KR20040074477A

KR20040074477A - ２ 자유도 스캐닝 미러 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20040074477A
Application number: KR1020030010367A
Authority: KR
Inventors: 김용권; 안시홍
Original assignee: (주) 인텔리마이크론즈; 김용권
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-08-25
Also published as: KR100492772B1

Abstract

고정 프레임; 고정 프레임과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있으며, 제1 회전축을 중심으로 소정 각도 회전하는 회전 프레임; 회전 프레임과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있으며, 제1 회전축과 직교하는 제2 회전축을 중심으로 소정 각도 회전하는 미러; 회전 프레임 및 미러 아래에 배치되어 있는 영구 자석; 회전 프레임 위에 형성되어 있으며, 회전 프레임에 제1 회전력을 발생시키는 회전 프레임 구동 도전선; 회전 프레임 및 미러 위에 형성되어 있으며, 미러에 제2 회전력을 발생시키는 미러 구동 도전선; 회전 프레임에 형성되어 있는 미러 구동 도전선과 대응하는 위치에 미러 구동 도전선과 절연되어 형성되어 있는 보상 도전선; 고정 프레임과 회전 프레임을 연결하고 있는 회전 프레임 스프링; 회전 프레임과 미러를 연결하고 있는 미러 스프링을 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러 및 그 제조 방법.

Description

２ 자유도 스캐닝 미러 및 그 제조 방법{SCANING MIRROR WITH 2 DEGREES OF FREEDOM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 2 자유도 스캐닝 미러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술에 의하여 제작된 2 자유도 스캐닝 미러는 레이저를 이용한 화상 표시 장치, 광 스위칭, 2차원 및 3차원 스캐너 등 이미 형성되어 있는 기존의 광 주사용 레이저 헤드 시장에 머지 않아 본격적으로 진입할 것으로 예상되면서 더욱 많은 연구가 이루어지고 있다.

여기서 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems)란 중앙 처리 장치(CPU), 메모리 등 전자 회로의 집적 기술이 발달하면서 축적된 초소형 초정밀 기술이 2 차원적인 한계에서 벗어나 3 차원 가공을 가능하게 하여 수 ㎛에서 수 mm크기의 초소형 기계 구조물을 제작 가능케 하는 분야이다.

특히, 광학과 MEMS 기술을 접목한 광학 MEMS 분야는 최근 널리 이용되고 있는 초고속 광통신과 날로 늘어나는 방대한 정보를 저장하기 위한 소자 개발, 휴대용 전화기나 PDA(personal digital assistant)의 소형 화면으로부터 홈 시어터 시스템에 이르는 화상 표시 장치 등의 분야에 적용하고 있다. 소자별로는 미러, 렌즈, 프리즘 등 기존의 광 시스템에서 쓰이는 개별 소자들을 모두 MEMS 소자로 제작하고 있으며, 여러 가지 광 소자들을 한 개의 칩 위에 집적하기 위한 연구도 진행되고 있다. 그 중에서 MEMS에 기반한 스캐닝 미러는 종래의 1 자유도 미러의 연구에서 벗어나 2 자유도 회전을 구현하는 미러의 연구가 널리 행해지고 있다.

2 자유도 스캐닝 미러는 공초점 현미경(Confocal microscope), 바코드 스캐너(Barcode scanner), 레이저 디스플레이, 안구 단층 촬영기(OCT: Optical Coherence Tomography), 레이저 주사식 레인지 파인더(Scanning laser rangefinder)등에서 응용될 전망이다.

일반적으로 2 자유도 스캐닝 미러에는 2 개의 1 자유도 미러를 이용한 2 차원 광 주사 시스템, 단일 구동부를 갖는 2 자유도 미러 및 개별 구동부를 갖는 2 자유도 미러가 있다.

2 개의 1 자유도 미러를 이용한 2 차원 광 주사 시스템은 횡축과 종축 방향의 회전축을 가진 두 개의 1 자유도 미러를 정렬하여 2차원 광 주사 시스템을 구축하는 방법이다. 제작이 용이할 뿐만 아니라 구조적으로 독립된 두 개의 미러를 제어하는 것이므로 동시에 독립 제어가 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 이렇게 두 개의 1 자유도 미러의 회전축이 수직이 되도록 정렬하여 2 차원 광 주사 시스템을 구현하는 경우에는 시스템의 부피가 커지며, 각 미러는 한 개의 회전축만을 가지고 있기 때문에, 첫 번 째 미러로부터 반사되어 나온 빛은 두 번 째 미러를 거쳐야한다. 이 과정에서 두 미러는 두 미러의 크기와 거리에 의하여 회전각이 제한되며, 제한된 회전각을 벗어나는 경우에는 빛이 미러 바깥쪽으로 흐른다. 또한, 광 경로가 길어지는 만큼 발생하는 손실과 오차가 커지는 단점이 있다.

단일 구동부를 갖는 2 자유도 미러는 회전 구조물은 2 자유도를 가지지만, 구동부는 각 회전축에 개별 작동되는 것이 아니라 회전 구조물 전체에 동시 작동되는 단일 구동부를 취하여 제작하는 경우를 말하며, 이 경우에도 두 개의 회전축에 대하여 완전한 독립 제어나 회전축간의 간섭을 배제하기는 어렵다.

개별 구동부를 갖는 2 자유도 미러에서 개별 구동부라 함은 회전 운동을 발생시키는 구동부가 두 개의 회전축에 대하여 개별적으로 제작되어 있다는 의미이다. 그러나, 개별 구동부를 갖는 2 자유도 미러는 회전축간의 간섭이 완전히 사라진 독립 제어를 반드시 의미하지는 않는다. 이러한 종래의 실시예로서 미러와 동일한 기판 면에 수직 머리빗 액추에이터를 제작하여 회전축간의 간섭을 제거한 2 자유도 미러가 있다. 이는 미러와 회전 프레임의 양 가장 자리에 수직 머리빗 액추에이터를 채용하여 좌우 교대로 당기는 방식이다. 미러와 회전 프레임 사이는 산화막으로 연결되어 전기적으로 절연되며, 기계적으로 연결이 필요한 부분은 다결정 실리콘을 이용하여 연결하였다. 머리빗 전극이 상하 방향으로 멀리 벗어나는 동안은 미러를 당기는 힘이 작용하지 않고 회전체 관성력과 스프링 복원력에 의한 회전이 일어난다. 그러나, 회전체의 전극 어레이가 고정부의 머리빗 어레이 사이를 통과하는 동안에 집중적으로 힘이 작용하므로 구동 전압 신호는 회전체의 공진 주파수보다 높은 영역에서만 동작하며 비동기 모드에서는 미러의 회전각이 급격하게 감소한다. 구동 메커니즘 상, 큰 회전각을 얻기에는 한계가 있다.

또한, 또 다른 종래의 일 실시예로서 실리콘 웨이퍼 상에 구리를 도금하여 평면 코일을 만들고, 외부 자장 속에서 로렌츠 힘을 유도한 미러가 있다. 미러와 스프링의 재질은 모두 실리콘이며, 영구 자석으로 외부에서 자장을 인가하였다. 2 자유도 회전을 구현하기 위해서는 2 쌍의 영구 자석이 각 회전축의 좌우에 배치되어야 한다. 미러와 회전 프레임이 각각의 구동 전류 회로를 가지고 있으나, 미러의 전류 회로가 회전 프레임을 지나면서 발생하는 간섭 회전이 불가피하다.

상기와 같이 종래의 2 자유도 스캐닝 미러는 회전각에 한계가 있고, 두 개의 회전축에 대하여 완전한 독립 제어나 회전축간의 간섭을 배제하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 2 자유도 스캐닝 미러의 전자력 구동 방식은 2 쌍의 영구 자석이 별도로 요구되므로 전체 스캐닝 미러가 차지하는 공간이 커진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 두 회전축간의 간섭이 극히 작은 전자력 구동 방식의 2 자유도 실리콘 스캐닝 미러를 제공하는 데 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러를 나타낸 개략도가 도시되어 있고,

도 2는 영구 자석, 미러 구동 도전선, 보상 도전선, 회전 프레임 구동 도전선, 미러, 회전 프레임 및 고정 프레임의 분해도이고,

도 3a 내지 도 3d는 각각 도 1의Ⅰ-Ⅰ', Ⅱ-Ⅱ', Ⅲ-Ⅲ', Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 4는 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러의 평면도이고,

도 5는 회전 프레임과 미러 상면에 형성되어 있는 회전 프레임 구동 도전선 및 미러 구동 도전선과 회전 프레임 구동 전류 및 미러 구동 전류의 방향을 도시한 도면이고,

도 6은 회전 프레임의 상면에 형성되어 있는 보상 도전선과 보상 전류의 방향을 도시한 도면이고,

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 프레임 구동 도전선 아래의 제1 절연층이 식각 되지 않은 다층 구조의 회전 프레임 스프링 쌍을 도시한 도면이고,

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미러 구동 도전선 아래의 제1 및 제2절연층이 식각 되지 않은 다층 구조의 미러 스프링 쌍을 도시한 도면이고,

도 9는 고정 프레임에 형성되어 있는 연결 패드, 회전 프레임 구동 전류 입출력 패드, 미러 구동 전류 입출력 패드 및 연결 패드가 도시된 도면이고,

도 10a 내지 도 10k는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법을 차례로 도시한 도면이고,

도 11a 내지 도11d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 단면도를 도시한 도면으로서, 각각 도 1의Ⅰ-Ⅰ', Ⅱ-Ⅱ', Ⅲ-Ⅲ', Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전 프레임 구동 도전선 아래의 제1 절연층이 식각 되지 않은 다층 구조의 회전 프레임 스프링 쌍을 도시한 도면이고,

도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미러 구동 도전선 아래의 제1 및 제2 절연층이 식각 되지 않은 다층 구조의 미러 스프링 쌍을 도시한 도면이고,

도 14a 내지 도 14k는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법을 차례대로 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 고정 프레임 20 ; 회전 프레임

30 ; 미러 40 ; 영구 자석

50 ; 회전 프레임 구동 도전선 60 ; 미러 구동 도전선

70 ; 보상 도전선 80 ; 회전 프레임 스프링

90 ; 미러 스프링 110 ; 제1 절연층

120 ; 제2 절연층 130 ; 제3 절연층

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러는 고정 프레임; 상기 고정 프레임과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있으며, 제1 회전축을 중심으로 소정 각도 회전하는 회전 프레임; 상기 회전 프레임과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있으며, 상기 제1 회전축과 직교하는 제2 회전축을 중심으로 소정 각도 회전하는 미러; 상기 회전 프레임 및 미러 아래에 배치되어 있는 영구 자석; 상기 회전 프레임 위에 형성되어 있으며, 상기 회전 프레임에 제1 회전력을 발생시키는 회전 프레임 구동 도전선; 상기 회전 프레임 및 상기 미러 위에 형성되어 있으며, 상기 미러에 제2 회전력을 발생시키는 미러 구동 도전선; 상기 회전 프레임에 형성되어 있는 상기 미러 구동 도전선과 대응하는 위치에 상기 미러 구동 도전선과 절연되어 형성되어 있는 보상 도전선; 상기 고정 프레임과 상기 회전 프레임을 연결하고 있는 회전 프레임 스프링; 상기 회전 프레임과 상기 미러를 연결하고 있는 미러 스프링을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보상 도전선에는 상기 회전 프레임에 형성되어 있는 상기 미러 구동 도전선에 흐르는 전류와 반대 방향으로 전류가 흐르는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전 프레임 스프링은 상기 회전 프레임 구동 도전선, 보상 도전선 및 미러 구동 도전선의 일부가 중첩되는 부분이며, 회전 프레임 구동 도전선 부, 보상 도전선 부 및 미러 구동 도전선 부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전 프레임 스프링의 상기 회전 프레임 구동 도전선 부의 저면의 일부에는 제1 절연층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전 프레임 구동 도전선 부 및 보상 도전선 부 사이에는 제2 절연층, 상기 보상 도전선 부 및 미러 구동 도전선 부 사이에는 제3 절연층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미러 스프링은 상기 미러 구동 도전선이 상기 회전 프레임과 상기 미러를 연결하고 있는 부분인 미러 구동 도전선 부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미러 스프링의 상기 미러 구동 도전선 부의 저면의 일부에는 제1 , 제2 및 제3 절연층이 연속하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2 절연층은 산화막인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 절연층은 폴리머인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 절연층은 실리콘 산화막인 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전 프레임 스프링은 서로간에 소정 간격 이격되어 있는 한 쌍의 회전 프레임 구동 도전선 부, 보상 도전선 부 및 미러 구동 도전선 부인 것이 바람직하다.

또한, 상기 미러 스프링은 서로간에 소정 간격 이격되어 있는 한 쌍의 미러 구동 도전선 부인 것이 바람직하다.

또한, 상기 미러 구동 도전선과 상기 보상 도전선은 상기 고정 프레임 위에 형성되어 있는 연결 패드를 통해 연결되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정 프레임 위에는 상기 회전 프레임 구동 도전선에 연결되어 있는 회전 프레임 구동 전류 입력 패드 및 출력 패드가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정 프레임 위에는 상기 미러 구동 도전선에 연결되어 있는 미러 구동 전류 입력 패드 및 출력 패드가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러는 실리콘인 것이 바람직하다.

또한, 상기 미러 구동 도전선, 회전 프레임 구동 도전선 및 보상 도전선은 알루미늄인 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러의 상면에는 제1 도전층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법은 기판 위에 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 실리콘층 위에 제1 도전층을 증착하고, 상기 제1 도전층이 상기 실리콘층의 주변부를 노출하는 회전 관통구를 가지도록 식각하여 회전 프레임 식각 마스크를 형성하고, 동시에 상기 제1 도전층이 상기 실리콘층의 중앙부를 노출하는 미러 관통구를 가지도록 식각하여 미러 식각 마스크를 형성하는 단계; 상기 회전 프레임 식각 마스크 및 미러 식각 마스크 위에 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 위에 제2 도전층을 증착하고, 상기 제2 도전층을 식각하여 회전 프레임 구동 도전선을 형성하는 단계; 상기 회전 프레임 구동 도전선 및 상기 제1 절연층 위에 제2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 절연층 위에 제3 도전층을 증착하고, 상기 제3 도전층을 식각하여 보상 도전선을 형성하는 단계; 상기 보상 도전선 및 상기 제2 절연층 위에 제3 절연층을 형성하는 단계; 상기 제3 절연층 위에 제4 도전층을 증착하고, 상기 제4 도전층을 식각하여 미러 구동 도전선을 형성하는 단계; 상기 미러 구동 도전선, 상기 회전 프레임 구동 도전선을 마스크로 하여 식각하여 상기 실리콘층의 주변부를 노출하는 회전 관통구 및 상기 실리콘층의 중앙부를 노출하는 미러 관통구를 형성하는 단계; 상기 회전 프레임 마스크 및 미러 마스크를 마스크로 하여 상기 실리콘층을 식각하여 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러를 형성하고, 상기 고정 프레임 및 회전 프레임을 연결하는 회전 프레임 스프링, 상기 회전 프레임 및 미러를 연결하는 미러 스프링을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 도전층 내지 제4 도전층은 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 절연층은 폴리머로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 절연층을 형성한 후에 상기 제3 절연층을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3 절연층은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실리콘층을 형성한 후에 상기 기판의 중앙부를 식각하여 상기 기판의 지지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실리콘층을 식각하는 단계는 등방성 건식 식각하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실리콘층을 식각하는 단계는 비등방성 건식 식각하는 것이 바람직하다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 전자력 구동 방식의 2 자유도 스캐닝 미러의 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 영구 자석, 미러 구동 도전선, 보상 도전선, 회전 프레임 구동 도전선, 미러, 회전 프레임 및 고정 프레임의 분해도가 도시되어 있다. 그리고, 도 3a 내지 도 3d는 각각 도 1의Ⅰ-Ⅰ', Ⅱ-Ⅱ', Ⅲ-Ⅲ', Ⅳ-Ⅳ' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러는 고정 프레임(10), 고정 프레임(10)과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있는 회전 프레임(20) 및 회전 프레임(20)과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있는 미러(30)를 포함한다. 그리고, 회전 프레임(20) 및 미러(30)와 소정 간격 이격되어 회전 프레임(20) 및 미러(30) 위에 영구 자석(40)이 배치되어 있다.

회전 프레임(20) 상면의 일부에는 회전 프레임 구동 도전선(50)이 형성되어 있으며, 이는 회전 프레임(20)에 제1 회전력을 발생시킨다. 그리고, 회전 프레임(20) 및 미러(30) 상면의 일부에는 미러 구동 도전선(60)이 형성되어 있으며, 이는 미러(30)에 제2 회전력을 발생시킨다. 그리고, 회전 프레임(20)에 형성되어 있는 미러 구동 도전선(60)과 대응되도록 보상 도전선(70)이 형성되어 있다. 이는 회전 프레임(20)에 형성되어 있는 미러 구동 도전선(60)의 외곽선 아래에 형성되어 있다.

고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)은 회전 프레임 스프링(80)에 의해 연결되어 있고, 회전 프레임(20)과 미러(30)는 미러 스프링(90)에 의해 연결되어 있다. 이러한 회전 프레임 스프링(80)의 중심축이 제1 회전축이 되어 상기 회전프레임(20)이 회전하며, 미러 스프링(90)의 중심축이 제2 회전축이 되어 상기 미러(30)가 회전한다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러(30)를 이루는 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)는 실리콘으로 형성되어 있다. 스캐닝 미러의 경우, 스위치용 미러에 비해 비교적 긴 광 경로를 가지므로 스캐닝 미러로부터 반사된 빛이 회절하게 된다. 이러한 회절이 발생하는 각도는 미러의 개구수(numerical aperture)가 작을수록 커지게 되며, 이미지의 인식이나 화상 표시에 있어 해상도의 저하를 가져온다. 따라서, 스캐닝 미러의 크기는 해상도에 의해 결정되는 하한을 가지며, 스캐닝 미러는 1 mm이상의 크기로 설계한다. 즉, 도 4에 보인 바와 같이, 바람직한 미러(30)의 크기는 3.5 mm², 회전 프레임(20)의 크기는 5.7 mm²이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 두 회전체인 회전 프레임(20)과 미러(30)는 버터플라이(butterfly) 형태이며 2 개의 회전축(X, Y)을 중심으로 회전 프레임(20)과 미러(30)가 회전하도록 되어있다. 회전 프레임(20)은 상측 및 하측의 중심부에 오목한 제1 홈(21)을 가진다. 그리고, 미러(30)는 좌측 및 우측의 중심부에 오목한 제2 홈(31)을 가진다. 이러한 제1 홈(21) 및 제2 홈(31)은 후술할 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90)의 강성을 유지하고 스프링의 작용을 보다 원활히 하도록 하기 위해 형성되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 제1 홈(21)의 가로 크기가 0.9mm이고, 제2 홈(31)의 가로 크기는 0.6mm이도록 회전프레임(20)과 미러(30)를 제작한다. 회전 프레임(20)은 제1 홈(21)의 중심부를 지나가는 제1 회전축(Y)을 중심으로 소정 각도 회전한다. 그리고, 미러(30)는 제2 홈(31)의 중심부를 지나가는 제2 회전축(X)을 중심으로 소정 각도 회전한다.

마찰없이 회전하기 위해 고정 프레임(10)은 회전 프레임(20)과 소정 간격 이격되어 있으며, 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)의 연결은 회전 프레임 스프링(80)에 의한다. 그리고, 회전 프레임(20)과 미러(30)는 소정 간격 이격되어 있으며, 회전 프레임(20)과 미러(30)의 연결은 미러 스프링(90)에 의하여 이루어진다. 여기서, 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)간의 빈 공간을 회전 관통구(3a)라 하고, 회전 프레임(20)과 미러(30)간의 빈 공간을 미러 관통구(3b)라 한다.

회전 프레임 스프링(80)의 중심축이 제1 회전축(Y)이 되고, 미러 스프링(90)의 중심축이 제2 회전축(X)이 된다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)과의 간격이 0.1mm이고, 회전 프레임(20)과 미러(30)와의 간격이 0.1mm 가 되도록 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 제작한다.

그리고, 고정 프레임(10) 저면에는 2 자유도 스캐닝 미러를 지지하기 위한 지지체(100)가 형성되어 있다. 이러한 지지체(100)는 유리로 형성하는 것이 바람직하다.

도 1, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러의 회전 프레임(20) 및 미러(30)의 상면에는 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 회전시키기 위한 구동 전류가 흐를 수 있도록 도전선들(50, 60, 70)이 형성되어 있다. 즉, 주변부의 회전 프레임(20)과 중앙의 미러(30)를 각각 구동하기 위한 회전 프레임 구동 도전선(50), 미러 구동 도전선(60) 및 간섭 회전을 없애기 위한 보상 도전선(70)을 가지고 있다. 그리고, 회전 프레임(20) 및 미러(30)의 저면은 광의 반사를 위한 반사면이 된다. 회전 프레임(20) 및 미러(30)에 반경 방향의 자장을 걸어주기 위하여 회전 프레임(20) 및 미러(30) 위에 영구 자석(40)을 정렬 배치한다. 즉, 도전선들에 걸리는 자장은 모두 반경 방향(B 방향, 도 5에 도시)이 되도록 한다.

미러(30)를 구동하는 미러 구동 전류를 인가하기 위한 미러 구동 도전선(60), 회전 프레임(20)을 구동하는 회전 프레임 구동 전류를 인가하기 위한 회전 프레임 구동 도전선(50) 및 보상 전류를 인가하기 위한 보상 도전선(70)은 각각 다른 알루미늄 층으로 제작되며, 산화막(SiO₂)과 폴리머층(BCB, benzocyclobutanes)에 의하여 절연되어 있다. 도 2에는 이러한 각 도전선을 분해하여 나타내었다.

도 5는 회전 프레임(20)과 미러(30) 상면에 형성되어 있는 도전선들과 전류 흐름을 보여준다.

도 5에서 화살표로 표시된 바와 같이, 회전 프레임 구동 도전선(50)을 따라 흐르는 전류(5)는 회전 프레임(20)을 구동하기 위한 전류이며, 미러 구동 도전선(60)을 따라 흐르는 전류(6)는 미러(30)를 구동하기 위한 전류이다.

미러 구동 도전선(60)은 회전 프레임(20)의 상면에 일부가 형성되어 있으므로 미러 구동 전류(6)는 구조상 불가피하게 회전 프레임(20)을 지나간다. 이로 인하여 미러(30) 회전 시, 회전 프레임(20)에도 로렌츠 힘이 유도되며 회전 프레임(20)이 간섭 회전을 한다는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해 보상 도전선(70)이 형성되어 있다.

도 6에는 간섭 회전을 상쇄하기 위한 보상 전류 흐름도가 도시되어 있다. 미러(30) 구동 시 회전 프레임(20)의 간섭 회전을 방지하기 위하여 도 6에 나타낸 것과 같은 보상 도전선(70)을 추가한다. 보상 도전선(70)은 회전 프레임(20)에 형성되어 있는 미러 구동 도전선(60)의 바로 아래쪽에 위치한다. 미러 구동 도전선(60)은 회전 프레임(20)과 미러(30)의 상면에 모두 형성되어 있다. 이중에서 회전 프레임(20)에 형성되어 있는 미러 구동 도전선(60)의 바로 아래쪽에 보상 도전선(70)이 형성되어 있다. 즉, 보상 도전선(70)을 흐르는 보상 전류(7)는 회전 프레임(20)에 형성되어 있는 미러 구동 도전선(60)을 흐르는 미러 구동 전류(6)와 항상 같은 크기의 반대 방향 전류이므로 간섭 회전을 일으키는 로렌츠 힘이 상쇄되도록 한다.

도 3d는 회전 프레임 스프링의 단면도이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 구동 도전선(50), 보상 도전선(70) 및 미러 구동 도전선(60)이 중첩되는 부분인 회전 프레임 스프링(80)은 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)을 연결하고 있다. 회전 프레임 스프링(80)은 다층 구조의 한 쌍(multilayered spring pair)을 이루고 있다. 이는 다층의 도전층과 절연층으로 이루어진 스프링 두 개가 좁은 간격을 사이에 둔 구조이다. 이는 전기적 절연을 위하여 회전 프레임 구동 도전선(50),보상 도전선(70) 및 미러 구동 도전선(60)을 수평 배치하면 스프링의 폭이 넓어지게 되어 회전 운동 특성이 나빠지기 때문에 이를 방지하기 위하여 제안된 구조이다. 이러한 회전 프레임 스프링은 회전 프레임(20)의 회전각을 결정짓는 중요한 요소이다.

도 9에는 연결 패드, 회전 프레임 구동 전류 입출력 패드, 미러 구동 전류 입출력 패드 및 연결 패드가 도시되어 있다.

미러 구동 도전선(60)과 보상 도전선(70)은 고정 프레임(10) 상의 연결 패드(700)를 통하여 직렬 연결된다. 따라서, 본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러를 두 개의 회전축에 대하여 독립적으로 구동하기 위해서는 2 개의 독립된 교류 전류원이 요구되며, 보상 전류를 위한 추가 전류원은 필요하지 않다.

그리고, 고정 프레임(10) 위에는 회전 프레임 구동 도전선(50)에 연결되어 있는 회전 프레임 구동 전류 입력 패드 및 출력 패드(501, 502)가 형성되어 있다. 또한, 고정 프레임(10) 위에는 미러 구동 도전선(60)에 연결되어 있는 미러 구동 전류 입력 패드 및 출력 패드(601, 602)가 형성되어 있다.

도 7 및 도 8에는 다층 구조의 회전 프레임 스프링 쌍 및 다층 구조의 미러 스프링 쌍의 모양을 보였다.

도 7은 회전 프레임(20)을 고정 프레임(10)에 연결하는 회전 프레임 스프링(80)의 개략도이다. 절연막을 사이에 둔 여러 층의 도전층은 한 쌍의 스프링에 동일하게 만들어지며, 전기 회로 상으로 이들은 병렬 회로 구조를 가진다.

회전 프레임 스프링(80)은 제1 절연층(110), 회전 프레임 구동 도전선부(50a), 제2 절연층(120), 보상 도전선 부(70a), 제3 절연층(130) 및 미러 구동 도전선 부(60a)가 아래로부터 차례대로 형성되어 있다. 회전 프레임 스프링(80)은 소정 간격 이격되어 있는 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)을 연결하므로 회전 프레임 스프링(80)의 저면은 빈 공간이 형성되어 있다. 즉, 회전 프레임 스프링(80)의 일단부는 고정 프레임(10)에 연결되며 회전 프레임 스프링(80)의 타단부는 회전 프레임(20)에 연결되어 있고, 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)간의 제1 관통구(3a)에 회전 프레임 스프링(80)의 중간부가 형성되어 있다.

도 3a 내지 도3 d에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(110)은 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)의 상면에 형성되어 있다. 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)는 회전 프레임 (20)및 미러(30)를 형성하기 위해 마스크로 이용되는 알루미늄 층으로서, 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)의 상면에 형성되어 있다. 제1 절연층(110)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 제1 절연층(110)은 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)간의 제1 관통구(3a)에 형성되어 있는 회전 프레임 스프링(80)의 중간부에는 형성되어 있지 않다.

제1 절연층(110) 위에는 회전 프레임 구동 도전선 부(50a)가 형성되어 있다. 회전 프레임 구동 도전선 부(50a)는 회전 프레임 구동 도전선(50)의 일부로서 회전 프레임(20)과 고정 프레임(10)을 연결하는 부분이다.

회전 프레임 구동 도전선 부(50a) 위에는 제2 절연층(120)이 형성되어 있다. 제2 절연층(120)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.

제2 절연층(120) 위에는 보상 도전선 부(70a)가 형성되어 있다. 보상 도전선 부(70a)는 보상 도전선(70)의 일부로서 회전 프레임(20)과 고정 프레임(10)을 연결하는 부분이다.

보상 도전선 부(70a) 위에는 제3 절연층(130)이 형성되어 있다. 제3 절연층(130)은 폴리머로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제1 실시예에서는 폴리머로서 BCB(Benzocyclobutene)가 이용된다. 이는 평탄화가 용이하고 강도가 작으므로 저속 미러의 재료로서 유용하다.

제3 절연층(130) 위에는 미러 구동 도전선 부(60a)가 형성되어 있다. 미러 구동 도전선 부(60a)는 미러 구동 도전선(60)의 일부로서 회전 프레임(20)과 고정 프레임(10)을 연결하는 부분이다.

도 7에 보인 바와 같이, 한 쌍의 스프링에서 동일한 층의 도전층 쌍은 동일한 방향의 전류가 흐르도록 되어 있다. 단, 상하 도전층들 간 전류 방향은 회전 프레임 구동 전류(5), 보상 전류(7) 및 미러 구동 전류(6)가 독립적인 주파수로 인가되므로 늘 일치하지는 않는다.

한 쌍의 회전 프레임 스프링(80)사이의 간격(85)을 통하여 실리콘 건식 식각 시 옆 방향 식각이 일어나게 되어 공정 시간을 단축함과 동시에 회전체인 미러(30)와 회전 프레임(20)의 두께를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

도 8은 미러(30)를 회전 프레임(20)에 이어주는 미러 스프링의 쌍 구조를 보여준다. 미러 스프링(90)은 그 위에 단층의 도전층을 가지고 있다. 제1 내지 제3 절연층(110, 120, 130)은 회전 프레임 스프링(80) 상의 도전선 층들 간의 절연 공정에서 함께 증착되므로 두꺼운 절연층이 이루어진다.

미러 스프링(90)은 제1 절연층(110), 제2 절연층(120), 제3 절연층(130) 및 미러 구동 도전선 부(60b)가 아래로부터 차례대로 형성되어 있다. 미러 스프링(90)은 소정 간격 이격되어 있는 회전 프레임(20)과 미러(30)를 연결하므로 미러 스프링(90)의 저면은 빈 공간이 형성되어 있다. 즉, 미러 스프링(90)의 일단부는 회전 프레임(20)에 연결되며 미러 스프링(90)의 타단부는 미러(30)에 연결되어 있고, 회전 프레임(20)과 미러(30)간의 제2 관통구(3b)에 미러 스프링(90)의 중간부가 형성되어 있다.

제1 절연층(110)은 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)의 상면에 형성되어 있다. 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)는 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 형성하기 위해 마스크로 이용되는 알루미늄 층으로서, 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)의 상면에 형성되어 있다. 제1 절연층(110)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.

제1 절연층(110) 위에는 제2 절연층(120)이 형성되어 있다. 제2 절연층(120)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 제1 절연층(110) 및 제2 절연층은 회전 프레임(20)과 미러(30)간의 제2 관통구(3b)에 형성되어 있는 미러 스프링(90)의 중간부에는 형성되어 있지 않다.

제2 절연층(120) 위에는 제3 절연층(130)이 형성되어 있다. 제3 절연층(130)은 폴리머로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제1 실시예에서는 폴리머로서BCB(Benzocyclobutene)가 이용된다. 이는 평탄화가 용이하고 강도가 작으므로 저속 미러의 재료로서 유용하다.

제3 절연층(130) 위에는 미러 구동 도전선 부(60b)가 형성되어 있다. 미러 구동 도전선 부(60b)는 미러 구동 도전선(60)의 일부로서 회전 프레임(20)과 미러(30)를 연결하는 부분이다.

미러 스프링(90) 위를 흐르는 한 쌍의 미러 구동 도전선 부(60b)에는 미러 구동을 위한 입력 전류와 출력 전류(6)가 흐르며, 전류 방향이 항상 반대로 흐른다. 따라서, 이 두 도전선간의 절연은 매우 중요하다. 또한, 미러 스프링 쌍간의 간격(95)은 실리콘 등방성 건식 식각에서의 옆 방향 식각이 빨리 진행되도록 하여 구조물이 언더컷 되도록 한다.

폴리머가 사용된 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90)을 가지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러는 저속 미러이다. 저속 미러는 1 kHz 이하의 공진 주파수를 가지지만 스프링의 강도가 낮아 회전각이 크다. 즉, 스프링의 강도가 작기 때문에 공진 시 회전각이 클 뿐 아니라, 정적 구동 모드와 비 공진 구동 모드에서도 큰 회전각을 얻을 수 있다.

본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전 프레임(20)에는 회전 프레임(20) 구동 전류가 직접 흘러 들어가므로 간섭 회전 문제가 없다. 그러나, 도 5에서 굵은 화살표로 표시되어 있는 미러 구동 전류(6a)는 회전 프레임(20)을 거쳐서 미러(30)에 도달하므로 만약 도 6에 나타낸 바와 같은 보상 전류(7)가 없다면, 미러(30) 구동 시 회전 프레임(20)이 함께 회전하는 간섭현상이 발생한다. 미러(30) 회전시에 회전 프레임(20)의 간섭은, 정적 구동에서는 회전축까지의 거리비만큼 나타나고 동적 구동에서는 구동 주파수에서의 이득비에 따라 간섭 회전 크기가 결정된다. 동적 구동에서 미러(30)와 회전 프레임(20)의 공진 주파수가 서로 멀리 떨어져 있을수록 간섭 회전 크기가 약간 줄어들지만 완전히 제거되지는 않는다. 특히 비공진 모드에서 간섭 회전은 여전히 크며 이러한 간섭 회전은 보상 전류(7)에 의해 제거할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 사용된 전자력 구동 방식은 정전력에 비해 큰 힘을 얻을 수 있으며, 따라서 회전각이나 수직 변위가 상대적으로 매우 크고, 저전압, 저전력 구동이 용이하다. 또한, 정전력 구동의 경우처럼 풀인(pull-in) 효과 같은 것이 없기 때문에 아날로그적인 동작이 가능하며, 인력과 척력이 모두 이용 가능하다는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 제1 실시예의 2 자유도 스캐닝 미러의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전자력 구동 방식의 2 자유도 스캐닝 미러는 자장 속에서 도전선에 작용하는 로렌츠 힘(Lorentz force)을 이용하여 회전력을 발생시킨다. 따라서, 저전력, 저전압 구동이 가능하다.

도 5에는 중심으로부터 반경 방향으로 존재하는 자기장 속에 회전 프레임(20)이 있고, 회전 프레임(20) 위의 도전선에 작용하는 로렌츠 힘이 도시되어 있다. 회전 프레임(20)의 양 가장 자리를 흐르는 두 전류가 서로 동일한 방향인 경우 양 가장 자리에 유도되는 로렌츠 힘은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 서로 반대방향으로 유도되며 이에 따라 회전 프레임(20)은 제1 회전축(Y)에 대해 회전 운동을 한다. 도 5에서 우측의 회전 프레임 구동 도전선(50c)에는 지면 위 방향으로 로렌츠 힘이 유도되고, 좌측의 회전 프레임 구동 도전선(50d)에는 지면 아래 방향으로 로렌츠 힘이 유도되므로 회전 프레임(20)은 도 5에 도시된 바와 같은 방향으로 회전한다.

또한, 도 5에는 중심으로부터 반경 방향으로 존재하는 자기장 속에 미러(30)가 있고, 미러(30) 프레임 위의 도전선에 작용하는 로렌츠 힘이 도시되어 있다. 미러(30)의 양 가장 자리를 흐르는 두 전류가 서로 동일한 방향인 경우 양 가장 자리에 유도되는 로렌츠 힘은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 서로 반대 방향으로 유도되며 이에 따라 회전 프레임(20)은 제2 회전축(X)에 대해 회전 운동을 한다. 이러한 제2 회전축(X)은 제1 회전축(Y)과 직교하며 소정 각도로 회전한다. 즉, 도 5에서 상측의 미러 구동 도전선(60c)에는 지면 위 방향으로 로렌츠 힘이 유도되고, 하측의 미러 구동 도전선(60d)에는 지면 아래 방향으로 로렌츠 힘이 유도되므로 미러(30)는 도 5에 도시된 바와 같은 방향으로 회전한다.

이 경우, 미러 구동 도전선의 일부(60e)가 회전 프레임(20) 위에 형성되어 있기 때문에 발생하는 회전 프레임(20)의 간섭 회전을 방지하기 위해 보상 도전선(70)이 미러 구동 도전선의 일부(60e)의 아래에 형성되어 있다. 따라서, 간섭 회전 없이 독립적으로 회전 프레임(20)과 미러(30)는 회전한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법이 도 10a 내지 도 10k에 도시되어 있다.

도 10a 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조에는 실리콘(1)과 유리(100)를 접합한 SOG(silicon on glass)를 사용한다. 이는 기판의 양면을 모두 가공하는 과정에서 큰 선택비를 얻을 수 있기 때문이다.

본 발명의 2 자유도 스캐밍 미러의 미러(30)와 회전 프레임(20)은 실리콘(1)으로 만들어지며, 아래 쪽 지지부는 유리 기판(100)으로 이루어져 있다. 미러(30)와 회전 프레임(20)의 두께는 최초 기판 두께에서 결정되므로 실리콘 기판(1)과 유리 기판(100)을 접합한 후 실리콘 기판(1)의 두께를 가공하여 설계 치수에 맞추었다. 사용된 실리콘 기판은 <100> 결정 방향의 실리콘 기판이며, 유리 기판은 코닝(corning) 유리 기판이다.

기판 접합 후 실리콘 기판의 두께 가공은 수산화칼륨 수용액을 습식 식각액으로 이용한다. 30 wt% 수산화칼륨 수용액을 80℃로 가열한 식각액은 실리콘의 <100> 결정 방향으로 0.9㎛/min 의 식각율을 보였다. CMP(chemical mechanical polishing)공정을 통하여 습식 식각에 의해 거칠어진 실리콘 기판 표면을 경면화하는 동시에 최종 설계 두께치를 맞추었다. 앞서 시행된 습식 식각에서 남겨둔 20㎛의 여유 두께를 CMP 공정을 통하여 가공하면서 설계 두께치인 70㎛을 기준으로 기판 내 두께 오차 3㎛이내, 기판 내 균일도 4.3 %이내의 실리콘 두께를 구현하였다.

다음으로, 도 10b에 도시된 바와 같이, 유리 습식 식각 공정을 진행한다. 본 공정에서 사용된 유리는 코닝 #7440 유리이며, 불산을 이용하여 습식 식각한다. 유리는 비정질 물질이므로 등방 식각 특성을 보인다. 식각 마스크로는 열 증착된크롬과 금 박막 층, 그리고 그 위에 후막 감광제를 올린 세 겹의 층을 사용한다. 크롬과 금의 열 증착 시에는 기판을 180℃로 가열 증착하여 증착되는 금속 박막의 접착성을 향상시킨다. 크롬은 금의 접착을 위한 접착층으로써 사용하며, 증착된 크롬의 두께는 1000Å, 금의 증착 두께는 5000Å 이다. 후막 감광제 THB 430N(JSR)을 사용하여 크롬과 금 박막의 사진 식각 공정을 수행함과 동시에, 유리 식각을 위한 최상층 식각 마스크로 이용하였다. THB430N은 아크릴이 주성분으로서, 열 가소성과 도포 후 다른 후막 감광제에 비하여 산 용액에서 우수한 내화학성을 보이며 기판과의 접착성이 우수하다. 또한 응력이 매우 작아서 패턴의 변형이나 기판의 휨이 거의 없다.

사진 공정 후 열처리는 110 ℃ 가열판에서 20 분간 실시하였다. THB430N의 현상 및 열처리 작업 후에 식각될 부분의 바닥면에는 금이 드러나게 되며, 금과 크롬을 차례로 식각한 후, 49 % 불산을 이용하여 유리 식각을 수행하였다. 500㎛ 두께의 유리 기판에 대하여 120 분의 식각 시간이 소요되며, 최종적으로 반대쪽 면의 실리콘 박막이 노출된다. 실제 실리콘 바닥면이 노출되는 시간은 100 분이지만, 실리콘 표면에 남는 유리의 식각 부산물들이 완전히 제거되기까지 20 분의 추가 시간이 소요되었다.

다음으로 도 10c에 도시된 바와 같이, 실리콘층(1) 위에 제1 도전층(3A)을 증착한다.

그리고, 도 10d에 도시된 바와 같이, 제1 도전층(3A)이 실리콘층(1)의 주변부를 노출하는 회전 관통구(3a)를 가지도록 식각하여 고정 프레임 식각 마스크(3c)및 회전 프레임 식각 마스크(3d)를 형성하고, 동시에 제1 도전층(3A)이 실리콘층(1)의 중앙부를 노출하는 미러 관통구(3b)를 가지도록 식각하여 미러 식각 마스크(3e)를 형성한다.

그리고, 도 10e에 도시된 바와 같이, 고정 프레임 식각 마스크(3c), 회전 프레임 식각 마스크(3d) 및 미러 식각 마스크(3e) 위에 제1 절연층(110A)을 형성한다.

그리고, 도 10f에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(110A) 위에 제2 도전층을 증착하고, 제2 도전층을 식각하여 회전 프레임 구동 도전선(50)을 형성한다.

그리고, 도 10g에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 구동 도전선(50) 및 제1 절연층(110A) 위에 제2 절연층(120A)을 형성한다.

그리고, 도 10h에 도시된 바와 같이, 제2 절연층(120A) 위에 제3 도전층을 증착하고, 제3 도전층을 식각하여 보상 도전선(70)을 형성한다.

그리고, 도 10i에 도시된 바와 같이, 보상 도전선(70) 및 제2 절연층(120A) 위에 제3 절연층(130A)을 형성한다.

그리고, 도 10j에 도시된 바와 같이, 제3 절연층(130A) 위에 제4 도전층을 증착하고, 제4 도전층을 식각하여 미러 구동 도전선(60)을 형성한다.

이하에서, 도 10c 내지 도 10j에 도시된 바와 같은 제1 도전층 내지 제4 도전층의 증착 공정과 제1 절연층 내지 제3 절연층의 형성공정을 상세히 설명한다.

증착되는 각각의 도전층으로는 알루미늄 층이 사용된다. 알루미늄 층이 증착되고, 사진 식각 됨에 따라 수 ㎛씩의 단차가 생기므로 그 다음 알루미늄 층의 증착 시에는 이러한 단차를 극복하여야만 구동 전류를 위한 도전선을 끊김없이 구현할 수 있다. 단차를 극복하면서 금속 박막을 증착하기 위하여 일반적으로 아르곤 플라즈마에 의한 스퍼터링(sputtering)에 의존하지만, 증착 속도가 수 Å/sec 정도로 매우 낮아 1~2 ㎛ 두께의 금속막을 증착하기에는 많은 비용과 시간이 요구된다. 따라서, 이를 대체하기 위하여 열 증착 공정 (thermal evaporation)을 이용하되 기울여서 장착된 기판이, 금속이 증착되는 동안 자전과 공전을 동시에 하도록 하였다. 증착 속도는 20Å/sec 이상이며 증착 두께는 2 ㎛이다. 증착 결과 알루미늄이 미세 단차의 전면과 측면에 고루 증착되어, 이후 사진 식각 공정을 통하여 제작된 도전선이 성공적으로 구현된다.

도전선들은 증착된 알루미늄 층에 사진 식각 공정을 통하여 구현된다. 제 1 도전층(3A)은 단차가 없는 평탄한 기판 상에 증착된 알루미늄이므로 박막 감광제 AZ5214를 도포하여 사진 공정을 시행할 수 있다.

AZ5214 감광제를 현상액에서 현상한 후 110 ℃ 오븐에서 20분간 열처리한다. 이 과정에서 감광제는 리플로우(reflow)가 일어나고 잔류 솔벤트가 제거되면서 접착력이 증가한다. 이러한 접착력 증가는 이후 알루미늄 습식 식각에서 옆 방향 식각을 최소화하여 도전선의 선폭이 감소하는 것을 방지하는 효과가 매우 크다.

알루미늄 습식 식각을 위하여 인산, 질산, 초산 및 탈 이온수의 혼합액을 사용한다. 혼합비는 16:1:1:2 이며, 상온에서 식각 수행 시 500Å /min의 식각률을 보인다. 일반적으로 알루미늄의 습식 식각은 40℃로 가열하여 수행하지만, 가열할 경우 식각률이 증가하면서 옆 방향 식각이 매우 심하게 일어난다. 이는 온도가 올라감에 따라 식각 마스크인 감광제의 기판 접착이 약해지면서 기판과 감광제의 계면으로 식각액이 침투하여 생기는 현상이다. 따라서, 옆 방향 식각을 최소화하여 최대한 정확한 선 폭을 구현하기 위하여, 상온 식각과 식각 전 감광제 열처리가 요구된다.

제2 도전층부터는 단차를 극복하는 사진 식각을 위하여, 16㎛ 두께로 후막 감광제를 도포하여 사진 공정을 수행하였다. 앞서 설명한 단차를 극복하기 위하여서는 단차의 수 배에 달하는 두께로 감광제를 도포하여야 완전히 평탄화가 이루어진다.

사진 공정을 완료한 후 감광제는 열처리를 거친다. AZ4620 감광제는 100 ℃ 이상의 온도에서부터 리플로우가 일어나므로 110℃ 오븐에서 20분간 열처리하면 매우 양호한 기판 접착을 얻을 수 있다. 또한, 리플로우 공정을 통하여 단차 부분과 감광제 사이의 미세한 틈이 완전히 메워지기 때문에 알루미늄 식각액 침투로 인한 도전선의 단선을 방지할 수 있다.

각 알루미늄의 층간에는 절연층이 요구되며 절연 재료로서 PECVD SiO₂와 BCB를 사용한다. 총 4개의 알루미늄 층이 있으므로, 절연층은 3개 층이 요구된다. 제 1, 제 2 도전층 사이와 제 2, 제 3 도전층 사이에는 PECVD SiO₂를 1 ㎛ 두께로 증착하여 각각 제1 절연층(110A) 및 제2 절연층(120A)을 형성한다.

제 3, 제 4 도전층 사이에는 BCB를 도포하여 제3 절연층(130A)을 형성한다. 모든 도전선들은 미러(30)와 회전 프레임(20)의 가장 자리에서 50 ㎛ 안쪽에 위치하고 있으며, 도전선의 폭은 75 ㎛이다.

BCB(Benzocyclobutene, CYCLOTENE, Dow Chemical Company)의 기계적 특성은 MEMS에서 많이 사용되는 폴리이미드와 비슷하지만 도포 후 기판 상에서 평탄화가 용이하다. 폴리이미드는 도포 후 즉시 경화가 시작되지만, BCB는 열 처리 전까지 초기 점도를 계속 유지하기 때문이다. CYCLOTENE은 음성 감광성 BCB로서 사진 공정을 통하여 직접 패터닝이 가능한 제품이지만, 두께 40㎛의 후막 공정에서는 BCB의 UV 투과성이 좋지 않으므로 정확한 치수를 구현하기 어렵다. 또한, 음성 감광성 폴리머는 일반적으로 UV 광선에 노출되어 중합이 이루어지는 과정에서 매우 강한 응력이 발생하므로 열처리와 건식 식각에 의한 가공이 기계적 특성 측면에서도 유리하다. 따라서, BCB를 건식 식각하여 설계된 패턴을 구현하는 공법을 사용한다.

BCB는 기판 접착성이 좋지 않기 때문에 접착 향상제인 AP3000(DOW Chemical Company)을 사용하여야 한다. 스피너를 이용하여 기판에 AP3000을 먼저 코팅하고 BCB를 도포한 후 20 분 이상 상온 방치한다. 이 과정에서 도포된 막 내부의 기포가 모두 빠져나오고, 도포 시 발생한 단차가 모두 평탄화된다. 열처리 과정은 점차적으로 온도를 올려가며 진행된다. BCB의 유리화 온도(glass temperature)는 350℃로서, 2 자유도 스캐닝 미러의 스프링 제작에 사용된 BCB의 상태는 유리화되지 않은 상태이므로 매우 유연한 스프링의 특성을 보여준다.

최상층의 알루미늄 사진 식각 공정은 BCB 후막 위에 열 증착된 알루미늄 층에서 행해지며, 미러 구동 도전선(60)을 만드는 데 이용된다. BCB의 건식 식각을위해서 식각 마스크가 요구되는 데, 별도의 식각 마스크를 제작하지 않고 최상층 알루미늄의 도전선 패턴을 만든 후 BCB 건식 식각 마스크로 이용한다.

다음으로, 도 10k에 도시된 바와 같이, 미러 구동 도전선(60), 회전 프레임 구동 도전선(50)을 마스크로 하여 식각하여 실리콘층의 주변부를 노출하는 회전 관통구(3a) 및 실리콘층의 중앙부를 노출하는 미러 관통구(3b)를 다시 형성한다.

다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)를 마스크로 하여 실리콘층(1)을 식각하여 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 형성하고, 고정 프레임(10) 및 회전 프레임(20)을 연결하는 회전 프레임 스프링(80), 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 연결하는 미러 스프링(90)을 형성한다.

도 10k 및 도 3c에 도시된 공정을 이하에서 상세히 설명한다. 회전 프레임 구동 도전선(50), 미러 구동 도전선(60) 및 보상 도전선(70)을 제작한 후, 실리콘층(1)을 릴리즈하여 회전 프레임(20)과 미러(30)를 형성한다. 실리콘층(1)을 릴리즈한다는 것은 실리콘층을 식각시 언더컷이 발생하도록 하여 빈 공간을 형성하는 것을 말한다. 실리콘층의 릴리즈 시, 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90) 아래쪽의 실리콘까지 모두 제거하기 위하여 실리콘 등방 건식 식각을 이용하였다. 실리콘 건식 식각 공정에서, 의도적으로 실리콘을 옆 방향 식각하여 스프링을 이루는 폴리머와 알루미늄 도전선 아래쪽의 실리콘을 제거할 수 있다.

본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러는 미러(30)와 회전 프레임(20)의 식각 마스크로 사용되는 제1 알루미늄 층과 세 층의 알루미늄 도전선이 있는 다층 구조이므로, 각 알루미늄 층간에는 PECVD 산화막과 BCB를 코팅하여 절연하였다. 따라서, 알루미늄의 증착과 사진 식각 공정 및 절연막 증착 공정이 되풀이된다. 미러(30)와 회전 프레임(20) 위의 구동 도전선들과 절연 공정이 완료되면 도전선이 없는 부분의 불필요한 PECVD 산화막(절연층)과 BCB를 건식 식각하여 제거한다. 이는 PECVD 산화막과 BCB가 가지는 응력으로 인하여 미러(30)와 회전 프레임(20)이 뒤틀리는 것을 방지하기 위해서이다. 특히, BCB를 열처리한 후 발생하는 응력은 매우 강하여, 미러(30)와 회전 프레임(20)의 뒤틀림과 그 위에 제작된 도전선 구조물의 손상이 발생하기 때문에 반드시 제거하여야 한다. 미러(30)와 회전 프레임(20)은 등방성 실리콘 건식 식각을 이용하여 웨이퍼 절삭(wafer dicing) 전에 릴리즈되며, 릴리즈된 구조물을 보호하면서 웨이퍼 절삭 공정을 수행하기 위하여 감광제를 이용, 임시 고정하는 방법을 취한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 단면도가 도 11a 내지 도 11d에 도시되어 있다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

제2 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 개략도는 도 1과 동일하므로 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1, 도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러는 고정 프레임(10), 고정 프레임(10)과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있는 회전 프레임(20) 및 회전 프레임(20)과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있는 미러(30)를 포함한다. 그리고, 회전 프레임(20) 및 미러(30)와 소정간격 이격되어 회전 프레임(20) 및 미러(30) 위에 영구 자석(40)이 배치되어 있다.

고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)은 회전 프레임 스프링(80)에 의해 연결되어 있고, 회전 프레임(20)과 미러(30)는 미러 스프링(90)에 의해 연결되어 있다. 이러한 회전 프레임 스프링(80)의 중심축이 제1 회전축이 되어 상기 회전 프레임(20)이 회전하며, 미러 스프링(90)의 중심축이 제2 회전축이 되어 상기 미러(30)가 회전한다.

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 달리 고속 미러로 이용된다. 제2 실시예의 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90)은 제3 절연층으로 BCB대신 실리콘을 사용하기 때문이다.

고속 미러는 높은 공진 주파수에 우선점을 두고 제작되며, 미러(30), 회전 프레임(20)과 동일한 재료의 실리콘을 스프링으로 함께 제작한다. 이러한, 고속 미러는 1 kHz이상의 공진 주파수를 가지며, 외란의 영향을 잘 받지 않는다는 특성이 있다.

도 12 및 도 13에는 다층 구조의 회전 프레임 스프링 쌍 및 다층 구조의 미러 스프링 쌍의 모양을 보였다.

도 12는 회전 프레임(20)을 고정 프레임(10)에 연결하는 회전 프레임 스프링(80)의 개략도이다. 절연막을 사이에 둔 여러 층의 도전층은 한 쌍의 스프링에 동일하게 만들어지며, 전기 회로 상으로 이들은 병렬 회로 구조를 가진다.

회전 프레임 스프링(80)은 제1 절연층(110), 회전 프레임 구동 도전선 부(50a), 제2 절연층(120), 보상 도전선 부(70a), 제3 절연층(130) 및 미러 구동 도전선 부(60a)가 아래로부터 차례대로 형성되어 있다. 회전 프레임 스프링(80)은 소정 간격 이격되어 있는 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)을 연결하므로 회전 프레임 스프링(80)의 저면은 빈 공간이 형성되어 있다. 즉, 회전 프레임 스프링(80)의 일단부는 고정 프레임(10)에 연결되며 회전 프레임 스프링(80)의 타단부는 회전 프레임(20)에 연결되어 있고, 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)간의 제1 관통구(3a)에 회전 프레임 스프링(80)의 중간부가 형성되어 있다.

도 11a 내지 도 11d에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(110)은 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)의 상면에 형성되어 있다. 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)는 회전 프레임 (20)및 미러(30)를 형성하기 위해 마스크로 이용되는 알루미늄 층으로서, 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)의 상면에 형성되어 있다. 제1 절연층(110)은 산화막(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 제1 절연층(110)은 고정 프레임(10)과 회전 프레임(20)간의 제1 관통구(3a)에 형성되어 있는 회전 프레임 스프링(80)의 중간부에는 형성되어 있지 않다.

회전 프레임 구동 도전선 부(50a) 위에는 제2 절연층(120)이 형성되어 있다. 제2 절연층(120)은 산화막(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다.

보상 도전선 부(70a) 위에는 제3 절연층(130)이 형성되어 있다. 제3 절연층(130)은 실리콘 산화막(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제2 실시예에서는 실리콘 산화막으로 절연층을 형성하므로 기계적인 피로에 대하여 매우 강한 특성을 지니며, 스프링의 메모리 효과가 덜하므로 소자의 수명이 더 길다.

도 12에 보인 바와 같이, 한 쌍의 스프링에서 동일한 층의 도전층 쌍은 동일한 방향의 전류가 흐르도록 되어 있다. 단, 상하 도전층들 간 전류 방향은 회전 프레임 구동 전류(5), 보상 전류(7) 및 미러 구동 전류(6)가 독립적인 주파수로 인가되므로, 늘 일치하지는 않는다.

도 13은 미러(30)를 회전 프레임(20)에 이어주는 미러 스프링의 쌍 구조를 보여준다. 미러 스프링(90)은 그 위에 단층의 도전층을 가지고 있다. 제1 내지 제3 절연층(110, 120, 130)은 회전 프레임 스프링(80) 상의 도전선 층들 간의 절연 공정에서 함께 증착되므로 두꺼운 절연층이 이루어진다.

제1 절연층(110)은 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)의 상면에 형성되어 있다. 고정 프레임 마스크(3c), 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)는 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 형성하기 위해 마스크로 이용되는 알루미늄 층으로서, 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및미러(30)의 상면에 형성되어 있다. 제1 절연층(110)은 산화막(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다.

제1 절연층(110) 위에는 제2 절연층(120)이 형성되어 있다. 제2 절연층(120)은 산화막(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 제1 절연층(110) 및 제2 절연층은 회전 프레임(20)과 미러(30)간의 제2 관통구(3b)에 형성되어 있는 미러 스프링(90)의 중간부에는 형성되어 있지 않다.

제2 절연층(120) 위에는 제3 절연층(130)이 형성되어 있다. 제3 절연층(130)은 실리콘 산화막(SiO₂)으로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제2 실시예에서는 실리콘 산화막으로 절연층을 형성하므로 기계적인 피로에 대하여 매우 강한 특성을 지니며, 스프링의 메모리 효과가 덜하므로 소자의 수명이 더 길다.

미러 스프링(90) 위를 흐르는 한 쌍의 미러 구동 도전선 부(60b)에는 미러 구동을 위한 입력 전류와 출력 전류(6)가 흐르며, 전류 방향이 항상 반대로 흐른다. 따라서, 이 두 도전선간의 절연을 매우 중요하다. 또한, 미러 스프링 쌍간의 간격(95)은 실리콘 등방성 건식 식각에서의 옆 방향 식각이 빨리 진행되도록 하여 구조물이 언더컷 되도록 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법이 도 14a내지 도 14k에 도시되어 있다.

도 14a 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조에는 실리콘(1)과 유리(100)를 접합한 SOG(silicon on glass)를 사용한다. 이는 기판의 양면을 모두 가공하는 과정에서 큰 선택비를 얻을 수 있기 때문이다. 제2 실시예의 실리콘(1)의 두께와 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90)의 두께가 같다. 따라서, 요구되는 스프링 상수에 부합하도록 제2 실시예의 SOG에서의 실리콘(1)의 두께는 얇다.

다음으로, 도 14b에 도시된 바와 같이, 유리 습식 식각 공정을 진행하여 실리콘 지지부(100)를 형성한다.

다음으로 도 14c에 도시된 바와 같이, 실리콘층(1) 위에 제1 도전층(3A)을 증착한다.

그리고, 도 14d에 도시된 바와 같이, 제1 도전층(3A)이 실리콘층(1)의 주변부를 노출하는 회전 관통구(3a)를 가지도록 식각하여 고정 프레임 식각 마스크(3c) 및 회전 프레임 식각 마스크(3d)를 형성하고, 동시에 제1 도전층(3A)이 실리콘층(1)의 중앙부를 노출하는 미러 관통구(3b)를 가지도록 식각하여 미러 식각 마스크(3e)를 형성한다.

그리고, 도 14e에 도시된 바와 같이, 고정 프레임 식각 마스크(3c), 회전 프레임 식각 마스크(3d) 및 미러 식각 마스크(3e) 위에 제1 절연층(110A)을 형성한다.

그리고, 도 14f에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(110A) 위에 제2 도전층을증착하고, 제2 도전층을 식각하여 회전 프레임 구동 도전선(50)을 형성한다.

그리고, 도 14g에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 구동 도전선(50) 및 제1 절연층(110A) 위에 제2 절연층(120A)을 형성한다.

그리고, 도 14h에 도시된 바와 같이, 제2 절연층(120A) 위에 제3 도전층을 증착하고, 제3 도전층을 식각하여 보상 도전선(70)을 형성한다.

그리고, 도 14i에 도시된 바와 같이, 보상 도전선(70) 및 제2 절연층(120A) 위에 제3 절연층(130A)을 형성한다. 이러한 제3 절연층(130A)으로 실리콘 산화막(SiO₂)이 바람직하다.

그리고, 도 14j에 도시된 바와 같이, 제3 절연층(130A) 위에 제4 도전층을 증착하고, 제4 도전층을 식각하여 미러 구동 도전선(60)을 형성한다.

다음으로, 도 14k에 도시된 바와 같이, 미러 구동 도전선(60), 회전 프레임 구동 도전선(50)을 마스크로 하여 식각하여 실리콘층의 주변부를 노출하는 회전 관통구(3a) 및 실리콘층의 중앙부를 노출하는 미러 관통구(3b)를 다시 형성한다.

다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 마스크(3d) 및 미러 마스크(3e)를 마스크로 하여 실리콘층(1)을 식각하여 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 형성하고, 고정 프레임(10) 및 회전 프레임(20)을 연결하는 회전 프레임 스프링(80), 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 연결하는 미러 스프링(90)을 형성한다.

상기한 바와 같이, 고속 미러인 제2 실시예의 제조 방법은 공정의 대부분이저속 미러인 제1 실시예와 일치하나, 실리콘 식각 공정에서 실리콘(1)을 비등방성 건식 식각함으로써 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)를 형성하는 것이 다르다. 즉, 제1 실시예에서는 제3 절연층(130)을 BCB를 이용하여 도포하였으나, 제2 실시예에서는 제3 절연층(130)을 포함하여 모든 절연층이 PECVD 산화막이이고, 따라서, 제1 실시예의 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90)은 대부분의 두께를 BCB가 차지하며, 이를 위하여 실리콘의 식각시 등방성 실리콘 건식 식각을 통하여 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90) 아래쪽 실리콘도 모두 제거하였다. 그러나, 제2 실시예의 회전 프레임 스프링(80) 및 미러 스프링(90)은 실리콘(1)이므로 최종 식각 공정에서 비등방성 실리콘 건식 식각 공정을 수행한다. 따라서, 고정 프레임(10), 회전 프레임(20) 및 미러(30)가 실리콘(1)에 의하여 모두 연결된다.

이러한, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예는 각각 저속 미러 및 고속 미러를 나타낸다.

저속미러는 회전각이 크나, 고속 미러는 실리콘 스프링을 채용하므로 기계적인 피로에 대하여 매우 강한 특성을 지니며, 스프링의 메모리 효과가 덜하므로 소자의 수명이 더 길다. 스프링의 강도에 대하여 공진 주파수의 크기는 비례하고 회전각의 크기는 반비례하기 때문에, 한 가지 설계 사양에 의하여 저속 미러와 고속 미러의 장점을 모두 지닌 소자를 제작하는 것은 쉽지 않다.

동일한 스프링 재료와 동일한 공정에 의하여 저속 미러 및 고속 미러를 제작하는 경우에는 미러판의 크기, 스프링의 길이와 폭 등의 변경에 의하여 원하는사양을 얻을 수 있다. 그러나, 이 경우 제작 공정에서 사용되는 사진 마스크가 각기 달리 제작되어야 하고, 모델링 및 해석을 각각 하여야 한다. 이에 따르는 비용 증가 및 성능 비교의 어려움을 피하기 위하여 본 발명에서는 동일한 사진 마스크를 채용하되, 스프링의 재료와 두께 및 회전체의 두께를 달리하여 저속 미러와 고속 미러를 제작하였다. 저속 미러는 폴리머인 BCB(benzocyclobutanes)를 스프링 재료로 채용하였고, 고속 미러의 경우 회전 프레임(20)과 미러 제작 시 사용되는 실리콘을 스프링 재료로 채용하였다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 2 자유도 스캐닝 미러는 보상 도전선을 이용하여 회전축간 간섭을 극소화하였다.

또한, 본 발명의 2 자유도 스캐닝 미러는 단일 영구 자석만으로 외부 자장을 인가하여 두 개의 회전축에 대한 미러의 회전을 구현하고, 각 회전축에 대한 독립적인 제어가 가능하므로 소형화가 가능하다.

또한, 전자력 구동 방식으로 구동하기 때문에 저전력 구동이 가능하고, 높은 구동 주파수에 의한 외란의 제거가 용이하므로 저가로 생산 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법은 기울인 기판을 자전 및 공전시키는 알루미늄 열 증착 방법과 후막 감광제를 이용한 사진 식각 공정에 의해 단차를 극복하고 끊어지지 않은 도전선을 제작할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법에 의한 경우 저속 미러인 폴리머 스프링과 고속 미러인 실리콘 스프링이 동일한 공정을 이용하여 제작 가능하다.

또한, BCB는 유리화 온도 이하의 온도에서 공정하여 유연성을 확보하였다. 또한, 최상층 절연막인 BCB 도포 시 평탄화가 매우 우수하게 이루어져, 세 층의 도전선이 단차를 극복하고 잘 형성된다.

Claims

고정 프레임;

상기 고정 프레임과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있으며, 제1 회전축을 중심으로 소정 각도 회전하는 회전 프레임;

상기 회전 프레임과 소정 간격 이격되어 내측에 배치되어 있으며, 상기 제1 회전축과 직교하는 제2 회전축을 중심으로 소정 각도 회전하는 미러;

상기 회전 프레임 및 미러 아래에 배치되어 있는 영구 자석;

상기 회전 프레임 위에 형성되어 있으며, 상기 회전 프레임에 제1 회전력을 발생시키는 회전 프레임 구동 도전선;

상기 회전 프레임 및 상기 미러 위에 형성되어 있으며, 상기 미러에 제2 회전력을 발생시키는 미러 구동 도전선;

상기 회전 프레임에 형성되어 있는 상기 미러 구동 도전선과 대응하는 위치에 상기 미러 구동 도전선과 절연되어 형성되어 있는 보상 도전선;

상기 고정 프레임과 상기 회전 프레임을 연결하고 있는 회전 프레임 스프링;

상기 회전 프레임과 상기 미러를 연결하고 있는 미러 스프링

을 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 보상 도전선에는 상기 회전 프레임에 형성되어 있는 상기 미러 구동 도전선에 흐르는 전류와 반대 방향으로 전류가 흐르는 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 회전 프레임 스프링은 상기 회전 프레임 구동 도전선, 보상 도전선 및 미러 구동 도전선의 일부가 중첩되는 부분이며, 회전 프레임 구동 도전선 부, 보상 도전선 부 및 미러 구동 도전선 부를 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러.
제3항에서,

상기 회전 프레임 스프링의 상기 회전 프레임 구동 도전선 부의 저면의 일부에는 제1 절연층이 형성되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
제3항에서,

상기 회전 프레임 구동 도전선 부 및 보상 도전선 부 사이에는 제2 절연층, 상기 보상 도전선 부 및 미러 구동 도전선 부 사이에는 제3 절연층이 형성되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
제2항에서,

상기 미러 스프링은 상기 미러 구동 도전선이 상기 회전 프레임과 상기 미러를 연결하고 있는 부분인 미러 구동 도전선 부를 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러.
제6항에서,

상기 미러 스프링의 상기 미러 구동 도전선 부의 저면의 일부에는 제1 , 제2 및 제3 절연층이 연속하여 형성되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
제4항, 제5항 또는 제7항의 어느 한 항에서,

상기 제1 및 제2 절연층은 산화막인 2 자유도 스캐닝 미러.
제8항에서,

상기 제3 절연층은 폴리머인 2 자유도 스캐닝 미러.
제8항에서,

상기 제3 절연층은 실리콘 산화막인 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 회전 프레임 스프링은 서로간에 소정 간격 이격되어 있는 한 쌍의 회전 프레임 구동 도전선 부, 보상 도전선 부 및 미러 구동 도전선 부인 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 미러 스프링은 서로간에 소정 간격 이격되어 있는 한 쌍의 미러 구동도전선 부인 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 미러 구동 도전선과 상기 보상 도전선은 상기 고정 프레임 위에 형성되어 있는 연결 패드를 통해 연결되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 고정 프레임 위에는 상기 회전 프레임 구동 도전선에 연결되어 있는 회전 프레임 구동 전류 입력 패드 및 출력 패드가 형성되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 고정 프레임 위에는 상기 미러 구동 도전선에 연결되어 있는 미러 구동 전류 입력 패드 및 출력 패드가 형성되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러는 실리콘인 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 미러 구동 도전선, 회전 프레임 구동 도전선 및 보상 도전선은 알루미늄인 2 자유도 스캐닝 미러.
제1항에서,

상기 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러의 상면에는 제1 도전층이 형성되어 있는 2 자유도 스캐닝 미러.
기판 위에 실리콘층을 형성하는 단계;

상기 실리콘층 위에 제1 도전층을 증착하고, 상기 제1 도전층이 상기 실리콘층의 주변부를 노출하는 회전 관통구를 가지도록 식각하여 회전 프레임 식각 마스크를 형성하고, 동시에 상기 제1 도전층이 상기 실리콘층의 중앙부를 노출하는 미러 관통구를 가지도록 식각하여 미러 식각 마스크를 형성하는 단계;

상기 회전 프레임 식각 마스크 및 미러 식각 마스크 위에 제1 절연층을 형성하는 단계;

상기 제1 절연층 위에 제2 도전층을 증착하고, 상기 제2 도전층을 식각하여 회전 프레임 구동 도전선을 형성하는 단계;

상기 회전 프레임 구동 도전선 및 상기 제1 절연층 위에 제2 절연층을 형성하는 단계;

상기 제2 절연층 위에 제3 도전층을 증착하고, 상기 제3 도전층을 식각하여 보상 도전선을 형성하는 단계;

상기 보상 도전선 및 상기 제2 절연층 위에 제3 절연층을 형성하는 단계;

상기 제3 절연층 위에 제4 도전층을 증착하고, 상기 제4 도전층을 식각하여 미러 구동 도전선을 형성하는 단계;

상기 미러 구동 도전선, 상기 회전 프레임 구동 도전선을 마스크로 하여 식각하여 상기 실리콘층의 주변부를 노출하는 회전 관통구 및 상기 실리콘층의 중앙부를 노출하는 미러 관통구를 형성하는 단계;

상기 회전 프레임 마스크 및 미러 마스크를 마스크로 하여 상기 실리콘층을 식각하여 고정 프레임, 회전 프레임 및 미러를 형성하고, 상기 고정 프레임 및 회전 프레임을 연결하는 회전 프레임 스프링, 상기 회전 프레임 및 미러를 연결하는 미러 스프링을 형성하는 단계

를 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제19항에서,

상기 제1 도전층 내지 제4 도전층은 알루미늄으로 형성하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제20항에서,

상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 산화막으로 형성하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제21항에서,

상기 제3 절연층은 폴리머로 형성하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제22항에서,

상기 제3 절연층을 형성한 후에 상기 제3 절연층을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제21항에서,

상기 제3 절연층은 실리콘 산화막으로 형성하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제21항에서,

상기 실리콘층을 형성한 후에 상기 기판의 중앙부를 식각하여 상기 기판의 지지부를 형성하는 단계를 더 포함하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제22항에서,

상기 실리콘층을 식각하는 단계는 등방성 건식 식각하는 2 자유도 스캐닝 미러의 제조 방법.
제24항에서,

상기 실리콘층을 식각하는 단계는 비등방성 건식 식각하는 2 자유도 스캐닝미러의 제조 방법.