(例如可见光光谱)，微型反射镜板最好包括一种或多种对入射光具有高反射率(最好为90％或更高)的材料。根据本发明的实施例，微型反射镜板300为如图6B所示的多层结构。参考图6B，铰链板层300包括层307、305、303和301。层307和301是用于保护内部层(例如层303和305)的保护层。在本发明的优选实施例中，层307和301是厚度最好为400的SiOX。当然，这里也可以采用其它适合的材料。层305是光反射层，包含一种或多种光放射率高的材料。这种材料的例子有Al、Ti、AlSiCu或TiAl。在本发明的优选实施例中，层305是厚度为2500的铝。这种铝层最好在150℃或者最好在低于400℃的其它温度沉积。层303是由金属或金属合金构成的增强层，用于增强微型反射镜板的电学和机械性能。这种增强层的例子是厚度为80的钛。当然，对于特定入射光具有高反射率的其它适合的材料也可用于微型反射镜板。在微型反射镜板层的沉积中，最好在150℃使用PVD。根据所需的机械性能(例如弹性模量)、微型反射镜的大小、所需的标题角度和微型反射镜板的电学性能以及所选的形成微型反射镜板的材料性能，微型反射镜板的厚度可以确定为较宽的范围。根据本发明，厚度为从500到50,000，最好在2500左右。
根据本发明的另一实施例，光反射层305为导电层，包括的材料的电阻率低于10,000μΩ·cm。层301和307是电阻率大于10,000μΩ·cm的绝缘体。层303也是电阻率低于10,000μΩ·cm的导电层。
尽管有优选实施例，图6B中所示的多层结构包括四层。对应本领域普通技术人员应当理解，多层结构的数量并不是作为限制。在不背离本发明精髓的情况下可以采用任何数量的层(包括单层)。
微型反射镜板层300随后形成所需的形状，如图6C中所示。微型反射镜可以是任何所需的形状。可以用标准的光致抗蚀剂图案化并随后使用蚀刻方法获得微型反射镜的图案，例如根据微型反射镜板层的特定材料采用CF4、Cl2或其它适合的蚀刻剂。
在微型反射镜板层成形之后，还沉积更多的结构层并形成图案。具体地，将沉积铰链结构的多个层并形成图案，从而形成铰链结构。参考图6D，在沉积更多的结构层之前，在微型反射镜板层300和第一牺牲层290上沉积第二牺牲层310。第二牺牲层310可以包括非晶硅，或者可以替代地包括上述第一牺牲层290提到的一种或多种材料。第一和第二牺牲层没必要相同，尽管在优选实施例中它们是相同的，这样可以简化将来除去这些牺牲层的蚀刻工艺。与第一牺牲层类似，第二牺牲层310也可以用任何适合的方法沉积，例如LPCVD或PECVD。如果第二牺牲层包括非晶硅，可以在350℃形成该层。第二牺牲层的厚度可以大约为9000，但是也可以调制至任何适合的厚度，例如根据微型反射镜板和铰链之间所需的距离(在垂直于微型反射镜板和基板的方向上)而在2000和20,00之间。第二牺牲层310也可以填充微型反射镜板形成图案所留下的沟槽。
在本发明的优选实施例中，微型反射镜板包括铝层(例如图6B中的层305)，而第二牺牲层是硅。然而由于铝和硅在微型反射镜板边缘的扩散，这样的设计会造成铰链结构的缺陷，铝会暴露给硅。为了解决这个问题，可以在沉积第二牺牲硅层之前在形成图案的微型反射镜板上沉积保护层(未示出)，这样铝层就可以与硅牺牲层分隔开。然后根据微型反射镜板的形状形成保护层的图案。在形成图案之后，保护层的某些段(例如图6C中的段211)覆盖了微型反射镜板的边缘从而将铝层和硅牺牲层分隔开。
然后使用标准的平版印刷技术并随后进行蚀刻，将沉积的第二牺牲层形成图案从而形成两个深通道区域320和浅通道区域330，如图6E中所示。蚀刻的步骤是根据第二牺牲层的特定材料，使用Cl2、BCl3或其它适合的蚀刻剂。横跨两个深通道区域320的距离取决于微型反射镜板被限定的对角线的长度。在本发明的一个实施例中，在形成图案之后横跨两个深通道区域320的距离最好为10μm左右，但是也可以是所需的任何合适的距离。为了形成浅通道区域330，可以执行使用CF4或其它合适蚀刻剂的蚀刻步骤。浅通道区域可以是任何合适的尺寸，一侧最好为大约2.2μm。
参考图6F，在形成图案的第二牺牲层310上沉积了铰链支撑层340和350。因为铰链支撑层(层340和350)指定用来固定铰链(例如图3D中的240)和其上安装的微型反射镜板(例如图3C中的340)，从而使得微型反射镜板可以沿铰链枢轴旋转，理想的铰链支撑层由至少具有大弹性模量的材料构成。根据本发明的一个实施例，层340包括靠PVD沉积的厚度为400的TiNX层(尽管可以是包含TiNX，而且厚度可以在100和2000之间)，以及靠PECVD沉积的厚度为3500的SiNX层350(尽管SiNX层的厚度可以在2000和10,000之间)。当然，也可以使用其它合适的材料和沉积方法(例如方法可以是LPVCD或喷涂)。TiNX层并非本发明所必须，但是在微型反射镜和铰链之间提供导电接触表面，从而至少降低了电荷感应静摩擦。根据本发明的一个实施例，层340和350被沉积为使其分别具有向内的压缩应变和向外的拉伸应变，从而形成弯曲的铰链支撑(例如图5A中的250)，如图5C所示。或者TiNX和SiNX层可以沉积为使其固有应力尽可能低，最好低于250MPa从而形成平的铰链支撑。在何种情况下，都可以在400℃沉积SiNX层。
在沉积之后，层340和350被图案化形成所需构造(例如图3D中的铰链支撑275)，如图6G中所示。柱260可以采用任何所需的形式，其中一种在图3D中示出。或者两个柱的每个都形成菱形，例如图3F中的柱251。可以构造成反射镜止动器，例如对应“打开”状态的反射镜止动器(例如图3D中的反射镜止动器270)和/或对应“关闭”状态的反射镜止动器(未示出)。随后使用一种或多种适当蚀刻剂进行蚀刻步骤。特别地，这些层可以用含氯化学物质或含氟化学物质进行蚀刻，其中蚀刻剂是被激发的全氟化碳或氢氟化碳(或SF6)，从而靠化学以及物理方式有选择地蚀刻铰链支撑层(例如用CF4、CHF3、C3F8、CH2F2、C2F6、SF6等或者更可能地使用上述物质的组合，或者用附加的气体，例如CF4/H2、SF6/Cl2，或者使用多于一种的蚀刻物例如CF2Cl2，带有一种或多种光学惰性稀释剂的所有可能的物质，进行的等离子体/RIE蚀刻)。当然，可以采用不同的蚀刻剂来蚀刻各个铰链支撑层(例如含氯化学物质用于金属层，碳氢化合物或碳氟化合物(或SF6)等离子体用于硅或硅化合物层等)。或者，可以在各铰链支撑层沉积之后进行蚀刻步骤。例如，可以在层340沉积之后而在层350沉积之前对层340进行蚀刻并形成图案。
在蚀刻层340和350之后，形成了两个柱260和接触区域330。接触区域330的底段通过蚀刻被除去，因此露出了接触区域下面的微型反射镜板。微型反射镜210的露出部分将被用于形成与外部电源的电接触。在蚀刻之后留下了接触区域330的侧壁(例如335)以及层340和350的残余物。残余物335的倾斜角度θ约为75度，但是可以在0和89度之间变化。侧壁上的残余物有助于加强其后形成的铰链的机械和电学性能。在微型反射镜各侧的两个柱260可以与在阵列中相邻的微型反射镜对应的柱形成连续的元件，如图2中所示。
在完成层340和350的蚀刻和形成图案之后，沉积铰链层360并随后形成图案，如图6H所示。因为铰链为微型反射镜板提供了旋转轴，自然希望铰链层所包含的材料至少易于塑性变形(例如疲劳、蠕变、位错移动)。另外，当铰链层也用作微型反射镜板的电接触时，就希望铰链层的材料可以导电。铰链层的合适的示例材料是氮化硅、氧化硅、碳化硅、多晶硅、Al、Ir、钛、氮化钛、氧化钛、碳化钛、CoSiNX、TiSiNX、TaSiNX或其它的三元或更多元的化合物。当在铰链层中选用钛时，可以在100℃沉积。或者，铰链层可以包括多层，例如100的TiNX和400SiNX。
在沉积之后，就按要求用蚀刻给铰链层形成图案。与铰链层(层340和350)类似，铰链层可以用含氯化学物质或含氟化学物质进行蚀刻，其中蚀刻剂是被激发的全氟化碳或氢氟化碳(或SF6)，从而靠化学以及物理方式有选择地蚀刻铰链支撑层(例如用CF4、CHF3、C3F8、CH2F2、C2F6、SF6等或者更可能地使用上述物质的组合，或者用附加的气体，例如CF4/H2、SF6/Cl2，或者使用多于一种的蚀刻物例如CF2Cl2，带有一种或多种光学惰性稀释剂的所有可能的物质，进行等离子体/RIE蚀刻)。当然，可以采用不同的蚀刻剂来蚀刻各个铰链层(例如含氯化学物质用于金属层，碳氢化合物或碳氟化合物(或SF6)等离子体用于硅或硅化合物层等)。
为了释放微型反射镜板以沿着铰链枢轴旋转，靠下面叙述的蚀刻除去牺牲层(例如层290和310)。图8中示出了被释放的微型反射镜装置的截面图。
在上述的示例制造过程中，形成铰链支撑的过程(图6A至图6G叙述的过程)和形成铰链的过程(图6H叙述的过程)连续地进行。特别地，在铰链支撑形成图案和蚀刻之后跟随着进行铰链沉积、形成图案和蚀刻。根据本发明的另一个实施例，铰链和铰链支撑可以同时形成，下面将参考图7A和图7B进行叙述。
参考图7A，首先根据所需的铰链构造将用于铰链支撑(例如图3D中的275)的沉积铰链层340和350形成图案并蚀刻。蚀刻之后，从而在其上形成了对应铰链(例如图6D中的铰链240)未来位置的窗口370。窗口370与微型反射镜板的对角线平行但偏离开地进行布置。窗口向下蚀刻至第二牺牲层(例如图6D中的310)和/或微型反射镜板的上表面，从而使得在窗口底部露出了微型反射镜板的一部分。
随着图案形成的完成，在形成图案的铰链支撑层(例如350)上沉积铰链层360并且填充了窗口370。在沉积之后，层340、350和360随后同时形成图案并且被蚀刻。在本发明的优选实施例中，使用与图6G中相同的方法同时将层340和350形成图案并蚀刻。在层340和350形成图案并蚀刻之后，通过蚀刻将牺牲层除去，从而释放微型反射镜装置。
释放蚀刻所使用的蚀刻剂气体可以对牺牲材料产生自发的化学蚀刻，最好是化学(而不是物理)地除去牺牲材料的各向同性蚀刻。在1999年10月26日提交的Patel et al.的美国专利申请09/427,841，以及2000年8月28日提交的Patel et al.的美国专利申请09/649,569公开了这种化学蚀刻和进行这种化学蚀刻的设备，其相关主体可在此作为参考引入。用来进行释放蚀刻的优选蚀刻剂是除了温度的选择应用外不会被激活的气态氟化物蚀刻剂。示例包括HF气体，惰性气体卤化物例如二氟化氙，以及卤间化合物例如IF5、BrCl3、BrF3、IF7和ClF3。释放蚀刻剂可以包括附加的气体成分例如N2或惰性气体(Ar、Xe、He等)。用这种方法，将剩下的牺牲层除去并且将微型机械结构释放。这个实施例的一方面，在带稀释剂(例如N2和He)的蚀刻腔中提供了XeF2。XeF2的浓度最好为8托(Torr)，尽管该浓度可在1托至30托或者更高之间变化。这种非等离子蚀刻最好进行900秒，尽管时间可以根据温度、蚀刻剂浓度、压力、要除去的牺牲材料的量、或者其它的因素而在60到5000秒之间变化。蚀刻率可以恒定保持在18/s/Torr，尽管蚀刻率可以在1/s/Torr到100/s/Torr之间变化。释放处理的各步骤都可在室温下进行。
除了上面提到的在最终释放或中间蚀刻步骤中使用的蚀刻剂和蚀刻方法，它们本身还可以使用其它的或者结合使用。这其中包括湿蚀刻，例如ACT、KOH、TMAH、HF(液态)、氧等离子体、SCCO2或超临界CO2(在美国专利申请10/167,272中叙述了使用超临界CO2作为蚀刻剂，在此作为参考引入)。当然，所选用的蚀刻剂和方法应当与要除去的牺牲材料以及要留下的材料相符。
对于那些熟悉本领域的技术人员应当了解，这里公开了一种新的并且有用的空间光调制器。然而，鉴于应用本发明原理的许多可能的实施例，应当认识到在这里参考附图描述的实施例并不只是而且也不应当被认为是对本发明范围的限制。例如，那些熟悉本领域的技术人员将会意识到，可以在不背离本发明精髓的情况下在具体布置和细节上对所示的实施例进行修改。具体地，层状结构中的各层，例如微型反射镜板层300(可以如图6B中所示还包括层301、303、305和307)、铰链结构层340和350、以及铰链层360可以包括一种或多种数量的适合的材料，可以是导电的或者是不导电的，只要各层中有至少一层是导电的并且对微型反射镜提供了电接触即可。在另一实施例中，Sandia SUMMiT工艺(在结构层中使用多晶硅)或者Cronos MUMPS工艺(也是在结构层中使用多晶硅)也可以用在本发明中。同样，MOSIS工艺(AMI ABN-1.5μmCMOS处理)也适用于本发明，同样的还有例如在Mehregany et al，ThinSolid Films，v.355-356，pp.518-524，1999年公开的MUSiC工艺(在结构层中使用多晶体SiC)。同样，在此公开的牺牲层和蚀刻剂也只是作为示例。例如可以使用二氧化硅牺牲层并用HF(和HF/HCl)进行除去，或者使用硅牺牲层而用ClF3和BrF3进行除去。同样的，PSG牺牲层可以用缓冲的HF进行除去，有机牺牲层例如聚酰亚胺可以用干燥等离子氧释放步骤进行除去。当然，应当根据要使用的结构材料选择蚀刻剂和牺牲材料。同样，尽管上面提到了PVD和CVD，但也可以使用其它的薄膜沉积方法来沉积各层，包括自旋、喷涂、阳极处理、氧化、电镀以及蒸发。因此，这里所描述的发明期望所有这些可以实现的实施例都在下面的权利要求及其等同替换的范围之内。
权利要求
1.一种包括微型反射镜阵列的空间光调制器，每个微型反射镜包括铰链；以及通过铰链保持在基板上的微型反射镜板，微型反射镜板布置在与铰链间隔开的平面上、并具有延伸横过微型反射镜板的对角线，微型反射镜板安装到铰链上，使得微型反射镜板可以沿着与微型反射镜板对角线平行但偏移的旋转轴进行旋转。
2.一种包括位于基板上的微型反射镜阵列的空间光调制器，每个微型反射镜包括两个柱；铰链；以及通过铰链和两个柱保持在基板上的微型反射镜板，微型反射镜板布置在与铰链间隔开的平面上、并具有延伸横过微型反射镜板的对角线，微型反射镜板安装到铰链上不沿着两个柱之间直线的一点处。
3.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，该铰链为扭转铰链，并且反射镜板沿着对应于扭转铰链位置的旋转轴旋转。
4.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜板通过将铰链连接到基板上的一个或多个柱保持在基板上。
5.如权利要求4所述的空间光调制器，其特征在于，铰链安装到微型反射镜板上的点不沿着微型反射镜板的对角线。
6.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，铰链布置在微型反射镜板与基板之间。
7.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜的打开状态被定义为，微型反射镜的旋转被停止使得来自微型反射镜的光可在目标上作为投影图像中的像素被观察到的点。
8.如权利要求7所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜紧靠基板或在基板上形成图案的结构，从而防止在打开状态下微型反射镜板的进一步旋转。
9.如权利要求7所述的空间光调制器，其特征在于，每个微型反射镜包括将铰链连接到基板的支撑柱，以及由支撑柱保持的突起的止动机构，用于阻止微型反射镜板的旋转。
10.如权利要求9所述的空间光调制器，其特征在于，铰链是将微型反射镜板可旋转地保持在基板上的铰链支撑结构的一部分，其中铰链支撑结构是多层结构，当微型反射镜板没有被静电偏转时，由于各层之间的应力不同，多层结构具有弯曲状态。
11.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，每个微型反射镜包括将铰链连接到基板的支撑柱，以及由支撑柱保持的突起的止动机构，用于阻止微型反射镜板的旋转，其中在打开状态下微型反射镜撞击止动机构，微型反射镜板是具有对角线的大体上四边形的板，铰链在离该对角线至少0.5μm的点处安装到微型反射镜板上，并且铰链设置在距离微型反射镜板至少0.1μm的间隙的平面上。
12.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，基板是可以透射可见光的基板。
13.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，基板是玻璃或石英。
14.如权利要求12所述的空间光调制器，其特征在于，其上具有电极和电路的第二基板接近于可以透射可见光的基板设置，以便静电偏转微型反射镜。
15.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜板大体上是正方形。
16.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜板大体上是菱形形状。
17.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜板大体上是梯形的形状。
18.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，微型反射镜板大体上是矩形的形状。
19.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，该铰链为扭转铰链、并且反射镜板沿着对应于扭转铰链位置的旋转轴旋转。
20.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，旋转轴的位置距离微型反射镜板对角线为0.5微米或更大。
21.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，旋转轴的位置距离微型反射镜板对角线为1.0微米或更大。
22.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，旋转轴的位置距离微型反射镜板对角线为2.0微米或更大。
23.如权利要求13所述的空间光调制器，其特征在于，基板表面被防反射薄膜覆盖。
24.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，铰链安装到微型反射镜板上的点位于与微型反射镜板对角线的距离为对角线长度的1/40至1/3的点上。
25.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，铰链安装到微型反射镜板上的点位于与微型反射镜板对角线的距离为对角线长度的1/20至1/4的点上。
26.如权利要求1或2所述的空间光调制器，其特征在于，每个微型反射镜包括将铰链连接到基板的支撑柱，以及由支撑柱保持的突起的止动机构，用于阻止微型反射镜板的旋转，其中在打开状态下微型反射镜撞击止动机构，微型反射镜板是具有对角线的大体上四边形的板，铰链在离该对角线至少0.5μm的点处安装到微型反射镜板上，并且铰链设置在距离微型反射镜板至少0.1μm的间隙的平面上。
27.一种投影系统，包括光源；如前面任一权利要求所述的空间光调制器；集光光学部件，其中从光源发出的光被聚焦在微型反射镜阵列上；投影光学部件，用于对从微型反射镜阵列有选择地反射的光进行投影；以及控制器，用于有选择地致动微型反射镜阵列中的微型反射镜。
28.一种方法，包括提供基板；沉积第一牺牲层；形成用于反射入射光的微型反射镜板；沉积第二牺牲层；形成将微型反射镜板连接到基板的铰链结构；以及除去牺牲层。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，微型反射镜板具有对角线；以及铰链结构形成在基板上，基板安装到微型反射镜板上不沿着对角线的一点处，铰链结构用于将微型反射镜板保持在基板之上，使得微型反射镜板可以绕着与微型反射镜板对角线平行但偏移的旋转轴进行旋转。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，使牺牲层图案化，形成两个向下到基板的通道和一个向下到微型反射镜板的通道，三个通道形成三角形；形成铰链结构，铰链结构包括在三个通道中的柱以及在它们之间用于将微型反射镜板连接到基板的铰链结构。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，在第二牺牲层上形成将微型反射镜板连接到基板的铰链结构，其中铰链结构的形成包括沉积具有内在正向拉伸应变的第一铰链结构层、以及在第一层上沉积第二铰链结构层，第二层具有内在正向压缩应变；以及除去第一和第二牺牲层，使得第一和第二铰链结构层由于内在应变差异而在其自然静止状态下弯曲，从而使得微型反射镜板被铰链结构保持在不与基板平行的位置。
全文摘要
公开了一种包括微型反射镜阵列的空间光调制器(200)，以及制造这种调制器的方法，空间光调制器包括微型反射镜阵列(201)，每个微型反射镜包括铰链(204)和通过铰链固定在基板(202)上的微型反射镜板(210)，微型反射镜板布置在与铰链间隔开的平面上、并具有延伸横过微型反射镜板的对角线(211)，微型反射镜板安装到铰链上，使得微型反射镜板可以沿着与微型反射镜板对角线平行但偏移的旋转轴(214)进行旋转。还公开了一种投影系统，包括空间光调制器，还有光源，在其中将从光源发出的光被聚焦在微型反射镜阵列上的汇集光学部件，用于对从微型反射镜阵列有选择地反射的光进行投影的投影光学部件，以及用于有选择地启动阵列中的微型反射镜的控制器。
文档编号G03B21/28GK1748168SQ200480003965
公开日2006年3月15日 申请日期2004年2月11日 优先权日2003年2月12日
发明者萨蒂亚德弗·R·帕特尔, 安德鲁·G·赫伊伯斯 申请人:反射公司