KR20050031857A - 마이크로 전자 기계적 시스템 및 그 제조 방법 - Google Patents

마이크로 전자 기계적 시스템 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조 및 그 제조 방법을 제공한다. 광학 간섭 디스플레이 셀의 구조는 제1 전극, 제2 전극 및 포스트를 포함한다. 제2 전극은 재료층으로 커버되고 제1 전극과 대략 평행하게 배열된다. 제1 전극과 제2 전극 사이에 지지체가 배치되고 캐비티가 형성된다. 상기 구조를 제조하는 해제 에칭 공정에서, 재료층은 에칭제에 의한 손상으로부터 도전층을 보호한다. 재료층은 또한 공기 중의 산소와 수분에 의한 손상으로부터 도전층을 보호한다.

Description

마이크로 전자 기계적 시스템 및 그 제조 방법{A STRUCTURE OF A MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 광학 간섭 디스플레이 셀의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학 간섭 디스플레이 셀에서의 이동형 전극(movable electrode)의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로 전자 기계적 시스템(MEMS)에서, 희생층(sacrificial layer) 기술의 개발은, 몇 가지 예를 들면, 캔틸레버, 빔, 멤브레인, 채널, 캐비티, 조인트 또는 힌지, 링크, 크랭크, 기어 또는 랙과 같은 현수 구조체를 제조하기 위한 해결 요인이 되어 왔다. 희생층의 제거를 위해 구조 해제 에칭 공정(structure release etching process)이 채택되고, 그에 따라 마이크로 전자 기계적 시스템에서 구조 이완의 구조는 희생층의 제거 공정에 지대한 영향을 갖는다.
종래의 구조 해제 에칭 공정은 일례로서 광학 간섭 디스플레이 셀과 함께 처음 도입된다. 마이크로 전자 기계적 시스템의 일종인 광학 간섭 디스플레이 셀은 평면 디스플레이 제조에 사용된다. 평면 디스플레이는 무게가 가볍고 소형이기 때문에 휴대형 디스플레이 및 한정된 공간을 갖는 디스플레이용으로 널리 보급되고 있다. 현재까지, 액정 디스플레이(LCD), 유기 전계발광 디스플레이(Organic Electro-Luminescent Display; OLED) 및 플라스마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP) 등의 평면 디스플레이에 더하여 광학 간섭 디스플레이 방식이 평면 디스플레이에 대한 또 하나의 옵션이다.
미국특허 제5,835,255호는 평면 디스플레이에 사용될 수 있는 가시광의 디스플레이 유닛의 어레이를 개시하고 있다. 도 1은 종래 기술에서의 디스플레이 유닛의 단면도를 나타낸다. 각각의 광학 간섭 디스플레이 유닛(100)은 2개의 벽(102, 104)을 포함한다. 이들 2개의 벽은 포스트(post)(106)에 의해 지지되고, 그에 따라 캐비티(cavity)(108)가 형성된다. 상기 두 벽 사이의 간격, 즉 캐비티(108)의 길이는 D이다. 두 벽(102, 104) 중 하나는 가시광을 부분적으로 흡수하는 흡수율을 갖는 반투명(hemi-transmissible)/부분반사(hemi-reflective)층이고, 다른 하나의 벽은 전압이 인가되면 변형될 수 있는 광 반사층이다. 모든 가시광 스펙트럼에서, 입사광이 벽(102 또는 104)을 통과하여 캐비티(108)에 도달하면, 하기 식 (1,1)에 따른 파장을 갖는 가시광만 구조상의 간섭(constructive interference)을 발생하여 출력될 수 있다. 즉,
2D = Nλ (1,1)
상기 식에서, N은 자연수이다.
캐비티(108)의 길이 D가 파장의 1/2과 임의의 자연수의 곱과 같을 때, 구조상의 간섭이 생기고 예리한 광파(light wave)가 방출된다. 한편, 관찰자가 입사광의 방향을 따라갈 경우, 파장 λ가 1인 반사광이 관찰된다. 따라서 디스플레이 유닛(100)은 "개방상태(open)"이다.
도 2는 종래의 디스플레이 유닛에 전압이 인가된 후의 단면도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 전압에 의해 구동되는 동안 정전기의 인력으로 인해 벽(104)은 변형되어 상대측 벽(102) 쪽으로 함몰되어 내려온다. 이 때 상기 벽들(102, 104) 사이의 간격, 즉 캐비티(108)의 길이는 정확히 영(0)이 아니고 d이며, 이것은 영이 될 수 있다. 상기 식 (1.1)에서 D 대신에 d를 대입할 경우, 식 (1.1)을 만족시키는 파장, 즉 λ2인 파장을 갖는 가시광만이 구조적 간섭을 발생할 수 있고 벽(104)에 의해 반사될 수 있으며 벽(102)을 통과할 수 있다. 벽(102)은 λ2인 파장을 갖는 광에 대해 높은 광 흡수율을 갖기 때문에, 가시광 스펙트럼에서의 모든 입사광은 필터되어 제거되므로 입사광의 방향을 따라 관찰하는 사람은 가시광 스펙트럼에서 반사되는 광을 전혀 볼 수 없다. 이 경우 디스플레이 유닛(100)은 "닫힌 상태(closed)"이다.
도 3(A) 및 3(B)는 종래의 디스플레이 셀을 제조하는 방법을 예시한다. 도 3(A)를 참조하면, 제1 전극(110)과 희생층(111)이 차례로 투명 기판(109) 상에 형성되고, 내부에 지지체를 형성하기에 적합한 개구부(opening)(112)가 상기 제1 전극(110) 및 희생층(111)에 형성된다. 이어서, 지지체(106)가 상기 개구부(112)에 형성된다. 다음에, 상기 희생층(111) 및 지지체(106) 상에 전극(114)이 형성된다. 계속해서, 도 3(B)를 참조하면, 도 3(A)에 도시된 희생층(111)이 해제 에칭 공정에 의해 제거되어 희생층(111)의 위치에 자리하는 캐비티(116)가 형성되고, 캐비티(116)의 길이 D는 희생층(111)의 두께가 된다.
마이크로 전자 기계적 공정에서, 초소형 현수 구조는 희생층을 이용하여 제조된다. 현수식 이동형 마이크로구조(suspended movable microstructure)는 디바이스 구조층과 희생층 사이에서 선택적 에칭에 의해 제조되어 희생층이 제거되고 구조층을 남기므로, 이 공정을 구조 해제 에칭이라 칭한다. 구조 해제 에칭 공정과 IC 공정 사이의 차이는 구조 해제 에칭공정의 경우, 선택적 에칭이 등방성 에칭이므로 언더컷(undercut) 또는 언더 에칭이 구조층에 형성되어 구조층과 기판이 원활하게 분리될 수 있다는 점이다.
습식 구조 해제 공정과 건식 구조 해제 공정 중 어느 쪽을 이용하더라도, 희생층 및 마이크로 현수 구조의 재료의 선택은 제한되어야 한다. 즉, 사용되는 재료는 에칭 공정에서 높은 에칭 선택성(etching-selectivity)을 가져야 하며, 그렇지 않으면 마이크로 현수 구조를 에칭하지 않고 희생층을 제거하고자 하는 목적을 달성할 수 없다. 따라서, 현재의 공법에서는 희생층과 마이크로 현수 구조 모두에 동일한 재료를 사용할 수 없다.
광학 간섭 디스플레이 셀의 공정에서, 몰리브덴과 같은 일부 재료는 희생층 및 이동형 전극을 형성하는 데 매우 적합하다. 그러나, 종래의 광학 간섭 디스플레이 셀의 구조 및 공정에서, 몰리브덴은 희생층과 마이크로 현수 구조 모두를 동시에 형성하는 재료가 될 수 없다. 그에 따라 재료의 선택에서 지대한 제약이 초래된다.
또한, 일반적으로 전술한 이동형 전극은 통상적으로 금속인 멤브레인이다. 이동형 전극의 두께는 매우 얇기 때문에 공기나 수분과의 접촉에 의해 일어나는 산화반응으로 인해 금속 멤브레인의 품질이 쉽게 저하된다. 그에 따라 광학 간섭 디스플레이 셀에 영향을 미친다. 따라서, 공정에 사용할 재료의 선택을 확대하고 이동형 전극을 공기나 수분에 의해 야기되는 산화로부터 보호하기 위해 광학 간섭 디스플레이 셀의 새로운 구조 및 그 제조 방법을 어떻게 제공할 것인가가 매우 중요한 과제가 되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 희생층 및 현수식 이동형 마이크로 구조의 재료를 높은 에칭 선택성을 갖는 재료로 제한할 필요가 없는, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 희생층과 현수식 이동형 마이크로 구조 사이에 보호층이 추가되고 상기 보호층 및 희생층을 형성하는 재료가 높은 에칭 선택성을 갖는, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 희생층 및 현수식 이동형 마이크로구조의 재료가 동일한, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 희생층 및 현수식 이동형 마이크로구조의 재료가 높지 않은 에칭 선택성을 가진 재료일 수 있는, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 보호층이 상기 현수식 이동형 마이크로구조를 커버하고 씌우고, 상기 보호층과 상기 희생층을 형성하는 재료가 높은 에칭 선택성을 가져서 공기와 수분의 에칭으로부터 상기 현수식 이동형 마이크로구조를 보호할 수 있는, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합하고 또한 전술한 보호층을 구비한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제조하는 데 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조를 제공하는 것이다.
이상과 같은 목적에 따르면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조 상에서 본 발명이 어떻게 이용되는가를 설명하기 위해 광학 간섭 디스플레이 셀의 일례를 제시한다.
광학 간섭 디스플레이 셀은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 내부에 지지체 및 희생층이 있으며, 상기 제2 전극은 이동형이다. 상기 제2 전극과 상기 희생층 사이에 보호층이 있다. 희생층과 보호층에 사용되는 재료는 높은 에칭 선택성을 갖는다. 희생층 및 제2 전극에 사용되는 재료를 선택하는 데에는 제한이 없지만, 제2 전극의 재료는 전도체일 필요가 있다.
구조 해제 에칭 공정을 통해 희생층을 제거하는 공정에서, 에칭 플라즈마는 희생층 및 보호층에서 높은 선택성을 가지므로 희생층만 제거될 것이다. 따라서, 희생층과 제2 전극에 사용되는 재료의 선택에 제한이 없다.
본 발명의 전술한 목적에 따르면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 현수식 이동형 마이크로구조(이동형 전극)를 덮는 데 보호층이 사용되는 또 다른 광학 간섭 디스플레이 셀을 예로 제시한다. 보호층 및 희생층을 형성하는 재료는 높은 에칭 선택성을 가지며 공기와 수분의 에칭으로부터 현수식 이동형 마이크로구조를 보호할 것이다. 광학 간섭 디스플레이 셀은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 내부에 지지체 및 희생층이 형성되어 있으며, 상기 제2 전극은 이동형이다. 보호층은 제2 전극을 커버한다. 희생층 및 보호층에 사용되는 재료는 높은 에칭 선택성을 갖는다. 희생층 및 제2 전극에 사용되는 재료를 선택하는 데에 아무 제한이 없지만, 제2 전극의 재료는 전도체일 필요가 있다.
구조 해제 에칭 공정을 통해 희생층을 제거하는 공정에서, 에칭 플라즈마는 희생층 및 보호층에서 높은 선택성을 가지므로 희생층만 제거될 것이다. 따라서, 희생층과 제2 전극에 사용되는 재료의 선택에 제한이 없다. 나아가서, 보호층은 제2 전극을 커버하고 제2 전극이 공기에 노출되는 것을 방지하며, 또한 제2 전극이 공기 중의 산소와 수분에 의해 손상되는 것을 막아준다.
본 발명에 개시되는 마이크로 전자 기계적 시스템 및 그 제조 방법에 따르면, 제2 전극과 희생층 사이의 보호층에 사용되는 재료의 선택은 에칭 선택성이 높은 재료에 한정되지 않으며, 제2 전극을 커버하거나 둘러싸는 보호층은 제2 전극이 공기 중의 산소와 수분에 의해 손상되는 것을 막아준다.
전술한 본 발명의 관점 및 여러 가지 부수적인 이점은 첨부된 도면과 함께 이하에 제시되는 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이므로 보다 용이하게 인지될 것이다.
실시예
본 발명에서 제공되는 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조 및 그 제조 방법을 보다 명확히 예시할 목적에서, 본 발명에서 개시되는 구조 해제의 구조 및 그 제조 방법을 적용하는 방식을 예시하고, 개시되는 실시예에 따른 본 발명의 이점을 더욱 설명하기 위해, 본 발명의 실시예는 광학 간섭 디스플레이 셀 구조 및 그 제조 방법을 예로서 제시한다.
제1 실시예:
도 4(A) 내지 4(C)는 본 발명의 실시예에 따른 광학 간섭 디스플레이 셀 구조의 제조 방법을 예시한다. 도 4(A)를 참조하면, 투명 기판(401) 상에 제1 전극(402) 및 희생층(406)이 차례로 형성된다. 희생층(406)의 재료는 유전성 물질과 같은 투명 재료, 또는 금속성 물질과 같은 불투명 재료일 수 있다. 지지체를 내부에 형성하는 데 적합한 개구부(408)는 포토리소그래피 공정에 의해 제1 전극(402) 및 희생층(406)에 형성된다.
다음에, 개구부(408)를 채우기 위해 희생층(406) 상에 재료층(410)이 형성된다. 재료층(410)은 지지체의 형성에 적합하며, 일반적으로 포토레지스트와 같은 감광성 물질 또는 폴리에스테르, 폴리아미드 등과 같은 비감광성 폴리머 물질로 만들어진다. 재료층(410)의 형성에 비감광성 물질이 사용될 경우에는 재료층(410)에 지지체를 한정하기 위해 포토리소그래피 방식의 에칭 공정이 필요하다. 이 실시예에서, 재료층(410)을 형성하는 데에 감광성 물질이 사용되므로, 재료층(410)을 패터닝하는 데에는 단지 포토리소그래피 공정만 필요하다. 실시예에서, 재료층(410)의 형성에 적합한 물질은 포지티브 포토레지스트, 네거티브 포토레지스트, 및 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 각종 폴리머를 포함한다.
도 4(B)를 참조하면, 포토리소그래피 공정을 통해 재료층(410)을 패터닝함으로써 지지체(412)가 한정된다. 다음에, 희생층(406) 및 지지체(412) 상에 재료층(414)이 형성된다. 이어서, 재료층(414) 상에 도전층(404)이 형성된다. 재료층(414) 및 희생층(406)에 사용되는 물질은 높은 에칭 선택성을 갖는다. 희생층(406)에는 금속성 물질이 사용되지만, 재료층(414)에는 실리콘 산화물, 물과 질화물과 같은 유전성 물질, 또는 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화인듐(IO)과 같은 투명 전도성 물질, 또는 거대분자 폴리머가 사용된다. 희생층(406)에는 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘과 같은 실리콘 물질이 사용되지만, 재료층(414)에는 산화금속실리콘 실리콘 또는 거대분자 폴리머가 사용된다.
도 4(C)를 참조한다. 아직 포토레지스트층(도면에 나타나 있지 않음)으로 커버되지 않은 도전층(404) 및 재료층(414)은 포토리소그래피 공정을 통해 에칭되어 모든 광학 간섭 디스플레이 셀의 제2 전극(405)이 한정되는데, 상기 제2 전극(405)은 이동형이다. 마지막으로, 구조 해제 에칭 공정을 통해 희생층이 제거되어 캐비티(416)가 형성된다. 재료층(414)은 보호층이다. 재료층(414)의 물질이 도전성 물질이지만, 이것은 또한 제2 전극(405)의 전도체 부분일 수도 있다.
전술한 공정을 통해 제조된 광학 간섭 디스플레이 셀이 도 4(C)에 예시된다. 변색 가능한 화소 유닛인 광학 간섭 디스플레이 셀(400)은 제1 전극(402) 및 제2 전극(405)을 포함하며, 제1 전극(402) 및 제2 전극(405)은 대략 평행하게 설치된다. 제1 전극(402) 및 제2 전극(405)은 협대역 거울(narrowband mirror), 광대역 거울(broadband mirror), 비금속 거울, 금속 거울 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
지지체(412)는 제1 전극(402) 및 제2 전극(405)을 지지하며 그 내측에 캐비티(416)가 형성된다. 제2 전극(405)은 도전층(404) 및 재료층(414)을 포함한다. 종래의 광학 간섭 디스플레이 셀에서의 캐비티의 길이는 희생층의 두께와 같으며, 희생층은 구조 해제 공정을 통해 제거되고, 이어서 캐비티(416)가 형성된다. 실시예에서, 제2 전극(405)의 재료층(414)은 구조 해제 공정에서 도전층(404)을 에칭제에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 희생층 및 제2 전극용으로 재료를 선택할 때 에칭 선택성이 높은 물질 범위 내로 재료를 한정할 필요가 없다. 즉, 재료의 선택 폭이 넓다.
제2 실시예:
도 5(A) 내지 5(D)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 간섭 디스플레이 셀 구조의 제조 방법을 예시한다. 도 5(A)를 참조하면, 투명 기판(501) 상에 제1 전극(502) 및 희생층(506)이 차례로 형성된다. 희생층(506)의 재료는 유전성 물질과 같은 투명 재료, 또는 금속성 물질과 같은 불투명 재료일 수 있다. 지지체를 내부에 형성하는 데 적합한 개구부(508)는 포토리소그래피 공정에 의해 제1 전극(502) 및 희생층(506)에 형성된다.
다음에, 개구부(508)를 채우기 위해 희생층(506) 상에 재료층(510)이 형성된다. 재료층(510)은 지지체의 형성에 적합하며, 일반적으로 포토레지스트와 같은 감광성 물질 또는 폴리에스테르, 폴리아미드 등과 같은 비감광성 폴리머 물질로 만들어진다. 재료층의 형성에 비감광성 물질이 사용될 경우에는 재료층(510)에 지지체를 한정하기 위해 포토리소그래피 방식의 에칭 공정이 필요하다. 이 실시예에서, 재료층(510)을 형성하는 데에 감광성 물질이 사용되므로, 재료층(510)을 패터닝하는 데에는 단지 포토리소그래피 공정만 필요하다. 실시예에서, 재료층(510)의 형성에 적합한 물질은 포지티브 포토레지스트, 네거티브 포토레지스트, 및 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 각종 폴리머를 포함한다.
도 5(B)를 참조하면, 포토리소그래피 공정을 통해 재료층(510)을 패터닝함으로써 지지체(512)가 한정된다. 다음에, 희생층(506) 및 지지체(512) 상에 재료층(514)이 형성된다. 이어서, 재료층(514) 상에 도전층(504)이 형성된다. 재료층(514) 및 희생층(506)에 사용되는 물질은 높은 에칭 선택성을 갖는다. 희생층(506)에는 금속성 물질이 사용되지만, 재료층(514)에는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물과 같은 유전성 물질, 또는 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화인듐(IO)과 같은 투명 전도성 물질, 또는 거대분자 폴리머가 사용된다. 희생층(506)에는 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘과 같은 실리콘 물질이 사용되지만, 재료층(514)에는 산화금속실리콘 또는 거대분자 폴리머가 사용된다.
도 5(C)를 참조한다. 아직 포토레지스트층(도면에 나타나 있지 않음)으로 커버되지 않은 도전층(504) 및 재료층(514)은 포토리소그래피 공정을 통해 에칭되어 모든 광학 간섭 디스플레이 셀의 제2 전극(505)이 한정되는데, 상기 제2 전극(505)은 이동형이다. 다음에, 제2 전극(504)을 커버하기 위해 재료층(518)이 형성된다. 재료층(518)을 형성하는 물질은 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 전도체, 거대분자 폴리머 및 금속 산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는데, 상기 실리콘 물질은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시니트라이드와 같은 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘, 또는 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화인듐(IO)과 같은 투명 전도성 물질, 또는 파라핀 또는 증기에 의해 코팅될 수 있는 거대분자 물질과 같은 거대분자 폴리머일 수 있다. 재료층(514, 518)은 보호층이다. 재료층(514, 518)의 물질이 도전성 물질이지만, 이들은 또한 제2 전극(505)의 전도체 부분일 수도 있다.
도 5(D)를 참조한다. 포토리소그래피 공정을 통해 재료층(518)이 패터닝되고, 지지체(512) 상에 있는 재료층(518)의 부분은 제거된다. 이것은 도 5(C)에 나타낸 희생층(506)이 다음의 구조 해제 에칭 공정에서 에칭제에 의해 개구부를 통해 측면으로 에칭될 수 있게 하는 목적을 달성하기 위한 것이다. 마지막으로, 구조 해제 에칭 공정을 통해 희생층이 제거되고 캐비티(516)가 형성된다.
전술한 공정을 통해 제조된 광학 간섭 디스플레이 셀이 도 5(C)에 예시된다. 변색 가능한 화소 유닛인 광학 간섭 디스플레이 셀(500)은 제1 전극(502) 및 제2 전극(505)을 포함하고, 제1 전극(502) 및 제2 전극(505)은 대략 평행하게 설치된다. 제1 전극(502) 및 제2 전극(505)은 협대역 거울, 광대역 거울, 비금속 거울, 금속 거울 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
지지체(512)는 제1 전극(502) 및 제2 전극(505)을 지지하며 그 내측에 캐비티(516)가 형성된다. 제2 전극(505)은 도전층(504) 및 재료층(514, 518)을 포함하고, 상기 재료층(514, 518)은 도전층(504)을 커버한다. 종래의 광학 간섭 디스플레이 셀에서의 캐비티의 길이는 희생층의 두께와 같으며, 희생층은 구조 해제 공정을 통해 제거되고, 이어서 캐비티(516)가 형성된다. 이 실시예에서, 제2 전극(505)의 도전층(504)의 재료층(518, 514)은 구조 해제 공정에서 도전층(504)을 에칭제에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 희생층 및 제2 전극용으로 재료를 선택할 때 에칭 선택성이 높은 물질 범위 내로 재료를 한정할 필요가 없다. 즉, 재료의 선택 폭이 넓다. 또한, 재료층(514, 518)은 추가로 도전층(504)을 공기 중의 산소 및 수분에 의한 산화 반응 및 에칭으로부터 보호한다.
제3 실시예:
도 6(A) 내지 6(D)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 간섭 디스플레이 셀 구조의 제조 방법을 예시한다. 도 6(A)를 참조하면, 투명 기판(601) 상에 제1 전극(602) 및 희생층(606)이 차례로 형성된다. 희생층(606)의 재료는 유전성 물질과 같은 투명 재료, 또는 금속성 물질과 같은 불투명 재료일 수 있다. 지지체를 내부에 형성하는 데 적합한 개구부(608)는 포토리소그래피 공정에 의해 제1 전극(602) 및 희생층(606)에 형성된다.
다음에, 개구부(608)를 채우기 위해 희생층(606) 상에 재료층(610)이 형성된다. 재료층(610)은 지지체의 형성에 적합하며, 일반적으로 포토레지스트와 같은 감광성 물질 또는 폴리에스테르, 폴리아미드 등과 같은 비감광성 폴리머 물질로 만들어진다. 재료층의 형성에 비감광성 물질이 사용될 경우에는 재료층(610)에 지지체를 한정하기 위해 포토리소그래피 방식의 에칭 공정이 필요하다. 이 실시예에서, 재료층(610)을 형성하는 데에 감광성 물질이 사용되므로, 재료층(610)을 패터닝하는 데에는 단지 포토리소그래피 공정만 필요하다. 실시예에서, 재료층(610)의 형성에 적합한 물질은 포지티브 포토레지스트, 네거티브 포토레지스트, 및 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 각종 폴리머를 포함한다.
도 6(B)를 참조하면, 포토리소그래피 공정을 통해 재료층(610)을 패터닝함으로써 지지체(612)가 한정된다. 다음에, 희생층(606) 및 지지체(612) 상에 재료층(614)이 형성된다. 이어서, 재료층(614) 상에 도전층(604) 및 재료층(616)이 형성된다. 재료층(614, 616) 및 희생층(606)에 사용되는 물질은 높은 에칭 선택성을 갖는다. 희생층(606)에는 금속성 물질이 사용되지만, 재료층(614, 616)에는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시니트라이드와 같은 유전성 물질, 또는 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화인듐(IO)과 같은 투명 전도성 물질, 또는 파라핀이나 증기에 의해 코팅될 수 있는 거대분자 물질과 같은 거대분자 폴리머나가 사용된다. 희생층(606)에는 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘과 같은 실리콘 물질이 사용되지만, 재료층(614, 616)에는 산화금속실리콘 또는 거대분자 폴리머가 사용된다.
도 6(C)를 참조한다. 아직 포토레지스트층(도면에 나타나 있지 않음)으로 커버되지 않은 도전층(604) 및 재료층(614, 616)은 포토리소그래피 공정을 통해 에칭되어 모든 광학 간섭 디스플레이 셀의 제2 전극(605)이 한정되는데, 상기 제2 전극(605)은 이동형이다. 다음에, 도전층(604) 및 재료층(614, 616)을 커버하기 위해 재료층(618)이 형성된다. 재료층(618)을 형성하는 물질은 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 전도체, 거대분자 폴리머 및 금속 산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는데, 상기 실리콘 물질은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시니트라이드와 같은 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘, 또는 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화인듐(IO)과 같은 투명 전도성 물질, 또는 파라핀이나 증기에 의해 코팅될 수 있는 거대분자 물질과 같은 거대분자 폴리머일 수 있다.
도 6(D)를 참조한다. 재료층(618)은 자체정렬(self-aligned) 에칭 공정을 통해 에칭된다. 제2 전극(604)의 측벽 상에 스페이서(618a)가 형성되며, 재료층(614) 밑의 희생층(606)은 노출된다. 마지막으로, 희생층은 구조 해제 에칭 공정을 통해 제거되고, 캐비티(616)가 형성된다. 재료층(614, 616) 및 스페이서(618a)는 보호층이다. 재료층(614, 616) 및 스페이서(618a)의 재료가 도전성 물질이지만, 이들은 제2 전극(605)의 전도체 부분일 수도 있다.
전술한 공정을 통해 제조된 광학 간섭 디스플레이 셀이 도 6(C)에 예시된다. 변색 가능한 화소 유닛인 광학 간섭 디스플레이 셀(600)은 제1 전극(602) 및 제2 전극(605)을 포함하고, 제1 전극(602) 및 제2 전극(605)은 대략 평행하게 설치된다. 제1 전극(602) 및 제2 전극(605)은 협대역 거울, 광대역 거울, 비금속 거울, 금속 거울 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
지지체(612)는 제1 전극(602) 및 제2 전극(605)을 지지하며 그 내측에 캐비티(620)가 형성된다. 제2 전극(605)은 도전층(604), 재료층(614, 616) 및 스페이서(618a)를 포함하고, 상기 도전층(604)은 재료층(614, 616) 및 스페이서(618a)에 의해 커버된다. 종래의 광학 간섭 디스플레이 셀에서의 캐비티의 길이는 희생층의 두께와 같으며, 희생층은 구조 해제 공정을 통해 제거되고, 이어서 캐비티(620)가 형성된다. 이 실시예에서, 도전층(604)의 재료층(618, 614) 및 스페이서(618a) 및 측벽은 구조 해제 공정에서 제2 전극(605)의 도전층(604)을 에칭제에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 희생층 및 제2 전극용으로 재료를 선택할 때 에칭 선택성이 높은 물질 범위 내로 재료를 한정할 필요가 없다. 즉, 재료의 선택 폭이 넓다. 또한, 재료층(614, 618) 및 스페이서(618a)는 추가로 도전층(604)을 공기 중의 산소 및 수분에 의한 산화 반응 및 에칭으로부터 보호한다.
제3 실시예에 개시된 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법은 제2 전극을 제조하는 데에 단 하나의 마스크만 필요하다는 또 다른 이점을 갖는다. 마스크 수의 감소는 공정 속도를 가속화할 뿐 아니라 비용도 감소시킨다.
본 발명에 개시된 현수식 이동형 마이크로구조를 보호하는 데 사용되는 재료층의 두께는 요구에 따라 결정된다. 또한 상기 두 실시예에서 현수식 이동형 마이크로구조를 보호하는 데 사용되는 재료층의 두께에는 제한이 없으며, 광학 간섭 디스플레이 셀의 크기에 의존한다. 일반적으로 말해서, 본 발명의 실시예에 따른 재료층의 두께는 수Å 내지 약 2000Å, 바람직하게는 약 200Å 내지 1000Å이다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 전술한 본 발명의 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니고 예시적인 것이다. 본 발명에서 개시된 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조 및 그 제조 방법은 다양한 마이크로 전자 기계적 시스템에 적용될 수 있다. 여러 가지 변형 및 유사한 배열이 첨부되는 특허청구의 범위 및 사상에 내포되는 것으로 의도되며, 본 발명의 범위는 그러한 모든 변형 및 유사한 구조를 포괄하도록 광의의 해석에 따라야 한다.
본 발명에 의하면 희생층 및 현수식 이동형 마이크로 구조의 재료를 높은 에칭 선택성을 갖는 재료로 제한할 필요가 없고, 또한 희생층과 현수식 이동형 마이크로 구조 사이에 보호층이 추가되고 상기 보호층 및 희생층을 형성하는 재료가 높은 에칭 선택성을 갖는, 광학 간섭 디스플레이 셀에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템의 구조가 제공된다.
도 1은 종래의 디스플레이 셀의 단면도이다.
도 2는 전압이 인가된 후의 상태를 나타내는 종래의 디스플레이 셀의 단면도이다.
도 3(A) 및 3(B)는 종래의 디스플레이 셀의 제조 방법을 예시하는 도면이다.
도 4(A) 내지 4(C)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 간섭 디스플레이 셀 구조의 제조 방법을 예시하는 도면이다.
도 5(A) 내지 5(D)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 간섭 디스플레이 셀 구조의 제조 방법을 예시하는 도면이다.
도 6(A) 내지 6(D)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 간섭 디스플레이 셀 구조의 제조 방법을 예시하는 도면이다.

Claims (30)

  1. 광학 간섭 디스플레이 셀 용도에 적합한 마이크로 전자 기계적 시스템으로서,
    제1 전극;
    제1 재료층(material layer), 및 상기 제1 재료층 상에 설치되고 상기 제1 전극에 대체로 평행하게 설치되는 도전층(conductor layer)을 포함하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제1 재료층 사이에 설치되어 캐비티(cavity)를 형성하는 지지체
    를 포함하고,
    구조 해제 에칭 공정(structrue release etch process)을 통해, 상기 제1 전극과 상기 제1 재료층 사이의 희생층(sacrificial layer)이 제거되어 상기 캐비티를 형성할 때, 상기 제2 전극이 에칭제(etching reagent)에 의해 에칭되지 않도록 상기 제1 재료층이 상기 제2 전극을 보호하는 것을 특징으로 하는
    마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생층의 재료가 유전성(dielectric) 물질, 금속 물질 및 실리콘 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극을 커버하는 제2 재료층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 설치된 제2 재료층, 및
    상기 제2 전극 및 상기 제1 재료층의 측벽 상에 설치된 스페이서(spacer)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료층의 재료가 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 도전성 물질, 거대분자(macromolecule) 폴리머, 금속 산화물 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 재료층의 재료가 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 도전성 물질, 거대분자 폴리머, 금속 산화물 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스페이서의 재료가 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 도전성 물질, 거대분자 폴리머, 금속 산화물 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 물질이 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 물질이 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 옥시니트라이드인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  10. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 도전성 물질이 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO) 또는 산화인듐(IO)인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  11. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거대분자 폴리머가 파라핀 또는 증기에 의해 코팅될 수 있는 거대분자 물질인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료층의 두께가 수Å 내지 약 2000Å인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료층의 두께가 약 200Å 내지 약 1000Å인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제2 재료층의 두께가 수Å 내지 약 2000Å인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 제2 재료층의 두께가 약 200Å 내지 약 1000Å인
    것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 지지체를 형성하는 재료가 포지티브 포토레지스트, 네거티브 포토레지스트, 아크릴 수지 및 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 도전층을 형성하는 재료가 금속 물질인 것을 특징으로 하는 마이크로 전자 기계적 시스템 구조.
  18. 기판 상에 적합한 광학 간섭 디스플레이 셀을 제조하는 방법으로서,
    상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 및 상기 제1 전극에 적어도 2개의 개구부(opening)을 형성하여 상기 광학 간섭 디스플레이 셀의 위치를 한정하는 단계;
    상기 개구부에 지지체를 형성하는 단계;
    상기 희생층 및 상기 지지체 상에 제1 재료층을 형성하는 단계;
    상기 제1 재료층 상에 도전층을 형성하는 단계;
    제2 전극을 형성하도록 상기 도전층과 상기 제1 재료층을 한정하는 단계; 및
    구조 해제 에칭 공정을 통해 상기 희생층을 제거하는 단계
    를 포함하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 도전층과 상기 제1 재료층을 한정하는 단계 후에,
    상기 제2 전극을 커버하는 제2 재료층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 재료층 밑에 상기 희생층이 노출되도록 상기 제2 재료층의 일부를 제거하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 희생층을 형성하는 재료가 유전성 물질, 금속 물질 및 실리콘 물질로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1 재료층을 형성하는 재료가 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 도전성 물질, 거대분자 폴리머, 금속 산화물 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제2 재료층을 형성하는 재료가 실리콘 물질, 유전성 물질, 투명 도전성 물질, 거대분자 폴리머, 금속 산화물 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 실리콘 물질을 형성하는 물질이 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 유전체 물질을 형성하는 물질이 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 옥시니트라이드인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  25. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 투명 도전성 물질을 형성하는 물질이 산화인듐주석, 산화인듐아연 또는 산화인듐인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  26. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 거대분자 폴리머를 형성하는 물질이 파라핀 또는 증기에 의해 코팅될 수 있는 거대분자 물질인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 제1 재료층의 두께가 수Å 내지 약 2000Å인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 제1 재료층의 두께가 약 200Å 내지 약 1000Å인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 제2 재료층의 두께가 수Å 내지 약 2000Å인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 제2 재료층의 두께가 약 200Å 내지 약 1000Å인 것을 특징으로 하는 광학 간섭 디스플레이 셀의 제조 방법.
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