TWI249191B - Method for fabricating a microelectromechanical optical display device - Google Patents
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Description
1249191 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於微機電系統（micro-electromechanical system，MEMS)製程，特別是有關於 一種微機電光學（microelectromechanical optical， MEMO)顯示元件的製造方法，該微機電光學顯示元件例如 疋干涉調節器（Interference Madulators)。 【先前技術】 目前有非常多種類的光學元件，例如微機電系統 (MEMS)，可以經由使用微機械（micr〇maching)以及微電子 (microelectronic)製程技術而被製造。 在許多例子中，由於MEMS可以包含光學零組件，因此 也可被稱之為微機電光學顯示元件。微機電光學顯示元 件的一例子例如是美國專利第58 352 25號中所揭示之干涉 調節器。上述由美國專利第5835 225號中所揭示之干涉調 節器可以被製作成一陣列而被使用於反射式顯示器，其中 每一干涉調節器被用來當作是一晝素而提供所想要的^學 反應。 第1圖是干涉調節器在兩種模式的剖面示意圖，其中 符號102代表一晝素在未驅動（undriven)的狀態，而符號 104代表另一晝素在驅動（driven)的狀態。在未驅動狀離 102時，鏡面板11〇與基板120之間具有一間隙（air g^ 1/2，此時干涉調節器顯示亮色（例如藍色）；而在驅動 態104時，鏡面板1 1〇與基板丨2〇接觸，此時干涉調節哭吸
1249191 五、發明說明（2) 收入射光而顯示暗色（例如黑色）。另外，符號丨3 〇是支撑 鏡面板11 0的支樓柱（post)，符號140是指觀測者。 在美國專利早期公開第2 0 02 /b015215號中，Miles有 揭示一種干涉調節器元件及其製造方法。該方法是圖案化 銘層而當作是干涉調節器中的鏡面板。 在美國專利早期公開第2 0 03 /0 1 528 72號中，Mi les有 揭示一種干涉調節器的製造方法。該方法是藉由基板上的 堆® (stack)層為罩幕，而曝光位於該堆疊層上的光感 (photosensitive)層 ° 在美國專利早期公開第20 04/0 0 276 36號中，Mi ies有 揭示一種干涉調節器裝置及其製造方法。該方法是先在部 刀基板上形成光吸收（light- absorbing)層。 【發明内容】 本發明的目的在於提供一種微機電光學顯示元件的製 造方法。 根據上述目的，本發明提供一種微機電光學顯示元件 的製造方法，其步驟包括··形成一光學堆疊層於一基板 上；形成一犧牲層於該光學堆疊層上；圖案化該犧牲層而 形成複數個穿孔於該犧牲層内；填充一支樓物於該等穿孔 中而形成複數個支撐柱；形成一反射層於該犧牲層與該等 支撐柱上；形成一彈性層於該反射層上；形成一光阻層於 部分該彈性層上；以該光阻層為罩幕，利用濕蝕刻製程去 除部分該彈性層而得到一圖案化的彈性層，並且蝕刻停止
〇632-A5023im(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第8頁 1249191__ 發明說明（3) ~ ----— 在該反射層上；去除該光阻層；以該圖案化的彈性層 幕’利用乾蝕刻製程去除部分該反射層而得到一圖案化的 f射層，其中該等圖案化的彈性層與反射層構成一機械、 層，以及去除該犧牲層而使該機械層被支撐於該等支撐柱 上0 /在本發明的另一實施例中，去除該光阻層的步驟可以 在形成a亥圖案化的反射層之後才進行。 根據本發明的製造方法，使得機械層的輪廓 (profile)不會有底切（under_cut)現象，而提升^^㈣元 的顯示品質。 以下配合圖式以及較佳實施例，以更詳細地說明本發 明。 【實施方式】 卓一實施例 以下利用第2A〜2G圖來說明根據本發明第一實施例來 製作微機電光學顯示元件之製程。另外，第2A〜2G圖雖然 只有顯示微機電光學顯示元件中的一晝素，然而實際上的 微機電光學顯示元件可以包含為數眾多的晝素。該MEM〇元 件例如是一干涉調節器，但並非限定本發明。 請參閱第2 A圖，提供一透明基板2 〇 〇，形成一光學堆 疊層（optical stack layer) 2 0 3於該基板2〇〇上。該光學 堆璺層2 0 3的形成步驟例如是形成一透明導電層2 〇 1於該基 板2 0 0上’然後再形成一介電層2〇2於該透明導電層2〇1
0632-A50231TlVf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第9頁 五、發明說明（4) 上。其中，該基板2 0 0的材質例如是破填、石^ 薄 胰（mylar)或塑膠，該透明導電層2〇1的材锡，备 化物UTO)或銦鋅氧化物(IZ〇)或其他透明之：：錫： 該介電層2 02的材質例如是氧化銘或氧化 ^ 氧化矽或其他透明之介電材料。 ^ ^ 然後，沉積一犧牲層（sacrificial layer)2l〇於該光 學堆疊，203上。其中該犧牲層21〇例如是鉬層或非晶矽 層。接著，，利用傳統的微影蝕刻製程，形成複數個穿孔 215於該犧牲層210内而露出該光學堆疊層2〇3。 請參閱第2B圖，將支撐物，例如是光阻或聚合物填入 該荨牙孔2 1 5中’並利用傳統微影餘刻製程而形成複數個 支撐柱 220(posts)。 請參閱第2C圖’形成一反射層（refiective iayer) 230於該犧牲層210與該等支撐柱220上。然後，形成一彈 性層（flexible layer)240於該反射層230上。在本實施例 中’該反射層230例如是由減鍍法（sputtering)所形成之 鋁層或其他具有高反射性之金屬層，而該彈性層2 4 〇例如 是由濺鍍法所形成之鎳層或其他具有高機械性之金屬層。 之後，利用圖案化製程而形成一光阻層2 5 0於部分該彈性 層240上。 請參閱第2D圖，以該光阻層250為罩幕（mask)，利用 濕蝕刻製程2 60去除部分該彈性層24 0而得到一圖案化的彈 性層24 0 ’，並且蝕刻停止在該反射層2 3 0上。這裡要注意 的是，在進行該濕蝕刻製程2 6 0時，該彈性層24 0與該反射 0632-A50231TWf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第10頁 1249191 五、發明說明（5) 層230的飯刻選擇比最好是大於1，更好是大於等於5。當 該彈性層2 4 0是鎳層時，則上述濕蝕刻製程2 6 0所使用的蝕 刻液例如是ΗΝ03溶液。 之後，例如使用灰化（ashing)製程而除去該光阻層 2 5 0，而得到如第2 E圖所示之結構。 請參閱第2E圖，以該圖案化的彈性層240’為罩幕，利 用乾#刻製程27 0 (非等向性蝕刻）去除部分該反射層23 0而 得到一圖案化的反射層23〇，，其中該等圖案化的彈性層 240與反射層23 0’構成一機械層（mechanical layer，或 稱鏡面板）280，而如第2F圖所示。當該反射層230，是鋁層 時’則上述乾蝕刻製程2 7〇所使用的蝕刻氣體例如包含有
Ci2、BC13、〇2、He 與CF4 或包含有SF6、02、He 與CF4。這裡 要Φτ別說明的是’由於本實施例是採用兩階段蝕刻步驟 (濕蝕刻+乾蝕刻），所以可以得到沒有底切現象的機械層 輪廓，而提升產品良率。 ，參閱第2G圖，例如利用叫、叫、c1f3、叫或a 栌if餘的犧牲層210，使得該機械層280被支撲於該支 芽 上。如此，即得到了一干涉調節器結構299。 弟二實施例 以下利用弟3 A〜3 G圖來今明辦械丄 製作微機電光學顯示元件之二Λ明第… 學顯示元件可以包含為數眾多% ^，實際上的微機電光 彳夕的旦素。該微機電光學顯示 〇632-A50231TWf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第11頁
1249191 五、發明說明（6) 元件例如是一干涉調節器’但並非限定本發明第二實於 例與第一實施例之差別主要在於去除光阻層的步驟順^ ^ 請參閱第3A圖，提供一透明基板3〇〇，形成一光學堆 疊層303於透明基板30〇上。該光學堆疊層303的形成步驟 例如是形成〆透明導電層301於該基板30 0上，然後再"形成 一介電層3 02於該透明導電層301上。其中，該基板3〇〇的 材質例如是玻璃、石英、聚酯薄膜或塑膠，該透明導電層 3 〇 1的材質例如是銦錫氧化物或銦鋅氧化物或其他透明之 金屬材料，而該介電層3 0 2的材質例如是氧化鋁或氧化石夕 或氮化矽或氮氧化矽或其他透明之介電材料。 然後，沉積一犧牲層3 1 0於該光學堆疊層3 〇 3上。其中 該犧牲層3 1 0例如是鉬層或非晶矽層。接著，利用傳統的 微影蝕刻製程，而形成複數個穿孔3 1 5於該犧牲層3 1 〇内而 露出該光學堆疊層303。 請參閱第3 B圖’將支撐物，例如是光阻或聚合物填入 該等穿孔3 1 5中，並利用傳統微影蝕刻製程而形成複數個 支撐柱32 0。 請參閱第3C圖，形成一反射層330於該犧牲層310與該 等支撐柱320上。然後形成一彈性層340於該反射層330 上。在本實施例中，該反射層3 3 0例如是由濺鍍法所形成 之鋁層或其他具有高反射性之金屬層，而該彈性層340例 如是由濺鍍法所形成之鎳層或其他具有高機械性之金屬 層。之後，利用圖案化製程而形成一光阻層3 5 0於部分該 彈性層3 4 0上。
0632-A50231TWf(5.0) ； AU0405019 ： Jacky.ptd 第12頁 1249191 五、發明說明（7) 請麥閱第3D圖，以該光阻層3 5 0為罩幕，利用濕蝕刻 製程3 6 0去除部分該彈性層3 4 0而得到一圖案化的彈性層 3 4 0 ’’並且蝕刻停止在該反射層3 3 〇上。這裡要注意的 是’在進行該濕蝕刻製程3 6 0時，該彈性層3 4 0舆該反射層 330的#刻選擇比最好是大於1，更好是大於等於5。當該 彈性層340是鎳層時，則上述濕蝕刻製程36〇所使用的飯刻 液例如是hno3溶液。 請麥閱第3 E圖，以該光阻層3 5 0以及該圖案化的彈性 層3 4 0 ’為罩幕，利用乾蝕刻製程3 7 〇 (非等向性蝕刻）去除 部分該反射層3 3 0而得到一圖案化的反射層3 3 〇，，其中該 等圖案化的彈性層340,與反射層33 0,構成一機械層380 (或 稱鏡面板），而如第3F圖所示。當該反射層33〇是鋁層時， 則上述乾钱刻製程3 7 0所使用的钱刻氣體例如包含有c 12、 BCI3、〇2、He與CF4或包含有SF6、02、He與CF4。這裡要特別 說明的是’由於本實施例是採用兩階段钱刻步驟（濕钱刻+ 乾钱刻），所以可以得到沒有底切現象的機械層輪廓，而 提升產品良率。 接著’例如利用灰化製程而除去該光阻層3 5 〇，而得 到如第3 F圖所示之結構。 請芩閱第3G圖，例如利用χθρ2、BrF3、C1F3、BrF5或IF5 來除去剩餘的犧牲層310，而使得該機械層38〇被支撐於該5 支撐柱3 2 0上。如此，即得到了一干涉調節器結構3 9 9。 【本發明的效果】 1249191 五、發明說明（8) 根據本發明的製造方法，使得微機電光學顯示元件中 的機械層輪廓精準而不會有底切現象，故能提升元件的顯 示品質。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
0632-A50231TWf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第14頁 1249191 圖式簡早說明 第1圖是干涉調節器在兩種模式的剖面示意圖； 第2 A〜2G圖是顯示根據本發明第一實施例方法來製作 微機電光學顯示元件之剖面圖；以及 第3A〜3G圖是顯示根據本發明第二實施例方法來製作 微機電光學顯示元件之剖面圖。 主要元件符號說明】 1 0 2〜未驅動狀態； I 0 4〜驅動狀態； II 0〜鏡面板； 11 2〜間隙； 1 2 0〜基板； 130〜支撐柱； 1 4 0〜觀測者； 200、 300〜透明基板； 201、 301〜透明導電層 202、 302〜介電層； 2 0 3、3 0 3〜光學堆疊層 2 1 0、3 1 0〜犧牲層； 21 5、31 5〜穿孔； 22 0、32 0〜支撐柱； 3 3 0 ’〜反射層； 3 4 0 ’〜彈性層； 23 0 > 2 3 0, ^ 330 24 0、24 0’、340 250、350〜光阻層
0632-A5023111Vf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第15頁 1249191 圖式簡單說明 2 6 0、3 6 0〜濕蝕刻製程； 2 7 0、3 7 0〜乾蝕刻製程； 28 0〜機械層； 29 9、3 9 9〜干涉調節器結構。
0632-A50231TWf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第 16 頁
Claims (1)
1249191
•種微機電光學顯示元件的製造方法，其步驟包 形成一光學堆疊層於一基板上； 形成一犧牲層於該光學堆疊層上； 圖案化該犧牲層而形成複數個穿孔於該犧牲層内； 填充一支撐物於該等穿孔中而形成複數個支撐柱； 形成一反射層於該犧牲層與該等支撐柱上； 形成一彈性層於該反射層上； 形成一光阻層於部分該彈性層上； 以該光阻層為罩幕，利用濕蝕刻製程去除部分該彈性 s而得到一圖案化的彈性層，並且飯刻停止在該反射層 上； 去除該光阻層； ^ 以該圖案化的彈性層為罩幕，利用乾蝕刻製程去除部 ^該反射層而得到一圖案化的反射層，其中該等圖案化的 彈性層與反射層構成一機械層；以及 去除該犧牲層而使該機械層被支撐於該等支撐柱上。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元件 的製造方法，其中該基板為透明。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元件 的製造方法，其中形成該光學堆疊層的步驟包括： 形成一透明導電層於該基板上；以及 形成一介電層於該透明導電層上。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元件
0632-A50231TlVf(5.0) ; AU0405019 ； Jacky.ptd 第 17 頁 1249191
六、申請專利範圍 的製造方法，其中該犧牲層是鉬層或矽層。 5·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元^ 的製造方法，其中該支撐柱的材質包含聚合物。 τ 6 ·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元 的製造方法，其中該反射層包含鋁。 兀 7·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元 的製造方法，其中該彈性層包含鎳。 凡 8·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元 的製造方法，其中該濕蝕刻製程是採用〇〇3溶液。 9 ·如申請專利範圍第丨項所述之微機電光學顯示元件 的製造方法’其中該乾蝕刻製程所採用之蝕刻氣體包含 Cl2, BC13, 02, He 與CF4。 ，1 0 ·如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元件 的製造方法’其中該乾餘刻製程所採用之蝕刻氣體包含 SF6, 02, He 與CF4。 1項所述之微機電光學顯示元 該濕蝕刻製程時，該彈性層與 等於5。 項所述之微機電光學顯示元件 阻層的步驟是在形成該圖案化 制^ ·古如申請專利範圍第1項所述之微機電光學顯示元件 的衣=^法，其中在進行該濕蝕刻製程時，該彈性層與該 反射層的蝕刻選擇比大於丨。
1 2 ·如申請專利範圍第工 件的製造方法，其中在進行 該反射層的蝕刻選擇比大於 1 3 ·如申請專利範圍第j 的製造方法，其中去除該光 的反射層之後進行。 1249191 六 、申請專利範圍 括：14. -種微機電光學顯示元件的製造方法，其步驟包 形成—光學堆疊層於一基板上；以及 形成光學元件於該光學堆疊層上，j：中兮 _ S機械層，而形成該機械層的步驟包括：干 方；依序形成一反射層與一彈性層於該光學堆疊層之上 形成:光阻層於部分該彈性層上； 層 上 而 為罩I ’利用濕银刻製程去除部分該彈性 于 圖木化的彈性層，並且蝕刻停止在該反射層 去除該光阻層；以及 ^ 以該圖案化的彈性層為罩幕，利用乾蝕刻製程去除部 分該反射層而得到一圖案化的反射層1 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之微機電光學顯示元 件的製邊方法，其中該基板為透明。 1 6 ·如申睛專利範圍第1 4項所遂之微機電光學顯示元 件的製造方法，其中形成該光學堆疊層的步驟包括·· 形成一透明導電層於該基板上；以及 形成一介電層於該透明導電層上。 1 7 ·如申請專利範圍第1 4項所述之微機電光學顯示元 件的製造方法，其中該反射層包含鋁，而該彈性層包含 鎳。 1 8 ·如申請專利範圍第1 4項所述之微機電光學顯示元
〇632-A50231TWf(5.0) ； AU0405019 ； Jacky.ptd 第 19 頁 1249191 六、申請專利範圍 件的製造方法，其中該濕蝕刻製程是採用HN〇3溶液。 7 ^如申請專利範圍第1 4項所述之微機電光學顯示元 γΪ的κΓι 方法，其中該乾餘刻製程所採用之钱刻氣體包含 2，^3,〇2，1^與〇匕，或包含sf6, 〇2，He 與CF4。 件的料财έs帛14項所述之微機μ學顯示元 ^ ^ ^ ^ / ，其中在進行該濕蝕刻製程時，該彈性声盥 “反射層的蝕刻選擇比大於1。 曰/、 ^ 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項所述之微播雪氺與璇一一 件的製造方法，i中名、# α制做機電光學顯不兀 該反射層的蝕刻選擇比大於等於5。 ^ ’該蜂性層與 22 .如申請專利範圍第丨4項所述之 一 件的製造方法，i由主人 > , 喊機；電光學顯示元 j衣l々泛，其中去除該光阻 化的反射層之後進行。 少鄉是在形成該圖案
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