KR100402991B1 - Micro optical switching device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초소형 광스위칭 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 미소기전소자(MEMS) 기술 중 자외선-리가(UV-LIGA) 공정 기술을 이용하여 저전압 대변위 구동이 가능케 하는 초소형 광스위칭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-compact optical switching device. More particularly, the present invention relates to a micro-optical switching device that enables low-voltage large displacement driving by using a UV-LIGA (UV-LIGA) process technology among MEMS technologies.

본 발명에 따르면, 절연층(20)과 하부전극(30)의 패턴이 반도체기판(10)의 상부에 순차적으로 적층되고, 상기 절연층(20) 상부의 일측에는 소정 길이를 갖는 상부전극(40)의 일부만이 접합되며, 접합되지 않은 상기 상부전극(40)에는 도금된 연결부(50)의 일부만이 거울면(60)의 바닥면과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 광스위칭 장치가 제시된다.According to the present invention, patterns of the insulating layer 20 and the lower electrode 30 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 10, and the upper electrode 40 having a predetermined length on one side of the insulating layer 20. Only a part of the) is bonded, the micro-optic switching device is characterized in that only a part of the plated connection 50 is connected to the bottom surface of the mirror surface 60 to the non-bonded upper electrode 40.

따라서, 본 발명에 의한 초소형 광스위칭 장치는 구조적 특성으로 인해 저전압 대변위 구동이 가능하므로 N × N 광스위치로의 응용이 가능하다.Therefore, the micro-optical switching device according to the present invention can be applied to the N × N optical switch because the low voltage large displacement drive is possible due to the structural characteristics.

Description

초소형 광스위칭 장치{Micro optical switching device}Micro Optical Switching Device

본 발명은 초소형 광스위칭 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 미소기전소자(MEMS) 기술 중 자외선-리가(UV-LIGA) 공정 기술을 이용하여 저전압 대변위 구동이 가능케 하는 초소형 광스위칭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-compact optical switching device. More particularly, the present invention relates to a micro-optical switching device that enables low-voltage large displacement driving by using a UV-LIGA (UV-LIGA) process technology among MEMS technologies.

광통신에 MEMS 기술을 이용한 광스위칭 소자가 응용됨에 따라 다양한 스위칭 방식이 개발되었다. 기존의 광스위칭 소자로는 구동기와 일체형으로 제작된 거울면이 기판에 수평하게 이동하는 방식 즉, 반대로 기판에 수직하게 이동하는 방식이 활용한 것들이 보고된바 있다.As optical switching devices using MEMS technology have been applied to optical communication, various switching methods have been developed. Existing optical switching devices have been reported to utilize a method in which the mirror surface formed integrally with the driver moves horizontally to the substrate, that is, the method moves vertically to the substrate.

기판에 수평하게 이동하는 방식을 이용한 광스위칭 장치의 경우 수직하게 이동하는 경우에 비해 큰 구동 전압을 필요로 하지만 구동 변위에 있어서는 수평 방향 구동 방식이 큰 이점을 갖는다.In the case of an optical switching device using a method of moving horizontally on a substrate, a larger driving voltage is required than a case of moving vertically, but a horizontal driving method has a great advantage in driving displacement.

그러나, 최근 구조물의 형성하는 막의 잔류응력을 이용하여 수직 방향으로의 변위를 극대화 할 수 있는 광스위칭 장치가 개발됨에 따라 광스위치로의 활용에 있어 유연성을 더하게 되었다. 이는 도 1에 도시된 바와 같다.However, the recent development of the optical switching device that can maximize the displacement in the vertical direction by using the residual stress of the film forming the structure has increased the flexibility in the application to the optical switch. This is as shown in FIG.

도 1에 도시된 광스위칭 장치는 구동 전에는 상부전극(40)의 잔유 응력에 의해 위로 휘어진 상태를 유지한다. 이 때, 하부전극(30)에 바이어스가 인가되면 정전인력에 의해 상부전극(40)이 아래쪽으로 이동하게 된다. 이와 같은 방식으로 광을 통과시키거나 반사시켜 광스위칭을 수행한다. 부호 50은 힌지(hinge)에 의해 거울면(60)과 상부전극(40)이 연결된 부분을 나타낸 것이다.The optical switching device shown in FIG. 1 maintains a curved state by the residual stress of the upper electrode 40 before driving. At this time, when a bias is applied to the lower electrode 30, the upper electrode 40 is moved downward by the electrostatic attraction. In this manner, light switching is performed by passing or reflecting light. Reference numeral 50 denotes a portion where the mirror surface 60 and the upper electrode 40 are connected by a hinge.

힌지는 연결 부의 회전 운동이 가능하도록 제작된 것으로 거울면을 제작한 후 세워 바닥과 수직하게 고정시킬 수 있도록 되어있다. 따라서 이 장치를 광스위치로 이용하기 위해서는 힌지를 제작하기 위한 복잡한 공정과 거울면을 세우기 위한 추가적인 공정을 수행해야만 한다. 이는 제작 단가의 상승을 가져오며, 공정의 복잡성을 추가하게 된다.The hinge is designed to allow the rotational movement of the connection part, and after the mirror surface is manufactured, it can be fixed vertically to the floor. Therefore, in order to use the device as an optical switch, a complicated process for manufacturing a hinge and an additional process for establishing a mirror surface must be performed. This leads to an increase in manufacturing cost and adds complexity to the process.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은기존의 광스위치와 달리 거울면과 상부 전극을 힌지(hinge) 구조로 연결하지 않고 도금에 의해 접합시킴으로서 저전압 대변위 구동이 가능케 하는 초소형 광스위칭 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention, unlike the conventional optical switch, by connecting the mirror surface and the upper electrode by a hinge (hinge) structure without connecting by a low voltage large displacement drive is possible It is to provide an ultra-compact optical switching device.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은As a technical idea for achieving the above object of the present invention

절연층(20)과 하부전극(30)의 패턴이 반도체기판(10)의 상부에 순차적으로 적층되고, 상기 절연층(20) 상부의 일측에 소정 길이를 갖는 상부전극(40)의 일부만이 접합되며, 접합되지 않은 상기 상부전극(40)에는 도금된 연결부(50)의 일부만이 거울면(60)의 바닥면과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 광스위칭 장치가 제공된다.The patterns of the insulating layer 20 and the lower electrode 30 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 10, and only a part of the upper electrode 40 having a predetermined length is bonded to one side of the upper portion of the insulating layer 20. The non-bonded upper electrode 40 is provided with a microscopic optical switching device, in which only a part of the plated connection part 50 is connected to the bottom surface of the mirror surface 60.

도 1은 종래의 수직 이동형 광스위칭 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional vertically movable optical switching device.

도 2는 본 발명에 따른 광스위칭 장치를 나타낸 도면이다.2 is a view showing an optical switching device according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 상부전극의 유연성을 증대시키기 위한 광스위칭 장치를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an optical switching device for increasing the flexibility of the upper electrode according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 반도체기판 20 : 절연층10: semiconductor substrate 20: insulating layer

30 : 하부전극 40 : 상부전극30: lower electrode 40: upper electrode

50 : 연결부 60 : 거울면50: connection part 60: mirror surface

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 광스위칭 장치를 나타낸 도면이다.2 is a view showing an optical switching device according to the present invention.

도 2에 도시된 광스위치를 살펴보면, 반도체기판(10) 상부에는 절연층(20)과 하부전극(30)의 패턴이 순차적으로 적층되어 있다. 상기 절연층(20) 상부의 일측에는 소정 길이를 갖는 상부전극(40)의 일부만이 접합되어 있으며, 접합되지 않은 상부전극(40)에는 상부전극(40)에 도금된 연결부(50)에 의해 거울면(60)이 기판(10)에 수직하게 세워져 있다.Referring to the optical switch illustrated in FIG. 2, patterns of the insulating layer 20 and the lower electrode 30 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 10. Only one part of the upper electrode 40 having a predetermined length is bonded to one side of the upper part of the insulating layer 20, and the unbonded upper electrode 40 is mirrored by the connecting part 50 plated on the upper electrode 40. The surface 60 is erected perpendicular to the substrate 10.

도 2에 도시된 바와 같이 상부전극(40)에 도금을 통하여 거울면(60)의 구조물을 제작하므로서 종래의 힌지(hinge)를 제작해야만 하는 추가적인 공정을 필요로하지 않는다.As shown in FIG. 2, since the structure of the mirror surface 60 is manufactured by plating the upper electrode 40, an additional process of manufacturing a conventional hinge is not required.

그러나, 도 2에 도시된 광스위치는 구조상 상부전극과 거울의 바닥면이 모두 접합을 이루어 상부전극이 잔유 응력에 의해 휘어지는 것을 막아 가동 변위를 제한하는 문제가 있다.However, the optical switch shown in FIG. 2 has a problem that the upper electrode and the bottom surface of the mirror are bonded to each other, thereby preventing the upper electrode from being bent due to residual stress, thereby limiting the movable displacement.

따라서, 이를 해결하기 위해 방안으로 도 3에서와 같은 구조의 광스위치를 제시하였다. 도 3를 살펴보면, 반도체기판(10) 상부에는 절연층(20)과 하부전극(30)의 패턴이 순차적으로 적층되어 있다. 상기 절연층(20) 상부의 일측에는 소정 길이를 갖는 상부전극(40)의 일부만이 접합되어 있으며, 접합되지 않은 상부전극(40)에는 상부전극(40)에 도금된 연결부(50)에 의해 거울면(60)이 기판(10)에 수직하게 세워져 있다.Therefore, to solve this problem, an optical switch having a structure as shown in FIG. 3 is proposed. Referring to FIG. 3, patterns of the insulating layer 20 and the lower electrode 30 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 10. Only one part of the upper electrode 40 having a predetermined length is bonded to one side of the upper part of the insulating layer 20, and the unbonded upper electrode 40 is mirrored by the connecting part 50 plated on the upper electrode 40. The surface 60 is erected perpendicular to the substrate 10.

즉, 상기 거울면(60)의 바닥면 중 일부만 상부전극(40)과 접합시킴으로써 상부전극(40)의 유연성을 증대하였다.That is, only part of the bottom surface of the mirror surface 60 is bonded to the upper electrode 40 to increase the flexibility of the upper electrode 40.

본 발명에 고안된 광스위칭 장치는 다양한 MEMS 기술 중 UV-LIGA 공정 기술을 이용하여 제작 할 수 있다. 먼저 반도체기판(10) 상에 하부전극(30), 절연층(20), 희생층(도시 안됨) 및 도금 기반층(도시 안됨)을 형성한 후 반사용 거울 구조물을 제작하기 위한 도금틀을 형성한다. 상기 형성된 도금틀에 전기도금 공정 기술을 이용하여 거울을 형성한다. 다음으로 도금틀을 제거한 후 희생층을 제거하면 고안된 광스위칭 장치를 제작된다.The optical switching device devised in the present invention can be manufactured using UV-LIGA process technology among various MEMS technologies. First, a lower electrode 30, an insulating layer 20, a sacrificial layer (not shown) and a plating base layer (not shown) are formed on the semiconductor substrate 10, and then a plating frame for manufacturing a reflective mirror structure is formed. do. A mirror is formed on the formed plating mold by using an electroplating process technique. Next, after removing the plating frame and removing the sacrificial layer, the designed optical switching device is manufactured.

이와 유사한 기존의 광스위칭 장치의 경우 표면 미세가공 기술로 제작되므로, 고 형상비를 갖는 구조물의 제작이 불가능하여 거울을 바닥에서 세우기 위한추가적인 공정을 수행해만 한다.Similar to the conventional optical switching device is manufactured by the surface microfabrication technology, it is impossible to manufacture a structure having a high aspect ratio, and therefore, an additional process for erecting the mirror from the floor must be performed.

그러나, 본 발명에 제안된 공정 기술을 이용할 경우 고 형상비를 갖는 구조물 제작이 가능하므로 추가적인 공정을 필요로 하지 않는다. 따라서 공정 단가를 줄일 수 있으며, 도금 공정 자체가 짧은 시간에 두꺼운 구조물 제작이 가능하다.However, when the process technology proposed in the present invention is used, it is possible to manufacture a structure having a high aspect ratio and thus does not require an additional process. Therefore, the process cost can be reduced, and the plating process itself can produce a thick structure in a short time.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 초소형 광스위칭 장치는 구조적 특성으로 인해 저전압 대변위 구동이 가능하므로 N × N 광스위치로의 응용이 가능하다.As described above, the ultra-compact optical switching device according to the present invention is capable of low voltage large displacement driving due to its structural characteristics, so that it can be applied to an N × N optical switch.

또한, 본 발명의 광스위치는 거울면, 상부 전극과 하부 전극으로 이뤄진 간단한 구조로 광스위치에 응용하기에 매우 적합하다. 기존의 광스위치와 달리 거울면과 상부 전극을 힌지(hinge) 구조로 연결하지 않고 도금에 의해 접합시키므로 간단한 제작이 가능하며, 추가적인 공정을 요하지 않는다. 따라서 대량 생산에 매우 적합하다.In addition, the optical switch of the present invention has a simple structure consisting of a mirror surface, an upper electrode and a lower electrode, is very suitable for application to the optical switch. Unlike the conventional optical switch, the mirror surface and the upper electrode are joined by plating without connecting the hinge structure, and thus simple manufacturing is possible and no additional process is required. Therefore, it is very suitable for mass production.

Claims (2)

초소형 광스위칭 장치에 있어서,In the micro optical switching device, 절연층(20)과 하부전극(30)의 패턴이 반도체기판(10)의 상부에 순차적으로 적층되고, 상기 절연층(20) 상부의 일측에는 소정 길이를 갖는 상부전극(40)의 일부만이 접합되며, 접합되지 않은 상기 상부전극(40)에는 전기 도금된 연결부(50)의 일부만이 거울면(60)의 바닥면과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 광스위칭 장치.The patterns of the insulating layer 20 and the lower electrode 30 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 10, and only a portion of the upper electrode 40 having a predetermined length is bonded to one side of the upper portion of the insulating layer 20. The non-bonded upper electrode 40 is a microscopic optical switching device, characterized in that only a part of the electroplated connecting portion 50 is connected to the bottom surface of the mirror surface (60). 삭제delete
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