KR100404195B1 - micro mirror and method for fabricating micro mirror - Google Patents

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KR100404195B1
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Abstract

광통신용 스위치에 사용되는 정전 구동형 마이크로 미러 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1 기판, 상기 제 1 기판의 중심영역에 형성되고, 일정한 높이와 간격을 가지고 배열되는 4개의 막대 형태로 형성되는 다수개의 전극들, 상기 제 1 기판의 위에 형성되고, 상기 전극들에 각각 대응되어 전기적으로 연결되는 다수개의 패드들, 상기 제 1 기판 위에 형성되고, 중심영역에 캐비티(cavity)를 갖는 제 2 기판 그리고, 상기 제 2 기판의 캐비티 영역에 위치하고, 상기 전극의 인가 전압에 따라 소정 방향으로 회전하는 미러를 포함하여 구성된다. 이와 같이, 제작되는 본 발명은 두 개의 기판을 정렬함으로써 미러와 하부전극과의 충분한 간격을 확보하여 미러의 집적도를 높일 수 있고, 제작 공정이 간단하여 공정 신뢰도가 향상된다.The present invention relates to an electrostatically-driven micromirror for use in an optical communication switch and a method of manufacturing the same. Electrodes, a plurality of pads formed on the first substrate and electrically connected to the electrodes, respectively, a second substrate formed on the first substrate and having a cavity in a central region; And a mirror positioned in the cavity area of the second substrate and rotating in a predetermined direction according to the applied voltage of the electrode. As described above, the present invention is manufactured by aligning two substrates to secure a sufficient distance between the mirror and the lower electrode to increase the degree of integration of the mirror, and the manufacturing process is simple, thereby improving process reliability.

Description

마이크로 미러 및 그 제조방법{micro mirror and method for fabricating micro mirror}Micro mirror and its manufacturing method {micro mirror and method for fabricating micro mirror}

본 발명은 광통신용 스위치에 사용되는 정전 구동형 마이크로 미러 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatically driven micromirror used in an optical communication switch and a method of manufacturing the same.

최근에 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 기술을 도입한 다양한 광소자와 이를 이용한 광통신 시스템이 보고되고 있다.Recently, various optical devices adopting MEMS (Micro-Electro Mechanical System) technology and optical communication systems using the same have been reported.

일례로 MEMS 기술로 구현된 마이크로 회전 미러를 이용한 광 스위치의 경우에는 낮은 광 간섭, 파장과 편광에 대한 낮은 의존도 등의 장점 등을 지니고 있다.For example, an optical switch using a micro rotating mirror implemented by MEMS technology has advantages such as low optical interference and low dependence on wavelength and polarization.

이 마이크로 미러의 구동 방식으로는 압전력(piezoelectric force), 전열(electro-thermal) 변형력, 전자기력(electromagnetic force), 정전기력(electrostatic force) 등이 있다.Driving methods of the micromirrors include piezoelectric force, electro-thermal strain, electromagnetic force, electrostatic force, and the like.

각각의 구동 방식을 살펴보면, 압전 메커니즘에 의해 구동되는 미러는 수십 볼트 미만의 저 전압에서 구동이 가능한 장점을 지니고 있는 반면에 물질의 특성상 압전 구조물의 크기가 커야만 미러의 충분한 회전각을 얻을 수 있는 단점이 있다.Looking at each driving method, the mirror driven by the piezoelectric mechanism has the advantage that it can be driven at low voltage of less than several tens of volts, while the piezoelectric structure must be large in size to obtain a sufficient rotation angle of the mirror. There are disadvantages.

열 구동의 경우는 열적 응답속도를 높이면 전력소비가 증가하는 단점이 있다.In the case of thermal driving, increasing the thermal response speed increases the power consumption.

그리고, 전자기력의 경우에는 구동전류 또는 전력소비가 크고 기존의 집적회로 공정과의 호환성이 어려운 단점이 있다.In the case of the electromagnetic force, the driving current or power consumption is large, and compatibility with the existing integrated circuit process is difficult.

마지막으로 정전력 구동의 경우에는 충분한 회전각을 얻기 위해서는 큰 면적과 두 물체 사이의 간격이 좁아야 하므로 공정상의 어려움이 있지만, 전력 소비가 거의 없고 기존의 집적회로 공정으로 쉽게 제작이 가능한 등의 장점이 있다.Lastly, in the case of constant power driving, it is difficult to process because a large area and a gap between two objects must be narrow in order to obtain a sufficient rotation angle, but there is little power consumption and it can be easily manufactured by the existing integrated circuit process. There is this.

도 1은 종래 기술에 따른 정전력 구동 방식의 2축 회전 가능한 마이크로 미러를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a two-axis rotatable micromirror of the constant power driving method according to the prior art.

종래의 마이크로 미러는 도 1에 도시된 바와 같이 표면 미세가공 기술을 사용하여 제작되었으며, SDA(Scratch Drive Actuator)와 지지 프레임을 이용하여 미러를 위쪽으로 들어 올린 후 마이크로 미러를 구동시키는 구조이다.The conventional micromirror is manufactured using a surface microfabrication technique as shown in FIG. 1, and is a structure for driving the micromirror after lifting the mirror upward by using a scratch drive actuator (SDA) and a support frame.

그러나, 이러한 구조의 마이크로 미러는 SDA와 지지 프레임 부분을 만들기 위한 공간을 확보해야 하기 때문에 n×n 미러 배열에서 미러의 집적도를 높이는데는 한계가 있다.However, the micromirrors of such a structure have a limitation in increasing the density of mirrors in an n × n mirror array because the space for making the SDA and the supporting frame portion must be secured.

이외에도 정전력 구동 방식의 2축 회전 가능한 마이크로 미러를 제작한 다른 방법은 열팽창 계수가 다른 두 개의 금속을 접합한 바이모르프(bimorph) 구동기를 이용한 경우이다.In addition, another method of fabricating a biaxial rotatable micromirror with a constant power drive method is to use a bimorph driver in which two metals having different coefficients of thermal expansion are bonded together.

그러나, 이 경우에는 바이모르프 구동기를 만들기 위한 공간을 확보해야 하기 때문에 미러의 집적도(fill factor)를 높일 수 없을 뿐만 아니라 구조가 매우 복잡해지고 열이 많이 발생하는 문제점과 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.However, in this case, since the space for making the bimorph driver must be secured, the fill factor of the mirror cannot be increased, the structure is very complicated, heat is generated, and power consumption is increased. there was.

본 발명의 목적은 미러와 하부전극과의 간격을 쉽게 확보하여 미러의 집적도를 높일 수 있는 마이크로 미러 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a micro-mirror and a method of manufacturing the same that can easily increase the degree of integration of the mirror by easily securing the distance between the mirror and the lower electrode.

본 발명의 다른 목적은 간단한 공정으로 공정 신뢰도가 향상되는 마이크로 미러 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a micromirror and a method of manufacturing the same which improves process reliability by a simple process.

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로 미러를 보여주는 도면1 shows a micromirror according to the prior art

도 2는 본 발명에 마이크로 미러를 보여주는 도면Figure 2 shows a micro mirror in the present invention

도 3a 및 도 3b은 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제조 공정을 보여주는 도면3A and 3B show a manufacturing process of the micromirror according to the present invention.

도 4a 내지 도 4f는 도 3a의 제 2 기판을 제조하는 공정을 보여주는 도면4A-4F illustrate a process of manufacturing the second substrate of FIG. 3A.

도 5a 내지 도 5e는 도 3a의 제 1 기판을 제조하는 공정을 보여주는 도면5A through 5E illustrate a process of manufacturing the first substrate of FIG. 3A.

도 6은 본 발명에 따른 마이크로 미러를 이용한 크로스커넥트 광 스위치를 보여주는 도면6 is a view showing a cross-connect optical switch using a micro mirror according to the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,20 : 제 1 기판 2,24 : 하부전극1,20: first substrate 2,24: lower electrode

3 : 패드 4,10 : 제 2 기판3: pad 4,10: second substrate

5 : 미러 6 : 링 프레임5: mirror 6: ring frame

7 : 힌지 10a,21 : 절연층7: hinge 10a, 21: insulating layer

10b : 실리콘 11 : 전극층10b silicon 11 electrode layer

11a : Al층 11b : Cr층11a: Al layer 11b: Cr layer

12 : 포토레지스트 22 : 금속 씨드층12 photoresist 22 metal seed layer

23 : 도금틀 25 : 보호막23: plating frame 25: protective film

본 발명에 따른 마이크로 미러는 제 1 기판, 상기 제 1 기판의 중심영역에 형성되고, 일정한 높이와 간격을 가지고 배열되는 4개의 막대 형태로 형성되는 다수개의 전극들, 상기 제 1 기판의 위에 형성되고, 상기 전극들에 각각 대응되어 전기적으로 연결되는 다수개의 패드들, 상기 제 1 기판 위에 형성되고, 중심영역에 캐비티(cavity)를 갖는 제 2 기판 그리고, 상기 제 2 기판의 캐비티 영역에 위치하고, 상기 전극의 인가 전압에 따라 소정 방향으로 회전하는 미러를 포함된다.The micro-mirror according to the present invention is formed on the first substrate, a plurality of electrodes formed in the form of four rods are formed in the central region of the first substrate, arranged at a constant height and spacing, the first substrate A plurality of pads electrically connected to the electrodes, the second substrate being formed on the first substrate, the second substrate having a cavity in a center region, and positioned in a cavity region of the second substrate; It includes a mirror that rotates in a predetermined direction in accordance with the applied voltage of the electrode.

여기서, 제 2 기판의 캐비티는 제 1 기판의 중심영역에 형성된 전극과 대응되는 위치에 형성된다.Here, the cavity of the second substrate is formed at a position corresponding to the electrode formed in the central region of the first substrate.

그리고, 제 2 기판의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 전극의 높이 보다 더 높다.And, the height from the bottom surface to the top surface of the second substrate is higher than the height of the electrode.

이때, 미러는 전극으로부터 소정 간격만큼 떨어져 형성된다.At this time, the mirror is formed at a predetermined distance from the electrode.

또한, 본 발명은 상기 구성이외에도 제 2 기판의 캐비티 영역에 위치하고 미러의 측면으로부터 일정 간격 떨어져 미러의 측면을 감싸는 링 프레임과, 미러와 링 프레임을 연결시키고 링 프레임과 제 2 기판을 연결시켜주는 힌지(hinge)를 더 포함하여 구성된다.In addition, the present invention, in addition to the above configuration, the ring frame located in the cavity area of the second substrate and surrounding the side of the mirror at a predetermined distance from the side of the mirror, the hinge connecting the mirror and the ring frame and connecting the ring frame and the second substrate It further comprises a (hinge).

여기서, 미러, 링 프레임, 힌지의 하부에는 이들을 지지하는 실리콘 지지체가 형성된다.중심영역에 전극들을 갖는 제 1 기판과, 캐비티 영역에 미러를 갖는 제 2 기판이 결합된 마이크로 미러의 제조방법에 있어서, 제 1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상/하부 위에 각각 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판 상부의 절연층 위에 금속 씨드층을 형성하고 패터닝하여 외부와의 전기적 연결을 위한 영역의 절연층을 노출시키는 단계와, 상기 전기적 연결을 위한 영역의 금속 씨드층이 노출되도록 도금틀을 형성하는 단계와, 상기 노출된 금속 씨드층 위에 도금을 수행하고 상기 도금틀을 제거하여 상기 전극들을 형성하는 단계와, 전면에 보호막을 형성하는 단계를 거쳐 상기 전극들을 갖는 제 1 기판을 제작하는 제 1 단계, 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 2 기판 위에 전극층을 형성하는 단계와, 상기 전극층의 중심영역을 식각하여 상기 미러를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 하부의 중심영역을 식각하여 멤브레인을 형성하고, 상기 제 2 기판 상부의 소정영역을 식각하여 상기 미러를 릴리즈(release) 시키는 단계와, 상기 금속층의 일부를 제거하는 단계를 거쳐 상기 미러를 갖는 제 2 기판을 제작하는 제 2 단계; 그리고, 상기 전극을 갖는 제 1 기판 위에 상기 미러를 갖는 제 2 기판을 정렬시켜 접합시키는 제 3 단계로 구성된다.Here, a silicon support for supporting them is formed below the mirror, the ring frame, and the hinge. In the method of manufacturing a micromirror, a first substrate having electrodes in a central region and a second substrate having a mirror in a cavity region are combined. Preparing a first substrate, forming an insulating layer on the upper and lower portions of the first substrate, and forming and patterning a metal seed layer on the insulating layer on the first substrate to form an electrical connection with the outside. Exposing an insulating layer of a region for forming the metal layer; and forming a plating mold so that the metal seed layer of the region for electrical connection is exposed, performing plating on the exposed metal seed layer and removing the plating mold. Preparing a first substrate and a second substrate to form a first substrate having the electrodes by forming electrodes and forming a protective film on the entire surface Forming an electrode layer on the second substrate, etching the central region of the electrode layer to form the mirror, etching the central region below the second substrate to form a membrane, and forming the membrane. A second step of manufacturing a second substrate having the mirror by etching a predetermined region on the substrate to release the mirror, and removing a portion of the metal layer; And a third step of aligning and bonding the second substrate having the mirror onto the first substrate having the electrode.

여기서, 제 1 기판은 실리콘 기판 또는 유리 기판이고, 제 2 기판은 내부에 절연층을 갖는 SOI(silicon on insulator) 기판이며, 도금틀은 포토레지스트이고, 금속 씨드층은 Al, Cr, Au 중 어느 하나이다.Here, the first substrate is a silicon substrate or a glass substrate, the second substrate is a silicon on insulator (SOI) substrate having an insulating layer therein, the plating frame is a photoresist, the metal seed layer is any one of Al, Cr, Au One.

그리고, 멤브레인 형성시, 딥 반응성 이온 에칭(deep RIE) 방법을 이용하여 제 2 기판의 하부를 에칭한다.In forming the membrane, the lower portion of the second substrate is etched using a deep reactive ion etching method.

이와 같이, 제작되는 본 발명은 두 개의 기판을 정렬함으로써 미러와 하부전극과의 충분한 간격을 확보할 수 있으므로 미러의 집적도를 높일 수 있다.As described above, the present invention manufactured can secure a sufficient distance between the mirror and the lower electrode by aligning the two substrates, thereby increasing the degree of integration of the mirror.

또한, 본 발명은 제작 공정이 간단하여 공정 신뢰도가 향상된다.In addition, the present invention is simple in the manufacturing process, the process reliability is improved.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention having the features as described above are as follows.

본 발명은 실리콘 미세가공 기술과 도금을 이용하여 고집적 광 크로스 커넥트용 2축 회전 가능한 정전 구동형 마이크로 미러를 구현하는 것이다.The present invention implements a biaxial rotatable electrostatically driven micromirror for highly integrated optical cross connect using silicon micromachining technology and plating.

본 발명은 n×n의 배열 구조로 미러를 만들 때, 미러의 집적도를 높이기 위하여 우선 상부전극인 미러를 독립된 기판에 형성하고, 하부전극은 별도의 기판에 독립적으로 제작하여 두 기판을 조립하는 방법을 도입하였다.In the present invention, when the mirror is made of an array structure of n × n, in order to increase the degree of integration of the mirror, first, a mirror, which is an upper electrode, is formed on an independent substrate, and the lower electrode is independently manufactured on a separate substrate to assemble two substrates. Was introduced.

또한, 본 발명은 미러의 집적도를 높이기 위하여 하부전극을 만들 때, 도금방법을 도입하였으며, 상부전극의 멤브레인(membrane) 구조는 딥 반응성 이온 에칭(deep RIE) 방법을 이용하여 실리콘 기판을 수직으로 식각하는 방법을 이용하였다.In addition, the present invention introduces a plating method when making the lower electrode to increase the degree of integration of the mirror, the membrane structure of the upper electrode is used to etch the silicon substrate vertically using a deep reactive ion etching (deep RIE) method Method was used.

도 2는 본 발명에 마이크로 미러를 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 기판(1)의 중심영역에는 하부전극(2)들이 형성된다.FIG. 2 is a view illustrating a micromirror according to the present invention, and as shown in FIG. 2, lower electrodes 2 are formed in a central region of the first substrate 1.

여기서, 하부전극(2)들은 미러를 2축으로 회전시키기 위하여 막대 형태의 전극들 4개가 서로 일정한 간격을 가지고 배열된다.Here, the lower electrodes 2 are arranged at regular intervals with four rod-shaped electrodes to rotate the mirror in two axes.

그리고, 제 1 기판(1) 위에 상기 중심영역에 배열된 하부 전극(2)에 각각 대응되도록 4개의 패드(3)들이 전기적으로 연결된다.한편, 제 1 기판(1) 위에는 제 2 기판(4)이 형성되고, 제 2 기판(4)의 중심영역에는 캐비티(cavity)가 형성되어 있다.Four pads 3 are electrically connected to the lower electrodes 2 arranged in the center area on the first substrate 1. On the other hand, the second substrate 4 is disposed on the first substrate 1. ) Is formed, and a cavity is formed in the central region of the second substrate 4.

여기서, 제 2 기판(4)의 캐비티는 제 1 기판(1)의 하부전극(2)들에 대응되는 위치에 형성된다.Here, the cavity of the second substrate 4 is formed at a position corresponding to the lower electrodes 2 of the first substrate 1.

그리고, 제 2 기판(4)의 캐비티 영역에는 하부전극(2)의 인가 전압에 따라 소정 방향으로 회전하는 미러(상부전극의 역할을 함)(5)와, 미러(5)의 측면으로부터 일정 간격 떨어져서 미러(5)의 측면을 감싸는 링 프레임(ring frame)(6)이 형성되어 있으며, 미러(5)와 링 프레임(6)을 연결시키고, 링 프레임(6)과 제 2 기판(4)을 연결시켜주는 힌지(hinge)(7)가 형성되어 있다.In the cavity region of the second substrate 4, a mirror 5 (which serves as an upper electrode) 5 which rotates in a predetermined direction according to an applied voltage of the lower electrode 2, and a predetermined distance from the side surface of the mirror 5. A ring frame 6 is formed to cover the side of the mirror 5 apart from each other, and the mirror 5 and the ring frame 6 are connected to each other, and the ring frame 6 and the second substrate 4 are connected to each other. A hinge 7 is formed to connect.

여기서, 미러(5), 링 프레임(6), 힌지(7)의 하부에는 실리콘 지지체(도시되지 않음)가 형성되어 그들을 지지하고 있다.Here, a silicon support (not shown) is formed under the mirror 5, the ring frame 6, and the hinge 7 to support them.

지지체는 Si3N4, 폴리실리콘, 실리콘 등으로 이루어지거나 또는 Al, Ni 등과 같이 낮은 스트레스(stress)를 갖는 금속을 사용할 수도 있다.The support may be made of Si 3 N 4 , polysilicon, silicon, or the like, or a metal having a low stress such as Al, Ni, or the like.

또한, 제 2 기판(4)의 높이, 즉 제 2 기판(4)의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 제 1 기판(1) 위에 형성된 하부전극(2)들의 높이 보다 더 높게 형성되도록 한다.In addition, the height of the second substrate 4, that is, the height from the bottom surface to the top surface of the second substrate 4 is made higher than the height of the lower electrodes 2 formed on the first substrate 1.

그 이유는 하부전극(3)과 상부전극인 미러(6)와의 일정한 공간을 확보하기위함이다.The reason for this is to secure a constant space between the lower electrode 3 and the mirror 6 as the upper electrode.

이와 같이, 본 발명은 캐비티 영역에 미러(상부전극)가 형성된 제 2 기판과, 하부전극이 형성된 제 1 기판으로 구성되는데, 미러가 형성된 제 2 기판을 딥 반응성 이온 에칭(deep RIE) 공정을 이용하여 건식 식각으로 멤브레인 구조를 만들면 기판을 수직으로 식각할 수 있기 때문에, KOH에서 습식 식각했을 때의 멤브레인 구조와 비교했을 때, 미러의 집적도를 높일 수 있다.As described above, the present invention includes a second substrate having a mirror (upper electrode) formed in a cavity area and a first substrate having a lower electrode formed thereon, and using a deep reactive ion etching (deep RIE) process. If the membrane structure is formed by dry etching, the substrate can be etched vertically, so that the degree of integration of the mirror can be increased when compared to the membrane structure when wet etching with KOH.

도 7을 참조하여 다시 설명하면, (100)면의 실리콘 기판을 이용하여 멤브레인 구조를 만들기 위해 KOH에서 습식 식각하면, (111)면에 대해 54.74도로 경사지게 식각되기 때문에 미러의 집적도가 낮아지기 때문이다.Referring to FIG. 7 again, when wet etching in KOH to make a membrane structure using a silicon substrate on the (100) plane, the integration degree of the mirror is lowered because it is etched at an angle of 54.74 degrees with respect to the (111) plane.

기판을 수직으로 식각하여 멤브레인 구조를 만들어 미러의 집적도를 높이기 위해 하부전극으로는 기둥을 세워 전극을 만들어야 한다.In order to increase the degree of integration of the mirror by forming a membrane structure by vertically etching the substrate, a pole must be erected as a lower electrode to make an electrode.

이것은 하부전극과 본딩 패드를 연결시킬 때, 하부전극과 상부전극의 기판으로 사용되는 실리콘과의 단락(short) 문제를 방지하기 위해서이다.This is to prevent a short problem between silicon used as a substrate of the lower electrode and the upper electrode when connecting the lower electrode and the bonding pad.

따라서, 하부 전극을 높은 기둥으로 제작해야 하기 때문에 LIGA(Lithographi, Galvanoformung, Abformung) 공정과 도금기술을 도입하여 기판 위에 도 2와 같이 4개의 기둥을 세워 제작한다.Therefore, since the lower electrode must be manufactured with a high pillar, four pillars are fabricated by placing LIGA (Lithographi, Galvanoformung, Abformung) process and plating technology as shown in FIG.

본 발명의 동작 원리를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 하부전극 A와 B에 동시에 전압을 인가하여 미러를 X축을 중심 축으로 하여 한 쪽 방향으로 회전시키고, 전극 C와 D에 동시에 전압을 인가하여 다른 쪽 방향으로 회전시킨다.Referring to the operating principle of the present invention, as shown in Figure 2, by applying a voltage to the lower electrodes A and B at the same time to rotate the mirror in one direction with the X axis as the center axis, and simultaneously applying voltage to the electrodes C and D To rotate in the other direction.

또한, 전극 A와 D에 동일한 전압을 인가하여 미러를 Y축을 중심 축으로 하여한쪽 방향으로 회전시키고, 전극 B와 C에 동일한 전압을 인가하여 다른 쪽 방향으로 회전시킬 수 있다.In addition, by applying the same voltage to the electrodes A and D, the mirror can be rotated in one direction with the Y-axis as the center axis, and the same voltage can be applied to the electrodes B and C in the other direction.

도 3a 및 도 3b은 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제조 공정을 보여주는 도면으로서, 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 전극들이 형성된 제 1 기판과, 캐비티에 미러가 형성된 제 2 기판을 각각 실리콘 식각 공정으로 제작한다.3A and 3B illustrate a manufacturing process of a micromirror according to the present invention. First, as shown in FIG. 3A, a first substrate on which electrodes are formed and a second substrate on which a mirror is formed in a cavity are respectively etched in silicon. Produced by the process.

이어, 각각 제작된 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는데, 제 1 기판의 전극들과 제 2 기판의 캐비티가 서로 대응되도록 한다.Subsequently, the first substrate and the second substrate are respectively bonded to each other so that the electrodes of the first substrate and the cavity of the second substrate correspond to each other.

이때, 미러와 하부전극은 서로 소정 간격만큼 떨어져 위치한다.In this case, the mirror and the lower electrode are spaced apart from each other by a predetermined distance.

본 발명의 제 1 기판과 제 2 기판의 제작공정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.The manufacturing process of the first substrate and the second substrate of the present invention will be described in more detail as follows.

도 4a 내지 도 4f는 도 3a의 제 2 기판을 제조하는 공정을 보여주는 도면이다.4A to 4F are views illustrating a process of manufacturing the second substrate of FIG. 3A.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 제 2 기판(10)을 준비하는데, 본 발명에서 공정을 단순화하기 위해 SOI(silicon on insulator) 기판을 사용한다.First, as shown in FIG. 4A, a second substrate 10 is prepared. In the present invention, a silicon on insulator (SOI) substrate is used to simplify the process.

SOI 기판은 실리콘 기판(10b) 내에 절연층(10a)을 갖는 기판으로서, 본 발명에서는 멤브레인 형성을 위한 절연층을 따로 형성하지 않기 위해 SOI 기판을 이용한다.The SOI substrate is a substrate having an insulating layer 10a in the silicon substrate 10b. In the present invention, the SOI substrate is used so as not to separately form an insulating layer for forming a membrane.

이어, 도 4b에 도시된 바와 같이 제 2 기판(10) 위에 Al층(11a)과 Cr층(11b)을 적층하여 전극층(11)을 형성하고, 그들을 패터닝하여 소정영역의 제 2 기판(10) 표면을 노출시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, the Al layer 11a and the Cr layer 11b are stacked on the second substrate 10 to form the electrode layer 11, and then patterned to form the second substrate 10 in a predetermined region. Expose the surface.

여기서, Al층(11a)은 고 반사도를 갖는 미러면 형성을 위한 금속이고, Cr층(11b)은 식각 공정에서 미러면을 보호하기 위한 금속이다.Here, the Al layer 11a is a metal for forming a mirror surface having high reflectivity, and the Cr layer 11b is a metal for protecting the mirror surface in an etching process.

그 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이 제 2 기판(10)의 뒷면에 포토레지스트(12)를 형성하고 패터닝하여 멤브레인이 형성된 영역의 제 2 기판(10)을 노출시키고, 멤브레인을 형성하기 위하여 포토레지스트(12)를 마스크로 제 2 기판(10)을 식각하여 제 2 기판(10) 내의 절연층(10a)을 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 4C, a photoresist 12 is formed and patterned on the rear surface of the second substrate 10 to expose the second substrate 10 in the region where the membrane is formed, and to form a membrane. The second substrate 10 is etched using the resist 12 as a mask to expose the insulating layer 10a in the second substrate 10.

여기서, 제 2 기판(10) 식각은 SF6와 O2의 혼합가스와 딥 반응성 이온 에칭(deep RIE) 장비를 이용하여 건식 식각한다.Here, the etching of the second substrate 10 is dry etching using a mixed gas of SF 6 and O 2 and a deep reactive ion etching (deep RIE) device.

그리고, 도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이 상부에 노출된 제 2 기판(10)의 실리콘 기판(10a) 및 절연층(10b)을 식각하여 미러, 링 프레임 및 힌지 등을 릴리즈(release) 시킨다.As illustrated in FIGS. 4D and 4E, the silicon substrate 10a and the insulating layer 10b of the second substrate 10 exposed thereon are etched to release a mirror, a ring frame, a hinge, and the like. .

이어, 도 4f에 도시된 바와 같이 보호층으로 사용된 Cr층(11b)을 제거하여 상부전극인 미러를 갖는 제 2 기판을 제작한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 4F, the Cr layer 11b used as the protective layer is removed to fabricate a second substrate having a mirror as an upper electrode.

한편, 도 5a 내지 도 5e는 도 3a의 제 1 기판을 제조하는 공정을 보여주는 도면이다.5A to 5E are views illustrating a process of manufacturing the first substrate of FIG. 3A.

먼저, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 실리콘이나 또는 유리로 이루어진 제 1 기판(20)을 준비한 후, 준비된 제 1 기판(20)의 상부와 하부에 각각 절연층(21)을 형성하고, 제 1 기판(20) 상부의 절연층(21) 위에 Al, Cr, Au과 같은 금속을 사용하여 금속 씨드층(22)을 형성한다.First, as shown in FIGS. 5A and 5B, after preparing the first substrate 20 made of silicon or glass, an insulating layer 21 is formed on the upper and lower portions of the prepared first substrate 20, respectively. The metal seed layer 22 is formed on the insulating layer 21 on the first substrate 20 by using metals such as Al, Cr, and Au.

그리고, 금속 씨드층(22)을 패터닝하여 다음 공정에서 형성될 하부전극 및 외부와의 전기적 연결을 위한 본딩 패드(도시되지 않음) 등을 형성시킨다.Then, the metal seed layer 22 is patterned to form a bonding pad (not shown) for electrical connection with the lower electrode and the outside to be formed in the next process.

이어, 도 5c에 도시된 바와 같이 금속 씨드층(22)을 포함한 전면에 포토레지스트를 형성하고 패터닝하여 하부전극(24) 및 외부와의 전기적 연결을 위한 본딩 패드의 금속 씨드층(22)이 노출되도록 도금틀(23)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, a photoresist is formed on the front surface including the metal seed layer 22 and patterned to expose the metal seed layer 22 of the bonding pad for electrical connection with the lower electrode 24 and the outside. The plating mold 23 is formed as much as possible.

그 다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이 노출된 금속 씨드층(22) 위에 도금을 수행하고 도금틀(23)을 제거하여 막대 형태의 하부전극(24)들을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5D, plating is performed on the exposed metal seed layer 22 and the plating mold 23 is removed to form lower electrodes 24 having a rod shape.

이어, 도 5e에 도시된 바와 같이 본딩 패드 부분을 제외한 모든 부분을 보호막(25)으로 패시베이션(passivation)시켜 제 1 기판을 제작한다.Subsequently, as shown in FIG. 5E, all portions except the bonding pad portion are passivated with the passivation layer 25 to fabricate the first substrate.

본 발명에서는 제 1 기판 과 제 2 기판 중 어느 것을 먼저 제작하든지 제작 순서에 관계하지 않는다.In the present invention, regardless of whether the first substrate or the second substrate is manufactured first, the manufacturing order is not relevant.

이와 같이, 제작된 제 1 기판 위에 제 2 기판을 정렬시켜 접합하면 본 발명의 마이크로 미러가 완성된다.In this way, when the second substrate is aligned and bonded to the produced first substrate, the micromirror of the present invention is completed.

도 6은 본 발명에 따른 마이크로 미러를 이용한 크로스커넥트 광 스위치를 보여주는 도면이다.6 is a view showing a cross-connect optical switch using a micro mirror according to the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 마이크로 미러들이 한 기판에 여러 개 집적되어 배열됨으로써 다중 광 신호의 광 경로를 스위칭할 수 있다.As shown in FIG. 6, a plurality of micromirrors of the present invention may be integrated and arranged on a substrate to switch optical paths of multiple optical signals.

본 발명은 2차원 광 스캐너, DWDM용 대용량 크로스 커넥트 광 스위칭 시스템 등과 같은 응용분야에서 핵심 소자로서 이용될 것이다.The present invention will be used as a core device in applications such as two-dimensional optical scanners, large capacity cross-connect optical switching systems for DWDM, and the like.

이와 같이, 제작되는 본 발명은 두 개의 기판을 정렬함으로써 미러와 하부전극과의 충분한 간격을 쉽게 확보하여 미러의 집적도를 높일 수 있다.As described above, the present invention manufactured by aligning the two substrates can easily secure a sufficient distance between the mirror and the lower electrode to increase the degree of integration of the mirror.

또한, 본 발명은 제작 공정이 간단하여 공정 신뢰도가 향상된다.In addition, the present invention is simple in the manufacturing process, the process reliability is improved.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

Claims (13)

제 1 기판;A first substrate; 상기 제 1 기판의 중심영역에 형성되고, 일정한 높이와 간격을 가지고 배열되는 4개의 막대 형태로 형성되는 다수개의 전극들;A plurality of electrodes formed in a central region of the first substrate and formed in four rod shapes arranged at regular heights and intervals; 상기 제 1 기판의 위에 형성되고, 상기 전극들에 각각 대응되어 전기적으로 연결되는 다수개의 패드들;A plurality of pads formed on the first substrate and electrically connected to the electrodes, respectively; 상기 제 1 기판 위에 형성되고, 중심영역에 캐비티(cavity)를 갖는 제 2 기판; 그리고,A second substrate formed on the first substrate and having a cavity in a central region; And, 상기 제 2 기판의 캐비티 영역에 위치하고, 상기 전극의 인가 전압에 따라 소정 방향으로 회전하는 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러.And a mirror positioned in the cavity area of the second substrate and rotating in a predetermined direction according to the applied voltage of the electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판의 캐비티는 상기 제 1 기판의 중심영역에 형성된 전극과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러.The micromirror of claim 1, wherein the cavity of the second substrate is formed at a position corresponding to an electrode formed in a central region of the first substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기판의 하부면으로부터 상부면까지의 높이는 상기 전극의 높이 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 마이크로 미러.The micromirror of claim 1, wherein the height from the bottom surface to the top surface of the second substrate is higher than the height of the electrode. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 미러는 상기 전극으로부터 소정 간격만큼 떨어져 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러.The micro mirror of claim 1, wherein the mirror is formed at a predetermined distance from the electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 기판의 캐비티 영역에 위치하고, 상기 미러의 측면으로부터 일정 간격 떨어져 상기 미러의 측면을 감싸는 링 프레임;A ring frame positioned in a cavity area of the second substrate and surrounding a side of the mirror at a predetermined distance from the side of the mirror; 상기 미러와 링 프레임을 연결시키고, 상기 링 프레임과 제 2 기판을 연결시켜주는 힌지(hinge)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러.And a hinge connecting the mirror and the ring frame and connecting the ring frame and the second substrate to each other. 제 6 항에 있어서, 상기 미러, 링 프레임, 힌지의 하부에는 이들을 지지하는 실리콘 지지체가 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러.7. The micromirror according to claim 6, wherein a silicon support for supporting the mirror, the ring frame, and the hinge is formed below the mirror, the ring frame, and the hinge. 중심영역에 전극들을 갖는 제 1 기판과, 캐비티 영역에 미러를 갖는 제 2 기판이 결합된 마이크로 미러의 제조방법에 있어서,A method of manufacturing a micromirror in which a first substrate having electrodes in a central region and a second substrate having a mirror in a cavity region are combined, 제 1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 1 기판 상/하부 위에 각각 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판 상부의 절연층 위에 금속 씨드층을 형성하고 패터닝하여 외부와의 전기적 연결을 위한 영역의 절연층을 노출시키는 단계와, 상기 전기적 연결을 위한 영역의 금속 씨드층이 노출되도록 도금틀을 형성하는 단계와, 상기 노출된 금속 씨드층 위에 도금을 수행하고 상기 도금틀을 제거하여 상기 전극들을 형성하는 단계와, 전면에 보호막을 형성하는 단계를 거쳐 상기 전극들을 갖는 제 1 기판을 제작하는 제 1 단계;Preparing a first substrate, forming an insulating layer on the upper and lower portions of the first substrate, and forming and patterning a metal seed layer on the insulating layer on the first substrate to electrically connect to the outside. Exposing the insulating layer of the region, forming a plating mold such that the metal seed layer of the region for the electrical connection is exposed, performing plating on the exposed metal seed layer and removing the plating mold; Forming a first substrate having the electrodes by forming a thin film and forming a protective film on the entire surface thereof; 제 2 기판을 준비하는 단계와, 상기 제 2 기판 위에 전극층을 형성하는 단계와, 상기 전극층의 중심영역을 식각하여 상기 미러를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 하부의 중심영역을 식각하여 멤브레인을 형성하고, 상기 제 2 기판 상부의 소정영역을 식각하여 상기 미러를 릴리즈(release) 시키는 단계와, 상기 금속층의 일부를 제거하는 단계를 거쳐 상기 미러를 갖는 제 2 기판을 제작하는 제 2 단계; 그리고,Preparing a second substrate, forming an electrode layer on the second substrate, etching the central region of the electrode layer to form the mirror, and etching the central region below the second substrate to form a membrane. A second step of forming a second substrate having the mirror by forming and etching the predetermined region on the second substrate to release the mirror, and removing a portion of the metal layer; And, 상기 전극을 갖는 제 1 기판 위에 상기 미러를 갖는 제 2 기판을 정렬시켜 접합시키는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.And a third step of aligning and bonding the second substrate having the mirror onto the first substrate having the electrode. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 기판은 실리콘 기판 또는 유리 기판이고, 상기 제 2 기판은 내부에 절연층을 갖는 SOI(silicon on insulator) 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.The method of claim 8, wherein the first substrate is a silicon substrate or a glass substrate, and the second substrate is a silicon on insulator (SOI) substrate having an insulating layer therein. 제 8 항에 있어서, 상기 도금틀은 포토레지스트이고, 금속 씨드층은 Al, Cr, Au 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.The method of claim 8, wherein the plating mold is a photoresist, and the metal seed layer is any one of Al, Cr, and Au. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서,The method of claim 8, wherein in the second step, 상기 제 2 기판 위에 형성되는 금속층은 Cr/Al이고, 상기 제거되는 금속층의 일부는 Cr인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.The metal layer formed on the second substrate is Cr / Al, a part of the metal layer to be removed is a micro mirror manufacturing method, characterized in that. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 상기 제 1 단계 보다 먼저 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.The method of claim 8, wherein the second step is performed before the first step. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서, 멤브레인 형성시, 딥 반응성 이온 에칭(deep RIE) 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.The method of claim 8, wherein in the second step, a deep reactive ion etching (deep RIE) method is used in forming the membrane.
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