JP3893374B2 - マイクロミラーアクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はマイクロミラーを静電引力に駆動するマイクロミラーアクチュエータ及びその製造方法に係り、詳しくはマイクロミラーの変形を抑制し、その反射面の粗さと平坦度とが改善された構造のマイクロミラーアクチュエータ及びその製造方法に関する。

一般に、マイクロミラーアクチュエータは光スイッチ装置、画像表示装置等に採用されるものであり、基板上に支持されたマイクロミラーを静電気力により回動させることにより、入射光の反射経路を選択的に変換して光スイッチング動作又は画像表示機能を遂行する。
図１及び図２を参照しながら、従来の静電引力を用いたマイクロミラーアクチュエータ10を見ると、基板15上にトレンチ5が形成され、前記トレンチ5の両側各々の基板15の上面に一対の支持ポスト20が垂直方向に突出形成されている。マイクロミラー30は前記一対の支持ポスト20の間に位置し、このマイクロミラー30と一対の支持ポスト20とを各々連結する一対のトーションバー25により回動可能なように支持される。

前記マイクロミラー30は水平状態である時に前記トレンチ5に対向するように位置される駆動部30aと、前記駆動部30aの反対側に設けられて入射光を反射する反射部30bとより成っている。
前記トレンチ5の底面には下部電極37を備えており、その一側面には側面電極40を備え、前記駆動部30aとの静電引力によりマイクロミラー30を駆動させる。即ち、前記下部電極37と前記駆動部30aとの間に静電引力が作用して前記マイクロミラー30が下側に回動し、ある程度回動した後には前記駆動部30aと前記側面電極40との間に静電引力が作用して連続的に回動することにより直立する。前記マイクロミラー30はトーションバー25により弾性支持されて回動可能になっているため、静電駆動力が解除された後には前記トーションバー25の復元力によりマイクロミラー30が水平状態に復元される。

このように構成されたマイクロミラーアクチュエータのマイクロミラー製造工程を見ると、先ず基板15にトレンチ5を形成した後、その上部に所定厚さにフォトレジスト(図示せず)を塗布した後、マイクロミラー30を成すアルミニウム膜を蒸着する。次いで、フォトレジストを除去することによりマイクロミラー構造物が完成される。ここで、フォトレジストを除去時間を短縮するために反射部30bには多数のホール31が形成されている。

前記のように構成されたマイクロミラーアクチュエータはミラー部30bに設けられたホール31を通じた光損失が発生する問題点がある。
また、その製造工程において、前記マイクロミラー蒸着時に発生するアルミニウム膜内の残留応力と、フォトレジスト除去過程でプラズマによる熱発生問題で図３に示したように、アルミニウム膜の変形が存在する問題点がある。これを解決するために、従来にはマイクロミラーを厚くして剛性を強くする方法を使用するが、この場合にもマイクロミラーを成すアルミニウム膜の蒸着厚さ等の限界で変形を減らすのが非常に難しいという問題点がある。

本発明の技術的課題は、 マイクロミラーアクチュエータのマイクロミラーの変形を抑制し、その反射面の粗さと平坦度とを改善できる構造のマイクロミラーアクチュエータ及びその製造方法を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するための本発明に係るマイクロミラーアクチュエータは、上部に所定形状のトレンチが引き込み形成された第１基板と、前記トレンチ内に形成された少なくとも一つの下部電極と、前記トレンチに対向する位置に静電引力により回動可能に配置され、回動位置により入射光を選択的に反射させるマイクロミラーと、前記第１基板の上部一部と前記マイクロミラーの下部とに各々設けられ、前記マイクロミラーの変形を抑制する第２基板と、前記第１基板の上部に位置する前記第２基板上に設けられ前記マイクロミラーに電源を印加する上部電極と、前記トレンチ両側各々の前記第１基板の上面に突出形成された一対の支持ポストと、前記マイクロミラーの両側と前記一対の支持ポストとを各々連結して前記マイクロミラーを回動可能に支持するトーションバーとを含み、前記マイクロミラーと前記下部電極に印加される電位差により発生される静電引力により前記マイクロミラーを回動することを特徴とするマイクロミラーアクチュエータを提供する。

ここで、 前記トレンチは、前記第１基板上に所定深さに引き込み形成された第１トレンチと、前記第１トレンチと隣接し、前記第１トレンチよりさらに深く引き込み形成された第２トレンチとを含み、前記マイクロミラーは、水平状態である時、前記第１トレンチに対向するように位置し、入射光を反射させる反射部と、前記第２トレンチに対向するように位置して静電引力により駆動される駆動部とを備えたことを特徴とする。

そして、 前記下部電極は、前記第１トレンチの底面に形成された第１下部電極と、前記第２トレンチの底面と前記マイクロミラーの回動時に向き合う一側壁とに各々形成された第２下部電極とを含み、前記マイクロミラーを駆動時に前記第１下部電極により前記反射部と前記第２下部電極との静電引力を遮断できることを特徴とする。
また、前記技術的課題を達成するための本発明に係るマイクロミラーアクチュエータの製造方法は、準備された第１基板にトレンチを形成する段階と、前記トレンチ内に少なくとも一つの下部電極を形成する段階と、前記トレンチ及び下部電極が形成された前記第１基板の上部に第２基板を接合する段階と、前記第２基板の支持ポスト対応領域を蝕刻して支持ポストホールを形成する段階と、前記第２基板上に金属膜を蒸着し、パターニングを通じて上部電極、マイクロミラー、トーションバー及び支持ポストを形成する段階と、前記第２基板の前記トーションバーに対応される位置に形成された部分を除去する段階とを含むことを特徴とする。

ここで、前記トレンチを形成する段階は、前記第１基板上にフォトレジストを塗布する段階と、前記フォトレジストの上部に前記トレンチに対応されるパターンを有するマスクを位置させた後で、前記フォトレジストを露光する段階と、前記フォトレジストの前記トレンチ対応領域を除去し、この除去された部分を通じて前記第１基板を蝕刻する段階とよりなることを特徴とする。

そして、前記下部電極の形成段階は、前記トレンチに金属膜を蒸着する段階と、蒸着された金属膜を写真蝕刻を通じてパターニングする段階とよりなることを特徴とする。
また、接合工程を通じて前記第１基板上に接合された前記第２基板をポリシング工程により所定厚さになるように前記第２基板の上部面を除去する段階をさらに含むことを特徴とする。

本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータは、その製造工程を変えて従来の問題点であるマイクロミラーにホールを形成する工程が不要なので、このホールを通じた光損失が発生する問題点を根本的に解決できる。
また、第２基板を形成する工程を設け、この第２基板の一部がマイクロミラーの底面に形成されたままマイクロミラーを回転駆動することにより、マイクロミラーの変形を防止できる。従って、マイクロミラー反射部の平坦度向上及び粗さを小さくできるため、このマイクロミラーから反射されて伝達される光の損失を大きく減少させることができる。

以下、添付した図面に基づき本発明に係る望ましい実施例を詳細に説明する。
図４〜図６を参照すれば、本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータは上部に所定形状のトレンチ42が引き込み形成された第１基板41と、前記トレンチ42内に形成された少なくとも一つの下部電極71と、前記トレンチ42に対向する位置に静電引力により回動可能に配置されるマイクロミラー60と、第１基板41の上部一部と前記マイクロミラー60の下部とに各々設けられる第２基板45と、前記マイクロミラー60に電源を印加する上部電極75と、前記マイクロミラー60を回動可能に支持する支持ポスト51及びトーションバー55とを含む。

前記トレンチ42はその深さ及び形態により第１及び第２トレンチ42a,42bに区分される。即ち、前記第１トレンチ42aはマイクロミラー60が水平状態を維持する場合に後述するマイクロミラーの反射部60aに対向する位置に設けられ、所定深さに引き込み形成されている。そして前記第２トレンチ42bは前記第１トレンチ42aに隣接し、前記第１トレンチ42aよりさらに深く引き込み形成されている。この第２トレンチ42bの形状は後述する前記マイクロミラーの駆動部60bに対応する形状を有する。従って、図５で点線に示したように、前記マイクロミラー60が垂直方向の配置を有する場合、前記第１トレンチ42aと第２トレンチ42bの深さ差により段差が形成された第２トレンチ42bの側壁がストッパー機能を遂行して静電引力による前記マイクロミラー60の回動範囲を制限する。

前記マイクロミラー60は機能により水平状態である時に前記第１トレンチ42aに対向するように位置し、入射光を反射させる反射部60aと、水平状態である時に前記第２トレンチ42bに対向するように位置して静電引力により駆動される駆動部60bとを備える。このマイクロミラー60は回動位置により入射光を選択的に反射させる。
前記下部電極71はその形成位置と役割とにより第１下部電極72と第２下部電極73とに大別される。

前記第１下部電極72は前記第１トレンチ42aの底面に形成され、前記マイクロミラー60を回転駆動時に前記反射部60aと前記第２下部電極73の静電引力を遮断する。例えば、前記第１下部電極72に前記反射部60aと等電位面になるように電圧を印加して前記反射部60aとの間に静電引力が作用しないようにできる。
前記第２下部電極73は前記第２トレンチ42bの底面と前記マイクロミラー60の回動時に向き合う一側壁とに各々形成される。

ここで、前記反射部60aは前記マイクロミラー60の回転中心を基準に前記駆動部60bの反対側に位置している。したがって、前記反射部60aと第２下部電極73との間に静電引力が発生する場合、前記駆動部60bと第２下部電極73との間に発生した静電引力が減衰される問題が発生する。
従って、前記のように第１下部電極72を設けることにより、前記マイクロミラー60の回転駆動は前記反射部60aと第２下部電極73の静電引力が排除された状態で、前記駆動部60bと前記第２下部電極73との静電引力により駆動されるようにする。

前記第２基板45はシリコン材質等の同一材質よりなる１つの部材を蝕刻工程等の半導体工程を通じて２つの部分に分離したものである。この分離された内部空間45aは前記マイクロミラー60の回動時に前記トーションバー55の回動可能空間を確保するために設けられたものである。
このように、第２基板45を前記マイクロミラー60の下面に形成することにより、前記マイクロミラー60の変形を抑制できる。従って、前記反射部60aの平坦度を向上させ得る。

前記上部電極45、前記支持ポスト51、前記トーションバー55及び前記マイクロミラー60は一体に形成される。即ち、前記第２基板45を２つの部分に分離されていない状態で前記支持ポスト51に対応される前記第２基板45の所定位置に溝を形成し、アルミニウム薄膜等の金属膜を蒸着することにより一体に形成され、その機能により各構成要素に区分される。

前記上部電極45は前記第２基板45上に設けられ、前記マイクロミラー60に電源を印加する。ここで、前記マイクロミラー60の電源印加時に前記トーションバー55が通電経路として用いられる。
前記支持ポスト51は一対で形成されており、その各々は前記トレンチ42の両側各々の前記第１基板41の上面に突出形成されている。

前記トーションバー55は一対で形成されており、前記マイクロミラー60の両側各々と前記一対の支持ポスト51の各々とを連結して前記マイクロミラー60を回動可能に支持する。
前記のように第２基板を用いてマイクロミラーの変形を防止することにより、マイクロミラーの平坦度を向上させることができ、光スイッチング装置に採用時正しい信号伝送を具現できる。また、ディスプレイ装置に採用時の光効率を高めることができる。

以下、図7A〜図7H及び、図8A〜図8Cを参照しながら、本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータ製造方法を説明する。
本実施例によるマイクロミラーアクチュエータ製造工程は、準備された第１基板41にトレンチ42を形成する段階と、前記トレンチ42内に少なくとも１つの下部電極71を形成する段階と、前記トレンチ42及び下部電極71が形成された前記第１基板41の上部に第２基板44を接合する段階と、前記第２基板44の支持ポスト対応領域を蝕刻して支持ポストホール44aを形成する段階と、前記第２基板44上に金属膜を蒸着し、パターニングを通じて上部電極75、マイクロミラー60、トーションバー55及び支持ポスト51を形成する段階及び、前記第２基板44の前記トーションバー55に対応される位置に形成された部分を除去する段階とを含む。

先ず、図7A乃至図7Dを参照しながら、第１基板41についてのトレンチ42の形成工程を述べる。
図7Aに示すように、第１基板41上にフォトレジスト81を塗布し、前記フォトレジスト81の上部に前記トレンチ42に対応されるパターンを有するマスク85を位置させた後、前記フォトレジスト81を露光する。

次いで、図7B及び図7Cに示すように、前記フォトレジストの前記トレンチ対応領域を除去し、この除去された部分を通じて第１基板を蝕刻することにより、前記のトレンチ42を形成する。
一方、前記トレンチ42は図7Dに示すように、前記第１基板41上に所定深さに引き込み形成された第１トレンチ42aと、前記第１トレンチ42aと隣接し、前記第１トレンチ42aよりさらに深く引き込み形成された第２トレンチ42bとより成る。ここで、形成されたトレンチ42において、図7A〜図7Cに示すような工程を反復することにより前記第２トレンチ42bを形成できる。

図7Eを参照すれば、前記下部電極71の形成工程は、前記のように形成されたトレンチ42に下部電極の材料になる伝導度が高い金属膜を蒸着する段階と、この蒸着された金属膜を写真蝕刻を通じて蝕刻してパターニングする段階とより成る。
ここで、前記下部電極は、前記第１トレンチ41aの底面に形成された第１下部電極72と、前記第２トレンチ42bの底面と一側壁とに各々形成された第２下部電極73とを含む。ここで、第１及び第２下部電極72,73は前記第１及び第２トレンチ42a,42bの全体にかけて金属膜を蒸着した後、これを蝕刻してパターニングすることにより区分形成される。

次いで、図7Fに示されたように、前記第１基板41の上部に第２基板43をボンディング工程を用いて接合する。ここで、この第２基板43はシリコン等の材質から構成される。又、第２基板43は完成後の第２基板45の原形であり、完成後の基板に比べて厚さが相対的に厚い。
このように、厚くした状態で接合する理由としては、薄い場合にトレンチ42が形成された部分で第２基板43のひずみが発生して後工程により形成されるマイクロミラー60の平坦度が低下する問題点を解消するためである。一方、このように第２基板45を厚く形成したものをそのまま維持する場合は、マイクロミラー60の駆動速度低下等円滑な駆動に影響を及ぼす。

従って、マイクロミラー60の平坦度低下問題及び駆動に影響を及ぶ点を勘案し、前記の接合工程以後、図7Gに示されたように、前記第２基板をポリシング工程により所定厚さになるように前記第２基板43の上部面を除去し、完成後の基板45のような厚さを有する第２基板44を完成する段階をさらに含むことが望ましい。
次いで、図8Aに示されたように、前記第２基板44の支持ポスト対応領域を蝕刻して支持ポストホール44aを形成する工程を遂行する。以後、図8Bに示されたように、形成された支持ポストホール44aの底面に金属膜を蒸着して支持ポスト51の下部面51aを完成する。

次いで、図7H及び図8Cに示されたように、前記第２基板44上に金属膜を塗布し、これを上部電極75、マイクロミラー60、トーションバー55及び支持ポスト51に対応される形状にパターニングする。このパターニング工程は反応性イオン蝕刻（RIE）工程等の写真蝕刻工程を通じて成り、この写真蝕刻工程自体はよく知られているためその細かい説明は省略する。

また、前記のように形成された上部電極75、マイクロミラー60、トーションバー55及び支持ポスト51各々の構造及び機能は前述した通りなのでその細かい説明は略する。
最後に、前記の第２基板44の前記トーションバー55に対応される位置に形成された部分を除去することにより、図４〜図６に示されたような構造を完成することができる。

本発明はさらに精巧な構造のマイクロミラーアクチュエータの装着を必要とする光スイッチ装置、画像位置装置、画像表示装置などに効果的に適応できる。

従来のマイクロミラーアクチュエータを示した概略的な斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 図１に示されたマイクロミラーアクチュエータのマイクロミラーの変形程度を説明するために示した図面である。 本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータを示した概略的な斜視図である。 図４のV−V線断面図である。 図４のVI−VI線断面図である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のV−V線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のVI−VI線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のVI−VI線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。 図４のVI−VI線断面での本発明の実施例によるマイクロミラーアクチュエータの製造工程を示した図面である。

符号の説明

４１ 第１基板
４２ トレンチ
４２ａ，４２ｂ 第１及び第２トレンチ
４５ 第２基板、上部電極
４５ａ 内部空間
５１ 支持ポスト
５５ トーションバー
６０ マイクロミラー
６０ａ 反射部
６０ｂ 駆動部
７１，７２，７３ 下部電極
７５ 上部電極

Claims (8)

1. 所定深さに引き込み形成された第１トレンチと、前記第１トレンチに隣接し、前記第１トレンチよりさらに深く引き込み形成された第２トレンチとを含む所定形状のトレンチが上部に引き込み形成された第１基板と、
   前記トレンチ内に形成された少なくとも一つの下部電極と、
   前記トレンチに対向する位置に静電引力により回動可能に配置され、水平状態である時、前記第１トレンチに対向するように位置し入射光を反射させる反射部と、前記第２トレンチに対向するように位置して静電引力により駆動される駆動部とを備えたマイクロミラーと、
   前記第１基板の上部一部と前記マイクロミラーの下部とに各々設けられ、前記マイクロミラーの変形を抑制する第２基板と、
   前記第１基板の上方に位置する前記第２基板上に設けられて前記マイクロミラーに電源を印加する上部電極と、
   前記トレンチ両側各々の前記第１基板の上面に突出形成された一対の支持ポストと、
   前記マイクロミラーの両側と前記一対の支持ポスト各々を連結して前記マイクロミラーを回動可能に支持するトーションバーとを含み、
   前記マイクロミラーと前記下部電極に印加される電位差で発生する静電引力により前記マイクロミラーを回動することを特徴とするマイクロアクチュエータ。
2. 前記下部電極は、
   前記第１トレンチの底面に形成された第１下部電極と、
   前記第２トレンチの底面と前記マイクロミラーの回動時に向き合う一側壁とに各々形成された第２下部電極とを含み、
   前記マイクロミラーを駆動時に前記第１下部電極により前記反射部と前記第２下部電極との静電引力を遮断することができることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアクチュエータ。
3. 前記第２基板は同一材質よりなる１つの部材を半導体工程を通じて分離することにより、
   前記第１基板上に位置された部分と、前記マイクロミラーの下部に位置された部分と区分されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロミラーアクチュエータ。
4. 前記上部電極、前記トーションバー、前記支持ポスト及び、前記マイクロミラーは一体に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のマイクロミラーアクチュエータ。
5. 準備された第１基板に、所定深さに引き込み形成された第１トレンチと、前記第１トレンチと隣接し前記第１トレンチよりさらに深く引き込み形成された第２トレンチとを含むトレンチを形成する段階と、
   前記トレンチ内に少なくとも１つの下部電極を形成する段階と、
   前記トレンチ及び下部電極が形成された前記第１基板の上部に第２基板を接合する段階と、
   前記第２基板の支持ポスト対応領域を蝕刻して支持ポストホールを形成する段階と、
   前記第２基板上に金属膜を蒸着し、パターニングを通じて上部電極、マイクロミラー、トーションバー及び支持ポストを形成する段階と、
   前記マイクロミラーが静電引力により回動可能に配置され、水平状態である時、前記第１トレンチに対向するように位置し入射光を反射させる反射部と、前記第２トレンチに対向するように位置して静電引力により駆動される駆動部とを備えるように、前記第２基板の前記トーションバーに対応される位置に形成された部分を除去する段階と、
   を含み、前記トレンチを形成する段階は、
   前記第１基板上にフォトレジストを塗布する段階と、
   前記フォトレジストの上部に前記トレンチに対応されるパターンを有するマスクを位置させた後、前記フォトレジストを露光する段階と、
   前記フォトレジストの前記トレンチ対応領域を除去し、この除去された部分を通じて前記第１基板を蝕刻する段階と、
   よりなることを特徴とするマイクロミラーアクチュエータの製造方法。
6. 前記下部電極の形成段階は、
   前記トレンチに金属膜を蒸着する段階と、
   蒸着された金属膜を写真蝕刻を通じてパターニングする段階と、
   よりなることを特徴とする請求項５に記載のマイクロミラーアクチュエータの製造方法。
7. 前記下部電極は、
   前記第１トレンチの底面に形成された第１下部電極と、
   前記第２トレンチの底面と前記マイクロミラーの回動時に向き合う一側壁とに各々形成された第２下部電極と、
   を含むことを特徴とする請求項５または６に記載のマイクロミラーアクチュエータの製造方法。
8. 接合工程を通じて前記第１基板上に接合された前記第２基板をポリシング工程により所定厚さになるように前記第２基板の上部面を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載のマイクロミラーアクチュエータの製造方法。

Images