JP2006526806A - Fabrication of a high-filling reflective spatial light modulator with a hidden hinge - Google Patents
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Abstract
本発明は、隠れヒンジを備えたマイクロミラーアレイの作製に関し、このマイクロミラーアレイは、例えば、反射型空間光変調器には有用である。一実施形態では、このマイクロミラーアレイは、単結晶材料からなる第1の基板である基板から作製される。この第1の基板の第1の側に、キャビティが形成される。また、これとは独立に、電極と、アドレス指定および制御回路とが第2の基板の第1の側上に作製される。次に、第1の基板の第1の側は、第2の基板の第1の側に接合される。この両方の側は、第2の基板上の電極と、第1の基板上に作製され、電極が制御することになるミラープレートとが適切な関係をとるように位置合わせされる。さらに、第1の基板は、所望の厚みまで薄層化され、ヒンジはエッチングされ、犠牲材料が堆積され、第1の基板の上面は平坦化され、反射面が、ヒンジを覆うように堆積され、ミラーがエッチングによって解放され、ヒンジが、このヒンジに沿った軸の周りに回転できるように、ヒンジを解放するためにヒンジの周囲の犠牲層が除去される。The present invention relates to the fabrication of micromirror arrays with hidden hinges, which are useful, for example, for reflective spatial light modulators. In one embodiment, the micromirror array is made from a substrate that is a first substrate made of a single crystal material. A cavity is formed on the first side of the first substrate. Also, independently of this, electrodes and addressing and control circuits are fabricated on the first side of the second substrate. Next, the first side of the first substrate is bonded to the first side of the second substrate. Both sides are aligned so that the electrode on the second substrate and the mirror plate made on the first substrate, which the electrode will control, are in an appropriate relationship. In addition, the first substrate is thinned to the desired thickness, the hinge is etched, the sacrificial material is deposited, the top surface of the first substrate is planarized, and the reflective surface is deposited to cover the hinge. The sacrificial layer around the hinge is removed to release the hinge so that the mirror is released by etching and the hinge can rotate about an axis along the hinge.
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、「Hidden Hinge High Fill Ratio Reflective Spatial Light Modulator (隠れヒンジ高充填率反射型空間光変調器)」と題され、2003年6月2日に出願した米国特許仮出願番号60/475,404の優先権を主張し、ここに引用して援用するものである。
[Cross-reference of related applications]
This application is entitled “Hidden Hinge High Fill Ratio Reflective Spatial Light Modulator” and is filed June 2, 2003, US Provisional Patent Application No. 60/475, filed June 2, 2003. 404 priority is claimed and incorporated herein by reference.
本発明は、空間光変調器(SLM)に関し、より詳細には、画素の充填率を最大化し、散乱および回折を最小化し、高コントラスト比および高画質を達成するための隠れヒンジを備えたマイクロミラー構造に関する。 The present invention relates to spatial light modulators (SLMs), and more particularly, micros with hidden hinges to maximize pixel fill factor, minimize scattering and diffraction, and achieve high contrast ratios and high image quality. It relates to the mirror structure.
空間光変調器(SLM)には、光学情報処理、投射型ディスプレイ、ビデオおよびグラフィックスモニタ、テレビ、および電子写真印刷の分野で数多くの用途がある。反射型SLMは、入射光を空間パターンに変調し、電気入力または光入力に対応する像を反射する。この入射光は、位相、強度、極性、あるいは偏向方向を変調してもよい。反射型SLMは、通常は、入射光を反射することができる面状または2次元アレイ状のアドレス可能な画素(ピクセル)からなる。SLMの重要なパラメータ、特にディスプレイ用途に重要なパラメータは、光学的に利用可能な領域の画素面積に対する割合である(SLMの総表面積に対する、SLMの反射する表面積の割合としても求められ、「充填率」とも呼ばれる)。従って、高充填率が望ましい。 Spatial light modulators (SLMs) have many applications in the fields of optical information processing, projection displays, video and graphics monitors, television, and electrophotographic printing. The reflective SLM modulates incident light into a spatial pattern and reflects an image corresponding to an electrical input or an optical input. This incident light may modulate the phase, intensity, polarity, or deflection direction. A reflective SLM is usually composed of addressable pixels (pixels) in a planar or two-dimensional array that can reflect incident light. An important parameter of the SLM, especially for display applications, is the ratio of the optically available area to the pixel area (also determined as the ratio of the SLM's reflective surface area to the total surface area of the SLM, Also called "rate"). Therefore, a high filling rate is desirable.
従来技術のSLMには、さまざまな欠点がある。このさまざまな欠点には、次の事項が含まれるが、これに限定されるものではない: (1)光学効率を減少させる過小な光学的利用面積、(2)ミラーの反射率を減少させる起伏のある反射面、(3)ディスプレイのコントラスト比を低下させる回折と散乱、(4)長期的な信頼性に課題がある材料の使用、(5)コストを増加させ、装置の歩留まりを低下させる複雑な製造プロセス。 Prior art SLMs have various drawbacks. These various disadvantages include, but are not limited to: (1) underutilized optical area that reduces optical efficiency, and (2) undulations that reduce mirror reflectivity. Reflective surfaces, (3) diffraction and scattering that reduce the contrast ratio of the display, (4) use of materials with long-term reliability challenges, and (5) complexity that increases costs and reduces device yield. Manufacturing process.
従来技術による多くの装置には、その表面に実質的に反射をしない領域が含まれる。このことが、低充填率をもたらし、また過小反射効率をもたらす。例えば、米国特許第4,229,732号には、ミラーに加えて、装置の表面上に形成されたMOSFET素子が開示されている。このMOSFET素子は表面積をふさぐので、その結果、光学的に利用可能な装置面積の割合が減少し、反射効率が減少する。また、この装置表面上のMOSFET素子は、入射光の回折も行い、このためディスプレイのコントラスト比が低下する。さらに、強烈な光に曝されたMOSFET素子は、そのMOSFET素子が帯電し、回路が過熱するために、装置の正常な動作を妨げる。 Many prior art devices include areas that are substantially non-reflective on the surface. This results in a low filling factor and underreflection efficiency. For example, U.S. Pat. No. 4,229,732 discloses a MOSFET element formed on the surface of the device in addition to the mirror. Since this MOSFET element blocks the surface area, the percentage of optically available device area is reduced, resulting in a reduction in reflection efficiency. The MOSFET elements on the device surface also diffract incident light, which reduces the contrast ratio of the display. Furthermore, a MOSFET element exposed to intense light interferes with the normal operation of the device because the MOSFET element is charged and the circuit overheats.
一部のSLMのデザインには、入射光を散乱し、反射効率を減少させる起伏のある表面がある。例えば、一部のSLMのデザインでは、この反射面は、LPCVDで形成したシリコン窒化物層の上に堆積したアルミニウム膜である。これらが、薄膜として堆積されているために、反射ミラー面の平坦性を制御するのは困難である。従って、最終製品には起伏のある表面が残り、このため、反射効率が減少する。 Some SLM designs have undulating surfaces that scatter incident light and reduce reflection efficiency. For example, in some SLM designs, the reflective surface is an aluminum film deposited on a silicon nitride layer formed by LPCVD. Since these are deposited as a thin film, it is difficult to control the flatness of the reflecting mirror surface. Thus, the final product has a rough surface, which reduces the reflection efficiency.
一部のSLMデザインに関わる反射効率を減少させる別の課題、特に一部の吊り下げミラーを用いたデザインの課題は、大きく露出したヒンジの表面積である。この大きく露出したヒンジの表面積というヒンジ構造のために散乱および回折が起こり、多くのパラメータの中でもとりわけコントラスト比に悪影響を及ぼす。 Another challenge for reducing the reflection efficiency associated with some SLM designs, especially for designs using some hanging mirrors, is the large exposed hinge surface area. Scattering and diffraction occur due to the hinge structure of this highly exposed hinge surface area, which adversely affects the contrast ratio, among other parameters.
米国特許第4,566,935号に開示されたSLMのような従来の多くのSLMは、アルミニウム合金で作製されたヒンジを有する。他の金属と同様にアルミニウムは、疲労や塑性変形の影響を受けやすく、長期的な信頼性に課題を生じる。また、アルミニウムは、細胞「記憶」の影響を受けやすく、停止位置が、もっとも頻繁に占有する位置に傾き始める。さらに、米国特許第4,566,935号に開示されたミラーは、ミラー表面の下にある犠牲材料を除去することにより解放される。この技術では、多くの場合、解放プロセス時に、繊細なマイクロミラー構造が破壊される。また、エッチャントでミラーの下の犠牲層を除去するために、ミラー間に大きなすき間が必要となり、その結果、光学的に利用可能な装置面積の割合を減少させる。 Many conventional SLMs, such as the SLM disclosed in US Pat. No. 4,566,935, have a hinge made of an aluminum alloy. Aluminum, like other metals, is susceptible to fatigue and plastic deformation, creating problems in long-term reliability. Aluminum is also susceptible to cell “memory” and the stop position begins to tilt to the most occupied position. Further, the mirror disclosed in US Pat. No. 4,566,935 is released by removing the sacrificial material underlying the mirror surface. This technique often destroys the delicate micromirror structure during the release process. Also, in order to remove the sacrificial layer under the mirror with the etchant, a large gap is required between the mirrors, and as a result, the proportion of the optically available device area is reduced.
従来の他のSLMは、ミラー、ヒンジ、電極、制御回路、あるいはそれらの組合せのために、個別の層を含む複数の層を必要とする。そのような多層SLMの製造には、薄膜を多層に積み重ねる技術やプロセス、および多層薄膜のエッチング技術やプロセスが必要になる。このような技術やプロセスを使用すれば、コスト高となり、歩留まりを低下させる。例えば、このような技術を使用すると、多くの場合、ミラープレートの下にある犠牲材料を何度も堆積し、除去することになる。ミラープレートの下に薄膜を多層に堆積し、積み重ねると、通常は、ミラー表面の起伏はより大きくなり、その結果、ミラーの反射効率が減少する。さらに、ミラーとヒンジとを、異なる層または基板に有することで、ミラーが偏向すると並進変位が生じる。この並進変位のために、隣接するミラー間での機械的な干渉を起こさないようにするためには、アレイ内のミラーは間隔を取らなければならない。このアレイ内のミラーは、アレイ内の他のミラーとあまり近くには配置できないので、このSLMは、過小な光学的利用領域または低充填率が欠点となる。 Other conventional SLMs require multiple layers, including individual layers, for mirrors, hinges, electrodes, control circuitry, or combinations thereof. Manufacturing such a multilayer SLM requires techniques and processes for stacking thin films in multiple layers, and etching techniques and processes for multilayer thin films. If such a technique or process is used, the cost increases and the yield decreases. For example, the use of such techniques often results in the sacrificial material under the mirror plate being deposited and removed many times. When thin films are deposited and stacked under the mirror plate, the undulations on the mirror surface are usually greater, resulting in a reduction in mirror reflection efficiency. Further, having the mirror and hinge on different layers or substrates causes translational displacement when the mirror deflects. Because of this translational displacement, the mirrors in the array must be spaced to prevent mechanical interference between adjacent mirrors. The mirrors in this array cannot be placed very close to other mirrors in the array, so this SLM suffers from an underutilized optical area or low fill factor.
従って、反射効率を向上させ、長期的な信頼性があり、さらに簡単な製造プロセスを用いたSLMが求められる。 Accordingly, there is a need for an SLM that improves reflection efficiency, has long-term reliability, and uses a simpler manufacturing process.
本発明は、空間光変調器(SLM)に関する。一実施形態では、このSLMは、選択的に偏向可能な反射型のマイクロミラーアレイであって、個別にアドレス指定ができる電極を有する第2の基板に接合された第1の基板から作製されたマイクロミラーアレイを有する。前記第2の基板は、また、前記マイクロミラーアレイ用のアドレス指定・制御回路を有してもよい。あるいは、このアドレス指定・制御回路の一部が、別の基板上にあり、第2の基板の前記回路および前記電極に接続されてもよい。 The present invention relates to a spatial light modulator (SLM). In one embodiment, the SLM is a selectively deflectable reflective micromirror array made from a first substrate bonded to a second substrate having individually addressable electrodes. It has a micromirror array. The second substrate may also include an addressing / control circuit for the micromirror array. Alternatively, a part of the addressing / control circuit may be on another substrate and connected to the circuit and the electrode of the second substrate.
前記マイクロミラーアレイは、入射光を反射する高い反射率の反射面を備え、かつ偏向を制御できる偏向可能なミラープレートを含む。このミラープレートは、コネクタによってヒンジに連結される。このヒンジは、次に、スペーサ支持壁を備えたスペーサ支持フレームに連結される。また、このヒンジは、前記反射面の下に実質的に隠される。このヒンジを、前記反射面の下に実質的に隠すことによって、露出したヒンジ構造に入射して反射する光による散乱および回折は全て除去され、そのため、装置のコントラスト比を最大化できる。 The micromirror array includes a deflectable mirror plate having a highly reflective reflecting surface for reflecting incident light and capable of controlling deflection. The mirror plate is connected to the hinge by a connector. This hinge is then coupled to a spacer support frame with a spacer support wall. The hinge is substantially hidden under the reflecting surface. By hiding this hinge substantially beneath the reflective surface, all scattering and diffraction by light incident on and reflected from the exposed hinge structure is eliminated, thus maximizing the contrast ratio of the device.
前記ミラープレート、前記コネクタ、前記ヒンジ、前記スペーサ支持フレーム、および前記スペーサ支持壁は、第1の基板から作製される。この第1の基板は、単一材料、例えば、一実施形態では単結晶シリコンからなるウエハである。前記スペーサ支持壁は、前記ミラープレートと、このミラープレートの偏向を制御し、かつこのミラープレートに対応する電極との間の分離を行う。また、前記電極は前記第2の基板上に位置し、この第2の基板は、前記マイクロミラーアレイに接合される。 The mirror plate, the connector, the hinge, the spacer support frame, and the spacer support wall are made from a first substrate. The first substrate is a wafer made of a single material, for example, single crystal silicon in one embodiment. The spacer support wall controls the deflection of the mirror plate and the mirror plate and separates the electrode corresponding to the mirror plate. The electrode is positioned on the second substrate, and the second substrate is bonded to the micromirror array.
前記ヒンジおよび前記ミラープレートは、同一基板内(つまり、同一層内)にあるので、前記ミラーが、前記ヒンジの長軸の周りに回転する際の並進運動または並進変位は全くない。並進変位が全くないので、前記ミラーと前記支持壁との間隔は、作製技術およびプロセスによってのみ制限される。前記ミラープレート間の狭い間隔と、前記ヒンジを実質的に前記反射面の下に配置することによって前記ヒンジを隠すこととにより、前記マイクロミラーアレイを高充填率にし、コントラスト比を向上させ、光の散乱と回折とを最小限にし、前記マイクロミラーアレイを通過し、前記第2の基板上の前記回路に入射する光を実質的に除去することが可能となる。 Since the hinge and the mirror plate are in the same substrate (ie, in the same layer), there is no translational motion or translational displacement as the mirror rotates about the long axis of the hinge. Since there is no translational displacement, the distance between the mirror and the support wall is limited only by fabrication techniques and processes. Narrow spacing between the mirror plates and concealing the hinges by placing the hinges substantially below the reflective surface increases the micromirror array, increases the contrast ratio, Scattering of light and diffraction can be minimized, and light passing through the micromirror array and incident on the circuit on the second substrate can be substantially removed.
さらに、前記ミラープレートおよび前記ヒンジは、好適な実施形態では、単結晶シリコン材料から作製されるので、作製した前記ヒンジは、より頑丈で、より信頼性が高く、また、記憶効果、結晶粒界に沿っての破壊、あるいは疲労という欠点が実質的にはない。単結晶シリコン基板には、他の材料、とりわけ堆積によって形成した薄膜と比べると、微視的な欠陥やクラックは実質的にほとんどない。その結果、装置の結晶粒界に沿って破壊する(または微視的な破壊を伝播する)ことはほとんどありえない。また、本発明の場合のように単一基板を用いることによって、薄膜を多層に積み重ねるプロセスや技術、および多層薄膜のエッチングプロセスや技術は、最小限の使用ですむ。本発明では、犠牲材料の堆積および除去は、局所的な領域、つまり前記ヒンジの周囲に限られる。さらに、本発明では、前記ミラーの下から犠牲材料を除去する必要はない。従って、前記犠牲材料の除去は大変容易であり、前記ミラープレートの上面は滑らかなままの状態で保たれ、それによって、前記反射面を、極めて滑らかな表面上に追加することができる。 Furthermore, since the mirror plate and the hinge are made from a single crystal silicon material in a preferred embodiment, the hinge made is more robust and more reliable, and also has a memory effect, grain boundaries. There is virtually no drawback of fracture or fatigue. The single crystal silicon substrate is substantially free from microscopic defects and cracks compared to other materials, especially thin films formed by deposition. As a result, it is unlikely to break (or propagate microscopic breaks) along the device grain boundaries. Also, by using a single substrate as in the present invention, processes and techniques for stacking thin films in multiple layers and etching processes and techniques for multilayer thin films require minimal use. In the present invention, the deposition and removal of the sacrificial material is limited to a local area, i.e. around the hinge. Furthermore, in the present invention, it is not necessary to remove the sacrificial material from under the mirror. Therefore, the removal of the sacrificial material is very easy and the upper surface of the mirror plate is kept smooth so that the reflective surface can be added on a very smooth surface.
前記SLMは、少ないステップ数で作製されるため、作製に関わるコストおよび複雑さを抑えることができる。キャビティが、前記第1の基板の第1の側に形成される。平行して、前記電極、および前記アドレス指定・制御回路が、前記第2の基板の第1の側上に作製される。前記第1の基板の前記第1の側は、前記第2の基板の前記第1の側に接合される。この両方の側は、前記第2の基板上の前記電極が、この電極が制御することになる前記ミラープレートと適切な関係をとるように位置合わせされる。前記第1の基板は、所望の厚みまで薄層化され、ヒンジはエッチングされ、犠牲材料はこのヒンジの周りの領域に堆積され、表面が平坦化され、反射面が前記ヒンジを覆うように堆積され、ミラープレートがエッチングにより解放され、前記ヒンジの周囲の前記犠牲層が除去される。 Since the SLM is manufactured with a small number of steps, the cost and complexity involved in manufacturing can be suppressed. A cavity is formed on the first side of the first substrate. In parallel, the electrodes and the addressing / control circuit are fabricated on the first side of the second substrate. The first side of the first substrate is bonded to the first side of the second substrate. Both sides are aligned so that the electrode on the second substrate is in proper relationship with the mirror plate that it will control. The first substrate is thinned to the desired thickness, the hinge is etched, the sacrificial material is deposited in the area around the hinge, the surface is flattened, and the reflective surface is deposited to cover the hinge. Then, the mirror plate is released by etching, and the sacrificial layer around the hinge is removed.
最終的な結果として、高品質画像を高い信頼性と高いコスト効率とをもって形成するための、高い光学効率および高い性能を実現でき、かつ容易に製造できるSLMが実現される。 The net result is an SLM that can achieve high optical efficiency and high performance and can be easily manufactured to form high quality images with high reliability and high cost efficiency.
反射型空間光変調器(SLM)100は、偏向ミラー202からなるアレイ103を有する。個々のミラー202は、ミラー202と、それに対応する電極126との間に電圧バイアスを印加することで選択的に偏向させることができる。この各ミラー202の偏向は、光源からビデオディスプレイに反射される光を制御する。従って、ミラー202の偏向を制御することによって、そのミラー202に当たる光は、選択した方向に偏向することができ、それによってビデオディスプレイの画素のオン/オフを制御できる。
空間光変調器の概要
A reflective spatial light modulator (SLM) 100 has an array 103 consisting of deflection mirrors 202. Each mirror 202 can be selectively deflected by applying a voltage bias between the mirror 202 and the corresponding electrode 126. This deflection of each mirror 202 controls the light reflected from the light source to the video display. Therefore, by controlling the deflection of the mirror 202, the light impinging on the mirror 202 can be deflected in a selected direction, thereby controlling the on / off of the pixels of the video display.
Overview of spatial light modulator
図1は、本発明の一実施形態によるSLM100の概略構造を示す概略図である。この図示した実施形態は、3つの層を有する。第1の層は、ミラーアレイ103であり、複数の偏向マイクロミラーを有する。好適な一実施形態では、このマイクロミラー103は、第1の基板105から作製され、この第1の基板105は、基板作製の完了時には、SLM100に用いられる単結晶シリコンなどの単一材料となる。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic structure of an SLM 100 according to an embodiment of the present invention. This illustrated embodiment has three layers. The first layer is a mirror array 103 and has a plurality of deflecting micromirrors. In a preferred embodiment, the micromirror 103 is fabricated from a first substrate 105 that becomes a single material such as single crystal silicon used in the SLM 100 upon completion of substrate fabrication. .
第2の層は、マイクロミラー202を制御するための複数の電極126を備えた電極アレイ104である。各電極126は、マイクロミラー202に対応し、そのマイクロミラー202の偏向を制御する。アドレス指定回路によって、1つの電極126に対応する特定のマイクロミラー202を制御するために、その1つの電極126を選択できる。 The second layer is an electrode array 104 having a plurality of electrodes 126 for controlling the micromirror 202. Each electrode 126 corresponds to the micromirror 202 and controls the deflection of the micromirror 202. An addressing circuit can select that single electrode 126 to control a particular micromirror 202 corresponding to that electrode 126.
第3の層は、制御回路106の層である。この制御回路106は、アドレス指定回路を有し、そのアドレス指定回路によって、制御回路106は選択した電極126に印加する電圧を制御できる。これによって、制御回路106は、電極126を介して、ミラーアレイ103のミラー202の偏向を制御できる。通常、この制御回路106は、ディスプレイ制御部108、ラインメモリバッファ110、パルス幅変調アレイ112、およびビデオ信号120とグラフィックス信号122の入力も含む。また、一部の実施形態では、ミラー制御器114、光学制御回路116、およびフラッシュメモリ118が、制御回路106と接続された外部コンポーネントであってもよいし、あるいは制御回路106内に含まれていてもよい。さまざまな実施形態に応じて、制御回路の上記部品の一部はなくてもよいし、また制御回路と接続された別の基板上にあってもよいし、あるいは、追加コンポーネントが、制御回路106の一部としてあってもよいし、また制御回路106に接続されていてもよい。 The third layer is a layer of the control circuit 106. The control circuit 106 includes an address designating circuit, and the control circuit 106 can control the voltage applied to the selected electrode 126 by the address designating circuit. Thereby, the control circuit 106 can control the deflection of the mirror 202 of the mirror array 103 via the electrode 126. Typically, the control circuit 106 also includes a display controller 108, line memory buffer 110, pulse width modulation array 112, and video signal 120 and graphics signal 122 inputs. In some embodiments, the mirror controller 114, the optical control circuit 116, and the flash memory 118 may be external components connected to the control circuit 106, or are included in the control circuit 106. May be. Depending on the various embodiments, some of the above components of the control circuit may not be present, may be on a separate board connected to the control circuit, or additional components may be included in the control circuit 106. As a part of the control circuit 106, or may be connected to the control circuit 106.
一実施形態では、第2の層104および第3の層106は、いずれも半導体作製技術を用いて、単一の第2の基板107上に作製される。つまり、第2の層104は、必ずしも第3の層106と分かれている必要もなく、また第3の層106の上にある必要もない。むしろ、「層(layer)」という用語は、この空間光変調器100の異なった部分を概念的に説明する助けとなるためのものである。例えば、一実施形態では、第2の層104の電極126、および第3の層の制御回路106は、いずれも単一の第2の基板107上に作製される。つまり、一実施形態では、電極126は、ディスプレイ制御部108、ラインメモリバッファ110、およびパルス幅変調アレイ112と同様に、全て、単一の基板上に作製される。制御回路106の複数の機能コンポーネントを同一の基板上に統合することによって、別の基板上に作製されたディスプレイ制御部108、ラインメモリバッファ110、およびパルス幅変調アレイ112を有する従来の空間光変調器に対して、データ転送速度が改善されるという効果が実現される。さらに、第2層の電極アレイ104と、第3層の制御回路106とを単一の基板107上に作製すれば、簡単で割安な製造プロセス、および最終製品の小型化という利点が実現される。 In one embodiment, the second layer 104 and the third layer 106 are both fabricated on a single second substrate 107 using semiconductor fabrication techniques. That is, the second layer 104 does not necessarily need to be separated from the third layer 106 and does not have to be on the third layer 106. Rather, the term “layer” is intended to help conceptually describe the different parts of the spatial light modulator 100. For example, in one embodiment, the electrode 126 of the second layer 104 and the control circuit 106 of the third layer are both fabricated on a single second substrate 107. That is, in one embodiment, the electrodes 126 are all fabricated on a single substrate, similar to the display controller 108, the line memory buffer 110, and the pulse width modulation array 112. Conventional spatial light modulation with display controller 108, line memory buffer 110, and pulse width modulation array 112 fabricated on another substrate by integrating multiple functional components of control circuit 106 on the same substrate The effect that the data transfer rate is improved is realized for the device. Further, if the second-layer electrode array 104 and the third-layer control circuit 106 are formed on a single substrate 107, the advantages of a simple and inexpensive manufacturing process and the miniaturization of the final product are realized. .
層103および107が作製されると、それらは互いに接合され、SLM100を形成する。ミラーアレイ103を備えた第1の層は、第2および第3の層104,106を、まとめて107として覆う。ミラーアレイ103にあるミラー202の下の領域によって、電極126およびアドレス指定・制御回路106のための空間が、第1の層103の下にどの程度あるのかが決定される。ミラーアレイ103のマイクロミラー202の下には、電極126と、ディスプレイ制御部108、ラインメモリバッファ110、およびパルス幅変調アレイ112を形成する電子コンポーネントを納めるには限られた空間しかない。本発明は、例えば、0.18ミクロン形状の作製を可能にするプロセスや、0.13ミクロン以下の形状の作製を可能にするプロセスなどの、小形状の作製を可能にする作製技術を用いる。従来の空間光変調器は、そのような小形状の作製が不可能な作製プロセスで作られている。通常、従来の空間光変調器は、形状を約1ミクロン以上に制限する作製プロセスで作られる。従って、本発明によって、トランジスタなどのより多くの回路素子を、ミラーアレイ103にあるマイクロミラーの下の限られた領域に作製することが可能となる。これによって、ディスプレイ制御部108、ラインメモリバッファ110、およびパルス幅変調アレイ112などのコンポーネントを、電極126と同一基板上に統合することが可能になる。このような制御回路106を、電極126と同一基板107上に含めることで、SLM100の性能は向上する。これによって、ディスプレイ制御部108、ラインメモリバッファ110、およびパルス幅変調アレイ112など、より多くのコンポーネントを、電極126と同一基板上で、かつマイクロミラーアレイ103にあるマイクロミラーの下の限られた空間内に統合することが可能になる。このような制御回路106を、電極126と同一基板107上に含めることで、SLM100の性能は向上する。他の実施形態では、電極126および制御回路にある各コンポーネントが、さまざまな組合せで、異なる基板上に作製され、また電気的に接続されてもよい。 Once layers 103 and 107 are made, they are joined together to form SLM 100. The first layer provided with the mirror array 103 covers the second and third layers 104 and 106 together as 107. The area under mirror 202 in mirror array 103 determines how much space for electrode 126 and addressing and control circuit 106 is below first layer 103. Under the micromirror 202 of the mirror array 103, there is only a limited space to house the electrodes 126, the electronic components that form the display controller 108, the line memory buffer 110, and the pulse width modulation array 112. The present invention uses a fabrication technique that enables fabrication of small shapes, such as, for example, a process that allows fabrication of a 0.18 micron shape and a process that allows fabrication of a shape of 0.13 microns or less. The conventional spatial light modulator is manufactured by a manufacturing process in which such a small shape cannot be manufactured. Conventional spatial light modulators are typically made with a fabrication process that limits the shape to about 1 micron or more. Therefore, according to the present invention, more circuit elements such as transistors can be manufactured in a limited area under the micromirrors in the mirror array 103. This allows components such as the display controller 108, line memory buffer 110, and pulse width modulation array 112 to be integrated on the same substrate as the electrode 126. By including such a control circuit 106 on the same substrate 107 as the electrode 126, the performance of the SLM 100 is improved. This allows more components, such as display controller 108, line memory buffer 110, and pulse width modulation array 112, to be confined on the same substrate as electrode 126 and below the micromirrors in micromirror array 103. It becomes possible to integrate into the space. By including such a control circuit 106 on the same substrate 107 as the electrode 126, the performance of the SLM 100 is improved. In other embodiments, the electrodes 126 and each component in the control circuit may be made on different substrates and electrically connected in various combinations.
他の実施形態では、電極126および制御回路にある各コンポーネントが、さまざまな組合せで、異なる基板上に作製され、また電気的に接続されてもよい。
ミラー
In other embodiments, the electrodes 126 and each component in the control circuit may be made on different substrates and electrically connected in various combinations.
mirror
図2aは、1つのマイクロミラー202に関する一実施形態の斜視図であり、図2bは、図2aに示すマイクロミラー202の隅部236のより詳細な斜視図である。一実施形態では、このマイクロミラー202は、少なくとも1つのミラープレート204、ヒンジ206、コネクタ216、および反射面203を含む。別の実施形態では、マイクロミラー202は、ミラープレート204、ヒンジ206、反射面203、およびコネクタ216を支持するスペーサ支持フレーム210をさらに含む。このミラープレート204、ヒンジ206、コネクタ216、およびスペーサ支持フレーム210は、単結晶シリコンなどの単一材料のウエハで作製されることが好ましい。従って、この実施形態では、図1に示す第1の基板105は、単結晶シリコンウエハである。単一材料のウエハからマイクロミラー202を作製することによって、ミラー202の作製は、大幅に簡易化される。さらに、単結晶シリコンを研磨することで、堆積した薄膜よりも1桁滑らかな表面粗さを有する平坦なミラー面を生成することができる。単結晶シリコンから作製されたミラー202は、機械的に剛性であり、そのため、ミラー面に不要な曲げ、またはそりが生じることがなく、また、単結晶シリコンから作製されたヒンジは、より頑丈で、より信頼性が高く、さらに、マイクロミラーアレイで用いられる他の多くの材料で作製したヒンジには普通に存在する記憶効果、結晶粒界に沿っての破壊、あるいは疲労という欠点が実質的にはない。他の実施形態では、単結晶シリコンの代わりに他の材料を用いてもよい。1つの可能性は、別のタイプのシリコン(例えば、ポリシリコン、またはアモルファスシリコン)をマイクロミラー202に用いることであり、あるいは、ミラー202を完全に金属(例えば、アルミニウム合金、またはタングステン合金)から作ることである。また、本発明のように単一の基板を用いると、薄膜を多層に積み重ねるプロセスや技術、および多層薄膜のエッチングプロセスや技術の使用を避けることができる。 2a is a perspective view of one embodiment for one micromirror 202, and FIG. 2b is a more detailed perspective view of a corner 236 of the micromirror 202 shown in FIG. 2a. In one embodiment, the micromirror 202 includes at least one mirror plate 204, hinge 206, connector 216, and reflective surface 203. In another embodiment, the micromirror 202 further includes a spacer support frame 210 that supports the mirror plate 204, the hinge 206, the reflective surface 203, and the connector 216. The mirror plate 204, hinge 206, connector 216, and spacer support frame 210 are preferably made from a single material wafer such as single crystal silicon. Therefore, in this embodiment, the first substrate 105 shown in FIG. 1 is a single crystal silicon wafer. By fabricating the micromirror 202 from a single material wafer, the fabrication of the mirror 202 is greatly simplified. Further, by polishing single crystal silicon, it is possible to generate a flat mirror surface having a surface roughness that is one order of magnitude smoother than the deposited thin film. The mirror 202 made from single crystal silicon is mechanically rigid, so there is no unnecessary bending or warping on the mirror surface, and the hinge made from single crystal silicon is more robust. Hinges made with many other materials used in micromirror arrays are more reliable and have the disadvantages of memory effects, fracture along grain boundaries, or fatigue that are normally present There is no. In other embodiments, other materials may be used instead of single crystal silicon. One possibility is to use another type of silicon (eg, polysilicon or amorphous silicon) for the micromirror 202, or the mirror 202 can be made entirely of metal (eg, aluminum alloy or tungsten alloy). Is to make. In addition, when a single substrate is used as in the present invention, it is possible to avoid the use of processes and techniques for stacking thin films in multiple layers, and etching processes and techniques for multilayer thin films.
図2a、2b、3、4a、4b、7a、および8に示し、さらに上記で説明したように、マイクロミラー202はミラープレート204を有する。このミラープレート204は、コネクタ216によってヒンジ206と結合したマイクロミラー202の一部であり、このミラー202とそれに対応する電極126との間に電圧バイアスを印加することによって選択的に偏向される。また、図3に示す実施形態のミラープレート204は、三角形の部分204a、204bを含む。図12a、12b、13に示す実施形態では、ミラープレート204は、実質的に正方形であり、約15ミクロン×15ミクロンで、およそ225平方ミクロンの面積である。もちろん、他の形状や寸法も可能である。このミラープレート204は、上面205と下面201とを有する。上面205は、二乗平均平方根で2オングストローム未満の粗さの、特に平坦な表面であることが好ましく、マイクロミラー204の表面積の大部分を構成することが好ましい。このミラープレート204の上面205の上、およびヒンジ206の一部の上に、アルミニウムまたは他の高反射材料などの反射面203が堆積される。この反射面203の膜厚は、300A以下であることが好ましい。また、この反射面または材料が薄いことによって、ミラープレート204の上面205の平坦で滑らかな表面が間違いなく反映される。この反射面203は、ミラープレート204の上面205の面積よりも広い面積を有し、光源からの光を、ミラープレート204の偏向によって決まる角度に反射する。トーションバネヒンジ206が、ミラープレート204の上面205の下に実質的に形成され、上面205の上、およびヒンジ206の一部の上に堆積された反射面203によって実質的に隠されることに留意されたい。図2aと図3との違いは、図2aが、上面205の上に設けられた反射面204を備え、実質的にヒンジ206を隠すミラープレート204を示すのに対し、図3は、反射面203がない、つまりヒンジ206を曝すミラープレート204を示す点である。ヒンジ206とミラープレート204とは、同一基板105にあり、図7a、7bに示すように、ヒンジ206の中心高さ796は、ミラープレート204の中心高さ795、797と実質的に同一面795であるため、ミラー202が、ヒンジ206の長軸の周りに回転する際の並進運動または並進変位はない。並進変位がないために、ミラープレート204とスペーサ支持フレーム210の支持スペーサ壁との間のすき間は、作製技術およびプロセスの制約によって制限されるだけで十分であり、通常、0.1ミクロン未満である。実質的に反射面203の下にあるミラープレート204間の近接した間隔と、ヒンジ206の被覆とによって、マイクロミラーアレイ103は高充填率となり、コントラスト比は改善され、光の散乱と回折は最小限に抑えられ、マイクロミラーアレイ103を通過して第2の基板107上の回路に入射する光が実質的に除去されるという効果がある。 As shown in FIGS. 2 a, 2 b, 3, 4 a, 4 b, 7 a and 8, and further described above, the micromirror 202 has a mirror plate 204. This mirror plate 204 is part of a micromirror 202 that is coupled to a hinge 206 by a connector 216 and is selectively deflected by applying a voltage bias between this mirror 202 and its corresponding electrode 126. The mirror plate 204 of the embodiment shown in FIG. 3 includes triangular portions 204a and 204b. In the embodiment shown in FIGS. 12a, 12b, 13, the mirror plate 204 is substantially square, approximately 15 microns by 15 microns, and an area of approximately 225 square microns. Of course, other shapes and dimensions are possible. The mirror plate 204 has an upper surface 205 and a lower surface 201. The top surface 205 is preferably a particularly flat surface with a root mean square root roughness less than 2 angstroms, and preferably constitutes the majority of the surface area of the micromirror 204. A reflective surface 203 such as aluminum or other highly reflective material is deposited on the top surface 205 of the mirror plate 204 and on a portion of the hinge 206. The thickness of the reflecting surface 203 is preferably 300 A or less. In addition, the thin reflective surface or material reflects the flat and smooth surface of the upper surface 205 of the mirror plate 204 without fail. The reflecting surface 203 has an area larger than the area of the upper surface 205 of the mirror plate 204 and reflects light from the light source at an angle determined by the deflection of the mirror plate 204. Note that the torsion spring hinge 206 is substantially formed below the upper surface 205 of the mirror plate 204 and is substantially hidden by the reflective surface 203 deposited on the upper surface 205 and on a portion of the hinge 206. I want to be. The difference between FIG. 2a and FIG. 3 is that FIG. 2a shows a mirror plate 204 with a reflective surface 204 provided on the top surface 205 and substantially concealing the hinge 206, whereas FIG. No mirror 203, that is, the mirror plate 204 that exposes the hinge 206 is shown. The hinge 206 and the mirror plate 204 are on the same substrate 105, and as shown in FIGS. 7a and 7b, the center height 796 of the hinge 206 is substantially flush with the center heights 795 and 797 of the mirror plate 204. Thus, there is no translational movement or translational displacement as the mirror 202 rotates about the long axis of the hinge 206. Due to the absence of translational displacement, the clearance between the mirror plate 204 and the support spacer walls of the spacer support frame 210 need only be limited by fabrication technology and process constraints, typically below 0.1 microns. is there. Due to the close spacing between the mirror plates 204 substantially below the reflective surface 203 and the covering of the hinge 206, the micromirror array 103 is highly filled, the contrast ratio is improved, and light scattering and diffraction are minimized. There is an effect that light that passes through the micromirror array 103 and enters the circuit on the second substrate 107 is substantially removed.
図2a、2b、3、4a、4b、7a、8、12a、12b、および13に示すように、ミラープレート204は、コネクタ216によって、トーションバネヒンジ206に連結される。このトーションバネヒンジ206は、スペーサ支持フレーム210に連結され、スペーサ支持フレーム210は、トーションバネヒンジ206、コネクタ216、およびミラープレート204を所定の位置に保持する。このヒンジ206は、第1のアーム206aと第2のアーム206bとを含む。各アーム206a、206bには、両端があり、図3および図13に示すように、一方の端部は、スペーサ支持フレームに連結され、他方の端部は、コネクタ216に連結される。別の実施形態では、ミラープレート204、ヒンジ206、およびスペーサ支持フレーム210に、他のバネ、ヒンジ、および連結方式を用いてもよい。図3および図4aに端的に示すように、トーションバネヒンジ206は、スペーサ支持壁210を基準として、対角線方向(例えば、45度の角度)に向いており、ミラープレート204を2つの部分または面に分割する。つまり、第1の面204aと第2の面204bである。図7bに示すように、2つの電極126は、ミラー202に対応し、一方の電極126aが第1の面204a、また他方の電極126bが第2の面204bに対応する。これによって、いずれの面204a、204bも、電極126a、126bの一方に、下向きに回転して引きつけられることが可能になり、広範囲の角運動を実現する。このトーションバネヒンジ206によって、ミラープレート204は、ミラー202とそれに対応する電極126との間に電圧を印加し、静電気力などの力がミラープレート204に加えられると、スペーサ支持フレーム210と相対的に、ヒンジ206の長軸の周りに回転できる。この回転によって、反射光に関して選択した方向への角変位が生ずる。ヒンジ206とミラープレート204とは、同一基板105内にあり、図7a、7bに示すように、ヒンジ206の中心高さ796は、ミラープレート204の中心高さ795、797と実質的に同一面795であるため、ミラー202は、ヒンジ206の周りで、並進変位が全くない純粋な回転を行う。一実施形態では、図7aおよび図8に示すように、トーションバネヒンジ206は、(ミラープレート204の上面205に対して垂直な)ヒンジ206の深さ223よりも小さな幅222を有する。このヒンジ206の幅222は、約0.12ミクロンと約0.2ミクロンとの間であることが好ましく、また、深さ223は、約0.2ミクロンと約0.3ミクロンの間であることが好ましい。 As shown in FIGS. 2 a, 2 b, 3, 4 a, 4 b, 7 a, 8, 12 a, 12 b and 13, the mirror plate 204 is connected to the torsion spring hinge 206 by a connector 216. The torsion spring hinge 206 is connected to the spacer support frame 210, and the spacer support frame 210 holds the torsion spring hinge 206, the connector 216, and the mirror plate 204 in place. The hinge 206 includes a first arm 206a and a second arm 206b. Each arm 206 a, 206 b has both ends, and as shown in FIGS. 3 and 13, one end is connected to the spacer support frame and the other end is connected to the connector 216. In other embodiments, other springs, hinges, and coupling schemes may be used for the mirror plate 204, the hinge 206, and the spacer support frame 210. As shown briefly in FIGS. 3 and 4a, the torsion spring hinge 206 is oriented diagonally (eg, at a 45 degree angle) with respect to the spacer support wall 210 and the mirror plate 204 is in two parts or planes. Divide into That is, the first surface 204a and the second surface 204b. As shown in FIG. 7b, the two electrodes 126 correspond to the mirror 202, one electrode 126a corresponds to the first surface 204a, and the other electrode 126b corresponds to the second surface 204b. Accordingly, any of the surfaces 204a and 204b can be attracted by rotating downward to one of the electrodes 126a and 126b, thereby realizing a wide range of angular motion. The torsion spring hinge 206 causes the mirror plate 204 to apply a voltage between the mirror 202 and the corresponding electrode 126, and when a force such as electrostatic force is applied to the mirror plate 204, the mirror plate 204 is relative to the spacer support frame 210. In addition, it can rotate around the long axis of the hinge 206. This rotation causes an angular displacement in the selected direction with respect to the reflected light. The hinge 206 and the mirror plate 204 are in the same substrate 105, and the center height 796 of the hinge 206 is substantially flush with the center height 795, 797 of the mirror plate 204, as shown in FIGS. 7a and 7b. 795, the mirror 202 makes a pure rotation around the hinge 206 with no translational displacement. In one embodiment, as shown in FIGS. 7a and 8, the torsion spring hinge 206 has a width 222 that is less than the depth 223 of the hinge 206 (perpendicular to the top surface 205 of the mirror plate 204). The width 222 of the hinge 206 is preferably between about 0.12 microns and about 0.2 microns, and the depth 223 is between about 0.2 microns and about 0.3 microns. It is preferable.
図2a、2b、3、4a、4b、6、および7aに示すように、スペーサ支持フレーム210は、ミラープレート204が、下向きに、所定の角度に偏向できるように、ミラープレート204を、電極126およびアドレス指定回路上の所定の距離を隔てた位置に合わせる。このスペーサ支持フレーム210は、図2a、4a、12aおよび13に示すように、好ましくは、同じ第1の基板105から形成され、さらに好ましくは、直角に位置するスペーサ支持壁を含む。この壁は、スペーサ支持フレーム210の高さを定める助けとなる。このスペーサ支持フレーム210の高さは、ミラープレート204と電極126との間の所望の間隔と、電極の立体デザインとに基づき選ばれる。この高さが高ければ高いほど、ミラープレート204もより大きく偏向でき、最大偏向角もより大きくなる。偏向角がより大きくなれば、一般に、より高いコントラスト比が実現される。一実施形態では、ミラープレート204の偏向角は12度である。好適な実施形態では、十分な間隔と駆動電圧とが与えられれば、ミラープレート204は、90度程度回転できる。スペーサ支持フレーム210は、ヒンジ206を支持することもでき、また、ミラープレート204と、ミラーアレイ103中の他のミラープレート204との間隔を確保する。このスペーサ支持フレーム210には、スペーサ壁の幅212があり、ミラープレート204と支持フレーム210との間隔に、この幅を加えると、隣接するマイクロミラー202の隣接するミラープレート204間の距離と実質的に等しくなる。一実施形態では、このスペース壁の幅212は1ミクロン以下である。好適な一実施形態では、このスペース壁の幅212は、0.5ミクロン以下である。このことによって、ミラープレート204同士が密接に配置され、ミラーアレイ103の充填率が増加する。 As shown in FIGS. 2 a, 2 b, 3, 4 a, 4 b, 6, and 7 a, the spacer support frame 210 allows the mirror plate 204 to be connected to the electrode 126 so that the mirror plate 204 can be deflected downward at a predetermined angle. And a predetermined distance on the addressing circuit. The spacer support frame 210 is preferably formed from the same first substrate 105 as shown in FIGS. 2a, 4a, 12a and 13, and more preferably includes a spacer support wall located at a right angle. This wall helps define the height of the spacer support frame 210. The height of the spacer support frame 210 is selected based on the desired distance between the mirror plate 204 and the electrode 126 and the three-dimensional design of the electrode. The higher the height, the larger the mirror plate 204 can be deflected, and the larger the maximum deflection angle. Higher contrast ratios are generally achieved with larger deflection angles. In one embodiment, the deflection angle of the mirror plate 204 is 12 degrees. In a preferred embodiment, the mirror plate 204 can rotate as much as 90 degrees if sufficient spacing and drive voltage are provided. The spacer support frame 210 can also support the hinge 206, and ensures a space between the mirror plate 204 and another mirror plate 204 in the mirror array 103. The spacer support frame 210 has a spacer wall width 212. When this width is added to the distance between the mirror plate 204 and the support frame 210, the distance between the adjacent mirror plates 204 of the adjacent micromirrors 202 is substantially equal. Are equal. In one embodiment, the space wall width 212 is 1 micron or less. In one preferred embodiment, the space wall width 212 is 0.5 microns or less. As a result, the mirror plates 204 are closely arranged, and the filling rate of the mirror array 103 increases.
一部の実施形態では、マイクロミラー202は、プレート204が、所定の角度まで下向きに偏向した場合に、このミラープレート204の偏向を停止する部品405a、405bを含む。通常、この種の部品は、動作ストッパ405a、405b、およびランディングチップ710a、710bを含んでもよい。図4a、6、7a、7b、8、13、および15に示すように、ミラー面204が偏向すると、ミラープレート204上の動作ストッパ405aまたは405bは、ランディングチップ710(710aまたは710bのいずれか一方)と接触する。このようになると、ミラープレート204は、それ以上偏向できない。この動作ストッパ405a、405bおよびランディングチップ710a、710bには、いくつかの可能な構成がある。図4a、6、7a、8、13、および15に示す実施形態では、動作ストッパは、ミラープレート204の下面201に取り付けられた円柱状の、あるいは機械的なストッパ405a、405bであり、ランディングチップ710は、第2の基板107上の対応する円形領域である。図7a、7b、および8に示す実施形態では、ランディングチップ710a、710bは、スペーサ支持フレーム210と電気的に接続され、従って、動作ストッパ405aまたは405bに対し電位差がゼロボルトであり、動作ストッパ405aまたは405bが、それぞれランディングチップ710aまたは710bに粘着または溶着しないようにする。従って、ミラープレート204がスペーサ支持フレーム210に対して、(機械的ストッパ405a、405bの長さと位置とによって決まる)所定の角度を越えて回転しようとする場合は、機械的動作ストッパ405aまたは405bは、それぞれのランディングチップ710aまたは710bと物理的な接触状態となり、ミラープレート204がそれ以上回転しないようにする。 In some embodiments, the micromirror 202 includes parts 405a, 405b that stop deflection of the mirror plate 204 when the plate 204 deflects downward to a predetermined angle. Typically, this type of component may include motion stoppers 405a, 405b and landing tips 710a, 710b. As shown in FIGS. 4a, 6, 7a, 7b, 8, 13, and 15, when the mirror surface 204 is deflected, the motion stopper 405a or 405b on the mirror plate 204 is moved to the landing tip 710 (either 710a or 710b). ). When this happens, the mirror plate 204 cannot deflect any further. The motion stoppers 405a, 405b and landing tips 710a, 710b have several possible configurations. In the embodiment shown in FIGS. 4a, 6, 7a, 8, 13, and 15, the motion stopper is a cylindrical or mechanical stopper 405a, 405b attached to the lower surface 201 of the mirror plate 204, and the landing tip Reference numeral 710 denotes a corresponding circular region on the second substrate 107. In the embodiment shown in FIGS. 7a, 7b, and 8, the landing tips 710a, 710b are electrically connected to the spacer support frame 210 and thus have a potential difference of zero volts relative to the operating stopper 405a or 405b. 405b prevents sticking or welding to landing tips 710a or 710b, respectively. Therefore, if the mirror plate 204 is to rotate beyond a predetermined angle (determined by the length and position of the mechanical stoppers 405a, 405b) relative to the spacer support frame 210, the mechanical motion stopper 405a or 405b is , Physical contact with each landing chip 710a or 710b prevents the mirror plate 204 from rotating further.
好適な実施形態では、動作ストッパ405a、405bは、第1の基板105から作製され、また、ミラープレート204、ヒンジ206、コネクタ216、およびスペーサ支持フレーム210と同じ材料で作製される。ランディングチップ710a、710bもまた、動作ストッパ405a、405b、ミラープレート204、ヒンジ206、コネクタ216、およびスペーサ支持フレーム210と同じ材料で作製されることが好ましい。この材料が単結晶シリコンである場合の実施形態では、動作ストッパ405a、405b、およびランディングチップ710a、710bは、機能的に長寿命である硬質材料から作製され、そのため、ミラーアレイ103は、長期間、持ちこたえることができる。さらに、単結晶シリコンが硬質材料であるため、動作ストッパ405aまたは405bが、それぞれランディングチップ710aまたは710bと接触する面積を小さく作製することができ、それによって、粘着力が大幅に減少し、ミラープレート204が自由に偏向できる。また、これが意味することは、動作ストッパ405aまたは405b、およびランディングチップ710aまたは710bが等電位に保たれ、それによって、動作ストッパ405aまたは405b、およびランディングチップ710aまたは710bが異なる電位にある場合の溶着および電荷注入過程を介して生じる粘着が起こらないようにするということである。本発明は、ミラープレート204の偏向を停止する上記で説明した部品および技術には限定されない。当該技術で既知のあらゆる部品および技術を用いてもよい。 In a preferred embodiment, the motion stoppers 405a, 405b are made from the first substrate 105 and are made of the same material as the mirror plate 204, hinge 206, connector 216, and spacer support frame 210. The landing tips 710a and 710b are also preferably made of the same material as the motion stoppers 405a and 405b, the mirror plate 204, the hinge 206, the connector 216, and the spacer support frame 210. In an embodiment where this material is single crystal silicon, the motion stoppers 405a, 405b and landing tips 710a, 710b are made from a hard material that is functionally long-lived, so that the mirror array 103 is , Can hold up. Furthermore, since the single crystal silicon is a hard material, the operation stopper 405a or 405b can be made to have a small contact area with the landing chip 710a or 710b, respectively, thereby greatly reducing the adhesive force and the mirror plate. 204 can be freely deflected. This also means that the operation stopper 405a or 405b and the landing tip 710a or 710b are kept at the same potential, so that the operation stopper 405a or 405b and the landing tip 710a or 710b are welded at different potentials. And avoiding sticking that occurs through the charge injection process. The present invention is not limited to the components and techniques described above that stop the deflection of the mirror plate 204. Any part and technique known in the art may be used.
図4aは、単一のマイクロミラー202の裏面を示す斜視図であり、支持壁210、(面204aおよび204bを含み、上面205と下面201とを有する)ミラープレート204、ヒンジ206、コネクタ216、および機械的ストッパ405aおよび405bが含まれる。図4bは、図4aに示すマイクロミラー202の隅部237のより詳細な斜視図である。 FIG. 4a is a perspective view showing the back surface of a single micromirror 202, including a support wall 210, a mirror plate 204 (including surfaces 204a and 204b and having an upper surface 205 and a lower surface 201), a hinge 206, a connector 216, And mechanical stoppers 405a and 405b. 4b is a more detailed perspective view of the corner 237 of the micromirror 202 shown in FIG. 4a.
図5は、9個のマイクロミラー202−1〜202−9を有するマイクロミラーアレイ103の上部および側部を示す斜視図である。図5は、3行と3列の合計9個のマイクロミラー202を備えたマイクロミラーアレイ103を示すが、他の規模のマイクロミラーアレイ103を考えてもよい。通常、各マイクロミラー202は、ビデオディスプレイ上の画素に対応する。従って、より多くのマイクロミラー202を備えたより大きなアレイ103であるほど、より多くの画素を備えたビデオディスプレイが実現される。 FIG. 5 is a perspective view showing an upper part and a side part of the micromirror array 103 having nine micromirrors 202-1 to 202-9. FIG. 5 shows a micromirror array 103 having nine micromirrors 202 in three rows and three columns, but micromirror arrays 103 of other scales may be considered. Typically, each micromirror 202 corresponds to a pixel on the video display. Therefore, the larger the array 103 with more micromirrors 202, the more video display with more pixels is realized.
図5に示すように、マイクロミラーアレイ103の表面は、大きな充填率を有する。つまり、マイクロミラーアレイ103表面のほとんどが、マイクロミラー202の反射面203で構成される。マイクロミラーアレイ103表面のごくわずかな部分が、非反射部である。図5に示すように、マイクロミラーアレイ103表面の非反射部は、マイクロミラー202の反射面203間の領域である。例えば、ミラー202−1と202−2との間の領域の幅は、スペーサ支持壁の幅212、およびミラー202−1のミラープレート204とスペーサ支持壁210とのすき間の幅と、ミラー202−2のミラープレート204とスペーサ支持壁210とのすき間の幅の和で決まる。図2a、2b、3、4a、および4bに示すような単一のミラー202は、それ自身のスペーサ支持フレーム210を有するように説明されているが、通常は、ミラー202−1および202−2などのミラー間には、2つの個別に隣接するスペーサ壁210はないことに留意されたい。それどころか、ミラー202−1と202−2との間には、通常は、支持フレーム210の1つの物理的なスペーサ壁しかない。ミラープレート204の偏向の際の並進変位がないので、上記のすき間とスペーサ壁の幅は、作製技術がサポートする形状程度に小さく作ることができる。従って、一実施形態では、このすき間は0.2ミクロンであり、他の実施形態では、このすき間は0.13ミクロン以下である。半導体作製技術によって、より小さな形状の作製が可能になるので、スペーサ壁210およびすき間の寸法を小さくし、より高い充填率を可能にすることができる。本発明の実施形態によって、高充填率が可能になる。好適な実施形態では、充填率は96%あるいはそれ以上となる。 As shown in FIG. 5, the surface of the micromirror array 103 has a large filling factor. That is, most of the surface of the micromirror array 103 is constituted by the reflection surface 203 of the micromirror 202. A very small portion of the surface of the micromirror array 103 is a non-reflective portion. As shown in FIG. 5, the non-reflective portion on the surface of the micromirror array 103 is a region between the reflective surfaces 203 of the micromirror 202. For example, the width of the region between the mirrors 202-1 and 202-2 includes the width 212 of the spacer support wall and the width of the gap between the mirror plate 204 and the spacer support wall 210 of the mirror 202-1 and the mirror 202-. 2 is determined by the sum of the widths of the gaps between the mirror plate 204 and the spacer support wall 210. Although a single mirror 202 as shown in FIGS. 2a, 2b, 3, 4a, and 4b has been described as having its own spacer support frame 210, typically mirrors 202-1 and 202-2 are used. Note that there are no two individually adjacent spacer walls 210 between such mirrors. On the contrary, there is usually only one physical spacer wall of the support frame 210 between the mirrors 202-1 and 202-2. Since there is no translational displacement when the mirror plate 204 is deflected, the gap and the width of the spacer wall can be made as small as the shape supported by the fabrication technique. Thus, in one embodiment, this gap is 0.2 microns, and in other embodiments, this gap is 0.13 microns or less. Since the semiconductor fabrication technique enables fabrication of a smaller shape, the spacer wall 210 and the gap can be reduced in size and a higher filling rate can be achieved. Embodiments of the present invention allow for high fill rates. In a preferred embodiment, the fill factor will be 96% or higher.
図6は、9個のマイクロミラーを有するマイクロミラーアレイ103の底部および側部を示す斜視図である。図6に示すように、マイクロミラー202のスペーサ支持フレーム210の支持壁は、ミラープレート204の下のキャビティを画定する。このキャビティは、ミラープレート204が下向きに偏向するための空間を与え、また、電極126を備えた第2の層103および/または制御回路106を備えた第3の層を配置するために、ミラープレート204の下に広い領域を割り当てる。図6には、(面204a、204bを含む)ミラープレート204の下面201、さらにスペーサ支持フレーム210の底部、トーションバネヒンジ206、コネクタ216、および動作ストッパ405a、405bも示す。 FIG. 6 is a perspective view showing the bottom and sides of a micromirror array 103 having nine micromirrors. As shown in FIG. 6, the support wall of the spacer support frame 210 of the micromirror 202 defines a cavity below the mirror plate 204. This cavity provides a space for the mirror plate 204 to deflect downwards, and to place a second layer 103 with electrodes 126 and / or a third layer with control circuitry 106. Allocate a large area under the plate 204. FIG. 6 also shows the lower surface 201 of the mirror plate 204 (including the surfaces 204a, 204b), the bottom of the spacer support frame 210, the torsion spring hinge 206, the connector 216, and the operating stoppers 405a, 405b.
図5および図6に示すように、ミラープレート204の法線方向である光は、そのほとんどが、マイクロミラーアレイ103を通過し、電極126や、マイクロミラーアレイ103の下にある制御回路104に届くことはできない。これは、スペーサ支持フレーム210と、ミラープレート204の上面の上にあり、かつヒンジの一部の上にある反射面203とが、マイクロミラーアレイ103の下にある制御回路に対して、ほぼ完全に覆っているからである。また、スペーサ支持フレーム210が、ミラープレート204と、マイクロミラーアレイ130の下にある回路とを分離しているので、垂直ではない角度でミラープレート204に入射し、ミラープレート204を通過する光は、スペーサ支持フレーム204の壁面に当たり、マイクロミラーアレイ103の下にある回路には届かない可能性が高い。ミラーアレイ193へ入射する強い光は、回路にはほとんど届かないので、SLM100は、回路に入射する強い光に付随する問題を回避できる。この問題には、回路を加熱する入射光、および回路素子を帯電させる入射光のフォトンも含まれ、このいずれもが、回路に誤動作を生じさせる原因となりうる。 As shown in FIGS. 5 and 6, most of the light in the normal direction of the mirror plate 204 passes through the micromirror array 103 and passes to the electrode 126 and the control circuit 104 under the micromirror array 103. Cannot reach. This is almost complete for the control circuit in which the spacer support frame 210 and the reflective surface 203 on the top surface of the mirror plate 204 and on a part of the hinge are under the micromirror array 103. It is because it covers. Further, since the spacer support frame 210 separates the mirror plate 204 and the circuit under the micromirror array 130, the light that enters the mirror plate 204 at a non-vertical angle and passes through the mirror plate 204 is There is a high possibility that it hits the wall surface of the spacer support frame 204 and does not reach the circuit under the micromirror array 103. Since the strong light incident on the mirror array 193 hardly reaches the circuit, the SLM 100 can avoid the problems associated with the strong light incident on the circuit. This problem includes incident light that heats the circuit and photons of incident light that charges the circuit elements, both of which can cause the circuit to malfunction.
図12aは、本発明の別の実施形態によるマイクロミラー202の斜視図であり、図12bは、このマイクロミラー202の隅部238のより詳細な斜視図である。この実施形態のトーションヒンジ206は、スペーサ支持フレーム210のスペーサ支持壁と平行である。ミラープレート204は、このミラープレート204とそれに対応する電極126との間に電圧バイアスを印加することによって、電極方向に選択的に偏向する。図12aに示す実施形態では、図2aおよび2bに示す対角線方向のヒンジ206を備えたミラー202と比べ、同じ高さの支持壁からでも、より狭い角運動範囲が提供される。それでも、図2aおよび2bに示す実施形態のように、図12aおよび12bに示した実施形態のヒンジ206は、ミラープレート204の上面205の下にあり、反射面204に隠されているために、高い充填率、高い光学効率、高いコントラスト比、低い度合いの光の散乱と回折、および信頼性が高くコスト効率のよい性能を備えたSLM100が実現できる。図12bは、マイクロミラー202の隅部のより詳細な斜視図であり、ミラープレート204、ヒンジ206、スペーサ支持フレーム210の支持壁、および反射面203を示す。図13は、ヒンジ206と、コネクタ216と、動作ストッパ405aとを含む単一のマイクロミラー202の裏面を示す。他の実施形態では、ヒンジ206は、ミラープレート204の辺の1つと実質的に平行であってもよく、また、ミラープレート204を2つの部分405aおよび405bに分割するように位置してもよい。図14および15は、図12a、12bおよび13に示したような複数のマイクロミラー202から構成されるマイクロミラーアレイの斜視図を示す。
空間光変調器の作製
12a is a perspective view of a micromirror 202 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 12b is a more detailed perspective view of a corner 238 of the micromirror 202. FIG. The torsion hinge 206 in this embodiment is parallel to the spacer support wall of the spacer support frame 210. The mirror plate 204 is selectively deflected in the electrode direction by applying a voltage bias between the mirror plate 204 and the corresponding electrode 126. In the embodiment shown in FIG. 12a, a narrower range of angular motion is provided even from the same height support wall compared to the mirror 202 with the diagonal hinge 206 shown in FIGS. 2a and 2b. Nevertheless, like the embodiment shown in FIGS. 2a and 2b, the hinge 206 of the embodiment shown in FIGS. 12a and 12b is below the top surface 205 of the mirror plate 204 and is hidden by the reflective surface 204, An SLM 100 with high fill factor, high optical efficiency, high contrast ratio, low degree of light scattering and diffraction, and reliable and cost-effective performance can be realized. FIG. 12 b is a more detailed perspective view of the corners of the micromirror 202 showing the mirror plate 204, the hinge 206, the support wall of the spacer support frame 210, and the reflective surface 203. FIG. 13 shows the back side of a single micromirror 202 that includes a hinge 206, a connector 216, and a motion stop 405a. In other embodiments, the hinge 206 may be substantially parallel to one of the sides of the mirror plate 204 and may be positioned to divide the mirror plate 204 into two portions 405a and 405b. . 14 and 15 show perspective views of a micromirror array composed of a plurality of micromirrors 202 as shown in FIGS. 12a, 12b and 13. FIG.
Fabrication of spatial light modulator
図9aは、空間光変調器100の作製方法の好適な一実施形態を説明するフローチャートである。図9bから9mは、空間光変調器100の好適な作製方法をより詳細に示す図であり、図16aから16eは、図9eから9mと併せて、別の好適な作製方法を示す図である。 FIG. 9 a is a flowchart illustrating a preferred embodiment of a method for manufacturing the spatial light modulator 100. FIGS. 9b to 9m are diagrams showing in detail a preferable manufacturing method of the spatial light modulator 100, and FIGS. 16a to 16e are diagrams showing another preferable manufacturing method in combination with FIGS. 9e to 9m. .
図9aを参照すると、最初に、マイクロミラー202を部分的に作製するために、マスクを作製する。このマスク1000の好適な実施形態は、図10に示され、スペーサ支持フレーム210および支持壁を画定するマイクロミラーアレイ103の裏面上のキャビティを形成するために、第1の基板104の一方の側からエッチングすべき場所を画定する。図10に示すように、マスク1000の領域1004は、第1の基板105がエッチングされないようにするフォトレジスト材料、またはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を含む他の誘電体材料である。図10の領域1002は、キャビティを形成するためにエッチングされるべき、基板が露出した領域である。エッチングされない領域1004は、そのままの状態であり、スペーサ支持フレーム210のスペーサ支持壁を形成する。 Referring to FIG. 9a, first, a mask is fabricated to partially fabricate the micromirror 202. FIG. A preferred embodiment of this mask 1000 is shown in FIG. 10 and is provided on one side of the first substrate 104 to form a cavity on the back surface of the micromirror array 103 that defines the spacer support frame 210 and support walls. To define the location to be etched. As shown in FIG. 10, the region 1004 of the mask 1000 is a photoresist material that prevents the first substrate 105 from being etched, or other dielectric material including a silicon oxide film or a silicon nitride film. Region 1002 in FIG. 10 is an exposed region of the substrate that is to be etched to form a cavity. The unetched region 1004 remains as it is and forms a spacer support wall of the spacer support frame 210.
一実施形態では、SF6ガス、HBrガス、および酸素ガスを、それぞれ100sccm、50sccm、および10sccmの流速で流しながら、反応性イオンエッチングチャンバで第1の基板105をエッチングする。運転時の圧力は10〜50mTorrの範囲であり、バイアス電力は60W、電源出力は300Wである。他の実施形態では、Cl2ガス、HBrガス、および酸素ガスを、それぞれ100sccm、50sccm、および10sccmの流速で流しながら、反応性イオンエッチングチャンバで第1の基板105をエッチングする。以上の実施形態では、エッチングプロセスは、キャビティが約3〜4ミクロンの深さになると終了する。この深さは、その場光干渉技術などの、その場エッチング深さモニタを用いて、あるいはエッチング速度を見計らって測定する。 In one embodiment, the first substrate 105 is etched in a reactive ion etching chamber while SF 6 gas, HBr gas, and oxygen gas are flowed at flow rates of 100 sccm, 50 sccm, and 10 sccm, respectively. The pressure during operation is in the range of 10 to 50 mTorr, the bias power is 60 W, and the power output is 300 W. In other embodiments, the first substrate 105 is etched in a reactive ion etch chamber while flowing Cl 2 gas, HBr gas, and oxygen gas at flow rates of 100 sccm, 50 sccm, and 10 sccm, respectively. In the above embodiment, the etching process ends when the cavity is about 3-4 microns deep. This depth is measured using an in-situ etch depth monitor, such as an in-situ optical interference technique, or by looking at the etch rate.
他の実施形態では、このキャビティは異方性反応性イオンエッチングプロセスでウエハ内に形成される。このウエハは、反応チャンバ内に設置される。SF6ガス、HBrガス、および酸素ガスが、それぞれ100sccm、50sccm、および20sccmの流量で反応チャンバ内に導入される。バイアス電力の設定50W、および電源出力150Wが、圧力50mTorrの条件で約5分間用いられる。次に、ウエハは、圧力1mTorrで、裏面に20sccmの流量のヘリウムガスを流すことで冷却される。好適な一実施形態では、このエッチングプロセスは、キャビティが、約3〜4ミクロンの深さになると終了する。この深さは、その場光干渉技術などの、その場エッチング深さモニタを用いて、あるいはエッチング速度を見計らって測定する。 In other embodiments, the cavity is formed in the wafer by an anisotropic reactive ion etching process. This wafer is placed in a reaction chamber. SF 6 gas, HBr gas, and oxygen gas are introduced into the reaction chamber at flow rates of 100 sccm, 50 sccm, and 20 sccm, respectively. A bias power setting of 50 W and a power output of 150 W are used for about 5 minutes under conditions of a pressure of 50 mTorr. Next, the wafer is cooled by flowing helium gas at a flow rate of 20 sccm on the back surface at a pressure of 1 mTorr. In one preferred embodiment, the etching process ends when the cavity is about 3-4 microns deep. This depth is measured using an in-situ etch depth monitor, such as an in-situ optical interference technique, or by looking at the etch rate.
フォトリソグラフィなどの標準的な技術を用いて、第1の基板105上にマスクを作製することができる。前に述べたように、好適な一実施形態では、マイクロミラー202が、単結晶シリコンなどの単一の材料から形成される。従って、好適な一実施形態では、第1の基板105は、単結晶シリコンウエハである。通常、複数のSLM100に用いらる複数のマイクロミラーアレイ103は、単一のウエハ上に作製され、後で分離されることに留意されたい。このマイクロミラーアレイ103を形成するために作製された構造は、通常、CMOS回路に用いられる寸法よりも大きいので、このマイクロミラーアレイ103構造を、CMOS回路を作製するための既知の技術を用いて形成することは比較的容易である。 A mask can be formed on the first substrate 105 using a standard technique such as photolithography. As previously mentioned, in one preferred embodiment, the micromirror 202 is formed from a single material, such as single crystal silicon. Thus, in a preferred embodiment, the first substrate 105 is a single crystal silicon wafer. Note that typically multiple micromirror arrays 103 used in multiple SLMs 100 are fabricated on a single wafer and later separated. Since the structure fabricated to form this micromirror array 103 is typically larger than the dimensions used for CMOS circuits, this micromirror array 103 structure can be fabricated using known techniques for fabricating CMOS circuits. It is relatively easy to form.
図9bは、作製前の第1の基板105を示す断面図である。基板105は、最初に、所定の厚みを有する素子層1615と、絶縁酸化物層1610と、ハンドリング基板1605とを含む。素子層1615は、基板105の第1の側に位置し、ハンドリング基板1605は、基板105の第2の側に位置する。好適な実施形態では、素子層1615は、単結晶シリコン材料で作製され、約2ミクロンから約3ミクロンの間の厚みを有する。図9bに示すような基板105は、当該技術では既知の標準的なシリコン・オン・インシュレータ(SOI)プロセスを用いて作製してもよいし、Soitec社、Shinetsu社、あるいはSilicon Genesis社などのシリコンウエハのサプライヤから購入してもよい。 FIG. 9B is a cross-sectional view showing the first substrate 105 before fabrication. The substrate 105 first includes an element layer 1615 having a predetermined thickness, an insulating oxide layer 1610, and a handling substrate 1605. The element layer 1615 is located on the first side of the substrate 105, and the handling substrate 1605 is located on the second side of the substrate 105. In a preferred embodiment, device layer 1615 is made of a single crystal silicon material and has a thickness between about 2 microns and about 3 microns. The substrate 105 as shown in FIG. 9b may be fabricated using a standard silicon-on-insulator (SOI) process known in the art, or silicon such as Soitec, Shinetsu, or Silicon Genesis. It may be purchased from a wafer supplier.
図9bを参照すると、浅いキャビティ198が、第1の基板105の第1の側にある素子層1615内にエッチングされる。このエッチングの詳細は、上記、特に段落59〜61に説明されている。エッチングの深さは、ほぼ、動作ストッパ405a、405b(形成予定)の端部と、(以下で説明するように、第2の基板107が第1の基板105と接合した後の)第2の基板107との間隔197である。このエッチング深さ197は、後のエッチングステップで最終的に作製される動作ストッパ405a、405bの長さを定める。図9cおよび9dに示すように、2つの動作ストッパ405aおよび405bは、好ましくはフォトリソグラフィ技術を用いて、第1の基板105の素子層1615からエッチングされる。この場合もやはり、このエッチングの詳細は、上記の段落59〜61で説明されている。 With reference to FIG. 9 b, a shallow cavity 198 is etched into the device layer 1615 on the first side of the first substrate 105. Details of this etching are described above, particularly in paragraphs 59-61. The etching depth is approximately the end of the operation stoppers 405a, 405b (to be formed) and the second (after the second substrate 107 is bonded to the first substrate 105, as will be described below). The distance from the substrate 107 is 197. The etching depth 197 determines the length of the operation stoppers 405a and 405b that are finally produced in a later etching step. As shown in FIGS. 9c and 9d, the two motion stoppers 405a and 405b are etched from the element layer 1615 of the first substrate 105, preferably using photolithography techniques. Again, the details of this etching are described in paragraphs 59-61 above.
図16a〜16eは、キャビティを備えた第1の基板105を作製する別の方法を示す。図16aは、作製前の第1の基板105の断面図を表す。図9bの第1の基板105のように、図16aの第1の基板105は、最初に、所定の厚みを有する素子層1615と、絶縁酸化物層1610と、ハンドリング基板1605とを含む。素子層1615は、基板105の第1の側に位置し、ハンドリング基板1605は、基板105の第2の側に位置する。このような第1の基板105は、当該技術では既知の標準的なシリコン・オン・インシュレータ(SOI)プロセスを用いて作製してもよいし、上記の会社を含むシリコンウエハのサプライヤから購入してもよい。この実施形態では、素子層1615は、単結晶シリコン材料で作製され、図16eに示すように、素子層1615の上端部1615aは、所定の厚み、好ましくは0.2ミクロンから0.4ミクロンまでの間の厚みを有する。この素子層上端部1615aの厚みは、最終的に作製されるミラープレート204の厚みとほぼ等しくなる。 Figures 16a to 16e show another method of making the first substrate 105 with cavities. FIG. 16a represents a cross-sectional view of the first substrate 105 before fabrication. Like the first substrate 105 of FIG. 9b, the first substrate 105 of FIG. 16a initially includes an element layer 1615 having a predetermined thickness, an insulating oxide layer 1610, and a handling substrate 1605. The element layer 1615 is located on the first side of the substrate 105, and the handling substrate 1605 is located on the second side of the substrate 105. Such first substrate 105 may be fabricated using a standard silicon-on-insulator (SOI) process known in the art, or purchased from a silicon wafer supplier including the above companies. Also good. In this embodiment, the device layer 1615 is made of a single crystal silicon material, and the upper end 1615a of the device layer 1615 has a predetermined thickness, preferably from 0.2 microns to 0.4 microns, as shown in FIG. 16e. Having a thickness between. The thickness of the element layer upper end portion 1615a is substantially equal to the thickness of the mirror plate 204 to be finally produced.
図16bを参照すると、前の段落で説明した層1610および1615と、基板1605とを有する第1の基板105を(作製もしくは購入によって)得た後に、シリコン酸化物などの誘電体材料1620が、第1の基板105の素子層1615上に堆積される。 Referring to FIG. 16b, after obtaining (by fabrication or purchase) the first substrate 105 having the layers 1610 and 1615 described in the previous paragraph and the substrate 1605, a dielectric material 1620 such as silicon oxide is obtained. Deposited on the device layer 1615 of the first substrate 105.
この誘電体材料1620は、次に、当該技術では既知の標準的なフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いてエッチングされ、スペーサ支持フレーム210の支持壁が位置することになる所定の位置に、開口部1625および1626を形成する。図16cに示すように、このエッチングされた誘電体材料1620は、次のプロセスステップ用のマスクと開口部1625および1626とを形成する。 This dielectric material 1620 is then etched using standard photolithography and etching techniques known in the art, with openings 1625 in place where the support walls of spacer support frame 210 will be located. And 1626 are formed. This etched dielectric material 1620 forms a mask and openings 1625 and 1626 for the next process step, as shown in FIG. 16c.
図16cに示す好適な実施形態では、エピタキシャル成長用の「シード(seed)」機能を果たす素子層1615の単結晶シリコン材料を用いて、エピタキシャル成長プロセスによって、単結晶シリコン材料1627および1628を、誘電体材料1620の開口部1625および1626内に成長させる。通常は、開口部1627および1628に成長した材料は、素子層1615(またはシード)と同じ材料であり、素子層1615と同じ結晶構造を有する。図16cに示す実施形態では、成長した単結晶シリコン材料1627および1628は、最終的には、マイクロミラーアレイ103用のスペーサ支持フレーム210の支持壁になる予定である。 In the preferred embodiment shown in FIG. 16c, the single crystal silicon material 1627 and 1628 is transformed into a dielectric material by an epitaxial growth process using the single crystal silicon material of the device layer 1615 that performs the “seed” function for epitaxial growth. Grows in 1620 openings 1625 and 1626. Usually, the material grown in the openings 1627 and 1628 is the same material as the element layer 1615 (or seed) and has the same crystal structure as the element layer 1615. In the embodiment shown in FIG. 16 c, the grown single crystal silicon materials 1627 and 1628 will eventually become the support walls of the spacer support frame 210 for the micromirror array 103.
最後に、誘電体材料1620は除去され、図16eに示す構造になる。この結果形成された構造は、図16eの構造には動作ストッパ405aも405bもないということ以外は、図9dに示す第1の基板と同一の構造を有する第1の基板105となる。しかし、今までの説明を考えると、当業者であれば、図16eに示す構造に、動作ストッパ405a、405bをいかにして付加するかは理解できるであろう。例えば、この動作ストッパ405a、405bは、スペーサ支持フレーム210の支持壁のように、エッチングとエピタキシャル成長によって形成されてもよい。このように、図16a〜16eは、第1の基板105にある素子層1615の上端部1615aの厚みが精密に制御された、第1の基板105にキャビティを作製する別の方法を提供する。図9e〜9mに示す各ステップを完了すると、隠れヒンジを備えた高充填率反射型空間光変調器100が作製される。 Finally, the dielectric material 1620 is removed, resulting in the structure shown in FIG. 16e. The resulting structure is a first substrate 105 that has the same structure as the first substrate shown in FIG. 9d, except that the structure of FIG. 16e does not have motion stoppers 405a and 405b. However, considering the above description, those skilled in the art will understand how to add the operation stoppers 405a and 405b to the structure shown in FIG. 16e. For example, the operation stoppers 405 a and 405 b may be formed by etching and epitaxial growth like the support wall of the spacer support frame 210. Thus, FIGS. 16 a-16 e provide another method of creating a cavity in the first substrate 105 in which the thickness of the upper end 1615 a of the element layer 1615 in the first substrate 105 is precisely controlled. When the steps shown in FIGS. 9e to 9m are completed, a high filling factor reflective spatial light modulator 100 with a hidden hinge is produced.
図9aを参照すると、第1の基板105へのキャビティの作製とは別に、電極126の一部または全部と、アドレス指定・制御回路106が、図9aおよび9eに示すように第2の基板107の第1の側703に形成される。この第2の基板107は、石英などの透明材料であってもよく、また他の材料であってもよい。この第2の基板が石英である場合は、トランジスタは、結晶シリコンとの対比として、ポリシリコンで形成してもよい。回路は、標準的なCMOS作製技術を用いて形成されることが好ましい(906)。例えば、一実施形態では、第2の基板107上に形成または作製された制御回路106(906)は、アレイ状のメモリセル、行アドレス回路、および列データ読み込み回路を含む。アドレス指定機能を実行する電子回路の作製には、多くの異なった方法がある。通常知られているDRAM素子、SRAM素子、およびラッチ素子が、全て、アドレス指定機能を実行してもよい。ミラープレート204の領域は、半導体スケールと比べて大きい場合がある(例えば、ミラープレート204は、225平方ミクロンの面積を有する場合がある)ので、マイクロミラー202の下に、複雑な回路を製造することができる。考えられる回路としては、限定するわけではないが、時系列の画素情報を記憶する記憶バッファ、さまざまな電圧レベルで電極126を駆動することによって、ミラープレート204と電極126との分離距離に生じる可能性がある不均一性を補償する回路、およびパルス幅変調変換を実行する回路が含まれる。 Referring to FIG. 9a, apart from the creation of the cavity in the first substrate 105, some or all of the electrodes 126 and the addressing / control circuit 106 are connected to the second substrate 107 as shown in FIGS. 9a and 9e. Formed on the first side 703. The second substrate 107 may be a transparent material such as quartz, or may be another material. In the case where the second substrate is quartz, the transistor may be formed of polysilicon in contrast to crystalline silicon. The circuit is preferably formed using standard CMOS fabrication techniques (906). For example, in one embodiment, the control circuit 106 (906) formed or fabricated on the second substrate 107 includes an array of memory cells, a row address circuit, and a column data read circuit. There are many different ways to create an electronic circuit that performs the addressing function. Normally known DRAM devices, SRAM devices, and latch devices may all perform the addressing function. Since the area of the mirror plate 204 may be large compared to a semiconductor scale (eg, the mirror plate 204 may have an area of 225 square microns), a complex circuit is fabricated under the micromirror 202. be able to. Possible circuits include, but are not limited to, a storage buffer that stores time-series pixel information, and by driving the electrode 126 at various voltage levels, it can occur at the separation distance between the mirror plate 204 and the electrode 126. A circuit that compensates for non-uniformity and a circuit that performs pulse width modulation conversion are included.
制御回路106は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物などの保護層で覆われる。次に、メタライゼーション層が堆積される。このメタライゼーション層は、パターニングおよびエッチングが施され、電極126、さらに一実施形態ではバイアス/リセットバスを画定する。この電極126は、1つまたは複数の電極126が、各マイクロミラー202に対応するように、作製中に配置される。通常は、多数のSLMで用いられる多数の回路セットが、後で分離されることになる第2の基板107上に形成される(906)。 The control circuit 106 is covered with a protective layer such as silicon oxide or silicon nitride. Next, a metallization layer is deposited. This metallization layer is patterned and etched to define the electrode 126, and in one embodiment a bias / reset bus. This electrode 126 is placed during fabrication so that one or more electrodes 126 correspond to each micromirror 202. Typically, multiple circuit sets used in multiple SLMs are formed 906 on the second substrate 107 that will be separated later.
図9dまたは図16eに示す第1の基板105は、次に、図9aおよび9eに示すように、第2の基板107に接合される(910)。図9fに示すように、第1の基板105は、第2の基板107の反対側に最上層905を有する。第1の基板105のキャビティおよび動作ストッパ405a、405bを備える側が、第2の基板の電極126を有する側に接合される。基板105および107は、第2の基板107上の電極が、マイクロミラーアレイ103のマイクロミラー202の偏向を制御する正確な位置にくるように位置合わせされる。一実施形態では、この2つの基板105および107は、二重焦点顕微鏡を用いて、第1の基板105上のパターンを第2の基板107上のパターンと合わせることによって光学的に位置合わせされる。そして、この2つの基板105および107は、陽極接合や共晶接合などの低温接合法を用いて互いに接合される(910)。好適な実施形態では、この接合(910)は、室温を含む摂氏400度よりも低いあらゆる温度で行うことも可能である。例えば、熱可塑性、または誘電体スピングラスの接合材料を用いることができ、それによって、基板105と107とは熱機械的に接合される。また、この接合(910)は、第1の基板105と第2の基板107との間の良好な機械的密着性を保証し、室温で行うことも可能である。図9eは、互いに接合された第1の基板105と第2の基板107とを示す断面図である。 The first substrate 105 shown in FIG. 9d or FIG. 16e is then bonded (910) to the second substrate 107 as shown in FIGS. 9a and 9e. As shown in FIG. 9 f, the first substrate 105 has a top layer 905 on the opposite side of the second substrate 107. The side of the first substrate 105 having the cavity and the operation stoppers 405a and 405b is bonded to the side of the second substrate having the electrode 126. The substrates 105 and 107 are aligned so that the electrodes on the second substrate 107 are in the correct position to control the deflection of the micromirrors 202 of the micromirror array 103. In one embodiment, the two substrates 105 and 107 are optically aligned by aligning the pattern on the first substrate 105 with the pattern on the second substrate 107 using a double focus microscope. . The two substrates 105 and 107 are bonded to each other using a low-temperature bonding method such as anodic bonding or eutectic bonding (910). In a preferred embodiment, this bonding (910) can be performed at any temperature below 400 degrees Celsius, including room temperature. For example, a thermoplastic or dielectric spin glass bonding material can be used, whereby the substrates 105 and 107 are thermomechanically bonded. In addition, this bonding (910) can be performed at room temperature while ensuring good mechanical adhesion between the first substrate 105 and the second substrate 107. FIG. 9e is a cross-sectional view showing the first substrate 105 and the second substrate 107 bonded to each other.
第1の基板105と第2の基板107とを互いに接合した(910)後、第1の基板105の最上層905は、図9fおよび9aに示すように、所望の厚みまで薄層化される(912)。まず、図9fまたは図16eに示すハンドリング基板1605が、通常は、研磨および/またはエッチングによって除去され、次に、酸化物層1610が、酸化物剥離を実行するための当該技術では既知であるいずれかの技術を用いて剥離される。この酸化物層1610は、所望の厚みを持つ薄層化された第1の基板105を形成するために、薄層化ステップ(912)のための停止マーカの機能を果たし、第1の基板内に配置される。この薄層化プロセスは、研磨および/またはエッチング、好ましくは、ウエットエッチングまたはプラズマエッチングなどのシリコンのバックエッチプロセスを含んでもよい。この結果、図3、7a、8、および9mに示すように、最終的には、ミラープレートの上面205を形成する第1の基板104の上面205が生じる。結果的に、第1の基板105の最終的な厚みは、好適な実施形態では数ミクロンとなる。 After bonding the first substrate 105 and the second substrate 107 together (910), the top layer 905 of the first substrate 105 is thinned to a desired thickness as shown in FIGS. 9f and 9a. (912). First, the handling substrate 1605 shown in FIG. 9f or FIG. 16e is typically removed by polishing and / or etching, and then the oxide layer 1610 is any known in the art for performing oxide stripping. It is peeled off using this technique. This oxide layer 1610 serves as a stop marker for the thinning step (912) to form a thinned first substrate 105 having a desired thickness, and within the first substrate. Placed in. This thinning process may include a back etch process of silicon, such as polishing and / or etching, preferably wet etching or plasma etching. This ultimately results in an upper surface 205 of the first substrate 104 that forms the upper surface 205 of the mirror plate, as shown in FIGS. 3, 7a, 8, and 9m. As a result, the final thickness of the first substrate 105 is a few microns in the preferred embodiment.
次に、ヒンジ206が、2段エッチングプロセスを用いてエッチングされる(913)。まず、図9gに示すように、第1の基板105の上面205がエッチングされ、陥凹部910を形成する。これにより、この陥凹部910に形成される予定のヒンジ206は、ミラープレート204の上面となる第1の基板105の上面205の下に、作製プロセスの最後には実質的に位置することが保証される。次に、図9hおよび9aに示すように、第1の基板105は、再びエッチングされ、第1の基板105のミラープレート部915からヒンジ206を実質的に分離する。図3、4a、4b、12a、12b、および13に例示する実施形態に示すように、ヒンジ206の両端は、スペーサ支持フレーム210のスペーサ支持壁と連結した状態のままである。また、第1の基板105のミラープレート部915は、マイクロミラー202のミラープレート204を形成することになる。 Next, the hinge 206 is etched using a two-step etch process (913). First, as shown in FIG. 9 g, the upper surface 205 of the first substrate 105 is etched to form a recess 910. This ensures that the hinge 206 to be formed in this recess 910 is substantially located at the end of the fabrication process below the upper surface 205 of the first substrate 105, which is the upper surface of the mirror plate 204. Is done. Next, as shown in FIGS. 9 h and 9 a, the first substrate 105 is etched again to substantially separate the hinge 206 from the mirror plate portion 915 of the first substrate 105. As shown in the embodiment illustrated in FIGS. 3, 4 a, 4 b, 12 a, 12 b and 13, both ends of the hinge 206 remain connected to the spacer support walls of the spacer support frame 210. Further, the mirror plate portion 915 of the first substrate 105 forms the mirror plate 204 of the micro mirror 202.
一実施形態では、ヒンジ206は、Cl2ガス、O2ガス、およびN2ガスを、それぞれ100sccm、20sccm、および50sccmの流量で流しながら、デカップルドプラズマソースのチャンバでエッチングされる。運転時の圧力は、4〜10mTorrの範囲であり、バイアス電力は40W、また電源出力は1500Wである。エッチングの深さは、その場光干渉技術などの、その場エッチング深さモニタを用いて、あるいはエッチング速度を見計らって測定する。 In one embodiment, the hinge 206 is etched in a chamber of a decoupled plasma source with Cl 2 gas, O 2 gas, and N 2 gas flowing at flow rates of 100 sccm, 20 sccm, and 50 sccm, respectively. The pressure during operation is in the range of 4 to 10 mTorr, the bias power is 40 W, and the power output is 1500 W. The etching depth is measured using an in-situ etching depth monitor such as in-situ optical interference technique or by measuring the etching rate.
フォトレジストなどの犠牲層920が、次に、第1の基板105上に堆積され(914)、図9iおよび9aに示すように、ヒンジ206と第1の基板105のミラープレート部915との間も含み、ヒンジ206の上および周囲にあるすき間、さらに第1の基板105の上面205上を満たす。このフォトレジストは、基板上に単に塗布するだけでよい。 A sacrificial layer 920 such as photoresist is then deposited on the first substrate 105 (914), between the hinge 206 and the mirror plate portion 915 of the first substrate 105, as shown in FIGS. 9i and 9a. And the gap on and around the hinge 206 and further on the upper surface 205 of the first substrate 105. This photoresist need only be applied onto the substrate.
図9jおよび9aに示すように、次に、エッチバックステップ、または化学的機械処理(CMP)プロセス、あるいは当該技術では既知である任意の技術のいずれかを用いて、犠牲層920を有する第1の基板105は平坦化される(915)。このプロセスでは、確実に、犠牲層920がヒンジの上および周囲にだけは残るように、かつ第1の基板105の上面205上には残らないようにする。この平坦化ステップでは、犠牲層920は、第1の基板105の上面205からのみ除去されるので、除去は比較的容易であることに留意されたい。 Next, as shown in FIGS. 9j and 9a, a first having a sacrificial layer 920 is then performed using either an etch back step, or a chemical mechanical processing (CMP) process, or any technique known in the art. The substrate 105 is planarized (915). This process ensures that the sacrificial layer 920 remains only on and around the hinge and not on the upper surface 205 of the first substrate 105. Note that in this planarization step, the sacrificial layer 920 is removed only from the top surface 205 of the first substrate 105, so that removal is relatively easy.
この平坦化した(ミラープレート204の上面205と、犠牲層920で覆われたヒンジ206の一部の上にあたる部分とを含む)表面上に、図9kおよび9aで示すように、反射面203が堆積され、反射面203を形成する。先に記載したように、この反射面203は、ミラープレート204の上面205よりも大きな面積を有する。また、この反射面は、好ましくはアルミニウム、あるいは当該技術では既知である他のいずれかの反射材料であり、300A以下の厚みであることが好ましい。さらに、この反射面203は、第1の基板105の上面205と、ヒンジ206の一部の上の領域を覆う。図9kは、堆積した反射面203を示す断面図である。この反射面203が薄いことによって、ミラープレート204の上面205の、平坦で滑らかな表面が間違いなく反映される。 On this flattened surface (including the upper surface 205 of the mirror plate 204 and the portion overlying the portion of the hinge 206 covered by the sacrificial layer 920), as shown in FIGS. 9k and 9a, a reflective surface 203 is formed. Deposited to form a reflective surface 203. As described above, the reflecting surface 203 has a larger area than the upper surface 205 of the mirror plate 204. The reflective surface is preferably aluminum or any other reflective material known in the art and preferably has a thickness of 300A or less. Further, the reflection surface 203 covers the upper surface 205 of the first substrate 105 and a region above a part of the hinge 206. FIG. 9 k is a cross-sectional view showing the deposited reflecting surface 203. Due to the thin reflection surface 203, the flat and smooth surface of the upper surface 205 of the mirror plate 204 is definitely reflected.
図9lおよび9aに示すように、反射面203およびミラープレート部915はエッチングされ(917)、ミラープレート204を、第1の基板105のミラープレート部915から分離する。この反射面203およびミラープレート部915のエッチングは、同一のチャンバで行われることが好ましい。 As shown in FIGS. 9l and 9a, the reflective surface 203 and the mirror plate portion 915 are etched (917) to separate the mirror plate 204 from the mirror plate portion 915 of the first substrate 105. The reflection surface 203 and the mirror plate portion 915 are preferably etched in the same chamber.
反射面203がアルミニウム材料である好適な実施形態の場合は、Cl2ガス、BCl3ガス、およびN2ガスを、それぞれ40sccm、40sccm、および10sccmの流量で流しながら、デカップルドプラズマソースのチャンバで、反射面203のエッチング(917)は行われる。運転時の圧力は10mTorrであり、バイアス電力は75W、また電源出力は800Wである。エッチングの深さは、その場光干渉技術などの、その場エッチング深さモニタを用いて、あるいはエッチング速度を見計らって測定する。アルミニウムの反射面203がエッチング(917)されると、その下のシリコンで作製されたミラープレート部915が、次に、HBrガス、Cl2ガス、およびO2ガスを、それぞれ90sccm、55sccm、および5sccmの流量で流しながら、デカップルドプラズマソースのチャンバでエッチングされる(917)。運転時の圧力は5mTorrであり、バイアス電力は75W、また電源出力は500Wである。エッチングの深さは、その場光干渉技術などの、その場エッチング深さモニタを用いて、あるいはエッチング速度を見計らって測定する。 In the preferred embodiment where the reflective surface 203 is an aluminum material, Cl 2 gas, BCl 3 gas, and N 2 gas are flowed at a flow rate of 40 sccm, 40 sccm, and 10 sccm, respectively, in the chamber of the decoupled plasma source. Etching (917) of the reflective surface 203 is performed. The operating pressure is 10 mTorr, the bias power is 75 W, and the power output is 800 W. The etching depth is measured using an in-situ etching depth monitor such as in-situ optical interference technique or by measuring the etching rate. When the reflecting surface 203 of aluminum is etched (917), the mirror plate portion 915 made of silicon underneath is then supplied with HBr gas, Cl 2 gas, and O 2 gas at 90 sccm, 55 sccm, and Etching is performed in a chamber of a decoupled plasma source while flowing at a flow rate of 5 sccm (917). The pressure during operation is 5 mTorr, the bias power is 75 W, and the power output is 500 W. The etching depth is measured using an in-situ etching depth monitor such as in-situ optical interference technique or by measuring the etching rate.
反射面203およびミラープレート部915のエッチング(917)が終わると、ミラープレート204は分離されるが、ヒンジ216は、犠牲材料920によって所定の位置に固定されたままである。その結果、ミラープレート204およびマイクロミラーは、全体として、まだ、ヒンジ206の周りに回転することはできず、これによって、後のプロセスステップでの素子の残存性が保証される。 After the etching (917) of the reflective surface 203 and the mirror plate portion 915 is finished, the mirror plate 204 is separated, but the hinge 216 remains fixed in place by the sacrificial material 920. As a result, the mirror plate 204 and the micromirror as a whole cannot yet rotate around the hinge 206, thereby ensuring the survivability of the elements in later process steps.
マイクロミラー202の作製における最終ステップは、ヒンジ206の上および周囲に残っている犠牲層920を除去することである(918)。このヒンジ206の上および周囲に残っている犠牲層920の除去は、犠牲層920がミラープレート204またはミラー202の下にはないので比較的容易である。ウエットプロセスに伴う吸着障害のため、プラズマエッチングなどのドライプロセスが好ましい。一実施形態では、犠牲層920は、O2プラズマチャンバ内でエッチング除去されるフォトレジスト材料である。この犠牲層920が除去(918)されると、ヒンジ206は分離され、ミラープレート204はヒンジ206の周りに自由に回転できる。上記の作製プロセスに従うことによって、結果として、ミラープレート204の上面の下に実質的に形成され、ミラープレート204の上面205上、およびヒンジ206の一部の上に堆積された反射面203で隠されたヒンジ206が形成される。 The final step in making the micromirror 202 is to remove the sacrificial layer 920 that remains above and around the hinge 206 (918). Removal of the sacrificial layer 920 remaining on and around the hinge 206 is relatively easy because the sacrificial layer 920 is not under the mirror plate 204 or the mirror 202. A dry process such as plasma etching is preferred because of adsorption obstacles associated with the wet process. In one embodiment, the sacrificial layer 920 is a photoresist material that is etched away in an O 2 plasma chamber. When this sacrificial layer 920 is removed (918), the hinge 206 is separated and the mirror plate 204 is free to rotate about the hinge 206. By following the fabrication process described above, the result is a reflective surface 203 that is substantially formed below the top surface of the mirror plate 204 and deposited on the top surface 205 of the mirror plate 204 and on a portion of the hinge 206. A hinge 206 is formed.
一部の実施形態では、マイクロミラーアレイ103は、一枚のガラスまたは他の透明材料によって保護される。一実施形態では、マイクロミラーアレイ103の作製時に、第1の基板105上に作製された各マイクロミラーアレイ103の周囲にリムが残される。マイクロミラーアレイ103のマイクロミラー202を保護するために、図9aに示すように、一枚のガラスまたは他の透明材料がリムに結合される(919)。この透明材料が、マイクロミラー202を物理的な害から保護する。別の一実施形態では、リソグラフィが用いられ、1層の感光性レジンからなるアレイ状のリムをガラス板上に形成する。次に、エポキシが、このリムの上縁に塗布され、ガラス板が、完成した反射型SLM100と位置合わせされ、このSLM100に取り付けられる。 In some embodiments, the micromirror array 103 is protected by a piece of glass or other transparent material. In one embodiment, when the micromirror array 103 is manufactured, a rim is left around each micromirror array 103 manufactured on the first substrate 105. To protect the micromirrors 202 of the micromirror array 103, a piece of glass or other transparent material is bonded to the rim (919), as shown in FIG. 9a. This transparent material protects the micromirror 202 from physical harm. In another embodiment, lithography is used to form an array of rims of a single layer of photosensitive resin on a glass plate. Next, epoxy is applied to the upper edge of the rim, and a glass plate is aligned with the completed reflective SLM 100 and attached to the SLM 100.
上記で説明したように、複数のSLM100を、2つの基板105および107から作製してもよい。また、複数のマイクロミラーアレイを第1の基板105に作製してもよく、複数の回路セットを第2の基板107に作製または形成してもよい。複数のSLM100を作製すれば、空間光変調器100の作製プロセス効率が向上する。しかし、複数のSLM100を一度に作製する場合は、この複数のSLMを、個別のSLM100に分離しなければならない。個別の空間光変調器100を分離し、それを使える状態にするためには多くの方法がある。第1の方法では、1つの各空間光変調器100が、一体となった基板105および107上の他のSLM100からダイ分離される(920)。分離した各空間光変調器100は、次に、標準的なパッケージング技術を用いてパッケージングされる(922)。 As described above, a plurality of SLMs 100 may be made from the two substrates 105 and 107. A plurality of micromirror arrays may be formed on the first substrate 105, and a plurality of circuit sets may be formed or formed on the second substrate 107. If a plurality of SLMs 100 are manufactured, the manufacturing process efficiency of the spatial light modulator 100 is improved. However, when a plurality of SLMs 100 are manufactured at a time, the plurality of SLMs must be separated into individual SLMs 100. There are many ways to separate individual spatial light modulators 100 and make them ready for use. In the first method, each spatial light modulator 100 is die separated from other SLMs 100 on the combined substrates 105 and 107 (920). Each separated spatial light modulator 100 is then packaged using standard packaging techniques (922).
第2の方法では、ウエハレベル・チップレベルパッケージングが実行され、各SLM100が、別々のキャビティに封入され、SLM100を分離する前にリード線が形成される。これにより、反射し偏向できる部品がさらに保護され、パッケージングコストが低下する。この方法の図9aに示すような一実施形態では、第2の基板107の裏面が、半田バンプで接合される。この第2の基板107の裏面は、次に、エッチングされ(926)、第2の基板107上に回路を作製する際に形成された金属コネクタを露出する。その後、この金属コネクタと半田バンプとの間に導線が堆積され(928)、これら2つを電気的に接続する。最後に複数のSLMがダイ分離される(930)。 In the second method, wafer level chip level packaging is performed, each SLM 100 is encapsulated in a separate cavity, and leads are formed before separating the SLM 100. This further protects the components that can be reflected and deflected, reducing the packaging cost. In one embodiment of this method, as shown in FIG. 9a, the back surface of the second substrate 107 is joined with solder bumps. The back surface of the second substrate 107 is then etched (926) to expose the metal connector formed when the circuit is fabricated on the second substrate 107. Thereafter, conductive wires are deposited between the metal connector and the solder bumps (928) to electrically connect the two. Finally, a plurality of SLMs are die separated (930).
図11は、第2の基板107上に形成された電極126の一実施形態の斜視図である。この実施形態では、各マイクロミラー202には、それに対応する電極126がある。この例示する実施形態での電極126は、第2の基板107上にあるその他の回路部分よりも高く作製される。好適な実施形態では、電極126は、第2の基板107上にあるその他の回路部分と同じ高さで配置される。他の実施形態では、電極126は、回路の上方に広がる。本発明の一実施形態では、電極126は、マイクロミラープレートの下部にうまく納まる個別のアルミニウムパッドである。また、電極の形状は、マイクロミラー202の実施形態によって変わる。例えば、図2a、2b、および3に示す実施形態では、ミラー202の下に2つの電極126があり、この各電極126は、図7bに示すような三角形状を有することが好ましい。また、図12a、12b、および13に示す実施形態では、単一で四角形の電極126がミラー202の下にあることが好ましい。この電極126は、第2の基板107の表面上に作製される。この実施形態では電極の表面積が大きいので、ミラープレート204を、機械的なストッパまで引き下げるのに必要なアドレス指定電圧は比較的低くなり、ミラープレート204は、所定の角度に完全に偏向できる。
動作
FIG. 11 is a perspective view of one embodiment of an electrode 126 formed on the second substrate 107. In this embodiment, each micromirror 202 has a corresponding electrode 126. The electrode 126 in this exemplary embodiment is made higher than the other circuit portions on the second substrate 107. In a preferred embodiment, the electrode 126 is placed at the same height as the other circuit portions on the second substrate 107. In other embodiments, the electrode 126 extends above the circuit. In one embodiment of the invention, the electrode 126 is a separate aluminum pad that fits well in the bottom of the micromirror plate. Further, the shape of the electrode varies depending on the embodiment of the micromirror 202. For example, in the embodiment shown in FIGS. 2a, 2b, and 3, there are two electrodes 126 below the mirror 202, each electrode 126 preferably having a triangular shape as shown in FIG. 7b. Also, in the embodiment shown in FIGS. 12 a, 12 b, and 13, a single, square electrode 126 is preferably under the mirror 202. This electrode 126 is formed on the surface of the second substrate 107. In this embodiment, because the electrode surface area is large, the addressing voltage required to pull the mirror plate 204 down to the mechanical stop is relatively low and the mirror plate 204 can be fully deflected to a predetermined angle.
Action
動作中は、個々の反射マイクロミラー202は、選択的に偏向され、入射してミラー202で反射される光を空間的に変調する機能を果たす。 In operation, the individual reflective micromirrors 202 serve to spatially modulate the light that is selectively deflected and incident and reflected by the mirror 202.
図7aおよび8は、図2aの破線250に沿って示すマイクロミラー202の断面図である。この断面図は、マイクロミラー202の中心対角線から外れたものであり、従って、ヒンジ206の輪郭が示されることに留意されたい。図7cは、図2aの破線250に沿って示すマイクロミラー202の別の断面図である。この断面図は、中心対角線に沿ったものであり、ヒンジ206と直交することに留意されたい。図7cは、ミラープレート204aおよび204bとの関係でコネクタ216を示す。図7a、7c、および8は、電極126上にあるマイクロミラー202を示す。動作中は、ミラー202の片側に対応する電極126に電圧が印加され、この電極126上にあるミラープレート204の対応する部分(図8の204a面)の偏向を制御する。図8に示すように、電圧が電極126に印加されると、ミラープレートの半分204aが、電極126に引きつけけられ、ミラープレートの残りの半分204bが、ミラープレート204の構造および剛性のために、電極126および第2の基板107から遠ざかる。これにより、ミラープレート204は、トーションバネヒンジ206の周りに回転できる。電圧が電極126から取り除かれると、ヒンジ206により、ミラープレート204は、図7aに示すようなバイアスが加えられていない状態の位置に跳ね返される。あるいは、図2a、2b、および3に示す対角状のヒンジ206を備えた実施形態では、ミラープレート204の反対側に対応する電極126に電圧が印加され、ミラー202を反対方向に偏向させてもよい。このようにして、ミラー202に入射する光は、電極126への電圧の印加によって制御可能な方向に反射される。 7a and 8 are cross-sectional views of the micromirror 202 shown along the dashed line 250 in FIG. 2a. Note that this cross-sectional view deviates from the central diagonal of the micromirror 202, and therefore the outline of the hinge 206 is shown. FIG. 7c is another cross-sectional view of micromirror 202 shown along dashed line 250 in FIG. 2a. Note that this cross-sectional view is along the central diagonal and is orthogonal to the hinge 206. FIG. 7c shows the connector 216 in relation to the mirror plates 204a and 204b. FIGS. 7 a, 7 c, and 8 show the micromirror 202 on the electrode 126. During operation, a voltage is applied to the electrode 126 corresponding to one side of the mirror 202, and the deflection of the corresponding portion of the mirror plate 204 on this electrode 126 (the surface 204a in FIG. 8) is controlled. As shown in FIG. 8, when a voltage is applied to the electrode 126, the mirror plate half 204a is attracted to the electrode 126 and the other half of the mirror plate 204b is due to the structure and rigidity of the mirror plate 204. , Away from the electrode 126 and the second substrate 107. Thereby, the mirror plate 204 can rotate around the torsion spring hinge 206. When voltage is removed from electrode 126, hinge 206 causes mirror plate 204 to bounce back to its unbiased position as shown in FIG. 7a. Alternatively, in the embodiment with the diagonal hinge 206 shown in FIGS. 2a, 2b, and 3, a voltage is applied to the electrode 126 corresponding to the opposite side of the mirror plate 204, causing the mirror 202 to deflect in the opposite direction. Also good. In this way, the light incident on the mirror 202 is reflected in a controllable direction by applying a voltage to the electrode 126.
一実施形態の作用は以下の通りである。最初は、ミラー202は、図7aおよび7cに示すように偏向しない。このバイアスが加えられていない状態では、光源からSLM100に斜めに入射する入射光線は、平らな状態のミラー202で反射される。出射する反射光線は、例えば、光ダンプが受光してもよい。偏向していないミラー202で反射された光は、ビデオディスプレイには反射されない。 The operation of one embodiment is as follows. Initially, the mirror 202 is not deflected as shown in FIGS. 7a and 7c. In the state where this bias is not applied, the incident light beam obliquely incident on the SLM 100 from the light source is reflected by the mirror 202 in a flat state. For example, an optical dump may receive the reflected reflected light beam. Light reflected by the undeflected mirror 202 is not reflected by the video display.
電圧がミラープレート204の半分と、その下の電極126との間に印加されると、ミラー202は、静電気引力のために偏向する。一実施形態では、ミラープレート204aが、図8に示すように下向きに偏向する場合は、Ve1は12ボルト、Vbは−10ボルト、さらにVe2は0ボルトであることが好ましい。同様に(あるいは、逆に)、ミラープレート204bが下向きに偏向する場合は、Ve1は0ボルト、Vbは−10ボルト、さらにVe2は12ボルトであることが好ましい。ヒンジ206のデザインのために、ミラープレートの片面204aまたは204b(言い換えると、電圧バイアスを加えられる電極126の上にある方)が下向きに(第2の基板107に向かって)偏向し、ミラープレートの他方の面204bまたは204aが第2の基板107から遠ざかる。好適な一実施形態では、全ての曲げは、実質的に、ミラープレート204ではなくヒンジ206に生じる。これは、一実施形態では、ヒンジの幅222を薄くし、このヒンジ206を、両端にある支柱のみに連結することによって実現してもよい。また、ミラープレート204の偏向は、上記で説明したように、動作ストッパ405aまたは405bによって制限される。ミラープレート204が完全に偏向することによって、出射する反射光線は、撮像光学系とビデオディスプレイとに偏向される。 When a voltage is applied between half of the mirror plate 204 and the electrode 126 below it, the mirror 202 deflects due to electrostatic attraction. In one embodiment, when the mirror plate 204a deflects downward as shown in FIG. 8, V e1 is preferably 12 volts, V b is −10 volts, and V e2 is preferably 0 volts. Similarly (or vice versa), when mirror plate 204b is deflected downward, V e1 is preferably 0 volts, V b is −10 volts, and V e2 is preferably 12 volts. Due to the design of the hinge 206, one side 204a or 204b of the mirror plate (in other words, the one on the electrode 126 to which the voltage bias is applied) is deflected downward (toward the second substrate 107) and the mirror plate The other surface 204 b or 204 a of the second substrate 107 moves away from the second substrate 107. In one preferred embodiment, all bending occurs substantially at the hinge 206 rather than at the mirror plate 204. This may be achieved in one embodiment by reducing the hinge width 222 and connecting the hinge 206 only to the struts at both ends. Further, the deflection of the mirror plate 204 is limited by the operation stopper 405a or 405b as described above. When the mirror plate 204 is completely deflected, the reflected light beam to be emitted is deflected to the imaging optical system and the video display.
ミラープレート204が、「スナッピング(snapping)」電圧または「引っ張り(pulling)」電圧(一実施形態では約12ボルト以下)を越えて偏向しようとすると、ヒンジ206の復元機械力または復元トルクは、もはや静電気力の平衡を保つことができなくなり、静電気力がかかっているミラープレートの半分204aまたは204bは、その下の電極126に向かって突然下に傾き(snap)、規定通りに、動作ストッパ405aまたは405bによってのみ制限を受ける完全偏向を実現する。ヒンジ206が、図12a、12bおよび13に示すように、スペーサ支持フレーム210の支持壁と平行である実施形態では、完全に偏向した位置からミラープレート204を解放するためには、電圧をオフにしなければならない。ヒンジ206が、図2a、2bおよび3に示すように対角状である実施形態では、完全に偏向した位置からミラープレート204を解放するためには、他方の電極に電圧を印加して、ミラー202が他方に引きつけられる状態で、この電圧をオフにしなければならない。 When the mirror plate 204 attempts to deflect beyond a “snapping” voltage or a “pulling” voltage (in one embodiment less than about 12 volts), the restoring mechanical force or restoring torque of the hinge 206 is no longer The electrostatic force balance can no longer be maintained, and the mirror plate half 204a or 204b on which the electrostatic force is applied suddenly snaps down towards the electrode 126 below it, and as specified, the movement stopper 405a or Full deflection, limited only by 405b, is realized. In embodiments where the hinge 206 is parallel to the support wall of the spacer support frame 210, as shown in FIGS. 12a, 12b and 13, the voltage is turned off to release the mirror plate 204 from the fully deflected position. There must be. In an embodiment where the hinge 206 is diagonal as shown in FIGS. 2a, 2b and 3, in order to release the mirror plate 204 from a fully deflected position, a voltage is applied to the other electrode to This voltage must be turned off with 202 being attracted to the other.
マイクロミラー202は、電気機械的な双安定素子である。解放電圧とスナッピング電圧との間のある電圧が与えられると、ミラー202の偏向履歴に応じて、ミラープレート204が取りうる2つの偏光角が考えられる。このように、ミラー202の偏向は、ラッチの機能を果たす。ミラー202の偏向に必要な機械力は、偏向角に対してほぼ線型であり、一方、反対方向の静電気力は、ミラープレート204と電極126との間隔に反比例するため、この双安定性とラッチ特性とが存在する。 The micromirror 202 is an electromechanical bistable element. Given a certain voltage between the release voltage and the snapping voltage, two polarization angles that the mirror plate 204 can take are conceivable depending on the deflection history of the mirror 202. In this way, the deflection of the mirror 202 serves as a latch. The mechanical force required to deflect the mirror 202 is approximately linear with respect to the deflection angle, while the electrostatic force in the opposite direction is inversely proportional to the distance between the mirror plate 204 and the electrode 126, so Characteristics exist.
ミラープレート204と電極126との間の静電気力は、このミラープレート204と電極126との間の全電圧差分に応じて変化するので、ミラープレート204に印加される負電圧が、ある偏向量を実現するために電極126に印加する必要がある正電圧を低下させる。このように、ミラーアレイ103に電圧を印加することによって、電極126の電圧幅条件を低下させることができる。これが有用なのは、例えば、5Vのスイッチング機能が、半導体産業ではより一般的で、よりコスト効率が高いために、一部の用途では、電極126に印加しなければならない最大電圧を12V未満に維持することが望ましいからである。 Since the electrostatic force between the mirror plate 204 and the electrode 126 changes according to the total voltage difference between the mirror plate 204 and the electrode 126, the negative voltage applied to the mirror plate 204 has a certain deflection amount. To achieve this, the positive voltage that needs to be applied to the electrode 126 is reduced. In this way, the voltage width condition of the electrode 126 can be reduced by applying a voltage to the mirror array 103. This is useful, for example, because the 5V switching function is more common in the semiconductor industry and more cost effective, so in some applications the maximum voltage that must be applied to electrode 126 is kept below 12V. This is because it is desirable.
ミラー202の最大偏向は一定であるため、SLM100が、スナッピング電圧を越えた電圧で動作する場合は、このSLM100は、デジタル方式で動作させることができる。この動作が、基本的にデジタルであるというのは、ヒンジ206が、図2a、2b、および3に示すように、スペーサ支持フレーム210の支持壁と平行である実施形態では、ミラープレート204は、対応する電極126に電圧を印加することによって下向きに完全に偏向するか、あるいは対応する電極126に電圧を印加することなく跳ね上がることができるためである。図12a、12b、および13に示すような対角状のヒンジ206を備えた実施形態では、ミラープレート204は、ミラープレート204の一方の面に対応する電極126に電圧を印加することによって下向きに完全に偏向するか、あるいはミラープレート204の他方の面に対応する他方の電極26に電圧を印加して、ミラープレート204の他方の面を下向きに偏向する。ミラープレート204の偏向を停止する物理的な部品が停止するまで、ミラープレート204を下向きに完全に偏向させる電圧は、「スナッピング」電圧または「引っ張り」電圧として知られる。従って、ミラープレート204を、完全に下向きに偏向させるためには、スナッピング電圧以上の電圧を、対応する電極126に印加する。ビデオディスプレイ用途の場合、ミラープレート204が、完全に下向きに偏向すると、そのミラープレート204への入射光は、ビデオディスプレイ画面上の対応する画素に反射され、その画素は明るく見える。ミラープレート204が、跳ね上がった場合は、この光はビデオディスプレイ画面に当たらないような方向に反射され、対応する画素は暗く見える。 Since the maximum deflection of the mirror 202 is constant, when the SLM 100 operates at a voltage exceeding the snapping voltage, the SLM 100 can be operated digitally. This operation is essentially digital because in embodiments where the hinge 206 is parallel to the support wall of the spacer support frame 210, as shown in FIGS. 2a, 2b, and 3, the mirror plate 204 is This is because it can be completely deflected downward by applying a voltage to the corresponding electrode 126, or can jump up without applying a voltage to the corresponding electrode 126. In embodiments with diagonal hinges 206 as shown in FIGS. 12 a, 12 b, and 13, the mirror plate 204 is directed downward by applying a voltage to the electrode 126 corresponding to one side of the mirror plate 204. Deflection is performed completely, or a voltage is applied to the other electrode 26 corresponding to the other surface of the mirror plate 204 to deflect the other surface of the mirror plate 204 downward. The voltage that causes the mirror plate 204 to fully deflect downward until the physical component that stops the deflection of the mirror plate 204 stops is known as the “snapping” voltage or the “pull” voltage. Therefore, in order to deflect the mirror plate 204 completely downward, a voltage higher than the snapping voltage is applied to the corresponding electrode 126. For video display applications, when the mirror plate 204 is fully deflected downward, the light incident on the mirror plate 204 is reflected to the corresponding pixel on the video display screen, which appears bright. When the mirror plate 204 jumps up, this light is reflected in a direction that does not strike the video display screen, and the corresponding pixels appear dark.
このようなデジタル動作時では、ミラープレート204が完全に偏向した後は、スナッピング電圧を、対応する電極126に完全に印加し続ける必要はない。「アドレス指定段階」では、完全に偏向する必要があるミラープレート204に対応する選択した電極126への電圧は、ミラープレート204を偏向させるのに必要なレベルに設定される。このミラープレート204が電極126への電圧によって偏向すると、その変更した位置にミラープレート204を保持するのに必要な電圧は、実際の変更に必要な電圧未満である。これは、この偏向したミラープレート204とアドレス指定電極126との間隔が、ミラープレート204が偏向過程にある場合よりも小さいためである。従って、アドレス指定段階の後の「保持段階」では、選択した電極126に印加する電圧は、ミラープレート204の偏向状態に実質的に影響を及ぼすことなく本来の要求水準から低下させることができる。保持電圧が低いという1つの効果は、隣接する未偏向のミラープレート204が受ける静電気引力の影響がより小さく、そのために、ほぼゼロ偏向位置の状態でありつづけることである。これにより、偏向したミラープレート204と未偏向のミラープレート204との間の光学コントラスト比は向上する。 In such digital operation, it is not necessary to continue to apply the snapping voltage to the corresponding electrode 126 after the mirror plate 204 is completely deflected. In the “addressing phase”, the voltage to the selected electrode 126 corresponding to the mirror plate 204 that needs to be fully deflected is set to the level required to deflect the mirror plate 204. When this mirror plate 204 is deflected by the voltage to the electrode 126, the voltage required to hold the mirror plate 204 in its changed position is less than the voltage required for the actual change. This is because the distance between the deflected mirror plate 204 and the addressing electrode 126 is smaller than when the mirror plate 204 is in the deflection process. Therefore, in the “holding phase” after the addressing phase, the voltage applied to the selected electrode 126 can be reduced from its original required level without substantially affecting the deflection state of the mirror plate 204. One effect of the lower holding voltage is that the influence of electrostatic attraction on the adjacent undeflected mirror plate 204 is less, and therefore remains in a nearly zero deflection position. Thereby, the optical contrast ratio between the deflected mirror plate 204 and the undeflected mirror plate 204 is improved.
寸法(一実施形態では、ミラープレート204と電極126との間のスペーサ支持フレームによる分離間隔は、ミラー構造と偏光角とに応じて1〜5ミクロンであり、ヒンジ206の厚みは0.05〜0.45ミクロンである)および材料(例えば単結晶シリコン(100))を適切に選択すれば、反射型SLM100は、わずか数ボルトの動作電圧を有するように作製することができる。単結晶シリコンで作製されたトーションヒンジ206の剛性率は、例えば、1ラジウム1平方メートル当たり5×1010ニュートンである。ミラープレート204を完全に偏向させるための、対応する電極126の動作電圧は、接地電位ではなく、適当な電圧(負バイアス)にミラープレート204を維持することで、さらに低下させることができる。これにより、電極126に印加される任意の電圧に対して、より大きな偏向角が生じる。最大負バイアス電圧は、解放電圧であるため、アドレス指定電圧をゼロまで低下させると、ミラープレート204は未偏向状態の位置まで跳ね返ることができる。 Dimensions (in one embodiment, the separation spacing by the spacer support frame between the mirror plate 204 and the electrode 126 is 1-5 microns, depending on the mirror structure and polarization angle, and the thickness of the hinge 206 is 0.05- With proper selection of materials (eg, single crystal silicon (100)) that is 0.45 microns, the reflective SLM 100 can be made to have an operating voltage of only a few volts. The rigidity of the torsion hinge 206 made of single crystal silicon is, for example, 5 × 10 10 newtons per square meter of radium. The operating voltage of the corresponding electrode 126 to fully deflect the mirror plate 204 can be further reduced by maintaining the mirror plate 204 at an appropriate voltage (negative bias) rather than at ground potential. This produces a larger deflection angle for any voltage applied to the electrode 126. Since the maximum negative bias voltage is the release voltage, when the addressing voltage is reduced to zero, the mirror plate 204 can bounce back to the undeflected position.
ミラープレート204の偏向を、より「アナログ」方式で制御することも可能である。「スナッピング電圧」未満の電圧を、ミラープレート20を偏向させるために印加し、入射光が反射する方向を制御する。
他の用途
It is also possible to control the deflection of the mirror plate 204 in a more “analog” manner. A voltage lower than the “snapping voltage” is applied to deflect the mirror plate 20 to control the direction in which incident light is reflected.
Other uses
ビデオディスプレイだけではなく、空間光変調器100は、他の用途においても有用である。そのような用途の1つは、マスクを用いないフォトリソグラフィであり、空間光変調器100は、堆積したフォトレジストを露光するために光の方向を定める。これにより、所望のパターンにフォトレジストを正確に露光するためのマスクの必要が無くなる。 In addition to video displays, the spatial light modulator 100 is useful in other applications. One such application is photolithography without a mask, and the spatial light modulator 100 directs the light to expose the deposited photoresist. This eliminates the need for a mask to accurately expose the photoresist to the desired pattern.
本発明は、多くの実施形態を参照に詳しく示し、また説明してきたが、当業者には当然のことながら、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、形態および細部に関するさまざまな変更を行うことが可能である。例えば、ミラープレート204は、静電気引力以外の方法によっても同様に偏向させることができる。このミラープレート204は、代わりに、磁気、熱、または圧電駆動を用いてもよい。 While the invention has been illustrated and described in detail with reference to a number of embodiments, those skilled in the art will recognize that various changes in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is possible. For example, the mirror plate 204 can be similarly deflected by a method other than electrostatic attraction. This mirror plate 204 may instead use magnetic, thermal, or piezoelectric drive.
Claims (52)
キャビティを画定する第1の基板を形成し、
第2の基板の上に電極を作製し、
前記第2の基板に前記第1の基板を接合し、
前記第1の基板の上にヒンジとミラープレートとを形成し、
前記ミラープレートの上と、前記ヒンジの一部の上とに、前記ミラープレートの上面の面積よりも大きな面積を有する反射面を形成することを含む方法。 A method of making a spatial light modulator comprising:
Forming a first substrate defining a cavity;
Producing an electrode on a second substrate;
Bonding the first substrate to the second substrate;
Forming a hinge and a mirror plate on the first substrate;
Forming a reflecting surface on the mirror plate and on a part of the hinge, the reflecting surface having an area larger than an area of an upper surface of the mirror plate.
所定の厚みの素子層を有する前記第1の基板を入手し、
前記第1の基板の前記素子層上に誘電体材料を堆積し、
所定の位置に開口部を形成するために前記誘電体材料をエッチングし、
前記開口部に、前記素子層と同じ結晶構造を有する材料を成長させ、
前記誘電体層を除去することを含む請求項1に記載の方法。 Forming a first substrate defining a cavity comprises:
Obtaining the first substrate having an element layer of a predetermined thickness;
Depositing a dielectric material on the device layer of the first substrate;
Etching the dielectric material to form an opening in place;
A material having the same crystal structure as the element layer is grown in the opening,
The method of claim 1, comprising removing the dielectric layer.
前記キャビティの位置を画定する第1の部分であって、この第1の部分の下の前記第1の基板を、エッチングにより露出する前記第1の部分と、前記キャビティを画定する支持壁の位置を画定する第2の部分であって、この第2の部分の下の前記第1の基板が、エッチングされないようにすることができる前記第2の部分とを有するマスクを前記第1の基板の上に置き、
前記マスクの前記第1の部分の下の前記第1の基板を、所定の深さまでエッチングし、
前記マスクを、前記基板から除去することを含む請求項1に記載の方法。 Forming a first substrate defining a cavity comprises:
A first portion defining a position of the cavity, the first portion under the first portion exposing the first substrate by etching, and a position of a support wall defining the cavity A mask comprising: a second portion defining a first portion of the first substrate, wherein the first portion under the second portion can prevent the first substrate from being etched. Put on top
Etching the first substrate under the first portion of the mask to a predetermined depth;
The method of claim 1, comprising removing the mask from the substrate.
制御回路を保護層で覆い、
メタライゼーション層を、前記保護層の上に堆積し、
前記メタライゼーション層を、前記電極を画定するパターンにパターニングし、
前記メタライゼーション層をエッチングし、前記電極を構成する材料を後に残すことを含む請求項1に記載の方法。 The production of the electrode on the second substrate is as follows:
Cover the control circuit with a protective layer,
Depositing a metallization layer on the protective layer;
Patterning the metallization layer into a pattern defining the electrodes;
The method of claim 1, comprising etching the metallization layer, leaving behind the material comprising the electrode.
前記第2の基板上の前記電極が、前記第1の基板の対応するマイクロミラーの偏向を制御するための位置となるように、前記第2の基板に対して、前記第1の基板を位置合わせし、
前記第1の基板と前記第2の基板とを、低温接合法を用いて接合することを含む請求項1に記載の方法。 Bonding the first substrate to the second substrate is
Position the first substrate relative to the second substrate such that the electrodes on the second substrate are in positions for controlling the deflection of the corresponding micromirrors of the first substrate. Together
The method according to claim 1, comprising bonding the first substrate and the second substrate using a low temperature bonding method.
前記第1の基板の最上層を、所定の厚みまで薄層化し、
この薄層化した第1の基板の上面の実質的に下にある前記第1の基板に前記ヒンジをエッチングし、
犠牲層を前記第1の基板上に堆積し、
前記犠牲層を、前記第1の基板の前記上面から除去するために、前記第1の基板を平坦化し、
前記第1の基板をエッチングすることによって、前記ミラープレートを解放し、
前記ミラープレートが、前記ヒンジによって定まる軸の周りに回転できるように、前記ヒンジの上および周囲の前記犠牲層を除去することを含む請求項1に記載の方法。 Formation of the hinge and mirror plate on the first substrate is as follows:
The uppermost layer of the first substrate is thinned to a predetermined thickness,
Etching the hinge into the first substrate substantially below the top surface of the thinned first substrate;
Depositing a sacrificial layer on the first substrate;
Planarizing the first substrate to remove the sacrificial layer from the top surface of the first substrate;
Freeing the mirror plate by etching the first substrate;
The method of claim 1, comprising removing the sacrificial layer above and around the hinge so that the mirror plate can rotate about an axis defined by the hinge.
前記第1の基板のハンドリング基板を、研磨および/またはエッチングによって除去し、前記第1の基板の絶縁酸化物層を剥離することを含む請求項20に記載の方法。 Thinning the uppermost layer of the first substrate to a predetermined thickness is as follows:
21. The method of claim 20, comprising removing the handling substrate of the first substrate by polishing and / or etching and stripping the insulating oxide layer of the first substrate.
前記第1の基板の前記上面に陥凹部をエッチングし、
前記第1の基板から前記ヒンジを解放するために、前記ヒンジの端部を、前記第1の基板と連結した状態を保ち、前記第1の基板をエッチングすることを含む請求項20に記載の方法。 Etching the hinge to the first substrate substantially below the top surface of the thinned first substrate comprises:
Etching a recess in the upper surface of the first substrate;
21. The method of claim 20, further comprising etching the first substrate while maintaining an end of the hinge connected to the first substrate to release the hinge from the first substrate. Method.
前記ヒンジの上および周囲を、前記犠牲層で満たし、
前記犠牲層を、前記第1の基板の前記上面の上に堆積することを含む請求項20に記載の方法。 The deposition of the sacrificial layer on the first substrate is
Filling the sacrificial layer over and around the hinge;
21. The method of claim 20, comprising depositing the sacrificial layer on the top surface of the first substrate.
前記第1の基板の上面上に、アルミニウムを堆積し、
前記ヒンジの一部の上に、アルミニウムを堆積することを含み、このアルミニウムは、300Å以下の厚みを有する請求項1に記載の方法。 The formation of a reflective surface on the mirror plate and on a part of the hinge,
Depositing aluminum on the top surface of the first substrate;
The method of claim 1, comprising depositing aluminum over a portion of the hinge, the aluminum having a thickness of 300 mm or less.
キャビティを第1の基板の第1の側に形成し、
前記第1の基板の第2の側の最上層を、所定の厚みまで薄層化し、
前記薄層化した第1の基板の上面の実質的に下にある前記第1の基板の第2の側にヒンジをエッチングし、
犠牲層を、前記第1の基板の前記第2の側上に堆積し、
前記第1の基板の前記第2の側を平坦化し、
反射面を、前記第1の基板の前記第2の側上に堆積し、
エッチングによってミラーを解放し、
前記ミラーが、前記ヒンジによって定まる軸の周りに回転できるように、前記ヒンジの上および周囲の前記犠牲層を除去することを含む方法。 A method of making a plurality of mirrors for a spatial light modulator,
Forming a cavity on the first side of the first substrate;
Thinning the uppermost layer on the second side of the first substrate to a predetermined thickness;
Etching a hinge on the second side of the first substrate substantially below the top surface of the thinned first substrate;
A sacrificial layer is deposited on the second side of the first substrate;
Planarizing the second side of the first substrate;
Depositing a reflective surface on the second side of the first substrate;
Release the mirror by etching and
Removing the sacrificial layer above and around the hinge so that the mirror can rotate about an axis defined by the hinge.
前記第1の基板の前記第1の側からエッチングされるべき領域を画定するマスクを作り、
前記第1の基板の前記第1の側に、前記キャビティを形成するために、前記マスクが画定した前記第1の基板の前記第1の側上の前記領域にある材料を除去することを含む請求項27に記載の方法。 The formation of the cavity on the first side of the first substrate is
Creating a mask defining a region to be etched from the first side of the first substrate;
Removing material in the region on the first side of the first substrate defined by the mask to form the cavity on the first side of the first substrate. 28. The method of claim 27.
所定の厚みの素子層を有する前記第1の基板を入手し、
誘電体材料を、前記第1の基板の前記素子層の上に堆積し、
スペーサ支持フレームの支持壁を形成すべき位置に、前記誘電体材料をエッチングして開口部を形成し、
前記開口部に、前記素子層と同じ結晶構造を有する材料を成長させ、
前記誘電体層を除去することを含む請求項27に記載の方法。 The formation of the cavity on the first side of the first substrate is
Obtaining the first substrate having an element layer of a predetermined thickness;
Depositing a dielectric material on the device layer of the first substrate;
Etching the dielectric material at a position where a support wall of the spacer support frame is to be formed to form an opening,
A material having the same crystal structure as the element layer is grown in the opening,
28. The method of claim 27, comprising removing the dielectric layer.
前記ハンドリング基板を、研磨および/またはエッチングによって除去し、
前記酸化物層を剥離することを含む請求項27に記載の方法。 The thinning of the top layer on the second side of the first substrate is
Removing the handling substrate by polishing and / or etching;
28. The method of claim 27, comprising stripping the oxide layer.
第1の基板の第1の側からエッチングすべき領域を画定するマスクを作り、
前記第1の基板の前記第1の側に、複数のキャビティを形成するために、前記マスクが画定した前記第1の基板の前記第1の側の前記領域をエッチングし、
電極を、第2の基板の第1の側上に作製し、
前記第1の基板の前記第1の側を、前記第2の基板の前記第1の側に接合し、
前記第1の基板の第2の側の最上層を、所定の厚みまで薄層化し、
ヒンジを、前記第1の基板にエッチングし、
犠牲層を、前記第1の基板の上に堆積し、
前記第1の基板の前記第2の側の上面から前記犠牲層を除去するために、前記ヒンジの上および周囲の犠牲層を残しながら、前記第1の基板を平坦化し、
反射面を、前記上面の上、および前記ヒンジの一部の上に堆積し、
ミラーを、エッチングによって解放し、
前記ミラーが、前記ヒンジによって定まる軸の周りに回転できるように、前記第1の基板から残った犠牲層を除去することを含む方法。 A method of making a spatial light modulator including a plurality of mirrors on an array, comprising:
Creating a mask defining a region to be etched from the first side of the first substrate;
Etching the region on the first side of the first substrate defined by the mask to form a plurality of cavities on the first side of the first substrate;
An electrode is fabricated on the first side of the second substrate;
Bonding the first side of the first substrate to the first side of the second substrate;
Thinning the uppermost layer on the second side of the first substrate to a predetermined thickness;
Etching a hinge into the first substrate;
A sacrificial layer is deposited on the first substrate;
Planarizing the first substrate, leaving a sacrificial layer above and around the hinge to remove the sacrificial layer from the upper surface of the second side of the first substrate;
Depositing a reflective surface on the top surface and on a portion of the hinge;
The mirror is released by etching,
Removing the remaining sacrificial layer from the first substrate such that the mirror can rotate about an axis defined by the hinge.
前記作製した制御回路を、保護層で覆い、
メタライゼーション層を、前記保護層の上に堆積し、
前記メタライゼーション層を、前記電極を画定することになるパターンにパターニングし、
前記メタライゼーション層をエッチングし、前記電極を構成する材料を後に残すことを含む請求項39に記載の方法。 The fabrication of the electrode on the first side of the second substrate is as follows:
The prepared control circuit is covered with a protective layer,
Depositing a metallization layer on the protective layer;
Patterning the metallization layer into a pattern that will define the electrodes;
40. The method of claim 39, comprising etching the metallization layer, leaving behind the material comprising the electrode.
前記空間光変調器のマイクロミラーアレイの中にある偏向させるマイクロミラーを選択し、
前記選択したマイクロミラーと、前記選択したマイクロミラーに対応し、かつ前記マイクロミラーを偏向させる電極との間に電圧を印加することを含み、前記マイクロミラーは、ヒンジを実質的に隠し、かつ前記マイクロミラーに入射する光を反射する反射面を有する方法。 A method of operating a spatial light modulator, comprising:
Selecting a deflecting micromirror within the micromirror array of the spatial light modulator;
Applying a voltage between the selected micromirror and an electrode corresponding to and deflecting the selected micromirror, the micromirror substantially concealing a hinge; and A method having a reflecting surface for reflecting light incident on a micromirror.
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