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A7 B7 五、發明説明（/ ) <相關申請案交互參考> 交互參考到下列一般分派共審查中的專利申請案，其敎 導在此中被合倂參考： - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 序號 標題 申請曰期 08/171,303 Improved Multi-Level Digital Micromirror Device 12-21-93 08/239,497 PFPE Coatings for Micro· Mechanical Devices 05-09-94 08/373,692 Monolithic Programmable Format Pixel Array 01-17-95 08/382.566 Spatial Light Modulator with Buried Passive Charge Storage Cell Array 02-02-95 08/300,356 Pixe里 Control Circuitry for Spatial Light Modulator 09-02-94 TI18138 (法案備審） Spatial Light Modulator with Superstructure Light Shield 03-31-95 08/389,673 Single Bit Line Split Reset Memory Cell for Digital Micro-Mirror Device Display Array 02-16-95 08/396,024 Method for Creating a Digital Micromirror Device Using an Aluminum Hard Mask 02-27-95 --------〈 裝------訂------i k (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)... 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 295631 A7 B7 ~ 五、發明説明（>) <發明技術領域> 本發明一般而言係關於空間光調變器用於調變入射光以 形成一個光學的光影像，且更特別是關於一種數位微鏡 元件（DMD )，其有一個雙穩態的微鏡陣列裝配在定址 電器回路上· ’ <發明背景> 、Λ 空間光調變器（SLMs )在光學資訊處理，投影顯示，影 像與製圖顯示器，電視，與照像印刷等領域有極多的運 用· SLMs是以一個空間型式調變入射光以相對應於一 個電氣或者光學输入來形成一個光的影像的元件·入射 光可在它的相位，強度，極化，或方向被調變·光的調 變可被各種展示多樣的電光或磁光效果的材料與經由表 面變形來調變光的材料所達到· 一個SLM通常地包含可定址的圖素（pixels)的一個區 域或線性陣列♦來源圖素資料首先由一個通常外在於 SLM的結合的控制電路所格式化，然後一次一個畫面地 載入圓素陣列*圖素資料可被寫到圖素陣列，其使用各 種演算法，亦即，連續頂端到底部一次一個圖素行，經 由連續地交錯定址頂端到底部一次一個圖素行，諸如： 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I I I(-衣— — I I ^ I n I n —Λ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3) 先奇數圖素列，然後，返回到偶數圖素列等等·於陰極 射線管（CRTs >資料寫入技術名爲掃猫（rasterizing)， 藉以一個高電源電子槍從左到右掃瞄越過熒光幕的圖素 基本元件，一次一行·此圖素位址資料寫入方案也同樣 適用於液晶顯示器（LCDs ) · 達拉斯德州儀器公司的一個最近的革新元件是數位微’鏡 元件或可變形鏡面元件.DMD是一個電子/機構/光學 SLM適用於顯示器，放映機與硬性複本印表機· DMD是 —個單一晶片的積體電路SLM，ϋ 一摘高密度陣列的 16微米方正的可動微鏡在17微米中心·這些鏡面被裝配 在包含一個SRAM細胞陣列與位址電極的位址電器回路 上.每個鏡面形成一個DMD陣列的圖素且是雙穩態的， 亦即說，穩定於二個位置，其中直接於鏡面陣列的光來 源將被反射於二個方向上的一個·於一個穩定的“ON” 鏡面位置，到那鏡面的入射光將被反射到一個放映機鏡 頭與聚焦在一個顯示銀幕或一個印表機的感光性基本元 件·於其它“〇 F F”鏡面位置，在鏡面的光將偏斜到一 個光吸收器.陣列的每個鏡面是個別地被控制以指引入 射光進入放映機鏡頭或到光吸收器·放映機鏡頭從圖素 鏡面最後集中焦點和擴大調變光於一個顯示銀幕並於一 個顯示器的情況產生一個影像.假如每個DMD陣列的圖 素鏡面是於“0N”位置，顯示的影像將是一個明亮圖素 陣列· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） nn ^^^1 ^^^1 I n nn I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁). 訂 A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（幺） 爲對DMD元，件有一個更詳細的討論與使用，請交互參考 美國專利 5,061，049 于 Hornbeck，標題 “Spatial Light Modu丨ator and Method”；美國專利 5,079,544 于 DeMond 等等，標題 “Standard Independent Digitized Video System” ；與美國專利 5，105,369 于 Nelson，標題 “Printing System Exposure Module Alignment Method and Apparatus of Maiuifacture'”，其每個專利都被分派到本發明的相同的 受讓人且其敎導在此中被合倂參考·形成影像的圖素灰 階是以這些鏡面的脈動寬度調變&術~來達到，諸如於專 利 S，278,652 標題爲 “DMD Architecture and Timing for Use in a Pulse-Width Modulated Display System”中所敘述，其 分派到本發明的相同受讓人，且敎導在此中被合併參 考. DMD是革命性因爲它眞得是一個數位顯示元件與一個積 體電路的解決方案· DMD的演進與變異得感謝一些一般 分派專利的讀取.DMD空間光調變器的“第一代”提供一 個可偏斜的梁（beam )，其中鏡面和梁是相同的.亦即， 一個靜電力被產生在鏡面和在下列的位址電極之間以引 起其間的歪斜，這些鏡面的歪斜可能是可變的且操作在 類比模式，且可能包含一個葉片弾簧或懸臂梁，如揭露 於一般分派美國專利4,662,746于Hornbeck，標題爲 “Spatial Light Modulator and Method”，美國專利 4,710,732 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------一丨裝------訂-----ί 级 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 i、發明説明（f) 于 Hornbeck，標題爲 “Spatial Light Modulator and Method”，美國專利 4,9S6,619于 Hornbeck，標題爲 “Spatia丨 Light Modulator”，與美國專利 5，172,262 于 Hornbeck，標題爲 “Spatial Light Modulator and Method”， 其每個敎導在此合倂參考· 第一代DMD也可具體化爲一個數位或雙穩態元件梁 (鏡面）能包‘含一個微鏡，其由一個扭力鉸鏈所支撐並 軸轉動二方向之一 10度，直到鏡面尖端著陸於一個著陸 墊子♦如此實施例被揭露於一般#派~美國專利5,〇61，049 于 Hornbeck 標題爲 “Spatial Light Modulator and Method” ·爲限制於鏡面尖端與著陸墊子之間的范德瓦爾 斯力（Van der Eaa丨s Forces )，著陸墊子可由一個形成 於著陸墊子的導向單層來鈍化·此單層減少了范德瓦爾 斯力並防止鏡面到電極的黏著·此技術被揭露於一般分 派美國專利5,331，454于Hornbeck，標題爲“Low Rese《 Voltage Process for DMD”，其敎導包含在此中以便參考. DMD的“第二代”被具體化於一般分派美國專利 5,083,857 標題爲 “Multi-Level Deformable Mirror Device”，與愼共審專利申請序號08/171,303標題爲 “Improved Multi-Level Digital Micromirror Device”，在 1993年12月21日申請.於此第二代元件，鏡面被提高在 一個軛之上，此軛是經由一對扭力鉸鏈懸在定址電器回 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝·

、1T A7 295631 B7 五、發明説明（厶） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. 路上·如描述於圖3c的此運用，一個靜電力被產生於一 個提髙鏡面與提高電極之間·當轉動時，此轭與一個著 陸電極接觸，藉以鏡面尖端從不與任何結構接觸·軛的 較短矩手臂，大約鏡面的50%，允許能量更有效率地被 結合進入鏡面，其經由重置脈動，由於鏡面尖端是自由 移動的事實·應用共振重置脈動到鏡面以幫助旋軸結構 自著陸電極離開是被揭露於一般分派美國專利 ’ 5,096,279 標題爲 “Spatial Light and Method”，與美國尊利 5,233,456 標題爲 “Resonant Mirror and Method of -；Λ

Manufacture” ·然而，產生在鏡面和’提高的位址電極之間 的部份位址扭矩相對應於第一代元件是被犧牲了，因爲 軛稍變小了位址電極的面積· 需要提供一種改善的DMD，其有一個更有效率的重置作 用，與發展一個元件有更多位址扭矩，鎖存器扭矩，與 位址握持扭矩·此改善的元件將最好是使用基線裝配流 程來裝配· <發明槪要> 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 本發明達到的技術優勢如一個DMD空間光調變器，其經 由側延伸轭於一個平行這些鉸鏈的方向，因此軛重疊第 一對位址電極的一個實質部份·第二對提高位址電極被 提供在轭的側邊且在由軛所支撐的一個提高鏡面下·位 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（7") 址扭矩於第一對位址電極與軛之間與於提高的第二對位 址電極與提高鏡面之間被達到•轭比鏡面關於提高的位 址電極是被空出而較近在下列的位址電極·既然於對立 部件之間每單位面積的力與一除距離正方成比例ρ在軛 和在下列的第一對位址電極之間的每單位面積力是達到 於鏡面與提高的第二對位址電極之間的每單位面積力的 4倍·本發明比較早一代產品有優越的位址扭矩，氣存 器扭矩，位址握持扭矩與重置力，且處理流程不變· 本發明包含一個包含一個基片的i間1調變器·包含一 個第一個部份的定址電器回路被提供而鄰接基片，並也 包含提高在基片之上的第二個部份·有一個轭被支撐在 定址電器回路的第一個部份上·至少一個鉸鏈被連接到 軛並支撐轭，其鉸鏈允許軛歪斜在定址電器回路第一個 部份上·一個圖素被提高在轭上且由轭所支撐，此圖素 是位在提高的定址電器回路第二個部份上·定址電器回 路的第一和第二部份彼此電氣連接，藉以提供給第一和 第二部份的一個電位產生一個靜電力於二個地方·首 先，一個靜電力被產生於轭與定址電器回路第一個部份 之間，其次是於提高的圖素與提高的第二個部份之間· 在轭和第一個部份之間的距離大約是定義於圖素和提高 的第二個部份之間的距離的一半·軛與位址電器回路第 一個部份的對立面積實行一個定址扭矩，其比產生於提 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁). -裝‘ 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7五、發明説明（？） 高的圖素和提高的第二個電極之間的定址扭矩大於大約 4倍·淨値的位址扭矩是添加的，且大體而言是大於早 一代DMD元件所產生的位址扭矩· 軛最好有一個像蝴蝶的外形*有一對軛尖端在一個軛軸 的每個邊·當轉動時，一對軛尖端著陸於一個著陸墊子， 藉以支撐與提高的圖素鏡面依然是自由的任何結構/如 此，重置脈動能被提供給鏡面，最好.在一個鏡面的共^ 頻率以達到一個好的重置作用·轭最好大體而言是與這 些鉸鏈相同平面且可使用單一蝕漁流’程來裝配，以便這 些鉸鏈是形成來用於精確的對齊與平衡· 空間光調變器更進一步地包含連接到定址電器回路的控 制電器回路·此控制電器回路提供位址資料到定址電器 回路的第一和第二個部份兩者以引起圖素的歪斜·最 好，定址電器回路第一個部份，其包含一個墊子，被提 供在旋轉圖素軸的每個邊，而一個分開的定址電器回路 的第二個部份是提供在此軛軸的圖素每個邊之下·控制 電器回路提供位址資料到一個這些定址部份組的任一個 以引起軛與鏡面的歪斜向定址部份來引起軛與鏡面的歪 斜向定址的第一和第二個部份·最好，圖素是一個鏡面， 有一個長方形的外形對於鉸鏈有幾何學45度的導向端以 最小化沿著這些暗場光學所感受的圖素端產生的繞射項 目. -10- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. -裝- -一° _(泳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（叉） 有一個軛懸在一對位址電極上並支撐一個在一個第二對 位址電極上的提髙的鏡面的DMD元件對於位址電極與可 樞軸結構（換句話說，即軛與鏡面）之間的吸引區域達 到一個顯著的增加·在下列的位址電極在基片上，包含 金屬3，被小心地設計以最大化吸引區域，而允許軛尖 端著陸在有與鏡面與軛相同電位的著陸電極•用於裏面 的提高的位址電極已經被從第二代元件更改了以容納¥ 發明的延伸的軛，而維護能被產生於鏡面與提高電極之 間的大部份扭矩·任何由於提高^極’1的減少區域而失去 的扭矩是超過用於經由軛延伸叠覆位址電極的補償，這 些位址電極比鏡面到提高的電極是被位在從軛的一半距 離·與第二代元件相比，其能被產生的淨値位址扭矩幾 乎是二的因素大•本發明也達到一個較大的鎖存器扭矩 和位址握持扭矩· <圖示簡述> 圖1是一個根據本發明的一個空間光調變器的較佳實施 例的方塊圖，包含列位址與欄資料載入電器回路用於控 制一個包含微鏡的圖素陣列； 圖2是一個顯示於圖1的DMD圖素陣列的一個爆炸遠視 圖，包含一個提高的微鏡被裝配於一個可偏斜的軛上， -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------1 .裝------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2956^1 A7 B7

五、發明説明（/W 此轭接著是經由一對鉸鏈支撐，灰斜的區域舉例說明在 提高鏡面和提高位址電極之間，與在軛和包含金屬3於 基片的在下列的位址電極之間的靜電吸引地區； 圖3是一個於鏡面與提高的位址電極之間與於耜與在下 列的位址電極之間的靜電吸引力的說明，軛和鏡面是電 氣連接到一個偏離/重置匯流排並有相同的電壓偏離； 圖4是從顯示於圖1的陣列的一個3 X3圓素陣列的一個 剖面圖，其這些軛的一些部份，ώ高:的位址電極，與鉸 鏈支撐突片被移去以舉例說明定義基片水平位址電極與 基片水平偏離/重置型式的金屬層3，也舉例說明被移去 的部份提高鏡面以描述重疊在下列的基片水平位址電極 的一部份的提高的軛； 圖5是一個顯示於圖4的圖素鏡面的二個穩定偏斜狀態 的說明，其用於偏斜入射光到二個方向中的一個； 圖6是圖1沿著鉸鏈軸取之的一個DMD陣列的圖素的橫 斷面視圖以舉例說明提高的鏡面位址電極和被支撐在一 對基片位址電極上的轭； 圓7也是一個橫斷面視圖諸如圖6,以轭和支撐在上面的 鏡面一起轉動到一個穩定的狀態，藉以軛尖端著陸於一 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------1 ,裝------訂------{沐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明説明（//) 對分別的著陸墊子，而提高的鏡面依然鄰接但從提高的 鏡面位址電極空出； 圖8-13連續地舉例說明半導體材料的多樣層，其使用傳 統健全的半導體處理技術來處理以裝配圖2的圖素； 圖14是本發明的另一個選擇的較佳實施例的一個爆#遠 視圓，藉以軛只有一個唯一的著陸尖端定義扭力軸的每 個邊； 圖15還是本發明的另一個選擇的較佳實施例的一個爆炸 遠視圖，藉以軛在扭力軸的每個邊有單一著陸尖端，且 其中軛被平行到扭力軸而延伸超過在下列的基片位址電 極. <較佳實施例詳述> 現在參考圖1，一個包含一個數位微鏡元件（DMD )的 空間光調變器被一般地顯示在10. DMD10是一個單晶 片積體電路包含一個864 X 576微鏡陣列12 .陣列12是 單片地裝配在一個864 X 36記憶體細胞陣列16上.於此 36個形成記憶體細胞陣列16的記憶體細胞列的每個記憶 體細胞結合並控制一個十六個圖素18的專注群*顯示於 圖2·每個記憶體細胞包含一個主要的1位元靜態隨機存 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） I-------^ -裝------訂-----4泳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)： 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 A7 B7 i、發明説明（/ >) 取記憶體（SRAM)細胞，與一個經由主要細胞饋入的 第二個1位元SRAM細胞.有864個位元線BL0-BL863連 接到記憶體細胞的每一個864欄中一個·櫊圖素資料經由 結合的位元線BL0-BL863被載入編址主要記憶體細胞列 MRn ·主要記憶體細胞藉分別地致能結合列的寫或讀致 能線（WDn或者RDn )來編址，藉以WPe被連接到列MRn 的每個主要細胞的致能輸入·此圖素資料是經由致-通 用的控制線MXFRB從主要的細胞鎖存進入分別的第二 個細胞，MXFRB線被連接到陣列16的全部第二個細胞 的致能输入.第二個記憶體細胞未質"上操作爲一個陰影 鎖存器，藉以資料能從主要的記憶體細胞被載入第二個 記憶體細胞，允許主要的記憶體細胞然後後來可被重載 入新的圖素資料而不影響第二個記憶體細胞的內容·對 於陰影鎖存器的另外討論技術，請交互參考一般分派共 審查專利申請案，序號08/389,673標題爲“Spatial Light Modulator Having Single Bit-Line Dual-Latch Memory Cells”，於1995年2月16日申請，其敎導在此中被合併 參考·對於控制電器回路的更詳細討論，包含載入電器 回路和DMD10的測試控制，請交互參考一般分派共審査 中專利申請案，序號：08/373,692標題爲“Monolithic Programmable Format Pixel Array** » 於 1995 年 1 月 17 日 申請，其敎導在此中被合倂參考. 現在參考圖2，顯示鏡面陣列12的一個圖素18 ♦第二個 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐} ---------1 "裝--—---訂------{ ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)‘ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 __ 五、發明説明（/3) 記憶體細胞的資料被提供給一對補充的位址電極線，每 個線輪流被連接到裝配在陣列12的每個圖素18之下並與 之結合的二個位址電極26和28中一個.圖素18包含一 個方正鏡面30經由一個支撐突片34被支撐並提高在一個 軛之上，一般而言顯示爲32 .支撐突片34從鏡面中心延 伸往下，並如顯示沿著一個扭力軸附上封軛32的中心， 以平衡鏡面30的質量中心於軛32上.軛32 —般而言’有 —個蝴蝶外形’，稍後將更詳細地談論，並沿著一個中心 軸經由一對扭力鉸鏈4〇被軸支撐·每個扭力鉸鏈40的其 它端附上到一個鉸鏈支撐突片蓋争並由其所支撐，其 被定義在一個分別的鉸鏈支撐突片44的頂端•一對提高 的鏡面位址電極50和52被分別的位址支撐突片54與56 所支撐· 位址支撐突片54與S6與鉸鏈支撐突片44支撐位址電極 50與52，扭力鉸鏈40與軛32以離開一個偏離/重置匯流 排60與基片水平位址電極墊子26和28對並在其上·當 鏡面30與軛32對於扭力軛的軸被一起轉動，其由這些鉸 鏈40，一對軛尖端58在軛32側面所定義，軛32在著陸 位置62偏斜著陸並接合偏離/重置匯流排60 · 現在參考圖2會同圖3,根據本發明的較佳實施例的圖素 I8的一個技術優勢將會被相當詳細地談論·鏡面30與軛 32的旋轉能夠在二個方向中一個被達到，以達到—個雙 -15· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)._ 裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（/冬） 穩態的狀態並調變入射光如顯示於圖5且即將被談論· 一個位址電壓經由結合的電極支撐突片S4與56被提供給 二個位址電極墊子26或28中一個與一個相對應的提高鏡 面位址電極50或S2 .此位址電屋可以是5伏特―其和 CMOS邏輯電器回路是相容的，但也能包含其它層次假如 需要的話·同時，+15伏特偏離電壓被提供給偏離/重置 匯流排60，並如此經由支撐突片44，突片蓋子42，’與 鉸鏈40到軛32，和經由支撐34到鏡面30 ·本發明達到 技術優勢是經由提供一個靜電力於在由陰影區域所舉例 說明於圖2的二個位置的對立表命之~間：這些靜電吸引 力也被舉例說明在圖3的70，76，80與82 . 經由例子，當+S伏特被提供在補充的位址線V»時，假如 鏡面30與軛32將被轉動計數器位址線Va ·此後，一個 + 1S伏特電位被提供在偏離線Vb到偏離/重置匯流排60 以提供一個+15伏特電位在轭32與鏡面30上.一個從2〇 伏特差額的靜電吸引力被產生於位址電極26與軛32在此 基片位址電極之上的部份之間，此力一般而言被顯示在 70·懸垂編址電極26的軛32的相對應部份被陰影部份所 顯示在74 ·相反地，假如鏡面是被轉動在一個順時針方 向，一個0伏特電位將被提供給補充位址電極28以產生 一個吸引力在76，以懸垂位址電極28的轭32的相對應 部份被以陰影地區在78來顯示· -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I — — — — — I I I 訂 ^1 . I 九·^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁). 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（/夕） 當一個靜電吸引力是被產生在7〇於軛的一半與在下列的 位址電極26,之間時，一個靜電吸引力也正產生於提高的 位址電極50與鏡面30之間如顯示於圖3中80·此靜電吸 引力被產生於鏡面30的顯示在82在提高位址電極· S0之 上的部份之間的電壓電位所產生·鏡面30懸垂位址電極 S2的部份被顯示在84 ·所以，經由定址一個位址電極26 或28，其接著提供一個位址電壓到相對應的提高位0：電 極50或52，靜電吸引力被產生在二個地方，顯示在70 與80或在76或82. —旦+1S伏特電位被應用到偏離匯 流排60，並後來到軛32與鏡面3〇 '，~選捧性地應用此0 伏特位址電位到二個位址電極26或28中一個決定了鏡面 30與轭32因此將轉動的途徑· 參照圖3,能看出提高的位址電極50和52 —般而言是與 軛32共平面的，其每個是空出在位址電極26與28之上 距離約1微米·鏡面30在提高的位址電極50和S2之上的 分離大約是此距離兩倍，或大約2微米·既然於對立表 面之間的吸引力的變化直接是一個一除以對立表面之間 距離的平方的函數，產生於轭32與位址電極26與28之 間每單位面積的靜電吸引力是產生於鏡面30與相對應的 提高位址電極S0與52之間的吸引力的四倍大.這些產生 在扭力軸的每個邊的力是添加的，與一起引起鏡面30與 軛32在向著位址電極的方向轉動· -17· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） --------〃裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（/彡） 於一個另一個選擇實施例，提高電極50與52與它們相對 應的支撐突片能被消除*於此實施例，在軛32之上的鏡 面30的高度只有約1微米以達到一個強的吸引力以電極 26與28的在下列的末梢部圓形突出·當偏斜時，鏡面30 將轉動向，但將仍然不與之接合，位址電極26與28的相 對應的末梢部圓形突出·於此實施例，包含這些突片44， 軛32與鏡面30的提高結構是所有都相等電位且一個Μ路 的風險被避免了 •如此，對於一組提.高電極的限制將不 被推論· '' · ··· 位址扭矩（Τβ)是由位址電壓獨自與軛32與鏡面30產 生的扭矩·此位址扭矩是顯著地大於由先前一代DMD元 件所產生用於類似位址電壓和偏離電位的位址扭矩·本 發明如此有一個改善的位址邊際，其被定義爲當偏離電 壓被應用時，位址電壓V·和需要來保証鏡面轉動在適合 方向的電位之間的差別· 本發明的圖素也有一個增加的鎖存扭矩（ΙΊ)，其被定 義爲有一個位址電壓傾向轉動鏡面到相對狀態時由偏離 電壓所產生的鎖存扭矩的一個測量·本發明另外的大量 改善的性能參數是一個增加的地址握持扭矩（Th)，其 被定義爲於偏離電壓關閉期間在重置後位址電壓握持鏡 面於它的著陸狀態的能力的一個測量·本發明的另外改 善是一個增加的重置力（Fr)，其被定義爲由單一脈動 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐〉 ---------( 裝---I--訂------^ ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁).. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（//) 重置與經由鉸鏈頂端產生的恢復力的結合所產生的尖端 反應力的一個測量· 全部這些四個性能參數大體而言經由本發明被改善而超 過先前一代DMD元件，因爲軛32的設計產生一個靜電吸 引力於在下列的位址電極，並結合被產生於提高的鏡面 和提高的位址電極之間的靜電吸引力·由於可旋轉的’軛 的接近在位址電極之上，與其間一個.本質對立的面積： 所有上面論及的性能參數能被顯著地增加，且對於機電 DMD元件的效率增加有貢獻·特鈿¥，對於鉸鏈仍然不 變，比先前一代元件有一個1·8倍的較高位址扭矩·鎖存 扭矩被改善而超過先前一代元件2.6倍·產生的重置力是 前一代DMD元件的8.8倍·以所有改善的性能參數，用 於裝配本發明流程，其即將被敘述，幾乎是與先前一代 元件相同，如此對於先前一代元件而言提供一個“似無卻 有”的優點· 本發明的DMD元件意含包含如上述較大的位址邊際，對 於位址倒轉有校低的感受性，較低的重置電壓需求，與 較高交換的速度，交換速度於如一個空間光調變器的元 件的操作是重要的·以現今的設計，非線性的鉸鏈甚至 可以被合併，假如需要的話可以更硬的鉸鏈，因爲有改 善的位址邊際與鎖存邊際· •19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)： 裝· 、1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/<?) 爲減少由於范德瓦耳斯力而黏附的可能性，著陸電極 60，特別是在地區62相對應於從轭32的尖端58的接觸 點，可被鈍化·經由鈍化著陸電極，軛32附著或黏附的 趨勢能被減少·黏附是一個禁止力其需要大的重置電壓 被應用以重置鏡面到一個平的狀態，或轉換鏡面到對立 可偏斜的雙穩態的狀態·鈍化著陸電極的方法被揭露於 —般分派美國專利案號5,331,454于Hornbeck，標題’爲 “Low Reset Vo 丨 tage Process for DMD” r 與於一般分派共審 査中專利申請案序號：08/239,497，標題爲“PFPE Coating - .· for Micro-Mechanical Devices”，'1.994.年 5..月 9_ 日申請， 其每個敎導在此合倂參考·爲達到重置鏡面，且引起鏡 面的歪斜到其它雙穩態的狀態，偏離/重置線可以一個相 對應於鏡面的共振頻率的頻率而被電壓脈動，其通常是 大約5 ΜΗΖ，諸如揭露於一般分派美國專利5,096,279 標題爲 “Spatial Light Modulator and Method**，其敎導在 此中被合併參考· 現在參考圖4，陣列12的一個3 X3陣列部份的部分遠 視圖被顯示以舉例說明於矽基片上金靥層3的裝配，此 金屬層3定義於矽基片上的位址電極與偏離/重置匯流 排·也被舉例說明的是提高的鏡面位址電極，突片蓋子， 與這些在金屬層3之上支撐軛32的鉸鏈.鏡面支撐突片 是由分別的軛沿著圖素的扭力軸所支撐· -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ---------< ' 裝------訂------^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)，. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（/f) 現在參考圖5，顯示一個光學簡要圖藉以入射光線被調 變並偏斜到二個方向中一個，視鏡面是於“Ο N”或“0 F F ”狀態而定·當鏡面30是於〇 N狀態，入射光被反射到 一個包含放映機鏡頭的光學，並於一個前面或後方的銀 幕放映機的情況下最後集中焦點於一個顯示銀幕，或於 一個電子照像印表機的情況下集中焦點於一個感光性表 面·當鏡面30是於OF F位置，入射光被反射到一_光 吸收器並從暗場光學離開·於鏡面30的雙穩態的狀_ i 間的20度旋轉達到反射入射光的一個40度擺幅·如此， 本發明達到一個高對比比率的空ή光‘影像，其對於暗場 光學系統的使用是重要的，本發明的空間光調變器即被 意圖用於暗場光學系統· 現在參考圖6與7，顯示採.自圖2線Α-Α圖素18的剖面 圖但支撐突片未顯示.如顯示於圖6，以軛32與鏡面30 於未偏斜（平坦）的狀態，轭32 —般而言是與提高的位 址電極50與S2共平面，約在金屬層3之上距離1微米且 包含位址電極26和28與重置/偏離匯流排60.鏡面30被 提高在此對提高的位址電極50和52上大約2微米，其大 約是分開軛64與基片的距離的兩倍· 參照圖7，當軛32與鏡面30被編址且在一個順時針方向 方向轉動如顯示，編址軛32 —半的著陸尖端58對著陸在 重置/偏離匯流排60的部份62 .然而，提高鏡面30，當 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)，. •裝· 訂 295631 A7 _ B7 五、發明説明（>幻 隨其轉動時，保持從相對應的提高的位址電極S2分開並 空出在其上：如顯示，轭32的力矩臂關於扭力軸大約是 鏡面30力矩臂的一半·與鏡面3〇相比著陸轭32的較短 空間減少需要來重置一個黏住鏡面的扭矩，但使用太短 的著陸軛會造成另外的應力在扭力鉸鏈·這些力的較好 理解被敘述於一般分派共審查中專利申請案序號·. 08/171,303 標題爲 “Multi-Level Digital Micromirror”， H93年12月21日申請，其敎導在此中被合倂參考.旣長 軛32著陸於一對對立的尖端58並被對稱設計，一個大區 域的位址電極26和28能被定義在~轭i2之下如顯示於圖 2 ·此外，減少黏附力於軛與著陸電極部份62之間已經 被觀察到了，如此當改變或重置鏡面狀態時，需要應用 一個較低的重置電壓· 現在參考圖8-13，將敘述一個詳細討論關於半導體裝配 流程來實行裝配一個圖素18 ·於每一個圖中，爲說明與 明確的目的，剖面圖是取自圖2線B-B，雖然那不是以一 定的比例· 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先，參照圖8，一個砂基片64被處理以便形成在下列 的位址電器回路，其包含記憶體細胞I6的陣列，列位址 電器回路20，與欄資料載入電器回路30 ·此後，基片64 被覆蓋著一個保護的氧化物層1〇2·接著，一個第三個金 屬化的層，一般歸爲M3 ’噴射置放於部份處理的晶圓並 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___ ___B7_ 五、發明説明（>/) 顯示在104 ·此第三個金屬化層被蝕刻並定義位址電極 26與28和偏離/重置匯流排60如顯示於圖2與圖4·接 著，一個鉸鏈間隔元件層106被灑散積存在位址電器回路 上且最好包含有1微米厚度的正光阻.一對經由（vias)llO 被打開經過光阻層106以幫助形成鉸鏈支撐突片，然後光 阻層106在一個高溫被深XIV硬化以防止於隨後的處理步 驟期間的流動與水泡· ’ 現在參考圖9，一個金屬化的薄鉸鏈層112被噴射置放在 光阻層106上並進入經由U0如示鉸鏈層112最好有 一個厚度大約是500埃，與能包含鋁，鋁屬，鎢，與其它 適合本發明的傳導性材料·鉸鏈支撐突片44被定義於此 步驟如顯示，並電氣連接到偏離/重置匯流排60 ·同樣於 此步驟期間，定義了電極支撐突片54和56對，雖然其未 被顯示，藉以層112是噴射存放在一對相對應成型於光阻 106的經由，這些經由是已形成於當經由110被打開時的 先前步驟期間·如此，電極支撐突片和鉸鏈支撐突片是 很類似的·光阻間隔層106的厚度決定鉸鏈的空氣間隙， 並如此決定由於軛32的角自由度的鏡面旋轉角度直到它 接合著陸電極· 現在參考圖10，一個第一個氧化物罩幕是電漿積存並在 鉸鏈40的外形被型式•然後，一個鋁屬厚金屬層，大約 3,000埃厚，被置放· 一個第二個氧化物罩幕是電漿積存 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） --------ί 袭------、订------{ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)，._ Α7 Β7 五、發明説明（>>) 然後在軛32，提高電極54與56與鉸鏈支撐蓋子42的外 形被型式·薄鉸鏈層112與較厚金屬層然後被蝕刻以定義 .位址電極50與52，鉸鏈支撐蓋子42與這些鉸鏈40如顯 示·單一電漿蝕刻被使用來定義這些結構·此二個氧化 物層功能如蝕刻停止器並保護在它們下的金屬層·在電 漿蝕刻流程完成之後，氧化物蝕刻停止器被從薄金屬鉸 鏈，較厚金屬支撐突片蓋子42，這些電極50與Μ舆這 些鉸鏈40移去，如顯示於圖10 . . ’ 現在參考圖U，一面厚鏡面間隔％'伴層122被灑散積存 在這些鉸鏈，電極和鉸鏈支撐蓋子上，且最好包含大約 有2微米厚度的正光阻·一個經由124在此光阻間隔元件 層122被打開以提供一個開口在軛32之上如顯示，然後 光阻層122被深UV硬化· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁): 參照圖12，一個鏡面金屬層，包含一個鋁屬並有反射性 質，然後被噴射積存到一個厚度大約4,000埃·此層形成 鏡面支撐突片34與鏡面30兩者·一個罩幕氧化物層然後 被電漿積存於鏡面層上，且在長方形的鏡面外形被型 式.鏡面金屬層然後被電漿蝕刻以形成鏡面30與支撐突 片34如顯示.罩幕氧化物層通常留在適合的地方而晶圓 後來被處理和鋸以獲得鑄模·參照圖13 ’這些晶片被放 置於一個電漿蝕刻室’那裡罩幕氧化物層與間隔元件層 106和122兩者被電漿蝕刻掉’留下鉸鏈空氣間隙在鉸鏈 • 24· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇X297公楚〉 A7 B7 五、發明説明 40與軛32之下和一個鏡面空氣間隙134在提高鏡面30 下. 現在參考圖14，一個本發明的另一個選擇實施例的遠景 爆炸視圖被一般顯示在200·圖素200很類似如談論於圖 1-13中的圖素18，其中類似數字參照類似的基本元件· 然而，圖素200有一個軛202，其稍被修改而有單一著陸 尖端204在扭力軸的每個邊如顯示·當轉動時，軛202# 的一個尖端204將被轉動直到它接合並著陸於一個相對 應的著陸電極208 ·軛202大體而言重·疊從在基片上金屬 層3形成的每對位址墊子210和212·產生靜電吸引力的 對立表面的相對應地區被顯示而在214，216，218與 220陰影區域如顯示•鉸鏈222從鉸鰱突片224支撐轭 202 ·提高的位址電極228和230是與軛202共平面. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 現在參考圖15，仍是本發明的另外一個選擇的較佳實施 例被顯示在300 ·圖素300很類似於顯示於圖200的實施 例與顯示於圖1-13的圖素18，其中類似數字參照類似基 本元件·圖素300,如顯示，也有單一著陸尖端提供在扭 力軸的每個邊，類似於圖14的實施例· 一個軛302大體 而言平扭力軸被延伸並超過在下列的位址電極，那裡一 對位址電極304與306被提供在軛302的一面，而另外一 對位址電極310和312被提供在偏離/重置匯流排320的另 外一邊，其有一個X型式如顯示·此二個位址電極304 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 295631 A7 B7 — " 五、發明説明（2#) 和3〇6是電氣彼此連接，且其它對位址電極310和312是 電氣連接在一起·這些位址電極對經由一個相對應的支 撐突片336被電氣連接到提高的鏡面位址電極330與332 如顯示·靜電吸引區域被顯示在陰影區域350，352， 354，356，358與360·鉸鏈362從突片364支撐軛302 · 於此實施例，偏離/重置匯流排320有一個X外形，且分 叉位址電極對如顯示·以一個X外形，偏離/重置匯流排 能被容易地與方便地互連到於矽基片上金屬層3的鄰接* 圖素·此可產生一個想要的佈面（layout)用於以一個共用 的偏離/重置匯流排來控制圖素的多:數個列，且也幫助分 開重置技術諸如揭露於一般分派美國專利申請案序號： 08/300,356 標題爲 “Pixel Control Circuitry for Spatial Light Modulator”，申請日期2/16/9S，其敎導在此中被合併參 考·軛尖端的著陸邊沿著偏離/重置匯流排被提供如顯示 在 340 ♦ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 扼要如下，揭露一種DMD類型的空間光調節器，其有靜 電力產生在二個位置以引起圖素鏡面的歪斜·首先，一 個吸引力被產生於軛與一個在下列的基片位址電極之 間·其次，一個靜電力也被產生於提高的鏡面與一個提 高的位址電極之間·這些靜電力是添加的，且實行了改 善的性能參數而優於先前一代DMD元件·既然軛被分開 在基片位址電極之上一個距離相等於在鏡面和提高的位 址電極之間空出的一半，可達到每單位面積吸引力是在 •26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 五、發明説明（25) 鏡面和提高的電極之間所產生的力的4倍大.本發明的 設計達到較高的位址扭矩，較高鎖存扭矩，較高重置力， 與較大的位址邊際·圖素對於位址倒轉較不敏感，需要 的重置電壓較低，且可消除共振重置與多數重置脈動的 必要·達到較高的交換速度，藉以非線性與較硬的鉸鏈 能被提供，其是由於上述之改善的性能參數.圖素陣列 能從基線流程的小修改來裝配·如此，本發明的空間·光 調變器達到的改善的性能參數之優於先前產品是一個/ “似無卻有”的設計· - •, ·* .. 雖然本發明已藉一個特定的較佳實施例被敘述了，很多 變異和修正對於那些熟練於此技術的人士在硏讀本申請 案後將變成是明顯的·所以以習知技‘術觀之，附加的申 請專利範圍的用意應盡可能廣泛解釋以包含全部如此的 變異與修正· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 、11 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨0x297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 Α8 Β8 C8 D8 夂、申請專利範圍 1 . 一種空間光調變器，包含： a ) —個基片； b) 定址電器回路包含一個提供在鄰接該基片的第一個部 份和一個提高在該基片之上的第二個部份； - c) 一個軛被支撐在該定址電器回路的第一個部份上； d) 至少一個鉸鏈連接到該軛並支撐該軛，該鉸鏈允許該 軛的歪斜；與 ’ e) —個提高在上並由該軛所支撐的圓素，該圖素位在ά 提高的定址電器回路的第二個部份上· 2 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器包含一對該 鉸鏈沿著一個軛軸而在軸方向支撐該軛· 3 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器，其中該軛 的寬度少於該圖素的寬度且該圖素重疊該軛· 4 ·如申請專利範圍第2項之空間光調變器，其中該軛 有一對轭尖端在該軛軸的每個邊· 5 ·如申請專利範圍第4項之空間光調變器，其中該軛 有一個蝴蝶外形* 6 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器，其中一個 第一個空出是定義於該軛與該定址電器回路第一個部份 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 之間，與一個第二個空出是定義於該圖素與該定址電器 回路第二個部份之間，其中該第一個空出是小於該第二 個空出♦ 7 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器，其中該軛 是大體而言與該定址電器回路第二個部份在相同的平 面. ' 8 ·如申請專利範圍第2項之空間光調變器*其中一個 第一對對立面積被定義於該轭與該定址電器回路第一個 部份之間，與一個第二對對立面積被定義於該圖素與該 定址電器回路第二個部份之間，該第二對對立面積對於 該軛軸比該第一對對立面積定義了較‘大的側距離· 9 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器，更進一步 地包含一個偏離/重置匯流排建造在該基片上並電氣連接 到該圖素· 10 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器，其中該鉸 鏈大體而言與該軛在相同的平面· 11 ·如申請專利範圍第1項之空間光調變器，更進一步 地包含控制電器回路被耦合於該定址電器回路，該控制 電器回路提供位址資料到該定址電器回路第一個部份與 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4%^· ( 210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、1T A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該第二個部份以引起該圖素的歪斜· 12 .如申請專利範圍第2項之空間光調變器，更進一步 地包含控制電器回路被耦合於該定址電器回路，該控制 電器回路提供位址資料到該定址電器回路的第一個部份 之一以引起該軛的歪斜向該編址的第一個部份· * 13 .如申請專利範圍第1項之空間光調變器，更進一步~ 地包含一個支撐突片連接到該鉸鏈並支撐該鉸鏈· 14 .如申請專利範圍第1項之空間光調變器，其中該定 址電器回路第一個部份和該第二個部份是電氣互相連接 的. 15 .如申請專利範圍第1項之空間光調變器，其中該圖 素是一個鏡面· 16 .如申請專利範圍第15項之空間光調變器，其中該鏡 面有一個長方形外形· 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 I 1 n n 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)： 17 .如申請専利範圍第16項之空間光調變器’其中該鏡 面的邊對於該鉸鏈呈幾何45度· 18 . —種空間光調變器，包含： -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 a) —個基片； b) 定址電器回路包含一個提供在鄰接該基片的第一個部 份和一個駐在一個由該第一個部份所定義的平面之上的 第二個部份； . c) 一個軛被支撐在該定址電器回路的第一個部份上； d) 至少一個鉸鏈連接到該軛並支撐該軛，該鉸鏈允許該 轭的歪斜；與 · e) —個提高在上並由該軛所支撐的_素，該圖素位在会 提高的定址電器回路的第二個部份上· ---------^--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)·. 訂 ·" 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐}