KR100815343B1 - Manufacture method of Diffractive thin-film piezoelectric micro-mirror and Manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회절형 마이크로 미러 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 압전 구동방식에 의한 회절형 마이크로 미러의 함몰부의 깊이와 폭을 원하는 정도까지 정밀하게 형성할 수 있도록 하는 회절형 마이크로 미러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive micromirror and a method of manufacturing the same. Particularly, a diffractive micromirror and a method of manufacturing the diffractive micromirror can be precisely formed to a desired degree in depth and width of a recess of the diffractive micromirror by a piezoelectric driving method. It is about.
박막, 압전, 광변조기, 회절형 광변조기, 마이크로 미러, 함몰부Thin film, piezoelectric, optical modulator, diffractive optical modulator, micro mirror, depression
Description
도 1은 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기를 도시하는 도면.1 illustrates a prior art electrostatic grating light modulator.
도 2는 종래 기술의 정전기 방식 격자 광 변조기가 변형되지 않는 상태에서 입사광을 반사시키는 것을 도시하는 도면.2 is a diagram illustrating reflecting incident light in a state where the electrostatic grating light modulator of the prior art is not deformed.
도 3은 종래 기술의 격자 광 변조기가 정전기력에 의해 변형된 상태에서 입사광을 회절시키는 것을 도시하는 도면.3 shows a diffraction of incident light in a state in which a prior art grating light modulator is deformed by electrostatic force.
도 4a 내지 도 4j는 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 마이크로 미러의 공정도.4A to 4J are process drawings of the recessed thin film piezoelectric micromirror according to the prior art.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 사시도.5A to 5C are perspective views of a diffractive thin film piezoelectric micromirror according to an embodiment of the present invention.
도 6a ~6f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조 과정의 측단면도.6A-6F are side cross-sectional views of a process of manufacturing a diffractive thin film piezoelectric micromirror having depressions according to a first embodiment of the present invention;
도 7a ~7g는 본 발명의 제2 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조 과정의 측단면도. 7A to 7G are side cross-sectional views of a manufacturing process of a diffractive thin film piezoelectric micromirror having depressions according to a second embodiment of the present invention;
도 8a ~8h는 본 발명의 제3 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조 과정의 측단면도.
8A to 8H are side cross-sectional views of a manufacturing process of a diffractive thin film piezoelectric micromirror having depressions according to a third embodiment of the present invention;
본 발명은 회절형 마이크로 미러 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 압전 구동방식에 의한 회절형 마이크로 미러의 함몰부의 깊이와 폭을 원하는 정도까지 정밀하게 형성할 수 있도록 하는 회절형 마이크로 미러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로, 광신호처리는 많은 데이타 양과 실시간 처리가 불가능한 기존의 디지탈 정보처리와는 달리 고속성과 병렬처리 능력, 대용량의 정보처리의 장점을 지니고 있으며, 공간 광변조이론을 이용하여 이진위상 필터 설계 및 제작, 광논리게이트, 광증폭기 등과 영상처리 기법, 광소자, 광변조기 등의 연구가 진행되고 있다. In general, optical signal processing has advantages of high speed, parallel processing capability, and large-capacity information processing, unlike conventional digital information processing, which cannot process a large amount of data and real-time processing, and design a binary phase filter using spatial light modulation theory. Research on fabrication, optical logic gates, optical amplifiers, image processing techniques, optical devices, optical modulators, etc.
이중 공간 광변조기는 광메모리, 광디스플레이, 프린터, 광인터커넥션, 홀로그램 등의 분야에 사용되며, 이를 이용한 표시장치의 개발 연구가 진행되고 있다.The dual spatial optical modulator is used in the fields of optical memory, optical display, printer, optical interconnection, hologram, and the like, and research on the development of a display device using the same is underway.
이러한 공간 광변조기로는 일예로 도 1에 도시된 바와 같은 반사형 변형 가능 격자 광변조기(10)이다. 이러한 변조기(10)는 블룸 등의 미국특허번호 제 5,311,360호에 개시되어 있다. 변조기(10)는 반사 표면부를 가지며 기판(16) 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본(18)을 포함한다. 절연층(11)이 실리콘 기판(16)상에 증착된다. 다음으로, 이산화실리콘 막(12) 및 저응력 질화실리콘 막(14)의 증착이 후속한다. Such a spatial light modulator is, for example, a reflective deformable
질화실리콘 막(14)은 리본(18)으로부터 패터닝되고 이산화실리콘 막(12)의 일부가 식각되어 리본(18)이 질화물 프레임(20)에 의해 이산화실리콘 막(12)상에 유지되도록 한다. The
단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본(18)의 두께와 이산화실리콘막(12)의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다.In order to modulate light having a single wavelength λ 0, the modulator is designed thick with a thickness of the
리본(18)상의 상부 반사 표면(22)과 기판(16)의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기(10)의 격자 진폭은 리본(18)(제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본(16)의 반사 표면(22))과 기판(16)(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판(16) 하부의 전도막(24)) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다. The lattice amplitude of this
변형되지 않은 상태에서, 즉, 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서, 격자 진폭은 λ0/2와 같고, 리본과 기판으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ0와 같아서, 이러한 반사광에 위상을 보강시킨다. In the undeformed condition, that is, while no voltage is not applied, the grating amplitude is λ 0 / equal to 2, the car full path between reflected from the ribbons and the substrate the light like a λ 0, the reinforcing phase such reflected light Let's do it.
따라서, 변형되지 않은 상태에서, 변조기(10)는 평면거울로서 광을 반사한다. 변형되지 않은 상태가 입사광과 반사광을 도시하는 도 2에 20으로서 표시된다.
Thus, in the undeformed state, the
적정 전압이 리본(18)과 기판(16) 사이에 인가될 때, 정전기력이 리본(18)을 기판(16) 표면 방향으로 다운(down) 위치로 변형시킨다. 다운 위치에서, 격자 진폭은 λ0/4와 같게 변한다. 전체 경로차는 파장의 1/2이고, 변형된 리본(18)으로부터 반사된 광과 기판(16)으로부터 반사된 광이 상쇄 간섭을 하게 된다. When a proper voltage is applied between the
이러한 간섭의 결과, 변조기는 입사광(26)을 회절시킨다. 변형된 상태가 +/- 회절모드(D+1, D-1)로 회절된 광을 도시하는 도 3에 각각 28과 30으로 표시된다.As a result of this interference, the modulator diffracts
그러나, 블룸의 광변조기는 마이크로 미러의 위치 제어를 위해서 정전기 방식을 이용하는데, 이의 경우 동작 전압이 비교적 높으며(보통 30V 내외) 인가전압과 변위의 관계가 선형적이지 않은 등의 단점이 있어 결과적으로 광을 조절하는데 신뢰성이 높지 않는 단점이 있다.However, BLUM's optical modulator uses an electrostatic method to control the position of the micromirror, in which case the operating voltage is relatively high (usually around 30V) and the relationship between applied voltage and displacement is not linear. There is a disadvantage that the reliability is not high in controlling the light.
이러한 문제점을 해결하기 위한 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 "박막 압전 광변조기 및 그 제조방법"이 개시되어 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Application No. P2003-077389 discloses a "thin film piezoelectric optical modulator and its manufacturing method."
개시된 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 광변조기는, 실리콘 기판과, 회절부재를 구비하고 있다.The recessed thin film piezoelectric optical modulator according to the disclosed prior art includes a silicon substrate and a diffraction member.
여기에서, 회절부재는 일정한 폭을 가지며 다수가 일정하게 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 회절부재는 서로 다른 폭을 가지며 교번하여 정렬하여 함몰형 박막 압전 광변조기를 구성한다. 또한, 이러한 회절부재는 일정간격(거의 회절부재의 폭과 같은 거리)을 두고 이격되어 위치할 수 있으며 이 경우에 실리콘 기판의 상면의 전부에 형성된 마이크로 미러층이 입사된 빛을 반사하여 회절시킨다. Here, the diffraction member has a constant width and a plurality of constant alignment to form a recessed thin film piezoelectric optical modulator. In addition, these diffractive members have different widths and alternately arranged to form a recessed thin film piezoelectric optical modulator. In addition, the diffractive members may be spaced apart from each other at a predetermined interval (almost the same distance as the width of the diffractive member), and in this case, the micromirror layer formed on the entire upper surface of the silicon substrate reflects and diffracts incident light.
실리콘 기판은 회절부재에 이격 공간을 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 회절부재의 단부가 부착되어 있다.The silicon substrate has depressions to provide a space for the diffraction member, an insulating layer is deposited on the upper surface, and end portions of the diffraction members are attached to both sides of the depression.
회절부재는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 실리콘 기판의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대를 포함한다.The diffraction member has a rod shape, and the lower surfaces of both ends are attached to both side regions outside the depression of the silicon substrate so that the center portion is spaced apart from the depression of the silicon substrate, and the portions located at the depression of the silicon substrate are upper and lower sides. It includes a lower support movable to.
또한, 회절부재는 하부지지대의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층과, 하부전극층에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층와, 압전 재료층에 적층되어 있으며 압전재료층에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층을 포함하고 있다.In addition, the diffraction member is stacked on the left end of the lower support, a lower electrode layer for providing a piezoelectric voltage, and a piezoelectric material layer laminated on the lower electrode layer and contracting and expanding when voltage is applied to both sides to generate a vertical driving force; It is laminated on the piezoelectric material layer and includes an upper electrode layer for providing a piezoelectric voltage to the piezoelectric material layer.
또한, 회절부재는 하부지지대의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층과, 하부전극층에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층과, 압전 재료층에 적층되어 있으며 압전재료층에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층을 포함하고 있다.In addition, the diffraction member is stacked on the right end of the lower support, the lower electrode layer for providing a piezoelectric voltage, and the piezoelectric material layer laminated on the lower electrode layer and contracted and expanded when voltage is applied to both sides to generate a vertical driving force; And an upper electrode layer laminated on the piezoelectric material layer and providing a piezoelectric voltage to the piezoelectric material layer.
그리고, 국내 특허출원번호 제 P2003-077389호에는 위에서 설명한 함몰형외에 돌출형에 대하여 상세하게 설명하고 있으며, 제조 방법에 대하여 설명하고 있다.In addition, Korean Patent Application No. P2003-077389 describes the protruding type in addition to the depression type described above, and describes a manufacturing method.
도 4a 내지 도 4j는 종래 기술에 따른 함몰형 박막 압전 마이크로 미러의 공정도이다.4A to 4J are process diagrams of the recessed thin film piezoelectric micromirror according to the prior art.
도 4a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(401)위에 에칭을 하기 위해 열산화 등의 방법으로 마스크층(402)을 0.1~1.0㎛ 두께로 형성하고, 패터닝하여 실리콘 에칭을 준비한다.Referring to FIG. 4A, in order to etch the
도 4b를 참조하면, TMAH 또는 KOH 등의 실리콘을 에칭할 수 있는 용액을 이용하여 실리콘을 적당한 두께로 에칭한 후에 마스크층(402)을 제거한다. Referring to FIG. 4B, the
도 4c를 참조하면, 에칭된 실리콘에 다시 열산화 등의 방법으로 절연 및 식각방지층(403)을 만든다. 즉, 실리콘 웨이퍼의 표면에 SiO2 등의 절연 및 식각방지층(403)을 형성한다.Referring to FIG. 4C, the insulating and
그리고, 도 4d를 참조하면 이격공간을 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼(401)의 식각된 부위에 저압 화학 기상 증착(LPCVD)나 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)의 방법으로 폴리 실리콘(Poly-Si) 또는 비결정 실리콘(amorphous-Si) 등을 증착하여 희생층(404)을 형성한 후에 평탄하게 폴리싱한다. 이때, SOI(Sillicon On Insulator)를 사용하는 경우에는 폴리 실리콘의 증착 및 폴리싱 없이 진행 가능하다.In addition, referring to FIG. 4D, poly-Si or amorphous is formed on the etched portion of the
이후에, Si3N4 등의 실리콘나이트나이드계열을 LPCVD 또는 PECVD 방법으로 일예로 바람직하게는 0.1~5.0 ㎛ 두께의 범위에서 증착한 후에 SiO2를 열산화 혹은 PECVD 방법으로 0.1~5㎛범위에서 증착하는데 필요에 따라 생략할 수 있다.Afterwards, a silicon nitride series such as Si 3 N 4 is deposited by LPCVD or PECVD, for example, preferably in the range of 0.1 to 5.0 μm thick, and then SiO 2 is in the range of 0.1 to 5 μm by thermal oxidation or PECVD. It may be omitted as necessary to deposit.
다음에, 도 4e를 참조하면, 압전 재료를 지지하기 위한 하부 지지대(405)를 실리콘 웨이퍼(401)에 증착하며, 하부 지지대(405)를 구성하는 재료로는 실리콘 산화물(일예로 SiO2 등), 실리콘 질화물 계열(일예로 Si3N4 등), 세라믹 기판(Si, ZrO2, Al2O3 등), 실리콘 카바이드 등이 될 수 있다. 이러한 하부 지지대(405)는 필요에 따라 생략할 수 있다.Next, referring to FIG. 4E, a
도 4f를 참조하면, 하부 지지대(405) 위에 하부 전극(406)을 형성하며, 이때 하부 전극(406)의 전극재료로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등이 사용될 수 있으며, 0.01~3㎛ 범위에서 스퍼터링(sputter) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 형성한다.Referring to FIG. 4F, a
도 4g를 참조하면, 하부 전극(406) 위에 압전 재료(407)를 습식(스크린 프린팅, 졸-겔 코팅 등) 및 건식 방법(스퍼터링, 증착(Evaporation), 기상 증착(Vapor Deposition) 등)으로 0.01~20.0㎛ 범위에서 형성한다. 그리고, 사용되는 압전재료(407)는 상하 압전재료와 좌우 압전 재료를 모두 사용가능하며, PzT, PNN-PT, ZnO 등의 압전재료를 사용할 수 있으며, Pb, Zr, Zn 또는 타이타늄등의 원소를 더 구비하는 압전 전해 재료를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4G, the
도 4h를 참조하면, 압전 재료(407)위에 상부 전극(408)을 형성하며, 이때 사용되는 전극재료는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등이 사용될 수 있고, 0.01~3㎛ 범위에서 스퍼터링(sputter) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 형성한다. Referring to FIG. 4H, the
도 4i를 참조하면, 상부 전극(408) 위에 마이크로 미러(409)를 부착하며, 그 재료로는 Ti, Cr, Cu, Ni, Al, Au, Ag, Pt, Au/Cr 등등의 광반사 물질이 사용된다.Referring to FIG. 4I, a
이때, 상부 전극층(408)을 마이크로 미러로 사용하던가 아니면 별도의 마이 크로 미러를 상부 전극층(408)에 증착할 수 있다.In this case, the
도 4j를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이 형성된 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성하기 위해서는 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 마이크로미러(409), 상부전극(408), 압전 재료(407), 하부 전극(406), 하부 지지대(405)를 에칭하여 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한다. 이후에, 희생층(404)을 XeF2 가스를 이용하여 에칭한다.Referring to FIG. 4J, in order to form the diffractive thin film piezoelectric micromirror array from the matrix of the diffractive thin film piezoelectric micromirror array formed as described above, the
여기에서는, 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한 후에, 희생층(404)을 제거하는 과정을 설명하였지만, 희생층(404)을 제거한 후에 마이크로 미러 어레이를 형성할 수도 있다.Here, the process of removing the
즉, 먼저 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 하부 지지대(405)가 형성되지 않은 구간에 홀을 형성하고, 희생층(404)을 XeF2 가스를 이용하여 에칭한 후에 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 마이크로미러(409), 상부전극(408), 압전 재료(407), 하부 전극(406), 하부 지지대(405)를 에칭하여 마이크로 미러 어레이를 형성한다.That is, first, holes are formed in a region where the
한편, 종래 기술에 따른 회절형 박막 압전 광변조기는 폴리 실리콘을 폴리싱시에 두께 제어가 어렵다는 문제점이 있었다. 즉, 칩 내에서 리본마다 세팅 타임의 산포가 크다는 문제점이 있었다.On the other hand, the diffractive thin film piezoelectric optical modulator according to the prior art has a problem that it is difficult to control the thickness when polishing the polysilicon. That is, there is a problem that the spread of the setting time is large for each ribbon in the chip.
또한, 종래 기술에 따른 회절형 박막 압전 광변조기는 이격 공간의 깊이를 ±0.5um 이며 이에 따라 이격 공간 깊이를 0.5um 이하로 할 수 없다는 문제점이 있다.In addition, the diffractive thin film piezoelectric optical modulator according to the prior art has a problem that the depth of the separation space is ± 0.5 μm, and thus the separation space depth cannot be 0.5 μm or less.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이격 공간의 폭과 깊이를 정의할 수 있는 보호층을 형성하여 이격 공간의 폭과 깊이를 원하는 정도로 가공할 수 있도록 하는 회절형 마이크로 미러 및 그 제조 방법에 관한 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, forming a protective layer that can define the width and depth of the separation space, the diffraction type micro to allow processing the width and depth of the separation space to the desired degree A mirror and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중앙 부분에 길이 방향에 따라 양측벽이 바닥면에 대하여 수직인 요홈이 형성되어 있는 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판의 요홈의 바닥면에 소정 깊이로 형성되어 있는 산화층으로 제조공정시에 아래층의 에칭을 방지하는 하부 보호층; 상기 실리콘 기판의 요홈의 측벽에 소정 깊이로 형성되어 있는 고농도 이온 주입층으로 제조공정시에 외측의 에칭을 방지하는 한쌍의 측벽 보호층; 및 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 실리콘 기판의 요홈에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 상기 실리콘 기판의 요홈을 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 전압이 인가되면 상기 요홈에 이격된 부분이 상하로 구동되고, 입사되는 빔을 회절시키기 위한 압전미러층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the silicon substrate is formed in the central portion in the groove in the longitudinal direction of the both side walls perpendicular to the bottom surface; A lower protective layer which prevents etching of the lower layer during the manufacturing process with an oxide layer formed at a predetermined depth on the bottom surface of the groove of the silicon substrate; A pair of sidewall protection layers formed of a high concentration ion implantation layer formed at a predetermined depth on the sidewalls of the grooves of the silicon substrate to prevent external etching during the manufacturing process; And a ribbon shape, and lower surfaces of both ends are attached to both side regions away from the grooves of the silicon substrate so that the center portion is spaced apart from the grooves of the silicon substrate, and spaced apart from the grooves when a voltage is applied. It is driven up and down, and characterized in that it comprises a piezoelectric mirror layer for diffracting the incident beam.
또한, 본 발명은, 중앙 부분에 길이 방향에 따라 양측벽이 바닥면에 대하여 수직인 요홈이 형성되어 있는 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판의 요홈의 바닥면에 소정 깊이로 형성되어 있는 산화층으로 제조공정시에 아래층의 에칭을 방지하는 하부 보호층; 상기 실리콘 기판의 요홈의 측벽에 소정 깊이로 형성되어 있는 고농도 이온 주입층으로 제조공정시에 외측의 에칭을 방지하는 한쌍의 측벽 보호층; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 실리콘 기판의 요홈에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 상기 실리콘 기판의 요홈을 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 상기 실리콘 기판의 요홈에 이격된 부분이 상하 이동가능한 하부 지지대; 및 양끝단이 상기 실리콘 기판의 요홈 위에 위치하도록 상기 하부 지지대에 적층되며, 전압이 인가되면 상기 요홈에 이격된 부분이 상하로 구동되고, 입사되는 빔을 회절시키기 위한 압전미러층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a silicon substrate in which grooves in which both side walls are perpendicular to the bottom surface are formed in the central portion in the longitudinal direction; A lower protective layer which prevents etching of the lower layer during the manufacturing process with an oxide layer formed at a predetermined depth on the bottom surface of the groove of the silicon substrate; A pair of sidewall protection layers formed of a high concentration ion implantation layer formed at a predetermined depth on the sidewalls of the grooves of the silicon substrate to prevent external etching during the manufacturing process; The bottom surface of each end is attached to both side regions outside the groove of the silicon substrate so that the center portion is spaced apart from the groove of the silicon substrate, and the center portion is spaced apart from the groove of the silicon substrate. A movable lower support; And a piezoelectric mirror layer formed on the lower support such that both ends thereof are positioned on the groove of the silicon substrate, and when a voltage is applied, a portion spaced apart from the groove is driven up and down and diffracts an incident beam. It features.
또한, 본 발명은, 중앙 부분에 길이 방향에 따라 양측벽이 바닥면에 대하여 수직인 요홈이 형성되어 있는 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판의 요홈의 바닥면에 소정 깊이로 형성되어 있는 산화층으로 제조공정시에 아래층의 에칭을 방지하는 하부 보호층; 상기 실리콘 기판의 요홈의 측벽에 소정 깊이로 형성되어 있는 고농도 이온 주입층으로 제조공정시에 외측의 에칭을 방지하는 한쌍의 측벽 보호층; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 실리콘 기판의 요홈에 이격되도록 양끝단의 하면이 각각 상기 실리콘 기판의 요홈을 벗어난 양측에 부착되어 있는 하부 지지대; 한쪽 끝단이 상기 하부지지대의 좌측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 하 부지지대의 중앙 부위로부터 좌측으로 소정 거리 이격되어 위치하며, 전압이 인가되면 수축 및 팽창에 의해 상하 구동력을 제공하는 제 1 압전층; 한쪽 끝단이 상기 하부지지대의 우측 끝단에 위치하고, 다른쪽 끝단이 상기 하부지지대의 중앙 부위로부터 우측으로 소정 거리 이격되어 위치하며, 전압이 인가되면 수축 및 팽창에 의해 상하 구동력을 제공하는 제 2 압전층; 및 상기 하부지지대의 중앙 부분에 위치하고 있으며, 입사되는 빔을 회절시키기 위한 마이크로 미러층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a silicon substrate in which grooves in which both side walls are perpendicular to the bottom surface are formed in the central portion in the longitudinal direction; A lower protective layer which prevents etching of the lower layer during the manufacturing process with an oxide layer formed at a predetermined depth on the bottom surface of the groove of the silicon substrate; A pair of sidewall protection layers formed of a high concentration ion implantation layer formed at a predetermined depth on the sidewalls of the grooves of the silicon substrate to prevent external etching during the manufacturing process; A lower supporter having a ribbon shape, and having lower surfaces at both ends thereof attached to both sides of the silicon substrate so as to be spaced apart from the groove of the silicon substrate; One end is located at the left end of the lower support, the other end is located a predetermined distance spaced to the left from the central portion of the lower support, the first piezoelectric to provide a vertical driving force by contraction and expansion when voltage is applied layer; One end is located at the right end of the lower support, the other end is located a predetermined distance spaced to the right from the center of the lower support, the second piezoelectric layer that provides a vertical driving force by contraction and expansion when voltage is applied ; And positioned in the center portion of the lower support, characterized in that it comprises a micro mirror layer for diffracting the incident beam.
또한, 본 발명은, 실리콘 기판의 내부에 일정 깊이로부터 소정 깊이로 산화층을 형성하여 하부 보호층을 형성하는 제 1 단계; 상기 실리콘 기판 위에 마스크를 적층하고 고농도 이온주입에 의해 표면으로부터 상기 하부 보호층에 이르는 소정 폭의 서로 이격되어 평행한 한 쌍의 측벽 보호층을 형성하는 제 2 단계; 상기 실리콘 기판 위에 압전층을 형성하고 상기 압전층을 패터닝하여 회절 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 제조하는 제 3 단계; 및 상기 하부 보호층과 상기 측벽 보호층에 의해 둘러싸인 실리콘 기판 영역을 제거하여 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention, the first step of forming a lower protective layer by forming an oxide layer from a predetermined depth to a predetermined depth inside the silicon substrate; Stacking a mask on the silicon substrate and forming a pair of sidewall protective layers spaced apart from each other in a predetermined width from the surface to the lower protective layer by high concentration ion implantation; Forming a piezoelectric layer on the silicon substrate and patterning the piezoelectric layer to fabricate a diffraction thin film piezoelectric micromirror array; And removing a silicon substrate region surrounded by the lower protective layer and the sidewall protective layer to form a diffractive thin film piezoelectric micromirror array.
또한, 본 발명은, 실리콘 기판의 내부에 일정 깊이로부터 소정 깊이로 산화층을 형성하여 하부 보호층을 형성하는 제 1 단계; 상기 실리콘 기판 위에 마스크를 적층한 후에 고농도 이온을 주입하여 표면으로부터 상기 하부 보호층에 이르는 소정 폭의 서로 이격되어 평행한 한 쌍의 측벽 보호층을 형성하는 제 2 단계; 상기 실리콘 기판 위에 압전층을 형성하고, 상기 하부 보호층위에 위치한 희생층을 제거 하는 제 3 단계; 및 상기 압전층을 패터닝하여 회절 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 제조하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
In addition, the present invention, the first step of forming a lower protective layer by forming an oxide layer from a predetermined depth to a predetermined depth inside the silicon substrate; A second step of forming a pair of sidewall protective layers spaced apart from each other in a predetermined width from the surface to the lower protective layer by implanting high concentration ions after laminating a mask on the silicon substrate; Forming a piezoelectric layer on the silicon substrate, and removing the sacrificial layer on the lower protective layer; And a fourth step of manufacturing the diffractive thin film piezoelectric micromirror array by patterning the piezoelectric layer.
이제, 도 5a 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Now, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings of FIG. 5A.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 마이크로 미러의 사시도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 마이크로 미러는 실리콘 기판(601), 하부 보호층(602), 한 쌍의 측벽 보호층(604), 하부 지지대(605a), 압전층(610a)으로 구성되어 있다.5A is a perspective view of a diffractive micromirror according to an embodiment of the present invention. The diffractive micromirror according to an embodiment of the present invention may include a
하부 보호층(602)은 제조시 이온 주입(ion implantation) 등으로 표면으로부터 이격 공간을 형성하기 원하는 깊이에 형성된 절연층으로 하부에 위치한 실리콘 기판(601)이 제조시에 에칭되지 않도록 한다.The
한 쌍의 측벽 보호층(604)은 하부 보호층(602)에 수직에 가깝도록 형성되어 있으며, 제조시 표면으로부터 B, Al, Ga 등을 1018 ~ 1021개/cm3 의 고농도로 도핑하여 형성되며 각각의 외측에 위치하는 실리콘 기판(601)이 제조과정에서 에칭되는 것을 방지한다.The pair of sidewall protection layers 604 are formed to be perpendicular to the
한편, 하부 보호층(602)과 한쌍의 측벽 보호층(604)에 의해 둘러싸인 지역은 제조과정에서 에칭에 의해 제거되어 이격 공간(620)을 형성하게 되며, 실리콘 기판(601)에 적층되는 압전층(610a)의 이동공간을 제공한다.Meanwhile, the area surrounded by the lower
하부 지지대(605a)는 실리콘 기판(601)의 표면에 이격 공간(620)에 부유하도록 형성되어 있으며, 적층되는 압전층(610a)을 지지하는 기능을 수행한다.The
압전층(610a)은 하부 지지대(605a) 위에 적층되어 있으며, 하부 전극층(611a), 압전재료층(612a), 상부 전극층(613a), 미러(614a)로 이루어져 있다.The
여기에서 압전재료층(612a)은 하부 전극층(611a)과 상부 전극층(613a)에 압전 전압이 제공되면 좌우로 수축 또는 팽창하여 상하 구동력을 발생시키고, 이에 따라 미러(614a)가 상하로 이동하게 된다.When the
그 결과, 미러(614a)는 인접한 압전층(610b)에 있는 미러와 입사광의 파장이 λ일 때 λ/4의 배수배의 단차를 형성하여 회절광을 발생시키게 된다. 즉, 복수의 압전층(610a~610n)에 있는 미러가 모여 회절형 광변조기를 형성하게 된다.As a result, the
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회절형 마이크로 미러의 사시도로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회절형 마이크로 미러는 실리콘 기판(701), 하부 보호층(702), 한 쌍의 측벽 보호층(704), 하부 지지대(705a), 압전층(710a)으로 구성되어 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 회절형 마이크로 미러가 제1 실시예와 다른점은 압전층(710a)의 양끝단이 이격 공간(720)위에 위치한다는 점이다.5B is a perspective view of a diffractive micromirror according to a second embodiment of the present invention, wherein the diffractive micromirror according to the second embodiment of the present invention includes a
도 5c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 회절형 마이크로 미러의 사시도로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 회절형 마이크로 미러는 실리콘 기판(801), 하부 보호층(802), 한 쌍의 측벽 보호층(804), 하부 지지대(805a), 한 쌍의 압전층(810a, 810a'), 미러(830a)으로 구성되어 있다. 본 발명의 제3 실시예가 제1 실시예 및 제2 실시예와 다른점은 압전층(810a, 810a')이 하부 지지대(805a)의 양측에 위치한다는 점이며, 하부 지지대(805a)의 중앙에 미러(830a)가 위치한다는 점이다.5C is a perspective view of a diffractive micromirror according to a third embodiment of the present invention, wherein the diffractive micromirror according to the third embodiment of the present invention includes a
하부 보호층(802)은 제조시 이온 주입(ion implantation) 등으로 표면으로부터 이격 공간(820)을 형성하기 원하는 깊이에 형성된 절연층으로 하부에 위치한 실리콘 기판(801)이 제조시에 에칭되지 않도록 한다.The lower
한 쌍의 측벽 보호층(804)은 하부 보호층(802)에 수직에 가깝도록 형성되어 있으며, 제조시 표면으로부터 B, Al, Ga 등을 1018 ~ 1021개/cm3 의 고농도로 도핑하여 형성되며 각각의 외측에 위치하는 실리콘 기판(801)이 제조과정에서 에칭되는 것을 방지한다.The pair of sidewall protection layers 804 are formed to be perpendicular to the
한편, 하부 보호층(802)과 한쌍의 측벽 보호층(804)에 의해 둘러싸인 지역은 제조과정에서 에칭에 의해 제거되어 이격 공간(820)을 형성하게 되며, 실리콘 기판(801)에 적층되는 하부 지지대(805a)의 중앙 부분의 이동공간을 제공한다.Meanwhile, the area surrounded by the lower
하부 지지대(805a)는 실리콘 기판(801)의 이격 공간(820)에 부유하도록 형성되어 있으며, 적층되는 한쌍의 압전층(810a, 810a')을 지지하는 기능을 수행하며, 중앙 부분에는 미러(830a)가 형성되어 있다.The
한 쌍의 압전층(810a, 810a')은 하부 지지대(805a) 위에 적층되어 있으며, 일 끝단은 이격 공간(820) 위에 타 끝단은 실리콘 기판(801)에 위치하고 있고, 각각 하부 전극층(811a, 811a'), 압전재료층(812a, 812a'), 상부 전극층(813a, 813a')으로 이루어져 있다.A pair of
여기에서 압전재료층(812a, 812a')은 하부 전극층(811a, 811a')과 상부 전극 층(813a, 813a')에 압전 전압이 제공되면 좌우로 수축 또는 팽창하여 상하 구동력을 발생시키고, 이에 따라 미러(830a)가 상하로 이동하게 된다.Here, the
그 결과, 미러(830a)는 인접한 하부 지지대의 중앙에 있는 미러와 입사광의 파장이 λ일 때 λ/4의 배수배의 단차를 형성하여 회절광을 발생시키게 된다. 즉, 복수의 하부 지지대에 있는 미러가 모여 회절형 광변조기를 형성하게 된다.As a result, the
도 6a ~6f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조 과정의 측단면도이다.6A to 6F are side cross-sectional views of a manufacturing process of a diffractive thin film piezoelectric micromirror having a depression according to a first embodiment of the present invention.
도 6a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601)를 준비하고, 이온 주입(ion implantation) 등으로 표면으로부터 이격 공간을 형성하기를 원하는 깊이로부터 일정 깊이로 하부 보호층(602)을 형성한다.Referring to FIG. 6A, a
다음으로, 도 6b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601) 위에 이격 공간의 폭의 양쪽 경계를 정의하는 측벽 보호층(604)를 형성하기 위해 해당 양쪽 경계 부분이 노출되어 있는 이온 노출 마스크(603)를 적층한다.Next, referring to FIG. 6B, an
이러한 이온 노출 마스크(603)는 B, Al, Ga 등의 이온을 주입하는 경우에 노출된 부분으로만 B, Al, Ga 등의 이온이 주입되어 원하는 이격 공간의 경계를 형성할 수 있도록 하며 이러한 과정을 거쳐 형성된 측벽 보호층(604)이 도 6b에 도시되어 있다.When the
이온 주입은 도핑시키고자 하는 물질을 이온화시킨 후에 가속시켜 크게 증가된 운동에너지를 갖게 하여 실리콘 웨이퍼(601)의 표면에 강제 주입시키는 기술로, 열 확산에 비하여 수평 방향으로의 도핑이 크게 감소하는 결과를 가져와 직접도 향 상에 이익을 가져다준다.Ion implantation is a technique of ionizing a material to be doped and then accelerating it to have a greatly increased kinetic energy and forcing it into the surface of the
일반적으로 이온주입은 1) 주입된 이온 농도의 정확한 조절, 2)수평 방향 분포 감소로 소형 크기의 소자 제작 가능, 3)질량 분석기 이용으로 고순도 불순물 주입 가능, 4) 중첩 이온 주입을 통한 농도 분포 다양화, 5)도핑 농도 균일성, 6)저온 공정이므로 감광막을 마스크로 사용 가능, 7)불순물 감소 등의 이점이 있다.In general, ion implantation can be achieved by 1) precise control of implanted ion concentration, 2) miniaturization of devices with reduced horizontal distribution, 3) high-purity impurity implantation using mass spectrometers, and 4) diverse concentration distribution through overlapping ion implantation. 5) doping concentration uniformity, 6) low temperature process, photoresist film can be used as a mask, 7) impurities are reduced.
이온을 주입하는 장치는 일반적으로 이온 소스, 가속기, 질량분석기, 집속 렌즈, x-y 편향 장치 및 웨이퍼 탑제실 등으로 구성되어 있다. 이온 소스는 주입시키기를 원하는 이온을 얻는 곳이며, 발생된 이온은 전계에 의하여 가속되고 질량분석기를 지나면 주입시키고자 하는 이온만이 분리되어 진행하게 된다. 실리콘 웨이퍼(601)에 균일하게 주사되게 하기 위하여서는 이온을 편향시키면서 주사해야 하므로 이를 위한 편향장치가 필요하며, 빔의 폭을 조절하는 집속렌즈가 있다. 이온 주입되어질 목표물인 실리콘 웨이퍼 탑재실과 전체적인 이온 전류를 측정하여 주입된 이온 도즈를 알 수 있는 전류 측정 장치가 필요하다.The ion implantation apparatus generally comprises an ion source, an accelerator, a mass spectrometer, a focusing lens, an x-y deflector, a wafer top chamber, and the like. The ion source is a source for obtaining the ions to be implanted, and the generated ions are accelerated by the electric field and after the mass spectrometer, only the ions to be implanted are separated and proceed. In order to scan the
이온 주입 장치는 10-5~10-7 Torr 영역의 진공상태에서 동작되어진다. 이온 주입 시스템은 이온 전류 및 에너지 크기에 따라 증전류 이온 주입기, 고전류 이온 주입기, 선 주입 이온 주입기, 고 에너지 이온 주입기로 구분된다.The ion implantation apparatus is operated under vacuum in the range of 10 −5 to 10 −7 Torr. The ion implantation system is divided into a boost current ion implanter, a high current ion implanter, a line implantation ion implanter, and a high energy ion implanter according to the ion current and energy magnitude.
여기에서는 측벽 보호층(604)을 형성하기 위해 주입되는 이온 농도는 1018 ~1021개/cm3 의 고농도 도핑이며 위에서 처럼 B, Al, Ga 등의 3족 원소를 도핑하면 P형 고농도 이온 주입층이 형성되고 5족 원소를 사용하면 n형 고농도 이온 주입층 이 형성된다.In this case, the ion concentration implanted to form the sidewall
도 6c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601) 상에 원하는 측벽 보호층(604)를 형성하기 위해서 이온 주입 장치에 의한 이온 주입이 완료되면, 이온 노출 마스크(603)를 제거한다.Referring to FIG. 6C, when the ion implantation by the ion implantation apparatus is completed to form the desired
그리고, 도 6d를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(601) 상에 압전 재료를 지지하기 위한 하부 지지대(605)를 증착하며, 이때 하부 지지대(605)를 구성하는 재료로는 실리콘 산화물(일예로 SiO2 등), 실리콘 질화물 계열(일예로 Si3N4 등), 세라믹 기판(Si, ZrO2, Al2O3 등), 실리콘 카바이드 등이 될 수 있다. 이러한 하부 지지대(605)는 필요에 따라 생략할 수 있다.6D, a
또한, 도 6d를 참조하면, 하부 지지대(605) 위에 압전층(610)을 증착하게 되는데, 먼저 압전층(610)을 구성하는 하부 전극(611)을 형성하며, 이때 하부 전극(611)의 전극재료로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등이 사용될 수 있으며, 0.01~3㎛ 범위에서 스퍼터링(sputter) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 형성한다.In addition, referring to FIG. 6D, the
그리고, 도 6d를 참조하면, 하부 전극(611) 위에 압전 재료(612)를 습식(스크린 프린팅, 졸-겔 코팅 등) 및 건식 방법(스퍼터링, 증착(Evaporation), 기상 증착(Vapor Deposition) 등)으로 0.01~20.0㎛ 범위에서 형성한다. 그리고, 사용되는 압전재료(612)는 상하 압전재료와 좌우 압전 재료를 모두 사용가능하며, PzT, PNN-PT, ZnO 등의 압전재료를 사용할 수 있으며, Pb, Zr, Zn 또는 타이타늄등을 구비하는 압전 전해 재료를 포함할 수 있다.6D, the
또한, 도 6d를 참조하면, 압전 재료(612)위에 상부 전극(613)을 형성하며, 이때 사용되는 전극재료는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등이 사용될 수 있고, 0.01~3㎛ 범위에서 스퍼터링(sputter) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 형성한다. 6D, the
다음으로, 도 6d를 참조하면, 상부 전극(613) 위에 마이크로 미러(614)를 부착하며, 그 재료로는 Ti, Cr, Cu, Ni, Al, Au, Ag, Pt, Au/Cr 등등의 광반사 물질이 사용된다.Next, referring to FIG. 6D, the
이때, 상부 전극층(613)을 마이크로 미러로 사용하던가 아니면 별도의 마이크로 미러(614)를 상부 전극층(613)에 증착할 수 있다.In this case, the
도 6e를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이 형성된 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성하기 위해서는 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 마이크로미러(614), 상부전극(613), 압전 재료(612), 하부 전극(611), 하부 지지대(605)를 에칭하여 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한다. Referring to FIG. 6E, in order to form the diffractive thin film piezoelectric micromirror array from the matrix of the diffractive thin film piezoelectric micromirror array formed as described above, the
도 6f를 참조하면, 이후에, 희생층(620)을 에칭하게 되며, 그 결과 희생층(620)이 에칭된 부분에 이격 공간이 형성되어 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 상하 구동이 가능하도록 한다.Referring to FIG. 6F, the
여기에서는, 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한 후에, 희생층(620)을 제거하는 과정을 설명하였지만, 희생층(620)을 제거한 후에 마이크로 미러 어레이를 형성할 수도 있 다.Here, the process of removing the
즉, 먼저 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 희생층(620)을 에칭한 후에 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 마이크로미러(614), 상부전극(613), 압전 재료(612), 하부 전극(611), 하부 지지대(605)를 에칭하여 마이크로 미러 어레이를 형성한다.That is, first, after the
도 7a ~7g는 본 발명의 제2 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조 과정의 측단면도이다. 도 7a 내지 도 7g의 본 발명의 제2 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조방법이 도 6a 내지 도 6f의 제조 방법과 다른 점은 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 압전층이 이격 공간 위에 위치한다는 점이다. 따라서, 이러한 구조의 회절형 박막 압전 마이크로 미러를 제작하기 위해서는 희생층(720)을 제거하기에 앞서 이격 공간을 벗어난 부분에 있는 압전층(710)을 에칭하여 제거할 필요가 있다.7A to 7G are side cross-sectional views of a manufacturing process of a diffractive thin film piezoelectric micromirror having a depression according to a second embodiment of the present invention. The method of manufacturing the diffractive thin film piezoelectric micromirror having the recessed portion according to the second embodiment of the present invention of FIGS. 7A to 7G differs from the manufacturing method of FIGS. 6A to 6F. Is located above the space. Therefore, in order to fabricate the diffractive thin film piezoelectric micromirror having such a structure, it is necessary to etch and remove the
도 7a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(701)를 준비하고, 이온 주입(ion implantation)으로 표면으로부터 이격 공간을 형성하기를 원하는 깊이로부터 일정 깊이로 하부 보호층(702)을 형성한다.Referring to FIG. 7A, a
다음으로, 도 7b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(701) 위에 이격 공간의 폭의 양쪽 경계를 정의하는 측벽 보호층을 형성하기 위해 해당 양쪽 경계 부분이 노출되어 있는 이온 노출 마스크(703)를 적층한다.Next, referring to FIG. 7B, an
이러한 이온 노출 마스크(703)는 B, Al, Ga 등의 이온을 주입하는 경우에 노출된 부분으로만 이온이 주입되어 원하는 이격 공간의 경계를 형성할 수 있도록 하며 이러한 과정을 거쳐 형성된 측벽 보호층(704)이 도 7b에 도시되어 있다. 여기에서 측벽 보호층(704)를 형성하기 위해서 B, Al, Ga 등의 3족 원소를 예로 들었지만 5족 원소도 가능하며 3족 원소인 경우에는 p형 고농도 이온주입층이 형성되고 5족 원소인 경우에는 n형 고농도 이온주입층이 형성된다.When the
도 7c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(701) 상에 원하는 측벽 보호층(704)를 형성하기 위해서 이온 주입 장치에 의한 이온 주입이 완료되면, 이온 노출 마스크(703)를 제거한다.Referring to FIG. 7C, when the ion implantation by the ion implantation apparatus is completed to form the desired
그리고, 도 7d를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(701) 상에 압전 재료를 지지하기 위한 하부 지지대(705)를 증착하고, 하부 지지대(705) 위에 압전층(710)을 증착하게 되는데, 먼저 압전층(710)을 구성하는 하부 전극(711)을 형성하고, 하부 전극(711) 위에 압전 재료(712)를 그리고, 압전 재료(712)위에 상부 전극(713)을 형성하며, 상부 전극(713) 위에 마이크로 미러(714)를 부착한다.Referring to FIG. 7D, a
그리고, 도 7e를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이 형성된 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성하기 위해서는 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 마이크로미러(714), 상부전극(713), 압전 재료(712), 하부 전극(711), 하부 지지대(705)를 에칭하여 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한다.Referring to FIG. 7E, in order to form the diffractive thin film piezoelectric micromirror array from the matrix of the diffractive thin film piezoelectric micromirror array formed as described above, after the patterning is performed using a mask layer such as a photo resist, the micromirror ( 714, the
도 7f를 참조하면, 이후에, 이격 공간 위에 존재하는 압전층(710)을 제외하고 이격 공간 위로부터 벗어난 부분에 있는 압전층(710)을 제거하여 압전층(710)이 이격 공간 위에만 위치하도록 한다.Referring to FIG. 7F, after that, except for the
도 7g를 참조하면, 이후에, 희생층(720)을 에칭하게 되며, 그 결과 희생층(720)이 에칭된 부분에 이격 공간이 형성되어 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 상하 구동이 가능하도록 한다.Referring to FIG. 7G, the
여기에서는, 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한 후에, 희생층(720)을 제거하는 과정을 설명하였지만, 희생층(720)을 제거한 후에 마이크로 미러 어레이를 형성할 수도 있다.Here, the process of removing the
즉, 먼저 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 희생층(720)을 에칭한 후에 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 마이크로미러(714), 상부전극(713), 압전 재료(712), 하부 전극(711), 하부 지지대(705)를 에칭하여 마이크로 미러 어레이를 형성한다.That is, first, the
도 8a ~8h는 본 발명의 제3 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조 과정의 측단면도이다. 도 8a 내지 도 8h의 본 발명의 제3 실시예에 따른 함몰부를 가진 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 제조방법이 도 6a 내지 도 6f의 제조 방법과 다른 점은 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 압전층이 이격 공간으로부터 좌우측에 위치한다는 점이다. 따라서, 이러한 구조의 회절형 박막 압전 마이크로 미러를 제작하기 위해서는 희생층(820)을 제거하기에 앞서 이격 공간에 위치한 부분에 있는 압전층(810)을 에칭하여 제거할 필요가 있다.8A to 8H are side cross-sectional views of a manufacturing process of a diffractive thin film piezoelectric micromirror having depressions according to a third embodiment of the present invention. The method of manufacturing the diffractive thin film piezoelectric micromirror having the recessed portion according to the third embodiment of the present invention of FIGS. 8A to 8H is different from that of the manufacturing method of FIGS. 6A to 6F. It is located left and right from the space. Therefore, in order to fabricate the diffractive thin film piezoelectric micromirror having such a structure, it is necessary to etch and remove the
도 8a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(801)를 준비하고, 이온 주입(ion implantation)으로 표면으로부터 이격 공간을 형성하기를 원하는 깊이로부터 일정 깊이로 하부 보호층(802)을 형성한다.Referring to FIG. 8A, a
다음으로, 도 8b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(801) 위에 이격 공간의 폭의 양쪽 경계를 정의하는 측벽 보호층(804)을 형성하기 위해 해당 양쪽 경계 부분이 노출되어 있는 이온 노출 마스크(803)를 적층한다.Next, referring to FIG. 8B, an
이러한 이온 노출 마스크(803)는 B, Al, Ga 등의 이온을 주입하는 경우에 노출된 부분으로만 이온이 주입되어 원하는 이격 공간의 경계를 형성할 수 있도록 하며 이러한 과정을 거쳐 형성된 측벽 보호층(804)이 도 8b에 도시되어 있다. When the
도 8c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(801) 상에 원하는 측벽 보호층(804)를 형성하기 위해서 이온 주입 장치에 의한 이온 주입이 완료되면, 이온 노출 마스크(803)를 제거한다.Referring to FIG. 8C, when the ion implantation by the ion implantation apparatus is completed to form the desired
그리고, 도 8d를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(801) 상에 압전 재료를 지지하기 위한 하부 지지대(805)를 증착하고, 하부 지지대(805) 위에 압전층(810)을 증착하게 되는데, 먼저 압전층(810)을 구성하는 하부 전극(811)을 형성하고, 하부 전극(811) 위에 압전 재료(812)를 그리고, 압전 재료(812)위에 상부 전극(813)을 형성한다. 이때, 마이크로 미러를 부착할 필요가 없는데, 그 이유는 이격 공간 위에 존재하는 압전층(810)을 제거하고 하부 지지대(805) 위에 마이크로 미러(830)을 형성하기 때문이다.8D, a
그리고, 도 8e를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이 형성된 회절형 박막 압 전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성하기 위해서는 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 상부전극(813), 압전 재료(812), 하부 전극(811), 하부 지지대(805)를 에칭하여 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한다.8E, in order to form the diffractive thin film piezoelectric micromirror array from the matrix of the diffractive thin film piezoelectric micromirror array formed as described above, the upper electrode after patterning using a mask layer such as a photo resist. 813, the
도 8f를 참조하면, 이후에, 이격 공간 위에 존재하는 압전층(810)을 제거하여 압전층(810)이 이격 공간으로부터 좌우측에 위치하도록 한다.Referring to FIG. 8F, afterwards, the
도 8g를 참조하면, 압전층(810)이 제거된 하부 지지대(805) 위에 마이크로 미러(830)을 적층하며, 입사되는 빛이 반사되도록 한다. 여기에서는 마이크로 미러(830)을 이격 공간 위에만 적층하였으나 압전층(810)의 전부에 적층할 수도 있다.Referring to FIG. 8G, the
도 8h를 참조하면, 이후에, 희생층(820)을 에칭하게 되며, 그 결과 희생층(820)이 에칭된 부분에 이격 공간이 형성되어 회절형 박막 압전 마이크로 미러의 상하 구동이 가능하도록 한다.Referring to FIG. 8H, the
여기에서는, 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체로부터 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이를 형성한 후에, 희생층(820)을 제거하는 과정을 설명하였지만, 희생층(820)을 제거한 후에 마이크로 미러 어레이를 형성할 수도 있다.Here, the process of removing the
즉, 먼저 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 희생층(820)을 에칭한 후에 회절형 박막 압전 마이크로 미러 어레이의 모체에서 포토 레이지스트 등의 마스크층을 사용하여 패터닝 한 후에 상부전극(813), 압전 재료(812), 하부 전극(811), 하부 지지대(805)를 에칭하여 마이크로 미러 어레이를 형성한다.
That is, first, the
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이온 주입을 사용하여 이격 공간을 형성함으로써 이격 공간의 폭을 원하는 정도로 정의할 수 있도록 하는 효과가 있다.According to the present invention as described above, it is effective to define the width of the separation space to a desired degree by forming the separation space using the ion implantation.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 회절형 박막 압전 마이크로 미러 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out the diffraction type thin film piezoelectric micromirror according to the present invention and a method for manufacturing the same, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the following claims. As will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention, the technical spirit of the present invention may be changed to the extent that various modifications can be made.
Claims (20)
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KR1020040089368A KR100815343B1 (en) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | Manufacture method of Diffractive thin-film piezoelectric micro-mirror and Manufacturing method thereof |
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2004
- 2004-11-04 KR KR1020040089368A patent/KR100815343B1/en not_active IP Right Cessation
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