JP2005519784A - 絶縁物質に具現されたｍｅｍｓコームアクチュエータとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁物質に具現されたＭＥＭＳコームアクチュエータとその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に固定された固定コームと、基板から分離された可動コームと、基板上に固定されたポストと、基板から分離された状態でポストに連結されて可動コームを可動可能に支持するバネと、を備えるＭＥＭＳコームアクチュエータ。前記固定コーム、可動コーム、ポスト及びバネは基板上に形成された絶縁物質層に構成され、固定コーム及び可動コームの表面には各々導電性金属コーティング膜が形成される。そして、基板を備える段階と、基板上にシリカまたはポリマよりなる所定厚さの絶縁物質層を形成する段階と、絶縁物質層及び基板を選択的にエッチングして絶縁物質層に固定コーム、可動コーム、ポスト及びバネを形成し、固定コーム及び可動コームの表面に各々導電性金属コーティング膜を形成する段階と、を備えるＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。このような構成によれば、ＭＥＭＳコームアクチュエータをシリカまたはポリマのような絶縁物質に形成される光素子と共に一つの基板上に一体に形成できる。
【解決手段】基板上に固定された固定コームと、基板から分離された可動コームと、基板上に固定されたポストと、基板から分離された状態でポストに連結されて可動コームを可動可能に支持するバネと、を備えるＭＥＭＳコームアクチュエータ。前記固定コーム、可動コーム、ポスト及びバネは基板上に形成された絶縁物質層に構成され、固定コーム及び可動コームの表面には各々導電性金属コーティング膜が形成される。そして、基板を備える段階と、基板上にシリカまたはポリマよりなる所定厚さの絶縁物質層を形成する段階と、絶縁物質層及び基板を選択的にエッチングして絶縁物質層に固定コーム、可動コーム、ポスト及びバネを形成し、固定コーム及び可動コームの表面に各々導電性金属コーティング膜を形成する段階と、を備えるＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。このような構成によれば、ＭＥＭＳコームアクチュエータをシリカまたはポリマのような絶縁物質に形成される光素子と共に一つの基板上に一体に形成できる。
Description
本発明はマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）に係り、より詳細には絶縁物質に具現されるＭＥＭＳコームアクチュエータとその製造方法に関する。
最近の表面マイクロマシニング技術の飛躍的な発展は多様な機能のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）装置の開発を可能にした。このようなＭＥＭＳ装置はサイズ、コスト及び信頼性の観点で多くの長所を有しているので、広範囲の適用例のために開発されている。
特に、光通信システムについての関心が順次高まるにつれて通信網に広く使われる光通信機器や光通信素子に関連する技術開発が活発になっており、このような光通信素子に機能を付与するためにＭＥＭＳ装置を採用する事例が多くなっている。詳細に説明すれば、現在基板上に集積化した光回路であるＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を具現する技術が多く開発されている。この技術はシリコン基板上に形成されたシリカ層またはポリマ層の極小領域に既存に使用した光ファイバに代わる多様な形態の光導波路を構成する技術であって、初期には主に波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムで、１つの波を分割し、複数の波を１つの波に合成する光素子であるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を製造するのに適用された。ところで、最近にはＡＷＧ素子に光減衰器及び光スイッチのような機能性素子を結合して複合素子を作る技術が開発されており、この光減衰器及び光スイッチを駆動させる装置としてＭＥＭＳアクチュエータが多く使われている。
特に、光通信システムについての関心が順次高まるにつれて通信網に広く使われる光通信機器や光通信素子に関連する技術開発が活発になっており、このような光通信素子に機能を付与するためにＭＥＭＳ装置を採用する事例が多くなっている。詳細に説明すれば、現在基板上に集積化した光回路であるＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を具現する技術が多く開発されている。この技術はシリコン基板上に形成されたシリカ層またはポリマ層の極小領域に既存に使用した光ファイバに代わる多様な形態の光導波路を構成する技術であって、初期には主に波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムで、１つの波を分割し、複数の波を１つの波に合成する光素子であるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を製造するのに適用された。ところで、最近にはＡＷＧ素子に光減衰器及び光スイッチのような機能性素子を結合して複合素子を作る技術が開発されており、この光減衰器及び光スイッチを駆動させる装置としてＭＥＭＳアクチュエータが多く使われている。
図１には、光素子に採用された従来のＭＥＭＳコームアクチュエータの一例が示されている。図１を参照すれば、光スイッチ１０は多数の光導波路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、多数の光導波路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ間に配置されて光導波路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを通過する光を反射して光の進行経路を変える反射鏡１４を備えている。反射鏡１４が矢印Ｒ方向に可動して光導波路１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ間からはずれている場合には、第１光導波路１２ａを通じて入力された光は第４光導波路１２ｄの方向に直進し、第２光導波路１２ｂを通じて入力された光は第３光導波路１２ｃの方向に直進する。一方、反射鏡１４が、図示されたように矢印Ｆ方向に可動した場合には、第１及び第２光導波路１２ａ，１２ｂを通じて入力された光は反射鏡１４によって反射されて各々第３及び第４光導波路１２ｃ，１２ｄの方向に進行経路が変えられる。
このような反射鏡１４の矢印Ｆ方向またはＲ方向への直線可動は反射鏡１４に結合されるＭＥＭＳコームアクチュエータ２０によってなされる。ＭＥＭＳコームアクチュエータ２０は、電気的に相互分離されている櫛の歯状の二つのコーム２２，２４を備える。二つのコーム２２，２４のうち、一つは基板に固定されている固定コーム２２であり、他の一つは基板から分離されている可動コーム２４である。可動コーム２４は基板に固定されたポスト２６に連結されたバネ２８によって支持される。
このような構造を有している二つのコーム２２，２４に電圧を印加すれば、静電気力によってバネ２８によって支持される可動コーム２４が固定コーム２２の方向に引っ張られる。しかし、バネ２８の弾性力によって可動コーム２４及び固定コーム２２は完全に密着されず、その間に所定の間隔を維持する。二つのコーム２２，２４に印加される電圧を切れば、バネ２８の復元力によって可動コーム２４は元位置に戻る。このような可動コーム２４の直線可動によって可動コーム２４に結合された反射鏡１４も矢印Ｆ方向またはＲ方向に直線可動する。この時、二つのコーム２２，２４に印加される電圧の大きさを調節することによって可動コーム２４及び反射鏡１４の可動距離を調節できる。
図２Ａないし図２Ｄには、図１に示された従来のＭＥＭＳコームアクチュエータを製造する過程が示されている。
まず、図２Ａを参照すれば、従来のＭＥＭＳコームアクチュエータは主に二つのシリコン基板３１，３２間に絶縁層３３が形成されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ３０を使用して製造される。ＳＯＩウェーハ３０は、第１シリコン基板３１上にシリコン酸化物よりなる絶縁層３３を形成した後、その上に第２シリコン基板３２を接着することによって製造される。次いで、図２Ｂに示されたように、第２シリコン基板３２上にフォトレジストを塗布した後、パターニングしてエッチングマスク４２を形成する。そして、図２Ｃに示されたように、エッチングマスク４２を通じて第１シリコン基板３２をエッチングしてトレンチ４４を形成した後、エッチングマスク４２を除去する。次いで、図２Ｄに示されたように、トレンチ４４を通じて露出されたシリコン酸化物よりなる絶縁層３３をエッチングすれば、第１シリコン基板３１から分離されたシリコン構造物３４が形成される。
まず、図２Ａを参照すれば、従来のＭＥＭＳコームアクチュエータは主に二つのシリコン基板３１，３２間に絶縁層３３が形成されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ３０を使用して製造される。ＳＯＩウェーハ３０は、第１シリコン基板３１上にシリコン酸化物よりなる絶縁層３３を形成した後、その上に第２シリコン基板３２を接着することによって製造される。次いで、図２Ｂに示されたように、第２シリコン基板３２上にフォトレジストを塗布した後、パターニングしてエッチングマスク４２を形成する。そして、図２Ｃに示されたように、エッチングマスク４２を通じて第１シリコン基板３２をエッチングしてトレンチ４４を形成した後、エッチングマスク４２を除去する。次いで、図２Ｄに示されたように、トレンチ４４を通じて露出されたシリコン酸化物よりなる絶縁層３３をエッチングすれば、第１シリコン基板３１から分離されたシリコン構造物３４が形成される。
前述したように従来のＭＥＭＳコームアクチュエータは、導電性シリコン構造物よりなる。これはＭＥＭＳコームアクチュエータの固定コーム及び可動コームに電圧を印加するためには、これらを構成する物質が導電性を有しなければならないためである。しかし、前述したように、光導波路はシリコン基板上に形成されたシリカ層またはポリマ層のような絶縁物質層に形成される。このようにＭＥＭＳコームアクチュエータを形成する物質と光が通過する光導波路を形成する物質とが相異なれば、ＭＥＭＳコームアクチュエータ及び光導波路の部分を一つの基板上に一体に構成し難い。したがって、従来にはＭＥＭＳコームアクチュエータ及び光導波路の部分を別途に製作した後、相互接合させることによってＭＥＭＳコームアクチュエータによって駆動される光スイッチのような機能性光素子を構成するハイブリッド技術が利用された。
しかし、このようなハイブリッド技術によれば、ＭＥＭＳコームアクチュエータ及び導波路部分の製造工程を別に進行しなければならず、後に二つの部分を接合させる工程がさらに必要になって工程上コストが増加する短所があり、また二つの部分の接合時に整列誤差が発生して性能が低下する可能性が大きい問題点がある。
一方、光導波路の代りに光ファイバを使用する場合には、シリコンで製造されたＭＥＭＳ構造物に光ファイバを整列及び接合させる。しかし、この場合にも光ファイバの整列による工程コストの増加及び整列誤差の発生のような問題点があり、また時間の経過及び温度の変化によって信頼性が低下する可能性が大きい問題点がある。
一方、光導波路の代りに光ファイバを使用する場合には、シリコンで製造されたＭＥＭＳ構造物に光ファイバを整列及び接合させる。しかし、この場合にも光ファイバの整列による工程コストの増加及び整列誤差の発生のような問題点があり、また時間の経過及び温度の変化によって信頼性が低下する可能性が大きい問題点がある。
本発明が解決しようとする課題は、一つの基板上に光素子と共に一体に構成されうるようにシリカまたはポリマのような絶縁物質に具現されるＭＥＭＳコームアクチュエータを提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、ＭＥＭＳコームアクチュエータをシリカまたはポリマのような絶縁物質で製造する方法を提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、ＭＥＭＳコームアクチュエータをシリカまたはポリマのような絶縁物質で製造する方法を提供することである。
前記課題を達成するために本発明は、基板上に固定された固定コームと、前記基板から分離された可動コームと、前記基板上に固定されたポストと、前記基板から分離された状態で前記ポストに連結されて前記可動コームを可動可能に支持するバネと、を備え、前記固定コーム、可動コーム、ポスト及びバネは前記基板上に形成された絶縁物質層に構成され、少なくとも前記固定コーム及び前記可動コームの表面には各々導電性金属コーティング膜が形成されるＭＥＭＳコームアクチュエータを提供する。
ここで、前記絶縁物質層は、シリカまたはポリマよりなることが望ましくて、前記金属コーティング膜はアルミニウム及び金のうち何れか一つよりなることが望ましくて、前記基板はシリコン基板であることが望ましい。
前記金属コーティング膜は、前記固定コーム及び前記可動コーム各々の上面及び側面に形成され、前記可動コームの表面に形成された前記金属コーティング膜は前記バネ及び前記ポストの表面まで延設されることが望ましい。
前記金属コーティング膜は、前記固定コーム及び前記可動コーム各々の上面及び側面に形成され、前記可動コームの表面に形成された前記金属コーティング膜は前記バネ及び前記ポストの表面まで延設されることが望ましい。
また、本発明は、（ａ）基板を備える段階と、（ｂ）前記基板上に所定厚さの絶縁物質層を形成する段階と、（ｃ）前記絶縁物質層及び前記基板をエッチングして前記絶縁物質層に前記基板に固定された固定コームと、前記基板から分離された可動コームと、前記基板に固定されたポストと、前記基板から分離された状態で前記ポストに連結されて前記可動コームを可動可能に支持するバネと、少なくとも前記固定コーム及び前記可動コームの表面に各々導電性金属コーティング膜とを形成する段階と、を備えるＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法を提供する。
本発明による製造方法の第１実施例によれば、前記（ｃ）段階は、前記絶縁物質層の上面にエッチングマスクを形成する段階と、前記エッチングマスクを通じて露出された前記絶縁物質層をエッチングしてトレンチを形成する段階と、前記トレンチを通じて露出された前記基板を所定深さでエッチングして前記絶縁物質層に前記基板から分離された構造物を形成する段階と、前記金属コーティング膜を形成する段階と、を含む。
本発明の製造方法の第２実施例によれば、前記（ｃ）段階は、前記絶縁物質層の上面にエッチングマスクを形成する段階と、前記エッチングマスクを通じて露出された前記絶縁物質層をエッチングしてトレンチを形成する段階と、少なくとも前記固定コーム及び前記可動コームが形成される部位の表面に前記金属コーティング膜を形成する段階と、前記トレンチの底面に形成された前記金属コーティング膜をエッチングして前記基板を露出させる段階と、露出された前記基板を所定深さでエッチングして前記絶縁物質層に前記基板から分離された構造物を形成する段階と、を含む。
前記実施例において、前記絶縁物質層はシリカよりなり、この場合に前記絶縁物質層の形成は火炎加水分解蒸着法（ＦＨＤ）によって行われ、前記絶縁物質層のエッチングは反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）によって行われる。
一方、前記実施例において、前記絶縁物質層はポリマよりなり、この場合に前記絶縁物質層の形成はラミネーティング、スプレイコーティング及びスピンコーティング法のうち少なくとも一つの方法によって行われ、前記絶縁物質層のエッチングはフォトリソグラフィ工程によって行われる。
一方、前記実施例において、前記絶縁物質層はポリマよりなり、この場合に前記絶縁物質層の形成はラミネーティング、スプレイコーティング及びスピンコーティング法のうち少なくとも一つの方法によって行われ、前記絶縁物質層のエッチングはフォトリソグラフィ工程によって行われる。
そして、前記基板のエッチングはウェットエッチング法によって行われる。
また、前記金属コーティング膜はアルミニウム及び金のうち何れか一つよりなることが望ましくて、前記金属コーティング膜の形成は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）またはスパッタリング法によって行われる。
また、前記金属コーティング膜はアルミニウム及び金のうち何れか一つよりなることが望ましくて、前記金属コーティング膜の形成は化学気相蒸着法（ＣＶＤ）またはスパッタリング法によって行われる。
本発明によれば、ＭＥＭＳコームアクチュエータをシリカまたはポリマのような絶縁物質に具現できるので、シリカまたはポリマに形成される光素子と共に一つの基板上に一体に形成できる。したがって、ＭＥＭＳコームアクチュエータ及び光素子の部分を別途に製作した後に接合させる従来の工程が不要になって全体的な工程時間及び工程コストが低減し、また整列誤差が発生しない長所がある。結果的に、本発明によれば、ＭＥＭＳコームアクチュエータによって駆動される機能性光素子についての高い信頼性と共にコスト競争力を確保できる。
以下、添付された図面を参照しつつ本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータの望ましい実施例を詳細に説明する。
図３は、本発明の望ましい実施例によるＭＥＭＳコームアクチュエータの構造を示す平面図であり、図４は図３に表示されたＡ−Ａ’線に沿って切断された本発明のＭＥＭＳコームアクチュエータの部分斜視図である。
図３は、本発明の望ましい実施例によるＭＥＭＳコームアクチュエータの構造を示す平面図であり、図４は図３に表示されたＡ−Ａ’線に沿って切断された本発明のＭＥＭＳコームアクチュエータの部分斜視図である。
図３及び図４を共に参照すれば、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータ２００は、シリコン基板１００上に形成されてシリコン基板１００によって支持される。前記シリコン基板１００は他の加工性の良好な物質よりなる基板、例えばガラス基板に代替できる。そして、ＭＥＭＳコームアクチュエータ２００は固定コーム２２０と、可動コーム２４０と、ポスト２６０と、バネ２８０と、を備える。
前記固定コーム２２０は、シリコン基板１００に固定された固定ステージ２２２と、固定ステージ２２２の一側に櫛の歯状で突設された多数の固定フィンガ２２４で構成される。前記可動コーム２４０は、直線可動可能にシリコン基板１００から分離されて所定間隔離隔され、可動ステージ２４２と、固定フィンガ２２４と対向するように可動ステージ２４２の一側に櫛の歯状で突設された多数の可動フィンガ２４４とで構成される。固定コーム２２０及び可動コーム２４０は、相互物理的及び電気的に分離され、固定フィンガ２２４及び可動フィンガ２４４は所定間隔離隔された状態で交互に差し込まれる。
前記ポスト２６０は、可動コーム２４０から離隔されて可動コーム２４０の両側に一つずつ配置され、シリコン基板１００に固定される。
前記バネ２８０は、前記二つのポスト２６０各々及び可動コーム２４０間に二つが配置され、その各々はシリコン基板１００から分離される。すなわち、二つのバネ２８０各々の一端部は二つのポスト２６０各々に連結され、その各々の他端部は可動コーム２４０の両側の端部に連結されて可動コーム２４０を弾力的に支持する。
前記バネ２８０は、前記二つのポスト２６０各々及び可動コーム２４０間に二つが配置され、その各々はシリコン基板１００から分離される。すなわち、二つのバネ２８０各々の一端部は二つのポスト２６０各々に連結され、その各々の他端部は可動コーム２４０の両側の端部に連結されて可動コーム２４０を弾力的に支持する。
そして、本発明によれば前記固定コーム２２０、可動コーム２４０、ポスト２６０及びバネ２８０はシリコン基板１００上に形成された絶縁物質層１１０に構成される。すなわち、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータ２００は絶縁物質よりなる。前記絶縁物質は色々ありえるが、前述したように光素子を製造するのに主に使われるシリカまたはポリマであることが望ましい。
前述したように、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータ２００はシリカのような絶縁物質よりなるので、前記固定コーム２２０及び可動コーム２４０に電圧を印加するために少なくとも固定コーム２２０及び可動コーム２４０の表面に各々導電性金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂが形成される。前記金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂは導電性金属であればいずれでも使用できるが、半導体製造工程で多く使われるアルミニウムまたは金を使用することが望ましい。前記金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂは、図４に示されたように、固定コーム２２０及び可動コーム２４０各々の上面及び側面に形成されうる。このように形成された金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂは各々ボンディングパッド（図示せず）と電気的に連結される。
前記金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂは、固定コーム２２０及び可動コーム２４０の表面にだけ形成されうる。この場合には前記ボンディングパッド及び可動コーム２４０の表面に形成された金属コーティング膜１５０ｂを直接ワイヤ（図示せず）で連結しなければならないので、可動コーム２４０の直線運動によって前記ワイヤが切れる虞がある。したがって、図３に示されたように、可動コーム２４０の表面に形成される金属コーティング膜１５０ｂはバネ２８０及びポスト２６０の表面まで延設されることが望ましい。この場合には前記ワイヤをポスト２６０の表面に形成されて動かない部分の金属コーティング膜１５０ｂに連結しても良い長所がある。そして、シリコン基板１００に固定される固定コーム２２０の固定ステージ２２２及びポスト２６０は、各々の表面に形成された前記金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂによって限定されうる。
前述したように構成された本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータ２００の作用を説明すれば、前記固定コーム２２０及び可動コーム２４０の表面に各々形成された金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂに電圧を印加すれば、金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂ間に静電気力が発生し、これにより可動コーム２４０が固定コーム２２０の方向に引っ張られる。この時、バネ２８０の弾性力及び金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂに印加される電圧の大きさを調節することによって可動コーム２４０の可動距離を調節できる。金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂに印加される電圧を切れば、バネ２８０の復元力によって可動コーム２４０は元位置に戻る。
前述したように、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータ２００はシリカまたはポリマのような絶縁物質よりなっても金属コーティング膜１５０ａ，１５０ｂによってその機能は十分に行える。したがって、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータ２００はシリカまたはポリマに形成される光素子と共に一つの基板上に一体に形成されうる。
以下では、前記のような構成を有する本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータの望ましい製造方法を説明する。
以下では、前記のような構成を有する本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータの望ましい製造方法を説明する。
図５ａないし図５ｅは、図３に示された本発明のＭＥＭＳコームアクチュエータの望ましい第１実施例による製造方法を説明するためのＢ−Ｂ’線断面図である。
まず、図５ａを参照すれば、本実施例でＭＥＭＳコームアクチュエータを支持する基板としてシリコン基板１１０を使用する。ガラス基板も使用できるが、シリコン基板１１０を使用することが半導体素子の製造に広く使われるシリコンウェーハをそのまま使用できて量産にさらに効果的である。
まず、図５ａを参照すれば、本実施例でＭＥＭＳコームアクチュエータを支持する基板としてシリコン基板１１０を使用する。ガラス基板も使用できるが、シリコン基板１１０を使用することが半導体素子の製造に広く使われるシリコンウェーハをそのまま使用できて量産にさらに効果的である。
一方、図５ａはシリコンウェーハのごく一部を示すものであって、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータは一つのウェーハで数十ないし数百のチップ状で製造されうる。
次いで、備えられたシリコン基板１００の表面上に所定厚さの絶縁物質層、例えばシリカ層１１０を形成する。前記絶縁物質層も、前述したようにシリカでなく他の絶縁物質、例えば、ポリマよりなる。以下では、シリコン酸化物、例えばＳｉＯ2よりなるシリカ層１１０を基準として説明する。具体的に、前記シリカ層１１０は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または火炎加水分解蒸着法（ＦＨＤ：Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって約４０μｍの厚さで形成されうる。この時、比較的厚い物質膜の形成に有利なＦＨＤによって前記シリカ層１１０を形成することがさらに望ましい。
次いで、備えられたシリコン基板１００の表面上に所定厚さの絶縁物質層、例えばシリカ層１１０を形成する。前記絶縁物質層も、前述したようにシリカでなく他の絶縁物質、例えば、ポリマよりなる。以下では、シリコン酸化物、例えばＳｉＯ2よりなるシリカ層１１０を基準として説明する。具体的に、前記シリカ層１１０は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または火炎加水分解蒸着法（ＦＨＤ：Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって約４０μｍの厚さで形成されうる。この時、比較的厚い物質膜の形成に有利なＦＨＤによって前記シリカ層１１０を形成することがさらに望ましい。
一方、絶縁物質層として、シリカ層１１０の代りにポリマ層を使用する場合には、ラミネーティング、スプレイコーティングまたはスピンコーティングのような方法によってシリコン基板１００の上面にポリマ層を約４０μｍの厚さで形成できる。
次いで、図５ｂを参照すれば、前記シリカ層１１０の上面にエッチングマスク１２０を形成する。前記エッチングマスク１２０は、シリカ層１１０の上面にフォトレジストを塗布した後、これをパターニングすることによって形成できる。
次いで、図５ｂを参照すれば、前記シリカ層１１０の上面にエッチングマスク１２０を形成する。前記エッチングマスク１２０は、シリカ層１１０の上面にフォトレジストを塗布した後、これをパターニングすることによって形成できる。
次いで、前記エッチングマスク１２０を通じて露出されたシリカ層１１０をエッチングして、図５ｃに示されたようにトレンチ１３０を形成する。前記シリカ層１１０のエッチングは反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング法によって行われる。
一方、絶縁物質層として、シリカ層１１０の代りにポリマ層が形成された場合には、フォトリソグラフィ工程によって図５ｃに示されたような構造を形成できる。
一方、絶縁物質層として、シリカ層１１０の代りにポリマ層が形成された場合には、フォトリソグラフィ工程によって図５ｃに示されたような構造を形成できる。
次いで、図５ｄを参照すれば、前記トレンチ１３０を通じて露出されたシリコン基板１００を所定深さでエッチングする。具体的に、シリコン用エッチング液として、例えばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）またはＫＯＨを使用してシリコン基板１００を約５〜１０μｍの深さでウェットエッチングする。これにより、図示されたようにシリコン基板１００から分離されたシリカ構造物１１２が形成される。この時、形成されるシリカ構造物１１２の厚さは約５μｍ程度であり、その高さは４０μｍ程度である。そして、シリカ構造物１１２間の間隔は約３〜５μｍ程度である。
このように形成された前記シリカ構造物１１２は、図３に示された可動コーム２４０の可動ステージ２４２及び可動フィンガ２４４をなし、また固定コーム２２０の一部、すなわち固定フィンガ２２４をなす。そして、図５ｄに示されていないが、図３に示されたバネ２８０も前述したようになされる。
一方、図５ｄでシリコン基板１００に付着された状態で残存したシリカ層１１０’は図３に示されたポスト２６０をなす。そして、図５ｄに示されていないが、図３に示された固定コーム２２０の固定ステージ２２２も前述したようになされる。
一方、図５ｄでシリコン基板１００に付着された状態で残存したシリカ層１１０’は図３に示されたポスト２６０をなす。そして、図５ｄに示されていないが、図３に示された固定コーム２２０の固定ステージ２２２も前述したようになされる。
最後に、図５ｅを参照すれば、図５ｄに示された結果物の表面に導電性金属コーティング膜１５０を形成する。具体的に、前記金属コーティング膜１５０は前述したようにアルミニウムまたは金を残存シリカ層１１０’及びシリカ構造物１１２の表面にＣＶＤまたはスパッタリング法を使用して約０．５μｍ程度の厚さで形成できる。
この時、前記金属コーティング膜１５０は残存シリカ層１１０’及びシリカ構造物１１２各々の上面及び側面に形成されることが望ましい。そして、前述したように固定コーム（図３の２２０）及び可動コーム（図３の２４０）をなす部位の表面にだけ前記金属コーティング膜１５０を形成できるが、バネ（図３の２８０）及びポスト（図３の２６０）をなす部位の表面にも前記金属コーティング膜１５０を形成することが望ましい。前記のように形成された金属コーティング膜１５０によって固定コーム（図３の２２０）の固定ステージ２２２及びポスト（図３の２６０）が限定されうる。
この時、前記金属コーティング膜１５０は残存シリカ層１１０’及びシリカ構造物１１２各々の上面及び側面に形成されることが望ましい。そして、前述したように固定コーム（図３の２２０）及び可動コーム（図３の２４０）をなす部位の表面にだけ前記金属コーティング膜１５０を形成できるが、バネ（図３の２８０）及びポスト（図３の２６０）をなす部位の表面にも前記金属コーティング膜１５０を形成することが望ましい。前記のように形成された金属コーティング膜１５０によって固定コーム（図３の２２０）の固定ステージ２２２及びポスト（図３の２６０）が限定されうる。
図６ａ及び図６ｂは、図３に示された本発明のＭＥＭＳコームアクチュエータの望ましい第２実施例による製造方法を説明するためのＢ−Ｂ’線断面図である。本発明の第２実施例によるＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法は、前述した第１実施例の製造方法のうち図５ａないし図５ｃに示された段階までは同じである。したがって、その以後の段階から説明する。
図５ｃに示された段階で、シリコン基板１００上に形成されたシリカ層１１０をエッチングしてトレンチ１３０を形成した後、その結果物の表面に図６ａに示されたように金属コーティング膜１５０を形成する。前記金属コーティング膜１５０を形成する方法及び形成する部位は前述した第１実施例と同じである。
次いで、図６ｂに示されたように、トレンチ１３０の底面に形成された金属コーティング膜１５０をエッチングしてシリコン基板１００を露出させた後、露出されたシリコン基板１００を所定深さでエッチングすれば、図５ｅに示された構造と同じ構造を形成できる。シリコン基板１００のエッチング方法も前述した第１実施例と同じである。
次いで、図６ｂに示されたように、トレンチ１３０の底面に形成された金属コーティング膜１５０をエッチングしてシリコン基板１００を露出させた後、露出されたシリコン基板１００を所定深さでエッチングすれば、図５ｅに示された構造と同じ構造を形成できる。シリコン基板１００のエッチング方法も前述した第１実施例と同じである。
このように、本発明の第２実施例による製造方法はシリコン基板１００をエッチングする前に、まず金属コーティング膜１５０を形成する点を除いては、前述した第１実施例とほぼ同じである。
本発明は図面に示された実施例を参考として説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解できる。例えば、本発明でＭＥＭＳコームアクチュエータはシリカまたはポリマだけでなく多様な絶縁物質で構成され、基板もシリコンでなく他の加工性の良好な物質に代替できる。そして、各物質層の積層及びエッチング方法も単に例示されたものであって、多様な蒸着方法及びエッチング方法が適用されうる。また、本発明の製造方法の各段階で例示された具体的な数値は製造されたＭＥＭＳコームアクチュエータが正常的に作動できる範囲内でいくらでも例示された範囲をはずれて調整できる。また、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータは光スイッチ及び光減衰器のような光通信分野だけでなく多様な技術分野で適用できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって決まらなければならない。
本発明は図面に示された実施例を参考として説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解できる。例えば、本発明でＭＥＭＳコームアクチュエータはシリカまたはポリマだけでなく多様な絶縁物質で構成され、基板もシリコンでなく他の加工性の良好な物質に代替できる。そして、各物質層の積層及びエッチング方法も単に例示されたものであって、多様な蒸着方法及びエッチング方法が適用されうる。また、本発明の製造方法の各段階で例示された具体的な数値は製造されたＭＥＭＳコームアクチュエータが正常的に作動できる範囲内でいくらでも例示された範囲をはずれて調整できる。また、本発明によるＭＥＭＳコームアクチュエータは光スイッチ及び光減衰器のような光通信分野だけでなく多様な技術分野で適用できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって決まらなければならない。
本発明は一つの基板上に光素子と共に一体に構成されて、高い信頼性及びコスト競争力を有するＭＥＭＳコームアクチュエータ及びその製造に利用できる。
１５０ａ，１５０ｂ 金属コーティング膜
２００ ＭＥＭＳコームアクチュエータ
２２０ 固定コーム
２２２ 固定ステージ
２２４ 固定フィンガ
２４０ 可動コーム
２４２ 可動ステージ
２４４ 可動フィンガ
２６０ ポスト
２８０ バネ
２００ ＭＥＭＳコームアクチュエータ
２２０ 固定コーム
２２２ 固定ステージ
２２４ 固定フィンガ
２４０ 可動コーム
２４２ 可動ステージ
２４４ 可動フィンガ
２６０ ポスト
２８０ バネ
Claims (27)
- 基板上に固定された固定コームと、
前記基板から分離された可動コームと、
前記基板上に固定されたポストと、
前記基板から分離された状態で前記ポストに連結されて前記可動コームを可動可能に支持するバネと、を備え、
前記固定コーム、可動コーム、ポスト及びバネは前記基板上に形成された絶縁物質層に構成され、少なくとも前記固定コーム及び前記可動コームの表面には各々導電性金属コーティング膜が形成されることを特徴とするＭＥＭＳコームアクチュエータ。 - 前記絶縁物質層は、シリカよりなることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記絶縁物質層は、ポリマよりなることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記金属コーティング膜は、アルミニウム及び金のうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記金属コーティング膜は、前記固定コーム及び前記可動コーム各々の上面及び側面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記可動コームの表面に形成された前記金属コーティング膜は、前記バネ及び前記ポストの表面まで延設されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記固定コーム及び前記ポストは、各々の表面に形成された前記金属コーティング膜によって定まることを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- 前記ＭＥＭＳコームアクチュエータは、光素子と共に前記基板上に一体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータ。
- （ａ）基板を準備する段階と、
（ｂ）前記基板上に所定厚さの絶縁物質層を形成する段階と、
（ｃ）前記絶縁物質層及び前記基板を選択的にエッチングして前記絶縁物質層に前記基板に固定された固定コームと、前記基板から分離された可動コームと、前記基板に固定されたポストと、前記基板から分離された状態で前記ポストに連結されて前記可動コームを可動可能に支持するバネと、少なくとも前記固定コーム及び前記可動コームの表面に各々導電性金属コーティング膜とを形成する段階と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。 - 前記（ｃ）段階は、
前記絶縁物質層の上面にエッチングマスクを形成する段階と、
前記エッチングマスクを通じて露出された前記絶縁物質層をエッチングしてトレンチを形成する段階と、
前記トレンチを通じて露出された前記基板を所定深さでエッチングして前記絶縁物質層に前記基板から分離された構造物を形成する段階と、
前記金属コーティング膜を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。 - 前記（ｃ）段階は、
前記絶縁物質層の上面にエッチングマスクを形成する段階と、
前記エッチングマスクを通じて露出された前記絶縁物質層をエッチングしてトレンチを形成する段階と、
少なくとも前記固定コーム及び前記可動コームが形成される部位の表面に前記金属コーティング膜を形成する段階と、
前記トレンチの底面に形成された前記金属コーティング膜をエッチングして前記基板を露出させる段階と、
露出された前記基板を所定深さでエッチングして前記絶縁物質層に前記基板から分離された構造物を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。 - 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記絶縁物質層は、シリカよりなることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記絶縁物質層の形成は、火炎加水分解蒸着法（flame hydroxide deposition）によって行われることを特徴とする請求項１４に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記絶縁物質層のエッチングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）によって行われることを特徴とする請求項１４に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記絶縁物質層は、ポリマよりなることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記絶縁物質層の形成は、ラミネーティング、スプレイコーティング及びスピンコーティング法のうち少なくとも一つの方法によって行われることを特徴とする請求項１７に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記絶縁物質層のエッチングは、フォトリソグラフィ工程によって行われることを特徴とする請求項１７に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記基板のエッチングは、湿式エッチング法によって行われることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記金属コーティング膜は、アルミニウム及び金のうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記金属コーティング膜の形成は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって行われることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記金属コーティング膜の形成は、スパッタリング法によって行われることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記金属コーティング膜は、前記固定コーム及び前記可動コーム各々の上面及び側面に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記可動コームの表面に形成される前記金属コーティング膜は、前記バネ及び前記ポストの表面まで延設されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記固定コーム及び前記ポストは、各々の表面に形成された前記金属コーティング膜によって限定されることを特徴とする請求項２５に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
- 前記ＭＥＭＳコームアクチュエータは、光素子と共に前記基板上に一体に製造されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳコームアクチュエータの製造方法。
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