KR20020042301A - 마이크로미러 액추에이터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

포토레지스트의 패터닝과 식각공정을 이용하여 마이크로미러를 평탄화함으로써 마이크로미러의 반사도를 개선한 마이크로미러 액추에이터 및 그 제조방법이 개시되어 있다.

개시된 마이크로미러 액추에이터는, 기판과; 이 기판에 형성된 트렌치와; 이 트렌치의 저면 및 측면에 각각 형성된 하부전극 및 측면전극과; 이 트렌치 양측의 기판상에 돌출형성된 포스트와; 이 포스트에 탄력적으로 지지된 비틀림스프링과; 상기 비틀림스프링에 회동가능하게 지지되고 상기 하부전극과 상호 작용하여 정전력에 의해 회동하고 계속하여 상기 측면전극과 상호 작용하여 수직으로 직립하도록 된 마이크로미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 마이크로미러 액추에이터 제조방법은, 웨이퍼에 트렌치를 식각하는 단계; 상기 웨이퍼상에 소정의 두께로 포토레지스트를 도포하는 단계; 이 포토레지스트에 사진식각공정을 통하여 상기 트렌치의 폭보다 넓게 상기 트렌치에 대응되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 고온으로 플로우시키면서 하드베이킹하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 얇게 에싱하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함한 웨이퍼상에 소정 두께로 포토레지스트를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로미러 액추에이터 및 그 제조방법{A micromirror actuator and the method of manufacturing the same}

본 발명은 마이크로미러 액추에이터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토레지스트의 패터닝과 식각공정을 이용하여 마이크로미러를 평탄화함으로써 마이크로미러의 반사도를 개선한 마이크로미러 액추에이터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

광통신용 MOXC는 광신호가 어느 입력 단자로부터 소정의 출력 단자로 전송되도록 광경로를 선택할 수 있는 장치이다. 이러한 광통신용 MOXC(Micro Optical Cross Connect)에서는 마이크로미러가 핵심적인 요소로 마이크로미러의 반사도 및 정확한 직립성 등이 MOXC의 광통신 효율 및 성능을 좌우하게 된다.

특히, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 트렌치(105)를 갖는 마이크로미러 액추에이터의 경우에는 마이크로미러의 반사도 향상을 위해 마이크로미러의 평탄화공정이 요구된다. 종래에 따른 마이크로미러 액추에이터의 평탄화 공정은, 실리콘 웨이퍼(100)에 트렌치(105)를 식각하는 단계(도 1a); 두꺼운 포토레지스트(110)를 스핀코팅법에 의해 도포하는 단계(도 1b); 상기 포토레지스트층(110)을 화학기계적 폴리싱(CMP;Chemical Mechanical Polishing)공정에 의해 평탄화하는 단계(도 1c);를 포함한다.

그러나 상기와 같이 화학기계적 폴리싱 방법에 의해 포토레지스트를 평탄화하는 공정에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 포토레지스트층(110)에서 쿠션 현상이 발생되어 포토레지스트 표면이 불균일하게 된다. 즉, 상기 평탄화 공정시 래핑 장치(미도시) 내에서 상기 포토레지스트층(110)에 하중을 가하면서 평탄화 공정을 수행하게 된다. 그런데 평탄화 작업 후 래핑 장치에서 상기 실리콘 웨이퍼(100)를 꺼내면 하중에 의해 눌려 있던 부분이 볼록하게 솟아 오르는 쿠션 현상이 생긴다. 이러한 쿠션 현상은 다음과 같은 원인에 의해 발생된다.

도 1b에서 상기 실리콘 웨이퍼(100)상에 두께 h로 도포되는 포토레지스트(110)는 연성의 재질로 되어 있어 트렌치(105)가 형성된 부분은 트렌치가 없는 다른 부분에 비해 h'만큼 낮게 도포된다. 따라서, 상기 트렌치(105)가 있는 부분의 포토레지스트가 오목하게 형성되어 다른 부분과 두께차가 h'만큼 생기게 된다. 이후 화학기계적 폴리싱 공정을 통해 전체적인 포토레지스트 표면을 균일한 두께로 연마한다.

그러나, 이러한 공정 후에도 트렌치가 있는 부분과 트렌치가 없는 부분에 있어서 포토레지스트의 경도차가 발생된다. 즉, 트렌치가 있는 부분에서 두께 방향으로의 전체적인 경도는 화학기계적 폴리싱 후의 포토레지스트(110t₁)와 트렌치 부분의 포토레지스트(110t₂) 그리고 나머지 하부 웨이퍼(100t)의 경도의 조합으로 이루어진다. 이에 비해, 트렌치가 없는 부분에서 두께 방향으로의 전체적인 경도는 화학기계적 폴리싱 후의 포토레지스트(110n)와 나머지 하부 실리콘 웨이퍼(100n)의 경도의 조합으로 이루어진다. 여기에서 실리콘 웨이퍼(100)보다는포토레지스트(110)의 경도가 작으므로 트렌치가 있는 부분의 두께 방향 경도가 트렌치가 없는 부분보다 작게 된다.

따라서, 트렌치(105)가 형성된 부분에서 쿠션 효과가 크게 발생되어 화학기계적 폴리싱 작업 후에 도 2에 도시된 바와 같이 포토레지스트(110)가 위로 볼록(C)하게 솟아오르게 된다. 이와 같이 트렌치(105)가 형성된 부분에 대해 실리콘에 적용하는 화학기계적 폴리싱 방법을 포토레지스트에도 그대로 적용하게 되면 쿠션 효과에 의해 평탄화가 이루어질 수 없고, 평탄화를 위해 다시 화학기계적 폴리싱 공정에 반복 투입하게 되어 비용이 많이 들뿐만 아니라 마이크로미러의 반사율도 저조하게 되어 광손실이 증가된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 포토레지스트를 도포하기 전에 트렌치가 있는 부분에 대응하는 패턴에 대해 하드베이킹 및 에싱을 하여 평탄화를 도모한 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터 및 그 평탄화 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래에 따른 트렌치 평탄화 제조공정을 나타낸 도면,

도 2는 쿠션 효과를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 마이크로미러 액추에이터의 사시도,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 마이크로미러 액추에이터를 이용한 광스위치의 개략적인 도면,

도 6a 내지 도 6l은 본 발명에 따른 마이크로미러 액추에이터의 제조공정을 나타낸 도면.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

5...트렌치 10...마이크로미러 액추에이터1

15...기판 20...포스트

25...비틀림스프링 30...마이크로미러

37...하부전극 40...측면전극

50...웨이퍼 53...트렌치 대응영역

65...금속막 67...제1포토레지스트

67a,67b,67c...포토레지스트 패턴 70...제2포토레지스트

본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터는, 기판과; 상기 기판에 형성된 트렌치와; 상기 트렌치의 저면 및 측면에 각각 형성된 하부전극 및 측면전극과; 상기 트렌치 양측의 기판상에 돌출형성된 포스트와; 상기 포스트에 탄력적으로 지지된 비틀림스프링과; 상기 비틀림스프링에 회동가능하게 지지되고 상기 하부전극과 상호 작용하여 정전력에 의해 회동하고 계속하여 상기 측면전극과 상호작용하여 수직으로 직립되거나 수평상태를 유지하도록 된 마이크로미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터 제조방법은, 웨이퍼에 트렌치를 식각하는 단계; 상기 웨이퍼상에 소정의 두께로 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토레지스트에 사진식각공정을 통하여 상기 트렌치의 폭보다 넓게 상기 트렌치에 대응되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 고온으로 플로우시키면서 하드베이킹하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 얇게 에싱하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함한 웨이퍼상에 소정 두께로 포토레지스트를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터 제조방법은, 웨이퍼에 트렌치를 식각하는 단계; 상기 웨이퍼상에 절연막과 금속막을 차례대로 증착하고 이 금속막을 식각하여 하부전극 및 측면전극을 형성하는 단계; 상기 트렌치를 포함한 웨이퍼 외측면에 소정의 두께로 제1포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 제1포토레지스트에 사진식각공정을 통하여 상기 트렌치의 폭보다 넓게 상기 트렌치에 대응되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 고온으로 플로우시키면서 하드베이킹하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 얇게 에싱하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함한 웨이퍼상에 소정 두께로 제2포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 제2포토레지스트를 식각하여 포스트 대응영역을 형성하는 단계; 상기 제2포토레지스트 상부면에 금속막을 증착하여 패터닝한 다음 상기 제1 및 제2 포토레지스트를 제거하여 마이크로미러, 포스트 및 비틀림스프링을형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 트렌치(5)를 가진 마이크로미러 액추에이터(10)의 사시도를 도시한 것으로서, 기판(15)에 트렌치(5)가 형성되어 있고, 상기 트렌치(5) 양측의 기판(15)상에 포스트(20)가 돌출형성되어 있으며, 상기 포스트(20)에 탄력적으로 지지된 비틀림스프링(25)에 마이크로미러(30)가 회동가능하게 형성되어 있다.

한편, 상기 마이크로미러(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 정전력에 의해 구동되어 상기 기판(15)에 대해 직립하거나 수평상태를 유지하게 된다. 이 정전력은 상기 트렌치(5)의 저면과 측면에 각각 형성된 하부전극(37) 및 측면전극(40)과 상기 마이크로미러(30) 사이의 전기적 상호작용에 의해 발생된다. 즉, 상기 마이크로미러(30)가 수평상태로 있다가 상기 마이크로미러(30)와 상기 하부전극(37) 사이에 전원이 인가되면 정전인력이 발생되어 상기 마이크로미러(30)가 회동되기 시작한다. 이때, 상기 마이크로미러(30)의 하부회동부(30a)는 상기 트렌치(5) 내로 회동되면서 상기 측면전극(40)에 접근되고, 그 후 상기 마이크로미러(30)와 상기 측면전극(40) 사이에 정전인력이 작용하여 상기 마이크로미러(30)가 계속 회동된다. 결국에는 상기 마이크로미러(30)가 상기 측면전극(40)에 지지되면서 직립하게 된다.

상기와 같이 구성된 다수개의 마이크로미러 액추에이터(10)가 도 5에 도시된 바와 같이 기판(15)상에 배열되고, 상기 마이크로미러(30)는 예컨대 정전력에 의해 회동되어 직립 또는 수평상태를 유지하게 된다. 이때 입력부(43)의 광신호는 직립된 마이크로미러(31)에서는 반사되고 수평상태의 마이크로미러(32)는 통과되면서 출력부(45)를 통해 출력된다. 도면부호 47은 상기 광신호를 평행광으로 변환시키는 마이크로렌즈를 나타낸다.

다시 말하면, 상기와 같이 구성된 광스위치는 기판(15)에 대해 수직으로 직립된 마이크로미러(31)에 대해서는 광신호를 반사시키고 수평 상태로 되어 있는 마이크로 미러에 대해서는 광신호를 통과시킴으로써 광경로를 선택할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 마이크로미러(30)가 회동하여 수직으로 직립할 때 상기 측면 전극(40)이 전극 역할을 할뿐만 아니라 지지대의 역할도 함으로써 상기 마이크로 미러(30)가 정확하게 수직을 유지하게 된다.

본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터는 마이크로 미러(30)가 다음과 같은 구조를 가지는 것이 바람직하다. 마이크로 미러(30)가 수평 상태를 유지할 때, 상기 측면 전극(40)을 중심으로 상기 하부전극(37)과 대면하는 쪽의 마이크로미러 길이를 L_a, 그 폭을 W_a라 하고, 반대쪽의 마이크로미러 길이를 L_b, 폭을 W_b라 한다.

그러면 상기 마이크로 미러(30)의 한 쪽 길이(L_a)를반대쪽의 길이(L_b)보다 짧게 하여 비대칭으로 함으로써 정전력이 작용하는 쪽의 회동 스트로크를 줄이고 이에 따라 구동 전압을 감소시킬 수 있다. 또한 상기 마이크로 미러(30)의 한쪽의 폭(W_a)을 반대쪽의 폭(W_b)보다 넓게 형성하여 상기와 같이 마이크로 미러(30)의 길이 비대칭으로 인한 불균형을 해소함과 아울러 정전력을 발생시키는 유효 면적을넓게 함으로써 구동 전압을 감소시킬 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터의 평탄화 제조방법에 대해 설명한다. 도 6a 내지 도 6l은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ 방향에서 본 단면도이다.

도 6a 및 도 6b와 같이, 웨이퍼(50)에 트렌치 대응영역(53)을 식각하고 그 위에 절연막(미도시) 및 금속막(65)을 증착한다. 그런 다음 도 6c와 같이 식각공정을 이용하여 하부전극(65a) 및 측면전극(도 4의 40)을 형성하고, 그 위에 도 6d와 같이 두꺼운 제1포토레지스트(67)를 도포한다. 이때 상기 하부전극(65a) 및 측면전극(도 4의 40)의 외측면에 절연막을 증착함으로써 마이크로미러(30)가 직립하여 측면전극(40)에 접촉할 때 쇼트되는 것을 방지할 수 있다. 여기에서는 절연막을 증착하는 단계를 생략한다.

이어서, 도 6e와 같이 상기 제1포토레지스트(67)에서 상기 트렌치 대응영역(53)으로 인해 오목하게 형성된 부분(A)이 포함되도록 사진식각공정을 이용하여 상기 트렌치 대응영역(53)의 폭보다 넓게 오목한 포토레지스트 패턴(67a)을 형성한다. 또한, 하드베이킹을 통해 상기 오목한 포토레지스트 패턴(67a)을 고온으로 리플로우시켜 그 높이를 낮추면서 경화시켜 볼록한 포토레지스트 패턴(67b)을 형성한다. 그런다음 도 6g와 같이 플라즈마 에쉬어를 이용하여 등방성 식각 공정으로 상기 볼록한 포토레지스트(67b)를 점차적으로 제거하여 가능한 한 그 두께를 최소화(67c)한다. 바람직하게는 3000Å 미만으로 하는 것이 좋다.

이상과 같이 상기 트렌치(53)에 채워진 상기 포토레지스트 패턴(67a)을 고온에서 하드베이킹하여 오목한 모양을 볼록한 모양으로 변화시키고, 플라즈마 에쉬어를 이용한 등방성 식각 공정에 의해 상기 포토레지스트 패턴(67a)(67b)을 점차적으로 제거하여 가능한 한 포토레지스트의 두께를 얇게 한다. 이와 같이 트렌치가 평탄하게 메워진 상태에서 포토레지스트를 도포하므로 포토레지스트층(70)의 평탄화가 달성된다.

이상과 같이 포토레지스트를 평탄화한 다음, 도 6i와 같이 패터닝하여 포스트 대응영역(73)을 형성한다. 그 위에 도 6j 및 도 6k와 같이 마이크로미러용 금속막(75), 예컨대 알루미늄막을 증착한 다음 식각하여 마이크로미러를 형성한다. 이어서 상기 마이크로미러용 금속막(75)을 포함한 제2포토레지스트(70) 위에 다시 비틀림스프링용 금속막(77)을 도포한다. 끝으로 상기 제1 및 제2 포토레지스트(67c)(70)를 제거하여 마이크로미러(75), 포스트(78) 및 비틀림스프링(80)을 형성하여 마이크로미러 액추에이터를 완성한다.

여기에서 상기 비틀림스프링용 금속막, 예컨대 알루미늄막(77)은 상기 마이크로미러용 금속막(75)의 두께보다 얇은 두께를 갖도록 한다. 이것은 상기 마이크로미러(75)의 두께가 너무 얇으면 제조시 마이크로미러면이 뒤틀려 표면이 불균일하게 되는 한편, 상기 비틀림스프링(80)은 얇을수록 탄력성이 향상되기 때문이다. 즉, 이러한 두가지 조건을 모두 충족시키기 위해 마이크로미러용 금속막(75)과 비틀림스프링용 금속막(77)을 이중으로 도포하는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터 및 그 평탄화 제조방법은 마이크로미러의 편평도를 향상시키고 마이크로미러 액추에이터의 기능을 정확하게 수행할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 트렌치를 가진 마이크로미러 액추에이터 및 그 평탄화 제조방법은 실리콘에 대한 화학기계적 폴리싱에서처럼 전문적인 기술이나 특정 장비를 요하지 않고 단순한 사진식각공정과 건식식각공정만을 이용하여 평탄화를 이루기 때문에 공정이 매우 간단하고 제작이 용이하여 경제적이다. 또한, 포토레지스트 평탄화 공정을 직접 관찰하면서 진행하므로 원하는 정도의 평탄화를 이룰 수 있고, 재작업이 매우 용이하며 마이크로미러 편평도를 향상시켜 광원의 손실을 줄이고 광효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 기판과;

   상기 기판에 형성된 트렌치와;

   상기 트렌치의 저면 및 측면에 각각 형성된 하부전극 및 측면전극과;

   상기 트렌치 양측의 기판상에 돌출형성된 포스트와;

   상기 포스트에 탄력적으로 지지된 비틀림스프링과;

   상기 비틀림스프링에 회동가능하게 지지되고 상기 하부전극과 상호 작용하여 정전력에 의해 회동하고 계속하여 상기 측면전극과 상호 작용하여 수직으로 직립 되거나 수평상태를 유지하도록 된 마이크로미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액추에이터.
2. 웨이퍼에 트렌치를 식각하는 단계;

   상기 웨이퍼상에 소정의 두께로 포토레지스트를 도포하는 단계;

   상기 포토레지스트에 사진식각공정을 통하여 상기 트렌치의 폭보다 넓게 상기 트렌치에 대응되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 고온으로 플로우시키면서 하드베이킹하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 얇게 에싱하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 포함한 웨이퍼상에 소정 두께로 포토레지스트를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액추에이터의 제조방법.
3. 웨이퍼에 트렌치를 식각하는 단계;

   상기 웨이퍼상에 절연막과 금속막을 차례대로 증착하고 이 금속막을 식각하여 하부전극 및 측면전극을 형성하는 단계;

   상기 트렌치를 포함한 웨이퍼 외측면에 소정의 두께로 제1포토레지스트를 도포하는 단계;

   상기 제1포토레지스트에 사진식각공정을 통하여 상기 트렌치의 폭보다 넓게 상기 트렌치에 대응되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 고온으로 플로우시키면서 하드베이킹하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 얇게 에싱하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 포함한 웨이퍼상에 소정 두께로 제2포토레지스트를 도포하는 단계;

   상기 제2포토레지스트를 식각하여 포스트 대응영역을 형성하는 단계;

   상기 제2포토레지스트 상부면에 금속막을 증착하여 패터닝한 다음 상기 제1 및 제2 포토레지스트를 제거하여 마이크로미러, 포스트 및 비틀림스프링을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액추에이터의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 마이크로미러, 포스트 및 비틀림스프링을 형성하는 단계에서,

   상기 제2포토레지스트상에 마이크로미러용 금속막을 증착 및 식각하여 마이크로미러를 형성하는 단계;

   상기 마이크로미러를 포함한 제2포토레지스트 외측면에 상기 마이크로미러 금속막보다 얇은 비틀림스프링용 금속막을 증착 및 식각하여 포스트 및 비틀림스프링을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액추에이터의 제조방법.