KR20060080985A - 마이크로미러 액튜에이터 - Google Patents

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KR20060080985A
KR20060080985A KR1020050001278A KR20050001278A KR20060080985A KR 20060080985 A KR20060080985 A KR 20060080985A KR 1020050001278 A KR1020050001278 A KR 1020050001278A KR 20050001278 A KR20050001278 A KR 20050001278A KR 20060080985 A KR20060080985 A KR 20060080985A
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Abstract

본 발명의 마이크로미러 액튜에이터는, 일면에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 기판과; 트렌치 내에 마련되는 적어도 하나의 하부전극과; 회동위치에 따라서 입사광을 소정 방향으로 반사시키는 마이크로미러와; 마이크로미러를 지지하며, 하나 이상의 하부전극과의 상호작용에 의한 정전력에 의해 회동되는 회동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로미러 액튜에이터{Micro-mirror actuator}
도 1은 복수개의 마이크로 미러가 매트릭스 형태로 배열된 구조를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 마이크로 미러 액튜에이터의 사시도.
도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미러 액튜에이터의 사시도.
도 5는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도.
도 6a 내지 도 7d 각각은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미러 액튜에이터의 제조공정을 나타낸 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100..기판 101..트렌치
110..하부전극 111..베이스전극
113..측면전극 120..마이크로 미러
130..회동유닛 131..지지포스트
132..토션바 133..상부전극
135..지지바 140..절연막
본 발명은 회동위치에 따라서 입사되는 광을 반사시키거나 통과시키는 마이크로미러 액튜에이터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광스위치는 광신호가 어느 입력 단자로부터 소정의 출력 단자로 전송되도록 광경로를 선택할 수 있도록 된 장치이다. 도 1을 참조하면, 복수개의 마이크로 미러 액튜에이터(10)가 2차원의 매트릭스 형태로 배열되고, 입력부의 광파이버(11)에서 나온 빛은 초점 거리만큼 떨어져 배치된 마이크로 렌즈(12)를 거쳐 평행광으로 변환된다. 이 평행광은 수직으로 직립해 있는 마이크로 미러(13)를 향해 입사되어 반사된 다음, 출력부로 들어가 마이크로 렌즈(14)를 통과해 출력부 쪽의 광파이버(15)로 전송된다. 즉, 광스위치는 기판(16)에 대해 수직으로 직립된 마이크로미러(13a)(13b,13c,13d)에 의해 입사되는 광신호를 반사시키고, 수평상태로 되어 있는 마이크로미러(17)에 의해서는 입사되는 광신호를 통과시킴으로써 광경로를 선택할 수 있도록 되어 있다. 예를 들어 1행 4열(13a), 2행 3열(13b), 3행 1열(13c) 및 4행 2열(13d)의 마이크로미러를 기판(16)에 대해 수직으로 세우고 나머지 미러는 수평으로 유지되도록 하여 광신호를 원하는 경로로 전송할 수 있다.
도 2는 종래의 정전력을 이용한 마이크로미러 액튜에이터(20)이다. 기판(21) 상에 트렌치(22)가 형성된다. 트렌치(22)의 양측에는 지지포스트(23)가 직립되어 있다. 지지포스트(23)에 의해 토션바(24)가 지지되고, 토션바(24)에 마이크로미러가 회동가능하게 연결되어 있다. 마이크로미러는 수평상태일 때 토션바(24)를 중심 으로 트렌치(22)에 대향하는 방향으로 구동부(25a)와, 구동부(25a)의 반대쪽에 마련된 반사부(25b)로 이루어져 있다.
도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다. 트렌치(22)에는 바닥면에 베이스전극(26)이 마련되고, 트렌치(22)의 측면에는 측면전극(27)이 각각 구비되어 있다. 이 전극들(26)(27)은 상기 구동부(25a)와의 상호작용에 의한 정전력에 의해 마이크로미러(25)를 구동시킨다. 구체적으로 보면, 베이스전극(26)과 구동부(25a) 사이에 정전력이 작용하여 마이크로미러(25)가 아래쪽으로 회동하며, 어느 정도 회동한 후에는 다시 구동부(25a)와 측면전극(27) 사이에 정전력이 작용하여 연속적으로 회동함으로써 직립하게 된다.
여기에서, 마이크로미러(25)에는 정전력이 작용되는 전극면이 전체적으로 마련되어 있어, 전압이 인가되면 상기 구동부(25a)와 베이스전극(26) 및 측면전극(27) 사이에서뿐만 아니라, 반사부(25b)와 각 전극들(26)(27) 사이에서도 정전력이 작용한다. 반사부(25b)와 측면전극(27) 및 베이스전극(26) 사이의 거리가, 구동부(25a)와 각 전극들(26)(27) 사이의 거리보다 멀지만, 기판(21)이 실리콘 기판으로 되어 있고, 실리콘의 유전율이 공기보다 대략 열배 이상 크므로, 반사부(25b)와 측면전극(27) 및 베이스전극(26) 사이의 정전력도 상당히 크게 작용한다.
따라서, 상기 반사부(25b)와 각 전극들(26)(27) 사이의 정전력에 의해 마이크로미러(25)가 제대로 회동되지 못하는 것을 방지하기 위해서, 반사부(25b)에 대응되는 기판(21) 상에 차폐전극(28)을 설치하는 구성이 개발되었다.
그런데, 상기와 같이, 반사부(25b)에 인접되게 차폐전극(28)을 설치하게 되 면, 반사부(25b)와 차폐전극(28)의 사이가 가까워져 서로(25b)(28)가 점착되는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해서는, 마이크로미러(25)를 기판(21)으로부터 멀리 이격시켜서 설치해야 하는데, 이 경우, 구동부(25a)와 전극들(26)(27) 사이의 거리가 멀어지게 되어 마이크로미러(25)를 구동시키기 위해서는 보다 큰 전압이 필요하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 낮은 전압을 이용하여 구동시킬 수 있도록 개선된 마이크로미러 액튜에이터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로미러 액튜에이터는, 일면에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 기판과; 상기 트렌치 내에 마련되는 적어도 하나의 하부전극과; 회동위치에 따라서 입사광을 소정 방향으로 반사시키는 마이크로미러와; 상기 마이크로미러를 지지하며, 상기 하나 이상의 하부전극과의 상호작용에 의한 정전력에 의해 회동되는 회동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 회동유닛은, 상기 트렌치를 사이에 두고 설치되는 복수의 지지포스트와; 상기 지지포스트 각각에 연결되는 토션바와; 상기 토션바에 연결되며, 상기 하부전극과의 상호작용에 의해 상기 토션바를 중심으로 회동되는 상부전극;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로미러는 상기 상부전극에 지지되는 것이 좋다.
또한, 상기 마이크로미러는 상기 상부전극과 상부에 배치되는 것이 좋다.
또한, 상기 마이크로미러는 상기 상부전극과 수평을 이루도록 배치된 것이 좋다.
또한, 상기 회동유닛은, 상기 상부전극의 상면으로 소정 높이 돌출되어 상기 마이크로미러를 지지하는 지지바를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 회동유닛은 상기 트렌치에 대응되는 위치에 마련되고, 상기 마이크로미러는 상기 기판의 상면에 대응되는 위치에 마련되는 것이 좋다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 하부전극은, 상기 트렌치의 바닥에 설치되는 베이스전극과, 상기 트렌치의 측면에 설치되는 측면전극을 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 기판과 상기 트렌치 및 상기 하부전극 각각의 외측에는 절연층이 마련된 것이 좋다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로미러 액튜에이터 제조방법은, 기판에 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 트렌치 내에 하부전극을 형성하는 단계와; 상기 하부전극에 대응되도록 상기 기판 상에 회동유닛을 형성하는 단계; 및 상기 회동유닛의 상부에 마이크로미러를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부전극 형성단계는, 상기 트렌치가 형성된 기판 상에 금속막을 증착하는 단계와; 상기 금속막을 식각하여 상기 하부전극을 형성하는 단계; 및 상기 하부전극과 상기 기판 상에 절연막을 증착하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 회동유닛 형성단계는, 상기 하부전극 및 상기 기판 상에 제1희생층을 증착하는 단계와; 상기 제1희생층에 지지포스트 대응홀을 상기 기판이 노출되도록 식각하는 단계와; 상기 제1희생층 위에 금속막을 도포하고, 토션바와 상부전극 대응영역을 패터닝하는 단계; 및 상기 제1희생층을 제거하여 상기 지지포스트, 토션바 및 상부전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 마이크로미러는 형성단계는, 상기 제1희생층을 제거하기 전에, 제1희생층과 상기 토션바, 지지포스트 및 상부전극 상부에 제2희생층을 더 증착하는 단계와; 상기 제2희생층에 지지바 대응홀을 상기 상부전극까지 식각하는 단계와; 상기 제2희생층 위에 금속막을 도포하고 마이크로미러 대응 영역을 패터닝하는 단계; 및 상기 제1 및 제2희생층을 모두 함께 제거하여 상기 마이크로미러와 회동유닛을 함께 형성하는 단계를 포함하는 것이 좋다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 액튜에이터 및 그 제조방법을 자세히 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 액튜에이터는, 일면에 소정 깊이의 트렌치(101)가 형성된 기판(100)과, 트렌치(101) 내부에 마련된 하부전극(110)과, 기판(100)의 상부에 회동 가능하게 설치되는 마이크로미러(120)와, 상기 하부전극(110)과의 상호작용에 의한 정전력으로 회동되면서 마이크로미러(120)를 회동시키는 회동유닛(130)을 구비한다.
상기 하부전극(110)은 트렌치(101)의 바닥에 마련되는 베이스전극(111)과, 트렌치(101)의 측면에 마련되는 측면전극(113)을 가진다. 이 베이스전극(111)과 측면전극(113)은 일체로 형성된다. 이 하부전극(110)을 덮도록 기판(100)의 일면에는 절연막(140)이 마련된다.
상기 마이크로미러(120)는 상기 회동유닛(130)에 지지된 상태로, 그 회동유닛(130)과 함께 회동된다. 이 마이크로미러(120)는 회동위치에 따라서, 광원(미도시)으로부터의 광신호를 반사 또는 통과시킨다.
상기 회동유닛(130)은 트렌치(101)를 사이에 두고 기판(100) 상에 마련되는 복수의 지지포스트(131)와, 상기 지지포스트(131) 각각에 연결되는 토션바(132)와, 상기 토션바(132)에 연결되어 하부전극(110)과의 상호작용에 의한 정전력에 의해 회동되는 상부전극(133)을 구비한다.
상기 토션바(132)는 지지포스트(131)에 대해 상부전극(133)을 탄력적으로 회동 가능하게 연결한다. 상부전극(133)은 토션바(132)를 회전중심으로 하여 회동되며, 회동된 상태에서 상기 토션바(132)의 토션력에 의해 원위치로 복귀될 수 있다.
상기 상부전극(133)은 하부전극(110)과 상호 작용할 수 있도록 프렌치(101)의 상부에 위치된다. 이 상부전극(133)은 토션바(132)에 연결된 회동중심을 기준으로 구동부(133a)와, 지지부(133b)로 구분된다. 구동부(133a)는 베이스전극(111)과의 상호작용에 의해 정전력을 발생시키고, 이에 정전력이 작용하여 구동부(133a)가 하부전극 쪽으로 끌어 당겨진다. 그리하여, 상부전극(133)이 토션바(132)를 중심으로 회동된다. 그리고, 연속적으로 구동부(133a)와 측면전극(113)과의 상호작용에 의해 계속 회동되어 상부전극(133)이 직립하게 된다.
여기서, 상부전극(133)은 구동부(133a)의 회동스트로크를 줄이기 위해 구동 부(133a)와 지지부(133b)가 비대칭으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 구동부(133a)를 토션바(132)를 중심으로 지지부(133b)보다 거 길게 형성한다. 그리고, 구동부(133a)의 폭이 지지부(133b)의 폭보다 크게 형성되는 것이 좋다.
한편, 상기 상부전극(133)이 직립시에는 트렌치(101)의 측벽에 구동부(133a)가 밀착되면서 지지되어 정확하게 직립을 유지할 수 있게 된다.
상기 상부전극(133)의 지지부(133b)에는 상기 마이크로미러(120)가 지지된다. 마이크로미러(120)는 상부전극(133)과 수평을 유지하되, 그 상부전극(133)보다 기판(100)으로부터 멀게 배치된다. 이를 위해서, 지지부(133b)에는 마이마이크로미러(120)를 지지하는 지지바(135)가 마련된다. 이 지지바(135)는 마이크로미러를 상부전극(133)에 대해 수평을 이루며, 함께 회동될 수 있도록 연결한다.
이와 같이, 마이크로미러(120)를 상부전극(130)보다 더 높은 위치, 즉, 기판(100)으로부터 더 멀게 배치함으로서, 하부전극(110)과 마이크로미러(120) 사이에 발생하는 정전력을 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 종래와 같이, 마이크로미러와 하부전극 사이에 차폐전극을 설치할 필요가 없게 된다. 따라서, 상부전극(133)을 기판(100)에 인접되게 설치하더라도, 기판(100)에 마이크로미러(120)가 점착되는 것을 방지할 수 있게 된다. 그리고, 상부전극(133)을 기판(100)에 인접되게 설치할 수 있기 때문에, 작은 전압으로도 회동유닛(130)과 마이크로미러(120)를 함께 회동시킬 수 있게 된다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 액튜에이터의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 포토레지스트(210)를 도포하고, 식각공정에 의해 트렌치 대응패턴(211)을 형성한다. 그런 다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 프렌치 대응패턴(211)에 대응되는 기판부위를 습식 또는 건식 식각공정에 의해 식각하여 트렌치(101)를 소정 깊이로 형성하고, 포토레지스트(210)는 제거한다.
그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 트렌치(101)를 포함한 기판(100) 상에 금속막(220)을 증착한 후, 도 6d에 도시된 바와 같이, 사진 식각공정을 통해서 하부전극(110)을 형성한다. 그리고, 도 6e에 도시된 바와 같이, 하부전극(110)과 기판(100)상에 절연막(140)을 증착한다.
그리고, 도 6f에 도시된 바와 같이 절연막(140)의 상부에 제1희생층(230)을 소정 두께로 도포한다. 상기 제1희생층(230)으로는 포토레지스트를 소정 두께로 절연막(140) 위에 도포하는 방법이 이용될 수 있다. 이 과정에서, 제1희생층(230)은 트렌치 대응영역에서 쿠션현상으로 인해 약간 움푹 들어갈 수 있다. 따라서, 이러한 현상을 감안하여 제1희생층(230)의 상면을 화학기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing) 공정이나, 포토레지스트 평탄화공정을 이용하여 평탄화할 수 있게 된다.
상기와 같이, 제1희생층(230)의 평탄화공정 뒤에, 도 6g에 도시된 바와 같이, 지지포스트용 홀(231)을 패터닝한다.
그리고, 도 6h 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1희생층(230) 위에 금속막(240)을 증착하고, 식각공정을 통해서 도 6i 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 지지포 스트(131)와 토션바(132) 및 상부기판(133)을 패터닝한다.
다음으로, 도 6j 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1희생층(230)의 상부에 상기 패터닝된 회동유닛(230)을 덮도록 제2희생층(240)을 도포한다. 이 제2희생층(240)도 포토레지스트일 수 있다.
그리고 나서, 제2희생층(240)의 상면을 평판화시킨 뒤, 지지바용 홀(241)을 패터닝한다. 상기 지지바용 홀(241)은 상기 패터닝된 상부전극(133)이 노출될 때까지 형성된다.
상기와 같이 지지바용 홀(241)을 형성한 뒤 도 6k 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 지지바용 홀(241) 및 제2희생층(240)의 상부를 덮도록 금속막(250)을 도포한 뒤, 사진 식각공정을 통해서 마이크로미러(120) 및 지지바(135)를 패터닝한다.
상기와 같이, 마이크로미러(120)와 지지바(135)를 최종적으로 패터닝한 뒤에는, 상기 제1 및 제2희생층(230,240)을 제거하여 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 액튜에이터를 완성한다. 여기서 상기 제1희생층(230)과 제2희생층(240)은 등방성 건식 식각공정을 이용하여 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로미러 액튜에이터 및 그 제조방법에 따르면, 상부전극과 마이크로미러를 단차지게 형성시킴으로서, 마이크로미러가 기판에 점착되는 것을 방지하면서, 상부전극을 기판에 최대한 가까이 설치할 수 있게 된다.
따라서, 저 전력으로 상부전극을 구동시켜서 마이크로미러의 회동을 제어할 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 일면에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 기판과;
    상기 트렌치 내에 마련되는 적어도 하나의 하부전극과;
    회동위치에 따라서 입사광을 소정 방향으로 반사시키는 마이크로미러와;
    상기 마이크로미러를 지지하며, 상기 하나 이상의 하부전극과의 상호작용에 의한 정전력에 의해 회동되는 회동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회동유닛은,
    상기 트렌치를 사이에 두고 설치되는 복수의 지지포스트와;
    상기 지지포스트 각각에 연결되는 토션바와;
    상기 토션바에 연결되며, 상기 하부전극과의 상호작용에 의해 상기 토션바를 중심으로 회동되는 상부전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로미러는 상기 상부전극에 지지되는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 마이크로미러는 상기 상부전극의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  5. 제2항에 있어서, 상기 마이크로미러는 상기 상부전극과 수평을 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  6. 제2항에 있어서, 상기 회동유닛은,
    상기 상부전극의 상면으로 소정 높이 돌출되어 상기 마이크로미러를 지지하는 지지바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 회동유닛은 상기 트렌치에 대응되는 위치에 마련되고, 상기 마이크로미러는 상기 기판의 상면에 대응되는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 하부전극은, 상기 트렌치의 바닥에 설치되는 베이스전극과, 상기 트렌치의 측면에 설치되는 측면전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판과 상기 트렌치 및 상 기 하부전극 각각의 외측에는 절연막이 마련된 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터.
  10. 기판에 트렌치를 형성하는 단계와;
    상기 트렌치 내에 하부전극을 형성하는 단계와;
    상기 하부전극에 대응되도록 상기 기판 상에 회동유닛을 형성하는 단계; 및
    상기 회동유닛의 상부에 마이크로미러를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하부전극 형성단계는,
    상기 트렌치가 형성된 기판 상에 금속막을 증착하는 단계와;
    상기 금속막을 식각하여 상기 하부전극을 형성하는 단계; 및
    상기 하부전극과 상기 기판 상에 절연막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 회동유닛 형성단계는,
    상기 하부전극 및 상기 기판 상에 제1희생층을 증착하는 단계와;
    상기 제1희생층에 지지포스트 대응홀을 상기 기판이 노출되도록 식각하는 단계와;
    상기 제1희생층 위에 금속막을 도포하고, 토션바와 상부전극 대응영역을 패 터닝하는 단계;및
    상기 제1희생층을 제거하여 상기 지지포스트, 토션바 및 상부전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로미러 액튜에이터 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 마이크로미러는 형성단계는,
    상기 제1희생층을 제거하기 전에, 제1희생층과 상기 토션바, 지지포스트 및 상부전극 상부에 제2희생층을 더 증착하는 단계와;
    상기 제2희생층에 지지바 대응홀을 상기 상부전극까지 식각하는 단계와;
    상기 제2희생층 위에 금속막을 도포하고 마이크로미러 대응 영역을 패터닝하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2희생층을 모두 함께 제거하여 상기 마이크로미러와 회동유닛을 함께 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 액튜에이터 제조방법.
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