KR20030050799A

KR20030050799A - 정전구동 마이크로미러 및 그 제조방법, 그를 이용한광스위치

Info

Publication number: KR20030050799A
Application number: KR1020010081321A
Authority: KR
Inventors: 박재영
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-06-25

Abstract

본 발명은 정전구동 마이크로미러 및 그 제조방법, 그를 이용한 광스위치를 제공하기 위한 것으로서, 정전구동 마이크로미러는 미러부; 상기 미러부를 2축으로 정전구동하는 정전구동부; 상기 정전구동부 및 미러부를 접합하는 접합부를 포함하여 구성되며, 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

정전구동 마이크로미러 및 그 제조방법, 그를 이용한 광스위치{Electrostatic Drive Micromirror and Fabrication Method for the same, Optic Switch using the Micromirror}

본 발명은 정전구동 마이크로미러 및 그 제조방법과, 그를 이용한 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.

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 광스위치 시스템으로 대체 할 수 있어서 통신 기술의 대혁명을 불러 일으킬 수 있다.

최근의 정보 관련 기술인 컴퓨터 및 통신 기술은 다량의 정보를 실시간(real time)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 정렬함으로써 스위칭(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 할수 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, 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 다른 목적은 광통신 전송모듈의 인터페이스를 구현함에 있어서, 자유 공간에서 구동되는 마이크로미러 어레이를 광스위치 소자에 적용하고, 마이크로미러를 정전력으로 개별구동하여 입력광 경로를 스위칭하는데 있다.

본 발명의 또 다른 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 단면도이다.

도2a 및 도2b는 각각 본 발명에 따른 정전구동 마이크로미러의 미러부 및 정전구동부의 평면도이다.

도3a 내지 도3c는 각각 본 발명에 따른 제1, 2, 3 실시예들로 정전구동 마이크로미러의 단면도이다.

도4는 미러에 적용가능한 다양한 미러의 힌지의 평면구조를 도시한 것이다.

도5는 한 개의 마이크로미러를 여러 개로 배열하여 제작할 경우 형성될 수 있는 마이크로미러 어레이의 평면도이다.

도6a 내지 도6e는 상기 실시예에 따른 미러부의 제조공정도이다.

도7a 내지 도7f는 미러부의 다른 실시예에 따른 제조공정도이다.

도8a 내지 도8f는 미러부의 또 다른 실시예에 따른 제조공정도이다.

도9a 내지 도9c는 상기 제1 실시예(도3a에 도시)에 도시된 정전구동부의 제조공정 단면도이다.

도9d는 상기 제2 실시예(도3b에 도시)에 도시된 정전구동부의 단면도이다.

도10a 내지 도10d는 상기 제3 실시예(도3c에 도시)에 도시된 정전구동부의 제조공정 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로미러 어레이 2 : 입력 광 파이버 다발

3 : 반사판 4 : 출력 광 파이버 다발

100 : 미러부 101 : 기판

102 : 저응력 절연막 103 : 금속 패턴

104a : 미러구조체

104b : 구동들보 104c : 패드

105 : 미러면 106a : 제1 힌지

106b : 제2 힌지 107 : 크롬층

108 : 폴리머 101/109/110 : SOI 기판

110a : 미러구조체 110b : 구동들보

110c : 패드 111 : 미러

200 : 솔더 범프 201 : 솔더 볼

202 : Su-8 에폭시 수지 203 : 도전성 물질

300 : 정전구동부 301 : 기판

303a : 제1 전극 303b : 제2 전극

303c: 패드

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전구동 마이크로미러의 특징은 2축으로 정전구동되는 미러부; 서로 반대극의 정전압이 인가되는 전극 및패드를 구비한 정전구동부; 상기 정전구동부와 미러부를 접합하고, 상기 미러부가 2축으로 정전구동되도록 상기 정전구동부의 패드와 상기 미러부를 전기적으로 콘택시키는 접합부를 포함하여 구성되는데 있다.

상기 접합부는 도전성 접합부재로 형성되거나, 비도전성 접합부재에 도전성 물질을 형성한 물질 중 어느 하나로 형성된다.

상기 미러부는 미러; 상기 미러 둘레에 상기 미러와 공간을 갖고 떨어진 구동들보; 상기 구동들보 둘레에 상기 구동들보와 공간을 갖고 떨어져 형성된 지지대; 상기 미러가 정전구동에 의해 제1축 틸팅되도록 상기 구동들보와 상기 지지대사이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제1 힌지; 상기 미러가 정전구동에 의해 제2축 틸팅되도록 상기 구동들보와 상기 미러이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제2 힌지를 포함하여 구성된다.

상기 정전구동부는 기판 상의 일 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러부를 제1축 틸팅하는 제1 전극; 기판 상의 다른 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러부를 제2축 틸팅하는 제2 전극; 상기 미러부가 제1축 또는 제2축으로 틸팅되도록 상기 제1축 및 제2축과 반대극을 띠는 전기를 상기 미러부에 인가하는 패드를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전구동 마이크로미러 제조방법의 특징은 미러부와, 상기 미러부를 2축으로 정전구동하는 정전구동부를 접합부에 의해 접합하여 형성되는 정전구동 마이크로미러의 제조에 있어서, (a) 소정 단계를 거쳐 미러를 정전구동하기 위한 전극 및 패드를 구비한 정전구동부를 준비하는 단계; (b)상기 (a) 단계와 별도의 공정으로 소정 단계를 거쳐 미러와, 미러와 연결되어 미러를 현가하기 위한 구동들보 및 힌지를 구비한 미러부를 준비하는 단계; (c)상기 정전구동부 및 미러부를 상기 접합부에 의해 접합하여 정전구동 마이크로미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광스위치의 특징은 입력 광 파이버; 상기 입력 광 파이버로부터 광을 입사하는 마이크로미러가 다수개로 배열되어 형성되고, 상기 마이크로미러가 2축으로 정전구동되는 미러부와, 서로 반대극의 정전압이 인가되는 전극 및 패드를 구비한 정전구동부와, 상기 정전구동부와 미러부를 접합하고, 상기 미러부가 2축으로 정전구동되도록 상기 정전구동부의 패드와 상기 미러부를 전기적으로 콘택시키는 접합부로 구성된 마이크로미러 어레이; 상기 마이크로미러 어레이에 의해 광의 진행방향을 임의로 조절하여 출력하는 출력 광 파이버를 포함하여 구성되는데 있다.

본 발명의 특징에 따른 작용은 미러부와 구동부를 반도체 일관 공정을 통한 개별공정으로 진행하고, 이를 접합부에 의해 접합하여 마이크로미러를 형성하기 때문에 마이크로미러의 성능을 향상시킬 수 있으며, 개별공정으로 형성된 상기 미러부 및 구동부를 플립-칩 본딩(flip-chip bonding) 기술을 이용하여 얼라인 함으로서 마이크로 미러의 신뢰성을 높일 수 있다.

그리고, 개별공정으로 인해 미러와 제1, 제2전극 사이의 거리(미러가 수직으로 구동되는 거리)를 다양한 크기의 접합부를 이용하여 원하는 대로 쉽게 조절 할 수 있으며, 미러의 두께를 두껍게 형성하여 미러가 구부러짐을 막아 미러의 효율을높이고, 힌지를 얇게하여 구동전압은 낮게 할 수 있다.

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

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

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 입력 광 파이버 다발(2), 출력 광 파이버 다발(4), 그리고 MEMS 마이크로미러 어레이(mirror arrays)(1, 3)로 구성된다.

마이크로미러 어레이(1, 3)는 입력 광 파이버 다발(2)들로부터 들어오는 복수의 입력 광 신호를 임의의 개수를 갖는 출력 광 파이버 다발(4)들로 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, 3)와 특정한 각도로 정렬된 상기 입력 광 파이어 다발(2)의n개의 배열을 이루는 입력 광 파이버들로부터 방출되는 레이저 빔들이 각각의 입력 광 파이버에 대응되며 2축 자유도를 갖고 구동되는 마이크로미러에 입사되면, 입사된 빔들이 마이크로미러의 회전 구동에 의해 진행 방향이 임의로 조절되어 출력 광 파이버 다발(4)들로 출력됨으로써 스위칭된다.

도2a 및 도2b는 각각 본 발명에 따른 정전구동 마이크로미러의 미러부 및 정전구동부의 평면도를 도시한 것이고, 도3a 내지 도3c는 본 발명에 따른 제1, 2, 3실시예들로 정전구동 마이크로미러의 단면도를 도시한 것으로, 상기 도2a 및 도2b의 미러부 및 정전구동부의 접합방법에 따라 분류한 것이다.

먼저 도2a 및 도2b, 그리고 도3a 내지 도3c를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 마이크로미러는 크게 미러부(100), 상기 미러부(100)를 2축으로 정전구동하는 정전구동부(300), 상기 정전구동부(300) 및 미러부(100)를 접합하는 접합부를 포함하여 구성된다.

먼저, 미러부(100)는 도2a 및 도3a 내지 도3c를 참조하여 살펴보면, 상기 정전구동부(300)와 대향하는 위치에 형성된 미러(111), 상기 미러(111) 둘레에 상기 미러(111)와 공간을 갖고 떨어진 구동들보(104b), 상기 구동들보(104b) 둘레에 상기 구동들보(104b)와 공간을 갖고 떨어져 형셩된 기판(101), 상기 미러(111)가 정전구동에 의해 y축 틸팅되도록 상기 구동들보(104b)와 상기 지지대(또는기판)(101) 사이에 위치하여 상기 미러(111)를 현가시키는 제1 힌지(106a), 상기 미러(111)가 정전구동에 의해 x축 틸팅되도록 상기 구동들보(104b)와 상기 미러(111)에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제2 힌지(106b)를 포함하여 구성된다.

그리고 도2b 및 도3a 내지 도3c를 참조하여 살펴보면, 상기 정전구동부(300)는 기판(301) 상의 일 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러를 y축 틸팅하는 제1 전극(303a) 쌍, 기판(301) 상의 다른 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러를 x축 틸팅하는 제2 전극(303b) 쌍, 그 상부에 접합부가 형성되고, 상기 미러에 전기적으로 콘택되어 상기 미러에 전기를 인가하여 상기 미러를 x축 또는 y축 틸팅하는 패드(303c)를 포함하여 구성된다.

상기 패드(303c)는 접합부에 의해 상기 미러와 전기적으로 콘택되도록 상기 미러부(100)의 패드(104c)와 연결되며, 상기 제1 전극(303a)과, 상기 패드(303c)는 반대극을 띠는 전압을 인가함으로써 미러를 x축으로 틸팅하고, 상기 제2 전극(303b)과 상기 패드(303c)에도 반대극을 띠는 전압을 인가함으로서 y축으로 틸팅하여 미러를 원하는 각도로 틸팅한다.

그리고 미러가 틸팅하는 각도는 미러부(100)의 기판(101) 위에 형성된 미러(111)와, 정전구동부(300)의 기판(301) 위에 형성된 전극(303a, 303b)과의 갭(gap)에 따라서 달라지는데, 그 갭은 도3a 내지 도3b와 같이 접합부의 높이와 일치하게 된다.

상기 접합부는 도3a와 같이 전기도금에 의한 솔더 범프(200) 등의 도전성 접합부재를 이용하거나, 또는 도3b와 같이 솔더 볼(solder ball)(201)이나 gold stud bumps 등의 도전성 접합부재를 이용하여 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 기술을 이용하여 상기 미러부(100)를 정전구동부(300)에 붙인다.

그리고 상기 접합부는 도3c와 같이, Su-8 에폭시 수지(202) 또는 폴리머 등의 비도전성 접합부재에 도전성 물질(203)을 형성한 물질을 이용하여, 두꺼운 Su-8 에폭시 수지(202)를 도전성 물질(203)로 싸서 솔더 범프(200)에 의해 UV 사진공정하여 미러부(100)를 정전구동부(300)에 붙인다.

이러한 솔더 범프는 도3a와 같이 전기도금을 이용한 솔더 범프(200)나, 쉽게 구입이 가능한 솔더 볼(201)이나 gold stud bumps을 사용하면 50~ 150 um의 갭을 쉽게 얻을 수 있어서 스위칭하기 위해 요구된 각도인 3~10도를 쉽게 얻을 수 있는 장점이 있다.

또한 힌지(106a, 106b)는 그 두께가 얇게 하고, 미러(111)의 두께를 두껍게 만들 수 있어서 구동전압은 낮고 미러가 구동시 굽혀지지 않아서 스위칭 효율을 높일 수 있는 장점 또한 갖고 있다.

도4는 미러에 적용가능한 다양한 미러의 힌지의 평면구조를 도시한 것으로, 힌지의 구조를 바꾸어 응축력(residual stress)을 줄임으로써 미러가 저전압에 구동되도록 한다.

도5는 한 개의 마이크로미러를 여러 개로 배열하여 제작할 경우 형성될 수 있는 마이크로미러 어레이의 평면도이다. 즉 n x n 마이크로미러 어레이는 단일공정을 통하여 형성될 수 있다.

상기 n x n 마이크로 미러어레이는 상기의 마이크로 미러를 n x n개로 배열하기 위한 마스크를 디자인하고 단일공정을 통하여 형성된다.

도6a 내지 도6e는 상기 제1, 2, 3 실시예에 따른 미러부(100)의 제조공정도이다.

먼저, 도6a와 같이 실리콘 등의 기판(101)의 적어도 한쪽면에 저응력 절연막(102)을 형성한다.

기판(101) 양쪽면에 상기 저응력 절연막(102)을 모두 형성하거나, 또는 기판(101)의 한쪽면에는 저응력 절연막(102)을 형성하고, 기판(101)의 다른쪽 면에는 PECVD나 ECR을 이용하여 일반적인 실리콘 질화막 등의 절연막(112)을 증착한다.

상기 저응력 절연막(102)으로는 저응력 실리콘 질화막(low stress silicon nitride)이나 ONO (oxide/nitride/oxide)막을 증착한다.

그리고 도6b와 같이 상기 저응력 절연막(102) 상에 전기도금을 하기위하여 씨드금속층을 증착하여 패터닝하여 금속 패턴(103)을 형성한다.

그리고 금속 패턴(103) 상에 포토레지스트(photoresist)를 이용하여 전기도금을 위한 몰드를 형성하고 전기도금으로 그 몰드를 채워, 미러구조체(104a), 구동들보(104b), 솔더 범핑(solder bumping)을 위한 패드(104c)를 형성한다.

전기도금으로 증착되는 금속은 Au, Ni, Cu, 등등의 스트레스가 적고 쉽게 증착이 가능한 금속이면 된다.

이어 도6c와 같이, 미러가 형성될 부분의 기판(101)을 제거하기 위하여 기판 뒷면의 절연막(112)을 패터닝하여 선택적으로 제거한다.

그리고 도6d와 같이, 기판의 앞면에 증착된 구조물을 보호막으로 싸고 KOH를 이용하여 습식 식각을 하여 불필요한 기판(101)을 제거한다.

이어 도6e와 같이, 보호막을 제거하고 건식 식각법을 이용하여 금속 패턴(103)을 마스크로 이용하여 불필요한 저응력 절연막(102)을 제거하여 힌지를 형성한다. 이어, 기판(101)에 의해 노출된 저응력 절연막(102)의 하부에 반사효율이 높은 Au 나 Al 금속을 얇게 증착함으로써 미러면(105)을 형성한다. 이때 기판의 두께는 200-300 um 이면 적절하다.

도7a 내지 도7f는 미러부(100)의 다른 실시예에 따른 제조공정도이다.

도7a와 같이, 실리콘 등으로 기판(101)의 한쪽에 크롬층(107)을 코팅하고 그 위에 탄성이 좋은 폴리머(108)를 스핀코팅하여 세정하고 기판(101)의 다른쪽에는 PECVD나 ECR을 이용하여 일반적인 실리콘 질화막 등의 절연막(112)을 증착한다.

크롬층(107)은 기판과 폴리머(108) 사이의 접착을 좋게 하기 위해 이용되고, KOH로 기판(101)을 식각할 때 식각정지막(stop layer)으로 이용된다.

상기 폴리머(108)가 형성된 면위에 전기도금을 하기위하여 씨드금속층(미도시)을 증착하고 패터닝하여 금속 패턴(103)을 형성한다.

이어 도7b와 같이 상기 금속 패턴(103) 상에 포토레지스트를 이용하여 전기도금을 위한 몰드를 형성하고, 전기도금으로 그 몰드를 채워, 미러구조체(104a), 구동들보(104b), 솔더 범핑(solder bumping)을 위한 패드(104c)를 형성한다.

이어 도7c와 같이, 미러가 형성될 기판(101)을 제거하기 위하여 기판 뒷면의 절연막(112)을 패터닝하여 선택적으로 제거한다.

그리고 도7d와 같이, 기판의 앞면에 증착된 구조물을 보호막으로 싸고 KOH를 이용하여 습식 식각을 하여 불필요한 기판(101)을 제거한다.

이어 도7e와 같이, 보호막을 제거하고 건식 식각법을 이용하여 금속 패턴(103)을 마스크로 이용하여 불필요한 폴리머(108)를 제거하여 힌지를 형성한 다음, 상기 기판(101)이 제거되어 노출된 크롬층(107)을 제거한다.

기판(101)에 의해 노출된 폴리머(108)의 하부에 반사효율이 높은 Au 나 Al 금속을 얇게 증착함으로써 미러면(105)을 형성한다. 이때 기판의 두께는 200-300 um 이면 적절하다.

도8a 내지 도8f는 미러부(100)의 또 다른 실시예에 따른 제조공정도이다.

도8a와 같이, SOI(silicon on insulator) 기판을 준비한다.

상기 SOI 기판은 기판/절연막/기판(101/109/110)으로 이루어지고, 실리콘/산화막/실리콘 층을 예로 든다.

SOI 기판(101/109/110)의 상부의 기판(110)의 두께는 2-4um 두께가 적절하며, 다른쪽면에는 PECVD나 ECR을 이용하여 일반적인 실리콘 질화막등의 절연막(112)을 증착한다.

이어 도8b와 같이, SOI 기판(101/109/110)의 윗면에 금속을 증착하고 패터닝하여 금속 패턴(103)을 형성하고, 도8c와 같이 상기 금속 패턴(103)을 마스크로 하여 불필요한 기판(110)을 제거하여 미러구조체(110a), 구동들보(110b), 솔더범핑(solder bumping)을 위한 패드(110c), 힌지(미도시)를 형성한다.

그리고 미러가 형성될 부분의 기판(101)을 제거하기 위하여 기판(101) 뒷면의 절연막(112)을 패터닝하여 선택적으로 제거한다.

이어 도8d와 같이 기판(101)의 앞면에 증착된 구조물을 보호막으로 싸고 KOH를 이용하여 습식 식각을 하여 불필요한 기판(101)을 제거한다.

이어 도8e와 같이 기판(101)이 제거되어 노출된 SOI 기판(101/109/110)의 산화막(109)을 제거하고, 기판(101)에 의해 노출된 기판(110)의 하부에 반사효율이 높은 Au 나 Al 금속을 얇게 증착함으로써 미러면(105)을 형성한다. 이때 기판의 두께는 200-300 um 이면 적절하다.

이때 기판(110)을 미러구조체로 사용하지 않고 상기 제1 및 제2 실시예와 같이 힌지와 멤브레인으로만 사용하고 전기도금을 이용하여 미러구조체(110a), 구동들보(110b), 솔더 범핑(solder bumping)을 위한 패드(110c)를 구현하여도 되며, 상기와 같은 공정은 상기 제1 및 제2 실시예와 같이 이루어진다.

즉, SOI(silicon on insulator) 기판을 준비하고, 하부에 PECVD나 ECR을 이용하여 일반적인 실리콘 질화막 등의 절연막(112)을 증착한다.

이어 SOI 기판의 윗면에 금속을 증착하고 패터닝하여 금속 패턴(103)을 형성하고, 상기 금속 패턴(103) 상에 포토레지스트 몰드를 형성하고 상기 몰드를 이용하여 전기도금을 하여 미러구조체(110a), 구동들보(110b), 솔더 범핑(solder bumping)을 위한 패드(110c)를 형성한다.

상기 미러가 형성될 부분의 기판(101)/절연막(112)을 선택적으로 제거하고,상기 금속 패턴(103)을 마스크로 이용하여 기판(110)을 선택적으로 식각하여 힌지를 형성한다.

상기 식각된 기판(101)/절연막(112)에 의해 노출된 기판(110) 하부에 고반사막을 형성하여 미러면(105)을 형성한다.

도9a 내지 도9c는 상기 제1 실시예(도3a에 도시)에 도시된 정전구동부(300)의 제조공정 단면도이고, 도9d는 상기 제2 실시예(도3b에 도시)에 도시된 정전구동부의 단면도로, 제2 실시예의 제조공정은 제1 실시예와 동일하다.

먼저 도9a와 같이, 절연층(301)이 증착된 실리콘 등의 기판(301)을 사용하거나, 세라믹, 글레스, 수정 등의 절연기판을 사용하고 그위에 습식식각이나 리프트 오프(lift off) 기술을 이용하여 제1 전극(미도시)및 제2 전극(303b), 그리고, 그 상부에 솔더를 형성하기 위한 패드(303c)를 형성한다.

이어 도9b와 같이 그위에 절연층(304)을 입히고 솔더를 형성할 부분을 오프닝(opening) 한다.

이어 도9c와 같이 솔더는 전기도금을 이용하여 솔더범프(200)로 형성되거나, 또는 도9d와 같이 솔더 볼(201)을 패드(303c)에 붙임으로써 형성된다.

도10a 내지 도10d는 상기 제3 실시예(도3c에 도시)에 도시된 정전구동부(300) 및 접합부의 제조공정 단면도이다.

도10a와 같이 절연층(301)이 증착된 실리콘 등의 기판(301)을 사용하거나, 세라믹, 글레스, 수정 등의 절연기판을 사용하고 그위에 습식식각이나 리프트 오프(lift off) 기술을 이용하여 제1 전극(미도시)및 제2 전극(303b), 그리고, 그상부에 솔더를 형성하기 위한 패드(303c)를 형성한다.

이어 도10b와 같이 그위에 절연층(304)을 입히고 솔더를 형성할 부분을 오프닝(opening) 한다.

이어 도10c와 같이 Su-8 에폭시 수지(epoxy resin)(202)를 UV 사진식각공정(photolithography)을 이용하여 원하는 높이만큼의 솔더 범프(bump)를 형성하고 리프트 오프(lift off)기술을 이용하여 도전성 물질(203)을 형성한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 정전구동 마이크로미러는 다음과 같은 효과가 있다.

정전력으로 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.

그리고 미러부와 구동부를 반도체 일관 공정을 통한 개별공정으로 진행하고, 이를 접합부에 의해 접합하여 마이크로미러를 형성하기 때문에 공정에 의한 손상없이 마이크로미러를 제조하여 마이크로미러의 성능을 향상시킨다.

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

2축으로 정전구동되는 미러부;

서로 반대극의 정전압이 인가되는 전극 및 패드를 구비한 정전구동부;

상기 정전구동부와 미러부를 접합하고, 상기 미러부가 2축으로 정전구동되도록 상기 정전구동부의 패드와 상기 미러부를 전기적으로 콘택시키는 접합부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
제1항에 있어서, 상기 접합부는 도전성 접합부재로 형성되거나, 비도전성 접합부재에 도전성 물질을 형성한 물질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
제2항에 있어서, 상기 도전성 접합부재는 전기도금에 의한 솔더 범프 또는 솔더 볼, 골드 스터드 범프(gold stud bumps) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
제2항에 있어서, 상기 비도전성 접합부재는 상기 Su-8 에폭시 수지, 폴리머 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
제1항에 있어서, 상기 미러부는

미러;

상기 미러 둘레에 상기 미러와 공간을 갖고 떨어진 구동들보;

상기 구동들보 둘레에 상기 구동들보와 공간을 갖고 떨어져 형성된 지지대;

상기 미러가 정전구동에 의해 제1축 틸팅되도록 상기 구동들보와 상기 지지대사이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제1 힌지;

상기 미러가 정전구동에 의해 제2축 틸팅되도록 상기 구동들보와 상기 미러이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제2 힌지를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
제1항에 있어서, 상기 정전구동부는

기판 상의 일 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러부를 제1축 틸팅하는 제1 전극;

기판 상의 다른 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러부를 제2축 틸팅하는 제2 전극;

상기 미러부가 제1축 또는 제2축으로 틸팅되도록 상기 제1축 및 제2축과 반대극을 띠는 전기를 상기 미러부에 인가하는 패드를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
미러와, 상기 미러 둘레에 상기 미러와 공간을 갖고 떨어진 구동들보와, 상기 구동들보 둘레에 상기 구동들보와 공간을 갖고 떨어져 형성된 지지대와, 상기미러가 정전구동에 의해 제1축으로 틸팅되도록 상기 구동들보와 상기 지지대 사이에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제1 힌지와, 상기 미러가 정전구동에 의해 제2축으로 틸팅되도록 상기 구동들보와 상기 미러에 위치하여 상기 미러를 현가시키는 제2 힌지가 일관공정에 의해 일체형으로 형성된 미러부;

기판 상의 일 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러를 제1축 틸팅하는 제1 전극과, 상기 기판 상의 다른 양측에 형성되고 전기가 인가되어 상기 미러를 제2축 틸팅하는 제2 전극과, 상기 기판 상에 형성되고 상기 미러에 전기를 인가하여 상기 미러를 제1축 또는 제2축 틸팅하는 패드가 일관공정에 의해 일체형으로 형성된 정전구동부와,

상기 미러와 전기적으로 콘택되도록 상기 미러부 및 상기 정전구동부의 패드 사이에 형성된 접합부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.
미러부와, 상기 미러부를 2축으로 정전구동하는 정전구동부를 접합부에 의해 접합하여 형성되는 정전구동 마이크로미러의 제조에 있어서,

(a) 소정 단계를 거쳐 미러를 정전구동하기 위한 전극 및 패드를 구비한 정전구동부를 준비하는 단계;

(b)상기 (a) 단계와 별도의 공정으로 소정 단계를 거쳐 미러와, 미러와 연결되어 미러를 현가하기 위한 구동들보 및 힌지를 구비한 미러부를 준비하는 단계;

(c)상기 정전구동부 및 미러부를 상기 접합부에 의해 접합하여 정전구동 마이크로미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 (a)단계는

기판 상에 도전성 물질을 패터닝하여 상기 미러부를 제1축 틸팅하는 제1 전극, 상기 미러부를 제2축 틸팅하는 제2 전극, 그리고 상기 미러부에 전기를 인가하여 상기 미러부를 제1축 또는 제2축 틸팅하는 패드를 형성하는 단계;

상기 제1, 2 전극 및 패드를 포함한 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;

상기 패드가 노출되도록 패드 상부를 오픈하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 노출된 패드 상부에 도전성 접합부재를 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 노출된 패드 상부에 비도전성 접합부재를 형성하고, 상기 비도전성 접합부재를 에워싸는 도전성 물질을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 기판은 절연층이 증착된 실리콘 기판, 세라믹, 글레스, 수정 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제8항에 있어서, (b)단계는

기판의 적어도 한쪽면에 저응력 절연막을 형성하는 단계;

상기 하나의 저응력 절연막 상에 금속 패턴을 형성하는 단계;

상기 금속 패턴 상에 포토레지스트 몰드를 형성하는 단계;

상기 몰드를 이용하여 전기도금을 하여 상기 미러구조체, 구동들보, 접합부와 연결되는 패드를 형성하고 상기 몰드를 제거하는 단계;

상기 미러가 형성될 부분의 기판을 선택적으로 제거하는 단계;

상기 금속 패턴을 마스크로 이용하여 저응력 절연막을 선택적으로 식각하여 힌지를 형성하는 단계;

상기 식각된 기판에 의해 노출된 상기 저응력 절연막 하부에 고반사막을 형성하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제8항에 있어서, (b)단계는

기판의 한쪽에는 폴리머를 형성하는 단계;

기판의 다른 한 쪽에는 절연막을 형성하는 단계;

상기 폴리머가 형성된 기판 면에 금속 패턴을 형성하는 단계;

상기 금속 패턴 상에 포토레지스트 몰드를 형성하는 단계;

상기 몰드를 이용하여 전기도금을 하여 상기 미러구조체, 구동들보, 접합부와 연결되는 패드를 형성하는 단계;

상기 미러가 형성될 부분의 기판을 선택적으로 제거하는 단계;

상기 금속 패턴을 마스크로 이용하여 폴리머를 선택적으로 식각하여 힌지를 형성하는 단계;

상기 식각된 기판에 의해 노출된 상기 폴리머 하부에 고반사막을 형성하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저응력 절연막은 저응력 질화막이나 ONO(oxide/nitride/oxide) 막 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 폴리머 하부에 금속으로 식각정지막을 형성하는 단계;

상기 미러가 형성될 부분의 기판과 함께 상기 식각정지막을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 (b)단계는

제1 기판/절연막/제2 기판으로 이루어진 기판을 준비하는 단계;

상기 제2 기판 상에 금속 패턴을 형성하는 단계;

상기 금속 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제2 기판을 선택적으로 제거하여 상기 미러구조체, 구동들보, 접합부와 연결되는 패드, 힌지를 형성하는 단계;

상기 미러가 형성될 부분의 상기 제1 기판/절연막을 선택적으로 제거하는 단계;

상기 식각된 제1 기판/절연막에 의해 노출된 상기 제2 기판 하부에 고반사막을 형성하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 (b)단계는

제1 기판/절연막/제2 기판으로 이루어진 기판을 준비하는 단계;

상기 제2 기판 상에 금속 패턴을 형성하는 단계;

상기 금속 패턴 상에 포토레지스트 몰드를 형성하는 단계;

상기 몰드를 이용하여 전기도금을 하여 상기 미러구조체, 구동들보, 접합부와 연결되는 패드를 형성하는 단계;

상기 미러가 형성될 부분의 제1 기판/절연막을 선택적으로 제거하는 단계;

상기 금속 패턴을 마스크로 이용하여 제2 기판을 선택적으로 식각하여 힌지를 형성하는 단계;

상기 식각된 제1 기판/절연막에 의해 노출된 상기 제2 기판 하부에 고반사막을 형성하여 미러를 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 기판 하부에 절연막을 형성하는 단계;

상기 미러가 형성될 부분의 제1 기판/절연막과 함께 상기 절연막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 제조방법.
입력 광 파이버;

상기 입력 광 파이버로부터 광을 입사하는 마이크로미러가 다수개로 배열되어 형성되고, 상기 마이크로미러가 2축으로 정전구동되는 미러부와, 서로 반대극의 정전압이 인가되는 전극 및 패드를 구비한 정전구동부와, 상기 정전구동부와 미러부를 접합하고, 상기 미러부가 2축으로 정전구동되도록 상기 정전구동부의 패드와 상기 미러부를 전기적으로 콘택시키는 접합부로 구성된 마이크로미러 어레이;

상기 마이크로미러 어레이에 의해 광의 진행방향을 임의로 조절하여 출력하는 출력 광 파이버를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러 어레이를 구비한 광스위치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정전구동 마이크로미러.