KR100531222B1 - 마이크로 미러 제조방법 - Google Patents

마이크로 미러 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 미러 제작방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 알루미늄 마이크로 미러의 제작시 미러를 지탱하기 위하여 형성되는 기둥축의 구멍을 충진하여 미러의 전면적인 반사도를 높이는 마이크로 미러 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판과 상기 소자의 상부에 기계적으로 구동할 수 있는 구동부가 존재하며, 그 구동부의 최상부에 마이크로-미러가 형성되어 있는 마이크로 미러의 제조방법에 있어서, 상기 마이크로-미러의 형성방법은, 이음쇠를 형성하는 단계, 상기 이음쇠 상부에 폴리머를 형성하고 패터닝하는 단계, 상기 폴리머 내부를 충진하는 단계, 상기 기판에 미러를 형성하는 단계 및 상기 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 마이크로 미러 제조 방법은 미러를 이음쇠와 연결하여 주는 기둥축을 알루미늄 또는 SOG로 메워 주어 최종적으로 형성될 미러의 표면을 홈이 없는 전면 미러로 만들어 줄 수 있으며, 이로 인하여 미러의 표면으로 인입되는 빛의 난반사를 줄일 수 있으며, 반사율을 증가시킬 수 있고, 결과적으로 소자에 의하여 표현되는 영상들의 밝기와 선명도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

마이크로 미러 제조방법{Method for fabricating micro-mirror}
본 발명은 마이크로 미러 제작방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 알루미늄 마이크로 미러의 제작시 미러를 지탱하기 위하여 형성되는 기둥축의 구멍을 충진하여 미러의 전면적인 반사도를 높이는 마이크로 미러 제조방법에 관한 것이다.
최근에 전자-역학 분야에서 다양한 메카니컬 장치가 소형화되어 왔다. 일반적으로 그러한 장치들은 소형 기어, 레버 및 밸브이다. 이러한 '마이크로-메카니컬' 장치들은 때때로 전기 제어 회로와 함께 집적 회로 기술을 사용하여 제조되며, 보통 가속도계, 압력 센서 및 액추에이터(actuator)에 일반적으로 응용된다. 다른 예로서, 마이크로-미러(micro-mirror)는 공간 광 변조기(spatial light modulator) 용도로 구성될 수 있다.
마이크로-메카니컬 공간 광 변조기의 한 형태는 소형 틸팅 미러 어레이를 갖는 디지탈 마이크로-미러 장치(Digital Micro-mirror Device, 이하 DMD)이다. 자유로운 이동을 위해, 미러들 각각은 기저 제어 회로 상에서 하나 또는 그 이상의 포스트-지지형 힌지(post-supported hinges)상에 장착되며, 에어 갭에 의해 일정 간격이 유지된다.
DMD의 한 가지 응용은 영상을 형성하는 것으로, DMD는 영상 평면(image plane)에 광을 선택적으로 반사시키는 수백 개 또는 수천 개의 편향가능한 미러 어레이를 갖는다. DMD에 의해 형성된 영상들은 디스플레이 시스템에서, 또는 비충격식 프린팅(non-impact printing) 응용에 사용될 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 마이크로 미러 소자의 사시도이다.
영상 디스플레이 응용을 위한 동작에서, 광원(light source)은 DMD의 표면을 조사한다. 렌즈 시스템은 광을 미러 소자(10)의 어레이의 크기로 대략적으로 형성하여, 이 광을 미러 소자 쪽으로 보내는 데 사용될 수도 있다. 각각의 미러 소자(10)는 지지대(13)에 부착된 토션 힌지(12)상에 경사 미러(tilting mirror;11)를 갖는다. 이들 지지대(13)는 기판(15)상에서 형성되어 기판으로부터 연장된다. 미러(11)는 기판(15)상에 제조된 어드레스 전극 및 메모리 회로로 구성된 제어 회로(14) 위에 배치된다.
제어 회로(14)의 메모리 셀들 내의 데이타에 기초한 전압이 미러(11)의 반대쪽 구석 아래에 위치된 2개의 어드레스 전극(16)들에 인가된다. 미러(11)들과 그것의 어드레스 전극(16)들 사이의 정전력(electrostatic force)은 어드레스 전극(16)에 전압을 선택적으로 인가함으로써 생성된다. 정전력으로 인해 미러(11)가 약 +10 ˚(온) 또는 약 -10˚(오프) 경사지게 되어, DMD의 표면상의 입사광(light incident)을 변조한다. '온' 미러(11)들로부터 반사된 광은 디스플레이 광학 장치를 통해 영상 평면으로 보내진다. '오프' 미러(11)로부터의 광은 영상 평면으로부터 반사된다. 따라서, 최종 패턴은 영상을 형성하게 된다. 미러(11)가 '온'인 각 영상 프레임 동안의 시간의 비율은 회색의 명도(shades of grey)를 결정한다. 색상은 컬러 휠(color wheel) 또는 3-DMD 셋업에 의해서 추가될 수 있다.
미러(11) 및 그것의 어드레스 전극(16)은 캐패시터들을 형성한다. 미러(11) 및 그것의 어드레스 전극(16)에 적절한 전압이 인가되면, 최종 정전력(인력 또는 척력)은 끌어당기는 어드레스 전극(16)쪽으로 미러(11)를 경사지게 하거나, 반발하는 어드레스 전극(16)으로부터 미러를 떨어지게 한다. 미러(11)는 그 연부(edge)가 기저 랜딩 전극(17)에 접촉할 때까지 경사진다.
일단, 어드레스 전극(16)과 미러(11) 사이의 정전력이 제거되면, 힌지(12) 내에 저장된 에너지는 미러(11)를 비편향 위치로 복귀시키기 위해 복원력(restoring force)을 제공한다. 미러(11)를 비편향 위치로 복귀시키는 것을 보조하기 위해 미러(11) 또는 어드레스 전극(16)에 적절한 전압이 인가될 수도 있다.
다양한 형태의 DMD 및 DMD 제조방법이 미합중국 특허 제 4,662,746호, 제 4,956,610호, 제 5,061,049호 및 제 5,083,857호에 'Spatial Light Modulator and Method', 'Spatial Light Modulator', 'Spatial Light Modulator and Method' 및 'Multi-level Deformable Mirror Device'으로 기재되어 있고, 대한민국 특허등록공보 제 10-0346876호, 제 10-0344610호, 제 10-0215543호 및 대한민국 특허공개공보 제 2001-0073418호에 마이크로 미러 소자 및 제조방법이 기재되어 있다.
도 2a 내지 도 2d는 종래기술에 의한 마이크로 미러의 제조방법이다.
이음쇠(yoke)까지 형성된 기판(21)이 있다. 이음쇠(22)의 작용은 미러를 기계적으로 고정시키는 하부 판이 되며, 차후 기판의 전기적인 작용으로 인하여 미러가 움직이게 될 때, 이음쇠의 끝단(landing tip)이 랜딩 전극에 안착 된다. 또한 이 이음쇠는 미러의 움직임 축이 되는 힌지(hinge)에 연결되어 있다(도 2a).
폴리머(23)를 도포하고 미러가 형성될 자리를 사진 공정과 식각 공정을 이용하여 정의한다(도 2b).
약 30~50℃정도의 저온에서 알루미늄(24)을 스퍼터법을 이용하여 증착한다. 이로 인하여 알루미늄으로 형성되어 있는 하부의 이음쇠 부분과 폴리머가 제거되어 있는 기둥축이 접착하여 고정되게 된다. 이후 실제로 미러가 형성되기 위하여 포토 레지스트를 도포하고 사진 공정과 식각 공정을 거쳐 알루미늄 미러를 정의한다. 이때 저온을 이용하는 이유는 난반사를 일으킬 수 있는 힐락(Hillock)을 방지하기 위함이다(도 2c).
이후 하부의 폴리머를 솔벤트를 사용하여 완전히 제거한다. 이때 솔벤트는 폴리머만을 제거하므로 알루미늄 미러의 형태는 그대로 유지하게 된다. 이때 미러의 표면에 기둥축 내부가 빈 상태가 그대로 드러난다(도 2d).
이러한 내부 홈은 난반사의 원인이 되며 그로 인하여 제품의 신뢰도에 영향을 끼친다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, MEMS(Microelectromechanical System) 기술을 이용하여 제작되는 알루미늄 마이크로 거울의 제작시 미러를 지탱하기 위하여 형성되는 기둥축으로 인하여 발생하는 문제를 미러 표면의 기둥축 구멍을 충진하여 미러의 전면적인 반사도를 높이도록 하는 마이크로 미러의 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판과 상기 소자의 상부에 기계적으로 구동할 수 있는 구동부가 존재하며, 그 구동부의 최상부에 마이크로-미러가 형성되어 있는 마이크로 미러의 제조방법에 있어서, 상기 마이크로-미러의 형성방법은, 이음쇠를 형성하는 단계, 상기 이음쇠 상부에 폴리머를 형성하고 패터닝하는 단계, 상기 폴리머 내부를 충진하는 단계, 상기 기판에 미러를 형성하는 단계 및 상기 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
불순물이 매입된 소스/드레인 영역을 가지고 있으며, 필드 산화막에 의해 정의된 모스 트랜지스터 영역을 포함하는 반도체 기판과 상기 반도체 기판의 모스 트랜지스터 영역 위에 형성되어 있는 실리콘 옥사이드와 그 위에 실리콘 게이트 전극을 가지며, 각 전극이 금속 배선으로 연결되어 있으며, 그 금속 배선을 절연물을 이용하여 절연하고, 소자의 상부에 기계적으로 구동할 수 있는 구동부가 존재하며, 그 구동부의 최상부에 마이크로-미러가 형성되어 있는 소자에 있어서, 상기 마이크로-미러의 형성방법은, 이음쇠를 형성하는 단계, 상기 이음쇠 상부에 폴리머를 형성하고 패터닝하는 단계, 상기 폴리머 내부를 충진하는 단계, 상기 기판에 미러를 형성하는 단계 및 상기 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법에 의해 달성된다.
상기 마이크로-미러를 제조하는 방법에 대하여 본 발명의 실시예에서 자세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 마이크로-미러의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
우선, 도 3a와 같이 소정의 구조물이 형성된 기판(31)에 이음쇠(32)를 형성한다.
상기 이음쇠의 작용은 미러를 기계적으로 고정시키는 하부 판이 되며, 차후 기판의 전기적인 작용으로 인하여 미러가 움직이게 될 때, 이음쇠의 끝단이 랜딩 전극에 안착된다. 또한 이음쇠는 미러의 움직임 축이 되는 힌지에 연결되어 있다.
상기 이음쇠는 알루미늄이 바람직하다.
이어, 도 3b에 도시된 바와 같이 이음쇠 상부에 폴리머(33)를 도포하고 미러가 형성될 자리를 사진 공정과 식각 공정을 이용하여 정의한다.
이어, 도 3c에 도시된 바와 같이 30℃ 내지 50℃의 저온에서 스퍼터법을 이용하여 알루미늄(34)을 증착한다. 이로 인하여 미러를 이음쇠에 고정할 기둥축이 형성된다.
상기 알루미늄은 지지축으로 사용할 일반 금속으로 대체될 수 있고, 미러와 같은 재질의 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
이어, 도 3d에 도시된 바와 같이 비어 있는 미러 기둥축 안을 채우기 위하여 SOG(Spin On Glass, 이하 SOG)(35) 도포한다. 이때 SOG가 가지고 있는 흐름특성에 의하여 기둥축의 안쪽이 채워지게 된다.
이어, 도 3e에 도시된 바와 같이 도포된 SOG와 증착된 알루미늄을 동시에 전면 식각(Etch Back) 공정을 이용하여 폴리머가 드러날 때까지 식각한다. 또한 이 전면 식각은 SOG와 알루미늄의 식각비가 크므로 식각을 2단계로 분리하여 SOG를 먼저 전면 식각하여 알루미늄이 드러나면 멈춘 후 알루미늄을 다시 전면 식각하며 폴리머가 드러나면 식각을 멈추도록 한다. 이때 알루미늄과 SOG간의 식각 비가 크므로 SOG는 손상을 입지 않고 알루미늄만 식각이 진행되게 된다.
이어, 도 3f에 도시된 바와 같이 원하는 미러의 두께만큼 스퍼터법을 이용하여 알루미늄을 증착하고 사진 공정과 식각 공정을 이용하여 미러(36)를 형성한다.
상기 미러는 알루미늄, 타이타늄 또는 질화타이타늄을 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 3g에 도시된 바와 같이 솔벤트를 이용하여 폴리머를 제거한다. 이때 그림에서 보여지는 것과 같이 기둥축 내부는 SOG로 채워져 있다.
<실시예 2>
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로-미러의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
우선, 도 4a와 같이 소정의 구조물이 형성된 기판(41)에 이음쇠(42)를 형성한다.
상기 이음쇠의 작용은 미러를 기계적으로 고정시키는 하부 판이 되며, 차후 기판의 전기적인 작용으로 인하여 미러가 움직이게 될 때, 이음쇠의 끝단이 랜딩 전극에 안착된다. 또한 이음쇠는 미러의 움직임 축이 되는 힌지에 연결되어 있다.
상기 이음쇠는 알루미늄이 바람직하다.
이어, 도 4b에 도시된 바와 같이 이음쇠 상부에 폴리머(43)를 도포하고 미러가 형성될 자리를 사진 공정과 식각 공정을 이용하여 정의한다.
이어, 도 4c에 도시된 바와 같이 30℃ 내지 50℃의 저온에서 스퍼터법을 이용하여 알루미늄(44)을 두껍게 증착한다. 이로 인하여 미러의 기둥축 안은 알루미늄으로 채워지게 된다. 이때 스퍼터법을 이용한 알루미늄의 증착으로 인하여 증착 시 스텝 커버리지(step coverage)가 안 좋아 기둥축 내부에 홀이 형성될 수 있으나 홀은 기둥축의 내부에 형성되므로 후속 공정을 통하여 형성될 미러의 표면에 영향을 미치지는 않는다.
상기 알루미늄은 지지축으로 사용할 일반 금속으로 대체될 수 있고, 미러와 같은 재질의 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
이어, 도 4d에 도시된 바와 같이 증착된 알루미늄을 전면 식각(Etch Back) 공정을 이용하여 폴리머가 드러날 때까지 식각 한다. 이때 폴리머가 드러나면 식각을 멈추므로 기둥축 내부는 알루미늄(45)으로 채워져 있게 된다.
이어, 도 4e에 도시된 바와 같이 원하는 미러의 두께만큼 스퍼터법을 이용하여 알루미늄을 증착하고 사진 공정과 식각 공정을 이용하여 미러(46)를 형성한다.
상기 미러는 알루미늄, 타이타늄 또는 질화타이타늄을 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 4f에 도시된 바와 같이 솔벤트를 이용하여 폴리머를 제거한다. 이 때 그림에서 보여지는 것과 같이 기둥축 내부는 알루미늄으로 채워져 있다.
상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
따라서, 본 발명의 마이크로 미러 제조 방법은 미러를 이음쇠와 연결하여 주는 기둥축을 알루미늄 또는 SOG로 메워 주어 최종적으로 형성될 미러의 표면을 홈이 없는 전면 미러로 만들어 줄 수 있으며, 이로 인하여 미러의 표면으로 인입되는 빛의 난반사를 줄일 수 있으며, 반사율을 증가시킬 수 있고, 결과적으로 소자에 의하여 표현되는 영상들의 밝기와 선명도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 마이크로-미러 소자의 사시도.
도 2a 내지 도 2d는 종래기술에 의한 마이크로-미러의 제조방법을 나타낸 공정단면도.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 마이크로-미러의 제조방법을 나타낸 공정단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로-미러의 제조방법을 나타낸 공정단면도.

Claims (11)

  1. 소정의 구조물이 형성된 기판과 상기 기판의 상부에 기계적으로 구동할 수 있는 구동부가 존재하며, 그 구동부의 최상부에 마이크로 미러가 형성되어 있는 마이크로 미러의 제조방법에 있어서,
    이음쇠를 형성하는 단계;
    상기 이음쇠 상부에 폴리머를 형성하고 패터닝하는 단계;
    상기 폴리머 내부를 충진하는 단계;
    상기 기판에 미러를 형성하는 단계; 및
    상기 폴리머를 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머를 형성하고 패터닝하는 단계는 미러가 형성될 곳을 정의하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 미러는 알루미늄, 타이타늄 또는 질화타이타늄을 증착하여 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 증착은 스퍼터법을 이용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 증착은 30℃ 내지 50℃에서 증착하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 내부를 충진하는 단계는,
    금속을 증착하는 단계;
    상기 금속 상부에 SOG를 도포하는 단계; 및
    상기 금속과 SOG를 폴리머가 노출될때 까지 식각하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 내부를 충진하는 단계는,
    금속을 충분히 증착하는 단계 및 상기 금속을 폴리머가 노출될때 까지 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 금속은 상기 미러와 동일 재질임을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 식각은 에치백 공정임을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 에치백 공정은 식각을 2단계로 분리하여 SOG를 먼저 전면 식각하여 금속이 드러나면 멈춘 후 금속을 다시 에치백하여 폴리머가 드러나면 식각을 멈추는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머는 솔벤트를 이용하여 완전히 제거하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 제조방법.
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