KR100669260B1 - 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여제작하는 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 마이크로미러 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 마이크로미러 소자의 제조방법으로써 종래의 디지털 마이크로미러 소자는 미러면의 가운데에 구멍이 있어 빛의 반사 효율이 저하되는데 반하여 미러 지지대부분을 전기도금 공정을 이용하여 미러면을 지지하는 부분을 전기도금 공정으로 제작하여 빛을 반사시키는 미러면의 구멍을 없애, 마이크로미러 소자가 완전히 편평한 미러면을 가지는 것에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법은, 마이크로 미러 소자에 인가되는 전압에 의한 정전기력과 구동부들의 탄성 복원력에 의한 미러의 양 방향 회전을 통해 미러에 입사되는 빛을 서로 다른 방향으로 반사시키는 마이크로 미러 제조 방법에 있어서, 미러를 지지하는 미러 지지대 하부에 시드 전극을 형성하고, 미러 지지대 상부에 전압을 인가하는 전극을 형성하여, 시드 전극과 전극 간에 인가되는 전압에 의해 미러 지지대를 전기도금하여 형성시키는 것을 특징으로 이루어진다.

미러, 기판, 전극, 돌출지지대, 미러지지대, 외팔보

Description

마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법.{Method for manufacturing using electric plating process mirror supporter of micromirror element}

도 1은 종래의 마이크로미러 장치의 중심선상에서 절단한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 마이크로미러 장치의 개략적인 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 마이크로미러 소자의 미러를 제거한 후 기판 위에서 수직으로 내려다 본 평면도이다.

도 4는 본 발명의 마이크로미러 소자의 미러지지대의 도금 공정을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 소자의 미러지지대 부분의 전기 도금공정을 나타낸 순서도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로미러 소자의 미러지지대 부분의 전기 도금공정을 나타낸 순서도이다.

도 7은 본 발명을 이용하여 종래의 마이크로미러 장치를 제작한 단면도이다.

도 8은 본 발명을 이용하여 실제로 제작한 마이크로미러 소자들의 전자 현미경 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 미러 21 : 기판

22 : 전극 23 : 돌출지지대

24 : 미러지지대 25 : 외팔보

본 발명은 디지털 마이크로미러 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 마이크로미러 소자의 제조방법으로써 종래의 디지털 마이크로미러 소자는 미러면의 가운데에 구멍이 있어 빛의 반사 효율이 저하되는데 반하여 미러 지지대부분을 전기도금 공정을 이용하여 미러면을 지지하는 부분을 전기도금 공정으로 제작하여 빛을 반사시키는 미러면의 구멍을 없애, 마이크로미러 소자가 완전히 편평한 미러면을 가지는 것에 관한 것이다.

도 1은 종래의 마이크로미러 장치의 중심선상에서 절단한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 디지털 마이크로미러 소자는 미국의 Texas Instruments사에서 처음 개발하였으며, 출원인은 1996년 7월 9일자로 혼벡(Hornbeck)에게 부여된 "{Active yoke hidden hinge digital micromirror device}" 라는 명칭으로 미국특허번호 제 US 5,535,047호에서 종래의 마이크로미러 소자의 일 예가 제시되어 있다. 정전기력에 의해 구동되며 구동각도에 따라 입사되는 빛을 반사시켜 빛의 경로를 바꾸는 방식으로 프로젝션 디스플레이에 사용된다.

도 1을 참조하면, 입사광을 반사시키기 위한 미러(11)와 미러면을 지탱하는 지지대(13)의 구조 때문에 미러면의 한가운데에 구멍(12)이 존재한다. 미러면(11)과, 미러면을 지지하며 구동부와 연결해주는 미러의 지지 기둥(13)을 제작하는 데 있어서, 반도체 공정 중 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용하여 동시에 증착하여 제작하므로 미러면 가운데에 구멍(12)이 필연적으로 생기게 된다. 이러한 미러면의 구멍(12)으로 인해 반사시키는 빛의 손실이 일어나며, 화상 표시 시에 명암비가 떨어지며 한 화소에서 가운데 부분은 언제나 검게 투영된다.

따라서, 이러한 미러면의 가운데 움푹 패인 구멍(12)을 제거하여 완전히 편평한 미러면을 제작하는 것은, 광 이용 효율 및 명암비를 개선하며 영상에서 어두운 영역을 제거하게 되며 화상 표시 시에 소비전력을 개선하며 고품질의 영상을 구현할 수 있게 된다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법을 이용하여 거의 완전히 편평한 미러면을 제작하여 광 반사 효율 및 명암비를 개선을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법은 마이크로 미러 소자에 인가되는 전압에 의한 정전기력과 구동부들의 탄성 복원력에 의한 미러의 양 방향 회전을 통해 미러에 입사되는 빛을 서로 다른 방향으로 반사시키는 마이크로 미러 제조 방법에 있어서, 미러를 지지하는 미러 지지대 하부에 시드 전극을 형성하고, 미러 지지대 상부에 전압을 인가하는 전극을 형성하여, 시드 전극과 전극 간에 인가되는 전압에 의해 미러 지지대를 전기도금하여 형성시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 전기도금에 의해 형성된 미러 지지대를 이용하여 진공증착에 의해 미러를 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 시드 전극이 기판 위에 형성되는 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하는 것도 가능하게 된다.

또한, 시드 전극이 미러 지지대 하단에 형성되는 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하는 것도 가능하게 된다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 마이크로미러 장치의 개략적인 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이, 마이크로미러 장치는 미러(20), 기판(21), 전극(22), 돌출지지대(23), 외팔보(25) 및 미러지지대(24) 등을 포함하여 이루어진다.

마이크로미러 장치는, 어드레싱 회로(미도시)가 형성된 기판(21)과, 기판 위의 전극(22)과, 기판(21)에 부착된 세 개의 돌출지지대(23)의 상부에 자신의 일단이 부착 지지되며 서로 평행하게 엇물린 얇은 판으로 된 세 개의 외팔보(25)와, 외팔보(25)의 타단위에 부착된 미러지지대(24)의 상부에 부착되는 미러(20)로 구성된다.

여기서, 돌출지지대(23)들은 이웃한 외팔보(25)를 지지하는 것끼리는 기판(21)에 서로 엇갈리게 부착되며, 세 개의 미러지지대(24)들은 자신이 부착된 외팔보(25)의 돌출지지대(23)의 위치와 반대의 위치에서 미러(20)의 이웃한 것끼리는 서로 엇갈리게 미러(20)에 부착된다.

여기서, 돌출지지대(23)와 미러지지대(24) 사이를 연결하는 얇은 판으로 된 외팔보(25)는 기판(21)상의 전극(22)에 인가되는 전압에 의한 정전기력에 의해 팽창 및 수축 스트레스를 받아 위 또는 아래로 휘게 되어 미러(20)를 회전시키게 된다.

미러(20)를 지지하는 세 개의 미러지지대(24)는 기판(21)에 대한 고정 위치 및 미러(20)에 대한 부착 위치가 서로 엇갈려 있어서, 정전기력의 인가방향에 따라 미러(20)가 좌 또는 우의 한쪽 방향으로 소정의 각도로 기울어지는 두가지의 회전 상태를 가지게 된다. 또한, 가하는 정전기력의 크기에 따라 미러의 회전 각도를 조절할 수 있다.

그리고, 미러(20)를 구동하기 위한 한쌍의 전극(22)은 어드레싱회로(미도시)와 연결된다.

도 3은 본 발명의 마이크로미러 소자의 미러를 제거한 후 기판 위에서 수직으로 내려다 본 평면도이다.

도 3을 참조하면, 외팔보(25)를 지지하기 위한 돌출지지대(23) 및 미러를 지지하기 위한 미러지지대(24)들은 기판의 수평중심선(a-a')에 대해 대칭으로 설치되며, 미러의 어드레싱을 위한 전극(22)들은 기판의 수직중심선(b-b')에 대해 대칭으로 형성된다.

평면도 상에서의 전극(22)들은 돌출지지대들(23)과 서로 겹쳐지지 않게 형성되도록 도시하였지만, 전극(22)들과 돌출지지대들(23) 간에 서로 겹쳐져 형성되더라도 본 발명의 구현이 가능한 것은 당연하다.

이러한 구조를 통해 미러가 회전하는 두 방향에 대해 미러가 일정한 힘을 받게 되어 두 가지 회전상태를 가질 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 마이크로미러 소자의 미러지지대의 도금 공정을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.

본 발명에 적용되는 도금 공정은 일반적인 전기도금방법을 이용한다.

일반적인 전기도금법은 먼저 도금액(30) 내에 금속층을 제작할 시편(31)과 전극(33)을 넣고 전압을 가해주면 도금액(30) 내에 있는 금속 이온(32)들이 시편(31)에 패턴층(34)의 패턴 형태에 따라 금속층을 형성하게 된다.

이러한 전기도금법을 이용하여 본 발명에 따른 미러지지대를 형성하는 도금 공정은 기판의 표면에 전기가 통할 수 있도록 금속층인 시드금속(35)을 기판(36) 위에 미리 형성시킨다.

기판(36)의 표면 중 선택적인 영역에만 전기도금이 이루어지도록 하기 위해서는 전기가 통하지 않는 물질을 패턴층(34)으로 막아야 할 필요가 있다. 패턴층(34)에 사용되는 감광막은 폴리머등의 유기물로 이루어질 수 있으며, 이러한 유기물들은 전기가 통하지 않기 때문에 전기도금 마스크로써 사용될 수 있다. 전기도금이 끝난 후에는 더 이상 필요하지 않게 된 감광막을 아세톤과 같은 유기용제를 이용하여 제거한다. 감광막을 유기물이므로 유기용제에 의해 간단하게 제거하는 것이 가능하게 된다.

또한, 전기도금 금속(본 발명에 따른 미러지지대을 의미 함)을 기판(36)으로부터 떼어내지 않고 그대로 사용할 경우에는 기판 전체가 시드금속(35)에 의해 전기적으로 연결되는 것을 막기 위해 선택적인 영역의 시드금속(35)을 제거하는 것이 바람직하다.

이때, 전기도금 금속의 하부에 있는 시드금속(35)은 제거되지 않고 표면에 노출된 시드금속(35)만 제거된다.

따라서, 도금 공정은 전기적으로 연결된 외부의 전압원과 도금액을 이용하여 높이의 제약 없이 금속층을 증착할 수 있다.

이와 같은 방법을 이용하면 고수직비의 금속기둥을 완벽히 채워진 형태로 제작할 수 있어 본 발명의 마이크로 미러 제작 방법 중 미러를 지지하는 미러지지대를 완벽하게 채운 형태로 제작하는 것이 가능하게 된다.

본 출원인은 '엇물린 외팔보들을 이용한 마이크로미러 디바이스 및 그 응용소자'라는 명칭으로 공개된 한국특허공개 특2003-0023300호를 출원한 바 있다. 이하에서 설명되는 미러지지대의 형성은 한국특허공개 특2003-0023300호에 개시된 구조를 기준으로 설명된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 소자의 미러지지대 부분의 전기 도금공정을 나타낸 순서도이며, 도 3에 도시된 마이크로미러 소자를 a-a'를 기준으로 절단한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 미러지지대을 제작하기 위해서는 형성될 미러지지대 형성영역(41)이 필요하게 된다.

도 5의 (a)를 참조하면, 미러지지대 형성영역(41)은 일반적인 반도체의 패턴을 형성시키는 공정으로 이용되는 포토리소그래피 공정을 이용한다.

미러를 회전시키기 위해 전압이 인가되는 하부전극(48), 외팔보와 돌출지지대로 구성된 마이크로미러의 구동부(43) 및 희생층(42)을 포토리소그래피 공정으로 형성시킨다.

포토리소그래피(Photolithography) 공정은 당업계에 널리 알려진 공정기술이므로 이에 대한 상세한 형성 방법은 생략하기로 한다. 이러한 공정에 의해 미러지지대가 형성될 영역(41)이 패터닝된다.

도 5의 (b)를 참조하면, (a)에서 형성된 영역(41)에는 도 4에 도시된 전기도금법에 의해 금속으로 채워지게 된다. 여기서, 전기도금으로 채워진 금속(46)은 미러지지대가 된다.

여기서, 전기도금된 영역(41)은 높이를 일정하게 조절하여, 희생층(42)과 동일한 높이까지 제작하는 게 바람직하다.

도 5의 (c)를 참조하면, 미러지지대(46)가 형성된 후 증착 및 포토리소그래피 공정을 이용하여 미러(47)을 형성한다.

여기서, 미러지지대(46)를 전기도금 공정에 의해 희생층(42)과 동일 높이로 형성시키게 되면, 미러지지대(46)로 사용하기 위한 영역이 완전히 금속제로 채워지게 된다.

이렇게 완전히 구멍이 메워진 미러지지대(46)를 형성시키는 것에 의해 미러(47)를 증착 등의 방법을 이용하여 제작하면, 미러(47) 형성시 미러(47)가 증착될 영역이 거의 완전히 편평한 상태가 되므로, 역시 거의 완전한 편평한 미러(47)을 제작하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 미러지지대 형성 시 도금공정을 정확히 제어하여 희생층의 높이와 완전히 같고, 미러지지대의 표면이 완전히 편평하게 제작하는 것이 바람직하다.

그리고, 희생층(42)을 제거하고, 도금 공정을 위해 형성된 금속층(44)을 전기적인 단락을 위해 필요한 만큼 제거한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로미러 소자의 미러지지대 부분의 전기 도금공정을 나타낸 순서도이며, 도 3에 도시된 마이크로미러 소자를 a-a'를 기준으로 절단한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 도 5의 본 발명의 실시예와 크게 다른 점은 전기도금 공정의 전기적인 연결을 위한 금속층(54)을 기판 위가 아니라 희생층(52) 사이에 형 성한 예이다.

도 6의 (a)를 참조하면, 미러지지대 형성영역(51)은 일반적인 반도체의 패턴을 형성시키는 공정으로 이용되는 포토리소그래피 공정을 이용한다.

미러를 회전시키기 위해 전압이 인가되는 하부전극(55), 희생층(52)과 마이크로미러의 구동부(53)사이에 형성된 금속층(54), 외팔보와 돌출지지대로 구성된 마이크로미러의 구동부(53), 및 희생층(52)을 포토리소그래피 공정으로 형성시킨다.

도 5의 실시예와 마찬가지로 포토리소그래피 공정은 당업계에 널리 알려진 공정기술이므로 이에 대한 상세한 형성 방법은 생략하기로 한다. 이러한 공정에 의해 미러지지대가 형성될 영역(51)이 패터닝된다.

도 6의 (b)를 참조하면, (a)에서 형성된 영역(51)에는 도 4에 도시된 전기도금법에 의해 금속으로 채워지게 된다. 여기서, 전기도금으로 채워진 금속(57)은 미러지지대가 된다.

여기서, 전기도금된 영역(57)은 높이를 일정하게 조절하여, 희생층(52)과 동일한 높이까지 제작하는 게 바람직하다.

도 6의 (c)를 참조하면, 미러지지대(57)가 형성된 후 그 위에 미러(58)를 증착한다.

이렇게 미러지지대(57)를 형성하는 것에 의해, 미러(58)를 증착 등의 방법을 이용하여 제작하면 거의 완전한 편평한 미러(58)을 제작하는 것이 가능하게 된다.

반도체의 패턴을 형성시키는 공정이 하나인 포토리소그래피 공정 등을 이용 하여 미리 정의된 미러의 지지 기둥 영역(51)을 도금 공정을 이용하여 채운다.

전기도금 공정의 전기적인 연결을 위한 금속층(54)은 희생층(52) 사이에 제작되며, 마이크로미러 구조체는 전압 인가를 위해 일반적으로 금속 등의 도체로 구성되게 된다.

전기도금 공정은 전기적으로 연결된 부분으로부터 증착되기 때문에, 순차적으로 구멍을 메우게 되고 높이의 제약 없이 완벽히 메워진 미러지지대(57)를 제작할 수 있다.

물론 도금된 영역은 높이를 일정하게 조절하여, 희생층(52)과 동일한 높이까지 제작하는 게 바람직하다.

이렇게 미러지지대(57)를 형성하는 것에 의해, 미러(58)를 증착 등의 방법을 이용하여 제작하면 거의 완전한 편평한 미러(58)을 제작하는 것이 가능하게 된다.

그리고, 희생층(52)을 제거하고, 도금 공정을 위해 형성된 금속층(54)을 전기적인 단락을 위해 필요한 만큼 제거하면 된다.

도 7은 본 발명을 이용하여 종래의 마이크로미러 장치를 제작한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 도 1에서의 종래의 마이크로미러 소자의 입사광을 반사시키기 위한 미러(61)와 미러면을 지탱하는 지지대(미도시)의 제작과정에서 생기는 구조 때문에 미러면의 한가운데에 구멍(60)이 존재한다.

여기서, 미러면의 한가운데 구멍(60)은 반도체 공정 중 금속판에 아르곤 등의 불활성 원소를 부딪쳐서 금속 분자를 쫓아낸 후 표면에 막을 부착하는 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용하여 미러지지대와 미러면을 동시에 증착하여 발생하는 구멍이다.

따라서, 도 4의 전기도금방법을 사용하여 입사광을 반사시키기 위한 미러(61)를 지지하는 기둥부분(60)을 전기도금 공정으로 채워서 거의 완전한 편평한 미러면(61)을 제작하는 것이 가능하게 된다.

도 8은 본 발명을 이용하여 실제로 제작한 마이크로미러 소자들의 전자 현미경 사진이다.

도시된 바와 같이, 실제로 제작한 마이크로 미러 소자들의 전자 현미경 사진을 나타내고 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 디지털마이크로미러 소자의 제작 공정은 도금 방법을 이용하여 미러면을 지지하는 기둥을 제작하여 빛을 반사시키는 미러면의 구멍을 없애, 마이크로미러 소자가 거의 완전히 편평한 미러면을 가지는 것이 효과가 있다.

또한, 거의 완전히 편평한 미러면을 제작할 수 있어 빛의 반사효율을 개선하며 높은 명암비를 얻을 수 있어, 고품질의 영상표시를 할 수 있으며 소비 전력을 줄이는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 기판에 기계적으로 연결되는 미러 지지대에 의해 지지되는 미러를 정전기력과 구동부의 탄성 복원력에 의해 양 방향 회전시켜 상기 미러에 입사되는 빛을 반사시키는 마이크로 미러 제조 방법에 있어서,

   상기 미러 지지대를 위한 비 전도성 패턴을 형성하는 단계;

   상기 패턴에 시드 전극에 의한 도금으로 금속을 채워 미러 지지대를 형성하는 단계; 및

   상기 미러 지지대 상에 상기 미러를 형성하는 단계;

   를 포함하는, 마이크로 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 미러는 진공증착에 의해 형성되는, 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 시드 전극은 상기 기판 위에 형성된, 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 시드 전극은 상기 미러 지지대 하단에 형성된, 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 구동부는 외팔보를 포함하는, 마이크로미러 소자의 미러 지지대를 도금 공정을 이용하여 제작하는 방법.

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