KR20030050798A

KR20030050798A - 자기구동 마이크로미러 및 그 제조방법과, 그를 이용한광스위치

Info

Publication number: KR20030050798A
Application number: KR1020010081320A
Authority: KR
Inventors: 박재영
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-06-25
Also published as: US6995894B2; US20030123128A1

Abstract

본 발명은 자기구동 마이크로미러 및 그 제조방법과, 그를 이용한 광스위치를 제공하기 위한 것으로서, 자기구동 마이크로미러는 집적화된 구동코일 및 미러에 형성된 박막자석에 의해 2축으로 자기구동되어, 큰 경사각을 갖고 신뢰성이 높으며 공정이 간단하여 수율이 높은 마이크로미러를 제작하고 이를 이용하여 광통신용 광 신호 라우터(router) 모듈의 주요 부품인 광스위치를 구현할 수 있어 소형 경량화의 부품을 구현할 수 있고 부품 단가를 절감하며, 광 통신에서 필요한 중계/분배 기능을 수행하게 되므로 대용량의 고속 정보 통신망의 실현이 가능하게 된다.

Description

자기구동 마이크로미러 및 그 제조방법과, 그를 이용한 광스위치{Magnetic Drive Micromirror and Method for Fabricating the same, and Optical Switch using the same}

본 발명은 광 통신망(optical communication network)용 송수신 모듈의 광스위치에 관한 것으로, 광섬유 분산 데이터 인터페이스(fiber distributed data interface: FDDI), 가입자 망 데이터 분산 시스템 및 광통신망의 기지국 등에 이용하기 위한 것이다.

최근의 정보 관련 기술인 컴퓨터 및 통신 기술은 다량의 정보를 실시간(realtime)으로 송수신할 수 있는 광섬유 통신을 통해 비약적으로 발전하고 있다.

특히, 동화상, 음성 신호 및 문자 신호등의 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티미디어 정보의 고속 전송, 쌍방향의 대화형(interactive) 통신 환경, 가입자 수의 폭발적 증가 등의 추세에 따라 기존의 구리 전송 선을 이용한 통신망은 그 한계에 봉착하였으며, 높은 반송 주파수(carrier frequency)의 고속, 무왜곡 전송이 가능한 광 신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.

전기적 신호를 송수신하는 기존의 통신망은 논리 회로(logic circuit), 증폭기, 스위치 등 집적회로(integrated circuits) 등으로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있었다.

반면에, 광을 정보 전달 신호로 이용하는 광 통신망의 경우, 가입자와 중계기 혹은 통신 사업자를 연결해 주는 인터페이스가 전자 회로를 이용한 논리 집적회로가 아닌 광스위치 및 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등으로 구성된 광 커넥터 모듈로 구성되어야 한다.

현재 상품화 되어있는 광통신망용 데이터 인터페이스는 전송선인 광 파이버(optical fiber)와 가입자를 연결시키기 위해 광 파이버 커넥터(fiberoptic connector), 광스위치(optical switches), 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기(transmitter) 등으로 구성되어 있으며, 정밀 가공 및 각 부품의 조립에 의존한 제조 방법 등으로 가격이 비싼 단점이 있다.

특히, 광 데이터 인터페이스의 핵심 부품인 광스위치의 경우 입력측 또는 출력측 광 파이버의 선단부를 기계적으로 움직여 광 축을 정렬함으로써스위칭(switching) 기능을 수행하도록 되어 있어 스위치의 크기를 소형화하기 어렵고, 소모 전력이 많으며, 고가인 단점이 있다.

즉, 기존의 광통신 용도의 멀티플렉싱 스위치는 상기와 같이 기계적 장치에 의해 입력 광 파이버 및 출력 광 파이버를 이동시켜 필요한 입 출력 광 파이버를 연결 또는 단락하는 방식을 채용하거나, 광 도파로 바이패스 스위치(bypass switch)를 확장하여 구성하는 방법 등이 제안되어 있다.

그러나, 전자의 경우는 기계 장치가 크고, 스위칭 속도가 낮으며, 스위칭 할 수 있는 용량이 극히 제한적이라는 치명적인 단점이 있고, 두 번째의 시스템은n×n크로스 커넥트 스위치를 구성하기 위해서는n ²개의 바이패스 스위치가 필요하게 되어 구동 및 제어 시스템이 복잡해지는 단점을 갖고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 동일 평면상에 구성되는 2차원 배열의 임의의 개수의 구동 마이크로미러 어레이를 이용하여 자유 공간에서 레이저 빔의 광로를 조절하여 광 통신용의 멀티플렉싱 시스템을 구현함에 있어, 마이크로미러의 구동 소모 전력을 크게 낮추며 응답 속도를 개선한 광신호 멀티플렉싱 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 광통신 전송모듈의 인터페이스를 구현함에 있어서, 자유 공간에서 구동되는 마이크로미러 어레이를 광스위치 소자에 적용하고, 마이크로미러를 자기력으로 개별구동하여 입력광 경로를 스위칭하는데 있다.

본 발명의 제3 목적은 반도체 일관 공정 및 마이크로머시닝 기술로 제작하여 광 통신망 기지국 및 중계기 등에 설치되는 광 송수신 인터페이스 모듈에 장착되는 광스위치 모듈의 경량화 및 소형화, 고속화, 저전력화 및 저가화를 기하는 데 있다.

도1은 본 발명에 따른 광스위치 시스템의 개념적인 단면도

도2는 본 발명에 따른 자기구동 마이크로미러의 평면도.

도3a 내지 도3d는 각각 본 발명에 따른 제1 내지 제4 실시예들로, 도2의 일 실시 단면도.

도4는 다양한 구조의 힌지의 평면도.

도5a 내지 도5f는 상기 실시예에 따른 미러부의 제조공정도

도6a 및 도6b는 미러부의 다른 실시단면도.

도7a 내지 도7f는 미러부의 또 따른 실시예에 따른 제조공정도.

도8a 및 도8b는 상기 제1 및 제2 실시예(도 3a, 3b에 도시)에서 도시된 구동부의 제조단면도.

도9a 내지 도9d는 상기 제3 실시예(도 3c에 도시)에서 도시된 구동부의 제조단면도이고, 도9e는 상기 제4 실시예(도3d에 도시)에서 도시된 구동부의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로미러 어레이 2 : 입출력 광 파이버 다발

3 : 반사판

100 : 미러부 200 : 지지대

300 : 구동부

101 : 기판 102 : 저응력 절연막, 미러의 구조체

102a : 구동들보 102b : 제1 힌지

102c : 제2 힌지 103 : 금속 패턴

104 : 쉐도우 마스크 105 : 박막자석

106 : 미러면 107 : 미러

108 : 박막 실리콘, 미러의 구조체 109 : 기판

110 : 포토레지스트 몰드

301 : 기판 302 : 구동코일

304 : 비아 303, 305 : 보호막

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기구동 마이크로미러의 특징은 적어도 하나의 이웃하는 모서리의 일측에 구동코일이 집적되어 형성성되고, 일체형 또는 분리형의 지지대를 구비한 구동부; 상기 구동부와 대향하는 위치에 박막자석을 구비한 미러가 형성된 미러부; 상기 미러를 지지하도록 상기 구동부 상의 일 양측에 상기 구동부와 일체형 또는 분리형으로 상기 미러부와 접착되는 구동부를 포함하여 구성되며, 상기 집적화된 구동코일 및 박막자석에 의해 상기 미러가 2축으로 자기구동되는데 있다.

상기 미러부는 상기 구동부와 대향하는 위치에 형성된 미러; 상기 구동코일과 대향하는 위치의 상기 미러 하부에 부착된 박막자석; 상기 미러 둘레에 상기 미러와 공간을 갖고 떨어져 형성된 구동들보; 상기 미러가 자기구동에 의해 제1 축 회전되도록 상기 지지대와 상기 구동들보 사이에 위치하여 미러를 현가시키는 제1 힌지; 상기 미러가 자기구동에 의해 상기 제1 축과 수직한 방향축으로 회전되도록 상기 미러와 구동들보 사이에 위치하여 미러를 현가시키는 제2 힌지를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기구동 마이크로미러제조방법의 특징은 (a)적어도 하나의 이웃하는 모서리에 구동코일이 집적되도록 구동부를 형성하는 단계; (b)상기 구동부와 대향되도록 미러를 형성하고, 상기 구동코일과 대향하는 위치의 상기 미러에 박막자석을 형성하여 미러부를 형성하는 단계; (c)상기 구동부와 미러부를 얼라인하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광스위치의 특징은 입력 광 파이버; 상기 입력 광 파이버로부터 광을 입사하고, 입사된 광을 상기 마이크로미러가 다수개로 배열되어 형성된 마이크로미러 어레이; 상기 마이크로미러 어레이에 의해 광의 진행방향을 임의로 조절하여 출력하는 출력 광 파이버를 포함하여 구성되는데 있다.

바람직하게 마이크로미러 어레이가 형성된 기판을 다이싱(dicing)하여 여자 코일(exciting coils)이 형성된 기판 위에 쉽게 정렬하여 붙임으로써 수율을 높이고 생산단가를 낮게 함으로써 저가의 광 스위칭 시스템을 구현한다.

바람직하게, 큰 경사각(tilting angle)을 갖는 마이크로미러를 구현하여 많은 광신호를 스위칭하는n×n광스위치를 구현한다.

바람직하게, 자기력을 사용함으로써 그 신뢰성을 높이고 구동전압을 3 volts (battery하나) 이하로 구현하며, 큰 경사각(tilting angle)을 낮은 전자기력에서 얻기 위하여 저응축력을 갖는 다양한 힌지(hinge) 구조를 이용한다.

구동 마이크로미러 어레이, 입력 광 파이버부, 출력 광 파이버부, 반사 미러부 등이 광학적으로 정렬 조립된n×n광스위치(또는 광 매트릭스 스위치) 시스템을 구현하는 것이다. 이 때n은 1 이상의 입출력 광 파이버 단의 개수이다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 자기구동 마이크로미러 및 그 제조방법과, 그를 이용한 광스위치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

MOEMS(micro opto electro mechanical system) 기술을 근간으로 제작되는 자유 공간 광 경로 제어를 위한 2축 구동 마이크로미러 어레이를 이용하여 n×n 배열의 입/출력 광 파이버의 크로스-커넥트 스위치 기능을 실현함으로써 고속 대용량의 차세대 광 통신망 구현에 관한 것이다. 즉 말하자면 기존의 전화국의 역할을 본 발명에서 제안한 cross-connect 광스위치 시스템으로 대체 할 수 있어서 통신 기술의 대혁명을 불러 일으킬 수 있다.

본 발명에서는 반도체 일관 공정 및 MEMS 기술로 제작되는 미세 구동 마이크로미러(micromirror) 어레이를 구현하여, 광 통신망의 인터페이스에 필요한 광스위치,nn광 파이버 어레이의 입출력 멀티플렉싱 스위치 어레이(또는 광 매트릭스 스위치)를 구성하는 방법을 제안한다.

도1은 본 발명에 따른 광스위치 시스템의 개념적인 단면도로, 도1과 같이 2차원 배열의n개의 각기 독립적으로 구동되는 마이크로미러를 갖는 마이크로미러 어레이(1)에 의한 통신용 레이저 빔의 자유 공간에서의 광 경로 조절 메커니즘을 도식적으로 보여준다.

광 크로스-커넥트 스위치 시스템을 구성하는 요소는 크게 시준렌즈가 부착된 입출력 광 파이버 다발(2), 반사판(3), 그리고 MEMS 마이크로미러어레이(mirror arrays)(1)로 구성된다.

마이크로미러 어레이(1)는 입력 광 파이버들로부터 들어오는 복수의 입력 광 신호를 임의의 개수를 갖는 출력 광 파이버들로 스위칭하기 위해 자유 공간 2차원으로 구동되고, 광 파이버 다발을 전송선으로 이용하는 광통신 시스템에서 임의의 입출력을 연결하는 크로스-커넥트 스위치를 구성하는 핵심 부품이 된다.

상기 광스위치 시스템은 마이크로미러 어레이(1)와 특정한 각도로 정렬된 상기 입출력 광 파이어 다발(2)의n개의 배열을 이루는 입력 광 파이버들로부터 방출되는 레이저 빔들이 각각의 입력 광 파이버에 대응되며 2축으로 구동되는 마이크로미러에 입사되면, 입사된 빔들이 마이크로미러의 회전 구동에 의해 진행 방향이 임의로 조절되어 출력 광 파이버들로 출력됨으로써 스위칭된다.

도2는 본 발명에 따른 자기구동 마이크로미러의 평면도를 도시한 것으로, 상기 마이크로미러는 집적화된 구동코일 및 미러에 형성된 박막자석에 의해 2축으로 자기구동된다.

도3a 내지 도3d는 본 발명에 따른 실시예들로, 도2의 일 실시 단면도를 도시한 것이다.

먼저 도3a 및 도3b는 각각 본 발명에 따른 제1 및 제2 실시예로, 도2 및 도3a 및 도3b를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 마이크로미러는 크게 이웃하는 모서리의 일측에 4개의 구동코일(302)이 집적되어 형성된 구동부(300)와, 상기 구동부(300)와 대향하는 위치에 박막자석(105)을 갖는 미러(107)가 형성된 미러부(100)와, 상기 구동부(300) 상의 일 양측에 형성되어 상기 미러부(100)와 접착되는 지지대(200)로 구성된다.

그리고, 상기 미러부(100)는 상기 구동부(300)와 대향하는 위치에 형성된 미러(107)와, 상기 구동코일과 대향하는 위치의 상기 미러(107) 하부에 부착된 4개의 박막자석(105)과, 상기 미러(107) 둘레에 상기 미러(107)와 공간을 갖고 떨어져 형성된 구동들보(102a)와, 상기 미러(107)가 자기구동에 의해 x축 회전되도록 상기 지지대(200)와 구동들보(actuating beam)(102a) 사이에 위치하여 미러(107)를 현가시키는 제1 힌지(hinge)(102b)와, 상기 미러(107)가 자기구동에 의해 y축 회전되도록 상기 미러(107)와 구동들보(supporting post)(102a) 사이에 위치하여 미러(107)를 현가시키는 제2 힌지(102c)를 포함하여 구성된다.

상기 구동들보(102a)는 미러(107)를 잡아주는 역할도 하지만 2축 구동을 위하여 y축을 움직이는 역할도 한다.

상기 박막자석(105)은 상기 제1 및 제2 힌지(102b, 102c)와 일직선상에 형성되고, 상기 y축 회전시키기 위한 박막자석(105)은 상기 구동들보(102a)와 대향하는 위치에 형성되며, 미러(107) 하부에 형성되어도 무방하다.

도3b는 도3a와 같이 하나의 큰 바(bar) 형태의 박막자석(105)을 형성할 수도 있지만, 증착시의 응력(stress)을 줄이거나 전기도금으로 증착할 때 자화(magnetization)를 위하여 여러 개의 작은 박막자석(105)으로 나누어 형성한다.

구동코일(302)이 형성되는 기판(301)은 실리콘, 글래스, 세라믹 등의 다양한 종류를 이용할 수 있고, 또한 미러(107)와 구동코일(302)과의 에어갭(air gap)의높이는 지지대(200)에 의해서 형성되고 조절될 수 있다.

상기 제1 및 제2 실시예는, 상기 지지대(200)를 분리형으로 형성한 것으로, 상기 지지대(200)는 Su-8 에폭시(epoxy), 폴리머(polymers) 등으로 형성된다.

그리고 도3c 및 도3d는 각각 본 발명에 따른 제3 및 제4 실시예로, 도2, 도3c, 도3d를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 마이크로미러는 크게 이웃하는 모서리의 일측에 구동코일(302)이 집적되어 형성되고, 미러(107)를 지지하는 지지대가 일체형으로 구비된 구동부(300)와, 상기 구동부(300)와 대향하는 위치에 박막자석(105)을 갖는 미러(107)가 형성된 미러부(100)를 포함하여 구성된다.

즉, 기판(301)위에 구동코일(302)을 형성하고 기판(301) 자체를 미러(107)를 지지하는 지지대로 사용되기 때문에 상기 지지대는 기판과 같은 재료로 형성된다.

이때, 구동코일(302)이 형성된 부분 밑의 기판(301)을 완전히 식각하지 않고 부분적으로 식각하였다.

제4 실시예에서는 구동코일(302)이 형성된 부분 밑의 기판(301)을 완전히 식각하였다.

상기 제1 내지 제4 실시예의 마이크로미러는 상기 구동코일(exiting coils)(302, 305)과 박막자석(105)의 작용으로 저전압(3 ~ 5 volts)에서 큰 경사각(tilting angle)을 갖고 자기구동되도록 설계된다.

마이크로미러가 많은 입출력의 광신호를 스위칭하기 위하여서는 반드시 큰 경사각을 갖도록 설계되어야 한다.

상기와 같이 설계된 마이크로미러는 상기 구동코일(302)에 전류를 가하여 자기력을 발생시키면, 미러(107) 표면에 형성되어 있는 박막자석(105)의 S극과 N극으로 인해 미러(107)가 자기력이 발생되는 방향에 따라서 구동코일(302)이 쪽으로 당겨지거나 척력에 인해 밀려져 소정의 경사각을 가지게 된다.

즉 x축 또는 y축의 일직선상에 형성된 한쌍의 구동코일(302) 중 하나는 양의 전류, 나머지 하나는 음의 전류를 가하여 극이 서로 다른 자기력을 발생시키면, 미러(107)의 한쪽은 밀리고 다른 한쪽은 당겨져서 많은 거리를 움직이게 됨으로써 큰 경사각을 갖게 된다.

그리고 각각 자기구동되는 n x n 마이크로미러는 한 기판 위에 마스크를 이용하여 단일공정을 거쳐 제작된다.

도4는 다양한 구조의 힌지(102b, 102c)를 도시한 것으로, 제안된 힌지의 구조는 응축력(residual stress)을 줄임으로써 미러(107)가 작은 자기력에도 쉽게 구동되게 하기 위함이다.

도5a 내지 도5f는 상기 실시예에 따른 미러부(300)의 제조공정도이다.

도5a와 같이, 기판(101)에 저응력 절연막(102)을 증착한다.

상기 저응력 절연막(102)은 저응력을 갖는 질화막(nitride), ONO(oxide/nitride/oxide)막으로 형성되고, 상기 기판(101)으로 실리콘, 글래스, 세라믹 등의 다양한 종류를 이용할 수 있다.

그리고 도5b와 같이 저응력 절연막(102) 위에 박막자석(hard magnet thin films)(105) 증착을 위하여 금속 패턴(103)을 패터닝하며, 상기 금속 패턴(103)을 선택적으로 형성할 수 있다.

이때 증착되고 패터닝된 금속 패턴(103)은 박막자석(105)을 증착하기 위한 접착층(adhesion layer)으로 사용되기도 하고, 미러(107)를 릴리즈(release)하기 위하여 저응력 절연막(102)을 건식식각으로 선택적으로 식각 할때에 마스크로 사용한다.

그리고, 상기 금속 패턴(103)위에 원하는 크기와 모양이 형성된 쉐도우마스크(104)를 놓고 RF 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter)나 기타 다른 스퍼터를 이용하여 박막자석(105)을 증착하고, 상기 쉐도우 마스크(104)를 제거한다.

상기 박막자석(105)은 고온에서 열처리(annealing) 함으로써 불순물을 제거하여 그 특성을 좋게 한다.

그리고 도5d와 같이, 박막자석(105)이 증착된 면을 보호막(미도시)으로 덮은 후 사진식각(photolithography)으로 후면식각(back side etching)을 행하고 도5e와 같이 저응력 절연막(102)을 부분적으로 제거하여 미러(107)의 구조체(102), 구동들보(102a), 힌지(102b, 102c)부분을 형성한다.

또는 박막자석(105)이 증착된 면을 보호막(미도시)으로 덮은 후 KOH 용기에서 미러(107)가 형성될 부분만큼의 기판(101)을 제거하고, 보호막을 제거하고 상기 기판(101)의 앞면(front side)에서 상기 금속 패턴(103)을 마스크로 하여 저응력 절연막(102)을 부분적으로 건식식각으로 제거함으로써 미러(107)의 구조체(103), 구동들보(102a), 힌지(102b, 102c)부분을 형성한다.

그리고 도5f와 같이 최종적으로 박막자석(105)이 형성된 뒷면의 저응력 절연막(103) 위에 고반사율을 갖는 Au, Al을 증착하여 미러면(106)을 형성한다.

도6a 및 도6b는 미러부(300)의 다른 실시단면도이다.

상기 도5a 내지 도5f의 예에서 저응력 절연막(102)이 미러(107)의 구조체로 사용되는 반면에 도6a 및 도6b에서는 SOI(silicon on insulator) 기판(109) 상에 형성된 박막 실리콘(108)을 구조체로 사용하여 미러(107)가 제작된다.

도6a의 제조 공정은 상기 도5a 내지 도5f와 동일하다.

도6b는 박막자석(105)과 박막자석(105)을 증착하기 위한 접착층으로 이용되는 금속 패턴(103)을 원하는 크기와 모양을 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 동시에 증착하고, 기판(109)의 전면(front side)에서 미러(107)를 릴리즈(release)하기 위하여 박막 실리콘(108)을 포토레지스트(photoresist)를 마스크로 사용하여 선택적으로 건식식각하여 미러(107)의 구조체(108), 구동들보(102a), 힌지(102b, 102c)부분을 형성한다.

도7a 내지 도7f는 미러부(300)의 또 따른 실시예에 따른 제조공정도이다.

도7a와 같이, 기판(예: 실리콘)(101)에 저응력 절연막(low stress nitride 막이나 stress compensation 된 ONO (oxide/nitride/oxide) 막)(102) 또는 폴리머(polymer)를 코팅한다.

그리고 도7b와 같이 저응력 절연막(102) 위에 박막자석(hard magnet thin films)(105) 증착을 위하여 금속 패턴(103)을 패터닝하며, 상기 금속 패턴(103)을 선택적으로 형성할 수 있다.

이때 증착되고 패터닝된 금속 패턴(103)은 박막자석(105)을 증착하기 위한 접착층(adhesion layer)으로 사용되기도 하고, 미러(107)를 릴리즈(release)하기위하여 저응력 절연막(102)을 건식식각으로 선택적으로 식각 할때에 마스크로 사용한다.

그리고 전기도금으로 박막자석(105)을 증착하기 위하여 포토레지스트(photoresist)를 이용하여 몰드(110)를 형성하고 그 형성된 몰드(110)에 전기도금을 이용하여 박막자석(105)을 채운 다음 도7c와 같이 몰드(110)를 제거한다.

그리고 상기 박막자석(105)으로 하드 마그넷(Hard magnets)을 이용하는데, 하드 마그넷 대신에 전기도금을 이용하여 NiFe 합금, NiCo 합금 등과 같은 소프트 마그넷 합금을 사용할 수도 있으며, 전기도금으로 증착하게 되면 두꺼운 박막자석 필름을 증착할 수 있다.

그리고 도7d와 같이, 박막자석(105)이 증착된 면을 보호막(미도시)으로 덮은 후 사진식각(photolithography)으로 후면식각(back side etching)을 행하고 도5e와 같이 저응력 절연막(102)을 부분적으로 제거하여 미러(107)의 구조체(102), 구동들보(102a), 힌지(102b, 102c)부분을 형성한다.

그리고 도7f와 같이 최종적으로 박막자석(105)이 형성된 뒷면의 저응력 절연막(103) 위에 고반사율을 갖는 Au, Al을 증착하여 미러면(106)을 형성한다.

도8a 및 도8b는 상기 제1 및 제2 실시예(도 3a, 3b에 도시)에서 도시된 구동부(300)의 제조단면도를 도시한 것이다.

상기 제1 및 제2 실시예와 같이 구동부(300)를 미러부(100)와 어셈블리하여 구동하기 위하여 전자기력을 발생시키는 구동코일을 제작하는 공정의 실시예이다.

도8a와 같이, 먼저 기판(301) 위에 구동코일(302)로 나선형 코일을 스퍼터링이나 전기도금을 이용하여 형성하고, 그 위에 폴리머를 이용하여 보호막(303)을 형성한다.

이어 도8b와 같이, 건식식각법을 이용하여 비아(via)(304)를 형성하고 씨드금속층을 바아(304)와 그 보호막(303)위에 증착하고 전기도금이나 스퍼터링을 이용하여 구동코일(302)을 더 형성하고 그 상부에 보호막(305)을 형성함으로써 전자기력을 발생시키는 구동코일이 완성된다.

그 위에 도8c와 같이 Su-8 에폭시 수지(epoxy resin)와, UV 사진식각을 이용하여 미러(107)와 구동코일(302)간의 에어갭을 조절하여 지지대(200)를 형성한다.

이때 Su-8 에폭시 수지 대신에 가공된 실리콘, 글래스, 금속 등이 이용될 수 있다.

형성된 지지대(200) 위에 제1 및 제2 실시예와 같이 미러(107)가 형성된 미러부(100)를 정렬함으로써 전자기력으로 구동되는 마이크로미러 어레이가 쉽게 구현된다.

도9a 내지 도9d는 상기 제3 실시예(도 3c에 도시)에서 도시된 구동부(300)의 제조단면도를 도시한 것이고, 도9e는 상기 제4 실시예(도3d에 도시)에서 도시된 구동부(300)의 단면도이다.

상기 제3 및 제4 실시예와 같이 구동부(300)를 미러부(100)와 어셈블리하여 구동하기 위하여 전자기력을 발생시키는 구동코일을 제작하는 공정의 실시예이다.

도9a와 같이, 먼저 기판(301) 위에 구동코일(302)로 나선형 코일을 스퍼터링이나 전기도금을 이용하여 형성하고, 그 위에 폴리머를 이용하여 보호막(303)을 형성한다.

이어 도9b와 같이, 건식식각법을 이용하여 비아(via)(304)를 형성하고 씨드금속층을 비아(304)와 그 보호막(303)위에 증착하고 전기도금이나 스퍼터링을 이용하여 구동코일(302)을 더 형성하고 그 상부에 보호막(305)을 형성함으로써 전자기력을 발생시키는 구동코일(302)이 완성된다.

구동코일(302)이 증착된 면을 보호막(미도시)으로 덮은 후 후면식각을 위해 사진식각을 통해 제거한다.

도9d는 기판(301)을 부분적으로 제거하는 예이고, 도9e는 기판(301)을 완전히 제거하는 예이다.

미러(107)와 구동코일(302) 사이에 형성되는 에어갭은 기판(301)의 높이로 조절하게 되고, 보호막을 제거하고 구동코일(302)이 형성된 기판(301)의 반대편 면위에 기판(301)을 지지대 삼아, 도3c 및 도3d와 같이 마이크로미러 어레이가 형성된 기판(101)을 붙임으로써 전자기력으로 구동되는 마이크로미러 어레이가 쉽게 구현된다.

상기과 같이 형성된 마이크로미러 어레이를 이용한 본 발명에 따른 광스위치는 입력 광 파이버와, 상기 입력 광 파이버로부터 광을 입사하고, 입사된 광을 상기 마이크로미러가 다수개로 배열되어 형성된 마이크로미러 어레이와, 상기 마이크로미러 어레이에 의해 광의 진행방향을 임의로 조절하여 출력하는 출력 광 파이버를 포함하여 구성된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 자기구동 마이크로미러 및 그를 이용하여 광스위치는 다음과 같은 효과가 있다.

자기력으로 구동되어 큰 경사각을 갖고 신뢰성이 높으며 공정이 간단하여 수율이 높은 마이크로미러 및 미러어레이를 제작하고 이용하여 광통신용 광 신호 라우터(router) 모듈의 주요 부품인 광스위치를 구현하는 것으로서, 마이크로머시닝 기술 및 반도체 일관 공정 등을 통하여 소형 경량화의 부품을 구현할 수 있고 부품 단가를 절감할 수 있다.

또한, 광 통신에서 필요한 중계/분배 기능을 수행하게 되므로 대용량의 고속 정보 통신망의 실현이 가능하게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

적어도 하나의 이웃하는 모서리의 일측에 구동코일이 집적되어 형성성되고, 일체형 또는 분리형의 지지대를 구비한 구동부;

상기 구동부와 대향하는 위치에 박막자석을 구비한 미러가 형성된 미러부;

상기 미러를 지지하도록 상기 구동부 상의 일 양측에 상기 구동부와 일체형 또는 분리형으로 상기 미러부와 접착되는 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러.
제1항에 있어서, 상기 지지대는 Su-8 에폭시, 폴리머(polymers) 중 어느 하나로 형성됨을 특징으로 하는 자기구동 마이크로 미러.
제1항에 있어서, 상기 미러부는

상기 구동부와 대향하는 위치에 형성된 미러;

상기 구동코일과 대향하는 위치의 상기 미러 하부에 부착된 박막자석;

상기 미러 둘레에 상기 미러와 공간을 갖고 떨어져 형성된 구동들보;

상기 미러가 자기구동에 의해 제1 축 회전되도록 상기 지지대와 상기 구동들보 사이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제1 힌지;

상기 미러가 자기구동에 의해 상기 제1 축과 수직한 방향축으로 회전되도록 상기 미러와 상기 구동들보 사이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제2 힌지를포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러.
제3항에 있어서, 상기 박막자석은 상기 제1 및 제2 힌지와 일직선상에 형성되는 것을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러.
제3항에 있어서, 상기 제1 축과 수직한 방향으로 회전시키기 위한 박막자석은 상기 구동들보와 대향하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러.
(a)적어도 하나의 이웃하는 모서리에 구동코일이 집적되도록 구동부를 형성하는 단계;

(b)상기 구동부와 대향되도록 미러를 형성하고, 상기 구동코일과 대향하는 위치의 상기 미러에 박막자석을 형성하여 미러부를 형성하는 단계;

(c)상기 구동부와 미러부를 얼라인하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (a)단계는

기판 상에 적어도 하나의 이웃하는 구동코일을 형성하는 제1 단계;

상기 구동코일 상에 보호막을 형성하는 제2 단계;

상기 보호막에 비아를 형성하는 제3 단계;

상기 비아를 통해 상기 구동코일과 전기적으로 접촉되도록 다시 구동코일을 형성하는 제4 단계;

상기 구동코일 상에 보호막을 형성하는 제5 단계;

상기 3, 4, 5 단계를 반복적으로 수행하여 복수의 구동코일을 형성하는 제6 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 제2 단계이후, 상기 기판을 후면식각하여 상기 기판으로 이루어진 지지대를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (b)단계는

기판 상에 절연막을 형성하는 단계;

마스크를 이용하여 박막자석을 증착하는 단계;

상기 박막자석을 포함한 전면을 보호막으로 덮고 미러가 형성될 부분의 상기 기판을 후면식각하는 단계;

상기 절연막을 식각하여 미러의 구조체, 구동들보, 힌지를 형성하는 단계;

상기 박막자석이 형성된 절연막의 맞은 편의 절연막 상에 고반사막을 형성하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 절연막 상에 상기 박막자석과 접착을 용이하게 하는 금속 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (b)단계는

기판 상에 절연막을 형성하는 단계;

상기 절연막 상에 박막 실리콘을 형성하는 단계;

마스크를 이용하여 박막자석을 증착하는 단계;

상기 박막자석을 포함한 전면을 보호막으로 덮고 상기 기판을 후면식각하고 상기 절연막을 식각하는 단계;

상기 박막 실리콘을 식각하여 미러의 구조체, 구동들보, 힌지를 형성하는 단계;

상기 박막자석이 형성된 절연막의 맞은 편의 박막 실리콘 상에 고반사막을 형성하여 미러면을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 기판은 SOI(silicon on insulator)기판인 것을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 박막 실리콘 상에 상기 박막자석과 접착을 용이하게하는 금속 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제11항에 있어서, 박막자석을 증착하는 단계는 마스크 또는 PR(photoresist) 몰드를 패터닝하여 전기도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하 자기구동 마이크로미러 제조방법.
제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막은 질화막(nitride), ONO(oxide/nitride/oxide)막, 폴리머(polymer) 막 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 제조방법
입력 광 파이버;

상기 입력 광 파이버로부터 광을 입사하고, 입사된 광을 상기 마이크로미러가 다수개로 배열되어 형성된 마이크로미러 어레이;

상기 마이크로미러 어레이에 의해 광의 진행방향을 임의로 조절하여 출력하는 출력 광 파이버를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 자기구동 마이크로미러 어레이를 구비한 광스위치.