具有多层位置的离散控制微镜制造技术

本发明专利技术提供两种离散控制微镜（ＤＣＭ），其可克服传统静电微镜的缺点。第一种微镜是可变支架离散控制微镜（ＶＳＤＣＭ），其位移范围比传统静电微镜更大。该ＶＳＤＣＭ的位移准确度优于传统静电微镜，且其低驱动电压与ＩＣ部件兼容。第二种ＤＣＭ是分段电极离散控制微镜（ＳＥＤＣＭ），其具有与传统静电微镜相同的缺点。但是ＳＥＤＣＭ与已知微电子技术兼容。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有离散的多层位置的微镜装置。
技术介绍
因为微镜装置可以取代传统的光电子装置，所以已致力于开发。唯一相位活塞型式的微镜，过去用于相位自适应光学应用，而旋转微镜在过去则用于偏斜光线。控制这些微镜中的大部分以具有连续位移，这可由静电力与弹力间的平衡来确定。模拟控制会比数字或离散控制更为复杂，且不与已知的半导体电子技术(如MOS、CMOS等)兼容。此外，具有连续位移而由静电力致动的微镜，在电力超过机械结构的弹力时，会经历典型的断开现象。该断开现象会限制微镜的平移及旋转范围。在实际使用具有以静电力致动的连续位移的微镜时，高驱动电压也是另一严重缺点。为了可与IC部件兼容，期望微镜可在与电路操作或控制电压兼容的低电压下操作。在微镜阵列的现有技术之中，如美国专利案第4,566,939号、第5,083,857号、及第6,232,936号的数字微镜装置，各微镜都可由电压控制加以致动。这具有大幅旋转、低驱动电压，且可与已知的半导体电子技术兼容。然而，这仅具有一个自由度；对着一轴及二层位置旋转。所以，微镜阵列仅是光学开关阵列。为了达到更广泛的应用，微镜必须具有多层位置控制及大幅位移、多运动自由度、低驱动电压，且与已知半导体电子技术兼容。
技术实现思路
本专利技术致力于解决传统的具有静电力致动的连续位移的微镜装置的缺点及数字微镜装置(DMD)的限制。本专利技术一个目的是提供一种具有准确且快速的多层位置控制的微镜。本专利技术另一目的是提供一种具有多运动自由度的微镜。本专利技术再一目的是提供一种具有大幅位移的微镜。本专利技术另一目的是提供一种具有极短稳定时间的微镜。本专利技术另一目的是提供一种具有与已知IC电路操作或IC电路控制电压兼容的低驱动电压的微镜。当电力因机械结构超过弹性力限度时，传统的静电微镜会经历典型的断开现象。这个断开现象会限制微镜的平移及旋转范围。传统静电微镜的缓慢稳定时间会降低微镜的操作速度。并且，传统静电微镜的高驱动电压使得实际操作更加困难。为了与通常以不高于5伏特的电压操作的IC部件兼容，且为了防止因高电场所导致的电击穿，通常应尽可能降低驱动电压的最大值。低的位移准确度也是传统静电微镜的严重缺点。当弹簧厚度变动增加为n倍时，位移准确度即会变糟n3倍。为了解决传统静电微镜的这些缺点，所以提供了离散控制微镜(DCM)的专利技术。第一种DCM是可变支架离散控制微镜(VSDCM)，其使用了微镜与基板间的支架控制间隙。该支架位于微镜之下。通过多个间隙的组合可确定DCM的位移，而该组合则可通过微镜所在的支架来确定。由支架所确定的间隙由静电力控制，且微镜由静电吸引力安置在控制支架上。对于控制静电力而言，数字电压或离散电压操作是较适宜的。因此，间隙组合确定微镜的平移及旋转。下文会解释三个优选的VSDCM实施例。第一优选实施例是一种包括至少一个数字支架的微镜。各支架所提供的间隙是二值的，因为该间隙通过支架的双稳态运动来确定。静电力控制着该运动。数字电压或离散电压操作是控制静电力的优选方法。VSDCM运用支架的双稳态位移，以对微镜进行位移控制。第二优选实施例是一种包括至少一个多层支架的微镜。各支架所提供的间隙具有离散的多梯级，因为可通过离散的支架高度改变而确定该间隙。高度改变由静电力来控制。数字电压或离散电压操作是控制静电力的优选方法。VSDCM运用了支架的离散高度改变，以对微镜进行位移控制。第三优选实施例是一种包括至少一个多位置支架的微镜。多位置支架控制支撑微镜的平面位置以对其进行改变。因为微镜位移不仅可通过支架高度来确定，而且由支撑位置确定，多位置支架可控制微镜的位移。对于传统的静电微镜而言，微镜的弹簧厚度准确性会确定位移的准确性。具有相同的厚度误差时，薄弹簧的弹性劲度误差会高于厚弹簧的弹性劲度误差。因此，因为薄弹簧效果不佳，所以难以使用较低的驱动电压。因为VSDCM使用双稳态或离散位移，所以弹簧厚度的准确度影响不大。因此，可以使用具有极低劲度的微镜的弹簧。以低电压即可操作具有低劲度弹簧的VSDCM。独立控制的可变支架需要单独可寻址的电子元件。为了达到这个目的，使用与芯片上电子装置组合的微镜。为此，使用具有已知半导体微电子装置的微镜的晶圆等级的整合。因为微镜安置于VSDCM的可变支架上，可变支架的厚度准确性即是微镜的位移准确度。因为准确度不会因位移范围而改变，所以对于大的位移VSDCM会具有颇佳的准确度。第二种DCM是分段电极离散控制微镜(SEDCM)，其使用了分段电极垫。SEDCM具有与传统静电微镜相同的缺点，如，小位移范围及用于大位移的粗劣准确度。但是，因为SEDCM可通过离散电压控制，所以SEDCM可与传统的半导体微电子技术兼容。通过区域大小、位置、及各电极垫电压的适当组合，即可控制微镜的位移。可通过两种不同方法制造VSDCM及SEDCM。第一种方法使用金属；在结构层使用铝、镍、金、及铜，及在牺牲层使用光刻胶或二氧化硅来形成气隙。DCM的制造由晶圆开始，在其上完全制成半导体微电子电路。在半导体微电子器件的金属上方沉积厚的氧化物，且接着会使用已知的研磨方法(如，化学机械研磨(CMP)技术CMP等)使之平面化。研磨步骤可提供用于数字结构的彻底平坦表面。CMP可确保微镜的厚度变化、平坦度及反射性不劣化。通过使用数层的光掩模，可利用金属层形成微镜结构的弹簧、支架、及微镜层。且DCM的气隙可通过已知的牺牲层材料(如，光刻胶或二氧化硅)形成。使用等离子沉积的二氧化硅作为蚀刻掩模，可以对金属进行溅射或汽化及等离子蚀刻。之后，在组装流程中，牺牲层会进行电浆去灰，而形成气隙。第二种方法使用已知的电镀技术。该方法利用一种多用途的牺牲金属铸模，其可同时作为支架的电镀铸模，及次一层电镀的晶种层。因此，该方法可简化制程并展示实际三维金属显微结构，而不局限于层数。该方法仅使用传统的微影及电镀，及已知的研磨技术，如CMP。例如，经电镀的镍可用于结构层，而经电镀的铜可用于牺牲层。微镜的反射表面由金属，金属化合物，多层介电材料，或其它具有高反射性的材料制成。许多已知的微制程可制造具有高反射性的微镜表面。微镜可通过致动部件进行静电控制而位于期望位置。根据本申请，平移、旋转、平移与旋转、或一个平移与二个旋转，都是可控制的。以下该文献以引用的方式并入本文中，美国专利申请”VariableFocal Length Lens Comprising Micromirrors with Two Degrees ofFreedom Rotation”(申请日2004/05/27)，及申请人的另一件美国专利申请”Variable Focal Length Lens Comprising Micromirrors withTwo Degrees of Freedom Rotation ad One Degree of FreedomTranslation”(申请日2004/05/27)，以及申请人的再一件美国专利申请”Array of Micromirror Array Lenses”(申请日2004/05/28)中所描述的，微镜阵列，其包括二个旋转自由度或可独立控制的二个旋转自由度与一平移自由度，可任意地调制入射光。为此，必须通过控制二个旋转自由度，或通过控制二个旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离散控制微镜（ＤＣＭ），其包括：（１）微镜；以及（２）多个可变支架，其上安置所述微镜；其中所述可变支架确定所述微镜的所述位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐清洙，金东佑，赵京一，金泰县，
申请(专利权)人：立体播放有限公司，埃斯壮有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]