空间光调制器中活动元件的改进定址方法

摘要

本发明涉及一种采用空间光调制器对至少一个电磁辐射脉冲进行调制的方法。提供至少一个机械活动调制器元件。提供至少一个能够对所述调制器元件产生力的致动元件。将地址信号提供给所述至少一个活动元件。将第一放大信号提供给属于所述至少一个活动元件的至少一个第一电极，对所述放大信号进行整形和定时以产生调制器元件中的机械响应，其表示当所述电磁辐射脉冲在照射到所述调制器元件上时所述电磁辐射脉冲的期望调制状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型元件的定址(addressing)方法，特别涉及一种空间光调制器(SLM)中活动元件的定址方法。

背景技术

微型电机系统(MEMS)可以包括采用微电子处理技术在晶片衬底上制造的活动微型镜。最经常地，使用静电驱动来偏转微型镜。为了产生力，在两个电极之间产生电压，其中一个电极是固定的，而另一个附在致动器如活动微型镜上。

以特定图案装载用于例如掩模写入工具或芯片制造工具中的具有致动器阵列的SLM，其中在印上每个戳记之前，每个致动器处于已定址状态或者未定址状态。该图案可以是要分别印在掩膜或芯片上的图案的子集。每个致动器镜通过在该镜与下方地址电极之间施加电压来以静电方式偏转，其后，在触发电磁辐射源来印上戳记之前，允许致动器镜运动其预定偏转状态。

空间光调制器(SLM)中致动器镜的偏转幅度取决于多个因素，如定址电压、镜铰链材料硬度、镜铰链厚度、电极与镜之间的距离等。采用在其他方面经过优化的参数，定址电压通常是用于使得能够达到最大所需镜偏转幅度的不定(determining free)参数。反过来，这为定址CMOS电路的电压范围设置了要求。由于未来各代SLM部件需要缩减镜面积以允许每SLM芯片上存在更多镜子，在其他参数都不变的情况下，将需要大幅提高定址电压。CMOS电路中像素单元的大小强烈依赖于定址CMOS电路的电压范围，因此随着镜尺寸的减小以及定址电压范围的扩大，CMOS电路成为未来致动器尺寸的限制因素。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种对微型镜进行定址的方法，其克服或至少减轻了由于致动器尺寸的减小而导致定址电压增大的上述问题。

格外地，该目的根据本发明的第一方面通过一种用于采用空间光调制器对至少一个电磁辐射脉冲进行调制的方法来实现。提供至少一个机械活动调制器元件。提供至少一个能够在所述调制器元件上产生力的致动元件。将地址信号提供给所述至少一个活动元件。将第一放大信号提供给属于所述至少一个活动元件的至少一个第一电极。对所述放大信号进行整形和定时以产生调制器元件中的机械响应，其表示当照射到所述调制器元件上时所述电磁辐射脉冲的期望调制状态。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号是激励共振机械响应的波浪式振荡(ondulating)波形。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号是激励瞬时机械响应的脉冲。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为正弦形状。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为锯齿形状。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为方波形状。

在另一个创新性实施例中，所述脉冲持续的时间短于让活动元件达到其最大偏转所花的时间，从而避免了咬接(snap-in)状态。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号被定时成在将电磁信号照射到调制器上的时候产生活动调制器元件的最大机械响应。

在另一个创新性实施例中，将放大信号提供给与所述至少一个第一电极协作的至少一个第二电极。

在另一个创新性实施例中，以第一相位完成所述定址，并且以第二相位提供所述放大信号。

在另一个创新性实施例中，在所述电磁辐射已照射到所述调制器上之后，有源地衰减活动元件的所述机械响应至静止。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是间隙。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是电介质。

在另一个创新性实施例中，所述电介质是弹性的。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是压电介质。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是电致伸缩介质。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过流体力来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过固体材料中的机械损耗来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过电阻性衰减(resistivedamping)来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过磁感涡流来衰减。

在另一个创新性实施例中，施加一个信号，其有源地通过衰减来抵消所引起的机械响应。

在另一个创新性实施例中，在所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极上提供的所述放大信号是相位相差180度的波浪式振荡信号。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件是数字元件。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件是多值元件。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件具有倾斜动作。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件具有活塞动作。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件对所述电磁辐射的强度进行调制。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件对所述电磁辐射的相位进行调制。

本发明还涉及一种用于采用空间光调制器(SLM)对至少一个电磁辐射脉冲进行调制的方法。提供至少一个机械活动调制器元件。提供至少一个能够在所述调制器元件上产生力的致动元件。将地址信号提供给属于所述至少一个机械活动调制器元件的至少一个电极。将放大信号提供给所述至少一个调制器元件。对所述放大信号进行整形和定时以产生调制器元件中的机械响应，其表示当照射到所述调制器元件上时所述电磁辐射脉冲的期望调制状态。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号是激励共振机械响应的波浪式振荡波形。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号是激励瞬时机械响应的脉冲。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为正弦形状。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为锯齿形状。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为方波形状。

在另一个创新性实施例中，所述脉冲持续的时间短于让活动元件达到其最大偏转所花的时间，从而避免了咬接状态。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号被定时成在将电磁信号照射到调制器上的时候具有活动调制器元件的偏转中的最大机械响应。

在另一个创新性实施例中，以第一相位完成所述定址，并且以第二相位提供所述放大信号。

在另一个创新性实施例中，在所述电磁辐射已照射到所述调制器上之后，有源地衰减活动元件的所述机械响应至静止。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是间隙，其包括任何种类的气体介质。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是电介质。

在另一个创新性实施例中，所述电介质是弹性的。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是压电介质。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是电致伸缩介质。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过周围气体来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过流体力来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过固体材料中的机械损耗来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过电阻性衰减来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过磁感涡流来衰减。

在另一个创新性实施例中，施加一个信号，其有源地通过衰减来抵消所引起的机械响应。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件是数字元件。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件是多值元件。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件具有倾斜动作。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件具有活塞动作。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件对所述电磁辐射的强度进行调制。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件对所述电磁辐射的相位进行调制。

本发明还涉及一种用于采用空间光调制器对至少一个电磁辐射脉冲进行调制的方法。提供至少一个机械活动调制器元件。提供至少一个能够在所述调制器元件上产生力的致动元件。将第一地址信号提供给属于所述活动元件的至少一个第一电极。将第一放大信号提供给属于所述至少一个活动元件的至少一个第一电极。对所述放大信号进行整形和定时以产生调制器元件中的机械响应，其表示当照射到所述调制器元件上时所述电磁辐射脉冲的期望调制状态。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号是激励共振机械响应的波浪式振荡波形。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号是激励瞬时机械响应的脉冲。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为正弦形状。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为锯齿形状。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号为方波形状。

在另一个创新性实施例中，所述脉冲持续的时间短于让活动元件达到其最大偏转所花的时间，从而避免了咬接状态。

在另一个创新性实施例中，所述波浪式振荡信号被定时成在将电磁信号照射到调制器上的时候具有最大机械响应。

在另一个创新性实施例中，将第二放大信号和/或第二地址信号提供给与所述至少一个第一电极协作的至少一个第二电极。

在另一个创新性实施例中，以第一相位完成所述定址，并且以第二相位提供所述放大信号。

在另一个创新性实施例中，在所述电磁辐射已照射到所述调制器上之后，有源地衰减活动元件的所述机械响应至静止。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是间隙，其包括任何种类的气体介质。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是电介质。

在另一个创新性实施例中，所述电介质是弹性的。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是压电介质。

在另一个创新性实施例中，所述致动元件是电致伸缩介质。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过周围气体来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过流体力来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过固体材料中的机械损耗来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过电阻性衰减来衰减。

在另一个创新性实施例中，所述调制器元件通过磁感涡流来衰减。

在另一个创新性实施例中，施加一个信号，其有源地通过衰减来抵消所引起的机械响应。

在另一个创新性实施例中，在所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极上提供的所述放大信号是相位相差180度的波浪式振荡信号。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件是数字元件。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件是多值元件。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件具有倾斜动作。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件具有活塞动作。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件对所述电磁辐射的强度进行调制。

在另一个创新性实施例中，所述活动元件对所述电磁辐射的相位进行调制。

在另一个创新性实施例中，所述放大信号和所述地址信号属于相同信号。

本发明还涉及一种用于通过使用布置于物体平面上的至少一个空间光调制器(SLM)在布置于图像平面上且至少部分覆盖有对电磁辐射敏感的层的工件上形成图案的方法，其中所述SLM包括至少一个调制器微型元件。将地址信号提供给所述至少一个调制器微型元件。通过将第一放大信号提供给属于所述至少一个调制器微型元件的至少一个第一电极，使所述至少一个调制器微型元件偏转至期望偏转角度。发射电磁辐射并将其引导到所述物体平面上。同步电磁辐射的所述发射与所述至少一个致动器微型元件的所述期望偏转角度。由所述空间光调制器接收所述电磁辐射。由所述空间光调制器向所述工件中继经过调制的电磁辐射。

在另一个创新性实施例中，执行所述同步，使得在至少一个调制器微型元件处于作为所述期望偏转角度的最大振荡幅度时，所述电磁辐射照射在该调制器微型元件上。

在另一个创新性实施例中，执行所述同步，使得在至少一个调制器微型元件处于到达最大幅度之前的预定偏转状态时，所述电磁辐射照射在该调制器微型元件上。

本发明还涉及一种用于通过使用布置于物体平面上的至少一个空间光调制器(SLM)在布置于图像平面上且至少部分覆盖有对电磁辐射敏感的层的工件上形成图案的方法，其中所述SLM包括至少一个调制器微型元件。将地址信号提供给属于所述至少一个调制器微型元件的至少一个电极。通过将第一放大信号提供给所述至少一个调制器元件，使所述至少一个调制器微型元件偏转至期望偏转角度。发射电磁辐射并将其引导到所述物体平面上。同步电磁辐射的所述发射与所述至少一个致动器微型元件的所述期望偏转角度。由所述空间光调制器接收所述电磁辐射。由所述空间光调制器向所述工件中继经过调制的电磁辐射。

在另一个创新性实施例中，执行所述同步，使得在至少一个调制器微型元件处于作为所述期望偏转角度的最大振荡幅度时，所述电磁辐射照射在该调制器微型元件上。

在另一个创新性实施例中，执行所述同步，使得在至少一个调制器微型元件处于到达最大幅度之前的预定偏转状态时，所述电磁辐射照射在该调制器微型元件上。

本发明还涉及一种用于通过使用布置于物体平面上的至少一个空间光调制器(SLM)在布置于图像平面上且至少部分覆盖有对电磁辐射敏感的层的工件上形成图案的方法，其中所述SLM包括至少一个调制器微型元件。将地址信号提供给属于所述至少一个调制器微型元件的至少一个电极。通过将第一放大信号提供给属于所述至少一个调制器微型元件的至少一个电极，使所述至少一个调制器微型元件偏转至期望偏转角度。发射电磁辐射并将其引导到所述物体平面上。同步电磁辐射的所述发射与所述至少一个致动器微型元件的所述期望偏转角度。由所述空间光调制器接收所述电磁辐射。由所述空间光调制器向所述工件中继经过调制的电磁辐射。

在另一个创新性实施例中，执行所述同步，使得在至少一个调制器微型元件处于作为所述期望偏转角度的最大振荡幅度时，所述电磁辐射照射在该调制器微型元件上。

在另一个创新性实施例中，执行所述同步，使得在至少一个调制器微型元件处于到达最大幅度之前的预定偏转状态时，所述电磁辐射照射在该调制器微型元件上。

通过下面给出的本发明优选实施例的详细描述以及附图1-4b，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚，本发明优选实施例的详细描述以及附图1-4b仅作为示例给出，因此并不对本发明起限制作用。

附图说明

图1示意性地示出未定址状态下的致动器结构的侧视图。

图2示意性地示出已定址状态下的致动器结构的侧视图。

图3是根据本发明施加短脉冲时活动微型元件的偏转-时间曲线的示意图。

图4a是根据本发明使活动微型元件发生振荡时所述元件的偏转-时间曲线的示意图。

图4b示出为了产生图4a的振荡而施加的信号(电位)与时间之间的关系。

图5示出根据现有技术的与连接镜结构和电极的布线连接的侧视图。

图6示出根据本发明一个实施例的与连接镜结构和电极的布线连接的侧视图。

图7示出根据本发明另一个实施例的连接与镜结构和电极的布线连接的侧视图。

图8a-8d示出不同阶共振频率的微型镜元件的机械特性。

具体实施方式

下面详细描述是参照附图给出的。描述优选实施例是为了举例说明本发明，而不是限制由权利要求限定的本发明的范围。本领域的普通技术人员应当认识到下面描述的各种等同变体。

此外，优选实施例是参照可偏转静电驱动的微型镜来描述的。对于本领域的普通技术人员而言，显然，可偏转且静电驱动的微型镜之外的其他致动器也将同样适用；例子有压电致动器、电致伸缩致动器、圆形或多边形的活塞式致动器或者类似器件。致动材料可以是空气间隙，气体，真空，粘性、电致伸缩、粘弹性或弹性材料。其也可以是任何上述介质的组合。致动器元件的运动可以是倾斜或平移的。

图1示意性示出该技术的致动器结构100的状态的侧视图。该结构100被示出为处于未定址状态。该致动器结构100可以例如是空间光调制器(SLM)中的微型镜结构。图1所示的致动器结构包括衬底113、第一电极112和第二电极114、支承结构111和活动元件110。所述衬底可以由半导体材料制成，并且可以包括一个或多个CMOS电路。第一和第二电极由导电材料如金、铜、银或者所述和/或其他导电材料的合金制成。所述电极可连接到操纵电路(steering circuit)如上述CMOS电路。

支承结构111最好由较硬材料如单晶硅制造，但是当然也可以由没有显著高硬度的材料制成。活动元件110最好由具有良好光学特性的材料如铝制成。然而，如果选择不具有期望特性的材料，则所述材料可以覆盖有一个或多个具有更有利特性的其他材料层，从而产生夹层结构。

静电力可以偏转活动元件110。在活动元件110与第一电极112和第二电极113之一上施加不同电位而产生静电力。如果在活动元件110上施加第一电位而在所述第一和第二电极上施加第二电位，其中所述第一和第二电位不同，则产生静电力，但是并不偏转所述活动元件。其原因在于第一电极与镜之间的引力等于第二电极与同一镜之间的引力，其中该力总是吸引性的而与电位差的极性无关。除了通常非常小因此可以忽略不计的活动元件的可能弯曲之外，这两个相等的引力相互平衡。

在图1中，致动器结构被示出为包括两个电极即第一电极112和第二电极113。然而，偏转活动元件仅需要一个电极即第一电极112或第二电极113。具有多于一个电极可有若干原因。一个这样的原因是其将两个电极相互间隔开来放置以在两个不同方向上偏转微型镜。通过下文中描述本创新性方法的不同实施例，其他原因将会变得清楚。

图2示出已定址状态下的致动器结构100。致动器结构110可以是数字式的，即开-关，或者多值的，即具有多于两个状态。

在第一创新性实施例中，为了减小达到给定偏转所需的活动元件110与电极112、114之间的电位差，第一和第二电位之一恒定地设为地电位，另一个电极设为可变直流电位，而活动元件设为交流电位。或者，在采用单个电极的情况下，所述单个电极设为所述直流电位，而活动元件设为所述交流电位。

交流电位的频率选为与活动元件的偏转动作的机械响应共振频率一致。空间光调制器中微型镜结构的共振频率尤其取决于为支承元件111和所述镜的铰链所选的材料。它还取决于支承结构与铰链的截面面积以及活动元件的重量。在此我们讨论活动元件的机械响应共振频率，而不是活动元件内不期望的共振，如活动元件的曲率共振弯曲共振(resonance of curvature)，该曲率共振弯曲共振将使活动元件如微型镜的表面不平坦(out-of-flat)。对于边长为16μm的矩形形状的SLM微型镜，机械共振频率典型地在500kHz与1MHz之间，即第一阶共振频率。所述交流电位的幅度可以设到期望电压范围，但是可典型地为±5V。

图4a示意性地示出当施加如图4b所示的信号450时活动元件的振荡曲线400，其中假定图4b所示的信号450的频率与活动元件的偏转机械共振频率而非将使活动元件的表面不平坦的活动元件内的曲率共振弯曲共振一致。在时间0，施加信号，并且活动元件110开始振荡。在多个周期，在本例中为3个周期之后，到达振荡的最大幅度430。到达最大幅度之后，释放所施加的信号，在本例中，当活动元件处于其最小偏转点435时，释放该信号。最大偏转可以通过理论或实践来确定。这也适用于最小偏转以及最小值和最大值之间的所有偏转状态。因此，可以使电磁辐射脉冲同步以在最大值或最小值之间的任何状态或在所述最大或最小状态照射在活动元件上。最好，使所述电磁辐射脉冲同步以在局部最大或最小状态中的任一个或者在所述最小或最大状态照射在所述活动元件上，因为对于纳秒级的给定时间间隔，与偏转-时间曲线上的其他点相比，在最大或最小点偏转变化较小。通过在最大或最小点同步，可以提高准确性。

在图4b中，所述施加的信号被示出为正弦形状，然而能够在活动元件中产生机械共振的任何信号都同样适用。

电极112、114与活动元件110之间的引力与所述电极和所述元件之间的电位差之平方成正比。当活动元件110上的电位以正弦方式在最大和最小幅度值之间变化，而第一和第二电极112、114或者单个电极保持在地电位时，活动元件110不被偏转，因为引力的频率与机械共振频率不一致，下面将对此进行更详细的描述。如上所述，该力为sin²ω，其中ω是2πf，而f是交流电位的频率。所述频率f设为与致动器结构的机械共振频率f_R一致。

当所述单个电极上或者所述第一和第二电极112、114之一上的电位从地电位变为正或负电位时，所述活动元件110将偏转。由于sin²ω等于1/2-1/2^*(cos2ω)，因此可以立即看出，所述活动元件110与所述电极之间的力不是纯余弦波形，并且该力的频率是地电位下电极共振频率ω的两倍。对于所述电极上不同于地电位的电位，引力将为(x+sinω)²＝x²+2*x*sinω+sin²ω＝1/2+x²+2*x*sinω-1/2*(cos2ω)，其中x是来自所述电极上的直流电位的贡献，而sinω是来自所述活动元件上的交流电位的贡献。通过将x设为0，所述引力表达式将变换成具有地电位的电极的上述表达式。

由于在项2*x*sinω中存在来自机械共振频率ω的贡献，因此表示该力被放大。对于所述电极上不同于所述地电位的电位的增大的绝对值，所述放大将增大。比较具有地电位的电极和具有不同于地电位的电位的电极的表达式，可以看出，存在机械能量向共振频率的偏移，这将导致偏转的放大。与仅由活动元件和电极之间的电位差给出偏转的该技术的活动元件静电吸引的状态相比，给定电极电位不同于地电位，当将镜电位设为共振频率ω时，还存在机械合拍(mechanical gear)的项。机械合拍取决于致动器结构的Q值。

用于在其中致动器是布置在阵列中的微型镜结构的SLM中对致动器进行定址的本创新性方法也可以用于利用SLM以在工件上形成图案的图案生成器中。该阵列可以包括数百万微型镜结构。该技术的用于使用平版印刷术在工件上形成图案的图案生成器的状态可以利用脉冲式激光源以来将SLM上的图案成像到工件上。所述工件上的所述SLM戳记可以仅构成所要成像的完整图案的一部分。在激光闪现之间，将新图案描述装载到SLM中，即，各个微型镜通过在镜元件与下方电极之间施加不同的电位差组来设为新偏转状态。

通过使所述致动器结构的共振频率和所述激光源的脉冲速率同步，可以将SLM的预测性(predictive)图案成像到工件上。当振荡镜到达图4a中以430表示的其最大偏转状态时，激光可以闪现，这将主要取决于致动器结构的Q值而需要多个振荡周期。然而，由于对于给定致动器结构可以确定Q系数因子，因此可以与最大幅度和最小幅度之间的任何幅度值例如局部最大点410、420或局部最小点415、425同步以闪现激光。还有可能使激光的闪现与机械响应曲线400的衰减区中的局部最大点445或局部最小点同步。最好，将SLM芯片中的所有活动元件设为具有相同最大和最小幅度值的相同交流频率。然而，也有可能将各个活动元件设成单独的最大和最小幅度值和/或单独的交流频率。

活动元件达到静止所花的时间即周期数尤其取决于机械损耗、周围材料如任何种类的气体(包括但不限于空气、惰性气体或者将改善作为微型镜的活动元件的反射特性的任何类型的气体)、周围场例如磁场或电场等。然而，通过共振频率的有源阻尼(active cushioning)，所述时间可以从根本上或多或少地减少。通过在相位上与用于放大活动元件的运动的交流电压不同相地将相反交流电压施加于微型镜或至少一个电极上，可以执行有源阻尼或衰减。将磁场施加于活动元件的周围也可以执行衰减。

阻尼可以通过有源地校准用于所述阻尼的幅度的所需函数来加强。共振频率可以有源地进行调节。图1所示的致动器结构可以看作两个耦合的振荡电路，一个是机械的，另一个是电的。电振荡电路由致动器元件与电极之间的第一电容电路和所述电极的操纵电子器件中的固有电容电路来定义。所述固有电容电路可以有源地进行调节，从而减弱所引起的共振频率。这可以在致动器元件阵列如SLM内的微型镜结构中彼此分离且独立地应用于每个单独的致动器元件。

Q值确定单独致动器结构的放大区的宽度。高Q值带来具有较高放大系数的窄频率窗口，而低Q值带来具有较低放大系数的宽频率窗口。所述频率窗口应包括对于每个致动器结构重叠的部分，即给定所有致动器元件拥有给定频率的放大，则通过选择致动器元件的适当设计，可以优化放大系数。如果选择太高的放大，则频率窗口的宽度可能太窄，从而导致不同致动器结构的非重叠放大区。

通过采用以微型元件共振频率的范围内的频率振荡的力驱动该运动，运动幅度将被放大共振放大率Q(振荡器的品质)倍。因此，对于期望的运动幅度，可以减小驱动电压。Q值与A*m*(d²x/dt²)-B*(dx/dt)+C*x成正比，其中A、B、C是常数，m是活动元件的质量，(d²x/dt²)是活动元件的加速度，(dx/dt)是活动元件的速度，而x是附在或可附在活动元件上的铰链和支承结构的弹簧常数。周围材料如其压力、粘性和温度主要确定以上面减号表达式表示的阻尼项。

同样，在瞬时定址中，通过采用仅在短时间周期例如小于微型元件共振振荡周期的四分之一的时间周期内起作用的力引起运动，可显著减小间隙而没有任何″咬接″的危险。

对于共振定址，也可减小间隙，因为在接近咬接状态时活动元件的加速度已改变方向。

在瞬时定址的一个例子中，定址电压被施加于一个电极，而另一个电极和活动元件具有相同的电位。通过施加作为短脉冲的定址电压，由于固有惯性，运动在电压脉冲之后将继续。当运动处于最大幅度即最接近于电极时，电极与活动元件之间的电位差被消除，因此电场以及加速力也被消除。结果，不可能发生″咬接″。因此，间隙可以使得间隙仅稍微大于最大运动幅度，并且对于特定定址电压，所施加的电压可以因此显著降低。

在本发明的一个实施例中，所述交流电位被恒定地施加于所述致动器元件上。在本发明的另一个实施例中，仅使用所述交流电位的一部分，即具有预定脉冲长度的脉冲式交流电位。还有可能使用多个信号尖峰，因为尖峰包括众多频率，尤其是共振频率，适当选择尖峰频率和尖峰幅度可以将致动器元件设成预定和受控的共振。最一般地，施加了将激励由所述致动器结构限定义的机械/电系统的共振频率的信号。

在根据本发明的另一个实施例中，采用正或负电位对活动元件进行定址。将放大信号施加于属于所述活动元件的一个电极，这将激励机械/电系统的共振频率。施加于该电极上的所述信号可以是任何波浪式振荡信号例如正弦波形或锯齿波形。

在根据本发明的另一个实施例中，将第一波浪式振荡信号施加于第一电极112，而将第二波浪式振荡信号施加于第二电极114，其中所述第一和第二电极112、114属于同一活动元件110。采用正或负电位对活动元件110进行定址。所述第一和第二波浪式振荡信号安排成相互协作。在将正弦波形施加于所述第一和第二电极112、114的例子中，所述第一波形相对于所述第二波形存在相位偏移。最好，所述第一和第二波形的相位相差180度以达到最大效果。可以将不同种类的波形施加于第一和第二电极上，并且所述第一和第二波浪式振荡信号之间180度以外的其他相位差也可以适用以达到最大效果。通过在相互协作的属于同一活动元件的两个电极上施加波浪式振荡信号，可以有效地产生与仅在单个电极上施加波浪式振荡信号相比为两倍高的引力。这是因为引力以协作方式在所述第一和第二电极之间交替，这使得所述引力对所述活动元件进行响应的时间加倍。所述第一和第二电极112、114布置成基本上彼此相对，参见图1，这意味着第一电极吸引活动元件以在一个方向即逆时针方向上偏转，而第二电极114吸引同一活动元件110以在另一个方向即顺时针方向上偏转。

本发明的一个例子是具有两个电极112、114的微型镜110，其中振荡电压被施加于每个电极，并且定址电压被施加于活动元件。这两个电极电压的相位相差π弧度。每个电极所引起的力则为：

F∝(V_m-V_e)2，其中V_e是施加于电极上的电压，并且V_m是施加于活动元件上的电压。施加于电极上的电压为：

$>\begin{array}{}>>>>V>>e>1>>>=>>A>1>>sin>>(>\omega >)>\; >>>>>V>>e>2>>>=>>A>2>>sin>>(>\omega >+>\pi >)>>=>->>A>2>>sin>>(>\omega >)>\; >\end{array}>>>$

电极1所引起的力为：

$>>>F>1>>\propto >>>(>>V>m>>->>A>1>>sin>>(>\omega >)>>)>>2>>=>>>V>m>>2>>->2>>V>m>>>A>1>>sin>>(>\omega >)>>+>>>A>1>>2>>>sin>2>>>(>\omega >)>>=>>>$

$>>=>>>V>m>>2>>->2>>V>m>>>A>1>>sin>>(>\omega >)>>>>>A>1>>2>>2>>>(>1>->cos>>(>2>\omega >)>>)>>=>>>V>m>>2>>+>+>>>>A>1>>2>>2>>->2>>V>m>>>A>1>>sin>>(>\omega >)>>->>>>A>1>>2>>2>>cos>>(>2>\omega >)>>>>$

电极2所引起的力为：

$>>>F>2>>\propto >>>(>>V>m>>+>>A>2>>sin>>(>\omega >)>>)>>2>>=>·>·>·>=>>>V>m>>2>>+>>>>A>2>>2>>2>>+>2>>V>m>>>A>2>>sin>>(>\omega >)>>->>>>A>2>>2>>2>>>cos>>(>2>\omega >)>>>>$

在力F1的方向上作用于活动元件上的合力则为：

$>>>F>res>>\propto >>F>1>>->>F>2>>=>>1>2>>>(>>>A>1>>2>>->>>A>2>>2>>)>>->2>>V>m>>>(>>A>1>>+>>A>2>>)>>sin>>(>\omega >)>>->>1>2>>>(>>>A>1>>2>>->>>A>2>>2>>)>>cos>>(>2>\omega >)>>>>$

如果假定电压幅度A在两个电极上相等，则除了具有频率ω的分量之外的所有贡献将抵消，而引起运动的力简单地如下给出：

F_res∝-4V_mAsin(ω)

当元件处于未定址状态，即V_m＝0时，不存在合力，而镜处于其平衡状态。然而，当定址电压被施加于活动元件时，存在具有频率ω的合力，并且活动元件由于共振放大而开始以逐渐增大的幅度振荡。电磁辐射源可以与该振荡同步，并且例如在几个振荡之后，当运动幅度达到最大时，其被触发。采用该方法，对于给定固定定址电压，运动幅度可以以放大系数Q倍被增强。

在触发辐射源之后，由于振荡期间的可变电极电容，因此在停止振荡之前不能装载新定址数据。因此，为了衰减振荡，可以改变定址电压的极性或者可以切换振荡电压的相位，从而产生将衰减振荡的反作用力。

采用本定址方案，可以减小镜-电极间隙。其原因是由于固有的系统衰减如惯性在作用力与所引起的运动之间存在相位滞后。当运动达到接近于电极的最大时，加速力的方向已经被反转，并且试图使活动元件远离电极。因此，减小了″咬接″的危险，因此而可以减小间隙。咬接是指例如活动元件110由于引力而被偏转超过特定点时的状态，若有可能这将使活动元件的外沿咬接到衬底并且/或者可能暂时或永久性地破坏附在活动元件110和所述支承结构上的铰链。

在本发明的另一个实施例中，一个电极采用正或负电位进行定址，而瞬时脉冲被施加于活动元件。所述瞬时脉冲是短的，即所述脉冲在最大偏转之前或者基本上在此时关断，从而避免所述活动元件在最大偏转状态咬接。图3示出在时间0施加2.5伏脉冲时活动元件的偏转与时间之间的关系。所述脉冲在7μs之后关断，这被假定为对于该特定致动器结构不发生咬接的最大偏转。该曲线可以说是定义弹道式机械响应。可以采用0-(-5)V之间的电位对电极进行定址。该结构可以是活动微型镜，其中活动元件(反射镜)是边长为16μm、厚度为1.2μm、密度为2.7g/cm3而共振频率为460kHz的矩形形状。微型镜通过长度为5μm、宽度为0.6μm、厚度为0.18μm的铝弹簧，附在支承结构111上。在瞬时脉冲被关断之后，所述活动元件在5μs内达到静止。有源衰减可以减少所述活动元件达到静止所花费的时间。例如，如果所述瞬时脉冲已被施加于电极112上，则另一个衰减脉冲可以被施加于电极114上，或者多个脉冲被串行和/或并行施加于两个电极112、114。

代替将短脉冲施加于活动元件上，可以向至少一个电极施加瞬时脉冲，并且采用正或负电位对镜进行定址，从而导致基本上与上面结合图3所述相同的现象。最好，在施加短瞬时脉冲的情况下致动器结构100的共振频率低于100kHz，从而允许有一段时间来到达期望偏转状态，同样有一段时间来使将要在所述期望偏转下照射到活动元件上的电磁辐射脉冲同步。

图5示出了现有技术的连接致动器结构100的布线的侧视图，其中致动器结构100包括活动调制器微型元件110、第一电极112和第二电极114。第一导线117连接到活动调制器微型元件110，第二导线115连接到第一电极112，而第三导线116连接到第二电极114。在SLM中，每个活动微型结构可以彼此相连或者彼此分离，这对所述第一和第二电极112、114也适用。还存在仅将活动微型结构的较小部分彼此编组在一起，同时而保持所述活动调制器微型元件的其余部分彼此分离的可能性，这对所述第一和第二电极112、114也适用。

图6示出将电极连接到线路的创新性实施例。第一电阻162连接到第一电极112，而第二电阻164连接到第二电极114。在镜与电极之间存在偏压的情况下，任何运动将导致电流流过电阻162和164。例如当所述镜正在振荡时，从镜的动能中减去了耗散能量。当去掉放大信号时，所述活动元件将由于电阻性衰减而比现有技术的布线图更快地达到静止。该电阻可连接到这些电极或者如图7所示连接到分离的电极中的任一个。在此，两个额外的电极154、156用作衰减电极。所述电极可通过电阻160连接到导线体118。在图7所示的这一实施例中，所述衰减电极被布置成与电极112相比更靠近支承结构111，当然，相反情况也是适用的，或者一个衰减电极在一侧更靠近支承结构112或114而在另一侧则在所述电极114或112之外。

还有可能组合图6所示的实施例与图7所示的实施例，即可连接到电极112、114中至少之一的至少一个电阻和可连接到至少一个电阻160的至少一个另外的电极154、156。

对于作为边长约为16μm的正方形微型镜的活动元件，为导致活动元件以其共振频率发生共振而施加的信号最好低于1MHz。对于8kHz的电磁辐射闪现频率，使活动元件发生共振、在所述活动元件的期望偏转下闪现电磁辐射、关断导致所述共振的所述信号以及使所述活动元件静止的时间最好为20-30μs左右。

在根据本发明的另一个实施例中，放大信号和地址信号被施加于同一电极112或114上。所述地址信号和放大信号可以是分离的信号，或者是属于同一波形的信号。

当对例如是SLM中的微型元件阵列的致动器结构使用本创新性定址方法时，在图案生成器中，将激励所述微型元件的共振频率的所述信号可以在电磁辐射束照射到所述SLM上之前的预定时间周期导通。所述预定时间周期将允许微型元件以可确定的幅度振荡。通过使所述电磁辐射源的脉冲频率与所述振荡频率同步，可以将SLM上的预定图像成像到物体上，其中所述电磁辐射源例如可以是具有任何输出频率如248nm、197nm、156nm的激光源。

在SLM结构中，调制元件的数目有时可能是数百万数量级。地址信号在本发明的一个实施例中对每一个调制元件唯一，而放大信号(短脉冲或波浪式振荡信号)对于所有元件相同。

在本发明的另一个实施例中，将第二或更高阶共振频率叠加到所述第一阶共振频率上。如上所述，所述第一阶共振频率将与活动元件的偏转动作的机械响应共振频率一致。第二或更高阶共振频率将与在活动元件内产生偏转动作的机械响应一致。所述第二或更高阶共振频率可以用来在写入激光恰好闪现的时候使镜平坦化。如果镜由于某种原因如从制造过程中或者由于因来自写入激光的辐射引起的时间上的机械压力变化而导致不平坦，则可以使用所述第二或更高阶共振频率来使所述不平坦镜平坦化。对于边长为16μm、厚度为480nm而其铰链为1.8μm长、0.8μm宽且480nm厚的正方形微型镜，第一阶共振频率将为1.4MHz，第二阶共振频率将为4.0MHz，第三阶共振频率将为5.5MHz，第四阶共振频率将为5.7MHz，第五阶共振频率将为11.8MHz，而第六阶共振频率将为13.5MHz。通过将一个或多个所述第二或更高阶共振频率叠加到所述第一阶共振频率上，可能消除所述活动元件的任何不期望的变形。所述共振频率可以根据本领域的普通技术人员所公知的方法以数字或模拟方式来叠加，因此不需要作更深入的阐明。

特定SLM中的不同活动元件可以具有不同的形状，因此，一个特定活动元件可以具有叠加有第二阶共振频率的第一阶共振频率，而另一个活动元件可具有叠加有第三阶共振频率的第一阶共振频率，以便优化所述活动元件的特性。图8a-8d分别示出特定形状微型镜元件的第一、第二、第三和第四阶共振频率。在图8a中，整个活动元件围绕铰链倾斜。在图8b中，活动元件将如同蝴蝶一样偏转。在图8c中，所述活动元件将围绕一根位于所述活动元件的平面中且垂直于所述铰链的轴扭转。在图8d中，活动元件是蝴蝶式偏转和围绕与图8c中同一活动元件围绕其转动的轴相同的轴的转动的组合。

虽然前述例子是按照方法给出的，但是采用该方法的设备和系统也是容易理解的。包含能够实施所要求保护的方法的程序的磁性存储器是一个种这样的设备。具有装载有实施所要求保护的方法的程序的存储器的计算机系统是另一个这样的设备。

虽然本发明是参照上面详述的优选实施例和例子来公开的，但是应当理解，这些例子是示例性的而不起限制作用。可以想到，各种修改和组合对于本领域的技术人员而言是容易的，这些修改和组合都将处于本发明的精神和所附权利要求的范围内。