KR100282395B1 - 미소가동거울의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미소가동거울(Micro Actuating Mirror)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 제조공정이 간단하면서도 편평도에 대한 신뢰도가 높은 미소가동거울의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 리프트오프(lift off) 공정이 필요없는 미소가동거울의 제조방법으로서, 반도체 기판 위에 전극을 형성하는 단계, 전극 위에 희생층과 포토레지스트를 연속증착하고 포토레지스트를 패터닝하는 단계, 포토레지스트의 패턴에 따라 구조체를 코팅하는 단계, 구조체 위에 알루미늄을 소정의 형상으로 형성하는 단계, 알루미늄을 마스크로 하여 구조체를 식각하여 패터닝하는 단계, 희생층을 식각하여 제거하는 단계; 그리고, 희생층을 제거한 후, 금속을 증착하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 구성된 것이 특징이다.

Description

미소가동거울의 제조방법

본 발명은 미소가동거울(Micro Actuating Mirror)에 관한 것이다.

정전기력을 이용한 미소가동거울(Micro Actuating Mirror)는 전기적 신호를 이용하여 광을 스위칭할 수 있다. 이 미소가동거울은 광통신과 광정보 기록/재생 장치 등의 발달과 함께 다양한 용도로의 사용이 예상되는 디바이스로서, DVD(Digital Video Disk)의 광픽업이나, 스위칭 미러(switching mirror)에의 응용이 가능하다.

반도체 기술을 이용하여 기계적인 구조물을 만드는 미소기전집적시스템(이하 MEMS:Micro Electro Mechanical System) 기술은 수년간 많은 발전을 이루어 왔다. 특히, 최근 광학기술에 관련된 기술이 개발되고 있는데, 그 중 가장 각광을 받고 있는 것은 매우 크기가 작은 거울을 만드는 미소거울제조기술이다. 이 미소거울은 광통신에 사용되는 빛을 원하는 방향으로 굴절시키거나, 빛의 굴절률을 제어하여 필요한 양의 빛을 쪼이는 역할을 수행한다.

반도체 레이저로부터 발생한 빛을 거울에 반사시켜 그 반사량을 특정방향으로 조절하면, 용도에 따라 다양한 일을 수행할 수 있다. 예를 들어, 이 빛의 반사량 조절은 최근에 개발된 DVD(Digital Video Disk)에 저장된 정보를 읽기 위한 광픽업(Optical Pickup)에 응용할 수 있다.

그런데, 이 새로운 개념의 광픽업은 기존의 CD(Compact Disk) 및 DVD를 동시에 독취할 수 있는 능력이 있어야 한다. 참고로 CD의 두께는 약 1.2mm이고, DVD의 두께는 약 0.6mm이다. 즉, 두께가 다른 디스크를 동시에 읽기 위해서는 레이저 빛의 초점을 변화시킬 수 있는 능력이 시스템에 있어야 한다.

이러한 능력의 일환으로 반사되는 빛의 양을 일정방향으로 조절하는 방법을 사용할 수 있다. 도1은 빛의 비취는 방향을 제어하여 빛의 양을 조절하는 종래의 미소가동거울의 예를 도시한 것이다. 가동거울은 기판(10)과, 그 위에 형성된 전극(11) 및 구조체(12)와, 구조체에 의해 지탱되는 금속(13)의 반사면으로 구성되어 있다. 이 가동거울은 전기력에 의해 금속(13)의 반사면이 휘어져 빛의 방사방향을 바꿀 수 있다. 가동거울에 가해지는 정전기력은 기판(10) 위에 형성된 전극(11)에 가해지는 전기에 의해 조절될 수 있다.

이러한 미소가동거울을 제조하는 공정은 다음과 같다. 먼저 도2a와 도2b에 나타낸 것과 같이 실리콘(silicon) 기판(10)에 하부전극(11)을 증착한다. 그리고, 도2c에 나타낸 것과 같이 하부전극(11)을 도포하도록 기판(10) 위에 희생층(14)을 증착한다. 그리고, 도2d에 나타낸 것과 같이 포토레지스터를 이용하여 습식식각공정을 통해 패턴을 만든다.

그 후, 도2e에 나타낸 것과 같이 희생층 위에 구조체(12)를 코팅한 다음, 도2f에 나타낸 것과 같이 구조체 위에 포토레지스터(15)를 이용하여 패턴을 형성한다. 그리고, 도2g에 나타낸 것과 같이 그 위에 미러(mirror)로 사용할 금속(16)을 증착시킨다.

그리고, 포토레지스터와 그 위의 금속을 제거하는 리프트오프(lift off) 공정을 쓴다. 이 때, 리프트오프 공정을 사용하는 이유는 다음과 같다. 미소가동거울은 구조체 상부에 증착되는 미러가 적어도 96% 이상의 반사율을 가지는 금속이어야 하므로, 금(Au)나 알루미늄(Al)을 써야한다. 그런데, 이 금이나 알루미늄은 습식식각 공정으로 제거할 수 없으므로, 리프트오프(lift off)공정을 사용했었다.

마지막으로, 포토레지스트(15)를 제거하면, 도1에 나타낸 것과 동일한 미소가동거울이 완성되는 것이다.

그런데, 종래의 미소가동거울의 제조공정은 다음과 같은 문제점이 있었다. 먼저 리프트오프(lift off) 공정은 공정시간이 많이 걸리고, 그에 따라 제조수율이 떨어져 재현신뢰도가 떨어진다. 그리고, 구조체 상부의 미러를 금(Au)으로 써야하므로, 상부전극과 하부전극 사이에 누설 전류가 생겨 미러가 구동되지 않는 경우도 있다.

뿐만 아니라, 희생층의 제거 시, 구조체와 미러 사이의 응력 차이로 인해 미러가 휘어질 우려가 있어 편평한 미러를 제조할 수 없다는 문제점도 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정이 간단하면서 편평도에 대한 신뢰도를 높일 수 있는 미소가동거울의 제조방법을 구현하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 미소가동거울을 나타낸 도면.

도 2a 내지 도 2g는 종래의 미소가동거울의 제조공정을 나타낸 도면.

도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 미소가동거울의 제조공정을 나타낸 도면.

도 4는 도 3a 내지 도 3h를 통해 제조된 미소가동거울의 구조체의 모양을 나타낸 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 반도체 기판 110 : 전극

120 : 희생층 130 : 구조체

140 : 알루미늄 150 : 금속

본 발명은 구조체를 오버행(overhang) 구조로 설계하여 전극으로 사용되는 금속 사이를 절연시켜 미소가동거울을 제조하는 것이 특징이다. 이하 본 발명의 제조방법을 첨부된 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

먼저 도3a에 나타낸 것과 같이 준비된 반도체 기판(100) 위에 도3b에 나타낸 것과 같이 전극(110)을 소정의 형상으로 패터닝하여 형성한다. 그리고, 도3c에 나타낸 것과 같이 전극 위에 희생층을 증착한다. 그리고, 도3d에 나타낸 것과 같이 희생층을 패터닝한다. 그 후, 도3e에 나타낸 것과 같이 이 포토레지스트의 패턴에 따라 구조체(130)를 희생층(120) 위에 코팅한다.

이어서, 도3f에 나타낸 것과 같이 구조체(130) 위에 알루미늄(140)을 증착하여 소정의 형상으로 패터닝한다. 이 때, 포토레지스트를 마스크로 이용하여도 좋다.

알루미늄(140)을 패터닝한 후, 도3g에 나타낸 것과 같이 그 알루미늄을 마스크로 하여 희생층(120) 위에 코팅된 구조체(130)를 패터닝한다. 그러면, 알루미늄과 구조체의 패턴이 동일하게 된다. 이 때, 구조체의 패터닝은 건식식각 공정으로 실시한다. 그리고, 구조체는 도3h의 (A)부분이 도4에 나타낸 것과 같이 오버행(overhang) 구조가 되도록 구성한다. 구조체의 패턴이 끝나면, 전극 위에 증착된 희생층을 제거한다. 이 때, 희생층의 제거방법은 습식식각 공정으로 실시한다. 그러면, 희생층 뿐만 아니라, 구조체(130) 위의 알루미늄도 함께 제거된다. 도3g는 구조체 위의 알루미늄이 제거된 것을 도시한 것이다.

구조체 위의 알루미늄이 제거되었으므로, 미러의 역할을 수행할 수 있는 금속(150)을 도3h에 나타낸 것과 같이 다시 구조체(130) 위에 형성한다. 이 때, 구조체 위에 형성되는 금속은 알루미늄이어도 좋고, 금(Au)이어도 좋다. 그리고, 이 금속은 전자증발기(E-beam evaporator)를 이용하여 증착된다.

본 발명은 종래에 비해 다음과 같은 장점이 있다. 먼저 리프트오프(lift off)공정을 사용하지 않으므로, 공정시간과 비용이 줄어든다. 그리고, 구조체 위의 금속으로 알루미늄을 사용할 수 있어 비용을 줄일 수 있으며, 구조체가 오버행(overhang)구조로 되어 있어, 전극 사이의 절연상태가 좋아 누설전류가 발생되지 않는다.

뿐만 아니라, 희생층을 제거한 후, 구조체 위에 금속을 증착하여 미러를 형성함으로써, 미러가 구조체의 패턴에 따라 형성되므로 응력차이에 의한 미러의 휘어짐을 방지할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 편평함에 대한 신뢰도가 높아지는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 반도체 기판 위에 전극을 형성하는 단계;

   상기 전극 위에 희생층과 포토레지스트를 연속증착하고, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계;

   상기 포토레지스트의 패턴에 따라 구조체를 코팅하는 단계;

   상기 구조체 위에 알루미늄을 소정의 형상으로 형성하는 단계;

   상기 알루미늄을 마스크로 하여 상기 구조체를 식각하여 패터닝하는 단계;

   상기 희생층을 식각하여 제거하는 단계; 그리고,

   상기 희생층을 제거한 후, 금속을 증착하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 구성된 미소가동거울의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 희생층을 식각할 때, 동시에 알루미늄도 식각되어 제거되는 것을 특징으로 하는 미소가동거울의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구조체를 오버행(overhang) 모양으로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 미소가동거울의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 구조체로 폴리이미드를 채택한 것을 특징으로 하는 미소가동거울의 제조방법.