KR20030017210A - 광스캐너 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

광스캐너 및 이의 제조방법에 관해 개시된다. 개시된 광스캐너는 그 상면에 소정 패턴의 배선층이 형성되어 있는 베이스 기판과; 상기 베이스 상에 형성되는 4각 테두리형의 프레임과; 상기 프레임 내에서 일방향의 중심축을 중심으로 시이소 운동하는 것으로 상기 중심축상에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역에서 중심축이 통과하는 중앙영역의 양 변으로 부터 상기 중심축에 나란한 방향으로 연장되는 4개의 확장영역을 가지는 H 형 스테이지와; 상기 중심축 상에 존재하며 상기 프레임에 연결되는 지지빔과, 지지빔으로 부터 연장되어 상기 스테이지의 중앙영역에 연결되는 토션바를 구비하는 지지부와; 상기 스테이지의 저면과 이에 대면하는 기판의 상면에 각각 형성되는 구동 콤전극 및 고정 콤 전극을 구비하는 스테이지 구동체를; 구비한다. 이와 같이 확장영역에 다수의 콤 전극을 형성시키면 구동력을 크게 증가시킬 수 있어서, 현저히 낮은 구동 전압으로도 유사한 구동 속도를 얻을 수 있다. 또한, 고속 구동을 위해서는 스테이지의 무게를 크게 줄여 주어야 하며 이를 위하여 스테이지를 다수로 나누고, 구동력을 증가시키기 위하여 다수의 콤 전극을 스테이지의 좌우측에 추가로 형성시키는 것을 특징으로 한다.

Description

광스캐너 및 그 제조방법{Optical scanner and manufacturing method thereof}

본 발명은 MEMS 구조에 의해 제공된 미소거울을 이용한 광스캐너 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상세히는 1축방향의 시이소 구동을 위한 광스캐너 및 그 제조방법에 관한 것이다.

미국특허 제 5,025,346호는 빗살 모양의 콤 전극(comb-typed electrode) 구조에 의한 정전효과(electro static effect)를 이용하는 마이크로 액튜에이터에 관해 개시되어 있다. 미국 특허 제 5,025,346호에 개시된 마이크로 액튜에이터는 이동구조물과 고정구조물에 상호 교번적으로 배치되는 이동 콤 전극과 고정 콤 전극이 마련되는 구조를 가진다. 상기 이동구조물은 주위의 지지구조물에 의해 현가되어 있고, 상기와 같은 현수 구조물이 수평공진주파수로 가진되도록 되어 있다.

상기 종래 마이크로 액튜에이터는 이동체인 스테이지 또는 이동구조물의 평면에 대해 나란한 방향으로 구동 콤 전극이 형성되고, 이 구동 콤 전극에 대응하는 고정 콤 전극은 위치 고정된 상태에서 상기 구동 콤 전극과 교호적으로 배치되고, 상기 구동 콤 전극과 같이 상기 스테이지의 평면방향에 나란하게 형성되는 구조를 가진다. 이상과 같은 종래 마이크로 액튜에이터는 스테이지의 주변에 콤 전극이마련되어 있기 때문에 스테이지 또는 이동구조물에 비해 전체적인 크기가 상당히 확대되게 되고, 결과적으로 따라서 적용대상이 제한된다.

본 발명의 제1의 목적은 콤전극의 효율적인 설계 구조에 의해 초소형화 및 고속 구동이 가능한 광스캐너 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 낮은 구동 전압으로 고속 선형 스캐닝이 가능한 광스캐너 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3의 목적은 고속 광스캐너의 안정적인 양산공정이 가능한 광스캐너 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광 스캐너의 제1실시예의 개략적 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 광 스캐너의 평면도이다.

도 3은 도 2의 x-x 선 단면도이다.

도 4는 도 2의 y-y 선 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 광 스캐너의 제2실시예에서 스테이지의 구조를 보인개략적 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 광 스캐너의 제3실시예의 개략적 사시도이다.

도 7는 도 6에 도시된 본 발명의 광 스캐너의 평면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 광 스캐너의 제4실시예에서 스테이지의 구조를 보인개략적 평면도이다.

도 9는 도 6 내지 도 8에 도시된 광스캐너에서 스테이지 어레이에 의한 광반사를 설명하는 도면이다.

도 10a 내지 도 10l 은 본 발명의 광스캐너에서 상부 구조물의 제조 공정도이다.

도 11a 내지 도 11l은 본 발명의 광스캐너에서 하부 구조물의 제조 공정도이다.

도 12는 본 발명의 광스캐너 제조방법에 있어서, 상부 구조물과 하부 구조물을 결합하는 방법을 설명하는 도면이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광스캐너는,

그 상면에 소정 패턴의 배선층이 형성되어 있는 베이스 기판과;

상기 베이스 상에 형성되는 4각 테두리형의 프레임과;

상기 프레임 내에서 일방향의 중심축을 중심으로 시이소 운동하는 것으로 상기 중심축상에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역에서 중심축이 통과하는 중앙영역의 양 변으로 부터 상기 중심축에 나란한 방향으로 연장되는 4개의 확장영역을 가지는 H 형 스테이지와;

상기 중심축 상에 존재하며 상기 프레임에 연결되는 지지빔과, 지지빔으로 부터 연장되어 상기 스테이지의 중앙영역에 연결되는 토션바를 구비하는 지지부와;

상기 스테이지의 저면과 이에 대면하는 기판의 상면에 각각 형성되는 구동콤전극 및 고정 콤 전극을 구비하는 스테이지 구동체를; 구비한다.

상기 본발명의 광스캐너에 있어서, 상기 프레임은 상기 기판측의 제2부분프레임과 그 상부의 제1부분프레임 및 이들 사이의 본딩층을 포함하며, 상기 지지부는 상기 제1부분프레임 및 스테이지와 일체적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스테이지의 확장부 및 이에 대면하는 기판 상에 구동 콤전극 및 고정 콤전극이 대응되게 마련되어 있고, 상기 확장부는 상기 구동 콤전극를 지지하기 위한 골격을 가지는 빗살형의 모양을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 스테이지의 저면에 형성되는 구동콤전극에 대응하는 고정콤전극은 상호 전기적으로 분리된 제1고정콤전극과 제2고정콤전극을 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광스캐너의 다른 유형은,

그 상면에 소정 패턴의 배선층이 형성되어 있는 베이스 기판과;

상기 베이스 상에 형성되는 사각 테두리형의 프레임과;

상기 프레임 내에서 다수 나란하게 배치되는 다수의 스테이지와;

상기 스테이지들을 각각 상기 프레임에 현가시켜는 지지부와;

상기 스테이지의 저면과 이에 대면하는 기판의 상면에 각각 형성되는 구동 콤전극 및 고정 콤 전극을 구비하는 스테이지 구동체를; 구비하며,

상기 각 스테이지는 상기 중심축상에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역에서 중심축이 통과하는 중앙영역의 양 변으로 부터 상기 중심축에 나란한 방향으로연장되는 4개의 확장영역을 가지는 H 형상이며,

상기 각 지지부는 상기 프레임에 연결되는 지지빔과, 지지빔으로 부터 연장되어 상기 스테이지의 중앙영역에 연결되는 토션바를 구비하는 구조를 가진다.

상기 두번째 유형의 본발명에 따른 광스캐너에 있어서, 상기 프레임은 상기 기판측의 제2부분프레임과 그 상부의 제1부분프레임 및 이들 사이의 본딩층을 포함하며, 상기 지지부는 상기 제1부분프레임 및 스테이지와 일체적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스테이지의 확장부 및 이에 대면하는 기판 상에 구동 콤전극 및 고정 콤전극이 대응되게 마련되어 있고, 상기 확장부는 상기 구동 콤전극를 지지하기 위한 골격을 가지는 빗살형의 모양을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 스테이지의 저면에 형성되는 구동콤전극에 대응하는 고정콤전극은 상호 전기적으로 분리된 제1고정콤전극과 제2고정콤전극을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법에 따르면,

사각 테두형의 제1부분프레임과 제1부분프레임 내에 분리영역을 사이에 두고 위치하며, 상기 제1부분프레임으로 부터 연장되는 지지빔과 지지빔으로 부터 연장되어 토션바를 갖는 지지부에 의해 지지되는 것으로 상기 토션바가 직접 연결되는 중앙영역과, 중앙영역으로부터 상기 토션바와 나란한 방향으로 연장되는 H형의 스테이지를 포함하는 상부 구조물를 형성하는 단계;

상기 제1부분프레임에 대응하는 제2부분프레임과 제2부분프레임을 지지하는 것으로 상기 스테이지와 소정 간격을 유지하는 기판을 포함하는 하부 구조물을 형성하는 단계;

상기 제1부분프레임과 제2부분프레임을 유택틱본딩에 의해 접착하여 상기 상하부 구조체를 하나로 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 유택틱본딩을 위한 본딩층을 상기 상부 구조체 형성단계 또는 하부 구조체 형성단계에서 제1부분프레임 또는 제2부분프레임의 표면에 형성하는 것이 바람직하며, 상기 상부 구조물 형성단계에서, 상기 스테이지의 저면에 수직방향의 구동 콤전극을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제조방법의 바람직한 실시예에 따르면 상기 하부 구조물 형성단계에서, 상기 기판의 상면에 상기 스테이지 저면의 구동콤전극에 대응하는 고정 콤 전극을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 광스캐너의 제조방법에 있어서,

상기 상부 구조물의 형성단계는:

제1기판에 상기 스테이지 보다 큰 크기의 관통공을 형성하는 단계; 제2기판의 상면에서, 상기 분리영역에 대응하는 부분을 소정 폭과 깊이로 에칭하는 단계;

상기 제1기판과 제2기판을 양극 접합하는 단계;

상기 제2기판을 연마하여 소정 두께로 가공하는 단계;

상기 제2기판의 저면에서, 상기 제1부분프레임에 대응하는 부분에 상부 금속층을 형성하는 단계;

상기 제1기판의 저면을 소정패턴으로 에칭하여 상기 분리영역에 대응하는 부분을 관통시키고, 상기 스테이지의 저면에 소정 높이의 상기 구동 콤 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부 구조물의 형성단계는:

상기 하부구조물을 지지하는 제3기판의 상면에 소정 패턴의 배선층을 형성하는 단계;

제4기판의 저면에서, 상기 제2부분프레임과 고정 콤 전극 영역 사이에 대응하는 소정 폭과 깊이의 하부 분리영역을 형성하는 단계;

상기 제3기판과 상기 제4기판을 양극 접합하는 단계;

상기 제4기판의 상면에서, 상기 제2부분프레임에 대응하는 부분을 소정 깊이 에칭하는 단계;

상기 제4기판의 에칭된 부분에 하부 금속층을 형성하는 단계;

상기 제4기판의 상면에 상기 제2부분프레임과 상기 고정콤전극에 대응하는 부분을 덮고 이 사이의 하부 분리영역을 노출시키는 마스크층을 형성하는 단계;

상기 마스크층에 덮히지 않은 부분을 소정 깊이 에칭하여 상기 하부 분리영역을 관통시키고, 상기 하부 분리영역의 안쪽에 소정 높이의 고정 콤 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부 금속층을 형성하는 단계는:

상기 제1부분프레임의 저면에 금속성 종자층을 형성하는 단계;

상기 종자층에 도금법에 의해 유택틱 본딩층;을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광스캐너 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 각각 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면서, 본발명의 광스캐너의 제1실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 광스캐너의 제1실시예의 개략적 사시도이다. 도 3은 도 1의 x - x 선 단면도로서 그 상면에 미러(미도시)가 형성되는 스테이지(3)를 지지하는 지지부(4) 및 프레임(2)의 단면 구조를 보인다. 그리고 도 2는 도 1에 도시된 광스캐너의 개략적 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 파이렉스 유리 등으로 된 기판(1) 상에 사각 테두리형의 프레임(2)이 형성되고, 프레임의 안쪽에는 소정 폭의 분리영역을 사이에 두고 H 형의 스테이지(3)가 위치해 있다. 상기 스테이지(3)는 x - x 축 상에 위치하는 양 지지부(4)에 의해 기판(1)으로 부터 소정 높이로 현가되어 있다. 상기 스테이지(3)는 분리영역을 횡단하는 상기 지지부(4)에 직접 연결되는 중앙영역(31)과 중앙영역(31)으로 부터 상기 지지부(4)에 나란한 방향으로 소정 거리 연장된 4개의 확장영역(32)을 갖는다. 상기 미러는 상기 중앙영역(31)에만 형성될 수 있고, 또는 중앙영역(31)과 확장영역(32) 전체에 형성될 수 도 있다.

상기 지지부(4)는 상기 프레임(2)으로부터 연장되는 것으로 변형되지 않는 지지빔(42)과 지지빔(42)으로부터 연장되며 상기 스테이지(3)의 중앙영역(31)에 연결되는 것으로 스테이지(3)의 운동에 의해 변형되는 토션바(41)를 구비한다. 상기 토션바(41)는 상기 스테이지(3)의 중앙영역(31)의 대향된 가장자리의 중앙부분에 연결된다. 상기 프레임(2), 지지부(4) 및 스테이지(3)는 일체적으로 형성된다. 상기 토션바(41)는 스테이지(3)의 시이소 운동을 지지하며 스테이지의 운동 시 적절한 탄성복원력을 제공하며, 상기 프레임 및 지지부는 스테이지로의 전기적 통로를 제공한다. 상기 프레임(2)은 AuSn 합금등의 도금층에 의한 유택틱 본딩층(23)을 중심으로 그 상하에 위치하는 제1부분프레임(21) 및 제2부분프레임(22)에 의해 구성된다. 상기 제1부분프레임(21)과 상기 스테이지(3) 및 지지부(4)는 후술하는 다단계의 가공 과정을 통해 하나의 소재기판, 예를 들어 하나의 실리콘 웨이퍼로부터 얻어진다. 따라서, 상기 제1부분프레임(21)과 스테이지(3) 사이에는 사각형의 분리영역이 존재하며, 상기 토션바(41) 및 지지빔(42)을 포함하는 지지부(4)는 상기 분리영역의 일측부분을 횡단한다. 상기 스테이지(4)에서 중앙영역(31)과 이로 부터 연장되는 확장영역(32)의 저면에는 구동콤전극(33)이 형성되고, 이에 대면하는 기판(1) 상에도 상기 구동 콤전극(33)과 교호적으로 배치되는 제1고정 콤전극(13)이 형성되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1고정 콤전극(13)의 일측에는 제2고정 콤전극(13')이 위치한다. 제2고정콤전극(13')은 본 발명에 있어서 선택적인 요소로서 스테이지(3)의 거동을 전기적 캐패시턴스 변화로서 검출하는 일종의 센서이다. 제2고정 콤전극(13')과 같은 별도의 전극의 이용은 종래에도 이루어져 왔으므로 더 이상 설명되지 않는다. 상기 제1고정 콤전극(13) 및 제2고정 콤전극(13')은 도 1에 도시된 바와 같이, 그 하부의 베이스(14, 14')에 의해 지지되며 각각과 일체적으로 형성된다. 도 3에서는 상기와 같은 제2고정 콤전극(13') 및 이를 지지하는 베이스(14')가 편의상 생략되었다.

도 4는 도 2의 Y - Y 선 단면도로서, 스테이지(3)와 기판(1) 사이에 마련된 구동콤전극(33)과 제1고정콤전극(13)의 구조를 보인다. 도 4에 도시된 바와 같이 지지부(4)에 의한 회전축을 중심으로 그 양측에 대칭적으로 상기 구동콤전극(33)과 고정콤전극(13)에 의한 스테이지 구동구조가 마련된다.

상기와 같은 본 발명의 광스캐너의 특징은 스테이지(3)가 중앙영역(31)과 중앙영역(31)으로 부터 확장된 확장영역(32)을 구비하고, 그리고 스테이지(3)를 지지하는 지지부(4)가 지지빔(42) 및 상기 스테이지의 중앙영역에 직접 연결되는 토션바(41)를 구비하는 구조에 있다.

위에서 설명된 구조의 본 발명에 따른 광스캐너는 구조적으로 지지부(4)의 길이 및 두께 등의 규격을 스테이지와 프레임간의 간격에 무관하게 조절할 수 있다. 즉, 충분한 면적의 스테이지 및 이를 구동하기 위한 콤전극 구조체를 제공할 수 있으면서, 스테이지를 안정적으로 지지할 수 있는 지지부를 제공할 수 있게 된다.

도 5는 위의 실시예에 있어서, 상기 확장부(32)를 변형시킨 광스캐너의 제2 실시예의 평면 구조를 보인다. 제2실시예는 중앙영역(31)으로 부터 확장되어 있는 확장영역(32')에서 구동콤전극(33)을 지지할 수 있는 정도의 부분 즉 빗살모양의 뼈대만 남기고 나머지 부분은 제거한 구조를 가진다. 이러한 구조적인 특징은 제1실시예의 평면구조를 개략적으로 도시한 도 2와 비교해 봄으로써 쉽게 이해될 수 있다. 따라서, 스테이지(3)의 무게가 전술한 실시예에 비해 감소되면서도 그 구동력을 여전히 유지될 수 있게 된다. 따라서 구동특헝(동일 전압에 대한 구동 각도의증가 등)을 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나, 이 실시예의 경우는 스테이지의 유효면적, 즉 광스캐너로서 미러가 형성될 수 있는 부분의 감소는 피할 수 없을 것이다.

도 6은 전술한 제1실시예에 따른 광스캐너가 하나의 어레이를 이루는 본 발명의 제3실시예에 따른 광스캐너의 개략적 사시도이며, 도 7은 그의 개략적 평면도이다.

제3실시예의 광스캐너는 다수의 스테이지(3a)가 소정간격을 두고 나란히 배치되고, 이들 다수의 스테이지(3a)들은 이들을 에워싸는 하나의 프레임(2a)을 공유한다. 전술한 실시예들에서와 마찬가지로 파이렉스 유리 등으로 된 기판(1a) 상에 사각 테두리형의 프레임(2a)이 형성되고, 프레임의 안쪽에는 H 형의 스테이지(3a)가 다수 나란하게 위치해 있다. 상기 각 스테이지(3a)는 양 지지부(4a)에 의해 기판(1a)으로 부터 소정 높이로 현가되어 있다. 상기 스테이지(3a)는 상기 지지부(4a)에 직접 연결되는 중앙영역(31a)과 중앙영역(31a)으로 부터 상기 지지부(4a)에 나란한 방향으로 소정 거리 연장된 4개의 확장영역(32a)을 갖는다.

상기 각 지지부(4a)는 상기 프레임(2a)으로부터 연장되는 지지빔(42a)과 지지빔(42a)으로부터 연장되며 해당 스테이지(3a)의 중앙영역(31a)에 연결되는 토션바(41a)를 구비한다. 토션바(41a)는 해당 스테이지(3a)의 중앙영역(31a)의 대향된 가장자리의 중앙부분에 연결된다. 상기 각 토션바(41a)는 해당 스테이지(3a)의 시이소 운동을 지지하며 스테이지(3a)의 운동 시 적절한 탄성복원력을 제공하며, 상기 프레임(2a) 및 지지부(4a)는 해당 스테이지(3a)로의 전기적 통로를 제공한다.상기 프레임(2a)은 전술한 실시예에서와 마찬가지로 AuSn 합금등의 도금층에 의한 유택틱 본딩층(23a)을 중심으로 그 상하에 위치하는 제1부분프레임(21a) 및 제2부분프레임(22a)에 의해 구성된다.

각 스테이지(3a)의 저면과 이의 하부 기판(1a)상에는 구동콤전극 및 고정콤전극이 마련된다. 이러한 콤전극구조체 즉 스테이지 구동체는 전술한 실시예에서 설명되었으므로 더 이상 설명되지 않는다.

도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 제3실시예에 따른 광스캐너의 변형례로서 상기 확장부(32a)를 변형시킨 광스캐너를 보인다. 제4실시예는 중앙영역(31a)으로 부터 확장되어 있는 확장영역(32a')에서 구동콤전극(33)을 지지할 수 있는 정도의 부분 즉 빗살모양의 뼈대만 남기고 나머지 부분은 제거한 구조를 가진다. 이러한 구조적인 확장영역은 전술한 제2실시예의 구조가 응용된 것이다.

이상과 같은 실시예 3 및 실시예 4에 따른 광스캐너는 도 9에 도시된 바와 같이 다수의 스테이지(3a)가 동시 작동하는 구조에 의해 입사되는 하나의 입사빔을 다수의 스테이지로 입사시켜 반사시키도록 함으로써 하나의 스테이지를 이용해 입사빔을 반사시키는 구조에 비해 광 스캐너의 전체 두께를 낮출 수 있게 되어 각각의 스테이지의 무게를 크게 줄일 수 있으며, 따라서 구동속도를 크게 증가시킬 수 있게 된다.

이하, 상기와 같은 구조의 본 발명의 광스캐너를 제작하기 위한 본 발명에 따른 제조방법의 바람직한 실시예를 단계별로 설명한다. 아래의 제조과정의 설명과 함께 인용되는 도면은 이해를 돕기 위해 전술한 본 발명의 광스캐너에 비해 개략적으로 도시한다.

1. 상부 구조물 제작 방법

가) 도 10a에 도시된 바와 같이, 취급이 용이한 두께, 예를 들어 300㎛ 정도의 두께를 가지는 글래스 웨이퍼(glass wafer) 등으로 된 제1기판(100)을 준비하고 이의 표면에 식각마스크(101)를 형성한다. 식각마스크(101)는 제1기판(100)의 에칭 공정시 견딜 수 있는 필름으로 형성하며, 향후 형성될 스테이지보다 큰 사각 구멍이 관통되도록 한다.

나) 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 식각마스크층(101)에 덮히지 않은 제1기판(100)의 노출부분을 에칭하여 상기 제1기판(100)을 관통시키고 이에 이어 상기 식각마스크(101)를 제거한다.

다) 도 10c에 도시된 바와 같이, 구동 콤 전극 형성시에 식각 저지층(etch stop)으로 사용하기 위하여 산화막(oxide layer, 203)과 웨이퍼(201, 202)의 적층 중간에 형성되어 있는 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼를 제2기판(200)으로 사용한다. 제2기판(200)상에 스테이지와 프레임 사이의 분리영역에 대응하는 개구영역을 가지는 식각마스크(102)를 포토 레지스트로 형성한다.

라) 도 10d에 도시된 바와 같이, 건식식각이나 습식식각을 이용하여 에칭하고 식각마스크(102)에 덮히지 않은 제2기판(200)의 노출부위를 식각한 후 식각마스크(102)를 제거한다. 이때에 식각은 산화막(203) 윗 부분 까지만 이루어 진다.

마) 도 10e에 도시된 바와 같이, 제1기판(100)과 제2기판(200)을 양극접합(anodic bonding)을 이용하여 접합하고, 제2기판(200)을 소정 두께로, 예를 들어 50~100㎛ 이내로 CMP(Chemical mechanical polishing)에 의해 연마한다.

바) 도 10f에 도시된 바와 같이, 제2기판(200)의 배면 전체에 금속종자층(metal seed layer, 204)을 증착법 등에 의해 형성한다. 금속종자층(204)은 500Å정도의 Cr을 증착하고, 이 위에 1500~2000Å 정도의 Au를 증착함으로써 얻을 수 있다.

사) 도 10g에 도시된 바와 같이, 상기 종자층(204)의 상면에 도금마스크(205)를 형성한 후 도금마스크에 덮히지 않은 부분의 종자층(204)의 노출부분에 AuSn 도금층에 의한 유택틱 본딩층(206)을 형성한다. 상기 도금마스크층(205)은 프레임이 형성될 부분 이외의 모든부분에 형성한다. 이를 위하여, 상기 도금마스크(205)는 포토레지스트의 전면적인 도포 및 포토리소그래피법등에 의한 패터닝과정에 의해 얻어진다. 도금마스크(205)에 덮히지 않은 상기 종자층(204)의 노출부분에 AuSn 등의 금속합금을 소정두께의 유택틱 본딩층(206)으로 도금법에 의해 형성한다.

아) 도 10h에 도시된 바와 같이, 도금마스크(205)를 에칭액에 의해 제거하고, 상기 유택틱 본딩층(206)상에 식각마스크(207)를 형성하고, 이에 이어 식각마스크(207)에 덮히지 않은 종자층(204)의 노출부분을 제거한다. 상기 식각마스크(207)는 상기 종자층(204)과 유택틱 본딩층(206) 전체 즉, 웨이퍼 전체에 형성된 후 패터닝된다. 상기 식각마스크(207)의 패터닝 과정은 일반적인 포토리소그래피법을 적용할 수 있다. 식각마스크(207)에 덮히지 않은 종자층(204)의 식각은 화학적 에칭액에 의해 이루어진다.

자) 도 10i에 도시된 바와 같이, 유택틱 본딩층(206) 상에 형성된 식각마스크(207)을 제거하고, 제2기판(200)의 배면에 전술한 구동 콤 전극 형성을 위한 소정 패턴의 식각마스크(209)를 일반적인 포토리소그래피법에 의하여 형성한다.

차) 도 10j에 도시된 바와 같이, ICPRIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)법을 이용해 상기 제2기판(200)에서 상기 마스크(209)에 덮히지 않은 부분을 산화막(203)까지 에칭하여 구동 콤 전극(33)을 형성한다.

카) 도 10k에 도시된 바와 같이, 구동 콤 전극 형성용 식각마스크(209)층을 제거하고, BOE로 상기 제2기판(200)의 노출된 산화막(203)을 제거하여 분리영역(208)을 관통 형성한다. 따라서, 분리영역(208)의 안쪽으로 전술한 스테이지(3)가 형성되고 그 바깥쪽으로 상기 스테이지(3)를 감싸는 제1부분프레임(21)이 형성되게 된다. 여기에서 상기 스테이지(3)와 제1부분프레임(21)의 사이에는 전술한 지지부, 즉 토션바 및 지지빔이 마련되는데, 이것은 위의 과정 중 식각공정에서의 마스크 패턴에 의해 얻어지는 결과물이다.

타) 상기 과정을 거친 소자(결과물)를 뒤집어서 제1기판(100)의 안쪽으로 노출된 스테이지(3)의 상면에 Au 등의 반사막을 코팅하여 미러(5)를 형성한다.

위에서 설명된 과정은 하나의 소자 제조에 집중되었다. 그러나, 일반적으로 하나의 웨이퍼에 대해 다수의 소자를 얻기 위한 웨이퍼 단위의 공정에 의해 상기 소자가 제조될 수 있다. 이와 같이 웨이퍼 단위로 소자가 일괄 가공되는 동안 부수적인 공정 등이 수반될 수 있고, 필연적으로 소자를 웨이퍼로 부터 분리하는 다이싱 공정이 수행되며, 다이싱 공정 등의 과정에서 상기 구동콤전극등이 손상될 우려가 있기 때문에 다이싱 공정 이전에 구동콤전극을 보호하기 위한 보호층을 상기 구동콤전극에 형성할 수 있고 다이싱이 완료된 후 개별 소자에 형성된 보호층이 최종적으로 제거된다. 이러한 부가적인 공정 들은 본원발명의 범위를 제한하지 않는다.

2. 하부 구조물 제작 방법

가) 도 11a에 도시된 바와 같이, 파이렉스 유리 등으로 된 것으로서 본 발명의 광스캐너의 기판(1)으로 적용되는 베이스 제3기판(300)의 상면에 포토레지스트에 의한 식각마스크(301)을 형성한 후, 식각마스크(301)에 덮히지 않은 제3기판(300)의 노출부분을 소정 깊이 에칭하여 홈(302)을 형성한다. 상기 홈(302)은 제3기판(300) 즉 광스캐너의 기판(1)에 형성되는 배선층이 매립되는 부분이다. 이러한 홈(302)은 RIE(Reactive Ion Etching)등에 의한 건식식각법에 의해 형성된다.

나) 도 11b에 도시된 바와 같이, 식각마스크(301)를 제거한 후 상기 제3기판(300)의 상면 전체에 배선층을 위한 금속막(303)을 증착한다. 상기 금속막(303)은 본발명의 광스캐너에서 고정 콤전극에 연결되는 것으로서 Au 전선과의 접합에 사용하므로 Au로 형성하는 것이 바람직하다. 금속막(303)의 두께는 홈(302)의 깊이보다 두껍게 증착하여 양극 접합시 고정 콤전극 부위와 전기적으로 완벽히 접촉되도록 한다.

다) 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 금속막(303) 중 상기 홈(302)에 있는 부분을 제외한 나머지를 제거하여 홈(302) 내에 배선층(304)을 형성한다. 이때에 마스크를 이용한 건식 또는 습식 바람직하게는 습식 식각법이 적용된다.

라) 도 11d에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼로된 제4기판(400)의 상면에 전술한 고정콤전극의 베이스와 제2부분프레임 사이의 분리영역에 대응하는 패턴을 가지는 식각마스크(401)를 형성하고, RIE에 의해 제4기판(400)을 에칭하여 분리홈(402)을 형성한다. 여기에서 분리홈(402)은 제4기판(400) 상에 형성되는 고정콤전극이 영역별로 전기적으로 분리될 뿐만 아니라 전극과 프레임 부위가 분리될 수 있도록 한정해 준다.

마) 도 11e에 도시된 바와 같이, 제4기판(400)에서 식각마스크(401)를 제거하고, 제4기판(400)과 먼저 가공되어 있는 상기 제3기판(300)을 상호 가공면을 마주대하도록 양극접합(anodic bonding)한다. 제4기판(400)인 실리콘 웨이퍼를 CMP(Chemical mechanical polishing) 공정을 통하여 제작하고자 하는 광스캐너의 구동 사양(specification)에 따라 50~100㎛ 두께로 가공한다.

바) 도 11f에 도시된 바와 같이, CMP 처리된 제4기판(400)의 상면에 전술한 제2부분프레임(22)에 대응하며 이보다 큰 폭의 개구부(403')를 갖는 식각마스크(403)를 형성한 후 이에 노출된 부분을 소정깊이 에칭한다. 이때 상부 구조물과의 접합을 위하여 일반적으로 알려진 정렬키(align key, 미도시)를 삽입한다. 이때에 에칭깊이는 구동 콤 전극과 고정 콤 전극의 교차면적의 함수이므로, 교차면적의 설계에 대응하여 에칭깊이가 적절히 조절되어야 한다.

사) 도 11g에 도시된 바와 같이, 제4기판(400) 상의 식각마스크(403)를 제거한 후, 상기 제4기판의 상면 전체에 금속층(500)을 증착한다. 이때에 금속층(500)은 전술한 종자층(204)과 같은 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이단계 이후에아래의 아) 단계 또는 자) 단계를 수행한다.

아) 도 11h에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(500)에서 전술한 제2부분프레임(22)에 대응하는 부분에만 식각마스크(501)를 형성하고 식각마스크(501)에 덮히지 않은 금속층(500)의 노출부분을 제거한 후 아래의 차)단계를 수행한다.

자) 도 11i에 도시된 바와 같이, 상하부 구조물의 접합을 위한 유택틱 본딩층을 상부 구조물 대신 하부구조물에 도금법으로 형성할 수도 있으며, 이 때에는 금속층(500) 위에 포토레지스트 등을 이용한 도금마스크(504)를 형성하고 유택틱 본딩층(206)을 형성한다. 이후 도금마스크(504)를 제거하고, 상기 아)의 공정을 이용하여 하부 금속층(500)의 노출부분을 제거한다.

차) 도 11j에 도시된 바와 같이, 고정 콤 전극의 패턴 형성을 원할히 하기 위하여 프레임 부위를 채워주기 위한 희생층(505)을 코팅하고, 폴리싱 등을 이용하여 평탄화 공정을 수행한다.

카) 도 11k에 도시된 바와 같이, 제4기판(400)의 상면에 고정 콤 전극에 대응하는 부위 및 상기 프레임에 대응하는 부위에 식각마스크(506)을 형성하고 패터닝한다.

타) 도 11l에 도시된 바와 같이, 상기 식각마스크(506)에 덮히지 않은 제4기판(400)의 노출부분을 ICPRIE 법에 의해 소정깊이 에칭한다. 이 과정을 통하여 콤 전극들과 제2부분프레임이 전기적으로 분리된다.

상기와 같은 과정을 거친 후, 제4기판 상의 전체 구조물 위에 포토레지스트 등의 보호막을 형성하고 다이싱하여 단위 하부 구조물로 분리한다. 분리가 끝나면, 희생층, 보호막, 식각마스크를 화학적 에칭액에 의해 제거한 후 세정 및 건조한다.

3. 상하부 구조물의 결합

위의 과정에서 얻어진 단위 상하부 구조물을 하나로 결합하여 최종의 광스캐너를 완성하는 단계이다.

도 12는 상하부 구조물을 정렬한 후 하나로 결합하는 모습을 보여준다. 상하부 구조물의 정렬 및 결합은 진공척(600)의 도움을 받는다. 각각 분리된 상하부 구조물은 플립 칩 본더(flip chip bonder)를 이용하여 접합한다. 두 진공척에 상하부 구조물을 각각 고정한 후(상부 구조물은 양쪽 프레임의 상부를 진공척으로 고정하며, 하부 구조물은 중심부를 진공척으로 고정한다.), 현미경으로 관찰하면서 두 구조물을 정렬하고, 정렬이 완료되면 두 진공척을 접근시켜 두 상하부 구조물을 하나로 결합한다. 이때에 일정한 압력와 유택틱 온도를 유지하면, 프레임 사이의 금속 유택틱 본딩층이 녹아 붙어서 상기 상하부 구조물이 하나로 결합된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 광스캐너는 콤 전극의 개수를 증가시키는 것이 용이하여 사각 스테이지 하부에만 콤 전극이 형성된 경우와 거의 동일한 구동속도를 확보하면서도 구동전압을 크게 낮출 수 있다. 또한 다수의 미러판으로 분리함으로 인하여 미러의 질량을 줄일 수 있어서 고속 스캐닝을 가능하도록 하였다(공진주파수 f ∝ 질량 m^-1/2)^.

또한 본 발명에 따른 광스캐너의 제조방법은 목적하는 구조의 광스캐너를 성공적으로 제작할 수 있으며, 안정적인 소자 제작이 가능하여 제품의 수율을 높일 수 있다.

Claims (17)

1. 그 상면에 소정 패턴의 배선층이 형성되어 있는 베이스 기판과;

   상기 베이스 상에 형성되는 4각 테두리형의 프레임과;

   상기 프레임 내에서 일방향의 중심축을 중심으로 시이소 운동하는 것으로 상기 중심축상에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역에서 중심축이 통과하는 중앙영역의 양 변으로 부터 상기 중심축에 나란한 방향으로 연장되는 4개의 확장영역을 가지는 H 형 스테이지와;

   상기 중심축 상에 존재하며 상기 프레임에 연결되는 지지빔과, 지지빔으로 부터 연장되어 상기 스테이지의 중앙영역에 연결되는 토션바를 구비하는 지지부와;

   상기 스테이지의 저면과 이에 대면하는 기판의 상면에 각각 형성되는 구동 콤전극 및 고정 콤 전극을 구비하는 스테이지 구동체를; 구비하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프레임은 상기 기판측의 제2부분프레임과 그 상부의 제1부분프레임 및 이들 사이의 본딩층을 포함하며,

   상기 지지부는 상기 제1부분프레임 및 스테이지와 일체적으로 형성되어 있는것을 특징으로 하는 광스캐너.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스테이지의 확장부 및 이에 대면하는 기판 상에 구동 콤전극 및 고정 콤전극이 대응되게 마련되어 있고,

   상기 확장부는 상기 구동 콤전극를 지지하기 위한 골격을 가지는 빗살형의 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스테이지의 저면에 형성되는 구동콤전극에 대응하는 고정콤전극은 상호 전기적으로 분리된 제1고정콤전극과 제2고정콤전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
5. 제3항에 있어서,

   상기 스테이지의 저면에 형성되는 구동콤전극에 대응하는 고정콤전극은 상호 전기적으로 분리된 제1고정콤전극과 제2고정콤전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
6. 그 상면에 소정 패턴의 배선층이 형성되어 있는 베이스 기판과;

   상기 베이스 상에 형성되는 사각 테두리형의 프레임과;

   상기 프레임 내에서 다수 나란하게 배치되는 다수의 스테이지와;

   상기 스테이지들을 각각 상기 프레임에 현가시켜는 지지부와;

   상기 스테이지의 저면과 이에 대면하는 기판의 상면에 각각 형성되는 구동 콤전극 및 고정 콤 전극을 구비하는 스테이지 구동체를; 구비하며,

   상기 각 스테이지는 상기 중심축상에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역에서 중심축이 통과하는 중앙영역의 양 변으로 부터 상기 중심축에 나란한 방향으로 연장되는 4개의 확장영역을 가지는 H 형상이며,

   상기 각 지지부는 상기 프레임에 연결되는 지지빔과, 지지빔으로 부터 연장되어 상기 스테이지의 중앙영역에 연결되는 토션바를 구비하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
7. 제6항에 있어서,

   상기 프레임은 상기 기판측의 제2부분프레임과 그 상부의 제1부분프레임 및 이들 사이의 본딩층을 포함하며,

   상기 지지부는 상기 제1부분프레임 및 스테이지와 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 스테이지의 확장부 및 이에 대면하는 기판 상에 구동 콤전극 및 고정 콤전극이 대응되게 마련되어 있고,

   상기 확장부는 상기 구동 콤전극를 지지하기 위한 골격을 가지는 빗살형의 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 스테이지의 저면에 형성되는 구동콤전극에 대응하는 고정콤전극은 상호 전기적으로 분리된 제1고정콤전극과 제2고정콤전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
10. 제8항에 있어서,

    상기 스테이지의 저면에 형성되는 구동콤전극에 대응하는 고정콤전극은 상호 전기적으로 분리된 제1고정콤전극과 제2고정콤전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
11. 사각 테두형의 제1부분프레임과 제1부분프레임 내에 분리영역을 사이에 두고 위치하며, 상기 제1부분프레임으로 부터 연장되는 지지빔과 지지빔으로 부터 연장되어 토션바를 갖는 지지부에 의해 지지되는 것으로 상기 토션바가 직접 연결되는 중앙영역과, 중앙영역으로부터 상기 토션바와 나란한 방향으로 연장되는 H형의 스테이지를 포함하는 상부 구조물를 형성하는 단계;

    상기 제1부분프레임에 대응하는 제2부분프레임과 제2부분프레임을 지지하는 것으로 상기 스테이지와 소정 간격을 유지하는 기판을 포함하는 하부 구조물을 형성하는 단계;

    상기 제1부분프레임과 제2부분프레임을 유택틱본딩에 의해 접착하여 상기 상하부 구조체를 하나로 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 유택틱본딩을 위한 본딩층을 상기 상부 구조체 형성단계 또는 하부 구조체 형성단계에서 제1부분프레임 또는 제2부분프레임의 표면에 형성하는 것을 특징으로 하는 광스캐너의 제조방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 상부 구조물 형성단계에서, 상기 스테이지의 저면에 수직방향의 구동 콤전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 광스캐너의 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 하부 구조물 형성단계에서, 상기 기판의 상면에 상기 스테이지 저면의 구동콤전극에 대응하는 고정 콤 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 광스캐너의 제조방법.
15. 제 11 항에 있어서,

    상기 상부 구조물의 형성단계는:

    제1기판에 상기 스테이지 보다 큰 크기의 관통공을 형성하는 단계; 제2기판의 상면에서, 상기 분리영역에 대응하는 부분을 소정 폭과 깊이로 에칭하는 단계;

    상기 제1기판과 제2기판을 양극 접합하는 단계;

    상기 제2기판을 연마하여 소정 두께로 가공하는 단계;

    상기 제2기판의 저면에서, 상기 제1부분프레임에 대응하는 부분에 상부 금속층을 형성하는 단계;

    상기 제2기판의 저면을 소정패턴으로 에칭하여 상기 분리영역에 대응하는 부분을 관통시키고, 상기 스테이지의 저면에 소정 높이의 상기 구동 콤 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너의 제조방법.
16. 제 11 항에 있어서,

    상기 하부 구조물의 형성단계는:

    상기 하부구조물을 지지하는 제3기판의 상면에 소정 패턴의 배선층을 형성하는 단계;

    제4기판의 저면에서, 상기 제2부분프레임과 고정 콤 전극 영역 사이에 대응하는 소정 폭과 깊이의 하부 분리영역을 형성하는 단계;

    상기 제3기판과 상기 제4기판을 양극 접합하는 단계;

    상기 제4기판의 상면에서, 상기 제2부분프레임에 대응하는 부분을 소정 깊이 에칭하는 단계;

    상기 제4기판의 에칭된 부분에 하부 금속층을 형성하는 단계;

    상기 제4기판의 상면에 상기 제2부분프레임과 상기 고정콤전극에 대응하는 부분을 덮고 이 사이의 하부 분리영역을 노출시키는 마스크층을 형성하는 단계;

    상기 마스크층에 덮히지 않은 부분을 소정 깊이 에칭하여 상기 하부 분리영역을 관통시키고, 상기 하부 분리영역의 안쪽에 소정 높이의 고정 콤 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너의 제조방법.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 상부 금속층을 형성하는 단계는:

    상기 제1부분프레임의 저면에 금속성 종자층을 형성하는 단계;

    상기 종자층에 도금법에 의해 유택틱 본딩층;을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광스캐너의 제조방법.