KR100974480B1 - Ｍｅｍｓ 소자와 그 제조방법, 광변조소자, ｇｌｖ 디바이스와 그 제조방법 및 레이저 디스플레이 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 소자와 그 제조방법, 광변조소자, ｇｌｖ 디바이스와 그 제조방법 및 레이저 디스플레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 빔표면의 평활화를 도모하고, 성능의 향상을 도모한 MEMS소자와 그 제조방법을 제공한다. 또, 본 발명은 이 MEMS소자를 이용한 광변조소자, GLV 디바이스와 그 제조방법, 또한 이 GLV 디바이스를 이용한 레이저 디스플레이를 제공한다. 본 발명은 기판측 전극과, 기판측 전극에 대향하여 배치되고, 이 기판측 전극과의 사이에 움직이는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 구동측 전극을 가지고 이루어지는 빔을 갖추고, 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하여 MEMS소자를 구성한다.

Description

ＭＥＭＳ 소자와 그 제조방법, 광변조소자, ＧＬＶ 디바이스와 그 제조방법 및 레이저 디스플레이{MEMS device and its manufacturing method, optical modulator, GLV device and its manufacturing method, and laser display}
본 발명은 정전구동형 MEMS소자와 그 제조방법, GLV 디바이스와 그 제조방법, 광변조소자 및 레이저 디스플레이에 관한 것이다.
미세기술의 진전에 따라서, 소위 마이크로 머신(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems, 초소형전기적·기계적 복합체)소자 및 MEMS소자를 조립한 소형기기가 주목되고 있다.
MEMS소자는 실리콘이나 갈륨비소(GaAs) 등의 반도체 기판상에 절연막을 형성하여 이루어지는 기판, 글래스 기판이나 석영기판 등의 절연성 기판 등의 기판상에 미세구조체로서 형성되고, 기계적 구동력을 출력하는 구동체와, 구동체를 제어하는 반도체 집적회로등을 전기적으로 결합시킨 소자이다. MEMS소자의 기본적인 특징은 기계적 구조로서 구성되어 있는 구동체가 소자의 일부에 조립되어 있으며, 구동체의 구동은 전극간의 쿨롱의 힘 등을 응용하여 전기적으로 행해진다.
도 13 및 도 14는 광의 반사나 회절을 이용하여, 광스위치, 광변조소자에 적용되는 광학MEMS소자의 대표적인 구성을 나타낸다.
도 13에 나타내는 광학MEMS소자(1)는 기판(2)과, 기판(2)상에 형성한 기판측 전극(3)과, 기판측 전극(3)에 대향하여 평행으로 배치한 구동측 전극(4)을 갖는 빔(들보)(6)과, 이 빔(6)의 일단을 지지하는 지지부(7)를 갖추어 이룬다. 빔(6)과 기판측 전극(3)과는 그 사이의 공극(8)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
기판(2)은 예를 들면 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs) 등의 반도체 기판상에 절연막을 형성한 기판, 석영기판이나 글래스기판과 같은 절연성 기판 등의 소요기판이 이용된다. 기판측 전극(3)은 불순물을 도핑한 다결정 실리콘막, 금속막(예를 들면 Cr증착막)등으로 형성된다. 빔(6)은 예를 들면 실리콘질화막(SiN막) 등의 절연막(5)과, 그 상면에 형성된 막두께 100nm정도의 예를 들면 Al막으로 이루어지는 반사막을 겸하는 구동측 전극(4)으로 구성된다. 이 빔(6)은 지지부(7)에 그 일단을 지지한, 소위 한쪽 지지형식으로 형성된다.
이 광학MEMS소자(1)에서는 기판측 전극(3)과 구동측 전극(4)에 주어지는 전위에 따라서, 빔(6)이 기판측 전극(3)과의 사이의 정전인력 또는 정전반발에 의해 변위하고, 예를 들면 도 13의 실선과 파선으로 나타내는 것같이, 기판측 전극(3)에 대하여 평행상태와 경사상태로 변위한다.
도 14에 나타내는 광학MEMS소자(11)는 기판(12)과, 기판(12)상에 형성한 기판측 전극(13)과, 기판측 전극(13)을 브리지형상으로 걸쳐진 빔(14)을 갖추어 이룬다. 빔(14)과 기판측 전극(13)과는 그 사이의 공극(10)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
빔(14)은 기판측 전극(3)을 브리지형상으로 걸어서 기판(12)상에 입각하는 예를 들면 SiN막으로 이루어지는 브리지 부재(15)와, 기판측 기판(13)에 대향하여 상호 평행하게 브리지부재(15)상에 설치된, 예를 들면 막두께 100nm정도의 Al막으로 이루어지는 반사막을 겸하는 구동측 전극(16)으로 구성된다. 기판(12), 기판측 전극(13), 빔(14) 등은 도 13에서 설명한 것과 동일의 구성, 재료를 채용할 수 있다. 빔(14)은 그 양단이 지지된 소위 브리지식으로 형성된다.
이 광학MEMS 소자(11)에서는 기판측 전극(13)과 구동측 전극(16)에 주어지는 전위에 따라서, 빔(14)이 기판측 전극(13)과의 사이의 정전인력 또는 정전반발에 의해 변위하고, 예를 들면 도 14의 실선과 파선으로 나타내는 것같이, 기판측 전극(3)에 대하여 평행상태와 오목상태로 변위한다.
이들 광학MEMS소자(1, 11)는 광반사막을 겸하는 구동측 전극(4, 16)의 표면에 광이 조사되고, 빔(4, 14)의 구동위치에 따라서, 그 광의 반사방향이 다른 것을 이용하여, 한 방향의 반사광을 검출하여 스위치기능을 가지게 한 광스위치로서 적용할 수 있다.
또, 광학MEMS소자(1, 11)는 광강도를 변조시키는 광변조소자로서 적용할 수 있다. 광의 반사를 이용하는 때는, 빔(4, 14)을 진동시켜서 단위 시간당의 일방향의 반사광량으로 광강도를 변조한다. 이 광변조소자는 소위 시간변조이다.
광의 회절을 이용하는 때는 공통의 기판측 전극(3, 13)에 대하여 복수의 빔(6, 14)을 병렬 배치하여 광변조소자를 구성하고, 공통의 기판측 전극(3, 13)에 대한 예를 들면 1개 거른 빔(6, 14)의 근접, 이간의 동작에 의해, 광반사막을 겸하는 구동측 전극의 높이를 변화시키고, 광의 회절에 의해 구동측 전극에서 반사하는 광의 강도를 변조한다. 이 광변조소자는 소위 공간변조이다.
도 15∼도 16은 종래의 MEMS소자의 제조방법을 나타낸다. 동도는 전술한 도 14에 나타내는 빔이 브리지식의 MEMS소자(11)에 적용한 경우이다.
먼저, 도 15a에 나타내는 것같이, 단결정 실리콘기판(31)을 준비한다. 다음에, 도 15b에 나타내는 것같이, 기판(31)의 일주면에 뒤의 기판측 전극과의 절연을 위한 절연막(32)을 형성한다. 예를 들면 산소분위기에서 950℃의 열처리에 의해 열산화막(SiO2막)(32)을 형성한다.
다음에, 도 15c에 나타내는 것같이, 절연막(32)상에 기판측 전극이 되는 예를 들면 다정질 실리콘막 또는 비정질 실리콘막에 의한 도전성막(33)을 형성한다. 예를 들면, 감압CVD법에 의해 실란(SiH4), 수소(H2)가스를 이용하여 진성다결정실리콘막 또는 진성비정질실리콘막을 형성한 후, 인(P)을 이온주입하거나, 또는 열확산에 의해 도입하고, 활성화처리를 행한다. 또는, 성막시에 포스핀(PH3)을 첨가함으로써 직접 도전성막(33)을 형성한다.
다음에, 도 15d에 나타내는 것같이, 도전성막(33)을 패터닝하여 기판측 전극(13)을 형성한다.
다음에, 도 15e에 나타내는 것같이, 기판측 전극(13)을 피복하도록 전면에 열산화(SiO2)막(34)을 형성한다. 예를 들면 산소분위기에서 950℃의 열처리를 행하는 열산화막(34)을 형성한다. 이 때, 하지의 기판측 전극(13)인 다결정 또는 비정질 실리콘의 결정성장이 촉진되고, 열산화막(34)의 표면요철이 크게 된다.
다음에, 도 16a에 나타내는 것같이, 전면에 예를들면 비정질 실리콘막에 의한 공극형성용의 희생층(35)을 형성한다.
다음에, 도 16b에 나타내는 것같이, 희생층(35)을 기판측 전극(13)에 대응하는 부분이 남고, 다른 부분이 제거되도록 패터닝한다.
다음에, 도 16c에 나타내는 것같이, 예를 들면 실리콘질화(SiN)막에 의해 브리지부재(15)를 형성하고, 이 브리지부재(15)의 기판측 전극(13)에 대응하는 부분상에 선택적으로 예를 들면 Al에 의한 구동측 전극(16)을 형성하여 브리지형상의 빔(14)을 형성한다.
다음에, 도 16d에 나타내는 것같이, 희생층(35)을 제거하고, 기판측 전극(13)과 빔(14)와의 사이에 공극(17)을 형성하여 정전구동형의 MEMS소자(11)를 얻는다.
최종적으로 빔(14)의 구동측 전극(16)의 막표면의 조도로서, 기판측 전극(13)의 형성시의 요철과, 열산화막(34)의 형성시에 성장한 요철과, 최표면의 Al막(구동측 전극(16))자신의 요철의 전부를 반영한 표면조도를 갖는 MEMS소자(11)가 된다.
도 17은 SLM(실리콘 라이트 머신)사(社)가 레이저 디스플레이용 광강도변환소자, 즉, 광변조기로서 개발한 GLV(Grating Light Valve) 디바이스의 구성을 나타낸다.
GLV디바이스(21)는 도 17a에 나타내는 것같이, 글래스 기판 등의 절연기판(22)상에 텅스텐, 티탄 등의 고융점 금속 및 그들의 질화막, 또는 폴리실 리콘 박막에 의한 공통의 기판측 전극(23)이 형성되고, 이 기판측 전극(23)에 교차하여 브리지형으로 거는 복수, 본 예에서는 6개의 빔(24)[241, 242, 243, 244, 245, 246] 이 병렬배치되어 이룬다. 기판측 전극(23) 및 빔(24)의 구성은 전술의 도 14에서 설명한 것과 동일 구성이다. 즉, 도 15b에 나타내는 것같이, 빔(24)에서는 예를 들면 SiN막에 의한 브리지부재(25)의 기판측 전극(23)과 평행하는 면상에 막두께 100nm정도의 Al막에 의한 반사막겸 구동측 전극(26)이 형성되어 이룬다.
브리지부재(25)와, 그 위에 설치된 반사막겸 구동측 전극(26)으로 이루어지는 빔(24)은 리본으로 통칭되고 있는 부위이다.
빔(24)의 반사막겸 구동측 전극(26)으로서 사용한 알루미늄막(Al막)은 (1) 비교적 용이하게 구성할 수 있는 금속일 것, (2) 가시광영역에서의 반사율의 파장분산이 작을 것, (3) Al막 표면에 생성한 알루미늄 자연산화막이 보호막으로 되어 반사면을 보호하는 것 등의 이유로부터, 광학부품재료로서 바람직한 금속이다.
또, 브리지부재(25)를 구성하는 SiN막(질화실리콘막)은 감압CVD법에 의해 성막된 SiN막이며, 그 강도, 탄성정수 등의 물리값이 브리지부재(25)의 기계적 구동에 대하여 적절한 것으로 선정되어 있다.
기판측 전극(23)과 반사막겸 구동측 전극(26)과의 사이에 미소 전압을 인가하면, 전술한 정전현상에 의해 빔(24)이 기판측 전극(23)에 향하여 근접하고, 또, 전압의 인가를 정지하면 이간하여 원래의 상태로 되돌린다.
GLV 디바이스(21)는 기판측 전극(23)에 대한 복수의 빔(24)의 근접, 이간의 동작(즉, 1개 거른 빔의 근접, 이간의 동작)에 의해, 광반사막겸 구동측 전극(26)의 높이를 교대로 변화시키고, 광의 회절에 의해 (6개의 빔(24)전체에 대하여 1개의 광스포트가 조사된다), 구동측 전극(26)에서 반사하는 광의 강도를 변조한다.
정전인력 및 정전반발력을 이용한 구동하는 빔의 역학적 특성은 CVD법등에서 성막되는 SiN막의 물성에 의해 거의 결정되고, Al막은 미러로서의 역할이 주이다.
그런데, 광의 반사나 회절을 이용한 광학 MEMS소자에 있어서, 광반사막겸 구동측 전극의 막표면의 조도(RMS)를 제어하는 것은 극히 중요하다. 왜냐하면, 막표면의 요철에 의해 광의 반사효율, 회절효율이 저하하고, 소자특성을 열화시키기 때문이다.
MEMS 소자에 있어서의 기판측 전극은 상술한 것같이 실리콘이나 갈륨비소 등의 반도체기판상에 절연막을 형성한 기판, 석영기판이나 글래스기판과 같은 절연성 기판 등의 소요기판상에 형성된다. 그 전극재료로서는 통상 불순물을 도핑한 다결정 실리콘막이나 금속막이 사용된다. 그렇지만, 이들 막을 형성하는 때, 결정입자가 발생하고, 표면에 막두께와 결정입자가 반영된 요철이 발생한다.
예를 들면 다결정 실리콘막은 통상 화학기상성장법(CVD법)으로 작성되지만, 그 분위기온도에 의해 결정입자가 수10nm ∼ 수μm정도로 크게 다른 것이 알려져 있다. 예를 들면 감압 CVD법에 의해 650℃정도로 막두께 300nm작성하면, 500nm ∼ 1μm정도의 결정입자가 발생하고, 그 때의 기판측 전극의 표면조도 RMS값은 10nm이상이 된다. 이 기판측 전극의 표면조도는 그 후의 막작성공정에 있어서 순차 상층의 막에 반영되고, 광학적으로 중요한 구동측 전극의 막표면에 확대전사 된다. 최종적으로 큰 표면요철을 갖는 광반사막겸 구동측 전극이 작성되게 된다.
600℃이하의 저온조건에서 형성하면, 결정석을 가지지 않는 비정질 실리콘이 얻어진다. 이 경우, 단막에 의한 표면조도는 거의 없지만, 그 후의 공정에서 고온조건을 필요로 할 때, 예를 들면 열산화막의 형성, 불순물 도핑후의 활성화처리, 실리콘질화(SiN)막 형성 등의 때, 비정질실리콘이 결정화하고, 결정입자를 갖는 다결정 실리콘이 된다. 이들 고온공정이 복수의 경우, 결정성장이 촉진되고, 최종적으로 표면에는 하지결정층을 반영한 요철을 갖는 막이 형성되게 된다.
상술한 것같이 기판측 전극을 다결정실리콘으로 형성한 경우, 도 18에 나타내는 것같이, 그 다결정실리콘막 표면의 요철이 확대하여 빔(Al/SiN 적층막)을 구성하는 구동측 전극(Al막) 4표면에 전사되고, 구동측 전극(4)을 미러로 하는 광반사율이 열화한다.
예를 들면, 알루미늄(Al)을 광반사막으로 하는 광학MEMS소자에 있어서, Al막의 반사율은 이상적인 벌크 Al막에서는 92%가 얻어진다. 그러나, 기판측 전극으로서 다결정실리콘막을 형성하고, 그후에 열산화막, SiN 막 등의 고온공정을 거쳐서, 최표면에 광반사막겸 구동측 전극이 되는 Al막을 형성한 경우, 그 빔표면의 반사율은 수%이상의 열화를 나타내고 85% 정도밖에 얻어지지 않는 것도 있다. 이때문에, 광학 MEMS소자의 특성의 개선책의 1개로서 표면조도의 평활화, 특히 하지의 기판측 전극을 평활화하는 기술이 강하게 요구되고 있었다.
본 발명은 빔표면의 평활화를 도모하고, 성능의 향상을 도모한 MEMS소자와 그 제조방법, 광학 MEMS소자, 광변조소자, GLV 디바이스와 그 제조방법 및 레이저 디스플레이를 제공하는 것이다.
본 발명에 관계되는 MEMS소자는 기판측 전극과, 기판측 전극에 대향하여 배치되고, 기판측 전극과의 사이에 움직이는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 구동측 전극을 가지고 이루어지는 빔을 갖추고, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성된 구성으로 한다.
본 발명에 관계되는 MEMS소자의 제조방법은 기판의 절연표면상에 단결정반도체층에 의한 기판측 전극을 형성하는 공정과, 기판측 전극상을 포함하여 절연막을 통하여 또는 통하지 않고 선택적으로 희생층을 형성하는 공정과, 희생층상에 구동측 전극을 갖는 빔을 형성하는 공정과, 희생층을 제거하는 공정을 갖는다.
상기 MEMS소자에 있어서, 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다. 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층으로 형성할 수 있다. 반도체 기판상에 절연층을 통하여 단결정 반도체층을 갖는 SOI기판을 이용하고, 기판측 전극은 이 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다.
본 발명의 MEMS소자에 있어서, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성되므로, 그 기판측 전극의 표면이 단결정 반도체층 표면의 대로 유지되고, 경면의 극히 평탄한 표면에 유지된다. 따라서, 기판측 전극상에 희생층, 빔등을 순차 퇴적하여 최종적으로 얻어지는 빔의 표면 및 이면은 평활화된다. 빔의 구동측 전극을 광반사막에 적용한 경우, 구동측 전극표면에서의 광반사율이 향상한다.
본 발명의 MEMS소자의 제조방법에서는, 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하므로, 그 후에 퇴적되는 희생층, 빔막의 표면도 평활성이 유지되고, 최종적으로 표면이 평활화된 빔을 갖는 MEMS소자를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 관계되는 광변조소자는 기판측 전극과, 기판측 전극에 대향하여 배치되고, 기판측 전극과의 사이에 움직이는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 광반사막겸 구동측 전극을 가지고 이루어지는 빔을 갖추고, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성된 구성으로 한다.
상기 광변조소자에 있어서, 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다. 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층으로 형성할 수 있다. 반도체 기판상에 절연막을 통하여 단결정 반도체층을 갖는 SOI기판을 이용하고, 기판측 전극은 이 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다.
본 발명의 광변조소자에서는, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성되므로, 그 기판측 전극의 표면이 단결정 반도체층 표면대로 유지되고, 경면의 극히 평탄한 표면에 유지된다. 따라서, 상술과 동일하게 최종적으로 얻어지는 빔의 광반사막겸 구동측 전극의 반사면은 평활화되고, 이것에 의해 광반사율이 향상하고, 광의 이용률이 향상한다.
본 발명에 관계되는 GLV 디바이스는 공통의 기판측 전극과, 공통의 기판측 전극에 대향하여 상호 독립으로 병렬 배치되고, 기판측 전극과의 사이에 움직이는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 광반사막겸 구동측 전극을 갖는 복수의 빔을 갖추고, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성된 구성으로 한다.
본 발명에 관계되는 GLV 디바이스의 제조방법은 기판의 절연표면상에 단결정반도체층에 의한 공통의 기판측 전극을 형성하는 공정과, 기판측 전극상을 포함하여 절연막을 통하여 또는 통하지 않고 선택적으로 희생층을 형성하는 공정과, 희생층상에 상호 독립으로 병렬 배치하는 광반사막겸 구동측 전극을 갖는 복수의 빔을 형성하는 공정과, 희생층을 제거하는 공정을 갖는다.
상기 GLV 디바이스에 있어서, 공통의 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다. 공통의 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층으로 형성할 수 있다. 반도체 기판상에 절연막을 통하여 단결정 반도체층을 갖는 SOI기판을 이용하고, 공통의 기판측 전극은 이 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다.
본 발명의 GLV 디바이스에 있어서, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성되므로, 그 기판측 전극의 표면이 단결정 반도체층 표면대로 유지되고, 경면의 극히 평탄한 표면에 유지된다. 따라서, 상술과 동일하게 최종적으로 얻어지는 빔의 광반사막겸 구동측 전극의 반사면은 평활화되고, 이것에 의해 광반사율이 향상하고, 광의 이용률이 향상한다.
본 발명의 GLV 디바이스의 제조방법에서는, 공통의 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하므로, 그 후에 퇴적되는 희생층, 빔막의 표면도 평활성이 유지되고, 최종적으로 표면이 평활화된 빔을 갖는 GLV 디바이스를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 관계되는 레이저 디스플레이는 레이저광원과, 이 레이저광원으로부터 출사된 레이저광의 광축상에 배치되고, 레이저광의 광강도를 변조하는 GLV 디바이스를 갖는 레이저 디스플레이이며, GLV 디바이스가 공통의 기판측 전극과, 공통의 기판측 전극에 대향하여 배치되고, 기판측 전극과의 사이에 움직이는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 광반사막겸 구동측 전극을 가지고 이루어지는 복수의 빔을 갖추고, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성된 구성으로 한다.
본 발명의 레이저 디스플레이에서는 레이저광의 광강도를 변조하는 GLV 디바이스에 있어서, 그 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하므로, 상술과 동일하게 복수의 빔의 광반사막겸 구동측 전극의 표면이 평활화된다. 따라서, 광반사율이 오르고, 레이저 디스플레이에 있어서의 광이용효율이 향상한다.
본 발명에 관계되는 정전구동형 MEMS소자에 의하면, 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하고, 기판측 전극의 표면을 단결정 반도체층의 경면레벨의 조도에 유지하므로, MEMS 소자에 현재화하고 있던 빔의 구동측 전극의 표면을 비약적으로 평활화할 수 있다. 따라서, MEMS소자의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다. SOI기판을 이용하여 그 단결정 반도체층으로 기판측 전극을 형성하는 때는, 기판측 전극의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔의 구동측 전극의 표면을 평활화할 수 있다. 에피택셜 성장층으로 기판측 전극을 형성하는 때도, 기판측 전극의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔의 구동측 전극의 표면을 평활화할 수 있다. 기판의 절연표면상에 형성한 단결정 반도체층으로 기판측 전극을 형성하는 때는, 기판측 전극의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔의 구동측 전극의 표면을 평활화할 수 있다.
본 발명에 관계되는 MEMS 소자의 제조방법에 의하면, 상술의 MEMS소자를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 MEMS소자를 광의 반사 또는 회절을 이용한 광변조소자에 적용한 때는, 그 광반사막겸 구동측 전극의 표면이 평활화하므로, 반사효율, 회절효율이 향상하여 광이용효율이 증가하고, 광변조소자로서의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 광변조소자에서 GLV 디바이스를 구성하는 때는 광이용효율이 높고, 특성, 성능이 향상한 GLV 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 GLV 디바이스의 제조방법에 의하면, 상기 GLV 디바이스를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 GLV 디바이스를 레이저 디스플레이에 조립하는 때는 광이용효율이 높고, 특성, 성능이 향상한 레이저 디스플레이를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관계되는 MEMS소자의 대표적인 일 실시의 형태를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 관계되는 MEMS소자의 대표적인 다른 실시의 형태를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 관계되는 MEMS소자의 구동측 전극의 평탄성을 나타내는 요부의 단면도이다.
도 4a∼e는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 일 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 1)이다.
도 5a∼b는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 일 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 2)이다.
도 6a∼d는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 1)이다.
도 7a∼c는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 2)이다.
도 8a∼d는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 1)이다.
도 9a∼d는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 2)이다.
도 10a∼b는 도 1의 MEMS소자의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타내는 제조공정도(그 3)이다.
도 11a는 본 발명에 관계되는 GLV 디바이스의 실시의 형태를 나타내는 구성도이고, 도 11b는 도 11a의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관계되는 레이저 디스플레이의 실시의 형태를 나타내는 구성도이다.
도 13은 종래의 설명에 제공하는 광학 MEMS소자의 대표적인 일 예이다.
도 14는 종래의 설명에 제공하는 광학 MEMS소자의 대표적인 다른 예이다.
도 15a∼e는 종래의 도 14의 MEMS소자의 제조방법의 예를 나타내는 제조공정도(그 1)이다.
도 16a∼d는 종래의 도 14의 MEMS소자의 제조방법의 예를 나타내는 제조공정도(그 2)이다.
도 17a는 종래의 GLV 디바이스를 나타내는 구성도이고, 도 17b는 도 17a의 GLV 디바이스의 단면도이다.
도 18은 종래의 광학 MEMS소자의 구동측 전극의 요철을 나타내는 요부의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 관계하는 정전구동형 MEMS 소자의 대표적인 일 실시의 형태를 나타낸다.
본 실시의 형태에 관계되는 MEMS소자(41)는 다음과 같이 구성된다. 반도체 기체상에 절연막을 형성하여 이루어지는 기판, 혹은 글래스, 석영 등에 의한 절연성기판, 본 예에서는 반도체기판(42)상에 절연막(43)을 형성한 기체(44)가 설치된다. 이 절연막(43)상에 단결정 반도체층으로 이루어지는 기판측 전극(45)이 형성된다. 이 기판측 전극(45)과 공극(49)을 두고서 대향하여 기판측 전극(45)을 브리지형상으로 걸치는 정정구동형의 빔(들보)(46)이 배치되어 이룬다. 기판측 전극(45)과 빔(46)은 그 사이에 형성된 공극(49)에 의해 전기적으로 절연된다.
빔(46)은 기판측 전극(45)을 브리지형상으로 걸쳐서 기체(44)상에 입각하는 절연막으로 이루어지는 브리지부재(47)와, 기판측 전극(45)에 대향하여 상호 평행하게 브리지부재(47)상에 설치된 구동측 전극(48)으로 구성된다. 빔(46)은 소위 브리지식으로 구성된다. 또한, MEMS소자(41)에는 이 구동을 제어하는 반도체 집적회로등이 일부에 조립되어 있다.
반도체기판(42)은 단결정반도체기판, 예를 들면 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 등의 기판을 이용할 수 있다. 절연막(43)은 예를 들면 실리콘산화(SiO2)막으로 형성할 수 있다. 기판측 전극(45)으로 이루어지는 단결정반도체층은 예를 들면 실리콘 단결정층으로 형성할 수 있다.
SOI(silicon(semiconductor) on insulator)기판을 사용하고, 그 단결정 반도체층으로 기판측 전극(45)을 형성할 수 있다. 또, 기판측 전극(45)은 에피택셜 성장층으로 형성할 수 있다.
브리지부재(47)는 실리콘질화(SiN)막, 실리콘산화((SiO2)막 등의 절연체, 본 예에서는 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다. 빔(46)은 예를 들면, 실리콘질화막, 실리콘 산화막 등의 절연막, 본 예에서는 강도, 탄성정수 등의 물성치가 빔의 기계적 구동에 대하여 적절한, 실리콘 질화막(47)과 그 위의 구동측 전극(48)과의 적층막으로 형성된다. 구동측 전극(48)으로서는, Ag막, 알루미늄(Al)을 주성분으로 하는 Al막, 혹은 티탄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 등의 어느 고 융점 금속막, 등을 이용할 수 있다.
본 실시의 형태에 관계하는 MEMS소자(41)에 의하면, 기판측 전극(45)을 단결정실리콘층으로 형성하므로, 기판측 전극(45)의 표면은 단결정실리콘층의 경면레벨의 조도에 유지되고, 극히 평활한 표면에 유지된다. 따라서, 제조공정에 있어서, 이 기판측 전극(45)상에 희생층, 빔(46)을 구성하는 SiN막의 브리지부재(47) 및 구동측 전극(48)을 순차 형성하여도, 빔(46)의 표면(46a) 혹은 빔(46)의 기판측 전극(45)과 대향하는 이면(46b)을 평활화할 수 있다. 특히, 구동측 전극(48)측의 표면(46a)은 구동측 전극(48)을 구성하는 막의 결정그레인에 의한 요철만이 반영된 평활표면이 달성된다. 예를 들면 구동측 전극(48)을 Al막으로 형성하는 때는 Al막 표면은 Al막의 결정입자에 의한 요철만이 반영되게 된다. 그 결과, 도 3에 나타내는 것같이, 평활성이 양호한 구동측 전극(48)을 형성할 수 있다.
SOI기판을 이용하여 그 단결정 반도체층, 예를 들면 단결정 실리콘층으로 기판측 전극(45)을 형성하는 때는, 기판측 전극(45)의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔(46)의 구동측 전극(48)의 표면을 평활화할 수 있다.
에피택셜 성장층으로 기판측 전극(45)을 형성하는 때도, 기판측 전극(45)의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔(46)의 구동측 전극(48)의 표면을 평활화할 수 있다.
이 MEMS소자(41)를 광학MEMS소자에 적용한 경우에는 이 구동측 전극(48)의 표면이 광반사면(소위 미러면)으로 되고, 반사효율, 회절효율이 향상하고 반사광의 광이용률이 증가하고, 온·오프제어할 수 있는 광스위치, 광강도를 변조하는 광변 조소자 등의 광소자로서의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 4∼도 5는 상술의 MEMS소자(41)의 제조방법의 일 실시의 형태를 나타낸다.
먼저, 도 4a에 나타내는 것같이, 단결정실리콘기판(52)상에 절연층의 예를 들면 실리콘산화(SiO2)층(53)을 통하여 단결정실리콘층(54)을 가진, 소위 SOI(silicon on insulator)기판(51)을 준비한다. 이 시점에서 이미 하지기판(52)과 뒤에 기판측 전극으로 이루어지는 표면의 단결정실리콘층(54)은 실리콘 산화층(53)에서 절연되어 있기때문에, 하지기판과 단결정 실리콘층을 절연하기 위한 산화막 형성은 불필요하다.
다음에, 도 4b에 나타내는 것같이, SOI기판(51)의 표면의 경면이 된 단결정실리콘층(54)에, 제 1도전형의 불순물(55)을 도입하고, 활성화처리하여 도전성의 단결정실리콘층(54)을 형성한다. 본 예에서는 단결정실리콘층(54)에 인(P)(55)을 이온주입, 또는 열확산에 의해 도입하고, 활성화처리를 행한다. 활성화처리는 800℃∼1000℃ 정도의 고온조건에서 열처리한다. 실리콘층(54)은 단결정층이기때문에, 그 표면은 경면(Si)레벨의 평활성이 유지된다.
다음에, 도 4c에 나타내는 것같이, 도전성의 단결정실리콘층(54)을 패터닝하여 단결정실리콘층에 의한 기판측 전극(45)을 형성한다.
다음에, 이 기판측 전극(45)상에 절연막을 통하거나 혹은 통하지 않고 공극형성용의 희생층을 형성한다. 본 예에서는 희생층으로서 비정질실리콘층을 이용하므로 기판측 전극(45)의 보호막이 되는 절연막을 형성한다.
즉, 도 4d에 나타내는 것같이, 단결정실리콘으로 이루어지는 기판측 전극(45)의 표면을 포함하는 전면에 열산화막, 예를 들면 950℃로 산화분위기에 의해 열산화막(SiO2막)(56)을 형성한다. 이 때도 하지가 단결정 실리콘의 기판측 전극(45)인 열산화막(56)에 요철을 발생하지 않고, 경면 Si레벨의 평활성이 유지된다.
다음에, 도 4e에 나타내는 것같이, 전면에 공극형성용의 희생층, 본 예에서는 비정질 실리콘막으로 이루어지는 희생층(57)을 형성한다. 또한, 희생층(57)으로서는 비정질 실리콘막외, 다결정실리콘막, 포토레지스트막, 혹은 후술의 빔을 구성하는 부재와 에칭 레이트가 다른 절연막(예를 들면 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등)등을 이용할 수 있다.
기판측 전극(45)을 단결정실리콘으로 형성하고, 희생층(57)을 포토레지스트막, 실리콘산화막, 실리콘 질화막 등으로 형성하는 때는, 보호막으로서의 상기 절연막(56)을 생략할 수 있다.
다음에, 도 5a에 나타내는 것같이, 희생층(57)을 적어도 기판측 전극(45)상을 남아서 타부를 제거하도록 패터닝한다. 본 예에서는 희생층(57)을 기판측 전극(45)보다도 다소 크게 남기도록 패터닝한다.
다음에, 도 5b에 나타내는 것같이, 희생층(57)상을 덮도록 기판(51)의 절연층(53)상에 절연막, 본 예에서는 실리콘질화막(58)을 형성하고, 그 뒤에 패터닝하여 브리지부재(47)를 형성한다. 또한 브리지부재(47)의 기판측 전극(45)과 평행하는 부분상에 선택적으로 구동측 전극(48)을 형성하여 빔(46)을 형성한다.
다음에, 도 5c에 나타내는 것같이, 희생층인 비정질실리콘층(57)을 XeF2가스에 의한 가스에칭에 의해 제거하고, 기판측 전극(45)과 빔(46)의 사이에 공극(49)을 형성하여, 목적의 정전구동형의 MEMS소자(41)를 얻는다.
본 실시의 형태에 관계하는 MEMS소자(41)의 제조방법에 의하면, SOI기판(51)을 이용하여, 그 단결정실리콘층(54)에 불순물(55)을 도입하여 도전성을 갖는 단결정 실리콘층(54)으로 하고, 이 단결정 실리콘층(54)에서 기판측 전극(45)을 형성하므로, 기판측 전극(45)의 표면은 단결정실리콘층(54)의 경면레벨에 유지되고, 요철이 없는 평활한 표면이 된다. 그 뒤, 희생층(57), 빔을 구성하는 브리지부재(47) 및 구동측 전극재료층을 순차 퇴적하고, 희생층(57)을 제거함으로서, 구동측 전극(48)이 평활화된 빔(46)을 갖는 MEMS소자(41)를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
기판측 전극(45)의 표면에 요철이 형성되지 않으므로, 그 후의 고온공정에 의해서도 막의 요철이 발생하지 않고, 평활한 빔(46)의 형성을 가능하게 한다. 이로 인해, 기판측 전극이 비정질 실리콘막이나 다결정 실리콘막으로 형성한 경우, 뒤의 고온공정에서 결정입자가 더욱 성장하고, 요철이 발생할 가능성이 있지만, 본 실시의 형태에서는 그와 같은 염려는 없다.
도 15∼도 16에 나타내는 종래의 제법에 비해, 기판과 절연하기 위한 산화막공정 및 기판측 전극이 되는 도전성층을 형성하기 위한 공정이 삭감되면, 공정전체에서 필요로 하는 마스크매수는 변하지 않으므로, MEMS소자의 제조코스트를 저가말 수 있다.
도 6 ∼ 도 7은 상술의 MEMS소자(41)의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타낸다.
본 실시의 형태는 도 6a에 나타내는 것같이, 단결정실리콘기판(52)상에 절연막의 예를 들면 실리콘산화(SiO2)층(53)을 통하여 이미 제 1도전형 불순물이 도입되고 저항률이 0.01∼수 10Ωcm정도인 단결정실리콘층(즉, 도전성의 단결정 실리콘층)(62)을 가진, 소위 SOI(silicon oninsulator)기판(61)을 준비한다. 단결정실리콘층(62)의 도전형은 p형, n형의 어느 것을 한정하는 것은 아니다. 하지기판(52)과 뒤에 기판측 전극이 되는 표면의 단결정실리콘층(62)은, 실리콘산화층(53)에서 절연되어 있기 때문에, 하지기판과 단결정실리콘층을 절연하기 위한 산화막형성은 불필요하다.
또, SOI기판(61)의 상부경면의 단결정실리콘층(62)은 전부 전극용으로서의 레벨까지 저저항화되어 있으므로, 새롭게 불순물을 도입할 필요가 없다.
이 이후는 전술의 도 4c∼도 5c의 공정과 동일하다.
즉, 도 6b에 나타내는 것같이, 단결정실리콘층(62)을 패터닝하여 단결정실리콘층에 의한 기판측 전극(45)을 형성한다.
다음에, 이 기판측 전극(45)상에 절연막을 통하거나 혹은 통하지 않고 전면에 공극형성용의 희생층을 형성한다. 본 예에서는 희생층으로서 비정질실리콘층을 이용하므로, 도 6c에 나타내는 것같이, 단결정실리콘으로 이루어지는 기판측 전극(45)의 표면을 포함하는 전면에 열산화막, 예를 들면 950℃로 산화분위기에 의해 열산화막(SiO2막)(56)을 형성한다. 이 때도 하지가 단결정 실리콘의 기판측 전극(45)이므로 열산화막(56)에 요철은 발생하지 않고, 경면Si레벨의 평활성이 유지된다.
다음에, 도 6d에 나타내는 것같이, 전술과 동일하게 전면에 공극형성용의 희생층, 본 예에서는 비정질 실리콘층으로 이루어지는 희생층(57)을 형성한다.
다음에, 도 7a에 나타내는 것같이, 희생층(57)을 적어도 기판층전극(45)상을 나머지 다른 부분을 제거하도록 패터닝한다. 본 예에서는 희생층(57)을 기판측 전극(45)보다도 다소 크게 남기도록 패터닝한다.
다음에, 도 7b에 나타내는 것같이, 희생층(57)상을 덮도록 기판(61)의 절연막(53)상에 절연막, 본 예에서는 실리콘 질화막(58)을 형성하고, 그 후에 패터닝하여 브리지부재(47)를 형성한다. 더욱이 브리지부재(47)의 기판측 전극(45)과 평행하는 부분상에 선택적으로 구동측 전극(48)을 형성하여 빔(46)을 형성한다.
다음에, 도 7c에 나타내는 것같이, 희생층인 비정질실리콘층(57)을 XeF2가스에 의한 가스에칭에 의해 제거하고, 기판측 전극(45)과 빔(46)과의 사이에 공극(49)을 형성하고, 목적의 정전구동형의 MEMS소자(41)를 얻는다.
본 실시의 형태에 관계하는 MEMS소자의 제조방법에 의하면, 이미 불순물 도입된 단결정 실리콘층(62)을 가진 SOI기판(61)을 이용하여, 그 단결정 실리콘층(62)에서 기판측 전극(45)을 형성하므로, 기판측 전극(45)의 표면은 단결정실리콘층(62)의 경면레벨에 유지되고, 요철이 없는 평탄한 표면이 된다. 그 후, 희생층(57), 빔을 구성하는 브리지부재(47) 및 구동측 전극재료층을 순차 퇴적하고, 희생층(57)을 제거함으로써, 구동측 전극(48)이 평활화된 빔(46)을 갖는 MEMS소자(41)를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다. 기판측 전극(45)의 표면에 요철이 형성되지 않으므로, 그 후의 고온공정에 의해서도 막의 요철이 발생하지 않고, 표면평활한 빔(46)의 형성을 가능하게 한다.
도 4 ∼도 5의 제법에 비해, 불순물(55)의 도입공정이 없는 만큼 더욱 공정이 삭감되고, MEMS소자의 제작코스트를 저감할 수 있다.
도 8∼도 10은 상술의 MEMS소자(41)의 제조방법의 다른 실시의 형태를 나타낸다.
먼저, 도 8a에 나타내는 것같이, 단결정 실리콘기판(66)을 준비한다. 또한, 기판(66)으로서는 이 외에 글래스, 석영, 알루미늄 등의 절연기판을 이용하여도 좋다.
다음에, 도 8b에 나타내는 것같이, 이 단결정 실리콘기판(66)의 표면에 그 후의 기판측 전극과의 절연을 위한 절연막(67)을 형성한다. 본 예에서는 950℃에서 산소분위기에 의해 열산화막(SiO2막)(67)을 형성한다. 절연기판을 이용하는 때는 이 절연막(67)의 형성은 불필요하다.
다음에, 도 8c에 나타내는 것같이, 절연막(67)(절연기판사용의 때는 절연기판)상에 에피택셜성장을 위한 종(種)이 되는 소위 씨드층(68)을 형성한다. 실리콘(Si)막에 대한 씨드층(67)의 재료로서는 예를 들면 카본, 니켈, 갈륨 등이 유효하다. 씨드층(67)은 CVD법, 스퍼터법 등에 의해 수 10nm 정도의 막두께로 형성한다.
다음에, 도 8d에 나타내는 것같이, 에피택셜 CVD장치에 의해, 씨드층(68)상 에 실리콘 에피택셜 성장층(69)을 형성한다. 그 후, 에피택셜 성장층(69)에 제 1도전형 불순물, 예를 들면 인(P)(70)을 이온주입 또는 열확산 등으로 도입하고, 도전성 Si 에피택셜 성장층으로 한다. 이 때, 성막재료가스인 SiH4, H2가스에 더하여, PH3를 동시에 첨가함으로써 도전성 Si 에피택셜 성장층(69)을 형성하여도 상관없다. 표면의 평활성을 얻기 위해 필요에 따라서 에피택셜 성장층(69)을 연마하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 9a에 나타내는 것같이, 에피택셜 성장층(69) 및 씨드층(68)을 패터닝하여 에피택셜 성장층(69)에 의한 기판측 전극(45)을 형성한다.
이 이후는 전술의 도 4d∼도 5c의 공정과 동일하다.
즉, 이 기판측 전극(45)상에 절연막을 통하여, 또는 통하지 않고 전면에 공극형성용의 희생층을 형성한다. 본 예에서는 희생층으로서 비정질실리콘층을 이용하므로, 도 9b에 나타내는 것같이, 에피택셜 성장층으로 이루어지는 기판측 전극(45)의 표면을 포함하는 전면에 열산화막, 예를 들면 950℃로 산소분위기에 의해 열산화막(SiO2막)(56)을 형성한다. 이 때도 하지가 단결정 실리콘의 기판측 전극(45)이므로 열산화막(56)에 요철은 발생하지 않고, 경면Si레벨의 평활성이 유지된다.
다음에, 9c에 나타내는 것같이, 전면에 공극형성용의 희생층, 본예에서는 비정질 실리콘층으로 이루어지는 희생층(57)을 형성한다.
다음에, 도 9d에 나타내는 것같이, 희생층(57)을 적어도 기판측 전극(45)상을 남기고 타부를 제거하도록 패터닝한다. 본 예에서는 희생층(57)을 기판측 전 극(45)보다도 다소 크게 남기도록 패터닝한다.
다음에, 10a에 나타내는 것같이, 희생층(57)상을 덮도록 기판(66)의 절연막(64, 56)상에 절연막, 본 예에서는 실리콘 질화막(58)을 형성하고, 그 후에 패터닝하여 브리지부재(47)를 형성한다. 또한, 브리지부재(47)의 기판측 전극(45)과 평행하는 부분상에 선택적으로 예를 들면 Al에 의한 구동측 전극(48)을 형성하여 빔(46)을 형성한다.
다음에, 도 10b에 나타내는 것같이, 희생층인 비정질 실리콘층(57)을 XeF2가스에 의한 가스에칭에 의해 제거하고, 기판측 전극(45)과 빔(46)과의 사이에 공극(49)을 형성하고, 목적의 정전구동형의 MEMS소자(41)를 얻는다.
본 실시의 형태에 관계하는 MEMS소자의 제조방법에 의하면, 에피택셜 성장층(69)으로 기판측 전극(45)을 형성하므로, 기판측 전극(45)의 표면은 에피택셜 성장층(69)의 경면레벨에 유지되고, 요철이 없는 평활한 표면으로 된다. 그 후, 희생층(57), 빔을 구성하는 브리지부재(47) 및 구동측 전극재료층을 순차 퇴적하고, 희생층(57)을 제거함으로써, 구동측 전극(48)이 평활화된 빔(46)을 갖는 MEMS소자(41)를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다. 기판측 전극(45)의 표면에 요철이 형성되지 않으므로, 그 후의 고온공정에 의해서도 막의 요철이 발생하지 않고, 표면평활한 빔(46)의 형성을 가능하게 한다.
도 15∼도 16에 나타내는 종래의 제법에 비해, 기판과 절연하기 위한 산화막공정 및 기판측 전극이 되는 도전성층을 형성하기 위한 고정이 삭감되는 상, 공전전체에서 필요로 하는 마스크매수는 변하지 않으므로, MEMS소자의 제조코스트를 저 감할 수 있다.
도 2는 본 발명에 관계하는 정전구동형의 MEMS소자의 대표적인 다른 실시의 형태를 나타낸다. 본 예는 빔을 한쪽 지지 양식에 형성한 경우이다.
본 실시의 형태에 관계하는 MEMS소자(71)는 다음과 같이 구성된다. 전술과 동일하게, 반도체기판상에 절연막을 형성한 기판, 혹은 절연성기판, 본 예에서는 반도체기판(42)상에 절연막(43)을 형성한 기판(44)이 이용된다. 이 기판(44)상에 단결정 반도체층으로 이루어지는 기판측 전극(45)이 형성되고, 이 기판측 전극(45)에 대향하도록 일단을 절연성 지지부(72)에 지지된 정전구동형의 빔(73)이 배치되어 이룬다. 기판측 전극(45)과 빔(73)은 이 사이에 형성된 공극(74)에 의해 전기적으로 절연된다.
빔(73)은 절연막(75)과, 그 위의 구동측 전극(76)으로 구성된다. 절연지지부(72)는 실리콘질화(SiN)막, 실리콘산화(SiO2)막 등의 절연체, 본 예에서는 실리콘질화막으로 형성할 수 있다.
반도체기판(42), 절연막(43), 기판측 전극(45), 빔(73)을 구성하는 절연막(75) 및 구동측 전극(76)등은 전술의 도 1에서 설명한 것과 동일의 구성, 재료를 채용하므로, 상세 설명은 생략한다.
이 MEMS소자(71)는 전술의 도 4∼도 5, 혹은 도 6∼도 7 혹은 도 8∼도 10에 설명한 것과 동일의 공정으로 제조할 수 있다.
즉, SOI기판(51 또는 61)을 이용하여 그 단결정 반도체층의 예를 들면 단결정 실리콘층으로 기판측 전극(45)을 형성한 후, 혹은 에피택셜 성장층(69)으로 기판측 전극(45)을 형성한 후, 절연막(56)을 통하여 또는 통하지 않고 절연성지지부(72)를 형성하고, 공극형성용의 희생층(57)을 형성하고, 다음에 절연성 지지부(72)에 일단이 지지되도록 절연막(75) 및 구동측 전극(76)으로 이루어지는 빔(73)을 형성하고, 그 후에 희생층(57)을 제거함으로써, MEMS소자(71)를 제조할 수 있다.
본 실시의 형태에 관계하는 MEMS소자(71)에 있어서도, 전술과 동일하게, 기판측 전극(45)을 단결정 실리콘층으로 형성되므로, 빔(73)의 구동측 전극(76)의 표면(76a)은 평활화된다. 따라서, 광학MEMS소자에 적용한 경우, 이 구동측 전극(76)의 표면(76a)이 평활한 빔으로 되고, 반사효율, 회절효율이 향상하여 반사광의 광이용률이 증가하고, 온·오프제어할 수 있는 광스위치, 광강도를 변조하는 광변조소자 등의 광소자로서의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다.
상술의 MEMS소자(41, 71)는 광의 반사를 이용하는 광학MEMS소자와, 광의 회절을 이용하는 광학MEMS소자에 적용할 수 있다. 광의 반사를 이용하는 경우는, 기판측 전극(45)에 대하여 1개의 빔(46 또는 73)을 배치한 구성 혹은 공통의 기판측 전극(45)에 대하여 각각이 독립으로 구동하는 복수의 빔(56 또는 73)을 배치한 구성으로 할 수 있다. 광의 회절을 이용하는 경우는 공통의 기판측 전극(45)에 대하여 복수의 빔(46 또는 73)을 병렬 배치하여 구성할 수 있다.
상기 광학 MEMS소자를 이용하여 광변조소자를 구성할 수 있다.
본 실시의 형태의 광변조소자에 의하면, 반사효율, 회절효율이 향상하여 반사광의 광이용효율이 증가하고, 광변조소자로서의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 11은 본 발명에 관계되는 GLV 디바이스의 실시의 형태를 나타낸다.
본 실시의 형태에 관계되는 GLV 디바이스(81)는 다음과 같이 구성된다. 상술의 도 1에서 설명한 것과 동일한 것같이, 반도체 기판상에 절연막을 형성한 기판, 혹은 절연성 기판, 본 예에서는 실리콘 단결정기판상에 절연막을 형성한 기판(82)상에, 단결정반도체층, 예를 들면 단결정 실리콘층으로 이루어지는 공통의 기판측 전극(83)이 형성된다. 이 공통의 기판측 전극(83)에 대하여 브리지부재(84)와 금속막에 의한 구동측 전극(85)의 적층막으로 이루어지는 복수 본예에서는 6개의 빔(86[861, 862, 863, 864, 865, 866])을 병렬 배치하여 구성된다.
이 GLV 디바이스(86)는 전술과 동일하게 기판측 전극(83)에 대한 1개 거른 빔(86)의 근접, 이간의 동작에 의해 광반사막을 겸하는 구동측 전극(85)의 높이를 교대로 변화시키고, 광의 회절에 의해 구동측 전극(85)에서 반사하는 광의 강도를 변조한다.
이 GLV 디바이스(81)는 전술의 도 4 ∼ 도5, 도 6 ∼ 도7 또는 도 8 ∼ 도10의 제법을 이용하여 제조할 수 있다.
본 실시의 형태에 관계하는 GLV 디바이스(81)는 기판측 전극(83)을 단결정반도체층, 예를 들면 단결정실리콘층에 의해 형성하므로, 결과로서 빔(86)의 반사막을 겸한 구동측 전극(86)의 미러면의 광반사율을 향상시킬 수 있고, 광이용효율이 높은, 고성능의 GLV 디바이스를 제공할 수 있다.
도 12는 상술의 MEMS 소자를 적용한 광변조소자로서의 GLV 디바이스를 이용 한 광학장치의 일 실시의 형태를 나타낸다. 본 예에서는 레이저 디스플레이에 적용한 경우이다.
본 실시의 형태에 관계하는 레이저 디스플레이(91)는 예를 들면 대형스크린용 프로젝터, 특히 디지털 화상의 프로젝터로서 혹은 컴퓨터의 화상투영장치로서 이용된다.
레이저 디스플레이(91)는 도 12에 나타내는 것같이, 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 색의 레이저광원(92R, 92G, 92B)과, 각 레이저광원에 대하여 각각 광축 상에 순차, 설치된 미러(94R, 94G, 94B) 각 색조명광학계(렌즈군)(96R, 96G, 96B) 및 광변조소자로서 기능하는 GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)를 갖추고 있다.
레이저광원(92R, 92G, 92B)은 각각 예를 들면 R(파장 642nm, 광출력 약 3W), G(파장 532nm, 광출력 약 2W), B(파장 457nm, 광출력 약 1.5W)의 레이저를 출사한다.
또한, 레이저 디스플레이(91)는 GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)에 의해 각각 광강도가 변조된 적색(R)레이저광, 녹색(G)레이저광 및 청색(B)레이저광을 합성하는 색합성필터(100), 공간필터(102), 디퓨저(104), 미러(106), 갈바노 스캐너(108), 투영광학계(렌즈군)(110) 및 스크린(112)을 갖추고 있다. 색합성필터(100)는 예를 들면 다이크로익 미러로 구성된다.
본 실시의 형태의 레이저 디스플레이(91)는, 레이저광원(92R, 92G, 92B)에서 출사된 RGB 각 레이저광이 각각 미러(94R, 94G, 94B)를 경유하여 각 색조명광학계(96R, 96G, 96B)에서 각 GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)에 입사한다. 각 레이저광은 색분류된 화상신호이고, GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)에 동기 입력되도록 되어 있다.
또한, 각 레이저광은 GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)에 의해 회절됨으로써 공간변조되고, 이들 3색의 회절광이 색합성필터(100)에 의해 합성되고, 계속해서 공간필터(102)에 의해 신호성분만이 취출된다.
다음에, 이 RGB화상신호는 디퓨저(104)에 의해 레이저 스펙트럼이 저감되고, 미러(106)를 통하여 화상신호와 동기하는 갈바노 스캐너(108)에 의해 공간에 전개되고, 투영광학계(110)에 의해 스크린(112)상에 풀칼라 화상으로서 투영된다.
본 실시의 형태의 레이저 디스플레이(91)에서는, 광변조소자로서 도 11에 나타내는 구성의 GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)를 갖추므로, 사출되는 화상신호의 광속은 종래의 광변조소자를 이용한 레이저 디스플레이에 비해 향상한다. 신호의 광속이 향상하므로, 레이저 광원(92R, 92G, 92B)에서의 레이저광의 이용효율이 향상한다.
본 실시의 형태의 레이저 디스플레이(91)에서는, 각색의 레이저광원(92)에 대응하여, GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)를 갖추고 있지만, 본 발명에 관계되는 GLV 디바이스는 이 이외의 구성을 갖는 각종의 디스플레이에 대해서도 적용가능하다.
예를 들면, 광원을 백색으로 하는 한편에서, RGB 각각의 파장의 광만을 반사하여 (그 이외의 광은 회절한다) 각 색을 표시하도록 빔의 폭이 다른 광변조소자(98R, 98G, 98B)가 1화소를 구성하도록 하여도 좋다.
또, RGB의 화소 데이터로 이루어지는 화상정보에 동기한 칼라휠을 통하여 GLV 디바이스(98)에 단일의 광원에서의 백색광을 입사하도록 할 수도 있다.
더욱이, 예를 들면 단일의 GLV 디바이스(98)를 이용하여, RGB의 LED(발광다이오드)로부터의 광을 회절하고, 화소마다의 색의 정보를 재생하도록 구성하면, 간단한 핸디타입의 칼라디스플레이가 된다.
또, 본 발명에 관계하는 GLV 디바이스는 본 실시의 형태의 레이저 디스플레이와 같은 프로젝터류뿐 아니라, 광통신에 있어서의 WDM(Wavelength Division Multiplexing : 파장다중) 전송용 각종 디바이스, MUX(Multiplexer : 패럴렐 시리얼 변환기/분배화장치) 혹은 OADM(Optical Add/Drop Multiplexer), OXC(Optical Cross Connect) 등의 광스위치로서 이용할 수도 있다.
더욱이, 예를 들면 디지털 화상 등을 직화할 수 있는 미세묘화장치, 반도체노광장치나, 프린터 엔진 등, 그 외의 광학장치에도 적용할 수 있다.
또, 본 실시의 형태의 레이저 디스플레이(91)에서는 GLV 디바이스(98R, 98G, 98B)를 이용하여 공간변조를 행하는 레이저 디스플레이에 대하여 설명하였지만, 본 발명에 관계하는 GLV 디바이스는 위상, 광강도 등의 간섭·회절에 의해 변조가능한 정보의 스위칭을 행할 수 있고, 이들을 이용한 광학장치에 응용하는 것이 가능하다.
본 발명의 MEMS소자에 있어서, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성되므로, 그 기판측 전극의 표면이 단결정 반도체층 표면의 대로 유지되고, 경면의 극히 평탄한 표면에 유지된다. 따라서, 기판측 전극상에 희생층, 빔등을 순차 퇴적하 여 최종적으로 얻어지는 빔의 표면 및 이면은 평활화된다. 빔의 구동측 전극을 광반사막에 적용한 경우, 구동측 전극표면에서의 광반사율이 향상한다.
본 발명의 MEMS소자의 제조방법에서는, 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하므로, 그 후에 퇴적되는 희생층, 빔막의 표면도 평활성이 유지되고, 최종적으로 표면이 평활화된 빔을 갖는 MEMS소자를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 광변조소자에서는, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성되므로, 그 기판측 전극의 표면이 단결정 반도체층 표면대로 유지되고, 경면의 극히 평탄한 표면에 유지된다. 따라서, 상술과 동일하게 최종적으로 얻어지는 빔의 광반사막겸 구동측 전극의 반사면은 평활화되고, 이것에 의해 광반사율이 향상하고, 광의 이용률이 향상한다.
본 발명의 GLV 디바이스에 있어서, 공통의 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다. 공통의 기판측 전극은 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층으로 형성할 수 있다. 반도체 기판상에 절연막을 통하여 단결정 반도체층을 갖는 SOI기판을 이용하고, 공통의 기판측 전극은 이 단결정 반도체층으로 형성할 수 있다.
본 발명의 GLV 디바이스에 있어서, 기판측 전극이 단결정 반도체층으로 형성되므로, 그 기판측 전극의 표면이 단결정 반도체층 표면대로 유지되고, 경면의 극히 평탄한 표면에 유지된다. 따라서, 상술과 동일하게 최종적으로 얻어지는 빔의 광반사막겸 구동측 전극의 반사면은 평활화되고, 이것에 의해 광반사율이 향상 하고, 광의 이용률이 향상한다.
본 발명의 GLV 디바이스의 제조방법에서는, 공통의 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하므로, 그 후에 퇴적되는 희생층, 빔막의 표면도 평활성이 유지되고, 최종적으로 표면이 평활화된 빔을 갖는 GLV 디바이스를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 레이저 디스플레이에서는 레이저광의 광강도를 변조하는 GLV 디바이스에 있어서, 그 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하므로, 상술과 동일하게 복수의 빔의 광반사막겸 구동측 전극의 표면이 평활화된다. 따라서, 광반사율이 오르고, 레이저 디스플레이에 있어서의 광이용효율이 향상한다.
본 발명에 관계되는 정전구동형 MEMS소자에 의하면, 기판측 전극을 단결정 반도체층으로 형성하고, 기판측 전극의 표면을 단결정 반도체층의 경면레벨의 조도에 유지하므로, MEMS 소자에 현재화하고 있던 빔의 구동측 전극의 표면을 비약적으로 평활화할 수 있다. 따라서, MEMS소자의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다. SOI기판을 이용하여 그 단결정 반도체층으로 기판측 전극을 형성하는 때는, 기판측 전극의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔의 구동측 전극의 표면을 평활화할 수 있다. 에피택셜 성장층으로 기판측 전극을 형성하는 때도, 기판측 전극의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔의 구동측 전극의 표면을 평활화할 수 있다. 기판의 절연표면상에 형성한 단결정 반도체층으로 기판측 전극을 형성하는 때는, 기판측 전극의 표면이 경면레벨에 유지되므로, 빔의 구동측 전극의 표면을 평활화할 수 있다.
본 발명에 관계되는 MEMS 소자의 제조방법에 의하면, 상술의 MEMS소자를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 MEMS소자를 광의 반사 또는 회절을 이용한 광변조소자에 적용한 때는, 그 광반사막겸 구동측 전극의 표면이 평활화하므로, 반사효율, 회절효율이 향상하여 광이용효율이 증가하고, 광변조소자로서의 특성, 성능의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 광변조소자에서 GLV 디바이스를 구성하는 때는 광이용효율이 높고, 특성, 성능이 향상한 GLV 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 GLV 디바이스의 제조방법에 의하면, 상기 GLV 디바이스를 정밀도가 우수하고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 GLV 디바이스를 레이저 디스플레이에 조립하는 때는 광이용효율이 높고, 특성, 성능이 향상한 레이저 디스플레이를 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판측 전극(substrate side electrodes)과,
    상기 기판측 전극에 대향하여 배치되고, 상기 기판측 전극과의 사이에서 작용하는 정전인력(electrostatic attraction force) 또는 정전반발력(electrostatic repulsion force)에 의해 구동하는 구동측 전극(driving side electrodes)을 포함하여 이루어지는 빔(beam)을 구비하여 구성되며,
    상기 기판측 전극은, 기판(substrate)의 절연표면(insulation surface) 상에 형성된 단결정 반도체층(single-crystalline semiconductor layer)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판측 전극은, 상기 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층(epitaxial growth layer)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    반도체 기판상에 절연층을 통하여 단결정 반도체층을 가지는 SOI기판을 이용하여, 상기 단결정 반도체층으로 상기 기판측 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  5. 기판의 절연표면상에 단결정반도체층에 의한 기판측 전극을 형성하는 공정과, 상기 기판측 전극상을 포함하여 절연막을 통하여 또는 통하지 않고 선택적으로 희생층을 형성하는 공정과, 상기 희생층상에 구동측 전극을 갖는 빔을 형성하는 공정과, 상기 희생층을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS소자의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 기판측 전극을 에피택셜 성장층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS소자의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    반도체 기판상에 절연층을 통하여 단결정 반도체층을 갖는 SOI기판을 이용하고, 상기 단결정 반도체층으로 기판측 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS소자의 제조방법.
  8. 기판측 전극과,
    상기 기판측 전극에 대향하여 배치되고, 상기 기판측 전극과의 사이에서 작용하는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 구동측 전극을 포함하여 이루어지는 빔을 구비하여 구성되고,
    상기 기판측 전극은, 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 기판측 전극은, 상기 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  11. 제 8항에 있어서,
    반도체 기판상에 절연층을 통하여 단결정 반도체층을 가지는 SOI기판을 이용하여, 상기 단결정 반도체층으로 상기 기판측 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  12. 공통의 기판측 전극(common substrate side electrodes)과,
    상기 공통의 기판측 전극에 대향하여 상호 독립으로 병렬 배치되고, 상기 기판측 전극과의 사이에서 작용하는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 광반사막겸 구동측 전극(light reflective film cum driving side electrodes)을 가지는 복수의 빔을 포함하여 구성되고,
    상기 기판측 전극은, 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 GLV 디바이스.
  13. 삭제
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 기판측 전극은, 상기 기판의 절연표면상에 성장한 에피택셜 성장층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 GLV 디바이스.
  15. 제 12항에 있어서,
    반도체 기판상에 절연막을 통하여 단결정 반도체층을 가지는 SOI기판을 이용하여, 상기 단결정 반도체층으로 상기 공통의 기판측 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 GLV 디바이스.
  16. 기판의 절연표면상에 단결정반도체층에 의한 공통의 기판측 전극을 형성하는 공정과, 상기 기판측 전극상을 포함하여 절연막을 통하여 또는 통하지 않고 선택적으로 희생층을 형성하는 공정과, 상기 희생층상에 상호 독립으로 병렬 배치하는 광반사막겸 구동측 전극을 갖는 복수의 빔을 형성하는 공정과, 상기 희생층을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 GLV 디바이스의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 공통의 기판측 전극을 에피택셜 성장층으로 형성하는 것을 특징으로 하 는 GLV 디바이스의 제조방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    반도체 기판상에 절연층을 통하여 단결정 반도체층을 갖는 SOI기판을 이용하고, 상기 단결정 반도체층으로 상기 공통의 기판측 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 GLV 디바이스의 제조방법.
  19. 레이저광원(laser light beam source)과, 이 레이저광원으로부터 출사된 레이저광의 광축상에 배치되어 레이저광의 광강도(strength of the laser light beam)를 변조하는(modulate) GLV 디바이스를 가지는 레이저 디스플레이(laser display)에 있어서,
    상기 GLV 디바이스는,
    공통의 기판측 전극과,
    상기 공통의 기판측 전극에 대향하여 상호 독립으로 병렬 배치되고, 이 기판측 전극과의 사이에서 작용하는 정전인력 또는 정전반발력에 의해 구동하는 광반사막겸 구동측 전극을 가지는 복수의 빔을 포함하여 구성되고,
    상기 기판측 전극은, 기판의 절연표면상에 형성된 단결정 반도체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.
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