KR102343643B1 - 이중 soi를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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탈렌티스 주식회사
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Abstract

본 발명은 외부의 물리적인 힘의 작용 없이 자체적으로 고정 전극과 구동 전극 간에 높이 차이를 형성하는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층과, 실리콘계 반도체 소재로 형성되며 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층을 포함한다.

Description

이중 SOI를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법{Optical scanner using dual SOI and method for manufacturing the same}
본 발명은 광 스캐너(optical scanner) 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 제조되어 자체적으로 고정 전극과 구동 전극 간에 높이 차이를 형성하는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 디스플레이, 프린팅 장치, 정밀 측정, 정밀 가공 등 다양한 기술 분야에서 반도체 공정기술에 의해 제조되는 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems) 디바이스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 광원으로부터 입사된 광을 소정의 화면영역에 대해 주사하여 영상을 구현하는 디스플레이 분야 또는 소정의 화면영역에 대해 광을 주사하고 반사된 광을 수광하여 화상 정보를 읽어들이는 스캐닝 분야에서는 미소 구조의 광 스캐너(optical scanner)가 주목받고 있다. 광 스캐너는 멤스 미러(MEMS mirror)로 불리기도 한다.
이러한 광 스캐너는 일반적으로 멤스 공정 기술을 이용하여 광을 반사시키는 미러와, 미러를 지지하는 지지축 및 미러를 요동시키기 위한 정전 구동기를 단일의 칩 형태로 구성한 것을 지칭한다.
정전 구동기는 운동체인 스테이지 또는 이동구조물의 평면에 대해 나란한 방향으로 구동 전극이 형성되고, 구동 전극에 대응하는 고정 전극이 구동 전극과 교번적으로 배치되고, 구동 전극과 같이 스테이지의 평면 방향에 나란하게 형성되는 구조를 갖는다.
정전 구동기는 정전기력에 의해 회전운동을 하기 위해서는 구동 전극과 고정 전극 사이에 높이 또는 기울기 차이를 갖는다. 이로 인해 정전 구동기는 구동 전극과 고정 전극의 높이를 같게 제작한 후 높이 또는 기울기 차이를 발생시키기 위한 추가 공정이 필요하다.
등록특허공보 제10-1090961호에 개시된 광 스캐너에 따르면, 필러를 포함하는 덮개부로 아래에 위치하는 장치부를 위에서 눌러 장치부에 포함된 구동 전극을 고정 전극에 대해서 소정 각도로 기울어지게 하는 구성을 개시하고 있다. 여기서 장치부는 미러, 레버가 연결된 지지축 및 정전 구동기를 포함한다. 덮개부는 장치부에 결합할 때 필러가 레버를 위에서 누름으로써, 레버와 연결되어 있는 지지축이 소정 각도 회전하게 된다. 이로 인해 정전 구동기의 구동 전극이 고정 전극에 대해 소정 각도로 기울어지게 된다.
이와 같은 광 스캐너는 정전 구동기를 포함하는 장치부의 상부에 덮개부가 결합된 구조를 갖기 때문에, 제조 공정이 복잡하며 정교하게 정렬을 해야 하는 어려움으로 인해 자동화 및 대량생산에 적합하지 못하다.
또는 등록특허 제10-2032287호, 등록특허 제10-21083434호에 개시된 바와 같이, 광 스캐너는 쉬프트부(리프트부)가 장치부의 하부에서 위로 올려주는 쉬프트 방식으로 구동 전극과 고정 전극이 서로 어긋나게 구성하여 정전 구동력을 발생시킬 수 있다.
전술된 바와 같은 누르는 방식과 쉬프트 방식 모두 구동 전극 또는 고정 전극에 물리적인 힘을 작용하기 때문에, 물리적인 힘이 작용하는 정전 구동기 부분에 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고 물리적인 힘으로 구동 전극과 고정 전극을 어긋나게 하는 과정에서, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬이 틀어지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 외부의 물리적인 힘의 작용 없이 자체적으로 고정 전극과 구동 전극 간에 높이 차이를 형성하는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함하는 광 스캐너용 정전 구동기를 제공한다.
본 발명에 따른 광 스캐너용 정전 구동기는, 하부 실리콘 기판; 및 상기 하부 실리콘 기판과 상기 제1 콤 전극층 사이에 개재되는 실리콘산화물 소재의 제1 절연층;을 더 포함한다.
상기 제1 콤 전극층은, 상기 복수의 제1 콤 전극과 교번되게 형성되며, 상부에 상기 제2 콤 전극이 위치하는 더미 콤 전극;을 더 포함한다.
본 발명에 따른 광 스캐너용 정전 구동기는, 상기 제1 콤 전극층과 상기 제2 콤 전극층 사이에 개재되고, 상기 더미 콤 전극과 상기 제2 콤 전극 사이에 개재되는 스페이서를 구비하는 실리콘산화물 소재의 제2 절연층;을 더 포함한다.
상기 복수의 제1 콤 전극과 복수의 제2 콤 전극은 적층된 더미 콤 전극/스페이서/제2 콤 전극과 상기 제1 콤 전극이 교번되게 배열된다.
상기 스페이서를 매개로 상기 제2 콤 전극 아래에 형성된 상기 제1 콤 전극은 더미 콤 전극으로 상기 제2 콤 전극과 이웃하게 위치하는 다른 상기 제1 콤 전극과는 분리되어 있다.
상기 하부 실리콘 기판은 중심 부분에 개방부가 형성되어 있고, 상기 개방부에 상기 복수의 제1 콤 전극과 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출된다.
상기 제1 및 제2 콤 전극층은 각각, 상기 하부 실리콘 기판에 의해 지지되며, 상기 복수의 제1 및 제2 콤 전극이 각각 연결되는 제1 및 제2 콤 전극판;을 더 포함한다.
상기 복수의 제1 콤 전극 아래에 상기 제1 절연층 부분이 존재하거나 제거될 수 있다.
상기 제1 및 제2 콤 전극은 하나가 고정 전극이고 다른 하나가 구동 전극이다.
상기 제1 및 제2 콤 전극층 중에 구동 전극을 구비하는 콤 전극층은, 상기 구동 전극에 연결되는 미러 설치판;을 더 포함한다.
본 발명은 또한, 광을 반사시키는 미러; 및 상기 미러를 요동시키는 상기 정전 구동기;를 포함하는 광 스캐너를 제공한다. 상기 정전 구동기는, 제1 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및 제2 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함한다. 그리고 상기 제1 및 제2 콤 전극은 하나가 고정 전극이고 다른 하나가 구동 전극이고, 상기 미러는 상기 구동 전극에 연결된다.
본 발명은 또한, 하부 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 위에 중간 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 중간 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 절연층 위에 상부 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 제2 절연층을 상기 제2 콤 전극층에 대응되게 패터닝하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 중간 실리콘 기판을 패터닝하여 미러 설치판과, 상기 미러 설치판에 연결되되 상기 복수의 제2 콤 전극에 교번되는 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 미러 설치판에 미러를 증착하는 단계; 및 상기 하부 실리콘 기판의 하부로 상기 미러, 상기 복수의 제1 콤 전극 및 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출되게 상기 하부 실리콘 기판의 중심 부분에 개방부를 형성하는 단계;를 포함하는 광 스캐너의 제조 방법을 제공한다.
그리고 본 발명은, 하부 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 위에 중간 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 중간 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 절연층 위에 상부 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 미러 설치판과, 상기 미러 설치판에 연결되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 제2 절연층을 상기 제2 콤 전극층에 대응되게 패터닝하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 중간 실리콘 기판을 패터닝하여 상기 복수의 제2 콤 전극에 교번되게 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 미러 설치판에 미러를 형성하는 단계; 및 상기 하부 실리콘 기판의 하부로 상기 미러, 상기 복수의 제1 콤 전극 및 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출되게 상기 하부 실리콘 기판의 중심 부분에 개방부를 형성하는 단계;를 포함하는 광 스캐너의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 이중 SOI 구조를 갖는 실리콘 기판을 이용하여 MEMS 공정으로 구동 전극층과 고정 전극층을 적층하여 형성한 후, 구동 전극층과 고정 전극층의 패터닝을 통하여 상하로 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성함으로써, 광 스캐너의 제조 공정 중 구동 전극과 고정 전극을 서로 높이 차이를 갖게 형성하기 위해 물리적인 힘을 작용하는 것을 배제할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 광 스캐너는 물리적인 힘에 의한 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제를 차단할 수 있다.
본 발명에 따른 광 스캐너는 물리적인 힘의 작용 없이 패터닝 공정을 통하여 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성하기 때문에, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 광 스캐너의 제조 방법에 따르면, 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광 스캐너는 구동 전극 또는 고정 전극을 가압하는 가압 부재가 필요하지 않기 때문에, 광 스캐너의 구조를 간소화하면서 컴팩트하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 평면도이다.
도 2는 도 1의 2-2 선 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 평면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 2-2 선 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 멤스(MEMS) 공정을 통해 제조되는 멤스 미러로서, 광을 반사시키는 미러(10)와, 미러(10)를 요동시키는 정전 구동기(20)를 포함한다.
제1 실시예에 따른 정전 구동기(20)는 제1 콤 전극층(50)과 제2 콤 전극층(70)을 포함한다. 제1 콤 전극층(50)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극(53)을 구비한다. 그리고 제2 콤 전극층(70)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 제1 콤 전극층(50)의 상부에 적층되며, 복수의 제1 콤 전극(53)의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극(73)을 구비한다. 여기서 제1 및 제2 콤 전극(53,73)은 하나가 고정 전극이고 다른 하나가 구동 전극이다. 미러(10)는 구동 전극에 연결된다.
제1 실시예에 따른 정전 구동기(20)는 하부 실리콘 기판(30), 제1 절연층(40), 제2 절연층(60), 제1 전극 패드(59) 및 제2 전극 패드(79)를 더 포함할 수 있다.
제1 실시예에 따른 정전 구동기(20)는 이중 SOI 기판(도 4의 80)을 이용하여 제조된다. 여기서 이중 SOI 기판은 두 층의 실리콘산화물 소재의 절연층(40,60)을 포함하는 다층 실리콘 기판이다. 즉 이중 SOI 기판은 하부 실리콘 기판(30)을 기준으로 상부에 제1 절연층(40), 중간 실리콘 기판, 제2 절연층(60), 및 상부 실리콘 기판이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
상부면에 제1 절연층(40)이 형성된 하부 실리콘 기판(30)은 제1 및 제2 콤 전극층(50,70)을 지지하며, 제1 및 제2 콤 전극층(50,70)을 형성할 수 있는 베이스 기판이다. 하부 실리콘 기판(30)은 제1 및 제2 콤 전극층(50,70)을 안정적으로 지지할 수 있도록, 제1 및 제2 콤 전극층(50,70) 보다는 두껍게 형성된다.
하부 실리콘 기판(30)은 중심에 개방부(31)가 형성되어 있다. 개방부(31)로 미러(10), 복수의 제1 콤 전극(53) 및 복수의 제2 콤 전극(73)이 노출된다. 개방부(31)를 통하여 미러(10)와, 미러(10)에 연결된 구동 전극이 요동하게 된다.
제1 절연층(40)은 하부 실리콘 기판(30) 위에 형성되어 하부 실리콘 기판(30)의 개방부(31)에 대응되게 개방부가 형성되어 있다. 제1 절연층(40)은 상부에 형성되는 제1 콤 전극층(50)을 형성하는 소재가 하부 실리콘 기판(30)으로 확산되는 것을 방지한다.
이러한 제1 절연층(40)은 절연성을 갖는 실리콘산화물로 형성된다. 제1 절연층(40)은 MOCVD(유기금속 기상증착법), MBE(분자빔성장법), HVPE(하이브리드 기상증착법) 등으로 성장하여 형성할 수 있다.
제1 콤 전극층(50)은 제1 절연층(40) 위에 형성된 중간 실리콘 기판을 패터닝하여 형성한다. 중간 실리콘 기판은 실리콘계 반도체 소재로 형성된다.
제2 콤 전극층(70)은 제1 콤 전극층(50) 위에 형성된 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 형성한다. 상부 실리콘 기판은 실리콘계 반도체 소재로 형성된다.
제1 및 제2 콤 전극층(50,70)은 하부 실리콘 기판(30)에 의해 지지되며, 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)이 각각 연결되는 제1 및 제2 콤 전극판(55,75)을 포함한다. 하부 실리콘 기판(30) 위에 형성된 제1 및 제2 콤 전극판(55,75)은 물리적으로 분리되어 있다.
제1 및 제2 콤 전극층(50,70)은 동일하거나 유사한 두께를 가질 수 있다.
제1 실시예에서는 제1 콤 전극(53)이 구동 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 고정 전극으로 사용된 예를 개시하였다. 따라서 제1 콤 전극층(50)은 구동 전극층이고, 제1 콤 전극판(55)은 구동 전극판이다. 제2 콤 전극층(70)은 고정 전극층이고, 제2 콤 전극판(75)은 고정 전극판이다.
제1 콤 전극층(50)은 제1 콤 전극(53)에 연결되는 미러 설치판(57)을 포함한다. 미러 설치판(57)의 상부에 미러(10)가 형성된다.
미러(10)는 광 반사성이 양호한 금속 소재를 증착하여 형성할 수 있다. 미러(10)의 소재로는 금(Au)이 사용될 수 있다. 증착 방법으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 물리적 기상 증착(Physics Vapor Deposition; PVD), 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 등이 사용될 수 있다.
제1 콤 전극층(50)은 미러 설치판(57)에 대해서 양쪽으로 돌출되어 제1 콤 전극판(55)에 연결되는 지지축(58)을 포함한다. 지지축(58)을 중심으로 양쪽에 복수의 제1 콤 전극(53)이 배열되어 있다.
제1 실시예에서는 미러 설치판(57)을 중심에 양쪽에 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)이 교번되게 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 미러 설치판(57)의 외측면에 복수의 제1 콤 전극(53)을 형성하고, 복수의 제1 콤 전극(53)에 교번되게 복수의 제2 콤 전극(73)을 형성할 수도 있다.
고정 전극으로 사용되는 제2 콤 전극(73)에 있어서, 같은 열에 배치된 제2 콤 전극(73)은 2개 이상의 그룹으로 분리하여 형성하였다. 제2 콤 전극(73)은 미러(10)의 근방에 위치하는 메인 전극(73a)들과, 메인 전극(73a)들의 외측에 배치되는 적어도 하나의 서브 전극(73b)으로 분리될 수 있다.
이와 같이 제2 콤 전극(73)을 2개 이상의 그룹으로 분리한 이유는 다음과 같다. 고정 전극은 서로 분리된 메인 전극(73a)과 서브 전극(73b)을 구비함으로써, 구동 전압을 인가할 서브 전극(73b)의 개수를 조절하여 외부 제어기의 추가 없이 감쇠 특성을 보상 및 조절할 수 있다. 즉 메인 전극(73a)에 구동 전압을 인가하여 미러(10)의 회전에 따라 반사되는 광의 각도를 측정한다. 측정된 광의 각도와 기 설정된 감쇠량에 따라 연결할 서브 전극(73b)의 개수를 결정한다. 결정된 개수의 서브 전극(73b)에 구동 전압을 인가할 수 있도록, 결정된 개수의 서브 전극(73b)에 구동 전압을 인가하는 전원 단자를 와이어 본딩하여 전기적으로 연결함으로써, 동일 구동 전압 하에서 광 스캐너(100)의 감쇄 특성을 고려하여 미러(10)의 각도를 조절할 수 있다.
이와 같이 미러(10)의 자체 각도 조절을 모듈의 정렬 단계에서 수행함으로써, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)들을 구비하는 모듈 제조 시, 미러(10)의 각도 편차를 최소화하여 모듈의 성능을 최적화하고, 광 스캐너(100)의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 고정 전극으로 사용되는 제2 콤 전극(73)에 있어서, 같은 열에 배치된 제2 콤 전극(73)은 2개 이상의 그룹으로 분리된 예를 개시하였지만, 광 스캐너의 감쇄 특성을 고려할 필요가 없는 경우에는 서로 연결된 구조로 제조할 수 있다.
제1 콤 전극층(50)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 형성되며, 상부에 제2 콤 전극(73)이 형성되는 복수의 더미 콤 전극(54)을 포함한다. 복수의 더미 콤 전극(54)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 함께 동일 평면 상에 형성되며, 지지축(58)으로부터 분리되어 있다.
제2 절연층(60)은 실리콘산화물로 형성되며, 제1 콤 전극층(50)과 제2 콤 전극층(70) 사이에 개재되고, 더미 콤 전극(54)과 제2 콤 전극(73) 사이에 개재되는 스페이서(61)를 구비한다. 제1 및 제2 콤 전극(53,73)을 서로 교번되게 형성할 때, 제2 콤 전극(73) 아래에 더미 콤 전극(54)이 위치한다.
제2 절연층(60)을 매개로 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)이 형성될 때, 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)의 상하로 교번되게 형성된다. 복수의 제1 콤 전극(53)이 일렬로 배열된다. 복수의 제2 콤 전극(73)이 복수의 제1 콤 전극(53) 위에 형성되되, 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 형성된다.
복수의 제2 콤 전극(73)이 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 배열될 수 있도록, 복수의 제2 콤 전극(73)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 형성되는 더미 콤 전극(54) 위에 스페이서(61)를 매개로 형성된다. 즉 더미 콤 전극(54)/스페이서(61)/제2 콤 전극(73)과 제1 콤 전극(53)이 교번되게 배열된다.
여기서 스페이서(61)를 매개로 제2 콤 전극(73)의 하부에 위치하는 더미 콤 전극(54)은 지지축(58)에서 분리되어 있다. 즉 스페이서(61)를 매개로 제2 콤 전극(73)의 하부에 위치하는 더미 콤 전극(54)은 제1 콤 전극(53)과 함께 형성되지만 제1 콤 전극(53)으로서의 기능을 수행하진 않는다. 더미 콤 전극(54)은 제2 콤 전극(73)과 제1 콤 전극(53) 간에 단차를 형성하는 요소로 사용된다.
그리고 제1 및 제2 전극 패드(59,79)는 제1 콤 전극(53) 및 제2 콤 전극(73)에 각각 반대되는 극성의 구동 전압을 공급한다. 제1 전극 패드(59)는 제1 콤 전극판(55) 위에 형성될 수 있다. 제2 전극 패드(79)는 제2 콤 전극판(75) 위에 형성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 전극 패드(59,79)는 미러(10)를 증착할 때 함께 형성할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 전극 패드(59,79)를 통하여 제1 콤 전극(53) 및 제2 콤 전극(73)으로 인가되는 구동 전압의 세기를 조절함으로써, 복수의 제2 콤 전극(73)에 대한 복수의 제1 콤 전극(53)의 회전량을 조절하여 미러(10)의 회전 각도를 조절할 수 있다.
[제1 실시예에 따른 광 스캐너의 제조 방법]
이와 같은 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너(100)의 제조 방법에 대해서 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너(100)의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
먼저 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이중 SOI 기판(80)을 제조하거나 준비한다. 즉 하부 실리콘 기판(30) 위에 제1 절연층(40), 중간 실리콘 기판(51), 제2 절연층(60) 및 상부 실리콘 기판(71)을 순차적으로 형성한다. 또는 제조된 이중 SOI 기판(80)이 준비될 수 있다.
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 실리콘 기판(30) 위에 실리콘산화물로 제1 절연층(40)을 형성한다. 제1 절연층(40)은 MOCVD, MBE, HVPE 등으로 성장하여 형성할 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(40) 위에 중간 실리콘 기판(51), 제2 절연층(60), 및 상부 실리콘 기판(71)을 순차적으로 적층하여 형성한다. 여기서 중간 실리콘 기판(51), 제2 절연층(60), 및 상부 실리콘 기판(71) 또한 MOCVD, MBE, HVPE 등으로 성장하여 형성할 수 있다.
또는 하부 실리콘 기판(30), 제1 절연층(40) 및 중간 실리콘 기판(51)을 구비하는 SOI 기판과, 일면에 제2 절연층(60)이 형성된 상부 실리콘 기판(71)을 각각 제조한다. 다음으로 SOI 기판의 중간 실리콘 기판(51) 위에 상부 실리콘 기판(71)의 제2 절연층(60)이 접촉되게 적층한 후 열압착하여 이중 SOI 기판(80)을 제조할 수 있다.
이어서 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 이중 SOI 기판(80)을 기반으로 MEMS 공정으로 제2 콤 전극층(70)과 제1 콤 전극층(50)을 순차적으로 형성한다.
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 실리콘 기판(71)을 패터닝하여 제2 콤 전극층(70)을 형성한다. 여기서 제2 콤 전극층(70)은 복수의 제2 콤 전극(73)과, 복수의 제2 콤 전극(73)이 연결되는 제2 콤 전극판(75)을 포함한다.
그리고 제2 절연층(60)은 제2 콤 전극층(70)에 대응되게 패터닝되어 제2 콤 전극층(70) 아래에 위치한다.
이때 상부 실리콘 기판(71)과 제2 절연층(60)의 패턴닝은 함께 수행할 수도 있고, 상부 실리콘 기판(71)에 대한 패터닝을 수행한 이후에 제2 절연층(60)에 대한 패턴닝을 수행할 수 있다.
다음으로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 콤 전극층(70) 아래의 중간 실리콘 기판(51) 및 제1 절연층(40)을 패터닝하여 제1 콤 전극층(50)을 형성한다. 여기서 제1 콤 전극층(50)은 미러 설치판(57)과, 미러 설치판(57)에 연결되되 복수의 제2 콤 전극(73)에 교번되는 복수의 제1 콤 전극(53)을 구비하는 제1 콤 전극층(50)과, 제1 콤 전극판(55)을 포함한다.
제1 콤 전극층(50)은 복수의 제2 콤 전극(73) 아래에 각각 형성되는 복수의 더미 콤 전극(54)을 더 포함한다. 복수의 더미 콤 전극(54)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 함께 형성되며, 복수의 더미 콤 전극(54)과 복수의 제1 콤 전극(53)은 동일 평면 상에 교번되게 형성된다.
그리고 제1 절연층(40)은 제1 콤 전극층(50)에 대응되게 패터닝되어 제1 콤 전극층(50) 아래에 위치한다.
다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, 미러 설치판(57)에 미러(10)를 증착하여 형성한다. 미러(10)를 증착할 때, 제1 및 제2 콤 전극층(50,70) 위에 제1 및 제2 전극 패드(59,79)를 함께 증착할 수 있다. 여기서 미러(10), 제1 및 제2 전극 패드(59,79)는 동일 소재의 금속을 증착하여 형성할 수 있다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(30)의 하부를 통하여 실리콘 기판(30)의 중심 부분에 개방부(31)를 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)를 얻을 수 있다. 여기서 개방부(31)를 통하여 미러(10), 복수의 제1 콤 전극(53) 및 복수의 제2 콤 전극(73)이 노출된다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 제조 방법에 따르면, 이중 SOI 기판(80)을 이용하여 MEMS 공정으로 구동 전극층(제1 콤 전극층(50))과 고정 전극층(제2 콤 전극층(70))을 적층하여 형성한 후, 구동 전극층과 고정 전극층의 패터닝을 통하여 상하로 구동 전극(제1 콤 전극(53))과 고정 전극(제2 콤 전극(73))을 교번되게 형성함으로써, 광 스캐너(100)의 제조 공정 중 구동 전극과 고정 전극을 서로 높이 차이를 갖게 형성하기 위해 물리적인 힘을 작용하는 것을 배제할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 물리적인 힘에 의한 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제를 차단할 수 있다.
제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 물리적인 힘의 작용 없이 패터닝 공정을 통하여 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성하기 때문에, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)의 제조 방법에 따르면, 수율을 향상시킬 수 있다.
그리고 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 구동 전극 또는 고정 전극을 가압하는 가압 부재가 필요하지 않기 때문에, 광 스캐너(100)의 구조를 간소화하면서 컴팩트하게 제조할 수 있다.
[제2 실시예]
한편 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 제1 콤 전극(53)이 구동 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 고정 전극으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 콤 전극(53)이 고정 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 구동 전극으로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)는 미러(10)와, 미러(10)를 요동시키는 정전 구동기(120)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 정전 구동기(120)는 제1 콤 전극층(50)과 제2 콤 전극층(70)을 포함한다. 제1 콤 전극층(50)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극(53)을 구비한다. 그리고 제2 콤 전극층(70)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 제1 콤 전극층(50)의 상부에 적층되며, 복수의 제1 콤 전극(53)의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극(73)을 구비한다.
여기서 제1 콤 전극(53)이 고정 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 구동 전극이다. 미러(10)는 제2 콤 전극(73)에 연결된다.
따라서 제1 콤 전극층(50)은 고정 전극층이고, 제1 콤 전극판(55)은 고정 전극판이다. 제2 콤 전극층(70)은 구동 전극층이고, 제2 콤 전극판(75)은 구동 전극판이다.
제2 콤 전극층(70)은 미러 설치판(77)을 포함한다. 제1 실시예에서 미러 설치판으로 사용된 제1 콤 전극층(50) 부분은 더미 미러 설치판(57a)이다. 더미 미러 설치판(57a)은 제1 콤 전극(53)에서 분리되어 있다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)의 제조 방법은, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)의 제조 방법과 동일한 순서로 진행될 수 있다.
이때 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)의 제조 방법에서는 제1 콤 전극층(50)에 미러 설치판을 형성해야 하기 때문에, 미러 설치판이 형성될 부분의 상부 실리콘 기판 부분을 제거하였다.
하지만 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)의 제조 방법에서는 제2 콤 전극층(70)에 미러 설치판(77)을 형성하기 때문에, 제2 콤 전극층(70)을 형성할 때, 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 미러 설치판(77)과, 미러 설치판(77)에 연결되는 복수의 제2 콤 전극(73)을 구비하는 제2 콤 전극층(70)을 형성한다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200) 또한, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(도 8의 100)와 같이, 이중 SOI 기판을 이용하여 MEMS 공정으로 구동 전극층(제2 콤 전극층(70))과 고정 전극층(제1 콤 전극층(50))을 적층하여 형성한 후, 구동 전극층과 고정 전극층의 패터닝을 통하여 상하로 구동 전극(제2 콤 전극(73))과 고정 전극(제1 콤 전극(53))을 교번되게 형성함으로써, 광 스캐너(200)의 제조 공정 중 구동 전극과 고정 전극을 서로 높이 차이를 갖게 형성하기 위해 물리적인 힘을 작용하는 것을 배제할 수 있다. 이로 인해 제2 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 물리적인 힘에 의한 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제를 차단할 수 있다.
제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)는 물리적인 힘의 작용 없이 패터닝 공정을 통하여 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성하기 때문에, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인해 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)의 제조 방법에 따르면, 수율을 향상시킬 수 있다.
그리고 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)는 구동 전극 또는 고정 전극을 가압하는 가압 부재가 필요하지 않기 때문에, 광 스캐너(200)의 구조를 간소화하면서 컴팩트하게 제조할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 미러
20,120 : 정전 구동기
30 : 하부 실리콘 기판
31 : 개방부
40 : 제1 절연층
41 : 제1 버퍼층
50 : 제1 콤 전극층
51 : 중간 실리콘 기판
53 : 제1 콤 전극
54 : 더미 콤 전극
55 : 제1 콤 전극판
57 : 미러 설치판
57a : 더미 미러 설치판
58 : 지지축
59 : 제1 전극 패드
60 : 제2 절연층
61 : 스페이서
70 : 제2 콤 전극층
71 : 상부 실리콘 기판
73 : 제2 콤 전극
75 : 제2 콤 전극판
79 : 제2 전극 패드
80 : 이중 SOI 기판
100,200 : 광 스캐너

Claims (13)

  1. 제1 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열되며 구동 전극으로 사용되는 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및
    제2 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되며, 인가되는 구동 전압에 의해 미러를 회전시키는 고정 전극으로 사용되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함하고,
    상기 제1 콤 전극층은,
    상기 미러가 형성되는 미러 설치판;
    상기 미러 설치판에 대해서 양쪽으로 돌출되어 상기 미러를 지지하며 상기 미러의 회전을 안내하는 지지축; 및
    상기 지지축에 연결되며, 상기 지지축을 중심으로 양쪽에 배열된 상기 복수의 제1 콤 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제2 콤 전극은,
    상기 미러를 중심으로 양쪽에 배치되며, 구동 전압이 인가되는 복수의 메인 전극; 및
    상기 복수의 메인 전극의 양쪽에 배치되며, 상기 복수의 메인 전극에 대해서 전기적으로 분리되어 있는 복수의 서브 전극으로, 상기 복수의 서브 전극 중에 선택적으로 인가되는 구동 전압에 의해 상기 미러의 각도를 조절하는 상기 복수의 서브 전극;
    을 포함하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  2. 제1항에 있어서,
    하부 실리콘 기판; 및
    상기 하부 실리콘 기판과 상기 제1 콤 전극층 사이에 개재되는 실리콘산화물 소재의 제1 절연층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 콤 전극층은,
    상기 복수의 제1 콤 전극과 교번되게 형성되며, 상부에 상기 제2 콤 전극이 위치하는 더미 콤 전극;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 콤 전극층과 상기 제2 콤 전극층 사이에 개재되고, 상기 더미 콤 전극과 상기 제2 콤 전극 사이에 개재되는 스페이서를 구비하는 실리콘산화물 소재의 제2 절연층;을 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 콤 전극과 복수의 제2 콤 전극은 적층된 더미 콤 전극/스페이서/제2 콤 전극과 상기 제1 콤 전극이 교번되게 배열된 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스페이서를 매개로 상기 제2 콤 전극 아래에 형성된 상기 제1 콤 전극은 더미 콤 전극으로 상기 제2 콤 전극과 이웃하게 위치하는 다른 상기 제1 콤 전극과는 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하부 실리콘 기판은 중심 부분에 개방부가 형성되어 있고, 상기 개방부에 상기 복수의 제1 콤 전극과 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출되는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콤 전극층은 각각,
    상기 하부 실리콘 기판에 의해 지지되며, 상기 복수의 제1 및 제2 콤 전극이 각각 연결되는 제1 및 제2 콤 전극판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 제1 콤 전극 아래에 상기 제1 절연층 부분이 존재하거나 제거된 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 광을 반사시키는 미러; 및
    상기 미러를 요동시키는 정전 구동기;를 포함하며,
    상기 정전 구동기는,
    제1 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열되며 구동 전극으로 사용되는 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및
    제2 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되며, 인가되는 구동 전압에 의해 상기 미러를 회전시키는 고정 전극으로 사용되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함하고,
    상기 제1 콤 전극층은,
    상기 미러가 형성되는 미러 설치판;
    상기 미러 설치판에 대해서 양쪽으로 돌출되어 상기 미러를 지지하며 상기 미러의 회전을 안내하는 지지축;
    상기 지지축에 연결되며, 상기 지지축을 중심으로 양쪽에 배열된 상기 복수의 제1 콤 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제2 콤 전극은,
    상기 미러를 중심으로 양쪽에 배치되며, 구동 전압이 인가되는 복수의 메인 전극; 및
    상기 복수의 메인 전극의 양쪽에 배치되며, 상기 복수의 메인 전극에 대해서 전기적으로 분리되어 있는 복수의 서브 전극으로, 상기 복수의 서브 전극 중에 선택적으로 인가되는 구동 전압에 의해 상기 미러의 각도를 조절하는 상기 복수의 서브 전극;
    을 포함하는 광 스캐너.
  12. 삭제
  13. 삭제
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