KR20030074444A - 광 스위치 장치 - Google Patents

광 스위치 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20030074444A
KR20030074444A KR10-2003-0015943A KR20030015943A KR20030074444A KR 20030074444 A KR20030074444 A KR 20030074444A KR 20030015943 A KR20030015943 A KR 20030015943A KR 20030074444 A KR20030074444 A KR 20030074444A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mirror
optical switch
fixed electrode
support member
semiconductor substrate
Prior art date
Application number
KR10-2003-0015943A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100558319B1 (ko
Inventor
이시이히로무
다나베야스유키
마치다카츠유키
우라노마사미
시마무라도시시게
우에니시유지
기요쿠라다카노리
Original Assignee
니폰덴신뎅와 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2002071559A external-priority patent/JP3953849B2/ja
Priority claimed from JP2002297817A external-priority patent/JP3825388B2/ja
Application filed by 니폰덴신뎅와 가부시키가이샤 filed Critical 니폰덴신뎅와 가부시키가이샤
Publication of KR20030074444A publication Critical patent/KR20030074444A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100558319B1 publication Critical patent/KR100558319B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3584—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details constructional details of an associated actuator having a MEMS construction, i.e. constructed using semiconductor technology such as etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/004—Angular deflection
    • B81B3/0043—Increasing angular deflection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00103—Structures having a predefined profile, e.g. sloped or rounded grooves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C1/00246—Monolithic integration, i.e. micromechanical structure and electronic processing unit are integrated on the same substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0369—Static structures characterized by their profile
    • B81B2203/0384—Static structures characterized by their profile sloped profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/07—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C2203/0707—Monolithic integration, i.e. the electronic processing unit is formed on or in the same substrate as the micromechanical structure
    • B81C2203/0735—Post-CMOS, i.e. forming the micromechanical structure after the CMOS circuit
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3518—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element being an intrinsic part of a MEMS device, i.e. fabricated together with the MEMS device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/356—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types in an optical cross-connect device, e.g. routing and switching aspects of interconnecting different paths propagating different wavelengths to (re)configure the various input and output links
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
    • G02B6/357—Electrostatic force

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

광 스위치 장치는 적어도 광 스위치 소자와 구동제어회로를 포함한다. 광 스위치 소자에서, 고정전극부는 집적회로가 형성되어 있는 반도체 기판상에 절연층을 개재하여 설치된다. 미러구조체가 고정전극부에 대향하여 고정전극부 위에 설치된 판형의 가동부를 가진다. 반사부가 광을 반사시키기 위해 가동부의 적어도 일부에 형성된다. 지지부재가 절연층을 개재하여 반도체 기판상에서 고정전극부 주위에 고정되어서 미러구조체를 지지한다. 구동제어회로가 가동부와 고정전극부에 소정 전위를 인가함으로써 광 스위치 소자를 구동하기 위해 집적회로내에 짜 넣어진다.

Description

광 스위치 장치{OPTICAL SWITCH DEVICE}
본 발명은 광 통신등용으로 사용되는 신호광의 경로를 변경하는 광 스위치 장치에 관한 것이다.
광 스위치 장치는 예를 들면 인터넷 통신망의 기반으로 되는 광 네트워크에 없어서는 아니될 파장분할 다중화기술(WDM)에 필수적인 구성구품이다. 이러한 종류의 광 스위치 장치는 광 도파로형과 MEMS(Micro Electro Mechanical System)형 장치를 포함한다. 특히, 미세한 가동반사면을 가지는 MEMS형 광 스위치 장치는 유망한 것으로 기대된다.
MEMS형 광 스위치 장치는 예를 들면, 고정구조체와 가동미러를 가지는 반사구조체로 형성된다. 고정구조체는 기반(base)으로 되는 기판 및 기판 위에 형성되는 전극등을 구비한다. 반사구조체는 지지부재와 가동부재를 가진다. 미러로서 작동하는 가동부재는 구조체로부터 떨어져서 토션(torsion) 스프링과 같은 스프링부재를 통하여 지지부재에 접속되어 있다. 그와 같은 구조는 예를 들면 박막형성이나 포토리소그래피기술을 기본으로 하여 에칭을 수행함으로써 3차원의 미세가공을 행하는 미세가공기술을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 구조를 가지는 광 스위치는 고정구조체와 가동반사구조체 사이에서 작용하는 인력 또는 반발력에 따라 반사구조체를 움직임으로써 광경로를 스위칭하는 스위칭동작을 행한다.
미세가공에 의하여 형성되는 상술한 광 스위치 장치는 크게 2가지 타입으로 분류된다. 하나의 타입은 소위 표면미세가공에 의하여 형성되고, 다른 타입은 벌크(bulk)미세가공에 의하여 형성된다.
전자의 표면미세가공타입의 장치에 대하여 먼저 설명한다. 표면미세가공타입은 도 9에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 도 9를 참조하면, 지지부재(902)는 기판(901)상에 회동가능하게 설치되어 있다. 틀체(904)가 힌지(903)를 통하여 지지부재(902)에 의해 지지되어 있다. 미러(905)는 토션 스프링(도시않됨)을 통하여 틀체(904)에 접속되고 지지되어 있다.
미러(905)를 구동하기 위한 정전력을 발생하는 전극부(906)는 미러(905)의 아래에 형성되고 배선(도시않됨)으로 접속되어 있다. 그러한 구조체는 예를 들면, 기판표면상에 실리콘 산화막을 형성하는 공정, 기판상에 전극배선구조체를 형성하는 공정, 실리콘 산화막상에 미러로 되는 다결정 실리콘막을 형성하는 공정, 그리고 불산(hydrofluoric acid)등을 사용하여 실리콘 산화막의 소정부위로부터 희생막을 에칭하여 기판으로부터 미러를 분리시키는 공정에 의하여 형성된다.
표면미세가공 기술의 요소기술은 LSI용의 프로세스기술의 응용으로부터 얻어진다. 이러한 이유 때문에, 박막을 형성하여 만들어지는 구조체의 수직크기는 수 ㎛로 제한된다. 하부전극부(906)와 미러(905)사이의 거리가 미러를 회전시키기 위하여 10㎛이상으로 설정되어야 하는 광 스위치 장치에서는 산화실리콘으로 형성된 희생막이 제거되고, 동시에 미러(905)가 다결정 실리콘막내의 내부응력에 의하여 들어올려지거나 또는 지지부재(902)가 정전력에 의하여 전극부(906)으로부터 미러(905)의 부분을 분리시킨다.
벌크미세가동타입에서는 일반적으로, 광 스위치 장치는 미러를 구성하는 기판과 전극을 구성하는 기판을 별도로 마련하고, 이들 기판을 접속하여 형성된다.SOI(Silicon On Insulator)기판의 사용이 미러형성을 위해 제안된 바 있다. SOI기판을 사용하여 형성되는 미러는 표면미세가공에서 일반적인 다결정 실리콘이 아니라 단결정 실리콘으로 형성된다. 다결정 실리콘으로 형성되는 구조체에서는 미러가 다결정 실리콘으로 인한 응력에 의하여 뒤틀리게 된다. 그러나 SOI기판을 사용함으로써 형성되는 단결정으로 만들어지는 미러에서는 뒤틀림이 비교적 적다.
이하에, SOI기판을 사용하는 광 스위치의 제조에 대하여, 도 10a 내지 10f를 참조하여 설명한다. 먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이, 매입산화막(1002)이 형성되어 있는 트렌치(1001)가 SOI기판의 일측(주표면)상에 공지의 포토리소그래피기술 및 DEEP RIE와 같은 에칭에 의하여 형성된다. 이 프로세스로, 미러(1004)가 매입산화막(1002)상의 단결정 실리콘층(1003)내에 형성된다.
이때에, 때때로 Au막과 같은 금속막이 미러(1004)의 반사율을 증가시키기 위해 미러(1004)의 표면상에 형성된다. DEEP RIE는 예를 들면, 실리콘을 건식에칭하기 위한 기술로서, 분당 수 ㎛의 에칭속도에서 50보다 높은 어스펙트 비(aspect ratio)를 가진 트렌치 혹은 홀을 형성하도록 SF6가스와 C4F8가스가 번갈아 공급되어서 에칭과 측벽보호막 형성을 반복한다.
그 다음, 미러(1004)의 형성영역내에 개구를 가지는 레지스트패턴이 SOI기판(1001)의 하부표면상에 형성된다. 실리콘은 수산화칼륨의 수용액과 같은 에찬트를 사용하여 SOI기판(1001)의 하부표면으로부터 선택에칭된다. 이 에칭에서, 매입산화막(1002)이 에칭스토퍼층으로 사용된다. 도 10b에 도시된 바와 같이,개구부(1001b)가 미러(1004)의 형성영역에 따라 SOI기판(1001)의 하부에 형성된다. 다음에, 도 10c에 도시된 바와 같이, 개구부(1001b)로 노출되는 매입산화막(1002)의 영역이 SOI기판(1001)에 의해 회동가능하게 지지되는 미러(1004)가 형성되도록 불산을 사용하여 선택적으로 제거된다.
다른 한편, 실리콘 기판(1011)은 마스크로서 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막으로 형성되는 소정 마스크패턴을 사용하여 수산화칼륨의 수용액에 의하여 선택에칭된다. 이와 같은 프로세스로, 도 10d에 도시된 바와 같은 홈구조가 형성된다. 그 다음, 증착등에 의하여 금속막이 홈구조상의 위에 형성된다. 도 10e에 도시된 바와 같이 전극부(1012)을 형성하도록 금속막은 공지의 깊은 자외선 노출을 사용하는 포토리소그래피기술과 에칭에 의하여 패텅닝된다.
최종으로, 도 10c에 도시된 미러(1004)를 가지는 SOI기판(1001)과 도 10e에 도시된 실리콘 기판(1011)이 도 10f에 도시된 바와 같이, 전계의 인가에 의해 미러(1004)가 움직이게 되는 광 스위치 장치를 제조하도록 본딩된다.
그러나, 상술한 표면미세가공에 의하여 광 스위치를 제조함에 있어서, 도 9에 도시된 지지부재(902)와 같은 지지구조체가 미러형성단계에서 가동구조체로서 형성된다. 이러한 이유 때문에, 지지구조체를 형성하는 단계에서의 수율이 나머지 단계에서의 수율보다도 더 낮다. 이것은 광 스위치 장치의 제조수율을 감소시킨다. 또한, 미러이외에 가동부들이 있다고 하는 것은 많은 가동부들을 증가시키기 때문에 광 스위치의 신뢰성이 저하한다.
한편, 벌크미세가공에 의한 광 스위치 제조는, 상술한 표면미세가공을 사용하는 제조방법과는 달리, 미러가동공간을 학보하기 위해 희생층에 에칭단계를 포함하지 않으며, 따라서, 수율 및 신뢰성에 있어서 이점이 있다. 그러나, 도 10a 내지 도 10f에 도시된 제조방법은 미러가동공간이 KOH용액등을 사용하는 Si의 이방성 에칭에 의해 주로 형성되기 때문에 다음과 같은 문제점들을 가진다. 먼저, 미러측상의 SOI기판상에서 미러회동을 만들기 위해, Si는 기판의 거의 두께에 해당하는 깊이로 에칭되어야 한다. 이때에, 에칭되는 Si의 두께는 적어도 수백 ㎛이다.
예를 들면, Si(100)면과 625㎛의 두께를 가지는 상업적으로 이용가능한 6인치 SOI기판의 하부표면이 알카리용액, 예를 들면, 상술한 바와 같이 에찬트로서 KOH용액을 사용하여 이방성으로 에칭될 때, 기판이 에칭되어서 약 55°의 경사각을 가지는 (111)면을 노출한다. 예를 들면, 매입산화막상의 실리콘층의 두께가 10㎛이고, 매입산화막의 두께가 1㎛라고 가정하면, 도 10b에 도시된 바와 같이, Si에칭되어야 할 두께는 614(=625-10-1)㎛이다.
그와 같은 Si에칭후에 500-㎛ 평방미러영역을 확보하기 위하여, 약 600㎛ 평방영역을 가지는 영역이 SOI기판의 하부면상에서 에칭에 의해 제거된다. 그래서, 하나의 미러를 형성하기 위하여, 미러의 가동과는 관계없는 많은 영역이 쓸데없이 필요하게 된다. 이것은 칩내에 있어서 미러형성부의 점유영역을 증가시키고 광 스위치 장치의 집적도를 증가시키는 점에서 불리하다.
또한, 이와같은 처리방법에 있어서, 기판의 상부 및 하부 양면에서 위치정합(alignment)이 필요하다. 또한, 소위 양면 얼라인더 공정(양면노출공정)과 같은 복잡한 공정이 수행되는 것이 필요하게 된다. 더욱이나, 전극부 형성층상의 기판은 미러가동공간을 형성하기 위하여 KOH용액에 의해 10㎛이상의 깊이로 에칭하는 것이 필요하게 된다. 이 프로세스는 미러형성측상의 기판과 마찬가지로 이방성 에칭에 의해 형성된다. 미러가동공간으로 되는 홈구조체를 형성하기 위하여, 10㎛평방이상의 면적을 가지는 영역이 실리콘 기판의 표면상에 점유되어서 패터닝되어야 한다. 이러한 이유로, 역시 집적도가 전극측에서 증가될 수 없다.
프래너 프로세스에 의해 형성되는 IC 또는 LSI와 같은 제어회로가 광 스위칭 장치와 같이 집적되어야 하는 경우에도, 상술한 이방성 에칭으로 시작하는 전극기판의 제작방법에서는 미러의 제어를 위해 필요한 IC나 LSI를 미리 전극기판측에 만들어 넣거나, 다층배선구조를 형성하는 것은 아주 어렵다. 이러한 이유로, 상술한 제조방법에서는 제어를 위한 소자의 고집적화나, 미러마다 다수의 전극배선이 필요하는 복잡한 제어계의 형성은 달성하기가 어렵게 될 수 있다. 상술한 광 스위치 제조방법에서, 광 스위치구조체 자체는 소형화될 수 있다. 그러나 외부제어회로가 필요하게 때문에, 예를 들면 소망성능을 가지는 광 스위치 장치와 같은 장치는 크게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 집적도나 수율의 감소를 억제하면서도 이전보다 더 용이하게 구동제어회로등을 포함하는 집적회로를 가진 반도체 기판상에 형성된은 미러 소자를 구비하는 광 스위치 장치를 제조하는 것이다
도 1a는 본 발명에 따른 광 스위치 장치를 구성하는 스위치 소자의 개략적인 구성을 나타내는 단면도;
도 1b는 본 발명에 따른 광 스위치 장치를 구성하는 스위치 소자의 개략적인 구성을 나타내는 평면도;
도 1c는 본 발명에 따른 광 스위치 장치를 구성하는 스위치 소자의 부분을 개략적으로 나타내는 사시도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 스위치 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도;
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 실시예에 따른 광 스위치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도;
도 4a 내지 4e는 도 3c에 이어서, 광 스위치를 제조하는 단계를 나타내는 단면도;
도 5a 내지 5e는 도 4e에 이어서, 광 스위치를 제조하는 단계를 나타내는 단면도;
도 6a, 6b 및 6c는 도 5e에 이어서, 광 스위치를 제조하는 단계를 나타내는 단면도;
도 7a 내지 7d는 광 스위치 장치를 제조하는 다른 방법을 설명하기 위한 단면도;
도 8a 내지 8d는 광 스위치 장치를 제조하는 또 하나의 다른 방법을 설명하기 위한 단면도;
도 9는 종래의 광 스위치 장치의 개략적인 구성을 나타내는 측면도; 그리고
도 10a 내지 10f는 종래의 광 스위치 장치를 제조하는 단계를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
101 : 반도체 기판102 : 층간절연층
103 : 접속전극104 : 배선층
105 : 층간절연층120 : 지지부재
121 : 금속패턴(제 1 구조체)
122, 123, 124, 125, 141, 142, 143, 144, 145 : 금속패턴
130 : 틀부131 : 미러부
132 : 가동틀140 : 제어전극부
140a, 140b, 140c, 140d : 제어전극
150 : 제어회로161, 162 : 연결부
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일면에 따르면 적어도, 집적회로가형성된 반도체 기판상에 절연층을 개재하여 배치된 고정전극부, 고정전극부에 대향하여 고정전극부 위에 배치된 판상의 가동부를 가지는 미러구조체, 광을 반사하기 위해 가동부의 적어도 일부에 형성되는 반사부 및 절연층을 개재하여 반도체 기판상의 고정전극부 주위에 고정되고 미러구조체를 지지하는 지지부재로 구성되는 광 스위치 소자와, 가동부와 고정전극부에 소정 전위를 인가하여 광 스위치 소자를 구동하기 위해 집적회로내에 짜 넣어진 구동제어회로를 구비하는 광 스위치 장치가 제공된다.
이와 같은 구성으로, 집적회로가 형성되어 있는 반도체 기판상에, 틀부에 의하여 지지되어 가동하는 반사부를 가지는 가동부가 고정전극상에서 일정 간격을 형성하면서 고정구조체인 지지부재를 통하여 고정전극상에 배치되어 있다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예 대하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1c은 본 발명의 실시예에 따른 광 스위치 장치의 구성을 나타낸 것이다. 도 1a는 주로 하나의 미러를 가진 스위치 소자인 광 스위치 장치의 구성단위를 부분적으로 나타낸 것이다.
광 스위치 장치의 구성에 대하여 설명한다. 광 스위치 장치는 예를 들면 실리콘으로 형성된 반도체 기판(101)을 가진다. 복수의 소자로 구성되는 집적회로(도시않됨)가 반도체 기판(101)상에 형성되어 있다. 층간절연층(102)이 집적회로상에 형성되어 있다. 배선층(104)과 층간절연층(105)이 층간절연층(102)상에 형성되어 있다. 지지부재(120)가 절연막인 층간절연층(102, 105)을 개재하여 반도체 기판(101)상에 고정되어 있다. 지지부재(120)는 미러구조체를 지지한다.
이 실시예에서, 지지부재(120)는 금과 같은 도전성재료로 만들어지고 층간절연층(102)상에 형성되어 있는 소정의 배선층(104)에 층간절연층(105)에 형성된 스루홀을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 지지부재(120)는 금속패턴(제 1 구조체)(121) 및 금속패턴(122, 123, 124, 125)으로 형성된 다층구조체이다.
미러구조체는 지지부재(120)에 고정된 판상의 틀부(130)와 반도체 기판(101)과 떨어져서 틀부(130)내에서 지지되는 판상 가동부로 구성되어 있다. 이 실시예에서, 가동부는 한쌍의 연결부(161)를 통하여 틀부(130)내측에서 지지되는 가동틀(132)과 한쌍의 연결부(162)를 통하여 가동틀(132)내측에서 지지되는 미러부(131)로 형성되어 있다. 미러부(131)는, 예를 들면 약 500㎛의 직경을 가진 원판이다. 반사면은 도 1a의 지면에 있어서 상방의 면에 형성되어 있다. 반사면은 미러부(131)의 일부에 형성되어도 좋다.
또한, 틀부(130), 가동틀(132) 및 미러부(131)로 형성되는 미러구조체가 금과 같은 도전성재료로 만들어진다. 따라서, 이 실시예에서, 미러부(131)는 역시 지지부재를 통하여 상술한 배선층에 전기적으로 접속되는 가동전극으로 된다. 미러구조체는 절연재료로 만들어져도 되며 금속막은 미러부에서 가동전극을 형성하도록 미러구조체의 표면에 형성되어도 됨을 유념하여야 한다.
미러구조체에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 가동틀(132)은 가동틀(132)이 회동축 주위를 회동할 수 있도록 틀부(130)의 개구영역중심을 통과하는 소정 회동축상에의 2개소에 형성되어서 토션 스프링과 같이 작동하는 한쌍의 연결부(161)를 통하여 틀부(130)에 매달려지고 또 회동가능하게 고정되어 있다. 미러부(131)는틀부(130)의 개구영역중심을 통하여 상기 축과는 직교하는 직교축을 중심으로 회동가능하게 되도록 상기 직교축상의 2개소에 설치된 토션 스프링과 같이 작용하는 한쌍의 연결부(162)에 의해 가동틀(132)에 매달려지고 또 회동하도록 고정되어 있다.
따라서, 미러부(131)는 2축 동작을 수행할 수 있다. 상술한 바와 같이, 4개의 제어전극부(140)가 설치되고, 2축 동작할 수 있는 미러부(131)가 형성될 때, 미러부(131)가 형성될 때, 미러부(131)는 예를 들면 도 1c에 도시된 바와 같이, 회동될 수 있다. 도 1c는 가동틀(132)이 약 10°만큼 회동되고, 미러부(131)가 약 10°만큼 회동되어 있는 상태를 나타낸다.
다른 한편, 미러부(131)부의 회동동작을 제어하는 제어전극부(고정전극부) (140)가 층간절연층(102, 105)을 개재하여 미러부(131) 아래 반도체 기판(101)상에 형성되어 있다.
이 실시예에서, 제어전극부(140)는 금과 같은 도전재료로 만들어지고, 층간절연층(105)에 형성되어 있는 스루홀을 통하여 층간절연층(102)상에 형성되어 있는 소정 배선층(104)에 전기적으로 접속된다. 또한 제어전극부(140)는 금속패턴(141, 142, 143, 144)를 적층시켜서 구성되는 다층구조체를 가진다.
제어전극부(140)의 금속패턴(141)은 지지부재(120)의 금속패턴(121)의 것과 동일두께를 가진다. 역시 금속패턴(142)은 금속패턴(122)의 것과 동일두께를 가진다. 또한 금속패턴(143)은 금속패턴(123)의 것과 동일두께를 가진다. 그리고 금속패턴(144)은 금속패턴(124)의 것과 동일두께를 가진다. 따라서, 제어전극부(140)는 금속패턴(125)의 두께만큼 지지부재(120)보다 더 낮도록 형성되어 있다.
지지부재(120)는 2층 구조체를 가질수 있으며, 예를 들면, 지지부재는 2개의 금속패턴으로 구성되어도 되며, 제어전극부(140)는 지지부재(120)의 하부금속패턴의 두께와 동일두께를 가지는 금속패턴으로 형성되어도 된다. 또는 지지부재(120)가 3층의 구조체를 가지며 제어전극부(140)는 2층 구조체를 가져도 된다. 즉, 제어전극부(140)의 층수는 적어도 하나만큼 지지부재(120)의 것보다 더 작으면 족하다.
이 실시예에서, 하부 금속패턴은 제어전극부(140)에서 보다 큰 면적을 가진다. 또한, 제어전극부(140)의 금속패턴은 상부로 갈수록 즉, 미러구조체에 가까울 수록 미러부(131)의 중앙부에 향하여 가늘어지도록 3차원적으로 적층되어 있다. 제어전극부(140)가 입체구조체(입체전극구조체)를 가질때 미러부(131)에 대하여 큰 가동공간이 확보될 수 있다. 제어전극부(140)의 최상단부는 미러부(131)에 더욱 근접하게 배열되어 있다. 이러한 이유로, 제어전위가 제어전극부(140)에 인가될 때 보다 더 강한 정전력이 미러부(131)상에 작용한다. 다른 한편, 제어전극부(140)가 미러부(131)의 주변부에서 미러부(131)로부터 떨어져 있기 때문에 미러부(131)는 더 크게 회동할 수 있다. 제어전극부가 2차원 구조체를 가진다고 하면, 제어전극부와 미러부(131)사이의 거리는 처음상태에서 균일하다. 제어전극부와 미러부(131) 사이의 거리가 작을때, 미러부(131)의 회동범위가 작게 되더라도, 큰 정전력이 작용한다. 제어전극부가 2차원 구조체를 가지며, 제어전극부와 미러부(131)사이의 거리가 증가될 때, 정전력이 작게 되더라도, 미러부(131)의 회동범위가 크게 된다. 반면에, 도 1a, 1b 및 1c에 도시된 광 스위치 장치에 따르면, 제어전극부(140)가 3차원 구조체를 가질때, 상술한 문제가 해결된다. 미러부(131)를 회동시키는데 필요한 제어전위를 상당히 감소시키는 동안에도 미러부(131)가 광범위하게 회동될 수 있다.
제어전극부(고정전극부)(140)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 4개의 제어전극(140a, 140b, 140c, 140d)으로 형성되어 있다. 제어전극(140a, 140c)과 제어전극(140b, 140d)은 한쌍의 연결부(161)를 통과하는 회동축에 대하여 대칭적으로 배열되어 있다. 제어전극(140a, 140b, 140c, 140d)은 미러부(131)의 중심을 통과하는 반도체 기판(101)의 표면에 대한 법선에 대하여 대칭적으로 배열되어 있다.
복수개의 제어전극부가 배열되어 있을때, 미러부(131)의 자세는 더욱 세밀하게 제어될 수 있다. 이 실시예서, 제어전극부(140)(제어전극 140a, 140b, 140c, 140d)는 다층구조체를 가진다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 제어전극부는 일체적으로 형성된 3차원 구조체를 가질 수 있다. 이 경우에, 제어전극의 일측부는 어떠한 공정을 더하지 않고 적절하게 경사진 표면에 형성된다.
상기 구성을 요약하면 다음과 같다. 제어전극부(140)는 미러부(131)의 중심을 지나는, 반도체 기판(101)의 표면에 대한 법선에 대하여 대칭적으로 배열된 복수의 제어전극으로 형성되어 있다. 법선의 대향측에의 각 제어전극의 측면에 대하여, 미러구조체가 형성된 측면과 평면사이의 거리는 측면이 법선에 근접할수록 감소된다.
본 실시예의 광 스위치 소자에서, 제어회로(150)는 반도체 기판(101)상에 형성된 집적회로(도시않됨)의 일부로서 형성되어 있다. 제어회로(150)는 예를 들면, 가동전극으로서 미러부(131)와 고정구조체로서 제어전극부(140)의 제어전극들중의 어느 하나 사이에 소정 전위차를 발생하여 선택된 제어전극과 미러부(가동전극) (131)에 전하를 유도한다. 그래서 제어회로(150)는 쿨롬력(정전력)을 전하에 작동하게 하여서 미러부(131)를 가동시킨다.
미러부(131)는 유도전하에 작용하는 정전력에 의한 회동축의 토크는 가동부가 회전할 때 연결부(161, 162)에서 발생하는 역토크에 평형하는 위치에서 정지한다. 제어회로(150)는 제어전극과 미러부(131)사이의 전위차를 해소하여 미러부(131)에서 발생된 전하를 제거하고, 이것에 의하여 미러부(131)의 가동상태를 해소시킨다.
이 실시예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 지지부재(120)는 제어전극부(140)가 형성되어 있는 공간을 포위하는 틀형태의 구조체이다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 지지부재(120)는 미러구조체의 틀부(130)의 소정부위를 지지하기 위해서만 필요하다. 예를 들면, 도 1b에서 지지부재는 공간의 4각부의 틀부(130)하부에 분리되게 설치되어도 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 구동제어회로를 포함하는 집적회로가 형성되어 있는 반도체 기판상에 미러소자가 일체적으로 형성되어 있는 광 스위치 장치는 종래것보다는 더욱 용이하게 제조될 수 있다. 도 2는 도 1a에서 도시된 스위치 소자를 예를 들면 반도체 기판의 한 평면상에 매트릭스로 배열함으로써 형성되는 광 스위치 장치의 한 예를 나타낸 것이다.
이 실시예에 따른 광 스위치 장치의 제조방법에 대하여 이하에 설명한다. 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상술한 제어회로등을 구성하는 능동회로(도시않됨)가 실리콘과 같은 반도체로 만들어진 반도체 기판(101)상에 형성된다. 그 다음, 실리콘 산화물로 형성된 층간절연층(102)이 형성된다. 접속구들(vias)이 층간절연층(102)에 형성된다. 그 후, 접속구들을 통하여 하부의 배선에 접속되는 배선층(104)과 접속전극(103)이 층간절연층(102)위에 형성된다.
이들 구조체들은 공지의 포토리소그래피기술 및 에칭에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 능동회로는 CMOS LSI 프로세스에 의하여 형성될 수 있다. 접속전극(103)과 배선층(104)은 Au/Ti로 만들어진 금속막을 형성하고 그것을 처리함으로써 형성될 수 있다. 금속막의 하부 Ti층은 약 0.1㎛의 두께를 가지며, 윗 Au층은 약 0.3㎛의 두께를 가진다.
금속막은 다음 방법으로 형성될 수 있다. Au/Ti막은 스퍼터링이나 또는 증착에 의해 실리콘 산화막상에 형성된다. 소정 패턴이 포토리소그래피기술에 의하여 형성된다. 이때에, 전극배선을 형성하기 위해 사용되는 레지스트패턴, 미러기판(후술함)을 접속하기 위해 사용될 접속부 및 와이어 본딩 패드가 동시에 형성된다. Au/Ti막이 마스크로서 레지스트패턴을 사용하는 습식에칭으로 선택제거된다. 레지스트패턴이 제거될 때, 배선층(104)이 형성될 수 있다. 전극배선, 미러기판(후술함)을 접속하기 위해 사용되는 접속부와 와이어 본딩 패드(도시않됨)가 배선층(104)내에 형성된다.
이들 층의 형성후에, 배선층(104)을 피복하는 층간절연층(105)이 형성된다.층간절연층(105)은 예를 들면 감광성유기수지인 폴리벤조옥사졸을 도프함으로써 막두께 수 ㎛정도로 형성된 폴리이미드막으로 만들어질 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 배선층(104)의 소정부위가 노출되는 개구부(105a)가 층간절연층(105)에 형성된다. 층간절연층(105)이 상술한 바와 같이, 감광성유기수지로 만들어질 때, 노출/현상이 개구부(105a)가 형성되어야 할 영역에 개구부가 형성되도록 패턴을 형성하기 위해 수행된다. 패턴이 형성된 후, 구조체는 막을 경화시키기 위해 어닐링되고, 이것에 의해서 개구부(105a)를 가지는 층간절연층(105)을 형성한다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 개구부(105a)의 내측면을 포함하여 층간절연층(105)을 피복하는 시드층(106)이 형성된다. 시드층(106)은 예를 들면 Ti/Cu/Ti로 만들어지는 금속막으로 형성된다. 두께는 Ti 및 Cu막 양자에 대하여 약 0.1㎛이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 평탄부에 약 17㎛의 두께를 가진 희생패턴(401)이 형성된다. 희생패턴(401)은 예를 들면 감광성유기수지인 폴리벤조옥사졸로 만들어진 막을 포토리소그래피기술을 이용하여 처리함으로써 형성될 수 있다.
예를 들면, 먼저 폴리이미드막을 형성하기 위해 폴리벤조옥사졸이 도프된다. 폴리이미드막이 포토마스크를 사용한 콘택 어라이너를 사용하거나 레티클을 사용한 스텝퍼를 사용하여 노광되게 하여서 소장 패턴을 가지는 감광부를 형성한다. 이 감광부는 미러전극패턴을 형성하는 부분, 미러기판을 접속하기 위해 사용되는 접속부, 또는 와이어 본딩 패드가 형성되는 영역을 포함한다. 다음에 감광부를 가지는폴리이미드막이 형성되고, 감광부가 현상액에 용해되고, 이것에 의해 소정 개구영역을 가지는 희생패턴(401)을 형성한다.
그 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, Cu로 만들어진 금속패턴(121, 141)이 희생패턴(401)의 두께와 동일두께를 가지는 개구부로 노출되는 시드층(106)상에 전기 도금에 의해 형성된다. 이때에 금속패턴(121, 141)의 표면은 희생패턴(401)의 표면과 거의 동일평면을 형성하도록 평탄한 상태로 한다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 상술한 바와 같은 마찬가지의 과정에 따라, 소정 개구패턴과 평탄부에서 약 17㎛의 두께를 가지는 희생패턴(402)이 형성되고, Cu로 만들어진 금속패턴(122, 142)이 희생패턴(402)의 두께와 동일두께를 가지도록 희생패턴(402)의 개구부로 노출된 금속패턴(121, 141)상에 전기 도금함으로써 형성된다. 이때에, 각 금속패턴(122)은 하부의 금속패턴(121)의 크기와 동일크기를 가지도록 형성되며, 한편 인접 금속패턴(142)간의 간격은 인접 금속패턴(141)간의 패턴 간격과 동일하게 되도록 형성된다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 상술한 동일과정에 따라, 평탄부에 약 17㎛ 두께를 가지는 희생패턴(403)이 형성되며, Cu로 만들어진 금속패턴(123, 143)이, 희생패턴(403)의 두께와 동일두께를 가지도록 희생패턴(403)의 개구부에 노출된 금속패턴(122, 142)상에 전기 도금함으로써 형성된다. 이때에, 각 금속패턴(123)은 하부의 금속패턴(122)의 크기와 동일크기를 가지도록 형성된다. 각 금속패턴(143)은 하부의 금속패턴(142)보다 더 작게 형성되고, 한편 인접 금속패턴(143)간의 간격이 인접 금속패턴(141)간의 간격과 동일하게 되도록 형성된다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같은 동일과정에 따라 평탄부에서 약 17㎛의 두께를 가진 희생패턴(404)이 형성되고, Cu로 만들어진 금속패턴(124, 144)이 희생패턴(404)의 두께와 동일두께를 가지도록 희생패턴(404)의 개구부에 노출되는 금속패턴(123, 143)상에서 전기 도금에 의해 형성된다. 이때에 각 금속패턴(124)은 하부의 금속패턴(123)의 크기와 동일크기를 가지도록 형성한다. 각 금속패턴(144)는 하부의 금속패턴(143)의 크기보다 작게 형성되고, 한편, 인접 금속패턴(144)사이의 간격은 인접 금속패턴(141)사이의 간격과 동일하게 만들어진다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같은 동일과정에 따라 평탄부에 약 17㎛의 두께를 가지는 희생패턴(405)이 형성되고, Cu로 만들어진 금속패턴(125)이 희생패턴(405)의 두께와 동일두께를 가지도록 희생패턴(405)의 개구부에 노출되는 금속패턴(124)상에 전기 도금함으로써 형성된다. 이때에 각 금속패턴(125)은 하부 금속패턴(124)의 크기와 동일크기를 가지도록 형성된다. 금속패턴(144)상의 희생패턴(405)에는 어떠한 개구부도 형성되지 않는다. 대신에 금속패턴(144)이 희생패턴(405)으로 피복된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, Au/Ti로 만들어진 금속막으로 형성되는 시드층(406)이 금속패턴(125)의 표면을 포함하는 희생패턴(405)의 표면상에 형성된다. 시드층(406)은 예를 들면 0.1㎛두께의 Ti층과 Ti층위에 형성되는 0.1㎛두께의 Au층으로 형성된다. 시드층(406)이 형성된 후, 금속패턴(125)위에 부분적으로 개구부를 가지는 레지스트패턴(407)이 형성된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, Au로 만들어진 약 1㎛의 두께를 가진금속막(408)이 레지스트패턴(407)의 개구부로 노출된 시드층(406)에 전기 도금함으로써 형성된다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 레지스트패턴(407)이 제거된 후, 시드층(406)이 마스크로 금속막(408)을 사용하여 습식에칭함으로써 에칭되고, 이것에 의해 도 5e에 도시된 바와 같은 금속패턴(126)을 형성한다.
다음에, 도 6a에 도시된 바와 같이, 희생패턴(401, 402, 403, 404, 405)이 예를 들면 오존 애셔(ozone asher)를 사용해서 회화(灰化)함으로써 제거된다. 도 6a에 되시된 바와 같이, 금속패턴(121, 122, 123, 124, 125) 및 금속패턴(126)으로 구성되는 구조체와 금속패턴(141, 142, 143, 144)으로 구성되는 구조체가 형성된다. 이들 구조체 사이에 공간이 형성된다.
그 후, 도 6b에 도시된 바와 같이 시드층(106)이 마스크로, 금속패턴(121, 141)을 사용하여 습식에칭함으로써 선택제거되어서 지지부재(120)와 제어전극부(140)를 형성한다. 제어전극부(140)에서, 인접 금속패턴(141, 142, 143, 144)은 그들 사이에 동일간격을 가진다. 금속패턴의 크기는 순차적인 공정으로 형성되는 예를 들면, 미러구조체를 향하여 윗측으로 갈수록 감소된다. 그 결과 제어전극(140)은 미러부(131)의 중앙부로 향하여 가늘어지는 형태로 된다.
그 후 도 6c에 도시된 바와 같이, 미러부(131)가 연결부(도시않됨)을 통하여 회동가능하게 접속되는 틀부(130)가 지지부재(120)에 접속되게 고정되어서 광 스위치 장치를 형성한다. 틀부(130)는 예를 들면 땜납이나 이방성 도전성 접착제를 사용하여 틀부를 접착고정함으로써 지지부재(120)에 접속되게 고정된다.
상술한 제조방법에 따르면, 미러를 구동하고 제어하기 위한 능동회로(집적회로)가 먼저 하부전극기판상에 형성된다. 그 다음, 상술한 바와 같이, 제어전극부와 고정지지부재가 형성된다. 미러기판은 광 스위치 장치를 제조하도록 지지부재에 접속된다. 상술한 방법에서, 제어전극부나 지지부재는 금속(도전성)패턴을 적층함으로써 형성된다. 그 결과, 이 실시예에 따르면, 광 스위치 장치가 소형화될 수 있고 고성능의 광 스위치 장치가 얻어질 수 있다.
다음에 다른 제조방법에 대하여 설명한다. 이 제조방법은 상술한 제조방법에서 도 3a 내지 도 5a을 참조하여 설명된 것들과 동일공정을 사용하며, 그들에 대한 설명은 생략한다. 이 제조방법에서, 금속패턴(125)이 상술한 제조방법에서와 같은 과정에 따라 희생층(405)의 두께와 동일한 두께를 가지게 형성된다. 그 다음 도 7a에 도시된 바와 같이, Au/Ti로 만들어진 금속막으로 형성된 시드층(406)이 금속패턴(125)의 표면을 포함하는 희생패턴(405)의 표면상에 형성된다. 시드층(406)이 예를 들면, 0.1㎛두께의 Ti층과 Ti층위에 형성되는 0.1㎛두께의 Au층으로 형성된다.
시드층(406)이 형성될 때, 레지스트패턴(701)이 형성된다. 그 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, Au로 만들어진 1㎛두께의 금속막(702)이 레지스트패턴(701)의 형성영역의 외측에 노출되는 시드층(406)상에서 전기 도금함으로써 형성된다. 레지스트패턴(701)이 제거된 후, 시드층(406)이 마스크로서 금속(702)을 사용하여 선택제거되어서 도 7c에 도시된 바와 같이 틀부(130) 및 미러부(131)를 형성한다.
미러부(131)는 토션 스프링과 같은 작용을 하는 연결부에 의하여 틀부(130)에 고정된다. 연결부는 틀부(130)와 미러부(131)사이에서 레지스트패턴(701)으로피복되지 않는 금속막(702)과 시드층(406)으로 형성된다.
틀부(130)와 미러부(131)가 형성될 때, 회생패턴(401, 402, 403, 404, 405)이 틀부(130) 및 미러부(131)사이의 개구부를 통하여 예를 들면, 오존 애셔를 사용하여 회화된다. 그 후에, 시드층(106)이 마스크로 금속패턴(121, 141)을 사용하여 선택적으로 제거된다. 이와같은 프로세스로, 도 7d에 도시된 바와 같이 지지부재(120)와 제어전극부(140)가 틀부(130)와 미러부(131)의 아래에 형성된다. 미러부(131)는 소정 거리만큼 제어전극부(140)에서 떨어져서 제어전극부(140)위에 배열되어 있다.
상술한 바와 같이, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명된 제조방법에서도 미러를 구동하고 제어하기 위한 능동회로가 미리 하부전극기판상에 형성된다. 그 후에, 상술한 바와 같이, 도전성패턴이 적층되어서 제어전극부와 지지부재를 형성한다. 틀부와 미러부는 지지부재상에 형성되어서 광 스위치 장치를 제조한다. 그 결과 이 제조방법에 따르면 광 스위치 장치가 소형화될 수 있고, 고성능의 광 스위치 장치가 얻어질 수 있다.
이 제조방법에서, 틀부와 미러부가 하나의 금속막으로 형성되기 때문에 본딩 공정이 생략될 수 있다. 이것은 제조상 이점이 있다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면, 응력으로 인한 금속미러의 비틀림을 방지하기 위하여, 조절된 응력을 가진 미러가 다른 응력특성을 가지며 도금가능한 금속층을 다층으로 적층함으로써 형성되어서 제조될 수 있음을 용이하게 예측할 수 있다.
다음에 또 하나의 다른 하나의 제조방법에 대하여 설명한다. 이 제조방법역시 상술한 제조방법에서 도 3a 내지 도 5a를 참조하여 설명된 이들과 동일한 공정을 사용하며 이들의 설명은 생략한다. 이 제조방법에서, 금속패턴(125)이 상술한 제조방법에서와 동일한 과정에 따라 희생패턴(405)의 두께와 동일두께를 가지도록 형성된다. 그 다음, 도 8a에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘으로 만들어지고 1㎛의 두께를 가진 박막(801)이 박막을 증착할 수 있는 ECRCVD를 사용하여 비교적 저온에서 금속패턴(125)의 표면을 포함하는 희생패턴(405)의 표면상에 형성된다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 박막(801)이 형성될 때 레지스트패턴(802)이 형성된다. 그 다음, 박막(801)이 레지스트패턴(802)의 개구부를 통하여 에칭함으로써 선택적으로 제거된다. 레지스트패턴(802)이 제거되고, 이것에 의해, 도 8c에 도시된 바와 같이, 틀부(830)와 미러부(831)를 형성한다.
틀부(830)와 미러부(831)가 형성될 때, 희생패턴(401, 402, 403, 404, 405)이 틀부(830)와 미러부(831)사이의 개구부를 통하여 예를 들면 오존 애셔를 사용하여 회화(灰化)된다. 그 후, 시드층(106)이 마스크로서 금속패턴(121, 141)를 사용하여 선택적으로 제거된다. 이 프로세스로, 도 8d에 도시된 바와 같이, 지지부재(120)와 제어전극부(140)가 틀부(830) 및 미러부(831) 아래에 형성된다. 미러부(831)는 소정 거리만큼 제어전극부(140)에서 떨어져서 제어전극부(140)위에 배열된다.
미러부(831)가 토션 스프링 같이 작용하는 연결부(도시않됨)에 의해 틀부(830)에 고정된다. 연결부는 틀부(830)와 미러부(831)사이의 레지스트패턴(802)의 개구부 아래에 박막(801)으로 형성된다.
상술한 바와 같이, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명된 제조방법에서도 미러를 구동하고 제어하기 위한 능동회로가 미리 하부전극기판상에 형성된다. 그 후 상술한 바와 같이, 제어전극부와 지지부재가 형성된다. 틀부와 미러부는 지지부재상에 형성되어서 광 스위치 장치를 제조한다. 그 결과 이 제조방법에 따르면, 광 스위치 장치가 소형화될 수 있고, 고성능의 광 스위치 장치가 얻어질 수 있다. 이 제조방법에서 미러가 본딩없이 형성되기 때문에 본딩이 생략될 수 있다. 이것은 제조에 있어서 유리하다.
지지부재(120)와 제어전극부(140)가 구리도금에 의하여 형성되는 예가 상술되었다. 그러나, 지지부재(120)와 제어전극부(140)는 도금될 수 있는 금과 같은 금속을 도금함으로써 형성되어도 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 반사면을 포함하고, 구동제어회로에 의하여 그 동작이 제어되는 가동부와 상기 구동부를 지지하는 고정지지부재가 구비되는 미러소자가 구동제어회로를 포함하는 집적회로가 형성된 반도체 기판상에 형성된다. 그 결과 본 발명에 따르면, 집적도의 저하나 수율의 저하를 억제하면서도 종래보다 더 용이하게 미세한 광 스위치 장치를 제조할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 집적회로가 형성된 반도체 기판상에 절연층을 개재하여 고정전극부(140),
    상기 고정전극부를 대향하여, 상기 고정전극부 위에 설치된 판상의 가동부(131, 132)를 가지는 미러구조체(130, 131, 132),
    광을 반사하기 위해 상기 가동부의 적어도 일부에 형성되는 반사부(131), 및
    절연층을 개재하여 반도체 기판상의 상기 고정전극부 주위에 고정되고, 상기 미러구조체를 지지하는 지지부재(120)를 구성되는 광 스위치 소자; 그리고
    상기 가동부와 상기 고정전극부에 소정 전위를 인가하여서, 상기 광 스위치 소자를 구동하기 위해 집적회로에 짜 넣어진 구동제어회로(150)를 구비함을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재는 적층된 복수의 구조체(121, 122, 123, 124, 125)로 형성됨을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 유전체층을 개재하여 반도체 기판상에 형성된 제 1 구조체(121)와 상기 제 1 구조체 위에 적층된 제 2 구조체(122)로 형성되고,
    상기 고정전극부는 적어도 제 2 구조체의 두께만큼 상기 지지부재보다 더 아래에 있도록 형성됨을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는 절연층을 개재하여 반도체 기판상에 형성된 제 1 구조체,
    제 1 구조체 위에 적층된 제 2 구조체 및 제 2 구조체 위에 적층된 제 3 구조체(123)로 형성되고,
    상기 고정전극부는 절연층을 개재하여 반도체 기판상에 형성되고, 제 1 구조체의 두께와 동일한 두께를 가지는 제 4 구조체와, 제 4 구조체 위에 적층되고, 제 2 구조체의 두께와 동일한 두께를 가지는 제 5 구조체를 포함하고, 적어도 제 3 구조체의 두께만큼 상기 지지부재보다 더 아래에 있도록 형성됨을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정전극부는 상기 미러구조체로의 거리가 감소함에 따라 상기 기동부의 중앙부를 향하여 가늘어지게 되도록 형성됨을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동부는 가동전극을 가짐을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동부에 발생된 전하를 제거하기 위한 방전수단을 더 구비함을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복수의 광 스위치 소자가 상기 반도체 기판상에 매트릭스로 배열됨을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정전극부는 반도체 기판의 표면에 대한 법선에 대하여 대칭으로 배열되고, 상기 가동부의 중앙부를 통과하는 복수의 전극으로 형성되며,
    상기 법선의 대향측에서의 각 전극의 외측표면이 상기 가동부의 중앙부를 향하여 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 광 스위치 장치.
KR1020030015943A 2002-03-15 2003-03-14 광 스위치 장치 및 그의 제조방법 KR100558319B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2002-00071559 2002-03-15
JP2002071559A JP3953849B2 (ja) 2002-03-15 2002-03-15 光スイッチ装置及び光スイッチ装置の製造方法
JP2002297817A JP3825388B2 (ja) 2002-10-10 2002-10-10 光スイッチ装置
JPJP-P-2002-00297817 2002-10-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030074444A true KR20030074444A (ko) 2003-09-19
KR100558319B1 KR100558319B1 (ko) 2006-03-10

Family

ID=28043720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030015943A KR100558319B1 (ko) 2002-03-15 2003-03-14 광 스위치 장치 및 그의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6912336B2 (ko)
EP (1) EP1351089B1 (ko)
KR (1) KR100558319B1 (ko)
DE (1) DE60311340T8 (ko)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7208809B2 (en) * 2002-09-19 2007-04-24 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Semiconductor device having MEMS
US6979872B2 (en) * 2003-05-13 2005-12-27 Rockwell Scientific Licensing, Llc Modules integrating MEMS devices with pre-processed electronic circuitry, and methods for fabricating such modules
US7098570B2 (en) * 2003-08-22 2006-08-29 Lucent Technologies Inc. Charge screening in electrostatically driven devices
US6914709B2 (en) * 2003-10-02 2005-07-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MEMS device and method of forming MEMS device
US7336900B2 (en) * 2003-10-30 2008-02-26 International Business Machines Corporation Byte-wide optical backplane switch
US8064123B2 (en) * 2003-11-01 2011-11-22 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Mirror device and MEMS device comprising layered electrode
US7957050B2 (en) 2003-11-01 2011-06-07 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Mirror device comprising layered electrode
CN101160257A (zh) * 2005-04-15 2008-04-09 松下电器产业株式会社 微机械结构体系统及其制造方法
US8797279B2 (en) 2010-05-25 2014-08-05 MCube Inc. Analog touchscreen methods and apparatus
US8928602B1 (en) 2009-03-03 2015-01-06 MCube Inc. Methods and apparatus for object tracking on a hand-held device
US8477473B1 (en) 2010-08-19 2013-07-02 MCube Inc. Transducer structure and method for MEMS devices
US8823007B2 (en) 2009-10-28 2014-09-02 MCube Inc. Integrated system on chip using multiple MEMS and CMOS devices
US8421082B1 (en) 2010-01-19 2013-04-16 Mcube, Inc. Integrated CMOS and MEMS with air dielectric method and system
US8710597B1 (en) 2010-04-21 2014-04-29 MCube Inc. Method and structure for adding mass with stress isolation to MEMS structures
US8476129B1 (en) 2010-05-24 2013-07-02 MCube Inc. Method and structure of sensors and MEMS devices using vertical mounting with interconnections
US8553389B1 (en) 2010-08-19 2013-10-08 MCube Inc. Anchor design and method for MEMS transducer apparatuses
US9709509B1 (en) 2009-11-13 2017-07-18 MCube Inc. System configured for integrated communication, MEMS, Processor, and applications using a foundry compatible semiconductor process
US8936959B1 (en) 2010-02-27 2015-01-20 MCube Inc. Integrated rf MEMS, control systems and methods
US8794065B1 (en) 2010-02-27 2014-08-05 MCube Inc. Integrated inertial sensing apparatus using MEMS and quartz configured on crystallographic planes
US8367522B1 (en) 2010-04-08 2013-02-05 MCube Inc. Method and structure of integrated micro electro-mechanical systems and electronic devices using edge bond pads
US8928696B1 (en) 2010-05-25 2015-01-06 MCube Inc. Methods and apparatus for operating hysteresis on a hand held device
CN102262293B (zh) * 2010-05-27 2013-04-24 华为技术有限公司 光开关和光开关阵列
US8652961B1 (en) 2010-06-18 2014-02-18 MCube Inc. Methods and structure for adapting MEMS structures to form electrical interconnections for integrated circuits
US8869616B1 (en) 2010-06-18 2014-10-28 MCube Inc. Method and structure of an inertial sensor using tilt conversion
US8993362B1 (en) 2010-07-23 2015-03-31 MCube Inc. Oxide retainer method for MEMS devices
US8723986B1 (en) 2010-11-04 2014-05-13 MCube Inc. Methods and apparatus for initiating image capture on a hand-held device
US8969101B1 (en) 2011-08-17 2015-03-03 MCube Inc. Three axis magnetic sensor device and method using flex cables
DE102012203293B4 (de) * 2012-03-02 2021-12-02 Robert Bosch Gmbh Halbleitermodul mit integriertem Wellenleiter für Radarsignale
KR101941167B1 (ko) 2012-11-13 2019-01-22 삼성전자주식회사 광 스위칭 소자, 이를 포함한 영상 표시 장치 및 그 제조 방법
CN110217754B (zh) * 2019-06-12 2020-04-24 上海芯物科技有限公司 一种旋转结构及其制备方法
CN110240116B (zh) * 2019-06-12 2020-06-16 上海芯物科技有限公司 一种旋转结构及其制备方法
WO2022240470A1 (en) 2021-05-10 2022-11-17 nEYE Systems, Inc. Pseudo monostatic lidar with two-dimensional silicon photonic mems switch array
WO2022246024A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 nEYE Systems, Inc. Lidar with microlens array and integrated photonic switch array

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0614101A3 (en) 1993-02-03 1994-10-19 Canon Kk Optical deflector and process for its manufacture.
JP2981590B2 (ja) 1994-10-18 1999-11-22 オムロン株式会社 光スキャナ及びその製造方法
US6061323A (en) 1996-07-30 2000-05-09 Seagate Technology, Inc. Data storage system having an improved surface micro-machined mirror
US6025951A (en) * 1996-11-27 2000-02-15 National Optics Institute Light modulating microdevice and method
US7083997B2 (en) * 2000-08-03 2006-08-01 Analog Devices, Inc. Bonded wafer optical MEMS process
US6600851B2 (en) * 2001-01-05 2003-07-29 Agere Systems Inc. Electrostatically actuated micro-electro-mechanical system (MEMS) device
US6597827B1 (en) * 2001-01-10 2003-07-22 Tellium, Inc. Voltage reduction in integrated control systems of mirrors
US6711317B2 (en) * 2001-01-25 2004-03-23 Lucent Technologies Inc. Resiliently packaged MEMs device and method for making same
FR2820833B1 (fr) * 2001-02-15 2004-05-28 Teem Photonics Micro-miroir optique a pivot, matrice de tels micro-miroirs et procede de realisation dudit micro-miroir
US6704475B2 (en) * 2001-04-03 2004-03-09 Agere Systems Inc. Mirror for use with a micro-electro-mechanical system (MEMS) optical device and a method of manufacture therefor
US6694073B2 (en) * 2001-04-13 2004-02-17 Movaz Networks, Inc. Reconfigurable free space wavelength cross connect
JP4102037B2 (ja) * 2001-04-26 2008-06-18 富士通株式会社 マイクロミラー素子およびその製造方法
US7203393B2 (en) * 2002-03-08 2007-04-10 Movaz Networks, Inc. MEMS micro mirrors driven by electrodes fabricated on another substrate

Also Published As

Publication number Publication date
EP1351089B1 (en) 2007-01-24
KR100558319B1 (ko) 2006-03-10
DE60311340T8 (de) 2007-10-31
EP1351089A2 (en) 2003-10-08
US20030174934A1 (en) 2003-09-18
US6912336B2 (en) 2005-06-28
DE60311340T2 (de) 2007-07-05
EP1351089A3 (en) 2004-12-22
DE60311340D1 (de) 2007-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100558319B1 (ko) 광 스위치 장치 및 그의 제조방법
KR100486716B1 (ko) 2-ｄ 액튜에이터 및 그 제조방법
US20020071169A1 (en) Micro-electro-mechanical-system (MEMS) mirror device
US6912078B2 (en) Electrostatically actuated micro-electro-mechanical devices and method of manufacture
CN101056072B (zh) 错列垂直梳状驱动器加工方法
KR100451409B1 (ko) 마이크로 광스위치 및 그 제조방법
US8472098B2 (en) Manufacturing method for stress compensated X-Y gimbaled MEMS mirror array
US20030169962A1 (en) MEMS micro mirrors driven by electrodes fabricated on another substrate
CA2752746C (en) Mems device with integrated via and spacer
US20020126455A1 (en) Tiled microelectromechanical device modules and fabrication methods
TW201203479A (en) Chip package and method for forming the same
JP3825388B2 (ja) 光スイッチ装置
US6894819B2 (en) Micromirror actuator and method of manufacturing the same
JP3819820B2 (ja) 光スイッチ装置の製造方法
KR100447214B1 (ko) 마이크로 미러
JP3953849B2 (ja) 光スイッチ装置及び光スイッチ装置の製造方法
KR100451465B1 (ko) 반도체 능동 미러와 그 제조방법 및 그를 이용한 조리개겸 셔터
KR100404195B1 (ko) 마이크로 미러 및 그 제조방법
KR100396664B1 (ko) 마이크로 미러 및 그 제조방법
JP3836809B2 (ja) マイクロマシンの製造方法
KR100446731B1 (ko) 광스위치용 압전구동형 미소거울 및 그 제조방법
JP2002107641A (ja) 光スイッチングのためのマイクロアクチュエータ及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130108

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131226

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141218

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee